JP3899172B2 - 信号入力回路およびそれを用いた光電センサ入力回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラ等の駆動制御に用いられる光電センサ（光学センサ）の信号入力回路に関する。
【０００２】
【従来技術】
一般的に、カメラ等のフィルム巻き上げ制御や、レンズくり出し制御時には、ギアやレバーの位置をモニタし、その切り換え状態を精度よく電気的に検出するために、フォトインタラプタ（ＰＩ）やフォトリフレクタ（ＰＲ）等の赤外光を用いた非接触型の光電センサが使われることが多い。
【０００３】
これらのセンサは、微弱な光を発光・受光して、受光した光電変換信号を処理し出力するものであり、その出力電流がマイクロアンペアオーダーで微弱であるため、特別な処理回路を必要としている。
【０００４】
しかし、機械的な動作が複雑になるに従って、その制御も複雑になるため、これらのセンサは、数多く用いられる。それに連れて必要な上記処理回路数も増え、システム全体の大型化を招くと共にコストもアップし、スペース的なデメリットを生じてしいる。
【０００５】
そこで、各センサの出力をワイアードオア回路で処理回路に入力する構成により、同一の端子に検出信号を入力して処理を行い、回路規模の増加を抑制するという技術が以前から知られており、例えば米国特許５４８１３３１号公報の図面にも、この方式が図示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方式ではワイアードオアの構成をとるため、電流形式の出力をとる光電センサしか用いることができなかった。
このため電流出力センサと電圧出力センサを用いようとした場合には、別々の入力端子、つまり少なくとも２個以上の端子を必要が必要となってしまう。
【０００７】
実際に機器等へ用いた場合には、機械的な構成やセンサ取り付けのスペースによって、電流信号による出力形式をとる光電センサの他にも、電圧信号で出力形式で出力する光電センサを使用せざるを得ない場合も少なくなく、結果的にこれらを混在させたシステムとして構成し、それぞれに入力端子を設けなければならなかった。
【０００８】
そこで本発明は、電圧信号の出力形式で出力する光電センサと電流信号の出力形式で出力する光電センサを混在させても使用可能な信号入力回路およびそれを用いた光電センサ入力回路を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、光電センサから出力される電圧信号を入力する電圧入力回路と、光電センサから出力される電流信号を入力する電流入力回路と、上記電圧入力回路および電流入力回路の入力端子を共通接続した単一の入力端子とを備え、上記電圧入力回路と電流入力回路とを排他的に作動させ、上記入力端子に入力される電圧信号および電流信号を処理する信号入力回路を提供する。
【００１０】
以上のような構成の信号入力回路は、電圧信号で検出する光電センサと、電流信号で検出する光電センサとを１つの入力端子に共通接続させて、切換手段により１つの光電センサの検出信号を担当する処理部に、それぞれ入力されるように時系列的に切り換えて、排他的に入力させることにより、２つのモード（電圧入力若しくは電流入力）を１つの入力端子に入力させて、複数の検出モードの光電センサを駆動させる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
まず図１には、本発明による信号入力回路の概念的な構成を示し説明する。
この信号入力回路においては、構成部位２５の変位状態等をモニタするために、投光部で所定光を投光し、受光部でその反射光若しくは通過した光を受光し、電流信号として出力する光電センサ１と、同様に構成部材２１の変位状態をモニタするための電圧信号を出力する光電センサ２と、これらのセンサ出力を入力して、それぞれの電流信号及び電圧信号に処理を施すセンサ制御部４と、センサ制御部４からの出力信号の波形等に基づき、上記構成部位の位置や動作状態を判別する演算処理回路（ＣＰＵ）１０とで構成される。
【００１２】
上記センサ制御部４は、ＣＰＵ１０の制御により、光電センサ１と光電センサ２とを切り換えて、いずれか動作させるセンサ切り換え部９と、センサ切り換え部９の切り換え指示により、いずれか一方の光電センサを駆動させるドライバ部１１，１２と、共通接続された同一端子で光電センサ１と光電センサ２の出力信号のいずれかを入力する入力端子３と、センサ切り換え部９の切り換え指示により、入力端子３を経て入力された光電センサからの電流信号に所定の処理を施す電流信号処理部６と、同様に電圧信号に所定の処理を施す電圧信号処理部７と、それぞれの処理回路で処理信号を増幅やその他の処理を施し、共通接続された同一の出力端子５を経てＣＰＵ１０に出力する出力部８とで構成され、さらに、ドライバ部１３，１４から光電センサ１，２にそれぞれの駆動制御信号を出力するための端子１３，１４と、ＣＰＵ１０からの切り換え信号を入力する端子１５と備えている。
【００１３】
このような構成により、光電センサ１，２のいずれかの出力信号を１つの入力端子３から時系列的に入力してそれぞれに処理することができ、構成部位２５の変位をモニタする時には、光電センサ１の投光部を発光させ、その出力を電流処理回路６で処理し、構成部位２１の変位をモニタする時には、光電センサ２の投光部を発光させ、その出力を電圧信号処理回路７で処理することができる。
【００１４】
これらの処理回路６，７で処理され波形整形した出力信号は、１つの出力端子５から出力され、ＣＰＵ１０によりその出力信号の波形等に基づき、変位する構成部位の位置や動作状態を判別することができる。
【００１５】
次に図２には、第１の実施形態として、本発明による信号入力回路を光電センサ入力回路として、カメラに搭載した具体的な構成例を示し説明する。本実施形態は、装填されたフィルムを自動的に巻き上げ・巻き戻しする機構の制御に用いた一例である。尚、本実施形態の図２（ａ）に示す構成部位で前述した図１に示した構成部位と同等のものには、同じ参照符号を付して、その説明を省略する。
【００１６】
本実施形態において、光電センサ１としてフォトインタラプタ（ＰＩ）１を用いて、モータ２２の軸に取り付けられた回転部材２５の周辺に開いた複数の穴を透過した光を検出し、モータ２２の回転状態をモニタする。また光電センサ２として、フォトリフレクタ（ＰＲ）２ａを用いて、フィルムのパーフォレーションを検出して、フィルムの巻き上げ若しくは巻き戻し状態をモニタする。
【００１７】
このＰＲ２ａに接続する抵抗２ｂの電圧出力は、ＰＩ１の電流出力と同様にセンサ制御部４の入力端子３から入力される。
また入力端子３は、センサ制御部４内の信号処理部１６に接続される。この信号処理部１６は、前述した電流信号処理部６と電圧信号処理部７と出力部８とで構成されている。
【００１８】
そしてＣＰＵ１０の選択信号に基づき、センサ切り換え部９がＰＩ１，ＰＲ２のいずれの発光部に通電するか切り換えられ（センサドライバ部１１，１２のいずれかに切り換えられる）、その選択の状態によって、出力端子５からＣＰＵ１０に入力されるモニタ信号がＰＩ側かＰＲ側かに変化する。
【００１９】
この構成例では、ＣＰＵ１０の制御によりモータドライバ部２７がモータ２２を駆動させると、図２（ｂ）に示すような切り換え機構２３ａ，２３ｂの状態に応じてギア３０、又はギア３１が連動し、フィルムの巻き上げ、又は巻き戻し動作となる。
【００２０】
上記ギア３０の回転によりスプール２４が回転し、フィルム２１を巻き上げるが、その巻き上げ状態は、フィルム２１のパーフォレーションの通過数を検出するフォトリフレクタ（ＰＲ）２ａの出力によってモニタすることができる。
【００２１】
このＰＲ２ａの出力信号は、通常、投光した対象物の反射率に依存するため、非常に微弱となり、適当な抵抗２ｂを取り付け、検出信号を大きな電圧信号に変換して出力することとなる。また、切り換え機構２３が、モータ２２の回転動力をギア３１に伝えた場合には、フィルム２１をフィルムパトローネ２０内へ巻き戻す動作となる。
【００２２】
またＰＩ１は、検出に透過光を用いるため、比較的大きな光電流が発生しており、ＰＲ２ａのような抵抗を取り付ける必要はない。
この切り換え機構２３は、モータ２２の軸に固定されたギア２３ｂと噛み合う遊星ギア２３ａによって、ギア３０若しくはギア３１に動力切り換えて、スプール２４若しくはフィルムパトローネ２０の軸を回転させている。
【００２３】
上記ギア２３ｂがモータ２２で回転すると、その回転方向によって、ギア２３ａの位置が変化し、ギア３０若しくはギア３１のいずれかに切り換えることができる。このような切り換え機構の場合、ギアの歯先が上手く噛み合わない場合には、正しく動力が伝達しなくなる。
【００２４】
そこで本実施形態では、図３に示すフローチャートを参照して、１つのモータにより複数のギアを選択的に駆動するカメラの駆動機構において、例えば、２つの駆動部に切り換えて駆動させる場合に、２つの光電センサを適切に切り換えて、切り換え不良を検出し対策する例について説明する。
【００２５】
まず、モータ２２を通電し、フィルム巻き上げを開始する（ステップＳ１）。この時、正しくフィルムが移動しているかを判定するために、フィルムのパーフォーレーションをＰＲ２ａでモニタする（ステップＳ２）。
【００２６】
この時、パーフォレーションの移動を検出したか判断し（ステップＳ３）、移動して信号が変化していれば（ＹＥＳ）、正しくフィルムに動力が伝わり給送されているものと考えられるので、ＰＲ２ａを通過したパーフォレーションの数をカウントする（ステップＳ１０）。
【００２７】
この時、８コのパーフォレーション（１コマ分に相当する）が検出されたか判断し（ステップＳ１１）、８コのパーフォレーション検出されたならば（ＹＥＳ）、１コマ巻き上げを検出したものとして、モータ２２への通電を停止して、巻き上げを終了させ（ステップＳ１２）、リターンする。この判断で８コのパーフォレーションが検出されるまでは（ＮＯ）、ステップＳ３およびステップＳ１０のルーチンを繰り返し行う。
【００２８】
また、ステップＳ３の判断で、ＰＲ２ａでパーフォレーションの移動を検出しなかった場合には（ＮＯ）、モニタする光電センサをＰＲ２ａからＰＩ１に切り換えて、モータ２２が回転しているか否かを検出する（ステップＳ４）。
【００２９】
この時、モータ２２の回転の有無を判断し（ステップＳ５）、回転板の穴の透過光によりＰＩ１からパルスが出力されなければ（ＮＯ）、モータ２の回転が停止しており、フィルム２１がすべて巻き上げられて負荷がかかっている状態を考えられるため、これ以上の撮影はできないとして、巻き戻し動作を行う（ステップＳ１３）。具体的には、モータ２２を逆転させて遊星ギア２３ａをギア３１側に切り換えて、フィルムパトローネ２０の軸を巻き戻し方向に回転させる。
【００３０】
そして巻き戻しが終了すれば、モータ２２への通電を停止させ（ステップＳ１４）、リターンする。
しかし、ステップＳ５の判断で、ＰＩ１のパルスが検出された場合には（ＹＥＳ）、フィルム２１が給送されていないにも関わらず、モータ２２が回転しているものと見なし、例えば、ギア２３ａとギア３０が噛み合っておらず、正しくモータ２２の動力がギア３０に伝達されていないと考えられるので、モータ２２の回転方向を一時的に反転させる等のギアの切り換えのやり直しを行い（ステップＳ６）、ギア３０とギア２３ａとを噛み合わせてから、再度、ＰＲ２の出力をモニタする（ステップＳ７）。
【００３１】
この時、パーフォレーションの移動を検出させて移動の有無を判断し（ステップＳ８）、パーフォレーションの移動が検出されていれば（ＹＥＳ）、ギアが正しく噛み合って動力が伝わりフィルムが巻き上げられているものとして、ステップＳ１０に移行し、ＰＲ２ａを通過したパーフォレーションの数をカウントする。
【００３２】
しかし、ステップＳ８にて、パーフォレーションの移動が検出されなければ（ＮＯ）、センサ切り換え部９等にトラブルが生じたと考え、所定の警告を発するようにする。
【００３３】
このように本発明の光電センサ入力回路を適用した実施形態は、コストの高いモータを１つ搭載しただけで、巻き上げ巻き戻しが、適正に実行されるカメラ用のフィルム巻き上げ装置が実現できる。
【００３４】
次に、前述した図１に示した光電センサ１，２を含むセンサ制御部４の具体的な構成例を示し説明する。
このセンサ制御部４は、大別して、電圧検出回路部４１と電流検出回路部４２と、これらの回路部を切り換えるためのスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３と、出力部４３とで構成される。また、それぞれの回路部には、電流源Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３が設けられている。このセンサ制御部４の入力端子３には、光電センサとしてＰＩ４４とＰＲ４５とが接続されている。
【００３５】
本実施形態は、図１に示した構成で説明したように、入力端子３に入力する光電センサ１，２からの電流信号若しくは電圧信号をＣＰＵ１０によって切り換えることができ、切り換え部９の切り換え動作により、どちらでも検出し波形成形可能な回路構成である。
【００３６】
先ず、光電センサＰＩ４４による電流検出モードについて説明する。
この状態では、図示しないＣＰＵの制御により、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３を閉じる。また、電流源Ｉ４をオンさせて、ＰＩ４４を選択し、電流源Ｉ５をオフして、ＰＲ４５を非選択にする。この時、トランジスタＱ８のベースの電位はＧＮＤであるため、同トランジスタＱ８のコレクタは、オープンになる。また、トランジスタＱ９及びトランジスタＱ１０は、オンしており、入力端子３は、約０．７Ｖの電位にクランプされている。これは、ＰＩ４４の出力端子を定電圧にして、寄生容量の影響を抑制し、周波数特性を向上させることが目的である。
【００３７】
このＰＩ４４は、発光部と受光部を有する素子であり、その間におかれた遮蔽物の有無を検出する素子である。遮蔽されていると、発光部の光は受光部には届かない。上記Ｐｌ４４が遮蔽されていない時は、発光部の光が受光部に入射し、上記ＰＩ４４の出力として、光電流が流れているが、これと同等の電流がトランジスタＱ１１とトランジスタＱ１２のカレントミラー回路構成の働きによって、トランジスタＱ１２のコレクタに流れる。
【００３８】
この時、電流源Ｉ３は、可変電流源であるが、所定の定電流を流すと、トランジスタＱ１６、トランジスタＱ１７のカレントミラー回路構成と、トランジスタＱ１３、トランジスタＱ１４のカレントミラー回路構成の働きによって、トランジスタＱ１３のコレクタ電流と同等の電流を流せることになる。
【００３９】
即ち、上記ＰＩ４４の出力電流が上記電流源Ｉ３の所定電流よりも、多いときは、トランジスタＱ１２のコレクタ電流が、トランジスタＱ１３のコレクタ電流よりも増加する為、トランジスタＱ１８がオンし、バッファ４３の出力端つまり、端子５からＣＰＵに、Ｌレベルの出力信号が出力される。
【００４０】
逆に、上記ＰＩ４４による電流出力信号が、上記電流源Ｉ３の所定電流よりも、少ないときは、トランジスタＱ１８がオフし、バッファ４３の出力として、出力端子５からＨレベルの信号が出力される。
【００４１】
このことより、上記電流源Ｉ３が供給する電流を変化させることによって、任意の閾値を設定して、ＰＩ４４の光電流の大小、つまり、ＰＩ４４に遮蔽物が掛かっているか否かを検出することができる。
【００４２】
次に、電圧検出モードについて説明する。
この状態では、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３を開くように制御する。
また電流源Ｉ４をオフさせて、これまで使用した光電センサＰＩ４４を非選択にして、電流源Ｉ５をオンし、もう一方の光電センサＰＲ４５を選択する。
【００４３】
この時、トランジスタＱ８のベースは、オープンの為、同コレクタは、動作可能である。又、トランジスタＱ９、トランジスタＱ１０は、オフしており、入力端子（ＩＮ）は、抵抗ＰＲ２ｂによって決定される。
【００４４】
上記ＰＲ４５は、発光部と受光部を有する素子であり、発光部の光を何らかの反射物によって受光部に入射しその光の大小を検出する。ここでは、説明をしやすくする為に、前記反射物の反射率を１００％と仮定した時には、上記ＰＲ４５の出力として、光電流が流れる。逆に、前記反射物の反射率を０％と仮定した時には、前記光電流は流れないとする。
ＰＲ４５が前記反射物の反射率を１００％と仮定した時、光電流が流れているが、この光電流と抵抗ＰＲ２ｂによって、入力端子（ＩＮ）の電圧が決定される。この時、電流源Ｉ３は、可変電流源であるが、所定の定電流を流していると、トランジスタＱ１６、トランジスタＱ１５のカレントミラー回路の働きによって、抵抗Ｒ１に同等の電流を流せることになる。これによって、トランジスタＱ４のベースの電位が決定される。
【００４５】
即ち、上記ＰＲ４５の出力電流が抵抗ＰＲ２ｂによって、電圧に変換された値と、上記電流源Ｉ３の所定電流と抵抗Ｒ１によって決定される電圧の値よりも、大きい時は、トランジスタＱ８がオンし、バッファ４３の出力として出力端子５からＬレベル信号が出力される。
【００４６】
逆に、上記ＰＲ４５の出力電流が抵抗ＰＲ２ｂによって、電圧に変換された値と、上記電流源Ｉ３の所定電流と抵抗Ｒ１によって決定される電圧の値よりも、小さい時は、トランジスタＱ８がオフし、バッファ４３の出力として出力端子５からＨレベル信号が出力される。
【００４７】
よって、上記電流源Ｉ３の電流を変化させて任意の閾値を設定し、ＰＲ４５の光電流の大小、つまり、反射物の有無、若しくは、反射物の反射率の大小を検出することによって、対象物の移動状態、または位置を判定することができる。
【００４８】
以上のように、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を開閉させることによって、同一の入力端子で、光電センサにより出力された電圧信号若しくは電流信号のいずれであっても入力し所定の処理を施すことが可能となる。
【００４９】
また図４に示したように、電圧信号で検出出力する光電センサ若しくは、電流信号で検出出力する光電センサを混在させて複数接続した場合、電圧検出の時には、いずれの光電センサに切り換えても影響はない。
【００５０】
また電流検出の時には、トランジスタＱ１０のベースエミッタ電圧Ｖｂｅ（〓０．７Ｖ）／抵抗ＰＲ２ｂの電流値分が多くトランジスタＱ１１に流れるが、発生した電位差を電流源Ｉ３を変化させて、閾値をオフセットさせることにより対応することができる。
【００５１】
勿論、前述したように、混在させなくとも電圧信号で検出する光電センサを複数接続しても良いし、電流信号で検出する光電センサを複数接続してもよい。
また、前述した電流検出モードと電圧検出モードは、時系列的切り換えて動作させることにより、同時に複数の光電センサの信号を入力させることはない。つまり、排他的な動作により、２つのモードが同時に動作しないため干渉することなく、２つの光センサを時系列で検出することが可能である。
【００５２】
以上、本実施形態では内部回路の一例について説明したが、１つの入力端子に光電センサが発した電圧信号若しくは電流信号のいずれかを時系列的（排他的）に切り換えて入力することにより、電圧用と電流用の入力端子を区別せずに構成させる考え方による回路構成であれば、種々の応用が可能であることはいうまでもない。
【００５３】
以上の実施形態について説明したが、本明細書には以下のような発明も含まれている。
（１） 光電変換信号を電圧出力する第１光電センサと、光電変換信号を電流出力する第２光電センサと、上記第１、第２光電センサ出力の変化を検出する処理回路とを具備し、上記第１、第２光電センサの出力信号を上記処理回路の共通の入力端子に接続したことを特徴とする光電センサ入力回路。
【００５４】
（２） それぞれ発光部と受光部とを備えた複数の光電センサを用い、それぞれの発光部を選択的に発光させる発光回路と、
上記複数の光電センサの受光部出力を共通接続して上記複数の光電センサの受光部出力を共通の入力端子に接続し、信号処理する処理回路とを具備した光電センサ処理回路において、
上記光電センサは、電流モード出力と電圧モード出力とを含むことを特徴とする光電センサ入力回路。
【００５５】
（３） 上記処理回路は、検出特性の異なる第１、第２の入力部を備え、それぞれの入力部は検出対象の光電センサ特性に応じて排他的に選択されることを特徴とする上記（２）項に記載の光電センサ入力回路。
【００５６】
（４） それぞれ発光部と受光部とを備えた複数の光電センサを有し、複数の発光部を選択的に駆動すると共に、複数の受光部出力を共通接続して、単一の入力端子を介して処理回路に入力させる光電センサ処理回路において、
上記複数の光電センサの受光部出力信号は、電流モードと電圧モードとを含み、上記処理回路はそれぞれの信号モードに対応した入力回路を備え、それぞれが検出対象の光電センサに応じて排他的に選択されることを特徴とする光電センサ入力回路。
【００５７】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、光電変換信号を電圧信号形式で出力する光電センサと、電流信号形式で出力する光電センサを同一の入力端子に接続して処理できるようにしたので、コストアップのない省スペースの信号入力回路およびそれを用いた光電センサ入力回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による信号入力回路の概念的な構成を示す図である。
【図２】本発明の信号入力回路をセンサ入力回路としてカメラに適用した実施形態の構成例を示す図である。
【図３】図２に示したカメラシステムにおける動作を説明するための図である。
【図４】本実施形態のセンサ入力回路の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１，２…光電センサ
３…入力端子
４…センサ制御部
５…出力端子
６…電流信号処理部
７…電圧信号処理部
８…出力部
９…センサ切り換え部
１０…演算処理回路（ＣＰＵ）
１１，１２…ドライバ部
１３，１４，１５…端子

Claims (3)

1. 電流信号を入力する第１入力回路と、
   電圧信号を入力する第２入力回路と、
   上記第１、第２入力回路の入力端子を共通接続した単一の入力端子と、
   上記第１入力回路と第２入力回路とを選択的に作動させ、上記入力端子に入力される電流信号および電圧信号を処理する信号処理回路と、
   を具備したことを特徴とする信号入力回路。
2. 上記電流信号、電圧信号は、それぞれ発光部と受光部が対に設けられた複数の光電センサから出力される出力信号であり、これら光電センサの受光部出力端子が共通接続され、上記入力端子に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の信号入力回路。
3. 光電センサから出力される電圧信号を入力する電圧入力回路と、
   光電センサから出力される電流信号を入力する電流入力回路と、
   上記電圧入力回路および電流入力回路の入力端子を共通接続した単一の入力端子と、を具備し、
   上記電圧入力回路と電流入力回路とを排他的に作動させ、上記入力端子に入力される電圧信号および電流信号を共に処理可能とすることを特徴とする光電センサ入力回路。

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