

岡田 康介
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受光器・とは?初心者向けの基礎
受光器は光を感知して電気信号に変える部品です。私たちの生活の中には多くの場面で使われています。例えばスマートフォンの画面を明るくしたり暗くしたりするセンサー、カメラの被写体の光を測る検出器、そして光ファイバー通信で光信号を受け取る受信部などです。
光を電気信号に変える仕組みは、光が当たると半導体内で電子の動きが変わり、その変化が電流や電圧の変化として現れるというしくみです。受光器にはいろいろなタイプがありますが、基本的な考え方は「光を拾って信号にする」という点です。
受光器のしくみ
実際にはフォトダイオードやフォトトランジスタといった部品が代表的です。フォトダイオードは光を受けると電流が流れやすくなる性質があり、高い感度と速い応答が特徴です。フォトトランジスタはフォトダイオードの機能を増幅して信号を大きくします。これらはすべて光を受け取って電気的な信号に変換する目的を同じくします。
代表的な種類
代表的な種類としては フォトダイオード、フォトトランジスタ、 光抵抗(LDR など)が挙げられます。フォトダイオードは光を受けると電流が発生し、高い感度と速い応答が特徴です。フォトトランジスタは信号を増幅して扱いやすくしてくれます。光抵抗は光の強さで抵抗値が変わる仕組みで、安価で簡易なセンサーに向く一方、反応が遅くノイズに弱いことがあります。
使い方のコツ
受光器を実際に使うときは、光源の方向や周囲の明るさに注意します。直射日光や蛍光灯の近くでは誤作動の原因になることがあります。また検出信号を読み取るときには電気的なノイズを減らすために配線を短く保つこと、必要に応じて信号の増幅やフィルタ処理を行うことがポイントです。
選ぶときのポイント
受光器を選ぶ際のポイントは次のようになります。感度、応答速度、波長対応、ダーク電流、省電力などです。波長範囲は受けたい光の色に合わせて選び、反応速度が速いほど高速な信号処理が可能です。用途に合わせてフォトダイオードとフォトトランジスタのどちらを選ぶかを検討します。
よくある応用例
受光器は身近な製品にも使われています。スマートフォンの画面明るさの自動調整、カメラのオートフォーカス、光ファイバー通信の受信部、人感センサーなど多くの場面です。学習や工作では、LEDと受光器を組み合わせて光の強さを測る実験もしやすいです。
まとめ
このように受光器は光を電気信号に変える“目のような部品”です。基本をおさえ、用途に合わせて適切な種類と性能を選ぶことが大切です。初めて触れるときは、安価な部品から始めて、光の強さと信号の関係を観察してみましょう。
受光器の同意語
- 光検出器
- 光を検出して電気信号に変換する装置。受光を検知する目的で用いられる総称的な呼び方。
- 光検出素子
- 光を検出するための素子。受光系を構成する基本部品の一つ。
- 光検知器
- 光を検知して電気信号に変換する装置。光の受光を検出するデバイスの別称。
- 光検知素子
- 光を検知する素子。受光機能を担う構成要素として使われる語。
- 受光素子
- 光を受けて電気信号を出す素子。受光器の中核となる構成部品の一つ。
- フォトディテクタ
- 英語由来の表現。光を検出して信号に変換する半導体デバイスの総称。
- フォトセンサ
- 光を検出して情報を得るセンサのこと。家電・産業機器で広く使われる語。
- 光電センサ
- 光を検出して電気信号へ変換するセンサの総称。フォトディテクタと同義で使われることが多い。
- 光受信器
- 光を受け取り信号化する器機。光ファイバ通信や通信機器で用いられる語。
- 受光部
- 光を受け取る部分。機器の中の受光処理を担う部位を指す表現。
- 受光デバイス
- 光を受け取って信号を作るデバイスの総称。実装機器の幅広い呼び名。
受光器の対義語・反対語
- 発光器
- 光を発する装置。受光器の対になる光を出す側の装置で、LEDやレーザーダイオイドなどを含むイメージ。
- 光源
- 光を発する源。空間を照らす役割を担う発光側の存在で、受光器の反対語として用いられることが多い。
- 発光素子
- 光を生み出す部品(例:LED、レーザーダイオイドなど)。受光器の対になる発光側の要素として使われる。
- 発光体
- 光を発するもの・体。光を出す働きを持つ物質や部品を指す。
- 照明機器
- 部屋や場所を照らすための光を発する機器全般。受光器の対になる光を出す側の代表例。
- 光送信機
- 光を送信する機器。通信などで光を発信する役割を担う発光系の装置。
- 光発生源
- 光を発生させる源。より格式ばった表現で、光を出す役割の設備を指す語
受光器の共起語
- 受光器
- 光を受けて電気信号に変換する装置。受光系の中核となる部品の総称。
- 光検出器
- 光を検出して電気信号を出すデバイス。受光後の信号源として機能する。
- フォトディテクタ
- 光を電気信号に変換するデバイス。光検出器の別称として使われることが多い。
- 受光素子
- 受光を担う半導体素子。光を電流・電圧へ変換する基本部品。
- 光センサ
- 光を検知して信号化するセンサー。家庭用から産業用まで幅広く用いられる。
- Siフォトダイオード
- シリコンを材料とするフォトダイオード。一般的な受光素子。
- PINダイオード
- P型・I型・N型の三層構造を持つ高感度検出用ダイオード。
- APD
- アバランシェフォトダイオード。内部ゲインで高感度を得る受光器。
- SPAD
- 単一光子検出用のアバランシェ型フォトダイオード。
- 半導体光検出器
- 半導体材料を用いた光検出器の総称。
- 半導体フォトダイオード
- 半導体を用いた光検出デバイスの一種。
- 応答速度
- 光信号の変化に対する出力の追従速度。高速通信で重要。
- 量子効率
- 入射した光子が電子へ変換される割合(効率の指標)。
- 受光感度
- 受光した光に対する出力の感度。高感度ほど微弱光を検出しやすい。
- 感度
- 光信号の入力に対する出力の敏感さを示す指標。
- 波長特性
- 検出器が感知できる波長に対する感度の特徴。
- スペクトル応答
- 波長別の感度・検出効率の分布。
- 波長域
- 検出可能な波長の範囲。
- 受光面積
- 受光部の有効な受光面の大きさ。
- 検出効率
- 入射光が信号へ変換される割合。
- 光電流
- 光によって生じる電流。
- 暗電流
- 光が無いときに流れる微小な電流。
- ノイズ
- 検出信号に混入する雑音成分。
- 温度特性
- 温度変化が性能へ与える影響の特徴。
- 温度安定性
- 温度変化に対する信号の安定性。
- ダイオード特性
- I-V特性等、ダイオードの基本挙動。
- トランスインピーダンスアンプ
- 受光電流を電圧信号へ変換・増幅する前段回路。
- 増幅器
- 信号を増幅する回路の総称。
- TIA
- Transimpedance Amplifier の略。受光電流を電圧信号へ変換する特定の増幅回路。
- 受光回路
- 受光信号を処理する前段の回路群(TIA・増幅器などを含む)。
- ADC
- アナログ信号をデジタル信号へ変換する装置。
- アナログ-デジタル変換
- アナログ信号とデジタル信号を相互に変換する処理。
- 光ファイバ
- 光信号を伝送する導波路。長距離通信で用いられる。
- 光信号
- 光で伝えられる情報信号。
受光器の関連用語
- 受光器
- 光を受け取り、電気信号に変換するデバイスの総称。光検出器とも呼ばれ、光通信や計測機器の基本要素です。
- 光検出器
- 受光器の別名。光を電気信号に変換するデバイスの総称として使われます。
- フォトダイオード
- 光子を吸収して電子と正孔を作り出し、電流として流す半導体素子。高速で広い応答範囲を持つ代表的な受光器です。
- フォトトランジスタ
- 光を受けて動作するトランジスタで、出力を内部で増幅して信号を取り出します。低電力・小型の検出に適します。
- フォトマルチプライヤー
- 光検出時に電子を連続的に増幅する高感度な受光器。特に低光量領域で用いられる光電子増倍のデバイスです。
- 光電流
- 受光時に流れる微小な電流のこと。受光器信号の基本単位となります。
- 感度
- 入射光1ワットあたりの出力電流や電圧の大きさを表す指標。単位はA/Wなど。
- レスポンス速度
- 光の変化を検出信号に反映する速さ。通常はナノ秒からマイクロ秒程度で表されます。
- スペクトル応答
- 受光器の感度が波長別にどう変化するかを表す特性。波長に合わせて選択します。
- 暗電流
- 入射光が無い状態で流れる微小な電流。ノイズの基準値として重要です。
- ノイズ
- 受光器の出力に混じる雑音の総称。信号対ノイズ比(SNR)を改善する設計が求められます。
- ショットノイズ
- 光子の離散性に起因する基本的な雑音。低光量領域で特に影響します。
- 逆バイアス
- 検出性能を高めるため、受光素子に印加する逆方向の電圧。感度と応答が向上します。
- ダイオード動作領域
- フォトダイオードなどの動作状態を示す領域で、逆バイアス領域が一般的です。
- 積分型受光器
- 光信号を時間的に積分して検出するタイプ。低周波の信号に適しています。
- 分光検出
- 光を波長ごとに分解して検出する方法。スペクトル分析に用いられます。
- 材料
- 受光器の材料例。Si(シリコン)、InGaAs、HgCdTe など、波長域に応じて選ばれます。
- 温度依存性
- 感度やノイズが温度によって変化する性質。安定性のための温度管理が大切です。
- インピーダンス整合
- 受光器と周辺回路の電気的結合を最適化する設計要素。信号の伝達効率を高めます。
- 偏光依存性
- 入射光の偏光状態によって感度が変わる性質。偏光制御が必要になる場面があります。
- 校正 / キャリブレーション
- 測定結果を正確にするための基準値合わせの作業です。
- 用途例
- 光通信、天文観測、産業用センサ、医療機器など、受光器が使われる代表的な分野です。
- 低照度検出
- 非常に小さな光量でも検出できる性能のこと。高感度設計の要点です。