JP2016031291A - 光センサモジュール、蓄電モジュール及び距離測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温度によらずに安定した検知を行う光センサモジュール、蓄電モジュール及び距離測定方法を提供する。
【解決手段】発光ダイオード３は、印加された電圧に応じた電流が流れ発光する。温度センサ付電圧源１は、電圧の印加により発光ダイオード３に流れる電流の温度特性を相殺する温度特性を有する電圧を出力し、出力電圧を発光ダイオード３に印加する。バイポーラトランジスタ５は、発光ダイオード３から発せられた光を受光し光励起電流を生成する。距離測定部７は、バイポーラトランジスタ５により生成された光励起電流を基に、発光ダイオード３とバイポーラトランジスタ５との距離を測定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光センサモジュール、蓄電モジュール及び距離測定方法に関する。

近年では、蓄電システムに適用する蓄電デバイスがある。蓄電デバイスの一例として、リチウムイオンキャパシタが提案されている。リチウムイオンキャパシタの蓄電セルは、例えば、アルミラミネートフィルム等のラミネート材の容器内に、正極、負極及びセパレータを交互に積層した電極積層体と、例えば、リチウムイオンを含む有機電解液とを充填した密閉構造である。蓄電セルは、経年変化等で内部の電解液が気化して蓄電性能が低下する場合がある。

ラミネート材等の容器内に電極積層体を封止した蓄電デバイスでは、例えば、容器内部で電解液が気化してガスが発生した場合、ガスの発生で蓄電セルの容器が膨張することになる。膨張をそのままにしておくと、蓄電セルの容器が破れて有機電解液及びリチウムイオンが漏れ出すおそれがある。また、気化が続くと蓄電セルの性能が劣化してしまい蓄電モジュールとしての機能が十分に果たせなくなるおそれがある。

そこで、蓄電セルと蓄電モジュールとの壁の距離を計測し、蓄電セルの膨張を検知する従来技術がある。そして、距離を計測する方法として光センサ（フォトセンサ）を用いる場合がある。例えば、光センサにおける送信側は発光ダイオード、受信側はｎｐｎバイポーラトランジスタである。そして、発光ダイオードに順方向電流を流すことで発光させ、受信側で発光ダイオードからの光を受けて光励起電流が流れることで検知が行われる。このような光センサにおいて、定電流の電源を用いて発光ダイオードに電流を流す従来技術がある。

登録実用新案第３１５２７９８号公報 特開２００３−２４９６８６号公報

しかしながら、蓄電モジュールは様々な環境下で用いられることが想定される。この点、光センサの検知は温度特性を有するため、温度変化が激しい地域や装置内などの温度条件が厳しい環境下では、光センサの検出電圧を一定にすることは困難である。そのため、温度によらずに安定した検知を行うことは困難である。

また、定電流の電源を用いる従来技術であっても、電圧を一定にすることはできるが、ノイズの影響を受けやすく検出精度が安定しない。また、定電流の電源は容易に作成することが困難である。

上述の問題に鑑み、開示技術の実施形態の一例は、温度によらずに安定した検知を行う光センサモジュール、蓄電モジュール及び距離測定方法を提供することを目的とする。

開示技術の実施形態の一例に係る光センサモジュール、蓄電モジュール及び距離測定方法によれば、発光部は、印加された電圧に応じた電流が流れ発光する。電圧源は、電圧の印加により前記発光部に流れる電流の温度特性を相殺する温度特性を有する電圧を出力し、出力電圧を前記発光部に印加する。受光部は、前記発光部から発光された光を受信して光励起電流を生成する。測定部は、前記受光部により生成された前記光励起電流を基に、前記発光部と前記受光部との距離を測定する。

開示技術の実施形態の一例によれば、温度によらずに安定した検知を行う光センサモジュール、蓄電モジュール及び距離測定方法を提供することができるという効果を奏する。

図１は、実施形態１に係る光センサモジュールの回路図である。 図２は、実施形態１に係る温度センサ付電圧源のブロック図である。 図３は、実施形態１に係る温度センサ付き電圧源の回路図である。 図４は、温度センサ付電源の各部での電圧の温度特性の計測結果を表す図である。 図５は、温度センサ付電圧源１の各部における出力電圧の温度特性の遷移を表す図である。 図６は、実施形態１に係る光センサモジュールによる距離測定処理のフローチャートである。 図７は、実施形態１に係る光センサモジュールを搭載したリチウムイオンキャパシタモジュールの平面図である。 図８は、実施形態１に係る光センサモジュールの効果を説明するための図である。 図９は、実施形態２に係る温度センサ付電圧源のブロック図である。 図１０は、実施形態２に係る光センサモジュールによる距離測定処理のフローチャートである。

以下に、本願の開示する光センサモジュール、蓄電モジュール及び距離測定方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により本願の開示する光センサモジュール、蓄電モジュール及び距離測定方法が限定されるものではない。

［実施形態１］
（実施形態１に係る光センサモジュールの構成）
図１は、実施形態１に係る光センサモジュールの回路図である。図１に示すように、光センサモジュールは、温度センサ付電圧源１、オペアンプ２、発光ダイオード３、抵抗４、バイポーラトランジスタ５、抵抗６を有している。

まず、発光ダイオード３の特性について説明する。この発光ダイオード３が、「発光部」の一例にあたる。発光ダイオード３は、アノードに電圧が印加され順方向電圧を超えると、順方向電流が流れ発光する。ここで、発光ダイオード３の順方向電圧は、負の温度特性を有する。そのため、温度上昇に伴い、発光ダイオード３の順方向電圧は低下する。そこで、一定電圧で発光ダイオード３のアノードを印加した場合、順方向電流は温度上昇に伴い増加する。すなわち、発光ダイオード３の順方向電流は、一定の電圧を印加した場合、正の温度特性を有しているといえる。そこで、実施形態１に係る光センサモジュールは、発光ダイオード３の順方向電流の温度特性を相殺して、順方向電流の温度特性を不感にするように動作する。以下、実施形態１に係る光センサモジュールの構成について詳細に説明する。

（実施形態１に係る温度センサ付電圧源）
図２を参照して、温度センサ付電圧源１の動作の概要を説明する。図２は、実施形態１に係る温度センサ付電圧源のブロック図である。図２に示すように、本実施形態に係る温度センサ付電圧源１は、電源１１、温度特性回路１２、電圧調整部１３及びバッファ１４を有する。この温度センサ付電圧源が、「電圧源」の一例にあたる。

電源１１は、定電圧電源であり予め決められた電圧を出力する。電源１１の出力電圧は、温度特性回路１２に入力される。

温度特性回路１２は、電源１１から定電圧の入力を受ける。そして、温度特性回路１２は、入力された電圧に対して発光ダイオード３の電流とは逆の温度特性を付加する。ある温度特性の逆の温度特性とは、例えば、ある温度特性の傾きの正負が逆の温度特性である。

ここで、発光ダイオード３の順方向電流の温度特性は温度が上昇するにしたがい上昇する正の温度特性である。そこで、温度特性回路１２は、入力された電圧に対して、温度が上昇するにしたがい減少する負の温度特性を付加する。温度特性回路１２は、負の温度特性を付加した電圧を電圧調整部１３に出力する。

電圧調整部１３は、負の温度特性が付加された電圧の入力を温度特性回路１２から受ける。次に、電圧調整部１３は、負の温度特性が付加された電圧のゲインを調整し、発光ダイオード３の順方向電流の温度特性を相殺する値に、電圧の温度特性を調整する。そして、電圧調整部１３は、調整した温度特性を有する電圧をバッファ１４へ出力する。

バッファ１４は、例えば、ボルテージフォロアや非反転アンプで構成される。バッファ１４は、発光ダイオード３の順方向電流の温度特性を相殺する温度特性を有する電圧の入力を電圧調整部１３から受ける。そして、バッファ１４は、増幅などの電圧の補正を行い所望の値に調整する。バッファ１４により、ノイズなどの影響を軽減することができる。そして、バッファ１４は、調整した電圧をオペアンプ２へ出力する。

次に、図３を参照して、本実施形態に係る温度センサ付電圧源１の具体的な回路構成の一例について説明する。図３は、実施形態１に係る温度センサ付き電圧源の回路図である。

上述したように、電源１１は、定電圧の電圧電源を出力する電源である。例えば、電源１１は、５Ｖの電圧を出力する。

温度特性回路１２は、抵抗１２１及びサーミスタ１２２を有する。電源１１の出力端子は抵抗１２１の一端に接続される。抵抗１２１の他端は、サーミスタ１２２の一端に接続される。サーミスタ１２２の他端は、グランドに接続される。そして、サーミスタ１２２と抵抗１２１とを結ぶ伝送経路の間で経路は分岐し、電圧調整部１３に接続される。

ここで、抵抗１２１の抵抗値をＲ０（Ω）とし、サーミスタ１２２の抵抗値をＲ（Ｔｓ）（Ω）とする。Ｒ（Ｔｓ）は、温度によって変化する。また、電源１１の出力電圧の電圧値をＶ００（Ｖ）とする。

この場合、温度Ｔｓ（Ｋ）におけるサーミスタ１２２の抵抗値であるＲ（Ｔｓ）は、Ｒ（Ｔｓ）＝Ｒ_Ｔ０×ｅｘｐ｛Ｂ×（１／Ｔｓ−１／Ｔ０）｝と表される。ここで、Ｔｓ（Ｋ）は、サーミスタ温度である。また、Ｔ０（Ｋ）は、基準温度である。また、Ｂ（Ｋ）は、Ｂ定数とよばれるサーミスタ１２２の温度特性定数である。Ｒ_Ｔ０（Ω）は、Ｔ０（Ｋ）における基準抵抗である。なお基準抵抗はサーミスタの種類によって異なるが、２５℃（２９８Ｋ）であることが多い。

さらに、サーミスタ１２２と抵抗１２１とを結ぶ伝送経路の間で分岐した経路から電圧調整部１３に対して出力される電圧の電圧値Ｖｔｈ（Ｖ）は、Ｖｔｈ＝Ｒ（Ｔｓ）／｛Ｒ＋Ｒ（Ｔｓ）｝×Ｖ００と表される。ここで、Ｖ００は、温度特性回路１２の電源電圧である。以下では、サーミスタ１２２と抵抗１２１とを結ぶ伝送経路の間で分岐した経路から電圧調整部１３に対して出力される電圧を「温度特性回路１２の出力電圧」という。

サーミスタ１２２の温度特性は、線形に近いほうが好ましい。そして、サーミスタ１２２の温度特性が線形近似の領域で、本実施形態に係る光センサモジュールを動作させることが好ましい。すなわち、サーミスタ１２２の温度特性は、線形近似の領域が大きいほど好ましい。

図４は、温度センサ付電源の各部での電圧の温度特性の計測結果を表す図である。図４は、縦軸で電圧を表し、横軸で温度を表している。

グラフ２１１が、温度特性回路１２の出力電圧の温度特性を表している。グラフ２１１に示すようにサーミスタ１２２は、温度が高い領域及び低い領域では飽和状態となり、温度特性の線形を維持できない。この場合、線形近似の領域は、例えば、区間Ｐで表される領域である。すなわち、区間Ｐが広いほうが好ましい。

電圧調整部１３は、動作点電圧１３１、アンプ１３２、抵抗１３３〜１３６、動作点電圧１３７及びアンプ１３８を有している。動作点電圧１３１、アンプ１３２、抵抗１３３及び抵抗１３４は、ゲイン調整部である。また、抵抗１３５、抵抗１３６、動作点電圧１３７及びアンプ１３８は、極性反転部である。

例えば、動作点は、温度特性回路１２の出力での対応する温度及び電圧の組から適当に選択することができる。例えば、動作点電圧は、電源電圧の半分としてもよい。これは、例えば、電源電圧が４（Ｖ）であれば、動作点電圧は２（Ｖ）になる。

抵抗１３４は、一端がサーミスタ１２２と抵抗１２１とを結ぶ伝送経路の間で分岐した経路に接続される。また、抵抗１３４の他端は抵抗１３３の一端に接続される。

アンプ１３２の非反転入力端子には、動作点電圧１３１が入力される。また、アンプ１３２の反転入力端子は、抵抗１３３と抵抗１３４とを結ぶ伝送経路の間で分岐した経路に接続されている。さらに、アンプ１３２の出力端子から伸びる経路は、２つに分岐し、一方は抵抗１３５に接続され、他方は抵抗１３３の抵抗１３４と接続する端子とは逆の端子に接続される。すなわち、アンプ１３２の反転入力端子には、抵抗１３３を経由して帰還する電圧が入力される。

ここで、抵抗１３４の抵抗値をＲ０１（Ω）とし、抵抗１３３の抵抗値をＲ０２（Ω）とする。また、抵抗１３４への入力電圧は、温度特性回路１２の出力電圧であり、その電圧値はＶｔｈ（Ｖ）である。また、動作点電圧の電圧値を、Ｖ０１（Ｖ）とする。

この場合、アンプ１３２から出力される電圧Ｖ０２（Ｖ）は、Ｖ０２＝−（Ｒ０２／Ｒ０１）×Ｖｔｈと表される。

すなわち、抵抗１３３及び抵抗１３４の抵抗値を調整することで、アンプ１３２の出力のゲインを調整することができる。このゲインを調整することで、温度特性の傾きを調整することができる。ただし、アンプ１３２の出力電圧は、温度特性回路１２から出力された電圧の温度特性と極性が反転している。なお、温度特性回路１２のインピーダンスがＲ０１及びＲ０２のインピーダンスに比べて無視できないレベル、すなわちインピーダンスが高い場合、温度特性回路１２の出力はボルテージフォロアでバッファして温度特性回路１２へ入力することが好ましい。このボルテージフォロアは、バッファ１４と同等のものを用いることができる。

そこで、抵抗１３３及び抵抗１３４の抵抗値は、発光ダイオード３の順方向電流の温度特性を相殺する温度特性と極性が逆の温度特性が得られるように設定される。発光ダイオード３の順方向電流の温度特性を相殺する温度特性は、発光ダイオード３の順方向電流の温度特性の傾きの符号を逆にした傾きを有する温度特性である。このように、抵抗１３３及び抵抗１３４の抵抗値が決定されていることで、アンプ１３２は、発光ダイオード３の順方向電流の温度特性の傾きと同じ傾きを有する温度特性を持つ電圧を出力する。

アンプ１３２の出力電圧の温度特性は、図４のグラフ２１２として表される。本実施形態に係る光センサモジュールでは、グラフ２１１で表される温度特性回路１２の出力電圧の温度特性の傾きが発光ダイオード３の順方向電流の温度特性の傾きよりも大きい。そこで、電圧調整部１３は、動作点電圧１３１、アンプ１３２、抵抗１３３及び抵抗１３４を用いて、電圧の傾きを小さくするようにゲインを調整する。アンプ１３２は、発光ダイオード３の順方向電流の温度特性の傾きと同じ傾きを有する温度特性となるようにゲインが調整された電圧を抵抗１３５へ出力する。以下では、アンプ１３２の出力電圧を、「ゲイン調部の出力電圧」という。

ゲイン調整部の出力電圧は、極性が温度特性回路１２の出力電圧に対して極性が反転している。そこで、発光ダイオード３の順方向電流の温度特性を相殺するためには、極性を再度反転させる必要がある。そこで、次にゲイン調整部の出力電圧の極性を反転させる処理が行われる。

抵抗１３５は、一端がアンプ１３２の出力端子に接続される。そして、抵抗１３５の他端は、アンプ１３８の反転入力端子に接続される。

また、アンプ１３８の非反転入力端子は、動作点電圧１３７の入力を受ける。そして、アンプ１３８の出力端子は、バッファ１４のアンプ１４１の非反転入力端子に接続される。

抵抗１３６の一端は、アンプ１３８とアンプ１４１とを結ぶ伝送経路の間に接続する。さらに、抵抗１３６の他端は、抵抗１３５とアンプ１４１とを結ぶ伝送経路の間に接続する。さらに、抵抗１３５及び抵抗１３６の抵抗値は、同じ値である。

動作点電圧１３７は、動作点電圧１３１と同じ電圧値の電圧を供給する。

ここで、抵抗１３５の抵抗値をＲ０３（Ω）とし、抵抗１３６の抵抗値をＲ０４（Ω）とする。ここで、本実施例では、Ｒ０３＝Ｒ０４である。さらに、動作点電圧１３７の電圧値は、動作点電圧１３１の電圧値と同じＶ０１（Ｖ）とし、ゲイン調整部の出力電圧の電圧値を先ほどと同じＶ０２とする。

この場合、アンプ１３８の出力電圧の電圧値Ｖ０３（Ｖ）は、Ｖ０３＝−（Ｒ０３／Ｒ０４）×Ｖ０２＝−Ｖ０２となりゲイン調整部の出力電圧の極性が反転している。

また、上述したようにＶ０２＝−（Ｒ０２／Ｒ０１）×Ｖｔｈであるので、Ｖ０３＝（Ｒ０２／Ｒ０１）×Ｖｔｈと表せる。すなわち、アンプ１３８の出力電圧は、温度特性回路１２の出力電圧のゲインが調整された同じ極性を有する電圧であり、発光ダイオード３の順方向電流の温度特性を相殺する電圧である。アンプ１３８の出力電圧は、バッファ１４のアンプ１４１の非反転入力端子に入力される。

アンプ１３８の出力電圧は、図４のグラフ２１３で表される。図４に示すように、グラフ２１３は、グラフ２１２の傾きの符号を反転させたものであることが分かる。すなわち、アンプ１３８の出力電圧は、ゲイン調整部の出力電圧の極性を反転させたものであることが分かる。以下では、アンプ１３８の出力電圧を、「電圧調整部１３の出力電圧」と呼ぶ。

バッファ１４は、アンプ１４１を有する。アンプ１４１の非反転入力端子は、アンプ１３８の出力端子に接続される。また、アンプ１４１の反転入力端子は、帰還したアンプ１４１の出力電圧が入力される。このように、バッファ１４を設けることで、バッファ１４から見て電源１１側と、オペアンプ２側とを分離することができる。これにより、温度センサ付電圧源１のノイズによるオペアンプ２及び発光ダイオード３への影響を回避することができる。

アンプ１４１は、電圧調整部１３の出力電圧及び帰還電圧の入力を受けて、電圧調整部１３の出力電圧の電圧を補完してオペアンプ２へ出力する。

ここで、図５を参照して、温度センサ付電圧源１の各部における出力電圧の温度特性の遷移をまとめて説明する。図５は、温度センサ付電圧源１の各部における出力電圧の温度特性の遷移を表す図である。図５のグラフ２０１〜２０３の縦軸は電圧を表し、横軸は温度を表している。また、電圧値Ｖｏ（Ｖ）は、動作点電圧を表し、温度Ｔ１（℃）は、動作点温度を表している。

電源１１から出力された定電圧は、温度特性回路１２によって温度特性が付加され出力される。温度特性回路１２の出力電圧はグラフ２０１に示す温度特性を有する。グラフ２０１でしめす温度特性回路１２の出力電圧は、発光ダイオード３の順方向電流の温度特性の傾きとは逆の傾きの温度特性を有しているが、発光ダイオード３の順方向電流の温度特性を相殺するのに適当な値を有していない。そこで、電圧調整部１３は、温度特性回路１２の出力電圧のゲインを調整して、動作点電圧Ｖｏを固定として電圧の温度特性の傾きを調整し、発光ダイオード３の順方向電流の温度特性を相殺する傾きを有する温度特性にする。そして、温度特性回路１２は、ゲインを調整した電圧を出力する。電圧調整部１３の出力電圧はグラフ２０２に示す温度特性を有する。そして、バッファ１４は、電圧調整部１３を補完し出力する。バッファ１４は、電圧の温度特性を変化させないので、バッファ１４の出力電圧は、電圧調整部１３の出力電圧と同じであり、グラフ２０３に示す温度特性を有する。このように、電源１１の出力電圧は、発光ダイオード３の順方向電流の温度特性を相殺する傾きを有する温度特性を有する電圧に変化する。

以上のように、温度センサ付電圧源１は、電圧源１１の出力電圧に対してサーミスタ１２２により発光ダイオード３の電流と傾きが逆の温度特性を与える。そして、温度センサ付電圧源１は、電圧のゲインを調整して、発光ダイオード３の電流を相殺する電圧としてオペアンプ２へ出力する。

図１に戻って説明を続ける。オペアンプ２は、発光ダイオード３の駆動や最終ゲイン調整を行う。以下にオペアンプ２について詳細に説明する。オペアンプ２は、アンプ２１、抵抗２２及び抵抗２３を有している。

アンプ２１の非反転入力端子は、温度センサ付電圧源１に接続されている。アンプ２１の反転入力端子は、抵抗２２及び抵抗２３を結ぶ伝送路に接続されている。また、アンプ２１の出力端子は、発光ダイオード３のアノードに接続されている。

抵抗２２の一端は、アンプ２１の出力端子に接続されている。また、抵抗２２の他端は、抵抗２３の一端に接続されている。

抵抗２３の一端は、抵抗２２に接続されている。また、抵抗２３の他端は、グランドに接続されている。

そして、抵抗２２と抵抗２３を結ぶ伝送路は、分岐してアンプ２１の反転入力端子に接続されている。すなわち、アンプ２１の出力は抵抗２２を経由してアンプ２１の反転入力端子に帰還する。

ここで、抵抗２２の抵抗値をＲ２（Ω）とし、抵抗２３の抵抗値をＲ１（Ω）とする。さらに、温度センサ付電圧源１の出力電圧の電圧値をＶｉとする。Ｖｉ（Ｖ）は、図３は、バッファ１４で補正されているが、図３におけるアンプ１３８の出力電圧の電圧値Ｖ０３（Ｖ）と一致する。

この場合、アンプ２１の出力電圧の電圧値Ｖ０４（Ｖ）は、Ｖ０４＝Ｖｉ×（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２と表される。例えば、Ｒ１＝Ｒ２とすると、Ｖ０４＝２Ｖｉとなる。

ここで、温度センサ付電源１が図３に示す構成の場合、Ｖ０４＝Ｖ０３×（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２と表すことができる。Ｖ０３＝（Ｒ０２／Ｒ０１）×Ｖｔｈであるので、Ｖ０４＝Ｖｔｈ×（Ｒ０２／Ｒ０１）×（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２と表すことができる。さらに、Ｖｔｈは、Ｒ（Ｔｓ）／｛Ｒ＋Ｒ（Ｔｓ）｝×Ｖ００であるので、Ｖ０４は、Ｒ（Ｔｓ）に依存して負の温度特性を有する。

これにより、オペアンプ２は、発光ダイオード３のアノードへ印加する電圧の最終ゲイン調整を行う。そして、アンプ２１は、上述した電圧値Ｖ０４を有する出力電圧を発光ダイオード３のアノードに印加する。

発光ダイオード３は、アンプ２１から電圧値Ｖ０４を有する出力電圧の印加を受ける。そして、発光ダイオード３には、電流が印加されることにより順方向電流が流れる。順方向電流は、図１では、Ｉｆとして表している。ここで、上述したように、発光ダイオード３は順方向電圧が負の温度特性を有するため、順方向電流は正の温度特性を有する。しかし、Ｖ０４は、発光ダイオード３の順方向電流の温度特性を相殺する負の温度特性を有するので、順方向電流の温度特性は相殺され、発光ダイオード３の順方向電流は、温度によらず一定となる。

抵抗４は、発光ダイオード３に流れる電流を調節するための抵抗である。抵抗４の一端は発光ダイオード３の出力端子に接続される。また、抵抗４の他端はグランドに接続される。抵抗４の抵抗値をＲｋ（Ω）とすると、Ｒｋの値を調整することで、発光ダイオード３に流れる電流を調整することができる。

バイポーラトランジスタ５は、受光器である。このバイポーラトランジスタ５が、「受光部」の一例にあたる。発光ダイオード３が発した光をバイポーラトランジスタ５が受けることで、バイポーラトランジスタ５のベースに光励起電流が流れる。バイポーラトランジスタ５は、ベース電流が流れることで、ベース電流のβ倍のコレクタ電流が流れる。これにより、バイポーラトランジスタ５のエミッタにはベース電流の（β＋１）倍の電流が流れる。

バイポーラトランジスタ５のベース電流は、抵抗６により電圧を発生する。そして、バイポーラトランジスタ５の出力電圧は、距離測定部７に入力される。

距離測定部７は、バイポーラトランジスタ５の出力電圧を取得する。そして、距離測定部７は、取得した電圧値を用いて、発光ダイオード３とバイポーラトランジスタ５との間の距離を測定する。

ここで、バイポーラトランジスタ５のベース電流の電流値をＩｂ（Ａ）とし、コレクタ電流の電流値をＩｃ（Ａ）とし、エミッタ電流の電流値をＩｅ（Ａ）とする。この場合、Ｉｃ＝β×Ｉｂ、Ｉｅ＝（β＋１）×Ｉｂと表せる。

そして、バイポーラトランジスタ５の出力電圧の電圧値をＶｏｕｔ（Ｖ）とし、抵抗６の抵抗値をＲｅ（Ω）とすると、Ｖｏｕｔ＝Ｉｅ×Ｒｅ＝（β＋１）×Ｉｂ×Ｒｅとなる。すなわち、バイポーラトランジスタ５の出力電圧は、バイポーラトランジスタ５のベース電流、すなわち光励起電流に比例することがわかる。

ここで、光励起電流は、発光ダイオード３の発光強度が上昇するにしたがい上昇する。そして、発光ダイオード３の発光強度は順方向電流が上昇するにしたがい上昇する。そのため、順方向電流が温度特性を有している場合、バイポーラトランジスタ５の出力電圧は温度によって変化してしまう。したがって、このバイポーラトランジスタ５の出力電圧を用いた場合、距離の測定を正確に行うことができない。

これに対して、上述したように本実施形態に係る光センサモジュールは、発光ダイオード３の順方向電流が一定であるので、発光強度が一定となり、バイポーラトランジスタ５の出力電圧を一定にすることができる。したがって、本実施形態に係る光センサモジュールによれば、温度変化に係わらず距離の測定を正確に行うことができる。

（距離測定処理の流れ）
次に、図６を参照して、本実施形態に係る光センサモジュールによる距離測定処理の流れについて説明する。図６は、実施形態１に係る光センサモジュールによる距離測定処理のフローチャートである。

電源１１は、定電圧である電源電圧を出力する（ステップＳ１）。電源１１の出力電圧は温度特性回路１２に入力される。

温度特性回路１２は、入力された電源１１の出力電圧に対して、サーミスタ１２２により発光ダイオード３に流れる電流とは逆の温度特性を持たせた電圧に変換する（ステップＳ２）。そして、温度特性回路１２は、温度特性を付加した電圧を出力する。温度特性回路１２の出力電圧は、電圧調整部１３に入力される。

電圧調整部１３は、発光ダイオード３に流れる順方向電流の温度特性を相殺する温度特性を持つように、温度特性回路１２の出力電圧のゲインを調整する（ステップＳ３）。ただし、この段階では、温度特性の極性が逆である。

次に、電圧調整回路１３は、ゲインを調整した電圧の極性を反転させ、発光ダイオード３に流れる順方向電流の温度特性を相殺する温度特性の極性を合わせる（ステップＳ４）。そして、電圧調整部１３は、発光ダイオード３に流れる順方向電流の温度特性を相殺する温度特性を有する電圧を出力する。電圧調整部１３の出力電圧は、バッファ１４に入力される。

バッファ１４は、電圧調整部１３の出力電圧の入力を受ける。そして、バッファ１４は、電圧を補正し出力する（ステップＳ５）。

オペアンプ２は、バッファ１４からの出力電圧に対して最終ゲイン調整を行い、発光ダイオード３のアノードに印加する（ステップＳ６）。

発光ダイオード３に順方向電流が流れ、発光ダイオード３が発光する（ステップＳ７）。

バイポーラトランジスタ５により発光ダイオード３が発した光が受光され、光励起電流が発生する（ステップＳ８）。

距離測定部７は、光励起電流によるバイポーラトランジスタ５からの出力電圧を用いて、発光ダイオード３とバイポーラトランジスタ５との間の距離を測定する（ステップＳ９）。

（キャパシタモジュールの構成）
図７は、実施形態１に係る光センサモジュールを搭載したリチウムイオンキャパシタモジュールの平面図である。

リチウムイオンキャパシタモジュール４００は、リチウムイオンキャパシタセル４０２、リチウムイオンキャパシタセル４０２の固定部材４０１、送信側基板４０３、受信側基板４０４を有している。

リチウムイオンキャパシタセル４０２は、アルミラミネートフィルム等のラミネート材の容器内に、正極、負極及びセパレータを交互に積層した電極積層体と、例えば、リチウムイオンを含む有機電解液とが充填された密閉構造を有している。

固定部材４０１は、リチウムイオンキャパシタセル４０２を固定する部材である。本実施形態では、１つのリチウムイオンキャパシタ４０１を固定しているが、複数のリチウムイオンキャパシタ４０１を固定する構造でもよい。

送信側基板４０３及び受信側基板４０４は、光センサ搭載基板である。

送信側基板４０３は、図１に例示した温度センサ付電圧源１、オペアンプ２、発光ダイオード３及び抵抗４を搭載した基板である。送信側基板４０３は、リチウムイオンキャパシタセル４０２の容器の表面に配置される。

受信側基板４０４は、図１に例示したバイポーラトランジスタ５及び抵抗６を搭載した基板である。また、受信側基板４０４には、バイポーラトランジスタ５のコレクタに電力を供給する電源を搭載してもよい。受信側基板４０４は、固定部材４０１上の送信側基板４０３と対向する位置に配置される。

送信側基板４０３上の発光ダイオオード３から発せられた光を受信側基板４０４のバイポーラトランジスタ５が受光する。そして、距離測定部７は、受光することにより発生したバイポーラトランジスタ５の出力電圧を用いて、リチウムイオンキャパシタセル４０２と固定部材４０１との距離を測定する。ここで、距離測定部７は、バイポーラトランジスタ５の出力電圧を取得できる場所であればどこに配置してもよい。例えば、距離測定部７は、固定部材４０１上に配置されてもよい。

膨張検知部８は、リチウムイオンキャパシタセル４０２と固定部材４０１との距離を距離測定部７から取得する。膨張検知部８は、リチウムイオンキャパシタセル４０２と固定部材４０１との距離から、リチウムイオンキャパシタセル４０２が固定部材４０１に近づいたことを検知することができる。リチウムイオンキャパシタ４０２は、膨張すると固定部材４０１に近づく。そこで、膨張検知部８は、リチウムイオンキャパシタセル４０２の固定部材４０１への接近を検知することで、リチウムイオンキャパシタセル４０２の膨張を検知できる。

報知部９は、膨張検知部８によりリチウムイオンキャパシタセル４０２の膨張が検知された場合、リチウムイオンキャパシタセル４０２の膨張を利用者に報知する。例えば、報知部９は、アラートランプを点灯することでリチウムイオンキャパシタセル４０２の膨張の報知を行う。

（実施形態１による効果）
以上に説明したように、本実施形態に係る光センサモジュールは、発光ダイオード３の順方向電流の温度特性を相殺する温度特性を有する電圧を発光ダイオード３に印加する。これにより、発光ダイオード３に流れる順方向電流を一定にすることができる。順方向電圧が一定であれば、発光ダイオード３の発光強度を一定とでき、発光ダイオードの温度特性を温度に不感にすることができる。

そして、発光ダイオード３の発光強度が一定であれば、バイポーラトランジスタ５の出力電圧を一定にすることができる。バイポーラトランジスタ５の出力電圧を一定にすることで、その出力電圧を用いた距離の測定の正確性を向上させることができる。したがって、本実施形態に係る光センサモジュールによれば、温度変化に係わらず距離の測定を正確に行うことができる。

例えば、図８を参照して、本実施形態に係る光センサモジュールを用いた場合の距離測定に用いる電圧の温度特性と、発光ダイオード３に印加する電圧の温度特性を調整しない場合の温度特性とを比較する。ここで、距離測定に用いる電圧とは、具体的には、バイポーラトランジスタ５の出力電圧である。図８は、実施形態１に係る光センサモジュールの効果を説明するための図である。図８の縦軸は電圧を表し、横軸は温度を表している。また、図８は、２５℃を動作点とした図である。

グラフ３０１が、電圧を調整しない場合の距離測定に用いる電圧の温度特性を表している。グラフ３０２が、本実施形態に係る光センサモジュールを用いた場合の距離測定に用いる電圧の温度特性を表している。

グラフ３０１に示すように、印加電圧の温度特性の調整を行わない場合、温度が上昇するにしたがい距離測定に用いる電圧は上昇してしまう。そのため、距離測定部７は、同じ距離であっても温度によって異なる測定結果を出してしまう。

これに対して、本実施形態に係る光センサモジュールを用いた場合、グラフ３０２に示すように、温度が変化しても、距離測定に用いる電圧はほぼ一定である。したがって、本実施形態に係る光センサモジュールは、温度変化に依存せずに正確な距離を測定することができる。

また、本実施形態に係る光センサモジュールを用いてリチウムイオンキャパシタ４０２の膨張を検出するリチウムイオンキャパシタモジュール４００は、温度に依存せずにリチウムイオンキャパシタ４０２の膨張を正確に検知することができる。

［実施形態２］
次に、実施形態２に係る光センサモジュールについて説明する。本実施形態に係る光センサモジュールは、温度に応じた発光ダイオードへの印加電圧の電圧値をデジタル処理によって取得することが実施形態１と異なる。以下では、実施形態１と同様の各部の動作については説明を省略する。

（実施形態２に係る温度センサ付電圧源の構成）
図９は、実施形態２に係る温度センサ付電圧源のブロック図である。図９に示すように、本実施形態に係る光センサ付電圧源１は、電源１１、温度センサ１５、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）１６、電圧値取得部１７、ＤＡＣ（Digital Analog Converter）１８及び電圧／温度参照テーブル１９を有している。

電源１１は、定電圧の電源電圧を出力する。

温度センサ１５は、サーミスタや半導体回路から構成される。そして、温度センサ１５は、電源１１の出力電圧の入力を受ける。次に、温度センサ１５は、出力電圧の電圧値を温度に応じて変化させる。その後、温度センサ１５は、温度に応じた電圧値を有する電圧をＡＤＣ１６へ出力する。

ＡＤＣ１６は、温度に応じた電圧値を有する電圧の温度センサ１５からの入力を受ける。そして、ＡＤＣ１６は、温度センサ１５の出力電圧をコード化（量子化）する。そして、ＡＤＣ１６は、生成したコードを電圧値取得部１７へ出力する。

電圧／温度参照テーブル１９は、発光ダイオード３の順方向電流の温度特性を相殺する温度特性を有する電圧を表す、コード化された温度と電圧との対応を記憶している。

電圧値取得部１７は、コードの入力をＡＤＣ１６から受ける。そして、電圧値取得部１７は、コードに対応する電圧値を電圧／温度参照テーブル１９から取得する。ここで、電圧値取得部１７は、計測温度に対応する、発光ダイオード３の順方向電流の温度特性を相殺する温度特性を有する電圧の電圧値を取得することになる。そして、電圧値取得部１７は、取得した電圧値をＤＡＣ１８へ出力する。

ＤＡＣ１８は、発光ダイオード３の順方向電流の温度特性を相殺する温度特性を有する電圧の電圧値であって、計測温度に対応する電圧値の入力を電圧値取得部１７から受ける。そして、ＤＡＣ１８は、受信した電圧値をアナログ変換し、取得した電圧値を有する電圧をオペアンプ２へ出力する。

（距離測定処理の流れ）
次に、図１０を参照して、本実施形態に係る光センサモジュールによる距離測定処理の流れについて説明する。図１０は、実施形態２に係る光センサモジュールによる距離測定処理のフローチャートである。

電源１１は、定電圧である電源電圧を出力する（ステップＳ１１）。電源１１の出力電圧は温度センサ１５に入力される。

温度センサ１５は、電源１１の出力電圧を温度に応じた電圧値の電圧に変換する。そして、温度センサ１５は、温度に応じた電圧値の電圧をＡＤＣ１６へ出力する（ステップＳ１２）。

ＡＤＣ１６は、温度に応じた電圧値の入力を温度センサ１５から受ける。そして、ＡＤＣ１６は、受信した電圧値、すなわち温度センサ１５の出力をコード化する（ステップＳ１３）。そして、ＡＤＣ１６は、コードを電圧取得部１７へ出力する。

電圧値取得部１７は、コードの入力をＡＤＣ１６から受ける。そして、電圧値取得部１７は、コードに対応する電圧値を電圧／温度参照テーブル１９から取得する（ステップＳ１４）。そして、電圧値取得部１７は、取得した電圧値をＤＡＣ１８へ出力する。

ＤＡＣ１８は、発光ダイオード３の順方向電流の温度特性を相殺する温度特性を有する電圧の電圧値であって、計測温度に対応する電圧値の入力を電圧値取得部１７から受ける。そして、ＤＡＣ１８は、受信した電圧値をアナログ変換し、取得した電圧値を有する電圧をオペアンプ２へ出力する（ステップＳ１５）。

オペアンプ２は、バッファ１４からの出力電圧に対して最終ゲイン調整を行い、発光ダイオード３のアノードに印加する（ステップＳ１６）。

発光ダイオード３に順方向電流が流れ、発光ダイオード３が発光する（ステップＳ１７）。

バイポーラトランジスタ５により発光ダイオード３が発した光を受光され、光励起電流が発生する（ステップＳ１８）。

距離測定部７は、光励起電流によるバイポーラトランジスタ５からの出力電圧を用いて、発光ダイオード３とバイポーラトランジスタ５との間の距離を測定する（ステップＳ１９）。

（実施形態２による効果）
以上に説明したように、本実施形態に係る光センサモジュールは、発光ダイオード３の順方向電流の温度特性を相殺する温度特性を有する電圧の電圧値であって、計測温度に応じた電圧値を電圧／温度参照テーブル１９から取得する。そして、本実施形態に係る光センサモジュールは、取得した電圧値の電圧を発光ダイオード３に印加する。これにより、発光ダイオード３には、順方向電圧の温度特性を相殺する温度特性を持った電圧が印加されるので、発光ダイオード３に流れる順方向電流を一定にすることができる。したがって、実施形態１と同様に、本実施形態に係る光センサモジュールによれば、温度変化に係わらず距離の測定を正確に行うことができる。

また、本実施形態に係る光センサモジュールを用いてリチウムイオンキャパシタの膨張を検知することで、リチウムイオンキャパシタの膨張の検知を正確に行うことができる。

１ 温度センサ付電圧源
２ オペアンプ
３ 発光ダイオード
４ 抵抗
５ バイポーラトランジスタ
６ 抵抗
７ 距離測定部
８ 膨張検知部
９ 報知部
１１ 電源
１２ 温度特性回路
１３ 電圧調整部
１４ バッファ
１５ 温度センサ
１６ ＡＤＣ
１７ 電圧値取得部
１８ ＤＡＣ
１９ 電圧／温度参照テーブル

Claims (7)

1. 印加された電圧に応じた電流が流れ発光する発光部と、
   電圧の印加により前記発光部に流れる電流の温度特性を相殺する温度特性を有する電圧を出力し、出力電圧を前記発光部に印加する電圧源と、
   前記発光部から発せられた光を受光し、光励起電流を生成する受光部と、
   前記受光部により生成された前記光励起電流を基に、前記発光部と前記受光部との距離を測定する距離測定部と
   を備えたことを特徴とする光センサモジュール。
2. 前記電圧源は、
   発光部と逆の温度特性を有する電圧を出力する電圧出力部と、
   前記電圧出力部から出力された電圧のゲインを調整し、電圧の印加により前記発光部に流れる電流の温度特性を相殺する温度特性を有する電圧を生成し、生成した電圧を前記発光部に印加するゲイン調整部と
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光センサモジュール。
3. 前記電圧出力部は、サーミスタを用いて前記出力電圧に温度特性を与えることを特徴とする請求項２に記載の光センサモジュール。
4. 前記ゲイン調整部が出力した電圧を受信し補正して出力し、出力した電圧に基づく電流を前記発光部に入力するバッファ回路をさらに備えたことを特徴とする請求項２又は３に記載の光センサモジュール。
5. 前記電圧源は、
   温度を検知する温度センサと、
   前記温度センサにより検知された温度の情報を受信し、予め記憶している電圧と温度との対応関係から受信した温度に対応する電圧値を取得し、取得した電圧値の電圧を前記発光部に印加する変換部と
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光センサモジュール。
6. 電極積層体を封止した容器と、
   前記容器の表面又は前記表面に対向する場所の一方に設けられ、印加された電圧に応じた電流が流れ発光する発光部と、
   電圧の印加により前記発光部に流れる電流の温度特性を相殺する温度特性を有する電圧を出力し、出力電圧を前記発光部に印加する電圧源と、
   前記発光部から発せられた光を受光し、光励起電流を生成する受光部と、
   前記受光部により生成された前記光励起電流を基に、前記発光部と前記受光部との距離を測定する距離測定部と、
   前記距離測定部により測定された前記距離を基に、前記容器の膨張を検知する検知部と、
   前記検知部による前記容器の膨張の検知に応じて報知信号を出力する報知部と
   を備えたことを特徴とする蓄電モジュール。
7. 印加された電圧に応じた電流が流れ発光する発光器に流れる電流の温度特性を相殺する温度特性を有する電圧を出力し、
   出力電圧を前記発光器に印加することで発光させ、
   前記発光器から発せられた光を受光器に受光させ、光励起電流を生成し、
   生成した前記光励起電流を基に、前記発光器と前記受光器との距離を測定する
   ことを特徴とする距離測定方法。

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