Az optikai mérő- és vezérlőrendszerek, amelyeket a fényáram és a fotoelektromos alkatrészek közötti kölcsönhatásba lépő különböző elvek alapján terveztek, igen változatosak. A fotoelektromos komponensek (vagy a rendszer egésze) által generált kimeneti jel jellege alapján ezek a rendszerek nagyjából két kategóriába sorolhatók: analóg fotoelektromos érzékelők és impulzus (vagy kapcsoló) fotoelektromos érzékelők. Egy analóg fotoelektromos érzékelő a mért mennyiséget folyamatosan változó fotoárammá alakítja, egyedi, egyetlen értékű kapcsolatot létesítve a mért mennyiség és a kimenő jel között. A célobjektum mérésére (vagy észlelésére) használt módszer alapján az analóg fotoelektromos érzékelők három fő típusba sorolhatók: transzmissziós (abszorpciós), diffúz reflexiós és fényblokkoló (nyalábmegszakítás) típusú. Az "átviteli típus" olyan konfigurációra utal, ahol a mért objektum az optikai útvonalon belül van elhelyezve; az állandó fényforrás által kibocsátott fényenergia áthalad a tárgyon-egy része elnyelődik-, mielőtt az áteresztett fény a fotoelektromos komponensbe ütközne. A "diffúz reflexiós típus" egy állandó fényforrást foglal magában, amely fényt bocsát ki a mért tárgyra, ami után a fény diffúz módon visszaverődik a tárgy felületéről, és ezt követően a fotoelektromos komponensbe ütközik. A "fény{10}}blokkoló típus" olyan forgatókönyvet ír le, amelyben a fényforrás által kibocsátott fényáramot részben elzárja a mért tárgy, ezáltal megváltozik a fotoelektromos komponensre eső fényáram mennyisége; ennek a változásnak a nagysága közvetlenül összefügg az objektum optikai úton belüli helyzetével.
A fotodióda az optikai érzékelők leggyakoribb típusa. Fizikailag a fotodióda hasonlít egy szabványos diódára. Megvilágítás hiányában úgy viselkedik, mint egy hagyományos dióda, és nagyon kicsi fordított áramot mutat, amit "sötét áramként" ismerünk. Fény hatására a töltéshordozók gerjesztődnek, és elektron-lyukpárokat hoznak létre, amelyeket "fényhordozóknak" neveznek. Külső elektromos tér hatására ezek a fotohordozók részt vesznek az elektromos vezetésben, ami a sötét áramnál lényegesen nagyobb fordított áramot eredményez; ezt a keletkező áramot "fotoáramnak" nevezik. A fotoáram nagysága egyenesen arányos a beeső fény intenzitásával; következésképpen a terhelési ellenálláson keresztül a fényintenzitás változásának megfelelően változó elektromos jel nyerhető.
Amellett, hogy képes optikai jeleket elektromos jelekké alakítani, -egy fotodiódákkal közös funkció-, a fototranzisztor ezen elektromos jelek felerősítésére is képes. A fototranzisztor fizikai megjelenése alig különbözik a szabványos tranzisztorokétól. A fototranzisztorok általában csak két külső vezetékkel -az emitterrel és a kollektorral- rendelkeznek, míg az alapvezetéket belülről nem csatlakoztatják. A készülék burkolata átlátszó ablakkal van kialakítva, amely lehetővé teszi a fény bejutását. A fényelnyelés maximalizálása érdekében az alapterület felülete lényegesen nagyobb, mint az emitter régióé; következésképpen a beeső fény elsősorban az alapterületen belül nyelődik el. Működés közben a kollektor-báziscsomópont fordított-előfeszített, míg az emitter-alapcsatlakozás előre-előfeszített. Fény hiányában az eszközön átfolyó áramot "sötét áramnak" nevezik (Iceo=(1 + ) Icbo); ez az áram rendkívül kicsi,{16}}még alacsonyabb, mint a szabványos tranzisztorokban található szivárgási áram. Fény hatására nagyszámú elektron{18}}lyukpár keletkezik, ami az alapáram (Ib) növekedését eredményezi. Az ilyen körülmények között az eszközön átfolyó áramot "fotoáramnak" nevezik, az emitter áramát Ie=(1 + ) Ib adja meg. Így nyilvánvaló, hogy a fototranzisztor nagyobb érzékenységgel rendelkezik, mint a fotodióda.
Működési elv
A fotoelektromos érzékelő úgy éri el a vezérlést, hogy a fényintenzitás változásait az elektromos jelek megfelelő változásaivá alakítja.
Általában a fotoelektromos érzékelő három fő összetevőből áll: egy adóból, egy vevőből és egy érzékelő áramkörből.
Az adó egy céltárgy felé irányított fénysugarat bocsát ki. Ezt a fénysugarat általában félvezető fényforrás-, például fénykibocsátó dióda (LED), lézerdióda vagy infravörös kibocsátó dióda állítja elő. A fénysugár kibocsátható folyamatosan, vagy modulálható az impulzus{4}}szélesség változásával. A vevőegység általában olyan alkatrészeket tartalmaz, mint a fotodiódák, fototranzisztorok vagy fotocellák. Az optikai elemek,-például a lencsék és a rekesznyílások-a vevőkészülék előtt vannak elhelyezve, hogy szabályozzák a bejövő fényt. A vevő mögött található az érzékelő áramkör, amely a releváns jel kiszűrésére és a gyakorlati alkalmazás céljára történő feldolgozására szolgál.