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コンテック　1km先の信号入出力制御、センサー入力やアクチュエータ制御を可能にする無線通信機器を発売開始

2018年08月21日 カテゴリ：ニュース ,製品ニュース












　株式会社コンテックは、グローバル市場向けサブギガ帯特定小電力無線通信技術を採用し、1km先の信号入出力制御、センサー入力やアクチュエータ制御を可能にする無線通信機器を開発、パソコン計測制御 ワイヤレスI/Oシリーズとして、EU諸国向けおよびアメリカ合衆国向けに2018年8月21日より順次発売する。

　パソコン計測制御 ワイヤレスI/Oシリーズは、回折性が高く障害物に強いサブギガ帯無線通信技術を利用して、パソコンから遠隔地のデジタル信号やアナログ信号の入出力を可能にする無線I/O機器。免許申請不要で約1Kmの広範囲にわたる屋外長距離通信システムを構築することができる。

また本シリーズは、パソコンのLANポート（イーサネット通信）からサブギガ無線通信に変換するゲートウェイ機器（型式:GW1-ETH-WQ-US/-EU）を親機として、各種I/O機能の子機を無線接続して使用する。当社ホームページから無料ダウンロードできるドライバソフトウェア（API関数）を使用してVisual BasicやVisual C++などのプログラム言語でWindowsアプリケーションを作成することができる。ドライバソフトウェアは、当社の計測制御用PCI ボードやUSBモジュールと共通なので、PCIボードやUSBモジュールとまったく同じ感覚でプログラムを作成することができる。


ニュースリリースサイト：https://www.dreamnews.jp/press/0000179594/

フィットビット　スマートウォッチ　「Fitbit Charge 3」を発表

2018年08月21日 カテゴリ：ニュース ,製品ニュース


2018年8月21日、日本
　ウェアラブルデバイスの世界的なリーディングカンパニーであるフィットビットはFitbit Chargeの製品シリーズを進化させた最新のFitbit Charge 3™を発表した。
　Fitbit Charge 3は、 機能が向上した高級防水設計を特徴として、 タッチインターフェイス、 15個以上の目標を設定できるエクササイズモード、 最も重要な情報を常時入手するために不可欠なスマート機能、 最長7日間のバッテリー寿命、 そしてトラッカーにおけるフィットビットの最も高度なセンサーとアルゴリズム技術を備えている。
　日本では、 Fitbit Charge 3は2018年11月に販売開始予定で、 希望小売価格は19,980円（税込）。

ニュースリリースサイト：https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000021.000018554.html

韓国軍・人工知能を積んだドローン部隊を創設か

2018年08月21日 カテゴリ：ニュース ,海外ニュース
朝鮮日報日本語版の報道によれば、人員削減を進めている韓国軍は、将来は人工知能などを搭載したドローンを主体とする部隊を創設するとのこと。

―センサイト コラム（２）―　「現場計測機器のラウンドロビン」

2018年08月21日 カテゴリ：特集

―センサイト コラム（２）―
「現場計測機器のラウンドロビン」

（一社）次世代センサ協議会
常務理事　島田 芳夫

計測センサが一般的な電子機器・部品と大きく異なるのはトレーサビリテイの確立にあると言える。

計測は国家標準さらには国際標準の下に厳密に管理されている。この仕組みによってデータの互換性が保証され、計測センサを使用するものは安心して数社にまたがるセンサの比較ができなおかつ交換が可能となる。
しかし現実の計測の現場となると少し様子は異なる。実際に現場で長期間連続で使用される計測センサには基本機能に加え各種周辺機能が付与されているために問題が起こる。

使用状況に適合するための各種ハウジング技術・センサの設置取り付け技術・センサ信号の増幅処理技術・ソフトウエアによるデータマイニング技術・計測データの通信技術などが付加されてはじめて現場対応の計測センサとなる。
このような付加機能（実際の応用にはこれが重要）は製造各社によって異なる場合が多く、現場製品としての互換性実現を阻んでいる。同じ機能の計測センサであっても製品としてみた時に、コネクタなどの接続技術、ソフトウエアの接続技術などが各社ごとであるため各社間における交換・接続ができない問題が多々見受けられる。

これは計測センサを使用する側によっては基本機能の保証以上に重要な課題であると言える。一度採用した企業の製品を途中で同類の他社製任に置き換える時に多くの労力が必要となる。
そこで、各社で製造されている同類の計測センサを集めて、定められた標準的な手法によって実際の比較計測を行い各社間の互換性をテストする（ラウンドロビン）機能を有する仕組みつくりを提案したい。この手法はアメリカなどでは広い範囲で一般的に行われている。

この仕組みを発展させ、計測センサの現場レベルでの相互交換性を実現する必要がある。 なお工業計器の分野では昔からこの概念が通用しており、現場計測センサとしての相互互換性が実現している。一方土木分野などで使われる計測センサには、まだ課題が多いと言えるであろう。

センサの早わかりONLINE集（2）

2018年08月21日 カテゴリ：特集

9.「センサとは.com」　運営：（株）キーエンス
親しみやすいビジュアルとネットの見易さを利用したページ、会員登録によりPDFのダウンロードも可能。
https://www.keyence.co.jp/ss/products/sensor/sensorbasics/

10. 「モノタロウ」　運営：（株）MonotaRO
有名なネット通販サイトだが、取扱い企業も多彩で、様々なセンサ製品や関連機器が注文可能となっており、意外なラインナップもある。
https://www.monotaro.com/k/store/%8C%F5%83Z%83%93%83T/

11.「制御機器の基礎知識　センサ編」　運営：日本電気制御機器工業会
一般社団法人日本電気制御機器工業会のサイト　2001年から掲載されていたのだが、センサ編に2014年版「センサとは」の項目と「近接スイッチ」の項目があり詳しく記述がされている。
https://www.neca.or.jp/standard/howto/sensor/

12.「IOT　Today」　運営：（株）日本ビジネスプレス
主にコンシューマ向けのIoT関連ニュースサイト
http://iottoday.jp/

13.「アスキー」　運営：（株）角川アスキー研究所
IT業界では古くから運営していてIT関係の民生用新製品などの紹介が速い。
http://ascii.jp/

14. テッククランチ(日本語)　運営：テッククランチジャパン
テッククランチ(日本語)主に人工知能などのホットなニュースがあるが海外のニュースも多い。
https://jp.techcrunch.com/

15.「ギズモード」　運営：（株）メディアジーン
米国のGIZMODEの日本語版。米国の消費者向けハイテク新製品情報サイト。意外な知識が得られる場合がある。
https://www.gizmodo.jp/

16.「IOTを分解してみる　センサ編」
IOTに繋がるセンサという位置づけで、センサの解説を行っているブログページ
http://www.granvalley.co.jp/blog/iot%E3%82%92%E5%88%86%E8%A7%A3%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E5%89%8D%E7%B7%A8

17.「ウィキペディア」　運営：ウィキメデア財団
知らぬ人は居ないと思われる、ご存知フリー百科事典サイト。丁寧にリンクを見ていけばセンサについてかなりの事が解説されているが、他の項目と同様にいくつかの単語については未記入になっている。
https://ja.wikipedia.org/w/index.php?title=%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5&oldid=68376883
※「センサ」ウィキペディア日本語版　フリー百科事典　2018-04-30

以上、センサの早わかりオンライン集をご紹介致しました。
今回は基礎的な知識として役立つようなサイトをご案内しました。ご覧になって良かったというサイトはありましたでしょうか。
また改めて違ったテーマでセンサの関連をご紹介する機会を持ちたいと思います。

株式会社オプトロニクス社
センサイト・プロジェクト　編集部
sensor@optronics.co.jp

光センサーの基礎と今後の応用展開（3）

2018年08月21日 カテゴリ：特集
NPO日本フォトニクス協議会理事　公益社団法人応用物理学会微小光学研究会事務局長
小椋行夫

４．光センサーの原理　4 4）

4-1　光源の点灯方法

多くの光センサーの光源はパルス変調して使用している。これは外部からのノイズ光と区別するために必要な技術である。このことにより長距離の検出にも向いている。干渉光や外乱光に応じて、投光の周期が変化する相互干渉防止機能付きのタイプもある。
パルス変調をせず直流光を投光するタイプは一定の光量を連続して投射するタイプである。外乱光の影響を受けやすく検出距離が短い欠点があるが高速応答が可能なのでマークセンサー等に用いられている。

図１　パルス光源と直流光源

4-2　三角測距の原理

表2の光センサーの分類２（検出方式による分類）にある距離設定型は三角測距による光センサーである。多くの距離設定型光センサーはこの三角測距が検出原理となっている。投光部から投射された光は被検出物体上で乱反射（拡散反射）する。反射光は位置検出素子にあるレンズで集光され検出素子に入射する。反射光は披検物体の距離によって検出素子上で位置がずれるのでこのずれを測ることにより検出物体までの距離が測れる。これはフイルムカメラのオートフォーカスによく使われていた方式と同じである。

4-3 フォトダイオードの動作原理 2）、4）

フォトダイオードなどの半導体には、Ｎ型半導体とＰ型半導体との２種類ある。このＮ型半導体とＰ型の半導体を張り合わせて光を当てると、Ｎ型とＰ型それぞれに＋と－の電荷が発生する。光センサーはこの原理を応用しており照射光量に応じて逆電流が流れる。
表1の光センサーの分類１（原理による分類）で記したように光センサーの動作原理には内部光電効果を利用したものと外部光電効果を利用したものがある。

A．外部光電効果による光センサー
・光起電力効果を利用したもの
最も一般的な光センサーで光が当たると電力が発生する。太陽電池に使われている。4）

・光電効果を利用した光センサー
半導体や絶縁体に光があたると電気を伝える電子が増えることを利用しており、最近はこのタイプが多い。Cdsセルなどがある。

B．外部光電効果を利用した光センサー
・光電子増倍管（PMT、フォトマル）
光を当てると光電陰極から電子が飛び出し、ダイノードで増幅される。岐阜県飛騨市神岡町にあるノーベル賞受賞に寄与したことでも有名な、世界最大の地下ニュートリノ観測装置スーパーカミオカンデのセンサーも光電子増倍管である。

・光電管
高真空のガラス容器中に、光電陰極と陽極を設けた構造で、光電陰極（－）と陽極（＋）間に電圧を与え、光電陰極に光を入射すると陽極から信号電流がでる。フォトレジスタに似た挙動を示す。

4-4 PN接合半導体の原理

図2　PN接合

以下にはコーデンシ株式会社の技術解説書「光センサーゼミナール」（ウェブサイト版、http://www.kodenshi.co.jp/seminar/）を引用してPN接合半導体の原理を説明する。2）
図２にPN接合半導体の模式図を示す。フォトダイオードに光が照射されると光起電力効果により起電力が発生する。PN接合型の場合熱平衡状態でのフェルミ順位は、P層とN層で同レベルであり内部に電位障壁が生じる。大きな光エネルギー（E=hv）が照射されると、電子は伝導体に引き上げられ、電子と後に残る正孔が対となって形成される。この電子正孔対が空乏層中で形成された場合は、直ちにその電界によって加速され、電子はN層へ、正孔はP層へ移動する。P層N層で発生した場合は、P層の電子、N層の正孔は拡散し空乏層にたどりついたものは、更に電界によって加速され、各々、N層、P層へ入り電荷が蓄積れる（図３）。2）

図3　PN接合のエネルギーバンド

熱平衡状態より過剰の電子数正孔数となりP層、N層が開放状態（OPEN）となっていればP層、N層のフェルミ準位の差が、開放電圧という形で測定できる（図４）。また短絡状態（SHORT）となっていれば、外部回路に流出、短絡電流という形で測定できる。（図５）。電気エネルギーを取り出すには外部負荷を端子間に接続する。

図4　解放電圧 (OPEN)
図5　短絡電圧 (SGORT)

4-5　PN接合型半導体の主な特性

① I-V特性（電流-電圧特性）

図6　I-V曲線

半導体デバイスにおいて、印加した電圧(V)とそれに伴って流れる電流(I)の関係式は極めて重要でI-V特性（I-V曲線）と呼ばれる。横軸が電圧、縦軸が電流のグラフで視覚的に表示される（図6）。

フォトダイオードに光が照射されると、光の強さに従ってI-V特性が下に移動する。この時、端子間を開放しておくと、電圧が生じ、短絡すると逆方向に電流が入射光量に比例して流れる。I-V特性曲線のIとVの積が出力であるため、太陽電池では光利用効率評価においても重要な曲線である。5）

② 分光感度
光センサーに使われる受光素子の多くはシリコンを基板としているので、可視光領域から近赤外に至るまで広い分光感度を持っている。このため多くの光源を使用することができる。用途によっては光学的フィルターを設置して必要な波長域だけを使用することもできる。また可視光領域のみに感度を有する受光素子や赤外光のみに感度を有する受光素子もある。

③ 応答特性
応答速度は速い方が望まれる。応答速度は外部負荷抵抗と内部直列抵抗、P層N層の接合容量の時定数でほぼ決る。一般に受光面積を小さくして逆バイアスを印加する。応答速度を速めるには負荷抵抗を小さくする。PN接合の間にI型半導体（Intrinsic Layer)を挟み込んだPIN型シリコンフォトダイオードは高速光検出に向いている。

④ 暗電流
暗電流とは受光素子に光を照射しない時に流れる電流のことである。光量の少ない被検物体を検知する場合には暗電流を小さく抑える必要がある。暗電流は逆バイアスと周囲温度の上昇に比例して増加するという傾向もあるため光量が少ない領域においては極力逆バイアスの印加を避けて感度のリニアリティーを良くすることが重要である。

参考文献

2) 光センサーゼミナール、コーデンシ株式会社（ウェブサイト版、http://www.kodenshi.co.jp/seminar/）

4) 光電センサー技術解説　オムロン技術資料（https://www.fa.omron.co.jp/guide/technicalguide/43/2/）

5) 太陽電池　谷辰夫編　パワー社（2008）

次週に続く—

サムスン　スマートホーム用製品新ラインナップを発表

2018年08月17日 カテゴリ：ニュース

韓国・サムスンが8月13日、自社IoT製品群「SmartThings」の新ラインナップを発表した。

SmartThingsに搭載のWi-Fiルーターの新型が「Samsung SmartThings WiFi(Hub)」だ。Plumeとのパートナーシップによりメッシュネットワークを実現。最新の無線通信プロトコル（ZigBee、Z-Wave、Bluetooth 4.1）に対応している。価格は、単体で69.99ドル、3つセットで279.99ドル。

初登場の新製品が「SmartThings Button」だ。決められた動作を予めプログラミングしておくことで、スイッチ1つで複数デバイスの制御を行うことができるボタン。価格は14.99ドル。

「SmartThings Multipurpose Sensor」の新型も発表された。これは、多目的センサーで、ドアや窓の開閉状態を把握、通知、デバイスのオンオフを行える。価格は19.99ドル。
「SmartThings Motion Sensor」の新型も発表されている。人の動き、家への出入りなどを検知するセンサーで、動きを検知したら通知をしたり、接続されたデバイスをオン/オフにしたりもできる。価格は24.99ドル。

「SmartThings Water Leak Sensor」の新型も発表。水漏れ検知のため、水をセンシングしたときにアラートを出すセンサー。価格は19.99ドル。

「SmartThings Outlet」の新型。接続した電気器具のオンオフを制御するスマートコンセントは熱を検知して、電源をオフにすることなども可能。価格は34.99ドル。

これ以外にも各種デバイスがラインナップされている。「Arrival Sensor」、「Smoke Alarm」、「Carbon Monoxide Alarm」、「Keychain Remote」、「Motion Detector」、「Door & Window Detector」など。


ニュースリリースサイト（ロボスタ）：
https://robotstart.info/2018/08/14/samsung-announces-new-smartthings-devices

サムスンの製品サイト：
https://www.samsung.com/us/smart-home/smartthings/all-smartthings/

光センサーの基礎と今後の応用展開（2）

2018年08月14日 カテゴリ：特集
NPO日本フォトニクス協議会理事　公益社団法人応用物理学会微小光学研究会事務局長
小椋行夫

３　光センサーの分類

光センサーには内部光電効果を利用したものと外部光電効果を利用したものがある。内部光電効果を利用した素子は光伝導効果と光起電力効果を利用した検出器が主流であり、その多くは半導体を用いている。この内部光電効果を利用した光センサーには光伝導型と光起電型に分類される。光導電型の素子としては真性半導体と不純物光伝導セルがある。
光起電型の大部分はPN接合を用いておりSiあるいはGeを母体としており、Siセル、Geセルと呼ばれ広く利用されている。波長帯域も可視光から近赤外線まであるため用途が広い。光起電型に逆バイアス電圧を加えて電流を取り出す形で用いると極めて優れた測定特性を示すようになる。
主流となっている半導体による光センサーはフォトダイオード（Photodiode）と呼ばれ、従来使われていた光電子倍増管に替わるフォトセンサーとして使われるようになった。フォトトランジスタと呼ばれる光センサーもフォトダイオードと同じ検出方法であるが、電流をトランジスタで増幅しておりフォトダイオードよりは応答時間が遅い。
一方外部光電効果を利用した素子には光電子増倍管（PMT、フォトマル）と光電管がある。フォトマルは光により光電陰極から飛び出した電子を、ダイノードで増幅させる。放電管は光により光電陰極から電子が飛び出す。これはフォトレジスタに似た挙動を示す。
イメージセンサーとして使われるCCD（Charge-Coupled Device：電荷結合素子）も光起電力型の光検出器である。3）
以下に光センサーの分類表を記す。

3-1 原理による光センサーの分類

光センサーを原理で分類すると表１のようになる。

表1　光センサーの分類１（原理による分類）
原理 タイプ 素子、材料 主な波長域
内部光電効果 光電導効果 真性光電導セル Cdsセル 可視光領域
PbS、InSbセル 近赤外領域
HgCdTeセル 中赤外領域
不純物光伝導セル Ge母体、不純物Au、Hg、Cu、Zn、Beなどを添加 赤外領域
冷却器が必要
光起電型
（フォトダイオード）		 Siセル 可視光領域
Gsセル 紫外～赤外
CCD Si 可視光量域
外部光電効果 光電子増倍管（PMT、フォトマル） 光を当てると光電陰極から電子が飛び出し、ダイノードで増幅される。 真空紫外域から1700nm
光電管 光を当てると光電陰極から電子が飛び出し、フォトレジスタに似た挙動を示す。 紫外光～可視光

3-2　種類による光センサーの分類

多くの種類のセンサーを開発しているオムロン㈱では光センサーの種類により以下のように分類している。4）

表2　光センサーの分類２（検出方式による分類）
タイプ 検出方式 構成、特徴
透過型 投光器と受光器を対向させて設置し投光器からの光を受光器に入射させる。

検出物体が投光器と受光器の間で光をさえぎることにより受光器に入る光の量の変化を検出する。
・動作の安定度が高く、検出距離が数cm～数十mと長く動作が安定しやすい。

・検出物体の位置ずれの影響が少ない。
回帰反射型 投光器と受光器が一体形。

投光部からの光は反射板で反射し受光部に戻る。検出物体が光をさえぎると、受光部に入る光の量が減少する。
・検出距離は数cm～数m

・配線・光軸調整が容易（工数が省ける）

・検出物は2度光を遮るので透明な物体の検出に向いている。
拡散反射型 投光器、受光器一体形で検出物がない場合、光は受光部に戻らない。

検出物があると受光部に反射光が戻る。
・検出距離は数cm～数m

・設置、取り扱いが容易

・検出物体の形状（色、凹凸）で反射光量が変わるので検出安定度が変化する。
距離設定型 三角距離計測の原理を応用しており、検出物の距離により反射光の受光位置が変わる。

受光素子には2分割フォトダイオードを位置検出器として使用している。
・検出物体の表面状態、色などのの影響および背景物体の影響を受けにくい。
限定反射型 拡散反射形と同様検出物体からの反射光を受光する。

投光ビームと受光部を限定し、センサから一定の距離にある検出物体だけを検出する。
・細かな段差を検出できる。

・検出物体の色の影響を受けにくいが検出物体のツヤ、傾きの影響を受けやすい。

3-3 構成による光センサーの分類

構成で光センサーを分類すると表３のように分類できる。4）

表３．　光センサーの分類３（構成による分類）
タイプ 構成 特徴
アンプ分離型 投光部と受光部を分離したタイプで反射型と透過型がある。他の増幅部、制御部等は一体のアンプユニットとなっている。 ・投受光器は投光素子、受光素子および光学系で構成されるので小型が可能。
・投光器、受光器を別の場所に設置しても離れた場所からの調整が可能。
アンプ内蔵型 電源部以外を一体としたタイプで電源ユニットを単独に持つ。 ・受光部、増幅部および制御部が一体となっているので、信号線を引き回す必要がないのでノイズの影響を受けにくい。
・配線工数がアンプ分離形に比べて少ないが大型になる。
電源内蔵型 投光器、受光器に電源部までを含めて一体化したタイプ。 ・受光器から直接容量の大きな制御出力が可能。
・大型になる。
エリアセンサー 透過型で投光部、受光部を多光軸になっている。 ・センシング範囲が広い。
・部品ピッキング作業用に適している。

参考文献

3) フリー百科事典「光検出器」（https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%85%89%E6%A4%9C%E5%87%BA%E5%99%A8）

4) 光電センサー技術解説　オムロン技術資料（https://www.fa.omron.co.jp/guide/technicalguide/43/2/）

次週に続く—