JP2013197120A - 受光用集積回路およびこの集積回路を用いた光電センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一対の受光量信号入力部(たとえば端子10A,10B)と、設定信号入力部(たとえば端子105)を有する受光用集積回路内に、単独の受光量信号を増幅する機能と、一対の受光量信号を加算増幅する機能と、一対の受光量信号を差動増幅する機能とを有する増幅回路100と、増幅対象の受光量信号を増幅回路100に中継する切替処理部10と、設定信号入力部から入力された設定信号に従って、当該設定信号により有効にされる機能による増幅対象の受光量信号を中継するように切替処理部10の動作を制御すると共に、増幅後の信号に対して有効にされた機能に応じた信号処理を実行する信号処理部16を設ける。
【選択図】図1
Description
このICチップ5は、受光素子50(フォトダイオード)が1つ組み込まれたフォトICであって、投光部60の投光動作を制御する機能も具備する。
チップ内の集積回路には、内部の受光素子50から電流信号を電圧変換するためのI/V変換回路51とプリアンプ52とが設けられる。また、各受光量信号入力端子TA,TBにもそれぞれI/V変換回路51A,51Bが接続される。I/V変換回路51A,51Bからの信号ラインはともに2つの経路に分かれて、一方が加算アンプ53に接続され、他方が差動アンプ54に接続される。
信号処理部57は、この投光制御に応じて比較部56A,56Bを駆動する。比較部56A,56Bは、それぞれ前段のメインアンプ55A,55Bから入力された電圧信号を所定の基準電圧と比較して、基準電圧に対する大小関係を表す信号を出力する。信号処理部57は、各比較部56A,56Bから出力された信号に基づき物体の有無を示す2値の検出信号を生成する。この検出信号は、出力部59および出力用の端子T7ならびに端子T7に接続された出力回路71を介して、外部に出力される。
また、光量検出型センサとして使用される場合には、図中の実線で示すように、プリアンプ52とメインアンプ55Aとが、端子T1,T4とこれらの間に介装されるカップリングコンデンサC1を介して接続される。これにより、メインアンプ55Aには、内部の受光素子50による受光量信号が入力され、その信号のレベルと基準電圧との関係が比較部56Aによって比較される。
信号処理部57は、設定信号に応じて、比較部56Aのみを駆動し、物体の有無を示す検出信号を生成する。
これらの接続により、メインアンプ55Aには、受光部70からの一対の受光量信号を加算増幅した信号が入力され、メインアンプ55Bには、当該一対の受光量信号を差動増幅した信号が入力される。各メインアンプ55A,55Bで増幅された信号は、それぞれ比較部56A,57Bによって基準電圧と比較され、その結果を示す信号が信号処理部57に入力される。
また、本発明は、上記の受光用集積回路を用いて、機能が優れた光電センサを手頃な価格で提供できるようにすることを第2の課題とする。
このように2つの受光用集積回路を組み合わせて使用することにより、受光量信号の加算演算処理と差分演算処理とを実行することができ、距離設定型の信号処理を行うことが可能になる。
信号処理部は、単独の受光量信号を増幅する機能を有効にする設定信号の入力に応じて、第1のスイッチ部を閉じてその他のスイッチ部を開き、一対の受光量信号を加算増幅する機能を有効にする設定信号の入力に応じて、第1および第2のスイッチ部を閉じて第3のスイッチ部を開き、一対の受光量信号を差動増幅する機能を有効にする設定信号の入力に応じて、第1および第3のスイッチ部を閉じて第2のスイッチ部を開く。
一対の受光量信号入力部の一方からの信号ラインは2つの経路に分岐する。切替処理部には、内部の受光部に接続される第1のスイッチ部と、一対の受光量信号入力部のうちの信号ラインが分岐していない受光量信号入力部からの信号ラインに接続される第2のスイッチ部と、信号ラインが分岐している受光量信号入力部からの各信号ラインにそれぞれ接続される第3および第4のスイッチ部とが含まれる。また、増幅回路には、第1、第2、第3の各スイッチ部を介した信号の加算信号を一方の入力とし、第4のスイッチ部を介した信号を他方の入力とする差動アンプが含まれる。
信号処理部は、単独の受光量信号を増幅する機能を有効にする設定信号の入力に応じて、第1のスイッチ部を閉じてその他のスイッチ部を開き、一対の受光量信号を加算増幅する機能を有効にする設定信号の入力に応じて、第2および第3のスイッチ部を閉じて第1および第4のスイッチ部を開き、一対の受光量信号を差動増幅する機能を有効にする設定信号の入力に応じて、第2および第4のスイッチ部を閉じて第1および第3のスイッチ部を開く。
また、距離設定型センサを製作する場合には、一対の受光用集積回路を組み込むと共に、二系統の出力を行うタイプの受光部からの各出力ラインを各受光用集積回路のそれぞれの受光量信号入力部に接続する。そして、一方の受光用集積回路に、一対の受光量信号を加算増幅する機能を有効にする設定信号を入力することにより、各受光量信号の加算信号を差動アンプに導き、他方のICチップには、一対の受光量信号を差動増幅する機能を有効にする設定信号を入力することにより、各受光量信号をそれぞれ個別の入力信号として差動アンプに導く。
なお、このセンサが反射型の光電センサとして製作される場合には、投光部と受光用集積回路とは同じ筐体に組み込まれ、透過型の光電センサとして製作される場合には、投光部と受光用集積回路とは、それぞれ別の筐体に組み込まれる。
この実施例のICチップ1は、受光素子11およびI/V変換回路12を1つずつ備えるフォトICである。さらに、このICチップ1には、切替処理部10,プリアンプ13およびメインアンプ14による増幅回路100,比較部15,信号処理部16,投光制御部17,出力部18,通信部19などが設けられる。比較部15はコンパレータであり、投光制御部17はアナログ回路であり、信号処理部16,通信部19はそれぞれ論理回路により構成される。出力部18にはバッファ回路などが含まれる。
なお、アンプ13,14間には、必要に応じてカップリングコンデンサが設けられる場合がある。その場合には、チップ本体に一対の端子を設けて、これらの端子間にカップリングコンデンサを接続し、図6に示した従来例と同様に、各端子およびカップリングコンデンサを介してアンプ13,14を接続する構成としてもよい。
切替処理部10には、4つのスイッチ部SW1,SW2,SW3,SW4が含まれ、そのうちのスイッチ部SW1がI/V変換部12に接続され、スイッチ部SW2が受光量信号入力端子10Aからの信号ラインに接続される。スイッチ部SW3には、受光量信号入力端子10Bから分岐した2本の信号ラインの一方が接続され、他方の信号ラインがスイッチ部SW4に接続される。
各スイッチ部SW1〜SW4に対する切替制御信号の内容には3つのパターンがあり、端子105から信号処理部16に与えられる設定信号によって、いずれのパターンによる制御を行うかが設定される。
まず、1つ目の制御パターンでは、スイッチ部SW1のみを閉じて、その他のスイッチ部SW2,SW3,SW4を開放する(以下、これを「パターン1」という。)。2つ目の制御パターンでは、スイッチ部SW2およびSW3を閉じて、スイッチ部SW1およびSW4を開く(以下、これを「パターン2」という。)。3つ目の制御パターンでは、スイッチ部SW2およびSW4を閉じて、スイッチ部SW1およびスイッチ部SW3を開く(以下、これを「パターン3」という。)。
光量検出型センサには、LEDなどの発光素子2やその駆動回路21を含む投光部20が組み込まれると共に、上記のICチップ1が受光部として導入される。投光部20の駆動回路21は、投光制御用の端子101に接続される。
距離設定型センサには、上記のICチップ1が2つ組み込まれる。図3では、一方のICチップを符号1Mにより示し、他方のICチップを符号1Sにより示す。
ICチップ1Mでは、投光制御用の端子101に投光部20の駆動回路21が接続され、出力用端子104に出力回路110が接続されるが、ICチップ1Sの端子101,104は、いずれもオープン状態に設定される。
スレーブのICチップ1Sでは、マスタのICチップ1Mからの投光同期信号(C)を受信したことに応じて比較部15を動作させる。さらに、比較部15が基準値より大きい信号を検出して出力をオンにすると、投光同期信号(C)の受信から一定の時間後に、処理結果を示す信号(E)を立ち上げる。
また、マスタとスレーブという区分けをせずに、双方で主要な機能を分担してもよい。たとえば、加算演算処理を行うICチップ1Mでは、投光制御とICチップ1M,1S間の動作タイミングを合わせる制御とを担当し、差分演算処理を行うICチップ1Sにおいて、他方のICチップ1Mからの処理結果と自回路での処理結果とを統合して、検出信号を出力するように構成してもよい。
なお、この実施例のICチップ内のその他の回路は、図1と同様であるので、図示および説明を省略する。
これらの構成によると回路がやや拡大するが、メインアンプや比較部は1つずつですむので、従来例と比較すると、十分にICチップを小型にすることができる。
2 発光素子
3 外付けの受光素子
10 切替処理部
11 ICチップ内の受光素子
13 プリアンプ
16 信号処理部
19 通信部
20 投光部
30 受光部
10A,10B 受光量信号入力端子
100 増幅回路
105 設定信号の入力端子
Claims (9)
- 受光素子により生成された受光量信号を処理するための集積回路であって、
単独の受光量信号を増幅する機能と、一対の受光量信号を加算増幅する機能と、一対の受光量信号を差動増幅する機能とを具備する増幅回路と、
前記増幅回路の3つの機能の中の一機能による増幅対象の受光量信号を受け付けて前記増幅回路に中継する切替処理部と、
前記増幅回路の3つの機能の中の一機能を有効にするための設定信号を外部から入力する設定信号入力部と、
前記設定信号入力部から入力された設定信号に従って、当該設定信号により有効にされる機能による増幅対象の受光量信号を中継するように前記切替処理部の動作を制御すると共に、当該有効な機能により定まる動作定義に基づき、増幅回路から出力された信号を処理する信号処理部と、
前記信号処理部による処理結果を示す信号を出力する出力部と、
外部の受光素子により生成された受光量信号を取り込んで前記切替処理部に導く一対の受光量信号入力部とを、具備することを特徴とする受光用集積回路。 - 請求項1に記載された受光用集積回路において、
前記一対の受光量信号入力部の一方からの信号ラインは2つの経路に分岐し、
前記切替処理部には、前記一対の受光量信号入力部のうちの信号ラインが分岐していない受光量信号入力部からの信号ラインに接続される第1のスイッチ部と、前記信号ラインが分岐している受光量信号入力部からの各信号ラインにそれぞれ接続される第2および第3のスイッチ部とが含まれ、
前記増幅回路には、第1および第2の各スイッチ部を介した信号の加算信号を一方の入力とし、第3のスイッチ部を介した信号を他方の入力とする差動アンプが含まれており、
前記信号処理部は、単独の受光量信号を増幅する機能を有効にする設定信号の入力に応じて、第1のスイッチ部を閉じてその他のスイッチ部を開き、一対の受光量信号を加算増幅する機能を有効にする設定信号の入力に応じて、第1および第2のスイッチ部を閉じて第3のスイッチ部を開き、一対の受光量信号を差動増幅する機能を有効にする設定信号の入力に応じて、第1および第3のスイッチ部を閉じて第2のスイッチ部を開く、
ことを特徴とする受光用集積回路。 - 請求項1に記載された受光用集積回路において、
出力が一系統の受光素子を含む受光部をさらに具備し、
前記一対の受光量信号入力部の一方からの信号ラインは2つの経路に分岐し、
前記切替処理部には、前記受光部に接続される第1のスイッチ部と、前記一対の受光量信号入力部のうちの信号ラインが分岐していない受光量信号入力部からの信号ラインに接続される第2のスイッチ部と、前記信号ラインが分岐している受光量信号入力部からの各信号ラインにそれぞれ接続される第3および第4のスイッチ部とが含まれ、
前記増幅回路には、第1、第2、第3の各スイッチ部を介した信号の加算信号を一方の入力とし、前記第4のスイッチ部を介した信号を他方の入力とする差動アンプが含まれており、
前記信号処理部は、前記単独の受光量信号を増幅する機能を有効にする設定信号の入力に応じて、第1のスイッチ部を閉じてその他のスイッチ部を開き、一対の受光量信号を加算増幅する機能を有効にする設定信号の入力に応じて、第2および第3のスイッチ部を閉じて第1および第4のスイッチ部を開き、一対の受光量信号を差動増幅する機能を有効にする設定信号の入力に応じて、第2および第4のスイッチ部を閉じて第1および第3のスイッチ部を開く、ことを特徴とする受光用集積回路。 - 請求項1〜3のいずれかに記載された受光用集積回路において、
同種の他の受光用集積回路と通信をするための通信部をさらに具備し、
前記信号処理部は、前記一対の受光量信号を加算増幅する機能を有効にする設定信号および前記一対の受光量信号を差動増幅する機能を有効にする設定信号のいずれかの入力に応じて、前記通信部を介して他の受光用集積回路と動作タイミングを合わせるための信号のやりとりをしつつ、前記増幅回路から出力された信号を処理する、受光用集積回路。 - 請求項4に記載された受光用集積回路において、
一対の受光量信号を加算増幅する機能を有効にする設定信号および一対の受光量信号を差動増幅する機能を有効にする設定信号の一方が、その設定信号を受ける受光用集積回路の信号処理部をマスタとして機能させ、他方の設定信号が、その設定信号を受ける受光用集積回路の信号処理部をスレーブとして機能させ、
マスタの信号処理部は、前記通信部を介してスレーブの信号処理部に増幅回路からの出力を取り込んで処理するタイミングを示す制御信号を出力し、スレーブの信号処理部は、前記通信部を介してマスタの信号処理部からの制御信号を受けたことに応じて増幅回路からの出力を取り込んで処理する、受光用集積回路。 - 光を投光する投光部と、前記投光部からの光または当該光に対する検出対象物からの反射光を受光して単独の受光量信号を出力する受光部とを具備し、
単独の受光量信号を増幅する機能と、一対の受光量信号を加算増幅する機能と、一対の受光量信号を差動増幅する機能とを具備する増幅回路と、
前記増幅回路の3つの機能の中の一機能による増幅対象の受光量信号を受け付けて前記増幅回路に中継する切替処理部と、
前記増幅回路の3つの機能の中の一機能を有効にするための設定信号を外部から入力する設定信号入力部と、
前記設定信号入力部から入力された設定信号に従って、当該設定信号により有効にされる機能による増幅対象の受光量信号を中継するように前記切替処理部の動作を制御すると共に、当該有効な機能により定まる動作定義に基づき、増幅回路から出力された信号を処理する信号処理部と、
前記信号処理部による処理結果を示す信号を出力する出力部と、
外部から受光量信号を取り込んで前記切替処理部に導く一対の受光量信号入力部とを具備する受光用集積回路に、前記受光部が前記切替処理部に接続された状態で組み込まれ、
前記受光用集積回路の設定信号入力部に、単独の受光量信号を増幅する機能を有効にする設定信号が入力される、ことを特徴とする光電センサ。 - 光を投光する投光部と、前記投光部からの光に対する検出対象物からの反射光を受光して一対の受光量信号を出力する受光素子を含む受光部と、前記受光部に接続される一対の受光用集積回路とを具備し、
前記一対の受光用集積回路は、
単独の受光量信号を増幅する機能と、一対の受光量信号を加算増幅する機能と、一対の受光量信号を差動増幅する機能とを具備する増幅回路と、
前記増幅回路の3つの機能の中の一機能による増幅対象の受光量信号を受け付けて前記増幅回路に中継する切替処理部と、
前記増幅回路の3つの機能の中の一機能を有効にするための設定信号を外部から入力する設定信号入力部と、
前記設定信号入力部から入力された設定信号に従って、当該設定信号により有効にされる機能による増幅対象の受光量信号を中継するように前記切替処理部の動作を制御すると共に、当該有効な機能により定まる動作定義に基づき、増幅回路から出力された信号を処理する信号処理部と、
前記信号処理部による処理結果を示す信号を出力する出力部と、
前記受光部に接続されて、当該受光部からの一対の受光量信号を前記切替処理部に導く一対の受光量信号入力部とを具備し、
前記一対の受光用集積回路の一方の設定信号入力部には、一対の受光量信号を加算増幅する機能を有効にする設定信号が入力されると共に、他方の受光用集積回路の設定信号入力部には、一対の受光量信号を差動増幅する機能を有効にする設定信号が入力される、
ことを特徴とする光電センサ。 - 請求項7に記載された光電センサにおいて、
前記一対の受光用集積回路は、他方の受光用集積回路と通信をするための通信部をさらに具備し、
前記信号処理部は、前記通信部を介して他方の受光用集積回路と動作タイミングを合わせるための信号のやりとりをしつつ、前記増幅回路から出力された信号を処理する、
光電センサ。 - 請求項8に記載された光電センサにおいて、
一対の受光量信号を加算増幅する機能を有効にする設定信号および一対の受光量信号を差動増幅する機能を有効にする設定信号の一方が、その設定信号を受ける受光用集積回路の信号処理部をマスタとして機能させ、他方の設定信号が、その設定信号を受ける受光用集積回路の信号処理部をスレーブとして機能させ、
マスタの信号処理部は、前記通信部を介してスレーブの信号処理部に増幅回路からの出力を取り込んで処理するタイミングを示す制御信号を出力し、スレーブの信号処理部は、前記通信部を介してマスタの信号処理部からの制御信号を受けたことに応じて増幅回路からの出力を取り込んで処理する、光電センサ。
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