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Monthly Magazine of Automatic Control Instrumentation

연재 센서 기초 강좌(5)<광센서>

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작성자 댓글 0건 조회 168회 작성일 20-04-07 00:00

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서론

넓은 의미에서의 광센서는 단파장인 감마선에서 장파장인 전파까지 검출하는 센서다(그림 1 참조). 일반적으로는 사람이 볼 수 있는 범위인 가시광 또는 그 전후의 파장인 자외선, 적외선까지를 가리키는 경우가 많다. 여기에서는 가시광과 적외선의 검출에 관해 설명하도록 한다.

가시광 센서

가시광 센서는 사람의 눈으로 볼 수 있는 λ=0.38∼0.78nm의 파장 영역을 검출하는 센서이며, 밝기를 측정하기 위한 간단한 단소자 센서에서 2차원 고해상도 이미지 센서까지 폭이 넓다.
(1) 수광 소자
단소자는 아래와 같은 것이 있다.
1) 광도전 셀
원리적으로는 광도전 효과를 이용하고 있으며, CdS(유화 카드뮴) 결정 셀이나 CdTe 셀이 있다. 이 디바이스는 세라믹스 또는 유리기판 위에 광도전성・결정성 개선을 위한 불순물을 넣은 CdS를 도포하여 소결하고 그 위에 금속 전극을 형성한 것이다. CdS 광도전 셀은 분광 감도 특성이 사람 눈의 시감도에 가깝고, 구조가 간단하면서 감도는 높고 가격은 저렴하다는 점 때문에 조도계나 카메라의 노출계 등에 사용된다.
2) 포토 다이오드
광기전력 효과를 이용한 수광 소자로서 포토 다이오드나 포토 트랜지스터가 있으며, 일반적인 반도체 프로세스에서 제조할 수 있기 때문에 폭넓은 실용화가 가능하다.
포토 다이오드의 분광감도 특성은 900~1,000nm에서 peak를 가지며, 단파장이 될수록 저하된다. 또한, 응답 속도를 높일 필요가 있는 경우에는 pn 접합 사이에 소모화된 i층(intrinsic층)을 삽입한 pin 포트 다이오드가 이용된다. 고감도가 요구되는 용도에서는 역바이어스 전압을 크게 주어 전자사태 과정에 의한 증부작용을 가지도록 한 전자사태 다이오드가 이용된다.
3) 포토 트랜지스터
이미터 접지의 포토 트랜지스터에서는 광 조사에서 발생한 광전류가 베이스 전류가 되며, 이것이 전류 증폭률 hFE배로 전류 증폭되어 콜렉터 전류로서 출력된다. hFE의 값은 수백 정도이며 포트 다이오드와 비교하여 높은 감도를 얻을 수 있다. 단, hFE의 값의 편차도 크기 때문에 광파워의 절대값을 검출하는 센서보다도 포트 커플러 등의 스위칭용으로 이용된다.



石垣 武夫 / (일사)차세대센서협의회 본 기사는 2020년 3월호에 게재되었습니다. J1.jpg

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