CN1639965B

CN1639965B - 用于检测和处理电信号和光信号的方法和装置

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Publication number: CN1639965B
Application number: CN03804465.XA
Authority: CN
Inventors: 鲁道夫·施瓦脱
Original assignee: Individual
Current assignee: PMDtechnologies AG
Priority date: 2002-02-22
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2010-05-05
Anticipated expiration: 2023-02-21
Also published as: AU2003222716A8; DE10207610A1; WO2003073602A2; WO2003073602A3; EP1481472A2; ATE418181T1; DE50310928D1; US7081980B2; JP4828794B2; EP1481472B1; CN1639965A; AU2003222716A1; US20060050352A1; JP2005518677A

Abstract

本发明揭示了检测和/或处理信号波的方法及装置，此信号波在一敏感于此信号波的器件中产生载流子，上述载流子引发出在至少一个读出电极中的信号电流。至少设有两个调制电极，至少一个调制电极置于至少一个读出电极的附近或另一个读出电极的附近，其方式是，根据各自调制电极的调制电压的极性符号，流经相关的读出电极的电流是正的或负的。为了提供一种能按逻辑地数字或模拟方式把各种光信号和/或电信号进行互连的方法，调制电极以相对地自由地可选择的电压幅度和/或相位关系加以调制。从而由两个调制电极的调制电压所产生的读出电流进行加性地耦合。装置包含相应特征。

Description

用于检测和处理电信号和光信号的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于检测和/或处理信号波的方法和装置，此信号波在一敏感于信号波的器件中产生载流子，引发至少一个读出电极中的信号电流，其中，至少设有两个调制电极，其中至少一个配置为在空间上接近于至少一个读出电极，而另一个配置为空间上接近于同一个读出电极或另一个读出电极。

背景技术

相应的方法和装置是人们熟知的，如德国专利申请NO.19635932.5或相应的国际专利申请WO 98/10255和DE 19821974.1和相应的国际专利申请WO99/60629等提及的“PMD”部件。

有关原来的光信号波的预处理技术现状描述于如，“计算机视觉和应用手册，”第一卷，传感器和成象，由Jahne等编辑，“Academic”出版社，页面为463和还有几十种有关激光雷达，3D摄影机和通信用光电(OE)接口应用的出版物，如在“the Iustitut fur Nachrichtenverarbeitung of the Universityof Siegen”主页上。

已知的光混频检测器(PMD)对光信号波提供推挽放大并与一推挽电信号交互和获得高水平的噪声和背景光抑制且显著简化和改进了时间测量程序。此已知的PMD和使用它的方法是相对地不太灵活和没有时间选择，没有原来的输出信号可切换的零状态和没有多个电输入信号和光输入信号的模拟式或数字式互连。尤其是，它不能与已知的方法和已知的PMD将不同的光信号一起进行混合和连接。

获取，处理和传送信息项的宽的电磁频谱和尤其是光学的技术和方法与微电子和微光学技术结合在一起在研究，开发和生产中起到关键作用和在国际商业竟争中的重要意义也日益增长。因此，辐射信号-特别是光信号-与电信号的直接处理和互连起到突出的作用，如，光学和电子技术和系统之间的光电(OE)接口元件，OE换能器作为接收器和EO换能器作为发射器(如，激光二极管)，但在光信号相互之间也可如此。

采用光信息处理所取得的巨大成就和良好的优点通过合适的通用的智能型的光电检测，处理和传输的方法以及利用输入光信号波和电信号或其他光信号的直接内在的数字式和模拟式信号处理的新的任选方法可更好利用和加以扩大，此外，这些方法可分别以OE接口元件或OE处理器器件形式采用微电子和微光学集成方式来实施，而且化费不大。

发明内容

本发明目的是获得一种OE信号处理方法和以一种OE信号处理元件来实施，此实施方法不需要附加电子部件和所谓对信号波敏感的集成传感器部件，就可允许光学/电子，光学/光学和电子/电子信号和信号波进行模拟和数字相互处理和互连。

与该技术的以前状况相比，本发明目的是提供一种方法和装置，此方法和装置能对各种光信号和/或电子信号进行逻辑的数字式或模拟式互连，也能通过采样(短期测量)检测光信号的配置。

一种检测和/或处理信号波的方法，其中一敏感于信号波的器件产生载流子从而在至少一个读出电极中引发信号电流，其中设有至少两个调制电极，在仅有一个读出电极的情况下，所述至少两个调制电极的设置在空间上接近所述读出电极，而在多于一个读出电极的情况下，至少一个调制电极的设置在空间上接近至少一个读出电极，另一个调制电极在空间上接近同一个读出电极或另一个读出电极，其方法是，根据各个调制电极的调制电压的极性符号，正的或负的电流流过相关的读出电极，其特征在于采用相对彼此可自由选择的电压幅度和/或相位关系来调制这些调制电极，其中由两个调制电极的调制电压所产生的读出电流是加性耦合的。

用于检测和处理信号波的装置，具有对信号波敏感的器件光电处理器，在其中的信号波产生载流子，和至少一个读出电极(AK)连接至器件的载流子区域，其中至少设有两个调制电极(MKa，MKb)，在仅有一个读出电极的情况下，所述至少两个调制电极的设置在空间上接近所述读出电极，而在多于一个读出电极的情况下，至少一个调制电极设置在空间上接近至少一个读出电极(AK)，而另一个调制电极在空间上接近同一个读出电极(AK)或另一个读出电极(AK2)，其特征在于调制电极相对于一个读出电极或多个读出电极来安置，其方法是，根据各个调制电极的调制电压的极性符号，正的或负的电流流经相关的读出电极，和设有至少1个装置，通过此装置可调节两个调制电压的相对相位关系和/或电压幅度。

因此根据本发明头几个OE信号处理步骤的实施直接发生在新颖的光电子接收和控制部件的检测过程中，同时此部件满足微电子集成，高带宽和速度以及低费用等要求。

按照本发明的方法调制电极由调制电压来调制，此电压可相对于相互间自由选择和/或是可自由地选择的相位关系，其中由两个调制电极的调制电压所产生的读出电流最好是加性耦合。就装置而论，本发明的目的可通过下述方法取得，即调制电极要相对于读出电极安置，其方法是，根据各个调制电极的调制电压的符号，流经相关的读出电极的电流是正的或是负的以及至少要设置一装置，通过它可自由地设定两个调制电压的相对的相位关系和/或幅度。

已知的PMD部件其特征在于两个调制电极可按推挽关系精确地工作和由辐射产生的载流子交替地入射到至少上述两个电极或电极组的相应一个。在较佳的PMD原理的变体中，读出电极的读出电流或电压彼此相减，从而可检测调制频率与信号波频率的相关性，就调制电极的调制频率而言，此相关性必须是一种清晰的关系。

与之相比，在其最简单的变体中，本发明不需要提供信号波调制，但事实上调制电极，电压配备和其相对的相位关系是可自由调整的。由于按照本发明还进一步提供，根据各自调制电极的调制电压的符号，电流流经相关的读出电极是清楚地正的或清楚地负的，故有可能如两个调制电压具有相反的相位关系，即，此两读出电极的两个相加的电流，其中一个必须是正的，一个是负的，至少相互可部分地抵消。最好是，电极的空间排列和调制电压的选择是，利用调制电极以推挽关系工作时，此两个正的和负的读出电流确切地相互抵消。这就与所谓“零电路”或由所谓“调制状态零”MZO致使传感器断开的情况相符。然而，由于相位关系的变化，根据相位变化产生的方向，立即可测量正的或负的电流。

以此方法有可能如经常地或仅在一个短的时期内测量入射到如传感器上的光信号和有可能通过短时间内在读出电极之一的相位上分别转换来对光信号采样.按照本发明的装置特殊性和相应的方法在于原则上允许发生永久性连续的测量，在这意义上，整个传感器不需要实际的“接通”和/或断开，而仅是测量条件作出短暂改变，其方法是两个以前相互抵消的信号相加在一起或至少仅有部分相互抵消.

敏感于信号波的器件可以是如光敏半导体或光敏电阻或一般可敏感于电磁波的半导体(包括的范围在可见光波长之上和之下)和此类器件也可以是信号波在真空中产生自由电子的光阴极，它由对着至少一组读出电极的调制电极可选择地加以控制。此器件也可以是如带有PMD指状结构的微信道极，人称“MCP-PMD”(微信道板PMD)[R.Schwarte，EDMO会议录，Vienna，11月15-17日]，但在按照本发明的工作中，作为具备自由选择调制条件的光电处理器OEP，它一般不是指光敏半导体材料。因此，一种敏感于信号波的器件一般是信号波产生载流子的器件。有关调制电极的术语“调制”原则上用于说明任何可变电压，其中在极端情况下，只要两个稳定电压中至少只有1个至少在短期内加以调制，特别是能执行符号变化时，按照本发明的稳定电压也可考虑为非周期的“调制电压”。然而在一较佳实例中，此调制电压，特别是其幅度可自由地变化。这样，有可能特别是补偿空间一实体配置和电极排列的任何不对称性，因而可以保证利用用于调制电压的符号，相加的读出电流会精确地相互抵消。

此外，按照本发明较佳实例还设有多个不同的信号电流，它们是按照本发明由不同的或相互地分开地信号波在分开的传感器电极或装置上产生的，并加在一起。按照本发明的一个特定的较佳实例提供的方法是信号波也加以调制，其中调制电极的调制与信号波的调制是有清晰的关系。这样，有可能同时使用人们已知的上述讨论的PMD原则和按照本发明的方法，和按本发明的原则来实施信号测量，其方法是专门检测调制信号波的信号，所有背景信号均予以消除。为此目的，按照本发明至少使用一个基本器件，其包含至少一个读出电极和至少两个调制电极，其方法是，两个调制电极在同相关系中经历调制电压符号的快速变化，在这种情况下，读出电流在至少如此一个(一个调制电压变化的)周期上加以积分。

可以理解，在这方面信号波必须加以调制而且调制电极的调制与信号波的调制是具有清晰的关系。

如果各种部件的信号要连接在一起，则通过合适地调制各个部件上调制电压的相位关系(这些部件接收连接在一起的信号)，则有可能实现逻辑的互连，诸如它们的AND，OR，XOR和负相(negatives)。

本发明提供一种检测和处理信号波的方法，其中一敏感于信号波的器件产生载流子从而在读出电极中引发信号电流，其中设有至少两个调制电极，至少两个调制电极通过被设置成在空间上接近读出电极，而与读出电极相关联，设置根据各个调制电极的调制电压的极性符号，正的或负的电流流过相关联的读出电极，其特征在于，采用相对彼此可调节的相位关系来调制这些调制电极，其中由两个调制电极的调制电压所产生的读出电流是加性耦合的。

本发明提供另一种检测和处理信号波的方法，其中一敏感于信号波的器件产生载流子从而在第一读出电极和至少又一个读出电极中引发信号电流，其中设有至少两个调制电极，至少两个调制电极中的至少一个被设置成在空间上接近第一读出电极，而至少两个调制电极中的另一个被设置成在空间上接近又一个读出电极，从而根据各个调制电极的调制电压的极性符号，正的或负的电流流过相关联的读出电极，其特征在于，采用相对彼此可调节的相位关系来调制这些调制电极，其中由两个调制电极的调制电压所产生的读出电流是加性耦合的.

调制为至少两个调制电极的每一个产生一独立的可调节电压。

相对于读出电极的调制电极的空间排列和/或调制电压的电压幅度是如此选择的，即，利用调制电压的相反符号，相加的读出电流彼此互相抵消。

调制电压之一是恒定电压，而另一个具有交变符号。

调制电压的幅度是可变的。

由不同的信号波在分开的元件上所产生的多个不同的信号电流组合在一起。

由不同的信号波在分开的元件上所产生的多个不同的信号电流相加。

信号波也要调制，且调制电极的调制与信号波的调制相关联。

读出电极和调制电极用作为光混频检测器元件，在两个调制电极处在同相关系时，经历调制电压符号的变化，而读出电流至少在一个这样的周期上进行积分。

读出电极和调制电极是通过交替地或并行地改变调制信号的相位和/或幅度关系以用作光电处理器元件而工作的，其中光电处理器元件被排列为阵列，并分别由空间上正和负交替调制状态而选择性地完成信号波的图形分析或位置频率分析。

各个读出电极的读出信号的互连包括加法，减法，或具有可变化地调节的相位关系的加法，以及逻辑互连AND，OR，XOR和相应取负NAND，NOR，NXOR。

基板掺杂程度低的光电处理器通过由三种相对比的调制电压状态的控制提供三个相关的读出电流状态，第一正调制状态，调制电压都是正的，具有正的读出电流；第二负调制状态，调制电压都是负的，具有负的读出电流；以及第三零调制状态，调制电压一个正一个负，具有变为零的读出电流。

第一正调制状态和第二负调制状态分别对应最大值正的和最小值负的电流。

实现读出电流的积分和其中实现积分的读出电流或读出电荷的零转换，产生两个调制状态正和负的高频对称的转换。

实现积分的读出电流或读出电荷的零转换，在进行电荷零转换之后，产生两个调制状态正和负的高频对称的转换。

光电处理器条状结构具有雪崩半导体结构，其中由信号波产生的载流子，通过半导体基板中偏置的pn或“肖特基”结的雪崩作用，通过倍增予以放大，其中调制电压在幅度方面加以调节。

光电处理器条状结构，具有光阴极的上游连接，并通过微信道板或光电倍增器在真空中的光电子二次电子倍增，其中电子图象首先逆转换成光图象。

光电处理器条状结构提供给光电处理器，具有光阴极的上游连接，并通过微信道板或光电倍增器在真空中的光电子二次电子倍增，其中光电处理器基板中高能量电子的二次光效应包括大量载流子倍增。

对光阴极的光电子通过电离作用和载流子的产生，直接图象成形地加速到光电处理器表面上，不需用微信道板。

本发明提供一种用于检测和处理信号波的装置，具有对信号波敏感的器件的光电处理器，在其中的信号波产生载流子，和读出电极(AK)连接至器件的载流子区域，其中设有至少两个调制电极(MKa，MKb)在空间上接近读出电极，从而根据各个调制电极的调制电压的极性符号，正的或负的电流流经相关的读出电极，其特征在于，设有至少一个装置，通过该装置设置两个调制电压各自的相位关系和/或电压幅度.

本发明提供另一种用于检测和处理信号波的装置，具有对信号波敏感的器件的光电处理器，在其中的信号波产生载流子，和连接至器件的载流子区域的第一读出电极(AK)以及至少又一个读出电极(AK)，其中设有至少两个调制电极(MKa，MKb)，至少两个调制电极中的至少一个设置在空间上接近第一读出电极(AK)，而至少两个调制电极中的另一个被设置成在空间上接近至少又一个读出电极(AK)，从而根据各个调制电极的调制电压的极性符号，正的或负的电流流经相关的读出电极，其特征在于，设有至少一个装置，通过该装置设置两个调制电压各自的相位关系和/或电压幅度。

信号波敏感器件是一种光敏感半导体材料。

信号波敏感器件是一种光阴极，在至少单个光电处理器或双重光电处理器结构中设有与读出电极相关的调制电极，调制电极用于在真空中进行光电子调制工作，其中读出电极备有上游连接的二次电子倍增装置，且其中读出电流由阳极读出结构来进行读出。

阳极读出结构是电荷耦合装置CCD、互补金属氧化物半导体CMOS，和金属半导体金属MSM照相机芯片结构之一。

上游连接的二次电子倍增装置是微信道板元件。

读出和调制电极是金属半导体点触或“肖特基”二极管。

读出电极(AK，AK1，AK2)和至少一个相应调制电极(MKa)成梳状相互连接，其中读出电极连接以同样方式设计的另一个读出电极，与第二调制电极(MKb)形成梳状相互连接。

多个相互独立的读出电极和相关的调制电极配置于一个阵列中。

设有用于调制一个或多个信号波的装置。

光电处理器结构是PLL或DLL电路的方式。

PLL或DLL电路是以阵列方式提供的。

提供了PLL或DLL输入电路用于检测信号调制或者编码和用于使调制电极的调制频率和调制相位适应于信号波调制。

光电处理器的条状调制和读出电极是在敏感于信号波的信号波敏感半导体基板上由金属电极用作肖特基接触件来实现的，其中基板处于自由电位，基板为浮动基板。

半导体基板是高欧姆低渗杂p^-或n^-基板或高欧姆低渗杂p^-或n^-外延层之一。

条状调制电极和读出电极是由n⁺和p⁺条或沟道来实现的，宽度为0.1至5μm范围，在敏感于信号波的敏感半导体基板或外延层上。

基板内在地分别导通至高欧姆p^-或n^-基板，由条状电极形成阻塞PN结，此PN结具有延伸向基板的深度的空间电荷区。

调制电极和/或读出电极由覆盖电极的宽度的绝缘屏蔽金属电极来覆盖，并且电容性耦合至调制源，其中调制电极屏蔽金属电极和读出电极屏蔽金属电极连接至推挽调制源。

部分光电处理器的电流读出电路是个别地或组合地处于对应于有线“或”原理的直接电流相加的形式，具有设置在读出电路之后的单个Miller积分器用于相关应用。

光电处理器由差分Miller积分器读出。

从调制电极至读出电极和至读出终端的高频调制信号的电容性串扰通过使用推挽电压进行电容性补偿予以抑止。

双重或四重光电处理器被扩大至尺寸为M×N的光电处理器矩阵，其中M和N是大于1的整数。本发明一个特定的较佳实例是在此实例中敏感于信号波的器件是光敏半导体材料，读出和调制电极是“肖特基”接触形式。在这方面，本例的读出和调制电极可以相互啮合成梳子状，但也有可能一种电极排列成条状方式，以相互交错重叠的关系排列成组合状，而相应的另一种电极(调制电极或读出电极)也是呈条状配置并排列在第一条组的旁边。例如，两个或更多相邻的电极条或触点可形成单一的读出电极，而在其侧电气上连接的多个条可组成一调制电极。术语“光敏”在这方面可作广义的解释，而并不企图局限于光谱，恰如在本实例中，使用的是半导体材料，它敏感于电磁波，在此材料中通过电磁波照射产生移动的载流子。

为了能应用PMD原理，必须要有调制过的信号波，因而本较佳实例具有发射和调制信号波的器件或至少有一PLL输入电路用于检测信号调制和用于适应调制电极的调制频率和也用于调整调制电极的调制相位。

按照本发明方法和相应的电路按同样程序以许多不同的已超出当前技术状态的方式处理光信号波和电信号。基于灵活性和通用性功能和对光信号和电信号的处理任选方法，按照本发明，以下可称为光电处理器原理，为了简便起见，称为OEP原理，和相应的装置可称为光电处理器，为了简便起见，称为OEP。

OEP原理特别允许下列情况：

1、两个独立的电信号与一光信号P(t)内在地互连，其方法是，采用稳定的辐射，相关的光电流在整个范围内是可电控的，从最大的负值调制状态MZN经过零状态MZO到最大的正值调制状态，MZP，由此，所谓单个OEP的基本功能可加以鉴定。

2、在扩大功能性中，两个独立的电信号与两个光信号P1(t)P2(t)内在地互连，其方法是，所谓双OEP的输出光电流也是由两个光信号以模拟和数字形式来加以控制的，有效光电流的限制范围在可能的限止状态MZN和MZP之间。如果在此情况，即，具有相等有效功率电平OEP1的双OEP以P1产生电流I_A1和OEP₂以P₂产生电流I_A2＝I_A1，然后此组合可提供如差动电流读出：由于I_A1-I_A2＝0或逻辑“0”，所以(P₁P₂)＝MZO；因为I_A＝I_A1相对于逻辑“1”，所以(P₁，0)＝MZP和因为I_A＝I_A2相对于二进制逻辑中逻辑“0”或三进制逻辑中逻辑“-1”，所以(O，P₂)＝MZN。

3、以不同的技术对此类OEP元器件进一步集成和互连可产生许多新颖的复合的E信号处理和测量方法和目前工业，科学和商业中出现的任务和问题的广谱系统。

按照本发明的光电处理器OEP可用来扩大OE信号处理功能性，如电气上开和关检测器，这是定时多路传输所必需的，还可提高可切换的EO混频器带宽，从DC至GHz范围，改进和简化背景光抑制，以相应的基带能力实现光电和光光快速选通功能，和空间分布的处理功能的综合，如在时空进行并行通信和动态3维测量和在位置频率区进行横向速度测量.此有关的新的OE元器件可用于通信区，如CDMA/TDMA自由空间传输，在采用光学底板而不是多层底板的光学网络中和采用比特率如1Gb/s，同时还是高级灵敏度和高度填充(filling)的聚合物纤维网络中.目前已知的元器件是不能符合此技术规范的，甚至近似不昂贵的元器件也是如此.

按照本发明如，OE快速选通门电路，OE模拟开关，OE采样器，OE模数转换器，OE多路复用器和多路分配器，OEP阵列为基础的3维摄影机等都可包括在内，并根据传输时间原理，三角原理和多普勒位移位置频率分析加以组合可用于多信道和价格不贵的OE路由器(光学交叉连接)，高灵敏的和快速混频器和相关仪。此外，应用的范围和信号波的频谱如采用新材料和新技术可加以扩大，和也包括执行此类方法的相应装置。

本发明是基于实现下述情况——基本上超过已知的PMD原理的电荷振荡处理——OEP原理通过模拟和/或数字信号处理的组合和在至少一个光敏区产生光电荷的至少1个或多个功能上协作的信号波P(t)的互连等至少提供两个独立的调制信号UM，采用调制电极M的方式控制相关的光电荷流动至空间上极为邻近的读出电极A，最好是地电位，此读出电流以相加地或相减地组合提供至少1个输出值，电流值IA或电压值ΔUA到读出单元VAEH，或通过读出单元VAEH。

最佳地以PMD结构为基础的高集成的OEP结构如MSM(金属半导体金属)-PMD和(P⁺n^-P⁺)-或(n⁺P^-n⁺)-PMD是有利的——后者由于以合适的补偿电压作用于较佳绝缘的金属电极上而有利于外部调制的支持，故称为ME-PMD[RSchwarte，EDMO会议录，Vienna 11月15-17日，PCT DE 00/03632和PCT DE01/03914]一和根据本发明，允许高功能性的简单的和有效的电路结构。

按照本发明的OEP原理可在已知的PMD结构的基础上，特别是在PG(光门电路)-PMD技术[DE 196 35 932.5和DE 198 21 974.1]和微处理器MP(微信道板)-PMD技术基础上[PCT DE 00/03632和PCT DE 01/03914]来加以实施。为此，至少两组PG-PMD条结构象素OEP₁，和OEP₂-最好是交叉关系-分别由自由独立的推挽调制电压±UM所控制，而光门电路对和电荷振荡的所有有关的读出电极对(左为A₁，右为A_r)与读出电流I_Ar＝I_Ar1+I_Ar2和I_AI＝I_A11+I_A12相连接并组合以提供具有单极推挽电流+I_A＝I_ArI_A1和相应的输出电压ΔU_A的推挽输出。用CMOS技术实施PG-OEP原理具有较好管理技术和可集成性的一些优点，但相反，在声音速度方面有缺点。采用PG-OEP时，背景照明的光电流的必要补偿是通过按照本发明提出的概念来提供的即，利用从PG-PMD所知道的推挽电流元件必然的共模反馈，使用和图2所示的纯放大器功能或使用积分器功能的差分读出。

为了读出电极A和/或为了调制电极M，最好使用合适宽度的附加的绝缘的和调制的金属电极ME，最好在OEP结构是在半导体基础的情况下，这在许多方面是有利的：1、在电极边缘区进行的信号波屏蔽可以防止载流子对形成效应，在高频时它尚不敷应用，因为涉及到较远的距离问题和降低调制对比度；2、通过合适的电容耦合操作调制电极的屏蔽金属电极ME用于促进调制渗透至有关调制信号UM的同样的或增加的幅度和最好在同样的或位移的DC电位；3、如果相应的读出电极A置于两个以同样方向调制的调制电极M之间，然后它们的屏蔽金属电极ME最好通过合适的电容耦合来调制以促进调制渗透至有关调制信号UM的最好是近似同样的或较小的幅度，但是极性相反和最好工作在同样的或位移的DC电位上。

按照本发明的OEP方法和付之其实施的装置尤其允许光信号波多象素采样工作，在这些信号波中所有OEP象素一开始是处于调制状态零MZO.每个OEP象素的两个输出电流受控于Uma和Umb，各个都提供输出值为零(调制状态MZO)，这是由于相互补偿的原因——不管是否利用按照有线“或”读出的±电流相加或利用在读出单元输出端上(++)或(--)差分电流读出.空间信号波的3D象素采样是在分别由MZP和MZN所说明的正的或负的可选择的采样试样的方向中短期实施补偿状态MZO而完成的.按照OEP原理可进行的采样操作提供许多优点，如特别是使用脉冲雷达方法于3D检测空间情景，这利用3D PMD摄影机来实施是毫无意义的。可易于实施的原来的OEP采样工作可能允许3D OEP摄影机使用在高脉冲峰值功率级，测量时间十分短和测量间隔较大诸方面。而且如果同时使用以后所述的差动采样程序，则PMD技术在“相关平衡采样”和“非相关抑止”方面所有已知的优点均可予以保留。

在MSM-OEP和可比拟的OEP结构情况下，光投射分量(例如太阳光)的抑制是通过这样的实事来实现的，即，在相对于正调制或取样条件MZP以及负调制或取样条件MZN是相同的持续时间内，相关的读出电流只要调制信号没有直流分量，就以相同的比例往返流动。该背景光抑制无需增加电路的复杂性和成本。

在按照本发明的OEP原理的情况下，从至少一个信号源PQ，至少一个信号波入射在特别对于光子和电子敏感的器件上，最好入射在“肖特基”规则的条结构或低渗杂的P^-或n^-基底3的信号波敏感区上的PN结上和产生载流子。

在根据MSM技术的OEP方法的情况下，最好条状“肖特基”二极管以最简单的布局形成由二组调制电极Ma和Mb和至少一组读出电极A组成的指形结构。对高的带宽或切换速度，条宽如仅约1μm宽而它们中间的光敏条只为其宽度2倍左右。

类似于ME-PMD的MSM-OEP结构和相应的pn结构最好设在无电压的n^-或p^-基底或无电压的n^-或p^-外延层上或在硅树脂ON绝缘器(SOI)中。

为了减少“肖特基”结的暗电流，读出电极n最有利为双条状形式，并尽可能窄些。

在pn实施中，对p^-/n^-基底最好截止电压分别施加在n⁺和p⁺电极条之间和分别相反地安置阳极和阴极。使用pip-OEP或nin-OEP结构的pn二极管而不用MSM-OEP结构的“肖特基”二极管较为有利。为此，此指状结构的光敏n^-或p^-区应形成具有低残存电流的浮动源。此外，此p⁺和n⁺电极条最好由金属电极以绝缘方式加以覆盖，一方面为了避免在边缘区产生不能使用的电荷和另一方面为了由强的漂移电场来促进调制。这可通过下列最佳化而获得：金属电极宽度，读出电极A和金属电极之间用于有效的电荷传送的补偿电压和对于调制信号的较佳的电容耦合等。

在本发明进一步布局中通过OEP中雪崩半导体结构和通过二次电子倍增来提高OEP灵敏度。后者如通过光阴极和微信道极的上游连接和最好通过阳极矩阵或采用CCD或CMOS象素阵列的方法在真空中接续的直接的OEP读出等措施而加以实施。按照本发明在这方面进一步使用放大——甚至于在上游位置上不连接微信道板——这涉及加速的高能量光电子的高电离效应或量子效率和它可以是通常光电流的倍数如高达1000倍。

如果信号波敏感器件如包含半导体材料，没有pn结如光电阻材料，电极Ma-A-Mb-A的基本顺序是最高的交错形式和是有利的.交错程度较少也能是有利的，如电极顺序为Ma-A-Ma-A-Ma-A-Mb-A-Mb-A-Mb-A等等.根据pn-OEP结构的各自渗杂情况，在Ma和Mb之间不同地使用读出电极是有利的，如为了电压调整.根据各自所需的OEP形式，顺序可以多重连续且适应于条长度.UMa和Umb控制区的交错可延伸至正交尺寸，但必须满足50％/50％P(t)信号波分量，这是零状态所需要的，或可以如通过调制电压幅度的校正加以调节.至少两个调制信号UMa和UMb调制载流子对的传输，并流测定读出电极A的读出和电流IAS，此电流通过读出终端AK至读出单元VAEH和至信号和数据处理系统SDV，用于进一步处理和评估.

使用最简单的OEP结构形式通过一个过程，即，两个调制电压UMa和UMb假设相应的OEP有关的电压条件就有可能按照本发明在光电流IAmin的IA至IAmax＝-IAmin的整个活动范围内稳定地和动态地快速控制该读出电流。特别是OEP允许读出电流非常快地从Imax至零或Imin进行转换。这三种调制状态的理想的转换说明许多应用的关键作用和新问题的解决方法。在正调制状态MZP中的简单电流相加或有线“或”电流读出的情况下，用S作为光敏灵敏度，IA＝+SxP以合理的方式应用于MZP(UmaP，UmbP)，其中UMaP和UMbP表示相关的最佳正调制电压。对于调制状态MZN要施加相应的考虑因素以IA＝-SxP对MZN(UMaN，UMbN)和对调制状态MZO以IA＝O对ZO(UMaO，UMbO)或近似于(UMaP，UMbN)或(UMaN，UMbP)。

使用双的或成对的OEP可以扩大功能性和灵活性。为此，两个单个OEP形成如圆的或矩形的接收表面，此表面至少划分为两个相等部分OEP1和OEP2，其中信号波P(t)的功率均等地分配至两个OEP或各个OEP接收它自己的信号波P₁(t)和P₂(t)。在此同时成对的OEP也可有利地作为单个地OEP用于将信号波P(t)均等地分配至OEP1和OEP2。此两个相关的读出电流IA1和IA2最好直接引在一起并在有线“或”输出端AKS上作为输出和电流IAS读出。为了再次取得3个清晰的调制状态，要确定4个调制电压UMa1，UMb1，UMa2，UMb2的合适的唯一匹配的电压状态，并分别由调制源MQ来转换。在调制状态MZP中，以S作为灵敏度和理想的100％量子效率，下式用于：对MZP(UMa1P，UMb1P，UMa2P，UMb2P)，读出电流和IAS＝IA1+IA2＝+SxP₁+SxP₂；对MZN(UMa1N，UMb1N，UMa2N，UMb2N)，则相应地对调制状态MZN IAS＝IA1+IA2＝-SxP₁-SxP₂；对MZO(UMa1P，UMb1N，UMa2P，UMb2N)，则相应地对调制状态MZOIAS＝IA1+IA2＝-SxP1+SxP2或+SxP1-SxP2＝0。使用零状态MZO(MZa1P，MZb1P，MZa2N，MZb2N)和MZO(MZa1N，MZb 1N，MZa2P，MZb2P)是有利的。

指状结构组成的非对称可用合适的测量程序加以确定并由补偿调整或在反馈过程中如通过调制状态的校正加以消除。

一种四重OEP形式的布局可提供特定的优点，最好是可由许多不同方法来动作的一种四个象限的形式或一种四个扇形环状形式。对于距离测量，如多种灵活的可适应的工作方式是可能的。信号波均匀地分布至OEP1至OEP4。这样，除了4个单个距离外，也可测定此表面单元的法向矢量和平均间隔。同时，它还可提供某种程序的保护以防止不正确测量。

在本发明的另一布局中，OEP原理可用于扫描重复出现的信号波。

在OEP采样示波器中，其采样方式如同已知的电采样示波器，最好在4信道模式中，较佳的重复的空间信号波最好以时间同步方式和空间并行关系由OEP矩阵逐个试样进行采样和在置于下游的信号和数据处理系统SDV中相对空间和时间加以重建。

通过短期转换单一OEP或成双OEP从静止状态MZO开始进入具有正加权试样的采样状态MZP或进入具有负加权试样的采样状态MZN，同时对于信号波象素以足够平均的分布功率分配于部分OEP，这样完成采样工作。通过一对调制电压的采样脉冲的效果最好由CR高通部件来完成。

由正的和负的样值和其符号的组合可基本上补偿偏移误差和噪声。

在一个OEP采样方法的实施例中，除了幅度采样外，差动幅度试样也要选择地加以采样。为此，在MZO后短时间首先借助于调制状态MZP在调制状态MZN中从信号波电流IA中取出第一负试样Q₁-和直接在其上的同样采样期间的第二正试样Q₂。

如在接续的调制状态MZO时，此两个试样进行重叠，两个电荷Q_1-+Q₂₊＝ΔQ的差对应于信号配置的正梯度采样和表示使用OEP的新的差动采样法，顺序Q₁₊+Q_2-＝-ΔQ的互换提供可与正梯度采样有利地组合的负梯度采样，以避免误差影响如，对称性误差。

使用此类OEP采样示波器根据OEP原理在空间和时间上使用OEP线或OEP矩阵对动态空间信号波进行采样并测量，其中“肖特基”OEP技术和SiGe-OEP技术导致带宽远远超过10GH₂的带宽。

多OEP采样方法有可能以3D-OEP摄影机或OEP频闪仪的形式在重复脉冲辐射的雷达原理基础上来记录空间图象和快速空间运动。

以同样的方式，类似于已知的数字存贮示波器(DSO)，一种相应的多OEP DSO可在OEP原理上予以实施，用于测量唯一的信号波，其中使用的电采样保持电路由至少1个OEP采样保持电路所替代。使用包含单一或成双或四重OEP的OEP线或OEP矩阵意味着信号波可相对空间和时间进行测量并通过置于下游的模数转换器予以数字式贮存。在根据一个OEP象素再细分为如4或9或16部分的OEP象素用于同样的信号波象素的情况下，上述OEP象素连续地周期性地工作如1∶4，1∶9或1∶16多路分配器，由于这些因素此高转换器速率得以降低，这样有可能进行模数转换或非常快速的转换费用也可显著降低。

在这方面由于特别是MSM-OEP的高转换速度，此原来的差动的采样也有优点。在这情况下，从信号波中马上连续地取出相反符号的两个试样，代替仅仅是一个各自的采样试样，按照OEP采样原理，此两个试样予以叠加和存贮于最好在相对于接地的电容器或在Miller积分器的反馈分路中。之后由此方法产生的差值可短期地保持着用于传输至置于下游的信号处理设备，如模数转换器，随后用清0信号置于零。相应的差分OEP采样保持电路的过程是很快连续地接着，而4/9/16倍细分的OEP象素意味着平均分布的信号波象素的合适多路分配能进一步提高采样速率。

这样由于使用OEP矩阵或OEP象素阵列对平均分布的信号波进行持续的采样，故快速调制信号波可用作为光时分多路传输信号，如在OEP并行采样器作为OEP多路分配器DEMUX的基础上，此多路分配器可将多路传输信号分布至较慢的并行的电子或光信道中。按照本发明，OEP矩阵也可用作为OEP多路传输器MUX。为此目的由OEP矩阵以时间一空间逐次方式对多个并行的光信号波进行周期地采样和作为电流或电压值串行地发射出去，或通过使用LED或激光二极管的直接EO转换程序作为光学值以时分多路传输方式传输出去。按照本发明的OEP象素阵列作为OEP多路传输器MUX，可将光学并行信道的空间多路传输信号转换成快速时间多路传输信号，并只用少量信道即行。

具有以码，时间，相位和空间多路传输程序进行叠加的许多光学输入信道的的OEP多路分配器，与按照本发明作为码，时间，相位和空间选择的OEP接收机和一OEP多路传输器的OEP矩阵等组合可有利地用于有关采用以此法组合的空间的TDMA和CDMA技术的OEP路由器的OE路由.为此目的，在信号源SQ阵列的时分或码分多路传输工作中或在混合的时分和码分多路传输工作中，如尽可能均匀地分布的输入信号波P(t)阵列借助于折射或衍射的光学系统辐射单个或成双OEP矩阵，此过程涉及到在一致的发射和接收时间和/或一致的编码和相位的基础上通过路由器或交错连接控制器可较佳地选择地和任意地进行接转.

选择的任选的OE转换或许多并行输入信道的连接如光纤输入阵列或LED或VCSEL阵列转换至前面是电子的和接着的是可选择的光输出信道的OEP阵列都可通过在较大距离上自由空间传播和由各自空间边界的反射现象如，在办公室，车厢，居家空间中，或在较佳光学的透明或半透明载体板(光学后板)中而予以完成。在此情况下，任意选择和转换可在如从信号源阵列至OEP接收阵列的所有信道的所有可能的信道之间码分多路传输和/或时分多路传输和/或频分多路传输程序中得以实行。

本发明有一布局是关于电信号和光信号通过逻辑门和存贮器功能的互连，考虑到它们种类很多，故在本文只作举例说明。如果如两个信号波P1和P2施加至成双OEP——它可扩大成倍信号波，和成双OEP——各自具有读出电流的有线“或”互连WOR和由电压放大器的电流读出V_R＝Uout/IAS，具有输出Uout，一个置于下游的单独部件ABS，最好在由Uout的互补关系中加以激励的快速发射极或源极跟随器对，具有连接的共同输出IUoutI和一个下游连接的电光转换器用于将IUout I转换为Pout，最好一只LED或激光二极管能较好地直接地集成在如GaAs或GaInASP-OEP结构上，以提供下述的相关信号互连的任选项：

通过转换三种调制状态可灵活地改变逻辑性能。如调制状态MZP为P1和调制状态MZN为P2或反之亦然，现给出下列逻辑功能表，其中三进制状态可有利地加以使用，但是本文只考虑有关二进制逻辑，因为输出IUoutI和Pout产生直接的P1和P2的光学的OEP-XOR互连：

表1

此OEP逻辑结构在其功能方面可较容易地，灵活地和非常快进行转换，如通过调制状态MZP为P1和P2进入相应于下述真值表的OEP-OR门功能，在此表中，这儿只考虑二进制逻辑，按照本发明有关使用三进制状态的任选项未加考虑：

表2

在调制状态MZN/MZN时，对于部分OEP的两对调制电压，由于来自OR顺序[0，1，1，1]为负的，故给出相应的NOR顺序[1，0，0，0]或对于P1和P2为NAND关系。

两个表格的表1和表2的底部右面的各自的最后位置提供电逻辑状态的纯正的光学快速读出的可能性，如从数据存贮器。要取出的状态如“低”＝负电压和“高”＝正电压施加至调制电极M2a/b并当P1和P2都是“高”的，也就是说，当P1和P2都接通和UM1a/b是经常地是正的，就可从相应于UM2a/b＝正或负的光回答消息Pout＝“低”或“高”中读出。以相似的方式，使用所述的逻辑结构-简化的并考虑没有数据安全措施-数据可很快地以光方式输入至存贮器和由Uout方式写入-有可能使用从P1-有效信号时钟推导-如进入触发器如使用P1-“高”和“有效”，当UM1a/b＝正的而UM2a/b＝负的，则P2状态“低/高”直接通至输出Uout。

大量可能使用的列出的逻辑应用意味着XOR门与相位调节电路，特别是延迟锁相环DLL相连具有特别重大的意义。

按照本发明此OEP-XOR门电路在光学系统中提供完全是新的任选方法如特别快速的数字式非相干光-光混合器，用于非相干光-光PLL和DLL，特别在数字式相位调节电路中。

OEP逻辑结构特别适用于OE接口区。进一步处理步骤如以一般方式使用触发器结构在当前是很经济的。

按照本发明，然而还有此可能性，通过合适地扩展带有简单或相互的电和/或光反馈的OEP-OR门来配备快速的光学OEP触发器电路OEP-FF，可以双稳态(D-FF，JK-FF)，单稳态和非稳态触发形式可实行各种已知的欧姆和/或电容反馈的变种，或作为肖特基触发器。在低成本范围内使用的例子是OE传感器系统，光学发送器或显示器和OE接口，特别是在聚合物电子基础和OLED基础上可打印的可光学写入和可光学读出的标签。

按照本发明除了快速转换任选项外，除了逻辑功能和相互的部分反馈的互连任选项外，OEP允许非常快速地进行信号波混合和相关，特别是光信号与电信号。

有关数字式调制信号，混合和相关是指一对调制电压以推挽关系在调制状态MZP和MZN之间转换。按照本发明，单个OEP或成双OEP可作为在至少一组调制电极上和至少较佳调制的信号波P＝P₀+P(t)具有直流分量P₀和交变分量P(t)的至少一对调制电压的混合器和相关器工作。

在此情况下，在理想的状况中，读出电流分别以100％加以调制，同时IA＝IA₀+I_A(t)和IAS＝IA1+IA2＝IAS₀+I_AS(t)和由调制电压UMa＝UMao+u_ma(t)和UMb＝UMbo+u_mb(t)，同时最好分别为u_ma(t)≡u_mb(t)和UM1a＝UM1ao+u_m1a(t)和UM1b＝UM1bo+u_m1b(t)，最好Um1a(t)＝u_m1b(t)和UM2a＝UM2ao+u_m2a(t)和UM2b＝UM2bo+um2b(t)等加以对称地调制，其中读出电流IA1和IA2的对称调整可在光学区中选择地加以完成和OEP可按照该调制加以操作，最好在具有正读出电流的调制状态MZP和具有负读出电流的MZN之间.

使用成双OEP，如利用有线“或”电流读出，信号波读出电流的调制度(最好具有相等分布的强度分布至部分OEP1和部分OEP2，最大值为100％，同时IAS＝IA1+IA2和IA1＝IA2)由MZP1/MZN1和MZP2/MZN2的脉冲占空因数的相反的非对称性分别地线性降低至0％，此对应于未调制零状态MZP1/MZN2或MZN1/MZP2和这样，总的说来对应于零状态MZO。

关于读出单元的差分读出最大值，两部分OEP均以相位相反的关系和分别与MZN/MZP的互补关系加以调制。

为了估算正在求得的混合积，此互连和估算单元VAEH最好具有选择和滤波性能，如在给定的混合频率的频带中。在许多应用中使用混频过程如在OE锁定放大器，OE相位调节电路(OE-PLL)中，在结合短期积分和相关的激光雷达的过渡时间测量中和如OE频率转换器。对于相关结果，混频积在基带中确定，最好由短期积分，最好由带有清0开关的“Miller”积分器来进行。

OEP混频器和OEP相关器的特定优点在于通过相应的快速调制源MQ有可能快速转换调制信号和调制状态。

特别是由于读出电流快速并完全地进行开和关而进入零状态MZO，故时分多路传输工作和脉冲串成组传输工作可能是有利的。

在光信息传输中可有利地实施新的OEP相关器，如在大厅和室内但也可在相对小的仪器装置外壳中漫射的自由空间通信中，在一般和微系统技术的光学连接技术和所谓光学后板作为多层布线补充中和在线约束的光网络中，如自动化部分中聚合物纤维LAN。在这方面，通过MSM-OEP方法在输出上有可能是相对高的带宽和位速率。

通过如MSM结构的小的阻挡层电容而得出的读出电流，其欧姆输入较低和低度串扰的调制信号可使积分时间短，这样位速率就高。

由于在此类网络中码，相位和时分多路传输工作(CDMA和TDMA)和进一步的多路传输方法，根据在接收节点中相关和非相关平衡采样特性，信道数可提高至100以上。其原因是，那些与调制信号不相关的信号波几乎全部抑止。

按照本发明的方法又一布局中，对于不知道的信号波，使用有关OEP的合适的调制信号可获得相关处理，其中信号波首先在通入OEP接收装置之前由最好集成于OEP系统的一个附加调制装置马上进行合适的调制，此种调制与OEP调制是有一给定的关系。

此目的例如是用于热成象的高灵敏度和低费用的检测。一般热成象摄影机工作约在3-10μm波长范围，采用相应的合适的半导体材料和如冷却是用液氮以抑止检测器的严重的热噪声。

除了在快速MSM技术中加以实施外，根据有关的各个频谱的目标，按照本发明的OEP象素的简单结构是由许多半导体材料和技术来加以实现的，如在Si双极技术中(最好金属条结构在此情况下如将n⁺阴极条覆盖在P^-硅上.对远红外范围和对热辐射范围，可能使用如铟锑化物InSb和HgCaTe.当暗电流基本上如由状态MZP和MZN之间矩形调制通过相关的平衡采样(CBS)的作用而加以抑止时，甚至于不用费钱的冷却法，就可取得高灵敏度.为此，当记录图象时，如使用旋转的限幅器盘或微镜阵列(数字式镜装置)，入射信号波在同样相位和频率上按调制过程的时标受到矩形调制.

用于热辐射范围的OEP接收机材料可使其有可能提供一种OEP热辐射雷达，并有可调制的热辐射器如量子级联激光器(QCL)。

本发明又一布局提供提高OEP接收装置的灵敏度的方法和实行此方法的装置。

除了已知的和讨论过的提高灵敏度级的可能方法，如信号波的频谱滤波和相关平衡采样等等之外，有可能连接OEP接收表面的上游，最好包含OEP线或OEP矩阵，图象放大器单元用于放大信号波强度和/或用于信号波的频谱转换。

按照本发明方法提供信号波首先在光电流空间的横截面转换至相应的电子电流横截面，其方法是最好通过光阴极直接或间接如通过闪烁器层以达到X射线范围。

在真空中，OEP表面结构最好直接置于作为并行表面的光阴极表面的对面，同时处于正阳极电位。这样，在光阴极真空侧的由信号波触发的光电子经受相应于由U_A所限定如10至1000伏的电位差的加速效应，它可以简单形式加以控制或调节。电离作用和在敏感区3中载流子对的形成由eU_A入射电子增加的能量予以提升几乎相应的量。在此情况下，OEP原理的工作模式从光子的信号波扩展至加速电子或β射线。

用此方法可获得非常高的灵敏度，同时，非相关信号波的高度抑止允许许多不同的测量方法如，在医学专业中改进的红外和X射线的层折摄影法，在这方面，OEP阵列的高时间分辨率用快速红外源或X射线源调制允许其自己或组合的传递时间层折摄影法。

在本发明又一布局中，通过电子倍增程序进一步提高OEP灵敏度级，上述程序是在光阴极和OEP接收表面之间实施的。

为此，现设置如光电倍增器阵列，最好是微信道板MCP，最好表面外形与光阴极和OEP接收表面相同，其OEP结构前侧金属化处在第一阳极电位。相对于第一阳极在微信道板后面的第二阳极电位通过MCP电压如1000伏加速微信道内的电子，因此取得二次电子倍增，约有1000倍电流放大效果。OEP的表面结构是在如10-＞1000伏的第三阳极电位，故能通过光电子能量进一步可调节放大，可具有达到1000倍电流放大效果。

此类OEP红外图象放大器或OEP X射线图象放大器占有空间极小，而取得极大的放大效果，并还有定时选择和干扰辐射抑止的优点。在调制的OEP-3D图象放大器摄影机的形式中，根据本发明此方法可取得以公里计区域范围，如有可能应用于空气数据测量和在空中，空间和海上旅行。

在本发明又一布局中以激光雷达原理为基础的距离测量在综合模式的工作中或作为一个综合装置中能有利于与横向速度测量相结合。

在此情况下，OEP阵列可临时地按在时域中一种类似象素或空间并行相关按收配置的模式和临时地按在位置域中一种时间并行的相关接收配置的模式来工作。前者有利于适用距离测量和通过表面反向反射信号波的回波过渡时间首先导出其正交速度测量Vrad，而后者有利于适用该表面的已知的横向速度测量V_lat(Vx，Vy)。

每个OPE象素的时间相关可实现入射信号波滤波和时域和频率域方面的测量，利用已知传播速度，还可测量象素深度。

按照本发明，OEP矩阵实现如具有稳定MZP和MZN状态的测试图型或加权图型的随机地面图象的入射信号波的横向空间关系或以连续步骤滤波和在位置域和位置频率域的测量.在这方面地面图象信号波P(x，y)或其2D傅里叶转换P(fx，fy)在时间ti时与测试图型的加权G(x，y)是相关的，如通过位置域为P(x，y)^**G(-x，-y)的规则OEP矩阵，或按照P(fx，fy)×G^*(fx，fy)通过2D傅里叶转换相乘于位置频率域中。

按照本发明，通过转换OEP功能和特定估算所建议的二种任选方法具有同样的OEP阵列，并且此任选方法可结合于“地面上运动”OEP传感器，这对如道路交通安全具有重大的意义。

例如根据OEP矩阵，可实现3种工作方式：

1、OEP 3D摄影机工作方式，进行空间深度测量如许多有关PMD-3D摄影机的出版物中所述那样，和可用3D-OEP摄影机有利地加以实现；

2、一种可调节的状态可控制的零电路的方式，用于脉冲串操作，从功率经济性来看，它可以最佳化；

3、矢量的横向速度测量。

有关第三种工作方式，采用的基本出发点是如最初就行程X方向为横向的OEP条图型或垂直于它的条图型或一种OEP棋盘图型作为测试图型，其中如MZN状态中的所有光条或光区域提供一种关联的正的光电流，同时MZN状态中暗区域提供一种负的光电流。读出电流按推挽关系相对于待测的速度方向而加以组合，并在OEP棋盘图型中分为两个方向。滤波是按照其说明在二维位置滤波器或位置频率滤波器的表面上来完成的，同时具有成象的OEP边缘长度Dx和Dy为此图型周期的一半，和关于fDx和fDy频谱分量，检测到的地面图象的相应的位置频率fDx＝1/2DX和f_Dy＝1/2Dy。在没有横向运动条件下，功率密度的幅值Ax和Ay分别在这些位置频率上测得。

在3D-OEP摄影机以横向工作状态如在照明的地面上运动的情况下，相位或幅度以亮一暗交替地变化，持续期为Tt＝2D/V，时间频率f₁＝1/T_t。它提供正在寻求的速度如运载工具速度的纵向的矢量分量和横向分量：

Vx＝2Dx/T_tx＝f_tx/f_Dx和Vy＝2Dy/T_ty＝f_ty/f_Dy

因为OEP象素的图象边缘长度D取决于间隔，在3D摄象机的光学标度因子上，所以还要间歇地增加距离测量或至少利用OEP矩阵部分，并按照本发明可以连续地以时分多路传输模式或以并行关系的空间多路传输模式来加以实施。

在本发明又一布局中，关于车辆方面，更可取的是在车辆外围部件，尤其在外镜和在重型货车的减震器情况中-也用于与速度有关的自动阻尼调节等方面建议使用本发明这种OEP双功能传感器。

就“陆地上运动”OEP传感器的综合利用而言，它同时也可提供以3D陆地摄影机方式以监控所述车辆的各个侧面。

建议采用较大镜表面和容积的外镜用于至少1个背向观察的3D摄影机以监控交通中所谓盲点和用于1个正向测量的3D摄影机。“盲点”3D摄影机的发射和接收信号波最好在红外范围内和理想地在可见距离内是透明的镜表面来实现。

在本发明又一布局中，建议一种OEP测量方法，它有利地适用于在分析化学和生物物质中测量特定跃迁时间，尤其是驰豫时间.OEP物质分析的主要方法及实行此方法的装置可与OEP-3D摄影机的应用相比较.将要分析的材料，物质等等由发射机加以照射，调制最好是正弦波方式和至少1个角频率ω，它适用于正在调查的给定的量子跃迁的驰豫时间和在至少1个频谱范围λ内，它适用激励那些能量跃迁.此材料受激于如紫外线范围内的λuv，则其与在ω上响应相应的正弦反射或传输，

1、根据其各自萤光性能，它能由相位φ＝ωT或在飞秒至毫秒的宽范围内的过渡时间τ加以延迟和

2、在其他一般较低频谱范围的信号波，载流子经过背散射或它在给定的量子跃迁区中在传输方面具有频谱吸收区或线。

一种尺寸的OEP阵列较佳地服务于λ上反向散射的或传送的信号波的成象频谱分解，而另一种尺寸OEP阵列服务于并行测量许多材料试样，如沿着采样线。

使用OEP阵列所寻求的频谱线和驰豫时间τ＝φ/ω的组合可大大地推进快速和精确的物质分析，特别是在时间分辨频谱分析。

附图说明

参照附图从较佳实施例的说明，本发明的进一步优点，特征和可能的应用均将一览无遗，其中：

图1示出单个OEP器件，其包含一个读出电极互连组和两个各自互连的调制电极组。

图2图示说明类似于图1中单个OEP的成双OEP，但具有下游连接的读出单元的电路配置。

图3示出4象限方式的4重OEP结构的图示说明。

图4示出OEP传感器系统或单一通信系统的方块电路图。

图5示出复杂的OEP通信系统特别用于自由空间通信的方块电路图。

图6示出在OEP基础上的路由器或光切换单元的方块电路图。

图7示出OEP接口元件和

图8示出用于非常高的灵敏度以及具有图象放大的OEP结构。

具体实施方式

图1示出敏感于信号波的器件3的表面，有规则复盖着同样的调制电极Ma和Mb，在它们各自之间放置各个读出电极A。尽可能分布平均的一信号波P(t)在调制和读出区产生载流子，并在电极之间加以标识。调制电极由在具有相关的调制电压UMa和UMb的终端MKa和MKb处由调制源MQ加以调制，这样来影响读出端AK处的读出载流子电流IA的分布和方向。通过低欧姆读出单元VAEH，此读出电压UAK最好选择为零或地电压。通过调制源MQ的输入终端MQK可预测的清楚定义的调制状态首先是由MZP识别的状态，具有最大正电流状态IAmax，其次是MZN，具有最大负电流状态IA min和第三是补偿或零状态，具有IA＝0。

使用此图示的单个OEP，可获得调制状态MZO，同时IA＝0的零电路，其中调制电压的非对称性涉及短路连接的读出电极之间的电流均衡。这里为了制图原因，现选择二组调制电极的最大交错，但在实际上不需要用如50至100条电极。

此外，借助互连和读出单元VAEH的虚线扩展，图1使其更清楚，即在单个OEP情况下，通过电流和互连的方法在OEP器件上在进一步信号处理以前会产生影响各种读出电流的OEP原来互连。

如图2所示，把OEP结构分成二部分OEP，所谓成双OEP也可取得原则上同样的性能。在这方面采纳的基本起始点最初是功率分配均匀的单个信号波P(t)。由有线“或”电路WOR在相应的读出端AKS可以组合电流的和。由于两部分OEP1和OEP2电流的调制是在同一方向或相反方向，所以它们的和从Imax通过零至Imin可加以控制。

两个电流IA1和IA2可分别从互连和读出单元VAEH分别读出-如图2所示，另一种方法是代替有线“或”读出WOR-通过具有2个运算放大器V的Miller积分器。这相应于电流减法的作用和使用组合MZP1/MZP2或MZN1/MZN2，所取得的结果是零状态MZO。

在这种情况下必然发生的共模分量对读出电容CA1和CA2充电，并在运算放大器V的延迟时间后，Miller电容器Cf1和Cf2在同样的方向，因而不涉及推挽输出电压ΔUA的失真，但它却对估算如光电信号的相关函数或逻辑互连有意义。

然而，此种稳定状态也还造成电流共模过激励结果。通过周期性地复位Miller电容Cf1和Cf2开关RS根据OEP电路各自模式的工作可避免这种状态。根据本发明通过专用电路可安全地和足够地避免共模过激励，其方法是通过Rev-Rev电桥电路只取出输出侧共模分量U_BV并通过R1和R2反馈关系以放大形式将其作为补偿电流馈入于2个放大器输入AK1和AK2。在此反馈电路中，控制参数Uev的放大和在终端AK1和AK2的补偿对称电流的馈入可由下列方法加以实现：1、通过电路GKV2，在输出端G1上一种可控制的电压源VUev；或2、通过电路GKV3，一种可控制的电流源SUev；3、高度对称的反馈和电流分流可通过FET差动放大器作为栅一基放大器GBV来完成，GBV理想的是微电子化，集成于非常小的空间，节省了R1和R2，并有利地具有电流放大作用，它可通过相等的栅极电压UGa和UGb，通过共模电压源Uev的内阻Rev/2和通过FET梯度来设置。

调制信号对读出电极的电容串扰可在2个终端K1和K2上通过在CK₁和CK₂上的合适的推挽信号来加以补偿。

图3图示了4重OEP的平面图，它能替代单个OEP和成双OEP的功能，并可灵活地使用于4倍，2倍和1倍测量。此外，决定相关函数的相位的工作是在一个过程中通过并行测量来执行的-如在正弦信号情况下的IQ测量。相邻的指状结构的正交取向有利于造成减小串扰的结果。

图4是方块电路图，示出以在这儿表示的OED线或OEP矩阵的成双OEP为例的OEP传感器系统的结构。

光学信号源SQ通过具有选择性延迟ΔT或

的调制源MQ来加以调制和发射信号波Ps(t)。如，在萤光光谱学中它可激励试样或在激光雷达情况下照明3D情景。接收到的信号波P(t)＝P1(t)P2(t)是由与信号源调制有关的合适的调制电压来解调。接下来是处理/互连和评估单元VAEH，信号和数据处理系统SDV和启动器系统ASY。控制器ST提供对测量程序的匹配和优化。

图5图示地示出通过OEP阵列和LED/激光二极管阵列的两个系统或网络用户的信息交流的方块电路图，特别是自由空间通信中的新应用，如在空间旅行，在室内，车辆，设备和在光学透明电路板中，但也可双向地用于局部聚合物纤维网络。发射机/接收机系统TR1通过LED或激光二极管的光电接口，通过光束通路8将数据以编码形式通过主要是漫射的散射至具有多个OEP接收机的OEP接口和下游连接的电子系统(EL系统)。按照相应的应用，返回信道通过发射机T2或局域网或广域网而直接工作。

图6图示地示出由输入ST1-4或光学开关单元(光学交叉连接)控制的路由器方块电路图的简化形式。此串行输入数据流通过输入侧多路分配器DEMUX和通过并行发射机接口ITF至LED或激光二极管或VCSEL阵列，并进一步通过衍射光学系统以均匀的功率分布至OEP矩阵。待切换的信道结合是在码分和时分多路传输过程中完成的。OEP矩阵的并行输出经过并行接收机接口RIF至输出侧多路传输器MUX，用于路由的或切换的数据流的主要串行输出。

图7图示地示出新颖的OEP逻辑部件以说明如光电接口如何能大大提高速度，又能大大简化结构。

两个信号源SQ1和SQ2耦合信号波P1和P2，通过光学波导LWL至具有OEP1和OEP2的成双OEP。

输出电流IA1和IA2由UM1a/b和UM2a/b所控制并放在一起组成IAB。具有正增益和输出Uout的电流/电压放大器V_R后面是具有IUout1的ABS(雪崩击穿半导体)和具有Pout的LED/激光二极管。

单个OEP图形电路有下列4种功能：

1、关于用于调制状态MZ1P/MZ1N的IUout I和Pout，P1和P2通过XOR进行逻辑互连。

2、关于MZ1P/MZZP通过OR对P1和P2进行行间连接(interlined)。

3、当P1和P2“高”时，逻辑状态UM2a/b能很快地以纯光学方式读出如Pout。

4、当P1“高”且调制状态为UM1P/UM2P时，P2状态可采用纯光学方式通过直接到达Uout和可写入于如存储器。

图8示出可以提高OEP原理的灵敏度的方法。在第一实施例中没有示出微信道板MCP，OEP图象放大器包含左侧光阴极，信号波P(t)入射在此阴极上。在光阴极真空一侧有光子入射图象作为电子流出，由于在OEP接收表面上具有足够的正电压，它相对于阴极可起到正阳极作用，电极在光敏区3以相应的高能量级eUA碰撞。能量的提高导致对的形成相应提高，从而提高灵敏度级。

由于微信道板MCP插入，如所示，则采用合适的工作电压，灵敏度可进一步提高。

图8右面部分图示地示出象素结构图。

Claims

1.一种检测和处理信号波的方法，其中一敏感于信号波的器件产生载流子从而在读出电极中引发信号电流，其中设有至少两个调制电极，所述至少两个调制电极通过被设置成在空间上接近所述读出电极，而与所述读出电极相关联，所述设置根据各个调制电极的调制电压的极性符号，正的或负的电流流过相关联的读出电极，其特征在于，采用相对彼此可调节的相位关系来调制这些调制电极，其中由两个调制电极的调制电压所产生的读出电流是加性耦合的。

2.一种检测和处理信号波的方法，其中一敏感于信号波的器件产生载流子从而在第一读出电极和至少又一个读出电极中引发信号电流，其中设有至少两个调制电极，所述至少两个调制电极中的至少一个被设置成在空间上接近所述第一读出电极，而所述至少两个调制电极中的另一个被设置成在空间上接近所述又一个读出电极，从而根据各个调制电极的调制电压的极性符号，正的或负的电流流过相关联的读出电极，其特征在于，采用相对彼此可调节的相位关系来调制这些调制电极，其中由两个调制电极的调制电压所产生的读出电流是加性耦合的。

3.按照权利要求1或2所述的检测和处理信号波的方法，其特征在于，所述调制为所述至少两个调制电极的每一个产生一独立的可调节电压。

4.按照权利要求1或2所述的检测和处理信号波的方法，其特征在于，相对于读出电极的调制电极的空间排列和/或调制电压的电压幅度是如此选择的，即，利用调制电压的相反符号，相加的读出电流彼此互相抵消。

5.按照权利要求1或2所述的检测和处理信号波的方法，其特征在于，调制电压之一是恒定电压，而另一个具有交变符号。

6.按照权利要求1或2所述的检测和处理信号波的方法，其特征在于调制电压的幅度是可变的。

7.按照权利要求1或2所述的检测和处理信号波的方法，其特征在于，由不同的信号波在分开的元件上所产生的多个不同的信号电流组合在一起。

8.按照权利要求7所述的检测和处理信号波的方法，其特征在于由不同的信号波在分开的元件上所产生的所述多个不同的信号电流相加。

9.按照权利要求1或2所述的检测和处理信号波的方法，其特征在于，信号波也要调制，且调制电极的调制与信号波的调制相关联。

10.按照权利要求9所述的检测和处理信号波的方法，其特征在于，读出电极和调制电极用作为光混频检测器元件，在两个调制电极处在同相关系时，经历调制电压符号的变化，而读出电流至少在一个这样的周期上进行积分。

11.按照权利要求9所述的检测和处理信号波的方法，其特征在于，读出电极和调制电极是通过交替地或并行地改变调制信号的相位和/或幅度关系以用作光电处理器元件而工作的，其中所述光电处理器元件被排列为阵列，并分别由空间上正和负交替调制状态而选择性地完成信号波的图形分析或位置频率分析。

12.按照权利要求1或2所述的检测和处理信号波的方法，其特征在于，各个读出电极的读出信号的互连包括加法，减法，或具有可变化地调节的相位关系的加法，以及逻辑互连AND，OR，XOR和相应取负NAND，NOR，NXOR。

13.按照权利要求1或2所述的检测和处理信号波的方法，其特征在于，基板掺杂程度低的光电处理器通过由三种相对比的调制电压状态的控制提供三个相关的读出电流状态，第一正调制状态，调制电压都是正的，具有正的读出电流；第二负调制状态，调制电压都是负的，具有负的读出电流；以及第三零调制状态，调制电压一个正一个负，具有变为零的读出电流.

14.按照权利要求13所述的检测和处理信号波的方法，其特征在于，所述第一正调制状态和所述第二负调制状态分别对应最大值正的和最小值负的电流。

15.按照权利要求1或2所述的检测和处理信号波的方法，其特征在于，实现读出电流的积分和其中实现积分的读出电流或读出电荷的零转换，产生两个调制状态正和负的高频对称的转换。

16.按照权利要求15所述的检测和处理信号波的方法，其特征在于，所述实现积分的读出电流或读出电荷的零转换，在进行电荷零转换之后，产生两个调制状态正和负的高频对称的转换。

17.按照权利要求1或2所述的检测和处理信号波的方法，其特征在于，光电处理器条状结构具有雪崩半导体结构，其中由信号波产生的载流子，通过半导体基板中偏置的pn或“肖特基”结的雪崩作用，通过倍增予以放大，其中调制电压在幅度方面加以调节。

18.按照权利要求17所述的检测和处理信号波的方法，其特征在于，光电处理器条状结构，具有光阴极的上游连接，并通过微信道板或光电倍增器在真空中的光电子二次电子倍增，其中电子图象首先逆转换成光图象。

19.按照权利要求1或2所述的检测和处理信号波的方法，其特征在于，光电处理器条状结构提供给光电处理器，具有光阴极的上游连接，并通过微信道板或光电倍增器在真空中的光电子二次电子倍增，其中光电处理器基板中高能量电子的二次光效应包括大量载流子倍增。

20.按照权利要求1或2所述的检测和处理信号波的方法，其特征在于，对光阴极的光电子通过电离作用和载流子的产生，直接图象成形地加速到光电处理器表面上，不需用微信道板。

21.用于检测和处理信号波的装置，具有对信号波敏感的器件的光电处理器，在其中的信号波产生载流子，和读出电极(AK)连接至器件的载流子区域，其中设有至少两个调制电极(MKa，MKb)在空间上接近所述读出电极，从而根据各个调制电极的调制电压的极性符号，正的或负的电流流经相关的读出电极，其特征在于，设有至少一个装置，通过该装置设置两个调制电压各自的相位关系和/或电压幅度。

22.用于检测和处理信号波的装置，具有对信号波敏感的器件的光电处理器，在其中的信号波产生载流子，和连接至器件的载流子区域的第一读出电极(AK)以及至少又一个读出电极(AK)，其中设有至少两个调制电极(MKa，MKb)，所述至少两个调制电极中的至少一个设置在空间上接近所述第一读出电极(AK)，而所述至少两个调制电极中的另一个被设置成在空间上接近所述至少又一个读出电极(AK)，从而根据各个调制电极的调制电压的极性符号，正的或负的电流流经相关的读出电极，其特征在于，设有至少一个装置，通过该装置设置两个调制电压各自的相位关系和/或电压幅度。

23.按照权利要求21或22所述的检测和处理信号波的装置，其特征在于，信号波敏感器件是一种光敏感半导体材料。

24.按照权利要求21或22所述的检测和处理信号波的装置，其特征在于，信号波敏感器件是一种光阴极，在至少单个光电处理器或双重光电处理器结构中设有与读出电极相关的调制电极，所述调制电极用于在真空中进行光电子调制工作，其中读出电极备有上游连接的二次电子倍增装置，且其中读出电流由阳极读出结构来进行读出。

25.按照权利要求24所述的检测和处理信号波的装置，其特征在于，所述阳极读出结构是电荷耦合装置CCD、互补金属氧化物半导体CMOS，和金属半导体金属MSM照相机芯片结构之一。

26.按照权利要求24所述的检测和处理信号波的装置，其特征在于，所述上游连接的二次电子倍增装置是微信道板元件。

27.按照权利要求24所述的检测和处理信号波的装置，其特征在于，读出和调制电极是金属半导体点触或“肖特基”二极管。

28.按照权利要求21或22所述的装置，其特征在于，读出电极(AK，AK1，AK2)和至少一个相应调制电极(MKa)成梳状相互连接，其中读出电极连接以同样方式设计的另一个读出电极，与第二调制电极(MKb)形成梳状相互连接。

29.按照权利要求21或22所述的检测和处理信号波的装置，其特征在于，多个相互独立的读出电极和相关的调制电极配置于一个阵列中。

30.按照权利要求21或22所述的检测和处理信号波的装置，其特征在于，设有用于调制一个或多个信号波的装置。

31.按照权利要求21或22所述的检测和处理信号波的装置，其特征在于，光电处理器结构是PLL或DLL电路的方式。

32.按照权利要求31所述的检测和处理信号波的装置，其特征在于，所述PLL或DLL电路是以阵列方式提供的。

33.按照权利要求31所述的检测和处理信号波的装置，其特征在于，提供了PLL或DLL输入电路用于检测信号调制或者编码和用于使所述调制电极的调制频率和调制相位适应于信号波调制。

34.按照权利要求21或22所述的检测和处理信号波的装置，其特征在于，光电处理器的条状调制和读出电极是在敏感于信号波的信号波敏感半导体基板上由金属电极用作肖特基接触件来实现的，其中基板处于自由电位，所述基板为浮动基板。

35.按照权利要求34所述的检测和处理信号波的装置，其特征在于，所述半导体基板是高欧姆低渗杂p^-或n^-基板或高欧姆低渗杂p^-或n^-外延层之一。

36.按照权利要求21或22所述的检测和处理信号波的装置，其特征在于，条状调制电极和读出电极是由n⁺和p⁺条或沟道来实现的，宽度为0.1至5μm范围，在敏感于信号波的敏感半导体基板或外延层上。

37.按照权利要求36所述的检测和处理信号波的装置，其特征在于，所述基板内在地分别导通至高欧姆p^-或n^-基板，由条状电极形成阻塞PN结，此PN结具有延伸向基板的深度的空间电荷区。

38.按照权利要求21或22所述的检测和处理信号波的装置，其特征在于，调制电极和/或读出电极由覆盖所述电极的宽度的绝缘屏蔽金属电极来覆盖，并且电容性耦合至调制源，其中调制电极屏蔽金属电极和读出电极屏蔽金属电极连接至推挽调制源。

39.按照权利要求21或22所述的检测和处理信号波的装置，其特征在于，部分光电处理器的电流读出电路是个别地或组合地处于对应于有线“或”原理的直接电流相加的形式，具有设置在所述读出电路之后的单个Miller积分器用于相关应用。

40.按照权利要求39所述的检测和处理信号波的装置，其特征在于，光电处理器由差分Miller积分器读出。

41.按照权利要求21或22所述的检测和处理信号波的装置，其特征在于，从调制电极至读出电极和至读出终端的高频调制信号的电容性串扰通过使用推挽电压进行电容性补偿予以抑止。

42.按照权利要求21或22所述的装置，其特征在于，双重或四重光电处理器被扩大至尺寸为M×N的光电处理器矩阵，其中M和N是大于1的整数。