光電傳感器的市場領域及發展方向

                                         光電傳感器的市場領域及發展方向

   市場領域

    光電傳感器的主要應用領域：車載娛樂/導航/DVD系統背光控制，以便在所有的環境光條件下都可以顯示出理想的背光亮度；后座娛樂用顯示器背光控制；儀表組背光控制(速度計/轉速計)；自動后視鏡亮度控制(通常要求兩個傳感器，一個是前向的，一個是后向的)；自動前大燈和雨水感應控制(專用，根據需求進行變化)；后視相機控制(專用，根據需求進行變化)。在提供更舒適的顯示質量方面已經成為最有效的解決方案之一，它具有與人眼相似的特性，這對于汽車應用而言至關重要，因為這些應用要求在所有環境光條件下都能達到完全的背光效果。例如，在白天，用戶需要最大的亮度來實現最佳的可見度，但是這種亮度在對于夜間條件而言則是過亮的，因此帶有良好光譜響應 (良好的IR衰減)的光傳感器、適當的動態范圍和整體的良好輸出信號調節可以很容易地自動完成這些應用。終端用戶可以設置幾個閾值水平(如低、中、亮光)，或能夠隨意地動態地改變傳感器的背光亮度。這也適用于汽車后視鏡亮度控制，當鏡子變暗和/或變亮時需要智能的亮度管理，可以通過環境光傳感器來完成。

    對于便攜式應用，如果用戶不改變系統設置(通常是亮度控制)，那么一個顯示器總是消耗同樣多的能量。在室外等特別亮的區域，用戶傾向于提高顯示器的亮度，這就會增加系統的功耗。而當條件變化時，如進入建筑物，大多數用戶都不會去改變設置，因此系統功耗仍然保持很高。但是，通過使用一個光傳感器，系統能夠自動檢測條件變化并調節設置，以保證顯示器處于最佳的亮度，進而降低總功耗。在一般的消費類應用中，這也能夠延長電池壽命。對于移動電話、筆計本電腦、PAD和數碼相機，通過采用環境光傳感器反饋，可以自動進行亮度控制，從而延長了電池壽命。

    并不是一個新的構想。在數十年前就已經利用光電二極管和光敏電阻來實現這一構想。所謂新構想，是指對環境光感應的同時還能消減無用的紅外線和紫外線光，而且在支持汽車規格AECQ-1000嚴格要求的同時還可以實現小封裝，尤其是能夠保證在-40度至+105度(2級)溫度范圍內的操作，以滿足其余的規格要求。如何保持工作質量標準并滿足AECQ-1000的2級工作要求，這是當今在所有光設計解決方案中所面臨的挑戰。采用一個光傳感器或LED發射器或接收器時，任何的光學解決方案都會面臨著暴露在恒定高溫下(>+85度)而出現的封裝變色問題(會變暗或變成淡黃)。同樣值得一提的是，到目前為止，所有環境光傳感器的應用都限于車艙內，在發動機艙或戶外環境中還沒有出現光傳感器應用。事實上，即使出現了這樣的應用，光封裝也不是針對這樣的苛刻條件(+125或+150度的條件)而設計，因此，在當前的光學封裝技術下，它們很可能還不能夠承受這樣的條件。

    半導體相似傳感器和封裝開發的最新進展使得終端用戶在光傳感器上具有了更廣泛的選擇。小封裝、低功耗、高集成和簡單易用性是設計者更多地采用光傳感器的原因，其應用范圍涉及消費類電子、工業應用以及汽車領域。

新技術和應用

    1、用于目標跟蹤和坐標定位256光電管陣列四象限CMOS光電傳感器

將傳統的象限傳感器與當前迅速發展的CMOS圖象傳感器相結合，提出了使用有源傳感陣列感光的256單元光電管陣列四象限CMOS光電傳感器。

該傳感器的感光單元采用了CMOS圖象傳感器中使用的有源像素傳感器(Active Pixel Sensor，APS)設計，在感光單元內部由光電信號預處理電路直接將傳感產生的光電信號轉化為幅度較大的電信號輸出，避免了對微弱信號的處理，降低了噪聲的影響。傳感器應用陣列采集光信號，可以直接確定目標光源的坐標位置并實現一步到位的快速調整。傳感器使用標準CMOS工藝制造，將傳感陣列與信號處理電路集成在同一芯片上，可以實現傳感器的SOC集成和智能化(Smart Sensor)設計。廣泛應用于激光的瞄準、制導、跟蹤，搜索裝置，精密測量，如激光微定位、位移監控、精密機床的光電控制等領域。是一種用于目標跟蹤和坐標定位的新型集成陣列四象限CMOS光電傳感器。

    2、光敏象限陣列與磁敏線陣列兼容CMOS數模混合傳感器集成電路

基于硅光電傳感的象限傳感器廣泛應用于激光的跟蹤制導、位移監控、精密機床等控制等領域。基于硅的半導體磁敏傳感器廣泛應用于測量磁場強度的各種磁場計、讀出磁介質上信息的各類磁頭以及非磁信號的探測器等。

   3、應用光電二極管陣列的SPR生物傳感器微弱信號檢測

以提升表面等離子共振生物醫學傳感器的檢測能力為目標，用高性能光電二極管陣列為光電轉換器件，論證并實現一種可高效抑制噪聲的檢測方法，利用光電二極管陣列器件可輸出參考噪聲信號的特性，通過相干消噪結合小波軟閾值消噪，使SPR傳感器輸出信噪比從40dB左右提高到52dB以上。用SPR傳感器檢測人體免疫球蛋白(IgG)分子特異性結合的實驗表明，該方法顯著提高了SPR傳感器的分辨率，使之可精確檢測樣液中IgG含量10~(-3)mg/mL量級的微弱變化，精度和分辨率提升一個數量級以上。

    4、光電檢測傳感器陣列在運動物體檢測中的應用

一個基于覆蓋理論和卡爾曼濾波算法的光電檢測傳感器陣列，該陣列具有采集和處理陣列覆蓋區域中所感知對象信息的功能，即檢測和描述感知對象的存在、運動及其運動軌跡等情況。

國內外光電傳感器的研究現狀

    由于光電傳感器的應用涉及的領域非常廣泛，其研究和開發在世界上引起了高度重視，各國更是競相研究開發并引起激烈的競爭。從最初的應用于軍事逐漸發展到民事，而且與我們的生活息息相關，應該說現代化的生活離不開光電傳感器的參與，如傳真機、復印機、掃描儀、打印機、車庫開門器、液晶顯示器、色度計、分光計、汽車和醫療診斷儀器等等不勝枚舉。

    美國是研究光電傳感器起步最早、水平最高的國家之一，在軍事和民用領域的應用發展得十分迅速。在軍事應用方面，研究和開發主要包括：水下探測、航空監測、核輻射檢測等。美國也是最早將光電傳感器用于民用領域的國家。如運用光電傳感器監測電力系統的電流、溫度等重要參數，檢測肉類和食品的細菌和病毒等。美國擁有世界最健全的光電傳感器產品線，超過12000種產品包括自含式或放大器分離型，限位開關外型或小型傳感器，精密檢測或長距離檢測傳感器，檢測距離長達305m。并且擁有行業內最齊全的標準光纖和定制光纖產品。大部分產品防護等級達到NEMA6P和IP67。日本和西歐各國也高度重視并投入大量經費開展光電傳感器的研究與開發。20世紀90年代，研究開發出多種具有一流水平的民用光電傳感器，日本的電器以價格適中質量好而響譽全球。西歐各國的大型企業和也積極參與了光電傳感器的研發和市場競爭。我國對光電傳感器研究的起步時間與國際相差不遠。已有上百個單位在這一領域開展工作，主要是在光電溫度傳感器、壓力計、流量計、液位計、電流計等領域進行了大量的研究，取得了上百項科研成果，有的達到世界先進水平。

    但與發達國家相比，我國的研究水平還有不小的差距，主要表現在商品化和產業化方面，大多數品種仍處于實驗研制階段，還無法投入批量生產和工程化應用。 

發展方向

生產的發展方向

（1）使光電傳感器從理論研究向生產一條龍的產業化模式快速發展，走自主創新和國際合作相結合的跨越式發展道路，使我國成為世界傳感器的生產大國；

（2）光電傳感器產品結構全面、協調、持續發展。產品品種要向高技術、高附加值傾斜，尤其要填補“空白”品種；

（3）生產格局向專業化發展。即生產傳感器門類少而精，且專門生產某一應用領域需要的某一類傳感器系列產品，以獲得較高的市場占有率，各傳感器企業的專業化合作生產；

（4）光電傳感器大生產技術向自動化發展。光電傳感器的門類、品種繁多，所用的敏感材料各異，決定了傳感器制造技術的多樣性和復雜性。縱觀當前光電傳感器工藝線的概況，多數工藝已實現單機自動化，但距離生產過程全自動化尚存在諸多困難，有待今后廣泛采用CAD、CAM及先進的自動化裝備和工業機器人予以突破；

（5）企業的重點技術改造應加強從依賴引進技術向引進技術的消化吸收與自主創新的方向轉移；

（6）企業經營要加快從國內市場為主向國內與國外兩個市場相結合的國際化方向跨越發展；

（7）企業結構將向“大、中、小并舉”、“集團化、專業化生產共存”的格局發展。 

研究的發展方向

光電傳感及其相關技術的迅速發展，滿足了各類控制裝置及系統的更高要求，使得各領域的自動化程度越來越高，同時光電傳感器的重要性不斷提高。目前，光電傳感器研究的主要方向是：（1）多用途。即一種光電傳感器不僅能針對一種物理量，而且能夠對多種物理量進行同時測量；（2）新型傳感材料、傳感技術等的開發；（3）在惡劣條件下（高溫、高壓等）低成本傳感器（連接、安裝等）的開發和應用；（4）光電傳感器與其它微技術結合的微光學技術的發展。 

前景預測

    傳感器市場報告顯示，2008年全球傳感器市場容量為506億美元，預計2010年全球傳感器市場可達600億美元以上。調查顯示，東歐、亞太區和加拿大成為傳感器市場增長最快的地區，而美國、德國、日本依舊是傳感器市場分布最大的地區。就世界范圍而言，傳感器市場上增長最快的依舊是汽車市場，占第二位的是過程控制市場，看好通訊市場前景。

    一些傳感器市場比如壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、水平傳感器已表現出成熟市場的特征。流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器的市場規模最大，分別占到整個傳感器市場的21%、19%和14%。傳感器市場的主要增長來自于無線傳感器、MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems，微機電系統)傳感器、生物傳感器等新興傳感器。其中，無線傳感器在2007-2010年復合年增長率預計會超過25%。

    全球的傳感器市場在不斷變化的創新之中呈現出快速增長的趨勢。有關專家指出，傳感器領域的主要技術將在現有基礎上予以延伸和提高，各國將競相加速新一代傳感器的開發和產業化，競爭也將日益激烈。新技術的發展將重新定義未來的傳感器市場，比如無線傳感器、光纖傳感器、智能傳感器和金屬氧化傳感器等新型傳感器的出現與市場份額的擴大。

   光電傳感器的智能化發展

    智能光電傳感器是當今國際科技界研究的熱點、尚無統一的、確切的定義。目前國內外學者普遍認為，智能光電傳感器是由傳統的光電傳感器和微處理器( 或微計算機) 相結合而構成的，它充分利用計算機的計算和存儲能力，對傳感器的數據進行處理，并能對它的內部行為進行調節，使采集的數據最佳。

智能光電傳感器的功能有: 自補償能力，自校準功能，自診斷功能，數值處理功能，雙向通信功能，信息存儲和記憶功能，數字量輸出功能。隨著科學技術的發展，智能傳感器的功能將逐步增強，它將利用人工神經網、人工智能、信息處理技術(如傳感器信息融合技術、模糊理論等)，使傳感器具有更高級的智能具有分析、判斷、自適應、自學習的功能、可以完成圖像識別、特征檢測、多維檢測等復雜任務。