Использование потенциала позиционно-чувствительных детекторов в автоматизированных системах

По мере того, как автоматизированные системы все глубже проникают в промышленность и повседневную жизнь, обеспечение их точности и калибровки становится первостепенной задачей. Ключевым элементом в решении этой задачи являются детекторы, способные демонстрировать превосходное спектральное разрешение и мгновенную реакцию, особенно при использовании когерентного света в разнообразных материалах и средах.

В связи с этим, значительно вырос спрос на системы, точно определяющие положение, угол, деформацию и вибрацию как прямых, так и отраженных световых лучей. Компания Hamamatsu Photonics предлагает эффективное решение – позиционно-чувствительные детекторы (PSD). Благодаря своей цельной конструкции, PSD обеспечивают высокую скорость отклика, минимальный темновой ток и надежность, что делает их оптимальным выбором для таких задач, как измерение расстояний (в том числе методом триангуляции).

Применения позиционно-чувствительных детекторов

Измерение расстояния методом триангуляции

Метод триангуляции, хорошо известный в области измерения расстояний, основан на следующем принципе: источник света испускает луч, который фокусируется на объекте при помощи проекционной линзы. Отраженный от объекта свет попадает на светочувствительную область позиционно-чувствительного детектора (PSD) через приемную линзу. Зная смещение светового пятна относительно центра PSD, можно с высокой точностью определить расстояние до объекта.

Ключевое преимущество триангуляции – это эффективное и точное измерение расстояний, не зависящее от характеристик отражения поверхности объекта и колебаний мощности источника света. Именно этот метод часто применяется в лазерных измерителях перемещений, например, для бесконтактного определения толщины материала (см. Изображение 1).

Изображение 1 - Бесконтактное измерение толщины материала.

Прямое определение положения

Способность позиционно-чувствительных детекторов (PSD) оперативно регистрировать сигналы позволяет эффективно определять положение объектов в режиме реального времени. Когда движущийся объект пересекает световой луч, его местоположение определяется по точке, в которой свет попадает на светочувствительную поверхность PSD после прохождения через щель. Данный принцип также находит применение в технологиях коррекции изображений, например, при стабилизации изображения в камере. В таких системах PSD отслеживает перемещение и позиционирует щель, являющуюся частью оптической системы стабилизации.

Если дрожание рук вызывает смещение кадра в камере, оптическая система коррекции на основе PSD регистрирует эти колебания и вносит соответствующие коррективы в оптический путь камеры, возвращая изображение в центр светочувствительной области сенсора. В результате изображение остается стабильным и четким, несмотря на нестабильность положения камеры. Аналогичный принцип используется в механизмах автоматической фокусировки проекционного оборудования.

(a) - Состояние без дрожания камеры

(b) - Состояние, когда произошло дрожание камеры.

(c) - Состояние, когда дрожание камеры было скорректировано перемещением оптической системы коррекции.

Структура и принцип работы

Уникальность этих PSD заключается в их конструкции: PIN-фотодиоды интегрированы без использования P-типа резистивного слоя на поверхности. Эти монолитные устройства, выполненные на едином кремниевом кристалле, содержат полную структуру и схему. Однородный резистивный слой, покрывающий одну или обе стороны полупроводниковой подложки с высоким сопротивлением, в сочетании с парой электродов для снятия сигналов о местоположении, гарантирует надежную и стабильную работу детекторов.

Заключение

В условиях повсеместного распространения автоматизированных систем, ключевую роль в точном определении местоположения объектов играют прецизионные, надежные и быстродействующие детекторы. Позиционно-чувствительный детектор (PSD) представляет собой перспективное решение для этой задачи, отличающееся низким уровнем шума и высокой степенью надежности.

Компания Hamamatsu, являясь одним из лидеров мировой оптоэлектроники, использует проверенные производственные процессы для создания высококачественных и стабильных устройств, обеспечивающих значительные преимущества для наших заказчиков.