Moin,
ja, an Sample & Hold hab ich auch gedacht, bin mir aber unsicher wegen dem Aufbau. Ich möchte es natürlich so klein wie möglich haben und wenige Extra-Teile. Besonders selbstgebaute S&H mit FETs möchte ich vermeiden.
Die Abtastrate möchte ich auch recht flexibel halten, einige S&Hs haben da leider etwas Tiefpasscharakteristik, wenn ich mich nicht täusche.

Eine PSD ist hier erklärt http://de.wikipedia.org/wiki/Position_Sensitive_Device

Meine Kurzform:
Du hast eine flache, große Kathode und an den Seiten sind kleine Anoden aufgebracht. Das ganze im Stiel einer Photodiode. Nun fällt ein Lichtpunkt (Laser) darauf und der erzeugt einen Photostrom von einigen µA. Der fließt aber nur genau in der Mitte der Diode in beide Richtungen gleichmäßig ab. Sollte er etwas ausser-mittig sein, wird eine Anode bevorzugt. Dann kann man aus (Differenz der Ströme) / (Summe der Ströme) die Position auf dem Chip feststellen. Da die Diode das im Gegensatz zu CMOS oder CCD-Sensoren bis zu 100kHz schafft, ist es ne extrem schnelle Methode.
Die IR-Triangulationssensoren von Sharp müssten nach dem gleichen Prinzip laufen, es sei denn sie nehmen halt CMOS oder CCD.
An unserer FH ist damit ein Teststand aufgebaut um halt Abstände zu messen, an nem anderen Standort wollten sie damit Lautsprecher vermessen, also wie groß ist die Amplitude, wenn ich X Herz drauf gebe.
Über den Winkel zwischen Quelle und Objekt, bzw Objekt und Sensor müsste man sogar Abstandsänderungen von groß bis sehr klein erkennen können. Es gibt allerdings eine nichtlinearität, die man bei den Messwerten rausrechnen muss.

Ich hatte überlegt nen externen 12bit ADC zu nehmen, und die Daten mit 50kHz zu sampeln, in Rohform abzulegen und dann an nen Rechner weiterzugeben (muss aber schon fix gehen). Alternativ bei niedriger Samplerate oder schnellen Schüssen eine Messung machen und die auf nem LCD ausgeben.