環境センサ Part 12：光センサの基本となる受光素子 : フォトトランジスタ

光センサは基本的に、受光素子が受けた光を電気エネルギーに変換し、その電流を利用します。自然光を始め様々な光源に対応し、例えば赤外発光ダイオードを光源として受光素子と組み合わせた、フォトインタラプタといった光スイッチとも呼ばれる光センサがあります。いずれにしても、光センサの基部は受光素子であり、その代表的な素子としてフォトダイオードとフォトトランジスタがあります。これらのアプリケーションは多種多様で非常に広範囲です。

フォトトランジスタとは

フォトトランジスタは、フォトダイオードとトランジスタが一体化した構造になっており、フォトダイオードの出力電流（光電流）をトランジスタで増幅してから出力する素子です。フォトダイオードの光電流は、例えばロームのRPMD-0100では6～10μAです。通常、このレベルの微小電流をそのまま扱うのは困難なため、フォトトランジスタはそれをmA台に増幅して出力します。また、感度の観点からは、照度が低い場合でも十分な出力が得られることになります。

図では、NPNトランジスタのコレクタ－ベース間にフォトダイオードが接続されているようになっていますが、実際にはNPNトランジスタのベース（p型）とコレクタ（n型）のpn接合がフォトダイオードの機能を担っています。ここで発生した光電流はトランジスタのベース電流となり、トランジスタのhFE分増幅されたコレクタ電流Ic（出力電流）が流れます。出力電流は基本的に照度に比例します（右下のグラフ。RPT-34PB3Fから抜粋）

フォトトランジスタは、その構成と動作の違いから、フォトダイオードに比べて応答速度は遅くなっています。

ロームのフォトトランジスタは、分光感度λPが赤外領域（800nm typ）に設定されています。ランプタイプとサイドビュータイプの2種類のパッケージがラインアップされており、実装に合わせた選択ができます。また、750nm以下の可視光をカットする樹脂を採用しており、極性判別可能なタイプや高指向性タイプも用意されています。