1 Überblick über die Sensorik

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354 6.6 Bipolare optische Halbleitersensoren 6.6.3 Ortsauflösende bipolare Halbleitersensoren 355
6.6.3 Ortsauflösende bipolare Halbleitersensoren
Die bisher besprochenen optischen Sensoren konnten zwar die Anwesenheit und
Stärke einer optischen Strahlung detektieren, in nur eingeschränktem Maß aber den Ort,
an dem eine gebündelte Strahlung (z. B. aus LEDs oder Lasern) auftrifft (Ausnahme:
Sensorarrays wie in Abschnitt 6.5). Ein einfaches Verfahren hierfür läßt sich ableiten,
wenn die Größe einer Photospannung oder eines Photostroms monoton abhängt vom
Abstand zwischen dem Ort der Entstehung und der Lage vorgebener Spannungselektroden
(Bild 6.6.3-1).
Bild 6.6.3-2
Signalauswertung bei einem linearen ortsauflösenden Sensor (nach [3.48]): Die
Auswertung erfolgt über die elektronisch gebildete Funktion (1)
Das Meßverfahren läßt sich auf zwei Dimensionen ausdehnen (Bild 6.6.3-3).
Bild 6.6.3-1
Ortsauflösende Messung einer punktförmigen Lichtquelle (LED, Laser, nach
[3.48]):
a) Fällt der Laserstrahl am Ort x einer langausgedehnten Photodiode auf, dann
entsteht dort die Photospannung. Bei einem Abgriff am Ort der Elektroden A und
B vermindert sich die Photospannung um den Wert des Spannungsabfalls über
der p-Schicht, entsprechend werden die dort gemessenen Ströme I A und I B verkleinert.
b) Ersatzschaltbild von a):
Die Größe der Ströme I A und I B hängt ab von dem Verhältnis der Widerstände
R A und R B , die ihrerseits durch den Ort x festgelegt werden
Ein geeignetes Maß für den Ort der Lichtquelle ist die zusammengesetzte Funktion
die stark vom Ort x der Lichtquelle, weniger stark aber von der Bestrahlungsstärke der
Lichtquelle und der Empfindlichkeit des Sensors abhängt. Die Funktion (1) läßt sich direkt
elektronisch erzeugen (Bild 6.6.3-2).
Bild 6.6.3-3
Zweidimensionale ortsauflösende Messung einer punktförmigen Lichtquelle
(nach [3.48])
a) Aufbau des Sensors (links) mit zwei Auswerteschaltungen analog zu Bild
6.6.3-2
b) Linearität der Positionsmessung.