光學傳感器系統通常包括傳感器，光源，光纖和測量裝置;當發生相變時，傳感器充當光電觸發器。用于過程控制，醫療診斷，成像和遙感應用，光學傳感器正在經歷各種產品的快速發展，包括將在本文中討論的一些值得注意的部分。

今天有許多類型的光學傳感器，包括基于激光器，成像系統和/或光纖的傳感器。光學傳感器提供諸如電磁抗擾度，電隔離，寬動態范圍，多路復用能力以及緊湊和輕便的重要特征。

光學傳感系統是測量電場和磁場以及電流的理想選擇。光纖傳感器具有固有的介電性質;它們提供傳感器頭與地電位的電流隔離，并且對電磁干擾不太敏感。幾乎所有的電場和磁場應用光纖傳感器都使用光纖連接到一些其他材料，其中光纖用于監測該材料的任何變化，并應用電場和磁場，而不是測量實際物理，光學性質的變化。光本身（如強度，偏振，相位，波長和光譜分布）。這對于電場是必要的，因為光纖的玻璃基質排除了普克爾斯效應，其產生雙折射（基本上是雙折射，當光線穿過各向異性材料時光線分解為兩條光線）在光學介質中由恒定或變化的電場。

典型應用

現在讓我們來研究一些有代表性的光學傳感器及其所服務的應用。

雖然許多光學傳感器支持諸如監視系統，生物監測，環境控制等應用，但其他光學傳感器基于小型，廉價，電池供電的電子微傳感器設備。看一下Avago的兩個這樣的光學傳感器，第一個是ADNS-7550（圖1）集成模制引線框架密度推理協議（DIP）導航傳感器。 DIP技術以極低的能源成本和恒定的運行時間提供統計上可靠和準確的局部密度估算。

該傳感器基于該公司的LaserStream技術，該技術通過光學采集順序表面圖像（幀）并在數學上確定運動的方向和幅度來測量位置的變化。 ADNS-7550在單個封裝中包含傳感器和垂直腔表面發射激光器（VCSEL）。與大多數基于氧化物的單模VCSEL相比，這類VCSEL在寬輸出功率范圍內保持單模工作，功耗顯著低于LED，并且用于光學導航應用。

該解決方案包含一個圖像采集系統（IAS），通過鏡頭和照明系統獲取微觀表面圖像。圖像由數字信號處理器（DSP）處理，數字信號處理器計算Δx和Δy相對位移值。微控制器在將數據發送到主機PC或游戲控制臺之前將數據轉換為PS2，USB或RF信號。

圖1：Avago ADNS-7550采用單個封裝，具有傳感器和VCSEL。

Avago的LaserStream技術是世界上第一個用于高性能導航的激光照明系統。當在鼠標應用中使用時，鼠標能夠比基于LED的鼠標更精確地跟蹤更光滑的表面。

功能包括寬工作電壓：4.0至5.25 V，小尺寸，集成模制引線框架板上芯片封裝，高速運動檢測高達30 ips和8 g，運動檢測引腳輸出，內部振蕩器 - 無需時鐘輸入，可選擇400-，800，1200，1600，2000-cpi分辨率。應用包括激光鼠標，光學跟蹤球和集成模制引線框輸入設備。

相比之下，Avago ADNS-2700（圖2）是一款緊湊型單芯片USB光學鼠標傳感器，專為在計算機鼠標中實現非機械跟蹤引擎而設計。該傳感器基于光學導航技術，包含圖像采集系統（IAS），數字信號處理器（DSP）和USB流輸出。在該傳感器中，IAS通過由調整透鏡提供的透鏡和照明系統獲取微觀表面圖像。這些圖像由DSP處理以確定運動的方向和距離。 DSP生成Δx和Δy相對位移值，這些值被轉換為USB運動數據。它基于光學導航技術，通過光學獲取連續的表面圖像（幀）并在數學上確定運動的方向和幅度來測量位置的變化。

傳感器采用8引腳光學封裝，設計用于ADNS-5100-001微調透鏡，ADNS LED組件夾和LED。這些部件共同提供了完整而緊湊的鼠標傳感器。沒有移動部件，不需要精確的光學對準，便于大批量組裝。

圖2：ADNS-2700單芯片USB光電鼠標傳感器。

輸出格式為USB。該器件符合HID Revision 1.11規范，并與USB Revision 2.0兼容。幀速率在傳感器內部變化，以實現跟蹤和速度性能，無需使用許多寄存器。默認分辨率指定為每英寸1，000個計數，運動速率最高為30英寸/秒。可以通過添加PC板，開關和Z形輪，塑料外殼和電纜來構建完整的鼠標。應用包括有線光學鼠標，軌跡球和集成輸入設備。

光學傳感器還用于測量環境光，并根據環境光可用性和亮度控制LED背光LCD顯示器的亮度，以實現能效和顯示可視性。其中一種設備是ROHM的BH1603FVC模擬電流輸出型環境光傳感器IC（圖3）。

圖3：ROHM BH1603FVC模擬電流輸出環境光傳感器。

BH1603FVC用于獲取環境光數據，用于調節手機的LCD和鍵盤背光，以節省電力和提高可視性。其他應用包括PDP電視，筆記本電腦，便攜式游戲機，數碼相機，數碼攝像機，PDA，LCD監視器和顯示器以及汽車導航系統。功能包括緊湊的表面貼裝封裝3.0 x 1.6 mm，光譜靈敏度非常接近人眼，輸出電流與亮度成比例，最小電源電壓為2.4 V，內置關斷功能，3級可控輸出電流增益，1.8 V邏輯輸入接口，低靈敏度變化（±15％）。

調整背光強度以補償環境光線水平的變化可以節省操作選定電子設備所需總功率的50％或更多，從而顯著改善通話時間并擴展設備的功能集。為了提供卓越的性能，必須在寬范圍的環境光條件和光源下以均勻的方式進行背光亮度控制。

距離測量傳感器在多種應用中非常重要，包括無觸點開關提供的節能。提供數字輸出的一個單元是Sharp GP2Y0Di10Z0F（圖4），它由光電二極管，紅外發光二極管和信號處理電路的集成組合而成。由構成該單元的三個部分提供的三角測量最小化了反射率，環境溫度和操作持續時間對距離檢測的影響。如果物體存在于指定的距離范圍內，傳感器的輸出電壓將保持高電平，從而使傳感器也可用于接近傳感器應用。

圖4：Sharp GP2Y0D810Z0F距離測量傳感器單元。

符合RoHS標準的傳感器的特點包括數字輸出，100 mm的短檢測距離，13.6 x 7 x 7.95 mm的薄型封裝尺寸，5 mA消耗電流，27至6.2 V的電源電壓，以及對陽光的耐受性。

光學距離測量傳感器可用于各種工業，商業和研究應用。它們通常通過使用可見光或紅外激光束將光點投射到目標上來工作，目標是要測量距離的表面。然后通過諸如三角測量和改進的飛行時間的裝置測量從光點返回光檢測元件的距離。距離測量傳感器的選擇標準包括最大范圍，靈敏度，目標反射率和鏡面反射率，精度和分辨率，環境條件和采樣率。下一步是什么？太赫茲傳感器

微納米結構等材料的最新進展，包括太赫茲（THz）輻射的新頻段，更強大的網絡功能，小型化和低功耗能力為光學傳感器開辟了廣泛的應用。

太赫茲（10 12 Hz）部分的電磁波譜位于微波和紅外線之間。通常，松散地定義為從約0.3THz（波長1mm）延伸至約10THz（波長30μm）。

THz頻域中的電磁輻射具有獨特的性質，使其特別適用于從生物醫學成像，國家安全和包裝貨物檢測到遙感和光譜學的應用。一種獨特的能力是THz波可以穿透各種非導電材料。它們可以穿過衣服，紙張，紙板，木材，磚石，塑料和陶瓷，以便可以檢查包裝物體的尺寸或化學成分，但它們不能穿透金屬并且在水中強烈減弱。

半導體光電導也可以用于在稱為“Grischkowsky天線”的布置中檢測THz脈沖;用于THz頻率范圍的偶極天線被圖案化為絕緣半導體（通常為GaAs）上的傳輸線。通過飛秒激光脈沖對天線進行門控開關。只有當激光脈沖在半導體中產生光載流子時，電流才會在THz電場的方向上流動。通過掃描窄柵極激光脈沖和THz脈沖之間的時間延遲，可以測量THz波的電場作為時間的函數。這種探測器也被稱為“光電導天線”，已用于時域光譜（TDS）。1