光电传感器的发展趋势

光电传感器的发展趋势

北崎电气有限公司2005-10-28

随着微处理器和数字信号处理器的发展，非常尖端的设备已经成为我们日常生活的一部分。这些到处存在的设备完全是数字的，而我们生活

的世界却是模拟的。即使数字系统日益变得更加智能化和更加尖端，它们仍然必须接收来自模拟现实世界的信息才能发挥作用。

传感器是这些现实世界与不断成长的数字世界之间所有不同信号的桥梁。光传感器或光电传感器正是这样的一种桥梁，它们构成了不断增长

的传感器市场。在过去的大约十年间，很多人的兴趣都集中在光纤高速通信方面，必然地，也就对那些快速运动光脉冲的传感兴趣最浓厚。高

速光传感器的性能因而取得了非常显著的进步。但是光传感技术的用武之地还包括另一个世界，这是一个不需要处理千兆赫兹光脉冲的世界，

虽然它要求的处理速度更低，但它具有同样的重要性，甚至更普遍和深入地渗透到我们的生活中。这个由光传感技术实现的世界涉及的范围包

括：传真机、复印机、扫描仪、打印机、车库开门器、液晶显示器、色度计、分光计、汽车和医疗诊断仪器等不胜枚举。

光电传感器是这样一种器件，它能产生与投射在器件有效面积上的光数量成比例的电信号。符合这个定义的器件有很多，但没有一种比半导

体光电二极管更普遍的。光电二极管是基于在半导体发展过程中的一个早期发现：当光照射在p-n结上时就产生了电子和空穴。在过去的这些年中，这种两个引脚的器件已经成为光传感的主流器件。

不过，今天的市场需要的不仅仅是一个光-电传感器。它正寻求在这个广泛应用的半导体器件周围集成更多的功能。市场正在渴求更完整的光传感解决方案，这不仅是因为可以拥有集成的解决方案，还因为它能够提供更高的性能和更低的系统成本。

例如，我们来考察一下蜂窝电话市场。供应商们正在寻找相对竞争产品体现出个性化的途径。一个方法是为蜂窝电话提供增值功能。目前，我们不仅可以用蜂窝电话接收语音和数据消息，还可以获取股票报价和收发电子邮件。在近期，我们将开始看到诸如条形码扫描、光学字符识别(OCR)、数字照相机甚至身体健康监测能力等功能会成为蜂窝电话的一些标准功能。高度集成的光电传感器正在使所有这些可能变成现实。

OCR和用以获取名片信息的条形码扫描功能将使用一个CMOS线性像素阵列来完成，这种CMOS器件带有集成的模数转换器和配置成接触式成像器的预处理电路。一个CMOS单芯片数码照相机将可以用来捕获数字图像，而且在3G等高速蜂窝网络的条件下，这些图像可以被传送给世界各地的家人和朋友。脉搏和血氧水平的监视可以使用一个光电脉搏血氧计来实现。

当蜂窝电话发展成为一个真正的移动多媒体平台时，大量需求将出现，以显示不断增长的高质量数据内容。彩色LCD显示屏将成为标准配件，而为了监视环境照明条件以便在变化的照明条件下提供尽可能最佳的图像，将需要光传感器。这种类型的器件不仅将有助于提供令人赏心悦目的显示效果，而且通过控制变化环境条件下的显示背光，它还将有助于管理电池寿命。

色彩检测应用则包括：

1、消除牙科医生在为你的牙齿匹配新齿冠时的主观臆断。

2、鉴别你卧室墙上漆料的准确颜色，以便当地的涂料店为你提供相应的产品。

3、测定你的皮肤色调以便与你喜欢的化妆品匹配。

4、读取工业过程控制中的色彩代码。

5、监视和控制使用红、蓝、绿LED生成白光。

6、通过检查皮肤色调的变化从而在早期检测出某些疾病。

所有这些应用目前都可以由在同一个封装或在同一个硅片中集成了检测器和彩色滤光器的高性价比传感器来实现。光电传感器现在对汽车的安全性和舒适性起着重要的作用。以下是一些例子：检测阳光光照强度以控制空调、监测一氧化碳的含量或者检测安全气囊的空间占有率以便安装气囊。

我们观察到正在形成的两个明显趋势：光电传感器将从小角色继续发展成为主流的实现技术；随着对更高集成度的需求继续增长，市场将需要光电传感器系统级芯片。

来源：试验机论坛

光电传感器工作原理2008-05-31 22:27

分类：电子电路

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光电传感器工作原理

光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器在一般情况下，有三部

分构成

它们分为：发送器、接收器和检测电路。发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。三角反射板是结构牢固的发射装置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。分类和工作方式⑴槽型光电传感器把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。⑵对射型光电传感器若把发光

器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米。使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。⑶反光板型光电开关把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式(或反射镜反射式)光电开关。正常情况下，发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到；一旦光路被检测物挡住，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但前方没有反光板。正常情况下发光器发出的光收光器是找不到的。

当检测物通过时挡住了光，并把光部分反射回来，收光器就收到光信号，输出一个开关信号。

关键词：光电开关光电传感器光电式接近开关光电式传感器红外线光电开关红外线开关红外线光电传感器对射式光电开关对射式光电传感器反射式光电开关反射式光电传感器漫反射光电开关漫反射

光电传感器

光电式传感器

光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器.它首先把被测量的变化转换成光信号的变化,然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号.光电传感器一般由光源,光学通路和光电元件三部分组成.光电检测方法具有精度高,反应快,非接触等优点,而且可测参数多,传感器的结构简单,形式灵活多样,因此,光电

式传感器在检测和控制中应用非常广泛.

由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的,按光电元件(光学测控系统)输出量性质可分二类,即模拟式光电传感器和脉冲(开关)式光电传感器.模拟式光电传感器是将被测量转换成连续变化的光电流,它与被测量间呈单值关系.模拟式光电传感器按被测量(检测目标物体)方法可分为透射(吸收)式,漫反射式,遮光式(光束阻档)三大类.所谓透射式是指被测物体放在光路中,恒光源发出的光能量穿过被测物,部份被吸收后,透射光投射到光电元件上;所谓漫反射式是指恒光源发出的光投射到被测物上,再从被测物体表面反射后投射到光电元件上;所谓遮光式是指当光源发出的光通量经被测物光遮其中一部份,使投射刭光电元件上的光通量改变,改变的程度与被测物体在光路位置有关.

7.1 概述

光电传感器是一种小型电子设备,它可以检测出其接收到的光强的变化.早期的用来检测物体有无的光电传感器是一种小的金属圆柱形设备,发射器带一个校准镜头,将光聚焦射向接收器,接收器出电缆将这套装置接到一个真空管放大器上.在金属圆筒内有一个小的白炽灯作为光源.这些小而坚固的白炽灯传感器就是今天

光电传感器的雏形.

LED(发光二极管)最早出现在19世纪60年代,现在我们可以经常在电气和电子设备上看到这些二极管作为指示灯来用.LED就是一种半导体元件,其电气性能与普通二极管相同,不同之处在于当给LED通电流时,它会发光.由于LED是固态的,所以它能延长传感器的使用寿命.因而使用LED的光电传感器能被做得更小,且比白炽灯传感器更可靠.不像白炽灯那样,LED抗震动抗冲击,并且没有灯丝.另外,LED所发出的光能只相当于同尺寸白炽灯所产生光能的一部分.(激光二极管除外,它与普通LED的原理相同,但能产生几倍的光能,并能达到更远的检测距离).LED能发射人眼看不到的红外光,也能发射可见的绿光,黄光,红光,蓝光,蓝绿光或白

光.

1970年,人们发现LED还有一个比寿命长更好的优点,就是它能够以非常快的速度来开关,开关速度可达到KHz.将接收器的放大器调制到发射器的调制频率,那么它就只能对以此频率振动的光信号进行放大.

我们可以将光波的调制比喻成无线电波的传送和接收.将收音机调到某台,就可以忽略其他的无线电波信号.

经过调制的LED发射器就类似于无线电波发射器,其接收器就相当于收音机.

人们常常有一个误解:认为由于红外光LED发出的红外光是看不到的,那么红外光的能量肯定会很强.经过调制的光电传感器的能量的大小与LED光波的波长无太大关系.一个LED发出的光能很少,经过调制才将其变得能量很高.一个未经调制的传感器只有通过使用长焦距镜头的机械屏蔽手段,使接收器只能接收到发射器