JPH10107608A - 光結合素子の受光部 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造後にゼロクロス電圧を任意に変更可能な
光結合素子の受光部を簡単な構成で実現する。 【解決手段】 フォトサイリスタ２１は、発光部３が点
灯するか否かに応じ、両端子４ａ・４ｂ間を導通あるい
は遮断する。両端間電圧Ｖｘがゼロクロス電圧Ｖｏｘに
達すると、電界効果トランジスタＱ１３のゲート電圧が
所定のしきい値電圧に達する。この結果、フォトサイリ
スタ２１に発生した光電流Ｉ_sc1 が吸収され、フォトサ
イリスタ２１は、発光部３が点灯するか否かに関わら
ず、両端子４ａ・４ｂ間を遮断する。点灯時の入力電流
Ｉ_F を変更すると、ＣｄＳセル３２の受光量が変化し、
ゼロクロス電圧調整部２３の分圧比、すなわち、電界効
果トランジスタＱ１３のゲート電圧と両端間電圧Ｖｘと
の比率が変化する。これにより、ゼロクロス電圧Ｖｏｘ
は、入力電流Ｉ_F に応じて所望の値に調整される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光部と受光部と
が光学的に結合され、一体化されてなる光結合素子の受
光部に関し、受光部側の端子間に予め設定されるゼロク
ロス電圧以上の電圧が印加された場合、両端子間を遮断
するゼロクロス動作が可能な受光部に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】発光部と受光部とが光学的に結合され、
一体化されてなる光結合素子は、例えば、フォトカプラ
やソリッドステートリレーなどとして、従来より広く使
用されている。これらの光結合素子は、入力側と出力側
とが電気的に絶縁されているので、高電圧での用途にも
広く使われている。当該光結合素子において、出力側と
なる受光部では、大電力の導通／遮断を制御する場合、
スイッチング手段として、逆阻止性のフォトサイリスタ
や双方向性のフォトサイリスタなどを用いることが多
い。

【０００３】ここで、上記従来の光結合素子の一例とし
て、受光部のスイッチング手段に逆阻止性のフォトサイ
リスタを使用した光結合素子について説明する。図９の
等価回路に示すように、光結合素子５１の入力側の端子
５２ａから端子５２ｂへ電流が流れると、発光部５３の
ＬＥＤ６１が点灯する。一方、受光部５５において、出
力側の端子５４ａ・５４ｂ間には、正の電圧Ｖｘが印加
されている。この状態で、フォトサイリスタ７１が上記
ＬＥＤ６１から光を受け取ると、カソードＫ側に設けら
れたＮＰＮ型のトランジスタＱ５２のコレクタ−ベース
間へ、光電流Ｉ_sc1 が流れる。当該光電流Ｉ_sc1 は、フ
ォトサイリスタ７１のアノードＡ側に設けられたＰＮＰ
型のトランジスタＱ５１のベース電流として働き、当該
トランジスタＱ５１を導通させる。これにより、端子５
４ａから、当該トランジスタＱ５１を介して、トランジ
スタＱ５２のベースへ電流が供給され、フォトサイリス
タ７１は、導通状態を維持する。

【０００４】上記構成の光結合素子５１では、受光部５
５のフォトサイリスタ７１は、両端間電圧Ｖｘが、いか
なる値であっても導通する。以降では、両端間電圧Ｖｘ
の値に関わらず、発光部が点灯するか否かに応じて、受
光部のスイッチング手段が導通／遮断する場合、当該光
結合素子は、非ゼロクロス動作すると呼ぶ。

【０００５】これに対して、例えば、光結合素子を使用
した装置において、ＥＭＩ（ Electro-Magnetic Interf
erence）ノイズを抑える場合などには、両端間電圧Ｖｘ
が所定の電圧以下の場合にのみ、スイッチング手段の導
通／遮断を制御できる方がよい。そこで、両端間電圧Ｖ
ｘが所定のしきい値電圧を越えない範囲でのみスイッチ
ング手段が導通すると共に、両端間電圧Ｖｘが上記しき
い値電圧を越えた場合、発光部が点灯するか否かに関わ
らず、スイッチング手段を常に遮断する光結合素子も使
用されている。以降では、このような動作を行う場合、
光結合素子がゼロクロス動作を行うと称し、上記しきい
値電圧をゼロクロス電圧Ｖｏｘと呼ぶ。

【０００６】例えば、図１０に示すように、上記ゼロク
ロス動作機能を有する光結合素子５１ａには、上記光結
合素子５１の構成に加えて、ＮチャネルＭＯＳ型の電界
効果トランジスタＱ５３からなるゼロクロス回路７２が
設けられている。当該光結合素子５１ａでは、両端間電
圧Ｖｘが増加すると、それに伴って、フォトサイリスタ
７１のＰ２層−Ｎ１層間電圧、すなわち、電界効果トラ
ンジスタＱ５３のソース−ゲート電圧が上昇する。そし
て、ソース−ゲート電圧が所定のしきい値電圧を越える
と、電界効果トランジスタＱ５３が導通する。これによ
り、発光部５３が点灯して、フォトサイリスタ７１にて
光電流Ｉ_sc1 が発生しても、当該光電流Ｉ_sc1 は、電界
効果トランジスタＱ５３を介してカソードＫへ流れる。
この結果、トランジスタＱ５２のベースへ光電流Ｉ_sc1
が流れ込まず、トランジスタＱ５２は遮断される。な
お、この場合は、電界効果トランジスタＱ５３が導通す
るときの両端間電圧Ｖｘが、ゼロクロス電圧Ｖｏｘにな
る。

【０００７】一方、受光部へ交流電圧が印加されるとき
など、両端間電圧Ｖｘが正の場合と負の場合との双方
で、受光部が両端子間の導通／遮断を制御するときに
は、図１１の等価回路に示すように、図９に示すフォト
サイリスタ７１に代えて、例えば、３極双方向性サイリ
スタなど、双方向性のフォトサイリスタ７４が、受光部
５５ｂのスイッチング手段として使用される。当該双方
向性のフォトサイリスタ７４は、上記フォトサイリスタ
７１と同様に、アノードＡ側が端子５４ａへ接続されて
いるトランジスタＱ５１・Ｑ５２および抵抗Ｒ５１と、
上記フォトサイリスタ７１とは逆に、アノードＡ側が端
子５４ｂに接続されているトランジスタＱ６１・Ｑ６２
および抵抗Ｒ６１とで表示される。

【０００８】受光部５５ｂの両端間電圧Ｖｘが正の場合
は、上記フォトサイリスタ７１と同様に、発光部５３か
ら受け取った光によって光電流Ｉ_sc1 が発生する。これ
により、トランジスタＱ５１が導通するので、両端子５
４ａ・５４ｂの間は、導通する。一方、両端間電圧Ｖｘ
が負の場合は、発生した光電流Ｉ_sc2 によりトランジス
タＱ６１が導通し、両端子５４ｂ・５４ａ間を導通させ
る。この結果、受光部５５ｂは、両端間電圧Ｖｘの正負
に関わらず、発光部５３の指示に応じて、端子５４ａ・
５４ｂ間の導通／遮断を制御できる。

【０００９】上記光結合素子５１ｂにゼロクロス動作機
能を付加する場合、図１２の等価回路図に示すように、
光結合素子５１ｃの受光部５５ｃには、上記受光部５５
ｂの構成に加えてゼロクロス回路７２・７２が設けられ
る。各ゼロクロス回路７２・７２は、ＮチャネルＭＯＳ
型の電界効果トランジスタＱ５３あるいはＱ６３から構
成されており、図９と同様に、トランジスタＱ５１（Ｑ
６１）にて発生する光電流Ｉ_sc1 （Ｉ_sc2 ）を吸収でき
る。これにより、双方向性のフォトサイリスタ７４は、
両端間電圧の絶対値｜Ｖｘ｜がゼロクロス電圧Ｖｏｘを
越えた場合、両端子５４ａ・５４ｂ間を遮断できる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の光結合素子の場合、製造時に、ゼロクロス動作を行
う光結合素子を製造するか、あるいは、非ゼロクロス動
作を行う光結合素子を製造するかを選択しなければなら
ない。したがって、両者を別々に製造して、使い分ける
必要があるという問題を有している。

【００１１】この問題を解消するために、特公平７−１
１２１５０号公報では、上記図１０に示す光結合素子５
１ａの構成において、電界効果トランジスタＱ５３のゲ
ート−ドレイン間の導通／遮断を制御するフォトトラン
ジスタを設けた構成が開示されている。当該フォトトラ
ンジスタは、第１のレベル以下の入力電流Ｉ_F が供給さ
れている場合は導通せず、当該光結合素子は、上記光結
合素子５１ａと同様にゼロクロス動作を行う。一方、第
２のレベル以上の入力電流Ｉ_F が与えられた場合、上記
フォトトランジスタは導通して、電界効果トランジスタ
Ｑ５３を遮断させる。これにより、上記両端間電圧Ｖｘ
がゼロクロス電圧Ｖｏｘより大きいか否かに関わらず、
両端子５４ａ・５４ｂ間は、遮断される。この結果、当
該、光結合素子は、入力電流Ｉ_F のレベルによって、非
ゼロクロス動作するか否かを選択できる。

【００１２】ところが、フォトトランジスタを付加した
構成であっても、光結合素子は、ゼロクロス動作、ある
いは、非ゼロクロス動作の一方しか選択できない。した
がって、互いに異なるゼロクロス電圧Ｖｏｘが要求され
る場合には、依然として、それぞれに応じたゼロクロス
電圧Ｖｏｘを持つ光結合素子を製造し、使い分ける必要
がある。

【００１３】例えば、低いゼロクロス電圧Ｖｏｘが要求
される場合としては、光結合素子を用いた装置のＥＭＩ
（ Electro-Magnetic Interference）ノイズを抑制する
場合が挙げられる。また、高いゼロクロス電圧Ｖｏｘが
要求される場合には、例えば、光結合素子を用いた装置
の負荷がＬ成分などを持っている場合など、光結合素子
の動作範囲を比較的広くとりたい場合などがある。従来
は、それぞれの用途に応じ、所望のゼロクロス電圧Ｖｏ
ｘを持つ光結合素子を用意して使い分けているため、双
方の用途間で光結合素子を流用できない。したがって、
生産管理や在庫管理などに多大な手間を要している。ま
た、所望のゼロクロス電圧を持つ光結合素子が用意でき
なかった場合は、近い値のゼロクロス電圧を持つ光結合
素子を使用しなければならない。この場合には、当該光
結合素子を用いた装置の性能を低下させる虞れがある。

【００１４】さらに、上記構成では、ゼロクロス動作と
非ゼロクロス動作とを切り換えるために、フォトトラン
ジスタなど新たな部材を必要とする。したがって、図９
に示す光結合素子５１に比べて、素子数が増加するとい
う問題も生じている。

【００１５】本発明は、上記の問題点を鑑みてなされた
ものであり、その目的は、入力電流によって、ゼロクロ
ス電圧を任意に設定したり、あるいは、ゼロクロス動作
するか否かを選択したりできる簡単な構成の光結合素子
の受光部を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る光
結合素子の受光部は、上記課題を解決するために、例え
ば、逆阻止性や双方向性のフォトサイリスタなど、受光
した場合に導通できるスイッチング手段と、上記スイッ
チング手段の両端間電圧がゼロクロス電圧を越える場
合、上記スイッチング手段が受光しているか否かに関わ
らず、上記スイッチング手段を遮断させるゼロクロス手
段とを備えた光結合素子の受光部において、受光量に基
づいて、上記ゼロクロス手段へゼロクロス電圧を指示す
るゼロクロス電圧調整手段を備えていることを特徴とし
ている。

【００１７】上記構成において、ゼロクロス電圧調整手
段は、例えば、フォトダイオードやＣｄＳセルなどの光
センサによって、光結合素子の発光部などから与えられ
る受光量を検出し、ゼロクロス手段へゼロクロス電圧を
指示している。ゼロクロス手段は、スイッチング手段の
両端間電圧が指示されたゼロクロス電圧を越えない場
合、スイッチング手段を遮断させない。したがって、ス
イッチング手段は、受光した場合に導通し、受光しない
場合は、両端間を遮断する。これにより、光結合素子の
受光部は、受光した光信号に応じて、両端間の導通／遮
断を制御できる。

【００１８】一方、スイッチング手段の両端間電圧が上
記ゼロクロス電圧を越えた場合、ゼロクロス手段がスイ
ッチング手段を遮断させるので、光結合素子の受光部
は、受光した光信号に関わらず、両端間を遮断する。

【００１９】受光量が変化すると、ゼロクロス電圧調整
手段は、当該受光量に応じて、ゼロクロス手段へ指示す
るゼロクロス電圧を変更する。したがって、例えば、光
結合素子の発光部への入力電流を調整するなどして、ゼ
ロクロス電圧調整手段へ与える光量を調整することによ
って、ゼロクロス電圧を所望の値に設定できる。

【００２０】それゆえ、ＥＭＩ（ Electro-Magnetic In
terference）ノイズを削減する場合など、比較的低いゼ
ロクロス電圧が要求される用途と、受光部の負荷がＬ成
分を有しており、動作範囲を広くとりたい場合など、比
較的高いゼロクロス電圧が要求される用途との双方の用
途で、単一の光結合素子の受光部を用いることができ
る。これにより、従来のように、要求されるゼロクロス
電圧に応じて、複数種類の光結合素子の受光部を製造
し、用途に応じて使い分ける必要がなくなる。

【００２１】さらに、使用中であっても、例えば、光結
合素子の発光部の光量を調整するなどしてゼロクロス電
圧を変更できる。したがって、例えば、負荷のＬ成分や
ＥＭＩノイズ量の変化などにより、適切なゼロクロス電
圧が変化した場合であっても、光結合素子の受光部は、
ゼロクロス電圧を適切な値に調整できる。

【００２２】なお、光量の調整によりゼロクロス電圧を
高く設定することによって、実使用上、両端間に印加さ
れる電圧の範囲に渡って、光結合素子の受光部は、受光
した光信号に応じて、両端間の導通／遮断を制御でき
る。この結果、ゼロクロス動作するか否かを受光量によ
って選択できる。

【００２３】また、請求項２の発明に係る光結合素子の
受光部は、請求項１記載の発明の構成において、上記ス
イッチング手段は、受光量に応じた光電流を発生する受
光素子を備え、上記ゼロクロス手段は、ゲート電圧が所
定のしきい値電圧を越えた場合、上記受光素子が発生す
る光電流を吸収する電界効果トランジスタを備えている
と共に、上記ゼロクロス電圧調整手段は、例えば、Ｃｄ
Ｓセルなどの光導電素子など、受光量によって抵抗値が
変化する可変抵抗と、当該可変抵抗に直列に接続された
抵抗とを備え、当該可変抵抗の抵抗値によって決まる分
圧比にて、上記スイッチング手段の両端に応じて変化す
る電圧を分圧して、上記電界効果トランジスタのゲート
へ印加することを特徴としている。

【００２４】上記構成では、ゼロクロス電圧調整手段
は、抵抗と可変抵抗との直列回路により構成されている
ため、例えば、フォトダイオードなどを用いて、受光量
に応じた電圧を生成する回路などに比べて、簡単な構成
で実現できる。さらに、可変抵抗によって、受光量に対
するゼロクロス電圧の特性を決定できる。したがって、
ゼロクロス電圧の最大値や最小値、あるいは、変化の傾
きや屈曲率など、ゼロクロス電圧の特性を比較的容易に
所望の形状に設定できる。

【００２５】さらに、請求項３の発明に係る光結合素子
の受光部は、請求項１記載の発明の構成において、上記
ゼロクロス電圧調整手段は、受光量の増加に伴って、ゼ
ロクロス電圧を高く調整することを特徴としている。

【００２６】なお、当該ゼロクロス電圧調整手段は、種
々の構成が考えられるが、例えば、請求項２記載の発明
の構成のように、受光量に応じて変化する可変抵抗と抵
抗との分圧比の増減によってゼロクロス電圧を増減する
場合には、受光量に対して抵抗値が負特性を持った可変
抵抗を直列接続の下段に配したり、正特性を持つ可変抵
抗を直列接続の上段に配したりするなどして構成され
る。

【００２７】一般に、光結合素子の受光部の受光量、す
なわち、発光部の光量は、点灯時にスイッチング手段を
導通させる必要があるため、あまり低い値には設定でき
ない。ところが、上記構成では、受光量の最低値が制限
されている場合であっても、光結合素子の受光部におい
て、ゼロクロス電圧の上限値を高い値に設定できる。こ
れにより、例えば、用途に応じて動作範囲を設定する場
合などに好適な光結合素子の受光部を提供できる。さら
に、ゼロクロス電圧の上限値を容易に増加できるので、
光結合素子の受光部は、実使用上において、確実に非ゼ
ロクロス動作できる。

【００２８】一方、請求項４の発明に係る光結合素子の
受光部は、請求項１記載の発明の構成において、上記ゼ
ロクロス電圧調整手段は、受光量の増加に伴って、ゼロ
クロス電圧を低く調整することを特徴としている。

【００２９】なお、上記ゼロクロス電圧調整手段は、例
えば、請求項２記載の発明の構成のように、受光量に応
じて変化する可変抵抗と抵抗との分圧比の増減によって
ゼロクロス電圧を増減する場合には、受光量に対して抵
抗値が負特性を持った可変抵抗を直列接続の上段に配し
たり、正特性を持つ可変抵抗を直列接続の下段に配した
りするなどして構成される。

【００３０】上記構成では、請求項３の発明に係る光結
合素子の受光部とは逆に、ゼロクロス電圧の下限値を低
い値に設定できる。これにより、例えば、ＥＭＩノイズ
を削減する場合など、用途に応じて、ゼロクロス電圧を
できるだけ低い値に設定する場合に好適な光結合素子の
受光部を提供できる。

【００３１】また、請求項５記載の発明に係る光結合素
子の受光部は、上記課題を解決するために、受光量に応
じた光電流を発生する受光素子を有し、当該光電流が所
定のレベルを越えた場合に導通するスイッチング手段
と、上記スイッチング手段の両端間電圧が所定のゼロク
ロス電圧を越えた場合、上記光電流を吸収して、当該ス
イッチング手段を遮断できる電界効果トランジスタとを
備えた光結合素子の受光部において、以下の手段を講じ
たことを特徴としている。

【００３２】すなわち、上記電界効果トランジスタは、
そのチャネル幅を狭くすることによって、上記受光素子
の受光量が所定の第１レベルを下回っている場合に上記
スイッチング手段を遮断させ、当該受光量が所定の第２
レベルを越えた場合に上記スイッチング手段を導通させ
るように、光電流の最大吸収量が設定されている。

【００３３】上記構成において、スイッチング手段の受
光素子は、受光量に応じた光電流を発生する。電界効果
トランジスタは、スイッチング手段の両端間電圧が所定
のゼロクロス電圧を越えたとき、受光素子が発生する光
電流を吸収する。当該電界効果トランジスタにおいて、
光電流の最大吸収量は、チャネル幅によって設定されて
おり、受光素子の受光量が所定の第１レベルを下回って
いる場合、受光素子が発生する光電流を十分に吸収し
て、スイッチング手段を遮断できる。これにより、光結
合素子の受光部は、所定のゼロクロス電圧の範囲内での
み、受光した光信号に応じて両端間を導通／遮断する。

【００３４】一方、受光素子の受光量が所定の第２レベ
ルを越えた場合、受光素子は、第１レベルを下回ってい
る場合より多くの光電流を発生し、上記電界効果トラン
ジスタは、この光電流を十分に吸収できなくなる。この
場合は、電界効果トランジスタが光電流を吸収しても、
スイッチング手段は導通する。この結果、光結合素子の
受光部は、両端間電圧が所定のゼロクロス電圧の範囲外
であっても、光信号に応じて両端間の導通／遮断を制御
する。

【００３５】それゆえ、光結合素子の受光部は、周辺に
複雑な装置を設けることなく、受光量に応じて、ゼロク
ロス動作するか否かを選択できる。また、ゼロクロス動
作のみが可能な従来の構成と比較した場合、光結合素子
の受光部は、電界効果トランジスタのチャネル幅のみが
異なっており、同様の工程で製造できる。したがって、
フォトトランジスタなど、特定の部材や特定の工程を設
けることなく、ゼロクロス動作するか否かを選択可能な
光結合素子の受光部が容易に製造できる。

【００３６】

【発明の実施の形態】

〔第１の実施形態〕本発明の一実施形態について図１お
よび図２に基づいて説明すると以下の通りである。すな
わち、本実施形態に係る光結合素子の受光部は、例え
ば、ソリッドステートリレーなどの光結合素子の受光部
であって、スイッチング手段として、一方向のみに導通
可能な逆阻止性のフォトサイリスタを備えている。な
お、以下の各実施形態では、スイッチング手段として、
逆阻止性あるいは双方向性のフォトサイリスタを使用し
ているので、これらのフォトサイリスタが特許請求の範
囲に記載の受光素子に対応する。

【００３７】図１の等価回路に示すように、本実施形態
に係る光結合素子１は、入力側の端子２ａ・２ｂ間の電
気信号を光信号に変換する発光部３と、当該発光部３か
ら受け取った光信号に基づいて、出力側の端子４ａ・４
ｂ間の導通／遮断を制御する受光部５とを備えている。

【００３８】上記発光部３は、例えば、ＬＥＤ（ Light
Emitting Diode ）１１などの発光素子を備えており、
端子２ａから２ｂへ流れる入力電流Ｉ_F を、その電流値
に応じた強度を持つ光へと変換できる。なお、発光素子
は、ＬＥＤに限るものではなく、例えば、ネオン管な
ど、他の発光素子を用いても同様の効果が得られる。

【００３９】一方、本実施形態に係る受光部５は、端子
４ａから４ｂへの導通／遮断を制御するスイッチング手
段として、フォトサイリスタ２１を備えている。当該フ
ォトサイリスタ２１は、Ｐ１Ｎ１Ｐ２Ｎ２接合によって
形成されており、ＰＮＰ型のトランジスタＱ１１とＮＰ
Ｎ型のトランジスタＱ１２とを組み合わせた等価回路で
表現できる。この場合、フォトサイリスタ２１のアノー
ドＡとなるトランジスタＱ１１のエミッタは、光結合素
子１の一方の端子４ａに接続されており、カソードＫと
なるトランジスタＱ１２のエミッタは、他方の端子４ｂ
に接続される。また、各トランジスタＱ１１・Ｑ１２の
ベースは、他方のトランジスタのエミッタにそれぞれ接
続され、トランジスタＱ１２のベースは、抵抗Ｒ１１を
介し、トランジスタＱ１２のエミッタへ接続されてい
る。

【００４０】さらに、フォトサイリスタ２１のゲート
Ｇ、すなわち、Ｎ１層とＰ２層との接合部には、上記Ｌ
ＥＤ１１の発した光が入射されるようになっており、ト
ランジスタＱ１２のコレクタ−ベース間に、受光量に応
じた光電流Ｉ_sc1 を流すことができる。当該光電流Ｉ
_sc1 は、トランジスタＱ１１のベース電流として働き、
トランジスタＱ１１を導通させる。トランジスタＱ１１
が導通すると、端子４ａから供給される電流がトランジ
スタＱ１２のベース電流となる。これにより、フォトサ
イリスタ２１は、導通状態を維持できる。この結果、フ
ォトサイリスタ２１は、ＬＥＤ１１からの光を受けた場
合、端子４ａから端子４ｂへの方向に導通できる。

【００４１】さらに、本実施形態に係る受光部５は、両
端子４ａ・４ｂ間の電圧Ｖｘがゼロクロス電圧Ｖｏｘを
越えた場合、発光部３の点灯／消灯に関わらず、上記フ
ォトサイリスタ２１を遮断させるゼロクロス回路（ゼロ
クロス手段）２２と、ＬＥＤ１１から受けた光の強度に
応じて、上記ゼロクロス電圧Ｖｏｘを調整するゼロクロ
ス電圧調整部（ゼロクロス電圧調整手段）２３とを備え
ている。

【００４２】上記ゼロクロス回路２２は、フォトサイリ
スタ２１のゲートＧにソースが接続され、カソードＫに
ドレインが接続されたＮチャネルＭＯＳ型の電界効果ト
ランジスタＱ１３から構成されている。当該電界効果ト
ランジスタＱ１３は、ゲート−ソース間電圧が所定のし
きい値を越えると導通し、フォトサイリスタ２１にて発
生した光電流Ｉ_sc1 を吸収する。これにより、トランジ
スタＱ１１が導通できなくなり、フォトサイリスタ２１
のアノードＡ−カソードＫ間、すなわち、受光部５の両
端子４ａ・４ｂ間は遮断される。

【００４３】一方、本実施形態に係るゼロクロス電圧調
整部２３は、互いに直列に接続された抵抗３１と、Ｃｄ
Ｓセル（可変抵抗）３２とを備えている。ゼロクロス電
圧調整部２３の抵抗３１側の一端は、フォトサイリスタ
２１のＮ１層、すなわち、トランジスタＱ１１のベース
へ接続されており、ＣｄＳセル３２側の端部は、端子４
ｂに接続されている。また、抵抗３１およびＣｄＳセル
３２の接続点は、上記電界効果トランジスタＱ１３のゲ
ートに接続されている。さらに、ＣｄＳセル３２は、発
光部３のＬＥＤ１１が発する光を受光できる位置に配さ
れている。

【００４４】ＣｄＳセル３２は、受光量が増加すると共
に内部抵抗が減少するので、ＬＥＤ１１から入射する光
の強度が増加するに従って、ゼロクロス電圧調整部２３
の分圧比が減少する。なお、ゼロクロス電圧調整部２３
の分圧比は、ゼロクロス電圧調整部２３の両端間電圧に
対するＣｄＳセル３２の両端間電圧である。

【００４５】ゼロクロス電圧調整部２３の両端には、受
光部５の両端間電圧Ｖｘに応じて増減する電圧が印加さ
れる。さらに、この電圧は、ＣｄＳセル３２の受光量に
応じた分圧比で分圧された後、電界効果トランジスタＱ
１３のゲートへ印加される。これにより、ゼロクロス電
圧調整部２３は、電界効果トランジスタＱ１３のゲート
電圧と両端間電圧Ｖｘとの比率を変更できる。ゼロクロ
ス電圧Ｖｏｘは、電界効果トランジスタＱ１３が導通す
る際の両端間電圧Ｖｘなので、ゼロクロス電圧調整部２
３は、ＣｄＳセル３２の受光量によってゼロクロス電圧
Ｖｏｘを調整できる。

【００４６】ここで、上記構成の光結合素子１におい
て、端子２ａ・２ｂ間を流れる入力電流Ｉ_F とゼロクロ
ス電圧Ｖｏｘとの関係について、図２のグラフを参照し
て説明する。

【００４７】例えば、１０ｍＡ程度と、入力電流Ｉ_F が
比較的小さい場合、発光部３のＬＥＤ１１が発生する光
の強度も小さい。したがって、ＣｄＳセル３２の受光量
も小さく、ＣｄＳセル３２は、内部抵抗値が高くなって
いる。この結果、ゼロクロス電圧調整部２３の分圧比が
高くなり、受光部５の両端間電圧Ｖｘが低い値であって
も、電界効果トランジスタＱ１３のゲート電圧は、所定
のしきい値電圧へ到達しやすい。これにより、ゼロクロ
ス電圧Ｖｏｘは、例えば、２６Ｖ程度と比較的低い値に
抑えられている。一方、入力電流Ｉ_F が増加すると、Ｌ
ＥＤ１１が発する光の強度が強くなるので、ゼロクロス
電圧調整部２３の分圧比は低くなる。これにより、両端
間電圧Ｖｘが上昇しても、電界効果トランジスタＱ１３
のゲート電圧は、所定のしきい値電圧に到達しにくくな
る。この結果、ゼロクロス電圧Ｖｏｘは、入力電流Ｉ_F
の増加に伴って、正特性の傾きを持って増加する。例え
ば、図２に示す代表例では、入力電流Ｉ_F が５０ｍＡま
で上昇した場合、ゼロクロス電圧Ｖｏｘは、約５６Ｖ程
度まで上昇する。したがって、入力電流Ｉ_F を調整する
ことによって、所望のゼロクロス電圧Ｖｏｘを得ること
ができる。

【００４８】例えば、当該光結合素子１を用いた装置の
ＥＭＩ（ Electro-Magnetic Interference）ノイズを抑
える場合などには、上記入力電流Ｉ_F が低く設定され
る。これにより、ゼロクロス電圧Ｖｏｘは、例えば、２
９Ｖ以下など、低い値に設定される。一方、光結合素子
１を用いた装置の付加がＬ成分を多く含んでおり、動作
範囲を比較的広くとりたい場合などには、当該入力電流
Ｉ_F が高く設定され、ゼロクロス電圧Ｖｏｘは、例え
ば、３５Ｖ以上など、高い値に設定される。

【００４９】入力電流Ｉ_F は、発光部３が点灯した場
合、フォトサイリスタ２１を導通できる値に設定する必
要がある。したがって、入力電流Ｉ_F の最小値は、あま
り小さな値に設定できない。一方、入力電流Ｉ_F を大き
くすると、図示しない入力端子２ａ・２ｂ側の回路およ
び発光部３の消費電力が増大する。したがって、入力電
流Ｉ_F を不必要に大きく設定することは好ましくない。
本実施形態に係る光結合素子１は、ゼロクロス電圧Ｖｏ
ｘが入力電流Ｉ_F に対して正の特性を有しているので、
例えば、動作範囲を用途に応じて設定する場合など、ゼ
ロクロス電圧Ｖｏｘの最大値が予め設定されていない場
合に特に適している。

【００５０】さらに、本実施形態に係る光結合素子１で
は、入力電流Ｉ_F を極めて高く設定することによって、
実使用上で印加される全ての両端間電圧Ｖｘにおいて、
受光部５が導通／遮断を制御できる程度までゼロクロス
電圧Ｖｏｘを高くできる。この場合、光結合素子１は、
非ゼロクロス動作を行う。

【００５１】ところで、例えば、図１０に示すように、
ゼロクロス動作可能な従来の光結合素子５１ａの場合、
図２中、破線で示すように、ゼロクロス電圧Ｖｏｘは、
入力電流Ｉ_F に対して、あまり依存性がないように設計
されている。かりに、若干の依存性が生じたとしても、
フォトサイリスタ２１の特性によって依存性が決まるた
め、フォトサイリスタ２１の特性とは別に依存性を決定
できない。また、あまり大きな依存性を持たせることは
困難である。

【００５２】ところが、本実施形態に係る光結合素子１
では、入力電流Ｉ_F に対するゼロクロス電圧Ｖｏｘの依
存性は、ゼロクロス電圧調整部２３に設けられた抵抗３
１とＣｄＳセル３２とによって決定される。ＣｄＳセル
３２の特性や、抵抗３１の抵抗値などによって、傾きや
屈曲率など、ゼロクロス電圧Ｖｏｘの依存性を所望の形
状に設定できる。

【００５３】なお、本実施形態では、例えば、ＬＥＤ１
１として、発光量が入力電流Ｉ_F に略正比例するＬＥＤ
１１と、γ指数が略１に近いＣｄＳセル３２とを用いる
などして、ゼロクロス電圧Ｖｏｘが入力電流Ｉ_F に略正
比例するように設定しているが、ゼロクロス電圧Ｖｏｘ
の依存性の形状は、これに限るものではない。入力電流
Ｉ_F に対するゼロクロス電圧Ｖｏｘの依存性は、ゼロク
ロス電圧Ｖｏｘとして設定可能な最小値や最大値、ある
いは、入力電流Ｉ_F の最小値や最大値などに基づいて、
任意の形状に設定できる。なお、上記形状は、ＬＥＤ１
１における入力電流Ｉ_F と発光量との間の特性、およ
び、ＣｄＳセル３２における受光量と内部抵抗との間の
特性、並びに、ＣｄＳセル３２の内部抵抗と抵抗３１の
抵抗値との比率などによって決定できる。

【００５４】〔第２の実施形態〕上述の実施形態は、受
光部５のスイッチング手段として、フォトサイリスタ２
１を使用しているため、端子４ａから端子４ｂへの方向
にしか電流を流すことができない。これに対して、図３
の等価回路に示すように、本実施形態に係る光結合素子
１ａでは、受光部５ａのスイッチング手段として、上記
フォトサイリスタ２１に代えて、双方向性フォトサイリ
スタ２４を使用しており、双方向に電流を流すことがで
きる。

【００５５】上記双方向性フォトサイリスタ２４は、例
えば、Ｎ１Ｐ１Ｎ２Ｐ２Ｎ３接合によって実現される３
極双方向性フォトサイリスタであって、等価回路で表現
した場合、図１に示すフォトサイリスタ２１と同様のフ
ォトサイリスタ２１ａに並列に、アノードＡ側が端子４
ｂに接続されたフォトサイリスタ２１ｂが付加されてい
るように表現される。さらに、本実施形態に係る光結合
素子１ａには、フォトサイリスタ２１ｂに対応して、図
１と同様の構成のゼロクロス回路２２とゼロクロス電圧
調整部２３とが加えられている。

【００５６】なお、付加されたフォトサイリスタ２１
ｂ、ゼロクロス回路２２、およびゼロクロス電圧調整部
２３は、図１に示す各部材２１・２２・２３と同様の構
成であるが、両端子４ａ・４ｂとの接続関係が異なって
いる。したがって、両者を区別する場合、図１に示すト
ランジスタＱ１１・Ｑ１２、電界効果トランジスタＱ１
３、および抵抗Ｒ１１に対応する部材には、トランジス
タＱ２１・Ｑ２２、電界効果トランジスタＱ２３、およ
び抵抗Ｒ２１の符号を付して区別する。さらに、各部を
流れる電流は、例えば、光電流Ｉ_sc2 のように、添字₁
の代わりに添字₂を付して区別する。

【００５７】また、３極双方向性フォトサイリスタの場
合、上記トランジスタＱ１２のベース領域とトランジス
タＱ２１のベース領域とは、単一のＮ２層によって実現
されている。したがって、等価回路図では、両トランジ
スタＱ１１・Ｑ２１のベースは互いに接続されている。

【００５８】上記構成では、両端間電圧Ｖｘが正の場
合、双方向性フォトサイリスタ２４において、フォトサ
イリスタ２１ａ、並びに、これに接続されたゼロクロス
回路２２およびゼロクロス電圧調整部２３は、図１に示
す各部材と同様に動作して、端子４ａから端子４ｂへの
導通／遮断を制御する。一方、両端間電圧Ｖｘが負の場
合は、フォトサイリスタ２１ｂ、並びに、これに対応す
るゼロクロス回路２２およびゼロクロス電圧調整部２３
が、端子４ｂから端子４ａへの導通／遮断を制御する。
この結果、本実施形態に係る受光部５ａは、両端間電圧
の絶対値｜Ｖｘ｜がゼロクロス電圧Ｖｏｘに満たない場
合、発光部３の点灯／消灯に応じて、両端子４ａ・４ｂ
間の導通／遮断を双方向に制御する。また、｜Ｖｘ｜が
ゼロクロス電圧Ｖｏｘに達すると、発光部３の点灯／消
灯に関わらず、両端子４ａ・４ｂ間は遮断される。

【００５９】どちらの方向に導通する場合であっても、
ゼロクロス電圧調整部２３・２３の一方は、発光部３か
らの受光量に応じて、ゼロクロス電圧Ｖｏｘを調整す
る。これにより、双方向に導通／遮断を制御可能な受光
部５ａにおいて、図１に示す受光部５と同様、入力電流
Ｉ_F に応じてゼロクロス電圧Ｖｏｘを設定できる。

【００６０】ところで、図１に示す光結合素子１を用い
て、交流電力をスイッチングする場合には、整流回路な
どによって交流電力を直流に変換した後、スイッチング
する必要がある。したがって、整流回路などで位相のズ
レが発生した場合、発弧ミスが生ずる虞れがある。とこ
ろが、上記光結合素子１ａは、双方向に導通／遮断が制
御可能なので、交流電力を直接スイッチングできる。こ
の結果、発弧ミスを発生することなく、正確に交流電力
をスイッチングできる。

【００６１】〔第３の実施形態〕上述の第１および第２
の実施形態は、いずれも、発光部３の入力電流Ｉ_F が増
加するに伴って、ゼロクロス電圧Ｖｏｘが増加するもの
であった。これに対して、本実施形態、および、後述す
る第４の実施形態では、入力電流Ｉ_F が増加するに従っ
て、ゼロクロス電圧Ｖｏｘを減少させるための構成につ
いて説明する。

【００６２】すなわち、図４に示すように、第３の実施
形態に係る光結合素子１ｂでは、図１に示す光結合素子
１のゼロクロス電圧調整部２３に代えて、ゼロクロス電
圧調整部２３ｂが使用されている。当該ゼロクロス電圧
調整部２３ｂは、上記ゼロクロス電圧調整部２３と同様
に、互いに直列に接続された抵抗３１およびＣｄＳセル
３２を備えているが、両部材３１・３２の配置が異なっ
ている。具体的には、フォトサイリスタ２１のＮ１層側
にＣｄＳセル３２が配され、フォトサイリスタ２１のカ
ソードＫ側に抵抗３１が配されている。なお、両部材３
１・３２の接続点は、上記ゼロクロス電圧調整部２３と
同様に電界効果トランジスタＱ１３のゲートに接続され
ている。

【００６３】この結果、ＣｄＳセル３２が受けた光の照
度が高くなると、ゼロクロス電圧調整部２３ｂの分圧比
が低くなる。したがって、図５に示すように、入力電流
Ｉ_Fの増加に対して負の特性をゼロクロス電圧Ｖｏｘに
持たせることができる。これにより、上述の第１および
第２の実施形態と同様に、入力電流Ｉ_F を調整して、所
望のゼロクロス電圧Ｖｏｘを得ることができる。

【００６４】第１および第２の実施形態と比較した場
合、本実施形態に係る光結合素子１ｂは、入力電流Ｉ_F
の増加に対して負の特性を持っている点が異なってい
る。したがって、例えば、光結合素子１ｂを用いた装置
においてＥＭＩノイズを抑える場合など、ゼロクロス電
圧Ｖｏｘが低い方が好ましいけれど、用途によって、最
適なゼロクロス電圧Ｖｏｘが異なる場合に、特に適して
いる。

【００６５】なお、本実施形態に係る光結合素子１ｂ
は、入力電流Ｉ_F を低くすることによって、ゼロクロス
電圧Ｖｏｘを増加できる。したがって、第１および第２
の実施形態とは逆に入力電流Ｉ_F を極めて低く設定する
ことによって、実使用上、非ゼロクロス動作となる程度
まで、ゼロクロス電圧Ｖｏｘを上昇できる。ただし、入
力電流Ｉ_F が低くなり過ぎると、発光部３が点灯しても
フォトサイリスタ２１が導通できなくなる。したがっ
て、図１に示す光結合素子１に比べて、ゼロクロス電圧
Ｖｏｘの最大値には限界があり、受光部５ｂの両端間電
圧Ｖｘによっては、必ずしも非ゼロクロス動作が可能と
は限らない。

【００６６】〔第４の実施形態〕次に説明する第４の実
施形態は、第２の実施形態のように、双方向にスイッチ
ング可能で、かつ、第３の実施形態のように、ゼロクロ
ス電圧Ｖｏｘが入力電流Ｉ_F に対して負の特性を持つ光
結合素子である。

【００６７】図６に示すように、本実施形態に係る光結
合素子１ｃは、図３に示す光結合素子１ａと略同様の構
成であるが、図４に示す光結合素子１ｂと同様に、ゼロ
クロス電圧調整部２３・２３に代えて、ゼロクロス電圧
調整部２３ｂ・２３ｂが使用されている。なお、説明の
便宜上、図３あるいは図４に示す部材と同様の機能を有
する部材には、同じ部材番号を付して説明を省略する。

【００６８】これにより、上述の第３の実施形態と同様
に、入力電流Ｉ_F を増加させることによって、ゼロクロ
ス電圧Ｖｏｘを減少させて所望の値に設定可能でありな
がら、上述の第２の実施形態と同様に、双方向に導通／
遮断を制御できる光結合素子１ｃを実現できる。

【００６９】〔第５の実施形態〕上述した第１ないし第
４の実施形態では、ゼロクロス電圧Ｖｏｘの調整や、ゼ
ロクロス動作するか否かの選択を入力電流Ｉ_F の大きさ
によって行うことによって、複数の用途に適用可能で、
かつ、周辺部に複雑な回路を必要としない光結合素子に
ついて説明している。これに対して、第５および第６の
実施形態では、入力電流Ｉ_F に応じて、ゼロクロス動作
が必要となる用途と、非ゼロクロス動作が必要となる用
途との一方を選択可能で、かつ、従来のゼロクロス動作
のみ可能な光結合素子と同じ程度に簡単な構成で実現で
きる光結合素子について説明する。

【００７０】すなわち、図７に示すように、第５の実施
形態に係る光結合素子１ｄでは、図１に示す光結合素子
１から、ゼロクロス電圧調整部２３が省かれている。さ
らに、電界効果トランジスタＱ１３に代えて、チャネル
幅を狭く設定することにより、ドライブ能力を比較的低
く設定した電界効果トランジスタＱ１３ｄを使用してい
る。なお、電界効果トランジスタＱ１３ｄのゲートは、
従来の電界効果トランジスタＱ５３（図１０参照）と同
様に、フォトサイリスタ２１のＮ１層へ接続されてい
る。

【００７１】上記電界効果トランジスタＱ１３ｄのドラ
イブ能力電流Ｉ_D1は、ゼロクロス動作を示す入力電流Ｉ
_F で発光部３が点灯している場合、受光部５ｄのトラン
ジスタＱ１２にて発生する光電流Ｉ_sc1 の値をａ、非ゼ
ロクロス動作を示す入力電流Ｉ_F の場合の光電流Ｉ_sc1
の値をｂとした場合、下式（１）に示すように、 ａ ＜＜ Ｉ_D1＋Ｉ_B1 ＜＜ ｂ …（１） を満足するように設定されている。なお、式（１）中、
Ｉ_B1は、電界効果トランジスタＱ１３ｄに並列に接続さ
れている抵抗Ｒ１１を流れる電流である。

【００７２】ａは、Ｉ_D1＋Ｉ_B1よりも小さければよく、
ｂは、Ｉ_D1＋Ｉ_B1よりも大きければよい。ただし、あま
り３者が互いに近い場合、ゼロクロス動作が指示されて
いるか否かを、受光部５ｄが入力電流Ｉ_F から明確に区
別できない場合がある。したがって、ａ、ｂ、およびＩ
_D1の値は、ａ：Ｉ_D1＋Ｉ_B1、および、Ｉ_D1＋Ｉ_B1：ｂの
比率が、例えば、１：５程度と、ある程度余裕を持つよ
うに、それぞれ設定される。

【００７３】上記構成では、ゼロクロス動作を示す入力
電流Ｉ_F で発光部３が点灯している場合、トランジスタ
Ｑ１２のベースにて発生する光電流Ｉ_sc1 は、電界効果
トランジスタＱ１３ｄを飽和させることができない。し
たがって、両端間電圧Ｖｘがゼロクロス電圧Ｖｏｘを越
えて、電界効果トランジスタＱ１３ｄが導通した場合、
発生した光電流Ｉ_sc1 は、電界効果トランジスタＱ１３
ｄや抵抗Ｒ１１を介して全て流れてしまい、トランジス
タＱ１２を導通させることができない。この結果、受光
部５ｄは、何ら支障なくゼロクロス動作を行い、両端子
４ａ・４ｂ間を遮断する。

【００７４】一方、非ゼロクロス動作を示す入力電流Ｉ
_F で発光部３が点灯している場合、トランジスタＱ１２
のベースにて発生する光電流Ｉ_sc1 は、並列に挿入され
ている抵抗Ｒ１１を流れる電流Ｉ_B1を考慮しても、電界
効果トランジスタＱ１３ｄのドライブ能力電流Ｉ_D1を越
えている。したがって、両端間電圧Ｖｘがゼロクロス電
圧Ｖｏｘを越えて、電界効果トランジスタＱ１３ｄが導
通した場合、発生した光電流Ｉ_sc1 は、電界効果トラン
ジスタＱ１３ｄや抵抗Ｒ１１だけでは吸収できず、トラ
ンジスタＱ１２のベースへ流れ込む。この結果、両端間
電圧Ｖｘがゼロクロス電圧Ｖｏｘを越えているにも関わ
らず、フォトサイリスタ２１は導通し、受光部５ｄの動
作は、非ゼロクロス動作となる。

【００７５】これにより、本実施形態に係る光結合素子
１ｄは、発光部３の入力電流Ｉ_F によって、受光部５ｄ
がゼロクロス動作するか否かを選択できる。

【００７６】ところで、特公平７−１１２１５０号公報
に開示されているように、受光量に応じて導通／遮断す
るフォトトランジスタを使用して、電界効果トランジス
タＱ１３の導通／遮断を制御する場合には、フォトトラ
ンジスタなど、特別な部材が必要となる。また、フォト
トランジスタでは、ＬＥＤ１１からの光を受光面へ照射
するために、光路を確保する必要があり、その配置が制
限される。

【００７７】ところが、本実施形態に係る光結合素子１
ｄは、電界効果トランジスタＱ１３ｄのチャネル幅を狭
くして、ゼロクロス動作を行うか否かを選択可能にして
いる。チャネル幅は、電界効果トランジスタＱ１３ｄを
製造する際のパターン変更によって、容易に設定でき
る。したがって、従来の光結合素子５１ａを製造する場
合と比較して、特別な部材や特別の工程を加えずに、光
結合素子１ｄを製造できる。

【００７８】〔第６の実施形態〕第６の実施形態では、
第２の実施形態と同様に双方向に導通／遮断が制御可能
で、かつ、第５の実施形態と同様に、入力電流Ｉ_F によ
って、ゼロクロス動作するか否かを選択可能で、簡単な
構成の光結合素子について説明する。

【００７９】すなわち、図８に示すように、本実施形態
に係る光結合素子１ｅは、図３に示す光結合素子１ａか
らゼロクロス電圧調整部２３・２３が省かれている。さ
らに、電界効果トランジスタＱ１３・Ｑ２３に代えて、
チャネル幅を狭く設定することにより、ドライブ能力を
比較的低く設定した電界効果トランジスタＱ１３ｄ・Ｑ
２３ｄを使用している。なお、各電界効果トランジスタ
Ｑ１３ｄ・Ｑ２３ｄのゲートは、従来の電界効果トラン
ジスタＱ５３・Ｑ６３（図１２参照）と同様に、双方向
性フォトサイリスタ２４のＮ２層へ接続されている。ま
た、電界効果トランジスタＱ１３ｄ・Ｑ２３ｄのドライ
ブ能力電流Ｉ_D1・Ｉ_D2は、第５の実施形態と同様に、上
述の式（１）に基づいて設定されている。

【００８０】これにより、第５の実施形態と同様に、双
方向に導通／遮断が制御可能な光結合素子においても、
従来の光結合素子５１ｃを製造する場合と比較して、特
別な部材や特別の工程を加えずに、ゼロクロス動作する
か否かを選択可能な光結合素子１ｅを製造できる。

【００８１】以上のように、上述の第１ないし第４の実
施形態に係る光結合素子の受光部５（５ａないし５ｃ）
は、図１および図４に示すフォトサイリスタ２１、図３
および図６に示す双方向性フォトサイリスタ２４のよう
に、発光部３が照射した光を受光した場合に、両端子４
ａ・４ｂ間を導通できるスイッチング手段と、両端子４
ａ・４ｂ間の電圧Ｖｘがゼロクロス電圧Ｖｏｘを越える
場合、上記スイッチング手段が受光しているか否かに関
わらず、上記スイッチング手段を遮断させるゼロクロス
回路２２と、受光量に基づいて、上記ゼロクロス回路２
２のゼロクロス電圧Ｖｏｘを調整するゼロクロス電圧調
整部２３・２３ｂ（以降では、参照符号２３を用いて総
称する）とを備えている。

【００８２】ゼロクロス電圧調整部２３には、例えば、
直列に接続された抵抗３１とＣｄＳセル３２とが設けら
れている。これにより、受光量に応じ、電界効果トラン
ジスタＱ１３（Ｑ２３）へ印加するゲート電圧と両端間
電圧Ｖｘとの比率を変更して、ゼロクロス回路２２へゼ
ロクロス電圧Ｖｏｘを指示できる。

【００８３】この結果、例えば、発光部３への入力電流
Ｉ_F を調整して、ゼロクロス電圧調整部２３へ与える光
量を調整することにより、ゼロクロス電圧Ｖｏｘを所望
の値に設定できる。したがって、ＥＭＩノイズを削減す
る場合など、比較的低いゼロクロス電圧が要求される用
途と、負荷がＬ成分を有しており、動作範囲を広くとり
たい場合など、比較的高いゼロクロス電圧が要求される
用途との双方で、単一の受光部５（５ａないし５ｃ）を
用いることができる。これにより、従来のように、要求
されるゼロクロス電圧Ｖｏｘに応じて、複数種類の受光
部を製造し、用途に応じて使い分ける必要がなくなる。
加えて、所望のゼロクロス電圧Ｖｏｘを持った受光部が
用意できず、近い値の受光部で代用することによって、
光結合素子を用いた装置の性能が低下する虞れもなくな
る。

【００８４】さらに、使用中であっても、入力電流Ｉ_F
を調整することにより、ゼロクロス電圧Ｖｏｘを調整で
きる。したがって、例えば、負荷のＬ成分やＥＭＩのノ
イズ量の変化などにより、適切なゼロクロス電圧Ｖｏｘ
が変わった場合でも、受光部５（５ａないし５ｃ）にお
いて、ゼロクロス電圧Ｖｏｘを追従させることができ
る。

【００８５】また、ゼロクロス電圧Ｖｏｘを高く設定す
ることによって、実使用上印加される両端間電圧Ｖｘの
範囲に渡って、受光部５（５ａないし５ｃ）は、光信号
に応じ、両端間の導通／遮断を制御できる。この結果、
入力電流Ｉ_F により、ゼロクロス動作するか否かを選択
できる。

【００８６】なお、上記各実施形態に係るゼロクロス電
圧調整部２３は、ＣｄＳセル３２を備えているが、これ
に限るものではない。例えば、フォトダイオードなど、
他の光センサを用いて受光量を検出し、検出した受光量
に応じて、ゼロクロス回路２２のゼロクロス電圧Ｖｏｘ
を調整してもよい。ただし、上記各実施形態に示すよう
に、受光量によって抵抗値が変化するＣｄＳセル３２と
抵抗３１とによりゼロクロス電圧調整部２３を構成した
場合、他の光センサを用いる場合に比べて簡単な構成で
ゼロクロス電圧調整部２３を実現できる。

【００８７】また、上記各実施形態では、ゼロクロス電
圧調整部２３は、トランジスタＱ１２（Ｑ２２）のコレ
クタ−エミッタ間の電圧を分圧して、電界効果トランジ
スタＱ１３（Ｑ２３）のゲート電圧を生成しているが、
これに限るものではない。例えば、両端子４ａ・４ｂ間
の電圧Ｖｘを分圧してゲート電圧を生成してもよい。ゼ
ロクロス電圧調整部２３が受光量に応じて両端間電圧Ｖ
ｘとゲート電圧との比率を変更できるものであれば、上
記各実施形態と同様の効果が得られる。

【００８８】さらに、上記各実施形態では、受光量によ
って抵抗が変化する素子として、ＣｄＳセル３２を用い
ているが、例えば、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ・Ｓｅ、ＰｄＳな
ど、他の光導電素子を用いてもよい。受光量の増加に伴
って、抵抗値が減少する素子であれば、上記各実施形態
と同様の効果が得られる。また、受光量の増加に伴っ
て、抵抗値が増加する素子を用いてもよい。ただし、こ
の場合は、ゼロクロス電圧調整部２３において、受光量
と分圧比との関係が逆になるので、入力電流Ｉ_Fに対す
るゼロクロス電圧Ｖｏｘの傾きも正負が反転する。

【００８９】ところで、ゼロクロス電圧Ｖｏｘは、受光
量に対して正特性を有していてもよいし、負特性を有し
ていてもよい。ただし、一般に、受光部５（５ａないし
５ｃ）の受光量、すなわち、発光部３の発光量は、点灯
時にスイッチング手段を導通させる必要があるため、あ
まり低い値には設定できない。

【００９０】したがって、第１および第２の実施形態に
示すように、受光部５・５ａのゼロクロス電圧Ｖｏｘが
正特性を有している場合は、ゼロクロス電圧Ｖｏｘの上
限値を高い値に設定しやすくなる。これにより、上記受
光部５・５ａは、例えば、負荷のＬ成分によって適切な
ゼロクロス電圧Ｖｏｘが異なる場合など、用途に応じて
動作範囲を設定する場合に好適である。さらに、ゼロク
ロス電圧Ｖｏｘの上限値を容易に増加できるので、受光
部５・５ａは、実使用上において確実に非ゼロクロス動
作できる。

【００９１】一方、第３および第４の実施形態に示すよ
うに、受光部５ｂ・５ｃのゼロクロス電圧Ｖｏｘが受光
量に対して負特性を有している場合は、ゼロクロス電圧
Ｖｏｘの下限値を低い値に設定できる。したがって、例
えば、ＥＭＩノイズを削減する場合など、用途に応じ
て、ゼロクロス電圧Ｖｏｘをできるだけ低い値に設定す
る場合に好適である。

【００９２】また、ゼロクロス動作するか否かのみを選
択すればよい場合は、第５および第６の実施形態に示す
ように、ゼロクロス回路２２の電界効果トランジスタＱ
１３ｄ（２３ｄ）は、そのドライブ能力電流Ｉ
_D1（Ｉ_D2）が上述の式（１）を満足するように、チャネ
ル幅が狭く形成されていることが望ましい。これによ
り、両実施形態に係る受光部５ｄ・５ｅは、周辺に複雑
な装置を設けることなく、受光量に応じて、ゼロクロス
動作するか否かを選択できる。

【００９３】さらに、上記両実施形態に係る受光部５ｄ
・５ｅは、ゼロクロス動作のみが可能な従来の受光部５
５ａ・５５ｃ（図１０および図１２参照）と比較した場
合、電界効果トランジスタＱ１３ｄ・Ｑ２３ｄのチャネ
ル幅のみが異なっているので、同様の工程で製造でき
る。したがって、ゼロクロス動作するか否かを選択する
ために、フォトトランジスタなどの部材を付加する場合
のように、特定の部材や特定の工程を設ける必要がな
い。したがって、ゼロクロス動作するか否かを選択可能
な受光部５ｄ・５ｅを容易に製造できる。

【００９４】なお、上記各実施形態に係る光結合素子１
（１ａないし１ｅ）は、ソリッドステートリレーとして
用いられているため、受光部５（５ａないし５ｅ）と発
光部３とが一体化されているが、これに限るものではな
い。例えば、フォトインタラプタなどとして使用する場
合には、両者を、それぞれ別に設けてもよい。この場
合、受光部５（５ａないし５ｅ）の受光量は、発光部３
の入力電流Ｉ_F だけではなく、両者の距離によっても調
整できる。

【００９５】

【発明の効果】請求項１の発明に係る光結合素子の受光
部は、以上のように、受光量に基づいて、光信号により
両端間の導通あるいは遮断が制御可能な範囲を示すゼロ
クロス電圧を上記ゼロクロス手段へ指示するゼロクロス
電圧調整手段を備えている構成である。

【００９６】上記構成では、ゼロクロス電圧調整手段へ
与える光量を調整することによって、ゼロクロス電圧を
所望の値に設定できる。したがって、比較的低いゼロク
ロス電圧が要求される用途と、比較的高いゼロクロス電
圧が要求される用途との双方で、単一の光結合素子の受
光部を使用できるという効果を奏する。

【００９７】さらに、使用中であっても、ゼロクロス電
圧を調整できるので、ゼロクロス電圧の変化に光結合素
子の受光部を追従させることができるという効果を併せ
て奏する。

【００９８】請求項２の発明に係る光結合素子の受光部
は、以上のように、請求項１記載の発明の構成におい
て、上記ゼロクロス電圧調整手段は、受光量によって抵
抗値が変化する可変抵抗と、当該可変抵抗に直列に接続
された抵抗とを備え、当該可変抵抗の抵抗値によって決
まる分圧比にて、上記スイッチング手段の両端に応じて
変化する電圧を分圧して、ゼロクロス手段の有する電界
効果トランジスタのゲートへ印加する構成である。

【００９９】上記構成では、ゼロクロス電圧調整手段
は、抵抗と可変抵抗との直列回路により構成されている
ため、例えば、フォトダイオードなどを用いて、受光量
に応じた電圧を生成する回路などに比べて、簡単な構成
で実現できる。それゆえ、ゼロクロス電圧の最大値や最
小値、あるいは、変化の傾きや屈曲率など、ゼロクロス
電圧の特性を比較的容易に所望の形状に設定できるとい
う効果を奏する。

【０１００】請求項３の発明に係る光結合素子の受光部
は、以上のように、請求項１記載の発明の構成におい
て、上記ゼロクロス電圧調整手段は、受光量の増加に伴
って、ゼロクロス電圧を高く調整する構成である。

【０１０１】それゆえ、光結合素子の受光部において、
ゼロクロス電圧の上限値を高い値に設定できる。これに
より、例えば、用途に応じて動作範囲を設定する場合
や、両端間電圧のレベルに関わらず非ゼロクロス動作を
確実に行いたい場合などに好適な光結合素子の受光部を
提供できるという効果を奏する。

【０１０２】請求項４の発明に係る光結合素子の受光部
は、以上のように、請求項１記載の発明の構成におい
て、上記ゼロクロス電圧調整手段は、受光量の増加に伴
って、ゼロクロス電圧を低く調整する構成である。

【０１０３】それゆえ、請求項３の発明に係る光結合素
子の受光部とは逆に、ゼロクロス電圧の下限値を低い値
に設定できる。これにより、例えば、ＥＭＩノイズを削
減する場合など、用途に応じて、ゼロクロス電圧をでき
るだけ低い値に設定する場合に好適な光結合素子の受光
部を提供できるという効果を奏する。

【０１０４】請求項５記載の発明に係る光結合素子の受
光部は、以上のように、両端間電圧がゼロクロス電圧を
越えた場合に、光電流を吸収する電界効果トランジスタ
は、そのチャネル幅を狭くすることによって、受光素子
の受光量が所定の第１レベルを下回っている場合に上記
スイッチング手段を遮断させ、当該受光量が所定の第２
レベルを越えた場合に上記スイッチング手段を導通させ
るように、光電流の最大吸収量が設定されている構成で
ある。

【０１０５】上記構成では、ゼロクロス動作のみが可能
な従来の構成と比較した場合、光結合素子の受光部は、
電界効果トランジスタのチャネル幅のみが異なってお
り、同様の工程で製造できる。したがって、特定の部材
や特定の工程を設けることなく、ゼロクロス動作するか
否かを選択可能な光結合素子の受光部を容易に製造でき
るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示すものであり、受
光部のスイッチング手段として、逆阻止性のフォトサイ
リスタを用いた光結合素子を示す等価回路図である。

【図２】上記光結合素子において、入力電流とゼロクロ
ス電圧との関係を示すグラフである。

【図３】本発明の第２の実施形態を示すものであり、受
光部のスイッチング手段として、双方向性のフォトサイ
リスタを用いた光結合素子を示す等価回路図である。

【図４】本発明の第３の実施形態を示すものであり、入
力電流とゼロクロス電圧とが負の相関を持ち、かつ、受
光部のスイッチング手段として、逆阻止性のフォトサイ
リスタを用いた光結合素子を示す等価回路図である。

【図５】上記光結合素子において、入力電流とゼロクロ
ス電圧との関係を示すグラフである。

【図６】本発明の第４の実施形態を示すものであり、入
力電流とゼロクロス電圧とが負の相関を持ち、かつ、受
光部のスイッチング手段として、双方向性のフォトサイ
リスタを用いた光結合素子を示す等価回路図である。

【図７】本発明の第５の実施形態を示すものであり、入
力電流の大きさにより、ゼロクロス動作するか否かを切
り換え可能で、かつ、受光部のスイッチング手段とし
て、逆阻止性のフォトサイリスタを用いた光結合素子を
示す等価回路図である。

【図８】本発明の第６の実施形態を示すものであり、入
力電流の大きさによりゼロクロス動作するか否かを切り
換え可能で、かつ、受光部のスイッチング手段として、
双方向性のフォトサイリスタを用いた光結合素子を示す
等価回路図である。

【図９】従来例を示すものであり、受光部のスイッチン
グ手段として、逆阻止性のフォトサイリスタを用いた光
結合素子を示す等価回路図である。

【図１０】他の従来例を示すものであり、スイッチング
手段となる逆阻止性のフォトサイリスタと、ゼロクロス
回路とを受光部に備えた光結合素子を示す等価回路図で
ある。

【図１１】さらに他の従来例を示すものであり、受光部
のスイッチング手段として、双方向性のフォトサイリス
タを用いた光結合素子を示す等価回路図である。

【図１２】さらに他の従来例を示すものであり、スイッ
チング手段となる双方向性のフォトサイリスタとゼロク
ロス回路とを受光部に備えた光結合素子を示す等価回路
図である。

【符号の説明】

２１ フォトサイリスタ（スイッチング手段；受光素
子） ２２ ゼロクロス回路（ゼロクロス手段） ２３・２３ｂ ゼロクロス電圧調整部（ゼロクロス電
圧調整手段） ２４ 双方向性フォトサイリスタ（スイッチング手
段；受光素子） ３１ 抵抗 ３２ ＣｄＳセル（可変抵抗） Ｑ１３・Ｑ２３ 電界効果トランジスタ Ｑ１３ｄ・Ｑ２３ｄ 電界効果トランジスタ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】受光した場合に導通できるスイッチング手
   段と、 上記スイッチング手段の両端間電圧がゼロクロス電圧を
   越える場合、上記スイッチング手段が受光しているか否
   かに関わらず、上記スイッチング手段を遮断させるゼロ
   クロス手段とを備えた光結合素子の受光部において、 受光量に基づいて、上記ゼロクロス手段へゼロクロス電
   圧を指示するゼロクロス電圧調整手段を備えていること
   を特徴とする光結合素子の受光部。
2. 【請求項２】上記スイッチング手段は、受光量に応じた
   光電流を発生する受光素子を備え、 上記ゼロクロス手段は、ゲート電圧が所定のしきい値電
   圧を越えた場合、上記受光素子が発生する光電流を吸収
   する電界効果トランジスタを備えていると共に、 上記ゼロクロス電圧調整手段は、受光量によって抵抗値
   が変化する可変抵抗と、当該可変抵抗に直列に接続され
   た抵抗とを備え、当該可変抵抗の抵抗値によって決まる
   分圧比にて、上記スイッチング手段の両端に応じて変化
   する電圧を分圧して、上記電界効果トランジスタのゲー
   トへ印加することを特徴とする請求項１記載の光結合素
   子の受光部。
3. 【請求項３】上記ゼロクロス電圧調整手段は、受光量の
   増加に伴って、ゼロクロス電圧を高く調整することを特
   徴とする請求項１記載の光結合素子の受光部。
4. 【請求項４】上記ゼロクロス電圧調整手段は、受光量の
   増加に伴って、ゼロクロス電圧を低く調整することを特
   徴とする請求項１記載の光結合素子の受光部。
5. 【請求項５】受光量に応じた光電流を発生する受光素子
   を有し、当該光電流が所定のレベルを越えた場合に導通
   するスイッチング手段と、 上記スイッチング手段の両端間電圧が所定のゼロクロス
   電圧を越えた場合、上記光電流を吸収して、当該スイッ
   チング手段を遮断できる電界効果トランジスタとを備え
   た光結合素子の受光部において、 上記電界効果トランジスタは、そのチャネル幅を狭くす
   ることによって、上記受光素子の受光量が所定の第１レ
   ベルを下回っている場合に上記スイッチング手段を遮断
   させ、当該受光量が所定の第２レベルを越えた場合に上
   記スイッチング手段を導通させるように、光電流の最大
   吸収量が設定されていることを特徴とする光結合素子の
   受光部。