EA040950B1 - LIGHT POSITION SENSOR - Google Patents

LIGHT POSITION SENSOR Download PDF

Info

Publication number
EA040950B1
EA040950B1 EA202091956 EA040950B1 EA 040950 B1 EA040950 B1 EA 040950B1 EA 202091956 EA202091956 EA 202091956 EA 040950 B1 EA040950 B1 EA 040950B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
sensor
module
light source
block
controller
Prior art date
Application number
EA202091956
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юар Мартин Эстбю
Филипп Доминик Хефлигер
Original Assignee
Университетет И Осло
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Университетет И Осло filed Critical Университетет И Осло
Publication of EA040950B1 publication Critical patent/EA040950B1/en

Links

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs

Настоящее изобретение относится к сенсору для определения положения источника света и к способам определения положения источника света с использованием сенсора. В частности, изобретение относится к солнечному сенсору для спутника.The present invention relates to a sensor for determining the position of a light source and to methods for determining the position of a light source using the sensor. In particular, the invention relates to a solar sensor for a satellite.

Уровень техникиState of the art

Сенсоры для определения положения Солнца хорошо известны и варьируются от очень простых до чрезвычайно высокотехнологичных решений. Когда такие сенсоры предназначены для применения в космических спутниках или ракетах, важны их прочность и надежность. Кроме того, для космических микрозондов очень важны вес и объем.Sensors for determining the position of the Sun are well known and range from very simple to extremely high-tech solutions. When such sensors are intended for use in space satellites or rockets, their robustness and reliability are important. In addition, weight and volume are very important for space microprobes.

Известен сенсор для космических микрозондов от Farian и др. (A Miniturized Two-Axis Ultra Low Latency and Low-Power Sun Sensor for Attitude Determination of Micro Space Probes (Миниатюрный двухосевой сенсор со сверхнизкой задержкой и малым энергопотреблением для определения положения космических микрозондов), IEEE Transactions on Circuits and Systems (Транзакции по цепям и системам), 2017). Здесь раскрываются сенсорные блоки, содержащие два линейных сенсора, ортогонально ориентированные относительно друг друга. На фиг. 1 показан сенсор (датчик) согласно Farian. Сенсор 10 содержит сенсорный блок 12 на микросхеме 13. Маска 14 содержит прозрачную часть 15, которая обеспечивает попадание света 16 на сенсорный блок 12. Положение источника света может определяться по тому, какая часть сенсорного блока 12 освещена.A known sensor for space microprobes from Farian et al. (A Miniturized Two-Axis Ultra Low Latency and Low-Power Sun Sensor for Attitude Determination of Micro Space Probes, IEEE Transactions on Circuits and Systems (Transactions on circuits and systems), 2017). Disclosed here are sensor units comprising two linear sensors orthogonally oriented with respect to each other. In FIG. 1 shows a sensor (sensor) according to Farian. The sensor 10 includes a sensor unit 12 on a chip 13. The mask 14 includes a transparent portion 15 which allows light 16 to reach the sensor unit 12. The position of the light source can be determined by which part of the sensor unit 12 is illuminated.

Однако Farian не рассматривает, как разместить сенсор в детекторном модуле. Как правило, чтобы обеспечить поле обзора (FOV, field of view) по полной полусфере, пять сенсоров прикрепляют к соответствующим поверхностям кубической опорной конструкции. В документе US 2016/0123801 А1 раскрывается конструкция сенсора, содержащая пирамидальную конструкцию, со светочувствительными областями и электрическими контактами на каждой обращенной наружу поверхности пирамиды. Положение источника света определяется путем сравнения сигналов от различных светочувствительных зон.However, Farian does not consider how to place the sensor in the detector module. As a rule, to provide a field of view (FOV, field of view) over a full hemisphere, five sensors are attached to the corresponding surfaces of the cubic support structure. US 2016/0123801 A1 discloses a sensor design comprising a pyramid structure with photosensitive areas and electrical contacts on each outward facing surface of the pyramid. The position of the light source is determined by comparing the signals from different photosensitive areas.

Однако остается потребность в прочном, надежном, легком и маленьком сенсоре с полным полусферическим полем обзора.However, the need remains for a rugged, reliable, lightweight and small sensor with a full hemispherical field of view.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Согласно первому аспекту настоящего изобретения обеспечено сенсорное устройство для определения положения источника света, причем сенсорное устройство содержит: множество сенсорных блоков, причем каждый сенсорный блок имеет соответствующую сенсорную зону; и маску, расположенную над множеством сенсорных блоков и выполненную так, чтобы падающий свет от источника света освещал разные области сенсорной зоны каждого из сенсорных блоков в зависимости от положения источника света относительно сенсорного устройства, так что положение источника света может быть определено на основании того, какие области сенсорной зоны сенсорных блоков освещены; при этом каждый сенсорный блок является управляемым соответствующим контроллером блока для определения положения источника света.According to a first aspect of the present invention, there is provided a sensor device for determining the position of a light source, the sensor device comprising: a plurality of sensor units, each sensor unit having a corresponding sensor area; and a mask positioned above the plurality of sensor units and configured such that incident light from the light source illuminates different areas of the sensor area of each of the sensor units depending on the position of the light source relative to the sensor device, so that the position of the light source can be determined based on which the areas of the sensory zone of the sensor blocks are illuminated; wherein each sensor unit is controlled by a respective unit controller to determine the position of the light source.

Каждый из множества сенсорных блоков может использоваться для определения положения источника света, и, следовательно, может быть выполнено множество измерений положения источника света сенсорным устройством, одним для каждого из множества сенсорных блоков. Сенсорный блок может содержать любой подходящий механизм для обнаружения падающего на него света и может содержать множество светочувствительных пикселей в любой подходящей компоновке. Таким образом, светочувствительные пиксели сенсорного блока составляют сенсорную зону.Each of the plurality of sensor units may be used to determine the position of the light source, and therefore, a plurality of measurements of the position of the light source by the sensor device may be made, one for each of the plurality of sensor units. The sensor unit may include any suitable mechanism for detecting light falling on it, and may include a plurality of light sensitive pixels in any suitable arrangement. Thus, the light sensitive pixels of the sensor unit constitute the sensor area.

Маска содержит прозрачный участок, позволяющий свету от источника света проходить сквозь него, чтобы освещать различные области сенсорной зоны каждого из сенсорных блоков, и содержит непрозрачную часть, не допускающую попадания света на другие области сенсорной зоны каждого из сенсорных блоков. Маска отнесена от сенсорных блоков на заданное расстояние, так что для каждого положения источника света относительно сенсорного устройства будут освещены разные области сенсорных зон каждого сенсорного блока (т.е. затенение от маски будет разным для разных положений источника света с освещением разных областей сенсорных зон). Таким образом, путем измерения того, какие части сенсорной зоны освещены, можно определить положение источника света относительно сенсорного устройства.The mask contains a transparent portion that allows light from a light source to pass through to illuminate different areas of the sensory area of each of the sensor units, and contains an opaque portion that prevents light from entering other areas of the sensory area of each of the sensor units. The mask is offset from the sensor blocks by a predetermined distance, so that for each position of the light source relative to the sensor device, different areas of the sensory zones of each sensory block will be illuminated (i.e., the shading from the mask will be different for different positions of the light source, illuminating different areas of the sensory zones) . Thus, by measuring which parts of the touch area are illuminated, the position of the light source relative to the touch device can be determined.

Сенсорное устройство может быть, по существу, плоским и, следовательно, может определять вектор нормали, нормальный к плоскости сенсорного устройства.The touch device may be substantially flat and therefore may define a normal vector normal to the plane of the touch device.

Сенсорное устройство может представлять собой схему сенсора и может быть выполнено на одной печатной плате или чем-либо подобном. Таким образом, сенсорное устройство может иметь поле обзора (FOV), определяемое максимальным углом, под которым источник света может быть расположен к вектору нормали, все еще освещая область сенсорного блока и, следовательно, оставаясь обнаруживаемым. Сенсорное устройство может определять направление, в котором источник света расположен относительно сенсорного устройства.The sensor device may be a sensor circuit and may be implemented on a single printed circuit board or the like. Thus, a touch device may have a field of view (FOV) defined by the maximum angle at which a light source can be positioned from the normal vector while still illuminating the area of the sensor block and therefore remaining detectable. The touch device may determine the direction in which the light source is located relative to the touch device.

Каждый сенсорный блок может содержать первую полоску и вторую полоску, по существу, ортогональную первой полоске, при этом маска может быть выполнена так, чтобы источник света освещал области обеих полосок каждого сенсорного блока одновременно. Т.е. каждый сенсорный блок (и соответ- 1 040950 ствующая сенсорная зона) может иметь по существу L-образную форму, при этом маска может быть выполнена с возможностью одновременного освещения областей каждой линии этой L-образной формы. Сенсорные полоски сенсорных блоков могут непосредственно примыкать друг к другу (например, в углу L-образной формы) или могут слегка отстоять друг от друга. Хотя первая и вторая полоски предпочтительно ориентированы, по существу, ортогонально, они могут располагаться под любым углом друг к другу, например, при условии, что они проходят хотя бы на некоторое расстояние в двух измерениях.Each sensor unit may comprise a first strip and a second strip substantially orthogonal to the first strip, wherein the mask may be configured such that a light source illuminates areas of both strips of each sensor unit simultaneously. Those. each sensor unit (and corresponding sensor area) may be substantially L-shaped, and the mask may be configured to simultaneously illuminate areas of each line of that L-shaped. The sensor strips of the sensor units may be directly adjacent to each other (eg in an L-shaped corner) or may be slightly spaced apart. Although the first and second strips are preferably oriented substantially orthogonally, they may be at any angle to each other, for example, as long as they extend at least some distance in two dimensions.

Поскольку каждый сенсорный блок определяет сенсорную область, которая проходит в двух измерениях плоскости, каждый сенсорный блок может действовать для определения ориентации источника света относительно сенсорного устройства и, следовательно, может определять его направление относительно нормали к сенсорному устройству (т.е. полярные координаты источника света в сферической шапке, видимой для сенсорных блоков).Since each sensor unit defines a touch area that extends in two dimensions of the plane, each sensor unit can operate to determine the orientation of the light source relative to the sensor device and therefore can determine its direction relative to the normal to the sensor device (i.e., polar coordinates of the light source in a spherical cap visible to the sensor units).

Первая и вторая полоски, предпочтительно, могут иметь, по существу, одинаковую длину, хотя при необходимости они могут иметь разную длину. Ортогональные полоски одинаковой длины могут обеспечивать одинаковое поле обзора в двух измерениях.The first and second strips may preferably be substantially the same length, although they may be of different lengths if desired. Orthogonal strips of the same length can provide the same field of view in two dimensions.

Каждая полоска сенсорных блоков может быть одной строкой пикселей или любым другим подходящим светочувствительным механизмом. Таким образом, измеряя, какой пиксель (какие пиксели) освещены на каждой полоске, и определяя их местоположение относительно маски, можно определить направление (т.е. относительное положение) источника света.Each sensor block strip may be a single row of pixels or any other suitable photosensitive mechanism. Thus, by measuring which pixel(s) are lit on each stripe and determining their location relative to the mask, the direction (i.e., relative position) of the light source can be determined.

Сенсорные блоки могут быть выполнены таким образом, чтобы их пиксели генерировали сигнал, когда их аккумулированный заряд (от падающего света) превышает пороговое значение. Таким образом, сенсорные блоки могут быть событийно-управляемыми, так что их показания обеспечиваются только при значащей освещенности. Таким образом, можно уменьшить обработку, необходимую для эксплуатации сенсорных блоков.The sensor units may be configured such that their pixels generate a signal when their accumulated charge (from incident light) exceeds a threshold value. Thus, the sensor units can be event-driven so that their readings are provided only when there is significant illumination. Thus, it is possible to reduce the processing required to operate the sensor units.

Сенсорные блоки могут быть смежными друг с другом. Сенсорные блоки могут быть расположены так, чтобы первые полоски каждого сенсорного блока были, по существу, параллельны, и вторые полоски каждого блока были, по существу, параллельны. Первые полоски сенсорных блоков могут быть смежными друг с другом, и вторые полоски могут быть смежными друг с другом. Таким образом, Lобразные сенсорные блоки могут быть вложены вместе в компактную конструкцию. По существу, полоски сенсорных блоков могут проходить по двум сторонам квадрата, ограничивая, таким образом, половину этого квадрата. Если сенсорное устройство выполнено на печатной плате, то квадрат, который наполовину ограничен полосками, может быть заполнен другими соответствующими блоками, чтобы сделать сенсорное устройство относительно компактным.The sensor units may be adjacent to each other. The sensor blocks may be arranged such that the first strips of each sensor block are substantially parallel and the second strips of each block are substantially parallel. The first strips of the sensor units may be adjacent to each other, and the second strips may be adjacent to each other. Thus, L-shaped sensor units can be nested together in a compact design. As such, the strips of the sensor blocks may extend along two sides of the square, thus delimiting half of that square. If the touch device is made on a printed circuit board, then the square which is half bound by the strips can be filled with other appropriate blocks to make the touch device relatively compact.

Маска может содержать первую прозрачную прорезь и вторую прозрачную прорезь, по существу ортогональную первой прозрачной прорези. Т.е. прозрачная часть маски может быть L-образной. Первая прозрачная прорезь может быть расположена перпендикулярно первым полоскам сенсорных блоков, а ее середина может располагаться непосредственно над серединами каждой первой полоски. Вторая прорезь может быть расположена перпендикулярно вторым полоскам сенсорных блоков, а ее середина может располагаться непосредственно над серединами каждой второй полоски. Таким образом, маска может быть L-образной, как сенсорные блоки, но повернутой относительно них на 180° (в плоскости сенсорного устройства).The mask may include a first transparent slit and a second transparent slit substantially orthogonal to the first transparent slit. Those. the transparent part of the mask may be L-shaped. The first transparent slit may be positioned perpendicular to the first strips of the sensor blocks, and its middle may be located directly above the centers of each first strip. The second slit may be located perpendicular to the second strips of the sensor blocks, and its middle may be located directly above the centers of each second strip. Thus, the mask can be L-shaped, like the sensor blocks, but rotated by 180° relative to them (in the plane of the sensor device).

Каждая полоска каждого сенсорного блока может содержать множество пикселей, при этом пиксели каждой полоски могут быть смещены относительно пикселей каждой смежной полоски на расстояние, меньшее ширины каждого пикселя в направлении смещения. Пиксели могут быть смещены на долю ширины пикселя, равную величине, обратной числу сенсорных блоков в сенсорном устройстве. Например, при наличии трех сенсорных блоков пиксели могут быть смещены на одну треть ширины пикселя. За счет такого смещения можно повысить разрешающую способность сенсорного устройства, поскольку каждый сенсорный блок будет обнаруживать источник света в немного другом положении.Each stripe of each sensor unit may contain a plurality of pixels, wherein the pixels of each stripe may be offset relative to the pixels of each adjacent stripe by a distance less than the width of each pixel in the offset direction. The pixels may be shifted by a fraction of the pixel width equal to the reciprocal of the number of sensor units in the sensor device. For example, if there are three sensor units, the pixels may be offset by one third of the pixel width. By such an offset, the resolution of the sensor device can be improved because each sensor unit will detect the light source at a slightly different position.

Сенсорное устройство может иметь градиентное экранирование для уменьшения интенсивности света, падающего на сенсорные блоки, чтобы противодействовать относительному уменьшению интенсивности света, падающего на сенсорный блок под углом. Уменьшение интенсивности света, падающего под углом, может относиться к уменьшению интенсивности света, падающего непосредственно на сенсорный блок. Маска может быть градуированной, чтобы противодействовать относительному уменьшению интенсивности света, падающего на сенсорный блок под углом. Свет, падающий на сенсорное устройство прямо (т.е. от источника света вдоль вектора нормали), будет передаваться через маску на соответствующие области сенсорных зон сенсорных блоков (например, на середину каждой полоски). Свет, падающий на сенсорное устройство под углом к нормали, будет проходить через маску под углом и падать на область сенсорной зоны под этим углом. Таким образом, его интенсивность будет уменьшена (пропорционально косинусу угла к нормали). Например, свет, падающий под углом 60° к нормали, будет иметь 50% интенсивности света, падающего по нормали, поскольку косинус 60° равен 0,5. Таким образом, прозрачность прозрачной части маски может быть градуированной или градиентной, чтобы она пропускала большую долю света, падающего под углом, чем света, падающего прямо сверху. Следова- 2 040950 тельно, сенсорные блоки могут получать приблизительно одинаковую интенсивность света независимо от положения источника света.The sensor device may have gradient shielding to reduce the intensity of light incident on the sensor units to counteract the relative decrease in intensity of light incident on the sensor unit at an angle. The decrease in the intensity of light incident at an angle may refer to a decrease in the intensity of light incident directly on the sensor unit. The mask may be graduated to counteract the relative decrease in the intensity of light hitting the sensor unit at an angle. Light falling on the sensor device directly (ie from the light source along the normal vector) will be transmitted through the mask to the corresponding areas of the touch zones of the sensor blocks (for example, to the middle of each strip). Light incident on the touch device at an angle to the normal will pass through the mask at an angle and fall on the touch zone area at that angle. Thus, its intensity will be reduced (in proportion to the cosine of the angle to the normal). For example, light incident at an angle of 60° to the normal will have 50% of the intensity of the normal incident light, since the cosine of 60° is 0.5. Thus, the transparency of the transparent part of the mask can be graduated or gradient, so that it transmits a greater proportion of light falling at an angle than light falling directly from above. Therefore, the sensor units can receive approximately the same light intensity regardless of the position of the light source.

Градуировка может быть сглаживающей, чтобы маска пропускала больше света через области, удаленные от ее центра, и пропускала меньше света через прозрачный участок маски прямо над сенсорными блоками. Градуировка может быть обратно пропорциональна косинусу угла падения вектора нормали на сенсорное устройство.The gradation can be smoothed so that the mask allows more light to pass through areas further from its center and less light to pass through the transparent area of the mask directly above the sensor blocks. The graduation can be inversely proportional to the cosine of the angle of incidence of the normal vector on the touch device.

Сенсорное устройство может быть выполнено так, чтобы каждый сенсорный блок был частью соответствующего домена питания. Т.е. сенсорное устройство может быть выполнено так, чтобы при эксплуатации каждый сенсорный блок питался от отдельного источника питания, так что отказ какого-либо одного источника питания не повлияет на работу сенсорных блоков в других доменах питания.The sensor device may be configured such that each sensor unit is part of a respective power domain. Those. the sensor device may be configured such that, in operation, each sensor unit is powered by a separate power source, so that failure of any one power source will not affect the operation of sensor units in other power domains.

Сенсорное устройство может быть микросенсором для спутника и т.п. Оно может быть меньше 1 на 1 см, может быть меньше 5 на 5 мм и может быть меньше 2,5 на 2,5 мм. Сенсорное устройство может быть, по существу, плоским, хотя и иметь достаточную глубину, чтобы маска могла отстоять от сенсорных блоков.The sensor device may be a microsensor for a satellite or the like. It may be less than 1 cm by 1 cm, may be less than 5 mm by 5 mm, and may be less than 2.5 mm by 2.5 mm. The sensor device may be substantially flat, albeit with sufficient depth to allow the mask to stand apart from the sensor units.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения обеспечен сенсорный модуль для определения положения источника света, причем сенсорный модуль содержит: множество сенсорных устройств, раскрытых при рассмотрении первого аспекта изобретения; и множество контроллеров блоков, выполненных с возможностью управления одним сенсорным блоком в каждом из множества сенсорных устройств, при этом каждое сенсорное устройство содержит один из множества контроллеров блоков.According to a second aspect of the present invention, a sensor module is provided for determining the position of a light source, the sensor module comprising: a plurality of sensor devices disclosed in connection with the first aspect of the invention; and a plurality of block controllers configured to control one sensor block in each of the plurality of sensor devices, each sensor device comprising one of the plurality of block controllers.

Каждый из контроллеров блоков может функционально отличаться от других и, таким образом, может функционировать полностью независимо от других. Следовательно, число контроллеров блоков может быть таким же, как и сенсорных устройств, причем каждый контроллер блока будет управлять сенсорным блоком в каждом из сенсорных устройств. Следовательно, в каждом сенсорном устройстве может быть то же число сенсорных блоков, что и сенсорных устройств в сенсорном модуле. Каждый контроллер блока может быть выполнен с возможностью управления только одним сенсорным блоком в каждом сенсорном устройстве.Each of the block controllers can be functionally different from the others and thus can function completely independently of the others. Therefore, the number of block controllers can be the same as the number of sensor devices, with each block controller controlling a sensor block in each of the sensor devices. Therefore, each sensor device may have the same number of sensor units as the number of sensor devices in the sensor module. Each block controller may be configured to control only one sensor block in each sensor device.

Каждое сенсорное устройство может содержать соответствующий один из контроллеров блоков. Таким образом, контроллер блока каждого сенсорного устройства может быть выполнен с возможностью управления сенсорным блоком, находящимся в том же сенсорном устройстве, что и контроллер блока, и одним сенсорным блоком, находящимся в каждом из других сенсорных устройств. По существу, каждый контроллер блока может быть выполнен с возможностью управления сенсорными блоками, имеющими соответствующие поля обзора, определяемые ориентацией каждого сенсорного устройства. Сенсорные устройства могут быть ориентированы в разных направлениях, чтобы обеспечивать перекрывающиеся и/или комплементарные поля обзора. Таким образом, каждый контроллер блока может иметь поле обзора, включающее в себя поле обзора всех сенсорных устройств.Each sensor device may contain a corresponding one of the block controllers. Thus, the block controller of each sensor device may be configured to control a sensor block located in the same sensor device as the block controller and one sensor block located in each of the other sensor devices. As such, each unit controller may be configured to control sensor units having respective fields of view determined by the orientation of each sensor device. The sensor devices may be oriented in different directions to provide overlapping and/or complementary fields of view. Thus, each block controller may have a field of view that includes the field of view of all sensor devices.

Сенсорный модуль может иметь поле обзора, охватывающее, по меньшей мере, полную полусферу, и, следовательно, способен определять положение источника света в любом месте этой полусферы (т.е. в любом направлении в этой полусфере). Таким образом, каждый контроллер блока каждого сенсорного устройства сенсорного модуля способен определять положение источника света в любом направлении полной полусферы. Следовательно, множество контроллеров блоков могут обеспечивать резервные средства определения положения источника света в случае, например, отказа одного или более контроллеров блоков.The sensor module may have a field of view spanning at least a full hemisphere and therefore be able to determine the position of the light source anywhere in that hemisphere (ie, in any direction within that hemisphere). Thus, each controller unit of each sensor unit of the sensor module is able to determine the position of the light source in any direction of the full hemisphere. Therefore, a plurality of block controllers can provide a redundant means of determining the position of the light source in the event of, for example, one or more block controllers fail.

Сенсорный модуль может быть выполнен так, чтобы каждый контроллер блока принадлежал соответствующему домену питания. Домены питания могут быть отдельными и отличающимися друг от друга, так что отказ одного домена не повлияет на работу других. Каждый домен питания может включать в себя контроллер блока, а также один сенсорный блок того же сенсорного устройства, что и контроллер блока. Домен питания может включать в себя все сенсорные блоки, управляемые контроллером блока.The sensor module may be configured such that each block controller belongs to a respective power domain. Power domains can be separate and distinct so that a failure in one domain will not affect the operation of the others. Each power domain may include a block controller as well as one sensor block of the same sensor device as the block controller. The power domain may include all sensor units controlled by the unit controller.

Сенсорный модуль может содержать множество контроллеров модуля, при этом каждый контроллер модуля может быть выполнен с возможностью управления каждым из множества контроллеров блоков. Т.е. каждый контроллер модуля может управлять всеми контроллерами блоков, при этом число контроллеров модуля может быть тем же, что число контроллеров блоков и сенсорных устройств. Каждый контроллер модуля может функционально отличаться от других контроллеров модуля и, следовательно, может функционировать полностью независимо от них. Сенсорный модуль может быть выполнен так, чтобы только один из контроллеров модуля управлял контроллерами блоков в какой-либо момент времени.The sensor module may include a plurality of module controllers, wherein each module controller may be configured to control each of the plurality of block controllers. Those. each module controller can control all block controllers, and the number of module controllers can be the same as the number of block controllers and sensor devices. Each module controller may be functionally different from the other module controllers and therefore can function completely independently of them. The sensor module may be configured such that only one of the module's controllers controls the block controllers at any given time.

Каждое сенсорное устройство может содержать соответствующий контроллер модуля, причем этот контроллер модуля выполнен с возможностью управления контроллером блока этого же сенсорного устройства, а также контроллерами блоков всех других сенсорных устройств в сенсорном модуле.Each sensor device may comprise a corresponding module controller, which module controller is configured to control the block controller of that same sensor device, as well as the block controllers of all other sensor devices in the sensor module.

Каждый контроллер модуля может быть выполнен с возможностью взаимодействия с контроллером системы, такой как спутниковая система управления и т.п. Модуль может быть выполнен таким образом, чтобы только один контроллер модуля мог взаимодействовать с контроллером системы в какой-либо момент времени.Each module controller may be configured to interact with a system controller such as a satellite control system or the like. The module may be configured such that only one module controller can interact with the system controller at any given time.

- 3 040950- 3 040950

Сенсорный модуль может быть выполнен так, чтобы резервный контроллер модуля принимал на себя взаимодействие с контроллером системы в случае отказа контроллера модуля, который ранее взаимодействовал с контроллером системы.The sensor module may be configured so that the module's backup controller takes over communication with the system controller in the event of failure of the module controller that previously interacted with the system controller.

Компоновка, раскрытая в настоящем документе, позволяет каждому сенсорному устройству быть идентичным, каждому содержащим множество сенсорных блоков, контроллер блока и контроллер модуля. Таким образом, можно упростить изготовление и конструкцию сенсорного модуля.The arrangement disclosed herein allows each sensor device to be identical, each containing a plurality of sensor units, a unit controller, and a module controller. Thus, it is possible to simplify the manufacture and construction of the sensor module.

В одном из вариантов осуществления сенсорного устройства каждый из сенсорных блоков имеет, по существу, L-образную форму и примыкает друг к другу так, что они ограничивают две стороны квадрата или прямоугольника. Контроллер блока сенсорного устройства и/или контроллер модуля сенсорного устройства, каждый, может быть расположен, по меньшей мере, частично, (а может большей частью или полностью) внутри квадрата или прямоугольника, ограниченного сенсорными блоками. Контроллер блока и/или контроллер модуля могут быть смежными с первой и/или со второй полосками сенсорных блоков и могут быть смежными друг с другом. Таким образом, сенсорное устройство может быть компактным, а занимаемое им пространство можно сделать как можно меньшим.In one embodiment of the sensor device, each of the sensor units is substantially L-shaped and abuts each other such that they define two sides of a square or rectangle. The sensor unit controller and/or the sensor unit module controller may each be located at least partially (and may be mostly or entirely) within a square or rectangle delimited by the sensor units. The unit controller and/or the module controller may be adjacent to the first and/or second sensor unit strips and may be adjacent to each other. Thus, the touch device can be compact and the space occupied by it can be made as small as possible.

Сенсорный модуль может содержать основание и три сенсорных устройства, расположенных на соответствующих гранях основания, при этом основание имеет форму, по меньшей мере, части тетраэдра. Основание может иметь форму тетраэдра без верхушки. Тетраэдрическое основание может иметь форму правильного тетраэдра и может поддерживать сенсорные устройства в заданном положении. На четвертой стороне тетраэдрическое основание может быть установлено на поверхности (например, спутника или любого другого подходящего устройства) и может, таким образом, обеспечивать покрытие сенсорным устройством по полусфере над поверхностью за счет расположения сенсорных устройств. Сенсорные устройства могут быть равномерно разнесены по тетраэдрическому основанию, чтобы обеспечить сенсорному модулю поле обзора, включающее в себя, по меньшей мере, всю полусферу над модулем (т.е. 180° по азимуту модуля и 90° по высоте модуля). Модуль может обеспечивать поле обзора больше полусферы. Соответственно, в одном из вариантов осуществления сенсорного модуля каждое из трех сенсорных устройств расположено параллельно плоскости поверхности тетраэдра, причем одно сенсорное устройство на каждой плоскости обращено наружу, если сенсорный модуль установлен на поверхности. В другом варианте осуществления сенсорного модуля каждое из трех сенсорных устройств расположено параллельно плоскости поверхности правильного тетраэдра, при этом, если сенсорный модуль установлен на поверхности, то по одному сенсорному устройству на каждой плоскости обращено наружу.The sensor module may include a base and three sensor devices located on respective faces of the base, the base having the shape of at least part of a tetrahedron. The base may be in the form of a tetrahedron without a top. The tetrahedral base may be in the shape of a regular tetrahedron and may support the sensor devices in position. On the fourth side, the tetrahedral base may be mounted on a surface (eg, a satellite or any other suitable device) and may thus provide sensor device coverage hemispherically above the surface by positioning the sensor devices. The sensor devices may be evenly spaced along the tetrahedral base to provide the sensor module with a field of view that includes at least the entire hemisphere above the module (ie, 180° in module azimuth and 90° in module height). The module can provide a field of view greater than a hemisphere. Accordingly, in one embodiment of the sensor module, each of the three sensor devices is parallel to the surface plane of the tetrahedron, with one sensor device on each plane facing outward if the sensor module is mounted on the surface. In another embodiment of the sensor module, each of the three sensor devices is located parallel to the plane of the surface of a regular tetrahedron, while if the sensor module is installed on the surface, then one sensor device on each plane faces outward.

Альтернативно, для требуемого позиционирования сенсорных устройств сенсорный модуль может иметь основание любой подходящей формы. Например, основанием может быть квадратная пирамида, пятиугольная пирамида и т.д.Alternatively, for the desired positioning of the sensor devices, the sensor module may have a base of any suitable shape. For example, the base may be a square pyramid, a pentagonal pyramid, and so on.

За счет такой компоновки каждый контроллер блока может функционировать для обнаружения (по меньшей мере одним сенсорным блоком в соответствующем сенсорном устройстве) источника света в любом положении в пределах полусферы над сенсорным модулем. Каждый контроллер модуля может сравнивать измерения от каждого из контроллеров блоков. Каждый контроллер модуля может быть выполнен с возможностью определения среднего значения измерений положения источника света, а также может быть выполнен с возможностью передачи этого среднего значения в контроллер системы. Каждый контроллер модуля может быть выполнен с возможностью определения положения источника света как среднего положения или как медианного положения. Выбирая медианное положение, можно пренебречь ошибочными или резко отклоняющимися измерениями, и можно повысить надежность сенсорного модуля.By this arrangement, each block controller can function to detect (at least one sensor block in the corresponding sensor device) a light source at any position within a hemisphere above the sensor module. Each module controller can compare measurements from each of the block controllers. Each module controller may be configured to determine the average value of the measurements of the position of the light source, and may also be configured to transmit this average value to the system controller. Each module controller may be configured to determine the position of the light source as the middle position or as the median position. By choosing a median position, erroneous or outlier measurements can be ignored, and the reliability of the sensor module can be improved.

Сенсорный модуль может быть космическим микрозондом и может быть размером менее 100 мм, размером менее 50 мм, а предпочтительно размером менее 25 мм. Сенсорный модуль может быть солнечным сенсором (датчиком) для спутника, ракетного зонда и т.п.The sensor module may be a space microprobe and may be less than 100 mm, less than 50 mm, and preferably less than 25 mm. The sensor module may be a solar sensor for a satellite, a rocket probe, or the like.

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения обеспечена сенсорная система для определения положения источника света, при этом сенсорная система содержит множество сенсорных модулей, раскрытых в настоящем документе при рассмотрении второго аспекта, причем каждый сенсорный модуль выполнен с возможностью иметь другое поле обзора для обнаружения источника света.According to a third aspect of the present invention, a sensor system is provided for detecting the position of a light source, the sensor system comprising a plurality of sensor modules as disclosed herein in connection with the second aspect, each sensor module configured to have a different field of view for detecting a light source.

Сенсорная система может быть выполнена с возможностью обнаружения источника света в более широком поле обзора, чем может быть доступно с использованием только одного сенсорного модуля. Сенсорные модули сенсорной системы могут быть выполнены с возможностью обнаружения источника света в противоположных направлениях. Сенсорная система может содержать два сенсорных модуля и может содержать только два сенсорных модуля. Два сенсорных модуля могут быть расположены так, чтобы каждый обнаруживал источник света в противоположных полусферах, и поэтому сенсорная система может обеспечивать поле обзора по всей сфере (т.е. поле обзора во всех направлениях), так что положение источника света может быть обнаружено в любом направлении с использованием по меньшей мере одного из сенсорных модулей.The sensor system may be configured to detect a light source over a wider field of view than would be available using the sensor module alone. The sensor modules of the sensor system may be configured to detect a light source in opposite directions. The sensor system may contain two sensor modules and may contain only two sensor modules. The two sensor modules can be positioned so that each detects a light source in opposite hemispheres, and so the sensor system can provide a field of view over the entire sphere (i.e., a field of view in all directions) so that the position of the light source can be detected in either direction using at least one of the sensor modules.

Сенсорная система может содержать контроллер системы, выполненный с возможностью взаимодействия с и/или управления каждым из множества контроллеров модулей. Каждый из множества контроллеров модулей может быть выполнен с возможностью отправки сигнала системному контроллеру.The sensor system may include a system controller configured to interact with and/or control each of the plurality of module controllers. Each of the plurality of module controllers may be configured to send a signal to the system controller.

- 4 040950- 4 040950

Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения обеспечен спутник, содержащий сенсорную систему, раскрытую в настоящем документе при рассмотрении третьего аспекта изобретения, и/или содержащий сенсорный модуль, раскрытый в настоящем документе при рассмотрении второго аспекта настоящего изобретения, и/или содержащий сенсорное устройство, раскрытое в настоящем документе при рассмотрении первого аспекта настоящего изобретения.According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a satellite comprising a sensor system as disclosed herein in connection with the third aspect of the invention and/or comprising a sensor module as disclosed herein in connection with the second aspect of the present invention and/or comprising a sensor device as disclosed herein. document when considering the first aspect of the present invention.

Согласно пятому аспекту настоящего изобретения обеспечен способ определения положения источника света с использованием сенсорного устройства, раскрытого при рассмотрении первого аспекта, или с использованием сенсорного модуля, раскрытого при рассмотрении второго аспекта, включающий в себя: определение положения источника света как среднего из положений, определенных сенсорными блоками.According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for determining the position of a light source using a sensor device disclosed in the first aspect, or using a sensor module disclosed in the second aspect, including: determining the position of the light source as the average of the positions determined by the sensor units .

Способ может включать в себя определение среднего как среднего значения положений, или может включать в себя определение среднего как медианного значения положений. Используя медианное значение, можно уменьшить ошибки, искажающие результаты измерений.The method may include determining the average as the average of the positions, or may include determining the average as the median of the positions. Using the median value, you can reduce the errors that distort the measurement results.

Способ может включать в себя: (i) считывание цифровых выходных пиксельных значений с одного из сенсорных блоков; (ii) установка в 1 любых пиксельных значений, соседних с пиксельными значениями, составляющими 1; (iii) установка в 0 любых пиксельных значений, соседних со значением 0; (iv) повторение шага (iii) до тех пор, пока выполнение шага (iii) еще один раз не приведет к тому, что все пиксельные значения сенсорного блока будут установлены в 0; и (v) определение положения источника света с использованием оставшегося ненулевого пикселя или пикселей. Способ может содержать на шаге (ii) установку в 1 любых пиксельных значений, окруженных (т.е. соседствующих с обеих сторон) с пиксельными значениями, составляющими 1.The method may include: (i) reading digital output pixel values from one of the sensor units; (ii) setting to 1 any pixel values adjacent to the pixel values constituting 1; (iii) setting to 0 any pixel values adjacent to the value 0; (iv) repeating step (iii) until performing step (iii) one more time results in all sensor block pixel values being set to 0; and (v) determining the position of the light source using the remaining non-zero pixel or pixels. The method may comprise, in step (ii), setting to 1 any pixel values surrounded by (i.e., adjacent on both sides of) pixel values that are 1.

Оставшийся ненулевой пиксель или пиксели будут рассматриваться как освещенная область сенсорного блока. Если оставшийся ненулевой пиксель представляет собой единственный пиксель, то этот пиксель может быть принят в качестве измеренного положения освещенности от источника света. Если ненулевым остается множество пикселей, то измеренное положение освещенности от источника света может быть принято как среднее положение этих пикселей.The remaining non-zero pixel or pixels will be treated as the illuminated area of the sensor block. If the remaining non-zero pixel is a single pixel, then that pixel can be taken as the measured illumination position from the light source. If a plurality of pixels remain non-zero, then the measured illumination position from the light source can be taken as the average position of these pixels.

Способ может включать в себя применение сенсорной системы, раскрытой в настоящем документе при рассмотрении третьего аспекта, или спутника, раскрытого в настоящем документе при рассмотрении четвертого аспекта.The method may include using a sensor system as disclosed herein in connection with a third aspect, or a satellite as disclosed herein in connection with a fourth aspect.

Согласно шестому аспекту настоящего изобретения обеспечен способ определения положения источника света с использованием сенсорного устройства, раскрытого при рассмотрении первого аспекта, или с использованием сенсорного модуля, раскрытого при рассмотрении второго аспекта, включающий в себя: (i) считывание цифровых выходных пиксельных значений с одного из сенсорных блоков; (ii) установка в 1 любых пиксельных значений пикселей, соседних с пиксельными значениями, составляющими 1; (iii) установка в 0 любых пиксельных значений, соседних со значением 0; (iv) повторение шага (iii) до тех пор, пока выполнение шага (iii) еще один раз не приведет к тому, что все пиксельные значения сенсорного блока будут установлены в 0; и (v) определение положения источника света с использованием оставшегося ненулевого пикселя или пикселей.According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method for determining the position of a light source using a sensor device disclosed in the first aspect or using a sensor module disclosed in the second aspect, comprising: (i) reading digital output pixel values from one of the sensor blocks; (ii) setting to 1 any pixel values of pixels adjacent to the pixel values constituting 1; (iii) setting to 0 any pixel values adjacent to the value 0; (iv) repeating step (iii) until performing step (iii) one more time results in all sensor block pixel values being set to 0; and (v) determining the position of the light source using the remaining non-zero pixel or pixels.

Способ может включать в себя повторение шага (ii) множество раз. Шаг (ii) может быть функцией ИЛИ, которая устраняет пиксели типа константный 0, и может выполняться в один или два шага. Шаг (iii) может быть функцией И и может исключать пиксели типа константная 1, а также может находить световой центр тяжести (аналогичный, например, центру масс объекта). Способ может содержать на шаге (ii) установку в 1 любых пиксельных значений, окруженных (т.е. соседствующих с обеих сторон) пиксельными значениями, составляющими 1.The method may include repeating step (ii) a plurality of times. Step (ii) may be an OR function that eliminates pixels of type constant 0, and may be performed in one or two steps. Step (iii) can be an AND function and can exclude pixels of type constant 1, and can also find the light center of gravity (similar to, for example, the object's center of mass). The method may comprise, in step (ii), setting to 1 any pixel values surrounded by (i.e., adjacent on both sides of) pixel values that are 1.

Такой способ можно использовать для определения с помощью сенсорного блока центра освещенной области, тем самым упрощая измерение положения источника света. Таким образом, способ может упростить логику, необходимую для определения положения источника света, и может снизить динамическое энергопотребление сенсорного модуля.Such a method can be used to determine the center of the illuminated area with the sensor unit, thereby making it easier to measure the position of the light source. Thus, the method can simplify the logic required to determine the position of the light source and can reduce the dynamic power consumption of the sensor module.

Способ может включать в себя применение сенсорной системы, раскрытой в настоящем документе при рассмотрении третьего аспекта, или спутника, раскрытого в настоящем документе при рассмотрении четвертого аспекта. Способ может включать в себя определение положения источника света, раскрытое в настоящем документе при рассмотрении пятого аспекта.The method may include using a sensor system as disclosed herein in connection with a third aspect, or a satellite as disclosed herein in connection with a fourth aspect. The method may include determining the position of the light source, as disclosed herein in connection with the fifth aspect.

Перечень чертежейList of drawings

Некоторые предпочтительные варианты осуществления изобретения будут раскрыты ниже только в качестве примера и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:Certain preferred embodiments of the invention will be described below by way of example only and with reference to the accompanying drawings, in which:

на фиг. 1 показан пример сенсорного устройства, содержащего единственный сенсорный блок;in fig. 1 shows an example of a touch device containing a single touch unit;

на фиг. 2 показан пример сенсорного устройства, содержащего множество сенсорных блоков;in fig. 2 shows an example of a sensor device containing a plurality of sensor units;

на фиг. 3A показано, как положение источника света может быть измерено сенсорным блоком;in fig. 3A shows how the position of the light source can be measured by the sensor unit;

на фиг. 3B показан пример источника света, освещающего сенсорный блок под углом α;in fig. 3B shows an example of a light source illuminating the sensor unit at an angle α;

на фиг. 4 показан сенсорный модуль, содержащий множество сенсорных устройств;in fig. 4 shows a sensor module containing a plurality of sensor devices;

на фиг. 5 показана примерная компоновка сенсорного устройства;in fig. 5 shows an exemplary arrangement of a touch device;

на фиг. 6 показана схема доменов сигнала и питания для трех сенсорных устройств сенсорного модуля;in fig. 6 shows a diagram of the signal and power domains for the three sensor devices of the sensor module;

- 5 040950 на фиг. 7 показана схема иерархии доменов сигнала и питания для сенсорного модуля, содержащего контроллеры блоков и контроллеры модуля;- 5 040950 in FIG. 7 is a signal and power domain hierarchy diagram for a sensor module containing block controllers and module controllers;

на фиг. 8 показан пример расположения пикселей в сенсорных блоках сенсорного устройства.in fig. 8 shows an example of the arrangement of pixels in the touch blocks of a touch device.

на фиг. 9 показано изменение интенсивности света, падающего на сенсорный блок под разными углами;in fig. 9 shows the change in the intensity of light falling on the sensor block at different angles;

на фиг. 10 показаны пиксельные значения в соответствии с шагами способа цифровой обработки сигнала;in fig. 10 shows pixel values according to the steps of the digital signal processing method;

на фиг. 11 показаны данные на модульной шине между доменами сенсорного модуля;in fig. 11 shows data on a module bus between sensor module domains;

на фиг. 12 показан пример интенсивности света на сенсорном блоке;in fig. 12 shows an example of light intensity on the sensor unit;

на фиг. 13 показаны пиксельные значения в соответствии со способом распределенной цифровой обработки сигналов;in fig. 13 shows pixel values according to a distributed digital signal processing method;

на фиг. 14 показаны пиксельные значения согласно модифицированному способу распределенной цифровой обработки сигналов;in fig. 14 shows pixel values according to a modified distributed digital signal processing method;

на фиг. 15 показана схема сенсорного модуля, включающего в себя домены сигнала и питания для трех содержащихся в нем сенсорных устройств;in fig. 15 is a diagram of a sensor module including the signal and power domains for the three sensor devices it contains;

на фиг. 16 показана схематическая иерархия управления для сенсорного модуля, содержащего три сенсорных устройства; и на фиг. 17 показана схематическая иерархия управления для сенсорной системы, содержащей множество сенсорных модулей.in fig. 16 shows a schematic control hierarchy for a sensor module containing three sensor devices; and in FIG. 17 shows a schematic control hierarchy for a sensor system containing a plurality of sensor modules.

Подробное раскрытие изобретенияDetailed disclosure of the invention

На фиг. 2 показана сенсорная схема 100 (также называемая сенсорным устройством или сенсорным элементом) согласно настоящему раскрытию, содержащая множество сенсорных блоков 110, которые выполнены с возможностью работать независимо. Сенсорная схема 100 содержит маску 120, содержащую прозрачный участок 122 и непрозрачный участок 124. Прозрачный участок 122 и непрозрачный участок 124 позволяют свету освещать конкретные различные области сенсорных блоков 110 в зависимости от ориентации источника света по отношению к сенсорной схеме 100. Таким образом, положение источника света (или его направление относительно сенсорного устройства 100) может быть определено путем измерения того, какие области сенсорных блоков 110 освещены.In FIG. 2 shows a sensor circuit 100 (also referred to as a sensor device or sensor element) according to the present disclosure, comprising a plurality of sensor units 110 that are configured to operate independently. The sensor circuit 100 includes a mask 120 comprising a transparent region 122 and an opaque region 124. The transparent region 122 and the opaque region 124 allow light to illuminate specific different areas of the sensor blocks 110 depending on the orientation of the light source with respect to the sensor circuit 100. Thus, the position of the source of light (or its direction relative to the sensor device 100) can be determined by measuring which areas of the sensor units 110 are illuminated.

Какой-либо отказ одного L-образного сенсора 110 не повлияет на другие, поскольку каждый из них может функционировать независимо и может принадлежать соответствующим отдельным доменам сигнала и питания. Соответственно, надежность сенсорной схемы 100 может быть повышена без увеличения поверхности, необходимой для сенсорной схемы 100 (и, следовательно, без увеличения ее размера). Когда несколько сенсорных блоков 110 работают вместе, они также могут повысить разрешающую способность сенсорного устройства 100.Any failure of one L-shaped sensor 110 will not affect the others, since each of them can function independently and can belong to their respective separate signal and power domains. Accordingly, the reliability of the sensor circuit 100 can be improved without increasing the surface area required for the sensor circuit 100 (and therefore without increasing its size). When multiple sensor units 110 work together, they can also increase the resolution of the sensor device 100.

Каждый сенсорный блок 110 содержит первую полоску 112 и вторую полоску 114, расположенную перпендикулярно первой полоске 112. Таким образом, первая и вторая полоски 112, 114 проходят в двух измерениях в плоскости сенсорного устройства 100, обеспечивая двумерное измерение положения источника света. Прозрачный участок 122 маски 120 содержит первую прозрачную прорезь 126 и вторую прозрачную прорезь 128. Первая прозрачная прорезь 126 расположена перпендикулярно первым полоскам 126 каждого из сенсорных блоков 110, а вторая прозрачная прорезь 128 расположена перпендикулярно вторым полоскам 114 каждого из сенсорных блоков 110. Таким образом, прозрачный участок 122 маски 120 имеет L-образную форму, аналогичную форме сенсорных блоков 110, хотя и повернутую в плоскости сенсорного устройства на 180° относительно сенсорных блоков 110.Each sensor unit 110 includes a first strip 112 and a second strip 114 perpendicular to the first strip 112. Thus, the first and second strips 112, 114 extend in two dimensions in the plane of the sensor device 100, providing a two-dimensional measurement of the position of the light source. The transparent portion 122 of the mask 120 includes a first transparent slot 126 and a second transparent slot 128. The first transparent slot 126 is positioned perpendicular to the first strips 126 of each of the sensor units 110, and the second transparent slot 128 is positioned perpendicular to the second strips 114 of each of the sensor units 110. Thus, the transparent portion 122 of the mask 120 has an L-shape similar to the shape of the sensor units 110, although rotated 180° in the plane of the sensor device relative to the sensor units 110.

Первая прозрачная прорезь 126 расположена над (например, прямо над) центрами первых полосок 112 сенсорных блоков 110. Следовательно, перемещение источника света в направлении, определяемом первыми полосками 112, вызовет перемещение тени от маски 120, и, следовательно, света, проходящего через первую прорезь 126. Таким образом, свет, падающий на первые полоски 112 через первую прорезь 126, будет перемещаться в противоположном направлении по первым полоскам 112. Аналогично, перемещение источника света в направлении, определяемом вторыми полосками 114, вызовет перемещение света, проходящего через вторую прорезь 128, в противоположном направлении по вторым полоскам 114.The first transparent slot 126 is located above (for example, directly above) the centers of the first strips 112 of the sensor units 110. Therefore, moving the light source in the direction determined by the first strips 112 will cause the shadow from the mask 120, and hence the light passing through the first slot, to move. 126. Thus, light falling on the first strips 112 through the first slot 126 will travel in the opposite direction along the first strips 112. Similarly, moving the light source in the direction defined by the second strips 114 will cause the light passing through the second slot 128 to move, in the opposite direction along the second strips 114.

На фиг. 3A показаны местоположения освещенных областей на сенсорном блоке 110 в зависимости от положения источника света относительно сенсорного устройства 100. Координаты даны в произвольных единицах по осям X и Y, и для простоты показан только один сенсорный блок 110. Когда источник света находится прямо над сенсорным устройством 100 (т.е. в направлении вектора нормали от поверхности сенсорного устройства), первая прозрачная прорезь 126 прозрачного участка 122 маски 120 создаст первую освещенную область 127 на первой полоске 112 сенсорного блока 110 прямо под первой прорезью 126. Вторая прорезь 128 маски 120 создаст вторую освещенную область 129 на второй полоске 114 сенсорного блока 110 прямо под второй прорезью 128. Эта ситуация показана в центре фиг. 3 для координаты (0,0).In FIG. 3A shows the locations of the illuminated areas on the sensor unit 110 depending on the position of the light source relative to the sensor device 100. The coordinates are given in arbitrary units along the X and Y axes, and only one sensor unit 110 is shown for simplicity. When the light source is directly above the sensor device 100 (i.e., in the direction of the normal vector from the surface of the sensor device), the first transparent slot 126 of the transparent section 122 of the mask 120 will create the first illuminated area 127 on the first strip 112 of the sensor unit 110 just below the first slot 126. The second slot 128 of the mask 120 will create the second illuminated area area 129 on the second strip 114 of the sensor unit 110 just below the second slot 128. This situation is shown in the center of FIG. 3 for coordinate (0,0).

Если источник света перемещается от нормали только в направлении X, к координате (1,0), то вторая освещенная область 129 будет перемещаться в противоположном направлении X, тогда как перваяIf the light source moves from the normal only in the X direction, towards the (1,0) coordinate, then the second illuminated area 129 will move in the opposite X direction, while the first

- 6 040950 освещенная область 127 останется в том же месте на первой полоске 112 сенсорного блока 110. Если вместо этого источник света перемещается к координате (-1, -1), то и первая, и вторая освещенные области 127, 129 будут перемещаться на сенсорном блоке 110, как показано. Различное положение источника света будет вызывать освещение разных областей сенсорного блока 110. Таким образом, положение источника света относительно сенсорного устройства 100 может быть определено на основании того, какие области сенсорного блока 110 освещены.- 6 040950 the illuminated area 127 will remain in the same place on the first strip 112 of the sensor block 110. If instead the light source moves to the coordinate (-1, -1), then both the first and second illuminated areas 127, 129 will move on the touch block 110 as shown. Different positions of the light source will cause different areas of the sensor unit 110 to be illuminated. Thus, the position of the light source relative to the sensor device 100 can be determined based on which areas of the sensor unit 110 are illuminated.

На фиг. 3B показан источник света, расположенный под углом α от нормали к плоскому сенсорному устройству 100. Угол α света и расстояние d между маской 120 и сенсорным элементом 110 определяют, где свет попадает на сенсорный блок 110. Поле обзора сенсорного устройства зависит от отношения L/d, где L - длина сенсорного блока в соответствующем направлении. Высокое отношение L/d дает большое поле обзора. В изображенном на фиг. 3B варианте реализации ширина (W) прозрачной прорези составляет 50 мкм, толщина (h) маски 120 составляет 100 нм, расстояние (d) между маской 120 и сенсорным блоком 110 составляет 356 мкм, длина (L) сенсорного блока составляет 2256 мкм, а пиксельный шаг - 11,75 мкм. Полоска сенсорного блока 100 содержит 192 пикселя, равномерно распределенных по ее длине, составляющей 2256 мкм.In FIG. 3B shows a light source at an angle α from the normal to the planar sensor device 100. The angle α of the light and the distance d between the mask 120 and the sensor element 110 determine where the light hits the sensor unit 110. The field of view of the sensor device depends on the ratio L/d , where L is the length of the sensor block in the corresponding direction. The high L/d ratio gives a large field of view. In the one shown in FIG. 3B, the width (W) of the transparent slit is 50 µm, the thickness (h) of the mask 120 is 100 nm, the distance (d) between the mask 120 and the sensor unit 110 is 356 µm, the length (L) of the sensor unit is 2256 µm, and the pixel pitch - 11.75 microns. The strip of the sensor unit 100 contains 192 pixels evenly distributed along its length, which is 2256 microns.

Сенсорные блоки 110 расположены рядом друг с другом так, что первые полоски 112 являются параллельными и смежными, и вторые полоски 114 являются параллельными и смежными. Благодаря расположению множества сенсорных блоков 110 на сенсорном устройстве можно получать множество измерений положения источника света с использованием одной маски 120 и без значительного увеличения размера сенсорного устройства 100. Следовательно, сенсорное устройство 100 обеспечивает резервирование в отношении измерений положения источника света.The sensor units 110 are arranged next to each other such that the first strips 112 are parallel and adjacent and the second strips 114 are parallel and adjacent. By arranging multiple sensor units 110 on the sensor device, it is possible to obtain multiple light source position measurements using a single mask 120 and without significantly increasing the size of sensor device 100. Therefore, sensor device 100 provides redundancy with respect to light source position measurements.

На фиг. 4 показан сенсорный модуль 200, содержащий три сенсорных элемента 100 (т.е. сенсорные устройства 100 или сенсорные схемы 100); при этом каждый из сенсорных элементов 100 расположен параллельно соответствующим плоскостям поверхности тетраэдра 210, по одному на каждой плоскости, обращенному наружу, если сенсорный модуль 200 установлен на поверхности. Это обеспечивает полное поле обзора (FOV) полусферы с помощью всего трех сенсорных элементов 100, занимая минимальный объем. Такая компоновка также обеспечивает перекрывание FOV, способствуя повышенному разрешению.In FIG. 4 shows a sensor module 200 containing three sensor elements 100 (ie, sensor devices 100 or sensor circuits 100); wherein each of the sensor elements 100 is parallel to the respective surface planes of the tetrahedron 210, one on each plane facing outward if the sensor module 200 is mounted on the surface. This provides a full field of view (FOV) of the hemisphere with just three 100 sensor elements while taking up minimal volume. This arrangement also provides FOV overlap, contributing to increased resolution.

Настоящим изобретением также обеспечивается сенсорный модуль 200, который улучшен в отношении нескольких других технических результатов. Например, считывание пикселей может быть событийно-управляемым. После общего сброса пиксели генерируют сигнал события, когда их аккумулированный заряд (от света) превышает пороговое значение. Это требует небольшой вычислительной мощности. Таким образом, в зависимости от количества сенсорных блоков 110 каждый сенсорный элемент 100 может содержать процессорные блоки 130. На фиг. 5 показан сенсорный элемент 100, содержащий процессорный блок 130, выполненный с возможностью управления сенсорными блоками 110 (т.е. контроллер 130 блоков). Контроллер 130 блока выполнен с возможностью управления одним сенсорным блоком 110 этого же сенсорного элемента 100. Контроллер 130 блока дополнительно выполнен с возможностью управления сенсорными блоками 110 из других сенсорных элементов 100 сенсорного модуля 200.The present invention also provides a sensor module 200 that is improved in several other technical aspects. For example, pixel reading may be event-driven. After a master reset, pixels generate an event signal when their accumulated charge (from light) exceeds a threshold. It requires little computing power. Thus, depending on the number of sensor units 110, each sensor element 100 may include processing units 130. FIG. 5 shows a sensor element 100 comprising a processing unit 130 configured to control sensor units 110 (ie, unit controller 130). Block controller 130 is configured to control one sensor block 110 of the same sensor element 100. Block controller 130 is further configured to control sensor blocks 110 from other sensor elements 100 of sensor module 200.

На фиг. 6 показан пример компоновки сенсорных элементов 100а, 100b, 100с. Контроллеры 130а-с блоков на каждом сенсорном элементе 100а-с принадлежат к разным доменам питания и сигнала и предназначены для управления соответствующими сенсорными блоками 110а-с, одним сенсорным блоком 110а-с на каждом сенсорном элементе 100а-с. Таким образом, каждый контроллер 130 блока может определять положение источника света с помощью любого из сенсорных элементов 100. Каждый сенсорный элемент 100а, 100b, 100с может содержать соответствующий контроллер (140а, 140b, 140с) модуля, как показано на фиг. 5.In FIG. 6 shows an example of the arrangement of sensor elements 100a, 100b, 100c. Block controllers 130a-c on each sensor element 100a-c belong to different power and signal domains and are designed to control the respective sensor blocks 110a-c, one sensor block 110a-c on each sensor element 100a-c. Thus, each unit controller 130 may determine the position of the light source using any of the sensor elements 100. Each sensor element 100a, 100b, 100c may comprise a respective module controller (140a, 140b, 140c) as shown in FIG. 5.

Как показано на фиг. 6, благодаря расположению контроллера 130 блока и/или контроллера 140 модуля внутри квадрата, ограниченного L-образными сенсорными блоками 110, каждое сенсорное устройство 100 (т.е. сенсорный элемент 100) может быть компактно выполнено так, чтобы занимать как можно меньше места, и, следовательно, каждое сенсорное устройство и, следовательно, сенсорный модуль и сенсорная система могут быть как можно меньше.As shown in FIG. 6, by positioning the unit controller 130 and/or module controller 140 within the square defined by the L-shaped sensor units 110, each sensor device 100 (i.e., sensor element 100) can be compactly configured to take up as little space as possible, and hence each sensor device and hence the sensor module and sensor system can be as small as possible.

Настоящее изобретение может содержать иерархическую организацию сенсорных элементов 100 и сенсорных блоков 110, которая обеспечивает устойчивую и надежную работу сенсорного модуля 200. На фиг. 7 показана схема иерархической компоновки доменов сигнала и питания сенсорного модуля 200. Сенсорный модуль содержит три отдельных домена, по одному для каждого из контроллеров 130 блоков. Каждый сенсорный элемент 100 содержит контроллер 140 модуля (например, мастер 140 модуля), действующий для управления всем сенсорным модулем 200 (см., например, фиг. 5). Каждый контроллер 140 модуля выполнен с возможностью управления всеми контроллерами 130 блоков (например, мастерами 130 доменов) и может быть подключен к каждому из доменов питания. Каждый контроллер 130 блока выполнен с возможностью управления одним (и только одним) сенсорным блоком 110 в каждом из сенсорных элементов 100.The present invention may include a hierarchical organization of sensor elements 100 and sensor units 110 that provides stable and reliable operation of sensor module 200. FIG. 7 shows a hierarchical layout diagram of the signal and power domains of the sensor module 200. The sensor module contains three separate domains, one for each of the block controllers 130. Each touch element 100 contains a module controller 140 (eg, module master 140) operative to control the entire touch module 200 (see, for example, FIG. 5). Each module controller 140 is configured to control all block controllers 130 (eg, domain masters 130) and can be connected to each of the power domains. Each unit controller 130 is configured to control one (and only one) sensor unit 110 in each of the sensor elements 100.

Следовательно, каждый контроллер 130 блока независимо управляет множеством сенсорных блоTherefore, each unit controller 130 independently controls a plurality of touch units.

- 7 040950 ков 110, чтобы определять положение источника света. Соответствующие домены контроллеров 130 блоков также получают питание независимо. Каждый контроллер 140 модуля управляет всеми контроллерами 130 блоков и, следовательно, может быть выполнен с возможностью сравнения измеренных положений от всех из них и выполнения окончательного определения положения источника света. Каждый контроллер модуля может быть дополнительно выполнен с возможностью отправки сигнала, указывающего положение источника света, контроллеру системы. Сенсорный модуль 200 может быть выполнен так, чтобы в любой момент времени только один контроллер 140 модуля управлял контроллерами 130 блоков.- 7 040950 kov 110 to determine the position of the light source. The respective domains of the block controllers 130 are also powered independently. Each module controller 140 controls all of the block controllers 130 and therefore can be configured to compare measured positions from all of them and perform a final determination of the position of the light source. Each module controller may be further configured to send a signal indicating the position of the light source to the system controller. The sensor module 200 may be configured such that at any given time, only one module controller 140 controls the block controllers 130.

В дополнение к работе в различных доменах сигналов, контроллеры 130 блоков (вместе с их соответствующими множествами сенсорных блоков 110), каждый, имеет отдельные домены питания. Т.е. каждый контроллер 130 блока функционирует полностью независимо от других, и если какой-либо из них пострадает от отказа своего соответствующего источника питания, другие, тем не менее, продолжат функционировать. По существу, сенсорный модуль 200 обеспечивает резервирование в случае, если на какой-либо из доменов питания повлияет сбой питания. Каждый контроллер 140 модуля может принадлежать к одному домену питания (например, тому же, что и контроллер 130 блока этого же сенсорного устройства 100) или может принадлежать к каждому из доменов питания. Такая компоновка означает, что сенсорный модуль 200 обеспечивает резервирование не только с точки зрения измерения положения источника света, но также с точки зрения сбоя питания в любом из доменов и/или сенсорных устройств 100.In addition to operating in different signal domains, unit controllers 130 (together with their respective arrays of sensor units 110) each have separate power domains. Those. each block controller 130 functions completely independently of the others, and if any of them suffer the failure of their respective power supply, the others will still continue to function. As such, the sensor module 200 provides redundancy in case any of the power domains is affected by a power failure. Each module controller 140 may belong to one power domain (eg, the same as the block controller 130 of the same sensor device 100) or may belong to each of the power domains. This arrangement means that the sensor module 200 provides redundancy not only in terms of measuring the position of the light source, but also in terms of power failure in any of the domains and/or sensor devices 100.

На фиг. 8 показаны в увеличенном масштабе первые полоски 112 сенсорных блоков 110 каждого сенсорного устройства. Каждая полоска содержит множество пикселей 115, расположенных в линию. Пиксели 115 каждой полоски 112 смещены относительно пикселей соседних полосок 112. Такая компоновка может обеспечить повышенное разрешение сенсорного устройства 100. Каждая из изображенных линий пикселей 115 показывает часть полосок 112 сенсорного блока 110. Пиксели 115 каждой полоски 112 сдвинуты на 1/3 пиксельного шага относительно друг друга. За счет объединения информации от всех доменов, разрешающую способность сенсорного устройства 110 можно повысить на 1/3 от того, что каждый домен может обеспечить отдельно.In FIG. 8 shows on an enlarged scale the first strips 112 of the sensor units 110 of each sensor device. Each strip contains a plurality of pixels 115 arranged in a line. The pixels 115 of each stripe 112 are offset from the pixels of adjacent stripes 112. Such an arrangement can provide increased resolution of the touch device 100. Each of the depicted lines of pixels 115 shows a portion of the stripes 112 of the sensor unit 110. The pixels 115 of each stripe 112 are shifted by 1/3 pixel pitch relative to each other. friend. By combining information from all domains, the resolution of the sensor device 110 can be increased by 1/3 of what each domain can provide individually.

Сенсорные элементы 100 могут содержать градиентное экранирование пикселей. Такое экранирование может противодействовать снижению интенсивности, вызванному падением света на сенсорные блоки под углом к вектору нормали. На фиг. 9А показан пример изменения интенсивности первой освещенной области 127 при изменении угла. В первой освещенной области освещены пиксели 115 сенсорного блока 110. Число освещенных пикселей 115 будет одинаковым для света, попадающего в центр и на периферию. Однако на периферии интенсивность света будет меньше (максимум, умноженный на cos(a)). Разрешение (градусы/пиксели) на периферии выше, чем в центре.Touch elements 100 may include gradient screening of pixels. Such shielding can counteract the reduction in intensity caused by light striking the sensor units at an angle to the normal vector. In FIG. 9A shows an example of how the intensity of the first illuminated region 127 changes with the angle. Pixels 115 of the sensor unit 110 are illuminated in the first illuminated region. The number of illuminated pixels 115 will be the same for the light entering the center and the periphery. However, at the periphery, the light intensity will be less (maximum times cos(a)). The resolution (degrees/pixels) is higher at the periphery than at the center.

На фиг. 9В показано распределение уровня сигнала в зависимости от угла источника света относительно нормали. Также для справки показано максимальное альбедо Земли и максимальное альбедо Луны. На фиг. 9В также показано, что когда источник света находится под углом 60°, уровень сигнала составляет 50% от уровня сигнала, когда источник света находится под углом 0°.In FIG. 9B shows the signal level distribution as a function of the angle of the light source relative to the normal. Also shown for reference is the maximum albedo of the Earth and the maximum albedo of the Moon. In FIG. 9B also shows that when the light source is at 60°, the signal level is 50% of the signal level when the light source is at 0°.

Таким образом, градиентное экранирование пикселей можно использовать для требуемого уменьшения интенсивности падающего света, чтобы выровнять уровень сигнала по углам падения. Например, 50% поверхности центральных пикселей может быть в определенном порядке покрыто металлом. По мере увеличения угла можно использовать уменьшение покрытия, чтобы по краям сенсорного блока не требовалось экранирования. Экранирование может быть расположено требуемым образом внутри сенсорного устройства для требуемого предотвращения попадания света на пиксели. Например, экранирование может быть включено в маску 120.Thus, gradient screening of pixels can be used to reduce the intensity of the incident light as required to equalize the signal level across the angles of incidence. For example, 50% of the surface of the center pixels may be plated in a certain order. As the angle increases, a reduction in coverage can be used so that no shielding is required at the edges of the sensor block. The shielding may be positioned as desired within the touch device to prevent light from reaching the pixels as desired. For example, shielding may be included in the mask 120.

В сенсорном модуле может использоваться распределенная цифровая обработка сигналов для повышения эффективности работы и снижения энергопотребления. На фиг. 10 показаны сигналы от сенсорной полоски в соответствии с последовательными шагами примерного способа распределенной обработки сигналов. В момент времени t0 каждый пиксель 115 либо зарегистрировал (1) событие, либо нет (0). На первом шаге любые пиксели 115, установленные в 0, которые окружены пикселями, установленными в 1, устанавливают в 1. Это устраняет несоответствующие пиксели из сигнала. Результат показан в момент t1 на фиг. 10. На следующем шаге любые пиксели со значением 1, с которыми соседствуют пиксели со значением 0, устанавливают в 0 (см. t2). Это повторяется до тех пор, пока повторение этого еще раз не приведет к тому, что все пиксели будут установлены в 0 (см. шаги t3, t4 и t5).The sensor module can use distributed digital signal processing to improve performance and reduce power consumption. In FIG. 10 shows signals from a sensor strip according to successive steps of an exemplary distributed signal processing method. At time t0, each pixel 115 has either registered (1) an event or not (0). In the first step, any pixels 115 set to 0 that are surrounded by pixels set to 1 are set to 1. This removes the mismatched pixels from the signal. The result is shown at time t1 in FIG. 10. In the next step, any pixels with value 1 adjacent to pixels with value 0 are set to 0 (see t2). This is repeated until repeating this one more time results in all pixels being set to 0 (see steps t3, t4 and t5).

Этот процесс требует минимальной вычислительной мощности и определяет центр освещенной области (аналогично центру тяжести массы), который может использоваться для определения местоположения источника света.This process requires minimal processing power and determines the center of the illuminated area (similar to the center of gravity of a mass), which can be used to locate the light source.

На фиг. 15 показана схема сенсорного модуля 200, содержащего три сенсорных устройства 100а, 100b, 100с. Компоновка аналогична компоновке по фиг. 6, при этом для каждого сенсорного устройства 100а, 100b, 100с соответственно показаны контроллеры 130а, 130b, 130с блоков и контроллеры 140а, 140b, 140с модуля. Компоновка и иерархия управления являются такими же, как у сенсорного модуля по фиг. 6.In FIG. 15 is a diagram of a sensor module 200 including three sensor devices 100a, 100b, 100c. The arrangement is similar to that of Fig. 6, with unit controllers 130a, 130b, 130c and module controllers 140a, 140b, 140c respectively shown for each sensor device 100a, 100b, 100c. The layout and control hierarchy are the same as those of the touch module of FIG. 6.

- 8 040950- 8 040950

Домены сигнала и домены питания для сенсорного модуля 200 на фиг. 15 обозначены цветом или штриховкой. Контроллер 130а блока первого сенсорного устройства 100а находится в том же домене сигнала, что и сенсорный блок 110а на этом же сенсорном устройстве 100а. Домен сигнала содержит один сенсорный блок 110а каждого из трех сенсорных устройств 100а, 100b, 100с. Таким образом, каждый сенсорный блок 110а выполнен с возможностью отправки сигналов контроллеру 130а блока. Каждый контроллер 140 модуля может обнаруживать источник света посредством любого из трех доменов сигнала, управляемых контроллерами блоков (т.е. мастерами доменов) 130а, 130b и 130с. При сбое в каком-либо домене сигналов, два других будут доступны в качестве резервных, так что сенсорный модуль 200 может продолжать работать. Только один контроллер модуля (например, контроллер 140а модуля) будет выполнять роль мастера, управляющего сенсорным модулем 200 в какой-либо момент времени. Два других контроллера модуля (например, контроллеры 140b и 140с модуля) могут находиться в спящем режиме (например, быть готовыми принять управление от первого контроллера 140а модуля в случае неисправности) или могут работать параллельно, проверяя контроллер модуля (например, контроллер 140а модуля), играющий роль мастера. Если оба других контроллера модуля (например, контроллеры 40b и 140с) не согласны с ролью мастера модуля (например, контроллера 140а модуля), то тогда они могут передать роль мастера одному из других.Signal domains and power domains for sensor module 200 in FIG. 15 are indicated by color or shading. The unit controller 130a of the first sensor device 100a is in the same signal domain as the sensor unit 110a on the same sensor device 100a. The signal domain contains one sensor block 110a of each of the three sensor devices 100a, 100b, 100c. Thus, each sensor unit 110a is configured to send signals to the unit controller 130a. Each module controller 140 can detect a light source via any of the three signal domains controlled by block controllers (ie, domain masters) 130a, 130b, and 130c. If one signal domain fails, the other two will be available as redundant so that the sensor module 200 can continue to operate. Only one module controller (eg, module controller 140a) will act as a master controlling sensor module 200 at any given time. The other two module controllers (eg, module controllers 140b and 140c) may be in sleep mode (eg, ready to take control from the first module controller 140a in the event of a fault) or may operate in parallel, testing the module controller (eg, module controller 140a), playing the role of a master. If both other module controllers (eg, controllers 40b and 140c) do not agree on the module master role (eg, module controller 140a), then they can transfer the master role to one of the others.

Контроллер 140а модуля первого сенсорного устройства 100а находится в том же домене питания, что и контроллер 130а блока первого (этого же) сенсорного устройства 100а, и сенсорные блоки 110а (т.е. сенсорные элементы 110а) этого же сенсорного устройства 100а и двух других сенсорных устройства 100b и 100с. Контроллер 140b модуля, контроллер 130b блока и сенсорные блоки 110b аналогичным образом находятся в том же домене питания, что каждый другой. То же самое относится к контроллеру 140с модуля, контроллеру 130с блока и сенсорным блокам 110с. Каждый домен питания является отдельным и независимым от других.The controller 140a of the module of the first touch device 100a is in the same power domain as the block controller 130a of the first (same) touch device 100a, and the sensor units 110a (i.e., sensor elements 110a) of the same touch device 100a and two other touch devices 100b and 100c. Module controller 140b, unit controller 130b, and sensor units 110b are likewise in the same power domain as each other. The same applies to module controller 140c, unit controller 130c, and sensor units 110c. Each food domain is separate and independent from the others.

В компоновке, показанной на фиг. 15, каждый домен питания содержит те же компоненты, что и домен сигнала, плюс контроллер модуля на том же сенсорном устройстве, что и контроллер блока из домена сигнала. Каждый домен питания питается от отдельного, независимого источника питания, так что, если при эксплуатации произойдет сбой в каком-либо одном домене питания (например, отказ источника питания), то сенсорный модуль 200 имеет дополнительные доступные домены питания и может продолжить работу. Таким образом, сенсорный модуль 200 имеет тройное резервирование в этом отношении.In the arrangement shown in FIG. 15, each power domain contains the same components as the signal domain plus a module controller on the same sensor device as the block controller from the signal domain. Each power domain is powered by a separate, independent power source so that if any one power domain fails in operation (eg, power supply failure), the sensor module 200 has additional power domains available and can continue operation. Thus, the sensor module 200 is triple redundant in this respect.

На фиг. 16 схематически показана иерархия сигналов и питания для сенсорного блока 200. Компоновка на фиг. 16 такая же, как на фиг. 7, и дополнительно показано каждое сенсорное устройство 100а, 100b, 100с. Каждое сенсорное устройство 100 является физическим блоком (например, схемным устройством и т.п.) и связано (например, логически и/или функционально) с другими сенсорными устройствами 100 в сенсорном модуле 200 в показанной иерархии сигналов и питания. Домен 150 питания контроллера 130а блока первого сенсорного устройства 100а показан пунктирным контуром. В этом случае домен 150 питания включает в себя один сенсорный блок 110а на каждом сенсорном устройстве 100а-с, а также контроллер 130а блока и контроллер 140а модуля. Таким образом, каждый домен питания и сигнала включает в себя сенсорные блоки 110 из каждого сенсорного устройства 100. В то время как сенсорные устройства 100 являются материальными компонентами, домены представляют собой логические (например, функциональные и/или электрические) группирования субкомпонентов сенсорных устройств 100.In FIG. 16 schematically shows the signal and power hierarchy for sensor unit 200. The layout in FIG. 16 is the same as in Fig. 7, and each touch device 100a, 100b, 100c is further shown. Each sensor device 100 is a physical unit (eg, a circuit device, etc.) and is associated (eg, logically and/or functionally) with other sensor devices 100 in the sensor module 200 in the signal and power hierarchy shown. The power domain 150 of the controller 130a of the unit of the first touch device 100a is shown in dotted outline. In this case, the power domain 150 includes one sensor unit 110a on each sensor device 100a-c, as well as a unit controller 130a and a module controller 140a. Thus, each power and signal domain includes sensor units 110 from each sensor device 100. While sensor devices 100 are tangible components, domains are logical (e.g., functional and/or electrical) groupings of subcomponents of sensor devices 100.

В сенсорном модуле 200, показанном на фиг. 16, контроллер 140а модуля первого сенсорного устройства 100а управляет всем сенсорным модулем 200, так что каждый из контроллеров 130а, 130b, 130с блоков является управляемым им и посылает ему сигналы. Кроме того, через каждый из контроллеров 130а-с блоков все сенсорные 110а-с блоки на каждом из сенсорных устройств 100а-с управляются первым контроллером 140а модуля и отправляют ему сигналы.In the sensor module 200 shown in FIG. 16, the module controller 140a of the first sensor device 100a controls the entire sensor module 200, so that each of the block controllers 130a, 130b, 130c is controlled by it and sends signals to it. In addition, through each of the unit controllers 130a-c, all sensor units 110a-c on each of the sensor devices 100a-c are controlled by and send signals to the first unit controller 140a.

Сенсорный модуль 200 содержит три домена питания, показанные цветом или штриховкой соответствующих компонентов или их контуров. Компоненты одинакового цвета или с одинаковой штриховкой принадлежат к одному домену питания и, следовательно, питаются от одного источника питания. Три домена питания сенсорного модуля 200 являются отдельными и независимыми. Сенсорные блоки 110а каждого сенсорного устройства 100а-с находятся в том же домене 150 питания (т.е. имеют тот же источник питания), что и первый контроллер 140а модуля и первый контроллер 130а блока. Другие сенсорные блоки 110, контроллеры 130 блоков и контроллеры 140 модуля других сенсорных устройств 100 имеют такую же компоновку.The sensor module 200 contains three power domains, shown in color or shading of the respective components or their outlines. Components with the same color or with the same shading belong to the same power domain and are therefore powered by the same power source. The three power domains of the sensor module 200 are separate and independent. The sensor units 110a of each sensor device 100a-c are in the same power domain 150 (ie, have the same power source) as the first module controller 140a and the first unit controller 130a. Other sensor units 110, unit controllers 130, and module controllers 140 of other sensor devices 100 have the same layout.

На случай, если первый контроллер 140а модуля выйдет из строя, второй контроллер 140b модуля выполнен с возможностью взять на себя управление сенсорным модулем 200. Если второй контроллер 140b модуля выйдет из строя, то третий контроллер 140с модуля способен взять на себя управление сенсорным модулем 200. Таким образом, сенсорный модуль 200 имеет тройное резервирование в этом отношении.In case the first module controller 140a fails, the second module controller 140b is configured to take over control of the sensor module 200. If the second module controller 140b fails, the third module controller 140c is able to take control of the sensor module 200. Thus, the sensor module 200 is triple redundant in this respect.

Следует понимать, что термин сенсорное устройство используется здесь взаимозаменяемо с терминами сенсорный элемент и сенсорная схема. Термин контроллер блока используется взаимоза- 9 040950 меняемо с термином мастер домена, а термин контроллер модуля используется взаимозаменяемо с термином мастер модуля.It should be understood that the term sensor device is used here interchangeably with the terms sensor element and sensor circuit. The term block controller is used interchangeably with the term domain master, and the term module controller is used interchangeably with the term module master.

На фиг. 17 показана сенсорная система 300, содержащая только два сенсорных модуля 200а, 200b. Каждый из сенсорных модулей 200а, 200b аналогичен сенсорному модулю 200 на фиг. 16. Однако в первом сенсорном устройстве 100а второго сенсорного модуля 200b домен 160 сигналов не включает в себя первый контроллер 140а модуля. Домены питания каждого сенсорного модуля 200а, 200b обозначены цветом или штриховкой компонентов, так что компоненты одинакового цвета или с одинаковой штриховкой принадлежат к одному домену питания и, следовательно, получают питание от отдельных независимых источников питания.In FIG. 17 shows a sensor system 300 with only two sensor modules 200a, 200b. Each of the sensor modules 200a, 200b is similar to the sensor module 200 in FIG. 16. However, in the first touch device 100a of the second touch module 200b, the signal domain 160 does not include the first module controller 140a. The power domains of each sensor module 200a, 200b are indicated by component color or shading, such that components of the same color or shading belong to the same power domain and are therefore powered by separate, independent power supplies.

Первым сенсорным модулем 200а в этом примере управляет первый контроллер 140а модуля, который является крайним правым на фиг. 17. Вторым сенсорным модулем 200b управляет первый контроллер 140а модуля, который является центральным на фиг. 17. Другие контроллеры 140b, 140с модуля каждого сенсорного модуля 200а, 200b могут управлять своими соответствующими сенсорными модулями 200а, 200b в случае неисправности или отказа первого контроллера 140а модуля.The first sensor module 200a in this example is controlled by the first module controller 140a, which is the far right in FIG. 17. The second sensor module 200b is controlled by the first module controller 140a, which is the central one in FIG. 17. The other module controllers 140b, 140c of each sensor module 200a, 200b may control their respective sensor modules 200a, 200b in the event of a malfunction or failure of the first module controller 140a.

На фиг. 17 показан домен 160 сигнала для контроллера 130а блока сенсорного модуля 200b. Все остальные контроллеры 130 блоков имеют аналогичный домен сигнала. Все контроллеры 140 модуля в одном модуле 200 имеют доступ ко всем доменам 160 сигнала через контроллеры 130 блоков.In FIG. 17 shows a signal domain 160 for the controller 130a of the sensor module unit 200b. All other block controllers 130 have the same signal domain. All module controllers 140 in one module 200 have access to all signal domains 160 via block controllers 130.

Сенсорная система 300 содержит два сенсорных модуля 200, каждый с полем обзора, покрывающим полусферу или более. Сенсорные модули 200 могут быть выполнены с возможностью видеть противоположные полусферы, так что сенсорная система 300 может использоваться для обнаружения положения источника света по всей сфере (т.е. в любом направлении). Следовательно, можно использовать всего шесть сенсорных устройств 100 для обеспечения возможности обнаружения источника света по всем направлениях, обеспечивая при этом точность обнаружения и функциональное резервирование. Каждый сенсорный модуль 200 имеет множество резервов для обнаружения сигнала и подаче питания в очень компактном исполнении. Кроме того, наличие множества сенсорных блоков 110 в одном сенсорном устройстве 100 не только обеспечивает резервирование, но может использоваться, например, также для увеличения разрешения (например, путем смещения пикселей 115 соседних полосок 112 сенсорных блоков 110, как раскрывается при рассмотрении фиг. 8).The sensor system 300 includes two sensor modules 200, each with a field of view covering a hemisphere or more. The sensor modules 200 can be configured to see opposite hemispheres so that the sensor system 300 can be used to detect the position of a light source across the entire sphere (ie, in any direction). Therefore, a total of six sensor devices 100 can be used to enable detection of a light source in all directions while ensuring detection accuracy and functional redundancy. Each sensor module 200 has plenty of redundancy for signal acquisition and power delivery in a very compact package. In addition, the presence of multiple sensor units 110 in one sensor unit 100 not only provides redundancy, but can also be used, for example, to increase resolution (for example, by offsetting the pixels 115 of adjacent strips 112 of sensor units 110, as disclosed by considering Fig. 8) .

ПримерыExamples

Ниже приводится список используемых здесь терминов.The following is a list of terms used here.

Сенсорная линия/полоска: одномерная линия светочувствительных пиксельных сенсоров, реализованная на интегральной схеме CMOS (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник).Sensor Line/Strip: A one-dimensional line of photosensitive pixel sensors implemented on a CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) integrated circuit.

Сенсорный блок (или L-образный сенсор): две сенсорные линии, ортогонально ориентированные в виде буквы L. Сенсорный блок может определять положение освещающего объекта в двух измерениях.Sensor unit (or L-shaped sensor): two sensor lines orthogonally oriented in an L-shape. The sensor unit can detect the position of an illuminating object in two dimensions.

Маска/прорезной экран: над сенсорным блоком находится экран с L-образным прозрачным отверстием, ориентированным на 180° относительно сенсорного блока.Mask/Slotted screen: Above the sensor block is a screen with an L-shaped transparent hole oriented 180° relative to the sensor block.

Домен: домен - это функциональная область, разделяющая сигнал и питание. Различные домены полностью независимы, и даже фатальные замыкания в блоке питания в одном домене не повлияют на другие. Домен может распространяться на несколько физических устройств, и одно физическое устройство может иметь несколько доменов.Domain: A domain is a functional area that separates signal and power. The different domains are completely independent, and even fatal short circuits in the power supply in one domain will not affect the others. A domain can span multiple physical devices, and a single physical device can have multiple domains.

Сенсорное/сенсорный/сенсорная устройство/элемент/схема/ASIC (специализированная интегральная схема): физическая интегральная схема, на которой размещается один или более сенсорных блоков из одного или более доменов.Sensor/sensor/sensor device/element/circuit/ASIC (Application Specific Integrated Circuit): A physical integrated circuit that houses one or more sensor units from one or more domains.

Детекторный/сенсорный модуль: модуль, содержащий сенсорные схемы, другие компоненты, основание, шасси, корпус и т.д. для измерения полусферы.Detector/Sensor Module: A module containing sensor circuits, other components, base, chassis, housing, etc. for hemisphere measurement.

Детекторная система: в зависимости от применения детекторная система может содержать один или более детекторных модулей. В случае спутника это могут быть два детекторных модуля, ориентированных в противоположных направлениях.Detector System: Depending on the application, the detector system may comprise one or more detector modules. In the case of a satellite, these may be two detector modules oriented in opposite directions.

Оси X, Y и Z: оси X, Y и Z являются локальными ориентирами для каждой сенсорной схемы.X, Y, and Z axes: The X, Y, and Z axes are local references for each sensor map.

φ (фи) и θ (тета): полярные координаты в детекторном модуле, φ находится в диапазоне от 0 до 360° и в направлении X (со смещением 120°), а θ находится в диапазоне от 0 до 90° и в направлении Y.φ (phi) and θ (theta): polar coordinates in the detector module, φ ranges from 0 to 360° and in the X direction (offset by 120°), and θ ranges from 0 to 90° and in the Y direction .

Обработка событий: каждое устройство инициирует флажковый сигнал (отмашку) на совместно используемой линии, когда возникает определенная ситуация. Это отличается от опроса, когда центральный блок запрашивает все элементы один за другим по очереди.Event Handling: Each device triggers a flag signal (signal) on a shared line when a certain situation occurs. This is different from polling, where the central unit requests all elements one by one in turn.

Известный сенсор состоит из одной сенсорной схемы с одним сенсорным блоком. Он был разработан для ракетных зондов и его функционирование и характеристики были подтверждены в лаборатории. Известная версия не имеет резервирования. Отсутствуют какие-либо радиационные требования, и поэтому он не был разработан для этого. Он имеет угол обзора 144° как по оси X, так и по оси Y. Требуется некоторая внешняя электроника для генерирования управляющих сигналов и т.д. Известная версия раскрыта у Farian и др.The known sensor consists of one sensor circuit with one sensor unit. It has been developed for rocket probes and its function and performance has been verified in the laboratory. The known version has no redundancy. There are no radiation requirements, and therefore it was not designed for this. It has a 144° field of view in both the X and Y directions. Some external electronics are required to generate control signals, etc. A known version is disclosed by Farian et al.

Сенсор согласно настоящему изобретению может содержать три одинаковые сенсорные схемы вThe sensor according to the present invention may contain three identical sensor circuits in

- 10 040950 конструкции четырехугольной пирамиды. Он может быть разработан для более широкого диапазона применений - от спутников на геостационарных орбитах до солнечных панелей и оконных жалюзи, используемых на Земле. Такие варианты осуществления настоящего изобретения могут обеспечивать тройное резервирование и, таким образом, могут быть разработаны с учетом высокой радиационной стойкости. У него может быть угол обзора, значительно превышающий 180° (т.е. полусферу). Может потребоваться минимум внешних компонентов.- 10 040950 designs of a quadrangular pyramid. It can be designed for a wider range of applications, from satellites in geostationary orbit to solar panels and window blinds used on Earth. Such embodiments of the present invention can provide triple redundancy and thus can be designed with high radiation hardness in mind. It may have a field of view well in excess of 180° (i.e. a hemisphere). A minimum of external components may be required.

L-образный сенсор показан на фиг. 1 и состоит из двух ортогонально ориентированных рядов сенсоров, расположенных вдоль двух краев микросхемы ASIC размером 2,5х2,5 мм, реализованной в процессе 0,35 мкм CMOS Opto от компании AMS. Считывание пикселей может быть событийноуправляемым. После общего сброса пиксели генерируют сигнал события, когда их аккумулированный заряд (от света) превышает пороговое значение. Таким образом, время от сброса до события представляет собой интенсивность света. Число событий, которые могут быть считаны, является программируемым.The L-shaped sensor is shown in Fig. 1 and consists of two orthogonally oriented rows of sensors located along the two edges of a 2.5x2.5 mm ASIC chip implemented in the 0.35 µm CMOS Opto process from AMS. The pixel reading may be event-driven. After a master reset, pixels generate an event signal when their accumulated charge (from light) exceeds a threshold. Thus, the time from reset to event represents the light intensity. The number of events that can be read is programmable.

Поскольку единственным аналоговым элементом является сравнение пиксельного сигнала с общим пороговым значением внутри каждого пикселя, аналоговая часть поддерживается на абсолютном минимуме. Таким образом, отсутствует необходимости в аналогово-цифровых преобразователях или аналоговых блоках, которые могут быть чувствительными к излучению или шуму. Это упрощает конструкцию и повышает надежность. Устройство поддерживает довольно высокую скорость измерения. Если требуется лучшее разрешение и скорость недостаточно высока, то общий пороговый уровень может быть уменьшен. Это дает больше событий за период времени и больше данных для уменьшения стандартного отклонения.Since the only analog element is the comparison of the pixel signal with a common threshold value within each pixel, the analog part is kept at an absolute minimum. Thus, there is no need for analog-to-digital converters or analog units, which can be sensitive to radiation or noise. This simplifies the design and improves reliability. The device supports a fairly high measurement speed. If better resolution is required and the speed is not high enough, then the overall threshold level can be reduced. This gives more events per time period and more data to reduce the standard deviation.

Как показано на фиг. 1, сенсорная схема (самый большой красный квадрат) содержит две ортогонально ориентированные линии сенсоров (сплошные красные). Это закрыто непрозрачным прорезным экраном с двумя прозрачными прорезями (сплошные желтые) L-образной формы, ориентированными на 180° относительно сенсоров.As shown in FIG. 1, the sensor circuit (largest red square) contains two orthogonally oriented lines of sensors (solid red). This is covered by an opaque slit screen with two transparent slits (solid yellow) in an L-shape, oriented 180° with respect to the sensors.

Сенсор и прорезь расположены таким образом, чтобы точки пересечения каждой из них находились в центре другой, когда Солнце перпендикулярно плоскости сенсора.The sensor and slit are positioned so that the intersection points of each are at the center of the other when the Sun is perpendicular to the plane of the sensor.

Интегральная схема (сенсор) имеет размер 2,5х2,5 мм. Размер в упаковке составляет 9,5х9,5 мм.The integrated circuit (sensor) has a size of 2.5x2.5 mm. The package size is 9.5x9.5 mm.

Как показано на фиг. 3B, угол падения солнечного света и расстояние между прорезным экраном и сенсорным элементом (d) определяют, где свет попадает на сенсор. Поле обзора зависит от отношения L/d, где высокое значение L/d дает большое поле обзора. В представленном варианте реализации W=50 мкм, h=100 нм, d=356 мкм, L=2256 мкм, пиксельный шаг=11,75 мкм, при этом по 2256 мкм равномерно распределены 192 пикселя.As shown in FIG. 3B, the angle of incidence of sunlight and the distance between the slotted screen and the touch element (d) determine where the light hits the sensor. The field of view depends on the ratio L/d, where a high value of L/d gives a large field of view. In the present embodiment, W=50 µm, h=100 nm, d=356 µm, L=2256 µm, pixel pitch=11.75 µm, with 192 pixels uniformly distributed over 2256 µm.

Как показано на фиг. 9А, число освещаемых пикселей будет одинаковым для света, падающего по центру и на периферию. Однако на периферии интенсивность света будет меньше (максимальное значение, умноженное на cos(a)). Разрешение (градусы/пиксели) на периферии намного выше, чем в центре.As shown in FIG. 9A, the number of illuminated pixels will be the same for light incident at the center and at the periphery. However, at the periphery, the light intensity will be less (maximum value multiplied by cos(a)). The resolution (degrees/pixels) is much higher at the periphery than at the center.

На фиг. 3A показано, как Солнце будет падать на сенсорный элемент в зависимости от положения Солнца. Отметим, что максимальный угол α к вектору нормали находится в обоих направлениях X и Y. Следовательно, покрываемые углы составляют α\2 к вектору нормали. По осям X и Y поле обзора (FOV) составляет 2α, а по диагоналям поле обзора составляет α2^2.In FIG. 3A shows how the sun will fall on the sensor element depending on the position of the sun. Note that the maximum angle α to the normal vector is in both the X and Y directions. Therefore, the angles covered are α\2 to the normal vector. The X and Y axes have a field of view (FOV) of 2α, and the diagonal FOV is α2^2.

В следующей таблице сравниваются требования АО8884 с L-образным сенсором. Поле обзора (FOV) зависит от расстояния между сенсором и прорезью. При имеющемся расстоянии (d=356 мкм) FOV составляет 144°, но точность не удовлетворяет требованию точности 1°. Однако в трехмерной конструкции с тремя сенсорами каждый сенсор должен покрывать только 120°. Если расстояние адаптировано к этому (d=651 мкм), то аппаратная точность схемы составляет 1,03°. Число пикселей может быть увеличено со 192 до 256, а пиксельная точность пикселей будет составлять 1,0°. Точность еще больше повысится за счет интерполяции и смещения дублирующих сенсорных линий.__________The following table compares the requirements of the AO8884 with an L-shaped sensor. The field of view (FOV) depends on the distance between the sensor and the slit. With the available distance (d=356 µm), the FOV is 144°, but the accuracy does not meet the 1° accuracy requirement. However, in a 3D design with three sensors, each sensor only needs to cover 120°. If the distance is adapted to this (d=651 µm), then the hardware accuracy of the circuit is 1.03°. The number of pixels can be increased from 192 to 256, and the pixel pixel precision will be 1.0°. Accuracy will be further improved by interpolating and shifting duplicate sensor lines.__________

Технические данные АО8884 Technical data AO8884 L-образный сенсор L-shaped sensor Области Areas Требования Requirements Технические данные Technical data L-образный сенсор Имеющаяся версия (с1=356мкм) L-shaped sensor Version available (s1=356µm) L-образный сенсор, адаптированный к FOV=120° (с1=651мкм) L-shaped sensor adapted to FOV=120° (c1=651µm) Стоимость Price 400000 евро 400,000 euros TRL TRL 5 5 Функционал Functional Выдаваемые данные Issued data Направление Солнца в кадре SC The direction of the Sun in the SC frame Направление Солнца как пиксельные координаты ΧΥ самых ярких ячеек Direction of the Sun as pixel coordinates ΧΥ of the brightest cells Производиельность(по полной Productivity (in full Угловая точность (включая устойчивость к Angular accuracy (including resistance to -По полному FOV (180°): 5° (3σ) -Full FOV (180°): 5° (3σ) Запас 0,9% (=30,9%-30,0%) Stock 0.9% (=30.9%-30.0%) Запас 20% (=50,0%30,0%) Stock 20% (=50.0%30.0%)

- 11 040950- 11 040950

тепловой и динамической среде) thermal and dynamic environment) солнечным вспышкам, SEU, альбедо и рассеянному свету) solar flares, SEU, albedo and scattered light) -Точное FOV (60°): 1° (3σ) (цель 0,5°) - Accurate FOV (60°): 1° (3σ) (target 0.5°) >60°:0,17°-1,38° <60°:1,38°-1,89° >60°:0.17°-1.38° <60°:1.38°-1.89° >60°: 0,26°0,76° <60°:0,76°- 1,03° >60°: 0.26°0.76° <60°:0.76°- 1.03° -полное FOV: Полусфера (180°) -Full FOV: Hemisphere (180°) 120° 120° Полный угол full angle -Точное FOV: +/- 30° - Accurate FOV: +/- 30° поля обзора field of view (60°) (60°) 144° 144° Масса всей Weight of the whole системы systems 400г 400g 0,Згр* 0,Zgr* Размеры сенсора(без электроники) Sensor dimensions (without electronics) 120 х 120 х 60 мм 120 x 120 x 60 mm 2,5х2,5мм2* 2.5x2.5mm2* Размеры электроники (если ссылаются) Среднее энерго- Electronics dimensions (if referenced) Average energy 100 х 100 х 50 мм 100 x 100 x 50 mm Интерфейсы Interfaces потребление consumption 2 Вт 2 W 6,ЗмкВт* 6,3mkW* Термическая Thermal аккомодация accommodation 2 Вт 2 W 6,ЗмкВт* 6,3mkW* 5В регулируемое ИЛИ 5V regulated OR Подаваемое Served (12В ИЛИ 28В ИЛИ (12V OR 28V OR напряжение voltage 50В) нерегулируемое 50V) unregulated 3,3В регулируемое 3.3V adjustable Цифровой: тип TBD Digital: TBD type Интерфейс Interface (подлежит (subject to данных data уточнению) clarification) Цифровой Digital Резервирование Reservation Внутреннее Internal Нет (большой потенциал) None (great potential) Предварительные испытания + Preliminary tests + Срок службы Life time 15 лет на GEO 15 years at GEO 1 час в полете ракеты 1 hour in rocket flight Тепловые циклы Thermal cycles 7000 7000 Неизвестно unknown Надежность Reliability 100FIT @30°С 100FIT @30°С Неизвестно unknown Конструкция и Construction and Радиация Radiation Электронные Electronic Возможно, по меньшей мере, Possibly at least РА RA компоненты: 100 крд components: 100 krd стандартные COTS (50-70крд) standard COTS (50-70krd) Оптика: ЗООкрд Optics: ZOOkrd Детектор (при наличии): 1Мрд Detector (if equipped): 1Mrd Устойчивый к SEU SEU resistant Отсутствие ITAR - No ITAR - компонентов components Без ITAR Without ITAR Без ITAR Without ITAR Угловая скорость: Angular velocity: 113005/сек (вращающаяся 113005/sec (rotating Динамика Dynamics +/-100%, т.е.1005/сек +/-100% i.e. 1005/sec ракета) rocket) Хранения и рабочая_ от -40 до +75°С Storage and working_ from -40 to +75°C Расширение для подключения Connection Extension солнечных батарей: solar panels: Неизвестно, но возможно Unknown but possible Температура Temperature от -80 до +100°С (ТВС) from -80 to +100°С (FA) минимум от -40° minimum from -40° до +125° up to +125° Условия эксплуатации terms of Use Синусоидально:на пике 20 г Sinusoidal:at 20g peak Случайно:среднеквадратичное 27 г Random: RMS 27g Вибрация и vibration and Удар: 3000г от 2 до Stroke: 3000g 2 to Без проблем для самого No problem for myself Удары blows 10 кГц 10 kHz сенсора,зависит от упаковки sensor, depending on the packaging

* это относится только к самому сенсорному элементу. Однако потребность в дополнительной электронике весьма ограничена, поэтому энергопотребление все равно будет низким по сравнению с альтернативами. Для увеличения размера, веса и т.д. потребуется только упаковка, печатная плата и т.п.* this only applies to the touch element itself. However, the need for additional electronics is quite limited, so power consumption will still be low compared to alternatives. To increase size, weight, etc. only packaging, printed circuit board, etc. is required.

- 12 040950- 12 040950

L-образный сенсор можно в общем охарактеризовать следующим образом.An L-shaped sensor can be generally characterized as follows.

Две ортогональные сенсорные линии.Two orthogonal touch lines.

Уменьшенная площадь и уменьшенное питание по сравнению со стандартными решениями с пиксельной матрицей. Та же самая производительность. Лучшее расположение и лучшее устранение ложных источников солнечного света (отражение, призрак и т.п.), чем у аналоговых систем.Reduced footprint and reduced power compared to standard pixel array solutions. Same performance. Better positioning and better elimination of false sunlight sources (reflection, ghost, etc.) than analog systems.

Событийно-управляемый.Event driven.

Пониженное энергопотребление и повышенная скорость.Reduced power consumption and increased speed.

Аналоговая часть сводится к простому компаратору в каждой пиксельной ячейке.The analog part is reduced to a simple comparator in each pixel cell.

Это повышает радиационную стойкость и снижает чувствительность к шуму.This improves radiation resistance and reduces sensitivity to noise.

В одном из вариантов осуществления сенсорный модуль можно охарактеризовать следующим образом.In one embodiment, the implementation of the sensor module can be characterized as follows.

Модули расположены на тетраэдре с сенсорными схемами на трех сторонах (не на нижней).The modules are arranged on a tetrahedron with sensory circuitry on three sides (not the bottom).

Дает общее поле обзора более 180° (полусфера).Gives a total field of view of over 180° (hemisphere).

Каждая сенсорная схема содержит три сенсорных блока, каждый из которых принадлежит к трем различным доменам питания и сигнала. Домены полностью резервируются, и каждый домен обеспечивает полное поле обзора.Each sensor circuit contains three sensor blocks, each belonging to three different power and signal domains. Domains are fully redundant and each domain provides a complete field of view.

Повышенная надежность, гибкость, правильность и точность.Increased reliability, flexibility, correctness and accuracy.

Кратковременный сбой в одном домене (попадание частицы и т.п.) будет сглажен двумя другими, составляющими большинство. При более длительном сбое есть возможность завершить работу одного домена и перезапустить его, в то время как два других остаются работающими. Постоянный неустранимый отказ в одном домене не повлияет на два других, поддерживающих полное обслуживание. Если один домен обеспечивает достаточную производительность, то два других можно отключить для экономии энергии.A short-term failure in one domain (particle hit, etc.) will be smoothed out by the other two, which make up the majority. For a longer outage, it is possible to shut down one domain and restart it while the other two remain up. A permanent fatal failure in one domain will not affect the other two, which are fully serviced. If one domain provides sufficient performance, then the other two can be disabled to save power.

Все сенсорные схемы одинаковы. Все схемы содержат три сенсорных элемента, мастер домена, мастер модуля и полную схему интерфейса. Однако в каждый отдельно взятый момент времени активно только один мастер модуля.All sensor circuits are the same. All schemes contain three touch elements, a domain master, a module master and a complete interface scheme. However, only one module master is active at any given time.

Упрощает логистику и развитие. Необходимо разработать только одно устройство, содержащее все необходимое для создания компактной полной системы с тремя схемами.Simplifies logistics and development. It is necessary to develop only one device containing everything necessary to create a compact complete system with three circuits.

Распределенная цифровая обработка сигналов по каждой сенсорной линии.Distributed digital signal processing for each sensor line.

Фильтрует одиночные и двойные пиксели константный 0. Фильтрует вплоть до тройных пикселей константная 1. Находит центр тяжести света.Filters single and double pixels constant 0. Filters up to triple pixels constant 1. Finds the center of gravity of the light.

Можно обходить и отключать для экономии энергии.Can be bypassed and turned off to save power.

Градиентное экранирование пикселей для компенсации пониженной чувствительности по краям.Gradient pixel shielding to compensate for reduced sensitivity at the edges.

Обеспечивает более равномерную чувствительность по всей сенсорной линии. Полезно для ряда других применений.Provides more uniform sensitivity across the entire sensor line. Useful for a number of other uses.

Относительное смещение с шагом 1/3 пикселя между тремя сенсорными блоками на каждом чипе.Relative offset in 1/3 pixel increments between three sensor units on each chip.

Разрешение увеличено на 1/3.Resolution increased by 1/3.

Сенсорная измерительная система может содержать два сенсорных модуля, физически разделенных и расположенных в противоположных направлениях на космическом корабле. Каждый модуль имеет поле обзора (FOV) 180° плюс некоторое перекрывание.The sensor measurement system may comprise two sensor modules physically separated and located in opposite directions on the spacecraft. Each module has a field of view (FOV) of 180° plus some overlap.

На фиг. 4 показан тетраэдрический сенсорный модуль. Сенсорный модуль основан на трех сенсорных схемах, размещенных с трех сторон тетраэдрической пирамиды, причем общий угол (D) является ортогональным. Пирамида может включать или не включать в себя верхушку. Сенсорная схема - это интегральная схема, содержащая пиксельные ячейки, некоторую управляющую схему и некоторое устройство управления питанием. Такая конструкция гарантирует, что мы можем обеспечить угол обзора более 180° на основе сенсорных элементов, поле обзора которых чуть превышает 120°. Конструкция охватывает все углы выше основания тетраэдра и некоторые ниже.In FIG. 4 shows a tetrahedral sensor module. The sensor module is based on three sensor circuits placed on three sides of a tetrahedral pyramid, the common angle (D) being orthogonal. The pyramid may or may not include the top. A sensor circuit is an integrated circuit containing pixel cells, some control circuit, and some power management device. This design ensures that we can provide a viewing angle of more than 180° based on sensor elements with a field of view of just over 120°. The design covers all corners above the base of the tetrahedron and some below.

Как показано на фиг. 2, форма L-образного сенсорного блока оставляет значительную часть площади неиспользуемой. В сенсорной схеме L-образный сенсор утроен, при этом каждый блок связан с разными независимыми доменами сигнала и питания. При таком решении у нас будет три сенсорных домена, все они представлены во всех направлениях. Каждый домен имеет поле обзора более 180°. Сигнал и питание (включая подвод контактов контактной площадки) полностью независимы. Единственная общая клемма - земля.As shown in FIG. 2, the shape of the L-shaped sensor block leaves a significant portion of the area unused. In the sensor circuit, the L-shaped sensor is tripled, with each block associated with different independent signal and power domains. With this solution, we will have three sensory domains, all of which are represented in all directions. Each domain has a field of view of over 180°. Signal and power supply (including the connection of pad contacts) are completely independent. The only common terminal is ground.

На фиг. 6 показана схема доменов для каждой сенсорной схемы. В известной версии форма Lобразного сенсорного блока оставляет значительную часть площади неиспользованной. В раскрытой сенсорной схеме L-образный сенсорный блок утроен, при этом каждый блок связан с разными независимыми доменами сигнала и питания. При таком решении имеются три сенсорных домена, все они представлены во всех направлениях. Каждый домен имеет поле обзора, составляющее более 180°. Сигнал и питание (включая подвод контактов контактной площадки) полностью независимы. Единственная общая клемма - земля.In FIG. 6 shows the domain map for each sensor map. In the known version, the shape of the L-shaped sensor block leaves a significant portion of the area unused. In the disclosed sensor circuit, the L-shaped sensor block is tripled, with each block associated with different independent signal and power domains. With this solution, there are three sensory domains, all of which are presented in all directions. Each domain has a field of view of more than 180°. Signal and power supply (including the connection of pad contacts) are completely independent. The only common terminal is ground.

Как показано на фиг. 2, каждый сенсорный элемент содержит три L-образных сенсорных структуры, некоторую цифровую обработку сигналов, управление питанием и шинный интерфейс. Имея рас- 13 040950 крытый L-образный сенсор, можно получить три полностью независимых (включая питание) L-образных сенсора на одном устройстве. Таким образом, любой отказ одного L-образного сенсора не повлияет на другие. Когда они работают надлежащим образом, все данные можно объединить для повышения разрешения и т.п.As shown in FIG. 2, each touch element contains three L-shaped touch structures, some digital signal processing, power management, and a bus interface. With a 13 040950 indoor L-shaped sensor, you can get three completely independent (including power) L-shaped sensors on one device. Thus, any failure of one L-shaped sensor will not affect the others. When they work properly, all data can be combined to improve resolution and so on.

Трехмерная сенсорная конструкция может иметь три независимых и одинаковых модуля цифровой обработки сигналов (показаны плоскими на фиг. 6). Три разных и полностью независимых домена питания показаны разной штриховкой/цветом. Короткое замыкание в одном из них не повлияет на остальные (за исключением отсутствия данных из этого домена). Два сенсора на каждом устройстве принадлежат к соседнему домену питания. Таким образом, например (красные) DSP1, S11, S21 (на устройстве 2) и S31 (на устройстве 3) принадлежат вместе. Это также относится к интерфейсам, т.е. к питанию площадок ввода-вывода и т.п. Если оба устройства 2 и 3 выйдут из строя, то устройство 1 по-прежнему будет иметь сенсоры во всех направлениях и сможет обеспечить полную полусферу (>180°) FOV. Если все устройства работают нормально, то каждый DSP (digital signal processor, цифровой сигнальный процессор) имеет доступ ко всем девяти сенсорам и может использовать это для повышения разрешения.The 3D sensor structure may have three independent and identical digital signal processing modules (shown flat in FIG. 6). Three different and completely independent food domains are shown with different shading/color. A short circuit in one of them will not affect the others (except for the absence of data from this domain). The two sensors on each device belong to an adjacent power domain. Thus, for example (red) DSP1, S11, S21 (on device 2) and S31 (on device 3) belong together. This also applies to interfaces, i.e. to power input-output pads, etc. If both devices 2 and 3 fail, then device 1 will still have sensors in all directions and be able to provide a full hemisphere (>180°) FOV. If all devices are working properly, then each DSP (digital signal processor) has access to all nine sensors and can use this to increase resolution.

L-образный сенсор был разработан с использованием стандартного CMOS-процесса 350 мкм от AMS (Austria Micro Systems). Он был разработан для ракетных зондов и, следовательно, не нуждался в долговременной радиационной стойкости, необходимой для этого применения. Однако IDEAS разработала радиационно-стойкую библиотеку для этого же охарактеризованного процесса согласно требуемым уровням радиации. Это - библиотека, разработанная и подтвердившая свою стабильность в течение долгого времени.The L-shaped sensor was developed using a standard 350 µm CMOS process from AMS (Austria Micro Systems). It was designed for rocket probes and therefore did not need the long term radiation hardness required for this application. However, IDEAS has developed a radiation tolerant library for the same characterized process according to the required radiation levels. This is a library that has been developed and proven to be stable over time.

В одном из вариантов осуществления раскрытый L-образный сенсор содержит две линии сенсоров шириной в один пиксель и длиной 256 пикселей, ортогонально ориентированных в L-образной форме. Три L-образных сенсора на элементе могут иметь внутренний сдвиг с шагом 1/3 пикселя. Это повышает надежность и разрешение. L-образный сенсор может быть основан на событийной сигнализации. Пиксели содержат полупроводниковый (PN) диод, в котором заряд, генерируемый падающим светом, увеличивает напряжение по сравнению с емкостью. При превышении порогового значения пиксель генерирует сигнал события. Это сводит аналоговую часть к абсолютному минимуму. Отсутствует необходимость в аналоговой сигнализации, совместно используемых аналоговых блоках, аналогово-цифровых преобразователях и т.п., с преимуществами, которые это дает в отношении надежности, устойчивости к излучению, устойчивости к шуму, скорости обработки и энергопотребления. Допустимое временное окно для событий может быть задано фиксированным числом (по умолчанию) тактовых циклов задающего тактового генератора, программируемым числом циклов или программируемым числом событий.In one embodiment, the disclosed L-shaped sensor comprises two lines of sensors one pixel wide and 256 pixels long, orthogonally oriented in an L-shape. The three L-shaped sensors on an element can be internally shifted in 1/3 pixel increments. This improves reliability and resolution. The L-shaped sensor can be event-based. The pixels contain a semiconductor (PN) diode in which the charge generated by the incident light increases the voltage over the capacitance. When the threshold value is exceeded, the pixel generates an event signal. This reduces the analog part to an absolute minimum. There is no need for analog signaling, shared analog blocks, analog-to-digital converters, etc., with the advantages that this brings in terms of reliability, immunity to radiation, immunity to noise, processing speed and power consumption. The allowable time window for events can be set to a fixed number (default) of master clock cycles, a programmable number of cycles, or a programmable number of events.

В следующей таблице представлен обзор признаков из технической части конкурсной документации Европейского Космического агентства (ESA) для АО8884 по сравнению с L-образным сенсором и раскрытым сенсорным модулем.The following table provides an overview of the features from the technical part of the European Space Agency (ESA) tender documentation for AO8884 compared to the L-shaped sensor and the disclosed sensor module.

Техническая часть конкурсной документации ESA для АО8884 Technical part of the ESA tender documentation for AO8884 L-образный элемент L-shaped element Сенсорный модуль Sensor module Области Areas Требования Requirements Технические данные Technical data L-образный сенсор, адаптированный к FOV=120° (с1=651мкм) L-shaped sensor adapted to FOV=120° (c1=651µm) Три новых элемента в тетраэдре Three new elements in a tetrahedron Стоимость Price 400000 евро 400,000 euros TRL TRL 5 5 Функционал Functional Выдаваемые данные Issued data Направление Солнца в кадре SC Direction Sun in SC frame Направление Солнца как пиксельные координаты XY самых ярких ячеек Direction of the Sun as XY pixel coordinates of the brightest cells Направление Солнца в кадре SC The direction of the Sun in the SC frame Производиельность(по полной тепловой и динамической среде Productivity (for full thermal and dynamic environment Угловая точность (включая устойчивость к солнечным вспышкам, SEU, альбедо и рассеянному свету) Angular Accuracy (including solar flare, SEU, albedo and ambient light resistance) -По полному FOV (180°): 5° (За) -Точное FOV (60°): Г (За) (цель 0,5°) -Full FOV (180°): 5° (per) -Precise FOV (60°): H (Over) (target 0.5°) Запас 20% (=50,0%-30,0%) Stock 20% (=50.0%-30.0%) Запас: 70% (=100%-30%) Stock: 70% (=100%-30%) >60°: 0,26°-0,76° <60°:0,76°-1,03° >60°: 0.26°-0.76° <60°:0.76°-1.03° 0.16-0.5° 0.16-0.5° Полный угол поля обзора Full field of view angle -полное FOV: Полусфера (180°) -Full FOV: Hemisphere (180°) 120° 120° >180° >180°

- 14 040950- 14 040950

-Точное FOV: +/-30° (60°) - Accurate FOV: +/-30° (60°) Интерфейсы Interfaces Масса всей системы Mass of the whole system 400г 400g 0,Згр* 0,Zgr* бОгр +упаковка bulk + packing Размеры сенсора (без электроники) Sensor dimensions (without electronics) 120x120x60 мм 120x120x60 mm 2.5х2.5мм2* 2.5x2.5mm2* 25мм + упаковка 25mm + packing Размеры электроники (если есть ссылка) Electronics dimensions (if there is a link) 100 х 100 х 50 мм 100 x 100 x 50 mm 25мм + упаковка 25mm + packing Среднее энергопотребление Average Energy consumption 2 Вт 2 W 6,ЗмкВт* 6,3mkW* <10 мВт <10mW Термическая аккомодация Thermal accommodation 2 Вт 2 W 6,ЗмкВт* 6,3mkW* <10 мВт <10mW Подаваемое напряжение Supply voltage 5В регулируемое ИЛИ (12В ИЛИ 28В ИЛИ 50В) нерегулируем ое 5V adjustable OR (12V OR 28V OR 50V) non-adjustable 3,3В регулируемое 3.3V adjustable 5V Интерфейс данных Data interface Цифровой: тип TBD (подлежит уточнению) Digital: Type TBD (TBC) Цифровой Digital Цифровой Digital Конструкция и РА Construction and RA Резервирование Reservation Двойное Double Нет (большой потенциал) None (great potential) Почти на 100% тройное Almost 100% triple Срок службы Life time 15 лет на GEO 15 years at GEO Предварительны е испытания + 1 час в полете ракеты Preliminary tests + 1 hour in flight 15 лет на GEO 15 years at GEO Тепловые циклы Thermal cycles 7000 7000 Неизвестно unknown 7000 7000 Надежность Reliability 100FIT @30°С 100FIT @30°C Неизвестно unknown 100FIT @30°С 100FIT @30°C Радиация Radiation Электронные компоненты: 100 крд Оптика: ЗООкрд Детектор (при наличии): 1Мрд Устойчивый к SEU Electronics: 100 cd Optics: 30 cd Detector (if equipped): 1 md SEU resistant Возможно, по меньшей мере, стандартные COTS (50-70крд) Possibly at least standard COTS (50-70krd) Согласно требованиям According to requirements Отсутствие ITAR компонентов No ITAR Components Без ITAR Without ITAR Без ITAR Without ITAR Без ITAR Without ITAR Условия эксплуатации terms of Use Динамика Температура Вибрация и удары Dynamics Temperature Vibration and shock Angular rate: +/-100% i.e. 100S/s Хранения и рабочая_ от 40 до +75°С Расширение для подключения солнечных батарей:от 80 до +100°С (ТВС) Синусоидальн о: на пике 20 г Случайно: среднеквадратичное 27 г Удар: 3000г от 2 до 10 кГц Angular rate: +/-100% i.e. 100S/s Storage and operating_ 40 to +75°C Solar extension: 80 to +100°C (TVS) Sinusoidal: 20 g peak Random: 27 g RMS Stroke: 3000g 2 to 10 kHz 11300S/S (spinning rocket) Неизвестно, но возможно минимум от -40° до+125° Без проблем для самого сенсора, зависит от упаковки 11300S/S (spinning rocket) Unknown, but possibly at least -40° to +125° No problem for the sensor itself, depending on the packaging 11300S/S Согласно требованиям Согласно требованиям 11300S/S According to requirements According to requirements

На фиг. 7 показана схема логической иерархии модулей. У всех доменов есть мастер домена. Под мастером домена находятся три сенсорных блока, расположенных на трех различных сенсорных схемах. У всех сенсорных схем также есть мастер модуля, но в отдельно взятый момент времени активен только один. Мастер модуля объединяет информацию от мастеров доменов и пересылает окончательные данные внешнему пользователю. Мастер модуля осуществляет весь контакт с внешним миром. Он принимаетIn FIG. 7 shows a diagram of the logical hierarchy of modules. All domains have a domain master. Below the domain master are three sensor blocks located on three different sensor circuits. All sensor circuits also have a module master, but only one is active at any given time. The module master aggregates the information from the domain masters and forwards the final data to the external user. The module master handles all contact with the outside world. He accepts

- 15 040950 данные настройки и перенаправляет их трем мастерам доменов. Если мастер модуля выйдет из строя, то один из других мастеров модуля будет готов к работе в кратчайшие сроки.- 15 040950 setup data and forwards it to the three domain masters. If the module master fails, one of the other module masters will be ready to go in no time.

На фиг. 5 показан пример того, как может выглядеть сенсорная схема. Верхний и правый края показывают интерфейс, обращенный к сенсорным блокам на двух других сенсорных схемах. С левой стороны имеется шина для связи между мастерами модуля. Внизу слева имеется шина для внешней связи. Схема содержит три L-образных сенсорных блока, мастер домена и мастер модуля, как уже упоминалось. Она также содержит блок с протоколами и т.п. для внешних взаимодействий (например, SpaceWire, SPI и т.п.). Последний блок - это блок управления, измерения и контроля питания. Этот блок измеряет ток, потребляемый этим доменом, и отключает питание, если ток превышает определенный предел.In FIG. 5 shows an example of what a sensor circuit might look like. The top and right edges show the interface facing the sensor blocks on the other two sensor circuits. On the left side there is a bus for communication between the masters of the module. At the bottom left there is a bus for external communication. The circuit contains three L-shaped sensor blocks, a domain master and a module master, as already mentioned. It also contains a block with protocols, etc. for external communications (eg SpaceWire, SPI, etc.). The last block is the power control, measurement and control block. This block measures the current drawn by this domain and turns off the power if the current exceeds a certain limit.

На фиг. 8 показаны смещенные пиксельные линии. Три пиксельные линии сдвинуты на 1/3 пикселя относительно друг друга. За счет объединения информации от всех доменов это повысит разрешение на 1/3 от того, что каждый домен может поддерживать отдельно.In FIG. 8 shows the shifted pixel lines. Three pixel lines are shifted by 1/3 pixel relative to each other. By combining information from all domains, this will increase the resolution by 1/3 of what each domain can support separately.

Теперь будет описана связь и состояния сенсорного блока. В дополнение к питанию (и заземлению) между каждым сенсорным блоком и мастером домена имеется пять проводов: CLK, R/W, EN, X и Y. Первые три - это односторонние направления от мастера домена к сенсорному блоку. Последние два являются двунаправленными там, где направлением управляет сигнал R/W.The communication and states of the sensor unit will now be described. In addition to power (and ground), there are five wires between each sensor unit and the domain master: CLK, R/W, EN, X, and Y. The first three are one-way directions from the domain master to the sensor unit. The last two are bidirectional where the R/W signal controls the direction.

Сенсорный блок имеет четыре основных режима:The sensor unit has four main modes:

Sidle - это неактивный режим. В этот режим можно перейти, установив EN на высокий уровень и установив R/W в положение записи;Sidle is an inactive mode. This mode can be entered by setting EN high and setting R/W to record;

Smeasure - это режим измерения, в котором пиксели аккумулируют свет. Пиксели переустанавливаются в первый раз, когда EN становится низким после вхождения в этот режим. Когда EN становится высоким, пиксельные события сохраняются в SR-защелках, а импульсы передаются по проводам X и Y. Когда EN снова становится низким, дальнейшие импульсы событий блокируются от шины событий и от настройки SR-защелок;Smeasure is a measurement mode in which pixels accumulate light. Pixels are reset the first time EN goes low after entering this mode. When EN goes high, pixel events are stored in the SR latches and pulses are sent on the X and Y wires. When EN goes low again, further event pulses are blocked from the event bus and from setting the SR latches;

Sshift - это режим, в котором данные переходят на верхний регистр из сенсорного блока или настройки регистров переходят на нижний регистр. Будут ли считываться ли данные или спускаться настройки регистров, зависит от сигнала R/W;Sshift is a mode in which data is shifted to upper case from the sensor unit or register settings are shifted to lower case. Whether data is read or register settings are lowered depends on the R/W signal;

Soptimize - это режим, в котором активирован распределенный цифровой фильтр. Фильтр будет пытаться исключить одиночный и двойной константный 0 и одиночную и двойную константную 1 (в зависимости от настройки) и найти световой центр тяжести.Soptimize is the mode in which the distributed digital filter is activated. The filter will try to exclude single and double constant 0 and single and double constant 1 (depending on the setting) and find the light center of gravity.

Распределенная цифровая обработка сигнала будет раскрыта с рассмотрением фиг. 10. После окончания измерения (периода Smeasure) на сенсоре происходит простая и распределенная обработка сигнала. Сначала любые одиночные нули (окруженные единицами) заменяются единицей (см. фиг. 10, шаги с t0 по t1). Это необходимо для фильтрации пикселей, установленных в константный 0, фильтров с низким коэффициентом усиления и т.п. Затем происходит обратная фильтрация, когда пиксели, у которых есть сосед с нулевым значением (или сам нулевой), устанавливаются в ноль (см. фиг. 10, шаг с t1 до t2 до t3 до t4). Это найдет весовую точку для света (пиксель 5 на t4) и удалит отдельные единицы (окруженные нулями) (пиксель 12 на t1). Этот процесс будет повторяться до тех пор, пока на следующем шаге (t5) все пиксели не будут обнулены. Затем пиксель с 1, ближайший к контрольному концу (пиксель 5 на t4), выдаст свое положение на общей шине. Если следующий пиксель по линии равен единице, то это будет сигнализировать о том, что весовая точка находится между двумя пикселями. Эта фильтрация выполняется с помощью простой распределенной логики, требующей нескольких вентилей на пиксель. Динамическое энергопотребление будет низким, поскольку большинство пикселей останется нулевым.Distributed digital signal processing will be disclosed with reference to FIG. 10. After the end of the measurement (Smeasure period), a simple and distributed signal processing takes place on the sensor. First, any single zeros (surrounded by ones) are replaced by a one (see FIG. 10, steps t0 through t1). This is necessary for filtering pixels set to constant 0, low gain filters, and the like. Inverse filtering then occurs when pixels that have a neighbor with a value of zero (or zero itself) are set to zero (see FIG. 10, step t1 to t2 to t3 to t4). This will find the weight point for the light (pixel 5 at t4) and remove the individual ones (surrounded by zeros) (pixel 12 at t1). This process will be repeated until at the next step (t5) all pixels are zeroed. Then the pixel from 1 closest to the control end (pixel 5 at t4) will give out its position on the common bus. If the next pixel along the line is equal to one, then this will signal that the weight point is between two pixels. This filtering is done with simple distributed logic requiring multiple gates per pixel. Dynamic power consumption will be low as most of the pixels will remain at zero.

Цифровая обработка сигнала может быть распределена по пиксельным линиям с несколькими логическими вентилями на каждом пикселе. Это может обеспечить более быструю и лучшую обработку и, возможно, также меньшее энергопотребление. Большинство из этих блоков останутся 0, и только некоторые из этих вентилей будут переключаться во время эксплуатации. Это решение может снизить энергопотребление, например, если статический ток утечки значительно ниже, чем динамическое энергопотребление переключаемых вентилей, как во многих технологиях CMOS.DSP can be distributed over pixel lines with multiple logic gates per pixel. This can provide faster and better processing and possibly less power consumption as well. Most of these blocks will remain 0 and only some of these valves will switch during operation. This solution can reduce power consumption, for example, if the static leakage current is much lower than the dynamic power consumption of switched gates, as in many CMOS technologies.

Каждый пиксель может установить частную защелку, если сигнал проходит пороговый уровень в пределах временного окна события. Если порог выходит за пределы временного окна события, на защелку нельзя повлиять. Окно событий может быть запущено импульсом сброса. В зависимости от настройки окно событий может закрываться, например, когда: прошло заданное время, было сгенерировано несколько событий (одно или более) и/или прошло определенное время с момента последнего сигнала события. Учитывая предпочтительные параметры сенсорного устройства, в среднем 4,5 пикселя будут освещены источником света (например, Солнцем). Интенсивность света показана линией 1201 на фиг. 12.Each pixel can set a private latch if the signal passes the threshold level within the time window of the event. If the threshold is outside the time window of the event, the latch cannot be affected. The event window can be triggered by a reset pulse. Depending on the setting, the event window can be closed, for example, when: a specified time has elapsed, several events (one or more) have been generated, and/or a certain time has elapsed since the last event signal. Given the preferred settings for a touch device, an average of 4.5 pixels will be illuminated by a light source (eg the Sun). The light intensity is shown as line 1201 in FIG. 12.

Могут быть небольшие различия в смещении и усилении между пикселями. Это проиллюстрировано ступенчатой линией 1202 на фиг. 12. Если окно события закрывается только после одного или двух событий, окончательно определенное положение (например, световой центр тяжести) будет несколько левее, что снизит разрешение и точность. Следовательно, важно оставаться открытым для достаточного числа событий (или в течение достаточного времени), чтобы получить более точный центр тяжести. Это усложняют ошибочные пиксели, константно темные или светлые или с очень низким или высоким коэф- 16 040950 фициентом усиления. Чтобы это улучшить, можно использовать описанную распределенную цифровую обработку сигналов.There may be slight differences in offset and gain between pixels. This is illustrated by stepped line 1202 in FIG. 12. If the event window only closes after one or two events, the final determined position (for example, light center of gravity) will be slightly to the left, which will reduce resolution and accuracy. Therefore, it is important to stay open for enough events (or for enough time) to get a more accurate center of gravity. This is complicated by erroneous pixels, consistently dark or bright, or with very low or high gain. To improve this, the described distributed digital signal processing can be used.

Таблица на фиг. 13 показывает пример цифровой обработки. В верхнем ряду показаны значения пикселей (0 или 1), выбранные в течение временного окна события. Обработка сигнала для каждого пикселя идет вертикально вниз. Каждое новое значение (пример: оранжевый пиксель 1301) определяется на основании трех значений выше (пример: синие пиксели 1302) и параметра фильтра (синее И 1303). От каждого пикселя идет шестиступенчатая сигнальная линия. На ступени может быть три возможности: логическое ИЛИ для пикселя и его соседей, логическое И для пикселя и его соседей и ПРОПУСТИТЬ, которое пропускает сигнал без влияния соседей. Логическое ИЛИ устранит пиксели константный ноль. Логическое И устранит константную единицу и найдет центр тяжести событий. Две первые ступени на фиг. 13 имеют только возможность И или ИЛИ, в то время как последние четыре ступени имеют только возможность И или ПРОПУСТИТЬ. На фиг. 13 показана начальная настройка фильтра для устранения одного ошибочного нуля (как показано для пикселя 6). С одним ИЛИ необходимы два И, чтобы отменить ошибочные единицы (пиксели 16, 23 и 27).The table in FIG. 13 shows an example of digital processing. The top row shows the pixel values (0 or 1) sampled during the time window of the event. The signal processing for each pixel goes vertically down. Each new value (example: orange pixel 1301) is determined based on the three values above (example: blue pixels 1302) and the filter parameter (blue AND 1303). Each pixel has a six-step signal line. There can be three possibilities in a rung: logical OR for a pixel and its neighbors, logical AND for a pixel and its neighbors, and SKIP, which passes the signal without being affected by the neighbors. The logical OR will eliminate the pixels constant zero. Logical AND will eliminate the constant unit and find the center of gravity of events. The first two steps in Fig. 13 have only the AND or OR option, while the last four steps only have the AND or SKIP option. In FIG. 13 shows the initial filter setting to eliminate one erroneous zero (as shown for pixel 6). With one OR, two ANDs are needed to cancel the erroneous units (pixels 16, 23, and 27).

После вышеуказанной первоначальной настройки, в нижнем ряду нет 1. Затем необходимо изменить параметры фильтра (см. фиг. 14), пока строка 6 не станет полностью нулевой. Для этого строка 6 сначала изменяется на ПРОПУСТИТЬ. Поскольку это не помогает, строка 5 также изменяется на ПРОПУСТИТЬ. Теперь строка 6 не вся нулевая, а пиксель центра тяжести находится в строке 6.After the above initial setting, there is no 1 in the bottom row. The filter parameters must then be changed (see Fig. 14) until row 6 is completely zero. To do this, line 6 is first changed to SKIP. Since that doesn't help, line 5 is also changed to SKIP. Now row 6 is not all zero, and the center of gravity pixel is in row 6.

К сенсорному элементу может применяться градиентное затенение пикселей. L-образный сенсор будет рассчитан на угол обзора чуть выше 120°. Проблема в том, что накопленная световая энергия уменьшается с косинусом падающего света от 100% в середине до 50% при угле 60°. При 60° Солнце будет иметь 50% эффективность, но все равно более высокий сигнал, чем у любого другого источника света, включая отражения от Земли, космического корабля и т.д. Возможным вариантом может быть компенсация этого отклонения путем покрытия металлом части соответствующей области чувствительного пикселя, соответствующей l/(2cos(oc)) угла а (к вектору нормали сенсора). Если это будет сделано, то центральные пиксели будут покрыты металлом на 50%, а при ±60° этот показатель уменьшается до 0%. Кроме экранирования, пиксели выравниваются, чтобы обеспечить максимально похожие динамические характеристики.A pixel gradient shading can be applied to a touch element. An L-shaped sensor will be rated for a viewing angle of just over 120°. The problem is that the accumulated light energy decreases with the cosine of the incident light from 100% in the middle to 50% at 60°. At 60°, the Sun will have 50% efficiency, but still a higher signal than any other light source, including reflections from the Earth, spacecraft, etc. A possible option would be to compensate for this deviation by covering with metal a part of the corresponding area of the sensitive pixel corresponding to l/(2cos(oc)) of the angle a (to the normal vector of the sensor). If this is done, then the central pixels will be covered by 50% metal, and at ±60° this figure decreases to 0%. In addition to screening, pixels are aligned to provide the most similar dynamic performance.

Такая ситуация показана на фиг. 9В. Уровень сигнала будет уменьшаться по направлению к концам в соответствии с косинусоидальной характеристикой. При 60° это составляет 50%, но все же выше максимального отражения от Земли и других естественных или искусственных источников света. Верхняя линия показывает чувствительность под разными углами. Нижние линии показывают максимальную силу альбедо от Земли и Луны при 0° (относительно Солнца при 0 градусах).Such a situation is shown in Fig. 9B. The signal level will decrease towards the ends in accordance with the cosine characteristic. At 60° this is 50%, but still above the maximum reflection from the earth and other natural or artificial light sources. The top line shows sensitivity from different angles. The bottom lines show the maximum albedo strength from the Earth and the Moon at 0° (relative to the Sun at 0°).

Как показано на фиг. 9С, при фиксированном шаге пикселя разрешение будет наихудшим в середине и улучшаться к концам. Предусмотренная фильтрация и комбинация данных о местоположении от трех доменов еще больше улучшат разрешение.As shown in FIG. 9C, at a fixed pixel pitch, resolution will be worst in the middle and improve towards the ends. The provided filtering and combination of location data from three domains will further improve the resolution.

Что касается функциональности мастера домена (т.е. контроллера блока), то каждый из мастеров доменов получает данные положения от трех различных сенсорных элементов, которые вместе охватывают всю полусферу. Сначала он решает, который из них имеет самый сильный сигнал, и выбирает его в качестве вероятного положения Солнца. Затем он должен преобразовать локальное положение элемента по X в глобальное положение сенсорного модуля по ф. Сначала угол вычисляют на основании положения из положения в соответствии с oc=90-arctan((d+Ad)/(L+AL)), где L - положение пикселя, d - предполагаемое расстояние между сенсором и прорезным экраном, a (Ad и AL) - полученные переменные. Сложение и деление должны выполняться на месте, в то время как для arctan, вероятно, потребуется справочная таблица. Угол в локальном направлении по Y - это глобальное 0. Для этого каждый элемент должен знать свое положение в модуле. Это обеспечивается проводным вводом на двух контактах. На основе аппаратно-полученной информации о местоположении, угол (положение по X) добавляется по умолчанию на 0, 120 или 240°. Как вариант, альтернативно можно выбрать программируемые значения для компенсации отклонений из-за неточного механического положения сенсорных элементов и т.д. Изменение угла наклона подложки может быть обоснованно (и/или значительно) меньше разрешающей способности измерений и, следовательно, им можно пренебречь. ______With respect to the functionality of the domain master (ie, block controller), each of the domain masters receives position data from three different sensor elements, which together cover the entire hemisphere. It first decides which one has the strongest signal and chooses that as the probable position of the Sun. It then has to convert the element's local x position to the touch module's global x position. First, the angle is calculated based on the position from the position according to oc=90-arctan((d+Ad)/(L+AL)), where L is the position of the pixel, d is the estimated distance between the sensor and the slotted screen, a (Ad and AL) - received variables. Addition and division must be done in place, while arctan will probably need a lookup table. The angle in the local Y direction is global 0. To do this, each element must know its position in the module. This is provided by a wired input on two contacts. Based on the hardware-derived location information, the angle (X position) is added by default at 0, 120, or 240°. Alternatively, programmable values can be selected to compensate for deviations due to inaccurate mechanical position of the sensor elements, etc. The change in the angle of the substrate can be reasonably (and/or significantly) less than the measurement resolution and, therefore, it can be neglected. ______

Код элемента Element code Левый сенсор Left sensor Этот сенсор This sensor Правый сенсор Right sensor 00 00 01 01 240° 240° 120° 120° 10 10 120° 120° 240° 240° 11 eleven 120° 120° 240° 240°

Вся вышеописанная обработка происходит параллельно в трех полностью независимых доменах сигнала и питания (показано штриховкой/цветом на чертежах). Это генерирует три пары положений, которые могут отличаться из-за вариаций измерения или более серьезных постоянных или временных ошибок.All of the above processing takes place in parallel in three completely independent signal and power domains (shown in shading/color in the drawings). This generates three pairs of positions, which may differ due to measurement variations or more severe permanent or timing errors.

Функциональность мастера модуля теперь будет раскрыта при рассмотрении фиг. 11. Из трех по- 17-The functionality of the module wizard will now be disclosed in connection with FIG. 11. Of the three on- 17-

Claims (15)

ложений, сгенерированных мастерами доменов, мастер модуля выбирает среднее положение по φ и среднее положение по θ и направляет их в главную систему космического корабля. Эта процедура отфильтрует неправильное положение по φ и неправильное положение по θ. Если все они верны, то будет генерироваться наиболее точное положение с улучшенным разрешением. Единственный процесс, который требуется главному компьютеру спутника, - это узнавать, от какого из двух сенсорных модулей он принимает данные, и компенсировать это в направлении по θ.of the positions generated by the domain masters, the module master selects the φ average position and the θ average position and sends them to the spacecraft main system. This procedure will filter out wrong position in φ and wrong position in θ. If all of them are correct, then the most accurate position with improved resolution will be generated. The only process the satellite host needs is to know which of the two sensor modules it is receiving data from and compensate for this in the θ direction. Этот мастер модуля играет важную роль, когда дело доходит до резервирования. Хотя все три элемента (т.е. сенсорные устройства) содержат этот модуль, только один может пересылать данные на главный компьютер. Мастер модуля будет выбран из последовательности, основанной на аппаратнополученной информации положения. Если модуль не имеет питания, то задача будет передана следующему в последовательности.This module master plays an important role when it comes to redundancy. Although all three elements (i.e., touch devices) contain this module, only one can send data to the host computer. The module master will be selected from a sequence based on hardware-derived position information. If the module is not powered, then the task will be passed to the next one in the sequence. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Сенсорное устройство для определения положения источника света, содержащее:1. A sensor device for determining the position of a light source, comprising: множество сенсорных блоков, причем каждый сенсорный блок имеет соответствующую сенсорную зону; и маску, расположенную над множеством сенсорных блоков и выполненную так, чтобы падающий свет от источника света освещал разные области сенсорной зоны каждого из сенсорных блоков в зависимости от положения источника света относительно сенсорного устройства таким образом, что обеспечивается возможность определения положения источника света на основании того, какие области сенсорной зоны сенсорных блоков освещены;a plurality of sensory blocks, each sensory block having a corresponding sensory area; and a mask positioned above the plurality of sensor units and configured such that incident light from the light source illuminates different areas of the sensor area of each of the sensor units depending on the position of the light source relative to the sensor device, such that the position of the light source can be determined based on which areas of the sensory area of the sensor blocks are illuminated; причем каждый сенсорный блок является управляемым соответствующим контроллером блока для определения положения источника света, и каждый сенсорный блок содержит первую полоску и вторую полоску, по существу, ортогональную первой полоске, причем маска выполнена так, чтобы источник света освещал области обеих полосок каждого сенсорного блока одновременно.wherein each sensor unit is controlled by a respective unit controller to determine the position of the light source, and each sensor unit comprises a first strip and a second strip substantially orthogonal to the first strip, wherein the mask is configured so that the light source illuminates areas of both strips of each sensor unit simultaneously. 2. Сенсорное устройство по п.1, в котором сенсорные блоки расположены радом друг с другом.2. The sensor device according to claim 1, wherein the sensor units are adjacent to each other. 3. Сенсорное устройство по п.1 или 2, в котором маска содержит первую прозрачную прорезь и вторую прозрачную прорезь, по существу, ортогональную первой прозрачной прорези.3. The sensor device of claim 1 or 2, wherein the mask comprises a first transparent slit and a second transparent slit substantially orthogonal to the first transparent slit. 4. Сенсорное устройство по п.3, в котором первая прозрачная прорезь, по существу, перпендикулярна первым полоскам сенсорных блоков, а вторая прозрачная прорезь, по существу, перпендикулярна вторым полоскам сенсорных блоков.4. The sensor device of claim 3, wherein the first transparent slit is substantially perpendicular to the first sensor block strips and the second transparent slit is substantially perpendicular to the second sensor block strips. 5. Сенсорное устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором каждая полоска каждого сенсорного блока содержит множество пикселей, причем пиксели каждой полоски смещены относительно пикселей каждой смежной полоски на расстояние, меньшее, чем ширина каждого пикселя в направлении смещения.5. A touch device according to any one of the preceding claims, wherein each strip of each sensor unit comprises a plurality of pixels, the pixels of each strip being offset from the pixels of each adjacent strip by a distance less than the width of each pixel in the offset direction. 6. Сенсорное устройство по любому из предшествующих пунктов, содержащее градиентное экранирование для уменьшения интенсивности света, падающего на сенсорные блоки, чтобы противодействовать относительному уменьшению интенсивности света, падающего на сенсорный блок под углом.6. A sensor device according to any one of the preceding claims, comprising gradient shielding to reduce the intensity of light incident on the sensor units to counteract the relative decrease in intensity of light incident on the sensor unit at an angle. 7. Сенсорное устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором каждый сенсорный блок выполнен с возможностью быть частью соответствующего домена питания.7. A sensor device according to any one of the preceding claims, wherein each sensor unit is configured to be part of a respective power domain. 8. Сенсорное устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором каждый сенсорный блок связан с независимым доменом сигналов и связан с независимым доменом питания.8. A sensor device according to any one of the preceding claims, wherein each sensor unit is associated with an independent signal domain and associated with an independent power domain. 9. Сенсорный модуль для определения положения источника света, содержащий:9. Sensor module for determining the position of the light source, containing: множество сенсорных устройств по любому из пп.1-8; и множество контроллеров блоков, выполненных с возможностью управления одним сенсорным блоком в каждом из множества сенсорных устройств, причем каждое сенсорное устройство содержит один из множества контроллеров блоков.a plurality of touch devices according to any one of claims 1 to 8; and a plurality of block controllers configured to control one sensor block in each of the plurality of sensor devices, each sensor device comprising one of the plurality of block controllers. 10. Сенсорный модуль по п.9, в котором каждый контроллер блока принадлежит соответствующему домену питания.10. The sensor module of claim 9, wherein each block controller belongs to a respective power domain. 11. Сенсорный модуль по п.9 или 10, содержащий множество контроллеров модуля, причем каждый контроллер модуля выполнен с возможностью управления каждым из множества контроллеров блоков.11. The sensor module according to claim 9 or 10, comprising a plurality of module controllers, each module controller being configured to control each of the plurality of block controllers. 12. Сенсорный модуль по любому из пп.9-11, содержащий основание и три сенсорных устройства, расположенных на соответствующих гранях основания, причем основание имеет форму, по меньшей мере, части тетраэдра.12. A sensor module according to any one of claims 9 to 11, comprising a base and three sensor devices located on respective faces of the base, the base having the shape of at least part of a tetrahedron. 13. Сенсорный модуль по любому из пп.9-12, содержащий три сенсорных устройства, каждое из которых расположено параллельно плоскости поверхности тетраэдра, причем одно сенсорное устройство на каждой плоскости обращено наружу.13. A sensor module according to any one of claims 9-12, comprising three sensor devices, each of which is located parallel to the surface plane of the tetrahedron, with one sensor device on each plane facing outward. 14. Сенсорный модуль по любому из пп.9-13, в котором сенсорный модуль представляет собой солнечный сенсор для спутника.14. A sensor module according to any one of claims 9 to 13, wherein the sensor module is a solar sensor for a satellite. 15. Сенсорный модуль по любому из пп.9-14, выполненный с возможностью иметь поле обзора для обнаружения источника света, составляющее, по меньшей мере, полусферу.15. A sensor module according to any one of claims 9 to 14, configured to have a field of view for detecting a light source that is at least a hemisphere. --
EA202091956 2018-03-07 2019-03-07 LIGHT POSITION SENSOR EA040950B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1803670.7 2018-03-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA040950B1 true EA040950B1 (en) 2022-08-23

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11988744B2 (en) Light source position sensor
JPH06117924A (en) Optical position detector
CN102959494A (en) An optical navigation module with capacitive sensor
US20200173816A1 (en) Method and Apparatus For Configurable Photodetector Array Patterning For Optical Encoders
Farian et al. A miniaturized two-axis ultra low latency and low-power sun sensor for attitude determination of micro space probes
EP1147376A1 (en) Position sensor and circuit for optical encoder
CN107340508B (en) Focal plane chip, pixel unit and array for collecting and processing laser signals
EA040950B1 (en) LIGHT POSITION SENSOR
Peltonen et al. Electronics for the RADMON instrument on the Aalto-1 student satellite
Bolshakov et al. Array-based digital sun-sensor design for CubeSat application
US5029251A (en) Transducer for measuring angles of inclination, angular positions and other positions, and apparatus comprising such transducer
CN114762216A (en) Configurable memory block for LIDAR measurements
RU2526218C1 (en) Glazkov apparatus for determining angular position of light source and glazkov method for operation thereof
Loubser The development of Sun and Nadir sensors for a solar sail CubeSat
De Boer et al. A low-power and high-precision miniaturized digital sun sensor
Jakusz et al. Ultra low power analogue CMOS vision chip
WO2002082545A1 (en) A dual pixel-type array for imaging and motion centroid localization
Miller et al. Feature tracking linear optic flow sensor chip
US20230243984A1 (en) Radiation particle strike detection
Moore et al. Operation and test of hybridized silicon pin arrays using open-source array control hardware and software
Farian et al. Centroid estimation method with sub-pixel resolution for event-based sun sensors
Kozlok et al. Photodetectors for cylindrical illuminance sensor
RU2548927C1 (en) Astronavigation system
Bolshakov Digital sun sensor design for nanosatellite applications
CN117387560B (en) Digital sun sensor, error calibration method and sun azimuth acquisition method