1 光学测量基础
1.1光电效应
光电效应是指光照射在某些物质上时，物质的电子吸收光子的能量而发生了相应的电效应现象。根据光电效应现象的不同将光电效应分为三类：外光电效应、内光电效应及光生伏特效应。
（1 ）在光线作用下能使电子溢出物体表面的现象称为外光电效应，如光电管、光电倍增管等；
（2 ）在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象称为内光电效应，如光敏电阻、光敏晶体管等；
（3 ）在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应，如光电池等。
1.2光学物理参数
描述光源的参数有光通量、照度、光强、亮度、色温、显色性等。光源显色性和色温是光源的两个重要的颜色指标。色温是衡量光源色的指标，而显色性是衡量光源视觉质量的指标。假若光源色处于人们所习惯的色温范围内，则显色性应是光源质量的更为重要的指标，这是因为显色性直接影响着人们所观察到的物体的颜色。各参数的定义如下：
光通量：光源每秒钟发出的可见光量之和，简单说就是发光量。单位：流明（lm）。
照度：单位面积内入射的光通量，也就是光通量除以面积所得到的值。单位：勒克司（lx）。照度分为水平照度和垂直照度。水平照度为光通量入射水平表面的照度，垂直照度为光通量入射到垂直面的照度。1勒克斯（lx）相当于每平方米被照面上光通量为1流明（lm）时的照度。夏季阳光强烈的中午地面照度约50001x，冬天晴天时地面照度约20001x，晴朗的月夜地面照度约0.2lx。
光强：发光体在特定方向单位立体角内所发射的光通量。单位：坎德拉（cd）。
亮度：说明发光体在特定方向单位立体角单位面积内的光通量。单位：坎德拉/平方米（cd/m²），也称“尼特”（nit）。
色温：以绝对温度K来表示，即将一标准黑体加热，温度升高到一定程度时颜色开始按照深红一浅红一橙黄一白一蓝的顺序逐渐改变，某光源与黑体的颜色相同时，将黑体当时的绝对温度称为该光源的色温。
显色性：光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性，也就是颜色逼真的程度。光源的显色性是由显色指数来表明的，它表示物体在该光源下颜色比基准光（太阳光）照明时颜色的偏离程度，能较全面反映光源的颜色特性。显色性高的光源对颜色表现较好，我们所见到的颜色也就接近自然色；显色性低的光源对颜色表现较差，我们所见到的颜色偏差也较大。国际照明委员会把太阳的显色指数定为100，各类光源的显色指数各不相同，如：高压钠灯显色指数是23，荧光灯管显色指数为60~90。用光源显色性指数区分：100~75，显色良好；75~50，显色一般；50以下，显色性差。
2 光传感器
2.1光线传感器是什么？
光线传感器是一种可以检测光线强度的电子传感器，它可以检测到周围环境的光照强度。它是一种常用的传感器，用于检测环境的光线，可以用来控制电子设备的开关，例如自动灯光、安全系统、自动窗帘等。
2.2光线传感器的原理
当光线照射在光电二极管上时，会产生一定的电流，而这个电流的大小取决于照射的光线强度。放大器对光电二极管产生的电流进行放大，从而可以得到一个可控制的电压输出。这个输出电压可以用来控制各种电子设备，从而实现自动控制光照强度。
2.3光线传感器的分类
光线传感器的种类有很多，它们的结构形式也不尽相同。一般来说，它们可以分为照度传感器、热量传感器、紫外线传感器和可见光传感器等。
1、红外线光照传感器：这种光照传感器可以检测到红外线的强度，它可以用来检测夜间的光照情况，也可以用来监测物体的温度。
2、可见光传感器：这种光照传感器可以检测到可见光的强度，它可以用来监测环境中的光照强度，从而可以控制灯光的开关。
3、紫外线光照传感器：这种光照传感器可以检测到紫外线的强度，它可以用来监测紫外线的强度，从而可以控制紫外线灯的开关。
4、太阳能光照传感器：这种光照传感器可以检测到太阳光的强度，它可以用来监测太阳光的强度，从而可以控制太阳能发电系统的开关。
2.4光线传感器的组成
光线传感器由光电探测器、放大器、比较电路、滤波电路和输出电路等组成。
1、光电探测器：由光电二极管、发光二极管、晶体管等构成，用于探测周围环境的光照强度，转换成电信号输出。
2、放大器：由放大器级联成多级，用于对光电信号进行放大，使其输出电压增大，以便提高信号的灵敏度。
3、比较电路：由比较器、阈值电压调节电路、滤波电路等构成，用于比较输入电压和设定的阈值电压，输出高低电平信号。
4、滤波电路：由滤波电路组成，用于过滤掉无关的高频信号，以便提高信号的稳定性。
5、输出电路：由反馈电路、振荡电路、脉冲电路等构成，用于根据比较电路的输出信号，输出高低电平信号，以控制外部设备的工作状态。
2.5光线传感器的特性与参数
光电传感器的基本特性包括输出电流与接收器两端电压之间的关系曲线、输出电流与发射器输入电流之间的关系曲线、输出电流随温度变化的关系曲线、脉冲响应特性曲线等。
2.6光线传感器的选型
选择光传感器时，最重要的一点是理解哪项规格参数是最为关键的。一般来说，在选择一个光传感器时，需要着重考虑的因素包括光谱响应/IR抑制、最大勒克斯数、光敏度、集成的信号调节功能、功耗以及封装大小等6个重要规格。这6个规格的具体描述如下：
1、光谱响应/IR抑制：环境光传感器应该仅对400nm至700nm光谱的范围有感应。
2、最大勒克斯数：大多数应用为1万勒克斯。
3、光敏度：根据光传感器的镜片类别，光线通过镜片后，光衰减可以在25%-50%之间。低光敏度非常关键（<5勒克斯），必须选择可以在这个范围内工作的光传感器。
4、集成的信号调节功能（即放大器和ADC）：一些传感器可能提供非常小的封装，但是却需要一个外部放大器或无源元件来获取所需的输出信号。具有更高集成度的光传感器省去了外部元件（ADC、放大器、电阻器、电容器等），具有更多的优势。
5、功耗：对于要承受高勒克斯（>1万勒克斯）的光传感器来说，最好采用非线性模拟输出或数字输出。
6、封装大小：对于大多数应用来说，封装都是越小越好。现在可提供的较小封装尺寸约为2.0mm*2.1mm。
2.7光线传感器的应用设计
2.7.1电路设计
光电三极管/晶体管
光电二极管：
光敏电阻：
最简单的：
稍微复杂一点的：
2.7.2光路设计
看小马的PPT写的是用TracePro进行光路仿真，进而指导机械结构设计？
参考文献：
略