WO2010084222A1 - Dispositivo de alta precisión para la determinación del ángulo de incidencia de una radiación luminiscente - Google Patents

Dispositivo de alta precisión para la determinación del ángulo de incidencia de una radiación luminiscente Download PDF

Info

Publication number
WO2010084222A1
WO2010084222A1 PCT/ES2010/000021 ES2010000021W WO2010084222A1 WO 2010084222 A1 WO2010084222 A1 WO 2010084222A1 ES 2010000021 W ES2010000021 W ES 2010000021W WO 2010084222 A1 WO2010084222 A1 WO 2010084222A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
radiation
angle
incidence
determination
high precision
Prior art date
Application number
PCT/ES2010/000021
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
José Manuel QUERO REBOUL
Pablo Ortega Villasclaras
Cristina LÓPEZ TARRIDA
Juan GARCÍA ORTEGA
Luis CASTAÑER MUÑOZ
Original Assignee
Universidad De Sevilla
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universidad De Sevilla filed Critical Universidad De Sevilla
Publication of WO2010084222A1 publication Critical patent/WO2010084222A1/es

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/1446—Devices controlled by radiation in a repetitive configuration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C1/00—Measuring angles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/78—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S3/782—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/783—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived from static detectors or detector systems
    • G01S3/784—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived from static detectors or detector systems using a mosaic of detectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation

Definitions

  • the present invention refers to a high precision device for determining the angle of incidence of a luminescent radiation;
  • the object of the invention being the development of an analog electronic sensor that allows measuring the angle of incidence of a light radiation with respect to the normal to the surface of said sensor.
  • the sensor device of the invention is composed of a plurality of photosensory cells determined by photodiodes that are protected with a cover of transparent material on which a sheet of opaque material with at least one window is deposited. Said window can be sized so that when a light beam strikes, it passes through illuminating a pair of contiguous cells that determine a subsensor.
  • the sensor's field of vision and the accuracy of the angle of incidence measurement are determined by the structural characteristics of the device.
  • the invention has direct application in any field related to the positioning of elements with respect to light radiation, such as the attitude control of artificial satellites, photovoltaic systems for generating power, or integrated lighting systems. Another application is oriented to the determination of the angle of incidence of the light, as it happens in the case of the measurement of the direct solar radiation in the cabins of vehicles for the improvement of the performance in the air conditioning systems.
  • the simplest devices currently used to solve this problem are based on the use of two photosensitive cells placed symmetrically on a plane with a certain angle.
  • the difference in radiation incident in each cell provides a measure of the angle of incidence with respect to the vertical to said plane.
  • This approach has the advantage of simplicity, but as an inconvenience that there is very low measurement accuracy.
  • ES9901375 a manufacturing process is proposed where the cover covering the photodiodes is carried out by chemical attack of a silicon wafer.
  • the techniques of microsystems used in its manufacture allow to reach a high precision in the measurement, but its realization is complex and expensive.
  • Previous research developed by the authors of the present invention resulted in the development of the P200800999 patent, where a high level of integration is achieved with reduced size and consumption.
  • these results are overcome by the present invention, where with a new device a higher level of precision and sensitivity is achieved in the calculation of the angle of incidence of the luminescent radiation.
  • the improvement with respect to the initial approach is the use of n photosensitive cells covered by a screen so that a shadow or beam of light is projected through a window, partially affecting any of the cells.
  • the photocurrent generated in each photocell affected by the light is proportional to the illuminated area.
  • the angle ( ⁇ ) of incidence of light to the vertical is obtained as a function of electrocorrientes obtained in the illuminated diodes and 'the angular position of said photodiodes to the normal at the geometric center of the device.
  • the invention consists of a high precision device for determining the angle of incidence of a luminescent radiation, which employs technologies for the construction of miniaturized electronic devices with semiconductors, preferably using as a base a silicon wafer.
  • said plurality integrates a plurality of photosensor cells provided with respective terminal metallizations, said cells being covered with a cover of high degree of transparency and certain height, in which a sheet of opaque material has been deposited, provided with at least one window allowing the passage of the luminescent radiation, thus constituting the device ; so that said photosensory cells convert the received light into currents proportional to the areas illuminated by the incident radiation entering through that or those windows.
  • the dimensions of that or those windows are such that the radiation incident in each window is partially projected onto two adjacent photosensor cells, so that every two adjacent cells determine a sub-sensor whose generated photocurrent is proportional to the area lit up obtaining the angle of incidence of the light with respect to the normal direction to the device as a function of the photocurrents in the terminal metallizations of the corresponding subsensor and of the angular position of the illuminated subsensor with respect to the normal one in the geometric center of the window.
  • the aforementioned photosensory cells can be determined by respective photodiode circuits constructed by diffusion of doping necessary to establish PN diodes, while their terminal metallizations can be connected to an electronic circuit that is provided with an A / D converter and of a microprocessor that enables digital processing and inclusion of calibration curves; said electronic circuit being connected to a data bus through an interface.
  • said photosensory cells can be arranged in the base or wafer in parallel groups according to a direction of the device, or in parallel groupings according to two perpendicular directions of the device.
  • the corresponding deposition of the sheet of opaque material mentioned above can be performed on the side and upper walls of the aforementioned cover.
  • each window of the device may have an asymmetric arrangement with respect to the photosensory cells to improve the response of the device when the radiation strikes forming a certain minimum angle.
  • each window of the device can be sized so that the light strikes one, two or more photo sensor cells.
  • the photosensory cells may have different sizes and symmetrical or asymmetrical arrangements with respect to the center of the device.
  • the relative size of the photosensory cells with respect to the corresponding window can be such that it allows measuring the angle of incidence with respect to the x-axis without being affected by the light penetrating through the window of the device of the y-axis, and vice versa.
  • the cover of the device is made of transparent or translucent material, such as pyrex or cover-glass for radiation protection of high energy particles.
  • said cover can be made with an optical filter selected among different spectra such as ultraviolet or other.
  • the semiconductor wafer constituting the base of the device and the layer of transparent material constituting the lid are joined by fusion-bonding, anodic-bonding, or glue-bonding techniques.
  • the device of the invention is capable of being integrated with one or more similar devices provided with respective covers at different heights, in order to work with different angles and increase the precision of the radiation incidence angle measurement.
  • the device of the invention may be encapsulated in an integrated circuit format that has an opening for radiation entry.
  • the photodiode circuits mentioned above may include integrated photocurrent-voltage conversion amplifiers and be located in the same package that also houses the A / D converter and microprocessor mentioned above.
  • the device of the invention has relative advantages in that it determines a high precision sensor to determine the angle of incidence of a light source, with a relatively simple and low cost construction, however presenting a Great reliability and precision.
  • the device of the invention allows applications that include:
  • Positioning of collectors and / or reflectors in solar power generation systems Control and monitoring of the sun by heliostats in foltovoltaic and concentration plants, with the improvement in the performance of these plants that this concept implies. Determination of the angle of incidence of solar radiation in vehicles. The determination of the lateral radiation on a vehicle allows to optimize the airflows of air conditioning and to maximize the comfort in its cabins.
  • the device of the invention simplifies positioning control, reducing installation and maintenance costs.
  • the device of the invention allows the inclusion of a microprocessor circuit that facilitates autonomous mounting of the positioners in tracking systems.
  • Figure 1 Represents a profile and sectional view of a high precision device for determining the angle of incidence of a luminescent radiation, carried out according to the present invention.
  • Figure 2. It is a view similar to that of the previous figure 1 but referring to the main geometric magnitudes of the aforementioned device.
  • Figure 3. It is a view similar to that of the previous figures 1 and 2 but having referred to said device as radiation enters a sub-sensor of the device formed by two adjacent cells, indicating the most significant angles.
  • Figure 4.- Represents a top plan view of the device of the three previous figures.
  • Figure 5. Represents a top plan view of a variant with respect to the device of the previous figures, this variant consisting in that the device it presents contiguous cells according to two perpendicular directions, instead of only one direction.
  • Figure 6. Represents a functional block diagram in which a device like that of any of the previous figures connects with electronic circuit blocks for measuring the angle of incidence of light.
  • the device of the present example has a plurality of photosensory cells Cl, C2 ... Cn that are integrated in a base constituted by a silicon wafer 3.
  • Said cells are photodiodes that are manufactured by introducing the appropriate dopant to create the diodes of union PN.
  • These photodiodes are protected by a cover of transparent material that constitutes a cover 4 on which a sheet of opaque material 5 has been deposited.
  • That sheet 5 is a metal sheet on which a window 6 has been made that allows a beam of sun is projected on a pair of contiguous photosensors determining a sub-sensor, so that a device that has n photosensory cells will have n-1 sub-sensors.
  • the photocurrent generated in each subsector affected by the light is proportional to the illuminated area and the angle ( ⁇ ) of incidence of the light with respect to the direction perpendicular to the device is obtained as a function of the photocurrents obtained in the terminal metallizations Ml, M2 .. Mn and of the angular position of the corresponding illuminated subsensor with respect to the normal one in the geometric center of the device.
  • the geometric characteristics of the most important device consist of the width W of the window 6, and the distance H between the sheet of material opaque 5 and the photosensor cells, as illustrated in Figure 2.
  • Figure 3 shows the subsensor illuminated by the incident radiation when entering through the opaque sheet window and the angles obtained.
  • the dependence between the illuminated subsensor and the angle ( ⁇ ) of incidence is represented, being observed that each subsensor undergoes a displacement B 1 with respect to the geometric center of the set.
  • the angle ( ⁇ ) of incidence of the light with respect to the normal direction to the sensor is obtained as a function of the photocurrents generated in the illuminated sub-sensor, which provides the angle ⁇ ( ⁇ ), and of the angular position (G 1 ) of said subsensor with respect to the normal one in the geometric center of the device.
  • the striped area represents the sheet of opaque material 5, although it has been drawn translucent to appreciate the photosensory cells.
  • the dimensions of the window 6 are W and L, while the dimension M of the photosensory cells is calculated to allow the measurement of the angle of incidence with respect to the axis and independently of the angle of incidence with respect to to the x axis.
  • the device of the present example of the invention can be made with two groups of orthogonal sensors as shown in Figure 5, and sensors rotated 90 ° to each other can be used to obtain the angles of incidence of light radiation with respect to the x and y axes as shown in the device 11 'of that figure 5, in which two windows 6 are seen instead of the single window 6 of the device 11 of figures 1 to 4.
  • Figure 6 shows functional blocks of the electronic circuitry for measuring the angle of radiation incidence 7, showing how the photosensor cells Cl, C2, Cn-I, Cn of the wafer 3 connect to an electronic circuit 1 equipped with an A / D converter 9 and a microprocessor 10.
  • This electronic circuit 1 connects to a bus of data 8 through an interface 2;
  • the electronic circuit 1 and the wafer 3 can be integrated in the same package with integrated circuit format.
  • a first stage uses amplifiers in each photodiode to convert the generated photocurrents into voltages.
  • the digital analog conversion is then carried out, which allows the corresponding digital values to be processed so that the measurement of the incident angle is obtained, with the microprocessor 10 performing the necessary calculations to obtain the angles.
  • the manufacturing steps of the photodiodes constituting the photosensory cells are conventional techniques in semiconductor substrates such as deposit of shielding material on semiconductor wafer, realization of photodiodes, removal of shielding material, growth of insulating material, definition of base contact regions and emitters of photodiodes, and metallization for contacts.
  • the construction of the constituent metal cover of the opaque sheet 5 can be carried out by means of the technique known as lift-off, with deposition of a photosensitive resin on the translucent material of the cover 4, definition by photolithography of the area of the unmetallized cover , deposit of metal on the front surface of the translucent material and removal of the metal from the region that must let light through the photodiodes, using in this example the technique called lift-off.
  • the main elements of the device of the invention consist of the silicon semiconductor wafer 3 on which n photodiodes are constructed and the layer of transparent material in which the sheet of opaque material 5 is deposited.
  • Said sheet 5 is extensive enough to prevent the entry of lateral light from affecting the photodiodes constituting the photosensory cells.
  • Said sheet 5 is made of metal and has the window or windows 6 to allow radiation to enter. These elements are joined so that the incident light passes through the window and is projected onto two adjacent photosensors. Both elements are manufactured using usual techniques in the manufacture of monolithic integrated circuits (planar technology) and / or hybrids (thin and thick layer technologies), as well as more specific techniques that can be used for the manufacture of micro and nanosystems.
  • the diodes of the photosensor cells are polarized inversely and short-circuited so that the currents generated by the photoelectric effect enter through the terminals connected to the emitter regions and are collected at the common terminal of the base region.
  • the photocurrent generated in each diode affected by the light is proportional to the illuminated area.
  • the angle ( ⁇ ) of incidence of the light with respect to the vertical is obtained as a function of the photocurrents generated in these photodiodes that provide the angle ⁇ ( ⁇ ) and of the angular position ( ⁇ i) of them with respect to the normal in the geometric center of the device.
  • the width W of the window 6, as well as the height H at which the photodiodes are located are between about 100 microns to a few millimeters, depending on the application and the required sensitivity, the maximum deviation ( ⁇ max ) of the lightning that can measure the sensor with respect to its normal direction will come determined by the size of the window and the thickness of the transparent layer according to the expression:
  • a typical value for ( ⁇ max ) in this configuration ranges from 10 ° to 120 °.
  • the H / W ratio behaves as a factor that structurally amplifies the sensitivity of the device.
  • the window or windows 6 are sized in such a way that they allow the incident radiation to be projected onto a pair of adjacent photosensors, which as stated above constitute a sub-sensor.
  • the photocurrent generated in each subsector affected by the light is proportional to the illuminated area, and the angle ( ⁇ ) of incidence of the light with respect to the vertical is obtained as a function of the photocurrents obtained in the illuminated diodes that provide the angle ⁇ ( ⁇ ), and of the angular position (Q x ) of said photodiodes with respect to the normal one in the geometric center of the device, as can be seen in Figure 3.
  • the luminescent object is located in the perpendicular of the device 11, it will generate equal photocurrents on each side of the central axis of the sensor, and will illuminate those photodiodes that do not suffer any displacement with respect to the center of the device 11.
  • ⁇ ( ⁇ ) f (I A / I B )
  • the operation of the sensor means that there is a discretization of the viewing angle (FOV) of the device, which is divided according to the pair of illuminated photosensors in each case, and which depends directly on the angle of incidence of the luminescent radiation.
  • FOV viewing angle
  • This behavior results in greater sensitivity and precision in the calculation of the angle in each working range.
  • the sensor is nonlinear, since there are characteristics such as the distance between the photocells, the thickness of the opaque material layer, the effect of decreasing net radiation entering through the window when the angle of inclination increases and the diffraction suffered by the incident beam in the crossing of the material that constitutes the cover, which are neglected in the calculation of the angle.
  • a non-rectangular plant can be defined in the photodiodes to achieve linearization.
  • Another solution is to define rectangular plants of different sizes for different photodiodes, whether or not there is symmetry between them according to interest.
  • the relative position of the window with respect to the photodiodes can be moved to facilitate the calculation of the angle in that particular application.
  • the size of the window can be sized so that the light affects only one photodiode, two, or more photodiodes.
  • the characteristics of the proposed device make it a very reliable and low cost sensor.
  • the transparent material that forms the lid can be chosen to protect the photodiodes from high energy radiation.
  • the transparent cover material can be replaced by a translucent material that allows to reduce the incident radiation and avoid saturation of the cells.
  • Optical filters can also be used, so that those spectral radiations that are not interesting from the point of view of the application are discriminated.
  • the light that falls laterally on the sensor can penetrate the side walls of the cover or cover 4 and can interfere with the photodiodes.
  • the sheet of opaque material 5 can cover the side walls of the cover 4.
  • the device can optionally integrate electronic circuits for signal adaptation, processing and communications shown in Figure 6 into the same semiconductor wafer 3.
  • the device can integrate two sensors as described above to enable the measurement of the angles of incidence with respect to the x and y axes, as shown in Figure 5.
  • non-selective deposit definition of the electrodes by photolithography or equivalent. Annealing of the metal.
  • a translucent insulating substrate for example pyrex
  • the manufacturing process consisting of the following sequence: - Selective or non-selective deposit of a light-opaque material in the translucent substrate.
  • the different steps in the manufacture of the cover 4 may consist of using a non-selective metal tank, in conjunction with the so-called lift-off technique used for its engraving.
  • any usual bonding or welding technique can be used in microsystem manufacturing processes, such as glue bonding or anodic bonding.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

Cuenta con una oblea de silicio(3) donde se integra una pluralidad de celdas fotosensoras (C1, C2...Cn) provistas de respectivas metalizaciones terminales (M1, M2...Mn) cubriéndose dichas celdas con una tapadera (4) de elevado grado de transparencia y determinada altura, en la que se ha depositado una lámina de material opaco (5) dotada de al menos una ventana (6) que permite el paso de la radiación luminiscente (7), de manera que dichas celdas fotosensoras convierten la luz recibida en corrientes proporcionales a las áreas iluminadas por la radiación incidente que entra por la o las ventanas (6).

Description

DISPOSITIVO DE ALTA PRECISIÓN PARA LA DETERMINACIÓN DEL
ÁNGULO DE INCIDENCIA DE UNA RADIACIÓN LUMINISCENTE
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un dispositivo de alta precisión para la determinación del ángulo de incidencia de una radiación luminiscente; siendo objeto de la invención el desarrollo de un sensor electrónico analógico que permita medir el ángulo de incidencia de una radiación luminosa respecto a la normal a la superficie del referido sensor. Para ello, el dispositivo sensor de la invención se compone de una pluralidad de celdas fotosensoras determinadas por fotodiodos que se protegen con una tapadera de material transparente sobre la que se deposita una lámina de material opaco con al menos una ventana. Dicha ventana se puede dimensionar de modo que al incidir un rayo de luz, éste atraviesa iluminando un par de celdas contiguas que determinan un subsensor. El campo de visión del sensor y la precisión de la medida del ángulo de incidencia quedan determinadas por las características estructurales del dispositivo.
La invención tiene aplicación directa en cualquier campo relacionado con el posicionamiento de elementos respecto a una radiación luminosa, como el control de actitud de satélites artificiales, de sistemas fotovoltáicos de generación de energía, o de sistemas integrados de iluminación. Otra aplicación está orientada a la determinación del ángulo de incidencia de la luz, como ocurre en el caso de la medida de la radiación solar directa en las cabinas de vehículos para la mejora del rendimiento en los sistemas de climatización.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las nuevas tecnologías de fabricación en microsistemas están posibilitando la realización de dispositivos que permiten cubrir las necesidades surgidas en diferentes aplicaciones comerciales en relación a la localización de un objeto luminiscente. El alto número de patentes y publicaciones científicas orientadas a la consecución de un dispositivo de medida del ángulo de incidencia de una radiación luminosa que se pueda integrar fácilmente a bajo coste demuestra el interés actual por tal dispositivo.
Los dispositivos más simples que actualmente se emplean para resolver este problema se basan en el empleo de dos células fotosensibles colocadas simétricamente sobre un plano con cierto ángulo. La diferencia de radiación incidente en cada célula proporciona una medida del ángulo de incidencia respecto de la vertical a dicho plano. Esta aproximación tiene como ventaja su simplicidad, pero como inconveniente que se tiene muy baja precisión en la medida.
Existen varias técnicas y dispositivos conocidos para el cálculo del ángulo de incidencia de una radiación luminosa. En algunas aproximaciones, no se puede conseguir una elevada integración del dispositivo (JP9145357) . En otras aproximaciones existen elementos móviles que reducen la fiabilidad del dispositivo dado el aumento de la complejidad de la solución ( JP2000193484) .
Existen propuestas que permiten la integración microelectrónica de la solución (ver por ejemplo la patente US5594236) , pero estas aproximaciones emplean procedimientos de fabricación que involucran procesos de moldeado costosos y que no garantizan una elevada precisión.
En ES9901375 se propone un proceso de fabricación donde la tapadera que cubre los fotodiodos se realiza mediante el ataque químico de una oblea de silicio. Las técnicas de microsistemas empleadas en su fabricación permiten alcanzar una elevada precisión en la medida, pero su realización es compleja y costosa. Investigaciones previas desarrolladas por los autores de la presente invención dieron lugar al desarrollo de la patente P200800999, donde se alcanza un elevado nivel de integración con reducido tamaño y consumo. Sin embargo, estos resultados se ven superados por la presente invención, donde con un nuevo dispositivo se consigue mayor nivel de precisión y sensibilidad en el cálculo del ángulo de incidencia de la radiación luminiscente. La mejora respecto a la aproximación inicial es el uso de n células fotosensibles cubiertas por una pantalla de forma que se proyecta una sombra o haz de luz a través de una ventana, incidiendo parcialmente sobre alguna de las celdas. La sensibilidad aumenta considerablemente con esta realización. Mediante este esquema, la fotocorriente generada en cada fotocélula incidida por la luz es proporcional al área iluminada. El ángulo (θ) de incidencia de la luz respecto de la vertical se obtiene como función de las electrocorrientes obtenidas en los diodos iluminados y 'la posición angular de dichos fotodiodos respecto a la normal en el centro geométrico del dispositivo. De esta forma, si el objeto luminiscente está situado en la perpendicular del sensor, generará unas fotocorrientes iguales a cada lado del eje central del sensor, e iluminará aquellos fotodiodos que no sufren ningún desplazamiento respecto al centro del dispositivo.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Para lograr los objetivos indicados anteriormente, la invención consiste en un dispositivo de alta precisión para la determinación del ángulo de incidencia de una radiación luminiscente, que emplea tecnologías de construcción de dispositivos electrónicos miniaturizados con semiconductores, utilizando preferentemente como base una oblea de silicio.
Novedosamente según la invención, en dicha base se integra una pluralidad de celdas fotosensoras provistas de respectivas metalizaciones terminales, cubriéndose dichas celdas con una tapadera de elevado grado de transparencia y determinada altura, en la que se ha depositado una lámina de material opaco, dotada de al menos una ventana que permite el paso de la radiación luminiscente, constituyéndose asi el dispositivo; de manera que dichas celdas fotosensoras convierten la luz recibida en corrientes proporcionales a las áreas iluminadas por la radiación incidente que entra por esa o esas ventanas. Según la realización preferente de la invención, las dimensiones de esa o esas ventanas son tales que la radiación incidente en cada ventana se proyecta parcialmente sobre dos celdas fotosensoras contiguas, de manera que cada dos celdas contiguas determinan un subsensor cuya fotocorriente generada es proporcional al área iluminada; obteniéndose el ángulo de incidencia de la luz respecto a la dirección normal al dispositivo como función de las fotocorrientes en las metalizaciones terminales del correspondiente subsensor y de la posición angular del subsensor iluminado respecto de la normal en el centro geométrico de la ventana.
Por otra parte, las aludidas celdas fotosensoras pueden estar determinadas por respectivos circuitos de fotodiodos construidos mediante difusión de dopajes necesarios para establecer n diodos PN, en tanto que sus metalizaciones terminales se pueden conectar a un circuito electrónico que está provisto de un convertidor A/D y de un microprocesador que posibilita procesamiento digital e inclusión de curvas de calibración; conectándose dicho circuito electrónico a un bus de datos mediante un interface .
Además, según distintas realizaciones de la invención, las referidas celdas fotosensoras se pueden disponer en la base u oblea en agrupaciones paralelas según una dirección del dispositivo, o en agrupaciones paralelas según dos direcciones perpendiculares del dispositivo.
La correspondiente deposición de la lámina de material opaco que se mencionó anteriormente puede realizarse sobre las paredes laterales y superior de la aludida tapadera.
Por otra parte, cada ventana del dispositivo puede presentar una disposición asimétrica respecto de las celdas fotosensoras para mejorar la respuesta del dispositivo cuando la radiación incide formando un cierto ángulo minimo.
Según distintas realizaciones de la invención, cada ventana del dispositivo se puede dimensionar para que la luz incida sobre una, sobre dos o sobre más celdas fotosensoras . Además, las celdas fotosensoras pueden presentar diferentes tamaños y disposiciones simétricas o asimétricas respecto del centro del dispositivo.
El tamaño relativo de las celdas fotosensoras respecto de la correspondiente ventana puede ser tal que permita medir el ángulo de incidencia respecto al eje x sin que se vea afectado por la luz que penetra por la ventana del dispositivo del eje y, y viceversa.
Según una realización de la invención, la tapadera del dispositivo está realizada en material transparente o translúcido, como pyrex o cover-glass para protección contra radiaciones de partículas de alta energía.
Además, dicha tapadera puede realizarse con un filtro óptico seleccionado entre diferentes espectros tales como ultravioletas u otros. En las realizaciones preferentes de la invención, la oblea semiconductora que constituye la base del dispositivo y la capa de material transparente que constituye la tapadera se unen mediante las técnicas fusion-bonding, anodic-bonding, o glue-bonding. Por otra parte, el dispositivo de la invención es susceptible de integrarse con uno o más dispositivos análogos provistos de respectivas tapaderas a distintas alturas, al objeto de trabajar con distintos ángulos y aumentar la precisión de la medida del ángulo de incidencia de la radiación.
El dispositivo de la invención puede estar encapsulado en un formato de circuito integrado que posea una abertura para la entrada de la radiación. Los circuitos de fotodiodos que se mencionaron anteriormente pueden incluir amplificadores integrados de conversión fotocorriente-tensión y ubicarse en un mismo encapsulado que albergue además al convertidor A/D y microprocesador que se mencionaron anteriormente. Con la estructura que se ha descrito, el dispositivo de la invención presenta ventajas relativas a que determina un sensor de alta precisión para determinar el ángulo de incidencia de una fuente de luz, con una construcción relativamente sencilla y de bajo coste, presentando sin embargo una gran fiabilidad y precisión.
Además, el dispositivo de la invención permite aplicaciones entre las que cabe destacar:
Orientación y control de actitudes de satélites artificiales determinando el ángulo de incidencia del sol sobre los ejes del cuerpo del satélite. La alta sensibilidad que puede conseguirse con este dispositivo permite un posicionamiento de alta precisión de los satélites a un bajo coste.
Posicionamiento de captadores y/o reflectores en los sistemas de generación eléctrica por energía solar. Control y seguimiento del sol por parte de los heliostatos en plantas foltovoltaicas y de concentración, con la mejora en el rendimiento de dichas plantas que este concepto implica. Determinación del ángulo de incidencia de la radiación solar en vehículos. La determinación de la radiación lateral sobre un vehículo permite optimizar los flujos de aire climatizado y maximizar el confort en sus cabinas .
En estas aplicaciones, asi como en otras posibles, el dispositivo de la invención simplifica el control de posicionamiento, abaratando costes de instalación y mantenimiento. Además, el dispositivo de la invención permite la inclusión de un circuito microprocesador que facilite un montaje autónomo de los posicionadores en sistemas de seguimiento.
A continuación, para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, se acompañan unas figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención.
BREVE DESCRIPCIÓN DE IAS FIGURAS
Figura 1.- Representa una vista de perfil y seccionada de un dispositivo de alta precisión para la determinación del ángulo de incidencia de una radiación luminiscente, realizado según la presente invención.
Figura 2.- Es una vista igual que la de la anterior figura 1 pero referenciando las principales magnitudes geométricas del aludido dispositivo.
Figura 3.- Es una vista igual que la de las anteriores figuras 1 y 2 pero habiéndose referenciado en dicho dispositivo como entra la radiación hacia un subsensor del dispositivo formado por dos celdas contiguas, indicándose los ángulos más significativos.
Figura 4.- Representa una vista en planta superior del dispositivo de las tres anteriores figuras.
Figura 5.- Representa una vista en planta superior de una variante respecto al dispositivo de las anteriores figuras, consistiendo esta variante en que el dispositivo presenta celdas contiguas según dos direcciones perpendiculares, en vez de según una sola dirección.
Figura 6.- Representa un diagrama de bloques funcionales en el que un dispositivo como el de cualquiera de las figuras anteriores conecta con bloques de circuiteria electrónica para la medida del ángulo de incidencia de la luz.
DESCRIPCIÓN DE UN EJEMPLO DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN Seguidamente se realiza una descripción de la invención haciendo referencia a la numeración adoptada en las figuras.
Asi, el dispositivo del presente ejemplo cuenta con una pluralidad de celdas fotosensoras Cl, C2... Cn que se integran en una base constituida por una oblea de silicio 3. Dichas celdas son fotodiodos que se fabrican introduciendo el dopante adecuado para crear los diodos de unión PN. Esos fotodiodos están protegidos por una tapadera de material transparente que constituye una tapadera 4 sobre la que se ha depositado una lámina de material opaco 5. Esa lámina 5 es una lámina de metal en la que se ha realizado una ventana 6 que permite que un rayo de sol se proyecte sobre un par de fotosensores contiguos determinantes de un subsensor, de manera que un dispositivo que tenga n celdas fotosensoras dispondrá de n-1 subsensores. La fotocorriente generada en cada subsensor incidido por la luz es proporcional al área iluminada y el ángulo (θ) de incidencia de la luz respecto a la dirección perpendicular al dispositivo se obtiene como función de las fotocorrientes obtenidas en las metalizaciones terminales Ml, M2... Mn y de la posición angular del correspondiente subsensor iluminado respecto a la normal en el centro geométrico del dispositivo.
Las características geométricas del dispositivo de mayor importancia consisten en la anchura W de la ventana 6, y la distancia H existente entre la lámina de material opaco 5 y las celdas fotosensoras, según se ha ilustrado en la figura 2.
En la figura 3 se puede apreciar el subsensor iluminado por la radiación incidente al entrar por la ventana de la lámina opaca y los ángulos que se obtienen. Asi, en esta figura 3 se representa la dependencia entre el subsensor iluminado y el ángulo (θ) de incidencia, observándose que cada subsensor sufre un desplazamiento B1 respecto al centro geométrico del conjunto. El ángulo (θ) de incidencia de la luz respecto a la dirección normal al sensor se obtiene como función de las fotocorrientes generadas en el subsensor iluminado, que proporciona el ángulo Δ(θ), y de la posición angular (G1) de dicho subsensor respecto a la normal en el centro geométrico del dispositivo.
En la figura 4, consistente en una vista superior del dispositivo, la zona rayada representa la lámina de material opaco 5, aunque se ha dibujado traslúcida para apreciar las celdas fotosensoras . Como puede verse en dicha figura 4, las dimensiones de la ventana 6 son W y L en tanto que la dimensión M de las celdas fotosensoras se calcula para permitir la medida del ángulo de incidencia respecto al eje y de forma independiente al ángulo de incidencia respecto al eje x. Por otra parte, el dispositivo del presente ejemplo de la invención puede realizarse con dos grupos de sensores ortogonales tal y como se representa en la figura 5, pudiendo emplearse sensores girados 90° entre si para obtener los ángulos de incidencia de la radiación luminosa respecto de los ejes x e y según se ha representado en el dispositivo 11' de esa figura 5, en el que se aprecian dos ventanas 6 en lugar de la única ventana 6 del dispositivo 11 de las figuras 1 a 4.
En la figura 6 se muestran unos bloques funcionales de la circuitería electrónica para la medida del ángulo de incidencia de la radiación 7, apreciándose como las celdas fotosensoras Cl, C2, Cn-I, Cn de la oblea 3 conectan con un circuito electrónico 1 dotado de convertidor A/D 9 y de microprocesador 10. Este circuito electrónico 1 conecta con un bus de datos 8 a través de un interface 2; pudiendo integrarse el circuito electrónico 1 y la oblea 3 en un mismo encapsulado con formato de circuito integrado.
Se pueden emplear distintos niveles electrónicos para llevar a cabo la conversión de fotocorrientes a ángulos de incidencia. Una primera etapa emplea amplificadores en cada fotodiodo para convertir las fotocorrientes generadas en tensiones. Después se efectúa la conversión analógica digital que posibilita que los correspondientes valores digitales sean procesados de manera que se obtenga la medida del ángulo incidente, siendo el microprocesador 10 el que realiza los cálculos necesarios para obtener los ángulos .
Los pasos de fabricación de los fotodiodos constituyentes de las celdas fotosensoras son técnicas convencionales en sustratos semiconductores tales como depósito de material apantallante sobre oblea semiconductora, realización de fotodiodos, eliminación de material apantallante, crecimiento de material aislante, definición de regiones de contacto de base y emisores de fotodiodos, y metalización para los contactos.
La realización de la cubierta de metal constituyente de la lámina opaca 5 se puede efectuar mediante la técnica conocida como lift-off, con depósito de una resina fotosensible sobre el material traslúcido de la tapadera 4, definición mediante fotolitografía del área de la cubierta sin metalizar, depósito de metal en la superficie frontal del material traslucido y eliminación del metal de la región que debe dejar pasar la luz hacia los fotodiodos, empleándose en este ejemplo la técnica denominada lift-off. Los elementos principales del dispositivo de la invención consisten en la oblea semiconductora 3 de silicio sobre la que se construyen n fotodiodos y la capa de material transparente en la que se deposita la lámina de material opaco 5.
Dicha lámina 5 es lo suficientemente extensa como para evitar que la entrada de luz lateral afecte a los fotodiodos constituyentes de las células fotosensoras . Dicha lámina 5 es de metal y presenta la ventana o ventanas 6 para dejar entrar la radiación. Estos elementos se unen de manera que la luz incidente atraviese la ventana y se proyecta sobre dos fotosensores contiguos. Ambos elementos se fabrican utilizando técnicas usuales en la fabricación de circuitos integrados monolíticos (tecnología planar) y/o híbridos (tecnologías de capa fina y gruesa) , asi como técnicas más especificas que se pueden utilizar para la fabricación de micro y nanosistemas .
Los diodos de las celdas fotosensoras se polarizan inversamente y en cortocircuito para que las corrientes generadas por el efecto fotoeléctrico entren por los terminales conectados a las regiones de emisor y se recojan en el terminal común de la región de base. La fotocorriente generada en cada diodo incidido por la luz es proporcional al área iluminada. El ángulo (θ) de incidencia de la luz respecto de la vertical se obtiene como función de las fotocorrientes generadas en estos fotodiodos que proporcionan el ángulo Δ(θ) y de la posición angular (θi) de los mismos respecto a la normal en el centro geométrico del dispositivo . La anchura W de la ventana 6, asi como la altura H a la que se encuentra de los fotodiodos están comprendidas entre unas 100 mieras hasta unos pocos milímetros, dependiendo de la aplicación y de la sensibilidad requerida, la máxima desviación (θmax) del rayo que podrá medir el sensor con respecto a su dirección normal vendrá determinada por el tamaño de la ventana y el espesor de la capa transparente según la expresión:
W/2
Figure imgf000014_0001
arco tangente ( ) H
Un valor típico para (θmax) en esta configuración oscila entre 10° y 120°. Además, el cociente H/W se comporta como un factor que amplifica estructuralmente la sensibilidad del dispositivo. La ventana o ventanas 6 están dimensionadas de tal modo que permiten que la radiación incidente se proyecte sobre un par de fotosensores contiguos, que como se dijo anteriormente constituyen un subsensor. La fotocorriente generada en cada subsensor incidido por la luz es proporcional al área iluminada, y el ángulo (θ) de incidencia de la luz respecto a la vertical se obtiene como función de las fotocorrientes obtenidas en los diodos iluminados que proporcionan el ángulo Δ(θ), y de la posición angular (Qx) de dichos fotodiodos respecto a la normal en el centro geométrico del dispositivo, tal y como puede apreciarse en la figura 3. Asi, si el objeto luminiscente está situado en la perpendicular del dispositivo 11, generará unas fotocorrientes iguales a cada lado del eje central del sensor, e iluminará aquellos fotodiodos que no sufren ningún desplazamiento respecto al centro del dispositivo 11.
(θ) = (ΘJ+Δ(Θ)
Δ(θ) = f (IA/IB)
Siendo IA y IB las fotocorriente generadas en los diodos iluminados. Cuando varia el ángulo de incidencia, por cada par de celdas en funcionamiento, el incremento del área iluminada en uno de los fotodiodos es exactamente igual al decremento del área iluminada en el otro fotodiodo, o lo que es lo mismo, para cualquier ángulo de incidencia la suma de las áreas iluminadas en ambos fotodiodos permanece constante. Por consiguiente, la suma de las fotocorrientes generadas es constante y proporcional a la radiación incidente. En consecuencia, se puede tener una medida del ángulo Δ(θ) que no dependa de dicha radiación calculando el cociente entre la resta y la suma de ambas fotocorrientes.
Del funcionamiento del sensor se traduce que se produce una discretización del ángulo de visión (FOV) del dispositivo, que queda dividido según sea el par de fotosensores iluminado en cada caso, y que depende directamente del ángulo de incidencia de la radicación luminiscente. Este comportamiento tiene como consecuencia una mayor sensibilidad y precisión en el cálculo del ángulo en cada rango de trabajo. Hay que reseñar que el sensor es no lineal, ya que existen características tales como la distancia entre las fotocélulas, el espesor de la capa de material opaco, el efecto de disminución de radiación neta de entrada por la ventana cuando aumenta el ángulo de inclinación y la difracción que sufre el rayo incidente en la travesía del material que constituye la tapadera, que se desprecian en el cálculo del ángulo. Para compensar todos estos efectos se puede definir una planta no rectangular en los fotodiodos para conseguir su linearización. Otra solución consiste en definir plantas rectangulares de distintos tamaños para los diferentes fotodiodos, existiendo o no simetría entre ellos según interese.
Para aplicaciones en las que el sensor va a recibir la luz con una inclinación lateral mínima, la posición relativa de la ventana respecto de los fotodiodos puede desplazarse para facilitar el cálculo del ángulo en esa aplicación concreta.
Según sea la aplicación, el tamaño de la ventana puede dimensionarse de forma que la luz incida únicamente sobre un fotodiodo, sobre dos, o sobre más fotodiodos. Las características del dispositivo planteado hacen que sea un sensor muy fiable y de bajo coste. Para aplicaciones espaciales, el material transparente que forma la tapadera se puede elegir para proteger los fotodiodos de radiaciones de alta energía. El material transparente de la cubierta puede sustituirse por un material traslúcido que permita reducir la radiación incidente y evitar la saturación de las células. También pueden emplearse filtros ópticos, de modo que se discriminen aquéllas radiaciones espectrales que no sean interesantes desde el punto de vista de la aplicación.
Cuando el ángulo de incidencia es elevado, la luz que incide lateralmente en el sensor puede penetrar por las paredes laterales de la cubierta o tapadera 4 y puede interferir con los fotodiodos. Para evitar este hecho, la lámina de material opaco 5 puede cubrir las paredes laterales de la tapadera 4.
El dispositivo puede opcionalmente integrar en la misma oblea semiconductora 3 los circuitos electrónicos para la adaptación de señal, procesamiento y comunicaciones mostrados en la figura 6.
El dispositivo puede integrar dos sensores como el descrito anteriormente para posibilitar la medida de los ángulos de incidencia respecto a los ejes x e y, según se muestra en la figura 5.
También se pueden integrar varios sensores y tapaderas de diferentes dimensiones y alturas para cubrir diferentes rangos de sensibilidad, precisiones de medida y ángulos de visión. Respecto a la fabricación del dispositivo, puede indicarse que al tratarse de técnicas estándar de fabricación de microsistemas, las dimensiones óptimas para el método de fabricación van desde pocos micrómetros hasta unos pocos milímetros. Para los fotodiodos, el proceso de fabricación utiliza un substrato u oblea semiconductora típicamente de silicio. La secuencia de fabricación contemplaría los siguientes pasos : - Crecimiento o depósito de un material apantallante sobre una oblea semiconductora.
Definición de las regiones de emisor mediante proceso fotolitográfico o equivalente.
Introducción de dopante mediante difusión o implantación iónica.
Eliminación de material apantallante.
Crecimiento o depósito de un material apantallante y aislante .
Definición de las regiones de contacto de base de los fotodiodos por fotolitografía o equivalente.
Opcionalmente, introducción de dopante del mismo tipo del substrato semiconductor.
Definición de las regiones de contacto de emisor de los fotodiodos por fotolitografía o equivalente. - Depósito selectivo o no de una capa de metal.
Opcionalmente (depósito no selectivo) , definición de los electrodos mediante fotolitografía o equivalente. Recocido del metal.
- Corte de la oblea para el aislamiento de los diferentes dispositivos.
Respecto a las cubiertas de metal, se puede partir de un substrato aislante traslúcido (por ejemplo pyrex) , consistiendo el proceso de fabricación en la siguiente secuencia: - Depósito selectivo o no de un material opaco a la luz en el substrato traslúcido.
Opcionalmente (en el caso de un depósito no selectivo) , definición de una rendija para el paso de luz mediante fotolitografía o equivalente. - Corte del substrato translúcido con la cubierta de metal.
Los diferentes pasos en la fabricación de la tapadera 4 pueden consistir en utilizar un depósito no selectivo de metal, en conjunción con la denominada técnica lift-off utilizada para su grabado.
Finalmente, para unir los fotodiodos con la cubierta metálica se puede utilizar cualquier técnica de pegado o soldado usual en los procesos de fabricación de microsistemas, como pueden ser el glue bonding o el anodic bonding.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- DISPOSITIVO DE ALTA PRECISIÓN PARA LA
DETERMINACIÓN DEL ÁNGULO DE INCIDENCIA DE UNA RADIACIÓN
LUMINISCENTE, que emplea tecnologías de construcción de dispositivos electrónicos miniaturizados con semiconductores, utilizando preferentemente como base una oblea de silicio (3) ; caracterizado porque en dicha base
(3) se integran una pluralidad de celdas fotosensoras
(Cl, C2... Cn) provistas de respectivas metalizaciones terminales (Ml, M2... Mn); cubriéndose dichas celdas con una tapadera (4) de elevado grado de transparencia y determinada altura, en la que se ha depositado una lámina de material opaco (5) dotada de al menos una ventana (6) que permite el paso de la radiación luminiscente (7), constituyéndose así el dispositivo (11, 11'); de manera que dichas celdas fotosensoras convierten la luz recibida en corrientes proporcionales a las áreas iluminadas por la radiación incidente que entra por esa o esas ventanas (6) .
2.- DISPOSITIVO DE ALTA PRECISIÓN PARA LA DETERMINACIÓN DEL ÁNGULO DE INCIDENCIA DE UNA RADIACIÓN LUMINISCENTE, según la reivindicación 1, caracterizado porque las dimensiones de esa o esas ventanas (6) son tales que la radiación incidente (7) en cada ventana (6) se proyecta parcialmente sobre dos celdas fotosensoras contiguas, de manera que cada dos celdas contiguas determinan un subsensor cuya fotocorriente generada es proporcional al área iluminada; obteniéndose el ángulo de incidencia de la luz (θ) respecto a la dirección normal al dispositivo (11, 11') como función de las fotocorrientes en las metalizaciones terminales del correspondiente subsensor y de la posición angular del subsensor iluminado respecto de la normal en el centro geométrico de la ventana (6) .
3.- DISPOSITIVO DE ALTA PRECISIÓN PARA LA DETERMINACIÓN DEL ÁNGULO DE INCIDENCIA DE UNA RADIACIÓN LUMINISCENTE, según la reivindicaciónl, caracterizado porque dichas celdas fotosensoras (Cl, C2... Cn) están determinadas por respectivos circuitos de fotodiodos construidos mediante difusión de dopajes necesarios para establecer n diodos PN, en tanto que sus metalizaciones terminales (Ml, M2... Mn) se conectan a un circuito electrónico (1) que está provisto de un convertidos A/D (9) y de un microprocesador (10) que posibilitan procesamiento digital e inclusión de curvas de calibración; conectándose dicho circuito electrónico (1) a un bus de datos (8) mediante un interfaz (2) .
4.- DISPOSITIVO DE ALTA PRECISIÓN PARA LA DETERMINACIÓN DEL ÁNGULO DE INCIDENCIA DE UNA RADIACIÓN LUMINISCENTE, según la reivindicación 1, caracterizado porque dichas celdas fotosensoras (Cl, C2... Cn) se disponen en la base u oblea (3) en agrupaciones paralelas según una dirección del dispositivo (11) o en agrupaciones paralelas según dos direcciones perpendiculares del dispositivo (II1) -
5.- DISPOSITIVO DE ALTA PRECISIÓN PARA LA DETERMINACIÓN DEL ÁNGULO DE INCIDENCIA DE UNA RADIACIÓN LUMINISCENTE, según la reivindicación 1, caracterizado porque la deposición de la lámina de material opaco (5) se realiza sobre las paredes laterales y superior de la tapadera (4) .
6.- DISPOSITIVO DE ALTA PRECISIÓN PARA LA DETERMINACIÓN DEL ÁNGULO DE INCIDENCIA DE UNA RADIACIÓN LUMINISCENTE, según la reivindicación 1, caracterizado porque cada ventana (6) presenta una disposición asimétrica respecto de las celdas fotosensoras para mejorar la respuesta del dispositivo cuando la radiación incide formando un cierto ángulo minimo.
7.- DISPOSITIVO DE ALTA PRECISIÓN PARA LA DETERMINACIÓN DEL ÁNGULO DE INCIDENCIA DE UNA RADIACIÓN LUMINISCENTE, según la reivindicación 1, caracterizado porque cada ventana (6) se dimensiona para que la luz pueda incidir sobre una, sobre dos o sobre más celdas fotosensoras .
8.- DISPOSITIVO DE ALTA PRECISIÓN PARA LA DETERMINACIÓN DEL ÁNGULO DE INCIDENCIA DE UNA RADIACIÓN LUMINISCENTE, según la reivindicación 1, caracterizado porque las celdas fotosensoras presentan diferentes tamaños y disposiciones simétricas o asimétricas respecto al centro del dispositivo.
9.- DISPOSITIVO DE ALTA PRECISIÓN PARA LA DETERMINACIÓN DEL ÁNGULO DE INCIDENCIA DE UNA RADIACIÓN LUMINISCENTE, según la reivindicación 1, caracterizado porque el- tamaño relativo de las celdas fotosensoras respecto de la correspondiente ventana (6) es tal que permite medir el ángulo de incidencia respecto al eje x, sin que se vea afectado por la luz que penetra por la ventana (6) del dispositivo (11, 11') del eje y, y viceversa.
10.- DISPOSITIVO DE ALTA PRECISIÓN PARA LA DETERMINACIÓN DEL ÁNGULO DE INCIDENCIA DE UNA RADIACIÓN LUMINISCENTE, según la reivindicación 1, caracterizado porque la tapadera (4) está realizada en material transparente o translúcido, como pyrex o cover-glass para protección contra radiaciones de partículas de alta energía .
11.- DISPOSITIVO DE ALTA PRECISIÓN PARA LA DETERMINACIÓN DEL ÁNGULO DE INCIDENCIA DE UNA RADIACIÓN LUMINISCENTE, según la reivindicación 1, caracterizado porque la tapadera (4) está realizada con un filtro óptico, seleccionado entre diferentes espectros, tales como ultravioletas u otros.
12.- DISPOSITIVO DE ALTA PRECISIÓN PARA LA DETERMINACIÓN DEL ÁNGULO DE INCIDENCIA DE UNA RADIACIÓN LUMINISCENTE, según la reivindicación 1, caracterizado porque la oblea semiconductora que constituye la base (3) y Ia capa de material transparente que constituye la tapadera (4) se unen mediante fusion-bonding, anodic-bonding, o glue-bonding .
13.- DISPOSITIVO DE ALTA PRECISIÓN PARA IA DETERMINACIÓN DEL ÁNGULO DE INCIDENCIA DE UNA RADIACIÓN LUMINISCENTE, según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho dispositivo es susceptible de integrarse con uno o más dispositivos análogos provisto de respectivas tapaderas a distintas alturas al objeto de trabajar con distintos ángulos y aumentar la precisión de la medida del ángulo de incidencia de la radiación.
14.- DISPOSITIVO DE ALTA PRECISIÓN PARA LA DETERMINACIÓN DEL ÁNGULO DE INCIDENCIA DE UNA RADIACIÓN LUMINISCENTE, según la reivindicación 1, caracterizado por estar encapsulado en un formato de circuito integrado que posee una abertura para la entrada de radiación.
15.- DISPOSITIVO DE ALTA PRECISIÓN PARA LA DETERMINACIÓN DEL ÁNGULO DE INCIDENCIA DE UNA RADIACIÓN LUMINISCENTE, según la reivindicación 3, caracterizado porque dichos circuitos de fotodiodos incluyen amplificadores integrados de conversión fotocorriente- tensión y se ubican en un encapsulado que alberga además al convertidor A/D (9) y al microprocesador (10) constituyentes del referido circuito electrónico (1) .
PCT/ES2010/000021 2009-01-23 2010-01-22 Dispositivo de alta precisión para la determinación del ángulo de incidencia de una radiación luminiscente WO2010084222A1 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ESP200900185 2009-01-23
ES200900185A ES2346624B1 (es) 2009-01-23 2009-01-23 Dispositivo de alta precision para la determinacion del angulo de incidencia de una radiacion luminiscente.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010084222A1 true WO2010084222A1 (es) 2010-07-29

Family

ID=42355572

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/ES2010/000021 WO2010084222A1 (es) 2009-01-23 2010-01-22 Dispositivo de alta precisión para la determinación del ángulo de incidencia de una radiación luminiscente

Country Status (2)

Country Link
ES (1) ES2346624B1 (es)
WO (1) WO2010084222A1 (es)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2972452A4 (en) * 2013-03-15 2017-01-25 Thales Visionix, Inc. System for light source location detection
US9588214B2 (en) 2011-07-26 2017-03-07 Thales Visionix, Inc. Sensing direction and distance
AU2014203701B2 (en) * 2013-07-10 2018-12-13 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Monitoring and measuring of multiple light sources, especially heliostats

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2947487B2 (es) 2022-02-07 2024-01-03 Solar Mems Tech S L Sistema sensor de luz para la determinación del ángulo de incidencia de una radiación luminosa

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5664611A (en) * 1979-10-31 1981-06-01 Nec Corp Device for measuring solar angle
JPS59108971A (ja) * 1982-12-14 1984-06-23 Nec Corp サンセンサ
US4794245A (en) * 1987-03-03 1988-12-27 Applied Research Corporation Position sensor
US4909856A (en) * 1988-08-22 1990-03-20 Hughes Aircraft Company Composite coverglass for solar cell
JPH09145357A (ja) * 1995-11-28 1997-06-06 Mitsubishi Electric Corp 太陽方向検出装置
US5771092A (en) * 1997-05-08 1998-06-23 Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of National Defence Wavelength agile receiver with noise neutralization and angular localization capabilities (WARNALOC)
US6274862B1 (en) * 1998-08-25 2001-08-14 Daimlerchrysler Ag Arrangement for determining the incidence angle of radiation and especially solar radiation
US20020053635A1 (en) * 2000-09-19 2002-05-09 Jena-Optronik Gmbh Arrangement for determining the angle of incidence of light
US20030197114A1 (en) * 2002-04-23 2003-10-23 Erhard Muesch Device for detecting the angle of incidence of radiation on a radiation incidence surface

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5664611A (en) * 1979-10-31 1981-06-01 Nec Corp Device for measuring solar angle
JPS59108971A (ja) * 1982-12-14 1984-06-23 Nec Corp サンセンサ
US4794245A (en) * 1987-03-03 1988-12-27 Applied Research Corporation Position sensor
US4909856A (en) * 1988-08-22 1990-03-20 Hughes Aircraft Company Composite coverglass for solar cell
JPH09145357A (ja) * 1995-11-28 1997-06-06 Mitsubishi Electric Corp 太陽方向検出装置
US5771092A (en) * 1997-05-08 1998-06-23 Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of National Defence Wavelength agile receiver with noise neutralization and angular localization capabilities (WARNALOC)
US6274862B1 (en) * 1998-08-25 2001-08-14 Daimlerchrysler Ag Arrangement for determining the incidence angle of radiation and especially solar radiation
US20020053635A1 (en) * 2000-09-19 2002-05-09 Jena-Optronik Gmbh Arrangement for determining the angle of incidence of light
US20030197114A1 (en) * 2002-04-23 2003-10-23 Erhard Muesch Device for detecting the angle of incidence of radiation on a radiation incidence surface

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9588214B2 (en) 2011-07-26 2017-03-07 Thales Visionix, Inc. Sensing direction and distance
EP2972452A4 (en) * 2013-03-15 2017-01-25 Thales Visionix, Inc. System for light source location detection
AU2014203701B2 (en) * 2013-07-10 2018-12-13 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Monitoring and measuring of multiple light sources, especially heliostats

Also Published As

Publication number Publication date
ES2346624B1 (es) 2011-10-03
ES2346624A1 (es) 2010-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9041135B2 (en) Monolithic sun sensors assemblies thereof
Salgado-Conrado A review on sun position sensors used in solar applications
ES2346624B1 (es) Dispositivo de alta precision para la determinacion del angulo de incidencia de una radiacion luminiscente.
CN101852614B (zh) 导航传感器的微型偏振光检测装置
CN109768114A (zh) 一种基于石墨烯-半导体异质结的位敏感光电探测器
JPH04395B2 (es)
CN105115599A (zh) 一种基于MEMS微结构硅的Si-PIN四象限光电探测器及其制备方法
WO2018219124A1 (zh) 光电探测器件及其制备方法、触控基板及显示面板
US10553626B2 (en) Solid-state light-receiving device for ultraviolet light
ES2337327B1 (es) Dispositivo para la medida del angulo de incidencia de una radiacion luminiscente.
US20110240862A1 (en) Solar sensor for the detection of the direction of incidence and the intensity of solar radiation
TWI552370B (zh) 紫外光用固體受光元件
Delgado et al. A new design of high precision solar microsensor for satellite aplications
RU2692934C2 (ru) Двухканальный матричный инфракрасный приемник излучения фасеточного типа
US8803059B2 (en) Sensor for determination of the incidence angle of radiation and method for measurement the incidence angle using such a sensor
ES2947487B2 (es) Sistema sensor de luz para la determinación del ángulo de incidencia de una radiación luminosa
WO2015107559A1 (en) Solar pointing system
TW200916711A (en) Solar position sensor mechanism and controller for solar tracking device and tracking and controlling method thereof
US20100230581A1 (en) Light sensor
ES2389794B2 (es) Sistema y método de seguimiento de la radiación solar.
RU181197U1 (ru) Двухканальный матричный инфракрасный приемник излучения фасеточного типа
CN101149259A (zh) 太阳方位探测器
Delgado Seseña et al. Accurate and Wide-Field-of-View MEMS-Based Sun Sensor for Industrial Applications
KR101170306B1 (ko) 1 방향 회전각 추적용 태양위치 측정 모듈
Delgado et al. Fabrication of a MEMS based high precision solar sensor for satellite applications using CMOS technology

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10733266

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10733266

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1