赤色LEDを光センサーとしても使う：Design Ideas

通常、赤色LEDは発光素子として使用するが、実は光センサーとしても利用できる。そのため、1個のLEDを単一の回路で駆動することにより、発光と受光の両方の機能を持つ素子として機能させることが可能だ。

[Geoff Nicholls（ドイツ），EDN]

　通常、赤色LEDは発光素子として使用するが、実は光センサーとしても利用できる。そのため、1個のLEDを単一の回路で駆動することにより、発光と受光の両方の機能を持つ素子として機能させることが可能である^＊1)。LEDがオンのときには発光素子として、オフのときには受光素子として働くようにするのである。

　図1に示したのは、夜間照明用として使用する場合の回路例である。この場合、LEDは昼間はオフに保持され、周囲が暗くなるとオンになる。CMOSタイマーIC「7555」は単安定マルチバイブレータとして利用する。同ICの2番端子（トリガー端子）の電圧が電源電圧の1/3以下になると、それが同バイブレータのトリガーになる。R₁、R₂は分圧回路を構成し、LEDのカソード電圧をトリガー電圧よりわずかに低いレベルに保持する。周囲光が十分に強くなると、LEDの光起電力が数百ミリボルトに達する。この電圧がR₁とR₂の接続点の電圧に上積み（加算）され、7555の2番端子の電圧がトリガーレベル以上になる。これにより、7555の3番端子の出力は0V近くになるため、ダイオード「1N914」に逆バイアスがかかり、その結果、LEDの光起電力による電流が7555の2番端子に流れ込む。

図1　夜間照明用の回路　LEDは昼間はオフに保持され、暗くなるとオンになって発光する。なお、7555の端子名は図の下部に示した。

　周囲光の強度が十分に低くなると、LEDの起電力が低下し、7555の2番端子のレベルがトリガーレベル以下になる。これに伴って、7555によりワンショットパルスが生成/出力される。このパルスにより、1N914に順方向のバイアスがかかり、LEDがオンとなって発光する。R₃とC₁によって設定される所定周期が経過すると、7555はリセットされ、C₁の電荷が放電する。これにより、7555は次のサイクルに入る。この短い周期だけLEDがオフになり、その期間に周囲光を検出する。

　一方、図2に示すのは、昼間の照明用として利用できる回路である。この場合、LEDは周囲が明るければフラッシュ発光し、暗ければオフに保持される。7555の4番端子（リセット端子）が約600mVよりも高い間は、7555は無安定モード（フリーランニングモード）で動作し、ダイオード1N914を経由してLEDをパルスで駆動してフラッシュ発光させる。3番端子の出力がハイであれば発光し、ローであれば受光素子として働く。周囲光の強度が低過ぎると、LEDの光起電圧はリセットレベルまで達することはなく、7555の出力が0V近くに保持され、LEDはオンにならない。

図2　昼間照明用の回路　LEDは周囲が明るい場合にフラッシュ発光し、暗くなるとオフになる。

　図1、2の回路では、LEDの電流を制限する抵抗は不要である。電源電流を少なくするには、CMOSタイプのタイマーICを使用する。今回の回路の試作時には、タイマーICとして米Intersil社の「ICM7555」を使用した。

脚注

※1…Myers, Howard, "Stealth-mode LED controls itself," EDN, May 25, 2006, p.98

※2…Gadre, Dhananjay V, and Sheetal Vashist, "LED senses and displays ambient-light intensity," EDN, Nov 9, 2006, p.125

※3…Dietz, Paul, William Yerazunis, and Darren Leigh, "Very Low-Cost Sensing and Communication Using Bidirectional LEDs," Mitsubishi Research Laboratories, July 2003