光検出器 原理とフォトダイオードと光センサ

光検出器 原理と光センサ

光検出器 原理の分類と受光素子

光検出器の原理は、入射した光（光子）のエネルギーを、電流や電圧などの電気信号に変換する点に集約できます。光センサー全体としては、光を出す側（発光素子）と光を受ける側（受光素子）の組み合わせで「透過・反射・遮光」を見たり、受光素子単体で「照度」を測ったりします。光センサーは受光素子と発光素子で構成される、という整理はメーカー解説でも繰り返し説明されています。
受光素子の方式は大きく3系統で、現場の選定ミスが起きやすいので最初に切り分けておくと楽です。

• 光起電力型：代表がフォトダイオードで、pn接合（またはpin構造）で電子・正孔対を作り分離して電流を取り出します。

  参考）フォトダイオード(PD)の構造や原理とは
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• 光電導型：CdSなど、光で抵抗値が変わるタイプが含まれます（応答は遅めだが扱いやすい場面がある、という説明が一般的です）。​
• 外部光電効果型：光電子増倍管（フォトマル）が代表で、光電面からの放出電子を多段で増倍して取り出します。

  参考）検出器 : 分析計測機器（分析装置） 島津製作所
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建築従事者の文脈で重要なのは、「光検出器」と言っても“測りたいもの”が複数ある点です。照度（明るさ）を測るのか、近接（物体の有無）を見たいのか、あるいは遮光で通過を検知したいのかで、必要な構成（受光のみ／投受光セット）とノイズ対策が変わります。

参考）光センサーの仕組みと動作原理とは。種類や特徴・使用例をご紹介…
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（参考リンク：光センサーの基本構成（受光素子・発光素子）と、透過・反射などの使い方の全体像）
光センサゼミナール｜KODENSHI CORP.

光検出器 原理のフォトダイオードとpn接合

フォトダイオード（PD）は、半導体のpn接合を使い、光が当たると電子と正孔（ホール）の対が生成され、それが内部電界などで分離されて外部回路に電流として現れる、という説明が定番です。pn型ではpn接合付近の空乏層形成と内部電界がポイントで、外部電圧がなくても動作可能という整理もよく示されます。
実務で押さえるべき“原理の読み替え”は、フォトダイオードが出しているのは「照度そのもの」ではなく「受光条件で決まる電流（または電圧）」だという点です。照度センサ用途では、この微弱な電流をアンプで増幅して信号処理するのが一般的で、センサIC内部に増幅器やA/Dが入っている場合もあります。つまり、同じ“フォトダイオード式”でも、周辺回路の設計（ゲイン、帯域、フィルタ）で挙動が大きく変わります。

参考）照度・近接センサ
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現場で混乱しやすいのが「太陽電池とフォトダイオードの違い」で、どちらもpn接合を使う同系統です。用語集では、フォトダイオードは光量と電荷変換（検出）を重視し、太陽電池は電力取り出しを重視する、という説明がされています。測るための素子と、発電するための素子では最適化の方向が違うので、同じ“光→電気”でも使いどころを混ぜない方が安全です。

参考）https://jsirgakuseikai.jimdofree.com/%E8%B5%A4%E5%A4%96%E7%B7%9A%E7%94%A8%E8%AA%9E%E9%9B%86/%E7%AB%8B%E5%91%BD%E9%A4%A8%E5%A4%A7%E5%AD%A6/
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（参考リンク：照度・近接センサで、受光素子（フォトダイオード等）の電流が微弱なため増幅して信号処理する、という実装目線の要点）
照度・近接センサ

光検出器 原理のAPDと光電子増倍管

微弱光を「そのまま電流にしても小さすぎる」場面では、受光側で増幅を持つ方式が効きます。代表例がアバランシェフォトダイオード（APD）で、内部で電子雪崩（アバランシェ）増倍を起こし、微弱光でも大きな電流として取り出せる、という説明が広く使われています。増倍は“連鎖的に電子・ホール対が増える”現象で、光検出の感度を稼げる一方、高電圧が必要という注意点もよく挙げられます。
もう一つの高感度系が光電子増倍管（光電効果型）で、光電面で放出された一次電子を、ダイノードで二次電子放出を繰り返して増倍し、陽極で信号として取り出します。仕組みとしては「光→電子放出→多段増倍」という直感的な理解ができ、紫外など特定領域の検出で名前を聞くこともあります。建築設備の一般センサでは主役ではないものの、「微弱光を検出する」必要がある計測や研究設備に入ることがあり、原理だけは知っておくと会話が噛み合います。
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建築寄りの観点だと、APDやフォトマルの“すごさ”は、暗い場所での感度だけではありません。増幅系はノイズも同時に増えるため、配線・接地・シールド、周辺回路の帯域制限、設置環境（電源ノイズ源との距離）まで含めて性能が決まります。つまり「素子が高感度＝現場で必ず安定」ではなく、施工条件で逆に不安定になることもありえます。

参考）フォトダイオードの３タイプとその構造・動作原理 ＆#8211…
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光検出器 原理と照度センサーの信号処理

照度センサー（照度・近接センサを含む）では、受光素子にフォトダイオードやフォトトランジスタが用いられ、受光した光を電流に変換して照度に相当する信号として扱う、という説明が一般的です。特にフォトダイオードの電流は微弱なため、アンプで増幅した後に信号処理を行う、という実装上の前提が明記されています。ここが分かると、センサーの「誤差」「遅れ」「飽和」の原因が、素子だけでなく増幅・演算・フィルタ側にもあると理解できます。
建築現場でありがちなトラブルを、原理に紐づけて整理します。

• 誤検知（点きっぱなし／消えっぱなし）：受光素子に入る外乱光（日射、照明、反射）が増幅され、閾値判定を超える。​
• ちらつき（ON/OFFが忙しい）：照明の変調や、遮光体が揺れるなどで受光電流が脈動し、フィルタやヒステリシスが不足する。​
• 期待より暗い／明るい：受光角、センサー窓の汚れ、カバー材の透過率差で受光量が変わる（＝原理上、電流が変わる）。​

対策は「原理の逆算」で考えると整理しやすいです。電流が小さすぎるなら受光を増やす（窓設計、遮光、光学フィルタ）か、増幅を上げる（ただしノイズ増）で、電流が大きすぎて飽和するなら受光を減らす（遮光、ND相当、設置角）か、増幅を下げる、という方向になります。メーカー記事でも、光センサーは受光素子の応答を電気信号へ変換する、という基本構造が説明されているため、その“変換の入口”と“増幅の出口”を分けて点検すると切り分けが早いです。

参考）光センサゼミナール｜KODENSHI CORP.
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（参考リンク：光センサーの基本原理（受光素子に光→電流の大小で情報を検出）と、発光素子と組み合わせた検出方式の具体例）
光センサーの仕組みと動作原理とは。種類や特徴・使用例をご紹介…

光検出器 原理と建築の反射の罠

検索上位の一般解説は「受光素子の種類」「pn接合」「アバランシェ増倍」など電子デバイス寄りに寄りがちですが、建築では“反射環境そのもの”がセンサーの原理を裏切ることが多いです。反射型の光センサーは、発光した光の反射光を受光して判定する仕組みで、反射板を使う方式では透明物体や鏡面物体も検出可能という説明もあります。裏を返すと、意図しない鏡面（ステンレス巾木、アルミ見切り、ガラス、光沢塗装）が「勝手な反射板」になり得ます。
建築の“素材”が光検出器の原理に与える影響を、現場で使える観点に落とします。

• ガラス：入射角で反射率が変わり、昼夜や季節で同じ位置でも反射条件が変化しやすい。
• 金物（ステンレス・アルミ）：鏡面寄りだと反射方向が鋭く、センサー位置が少しズレるだけで受光が急に増減する。
• 壁紙・マット塗装：拡散反射で比較的安定するが、汚れ・濡れで反射特性が変わり、徐々に閾値がずれていく。

この「反射の罠」は、光センサーが“光の透過や反射状況によって状態を検出する”という基本原理の裏面です。つまり、施工後の仕上げ変更（艶ありに変わった、保護フィルムが剥がされた、ガラスに低反射コートが入った）だけで、電気回路を触っていないのに誤検知が発生し得ます。建築側の変更管理に、センサーの方式（透過型／反射型／回帰反射型）と設置距離・角度条件を紐づけておくと、引き渡し後のクレームを減らせます。

参考）光センサとは？特徴から種類、活用事例をもとにメーカー比較
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