Els sistemes òptics de mesura i control, dissenyats basant-se en els diferents principis pels quals el flux lluminós interacciona amb els components fotoelèctrics, són molt diversos. En funció de la naturalesa del senyal de sortida generat pels components fotoelèctrics (o el sistema en conjunt), aquests sistemes es poden classificar àmpliament en dues categories: sensors fotoelèctrics analògics i sensors fotoelèctrics de pols (o de commutació). Un sensor fotoelèctric analògic converteix la quantitat mesurada en un fotocorrent que varia contínuament, establint una relació única de valor-únic entre la quantitat mesurada i el senyal de sortida. Segons el mètode utilitzat per mesurar (o detectar) l'objecte objectiu, els sensors fotoelèctrics analògics es poden classificar en tres tipus principals: tipus de transmissió (absorció), tipus de reflexió difusa i tipus de bloqueig de la llum-(interrupció del feix). El "tipus de transmissió" fa referència a una configuració on l'objecte a mesurar es col·loca dins del camí òptic; l'energia lluminosa emesa per una font de llum constant travessa l'objecte-amb una part que s'absorbeix-abans que la llum transmesa incideixi amb el component fotoelèctric. El "tipus de reflexió difusa" implica una font de llum constant que emet llum sobre l'objecte a mesurar, amb la qual cosa la llum es reflecteix de manera difusa des de la superfície de l'objecte i, posteriorment, colpeja el component fotoelèctric. El "tipus de bloqueig-de llum" descriu un escenari en què el flux lluminós emès per la font de llum queda parcialment obstruït per l'objecte mesurat, alterant així la quantitat de flux lluminós que incideix sobre el component fotoelèctric; la magnitud d'aquesta alteració està directament relacionada amb la posició de l'objecte dins del camí òptic.
El fotodíode és el tipus de sensor òptic més comú. Físicament, un fotodíode s'assembla a un díode estàndard. En absència d'il·luminació, es comporta com un díode convencional, mostrant un corrent invers molt petit conegut com a "corrent fosc". Quan s'exposen a la llum, els portadors de càrrega s'exciten, generant parells d'electrons-forats anomenats "fotoportadors". Sota la influència d'un camp elèctric extern, aquests fotoportadors participen en la conducció elèctrica, donant lloc a un corrent invers significativament més gran que el corrent fosc; aquest corrent resultant s'anomena "fotocorrent". La magnitud del fotocorrent és directament proporcional a la intensitat de la llum incident; en conseqüència, es pot obtenir un senyal elèctric que varia d'acord amb els canvis en la intensitat de la llum a través d'una resistència de càrrega.
A més de tenir la capacitat de convertir senyals òptics en senyals elèctrics-una funció compartida amb fotodíodes-, el fototransistor també té la capacitat diferent d'amplificar aquests senyals elèctrics. L'aspecte físic d'un fototransistor difereix poc del d'un transistor estàndard. Normalment, un fototransistor només inclou dos cables externs-l'emissor i el col·lector-, mentre que el cable base es deixa sense connectar internament. La carcassa del dispositiu està dissenyada amb una finestra transparent per permetre que la llum entri. Per maximitzar l'absorció de llum, la superfície de la regió base es fa significativament més gran que la de la regió emissora; en conseqüència, la llum incident s'absorbeix principalment a la regió base. Durant el funcionament, la unió-base del col·lector està polaritzada-invertida, mentre que la unió-base de l'emissor està polaritzada-en endavant. En absència de llum, el corrent que circula pel dispositiu es coneix com a "corrent fosc" (Iceo=(1 + ) Icbo); aquest corrent és extremadament petit-fins i tot inferior al corrent de fuga que es troba als transistors estàndard. Quan s'exposa a la llum, es generen un gran nombre de parells-de forats d'electrons, donant lloc a un augment del corrent de base (Ib). El corrent que circula pel dispositiu en aquestes condicions s'anomena "fotocorrent", amb el corrent emissor donat per Ie=(1 + ) Ib. Per tant, és evident que un fototransistor té una sensibilitat més alta en comparació amb un fotodíode.
Principi de funcionament
Un sensor fotoelèctric aconsegueix el control convertint les variacions d'intensitat de la llum en canvis corresponents en els senyals elèctrics.
En general, un sensor fotoelèctric consta de tres components principals: un transmissor, un receptor i un circuit de detecció.
El transmissor emet un feix de llum dirigit cap a un objecte objectiu. Aquest feix de llum normalment el genera una font de llum semiconductora-com un díode emissor de llum-(LED), un díode làser o un díode emissor d'infrarojos. El feix de llum es pot emetre contínuament o modular-se mitjançant una variació d'amplada de pols-. El conjunt del receptor normalment inclou components com fotodiodes, fototransistors o fotocèl·lules. Els elements òptics-com ara lents i obertures-es col·loquen davant del receptor per condicionar la llum que entra. Darrera del receptor hi ha el circuit de detecció, que serveix per filtrar el senyal rellevant i processar-lo per a una aplicació pràctica.