JP3194321B2 - Photo coupler - Google Patents

Photo coupler

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JP3194321B2 JP23767393A JP23767393A JP3194321B2 JP 3194321 B2 JP3194321 B2 JP 3194321B2 JP 23767393 A JP23767393 A JP 23767393A JP 23767393 A JP23767393 A JP 23767393A JP 3194321 B2 JP3194321 B2 JP 3194321B2
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隆幸 沖村
憲二 中沢
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  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電気的に分離された系
の間で、光を媒介して信号を伝達することができる、い
わゆるフォトカプラに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a so-called photocoupler capable of transmitting a signal between electrically separated systems via light.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のフォトカプラの基本構造を図6に
示す。発光ダイオード等の光源101と、フォトダイオ
ードやCdS等の受光素子601を、光遮蔽筐体107
の中に封じ込めた構造になっている。このようなフォト
カプラでは、光源101に入力する電圧を変化すると光
源101から発する光量が変化し、受光素子601の受
光量−出力電圧特性に従った出力電圧を取り出すことが
できる。例えば、図7(a)に示すように、受光量に対
して直線的な変化や、図7(b)に示すようにあるしき
い値を持った二値的な特性を持たせることができる。
2. Description of the Related Art The basic structure of a conventional photocoupler is shown in FIG. A light source 101 such as a light emitting diode and a light receiving element 601 such as a photodiode or CdS are
It has a structure sealed inside. In such a photocoupler, when the voltage input to the light source 101 changes, the amount of light emitted from the light source 101 changes, and an output voltage according to the light reception amount-output voltage characteristic of the light receiving element 601 can be obtained. For example, as shown in FIG. 7A, a linear change with respect to the amount of received light or a binary characteristic having a certain threshold as shown in FIG. 7B can be provided. .

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような素
子における出力電圧は、受光素子601の受光量−出力
電圧特性に依存するために、任意の出力波形を出力する
ことは困難であった。したがって、任意の特性を得るた
めには、外部に出力電圧変換回路等を付加する必要があ
った。例えば、液晶ディスプレイにおいては、輝度や色
合いの調整にフォトカプラがよく使用されるが、信号電
圧に対する透過率の特性は直線的でない。これを補正す
るためには、AD、DA変換回路やルックアップテーブ
ル等の複雑な付加回路が必要である。
However, since the output voltage of such an element depends on the amount of received light versus the output voltage characteristic of the light receiving element 601, it has been difficult to output an arbitrary output waveform. Therefore, in order to obtain an arbitrary characteristic, it is necessary to add an external output voltage conversion circuit or the like. For example, in a liquid crystal display, a photocoupler is often used for adjusting luminance and hue, but the characteristic of transmittance with respect to a signal voltage is not linear. To correct this, complicated additional circuits such as an AD / DA conversion circuit and a look-up table are required.

【0004】本発明は、従来の素子が持っていたこのよ
うな問題点を解決して、入力電圧に対して任意の関係を
持った出力電圧を取り出せるフォトカプラを提供するた
めのものである。
An object of the present invention is to provide a photocoupler capable of taking out an output voltage having an arbitrary relationship with an input voltage by solving such a problem of a conventional device.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の構成は、光源と、外部から入力される電圧によって
反射角度が変化する反射素子と、受光部の形状を任意の
関数にしたがって変化するように形成し受光する面積に
よって出力電圧が変化する光電変換素子から成り、前記
光源からの光が前記反射素子で反射されこの反射された
光が前記光電変換素子に入射するように各素子を配置し
たことを特徴とする。
According to the present invention, a light source, a reflection element whose reflection angle is changed by an externally applied voltage, and a shape of a light receiving portion are changed according to an arbitrary function. And a photoelectric conversion element whose output voltage changes according to the area of light received and received.The elements from the light source are reflected by the reflection element and the reflected light is incident on the photoelectric conversion element. It is characterized by being arranged.

【0006】[0006]

【作用】本発明では、光源と受光素子の間に、電気的に
反射角度が可変できる光学素子を配置し、受光部の形状
を任意の関数にしたがって変化するように形成する。こ
のようにすることによって、これまで、受光量によって
のみ変化させていた出力電圧を、受光部の形状によって
も変化させることができる。
According to the present invention, an optical element whose reflection angle can be varied electrically is arranged between a light source and a light receiving element, and the shape of the light receiving section is formed so as to change according to an arbitrary function. By doing so, the output voltage that has been changed only by the amount of received light can be changed by the shape of the light receiving unit.

【0007】[0007]

【実施例】(実施例1)図1に、本発明の第1の実施例
を示す。光源101からの光を、スリット102によっ
てある決まった形状にする。スリット102を通過した
光は、反射素子103によって反射され、受光素子10
4上に入射する。受光素子104の受光部105は、光
が移動する方向に関する幅がある関数にしたがった形状
をしている。反射素子103は、駆動部106に印加さ
れる外部からの入力電圧によってその角度を可変できる
ようになっている。このような素子としても、最も簡単
なものはいわゆるガルバノミラーとして知られている。
107は外部からの光を遮蔽するための筐体である。ま
た、筐体107の内側は、乱反射を防止するための処置
が施されている。
(Embodiment 1) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. The light from the light source 101 is formed into a certain shape by the slit 102. The light that has passed through the slit 102 is reflected by the reflection element 103, and
4 The light receiving unit 105 of the light receiving element 104 has a shape according to a function having a width in a direction in which light moves. The angle of the reflection element 103 can be changed by an external input voltage applied to the drive unit 106. The simplest such element is known as a so-called galvanometer mirror.
Reference numeral 107 denotes a housing for shielding external light. The inside of the housing 107 is treated to prevent diffuse reflection.

【0008】このような構造において、外部からの入力
電圧によって出力電圧が変化する様子を図2を用いて説
明する。この場合、受光部105の形状は、光201の
移動方向に関して比例関係にあるとする。図2(a)
は、光源101からの光がある角度で反射された時で、
その出力電圧は、受光部105に当たっている光201
の長さL1に比例する。外部からの入力電圧が変化して
反射角度が変った時には図2(b)のようになる。この
時の出力電圧は、図2(a)と同様に、L2に比例して
いる。すなわち、入力電圧に対する出力電圧は、X軸を
図中に示すようにとった時、Xに対する受光部の幅L
が、Aをある正の定数とすると、 L=AX のような比例関係になっている。このように、受光部の
形状によって、入力電圧に対して出力電圧を任意に変化
させることができる。受光する部分の面積によって光電
変換出力が変化する素子としては、CdSなどがよく知
られている。
The manner in which the output voltage changes in such a structure according to an external input voltage will be described with reference to FIG. In this case, it is assumed that the shape of the light receiving unit 105 is proportional to the moving direction of the light 201. FIG. 2 (a)
Is when light from the light source 101 is reflected at an angle,
The output voltage is equal to the light 201
Is proportional to the length L1. FIG. 2B shows the state when the reflection angle changes due to a change in the input voltage from the outside. The output voltage at this time is proportional to L2, as in FIG. That is, the output voltage with respect to the input voltage is represented by the width L of the light receiving portion with respect to X when the X axis is taken as shown in the figure.
However, if A is a certain positive constant, there is a proportional relationship such as L = AX. Thus, the output voltage can be arbitrarily changed with respect to the input voltage depending on the shape of the light receiving unit. CdS is well known as an element whose photoelectric conversion output changes depending on the area of a light receiving portion.

【0009】図3に、他の関数関係を得るための受光部
105の形状の例を示す。図3(a)は、Xに対する受
光部の幅Lが L=−AX のようにいわゆる反転回路になっている。また、図3
(b)は、Xに対する受光部の幅LがBをある定数とす
ると、 L=BX2 のように、入力の2乗に比例した出力となる。図3
(b)は、あるしきい値を持った二値的な特性を持たせ
たものである。
FIG. 3 shows an example of the shape of the light receiving unit 105 for obtaining another functional relationship. FIG. 3A shows a so-called inversion circuit in which the width L of the light receiving unit with respect to X is L = -AX. FIG.
(B), when the width L of the light receiving portion with respect to X is B as a constant, the output is proportional to the square of the input, such as L = BX 2 . FIG.
(B) has a binary characteristic having a certain threshold value.

【0010】ここで、光の形状を決めるためにスリット
102を用いているが、これは光源101からの光をあ
る形状にするためのものであり、図1中にあるようなス
リット102である必要はない。例えば、反射素子10
3の反射面を線状にしても良い。この光の形状によって
出力電圧の分解能を変化させることができる。また、光
源101から受光素子104の間に、集光性を良くする
ためにレンズなどの光学素子を挿入することも可能であ
る。また、光源101に入力する電圧は一定として説明
したが、これを変化させて、入出力間にさらに複雑な関
数関係を持たせることも可能である。
Here, a slit 102 is used to determine the shape of the light, but this is for making the light from the light source 101 into a certain shape, and is a slit 102 as shown in FIG. No need. For example, the reflection element 10
The reflecting surface of No. 3 may be linear. The resolution of the output voltage can be changed depending on the shape of the light. In addition, an optical element such as a lens can be inserted between the light source 101 and the light receiving element 104 in order to improve the light collecting property. Further, the voltage input to the light source 101 has been described as being constant. However, it is also possible to change the voltage to have a more complicated functional relationship between input and output.

【0011】(実施例2)図4は、本発明の第2の実施
例を示す図である。反射素子として、実施例1で用いた
ような機械的な素子ではなく、外部から印加される電圧
によって反射方向を変えられるいわゆる光偏向素子40
1を用いたものである。
(Embodiment 2) FIG. 4 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. As the reflecting element, not a mechanical element as used in the first embodiment, but a so-called optical deflecting element 40 whose reflection direction can be changed by an externally applied voltage.
1 is used.

【0012】このような反射素子の一例を図5に示す。
透光性電極501と電極502で、屈折率可変媒質50
3と透光性媒質504をはさんだ構造である。素子内部
では、屈折率可変媒質503と透光性媒質504が屈折
率の異なる層構造を形成する。透光性電極501は、屈
折率可変媒質503から成る領域を介してから層構造と
接する。このような層構造は、層間隔が光の波長程度で
あれば、いわゆるブラッグ回折の条件により波長選択性
を有する鏡面と等価である。入射光505を照射する
と、反射光506が得られる。電極501,502に電
圧を印加し、屈折率可変媒質503の屈折率を変化する
と、層構造に入射する角度が変わるため、出射光方向も
変わり反射光507が得られる。電圧を連続的に変える
ことにより、連続的な光偏向が実現される。この構造で
は、反射素子の構造が簡単なので全体的な素子の小型化
が可能となる。また、機械的部分がなくなるので、振動
等に対する機械的な強度が向上する。
FIG. 5 shows an example of such a reflection element.
The translucent electrode 501 and the electrode 502 form the variable refractive index medium 50.
3 and a translucent medium 504. Inside the element, the variable refractive index medium 503 and the light transmitting medium 504 form a layer structure having different refractive indexes. The translucent electrode 501 is in contact with the layer structure via a region including the variable refractive index medium 503. Such a layer structure is equivalent to a mirror surface having wavelength selectivity under the condition of so-called Bragg diffraction as long as the layer interval is about the wavelength of light. When the incident light 505 is irradiated, a reflected light 506 is obtained. When a voltage is applied to the electrodes 501 and 502 to change the refractive index of the variable refractive index medium 503, the angle of incidence on the layered structure changes, so that the direction of the emitted light changes and reflected light 507 is obtained. By continuously changing the voltage, continuous light deflection is realized. In this structure, since the structure of the reflection element is simple, it is possible to reduce the size of the entire element. In addition, since there is no mechanical part, mechanical strength against vibration and the like is improved.

【0013】[0013]

【発明の効果】本発明によれば、入力電圧に対して任意
の関数関係を持った出力波形を得ることができる。した
がって、従来任意の関数を得るために必要とされていた
様々な周辺回路が不要となり、ひいては部品点数の削
減、信頼性の向上等の効果が期待できる。また本発明の
素子を組み合わせることにより、複雑な演算素子を実現
できる。
According to the present invention, it is possible to obtain an output waveform having an arbitrary functional relationship with the input voltage. Therefore, various peripheral circuits, which have been conventionally required to obtain an arbitrary function, become unnecessary, and effects such as reduction in the number of components and improvement in reliability can be expected. In addition, a complicated arithmetic element can be realized by combining the elements of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施例を示す構成図。FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】出力電圧が変化することを示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing that an output voltage changes.

【図3】受光部形状と出力電圧との関係を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a relationship between a light receiving portion shape and an output voltage.

【図4】本発明の第2実施例を示す構成図。FIG. 4 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図5】光偏光素子を示す構成図。FIG. 5 is a configuration diagram showing a light polarizing element.

【図6】従来技術を示す構成図。FIG. 6 is a configuration diagram showing a conventional technique.

【図7】従来技術における受光量と出力電圧の関係を示
す特性図。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the amount of received light and the output voltage in the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 光源 102 スリット 103 反射素子 104 受光素子 105 受光部 106 駆動部 107 光遮蔽筐体 201 光 401 光偏光素子 501 透明電極 502 電極 503 屈折率可変媒質 504 透光性媒質 505 入射光 506,507 反射光 Reference Signs List 101 light source 102 slit 103 reflecting element 104 light receiving element 105 light receiving section 106 driving section 107 light shielding casing 201 light 401 light polarizing element 501 transparent electrode 502 electrode 503 refractive index variable medium 504 translucent medium 505 incident light 506, 507 reflected light

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−110780(JP,A) 実開 昭63−178036(JP,U) 実開 昭62−33127(JP,U) 実開 昭55−173837(JP,U) 実開 昭52−113263(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/12 Continuation of the front page (56) References JP-A-1-110780 (JP, A) JP-A-63-178036 (JP, U) JP-A-62-33127 (JP, U) JP-A-55-173837 (JP) , U) Actual opening 52-113263 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 31/12

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 光源と、外部から入力される電圧によっ
て反射角度が変化する反射素子と、受光部の形状を任意
の関数にしたがって変化するように形成し受光する面積
によって出力電圧が変化する光電変換素子から成り、前
記光源からの光が前記反射素子で反射されこの反射され
た光が前記光電変換素子に入射するように各素子を配置
したことを特徴とするフォトカプラ。
1. A light source, a reflective element whose reflection angle changes according to an externally applied voltage, and a photoelectric element whose output voltage changes according to an area for receiving and forming a shape of a light receiving portion so as to change according to an arbitrary function. A photocoupler comprising a conversion element, wherein each element is arranged such that light from the light source is reflected by the reflection element and the reflected light enters the photoelectric conversion element.
【請求項2】 前記反射素子が、透明電極と電極に挟ま
れた領域に屈折率が異なる物質を備えた多層構造からな
ることを特徴とする請求項1のフォトカプラ。
2. The photocoupler according to claim 1, wherein the reflection element has a multilayer structure including a transparent electrode and a material interposed between the electrodes and having different refractive indexes.
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