Diseño de un Active Píxel Sensor CMOS para medición de desplazamientos submicrométricos

NICOLÁS RIGONI; ARIEL LUTENBERG; ANDRÉS COLONNA; FERNANDO PEREZ-QUINTIÁN

UNLaM

Congreso; Congreso de Microelectrónica Aplicada; 2010

Los sistemas industriales y de laboratorio utilizan codificadores ópticos para medir rotaciones y  desplazamientos con resolución sub-micrométrica en diversas máquinas y herramientas: tornos, radares, impresoras, robots, etc. En los codificadores ópticos la medición de desplazamiento se realiza a partir de las variaciones intensidad luminosa que registra un sistema de fotodetectores a medida que se produce el desplazamiento relativo entre una regla y un cabezal móvil, compuesto por una fuente de luz y por el sistema de fotodetectores mencionado. De este modo se genera una señal periódica que indica el desplazamiento incremental entre la regla y el cabezal. El sistema de fotodetectores se diseña de modo tal que al producirse el desplazamiento se generen un par de  señales en cuadratura con las que es posible detectar la dirección del movimiento. Si estas señales son además funciones sinusoidales de la posición y presentan baja distorsión armónica y alto contraste (definido como el cociente entre la amplitud y el valor medio de la señal), entonces el sistema puede medir desplazamientos de hasta la centésima parte del periodo de la regla utilizada. En trabajos anteriores dos de los autores (Lutenberg y Perez-Quintian) propusieron un novedoso diseño de codificador óptico basado en un haz no-difractivo (NDB), y demostraron teórica y experimentalmente que las características de simetría e invariancia ante la propagación propia de los NDBs permiten obtener una señal con excelente estabilidad, buen contraste y muy baja distorsión armónica. En el presente trabajo se continúa la línea de investigación desarrollada pero se incorpora al diseño un sensor APS (Active Pixel Sensor) CMOS con el cual se pretende sintetizar una función de detectividad óptima. Se discute entonces el diseño del circuito integrado APS, su implementación en tecnología CMOS, y las mejoras de resolución, estabilidad, robustez  y miniaturización que el diseño de fotodetector propuesto introduce en el sistema.