位置敏感检测器PSD及其应用研究

　　位置敏感检测器(PositionSensitiveDe-teetor)简称pSD是为适合位置、位移、距离等精确实时测量而发展起来的一种 新型半导体光电敏感器件，它利用半导体的横向光电效应来测量入射光点的位置，1957年由wallMiark首次提出，随后 GLueovsskgW.P.Connots以及Narust等人对它做T进一步的研究，到了80年代PSD器件得到了飞速发展。PSD器件与电荷祸合器 件CCD不同，属于非离散型器件，PSD输出电流随光点位置不同而连续变化，具有体积小、灵敏度高、噪声低、分辨率高、频谱响应宽、响应速度快、价格低等 优点，目前在光学定位跟踪，位移距离及角度测量等方面获得了广泛的应用，因此十分值得我们研究。

　　二、PSD的结构和原理

　　PSD分为一维和二维两种类型，在工业自动检测系统中一般使用一维PsD。一维PSD的结构如图1所示，是一个PIN二极管结构。它由P表面层，N表面层和·I中间层构成，其中P层是一个均匀一致的阻抗层，并在二端设有输出电极。

　　PSD的工作原理是基于横向光电效应，当一束光入射到PSD的表面上时，将在PSD的表面形成一个光斑，并在光斑位置产生一个与光能量成正比的光生电荷，当PSD的公共端加上正电压(反向电压)V，时将形成光电流I₀，I_0^沿P层被分为I₁，和I2两部分输出，I₁、I₂与光斑中心位置到输出电极X₁、X₂间的阻抗成反比，由于P层是匀质的，因此，电极输出的光电流就与光斑中心位置到电极间的距离成反比。

　　如果以PSD的中心为零点假设X₀为光斑中心位置对零点的偏移，L为PSD两电极间的距离，则有:

　　可见通过(4)或(8)式，便可以由PSD的输出电流I₁,I₂计算出入射光斑的中心位置，进而检测出相关的被测量。另外从(4)或(8)式可知，位置量与入射光的强度无关。

　　图2为一维PSD的等效电路图。图中P为电流源,D为理想二极管,C为结电容，R_oh为旁路电阻,R₁为位置电阻。

　　三、PSD的应用举例

　　图3给出了PSD在光学三角法测距系统中的应用实例。

　　图3中激光器发射的激光束经发射透镜准直聚焦后照射到被测物体表面上，由物体表面散射的光线通过接收透镜会聚在位置敏感检测器PSD上，形成一 个光斑，当被测物体的距离发生变化时，其散射光斑在PSD表面上的位置也将发生改变，也就是说接收光斑的位置由传感头与被测物体的距离所决定，由前面的 (4)或(8)式可知，PsD输出的光电流与光斑的位置有关。因此PSD输出的电信号I，、几准确地反映了传感头与被测物体之间的距离信息，通过对I:、 I:的测量和处理便可得到传感头与被测物体之间的距离。