Un dispositivo sensible a la posición y / o detector sensible a la posición (PSD) es un sensor de posición óptico (OPS) que puede medir la posición de un punto de luz en una o dos dimensiones en la superficie de un sensor.
Principios
Los PSD se pueden dividir en dos clases que funcionan según diferentes principios: En la primera clase, los sensores tienen una superficie de sensor isotrópica que proporciona datos de posición continuos. La segunda clase tiene sensores discretos en una estructura similar a un ráster en la superficie del sensor que suministran datos discretos locales.
Sensores isotrópicos
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/5/5f/Position_Sensitive_Device_DE.svg/220px-Position_Sensitive_Device_DE.svg.png)
El término técnico PSD se utilizó por primera vez en una publicación de 1957 de JT Wallmark para el efecto fotoeléctrico lateral utilizado para mediciones locales. En un semiconductor laminar, un denominado diodo PIN se expone a una pequeña mancha de luz. Esta exposición provoca un cambio en la resistencia local y, por tanto, el flujo de electrones en cuatro electrodos. De las corrientes, , y en los electrodos, la ubicación del punto de luz se calcula utilizando las siguientes ecuaciones.
y
La y son factores de escala simples, que permiten la transformación en coordenadas.
Una ventaja de este proceso es la medición continua de la posición del punto de luz con velocidades de medición de hasta más de 100 kHz. La dependencia de la medición local de la forma y el tamaño del punto de luz, así como la conexión no lineal, son una desventaja que puede compensarse en parte con formas especiales de electrodos.
Dispositivo sensible a la posición (PSD) tetralateral bidimensional
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/0/0b/2D_Position_Sensitive_Device.png/220px-2D_Position_Sensitive_Device.png)
Un PSD tetralateral 2-D es capaz de proporcionar una medición de posición continua del punto de luz incidente en 2-D. Consiste en un solo diodo PIN cuadrado con una capa resistiva. Cuando hay una luz incidente en el área activa del sensor, las fotocorrientes se generan y se recolectan de cuatro electrodos colocados a lo largo de cada lado del cuadrado cerca del límite. La posición de la luz incidente se puede estimar en función de las corrientes recolectadas de los electrodos:
y
El PSD tetra-lateral 2-D tiene las ventajas de una respuesta rápida, una corriente oscura mucho más baja, una fácil aplicación de polarización y un menor costo de fabricación. Su precisión y resolución de medición es independiente de la forma y el tamaño del punto, a diferencia del detector de cuadrante, que podría cambiarse fácilmente por la turbulencia del aire. Sin embargo, sufre el problema de la no linealidad. Si bien la estimación de la posición es aproximadamente lineal con respecto a la posición real cuando el punto está en el área central de la PSD, la relación se vuelve no lineal cuando el punto de luz está lejos del centro. Esto limita seriamente sus aplicaciones y existen demandas urgentes de mejora de la linealidad en muchas aplicaciones.
Para reducir la no linealidad de la PSD 2-D, se ha propuesto un nuevo conjunto de fórmulas para estimar la posición de la luz incidente (Song Cui, Yeng Chai Soh :Índices de linealidad y mejora de la linealidad del detector sensible a la posición tetra-lateral 2-D. Transacciones IEEE on Electron Devices, Vol.57, No. 9, págs.2310-2316, 2010):
y
dónde :, y : son nuevos factores de escala.
Los resultados de la estimación de posición obtenidos por este conjunto de fórmulas se simulan a continuación. Suponemos que el punto de luz se mueve en pasos en ambas direcciones y trazamos estimaciones de posición en un plano 2-D. Por tanto, debería obtenerse un patrón de cuadrícula regular si la posición estimada es perfectamente lineal con la posición real. El rendimiento es mucho mejor que las fórmulas anteriores. Se pueden encontrar simulaciones detalladas y resultados de experimentos en el artículo de S. Cui.
Sensores discretos
Procesamiento en serie
Las aplicaciones de sensores más comunes con una frecuencia de muestreo de menos de 1000 Hz son las cámaras CCD o CMOS . El sensor está dividido en píxeles individuales cuyo valor de exposición se puede leer secuencialmente. La posición del punto de luz se puede calcular con los métodos de fotogrametría directamente a partir de la distribución de brillo.
Procesamiento en paralelo
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/2/24/Digital_Position_Sensitive_Device.svg/220px-Digital_Position_Sensitive_Device.svg.png)
Para aplicaciones más rápidas, se desarrollaron sensores matriciales con procesamiento paralelo. Tanto línea a línea como en columnas, la densidad de luz de cada píxel se compara con un valor de umbral global. Los resultados de la comparación se convierten en líneas y columnas con enlaces OR lógicos. De todas las columnas y todas las líneas, el elemento que es más brillante que un valor umbral dado es el valor promedio de las coordenadas calculadas del punto de luz.
Ver también
Referencias
- Song Cui, Yeng Chai Soh: índices de linealidad y mejora de la linealidad del detector sensible a la posición tetra-lateral bidimensional. Transacciones IEEE en dispositivos electrónicos, vol. 57, núm. 9, págs. 2310-2316, 2010.
- 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, Resumen y PDF , ISBN 951-42-5780-4
- Henrik Andersson, Detectores sensibles a la posición: tecnología de dispositivos y aplicaciones en espectroscopia. Disertación, Departamento de Tecnología de la Información y Medios, Universidad Mid Sweden, Sundsvall, Suecia, 2008, PDF , ISBN 978-91-85317-91-2
- Nicola Massari, Lorenzo Gonzo, Massimo Gottardi y Andrea Simoni: Detector sensible a la posición óptica 2D CMOS digital de alta velocidad. ESSCIRC, Firenze, Italia, septiembre de 2002, PDF
- JT Wallmark: Una nueva fotocélula semiconductora que utiliza fotoefecto lateral. Actas de la IRE, vol. 45, S. 474-483, 1957.