用語解説【受光素子】


1. 受光素子とは

【用語解説】受光素子(Photodetector)

読み方
じゅこうそし
英語
Photodetector

受光素子とは「 受けた光を電気信号に変換する部品」のことです。


こちらが受光素子の一例です。 ↓↓↓ 受光素子の一例(PINフォトダイオード) ▲ チップに光を当てると光の量に比例した電流が流れ、光の量を検知できる


厳密には、光センサの構成の一部ですが光センサとほぼ同義で使われることも多く、光検出器のひとつ、でもあります。

光センサ(受光素子)≒光検出器


実は、たくさんの身近な電化製品などに組み込まれています

受光素子」という言葉は一般の方にとって聞きなれないかもしれないですよね?

でも、受光素子は “ 光センサメインパーツ ”。
光センサは光をセンス検出・測定)することで、“対象物の有無、大きさ、明るさ、色などを検出する” ことができます。

そのため、実はとても身近な沢山の「モノ(電化製品など)」に組み込まれて活用されています。

例えば、デジタルカメラCD・DVDの読み取り、テレビ等の赤外線リモコンスマホ工場内の自動化設備、・・・など挙げればきりがないほど。
【光センサ(受光素子)の組み込み例イラスト】

陰で私たちの日常を支えてくれている「存在のひとつ」、かもしれないですね。



受光素子は、「感度」「速度」「利用の容易さ」で使い分ける

受光素子の代表的なものには、「フォトダイオード(PD)」、「フォトトランジスタ」というものがあります。

それぞれ「感度」と「応答速度」に違いがあり、「利用の容易さ」のメリット・デメリットも考慮した上で用途に合ったものを使い分けられます。

下はその「種類」の一例です。
「感度」と「応答速度」について参考までにご覧ください。
フォトトランジスタ
(phototransistor)
感度◎、しかし応答速度が遅い
フォトダイオード
(photodiode)
PINフォトダイオード (pin PD)
速度◎、出力が小さい(感度が悪い)のでアンプ(増幅器)で出力を大きくしないといけないが、ノイズまで大きくなってしまう。

アバランシェフォトダイオード (APD)
速度◎、増幅器が内蔵されているため、大きい出力(=感度◎)を得られる。ただし、150V程度の電圧が必要になる。
フォトマル /
光電子増倍管(こうでんしばいぞうかん)
(photomultiplier tube、PMT)
微弱な光でも高出力が得られる=高感度
ただし、1500V程度の高い電圧を用意する必要があり手間がかかる。





学生さんひらめき(男子)
受光素子って、聞きなれない言葉だけど自分に関係ないものでは無くて、むしろ現代の生活に欠かせないものだったんだね!



半導体の技術が進歩した現在は、光センサで精密な計測instrumentation)ができるようになったのね。

この間も“自動運転”に関するニュースの中で、レーザー光で遠くの物体認識をリアルタイムでしてくれる光センサの開発が紹介されていたわよ。受光素子(光センサ)は、“自動運転”にも欠かせない部品ということね!

学生さんひらめき(女子)




2. 日本システムデザイン(株)×受光素子

日本システムデザイン(株)設立のきっかけとなった「マイクロマウス」でも、受光素子を使っていました。

【NORIKO-3】第2回全日本マイクロマウス大会 優勝マウス

現在(2019年)から38年も前にさかのぼりますが、第2回全日本マイクロマウス大会 優勝マウスNORIKO-3」では迷路の「壁上面」をセンスする「反射型フォトセンサ」を採用していたそうです。

※赤外線LEDとフォトトランジスタの組み合わせ



◆◆ 当時の貴重な 電子工学系雑誌より ◆◆
麥田執筆記事「NORIKO-3の制作過程 マイコン入門からマイクロマウス大会優勝まで」

反射型フォトセンサの説明イラスト(第2回全日本マイクロマウス大会 優勝マウス【NORIKO-3】)
▲クリックで拡大できます

NORIKO-3 センサ配置図
▲クリックで拡大できます

<引用:「MicroMouse マイコン知能ロボットへの招待(トランジスタ技術別冊)」P.14[図9]、33[図42],CQ出版株式会社,1982年9月1日初版発行>
※CQ出版株式会社様より画像掲載の許可をいただいております。ご厚意に感謝し御礼申し上げます。





他にもJSDが提供している装置では、「パーティクルカウンタ」や「レーザ傷検査装置」などで受光素子を使っているわよ。

学生さんひらめき(女子)


学生さんひらめき(男子)
受光素子を、どういう間隔=【位置】で取り付けるか、確実に検出できる【距離】はどこかを考えながら設計するというところは、メカ制作のフェーズなんだね。

外乱光からの影響をどうやって避けるのか、という対策でみんな一番苦労するんだって。

外乱光:周りからの光のこと。太陽の光や蛍光灯の光などが受光素子に当たることで計測に間違いが起こる。それを避けるための変調処理という機能が備わった受光素子もある。


▼代表・麥田のブログにも外乱光の対策に関する記事があります【マイコンカーラリーのラインセンサ(2017.1.7)】
JSD代表・麥田の電子工学系ブログへのリンク【変調光とフィルタによる外乱光対策】



Written in 2019.05


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< 参考文献 >
「新版 光デバイス」著者:末松 安晴 2011年7月20日新版第1刷発行 / 株式会社コロナ社

「電子回路の基本66」著者:石井 聡 2013年6月20日第1版第1刷発行 / 株式会社オーム社

「ディジタル時代の電気電子計測基礎」著者:松本 佳宣 2014年9月8日初版第1刷発行 / 株式会社コロナ社

「MicroMouse マイコン知能ロボットへの招待(トランジスタ技術別冊)」編著:金山裕、油田信一 1982年9月1日初版発行 / CQ出版株式会社



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■一部の画像は、CQ出版株式会社様より許可を得て掲載させていただいております。





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