Deși nu se vede în  istorie lungă din tehnologia auto, tehnologia senzorilor optici este acum o parte care nu poate fi evitată și care este o parte integrantă dintr-un vehicul modern. Crearea imaginilor, în special versiunea digitală, a fost inițial importantă doar pentru percepția umană din mașină, dar astăzi este în mare parte justificată de elementele din ce în ce mai numeroase, parțial obligatorii, ale sistemelor de condus autonom și a sistemelor de asistență la conducere.
În acest articol vom scrie despre funcționarea și construcția senzorilor optici în general, iar apoi prezentăm câteva exemple practice în cadrul industriei auto.

Senzorii de inducție detectează metale, senzorii capacitivi detectează solide și lichide, dar senzorii optici sunt proiectați pentru a detecta un fenomen mult mai mistic lumina.
Conform interpretării fizice, lumina este o undă electromagnetică formată din fotoni, care este absorbită și/sau reflectată pe suprafața particulelor și a componentelor chiar mai mici ale materialelor. Unitățile de energie ale undei, se numesc fotoni.
Comutatorul optic de proximitate este proiectat pentru a le detecta.

Operațiune
Senzorii optici folosesc o combinație de dispozitive optice și electronice pentru a indica prezența diferitelor obiecte - fie că este vorba despre un obiect sau un anume material. Lumina, ca undă electromagnetică este detectată de sistemul cu fotodiode sau fototranzistoare - acesta va fi receptorul senzorului. Marele avantaj al structurii este că în mare parte este extrem de compactă. În mare parte funcționează cu lumină infraroșie sau roșie - sursa de lumină este aproape întotdeauna o diodă emițătoare de lumină, adică LED - acesta va fi transmițătorul senzorului. LED-ul în sine este GaAlAs, lungimea de undă în funcție de compoziție este de 880 nanometri pentru infraroșu, 600 nm pentru emisia de lumină vizibilă.
Dacă senzorul funcționează cu lumină vizibilă, reglarea acestuia este semnificativ mai ușoară, deoarece axa optică a sursei de lumină poate fi detectată cu ochiul liber.
Lumina infraroșie are și o utilizare practică: ar trebui folosită atunci când este nevoie de o luminozitate mai mare - acest lucru se întâmplă de obicei atunci când dorim să acoperim o distanță mai mare cu fasciculul de lumină. În plus, un alt avantaj al gamei infraroșu este că efectul perturbării fenomenelor luminoase din mediul înconjurător afectează mai puțin funcționarea senzorului.
Desigur, acest lucru nu înseamnă că senzorii nu pot fi modificați. Pentru a elimina, dar cel putin a reduce semnificativ, efectele perturbatoare ale mediului, semnalul optic este modulat, iar in cazul senzorilor cu infrarosu se folosesc cu succes și filtre de lumina. Frecvența pulsului emițătorului și al receptorului sunt sincronizate.

Următoarele stări de comutare se disting pentru bariera de lumină unidirecțională și de reflexie:

• NU, adică normal deschis: ieșirea receptorului se închide dacă traseul fasciculului luminos nu este întrerupt de niciun corp străin sau material.
• NC, adică normal închis: ieșirea receptorului se închide atunci când un obiect traversează calea fasciculului de lumină.

Condiții similare pot fi observate și în cazul comutatoarelor de proximitate pentru reflectarea obiectului:

•  NU: ieșirea senzorului se închide dacă există un corp sau un material în fața senzorului.
• NC: ieșirea senzorului se inchide dacă nu exista niciun obiect în fața senzorului.

Conexiunea unui senzor optic reflectorizant: 1 – Oscilator, 2 – Transmițător fotoelectric, 3 – Receptor fotoelectric, 4 – Preamplificator, 5 – Cuplaj electronic, 6 – Etapă de conversie a nivelului de impuls/semnal, 7 – Afișare stare de comutare, 8 – Etapă de ieșire cu circuit de protecție, 9 – Sursă externă de tensiune, 10 – Stabilizare tensiune, 11 – Secțiune optică, 12 – Ieșire de comutare (Sursă: www.wikipedia.org)

Versiuni speciale: camere
Camerele foto ocupă un loc special în paleta dispozitivelor optice. O diferență foarte semnificativă între senzorii optici tradiționali și camerele foto este că, în timp ce primii pot detecta doar modificările care le afectează fasciculele de lumină, camerele sunt capabile să creeze imagini complete din informațiile bazate pe lumină primite de senzorii lor. Acest lucru a deschis o poartă cu totul nouă pentru multe alte industrii.
Acesta colectează lumina printr-un sistem optic, pe care îl proiectează pe o suprafață optosensibilă, care apoi transformă intensitatea și frecvența radiației electromagnetice în informații. Acest lucru se făcea înainte chimic, dar astăzi se face electronic.
Apariția imaginilor digitale a dat un impuls uriaș dezvoltării tehnologiei camerelor foto. În ultimele decenii au apărut câteva principii de imagistică (cum ar fi CCD sau CMOS), care sunt din ce în ce mai folosite în industria auto.
Una dintre principalele caracteristici ale camerelor este dimensiunea senzorului. Acesta este de obicei dat în inci. Un fapt interesant este că valoarea nominală nu este de obicei aceeași cu dimensiunea reală a senzorului.

Lentilele circulare standard de 1” au o suprafață dreptunghiulară fotosensibilă de aproximativ 16 mm.
Un alt parametru important este rezoluția, adică numărul de pixeli care pot fi afișați. Cu cât rezoluția este mai mare, cu atât dimensiunea pixelilor este mai mică pentru aceeași dimensiune a lentilei. Ca urmare, rezoluția mai mare nu este ideală în toate cazurile, deoarece pixelii mai mici sunt mai puțin sensibili la lumină și pot genera mai mult zgomot.

Tehnologia CMOS
Astăzi, există multe metode de imagistică digitală - vom evidenția pe scurt una dintre ele.
CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) este o combinație de un MOSFET de tip P și N. Fiecare element de imagine are un amplificator separat, astfel încât amplifică încărcările pe pixel - de aceea sunt numiți și senzori de pixeli activi.
Anterior, senzorii CCD erau preferați pentru că erau mai sensibili și funcționau cu mai puțin zgomot. Acum, însă, datorită dezvoltărilor, CMOS a devenit competitiv din toate punctele de vedere și poate fi considerată cea mai comună versiune.

Senzori optici la mașini
Diverse sisteme de auto-conducere și ADAS sunt practic de neimaginat fără senzorii optici. Multe sisteme de conducere autonomă folosesc, de exemplu, LIDAR, care este un senzor de distanță bazat pe laser, dar Tesla rezolvă funcțiile de conducere autonomă ale mașinii doar cu camere.

Fără senzori optici, acest microbuz autonom ar fi imobil (Sursă: www.pixabay.com)

Esențiale sunt și camerele de vedere față, spate și laterale și/sau laserele sistemelor ADAS, dar și jumătatea senzorului optic pentru funcționarea în timp real, cu schimbare dinamică, a farurilor cu matrice LED.