LEDを光センサーとして使い、照明強度を計測：Design Ideas 計測とテスト（2/3 ページ）

[Dhananjay V Gadre/Sheetal Vashist（インドNetaji Subhas 技術研究所），EDN Japan]

わずか4個の部品で構成

　図2の概念図をベースとした実際の回路図を図3に示す。図中のD₁は直径3mmの高輝度LED（台湾Everlight Electronics製）であり、光センサーの用途に適するよう透明レンズ付きとなっている。図3の回路はわずか4個の部品で構成されており、3.5V〜5VのDC電源で動作する。

　マイクロコントローラとしては、米Atmel製の「AVR Tiny15」を使用している。同製品の6本の端子のうち3本だけを使用し、残りの端子は外部デバイスとの通信など、ほかの目的に使用できる。LED（D₁）はマイクロコントローラのポート端子PB0とPB1に接続する。ポート端子PB3は、入射光の強度に比例する周波数の方形波を出力する。

図3：光センサー回路の実際の回路図 （クリックで拡大）
LED（D₁）が検知した光強度に比例する周波数の方形波がPB3端子から出力される。同時に、それと同一の周波数でLEDが発光（点滅）する。

この回路の動作は次のようになる。まず初めにLEDを所定の期間だけ順方向にバイアスし、次に逆方向にバイアスする。このバイアスの切り替えは、PB0とPB1からの出力パルスによって行う。その後、PB0を入力端子モードに切り替え、PB0に印加される電圧が論理値の「1」から「0」に低下するまでの時間Tを内部タイミング回路によって計測（カウント）する。PB0の入力レベルが「0」になった後、LEDが順方向にバイアスされるようPB0とPB1を再設定する。以上で1サイクルが完了する。

　計測した時間Tは、LEDへの入射光の強度の逆数に比例する。入射光の強度が低いとLEDの発光周波数（頻度）は低くなり、入射光の強度が高くなると発光周波数は高くなる。これにより、入射光の強度を視覚的に確認することができる。

効率は逆バイアス時の内部電流源と内部容量に依存

　図3の回路を用いて、入射光の強度とLED発光周波数の関係を実測した。この実験では、光源用LEDはセンサー用LED（図3のD₁に相当）と同じ種類のものとした。実験時の注意事項として、センサー用LEDに光源用LED以外からの周辺光が入射しないようにする必要がある。そのため、外側を黒いテープで覆った管の中に両方のLEDを配置した。

　LEDからの光出力は、順方向電流が小さい範囲では順方向電流にほぼ比例する。そこで光源用LEDの順方向電流を0.33mA〜2.8mAの範囲で変化させ、その電流値とセンサー用LEDの発光周波数の関係を計測した。その結果を図4のようになった。

図4：順方向電流と出力信号周波数の関係 （クリックで拡大）
縦軸はIC₁の3番端子からの方形波出力の周波数、横軸の順方向電流は、光源用LEDの光電流量を表す。