光センサは、光を検知して電気信号に変換する、現代社会において欠かせない電子部品です。
スマートフォンから産業機器まで幅広い分野で活用されていますが、種類や特性が複雑なため、アプリケーションに合った光センサを選ぶのが難しいと感じている方も多いでしょう。
そこで今回は「光センサとは何か？」といった基本から、具体的な導入事例まで、詳細に解説していきます。

• 光センサの定義や仕組み
• 種類ごとの特徴や強み
• 業界別の活用事例
• 自社に最適なセンサを選ぶポイント

本記事を参考に、最適な光センサの選定にお役立てください。
なお、新光電子株式会社は、光センサの専業メーカーとして50年以上の実績を誇り、業界最多のラインナップでお客様の光センサ選びをサポートしております。
既に廃番になった製品でも同等品のご提案や、フルカスタムでの再現が可能な場合もございます。お客様のアプリケーションに合わせた最適な製品をご提供いたします。
既製品にプラスアルファを加えたオリジナル製品にも対応いたしますので、ぜひ、お気軽にお問い合わせください。

光センサとは？

光センサとは、光を検出する様々な種類のセンサの総称です。
可視光だけでなく、赤外線や紫外線といった目に見えない光も利用できるため、様々な環境下での測定に利用されています。
光センサは受光素子（光を受け取る部分）で光が入射すると、光電効果（光が当たった物質が電気を生み出す性質）により電気信号に変換し出力します。
身近な例では、スマートフォンの画面をイメージしてください。電気が付いた室内では画面が明るく表示され、消したあとに薄暗くなるのは光センサの働きによるものです。
一方で、受光素子だけでなく、発光素子により自ら出した光がどのように戻って来るかを検知する光センサもあります。

光センサの特徴

光センサはスマートフォンや自動ドアなど、日常生活の身近な場所で多用されています。
なぜなら、目に見えない赤外光をはじめとする様々な波長の光を利用して、人体や物体の有無・位置・形状・色などを検知できる、汎用性の高いセンサだからです。

ここでは、光センサの特徴を5つ紹介します。

• 非接触測定
• 高速応答
• 高い分解能
• 色の判別
• 広い検出範囲

加えて、小型かつ低コストで導入できるのも選ばれる理由のひとつです。それぞれの特徴や強みを詳しく解説します。

非接触測定

光センサ最大の特徴は、物体の検知に「物理的な接触が必要ない」点です。
そのため、衛生管理が重要な食品業界や、精密さが求められる半導体製造など幅広い分野で重宝されています。
例えば、半導体製造においては、ウエハ（半導体集積回路の基板）などのデリケートな素材にも、触れることなく精密な位置決めや、微細な欠陥検査が可能です。
さらに、接触式センサでは難しい過酷な環境下（高温・高圧・高速など）での測定や、動いている物体の検出においても光センサは強みを発揮します。

高速応答

光速で対象物を検知するため、高速応答が可能な点も光センサの大きな特徴のひとつです。
この特性は、高速化が進む製造ラインでの仕分けや、リアルタイムでの制御が求められる分野において重要視されます。
なかでも、自動車の自動運転システムにおいては、周囲の状況をリアルタイムで把握し、危険を回避する制御が不可欠です。
高速応答可能な光センサは、自動運転システムをはじめとするハイテク産業にとって欠かせない技術といえるでしょう。

高い分解能

光センサは、非常に細かな光の強弱を検出できます。光電効果の応答が精密であることや、アンプ回路との組み合わせで微小信号を増幅できるためです。
医療分野において求められる特性であり、細胞レベルのわずかな変化を捉えることで、病気の早期発見にも役立てられています。
光センサの高い分解能は、目視では確認できない微小な変化を捉えることができ、品質管理や研究開発などの分野でその能力を発揮しています。

色の判別

光の波長の違いを利用して色を判別できる点も、光センサの大きな特徴です。
物質が特定の波長の光を吸収または反射する性質を利用したもので、主に赤・緑・青の3つの波長を検出し、それぞれの反射光比率から色を識別します。
カラーセンサの検知精度は、人間の目では難しい微妙な色の違いも識別可能です。そのため、印刷業界では色ムラ検査、食品業界では変色検知、自動車業界では塗装色検査など、色に関する管理が必要な分野で活用されています。

広い検出範囲

レンズやミラーを組み合わせることによって、距離を問わず対象物の検知が可能です。

• 近距離での検出：数ミリ単位での精密な位置決めや、微小な部品の検出が可能
• 遠距離での検出：数十メートル先にある物体の検知。広範囲なエリアも監視可能

さらに、検出範囲を絞り、指定の物体のみを検出できます。検出範囲の自由度が高い光センサは、工場の自動化ラインや、セキュリティシステムなど、様々な用途で活用されています。
 

光センサ（フォトセンサ）の種類

ここまでは光センサ全般について書いてきました。
製品に組み込まれた、「光センサ」を新光電子では「フォトセンサ」と表現しています。以下の文章より光センサをフォトセンサとして記述致します。
実際の検知を行うためにはそれぞれの特性を理解して、物体や環境に合わせた適切なセンサの選定が重要です。

フォトセンサによく使われる部品は以下のとおりです。

• LED（発光素子）：レーザーと比べて小型で安価、消費電力が少ない、発光のタイミングや強度を制御しやすいなどの利点から、発光素子として多用されている。
• フォトダイオード（受光素子）：フォトトランジスタと比べて光の強さを定量的に測るのに向いており、応答速度が速いものが多いが、単体では出力が微弱なため、回路設計が複雑になりやすい。
• フォトトランジスタ（受光素子）：フォトダイオードと比べて応答速度は遅めで、光の強度を正確に測るのはやや不向きであるが、簡易的な光のON/OFF検知に向いている。安価に作りたい場合に推奨される。
• フォトIC（受光素子）：フォトダイオード＋アンプ（制御回路）がチップ上で一体化されたモジュール。内部で複雑な処理を行えるため、設計が楽になりやすいなどの利点がある。一方でコストに関して少し不利な面もある。

その他、レンズ（集光・拡散）や、カバー（受発光素子の保護・ノイズの除去）、コネクタ（電源供給や信号の伝送）PCB（基板）など各部品の連携により、非接触でも高精度な測定が可能になります。
検知物の特性に合わせて、適切な部品や測定方法を選ぶことが大切です。

ここからは、特に精緻な検知に向いているフォトセンサの種類ついて紹介していきます。

• 透過型フォトセンサ
• 反射型フォトセンサ
• 分離型フォトセンサ
• アクチュエーター型フォトセンサ
• プリズム型フォトセンサ

それぞれどのような構造で、どのような特徴が有るのか、タイプ別に見てみましょう。

透過型フォトセンサ

「透過型」は、向かい合わせに設置した発光素子と、受光素子間を通過した物体を検知するフォトセンサです。
発光素子から出た光が、通過する物体によって遮られると受光素子に届く光量が変化します。変化した光量を検知することで、物体が通過したことを認識する仕組みです。
透過型フォトセンサは、扱いやすさと安定性が特徴で、機械の位置制御や、各種装置のドア開閉検知など、幅広い分野で利用されています。
サイズが小さい物体にも利用できますが、紙やフィルムといった透過率が高い物体の検知には不向きです。

反射型フォトセンサ

「反射型」は発光素子から投光した光が対象物に反射した光を受光素子で受光して、物体を検知する方式です。反射型は、さらに次の4種類に分類されます。

• 拡散反射型：広範囲の検出が可能で光沢がない物体（段ボールなど）に適している
• 距離設定型：検出距離を設定可能で、範囲内の物体のみを検出できる
• 回帰反射型：専用の反射板やプリズムなどを利用するため光軸ずれに強く、高精度な検出が可能
• 限定反射型：検出範囲を限定することで、狭い場所や特定位置での検出に適している

発光素子と受光素子の個別設置が不要なため、設置が容易で、省スペース化が可能です。また、可視光や紫外線を使った高度なセンサも多く、ATMや自動販売機における偽造券の判別などに活用されています。

しかし、反射型は対象物の色や表面状態、明るさなどの影響を受けやすいデメリットがあります。そのため、利用環境に対応した、適切なセンサ選定が重要です。

分離型フォトセンサ

「分離型」は、発光部と受光部がそれぞれ独立したユニットで構成されているため、検出距離を自由に設定できるメリットがあります。
発光素子と受光素子の光軸を一致させる必要はありますが、受発光それぞれを分離するような筐体にも設置できるのが特長です。
主な活用場面として、紙幣搬送路が分離するATMや、産業機器の危険エリア、ホームドアや自動改札といった、検出エリアを広く確保したい状況で強みを発揮します。

アクチュエーター型フォトセンサ

「アクチュエーター組み込み型」は、光を検知するセンサと、検知した情報に連動するアクチュエーターを組み合わせたフォトセンサです。
代表例として、コピー機での動作を紹介します。

1.コピー機の給紙トレイに紙を設置する
2.設置された紙がレバー（アクチュエーター）を倒す
3.倒れたアクチュエーターがセンサへの光路を塞ぐ
4.光量変化を受けて紙の存在をセンサが検知する

このように、アクチュエーターを組み合わせたフォトセンサは、自動化システムや省力化システムの構築に大きく貢献しています。

プリズム型フォトセンサ

プリズムとは透明体や透明樹脂など、光を屈折・分散させる性質を持った透明な多面体を指します。プリズムの性質を利用し、発光素子からプリズムを介して受光素子へ光を回帰させるのが「プリズムフォトセンサ」です。

プリズムを介して光軸が2つ結ばれるので、1つの光軸しか無い光センサよりも、遮光しづらい透明体
や薄い物体の検知が可能です。

具体的には、金融機器や自動販売機など、検知物の搬送路が内部に多数設置されている機器において、搬送される物体（紙幣、硬貨など）の通過検知や位置検出などに利用されています。

フォトセンサの用途・事例

フォトセンサは非常に汎用性が高く、多様な業界で活用されています。
ここでは、各業界でのフォトセンサの導入事例を6つ紹介します。

• 産業機器
• 医療機器
• 金融端末機器
• アミューズメント機器
• OA機器
• 交通機器

自社製品にマッチした活用方法をイメージしながら確認してみてください。

産業機器

産業機器分野では工場における生産ラインの自動化・品質管理・安全確保などに活用されています。主な事例は次の通りです

• 製造業：生産ラインの自動化、ロボットアームの制御
• 物流業：バーコードやRFIDを用いた入出庫管理、棚卸し、ピッキングシステム

例えば、プレス機を運用する自動車工場では、作業者が誤って危険エリアに入らないよう、周辺にフォトセンサを用いた安全装置を設置しています。
作業者の手や体の侵入を瞬時に検知し、機械を緊急停止できるため、重大な労働災害を未然に防ぐ役割を担っています。

医療機器

医療機器分野におけるフォトセンサは、生体情報の計測・診断・治療などに用いられており、特に体を傷つけない測定技術への応用が注目されています。

• パルスオキシメータ：指先に挟むだけで血液中の酸素量（血中酸素飽和度）を測定できる
• 光トポグラフィ：微弱な近赤外光を頭部に当てて脳の活動を調べる検査
• 内視鏡：光ファイバを用いた小型かつ患者への負担が少ない検査機器

上記以外にも、スマートウォッチによる睡眠計測や歩数計測など、フォトセンサは生活に身近な場面で利用されています。
小型ながら高精度な情報検知が可能なため、医療機器の小型化・高機能化による患者負担の軽減や、より安全な医療の実現に貢献しているのです。

金融端末機器

金融端末機器では「フォトセンサを用いて不正利用をいかに防止するか」が重要視されます。そのため、ATMやPOSレジ、両替機などでは、紙幣や硬貨の識別、カードの読み取りなどにフォトセンサが導入されています。

• ATM：カードや紙幣の取り忘れ、紙幣・硬貨投入口への異物検知
• レジ釣り銭機：紙幣や硬貨の取り忘れ防止
• 両替機・自動販売機：紙幣の真贋判定

特にATMの紙幣識別部では、透過型や反射型など複数のフォトセンサを組み合わせることで、紙幣の材質・厚さ・印刷パターンなどを読み取り、偽造紙幣の使用を防いでいます。

アミューズメント機器

アミューズメント機器分野では、ゲームの操作性や演出効果を高めるのがフォトセンサの役割です。
しかし、アミューズメント業界も金融業界と同じく、金銭を取り扱う機器も多いため、フォトセンサの検出能力を活かした不正行為の防止が重要視されます。

• パチンコ・パチスロ：フォトセンサで玉の出入りを検知・管理し、不正な玉の出し入れを防止
• クレーンゲーム：景品の獲得口にフォトセンサを設置し、景品の不正な抜き取りを防止

フォトセンサはゲームの操作性や演出効果を高めるだけでなく、不正行為の防止にも重要な役割を果たしており、アミューズメント施設の健全な運営を支えています。

OA機器

プリンターや複合機・スキャナーなど、OA機器分野においてもフォトセンサは必要不可欠です。
原稿の画像を認識するだけでなく、コピー位置の調整や、紙の有無・インク残量・紙詰まりなどの検知に用いられています。
フォトセンサは、OA機器の性能向上や省エネ化に貢献し、オフィスや家庭での作業効率向上に役立っています。

交通機器

フォトセンサは、交通機器分野において、自動改札やホームドアなど、多岐にわたる用途で力を発揮しています。
動改札を例に挙げると、フォトセンサの働きにより利用者の切符やICカードを正確かつ迅速に検知できるため、駅構内の混雑緩和に役立っています。不正通行の検知にも応用され、安全で公平な公共交通機関の利用を支える一助となっているのです。
ホームドアは乗降客や挟まれた荷物などを検知し、転落や挟み込みといった事故防止に貢献しています。
交通機器に導入されるフォトセンサは、現代人の生活になくてはならないものといえるでしょう。

適切なフォトセンサ選定のポイント

さまざまな業界・用途で活躍するフォトセンサですが、自社製品に導入する場合、どの製品が良いのか迷ってしまうこともあるでしょう。
そこで、ここではフォトセンサ導入時の選定ポイントを紹介します。

• 検出対象物の特性を把握する
• 検出環境の課題を把握する
• 性能を比較する
• コスト面を評価する

順番に確認して、自社に最適な製品選びに役立ててください。

検出対象物の特性を把握する

フォトセンサを選ぶには、検出対象物の特性を把握しておきましょう。特性が異なれば、使用するセンサの種類・検出方式・検出距離も変わるためです。
特性の把握には次の4項目を確認しましょう。

• 材質（光の反射率や透過率に影響）
• 形状と大きさ（検出方式や検出距離に影響）
• 色と透明度（光の吸収や透過に影響
• 表面状態（光の反射に影響）

検出対象物の特性を把握しておけば、より的確にフォトセンサを選定可能です。

検出環境の課題を把握する

明るさや温度、湿度といったフォトセンサの検出環境も検出精度に影響を及ぼすため、事前の確認が必要です。

検出環境の課題を把握することで、誤動作や故障のリスクを低減でき、メンテナンス費用も抑えられます。

性能を比較する

検出対象物や環境が把握できたら、導入するフォトセンサを選定します。
製品ごとに性能が異なるため、下記の項目や特性を参考にしながら最適なフォトセンサを選びましょう。

例えば、医療現場では微弱な生体信号を計測する必要があるため、感度や量子効率、暗電流の性能に秀でたフォトセンサの選定が重要です。
フォトセンサを導入するシステムの性能を最大限に引き出すためにも、性能比較は必ず行いましょう。

コスト面を評価する

どれだけ良いセンサを採用しようと思っても、予算オーバーになってしまったら元も子もありません。最終的には、費用面との折り合いが必要です。
例えば、高精度・高機能で誤検出が少ないセンサは、高額になりやすいです。一方、安価なセンサであれば初期費用を抑えられますが、期待する検出精度が得られなかったり、メンテナンス回数が多くなったりすれば、ランニングコストが増大する恐れもあります。
どちらを選ぶにしても、プロジェクトに最適な性能と、価格のバランスが取れたセンサを選定しなければいけません。
総合的な費用対効果を考慮する際は、発注先メーカーの専門的な意見も参考にするのがおすすめです。
 

最適なフォトセンサを選ぶなら｜標準品やカスタム対応も可能な新光電子へご相談を

フォトセンサは非常に汎用性が高く、最新技術の発展に欠かせない重要な製品です。
光を用いることで非接触測定や高速応答・高分解能などの利点があるため、金融・医療・交通・産業機器などさまざまな分野において、多くの導入事例があります。導入を検討する際は、使用条件の調査、機能評価を行いながら、コストと性能のバランスが取れたセンサを選びましょう。
ぜひ本記事を参考に、自社に合う製品選定にお役立てください
とはいえ、検知物の種類や検出環境によってフォトセンサに求められる性能は異なります。標準品から自社製品に最適なフォトセンサを選ぶのは至難の業でしょう。
新光電子株式会社では、柔軟かつスピーディーできめ細やかな「3つの対応力」で皆様のフォトセンサ選定のベストパートナー有りたいと考えています。
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