光学传感器在电子应用中的作用

电子

光学传感器是一种电子元件，用于探测入射光线并将其转换成电信号。根据传感器的类型，这些组件对于测量入射光的强度以及将其转换成一个集成测量设备可读的形式非常有用。
本文概述了光学传感器的工作原理、光学传感器的类型、选择光学传感器的注意事项以及关键应用。

光学传感器的例子。

光学传感器的应用
光学传感器是广泛应用于工业、消费、医疗和汽车领域的电子器件和设备中的元器件。
医疗及保健
随着全球大流行对非接触式传感器的前所未有的需求，光学传感器已被长期用于卫生保健机构的消毒液分配器中，以确保健康和安全。
其他医疗应用包括用于呼吸分析和心率监测的生物医学设备。呼吸分析可以通过使用可调谐二极管激光器来实现，而通过皮肤反射到传感器的光线可以精确地监测人的心率，这一过程被称为光子储存法。便携式可穿戴传感器利用光学传感器自动和手动跟踪用户的健康状况和生命体征。
工商界
在工业和商业应用中，光学传感器也被用于工业4.0应用中的距离和温度传感及自动化。例如，光学传感器可以通过集成一个红外发光二极管、光晶体管和一个透明的棱镜头，在过程工程设备中检测液体水平，例如油罐区和碳氢化合物精炼厂的石油水平。
光学传感器还可以通过检测工厂地板上部件的存在来实现自动控制。
消费类电子产品
光学传感器还用于智能手机等消费电子产品的环境光感应，具有延长电池寿命和优化屏幕亮度以匹配环境照明量等优点。
下面的示意图(图1)集成了一个微控制器和一个自动发光控制 LED 驱动芯片，以实现输出电流与环境光量成正比，并模仿人眼的光谱敏感度。

图1环境光传感器 IC 原理图图片

照片干扰器和反射式光敏感器用于工业和零售应用的打印机和3d 扫描仪的光学传感。光学传感器还用于商业和住宅楼宇的监视设备，以侦测入侵者。
光学传感器的类型
最常见的光学传感器包括:

传输型光干扰器通过截取光线来检测物体的存在，广泛应用于位置感知和旋转速度测量等领域

反射式光电传感器通过测量物体对光的反射来探测物体的运动

光电导器件通过吸收入射光线而成为导电器件

光电二极管将入射光转换成电流

当基极-集电极结暴露在光下时，光电晶体管的效果与光电二极管相似

光学传感器的操作
光学传感技术需要单色、紧凑、可靠的光源才能有效地工作。适用于光学传感器照明的常见光源包括发光二极管和激光。
发光二极管(led)产生光时，电子与空穴结合的 n 和 p 掺杂半导体的交界处，以帮助释放光子。另一方面，激光是由某些材料(如玻璃或晶体)的原子中的电子激发而产生的。

图2. 光学接近传感器方框图.

然而，不同类型的光学传感器的工作方式略有不同。
基于输出级的光电晶体管在光断续器中能够驱动的最大电流取决于它接收到的光的数量。当光线照射到光电晶体管上时(也就是说，在间隙中没有物体) ，光电干扰器就会显示低输出。

图3. 光电阻断器结构图片

相反，光中断显示高输出与存在的对象。工程师可以通过将输出连接到微控制器或光控逻辑设备来利用光中断器的能力。
设计考虑
响应时间、成本、尺寸和灵敏度是工程师们在设计中考虑的重要因素。
响应时间是指光学传感器响应入射光所需的时间，在一些应用中是关键的。更快的响应时间通常导致更高的光学传感效率。许多光学传感器(图4)将响应时间测量电路纳入其设计，以考虑其延迟、上升和下降时间的能力。

图4. RPI-246(左)和 RPI-44C1E 的产品图像(右)。

同样，成本是设计光学传感器的一个基本要求。影响光学传感器整体设计成本的因素很多，包括硬件/软件的采购、测试和研发。
传感器也有不同的尺寸，这取决于它们的类型和特定的应用。例如，典型的光断续器封装尺寸范围从3.6 x 3.3 mm 到8 x 4.2 mm。由于快速的小型化，设计师们通常会选择更小的光学传感器，在高性能和低成本之间取得平衡。
此外，设计者更喜欢对更广泛的光谱(包括可见光和红外光)敏感的传感器。高灵敏度高达 ± 40可以实现高达四倍的快速接近和周围光感测测量。
光学传感器的好处
光学传感器在各种应用中提供了若干好处，包括:

轻量级软件包

电磁干扰免疫力

可靠性

宽动态范围

高灵敏度

此外，它们非常适合监测多种化学和物理现象，并且具有化学惰性，这在危险和可燃环境中是至关重要的。
此外，鉴于大流行，对非接触式传感的需求空前高涨。光学传感器可用于设计创新的解决方案，在工业和商业环境，以促进安全和健康的遵守。
电子应用中光学传感的 ROHM 解决方案
ROHM 是高性能光学传感器解决方案的提供商。ROHM 传感器提供了高度的灵敏度，这在广泛的应用中是至关重要的，例如，自动化，运动传感，测量，安全，监视等等。
光学传感解决方案包括邻近和环境光传感器、光阻断器、红外发光二极管、光传感器、光电二极管、光电晶体、环境光传感器 ic 和四向探测器。ROHM 的光学传感器提供了一个宽的工作温度范围(- 25至 + 85摄氏度) ，并在最佳节省空间的小型封装。
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