四象限感測器與光電位置感測器的原理 ,應用及比較

班級 : 車輛三乙 學號 :49715031 姓名 : 林鈺軒 老師 : 朱志良老師

摘要

光電科技是一門把光學和電子學結合在一起的科學，利用把光轉成電訊號或電轉成光訊號的方法，廣泛地應用在各種領域。簡單說是一種電子能階轉移所激發的光子 , 不同材質所激發的波長不同 , 就會呈現不一樣的光，如 LED 發光元件、 OLED 有機發光元件、 TFT 螢幕或背光版模組或是光感應器 SENSOR 、 CD 、雷射、數位像機、 MP4 等等都屬於光電產業至於 UV 紫外膠、導電薄膜，因為與光電業配合產品，也可以算是光電附屬產業，多數光電業也會用到 PCB 所以光電業下有些也都有 PC 版著週邊，例如友達光電 , 大立光電等。其實，光的很多特性相對於電來說是很優越的，諸如較不受雜訊干擾、傳輸穩定、傳輸距離長、速度快等，只是人類對於光的認識相對於電來說是很少的，因此光電是很有潛力的一門學問。

概述 -何謂四象限感測器與光電位置感測器

四象限光偵測器主要是透過光斑偏移的情形，進而分析出微粒子微小的偏移情形。四象限光偵測器是由四個光偵測器 1 、 2 、 3 、 4 所組合而成。當光照射在四個偵測器上，經過放大器後分別產生 V1 、 V2 、 V3 、 V4 的電壓訊號。其中光強度與電壓訊號成正比。當光斑往水平方向偏移時，四個光偵測器所偵測到的電壓訊號會產生改變。

光電位置感測器 (Tensor) 的原理為透過圓板依重力方向因旋轉而改變位置，造成雙光電晶體遮蔽紅外光，改變光的偵測強度，做出偵測裝置旋轉的動作。可應用於數位相機、行動電話、 PDA 、 GPS 、數位相框、e-pc 、 MID 、 E-BOOK 、保全、無線滑鼠、遙控器 等數位消費性產品，以及電熨斗、電暖爐、與玩具等家電產品。

四象限感測器和光電位置感測器（ PSD）

一、四象限感測器 四象限感測器可以用來確定光點在二維平面上的位置座標，

一般用於準直、定位、跟蹤等方面，它是利用積體電路光蝕刻技術，將一個圓形或方形的光敏面窗口分隔成幾個（圖 6-51）面積相等、形狀相同、位置對稱的區域（背面仍為整片），

– 1. 和差電路形式圖 6-52給出了和差電路的連接方法

按圖 6-52連接後，由運算電路輸出偏離信號和，它們是：

通常為了消除光斑自身總能量變化採用和差比幅電路，其輸出電壓為： (6.55)

– 2. 直差電路形式圖 6-53給出了直差電路的連接方式。

圖中元件的座標線和基準線間成 45°角安裝，在這種情況下，輸出偏移量為 (6.56)

二、光電位置感測器（ PSD）– 1.PSD 的工作原理和位置表達式

圖 6-54 是一個 PIN型 PSD 的斷面結構示意圖

若以 PSD 的中心點位置作為原點時，光點離中心點的距離為 xA ，如圖 6-54 所示，於是(6.57)

– 2. 一維位置感測器和等效電路

圖 6-55 是 S1544（一維 PSD）的結構示意圖

圖⒝為一維 PSD 等效電路

根據公式（ 6.57）就可寫出入射光點位於點的座標位置： (6.58)

而總電流 (6.59)

– 3. 二維 PSD 和等效電路 二維 PSD 用來測定光點在

平面上的二維（ x,y）座標，它的感光面是方形的，比一維 PSD 多一對電極，按其結構可分為兩種形式。

(1)兩面分離型 PSD 如圖 6-56 所示。

(2)表面分離型 PSD 如圖 6-57 所示

二維 PSD 的光點能量中心位置表達式不難從一維 PSD 位置表達式中得到，即 (6.60)

改進表面分離型的光敏面及電極的導線電阻如圖 6-58所示。

從等效電路可見，與表面分離型相比又多了四個電阻，此時，入射光點 A 的位置（ x,y ）表達式（推導從略）是 (6.61)

– 4.PSD 轉換電路圖 6-59 和圖 6-60 是一種一維 PSD 和二維 PSD 轉換電路原理圖

– 5.PSD的主要特性表 6-4列出了部份一維 PSD和二維 PSD元件的特性。

參考文獻

奇摩網路知識家