Dispositivo sensible a la posición

Un dispositivo sensible a la posición o detector sensible a la posición (PSD) es un sensor de posición óptico (OPS) que puede medir la posición unidimensional o bidimensional de un punto de luz.

Principios

Los PSD funcionan según diferentes principios. Básicamente, estos se pueden dividir en dos clases: por un lado, los sensores analógicos, que tienen una superficie de sensor isotrópica y proporcionan información de posición continua, y, por otro lado, los sensores discretos, cuya superficie está estructurada como una cuadrícula y que, por lo tanto, proporcionan información de ubicación discreta.

Sensores analógicos

Estructura básica de un PSD basado en un diodo pin

En aplicaciones técnicas, el término dispositivo sensible a la posición (PSD) significa principalmente fotodiodos de área grande (principalmente un diodo pin ) contactados en dos o cuatro lados opuestos del electrodo de cubierta . Para ello se utiliza la interpretación adicional de la abreviatura PSD como diodo sensible a la posición .

El electrodo superior tiene una resistencia laminar uniforme comparativamente alta . El diodo está expuesto como un punto. En la zona de exposición se genera una fotocorriente que, según la posición de la luz, fluye en una determinada proporción a través de los contactos a - co b - d situados en los bordes opuestos. A partir de las corrientes , , y la ubicación de la exposición se puede calcular a partir de las siguientes fórmulas. ${\ Displaystyle I_ {a}}$${\ Displaystyle I_ {b}}$${\ Displaystyle I_ {c}}$${\ Displaystyle I_ {d}}$

${\ Displaystyle x = k_ {x} \ cdot {\ frac {I_ {b} -I_ {d}} {I_ {b} + I_ {d}}}}$

y

${\ Displaystyle y = k_ {y} \ cdot {\ frac {I_ {a} -I_ {c}} {I_ {a} + I_ {c}}}}$

Son y factores de escala que z. B. permitir una transformación aproximada en coordenadas métricas. ${\ Displaystyle k_ {x}}$${\ Displaystyle k_ {y}}$

La ventaja del método es la medición continua de la posición con velocidades de medición de más de cien kilohercios. La medición de la posición es en gran medida independiente del tamaño del punto de luz. Además de la posición, también se puede medir la intensidad de la señal. Por ejemplo, también se pueden transmitir frecuencias portadoras o información.

Las desventajas son la dependencia de la medición de la ubicación de la forma del punto de luz y la relación no lineal entre las corrientes y la ubicación, que se puede compensar parcialmente con formas especiales de electrodos.

El área activa puede ser de 2 x 2 mm a 45 x 45 mm.

Sensores discretos

Evaluación en serie

El principio de sensor más utilizado para aplicaciones con una tasa de medición de menos de 1 kHz es la cámara CCD o CMOS . El sensor se divide en campos individuales, los llamados píxeles , cuyo valor de exposición se puede leer de forma secuencial. La posición del punto de luz se puede calcular directamente a partir de la distribución del brillo utilizando los métodos de medición de imagen fotogramétrica .

Evaluación paralela

Principio funcional de una PSD discreta según ( Literatura : Massari) con evaluación paralela. El círculo amarillo marca el área iluminada.

Se han desarrollado sensores de matriz con evaluación paralela para aplicaciones más rápidas. La iluminancia de cada píxel se compara con un valor de umbral global, tanto en filas como en columnas. Los resultados de la comparación están vinculados en filas y columnas con un OR lógico . De todas las columnas y todas las filas que contienen un elemento que es más claro que el valor de umbral especificado (marcado en rojo en la imagen), se calcula el valor medio de las coordenadas y se emite: Esta es la coordenada buscada del punto de luz.

literatura

• Anssi Mäkynen: Dispositivos sensibles a la posición y sistemas de sensores para aplicaciones de detección de desplazamiento y seguimiento óptico. Disertación, Facultad de Tecnología, Universidad de Oulu, 2000, ISBN 951-42-5780-4 ( resumen y PDF ).
• Nicola Massari, Lorenzo Gonzo, Massimo Gottardi, Andrea Simoni: Detector sensible a la posición óptica 2D CMOS digital de alta velocidad. En: Actas de la 28ª Conferencia europea de circuitos de estado sólido. ESSCIRC 2002. 2002, págs. 723-726 ( PDF ).
• JT Wallmark: una nueva fotocélula semiconductora que utiliza fotoefecto lateral . En: Actas de la IRE . cinta 45 , no. 4 , 1957, págs. 474-483 , doi : 10.1109 / JRPROC.1957.278435 . 

Ver también

• Fotodetector

Enlaces web / referencias individuales / notas al pie

• Métodos de medición de posición: comparación de PSD y CCD (archivo PDF; 152 kB)

1. ↑ Nota: Las células solares y otros fotodiodos, por otro lado, deben tener la menor resistencia superficial posible del electrodo de cubierta transparente.
2. ↑ Hoja de datos de Hamamatsu Photonics PSD tipo S1880 / S2044