什么是线性光学传感器？——值得收藏

近红外光系统可以有效实现短范围或者长范围内位置的测量。其中一个实例的位置探测器（PSD），它用于精确位置感测及照相机或摄像机的自动对焦。位置测量模块是有源的：它由发光二极管LED和光敏PSD构成，LED为目标物提供照明。

物体位置通过应用三角测量原理来确定。如下图：

从上图a我们可以看到，近红外LED通过瞄准透镜，产生一个窄角光束（约小于2°），该光束是一个0.7ms宽的脉冲，到达物体后，光束被反射回PSD，接收低强度光信号被聚焦到PSD的敏感元件表面。PSD不是一个数字装置，而是一个线性传感器，其探测分辨率可以无穷小，PSD产生输出电流IA和IB，该电流值与其表面光点到中心的距离x成比例。

接收光束的强度很大程度上取决于物体的反射特性，近红外光谱范围内的漫反射率与可见光范围内的漫反射率很接近，因此反射到PSD的光强会有很大的变化，不过，测量精度与接受光强关系不大。

PSD的工作原理是光电效应。它利用了硅光敏二极管的表面阻抗，与具有集成多元光敏二极管阵列的MOS及CCD传感器不同，PSD敏感区域是连续的，当光点达敏感表面时，可以得到一维或者二维位置信号。传感器由一块具有两层（分别是p型和N型）的高电阻硅制成，如图b所示，一维传感器的顶层有两个电极A和B，为P型电阻提供电接点。电极C是公共电极，置于底层中心。光点效应发生在上层PN结，上层两个电极之间的距离是D，它们之间的电阻是Rd,假设有光束入射到上表面，且入射点与电极A的距离是X，那么入射点与电极A之间的阻抗是RX，光束产生的光电流I0大小与光强成正比，该电流将一与电阻相对应比例流向传感器的两个输出端A和B，因此，入射点与电极之间的距离的比例也是如此，公式如下：

如果阻抗与距离是线性关系，则阻抗值可以由响应的距离代替

为了消除对光流（和光强）的依赖关系，可以采用信号处理比例测量技术，得到电流的比值如下

其中，X可以改写为以下式：

我们看下图

基于三角测量原理的PSD可用于工业光学位移传感器中，其中PSD用于测量几厘米工作距离的小位移。此类传感器非常适用于某些设备高度的生产线测量（如印制电路板检验，液位或固体料面控制，激光桶高度控制等）旋转物体的偏心距测量，厚度和精确位移测量及探测目标（如药瓶盖）是否存在等等。