LDR
LDR（Light Dependent Resistor、光依存抵抗）は、受光により抵抗値が変化する受動素子であり、可視光や近赤外光を検出して電気信号へ変換する光センサである。光が当たらない暗所では抵抗が高く、照度が上がると抵抗が低下する光伝導効果を利用する。構造が簡単で低コスト、分圧回路だけでアナログ入力へ接続できる汎用性が利点である一方、応答速度はフォトダイオード等より遅く、精密な高速光計測には適さない場合がある。代表材料はCdS（硫化カドミウム）やCdSeであり、可視域に高い感度をもつ。
動作原理
LDRは半導体粒界・欠陥準位を含む多結晶薄膜に光が入射し、電子・正孔のキャリアが生成されることで伝導度が上昇する。抵抗値Rは概ね照度E（lx）のべき乗に従い、R≈a・E^{-b}（a,bは定数）で近似できる。暗抵抗は数百kΩ〜数十MΩ、強光下では数kΩ〜数百Ωまで低下する。低照度では暗電流や表面状態が支配的になり非線形性や残光（メモリ効果）が現れるため、設計時はダイナミックレンジに余裕を確保する。
材料とスペクトル感度
LDRの代表材料であるCdSは約520〜560nm（緑〜黄）付近に感度ピークを持ち、人間の視感度に比較的近い応答を示す。CdSeは赤色寄り（〜700nm）まで感度を拡張できる。光源のスペクトルとセンサ感度が一致しないと出力誤差が生じるため、白色LEDの相関色温度や演色性、蛍光灯のリン光スペクトル、太陽光のAM1.5条件などを考慮する。不要帯域は光学フィルタや筐体の色で制限し、入射角依存性は遮光筒や拡散板で調整する。
電気特性とモデル化
LDRは静特性としてR–E特性、温度係数（TCR）、許容電力、ノイズ特性（1/fノイズ）が重要である。温度上昇は抵抗を変動させるため、周囲温度範囲（例：−20〜+70℃）での誤差見積りが必要である。実務上は対数近似（logR対logEの直線性）で回帰し、ファームウェアのLUTで線形化する手法が扱いやすい。順方向・逆方向の電圧依存性や過大光照射後の回復遅れも考慮すべき非理想性である。
回路設計の基本
LDRは固定抵抗と分圧器を組み、ADCへ入力するのが最も一般的である。分圧用固定抵抗は測定したいRの幾何平均付近に設定すると感度配分が良い。ADC入力前にローパスRC（カットオフ数Hz〜数十Hz）を置くとちらつきの影響を抑えられる。長配線ではシールド線やツイストペアで誘導ノイズを低減し、電源リップル対策として基準電圧とグランド配線を分離する。
- 電圧分圧：Vout＝Vs×Rfix/(Rfix+RLDR)（接続位置に注意）
- 感度最適化：対象照度範囲の中央値近傍で微分利得が最大となるようRfix選定
- 校正：既知照度点を2〜3点取り、係数a,bを推定
応答速度とダイナミクス
LDRの上昇・下降応答は数十〜数百ms程度で、低照度や低温時に遅くなる傾向がある。分圧回路のRC時定数も加わるため、フォトマイクロ秒領域の変化検出には不向きである。照明の商用周波数由来のフリッカ（100/120Hz）が波形に重畳する場合は、統計平滑化や同期検波的平均で抑制する。メモリ効果は照度ステップ後の出力追従遅れとして観測され、しきい値制御ではヒステリシスを設けると安定化する。
校正・評価方法
LDRの評価は、温度25℃、一定距離・入射角、拡散板を用いて均一照度を作り、照度計と併置してR–E曲線を取得する。光源距離の逆二乗則と周囲反射の影響を補正し、logR–logE直線の傾きから指数bを抽出する。アプリケーション側ではADCコードから照度へ変換し、必要に応じてガンマ補正や移動平均、外乱除去のための外れ値処理を施す。
環境要因と信頼性
LDRは温湿度、紫外線、化学ガス、長期通電による自己発熱で特性が変動する。パッケージの封止材や透光窓の劣化、基板フラックス残渣によるリークも誤差要因である。屋外ではUVカット窓材、吸湿対策、結露ドレン、迷光遮蔽を組み合わせる。長期ドリフトを見込んで校正パラメータの再学習や自己診断（暗電圧監視）を設けると保全性が高まる。
電源・EMC設計
LDRは受動素子であるが、周辺の増幅・A/DがEMIの影響を受けやすい。基準電圧のデカップリング、アナログ・デジタルのグランド分離、シールド筐体、ケーブルのフェライトコアを適用する。スイッチング電源近傍ではレイアウトで高dv/dtノードを遠ざけ、アナログ配線は短く直交させる。雷サージ・ESDについては入力クランプやシリーズ抵抗で保護する。
法規制・調達の留意点
LDRの主要材料であるCdを含むCdSは環境規制（例：RoHS）で制限対象となりうる。用途や地域の適用除外を確認し、代替材料品や別方式への置換性も検討する。データシートでは抵抗の許容誤差、R–E曲線、公差区分、動作温度範囲、はんだ耐熱性、保存条件、寿命特性の記載を確認し、量産前にロット間ばらつきを評価する。
実装とメカ設計の注意
LDRの実装では、はんだ熱による特性変化を避けるため短時間で実装し、リード応力を逃がす。光学設計はストレイライトを避ける遮光壁と拡散板の配置、入射窓の防汚・防水（Oリング、撥水コート）、温度センサ併設による補償が有効である。メンテナンスを考慮し、窓面の清掃性と交換性を確保する。
代表的な用途
LDRは照度スイッチ（街路灯の自動点灯）、家電の自動調光、表示器の輝度フィードバック、産業装置の光レベル監視、玩具・教育キットなどに広く用いられる。高精度の放射照度測定や高速モーション検出では他方式が選ばれることが多いが、部品点数とコストを抑えた「明るい/暗い」の判定や緩やかなアナログ検出には依然として有力である。
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