센서 활용 기술(2) - 광센서(Optical Sensor), 포토 센서(Photo Sensor)

광센서, 포토센서란?

빛을 매개로하여 물체가 있는지 유무를 판별하고 더 나아가 색과 농도를 판별할 수 있는 센서이다.

가시광선 혹은 적외선을 사용하며 비접촉식으로 물체의 유무를 판단할 수 있으며, 긴 검출 거리를 가지고 있다. 하지만 먼지나 유분 등 환경적인 제약에 약하며 외란 광에 주의하여야 한다.

 

발광부와 수광부, Dark ON, Light ON

발광부 : 광원을 이용하여 빛을 출력한다. 보통 발광 다이오드가 사용된다.

 

수광부 : 발광부에서 내보낸 빛을 받는 부분이다. 포토다이오드나 포토트랜지스터에 의해 전기적 신호가 발생된다.

 

Light ON : 발광부에서 보낸 빛이 수광부 전달될 때 전기적 신호가 발생되는 방식이다.

 

Dark ON : 발광부에서 보낸 빛이 수광부에 전달되지 못할 때 전기적 신호가 발생되는 방식이다.

 

직접 반사형 광 센서

감지 대상에 반사된 빛을 감지한다. 발광부와 수광부가 한 몸체에 있다는 것이 특징이다. 배선이 쉽지만 짧은 검출거리를 갖는 단점이 있다.

실제 직접 반사형 광 센서는 다음과 같이 생겼다. 

옆 부분을 보면 드라이버를 꽂아서 감도를 조정하는 부분이 있으며 배선은 총 3선을 사용한다 하나는 +선 하나는 접지 -선 하나는 출력으로 쓰이는 선이다. 배선을 하면 다음과 같이 된다.

 

위 영상의 센서 타입은 PNP타입이므로 램프를 접지에 단것을 확인할 수 있다. 또한 종이컵이 다가가면 반사된 빛이 수광부로 들어가며 램프가 ON되므로 Light ON타입이다. 한 가지 더 발견할 수 있는점은 종이컵이 센서가까이 갈때 불이 켜지며 뒤로 갈 때는 어느정도의 응차거리가 있다는 점이다.

 

광센서는 검출물체의 색에 따라서 민감도가 변하기도 한다. 다음 영상을 보며 확인해 보자.

 

보는 것과 같이 하얀 종이를 검출할 때는 긴 검출거리를 갖게 되지만, 검은 물체는 빛을 흡수하기 때문에 더 짧은 검출거리를 갖게 되는것을 볼 수가 있다.

 

그리고 어느정도 반투명한 물체의 감지도 가능하다.

 

마지막으로 감도를 조절하면 검출거리가 달라지는 것을 확인해보자.

미러 반사형

미러에 의해 반사되는 빛만을 검출한다. 표면광택이 높은 물체는 감지가 힘들지만, 직접반사형에 비해 긴 검출거리를 가지고 있다. 발광부와 수광부가 하나의 몸체에 있다.

몸체를 보자 배선이 일단 4개이다. 하나는 + 하나는 접지 - 하나는 출력.. 그러면 나머지 하나는 무엇일까? 그것은 바로 Light On, Dark On을 바꾸는 단자이다. 해당 단자를 +에 꽂느냐 -에 꽂느냐 Dark On인지 Light On인지 바뀌게 된다.

 

확실히 직접반사형보다 검출거리가 훨씬 긴것을 볼 수가 있다. 자세한 검출거리는 센서의 스펙을 검색하면 나오니 사용할 때 참고하면 좋을 것 같다. 해당 센서는 검출물체가 없다면 항상 빛이 미러에 반사되어 수광부로 들어온다. 근데 불이 들어오지 않는 것을 보니 Light On이 아니라 Dark On 인것을 확인할 수가 있다. 물론 저 검은색 테이프를 발라논 파란선을 +,- 바꿔끼면 Light On이 될 것이다.

 

투과형

발광부와 수광부가 별도이다. 투명체 감지가 곤란하며, 광축을 잘 정렬할 필요가 있지만, 렌즈 오염에 강하고 매우 긴 검출길이를 가지고 있다는 장점이 있다.

발광부는 빛만 내면 되므로 선이 오직 +, - 두가지 선밖에 없다.

발광부

하지만 아래 수광부는 +,-,출력,Dark Light ON 을 정하는 단자 4개가 있는것을 볼 수가 있다.

수광부