CN1004102B

CN1004102B - 光电回路

Info

Publication number: CN1004102B
Application number: CN86100687.9A
Authority: CN
Inventors: 安藤敏信; 伊佐治光一
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-02-23
Filing date: 1986-01-23
Publication date: 1989-05-03
Also published as: DE3604603C2; CN86100687A; US4757190A; KR860006845A; JPH0317384B2; DE3604603A1; KR900004297B1; JPS61194784A

Abstract

一种光电回路装有一个在发射极和集电极之间连接一个偏置元件的晶体管，一个与所述的晶体管串联的发光元件，如一个接受由所述的发光元件所发射的光并将它转变成电流的光敏元件，该光敏元件的一端与所述的晶体管相连接。由于这种结构只需要二条连接线，一条用以向晶体管输送电能，而另一条是所述的光敏元件的输出。所以减少了连接线的数量，因此实现了线路的简化。由于控制流经光敏元件的电流使得它被放大并反馈到发光元件，从而显著地增加了光敏元件的输出。

Description

光电回路

本发明涉及一种光电回路，更详细地说，涉及一种通常所说的光电传感器。它包括一个发光元件和一个光敏元件，以便用光学的方法检测物体。

在此之前，常用各种通常所说的光电传感器来达到用光学方法检测各种卡片或纸张，或者借助一个带有辐射状开缝并牢固地固定在电机转子上的圆盘来得到脉冲。

夏普（SHARP）应用手册（1982年1月，光电断续器部分）P.26，图4-7（d）中介绍了一种现今被广泛采用的光电传感器。在该传感器回路中，使电流由电源+Vcc通过一电阻R流过一发光二极管，并由电源+Vcc通过另一电阻将电压加到一光电晶体管上。当电流流经回路时发光二极管发出光而光电晶体管被接通。当光照射到光电晶体管上时，电流就能够从电源+Vcc通过该光电晶体管流动。因该光电晶体管的电流放大倍数很小，所以在光电晶体管的后一级连接一晶体管对其输出进行放大并获得一具有大振幅的波形。但是，由于上述波形包含各种失真成分，而采用一施密特（Schmitt）触发器对经过放大的输出波形作进一步的整形。此外，在该电路结构中，由于包含发光元件的回路与包含光敏二极管的回路相对于电源来说是互相独立的。因此，为了获得输出，连接应由三条线路组成，即电源线，光电晶体管的集电极引线和地线。

在西德专利申请DE-3224531A1中公开了一种光电回路，其中电源直接与反馈电路相连接，在放大用的晶体管及其偏流元件之间配有一个电阻器，这个电阻器的作用是防止大电流流过光电二极管和晶体管，而使这些管子烧坏。可是，由于这个电阻器的存在，即使并没有流过会烧坏二极管和晶体管的那样的电流，当电流发生变化时，发光二极管两端的电压降变化很小，因此输出电压变化也很小。

最近，电子设备有越来越高功能化的趋势，因此在各种设备中各处加进很多光敏器件。这样一来，由于对接信号输送线的数目相应增加，而使设备中信号输送线的装配工作变得很困难。

本发明的目的在于提供一种可能减少信号输送线数目的光电回路。

本发明的另一个目的在于提供一种带有放大器的光电回路，该放大器能够随着光敏器件的输出而放大加给发光元件的电流。

本发明的其它目的在于提供一种光电传感器。在该传感器中，通过将流经光敏元件的电流反馈到发光元件而增加了流经发光元件的电流，从而增加了发光元件的发光量。

本发明用一光电回路来实现，该回路有一个发光元件和一个用来接收该发光元件所发出的光的光敏元件。通常，发光元件为一发光二极管，而光敏元件是一光电晶体管。一电流控制回路与该发光元件串联，该控制回路随着流经光敏元件的电流大小来控制流过发光元件的电流。这个控制回路最好由一偏流元件和一个用作电流放大器的、与偏流元件并联的晶体管组成。

由于采用上述这样的一种结构，光电回路由二条接线来实现，即一条用来向发光元件供给电能，而另一条是为了从光敏元件接收信号。

而且，流经发光元件的电流通路与流经光敏元件的电流通路通过电流控制回路构成一反馈回路。光敏元件的输出电流反馈到发光元件一边。这样，流经发光元件的电流经晶体管放大而增加了发光量，这就使得在光敏元件输出级处的电流得到明显的放大。从而不必在输出级处加进放大电路。

图1是一个用来对电机旋转进行检测的机构透视图，是光电传感器的一个应用实例;

图2是按照本发明的一种实例作出的光学检测回路的电路图;

图3是一个用来说明由图2指出的光学检测回路工作形式的时间曲线图;而

图4是根据本发明的另一实例作出的光学检测回路的电路图。

图1指出一种检测电机转数的机构，它是光电传感器的一个应用例。一个用来检测电机转轴111的相位的、带有通光孔121的圆盘12被安装在转轴上。为了用光学方法检测圆盘12上通光孔的位置，配置了一个光学目标检测装置13，并使圆盘12插入检测器内。由光学目标检测装置13引出信号传输线L₁和L₂。

在装置13中，一个发光元件与一个光敏元件彼此相对安装，使得圆盘12保持在它们之间。这样，在电机11旋转过程中，当通光孔121到达它们之间的位置时，发光元件所发出的光被光敏元件所检测，而与其接收到的光量相应的电流就流过光敏元件。因此，目标，即圆盘12中所形成的透光孔存在与否被检测出来。

图2表示一种具体的光学检测电路。

图3中，光学目标检测部分3和检测电路10分别由点划线标明。检测电路10用二根信号传输线与光学目标检测部分3相连接;即，一根由电源Vcc来的线L₁，而另一根是输出线L₂。信号传输线L₁与光学目标检测部分3中的晶体管6的发射极和偏流元件7的一个接头a连接，而晶体管6的集电极与偏流元件7的另一接头b一起与光二极管4的阳极连接，光二极管4为发光元件。晶体管6的基极与光电晶体管5的集电极连接，光电晶体管5为光敏元件。同时，发光元件4的阴极和光敏元件5的发射极互相连接，并一起通过信号传输线L₂连接到检测电路10。

信号传输线L₂接到检测电路10中的负载电阻8的一端a和施密特（Schmitt）触发器9的输入端，负载电阻8的另一端b接地。就这样，在光学目标检测部分3中，流经发光元件4的电流通路和流经光敏元件5的电流通路构成一反馈回路。当由发光元件4发射的光强度增加时，光敏元件5接受到的光量也增加，因此，流经光敏元件的电流强度也增大。而这种电流强度的增加通过晶体管6反馈到流经发光元件4的电流电路，这又进一步增强了发光元件4所发射的光强度。通过这样的方法，既然由于反馈而大大地增大了电流，就不需要在受光侧的输出级配置放大器，而在现有技术中为输出级配置放大器是不可避免的。另外，由于连接信号传输线L₂是从光敏元件5的发射极开始，信号传输线是二根，少于按照现有技术所必需的传输线数量。由此，实现了减少设备尺寸和电能消耗的目的。

现在，对该电路的工作方式作如下说明。

这里，假定在偏流元件7的阻抗、负载电阻8的阻抗和输入电压电平的下限ViL与上限Vi_H之间符合以下关系：

Vil＞负载阻抗8/偏流元件7的阻抗+负载阻抗8×（Vcc-1.2）…（1）

Vil＜Vcc-1.2

这里数值1.2是当发光元件4采用红外发光二极管时在发光元件4中的电压降，用伏特表示的近似值。此外，假定晶体管6上的电压降很小，可以忽略。

下面对图2所表示出的电路说明应用于检测电机11转动的机构时的工作方式。

当圆盘12上没有通光孔的部分位于光学目标检测部分3中时，由于发光元件4所发射的光没能达到光敏元件5上，因此没有输出电流I_p的流动。从而，晶体管6的基极电流为“0”，晶体管6被截止。另一方面，流经发光元件4的电流I_D等于流经偏流元件7的电流I_R，因此，发射的光量很少。这样，根据上述公式（1），施密特（Schmitt）触发器9的输入电压Vi处于“低电平”，而施密特（Schmitt）触发器9的输出电压Vo处于“高电平”。

然而，当圆盘12中的通光孔121到达光学目标检测部分3时，发光元件4所发射的光可射到光敏元件5上。电流I_P开始流动。由于光敏元件5与晶体管6的基极相连接，晶体管6的集电极电流I_C也开始流动。这样，流经发光元件4的电流I_P就变为I_R+I_C。所以，发光量增加使I也进一步增大。这个反馈连续增大，直到晶体管6饱和为止。当晶体管6饱和的瞬间，施密特（Schmitt）触发器9的输入电压Vi变为Vi＝（Vcc-1.2）（伏），根据上述公式（2），触发器9的输出电压Vo变为“低电平”。

图3表示这种关系的时间曲线图。图3中横座标上的a，a′和a″是当圆盘上的通光孔121处于光学目标检测部分3中时的时间周期，而曲线上其它部分则是圆盘上没有通光孔的部分处于光学目标检测部分中时的时间周期。虽然，由于偏流元件7和晶体管6使流经发光元件4的电流I_D有波形失真，但在它输入施密特（Schmitt）触发器9之后，脉冲就没有失真，并且输出电压Vo有好的输出波形。而且，最初只有由偏流元件7的电流I_D流过发光元件4。当光敏元件5接收发光元件4所射出的光时，流经光敏元件5的电流I_P通过晶体管6的基极反馈，从而使I_D和I_P的强度更进一步增大。这就构成检测电路10中施密特（Schmitt）触发器9的输入电压Vi，当该信号从施密特（Schmitt）触发器9输出时，呈现出一个良好波形的脉冲电压Vo。从图2可清楚地看到，当一个物体插在发光器件4和光敏元件5之间时，电功率消耗相当低。因此，本发明对降低电路的电功率消耗是有效的。另外，在图3中，当施密特（Schmitt）触发器9的输出电压周期（时间从a至a″）被测出时，由于转数f等于1/T，则利用所测值T值的倒数就能确定电机11的转数。

图4是根据本发明的另一实施例作出的光学目标检测回路的电路图。

图4中，发光元件4安排在电源（Vcc）一侧。就是说，信号传输线L₁接到发光元件4的阳极，而发光元件4的阴极与晶体管6的发射极和偏流元件7的接头a相接。而且，晶体管6的集电极，偏流元件7的接头b和光敏元件5的发射极与共同的信号传输线L₂相连接。另外，光敏元件5的集电极接到晶体管的基极上。至于该电路的要点，如同图2所示。

按以上的说明，根据上述实施例，一个光电传感器只存在二根连接用的信号传输线。而且，由于已有技术在输出级中所必须的放大器回路在此不再需要，因而简化了电路。

本发明不限于上述的实例，而可能实现多种变型。最通常的变型之一是一种电路，在这种电路中倒置连接，就象采用晶体管的电子线路通常所做的那样。就是说，集电极侧的连接改连到发射极侧，或是发射极接地的电路变成集电极接地电路。

作为图2和图4所示例子的其它变型的例子，偏流元件7并不总是需要的，因为漏电流常常通过晶体管6流动，也通过发光元件流动。

此外，作为另一变型的例子，在图2所示的电路中，当考虑到电压电平关系时，可以用一比较器回路来替换检测电路10中的施密特（Schmitt）触发器9。而且，不需要借助偏流元件7来起动电流流动，而可以采用外来光或通过晶体管6或光敏元件5的漏电流以形成起动电流。

更进一步地说，作为图4所示电路的一个变型的例子，由于将信号传输线L₂和机座连接起来，并且用一比较器来代替检测电路10中的施密特（Schmitt）触发器9，就能够将信号线L₁来的电压与地电压作比较。用这种方法，检测部分3和检测电路10之间的连接只需一根信号传输线L₁。

Claims

1、一种可用作光电传感器的光电回路，包括，

-发光装置，其发出的光随流经其中的电流而定;

-光敏装置，它接收所说的发光装置发出的光并产生光电流;

-由电源提供电流的第一电流传输线;

一个为放大所述的来自光敏装置的电流的放大装置，该放大装置与所说的发光装置串联;

一个将所述放大装置放大了的电流反馈到所说的发光装置的反馈装置。

其特征在于，该光电回路还包括：一条第二电流传输线，所述第二电流传输线的一端连接一个接地电阻器。

2、一种根据权利要求1的光电回路，其特征在于，还包括一个与发光装置相串联的偏流元件。

3、一种根据权利要求2的光电回路，其特征在于，所说的放大装置为一晶体管，所说的偏流元件并联在所说晶体管的发射极和集电极上。

4、一种根据权利要求3的光电回路，其特征在于，所述的偏流元件的一端和所述的晶体管的一端与所述的第一电流传输线相连接。

5、一种根据权利要求3的光电回路，其特征在于，所述的发光装置的一端与所述的第一电流传输线相连接。

6、一种根据权利要求4的光电回路，其特征在于，所述第二电流传输线的另一端，连接所述的发光装置和光敏装置的另一端。

7、一种根据权利要求5的光电回路，其特征在于，所述第二电流传输线另一端，连接偏流元件和放大装置的另一端。

8、一种根据权利要求6或7的光电回路，其特征在于，在所述第二电流传输线的所述一端连接有一施密特触发器。