CN109217866B

CN109217866B - 光电开关

Info

Publication number: CN109217866B
Application number: CN201810649487.4A
Authority: CN
Inventors: 畑中浩; 田中实; 高宫知广
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2017-06-29
Filing date: 2018-06-22
Publication date: 2022-03-25
Anticipated expiration: 2038-06-22
Also published as: JP2019012888A; JP6884050B2; CN109217866A

Abstract

本发明涉及光电开关，抑制由直流干扰光造成的影响。具备：IV电路(1)，其具有运算放大器(U1)；电阻(R1)，其一端连接到运算放大器(U1)的反相输入端子，另一端连接到该运算放大器(U1)的输出端子；电阻(R2)，其一端连接到运算放大器(U1)的反相输入端子，另一端连接到恒压电源(Vcc)；基准电压生成电路(2)，其生成基准电压，并输出到运算放大器(U1)的非反相输入端子；输出电压监控电路(3)，其监控从运算放大器(U1)的输出端子输出的电压；以及控制逻辑电路(4)，其基于输出电压监控电路(3)的监控结果来控制基准电压生成电路(2)。

Description

光电开关

技术领域

本发明涉及一种抑制由直流干扰光造成的影响的光电开关。

背景技术

以往，在光电传感器具有的受光电路中，通过IV电路将在光电二极管PD产生的电流转换成电压(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2002－232283号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

另一方面，作为光电开关的动作环境，会有太阳光等直流干扰光(DC干扰光)入射的情况。因此，在光电开关中，对投光信号进行脉冲调制，并在受光电路进行解调，从而不易受到直流干扰光的影响。然而，在IV电路中，由于进行直流放大，所以，当直流干扰光入射时，IV电路的输出电压范围相应地减少。因此，在光电开关中，存在需要设定考虑了直流干扰光的量的动态范围、灵敏度下降这样的技术问题。

本发明是为了解决上述技术问题而完成的，其目的在于，提供一种能够抑制由直流干扰光造成的影响的光电开关。

解决技术问题的技术手段

本发明涉及一种光电开关，其特征在于，具备：电流电压转换电路，其具有运算放大器；电阻，其一端连接到运算放大器的反相输入端子，另一端连接到恒压电源；基准电压生成电路，其生成基准电压，并输出到运算放大器的非反相输入端子；输出电压监控电路，其监控从运算放大器的输出端子输出的电压；以及控制逻辑电路，其基于输出电压监控电路的监控结果，控制基准电压生成电路。

发明效果

根据本发明，由于如上述那样构成，所以能够抑制由直流干扰光造成的影响。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1的光电开关具有的受光电路的结构例的图。

图2是示出现有的光电开关的动作例的图。

图3是示出本发明的实施方式1的光电开关的动作例的图。

具体实施方式

下面，参照附图，详细说明本发明的实施方式。

实施方式1.

如图1所示，受光电路具备光电二极管PD、运算放大器U1、电阻(第2电阻)R1、电容器C1、电阻R2、恒压电源Vcc、基准电压生成电路2、输出电压监控电路3以及控制逻辑电路4。此外，在图1中，运算放大器U1、电阻R1以及电容器C1构成IV电路1。

光电二极管PD产生与入射的光相应的电流Ipd。该光电二极管PD的阴极连接到运算放大器U1的反相输入端子，阳极接地。

电阻R1的一端连接到运算放大器U1的反相输入端子，另一端连接到运算放大器U1的输出端子。

电容器C1的一端连接到运算放大器U1的反相输入端子，另一端连接到运算放大器U1的输出端子。

电阻R2的一端连接到运算放大器U1的反相输入端子，另一端连接到恒压电源Vcc。

基准电压生成电路2生成基准电压VR。将由该基准电压生成电路2生成的基准电压VR输出到运算放大器U1的非反相输入端子。

输出电压监控电路3监控从运算放大器U1的输出端子输出的电压IVout。

控制逻辑电路4基于输出电压监控电路3的监控结果来控制基准电压生成电路2。此时，在由输出电压监控电路3监控的电压IVout为第1阈值电平以上的情况下，在时钟信号CK的输入周期，控制逻辑电路4以使基准电压VR依次下降的方式来控制基准电压生成电路2。另外，当在以使基准电压VR依次下降的方式来控制基准电压生成电路2的情况下，当由输出电压监控电路3监控的电压IVout为第3阈值电平以下时，控制逻辑电路4停止该控制。此外，第3阈值电平是低于第1阈值电平的值。另外，在由输出电压监控电路3监控的电压IVout为第2阈值电平以下的情况下，在时钟信号CK的输入周期，控制逻辑电路4以使基准电压VR依次上升的方式来控制基准电压生成电路2。此外，第2阈值电平是低于第3阈值电平的值。另外，当在以使基准电压VR依次上升的方式控制基准电压生成电路2的情况下，当由输出电压监控电路3监控的电压IVout为第4阈值电平以上时，控制逻辑电路4停止该控制。此外，第4阈值电平是高于第3阈值电平且低于第1阈值电平的值。此外，控制逻辑电路4通过系统LSI等处理电路、执行在存储器等中存储的程序的CPU等来加以实现。

接下来，说明实施方式1的光电开关的动作例。

首先，参照图2，说明现有的光电开关的动作例。

在现有的光电开关的情况下，在通常时候，投射电路将脉冲状的光(图2中的符号201)投射到检测区域，受光电路接收来自检测区域的光，并通过运算放大器U1以及电阻R1等进行IV转换，将由此得到的结果作为输出电压IVout输出(图2中的符号202)。其后，在受光电路中，进行用于将信号的电平放大、并且去除不需要的噪声的滤波器处理，由识别电路来判定入射的光是否达到既定的电平。

在这里，当直流干扰光入射到光电开关时，输出电压IVout的直流电压电平上升(图2中的符号203)。

另外，当更强的直流干扰光入射时，超过运算放大器U1的输出电压范围，输出电压IVout的振幅降低(图2中的符号204)。此外，在运算放大器U1的后级，设置有用于去除噪声的HPF(高通滤波器)，所以，在运算放大器U1的输出是饱和状态的情况下，成为与没有信号的情况相同的状态。

与此相对地，在实施方式1的受光电路中，输出电压监控电路3监控输出电压IVout。然后，在由输出电压监控电路3监控的输出电压IVout为第1阈值电平以上的情况下，在时钟信号CK的输入周期，控制逻辑电路4对基准电压生成电路2依次输出表示使基准电压VR的值下降这一意思的信号。由此，基准电压生成电路2使基准电压VR依次下降下去。其结果是，流过配置于恒压电源Vcc与运算放大器U1的反相输入端子之间的电阻R2的电流成为消除电流。

此外，在图3中，符号301表示时钟信号CK，符号302表示基准电压VR，符号303表示输出电压IVout，符号304表示来自光电二极管PD的输出电流Ipd。

此外，关于电阻R2的电阻值，依照下式(1)，将直流干扰光未入射到光电开关时的基准电压设为VR0，此时的输出电压IVout0例如被设定为1.0[V]那样的值。此外，电阻R1根据所需的IV转换增益而加以设定。

(VR0－IVout0)/R1＝(Vcc－VR0)/R2 (1)

例如，在设为恒压电源Vcc＝5.0[V]、电阻R1＝60[kΩ]、基准电压VR0＝4.0[V]的情况下，电阻R2＝20[kΩ]。

另外，在针对运算放大器U1的输出电压范围而将3.5[V](＝Vcc－1.5[V])设为上限的情况下，动态范围为(3.5－IVout0)/R1＝(3.5－1.0)/60×10³≒41.7[uA]。

因而，当产生例如50[uA]的电流Ipd的直流干扰光入射到光电开关时，运算放大器U1饱和，所以，即使有信号光入射，也无法反应。

因此，在控制逻辑电路4中，在由输出电压监控电路3监控的输出电压IVout为第1阈值电平(例如，3.0[V])以上的情况下，使基准电压生成电路2采取使基准电压VR依次下降的动作。

在这里，基准电压VR、输出电压IVout以及输出电流Ipd的关系式为下式(2)。

Ipd＝{(VR－IVout)/R1}－{(Vcc－VR)/R2} (2)

在例如设为基准电压VR＝4.0[V]的情况下，输出电压IVout＝3.5[V](饱和)。另外，当下降到基准电压VR＝3.8[V]时，输出电压IVout＝3.2[V]。另外，当下降到基准电压VR＝3.6[V]时，输出电压IVout＝2.4[V]。另外，当下降到基准电压VR＝3.4[V]时，输出电压IVout＝1.6[V]。另外，当下降到基准电压VR＝3.2[V]时，输出电压IVout＝0.8[V](由输出L电平限制)。

因而，即使在有产生50[uA]的电流Ipd的直流干扰光入射的情况下，也通过设为基准电压VR＝3.4[V]，从而动态范围为(3.5－IVout)/R1＝(3.5－1.6)/60×10³≒31.7[uA]，只要是直至该电平为止的信号光的入射，则能够正确地进行放大。

另外，在控制逻辑电路4中，在输出电压IVout为第3阈值电平以下的情况下，以使基准电压VR不进一步下降的方式，控制基准电压生成电路2。例如，在图3中，示出了控制逻辑电路4针对基准电压VR从4.0[V]至3.0[V]进行5个阶段的切换的情况，时钟信号CK被输入5次。另一方面，在控制逻辑电路4中，例如在输出电压IVout为2.0[V]以下的情况下，以使基准电压VR不进一步下降的方式，控制基准电压生成电路2。因此，基准电压VR在从4.0[V]下降至3.4[V]之后设为恒定。

由此，从运算放大器U1输出的输出电压IVout为1.6[V]，所以，在有产生例如10[uA]的电流Ipd的信号光入射的情况下，对输出电压IVout正确地进行IV转换。此外，在现有结构中，是t＝0的状态，输出电压IVout饱和，所以，即使加入信号，也不反应。

此外，在控制逻辑电路4中使用的时钟信号CK的输入周期根据IV电路1的响应速度来加以设定。IV电路1的响应速度根据基于电阻R1的电阻值以及电容器C1的电容的时间常数来确定。

另外，在图1中，作为生成用于消除直流干扰光的消除电流的方法，还存在不使用电阻R2而使用可变电流源的方法。然而，可变电流源是噪声源，所以，存在当流过消除电流时噪声增加这样的技术问题。另一方面，在图1所示的结构中，仅通过改变基准电压VR的值即可，所以，存在噪声电平不由于该动作而变化这样的效果。

另外，在上述中示出了如下情况：在由输出电压监控电路3监控到的输出电压IVout为第1阈值电平以上的情况下，控制逻辑电路4在时钟信号CK的输入周期，以使基准电压VR依次下降的方式来控制基准电压生成电路2。另一方面，在由输出电压监控电路3监控到的输出电压IVout为第2阈值电平以下的情况下，控制逻辑电路4在时钟信号CK的输入周期，以使基准电压VR依次上升的方式来控制基准电压生成电路2，关于该情况，也是相同的动作，省略其说明。

如上所述，根据该实施方式1，具备：IV电路1，其具有运算放大器U1；电阻R1，其一端连接到运算放大器U1的反相输入端子，另一端连接到该运算放大器U1的输出端子；电阻R2，其一端连接到运算放大器U1的反相输入端子，另一端连接到恒压电源Vcc；基准电压生成电路2，其生成基准电压VR，并输出到运算放大器U1的非反相输入端子；输出电压监控电路3，其监控从运算放大器U1的输出端子输出的电压IVout；以及控制逻辑电路4，其基于输出电压监控电路3的监控结果，控制基准电压生成电路2，所以，能够抑制由直流干扰光造成的影响。

此外，本申请发明在其发明范围内，能够进行实施方式的任意结构要素的变形或者实施方式的任意结构要素的省略。

符号说明

1 IV电路

2 基准电压生成电路

3 输出电压监控电路

4 控制逻辑电路。

Claims

1.一种光电开关，其特征在于，具备：

电流电压转换电路，其具有运算放大器；

电阻，其一端连接到所述运算放大器的反相输入端子，另一端连接到恒压电源；

基准电压生成电路，其生成基准电压，并输出到所述运算放大器的非反相输入端子；

输出电压监控电路，其监控从所述运算放大器的输出端子输出的电压；以及

控制逻辑电路，其基于所述输出电压监控电路的监控结果来控制所述基准电压生成电路，

在由所述输出电压监控电路监控的电压为第1阈值电平以上的情况下，在时钟信号的输入周期，所述控制逻辑电路以使所述基准电压依次下降的方式来控制所述基准电压生成电路，当在以使所述基准电压依次下降的方式来控制所述基准电压生成电路的情况下，当由所述输出电压监控电路监控的电压为第3阈值电平以下时，所述控制逻辑电路停止该控制，在由所述输出电压监控电路监控的电压为第2阈值电平以下的情况下，在时钟信号的输入周期，所述控制逻辑电路以使所述基准电压依次上升的方式来控制所述基准电压生成电路，当在以使所述基准电压依次上升的方式控制所述基准电压生成电路的情况下，当由所述输出电压监控电路监控的电压为第4阈值电平以上时，所述控制逻辑电路停止该控制，第3阈值电平是低于第1阈值电平的值，第2阈值电平是低于第3阈值电平的值，第4阈值电平是高于第3阈值电平且低于第1阈值电平的值。

2.根据权利要求1所述的光电开关，其特征在于，

所述电流电压转换电路具有：

第2电阻，其一端连接到所述运算放大器的反相输入端子，另一端连接到该运算放大器的输出端子；以及

电容器，其一端连接到所述运算放大器的反相输入端子，另一端连接到该运算放大器的输出端子，

所述时钟信号的输入周期根据基于所述第2电阻的电阻值以及所述电容器的电容的时间常数来加以设定。