RU2469267C1 - Photoelectric converter of angles based on position-sensitive photodetector of arc configuration - Google Patents
Photoelectric converter of angles based on position-sensitive photodetector of arc configuration Download PDFInfo
- Publication number
- RU2469267C1 RU2469267C1 RU2011125431/28A RU2011125431A RU2469267C1 RU 2469267 C1 RU2469267 C1 RU 2469267C1 RU 2011125431/28 A RU2011125431/28 A RU 2011125431/28A RU 2011125431 A RU2011125431 A RU 2011125431A RU 2469267 C1 RU2469267 C1 RU 2469267C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photodetector
- converter
- coordinate
- axis
- input
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области оптоэлектроники, преобразовательной техники, а именно к полупроводниковым фотоэлектрическим преобразователям углов.The invention relates to the field of optoelectronics, converting technology, and in particular to semiconductor photoelectric angle converters.
Известны датчики угла поворота, выполненные на основе фотопотенциометров и функциональных фоторезисторов круговой конструкции с поперечной фотопроводимостью (Свечников С.В., Смовж А.К., Каганович Э.Б. Фотопотенциометры и функциональные фоторезисторы. - М.: Совет. радио, 1978. - 184 с.). Такие датчики, как правило, содержат светонепроницаемый корпус, позиционно-чувствительный фотоприемник (фотопотенциометр или функциональный фоторезистор), источник света и оптическое устройство формирования светового зонда. Это устройство механически сопряжено с входной осью прибора, при этом изменение углового положения оси изменяет пространственное положение светового зонда на активной поверхности позиционно-чувствительного фотоприемника. В датчиках, выполненных на основе фотопотенциометров, для получения зависимостей выходного сигнала от угла поворота излучателя используются специальные маски, с заранее заданной геометрической конфигурации (кольца, секторы кольца, спирали) и переменной прозрачности, формирующие световой зонд. В датчиках, выполненных на основе функциональных фоторезисторов, закон распределения внутреннего сопротивления реализуется либо за счет профилирования фотопроводящего слоя, либо путем профилирования электродов. Такие фоторезисторы и фотопотенциометры изготавливаются посредством тонкопленочной технологии с использованием методов фотолитографии. Для фотопроводящих слоев, преимущественно, используются пленки полупроводниковых соединений группы АIIBVI.Known angle sensors made on the basis of photopotentiometers and functional photoresistors of circular design with transverse photoconductivity (Svechnikov S.V., Smovzh A.K., Kaganovich E.B. Photopotentiometers and functional photoresistors. - M .: Sovet. Radio, 1978. - 184 p.). Such sensors, as a rule, contain a light-tight housing, a position-sensitive photodetector (photopotentiometer or functional photoresistor), a light source, and an optical device for generating a light probe. This device is mechanically coupled to the input axis of the device, while changing the angular position of the axis changes the spatial position of the light probe on the active surface of the position-sensitive photodetector. In sensors based on photopotentiometers, special masks are used to obtain the dependences of the output signal on the angle of rotation of the emitter, with a predetermined geometric configuration (rings, ring sectors, spirals) and variable transparency, forming a light probe. In sensors based on functional photoresistors, the law of distribution of internal resistance is realized either by profiling the photoconductive layer, or by profiling the electrodes. Such photoresistors and photopotentiometers are manufactured using thin-film technology using photolithography methods. For photoconductive layers, mainly films of semiconductor compounds of group A II B VI are used .
Недостатками таких датчиков являются наличие дополнительных масок с переменной прозрачностью для оптического воздействия, использование фотолитографических процессов для получения необходимой геометрической формы фоторезисторов.The disadvantages of such sensors are the presence of additional masks with variable transparency for optical exposure, the use of photolithographic processes to obtain the necessary geometric shape of the photoresistors.
Известны твердотельные фотопотенциометры круговой конфигурации, выполненные на основе кремния и германия, содержащие p-n-переходы. (Раt. USA №3222531. Solid state junction photopotentiometer. S.R.Morrison, 1965). Недостатком таких фотопотенциометров является прямоугольная форма подложки. При реализации р-n-переходов в форме кругов, колец и полуколец на прямоугольной подложке остается большой объем периферийных (неактивных) областей полупроводникового материала, что увеличивает массогабаритные показатели устройств, выполненных на основе таких фотопотенциометров. Также недостатками предложенных фотопотенциометров являются прямоугольная протяженная форма светового зонда и необходимость реализации его вращения относительно общей центральной оси фотопотенциометров.Known solid-state photopotentiometers circular configuration made on the basis of silicon and germanium, containing p-n junctions. (Rat. USA No. 3222531. Solid state junction photopotentiometer. S.R. Morrison, 1965). The disadvantage of such photopotentiometers is the rectangular shape of the substrate. When pn junctions in the form of circles, rings, and half rings are realized on a rectangular substrate, a large volume of peripheral (inactive) regions of the semiconductor material remains, which increases the mass and size characteristics of devices based on such photopotentiometers. Also, the disadvantages of the proposed photopotentiometers are the rectangular extended shape of the light probe and the need to realize its rotation relative to the common central axis of the photopotentiometers.
Известен оптоэлектронный функциональный преобразователь (АС №1439633, 1978), содержащий на общей оси в светонепроницаемом корпусе направленный источник света и координатно-чувствительный фотоприемник (пленочный фотопотенциометр) круговой конструкции, между которыми установлен узел формирования светового зонда, закрепленный на входной оси вращения преобразователя, соосной с общей осью. Узел формирования светового зонда выполнен в виде непрозрачного тела вращения, в котором от центра к периферии под углом к общей оси выполнен цилиндрический канал с отражающей внутренней поверхностью. Цилиндрический канал оптически связан с выходом направленного источника света и фоточувствительным входом координатно-чувствительного кругового фотопотенциометра, выводы которого являются электрическими входом и выходом преобразователя. Кроме того, в зазоре между внутренней поверхностью светонепроницаемого корпуса и непрозрачным телом вращения расположен световой лабиринт, выполненный в виде двух сопряженных гребенок, прикрепленных соответственно к светонепроницаемому корпусу и поверхности непрозрачного тела вращения. Направленный источник света расположен на общей оси так, что ось симметрии его диаграммы направленности проходит через центр основания цилиндрического канала, а фотоприемник располагается относительно основания цилиндрического канала на определенном расстоянии, задаваемом определенной расчетной формулой. Целью такого оптоэлектронного функционального преобразователя является повышение точности за счет увеличения коэффициента использования светового потока направленного источника света.Known optoelectronic functional converter (AC No. 1439633, 1978), containing on a common axis in a lightproof housing a directional light source and a coordinate-sensitive photodetector (film photopotentiometer) of circular design, between which there is a light probe formation unit mounted on the input axis of rotation of the converter, coaxial with a common axis. The unit for forming the light probe is made in the form of an opaque body of revolution, in which a cylindrical channel with a reflecting inner surface is made from the center to the periphery at an angle to the common axis. The cylindrical channel is optically coupled to the output of a directional light source and a photosensitive input of a coordinate-sensitive circular photopotentiometer, the terminals of which are the electrical input and output of the converter. In addition, in the gap between the inner surface of the opaque body and the opaque body of revolution, there is a light labyrinth made in the form of two mating combs attached respectively to the opaque body and the surface of the opaque body of revolution. The directional light source is located on a common axis so that the axis of symmetry of its radiation pattern passes through the center of the base of the cylindrical channel, and the photodetector is located relative to the base of the cylindrical channel at a certain distance, specified by a specific calculation formula. The purpose of such an optoelectronic functional converter is to increase accuracy by increasing the utilization of the light flux of a directional light source.
Недостатками такого функционального преобразователя является сложный узел формирования светового зонда с цилиндрическим каналом с отражающей внутренней поверхностью, наличие светового лабиринта, а также условия относительного расположения источника и фотоприемника. Кроме того, фотопотенциометр выполняется с использованием тонкопленочной технологии.The disadvantages of such a functional Converter is a complex unit for the formation of a light probe with a cylindrical channel with a reflective inner surface, the presence of a light maze, as well as the conditions for the relative location of the source and photodetector. In addition, the photopotentiometer is performed using thin-film technology.
Известны позиционно-чувствительные кремниевые полупроводниковые фотоприемники - сканисторы (В.Ф.Золотарев. Безвакуумные аналоги телевизионных трубок. М.: Энергия. - 1972 - 216 с.), представляющие собой вертикальные р-n-р- или n-р-n структуры, реализованные с помощью одной операции двухсторонней диффузии, с тремя омическими контактами, два из которых расположены по краям верхнего фоточувствительного слоя, служащего эмиттером и одновременно делителем напряжения источника. Третий контакт является контактом к эквипотенциальной нижней области полупроводника. При проецировании светового пучка на эмиттерную область сканистора создается рельеф возбужденных светом и разделенных р-n-переходом носителей тока. Считывание рельефа осуществляется либо приложением пилообразного напряжения между эмиттером и коллектором, либо постоянным напряжением, приложенным между эмиттерами. В последнем случае значение напряжения на коллекторе пропорционально координате светового пучка. Основной целью создания сканисторов являлась замена передающих вакуумных телевизионных трубок твердотельными аналогами. При этом сканисторы изготавливались в виде линейных структур (полосок полупроводника) для преобразования строк телевизионного изображения.Known position-sensitive silicon semiconductor photodetectors - scanners (V.F.Zolotarev. Vacuum-free analogs of television tubes. M .: Energy. - 1972 - 216 S.), which are vertical p-n-p-or n-p-n structure realized with the help of one operation of two-sided diffusion, with three ohmic contacts, two of which are located at the edges of the upper photosensitive layer, which serves as an emitter and simultaneously a voltage source divider. The third contact is the contact to the equipotential lower region of the semiconductor. When a light beam is projected onto the emitter region of the scanner, a relief is created of light carriers excited by light and separated by a pn junction. The relief is read either by applying a sawtooth voltage between the emitter and the collector, or by a constant voltage applied between the emitters. In the latter case, the collector voltage is proportional to the coordinate of the light beam. The main goal of creating scanners was to replace the transmitting vacuum television tubes with solid-state analogs. In this case, scanners were made in the form of linear structures (strips of a semiconductor) for converting strings of a television image.
Для использования линейных сканисторов в составе датчиков углов поворота требуется дополнительные механические преобразователи вращательного движения в поступательное или же сложные оптические системы, что существенно усложняет конструкцию, повышает стоимость и массогабаритные показатели таких устройств.To use linear scanners as part of angle sensors, additional mechanical converters of rotational motion into translational or complex optical systems are required, which significantly complicates the design, increases the cost and overall dimensions of such devices.
Для преодоления указанных недостатков предлагается данное изобретение.To overcome these disadvantages, the invention is proposed.
Технический результат: упрощение конструкции фотопреобразователя и технологии изготовления фотоприемника.Effect: simplifying the design of the photoconverter and the manufacturing technology of the photodetector.
Технический результат достигается за счет исключения узла формирования светового зонда, использования направленного излучателя с узкой диаграммой направленности и реализации протяженного полупроводникового кремниевого фотоприемника дуговой конфигурации без использования фотолитографических процессов.The technical result is achieved by eliminating the formation of the light probe, using a directional emitter with a narrow radiation pattern and implementing an extended semiconductor silicon photodetector of an arc configuration without using photolithographic processes.
Описание изобретенияDescription of the invention
Для бесконтактного измерения углов поворота объектов относительно друг друга в большинстве случаев использование фотопотенциометров является наиболее эффективным, а иногда и единственным способом получения данных.For non-contact measurement of the angles of rotation of objects relative to each other, in most cases the use of photopotentiometers is the most effective, and sometimes the only way to obtain data.
В настоящее время в составе фотопреобразователей используются полупроводниковые позиционно-чувствительные фотоприемники. Выходной сигнал такого фотопреобразователя зависит от пространственного положения светового зонда на поверхности фотоприемника. С помощью подобных фотопреобразователей можно дистанционно регистрировать линейные перемещения, углы отклонения и поворота объектов.Currently, semiconductor position-sensitive photodetectors are used as part of photoconverters. The output signal of such a photoconverter depends on the spatial position of the light probe on the surface of the photodetector. Using such photoconverters, one can remotely register linear displacements, deviation and rotation angles of objects.
Предлагаемый фотоэлектрический преобразователь углов (фиг.1) содержит светонепроницаемый корпус 1 с входной осью вращения преобразователя 2, соосной с общей осью 3, тело вращения 4, закрепленное на входной оси вращения преобразователя, координатно-чувствительный полупроводниковый фотоприемник дуговой конфигурации с фоточувствительным входом 5, выводы которого являются электрическими входом Э1 и Э2 и выходом К преобразователя, направленный (с узкой диаграммой направленности) источник света 6, оптически связанный с фоточувствительным входом координатно-чувствительного полупроводникового фотоприемника дуговой конфигурации 5.The proposed photoelectric angle converter (Fig. 1) contains a
Фотоприемник 5 (фиг.1) расположен на закрепленном внутри светонепроницаемого корпуса 1 первом основании 7, выполняющем функцию термокомпенсатора, которое может быть металлическим или диэлектрическим, соосно с общей осью 3. На теле вращения, выполненном в виде второго металлического или диэлектрического основания 4 и закрепленном на входной оси вращения преобразователя 2, размещен источник света 6, направленный на координатно-чувствительный полупроводниковый фотоприемник дуговой конфигурации 5, на расстоянии, равном радиусу дуги, проходящей через ось симметрии 4 (фиг.2) радиального поперечного сечения координатно-чувствительного полупроводникового фотоприемника, параллельную общей оси.The photodetector 5 (figure 1) is located on the first base 7 fixed inside the
При этом координатно-чувствительный полупроводниковый фотоприемник (фиг.2) имеет дуговую конфигурацию и содержит последовательно расположенные первую полупроводниковую область первого типа проводимости 1 с размещенными по краям первым Э1 и вторым Э2 проводящими контактами, являющимися электрическим входом преобразователя, вторую полупроводниковую область второго типа проводимости 2 и третью полупроводниковую область первого типа проводимости 3 со сплошным проводящим контактом К, являющимся электрическим выходом преобразователя.In this case, the coordinate-sensitive semiconductor photodetector (figure 2) has an arc configuration and contains sequentially arranged first semiconductor region of the
В составе преобразователя в качестве источника света 6 (фиг.1) могут быть использованы излучающие диоды с узкой диаграммой направленности или лазерные диоды. Питание источника света может осуществляться от встроенного миниатюрного аккумулятора или через внешние выводы светонепроницаемого корпуса от отдельного источника. Световое пятно на поверхности фотоприемника от источника света 8 может быть любой формы. Поперечный размер светового пятна может быть равным или превышать ширину радиального поперечного сечения позиционно-чувствительного фотоприемника.As part of the Converter as a light source 6 (figure 1) can be used emitting diodes with a narrow radiation pattern or laser diodes. The light source can be powered from the built-in miniature battery or through the external terminals of the opaque housing from a separate source. The light spot on the surface of the photodetector from the light source 8 can be of any shape. The cross-sectional dimension of the light spot may be equal to or greater than the width of the radial cross-section of a position-sensitive photodetector.
При реализации полупроводникового позиционно-чувствительного фотоприемника с вертикальной или планарной структурой р-n-переходов в форме дуги появляется возможность сравнительного простого преобразования угла в выходной сигнал. При использовании источников излучения с узкой диаграммой направленности в конструкции фотопреобразователей и достаточного близкого расположения излучателя и фотоприемника для получения светового пятна диаметром, сравнимым с поперечным размеров фотоприемника, можно отказаться от сложных узлов формирования светового зонда, что значительно упрощает конструкцию.When implementing a semiconductor position-sensitive photodetector with a vertical or planar structure of pn junctions in the form of an arc, a relatively simple conversion of the angle to the output signal becomes possible. When using radiation sources with a narrow radiation pattern in the design of the photoconverters and a sufficiently close proximity of the emitter and the photodetector to obtain a light spot with a diameter comparable to the transverse dimensions of the photodetector, complex nodes of the formation of the light probe can be abandoned, which greatly simplifies the design.
Позиционно-чувствительный фотоприемник дуговой конфигурации (фиг.2.), использованный в конструкции фотопреобразователя углов, представляет собой трехслойную полупроводниковую, например кремниевую, вертикальную структуру, содержащую первую полупроводниковую область первого типа проводимости 1, например р-типа, с расположенными по краям первым Э1 и вторым Э2 проводящими, например, металлическими контактами, вторую область второго типа проводимости 2, например, n-типа и третью область первого типа проводимости 3, например, р-типа со сплошным третьим проводящим, например, металлическим контактом К. Третий контакт является контактом к эквипотенциальной нижней области полупроводника. При проецировании светового пятна 5 от излучателя ИД на верхнюю полупроводниковую область первого типа проводимости 1 в месте засветки создается рельеф возбужденных светом и разделенных р-n-переходом носителей тока, следствием которого является уменьшение поперечного сопротивления фотопроводящей области второго типа проводимости 2. В месте светового пятна образуется низкоомный контакт между верхней высокоомной полупроводниковой областью первого типа проводимости 1 и третьим металлическим контактом К. В результате чего образуется делитель напряжения питания, приложенного к электродам Э1, Э2, местом нахождения светового пятна, и значение напряжения, измеряемого на третьем контакте К, пропорционально координате (углу α) светового пятна.The position-sensitive photodetector of an arc configuration (Fig. 2), used in the construction of the angle converter, is a three-layer semiconductor, for example, silicon, vertical structure containing the first semiconductor region of the
Зависимость напряжения на третьем контакте К позиционно-чувствительного фотоприемника дуговой конфигурации от величины угла α, при условиях что напряжение равномерно распределяется вдоль первой полупроводниковой области первого типа проводимости и длина дуги позиционно-чувствительного фотоприемника дуговой конфигурации, проходящей через вертикальную ось симметрии 4 радиального поперечного сечения позиционно-чувствительного полупроводникового фотоприемника дуговой конфигурации, значительно больше ширины его поперечного сечения, описывается следующим соотношением:The dependence of the voltage at the third contact K of the position-sensitive photodetector of the arc configuration on the angle α, provided that the voltage is evenly distributed along the first semiconductor region of the first type of conductivity and the arc length of the position-sensitive photodetector of the arc configuration passing through the vertical axis of
Uk=kαUnum/180R,U k = kαU num / 180R,
где Unum - постоянное напряжение, прикладываемое между первым Э1 и вторым Э2 электродами позиционно-чувствительного полупроводникового фотоприемника дуговой конфигурации;where U num is a constant voltage applied between the first E 1 and second E 2 electrodes of a position-sensitive semiconductor photodetector of an arc configuration;
α- угол сектора в градусах;α is the angle of the sector in degrees;
R - радиус дуги позиционно-чувствительного полупроводникового фотоприемника дуговой конфигурации;R is the arc radius of a position-sensitive semiconductor photodetector of an arc configuration;
k - конструктивный параметр, зависящий от геометрии расположения излучателя и позиционно-чувствительного фотоприемника, а также от интенсивности излучения.k is a design parameter that depends on the geometry of the emitter and the position-sensitive photodetector, as well as the radiation intensity.
Напряжение на третьем контакте К такого фотоприемника прямо пропорционально углу α, на который отклонится световое пятно по отношению к началу дуги позиционно-чувствительного полупроводникового фотоприемника дуговой конфигурации.The voltage at the third terminal K of such a photodetector is directly proportional to the angle α, by which the light spot deviates with respect to the beginning of the arc of the position-sensitive semiconductor photodetector of the arc configuration.
Профиль радиального поперечного сечения позиционно-чувствительного полупроводникового фотоприемника дуговой конфигурации вертикальной или планарной структуры р-n-переходов в случае линейного преобразования может быть в форме прямоугольника или трапеции и неизменным по длине дуги фотоприемника. В случае функционального преобразования профиль радиального поперечного сечения позиционно-чувствительного полупроводникового фотоприемника дуговой конфигурации может быть в форме прямоугольника или трапеции и изменяющимся по длине дуги фотоприемника размерами.The profile of the radial cross section of a position-sensitive semiconductor photodetector of an arc configuration of a vertical or planar structure of pn junctions in the case of a linear transformation can be in the form of a rectangle or a trapezoid and unchanged along the arc length of the photodetector. In the case of functional transformation, the profile of the radial cross section of a position-sensitive semiconductor photodetector of an arc configuration can be in the form of a rectangle or trapezoid and the dimensions vary along the length of the photodetector arc.
В отличие от стандартных полупроводниковых технологий изготовления фотоприемников, использующих фотолитографические процессы, предлагаемый фотоприемник дуговой формы изготовлен с помощью одной операции двухсторонней (с двух сторон кремниевой пластины) диффузии, никелирования и ультразвуковой резки. При этой технологии изготовления весь кристалл дуговой формы является активной областью фотоприемника.In contrast to standard semiconductor technologies for manufacturing photodetectors using photolithographic processes, the proposed arc-shaped photodetector is made using a single operation of two-sided (on both sides of a silicon wafer) diffusion, nickel plating and ultrasonic cutting. With this manufacturing technology, the entire arc-shaped crystal is the active region of the photodetector.
Для изготовления кристаллов фотоприемника дуговой геометрической формы использована установка ультразвуковой резки кремниевых пластин, мощность колебательной системы которой составляет 80-100 Вт. Резонанс ультразвукового преобразователя совместно с концентратором и режущим инструментом находился в диапазоне частот 17-22 кГц. Использование режущих инструментов с концентрическими режущими кромками треугольного сечения позволило в процессе резки снимать фаски (фиг.2) с боковой поверхности колец для повышения напряжений пробоя переходов и снижения токов утечки. В процессе резки между пластиной кремния и инструментом подавалась суспензия в виде взвеси в воде порошка карбида бора со средним размером гранул 20 мкм. При этом средняя скорость резки полупроводниковых пластин толщиной 300 мкм составляла 2-3 мин. В результате получены полупроводниковые вертикальные трехслойные структуры фотоприемников в форме дуги без использования фотолитографических процессов.For the manufacture of crystals of a photodetector of an arc geometric shape, an ultrasonic cutting unit for silicon wafers was used, the power of the oscillating system of which is 80-100 W. The resonance of the ultrasonic transducer together with the concentrator and cutting tool was in the frequency range 17-22 kHz. The use of cutting tools with concentric cutting edges of a triangular section made it possible to chamfer (Fig. 2) from the side surface of the rings during the cutting process to increase the breakdown voltage of junctions and reduce leakage currents. During the cutting process, a suspension was fed between the silicon wafer and the tool in the form of a suspension of boron carbide powder in water with an average grain size of 20 μm. The average cutting speed of semiconductor wafers with a thickness of 300 μm was 2-3 minutes. As a result, we obtained semiconductor vertical three-layer structures of photodetectors in the form of an arc without the use of photolithographic processes.
В экспериментальном образце преобразователя угла поворота в напряжение использован дуговой кремниевый фотоприемник (сектор кольца 100°), представляющий собой полупроводниковую вертикальную структуру с шириной основания сечения 1,5 мм, радиусом дуги 14 мм, с двумя р-n-переходами (фиг.2), реализованными на глубинах 53 и 233 мкм в объеме полупроводника n-типа проводимости с поверхностным сопротивлением 
Фотоприемник смонтирован на металлическом компенсаторе, припаянном к металлизированной диэлектрической пластине, и размещен в цилиндрическом светонепроницаемом корпусе с поворотным механизмом. На валу поворотного механизма размещено диэлектрическое основание с направленным излучателем - ИК-диодом. При вращении вала прибора ИК-диод перемещается относительно фотоприемника по дуге, проходящей через ось симметрии поперечного сечения координатно-чувствительного полупроводникового фотоприемника.The photodetector is mounted on a metal compensator soldered to a metallized dielectric plate and placed in a cylindrical opaque housing with a rotary mechanism. A dielectric base with a directional emitter — an IR diode — is placed on the shaft of the rotary mechanism. When the device shaft rotates, the IR diode moves relative to the photodetector along an arc passing through the axis of symmetry of the cross section of the coordinate-sensitive semiconductor photodetector.
ИК-диод излучал на длине волны 950 нм; ток 70 мА; диаметр луча на поверхности позиционно-чувствительного фотоприемника составлял ~3 мм. Длина светочувствительной области составляла L=20 мм, и отношение фототока к темновому току Iф/Im ~50. Питание фотоприемника осуществлялось от регулируемого стабилизированного блока питания напряжениями 27, 15 и 10 В. Измерения напряжения на третьем контакте проводились вольтметром. Погрешность измерения составляла 0,1%.The IR diode emitted at a wavelength of 950 nm; current 70 mA; the beam diameter on the surface of a position-sensitive photodetector was ~ 3 mm. The length of the photosensitive region was L = 20 mm, and the ratio of the photocurrent to the dark current I f / I m ~ 50. The photodetector was powered from a regulated regulated power supply with voltages of 27, 15 and 10 V. The voltage measurements at the third contact were carried out with a voltmeter. The measurement error was 0.1%.
Полученные зависимости напряжения на третьем электроде Uк в зависимости от угла поворота для разных напряжений питания Unum приведены на фиг.3.The obtained voltage dependences on the third electrode U к depending on the rotation angle for different supply voltages U num are shown in Fig. 3.
Линейность (в пределах 1%) зависимости напряжения от угла поворота сохраняется в пределах 17°-100°. Диапазон измерения углов данного фотопреобразователя составляет не менее 80°. Шагу в 1' (угловую минуту) соответствует шаг напряжения в 6,4 мВ. Чувствительность фотопреобразователя на 10 мкм смещения светового зонда составляет 20 мВ.The linearity (within 1%) of the dependence of the voltage on the rotation angle is maintained within 17 ° -100 °. The angle measurement range of this photoconverter is at least 80 °. A step of 1 '(angular minute) corresponds to a voltage step of 6.4 mV. The sensitivity of the photoconverter at 10 μm displacement of the light probe is 20 mV.
Таким образом, выходной сигнал такого преобразователя линейно зависит от угла поворота излучателя относительно одного из контактов к верхней фоточувствительной области ПЧФ. Такие преобразователи имеют простую конструкцию, упрощенную технологию изготовления, высокую точность определения угла (в разработанной конструкции - 5 угловых минут), высокую надежность (твердотельная конструкция), а также совместимость со стандартной измерительной, согласующей и обрабатывающей аппаратурой.Thus, the output signal of such a converter linearly depends on the angle of rotation of the emitter relative to one of the contacts to the upper photosensitive region of the PCF. Such transducers have a simple design, simplified manufacturing technology, high accuracy of determining the angle (in the developed design - 5 arc minutes), high reliability (solid-state construction), as well as compatibility with standard measuring, matching and processing equipment.
ЛитератураLiterature
1. Свечников С.В., Смовж А.К., Каганович Э.Б. Фотопотенциометры и функциональные фоторезисторы. - М.: Совет. радио, 1978. - 184 с.1. Svechnikov S.V., Smovzh A.K., Kaganovich E.B. Photopotentiometers and functional photoresistors. - M .: Council. Radio, 1978.- 184 p.
2. АС №1439633, 1978.2. AC No. 1439633, 1978.
3. Pat. USA №3222531. Solid state junction photopotentiometer. S. R. Morrison, 1965.3. Pat. USA No. 3222531. Solid state junction photopotentiometer. S. R. Morrison, 1965.
4. В.Ф.Золотарев. Безвакуумные аналоги телевизионных трубок. М.: Энергия. - 1972 - 216 с.4. V.F. Zolotarev. Vacuum-free analogs of television tubes. M .: Energy. - 1972 - 216 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011125431/28A RU2469267C1 (en) | 2011-06-20 | 2011-06-20 | Photoelectric converter of angles based on position-sensitive photodetector of arc configuration |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011125431/28A RU2469267C1 (en) | 2011-06-20 | 2011-06-20 | Photoelectric converter of angles based on position-sensitive photodetector of arc configuration |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2469267C1 true RU2469267C1 (en) | 2012-12-10 |
Family
ID=49255806
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011125431/28A RU2469267C1 (en) | 2011-06-20 | 2011-06-20 | Photoelectric converter of angles based on position-sensitive photodetector of arc configuration |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2469267C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3222531A (en) * | 1962-06-26 | 1965-12-07 | Honeywell Inc | Solid state junction photopotentiometer |
| JPS6166911A (en) * | 1984-09-11 | 1986-04-05 | Agency Of Ind Science & Technol | Detecting device for angle of rotation |
| SU1439633A1 (en) * | 1987-03-12 | 1988-11-23 | Институт Полупроводников Ан Усср | Optronic function converter |
| JPH04320917A (en) * | 1991-04-19 | 1992-11-11 | Nissan Motor Co Ltd | Semiconductor optical rotation angle sensor |
| US5428217A (en) * | 1992-11-27 | 1995-06-27 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Annular photodiode for use in an optical rotary encoder |
-
2011
- 2011-06-20 RU RU2011125431/28A patent/RU2469267C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3222531A (en) * | 1962-06-26 | 1965-12-07 | Honeywell Inc | Solid state junction photopotentiometer |
| JPS6166911A (en) * | 1984-09-11 | 1986-04-05 | Agency Of Ind Science & Technol | Detecting device for angle of rotation |
| SU1439633A1 (en) * | 1987-03-12 | 1988-11-23 | Институт Полупроводников Ан Усср | Optronic function converter |
| JPH04320917A (en) * | 1991-04-19 | 1992-11-11 | Nissan Motor Co Ltd | Semiconductor optical rotation angle sensor |
| US5428217A (en) * | 1992-11-27 | 1995-06-27 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Annular photodiode for use in an optical rotary encoder |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101709625B1 (en) | Image sensor, and sensor system comprising the same sensor | |
| CN105489693A (en) | Two-dimensional layered thin-film material-based p-g-n heterojunction photoelectronic device | |
| JP6495988B2 (en) | Light emitting / receiving element and sensor device using the same | |
| JP6141027B2 (en) | Detection element, detector, and imaging apparatus using the same | |
| JPH06265370A (en) | Optical rotation-angle detection apparatus | |
| CN109904253A (en) | The silicon substrate photo-thermal electrical effect photoelectric converter and preparation method thereof of phasmon enhancing | |
| RU2469267C1 (en) | Photoelectric converter of angles based on position-sensitive photodetector of arc configuration | |
| KR20160071453A (en) | Method and apparatus for non-contact measurement of sheet resistance and shunt resistance of p-n junctions | |
| CN108735834B (en) | Photodiode, X-ray detection substrate and manufacturing method thereof | |
| JP5595550B2 (en) | Position converter | |
| US7719075B2 (en) | Scanning head for optical position-measuring systems | |
| US3619621A (en) | Radiation detectors having lateral photovoltage and method of manufacturing the same | |
| Yasunaga et al. | Densely Arrayed Active Antennas Embedded in Vertical Nanoholes for Backside‐Illuminated Silicon‐Based Broadband Infrared Photodetection | |
| CN109950358B (en) | Photoelectric detection structure and manufacturing method thereof | |
| CN210956702U (en) | Detection unit and ultra-wideband photodetector | |
| Gurin et al. | Position-sensitive photodetector for rotation-angle transducers | |
| JP6684631B2 (en) | Position converter | |
| Wang et al. | Analog Detection of PSD Sensor and Sunshine Position Tracking Performance in Four Quadrant Arrays | |
| CN212567438U (en) | Photocell chip and photoelectric encoder | |
| KR101506962B1 (en) | High Efficiency Photoelectric Element and Method for Preparing the Same | |
| TW385552B (en) | Semiconductor position detection apparatus | |
| RU2773627C2 (en) | Photovoltaic 3d-cell | |
| Xing et al. | A new angular-position detector utilizing the lateral photoeffect in Si | |
| KR101016121B1 (en) | Silicon strip photo-sensor and 2D-position and energy measurements of the radiation detector using the same | |
| Zhang et al. | A Self-Powered Transparent Photodetector Based on Detached Vertical (In, Ga) N Nanowires with 360◦ Omnidirectional Detection for Underwater Wireless Optical Communication. Nanomaterials 2021, 11, 2959 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190621 |