一种特殊形状可调的片上光电探测器制造技术

本发明专利技术提供的是一种特殊形状可调的片上光电探测器，由光电探测器阵列(1)、可编程开关阵列(2)、窜扰抑制模块(3)、可调电压源(4)、跨阻放大器(5)、高通滤波器(6)、可调增益放大器(7)和模拟数字转换器(8)组成。本发明专利技术可用于光电探测器感光面的形状调整和探测过程中的窜扰抑制，可广泛应用在光度计量、光电测量、工业自动控制和光通信等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种特殊形状可调的片上光电探测器(一)
本专利技术涉及的是一种特殊形状可调的片上光电探测器，本专利技术可应用于光度计量、光电测量、工业自动控制和光通信等领域。属于光电探测
(二)
技术介绍
光电探测器是基于光电效应将光信号转换为电信号的器件，它是光电系统的核心组成部分，在光电系统中的做作用是发现信号、测量信号，并为随后的应用提取某些必要的信号，被广泛的应用在光度计量、光电测量、工业自动控制和光通信等领域。感光面指的是光电探测器中能够有效接收光信号的区域，常见的光电探测器的感光面的形状分为圆形、椭圆形、环形、正方形和矩形等，光电探测器的感光面的形状跟探测器的结构和用途等有关，传统的探测器一旦设计出来，其感光面的形状便固定下来，不可再进行二次调整，限制了光电探测器使用范围。此外，光电探测器在接收光信号的过程中，光信号在传播中的反射和散射以及环境光对信号光的干扰会引起光电探测器的窜扰，这会导致光电探测器在探测周期性光信号时，输出的周期性电压信号出现削顶的情况，这会严重影响探测效果。为了解决该问题，本专利技术公开了一种特殊形状可调的片上光电探测器，可应用于光度计量、光电测量、工业自动控制和光通信等领域。该系统通过光电探测器阵列结合可编程开关阵列实现了光电探测器感光面形状的可编程调整，此外在发生窜扰的情况下，通过调整光电探测器阵列的偏压，使得光电二极管阵列的灵敏度下降，使得光电流整体减弱，减弱到光电流经过跨阻放大器放大后的正弦电压信号的削顶消失，之后经过高通滤波器滤除低频部分，最后可控增益放大器将高通滤波器输出的信号幅度放大到未调整光电二极管灵敏度之前的信号幅度，系统中的模拟数字转换器对电压信号进行模拟数字转换，并发送至系统的微控制器进行处理。(三)
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种特殊形状可调的片上光电探测器，可以用于器人、数控机床、精密测量、自动化检测、工业控制及各种高精度闭环调速系统和伺服系统的转速测量等领域。一种特殊形状可调的片上光电探测器，由光电探测器阵列(1)、可编程开关阵列(2)、窜扰抑制模块(3)、可调电压源(4)、跨阻放大器(5)、高通滤波器(6)、可调增益放大器(7)和模拟数字转换器(8)组成。本专利技术是这样实现的：所述系统中光电探测器阵列(1)中光电探测器的数量和可编程开关阵列中的开关数量相同，每个光电探测器连接一个开关构成一个单元，所有单元的连接方式为并联；光电探测器感光面形状的可调是通过控制可编程开关阵列(2)中的开关状态，使得位于感光面内的光电探测器连接的开关闭合，位于感光面外的光电探测器连接的开关打开；周期性光信号入射至光电探测器阵列(1)，光电探测器阵列(1)接收光信号完成光电转换；光电探测器阵列(1)连接一个跨阻放大器(5)，跨阻放大器(5)将光电探测器阵列(1)输出的光电流放大转换为电压信号，高通滤波器(6)的输入连接跨阻放大器(5)的输出，其作用是将跨阻放大器(5)输出中的低频信号滤除；可调增益放大器(7)对高频滤波器(6)输出的电压信号进行放大，并由模拟数字转换器(8)完成模拟数字的转换，最后窜扰抑制模块(3)对模拟数字转换器(8)输出的数字信号进行处理；其中窜扰抑制模块(3)通过控制可调电压源(4)的输出电压和可调增益放大器(7)的放大倍数对窜扰的抑制。所述系统中光电探测器阵列(1)为二维面探测器阵列，其中的光电探测器选用PN型、PIN型或者雪崩型二极管，其作用是接收光信号，并完成对光信号到电流信号的转换，光电探测器阵列(1)中所有的光电探测器的阴极并联连接。所述系统中可编程开关阵列(2)中的开关数量与光电探测器阵列(1)中光电探测器的数量一致，可编程开关阵列(2)中每个开关的输入端口连接光电探测器阵列(1)中的对应光电探测器的阳极，可编程开关阵列(2)中所有开关的输出端并联；特殊形状可调的方法是通过控制可编程开关阵列(2)中的开关状态，使得位于特殊形状的感光面内的光电探测器连接的开关闭合，位于特殊形状的感光面外的光电探测器连接的开关打开。所述系统中可调电压源(4)输出直流电压的调节受到窜扰抑制模块(3)的控制，可调电压源(4)的直流电压输出连接光电探测器阵列(1)的阴极，使得光电探测器阵列(1)中的光电探测器工作于反向偏置；通过控制可调电压源(4)输出电压的大小可以实现光电探测器阵列(1)工作在不同灵敏度下。所述系统中可编程开关阵列(2)的输出端连接跨阻放大器(5)，跨阻放大器(5)的作用是将光电探测器阵列(1)输出的光电流转换成电压信号，入射到光电探测器阵列(1)的光信号的强度变化呈周期性变化(例如正弦或者余弦)，经过光电探测器阵列(1)的光电转换和跨阻放大器(5)的放大，周期性变化的光强信号被转换成周期性变化的电压信号；高通滤波器(6)的输入连接跨阻放大器(5)的输出，将跨阻放大器(5)输出的周期性电压信号中的低频分量滤除。所述系统中可调增益放大器(7)对高通滤波器(6)输出的电压信号放大，模拟数字转换器(8)将可调增益放大器(7)输出的电压信号转换为数字信号并传输至窜扰抑制模块(3)。所述系统中窜扰抑制模块(3)的作用是控制可调电压源(4)的输出电压值和可调增益放大器(7)的放大倍数。所述系统中当光电探测器阵列(1)接收光强呈周期性变化的光信号时，光信号在传播到光电探测器阵列(1)的过程中会发生反射或者散射，同时被测光信号会受到环境光的干扰，上述两种情况会引起光电探测器的窜扰，这会导致跨阻放大器(5)的输出周期性电压信号出现削顶的情况，这会严重影响探测效果；所述系统抑制窜扰的方法为：当窜扰出现时，即跨阻放大器(5)输出的周期性电压信号出现削顶时，窜扰抑制模块(3)控制可调电压源(4)输出的电压下降，来减弱光电探测器阵列(1)的灵敏度，光电流随之降低，跨阻放大器(5)输出的电压信号的幅度也会降低，削顶的周期性电压信号恢复正常，同时窜扰抑制模块(3)控制可调增益放大器(7)的放大倍数增加，来弥补因光电探测器阵列(1)灵敏度降低引起周期性电压信号幅度的减低，使得窜扰抑制前后输出到模拟数字转换器(8)的周期性电压信号幅度保持一致。(四)附图说明图1是特殊形状可调的片上光电探测器的示意图。它由光电探测器阵列(1)、可编程开关阵列(2)、窜扰抑制模块(3)、可调电压源(4)、跨阻放大器(5)、高通滤波器(6)、可调增益放大器(7)和模拟数字转换器(8)组成。图2是特殊形状可调的片上光电探测器应用于豌豆荚形实施例示意图。它由58×24光电探测器阵列(1)、可编程开关阵列(2)、窜扰抑制模块(3)、可调电压源(4)、跨阻放大器(5)、高通滤波器(6)、可调增益放大器(7)和模拟数字转换器(8)组成。图3是特殊形状可调的片上光电探测器应用于豌豆荚形实施例中58×24光电探测器阵列实现豌豆荚形的示意图，其中阴影覆盖的探测器(11)是位于感光面的导通的光电探测器，未被阴影覆盖的探测器(10)是不位于感光面的未导通的光电探测器。(五)具体实施方式下面结合具体的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种特殊形状可调的片上光电探测器，由光电探测器阵列(1)、可编程开关阵列(2)、窜扰抑制模块(3)、可调电压源(4)、跨阻放大器(5)、高通滤波器(6)、可调增益放大器(7)和模拟数字转换器(8)组成；所述系统中光电探测器阵列(1)中光电探测器的数量和可编程开关阵列中的开关数量相同，每个光电探测器连接一个开关构成一个单元，所有单元的连接方式为并联；光电探测器感光面形状的可调是通过控制可编程开关阵列(2)中的开关状态，使得位于感光面内的光电探测器连接的开关闭合，位于感光面外的光电探测器连接的开关打开；周期性光信号入射至光电探测器阵列(1)，光电探测器阵列(1)接收光信号完成光电转换；光电探测器阵列(1)连接一个跨阻放大器(5)，跨阻放大器(5)将光电探测器阵列(1)输出的光电流放大转换为电压信号，高通滤波器(6)的输入连接跨阻放大器(5)的输出，其作用是将跨阻放大器(5)输出中的低频信号滤除；可调增益放大器(7)对高频滤波器(6)输出的电压信号进行放大，并由模拟数字转换器(8)完成模拟数字的转换，最后窜扰抑制模块(3)对模拟数字转换器(8)输出的数字信号进行处理；其中窜扰抑制模块(3)通过控制可调电压源(4)的输出电压和可调增益放大器(7)的放大倍数对窜扰的抑制。/n...

【技术特征摘要】
1.一种特殊形状可调的片上光电探测器，由光电探测器阵列(1)、可编程开关阵列(2)、窜扰抑制模块(3)、可调电压源(4)、跨阻放大器(5)、高通滤波器(6)、可调增益放大器(7)和模拟数字转换器(8)组成；所述系统中光电探测器阵列(1)中光电探测器的数量和可编程开关阵列中的开关数量相同，每个光电探测器连接一个开关构成一个单元，所有单元的连接方式为并联；光电探测器感光面形状的可调是通过控制可编程开关阵列(2)中的开关状态，使得位于感光面内的光电探测器连接的开关闭合，位于感光面外的光电探测器连接的开关打开；周期性光信号入射至光电探测器阵列(1)，光电探测器阵列(1)接收光信号完成光电转换；光电探测器阵列(1)连接一个跨阻放大器(5)，跨阻放大器(5)将光电探测器阵列(1)输出的光电流放大转换为电压信号，高通滤波器(6)的输入连接跨阻放大器(5)的输出，其作用是将跨阻放大器(5)输出中的低频信号滤除；可调增益放大器(7)对高频滤波器(6)输出的电压信号进行放大，并由模拟数字转换器(8)完成模拟数字的转换，最后窜扰抑制模块(3)对模拟数字转换器(8)输出的数字信号进行处理；其中窜扰抑制模块(3)通过控制可调电压源(4)的输出电压和可调增益放大器(7)的放大倍数对窜扰的抑制。


2.根据权利要求1所述的一种特殊形状可调的片上光电探测器，其特征是：光电探测器阵列(1)为二维面探测器阵列，其中的光电探测器选用PN型、PIN型或者雪崩型二极管，其作用是接收光信号，并完成对光信号到电流信号的转换，光电探测器阵列(1)中所有的光电探测器的阴极并联连接。


3.根据权利要求1所述的一种特殊形状可调的片上光电探测器，其特征是：可编程开关阵列(2)中的开关数量与光电探测器阵列(1)中光电探测器的数量一致，可编程开关阵列(2)中每个开关的输入端口连接光电探测器阵列(1)中的对应光电探测器的阳极，可编程开关阵列(2)中所有开关的输出端并联；特殊形状可调的方法是通过控制可编程开关阵列(2)中的开关状态，使得位于特殊形状的感光面内的光电探测器连接的开关闭合，位于特殊形状的感光面外的光电探测器连接的开关打开。


4.根据权利要求1所述的一种特殊形状可调的片上光电探测器，其特征是：可调电压源(4)输出直流电压的调节受到窜扰抑制模块(3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓仕杰，高朕，张义荣，
申请(专利权)人：传周半导体科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31