JP3802850B2

JP3802850B2 - 信号を安定化させるための方法および装置

Info

Publication number: JP3802850B2
Application number: JP2002199409A
Authority: JP
Inventors: テンカビットリオ; ザノッティエルネスト; バリアンドレ; コラドリコラド
Original assignee: PWB Ruhlatec Industrieprodukte GmbH
Current assignee: PWB Ruhlatec Industrieprodukte GmbH
Priority date: 2001-07-09
Filing date: 2002-07-09
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2022-07-09
Also published as: DE50213229D1; DE10132540A1; HK1054630B; EP1276228A2; US20030006359A1; KR20030007051A; EP1276228B1; EP1276228A8; HK1054630A1; TW583608B; JP2003115603A; EP1276228A3

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）とタイミング・ディスク／タイミングルーラーとともにセンサー／エミッター装置の中に組み込まれた光学センサーの信号を安定化させる方法に関する。また、本発明は、ＬＥＤ、タイミング・ディスク／タイミングルーラーおよびレシーバー装置を含む上記の方法を実施するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
センサー／エミッター装置のレシーバーにより受け入れられた信号を増幅器に供給し、その信号を基準電圧と比較する方法は公知となっている（図１参照）。この従来の装置では、レシーバーによって供給されるアナログ信号は矩形波信号に変換（デジタル化）される。しかし、この信号は等化（イコライズ）、平準化、正規化（ノーマライズ）されない。
【０００３】
多くの用途においては、レシーバーからの信号は信号区間ごとに一定の増幅度と一定の分離形態を有することが重要である。この要件は、複雑で高価な光学センサーを用いることによって初めて実現することができる。さらに、信号形状は周波数の変動や経年変化（老朽化）のために変動することがあり、以下の理由によって測定誤差が生じることがある。
（１）ＬＥＤごとの機械的、光学的、電気物理的差異。
（２）ＬＥＤの支持体および組み立てによって生ずる影響。
（３）タイミング・ディスクの支持体の表面粗さと精度。
（４）経年変化（老朽化）。
（５）クロック周波数の変動。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、光学信号を電気信号に変換する方式における上記従来の問題を解消するためになされたものであり、その目的は、光学センサーの上述の特性を改善し、クロック周波数が変化したり、ＬＥＤやセンサーの経年変化、あるいは製造工程における変動がある場合でも、センサー／エミッター装置のレシーバーから安定した信号が得られる方法を提供することにある。本発明の目的は、また、単純で安価な部品を用いることにより、典型的な操作条件下において光学センサーの信号を安定化させる装置を提供するすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、本発明による請求項に記載した特徴に基づいて解決され、ＬＥＤの信号は、比較的簡単な回路（図２）であるフィードバックループを用いることによって安定化させることができることが明らかになった。本発明の請求項３による装置は、従来の、あるいは既存の光学センサーに容易に接続することができる単純な安価な電子部品で構成される（図３）。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の方法は、図２に示すように、センサーのレシーバー２からの信号Ｅ１を増幅器３の入力として供給する前に基準電圧Ｒ１と比較し、そこで差分電圧Ｕ７を割り出し、差分電圧Ｕ７をフィードバック線９と記憶装置８を経由して増幅器３の入力に戻し、差分電圧Ｕ７を第２の増幅器４に供給し、そこでＬＥＤ５から派生する基準電圧に差分電圧Ｕ７を加えることによって生成された第２の基準電圧Ｒ２と比較し、第２基準電圧Ｒ２との比較で得られた増幅器４の信号６をセンサー信号Ｅ１を安定化させるための制御信号として利用することを特徴とする。
【０００７】
さらに、ＬＥＤ５およびタイミング・ディスク／タイミングルーラー１１とともにセンサー／エミッター装置の中に相互接続された光学センサーの信号を安定化させるデバイスは、センサーのレシーバー２のレシーバー線１が増幅器３の第１入力に接続され、増幅器の第２入力は基準電圧源Ｒ１に接続されており、そこで増幅器の出力７が、一方でフィードバック線９とキャパシター８を経由して増幅器３の第１入力に戻され、他方で第２増幅器４の第１入力に接続され、第２増幅器の第２入力は基準電圧源Ｒ２に接続されており、第２増幅器４の出力線６がセンサー信号を安定化させるために制御装置１２に接続されてセンサー信号を安定化させることを特徴とする。
【０００８】
従来の光学センサーを図１に示す。この場合、ＬＥＤはレシーバー装置とは独立して作動する。センサーのレシーバー２からの信号は増幅器１０のプラスの入力端子に供給される。基準電圧は増幅器１０のマイナスの入力端子に供給される。この回路では、基準電圧を調節することによって信号の増幅度を調整することができる。しかし、この回路は信号の周波数と相は安定化させない。代わりに、信号はコンパレーターまたは増幅器１０によってアナログからデジタルに変換される。入力ピン３のアナログ信号は出力ピン１でデジタル信号になる。
【０００９】
図２は、光学センサーを安定化させるための本発明に係る回路を示す。センサーのレシーバー２からの線は増幅器３のマイナスのターミナルに接続され、プラスのターミナルは基準電圧に接続される。基準電圧と、レシーバー２から得られる電圧の差がレジスターＲ３を経由してＬＥＤ５に戻される。ドロッピング・レジスターＲ４がＬＥＤ５に直列に接続されるが、本実施形態のドロッピング・レジスターの抵抗値は２２０オームから１２００オームに引き上げられる。このような方法によって、電流を正常な運転条件下で第１増幅器３の線７を経由してＬＥＤ５に供給することができる。
【００１０】
図３は、新規なエンコーダーの構成部品を示す。図３（ａ）は、反射層を備えたエンコーダーを示す。この場合、ＬＥＤと光検出器はタイミング・ディスクと同じ側に配列される。本発明に係る信号を安定化させるためのこの回路は、基板Ｇ１の上に置かれる。
【００１１】
図３（ｂ）は、透明なタイミング・ディスクを備えたエンコーダーを示す。ＬＥＤと光検出器は、タイミング・ディスクの反対側に配列される。本発明に係る信号を安定化させるためのこの回路は、基板Ｇ２の上に置かれる。
【００１２】
信号を安定化させるための別の状況を、図４のブロック回路図を参照して説明する。ここでは、図２に基づく基準信号Ｒ１およびセンサー装置によって供給されるレシーバー信号Ｅ１が比較される。最も単純なＲ１＝Ｅ１のケースでは、増幅器の電圧出力はＵ７＝０に等しい。これは、ＬＥＤ電圧が一定であり、変化のないことが検出されることを意味する。
【００１３】
しかし、レシーバー信号Ｅ１が弱いと、基準電圧Ｒ１はＥ１より大きくなってプラスの出力信号が生じる。そのため、Ｕ７が電圧Ｕ５に追加される。これによってＬＥＤ電圧は増加し、光源強度が増加する。その結果、レシーバー信号Ｅ１はＲ１＝Ｅ１になるまで増大する。
【００１４】
逆に基準信号Ｒ１がレシーバー信号Ｅ１より小さい場合、増幅器によって生成される電圧Ｕ７はマイナスとなり、電圧Ｕ５から差し引かれる。その結果、ＬＥＤ電圧は低下し、制限された光の強度も低下する。そして、レシーバー信号Ｅ１もＲ１＝Ｅ１になるまで減少する。
【００１５】
上述の実施形態の方法は、工程を追加することによって強化することもできる。たとえば、信号を安定化させるためには増幅器の出力信号Ｕ７を記憶装置を経由して増幅器のマイナスの入力端子に戻すのが有利なことがある。記憶装置は、好ましくは並列に接続した１以上のキャパシターである。
【００１６】
他の実施形態においては、増幅器またはトランジスタ回路を採用することができる。この場合は、第１増幅器の出力とＬＥＤ電圧を第２増幅器のプラス／マイナス入力端子に接続する。この回路によって、定期的な矩形波パターンの形の正弦曲線が得られる（図５（ａ））。
【００１７】
本発明の信号を安定化させる回路を使用しない場合、図５（ｂ）の曲線により示される信号が得られる。この信号形状は現在の最先端技術のものを表し、曲線全体に分散された歪みが示されている。経年変化によって引き起こされる周波数の変動と増幅度の変化は、圧縮した形で示される。エンコーダーまたはタイミング・ディスクの反射ゾーンにおける不規則性は、増幅度の大きな変動とレシーバー信号の周波数における大きな変動を引き起こす。これらの要因は図５（ｃ）の略図に示されている。
【００１８】
図５（ｄ）の曲線は、ＬＥＤへの電流が高すぎたり、光トランジスタ／光学センサーの感度が高すぎる場合に得られる信号を表している。図５（ｅ）に見られるような信号は、ＬＥＤへの電流が低すぎたり、光トランジスタ／光学センサーの感度が低すぎる場合に得られる。
【００１９】
本発明の好ましい実施態様を列挙すれば以下のとおりである。
（１）請求項１に記載の方法において、電圧信号の比較を差分増幅器の中で行うことを特徴とする方法。
（２）請求項１または上記（１）の方法において、ドロッピング・レジスターが差分増幅器の電流方向下流に配置され、電圧がマイナスの場合にはＬＥＤ電圧源に追加電圧を導入せず、電圧差がプラスの場合にはＬＥＤ電圧源の電圧を対応するプラスの電圧値により増大させるようにドロッピング・レジスターの抵抗値が選択される方法。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、光学センサーにおいて、クロック周波数が変化したり、ＬＥＤやセンサーの経年変化、あるいは製造工程における変動がある場合でも、センサー／エミッター装置のレシーバーから安定した信号が得られる方法が提供され、単純で安価な部品を用いることにより、典型的な操作条件下において光学センサーの信号を安定化させる装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光学センサーを示す回路図である。
【図２】ＬＥＤフィードバックを備えた本発明の光学センサーを示す回路図である。
【図３】本発明によって組み立てられたエンコーダーを示す図である。
【図４】本発明のフィードバック回路を備えた信号処理のためのブロック図である。
【図５】信号安定化の際に認められる種々の曲線形状を示す図である。
【符号の説明】
１レシーバー線
２センサーのレシーバー
３増幅器
４（第２）増幅器
５ＬＥＤ
６出力線
７出力
８キャパシター
９フィードバック線
１０増幅器
１１タイミングディスク／タイミングルーラー
１２制御装置

Claims

ＬＥＤおよびタイミング・ディスク／タイミングルーラーとともにセンサー／エミッター装置の中に相互接続された光学センサーの信号を安定化させる方法であって、センサー（２）のレシーバーからの信号（Ｅ１）を増幅器（３）の入力に供給する前に基準電圧（Ｒ１）と比較し、そこから差分電圧（Ｕ７）を割り出し、差分電圧（Ｕ７）をフィードバック線（９）と記憶装置（８）を経由して増幅器（３）の入力に戻すとともに、差分電圧（Ｕ７）を第２増幅器（４）の第１入力に供給し、第２増幅器（４）の第２入力を基準電圧源（Ｒ２）に接続して、第２増幅器（４）において差分電圧（Ｕ７）をＬＥＤ（５）から派生する基準電圧に差分電圧（Ｕ７）を加えて生成された第２基準電圧（Ｒ２）と比較し、第２基準電圧（Ｒ２）との比較から得られた第２増幅器（４）の信号（６）をセンサー信号（Ｅ１）を安定化させるための制御信号として使用することを特徴とする信号を安定化させるための方法。
ＬＥＤ（５）およびタイミング・ディスク／タイミングルーラー（１１）とともにセンサー／エミッター装置の中に相互接続された光学センサーの信号を安定化させる装置であって、センサー（２）のレシーバー線（１）が増幅器（３）の第１入力に接続され、増幅器（３）の第２入力は基準電圧源（Ｒ１）に接続され、増幅器（３）の出力（７）が、一方でフィードバック線（９）とキャパシター（８）を経由して増幅器（３）の第１入力に戻され、他方で第２増幅器（４）の第１入力に接続され、増幅器（３）の出力（７）はさらに、レジスタ（Ｒ３）を経由してＬＥＤ（５）に接続され、ＬＥＤ（５）にはドロッピング・レジスター（Ｒ４）が直列に接続され、前記第２増幅器（４）の第２入力は基準電圧源（Ｒ２）に接続され、第２増幅器（４）の出力線（６）がセンサー信号を安定化させるための制御装置（１２）に接続されて、第２増幅器（４）において、センサー（２）のレシーバー線（１）からの信号（Ｅ１）と基準電圧源（Ｒ１）との比較から得られる増幅器（３）の出力である差分電圧（Ｕ７）を、ＬＥＤ（５）から派生する基準電圧に差分電圧（Ｕ７）を加えて生成された第２基準電圧（Ｒ２）と比較し、第２基準電圧（Ｒ２）との比較から得られた第２増幅器（４）の出力信号（６）をセンサー信号（Ｅ１）を安定化させるための制御信号として使用するよう構成したことを特徴とする信号を安定化させるための装置。