光束が光電コンポーネントと相互作用するさまざまな原理に基づいて設計された光学測定および制御システムは、非常に多様です。光電コンポーネント (またはシステム全体) によって生成される出力信号の性質に基づいて、これらのシステムは、アナログ光電センサーとパルス (またはスイッチング) 光電センサーの 2 つのカテゴリに大別できます。アナログ光電センサーは、測定量を連続的に変化する光電流に変換し、測定量と出力信号の間に固有の単一値の関係を確立します。-。アナログ光電センサは、対象物を測定（検出）する方式により、透過（吸収）型、拡散反射型、遮光（光線遮断）型の3種類に大別されます。 「透過型」とは、測定対象物が光路内に配置される構成を指します。一定の光源から放射された光エネルギーは、透過光が光電コンポーネントに当たる前に{6}}一部が吸収されながら物体を通過します-。 「拡散反射型」は、定光源から測定対象物に光を照射し、測定対象物の表面で光が乱反射して光電変換素子に入射するタイプです。 「遮光タイプ」とは、光源から発せられた光束が測定対象物によって部分的に遮られ、光電素子に入射する光束の量が変化するシナリオを指します。この変化の大きさは、光路内の物体の位置に直接関係します。
フォトダイオードは最も一般的なタイプの光センサーです。物理的には、フォトダイオードは標準のダイオードに似ています。照明がない場合、従来のダイオードのように動作し、「暗電流」として知られる非常に小さな逆電流を示します。光にさらされると、電荷キャリアが励起され、「光キャリア」と呼ばれる電子正孔ペアが生成されます。外部電場の影響下で、これらの光キャリアは電気伝導に関与し、暗電流よりも大幅に大きな逆電流を引き起こします。この結果生じる電流は「光電流」と呼ばれます。光電流の大きさは入射光の強度に直接比例します。その結果、光強度の変化に従って変化する電気信号が負荷抵抗の両端で得られます。
フォトトランジスタは、光信号を電気信号に変換する機能{0}}（フォトダイオードと共通の機能）-に加えて、これらの電気信号を増幅する独特の機能も備えています。フォトトランジスタの物理的外観は、標準的なトランジスタの物理的外観とほとんど変わりません。通常、フォトトランジスタには 2 つの外部リード-エミッタとコレクタ-のみがあり、ベース リードは内部で接続されていません。デバイスの筐体には、光が入るように透明な窓が付いているように設計されています。光の吸収を最大化するために、ベース領域の表面積はエミッタ領域の表面積よりも大幅に大きくされています。したがって、入射光は主にベース領域内で吸収されます。動作中、コレクタ-ベース接合には逆バイアス-がかかり、エミッタ-ベース接合には順バイアス-がかかります。光がない場合、デバイスを流れる電流は「暗電流」として知られています (Iceo=(1 + ) Icbo)。この電流は非常に小さく、-標準的なトランジスタで見られる漏れ電流よりもさらに低いです。光にさらされると、多数の電子-正孔対が生成され、ベース電流 (Ib) が増加します。これらの条件下でデバイスを流れる電流は「光電流」と呼ばれ、エミッタ電流は Ie=(1 + ) Ib で与えられます。したがって、フォトトランジスタがフォトダイオードと比較して高い感度を有することは明らかです。
動作原理
光電センサーは、光の強さの変化を電気信号の対応する変化に変換することで制御を実現します。
一般に、光電センサーは、送信機、受信機、検出回路の 3 つの主要コンポーネントで構成されます。
送信機は、目標物体に向けて光ビームを放射します。この光ビームは通常、発光ダイオード (LED)、レーザー ダイオード、赤外線発光ダイオードなどの半導体光源-によって生成されます。-。光ビームは連続的に放射されることも、パルス幅の変化によって変調されることもあります。-。受信機アセンブリは通常、フォトダイオード、フォトトランジスタ、またはフォトセルなどのコンポーネントで構成されます。レンズや絞りなどの光学素子--が受信機の前に配置され、入射光を調整します。受信機の後ろには検出回路があり、関連する信号をフィルタリングして除去し、実用化するために処理します。