Die Entwicklung eines hochpräzisen optischen Sensors zur Erfassung des Winkels einfallender Lichtstrahlen in Standard-CMOS-Technologie

Dieses Werk beschäftigt sich mit einem Sensor zur hochpräzisen und wertekontinuierlichen Winkeldetektion von einfallenden Lichtstrahlen. Die Kernstruktur dieses Sensors besteht aus zwei Photodioden, die durch eine Metalllage des Integrationsprozesses beschattet werden. Mit Hilfe dieser speziellen Technik ist es möglich, den Einfallswinkel von Licht mit einer Auflösung von weniger als 0.01° zu detektieren. Für die beiden Photodioden wurde eine spezielle Form des in der integrierten Schaltungstechnik bekannten Common-Centroid-Layouts gewählt. Dieses als „Quad-Struktur“ bezeichnete Layout erlaubt dem Sensor den robusten Einsatz bei Störeinflüssen wie z.B. bei einem Gradienten in der Helligkeit des einfallenden Lichts, der verstärkt bei Leuchtdioden auftritt. Durch eine geschickte elektronische Auswertung ist es außerdem gelungen, den Einfluss von Umgebungslicht auf die Messung nahezu vollständig zu kompensieren. Der Aufbau in einer Standard-CMOS-Technologie und der Verzicht auf optische Hilfsmittel gewährleisten eine preisgünstige Herstellung des Sensors. Die geringen Produktionskosten, die Fähigkeit der Umgebungslichtkompensation und die sehr hohe Auflösung machen den Sensor daher zu einem vielseitig einsetzbaren optischen Messinstrument.