JP2001059849A - フォトセンサ、及びモータの回転速度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大きな出力電圧振幅変化量と、高速な応答を
同時に実現し、また、発光ダイオードとフォトトランジ
スタとの変換効率のばらつきの影響を低減するフォトセ
ンサを提供する。 【解決手段】 バイポーラトランジスタ３あるいはＦＥ
Ｔによりフォトトランジスタ１と発光ダイオード２を結
合し、負帰還を施すことで、大きな出力電圧振幅変化
量、高速な応答を得ることが可能であり、また、フォト
トランジスタ１と発光ダイオード２との変換効率にばら
つきがある場合にも、その影響を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フォトセンサ、及
びモータの回転速度制御装置に関し、特に発光素子とフ
ォトトランジスタとから構成されるものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のフォトセンサとは、抵抗あるいは
定電流回路によって発光量を一定に保った発光素子から
の光を検査対象に反射あるいは透過させ、その反射光あ
るいは透過光をフォトトランジスタにて受け、フォトト
ランジスタの受光量の変化を電圧変化量として取り出す
ものである。

【０００３】図４は、従来のフォトセンサを示す図であ
る。図４に示されたフォトセンサは、フォトトランジス
タ１と、発光ダイオード２と、抵抗１０、１１とを備え
る。フォトトランジスタ１は、入射光量の変化によりコ
レクタ電流が変化し、照射された光の強さを検出する。
発光ダイオード２は、流れる電流量により発光量が変化
する発光素子である。抵抗１０は、前記フォトトランジ
スタ１のコレクタ電流の変化を電圧変化に変換する。抵
抗１１は、発光ダイオード２に流れる電流量を決め、そ
のことにより発光ダイオード２の発光量を決定する。

【０００４】次に従来のフォトセンサの動作について説
明する。発光ダイオード２からの光は、図示しない検査
対象に反射あるいは透過し、フォトトランジスタ１に入
射する。そして、その反射光量あるいは透過光量の変化
をフォトトランジスタ１でコレクタ電流の変化として検
出し、その電流変化により抵抗１０における電圧降下量
が変化する。このように、フォトセンサにより、検査対
象の反射率あるいは透過率の変化をフォトトランジスタ
１のコレクタ電圧の変化として検出することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、検査対
象の反射光量あるいは透過光量の変化をフォトトランジ
スタ１で検出する場合、フォトトランジスタ１の特性か
ら、高速な応答を得ようとすると小さな値の抵抗１０を
使用しなければならず、得られる電圧振幅変化量は小さ
なものとなる。一方、充分に大きな電圧振幅変化量を得
るために大きな値の抵抗１０を使用すると、ミラー効果
によりフォトトランジスタ１の応答速度が低下するとと
もに、出力抵抗の増大により雑音の影響を受けやすくな
るという問題があった。

【０００６】また、フォトトランジスタ１と発光ダイオ
ード２との変換効率のばらつきによって、期待される電
圧振幅変化量を得られないことがあるという問題もあっ
た。

【０００７】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
ものであり、大きな電圧振幅変化量と、高速な応答を実
現し、かつ、フォトトランジスタと発光素子との変換効
率のばらつきの影響を低減するフォトセンサを提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１にかかるフォトセンサは、検出対象に向け
て光を発する発光素子と、前記検出対象が反射あるいは
透過させた、前記発光素子からの入射光を検出するフォ
トトランジスタと、前記フォトトランジスタにより検出
された前記入射光量に応じて前記発光素子の発光量を制
御するトランジスタとを備えたものである。

【０００９】また、請求項２にかかるフォトセンサは、
請求項１に記載のフォトセンサにおいて、前記トランジ
スタのベース、エミッタは、それぞれ前記フォトトラン
ジスタのコレクタ、エミッタに接続され、前記トランジ
スタのコレクタは、前記発光素子に接続され、共通エミ
ッタを出力としたものである。

【００１０】また、請求項３にかかるモータの回転速度
制御装置は、反射率の高い領域と低い領域からなる速度
検出用模様を付された回転体と、前記回転体を回転させ
るモータと、前記速度検出用模様の反射率の変化を読み
取る、請求項１、または２に記載のフォトセンサと、前
記フォトセンサの出力により前記モータの回転速度を制
御する制御回路とを備えたものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下、本発明の
実施の形態１によるフォトセンサについて、図面を参照
しながら説明する。図１は、本実施の形態１における、
フォトセンサを示す回路図である。図１に示されたフォ
トセンサは、フォトトランジスタ１と、発光ダイオード
２と、バイポーラトランジスタ３と、抵抗４、５とを備
える。

【００１２】フォトトランジスタ１は、入射光量の変化
によりコレクタ電流が変化し、照射された光の強さを検
出する。発光ダイオード２は、流れる電流量により発光
量が変化する発光素子である。バイポーラトランジスタ
３は、前記フォトトランジスタ１への入射光量に応じて
前記発光ダイオード２の発光量を制御する。抵抗４は、
前記フォトトランジスタ１の電流変化を電圧変化に変換
する。抵抗５は、出力抵抗である。

【００１３】バイポーラトランジスタ３（以下、単に
「トランジスタ３」と記す）のベースはフォトトランジ
スタ１のコレクタに接続され、トランジスタ３のエミッ
タはフォトトランジスタ１のエミッタに接続されてい
る。このとき、バイポーラトランジスタのベース・エミ
ッタ間電圧は一定であるという性質から、フォトトラン
ジスタ１のコレクタ・エミッタ間電圧は、トランジスタ
３のベース・エミッタ間電圧により一定に保たれる。そ
のため、ミラー効果による応答周波数の低下が生じず、
フォトトランジスタ１の動作限界周波数は高い値に保た
れる。そこで、コレクタ負荷抵抗４に大きな値の抵抗を
使用することにより、フォトトランジスタ１のコレクタ
電圧変化量を大きくとることができる。

【００１４】この回路の信号出力はトランジスタ３のエ
ミッタから取り出される。この部分はエミッタフォロワ
接続となっているため、出力抵抗はほぼ抵抗５によって
決まる値をとり、これはごく低い値にすることができ
る。そのため、出力抵抗を低くすることができ、雑音の
影響を受けない回路構成とすることができる。

【００１５】次に本実施の形態１による、フォトセンサ
の動作について説明する。発光ダイオード２からの光
は、図示しない検査対象に反射あるいは透過し、フォト
トランジスタ１に入射する。まず、上記検査対象の反射
率あるいは透過率が低くなったときについて説明する。
このときには、フォトトランジスタ１への入射光量は減
少し、フォトトランジスタ１のコレクタ電流が減少し、
コレクタ負荷抵抗４による電圧降下量が減少し、フォト
トランジスタ１のコレクタ電圧が上昇する。トランジス
タ３のベース・エミッタ間電圧は、ほぼ一定であるた
め、上記コレクタ電圧の上昇により、トランジスタ３の
エミッタ電圧も上昇する。このエミッタ電圧の上昇によ
り、抵抗５に流れる電流は増加し、発光ダイオード２に
流れる電流も増加して発光ダイオード２の発光量が増加
する。次に、上記検査対象の反射率あるいは透過率が高
くなったときについて説明する。このときには、フォト
トランジスタ１への入射光量の増加により、フォトトラ
ンジスタ１のコレクタ電圧が低下し、最終的に発光ダイ
オード２の発光量は減少する。このように、本発明のフ
ォトセンサにおいて、発光ダイオード２の発光量は上記
検査対象の反射率あるいは透過率の変化を打ち消すよう
に増減する。

【００１６】図２は、検査対象の反射率あるいは透過率
の変化と、それに伴うフォトトランジスタ１のコレクタ
電圧とトランジスタ３のエミッタ電圧の変化を示した波
形図である。図２（ａ）は、検査対象の反射率あるいは
透過率の状態を示し、黒線の部分が反射率あるいは透過
率の低い部分である。図２（ｂ）は、フォトトランジス
タ１のコレクタ電圧の変化を示す波形図である。前述の
反射率あるいは透過率の変化と発光ダイオード２の発光
量との関係により、区間Ｔ１の初期には、反射率あるい
は透過率の低下によって発光ダイオード２の発光量は増
加する。その発光量の増加に伴い、フォトトランジスタ
１への入射光量も増加し、フォトトランジスタ１に流れ
る電流は増加する。そのため、区間Ｔ１においてもある
一定の時間たつと、前記反射率または透過率の減少に伴
い上記コレクタ電圧を上昇させる作用と、発光ダイオー
ド２の発光量の増加に伴い上記コレクタ電圧を低下させ
る作用とが逆転し、上記コレクタ電圧は低下に転ずる。
次に、区間Ｔ２の初期には、検査対象の反射率あるいは
透過率が高くなり、発光ダイオード２の発光量は減少す
る。そのため、ある一定の時間たつと、発光ダイオード
２の発光量の減少に伴い上記コレクタ電流が減少し、上
記コレクタ電圧は上昇に転ずる。以上のような回路の動
作の繰り返しにより、上記コレクタ電圧の変化は図２
（ｂ）のようになる。

【００１７】図２（ｃ）は、トランジスタ３のエミッタ
電圧の変化を示す波形図である。今回の回路は、エミッ
タフォロワ接続となっているため、図２（ｂ）のフォト
トランジスタ１のコレクタ電圧の変化に対してトランジ
スタ３のベース・エミッタ間飽和電圧だけ低い値となっ
ている。すなわち、Ｖｂ−Ｖｃがトランジスタ３のベー
ス・エミッタ間電圧である。また、この電圧変化は、抵
抗５によって電流変化に変換されるため、トランジスタ
３を流れる電流の変化も同様の波形となる。発光ダイオ
ード２の発光量は発光ダイオード２に流れる電流に比例
して変化するため、発光ダイオード２の発光量も同様に
変化する。

【００１８】次に、フォトトランジスタ１の変換効率に
ばらつきがある場合について説明する。図２（ｄ）は、
フォトトランジスタ１の変換効率が高いときのフォトト
ランジスタ１のコレクタ電圧の変化を示す波形図、図２
（ｅ）は、フォトトランジスタ１の変換効率が低いとき
のフォトトランジスタ１のコレクタ電圧の変化を示す波
形図、図２（ｆ）は、フォトトランジスタ１の変換効率
が高いときのトランジスタ３のエミッタ電圧の変化を示
す波形図、図２（ｇ）は、フォトトランジスタ１の変換
効率が低いときのトランジスタ３のエミッタ電圧の変化
を示す波形図である。

【００１９】図２（ｄ）に示すように、フォトトランジ
スタ１の変換効率が高いときには、フォトトランジスタ
１のコレクタ電流が増大するため、負荷抵抗４での電圧
降下量が大きくなり、フォトトランジスタ１のコレクタ
電圧の変化が大きくなる。前記コレクタ電圧の変化が大
きくなったことにより、フォトトランジスタ１の変換効
率が普通のときと比較して、全体としては前記コレクタ
電圧が低下し、発光ダイオード２の発光量が減少する。
逆に、図２（ｅ）に示すように、フォトトランジスタ１
の変換効率が低いときには、上記コレクタ電流が減少す
るため、負荷抵抗４での電圧降下量が少なくなり、上記
コレクタ電圧の変化が小さくなる。前記コレクタ電圧の
変化が小さくなったことにより、フォトトランジスタ１
の変換効率が普通のときと比較して、全体としては前記
コレクタ電圧が高くなって、発光ダイオード２の発光量
が増加する。

【００２０】以上より、フォトトランジスタ１には、発
光ダイオード２とトランジスタ３とを通じて負帰還がか
かり、図２（ｆ）、（ｇ）に示すように、トランジスタ
３のエミッタには、検査対象の反射率あるいは透過率の
状態を正確に反映した電圧変化が現れることになる。な
お、この関係は発光ダイオード２の変換効率にばらつき
があっても同様に成立する。

【００２１】このように、本実施の形態１によるフォト
センサによれば、トランジスタ３によりフォトトランジ
スタ１と発光ダイオード２とを結合させたことで、大き
な電圧振幅変化量と低い出力抵抗とを同時に得ることが
でき、また、トランジスタ３の特性により、フォトトラ
ンジスタ１にかかる電圧を一定に保つことでミラー効果
を生じさせず、高速な応答を実現することができる。

【００２２】さらに、トランジスタ３は、フォトトラン
ジスタ１の入射光量に応じて発光ダイオード２の発光量
を制御するため、フォトトランジスタ１と発光ダイオー
ド２との変換効率のばらつきの影響を低減することが可
能となる。

【００２３】なお、本実施の形態１のフォトセンサで
は、トランジスタ３としてバイポーラトランジスタを用
いるものとしたが、これは一例であって、例えばバイポ
ーラトランジスタに代えてＦＥＴを用いることも可能で
あり、同様の効果が得られる。

【００２４】（実施の形態２）以下、本発明の実施の形
態２によるモータの回転速度制御装置について、図面を
参照しながら説明する。図３は、本実施の形態２のモー
タの回転速度制御装置の構成を示す図である。図３に示
されたモータの回転速度制御装置は、モータ６と、速度
検出用縞模様７と、回転体８と、制御回路９と、フォト
センサ１２とを備える。前記フォトセンサ１２は、さら
に、フォトトランジスタ１と、発光ダイオード２と、バ
イポーラトランジスタ３と、抵抗４、５とを備える。

【００２５】モータ６は、回転体８を回転させる。回転
体８に付された速度検出用縞模様７は、反射率の高い領
域と低い領域とからなり、モータ６が回転体８を回転さ
せることにより、反射率の高低が交互に変化するもので
ある。フォトセンサ１２は、実施の形態１に記載のフォ
トセンサである。制御回路９は、前記フォトセンサ１２
からの出力を入力として、前記モータ６の回転速度を一
定に保つ。

【００２６】次に本実施の形態２による、モータの回転
速度制御装置の動作について説明する。モータ６が回転
体８を回転させることにより、回転体８上に付された速
度検出用縞模様７も回転し、反射率の高い領域と低い領
域が交互に変化する。前記速度検出用縞模様７の反射率
の変化を前記フォトセンサ１２で読み取ることにより、
モータ６の回転速度の変化をフォトセンサ１２の電圧変
化として検出できる。前記フォトセンサ１２の出力を制
御回路９に入力し、該制御回路９によりモータ６の回転
速度が一定になるように制御する。

【００２７】このように、本実施の形態２によるモータ
の回転速度制御装置によれば、モータ６の回転速度を読
み取る機構として、実施の形態１に記載のフォトセンサ
１２を用いることにより、出力抵抗を低くできるためモ
ータ６の発する雑音の影響を受けず、また、反射率の変
化を取り出した電圧波形はフォトトランジスタ１と発光
ダイオード２との変換効率のばらつきの影響を排除した
ものとなり、従来のフォトセンサを用いたときと比較し
て、安定してモータ６の回転速度を制御することが可能
となる。

【００２８】なお、本実施の形態２のフォトセンサ１２
では、バイポーラトランジスタ３を用いるものとした
が、これは一例であって、例えばバイポーラトランジス
タ３に代えてＦＥＴを用いることも可能であり、同様の
効果が得られる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、本発明のフォトセンサに
よれば、周波数特性が良好で電圧振幅変化量の大きな出
力と、雑音の影響を受けない低い出力抵抗とを得ること
ができ、また、回路で使用するフォトトランジスタ及び
発光素子の変換効率のばらつきを低減することができる
という効果がある。

【００３０】また、本発明のモータの回転速度制御装置
によれば、モータの回転速度の制御に本発明のフォトセ
ンサを用いることにより、モータからの雑音の影響を受
けず、安定して回転速度を制御することができるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１におけるフォトセンサを
示す回路図である。

【図２】本発明の実施の形態１におけるフォトセンサに
おける検査対象の反射率あるいは透過率の変化（図
（ａ））、フォトトランジスタのコレクタ電圧の変化
（図（ｂ）、図（ｄ）、図（ｅ））及びバイポーラトラ
ンジスタのエミッタ電圧の変化（図（ｃ）、図（ｆ）、
図（ｇ））を示す図である。

【図３】本発明の実施の形態２におけるモータの回転速
度制御装置の構成を示す図である。

【図４】従来のフォトセンサを示す回路図である。

【符号の説明】

１ フォトトランジスタ ２ 発光ダイオード ３ バイポーラトランジスタ ４、５ 抵抗 ６ モータ ７ 速度検出用縞模様 ８ 回転体 ９ 制御回路 １０、１１ 抵抗 １２ フォトセンサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検出対象に向けて光を発する発光素子
   と、 前記検出対象が反射あるいは透過させた、前記発光素子
   からの入射光を検出するフォトトランジスタと、 前記フォトトランジスタにより検出された前記入射光量
   に応じて前記発光素子の発光量を制御するトランジスタ
   とを備えたことを特徴とするフォトセンサ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のフォトセンサにおい
   て、 前記トランジスタのベース、エミッタは、それぞれ前記
   フォトトランジスタのコレクタ、エミッタに接続され、 前記トランジスタのコレクタは、前記発光素子に接続さ
   れ、 共通エミッタを出力としたことを特徴とするフォトセン
   サ。
3. 【請求項３】 反射率の高い領域と低い領域とからなる
   速度検出用模様を付された回転体と、 前記回転体を回転させるモータと、 前記速度検出用模様の反射率の変化を読み取る、請求項
   １、または２に記載のフォトセンサと、 前記フォトセンサの出力により前記モータの回転速度を
   制御する制御回路とを備えたことを特徴とするモータの
   回転速度制御装置。