위치 감지 장치

위치 민감 장치 및/또는 위치 민감 검출기(PSD)는 광학 위치 센서(OPS)로 센서 표면의 1차원 또는 2차원 광점의 위치를 측정할 수 있다.

원칙

PSD는 서로 다른 원칙에 따라 작동하는 두 등급으로 나눌 수 있다.첫 번째 등급에서 센서는 연속 위치 데이터를 제공하는 등방성 센서 표면을 가진다.두 번째 등급은 국부 이산 데이터를 공급하는 센서 표면에 래스터와 같은 구조로 이산형 센서를 가지고 있다.

등방성 센서

PIN 다이오드를 이용한 PSD 설계

기술 용어 PSD는 J.T. Wallmark가 1957년 발행한 지역 측정에 사용한 측면 광전 효과에서 처음 사용되었다.층형 반도체에서는 소위 PIN 다이오드가 작은 빛의 지점에 노출된다.이 노출은 국소 저항의 변화를 일으켜 4개의 전극에서 전자가 흐르게 한다.전류 $I_{d}$ I $I_{a}$ ${\$ $I_{b}$ $I_{b}$ ${\$ $I_{c}$ $I_{c}$ ${\$ $I_{d}$ I $I_{d}$ d {\ $displaysty I_{d}$ 에서 광점의 위치는 다음과 같은 방정식을 사용하여 계산한다.

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

그리고

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

$k_{x}$ $k_{x}$ ${\$ 와 $k_x$ $k_{y}$ $k_{y}$ ${\$ 는 단순한 $k_{y}$ 스케일링 계수로, 좌표로 변환이 가능하다.

이 프로세스의 장점은 최대 100kHz 이상의 측정 속도로 광점 위치를 연속적으로 측정하는 것이다.비선형 연결부뿐만 아니라 광점의 형태와 크기에 대한 국소 측정의 의존성은 특수한 전극 모양에 의해 부분적으로 보정될 수 있는 단점이다.

2-D 사측 위치 민감 장치(PSD)

2-D 테트라-측면 위치 민감 장치(PSD

2-D 사측 PSD는 입사 광점의 연속 위치 측정을 2-D로 제공할 수 있다.저항층이 있는 단일 사각형 PIN 다이오드로 구성된다.센서의 활성 영역에 입사등이 켜지면, 경계 부근의 사각형의 각 면을 따라 배치된 4개의 전극으로부터 광자등이 생성되어 수집된다.입사광 위치는 전극에서 수집된 전류를 기준으로 추정할 수 있다.

x=k_{x}\cdot {\frac {I_{4}-I_{3}}{I_{4}}+I_{3}}}

그리고

y=k_{y}\cdot {\frac {I_{2}-I_{1}:{1}:{1}{{}}}}{{1}}}{{}}}}}{{}}}I_{2}+I_{1}}}

2-D 사측 PSD는 빠른 응답, 훨씬 낮은 암류, 쉬운 편향 적용, 낮은 제작비 등의 장점을 가지고 있다.난기류에 의해 쉽게 변할 수 있는 사분면 검출기와는 달리 측정 정확도와 분해능은 스폿 형태와 크기와 무관하다.그러나 비선형성 문제로 골머리를 앓고 있다.PSD의 중심 영역에 점이 있을 때 위치 추정치는 실제 위치에 대해 대략적으로 선형이지만, 광점이 중심에서 떨어져 있을 때는 관계가 비선형적이 된다.이것은 그것의 적용을 심각하게 제한하고 많은 애플리케이션에서 선형성 향상에 대한 긴급한 요구가 있다.

2-D PSD의 비선형성을 줄이기 위해 입사광 위치(송큐이, Yeong Chai Soh: 2-D 사변 위치 민감 검출기의 선형성 지수 및 선형성 개선)를 추정하는 새로운 공식이 제안되었다.IEEE 전자장치에 관한 거래 ， 제57권, 제9권, 페이지 2310-2316, 2010):

x=k_{x1}\cdot {\frac {I_{4}-I_{3}}}{3}}}{{}}}}{{}}}}}}}{{}}I_{0}-1.02(I_{2}-I_{1}})}}\cdot {\frac {0.7(I_{2}+)I_{1}+I_{0}}{{}}}{I_{0}+1.02(I_{2}-I_{1}}}}}

그리고

y=k_{y1}\cdot {\frac {I_{2}-I_{1}:{1}:{1}{{1}}{I_{0}-1.02(I_{4}-I_{3})}}}\cdot {\frac {0.7(I_{4})+I_{3}+I_{0}}{{}}}}{I_{0}+1.02(I_{4}-I_{3}}}}})

여기서 : $I_{0}=I_{1}+I_{2}+I_{3}+I_{4}$ $I_{0}=I_{1}+I_{2}+I_{3}+I_{4}$ = $I_{0}=I_{1}+I_{2}+I_{3}+I_{4}$ $I_{0}=I_{1}+I_{2}+I_{3}+I_{4}$ + $I_{0}=I_{1}+I_{2}+I_{3}+I_{4}$ $I_{0}=I_{1}+I_{2}+I_{3}+I_{4}$ + $I_{0}=I_{1}+I_{2}+I_{3}+I_{4}$ $I_{0}=I_{1}+I_{2}+I_{3}+I_{4}$ + $I_{0}=I_{1}+I_{2}+I_{3}+I_{4}$ 4 ${\$ $I_{2}+I_{3}$ $+I_{4$ 및 : k $k_{x1},k_{y1}$ $k_{x1},k_{y1}$ , $k_{x1},k_{y1}$ y $k_{x1},k_{y1}$ ${\$ 는 새로운 $k_{x1},k_{y1}$ 척도 요인이다.

S에서 제안된 공식에 의해 얻은 2-D 사측 PSD의 위치 응답.쿠이의 논문

이 공식집합에서 얻은 위치추정 결과는 아래와 같다.우리는 광점이 양방향으로 단계별로 움직이고 있다고 가정하고 2-D 평면에 위치 추정치를 표시한다.따라서 추정 위치가 실제 위치와 완벽하게 선형인 경우 정규 격자 패턴을 구해야 한다.그 연기는 이전의 공식보다 훨씬 좋다.자세한 시뮬레이션과 실험 결과는 S에서 확인할 수 있다.쿠이의 논문.

이산 센서

직렬 처리

샘플링 속도가 1000Hz 미만인 가장 일반적인 센서 애플리케이션은 CCD 또는 CMOS 카메라다.센서는 노출 값을 순차적으로 판독할 수 있는 개별 픽셀로 분할된다.광점의 위치는 밝기 분포에서 직접 광도 측정 방법으로 계산할 수 있다.

병렬 처리

병렬 처리를 통한 Massari의 이산형 PSD 설계.노란 원은 조명이 들어오는 곳이다.

보다 빠른 응용을 위해 병렬 처리가 가능한 매트릭스 센서가 개발되었다.라인별, 컬럼 모두 픽셀별 빛의 밀도를 글로벌 임계값과 비교한다.비교 결과는 논리적 OR 링크가 있는 선과 열이 된다.모든 열과 라인에서 주어진 임계값보다 밝은 한 요소는 광점을 계산한 좌표의 평균 값이다.

참고 항목

참조

Song Cui, Yeong Chai Soh: 2-D 사측 위치 민감 검출기의 선형성 지수 및 선형성 향상.IEEE 전자장치에 관한 거래 ， 제57권, 제9권, 페이지 2310-2316, 2010.
Ansi Maekynen: 광학적 추적 및 변위 감지 응용을 위한 위치 감지 장치 및 센서 시스템.논문, 기술부, 2000년 오울루 대학교, 추상 및 PDF, ISBN 951-42-5780-4
Henrik Andersson, 포지셔닝 민감 검출기 : 분광기의 장치 기술과 응용학위논문, 정보기술 및 미디어학부, 스웨덴 중부 대학교 선즈볼, 스웨덴, 2008, PDF, ISBN 978-91-85317-91-2
니콜라 마사리, 로렌초 곤조, 마시모 고타르디, 안드레아 시모니:고속 디지털 CMOS 2D 광학적 위치 민감 검출기.ESSCIRC, 이탈리아 피렌체, 2002년 9월, PDF
J. T. 월마크: 횡방향 광효과를 이용한 새로운 반도체 광전지.IRE의 절차, 제45권, S. 474-483호, 1957

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