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<!DOCTYPE html>

<title>Position Sensitive Device</title>

</head>

<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading"><span class="mw-page-title-main">Position Sensitive Device</span></h1>

</header>

</div>

<div id="mw-content-text" class="mw-body-content mw-content-ltr" lang="de" dir="ltr"><div class="mw-content-ltr mw-parser-output" lang="de" dir="ltr"><p>Ein <span lang="en"><b>Position Sensitive Device</b></span> bzw. <span lang="en"><b>Position Sensitive Detector</b></span> (PSD, engl., dt. „positions-/lageempfindlicher Detektor“) ist ein <b>optischer Positionssensor</b> (OPS), der die ein- oder zweidimensionale Position eines Lichtpunktes messen kann.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Prinzipien">Prinzipien</h2></div>

<p>PSDs arbeiten nach verschiedenen Prinzipien. Grundsätzlich kann man diese in zwei Klassen einteilen: Zum einen die analogen Sensoren, die eine isotrope Sensoroberfläche haben und kontinuierliche Positionsinformation liefern, zum anderen diskrete Sensoren, deren Oberfläche rasterartig strukturiert ist und die daher eine diskrete Ortsinformation liefern.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Analoge_Sensoren">Analoge Sensoren</h3></div>

<p>In der technischen Anwendung steht der Begriff <span lang="en"><i>Position Sensitive Device</i></span> (PSD) meist für an zwei oder vier gegenüberliegenden Seiten an der Deckelektrode kontaktierte großflächige <a href="Photodiode" title="Photodiode">Photodioden</a> (meist eine <a href="Pin-Diode" title="Pin-Diode">pin-Diode</a>). Hierfür ist die weitere Interpretation der Abkürzung PSD als <span lang="en"><i>position sensitive diode</i></span> gebräuchlich.

</p><p>Die Deckelektrode besitzt einen vergleichsweise hohen, einheitlichen <a href="Fl%C3%A4chenwiderstand" title="Flächenwiderstand">Flächenwiderstand</a><sup id="cite_ref-1" class="reference"><a href="#cite_note-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>. Die Diode wird punktförmig belichtet. Im Bereich der Belichtung entsteht ein Fotostrom, der je nach Lichtposition in einem bestimmten Verhältnis über die an den Rändern gegenüber liegenden Kontaktierungen a–c bzw. b–d abfließt. Aus den Strömen <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle I_{a}}">

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</mrow>

</msub>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle I_{a}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/83b5cb24870dadbb0efdf2e6d864ef853a0f1f89.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:2.125ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle I_{a}}" loading="lazy"></span>, <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle I_{b}}">

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<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle I_{b}}</annotation>

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<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle I_{c}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/7463de5fff5fee0c540ac1d8cd1aca43f4852c65.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:1.967ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle I_{c}}" loading="lazy"></span> und <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle I_{d}}">

<msub>

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<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle I_{d}}</annotation>

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</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/f2cb44b76d459d859d2e9957dafbb9b8e2313b8f.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:2.115ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle I_{d}}" loading="lazy"></span> kann der Ort der Belichtung aus folgenden Formeln berechnet werden.

</p>

<msub>

</mrow>

</msub>

<mfrac>

<mrow>

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</mrow>

</msub>

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</mrow>

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</mrow>

<mrow>

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</mrow>

</msub>

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</mrow>

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<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle x=k_{x}\cdot {\frac {I_{b}-I_{d}}{I_{b}+I_{d}}}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/6f2920de9b8734046ecedb35b70b03748f945811.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -2.338ex; width:16.243ex; height:5.676ex;" alt="{\displaystyle x=k_{x}\cdot {\frac {I_{b}-I_{d}}{I_{b}+I_{d}}}}" loading="lazy"></span></dd></dl>

<p>und

</p>

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</mrow>

</msub>

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</mrow>

</msub>

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</mrow>

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<msub>

</mrow>

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<msub>

</mrow>

</msub>

</mrow>

</mfrac>

</mrow>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle y=k_{y}\cdot {\frac {I_{a}-I_{c}}{I_{a}+I_{c}}}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/201ed6e3acbc8a829256dea8375269c2d4bc141b.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -2.338ex; width:15.962ex; height:5.676ex;" alt="{\displaystyle y=k_{y}\cdot {\frac {I_{a}-I_{c}}{I_{a}+I_{c}}}}" loading="lazy"></span></dd></dl>

<p>Dabei sind <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle k_{x}}">

<msub>

</mrow>

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</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle k_{x}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/adcbcc5a960cbbd063fb012b087a8fdef03066d5.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:2.384ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle k_{x}}" loading="lazy"></span> und <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle k_{y}}">

<msub>

</mrow>

</msub>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle k_{y}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/c03d994b4735244db4b14200c7500bc3fb98f5f2.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -1.005ex; width:2.261ex; height:2.843ex;" alt="{\displaystyle k_{y}}" loading="lazy"></span> Skalierungsfaktoren, die z. B. eine näherungsweise Transformation in metrische Koordinaten erlauben.

</p><p>Vorteil des Verfahrens ist die kontinuierliche Messung der Position mit Messraten bis über hundert Kilohertz. Die Positionsmessung ist weitgehend unabhängig von der Größe des Lichtpunktes.<sup id="cite_ref-2" class="reference"><a href="#cite_note-2"><span class="cite-bracket">[</span>2<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

Neben der Position kann auch die Intensität des Signals gemessen werden. So können beispielsweise <a href="Tr%C3%A4gerfrequenz" class="mw-redirect" title="Trägerfrequenz">Trägerfrequenzen</a> oder Informationen mit übertragen werden.

</p><p>Nachteilig ist die Abhängigkeit der Ortsmessung von der Form des Lichtpunktes sowie der nichtlineare Zusammenhang von Strömen und Ort, die durch spezielle Elektrodenformen teilweise kompensiert werden können.

</p><p>Die aktive Fläche kann 2 × 2 mm bis 45 × 45 mm betragen.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Diskrete_Sensoren">Diskrete Sensoren</h3></div>

<div class="mw-heading mw-heading4"><h4 id="Serielle_Auswertung">Serielle Auswertung</h4></div>

<p>Das am weitesten verbreitete Sensorprinzip für Anwendungen mit weniger als 1 kHz Messrate ist die <a href="CCD-Sensor" title="CCD-Sensor">CCD-</a> oder <a href="CMOS" class="mw-redirect" title="CMOS">CMOS</a>-Kamera. Der Sensor ist bei ihnen in einzelne Felder, sogenannte <a href="Pixel" title="Pixel">Pixel</a>, unterteilt, deren Belichtungswert sequentiell ausgelesen werden kann. Die Position des Lichtpunktes kann mit den Methoden der photogrammetrischen <a href="Bildmessung" class="mw-redirect" title="Bildmessung">Bildmessung</a> direkt aus der Helligkeitsverteilung berechnet werden.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading4"><h4 id="Parallele_Auswertung">Parallele Auswertung</h4></div>

<p>Für schnellere Anwendungen wurden Matrixsensoren mit paralleler Auswertung entwickelt. Dabei wird sowohl zeilenweise als auch spaltenweise die Beleuchtungsstärke jedes Pixels mit einem globalen Schwellwert verglichen. Die Vergleichsergebnisse werden zeilen- und spaltenweise mit einem <a href="Logisches_Oder" class="mw-redirect" title="Logisches Oder">logischen ODER</a> verknüpft. Aus allen Spalten und allen Zeilen die ein Element enthalten das heller ist als der vorgegebene Schwellwert (im Bild rot markiert) wird jeweils der Mittelwert der Koordinaten berechnet und ausgegeben: Das ist die gesuchte Koordinate des Lichtpunktes.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Literatur">Literatur</h2></div>

<ul><li>Anssi Mäkynen: <i>Position-Sensitive Devices and Sensor Systems for optical Tracking and Displacement Sensing Application.</i> Dissertation, Faculty of Technology, University of Oulu, 2000, ISBN 951-42-5780-4 (<a rel="nofollow" class="external text" href="http://herkules.oulu.fi/isbn9514257804/">Abstract und PDF</a>).</li>

<li>Nicola Massari, Lorenzo Gonzo, Massimo Gottardi, Andrea Simoni: <i>High Speed Digital CMOS 2D Optical Position Sensitive Detector.</i> In: <i>Proceedings of the 28th European Solid-State Circuits Conference. ESSCIRC 2002.</i> 2002, S. 723–726 (<a rel="nofollow" class="external text" href="http://www.itc.it/soi_publications/pub/43.pdf">PDF</a>).</li>

<li>J. T. Wallmark: <cite style="font-style:italic">A New Semiconductor Photocell Using Lateral Photoeffect</cite>. In: <cite style="font-style:italic">Proceedings of the IRE</cite>. <span style="white-space:nowrap">Band<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>45</span>, <span style="white-space:nowrap">Nr.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>4</span>, 1957, <span style="white-space:nowrap">S.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>474–483</span>, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<span class="uri-handle" style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1109/JRPROC.1957.278435">10.1109/JRPROC.1957.278435</a></span>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Ajournal&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Position+Sensitive+Device&rft.atitle=A+New+Semiconductor+Photocell+Using+Lateral+Photoeffect&rft.au=J.+T.+Wallmark&rft.date=1957&rft.doi=10.1109%2FJRPROC.1957.278435&rft.genre=journal&rft.issue=4&rft.jtitle=Proceedings+of+the+IRE&rft.pages=474-483&rft.volume=45" style="display:none"> </span></li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Siehe_auch">Siehe auch</h2></div>

<ul><li><a href="Photodetektor" title="Photodetektor">Photodetektor</a></li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Weblinks_/_Einzelnachweise_/_Fußnoten"><span id="Weblinks_.2F_Einzelnachweise_.2F_Fu.C3.9Fnoten"></span>Weblinks / Einzelnachweise / Fußnoten</h2></div>

<ul><li><a rel="nofollow" class="external text" href="http://www.lasercomponents.com/de/fileadmin/user_upload/home/Datasheets/lc/applikationsreport/positionsmessung.pdf">Methoden der Positionsmessung – PSD und CCD im Vergleich</a> (PDF-Datei; 152 kB)</li></ul>

<li id="cite_note-1"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-1">↑</a></span> <span class="reference-text">Anm.: Solarzellen und andere Fotodioden sollen dagegen einen möglichst niedrigen Flächenwiderstand der transparenten Deckelektrode besitzen</span>

</li>

/* start https://de.wikipedia.org/ */

.mw-parser-output .webarchiv-memento a{color:inherit}

/* end https://de.wikipedia.org/ */

</style><a rel="nofollow" class="external text" href="https://web.archive.org/web/20150912134149/https://www.hamamatsu.com/resources/pdf/ssd/s1880_s2044_kpsd1015e.pdf">Hamamatsu Photonics Datenblatt PSD Typ S1880/S2044</a> (<span class="webarchiv-memento"><a href="Webarchivierung#Begrifflichkeiten" title="Webarchivierung">Memento</a></span> vom 12. September 2015 im <i><a href="Internet_Archive" title="Internet Archive">Internet Archive</a></i>)</span>

</li>

</ol></div><div><div class="zim-footer">

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