(57)【要約】      （修正有）【課題】放射線環境下においてもその影響を除去して、高精度の検出を行うことができる、いわば放射線対応型フォトセンサ、およびそれを用いた光学式回転検出器を提供する。【解決手段】フォトセンサ１０は、受光部として二個の光検出素子１、２を備えている。すなわち、第一の光検出素子１と、光遮蔽手段４と、遮蔽手段４によって検出対象の光のみの入射が遮られる第二の光検出素子２と、各素子からの出力を差分する差動回路３とを備えてなることを、主たる構成とする。なお、光検出素子１、２としては、フォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトＩＣなど適宜のものを用いることができるが、両者は同一種類・完全に同一仕様のものとする。【選択図】図１
2013224830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光検出素子（以下、「第一の光検出素子」という。）と、光遮蔽手段と、該遮蔽手段によって検出対象の光のみの入射が遮られる第二の光検出素子と、各素子からの出力を差分する差動回路とを備えてなる、フォトセンサ。
【請求項２】
放射線の影響を除去可能な放射線対応型であることを特徴とする、請求項１に記載のフォトセンサ。
【請求項３】
前記第二の光検出素子は、前記光遮蔽手段がなければ前記第一の光検出素子と同様に光が入射し得る程度に該第一の光検出素子に近接して設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載のフォトセンサ。
【請求項４】
検出対象の光の入射方向に対して、前記第一の光検出素子、前記光遮蔽手段、前記第二の光検出素子の順に配置されていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載のフォトセンサ。
【請求項５】
前記第二の光検出素子は、前記検出対象の光の入射方向のみならず全方向において当該光から遮蔽されていることを特徴とする、請求項４に記載のフォトセンサ。
【請求項６】
前記第一の光検出素子および第二の光検出素子はフォトダイオードまたはフォトトランジスタであることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載のフォトセンサ。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載のフォトセンサを用いた、光学式回転検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフォトセンサおよび光学式回転検出器に係り、特に、放射線環境下においてもその影響を除去して、高精度の検出を行うことができるフォトセンサおよび光学式回転検出器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フォトセンサは発光部と受光部を備え、発光部からの光の変化を受光部で検出して、物体の有無、材質、パルスを検知するセンサであり、光学式エンコーダではパルス検知のために用いられている。
【０００３】
フォトセンサの発光部としては従来、発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられることが多い。一方、受光部としては、光検出器として働く半導体のダイオードであるフォトダイオードや、それより高感度だが応答時間は遅いフォトトランジスタ、さらにフォトＩＣ等の光学素子が従来用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２３８８１３号公報「電気光学装置、光電変換装置及び放射線検出装置」
【特許文献２】特開２０１０−１６５９１８号公報「フォトダイオードアレイ及び放射線検出器」
【特許文献３】特表２００４−５０２９５９号公報「光学的な放射線センサーシステム並びに流体の放射線透過率を測定するための方法」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さて近年、光学式エンコーダ等の回転検出・角度検出技術においても、原子力関連施設や宇宙空間といった放射線量の多い環境下（放射線環境下）における需要が高まっている。しかしながら従来のフォトダイオード等の光学素子は、外来光を完全に遮蔽しても、放射線が進入すると誤作動を起こすことがある。したがって、宇宙空間などの放射線環境下では、高精度な光学式エンコーダ等の使用においては放射線を遮蔽する必要があるが、装置重量やサイズの面で重装備となることを避けられず、問題がある。
【０００６】
また、原子力発電所その他原子力関連施設など地上用途においても同様、放射線環境下では、高精度な光学式エンコーダを使いたい場合でも、放射線を遮蔽できる環境を作らないと誤差動するため、使用することができない。このような問題については、従来、有効な解決手段が示されていない。なお、前掲特許文献開示技術は全て、放射線センサに係るものである。
【０００７】
そこで本発明が解決しようとする課題は、かかる従来の問題を踏まえ、放射線環境下においてもその影響を除去して、高精度の検出を行うことができる、いわば放射線対応型フォトセンサ、およびそれを用いた光学式回転検出器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明者は上記課題について検討した結果、受光部すなわち光検出素子を二個用い、一方において検出対象の光を入射させない構造を用いることにより課題を解決できることに想到し、本発明に至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下の通りである。
【０００９】
（１）  光検出素子（以下、「第一の光検出素子」という。）と、光遮蔽手段と、該遮蔽手段によって検出対象の光のみの入射が遮られる第二の光検出素子と、各素子からの出力を差分する差動回路とを備えてなる、フォトセンサ。
（２）  放射線の影響を除去可能な放射線対応型であることを特徴とする、（１）に記載のフォトセンサ。
（３）  前記第二の光検出素子は、前記光遮蔽手段がなければ前記第一の光検出素子と同様に光が入射し得る程度に該第一の光検出素子に近接して設けられていることを特徴とする、（１）または（２）に記載のフォトセンサ。
（４）  検出対象の光の入射方向に対して、前記第一の光検出素子、前記光遮蔽手段、前記第二の光検出素子の順に配置されていることを特徴とする、（１）ないし（３）のいずれかに記載のフォトセンサ。
（５）  前記第二の光検出素子は、前記検出対象の光の入射方向のみならず全方向において当該光から遮蔽されていることを特徴とする、（４）に記載のフォトセンサ。
（６）  前記第一の光検出素子および第二の光検出素子はフォトダイオードまたはフォトトランジスタであることを特徴とする、（１）ないし（５）のいずれかに記載のフォトセンサ。
（７）  （１）ないし（６）のいずれかに記載のフォトセンサを用いた、光学式回転検出器。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のフォトセンサおよび光学式回転検出器は上述のように構成されるため、これによれば、放射線環境下においてもその影響を除去して、高精度の検出を行うことができる。すなわち、放射線対応型フォトセンサとそれを用いた光学式回転検出器を提供することができる。たとえば光学式エンコーダの場合であれば、宇宙環境や原子力環境などの放射線環境下においても、誤作動を起こさない光学式エンコーダを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のフォトセンサの基本的構成を示す説明図である。
【図２】図１において外乱として放射線が存在する場合の本発明フォトセンサの作用をグラフで示す説明図である。
【図３】本発明フォトセンサの別の構成例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面により本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明のフォトセンサの基本的構成を示す説明図である。図示するように本フォトセンサ１０は、受光部として二個の光検出素子１、２を備えている。すなわち、第一の光検出素子１と、光遮蔽手段４と、遮蔽手段４によって検出対象の光のみの入射が遮られる第二の光検出素子２と、各素子からの出力を差分する差動回路３とを備えてなることを、主たる構成とする。なお、光検出素子１、２としては、フォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトＩＣなど適宜のものを用いることができるが、両者は同一種類・完全に同一仕様のものとする。
【００１３】
本発明における検出対象の光とは、電磁波を波長によって分類する際の「光」、すなわち、波長が１ｍｍから２ｎｍ程度であって、波長域によりさらに赤外線・可視光線・紫外線に分類されるところの「光」を指すものとする（以下、「通常光」ともいう）。したがって、検出対象の光の種類によって、それを遮蔽することのできる材質・形態・サイズを備えたものを適宜、光遮蔽手段４として用いることができる。たとえば検出対象の光が可視光であれば、これを透過しない紙であってもよい。
【００１４】
かかる構成により本発明フォトセンサ１０においては、第一の光検出素子１においては検出対象の光（通常光）および対象外の光（以下、「外乱」ともいう。）の両方が受光され、一方、第二の光検出素子２においては、光遮蔽手段４によって通常光が遮蔽されるため受光されず、外乱のみが入射する。両光検出素子１、２それぞれでの受光・入射による信号は、差動回路３に入力され、双方の信号の差分が処理されて、検出対象の光（通常光）のみを出力することができる。
【００１５】
換言すれば本発明のフォトセンサ１０では、光検出素子を二個用い、そのうち一つを第一の光検出素子１として通常の光検出を行わしめ、さらに光遮蔽手段４によって通常光を遮蔽した状態に光検出素子を設置してこれを第二の光検出素子２とし、各光検出素子１、２それぞれからの検出信号を差動回路３で処理することにより、両者の出力を差分して、放射線など外乱の影響をキャンセルするものである。
【００１６】
なお、本発明における「差動回路」としては、2つの入力信号の差分を一定係数（差動利得）で増幅する、いわゆる差動増幅回路を好適に用いることができる。しかし、差分の信号強度が弱い場合には増幅が必要だが、本発明においては、差分の信号強度は差動処理前の信号強度と大差ない場合があり、その場合は敢えて増幅する必要がない。したがって本願においては、増幅処理に限定されない意味で「差動回路」の語を用いる。
【００１７】
図２は、図１において外乱として放射線が存在する場合の本発明フォトセンサの作用をグラフで示す説明図である。図１に示すように検出対象の光（通常光Ｖ）は、第一の光検出素子１には入射するが、光遮蔽手段４によって光路が遮られるために、第二の光検出素子２には入射しない。一方、放射線Ｒは、通常光Ｖのみを遮蔽可能な光遮蔽手段４を貫通するため、第一の光検出素子１にも第二の光検出素子２にも入射する。
【００１８】
図２中、（ａ）は第一の光検出素子１からの信号波形を、（ｂ）は第二の光検出素子２からの信号波形を、そして（ｃ）は差動回路３を経て出力される信号の波形を、それぞれ示す。通常光＋放射線による信号（ａ）と、通常光が遮蔽されて入射せず放射線のみによる信号（ｂ）とが、差動回路３を減ることによって、通常光のみの信号（ｃ）として出力される。このようにして、放射線環境下であっても、それが除去された信号を出力することができる。
【００１９】
なお、放射線とは一般に、放射性元素の崩壊に伴って放出される粒子線、あるいは電磁波のことであり、主としてアルファ線、ベータ線およびガンマ線のことをいうが、これらと同程度のエネルギーを持つ粒子線や宇宙線も、本願の放射線には含むものとする。つまり除去対象を放射線とする場合の本発明のフォトセンサは、一般的な「放射線」の場合、中性子線その他の粒子線を含む場合、一般的な放射線の一部を対象とする場合、宇宙線を対象に含む場合、いずれの場合をも含むものとする。
【００２０】
図１に示すように、本フォトセンサ１０の第二の光検出素子２は、もし光遮蔽手段４がなければ第一の光検出素子１と同等に光が入射し得る程度に第一の光検出素子１に近接して設けるものとすることができる。これにより、第一の光検出素子１の位置における真の検出信号と同等の出力を得ることができる。もっとも、本発明がかかる構成に限定されるものではなく、除去対象の放射線等電磁波が第一の光検出素子と同等に入射するのであれば、フォトセンサ中の他の位置に第二の光検出素子を設ける構成としてもよい。
【００２１】
なお、両方の光検出素子を近接して設ける場合は、検出対象の光の入射方向に交差する方向上に並設してもよいが、図示するように入射方向上に前後して設置する構成とすることが、近接させる趣旨に鑑み、より望ましい。つまりこの場合のフォトセンサ１０は、図示するように、検出対象の光の入射方向に対して、第一の光検出素子１、光遮蔽手段４、第二の光検出素子３の順に配置された構成となる。
【００２２】
図３は、本発明フォトセンサの別の構成例を示す説明図である。図示するように本例のフォトセンサ３１０においては、第二の光検出素子３２が、光遮蔽手段３４による検出対象の光の入射方向から遮蔽されるのみならず、補助遮蔽手段３６によって全方向において当該光から遮蔽された構成である。光遮蔽手段３４同様、補助遮蔽手段３６としても、検出対象の光の種類によってそれを遮蔽することのできる材質・形態・サイズを備えたものを、適宜用いることができる。たとえば検出対象の光が可視光であれば、これを透過しない紙であってもよい。
【００２３】
なお、図示した構成は一例であり、補助遮蔽手段３６の具体的な形状やサイズ、材質などの仕様は、適宜のものとすることができる。かかる構成により、第二の光検出手段３２への検出対象の光の進入を完全に遮蔽して、一層高精度の信号検出、信号出力を得ることができる。
【００２４】
以上説明したいずれかの本発明フォトセンサを用いた光学式回転検出器、たとえば光学式エンコーダ等も、本発明の範囲内である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明のフォトセンサおよび光学式回転検出器によれば、放射線環境下のような外乱の存在する環境においても、その影響を除去して、高精度の検出を行うことができる。また、想定する外乱が特に放射線である場合は、放射線対応型フォトセンサとそれを用いた光学式回転検出器を提供することができる。それにより、宇宙環境や原子力環境などの放射線環境下においても、誤作動を起こさない光学式回転検出器を実現することができる。したがって、放射線その他の外乱のある環境下においても高精度の回転検出・角度検出が必要なあらゆる産業分野、技術分野において、産業上利用性が高い発明である。
【符号の説明】
【００２６】
１、３１…第一の光検出素子
２、３２…第二の光検出素子
３、３３…差動回路
４、３４…光遮蔽手段
５、３５…筐体
１０、３１０…フォトセンサ
３６…補助遮蔽手段
Ｖ…検出対象の光（通常光）
Ｒ…放射線
【図１】
2013224830.tif 000003
【図２】
2013224830.tif 000004
【図３】
2013224830.tif 000005