광센서의 기초

빛의 성질

• 빛은 파(wave)와 입자(particle)의 성질을 모두 가짐.
• Frequency(주파수, Hz)와 Wavelength(파장, nm)는 역수 관계이다.
  

광센서의 주 검출 대상

• 광센서는 자외선(UV), 가시광선(Visible Light), 적외선(IR)을 주로 검출한다.
• 자외선(UltraViolet Light, UV)
• 가시광선(Visible Light) : 파장이 약 390 ~ 780 [nm]인 전자파
• 적외선(Infra Red Light, IR) : 근적외선, 적외선, 원적외선
  ex) 사람의 체온 측정

빛의 흡수

• 물체가 빛을 흡수하면, 전자의 에너지 준위가 증가한다.
  빛의 파장이 전자의 에너지 준위와 일치하게 되면, 전자는 점프한다.
  

발광 현상

루미네슨스(luminescence)

루미네슨스 : 열을 수반하지 않는 발광.
ex) 발광 다이오드(LED). LED는 뜨거워지지 않는다.

열방사(thermal radiation)

열방사 : 연속 스펙트럼의 빛이 방출된다.
ex. 필라멘트. 전구는 뜨거워진다.

광센서 종류

1. ✔ 광도전 셀(Photoconductinve Cell) : 광도전 효과 이용

• 광도전 효과 : 광에너지에 의해 캐리어가 발생하고 물질의 도전성, 즉 내부 저항값이 변화하는 현상
• 광도전 셀이 가장 중요하기 때문에 중점적으로 공부한다.

2. 포토 다이오드
3. 포토 트랜지스터
4. 복합 광센서

광도전 셀(photoconductive cell) 또는 포토 셀(photo cell)

• 광도전 효과를 이용한 광센서를 광도전 셀 또는 포토셀이라고 부른다
• 광도전 셀이 왜 필요한가 ?
  ➡️ 저가, 만들기 쉬움, 사람 눈과 비슷한 Sensing 능력(밝기, 어둡기만)

Cds 셀

• Cds 셀 : 광도전 셀(=포토셀) 중의 하나로, 가시광선을 검출하는 소자이다.
• 빛의 밝기에 비례하여 내부저항(광 저항)이 저하되어 일종의 광 가변저항기와 같다.
  ➡️ 밝기가 어두워지면 저항이 커진다. 밝아지면 저항이 작아진다.
• 가시광선에 아주 민감하여 인간의 눈으로 느끼는 빛깔은 거의 감지할 수 있다.
• 감도가 높아 0.1 룩스 이하의 어두운 빛에서도 감지할 수 있다.
• Cds는 고감도인 반면, 응답시간이 늦고, 히스테리시스가 큰 결점을 갖는다.
• Cds : Cd + S = 카드뮵 + 황 ➡️ 카드뮴은 독극물.
  거의 대부분 센서를 구성하는 요소 중에 독극물이 포함되어 있다.

DarlingTon Circuit : 트랜지스터 응용회로

Darlington Circuit : 두 개의 트랜지스터를 연결하여 단일 트랜지스터보다 더 높은 증폭을 가능하게 하는 회로

Cds + 트랜지스터 응용회로

포토다이오드(Photo diode)

• Pulse monitor (finger probe)
  : 심장이 펌핑 ➡️ 손가락에 미세한 떨림 ➡️ 환자의 맥박 파악
  

• Smoke detector (화재 경보기)
  

복합 광센서

복합 광센서 : 발광소자(빛을 쏘는)와 수광(빛을 받는)소자를 조합 시킨 센서.
➡️ 빛이 들어왔다가 안들어왔다가... 를 반복
➡️ 몇 개가 지나갔는지 측정 가능
➡️ 프린터기, 공장에서 사용 가능