位置敏感的光束检测器包括光电二极管以及至少两个加权网络，这两个加权网络中的每一者包括信号输出和网络节点。根据本发明专利技术，按照一种方式来为光电二极管端子提供第一加权网络的多个网络节点，这种方式使得所述多个节点中的每个节点经由光电二极管连接到第二加权网络的节点。
Position sensitive photodetector device and laser beam receiver using position sensitive photodetector device
A position sensitive beam detector consists of a photodiode and at least two weighted networks. Each of the two weighted networks includes the signal output and the network node. According to the invention, a plurality of network nodes of the first weighted network are provided in one way for the photodiode terminals, such that each node of the plurality of nodes is connected to a node of the second weighted network via a photodiode.
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】位置敏感的光电子检测器装置、以及使用位置敏感的光电子检测器装置的激光束接收器描述本专利技术涉及前序部分所述的关于用于光束接收的空间分辨的位置敏感的光电子检测器装置。位置敏感的光电子检测器装置如今已在各个领域中得到采用。与该术语几乎同义的是横向效应光电二极管(因此也常常被称为位置敏感的二极管/器件或简称为PSD)，多年来其已经成为现有技术的一部分。这些组件由具有电阻层的光敏PIN半导体二极管芯片的非常简单的结构组成，该电阻层可被用来在芯片的边缘处的两个(1DPSD)或四个(2D-PSD)电极之间横向地划分光电流，这取决于优选点光束的入射点。根据所述电极的电流比值，随后可以相对独立于光点的信号强度来推断出该光点在芯片上的位置。2D-PSD的示例在(G.P.Petersson和L.E.Lindholm合著的Positionsensitivedetectorwithhighlinearity(具有高线性度的位置敏感的检测器).IEEEJournalofSolidStateCircuit(固态电路IEEE期刊)SC13(3):392，1978)中找到。1D-PSD的示例在US5,869,834中找到。诸如1D-PSD也在图1a(现有技术)中示出。此类PSD例如结合光学透镜系统被用于通过激光三角测量来对到对象的距离进行非接触式光学测定，或者结合直接照射被用于通过激光导向光束来对机床进行高精度对准等。横向效应光电二极管的主要优点源于，在最优边界条件和有利应用之下，在一些实例中可以达成至μm范围的极高空间分辨率。绝对精度是显著不良的，特别是还因为位置精度常常由连接到其的评估电子设备、其漂移效应或外部光主导。然而，由于通常较高的表面电阻，此类传感器变得非常早地饱和，尽管使用相对较高的电压来偏置，并且因此仅适于被用在阳光直射下的有限范围，而无需相当显著的滤光措施(诸如例如而言窄带电介质光学带通滤波器)。为了最小化这个问题并且为了进一步增加分辨率，已经提出了提供两个以上电极作为电阻区域的抽头的一维PSD，优选地这些电极被等距地布置在检测器长度上。作为结果，例如，通过使用四个而非两个电极来将因电阻层处的DC光分量导致的内部压降降低3倍，并且由此对于相同偏置电压而言使饱和极限增至3倍是可能的。此类装置已经在(Huai-DongDing和M.Idesawa合著的Multi-ResolutionImagePositionSensingCharacteristicsofR-HPSD(R-HPSD的多分辨率图像位置感测特性).JournalofRoboticsandMechatronics(机器人和机械电子学期刊)5(2):122–129，1993)中提出，并且在图1b(现有技术)中象征性地解说。在激光束被用于测量的情况下，激光束接收器是必需的。一个典型的使用领域是例如从建筑工地上、工业应用等中使用的旋转和线性激光器接收激光。所述激光器发射激光，例如作为横截面为点状的旋转或以其他方式移动的光束；作为可在空间上静止或移动的经调制激光扇；或者作为可以通过锥形镜呈扇形地散开的经调制激光平面。为了使这种辐射即使在较大距离和不利条件下也可被用于测量，需要特殊的激光束接收器，其计及所接收的光脉冲的脉冲形状并且可以将后者与环境光和光学干扰影响区分开来。出于平整和对准的目的，激光束接收器常常被实施为所谓的手动接收器，有时也被实施为机械接收器以用于装配到建筑机械的臂或板以便用于对处理工具的位置的远程显示或自动控制，例如，在平整道路表面时。所有这些激光束接收器具有的共同之处在于：它们具有线性的一维空间分辨的位置敏感的光电子检测器装置，其具有更大或更小的长度，这使得确定其上的激光平面等的入射点并由此在至少一个维度上确定和显示激光接收器相对于所述激光平面的位置是可能的。在手动接收器的情形中通常采用长度为50…120mm的检测器装置，而在机械接收器的情形中长度为120…1000mm的通常居多。由于使用传统的横向效应光电二极管从单个单片半导体芯片制造此类长度的检测器装置在很大程度上是不可能的，因此这种类型的检测器装置在上述激光束接收器的情形中还没有找到直接的商业应用。确切而言，过去尤其尝试实现或多或少地采用传统PSD的积极属性的替换性位置敏感的光电检测器装置，这是通过由加权网络(通常为例如电阻、电感或谐振电路链)对个体光电二极管及其位置相关的体电阻进行线性布置以近似其特性来实现的。传统PSD的电极随后被这些链的各端替换，并且通过将其连接到加权网络的对应抽头(节点)来实现对个体光电二极管元件的位置的加权。在文献中，此类装置常常被称为离散PSD(或简称为D-PSD)，这是因为其位置特性证明是不连续的，而是以离散的步骤用于非常薄的光束，但是转换到准连续分布以用于较宽光束直径。其一个示例在(Huai-DongDING、M.IDESAWA和S.MATSUMOTO合著的AComb-StructuredPSDandItsImagePositionSensingCharacteristics(梳状结构PSD及其图像位置感测特性).JournaloftheSocietyofInstrumentandControlEngineers(仪器仪表与控制工程师学报)30(8):883–891，1994)中描述，并且在本申请的图1d(现有技术)中示出。进一步的离散PSD在(US7,019,278)中描述。此处来自图1b的一些积极属性被转移到离散PSD中。此处在加权网络处使用两个以上抽头(输出信号)同样具有以下优点：因DC光导致的加权网络处的压降被最小化，以及在两个以上抽头的情形中，在薄光束(有用信号)与例如因雷电脉冲而导致的相当平坦的照明(干扰信号)之间进行区分是可能的。进一步的D-PSD在US2014/0203172中提出，并且在图1e(现有技术)中示出。此处两个或更多个D-PSD被布置成一行。这些优点在很大程度上对应于US7,019,278中的那些优点，但是具有以下缺点：需要较大数量的抽头，以及两个D-PSD之间的位置特性的连续转换从难以实现变为不可能实现。在US9,121,695中采取了不同的路径。这种办法在图1c中象征性地示出。其中可以辨别出：这实际上涉及根据图1b的传统PSD，其实际上已经被划分成较小的部分，其中后者在毗邻电极(多PSD)处再次连接。比传统办法有利的是：这种装置可以由多个相对较小的PSD芯片组成，这些芯片更简单，并且由此生产更加便宜，从而也允许任何期望长度的检测器装置。然而，对于相同的属性，这种装置与其他办法相比仍然是十分昂贵的，没有真正的优势。从现有技术到迄今为止所描述的所有方法(传统PSD、D-PSD、多PSD，图1a到图1f)共享共同的相当大的缺点，由此它们在上述激光束接收器领域中的AC应用(脉动或调制光束、脉冲检测事件等)的适用性变得困难得多，并且其对具有高精度的应用的设计变得十分昂贵。缺点可从以下事实看出：这些检测器装置的抽头通过加权网络的体电阻或阻抗来电连接，并且与检测器元件在传感器长度上的电端接和结电容相结合地产生检测器装置的频率相关的相移和/或位置特性的频率相关的放大和/或减小，这进而又取决于温度。下游连接的电路部分(放大器级)对检测器本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种位置敏感的光束检测器，包括：光电二极管，以及至少两个加权网络，每个加权网络包括：信号输出，和网络节点，其特征在于：按照一种方式来为光电二极管端子提供第一加权网络的多个网络节点，所述方式使得：所述多个节点中的每个节点经由光电二极管连接到第二加权网络的节点之一。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.13 DE 102015011934.61.一种位置敏感的光束检测器，包括：光电二极管，以及至少两个加权网络，每个加权网络包括：信号输出，和网络节点，其特征在于：按照一种方式来为光电二极管端子提供第一加权网络的多个网络节点，所述方式使得：所述多个节点中的每个节点经由光电二极管连接到第二加权网络的节点之一。2.如前述权利要求所述的位置敏感的光束检测器，其特征在于：仅所述光电二极管的阴极被连接到所述第一加权网络的光电二极管端子的节点，以及仅所述光电二极管的阳极被连接到所述第二加权网络的光电二极管端子的节点。3.如前述权利要求中的任一项所述的位置敏感的光束检测器，其特征在于，所述加权网络中的至少一者被形成为链，其中，所述信号输出被布置在所述链的一端，以及偏置电压被连接到所述链的另一端。4.如前述权利要求所述的位置敏感的光束检测器，其特征在于，至少一个、优选多个、更特别地优选所有加权网络被形成为电阻链或电感链或谐振电路链。5.如前述权利要求所述的位置敏感的光束检测器，其特征在于，所述光电二极管端子的节点被布置在所述链的电阻、电感或谐振电路之间。6.如前述权利要求所述的位置敏感的光束检测器，其中一个或多个加权网络被实现为电阻链，其特征在于，链中的电阻具有相同的设定点电阻值。7.如前述权利要求中的任一项所述的位置敏感的光束检测器，其特征在于，所述至少两个加权网络被各自实现为链，其中，所述信号输出被布置在每个链的一端处以及偏置电压被连接到每个链的另一端，并且其中不同偏置电压(Vaa、Vcc)被连接到所述第一和第二加权网络。8.如前述权利要求中的任一项所述的位置敏感的光束检测器，其特征在于：所述光束检测器被实现成使得在布置在第一与第二加权网络之间的至少一个光电元件上接收到光束之际，尤其是在至少一个光电二极管上接收到光束之际，第一信号极性存在于所述第一加权网络的信号输出处，所述第一信号极性与所述第二加权网络的信号输出处的极性相反。9.如前述权利要求所述的位置敏感的光束检测器，其特征在于：提供了彼此并排的一系列光电二极管，所述加权网络被实现为链，以及串联布置的所述光电二极管被连接到所述加权网络的在链中彼此相继的节点。10.如前述权利要求中的任一项所述的位置敏感的光束检测器，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·埃斯林，
申请(专利权)人：安德鲁泰克有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE
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