CN103532508B - 光电传感器及光电传感器的受光量的放大控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光电传感器及光电传感器的受光量的放大控制方法，使受光量的增益相对于灵敏度调整操作以稳定的比率变化。在对随着投光处理及受光处理而产生的受光量信号进行放大并利用放大后的受光量信号进行检测处理的光电传感器设置用于生成相对于用户的灵敏度调整操作发生线性变化的调整指示信号的单元（变阻器（100））。并且，在上述传感器设置放大处理部，上述放大处理部包括可变增益放大器（14），可变增益放大器（14）接收上述调整指示信号的输入，将该调整指示信号转换为相对于灵敏度调整操作发生指数函数变化的增益控制信号，并基于上述增益控制信号的增益进行放大处理。

Description

光电传感器及光电传感器的受光量的放大控制方法

技术领域

本发明涉及光电传感器，其照射检测用光，直接接受该光或接受其反射光，并根据所得到的受光量检测物体。本发明特别涉及具有按照用户的调整操作对受光量的放大增益进行可变设定的功能的光电传感器。

背景技术

图4示出了具有受光量的放大增益的调整功能的光电传感器的以往例。

上述例中的光电传感器是包括投光器件（LED）20的投光部2和包括受光器件（光电二极管）10的光集成电路芯片1T内置在一个框体内的反射型的传感器。光集成电路芯片1T包括投光控制部11、电流/电压（I/V）转换部12、前置放大器13、主放大器15、比较部16、信号处理部17、输出部18等。并且，在上述光集成电路芯片1T的外部设有变阻器100及电容器110。在图中，电流/电压转换部12、前置放大器13、主放大器15、变阻器100、电容器110构成对受光量信号进行放大的放大处理部，比较部16及信号处理部17构成利用放大后的受光量信号进行检测处理的检测处理部。

投光控制部11与信号处理部17相连接的同时经由端子T1与投光部2相连接。输出部18经由端子T2与输出用电路（未图示）相连接。

始于前置放大器13的输出线经由端子T11与变阻器100的一个固定端子a相连接，朝向主放大器15的输入线则经由端子T12与电容器110的一个电极相连接。变阻器100的另一个固定端子b接地，可动端子c则与电容器110的另一个电极相连接。

投光部2的LED20从信号处理部17接受经由投光控制部11所赋予的驱动脉冲来进行发光。通过光电二极管10的光电转换而产生的受光量信号（电流信号）在通过电流/电压转换部12转换为电压信号之后，通过前置放大器13进行放大。前置放大器13的输出在变阻器100被分压，根据端子c、b之间的电压降生成的信号则被输入至主放大器15并进行放大。

变阻器100的可动端子c随着未图示的转动部的旋转而在端子a、b之间移动，根据变阻器100的可动端子c的位置变化，端子a、c之间的电阻与端子c、b之间的电阻之间的比率变动，被输入至主放大器之前的受光量信号的电平随之发生变化。

变阻器100的转动部根据用户的旋转操作而旋转。在上述以往例中，在转动部的旋转范围内，对于将可动端子c设定为离固定端子b最近时的端缘位置分配刻度0，并以均等的间隔分配刻度，使得越靠近另一端，如“1、2、3…”那样值变得越大。相对于刻度0的转动部的旋转量越大，可动端子c就越远离固定端子b，并且端子c、b之间的电阻的比率提高。上述电阻的变化相对于可动端子c的位移成为线性变化（意味着几乎与端子c、b之间的距离成正比地变化）。输入至主放大器15的信号的电平也表示出相同的变化。

前置放大器13及主放大器15设有恒定的增益，因此输入至前置放大器13的信号电平Vin与从主放大器输出的信号的电平Vout之比Vout/Vin（作为放大处理部整体的增益）也相对于可动端子c的移动发生线性变化。

但是，在相对于可动端子c的位移，受光量的增益发生线性变化的情况下，可动端子c移动的期间的增益的变化率根据移动时的端子c的位置而不同。例如，在图5中，转动部的旋转范围按照0～10的刻度被均等地分割，利用曲线图来表示各个刻度表示的可动端子c的位置与受光量的增益之间的关系，直线A是线性的变化的例子。

在上述直线A中，Vout/Vin的最大值被归一化为1.0，相对于可动端子c的每一刻度的移动，发生0.1的增益变化。因此，当使可动端子c从与最大刻度10相对应的位置移动到与下一刻度9相对应的位置时，增益从1.0变化为0.9，变化后的增益相对于变化前的增益的比率成为―10%。另一方面，当将可动端子c从与刻度2相对应的位置移动到与刻度1相对应的位置时，增益从0.2变化为0.1，变化后的增益相对于变化前的增益的比率成为―50%。

随着检测距离变短，光电传感器的受光量变大。在检测距离变短且受光量变强的情况下，需要减少可动端子c相对于固定端子b的移动量（即，将转动部侧的刻度设定在刻度的值小的范围），以将增益抑制成较低，然而这需要精细地调整增益，以确保检测精度。但是，根据图5的直线A表示的关系，如果将转动部侧的刻度设定在刻度的值小的范围以使增益变低，则就算稍微移动转动部，也使增益的变动大，难以进行灵敏度的微调整。

作为解决上述问题的方法，提出了如下方案：如图6所示，通过在变阻器100上并联连接补偿用的电阻200，来使相对于可动端子c的移动发生的增益的变化接近于指数函数的变化（参照专利文献1及专利文献2）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本实开平6―54322号公报

专利文献2：日本实开平7―43007号公报

图5的曲线B表示相对于可动端子c的移动，增益发生指数函数变化的情况的例子。根据该曲线所表示的关系，无论可动端子c从哪一位置开始移动，相对于每一刻度的移动，增益以移动前的大约50%的比率发生变化。因此，用户可认识到当转动部的旋转量增加1刻度时增益成2倍，当旋转量减少1刻度时增益成1/2倍的情况下，调整增益，因此容易认识调整的程度。并且，将转动部侧的刻度设定在刻度的值小的范围的期间的增益被抑制为较低的值，因此容易进行检测距离短且受光量变强的情况的增益的微调整。

根据包括图6中所示的补偿用电阻200的结构的电路，增益的变化虽接近于指数函数的变化，但是不能得到完整的指数函数的特性。灵敏度调整操作的操作量小的状态下的增益的值仍高，相对于操作的增益变化率也不恒定，因此不足以解决调整增益时带来的不便。

发明内容

本发明基于上述问题，其所要解决的问题在于，无论灵敏度调整操作时的增益被设定为何值，相对于上述操作都能够使增益以稳定的比率发生变化，由此能够使进行灵敏度调整的用户进行符合用户的感觉的调整。

本发明适用于一种光电传感器，上述光电传感器具有：放大处理部，对随着投光处理及受光处理而产生的受光量信号进行放大；检测处理部，利用放大后的受光量信号进行检测处理。检测方式可以是反射型或透射型中的任一种。

本发明的光电传感器的放大处理部包括：增益控制部，接收相对于用户的灵敏度调整操作发生线性变化的调整指示信号的输入，并将该调整指示信号转换为相对于灵敏度调整操作发生指数函数变化的增益控制信号；可变放大部，基于上述增益控制信号的增益进行放大处理。

此外，相对于灵敏度调整操作的“线性变化”和“指数函数变化”也可以包括一定程度的误差。

在上述光电传感器的灵敏度调整操作中，能够指定使得受光量的增益高于当前值或低于当前值，并且能够指定将其升幅或跌幅设定为何种程度。例如，在通过移动变阻器的转动部的方法来进行灵敏度调整操作的情况下，根据转动部的旋转方向及旋转角度，进行上述各个指定。

根据上述结构的光电传感器，能够使受光量的增益相对于灵敏度调整操作发生指数函数变化，因此能够与操作时的受光量或增益的值无关地使操作开始时的增益以稳定的比率增减。因此，用户能够容易判断将受光量调整为所期望的电平时所需要的操作量的加减，并且容易进行调整。并且，由于检测距离较近而将增益抑制为较低的情况下的增益的微调整也变得容易。

一实施方式的光电传感器还设有变阻器，上述变阻器具有一对固定端子和可动端子，其中，上述可动端子在各个固定端子之间的位置根据灵敏度调整操作而变动。恒定的电压施加到上述变阻器的各个固定端子之间，用根据可动端子在各个固定端子之间的位置而被分压的电压所生成的信号作为调整指示信号被输入到增益控制部。通过如上所述地将恒定的电压施加于变阻器，来生成相对于可动端子的位移发生线性变化的调整指示信号。

在上述实施方式中，有时放大处理部及检测处理部配置在一个集成电路芯片内，在这种情况下，优选地，在变阻器的可动端子与增益控制部之间的连接路径中设置低通滤波器。集成电路芯片内的电路由于芯片本体的屏蔽功能免遭噪声干扰，但是，由于就调整指示信号而言，通过变阻器在集成电路芯片的外部生成，因此有可能会具有各种各样的噪声成分，若包括上述噪声的调整指示信号输入至增益控制部，则可能会生成错误的增益控制信号，所进行的放大有可能不反映灵敏度调整操作。若输入通过低通滤波器消除噪声成分后的调整指示信号，则能够确保增益控制信号的精度，从而能够进行忠实于灵敏度调整操作的放大处理。

此外，上述集成电路芯片可以是内置有受光器件的光集成电路芯片。

本发明的控制方法用于对光电传感器的受光量的放大处理进行控制，其中，上述光电传感器利用内置有可变放大部的放大处理部对随着投光处理及受光处理而产生的受光量信号进行放大，并利用放大后的受光量信号进行检测处理，上述控制方法执行如下步骤：生成相对于用户的灵敏度调整操作发生线性变化的调整指示信号的步骤；将上述调整指示信号转换为相对于上述灵敏度调整操作发生指数函数变化的增益控制信号的步骤；向上述可变放大部供给上述增益控制信号，使上述可变放大部基于上述增益控制信号的增益进行放大处理的步骤。

在上述控制方法中，生成调整指示信号的步骤并不局限于光电传感器的框体的内部，也可以在框体的外部执行，并将所生成的调整指示信号输入于光电传感器。

根据本发明，能够与灵敏度调整操作开始的时刻的受光量或增益的值无关地使增益相对于灵敏度调整操作以几乎恒定的比率发生变化，因此用户能够容易判断将受光量调整为所期望的电平时所需要的操作量的加减。并且，由于检测距离较短而受光量强的情况下的增益的微调整也变得容易，从而能够提高检测的精度。

附图说明

图1是表示适用本发明的反射型的光电传感器的结构例的框图。

图2是个别表示调整指示信号及增益控制信号相对于变阻器的可动端子的位置的变化的特性的曲线图。

图3是表示可变增益放大器的大致结构的框图。

图4是表示以往的光电传感器的结构例的框图。

图5是表示受光量的增益相对于变阻器的可动端子的位置变化发生线性变化的例子和该受光量的增益相对于变阻器的可动端子的位置变化发生指数函数变化的例子的曲线图。

图6是表示在变阻器上连接补偿用的电阻的例子的电路图。

具体实施方式

图1示出了适用本发明的反射型的光电传感器的结构例。此外，在图1中，以与图4相同的附图标记来表示与图4中所示的以往例相对应的结构。

上述实施例的光电传感器的框体内置有包括LED20的投光部2和包括光电二极管10的光集成电路芯片1。

除了光电二极管10之外，光集成电路芯片1还设有投光控制部11、电流/电压转换部12、前置放大器13、可变增益放大器14、主放大器15、比较部16、信号处理部17、输出部18。投光控制部11与信号处理部17相连接的同时经由端子T1与投光部20相连接。输出部18经由端子T2与光集成电路芯片1外的输出用电路（未图示）相连接。

电流/电压转换部12、前置放大器13、可变增益放大器14、主放大器15与后面要说明的变阻器100、低通滤波器101一同构成放大处理部。比较部16及信号处理部17构成检测处理部。

投光部2的LED20从信号处理部17接受经由投光控制部11所赋予的驱动脉冲来进行发光。通过光电二极管10的光电转换而产生的受光量信号（电流信号）在通过电流/电压转换部12转换为电压信号之后，接受前置放大器13、可变增益放大器14、主放大器15的放大处理。比较部16将放大后的受光量信号与基准电压进行比较。信号处理部17根据来自比较部16的信号来生成表示有无物体的信号。上述信号作为检测信号从输出部18输出。

光集成电路芯片1设有用于连接变阻器100的端子T3和用于输入通过上述变阻器100所生成的调整指示信号的端子T4。在光集成电路芯片1的内部，端子T3与规定电压Vref相连接，端子T4与可变增益放大器14相连接。

在光集成电路芯片1的外部，端子T3与变阻器100的一个固定端子a相连接，端子T4与低通滤波器101（由电阻102和电容器103构成）相连接。变阻器100的另一个固定端子b接地，可动端子c与低通滤波器101的输入端相连接。

通过上述连接，向变阻器100的各个固定端子a、b之间施加电压Vref，而上述电压Vref根据变阻器100的端子a、c之间与端子c、b之间的电阻之比被分压，基于端子c、b之间的电压降生成的信号经由低通滤波器101输入于可变增益放大器14。该信号起到前面所提及的调整指示信号的功能。可动端子c随着变阻器100的未图示的转动部的旋转而在端子a、b之间移动。根据随着上述移动发生的分压比变化，如图2的（1）部分所示，调整指示信号相对于可动端子c的位移发生线性变化。

此外，在图2的（1）部分的曲线图中，沿着横轴从左到右，可动端子c与固定端子b之间的距离变大。并且，在纵轴，将端子c、b之间的距离为最大时的调整指示信号（最大值）归一化为1.0。

如图3所示，可变增益放大器14包括增益控制部141和梯形衰减电路142。增益控制部141将通过变阻器100所生成的调整指示信号转换为图2的（2）部分所示的发生指数函数变化的信号（将最大值归一化为1.0）。转换后的信号作为增益控制信号输入于梯形衰减电路142。

梯形衰减电路142包括多个差动放大器、由与各个差动放大器相对应的数量的梯形电阻构成的串联电路、插入器（interpolater）、积分器等。对于各个差动放大器，从梯形电阻的串联电路赋予以互不相同的比率衰减后的受光量信号。来自各个差动放大器的输出通过来自插入器的加权信号被加权，并且加权后的信号通过积分器积分后被输出至主放大器。

插入器通过使相对于各个差动放大器的加权信号的强度分布根据增益控制信号发生变化，来使梯形衰减电路142的整体的衰减率变动。上述衰减率被设计成相对于增益控制信号变化，即，相对于变阻器100的可动端子c的位移，发生指数函数变化。

前置放大器13和主放大器15的增益恒定，因此来自主放大器15的输出电平Vout相对于朝向前置放大器13的输入电平Vin的比率Vout/Vin（在受光处理部整体设定的增益）也同样相对于可动端子c的位移发生指数函数变化。因此，无论灵敏度调整操作时可动端子c处于哪一位置，都能够使增益根据可动端子c的移动以几乎恒定的比率发生变化。

在上述结构中，芯片本体的保护罩（shield）对光集成电路芯片1的内部电路进行保护，但是，由于从变阻器100或可动端子c到端子T4的信号线位于光集成电路芯片1的外部，因此具有在作为DC信号的调整指示信号上重叠了高频噪声的可能性。若载有噪声的调整指示信号进入增益控制部141，则会生成错误的增益控制信号，从而存在梯形衰减电路142进行误动作的担忧。但是，在该实施例中，调整指示信号的输入路径设有低通滤波器101，因此能够在光集成电路芯片1的外部除去重叠在调整指示信号上的噪声，从而能够仅将DC（直流电）成分输入于增益控制部141。因此，可以进行忠实于用户的灵敏度调整操作的增益调整。

此外，低通滤波器101的位置并不局限于光集成电路芯片1的外部。即，也可以将变阻器100的可动端子c与光集成电路芯片1的端子T4相连接，并在光集成电路芯片1内的端子T4与可变增益放大器14之间的路径配置低通滤波器。

此外，上述实施例的光电传感器为反射型，但是，在透射型的光电传感器中，也可以将与上述实施例相同的光集成电路与设置于外部的变阻器100、低通滤波器110一同内置在上述受光部中。

并且，在上述实施例中，向变阻器100的固定端子a、b之间施加规定电压Vref，并通过根据可动端子c的位置被分压的电压来生成调整指示信号，但是，用于生成调整指示信号的结构并不局限于变阻器。并且，灵敏度调整操作的内容也并不局限于旋转操作。

例如，也可以在光电传感器的框体内设置用于指示增益提高的向上键和用于指示增益下降的向下键，并且生成每当操作向上键时使电压上升一定的电平，每当操作向下键时使电压下降一定的电平的信号，并将该信号作为调整指示信号。

并且，也可以将光电传感器与控制台（console）等设定用机器相连接，来在设定用机器进行灵敏度调整操作，并将相对于该操作发生线性变化的调整指示信号传输到光电传感器，来将该信号转换为发生指数函数变化的增益控制信号，并通过上述增益控制信号来控制光电传感器的放大增益。并且，设定用机器的灵敏度调整操作并不局限于模拟的操作，例如也可以是如“（相对于当前值）2倍”那样利用数值指定增益的变化比率的操作。

Claims (3)

1.一种光电传感器，其具有对随着投光处理及受光处理而产生的受光量信号进行放大的放大处理部、利用放大后的受光量信号进行检测处理的检测处理部，其特征在于，

上述放大处理部包括：

增益控制部，接收相对于用户的灵敏度调整操作发生线性变化的调整指示信号的输入，并将该调整指示信号转换为相对于上述灵敏度调整操作发生指数函数变化的增益控制信号，

可变放大部，基于上述增益控制信号的增益进行放大处理，以及

变阻器，该变阻器具有一对固定端子和可动端子，其中，上述可动端子在各个固定端子之间的位置根据上述灵敏度调整操作而变动；

恒定的电压施加到上述变阻器的各个固定端子之间，用根据可动端子在各个固定端子之间的位置而被分压的电压所生成的信号作为上述调整指示信号被输入到上述增益控制部。

2.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，

上述放大处理部及检测处理部配置在一个集成电路芯片内，并且在上述变阻器的可动端子与增益控制部之间的连接路径中设置有低通滤波器。

3.一种受光量的放大控制方法，用于对光电传感器的受光量的放大处理进行控制，其中，上述光电传感器利用内置有可变放大部的放大处理部对随着投光处理及受光处理而产生的受光量信号进行放大，并利用放大后的受光量信号进行检测处理，其特征在于，执行如下步骤：

生成相对于用户的灵敏度调整操作发生线性变化的调整指示信号的步骤，

将上述调整指示信号转换为相对于上述灵敏度调整操作发生指数函数变化的增益控制信号的步骤，以及

向上述可变放大部供给上述增益控制信号，使上述可变放大部基于上述增益控制信号的增益进行放大处理的步骤；

上述光电传感器还设有变阻器，该变阻器具有一对固定端子和可动端子，其中，上述可动端子在各个固定端子之间的位置根据上述灵敏度调整操作而变动；

恒定的电压施加到上述变阻器的各个固定端子之间，将用根据可动端子在各个固定端子之间的位置而被分压的电压所生成的信号作为上述调整指示信号。