Matrix of Photosensitive Elements for Determining the Coordinates of the Source of Optical Radiation

Abstract

У роботі представлені результати досліджень щодо розробки конструкції матриці світлочутливих елементів на основі твердих розчинів Si та сполук A3B5 у вигляді p-n-фотодіодів, pin-фотодіодів або лавинних фотоприймачів. Основною перевагою запропонованої матриці є особлива топологія з'єднання чутливих елементів. Переплетене з’єднання рядків і стовпців дозволяє значно скоротити кількість вихідних даних, розширити динамічний діапазон і досягти більшої технологічності пристрою без значних втрат компонента сигналу. Періодичність топології дозволяє знаходити положення світлової плями, визначати її центр і точно відстежувати рух плями вздовж координатора без використання мікромеханічних пристроїв. Обговорюється топологія "шахової дошки" чутливих елементів та спосіб генерування вихідних сигналів. Таке розташування дає можливість визначати дві координати одночасно. Представлені також методи визначення центру світлової плями. Перекриття області чутливого елемента світловою плямою пропорційне сигналу вихідного струму. Показано, що центр світлової плями можна визначити, вирішивши двовимірну геометричну задачу. Розподіл похибок при визначенні центру розраховувався за допомогою методу знаходження барицентру в динамічному та статистичному режимах для різних конфігурацій світлових плям. Проаналізовано характеристики визначення напрямку сигналу. Представлена топологія з'єднання для розширення динамічного діапазону вимірювань.

This paper presents new position-sensitive matrices of photosensitive elements. The photosensitive elements of the proposed matrix can be manufactured, depending on the required spectral range, based on Si, A3B5 solid solutions, etc. Depending on the required technical characteristics, PN photodiodes, PIN photodiodes, or avalanche photodetectors can be used as photosensitive elements. The main advantage of the proposed optical coordinator is a special topology of connection of sensitive elements. The interlaced connection of rows and columns allows to significantly reduce the number of information outputs, expand the dynamic range, and achieve greater manufacturability of the device without significant loss of the signal component. The periodicity of the topology makes it possible to find the position of a light spot, determine its center, and accurately track the movement of the spot along the coordinator without the use of micromechanical centering devices. The “checkerboard” topology of the sensitive elements and method of generating output signals are discussed. Such an arrangement makes it possible to simultaneously determine two coordinates at the same time. Methods for determining the center of a light spot are presented as well. The overlap of the area of the sensitive element by the light spot is proportional to the output current signal. Therefore, it is possible to determine the center of the light spot by solving a two-dimensional geometric problem. The distribution of errors in determining the center was calculated using the method of finding the barycenter in dynamic and statistical modes for different light spot configurations. Directionfinding characteristics were analyzed. A topology of connection that allows to expand the dynamic range of the measurement was submitted.