JPH01164076A - 低パワーオプトエレクトロニクス装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、一般的に、光検出回路、特に、発光ダイオ
ードとホトトランジスタ対を使用する低電力光検出回路
に関するものである。

〔従来技術〕

光検出回路は、応用の幅広い変化で使用される。

ご＜一般の応用の一つは、いくつからの基準に関する物
体の運動の検出である。そのようなシステムでは、マス
クやスケールのような多分、他のコンポーネントが、発
光ダイオードまたは光源と、ホトトランジスタのような
光センサーとの間に挿入される。回転するディスクでも
よいマスクまたはシャッターは、典型的には、交互の不
透明および透明なセグメントを含み、追跡される物体の
運動により駆動される。ディスクの回転は、発光ダイオ
ードからの光を光検出器に到達させたり、光検出器から
遮断することを交互に行わせる。かくして、物体の運動
が、光検出器からの粗雑にデジタル化した信号に変換さ
れる。

いくつかの装置で使用されるマイクロプロセッサによる
使用が必要であるようなより良く定義されたデジタル信
号を作るためには、光検出器の出力が、あるヒステリシ
スを表わす論理ゲートに送られる。このことは、ごく一
般的には、シュミットトリガ入力としきい値電圧ｖｔｂ
のあるゲートを用いて達成される。

多くの応用において、発光ダイオード／ホトトランジス
タ対のパワードレーンは本質的なものであり、パワー減
少は望ましい。パワー減少が有用である一つの応用は電
子マウスである。オブトエセクトロニクス装置により消
費されるパワーを減少する一つの技術は、発光ダイオー
ドを選択的に振動することである。

電力消費を減少する助けをする発光ダイオードが、振動
している間、また、一般的に、光検出器回路で望ましく
ないと考えられている副作用を激化する。これらの副作
用の内で、典型的には、ホトトランジスタである光検出
器内の寄生キャパシタンスの作用が重要である。これら
の寄生キャパシタンスの作用は、トランジスタのダイナ
ミックモードに現われ、発光ダイオードが振動する時に
大いに増加する。ホトトランジスタを使用する大ていの
従来技術の回路において、この副作用を妨げる回路を加
えることを含めて、寄生キャパシタンスを最小にするよ
うに回路が設計される。

最も重要な寄生キャパシタンスは、典型的には、寄生ベ
ース／コレクタキャパシタンスＣｂｃである。

この寄生作用は一般に、振動する発光ダイオードシステ
ムにおいてより大きい関心事にさえなっている。少なく
とも、いくつかの例では、これらのキャパシタンスの作
用を補正するため、余分のハードウェアが使用されてい
る。

後で詳細に説明するように、パワーを減少するいくつか
の方法は、負荷抵抗の値を増すことでホトトランジスタ
により要求される電流を減少することを含む。しかしな
がら、寄生キャパシタンスの作用のため、負荷の増加は
、応答時間の容認できない増加を生じることになる。か
くして、そのような方法で得られるパワー減少量には限
界があリ、少なくともある場合には容認できない。

このようなパワー減少方法が容認できない結果を生じる
一つの装置が電子マウスである。電子マウスの１つのフ
オームは、Ｘ−Ｙ運動を距離のデジタル表示に変換する
複数の発光ダイオード／ホトトランジスタ対を使用する
。典型的には、それぞれシャッターを備えた４発光ダイ
オード／ホトトランジスタ対が、Ｘ−Ｙ平面の運動の程
度と方向の精確な表示を与えるために使用される。デジ
タル変換のこの精度は、走行距離の単位当りに発生する
パルス数により決定される。運動計算を修正するために
、マウスが適正な速度で動かされる時、１秒当り４，０
００サンプルが必要である。これらのサンプリング率で
は、パワーを減少する新たな方法が必要である。

〔発明の概要〕

この発明は、変化のある回路と、ホトトランジスタのよ
うな光検出器の寄生キャパシタンス特性を効率的に補正
する方法を実現する。

この発明は、いくつかの実施例をとることができるが、
各々は安価なホトトランジスタと、シングルチップマイ
クロセッサのある負荷または応用特定集積回路（ＡＳＩ
Ｇ）により実現できる。

一般に、この発明の種々な設計および方法は、以前に必
要であった部品を排除すると共に、適当な動作のため発
光ダイオードに供給される必要なパワーを低下できるア
クティブコンポーネントを備えると共に、寄生キャパシ
タンスを含むホトトランジスタのような光検出器の特性
を使用する。

特に、マイクロプロセッサでの切換可能な入力／出力ポ
ートを、単独または、他のデザインと組合わせて使用で
き、光検出器回路のパワー要求を変える。それから、ホ
トトランジスタの寄生キャパシタンスは、単独または切
換可能なＩ１０ポートと組合わせて使用でき、有効で、
短期間のサンプルと保持回路を生じる。

更に、寄生キャパシタンスのチャージング特性は、マイ
クロプロセッサだけを使用し、発光ダイオードオンタイ
ムかホトトランジスタサンプリングタイムを選択的に調
整して、デジタルヒステリシス効果を作るため、ホトト
ランジスタの交換特性に時を合わせるアナログ光を共に
使用できる。

更に、寄生キャパシタンスは、発光ダイオードオンタイ
ムまたはホトトランジスタサンプリングタイムの選択的
なタイミングを使用して、不釣合で、調整されない発光
ダイオード／ホトトランジスタ対を使用できるようにな
っている。最後に、この発明は、寄生キャパシタンスを
予めチャージするチャージポンプ配置にツェナーダイオ
ードの使用を含む高しきい値ＣＭＯＳマイクロプロセッ
サに対する低電力消費を提供する方法を開示する。

〔目的〕

この発明の目的は、光検出回路に役立つホトトランジス
タで、寄生キャパシタンスを使用できる装置を提供する
ことである。

この発明の他の目的は、従来、ハードウェアで行われて
いた光検出作業を、マイクロプロセッサに基づくソフト
ウェアで実現する方法を提供することである。

この発明の他の目的は、発明ダイオード／ホトトランジ
スタ対の電力要求を低下するデザインを提供することで
ある。

この発明の他の目的は、光検出器に衝突する光を、マイ
クロプロセッサによる処理に適する時間のようなインデ
イシアに変換する有効な方法論を提供することである。

この発明の他の目的は、この発明の次の詳細な説明から
一層明らかになるであろう。

〔実施例〕

この発明の長所をよりよく理解するためには、ホトトラ
ンジスタに関する原理めいくっがを顧みるのが役に立つ
であろう。第１図を参照すると、エミッタホロワ配列に
接続されたホトトランジスタのような光検出器１０を含
む回路が示され、エミッタ抵抗２０とシュミットトリガ
論理ゲート３０が、トランジスタ１０のエミッタに接続
される。コレクタは適当なプルアンプ電圧に接続され、
エミッタ抵抗の他方は接地される。ＬＥＤのような光源
４０がホトトランジスタ１０を選択的に照明するために
配置される。

オーバタイムでの光度の緩やかな変化の間に、ホトトラ
ンジスタが飽和し、少なくとも、第一の概算として、出
力電圧ｖ０が入力光度に追従する。

これらの条件では、Ｖ、　＝に、・Ｌ　　−Ｒここで、
に１＝定数、　ホトトランジスタによる。

Ｌ＝光度、　Ｒ＝エミフタ抵抗値 光度はまた、Ｌ＝に２・　ＩＬ、としてもよい。

ここで、Ｋ２＝定数、　　ＩＬ、、＝ＬＥＤ内の電流、
このことから、エミッタの電圧ｖ０は、九”’　Ｋ＋Ｋ
ｚｌｔ−ａ　Ｒそれで、Ｉ　ｔ−ａ＝　Ｋ・−■ 論理ゲー）３０への入力電圧がしきい値電圧Ｖｔｈに上
昇し、論理信号を発生すると仮定すると、ＩＬ＝ａｓｔ
ｕ＝　１１　　Ｖｔｈ／Ｒトナル。

パワーが■５．の減少により、減少すれば、Ｒが増加す
るかＶいが減少することになる。単にＲを増加すること
の困難さは、このアプローチが光度の緩やかな変化に対
してのみ実行可能だからである。このことは大部分、寄
生のベース／コレクタキャパシタンスＣｂｃから生じる
。それで、第２ａ図乃至第２Ｃ図を参照すると、ホトト
ランジスタ１０およびエミッタ抵抗２０がモデル化され
る。

ホトトランジスタは、第２ａ図で示すように、キャパシ
タンスＣｂｃと並列に配置され、光制御電流Ｉ４が流れ
るホトダイオード１００により、はぼ設計される。

ホトダイオード１００とキャパシタＣｂｃは、従来のト
ランジスタのベースとコレクタ間に接続される。エミッ
タ抵抗２０は第１図と同様に接続され、電流■、。は、
トランジスタ１１０のベースとエミッタ間に流れる。

第２ａ図のモデルは、第２ｂ図に示すモデルに簡単にで
き、ホトダイオード１００は光制御電流源として表わさ
れ、寄生キャパシタンスｃｂｃは、トランジスタの増幅
定数Ｂまたはベータにより高められ、Ｂｂｃになり、ト
ランジスタは、ベースエミッタダイオード１３０に簡単
化される。第２ａ図の他の要素はそのままである。それ
で、電圧Ｖｂｃは、キャパシタＢＣ，ｃを越えて存在し
、他方の電圧ｖｂ、は、ダイオード１３０を越えて存在
し、電圧Ｖ、はエミッタ抵抗２０を越えて存在する。

コレクタからエミッタへの電流Ｉ　ｃｍが、Ｂｌ、。と
なることに注目すべきであろう。ここでＢはトランジス
タの通常の電流増幅定数である。

発光ダイオードがパワーオフされるか、発光ダイオード
からの光がマスクにより遮断されて、ホードトランジス
タが何んらの光を受けない時、暗ホトトランジスタは、
第２Ｃ図で設計されるように大きいキャパシタとして動
作する。キャパシタの値は本質的にＢＣ，ｃである。こ
の回路は、ベース／エミッタ接合および抵抗Ｒを介して
チャージし、時定数ＲＣによる通常の指数方式でチャー
ジする。

それで、Ｒの値が増加すると、寄生キャパシタンスの緩
やかなチャージングをすることが分かる。

このことはホトトランジスタの緩やかな作用を生じる。

ここで、緩やかな作用は容認できない。１秒当り４００
０のオーダのサンプル率が必要であるこのタイプの配列
において、エミッタ抵抗２０は約５にオ゛−ムの最大値
を有する。

発光ダイオードまたは他の光源が点灯する時、キャパシ
タａｃｂｃが放電し、ホトトランジスタ１０によるライ
ドオーバタイムの積分に基づいて、発光ダイオード４０
の光度にほぼ比例した勾配で、ｖ９が直線上に増加する
ことが認められる。さらに、抵抗２０の値が大きい時、
例えば、ＩＫオーム以上の時、この結果は抵抗２０の値
と無関係であるのが分かる。論理デート３０または他の
固定しきい値論理ゲートを加えることにより、「光度−
時間」の基本変換器が達成され、時間情報を有利に処理
できるマイクロプロセッサまたはＡＳＩＣ３のような装
置により役立つようにこの基本変換器を使用できる。

前記の分析はＮＰＮホトトランジスタに対して成される
ものだが、同様の分析はＰＮＰホトトランジスタ配゛列
にとって明らかに有効である。加えて、この分析はまた
、エミッタ接地増幅器構成に適用される。各々の場合、
電圧や負荷の種々の値は、当業者にとって明らかな方法
で調整できる。

寄生キャパシタンスＣｂｃの存在により賦課される前記
限定をして、第３ａ図、第３ｂ図は、エミッタ抵抗２０
の実効値を変えることで、発光ダイオードに供給される
パワーを減少する一つの方法を示す。より詳細には、第
３ａ図は、概略モデル形で、ホトトランジスタ１０、エ
ミッタ抵抗２０、ホロワゲート３０．更に、そのコレク
タとエミッタがエミッタ抵抗２０と並列である制御スイ
ッチングトランジスタ２００を示す。制御電圧Ｖ（：ｔ
ｒＬがトランジスタ２００のベースに供給され、トラン
ジスタ２００が、オンまたはオフし、トランジスタ２０
０がオンすると、ホトトランジスタ１０のエミッタでの
有効インピーダンスが実質的に減少する。Ｒ・　Ｉｃｅ
ｄｍ□＜＜　　Ｖｔｈ　　である限り、エミッタ抵抗２
０の値を大いに増加することになる。

、　　ここで、Ｒ＝Ｒ・２０　　の値であり、■。。ｄ
ａｒｋ　”発光ダイオードがオフの時の定常状態。第３
ａ図に示す配列は、入力または出力として役立つプログ
ロマプルであるピン２２０ような入力／出力ピンを有す
るマイクロプロセッサ２１０で実現できる。

低抵抗プルダウントランジスタ２００は、発光ダイオー
ドのオンタイム中、入力としてＩ１０ピン２２０を選択
することによって、（ホトトランジスタのエミッタにお
いて、トランジスタ２０の値に実質的に等しい非常に高
いインピーダンスを生じ）、それから、発光ダイオード
のオフタイム中に、ピン２２０を出力にスイッチングす
ることにより発現できる。

ピン２２０が出力方向に切り換わり、制御信号が０出力
となると、プルダウントランジスタ２００がターンオン
し、ホトトランジスタ１０のエミッタでの有効インピー
ダンスが非常に低くなる。この配列では、抵抗２０の値
は、臨界的ではなく、１０００にオームのオーダでよい
。

プルダウントランジスタを適当に切り換えるため、この
配列でのマイクロプロセッサ２１０を実現するには、よ
り複雑なサンプリングルーチンが必要なことが、当業者
にとって明らかである。そのようなサンプリングプログ
ラムのフローダイヤダラムを第３Ｃ図で示す。第３Ｃ図
で、ステップ２５０で従来の仕方で、システムが初期設
定され、ピン２２０を出力に協働させ、マイクロプロセ
ッサＩ／Ｏポートの設定と、前記ポートへの書込とを含
むように初期設定が構成される。ステップ２５２に示す
ように適当な時間に、ポートが出力から入力に切換わり
、ステップ２５４で、発光ダイオードをターンオンする
。このことがホトトランジスタ１０での積分を開始し、
ステップ２５６で、遅延が賦課され十分な光を受ければ
、■いにチャージする十分な時間をホトトランジスタに
与える。電子マウス環境では、通常、１０−２５マンク
ロ秒の遅延でよい。次の命令であるステップ２５８で、
ホトトランジスタ１０がサンプルされ、ステップ２６０
で、発光ダイオードをターンオフする。それから、ポー
トが出力に切換えられ、ステップ２６２で、０がポート
に書込まれる。その後、適当な遅延（他のタスキングで
充たしてもよい）がステップ２６４で与えられ、次のサ
ンプルのための時間を待ち、プログラムは適当にステッ
プ２５２に帰還する。

トランジスタ２００への制御信号と共に、集積回路内に
プルダウントランジスタ２００とエミッ　　”タトラン
ジスタ２０を単に構成することで、ＡＳＩＣ内で第３ａ
図の実施例を実現できる。選択的に、制御信号をＡＳＩ
Ｃ内に組込み、トランジスタ２００、抵抗２０または両
者を外部に置いてもよい。

次に第４図を参照すると、この発明の他の特徴がフロー
ダイヤフラムフオームで示されている。

第３Ｃ図のサンプリングプログラムの変更を含む第４図
に示す特徴は、パワーをセーブする短期メモリまたはサ
ンプルおよび保持回路として、ホトトランジスタ２１０
の寄生キャパシタンスの使用を含む。

マイクロプロセッサが同時に発光ダイオードを制御し、
ホトトランジスタをサンプルできないことは、マイクロ
プロセッサのシーケンスが順次作用・することから明ら
かである。結果として、典型的な従来技術のアプローチ
はホトトランジスタをサンプルして、次に命令で発光ダ
イオードを消すものであり、このシーケンスを第３Ｃ図
で示す。

このサイクル中に発光ダイオードにより使用されるパワ
ーは、そのために失われる。

第４図に示すこの発明の特徴によると１．マイクロプロ
セッサ２１０がまず、発光ダイオードを停止し、それか
ら、ホトトランジスタをサンプルする。特に、第３Ｃ図
に示すステップ２５８．２６０は第４図では逆になって
おり、それぞれ、ステップ２６６．２６８として番号を
付は変えである。ホトトランジスタの寄生キャパシタン
スのため、ｖｏは実質的に、数マイクロ秒間、同一レベ
ルを維持する。このことは、発光ダイオードをターンオ
フするのに続く次の命令で、マイクロプロセッサがホト
トランジスタをサンプルできることである。

その後は、第３ｂ図の切換えられたＩ１０ポートデザイ
ンに応じて、マイクロプロセッサはＩ／Ｏポートを出力
にセットでき、完全に、次のサンプルサイクルのために
８Ｃ，ｃをチャージする。

第５ａ図〜第５ｂ図を参照すると、この発明の他の特徴
が示されている。第５ａ図〜第５ｂ図は、フローダイア
グラムホームで、マイクロプロセッサまたは他の適当な
制御手段を使用するデジタルヒステリシス回路を作る方
法を示す。当業者にとって明らかなように、ある条件下
では、ホトトランジスタは、少なくとも第一の近似とし
て、第２ｂ図に示すようにキャパシタＣｂＣに並列の電
源としてシュミレートできる。このモードでは、キャパ
シタＣｂＣのチャージングは、発光ダイオードのオンタ
イム中にｖｌの実質的に線形の増加を生じる。この特性
をマイクロプロセッサまたは他の適当な制御回路に使用
してデジタルヒステリシス回路を作ることができる。

特に、発光ダイオードがスイッチオンすると、光度はほ
ぼ方形波の値で増加する。それに応答してホトトランジ
スタ１０のエミッタ電圧Ｖ、は、実質的に、発光ダイオ
ードのオンタイム中にランプ機能として増加する。

従来技術のアナログヒステリシス回路では２つの異なっ
た接近したしきい値が、移行を上昇および下降するため
に使用されている。しかしながら、マイクロプロセッサ
入力およびデジタルＡＳＩＣ。

は典型的には、単一の固定しきい値を有する。

マイクロプロセッサ入力ポートしきい値が独特で固定し
ていても、この発明によれば、発光ダイオードのオンタ
イムを調整することで、デジタルヒステリシス機能を発
展することができ、このことは、一つの発光ダイオード
とホトトランジスタを使用するだけの所で容認できる。

このアプローチについては、第５ａ図と関連して後でよ
り詳細に述べる。多重発光ダイオードとホトトランジス
タを含む変形では、任意のホトトランジスタにより適当
な感度を生じるのに必要な最長期間にセットした発光ダ
イオードオンタイムにより、ホトトランジスタサンプリ
ングタイムを調整してヒステリシス効果を達成できる。

このアプローチを第５ｂ図と関連して以下で詳細に述べ
る。

前のサンプルが１１１１１であれば、より長いオンタイ
ムをプログラムし、前のサンプルが“０″であれば、よ
り短かいオンタイムをプログラムすることにより、この
ヒステリシスを作ることができる。また一方、状況を考
慮すれば、より複雑なサンプリング機能が要求される。

このヒステリシスはクロック精度だけに依存しポートの
アナログ特性に依存しないことに注意すべきである。゛
ヒステリシスを作るため、先行のサンプル値に基づいて
異なる発光ダイオードを選択するという上記の最初のア
プローチは、第５ａ図を参照するとより良く分かる。第
４図のステップ２５６をそっ（りそのまま取り替えて使
用できるｉｓａ図は、ブロックダイアグラムホームで、
デジタルヒステリシスを作るため、発光ダイオードオン
タイムを変える一つのアプローチを示す。特に、第５ｂ
図のステップ２８２において、前のサンプル値が１であ
るか０であるかをテストする。前のサンプルがＯであれ
ばｔとして定義されるより短かい遅延期間がステップ２
８４ａで与えられる。前のサンプルが１であれば、ｔ　
＋　ｔ　ｈｙｓと定義されるより長い遅延期間がステッ
プ２８４ｂで与えられる。

時間Ｌ　ｂｙｔは、上下のヒステリシスしきい値の時開
蓋として定義される。それから、シーケンスが第４図の
ステップ２６６と共に連続する。

上記のように、第５ｂ図のフローダイアグラムは、第４
図のステップ２６６を持つ４発光ダイオード／ホトトラ
ンジスタ対のような多重発光ダイオードとホトトランジ
スタを使用する応用に望ましい。

上記のように、第５ｂ図のフローダイアグラムは、ロジ
ックチクＣ７マウスで使用される（挿入シャッターを備
え°た）４発光ダイオード／ホトトランジスタ対のよう
な多重発光ダイオードとホトトランジスタを使用する応
用に望ましい。第４図でのステップ２６６とステップ２
６８を第５ｂ図に示すステップと置き代えることにより
、第５ｂ図に示すステップを第４図のフローダイアグラ
ムに一体化できる。特に、第４図のステップ２５６の遅
延に続けて、第５ｂ図のステップ２７０（最初に）で、
第１サンプルが読取られる。その後、ヒステリシスを確
立するため、ステップ２７２内に適当な遅延が与えられ
る。ステップ２７２で与えられる遅延は、次の処理ステ
ップでの固有の遅延のため調整できる。次の命令で、ス
テップ２７４で、発光ダイオードはターンオフしく上記
第４図に関連して説明した特徴に応じて）、ステップ２
７６で（ｔより遅い時間で）、第２サンプルが読取られ
る。

ステップ２７８で、前のサンプル（従来の反復で確立さ
れる。第４図のステップ参照）が、１であるかＯである
かどうかを調べるためテストされる。前のサンプルが０
であれば、ステップ２８０ａで第１サンプル値と置換さ
れる。

前のサンプルが１であれば、ステップ２８０ｂで第２サ
ンプル値と置換される。かくして、前のサンプルは、ヒ
ステリシスファクターを含む電流サンプルに変換される
。この電流サンプルが第４図のステップ２６２に供給さ
れ、ループバックに際して前のサンプルとなる。

次に第６図を参照すると、発光ダイオードとホトトラン
ジスタの調整されない、不釣合な対の使用ができるこの
発明の他の特徴が開示されている。

時間を連続的に測定することにより、ホトトランジスタ
はデジタル０から１へ移行し、発光ダイオードとホトト
ランジスタ対の応答を接近できる・移行時間は、照明位
相中でのホトトランジスタ出力電圧Ｖ、の実質的に線形
な増加により、応答の合理的な接近をもたらす。

寄生キャパシタンスにより生じる照明中のＶ。

の線形増加は、ホトトランジスタサンプリング時間を選
択的に変えて、任意のエージング供給電圧変化またはマ
ウスや他の光電子装置で生じる機械的不整合に対する自
動調整や補正を可能にする。

この選択的な変化は、制御マイクロプロセッサのより複
雑なサンプリングプログラムにより制御される。

第６図を参照すると、適当なサンプリングプログラムの
一例をフローダイアグラムで示す。第６図はアルゴリズ
ムの高レベル表示であり、特定のマイクロプロセッサの
実際の実現は当業者にとって明らかなカスタミゼーショ
ンを特徴とする特に重要なことは、まだ受は入れ可能な
変形能力を維持しているこのアルゴリズムのステップを
実行する場合の固有の遅延に対する補正である。

第４図と同様に、第６図のサンプリングプログラムの第
１ステツプ４００は、時間値を、予じめ、発光ダイオー
ド／ホトトランジスタ対の最悪ケースの特性により決定
されるＴＬＥＤＨＡＸ／ｌにセットすることである。シ
ャッターを備えた発光ダイオード／ホトトランジスタ対
を使用する電子マウスの大版中で、ＴＬ！Ｄ□８は、シ
ャッターが発光ダイオードからホトトランジスタへの発
光を許容後に、ホトトランジスタがＶいに達するのに要
する時間（最悪ケース）の最大量を表わす。

次の命令であるステップ４１０で、発光ダイオードはタ
ーンオンする。ステップ４２０で、タイマーは０に初期
設定され、計数を始め、次の命令またはステップ４３０
で時間を測定する。

時間の測定後、ホトトランジスタサンプルはステップ４
４０で読取られ、そのサンプルが０であるか１であるか
を調べるためテストされる。サンプルが１であれば、Ｔ
ｅ１ａがステップ４５０ａでＴにセットされ、以下のよ
うにステップ４６０でプログラムが続行する。ホトトラ
ンジスタサンプルが０であれば、タイマー値Ｔはステッ
プ４５０ｂでＴｗｉｎと比較される。最悪ケース以外の
全てにおいて、発光ダイオード／ホトトランジスタ対が
最後ケースより感度がよいことから、ホトトランジスタ
サンプルは、Ｔの値がＴｗｉｎになる前に１になること
が分かる。

値ＴがＴ＋ａｉｎに等しくなければ、プログラムはステ
ップ４３０に折返し、タイマーはカウントを増し、続行
する。結局、サンプルは１となるか、ＴがＴ、ｉｎとな
る。その時点で、Ｔ、ｉｎに等しい遅延がステップ４６
０で与えられる。この遅延は、初期のＴｆｉｉｎがＴＬ
！ＤＭＡＸ／□であることを覚えていて、発光ダイオー
ド／ホトトランジスタ対の全開閉（シャッターディスク
の回転）を許容する。

ステップ４６０の遅延後、ホトトランジスタサンプルを
ステップ４７０で読取り、その後、ステップ４８０で発
光ダイオードがターンオフする。

前記の説明により、ステップ４７０および４８０は変化
して前に述べたこの発明の特徴と合同する。

第６図に示すアルゴリズムのオペレーションは、電子マ
ウスに応用するとより明らかになる。例えば、電子マウ
スの実施例では、ホトトランジスタに対する最小のＯか
ら１への移行時間の２倍であるサンプリング時間に変換
することになり、しきい値が、シャッター全開で最大電
圧を半分にセットできる。分数マルチプライヤを含む最
小移行時間の他のマルチプライヤが、また、容認できる
のが明らかであり、他の乗算でマイクロプロセッササイ
クルタイムやサンプルの所要数に関連して適当な環境で
容認できるけれども、２．５〜３のオーダでの乗算が望
ましいのが分かった。

電子マウスでの第６図の配列の使用に際し、また、分解
能を減らす比較的高速プロセッサを使用するのがよい。

望ましくは、そのようなマイクロプロセッサは、１マイ
クロ秒以下のサイクル時間を有する。第６図のアルゴリ
ズムは１発明ダイオード／ホトトランジスタ対だけの調
整をカバーするものであり、多くの応用には、多重発光
グイオード／ホトトランジスタ対の使用に拡大しなけれ
ばならない。

この発明の他の特徴を第７ａ図で示す。第７ａ図の特徴
は、高固定しきい値電圧Ｖｔｈを採用するため、寄生キ
ャパシタを用いる。特に、前の説明から、パワー要求は
Ｖｔｈに直接比例することが明らかである。理想上、し
きい値電圧は、低パワーを許すが、ノイズを拒むのに十
分である５００ｍＶの範囲にある。しかしながら、ＣＭ
ＯＳマイクロプロセッサは重大なパワー損失を引き起し
得る２、５ボルトのオーダーの高いしきい値を有する。

　　−ＣＭＯＳマイクロプロセッサを使用しながら、パ
ワーを最小にするには、ホトトランジスタ１０のコレク
タに可変オフセット電圧３００を挿入すればよい。発光
ダイオードオフタイム中に、寄生キャパシタＢＣｂｃは
、供給電圧の代わりに例えばＶい−０，５ボルトの選択
電圧にチャージできる。

この０．５ボルトはノイズ排除にとって適切なしきい値
として選択され、特別な応用により容易に調整できる。

オフセット電圧３００は、発光ダイオードオンタイム中
に電圧３００が０となり、発光ダイオードオフタイム中
に電圧が上記のようにオフセットになる２つの状態を有
する。エミッタ電圧Ｖ。は本質的に任意の選択された電
圧でスタートし、ＣＭＯマイクロプロセッサのより高い
しきい値は容易に補正できる。

前記のオペレーションは第７図から明らかであり、第７
図では、第３ａ図のホトトランジスタ１０や対応する発
光ダイオード４０が示されており、負荷抵抗２０および
プルダウントランジスタ２００が示されている。このシ
ステムの出力はホトトランジスタ１０のエミッタで取ら
れ続ける。

ホトトランジスタ１０のコレクタと供給室Ｖ゛との間で
、ＰＮＰ）ランジスタ５１０のコレクタエミッタ接続に
より分路されるツェナーダイオード５００により連結さ
れる。トランジスタ５２０はトランジスタ５１０にベー
スドライブを与え、レジスタ５３０は、トランジスタ２
００にベースドライブを与える。

トランジスタ５４０は、そのコレクタがプルダウンレジ
スタ５５０に連結され、それから、発光ダイオード４０
に連結される。トランジスタ５４０とレジスタ５５０の
コレクタとの接合点はまた、レジスタ５２０とレジスタ
５３０の共通接合点と連結され、発光ダイオード制御信
号５６０がトランジスタ５４０のベースに印加されて、
トランジスタ２００およびトランジスタ５１０を制御す
る。

トランジスタ５４０がオフすると、発光ダイオードもオ
フし、ホトトランジスタの寄生キャパシタは通常は供給
電圧Ｖ゛にチャージする。しかしながら、ツェナーダイ
オード５００のため、ダイオード５００を横断する電圧
は約Ｖい−０，５ボルトとなる。この期間中、トランジ
スタ２００は導通し、トランジスタ５１０は遮断される
。

トランジスタ５４０がスイッチオンすると、発光ダイオ
ードがターンオンし、トランジスタ２００が遮断し、ト
ランジスタ５１０がターンオンする。

ツェナーダイオード５００のため、ＢＣｂｃとして表わ
される寄生キャパシタンスはチャージポンプとして作用
し、エミッタ電圧ｖ０は、０ボルトより高い電圧でスタ
ートする。また一方、ＣＭＯＳマイクロプロセッサの正
常の２．５ボルトしきい値が０．５ボルトまたは他の選
択値に調整できるように、マイクロプロセッサの高入力
しきい値を補正するため、このオフセットを選択できる
。

当業者にとっては、この発明の前記の各々の特徴を単独
でまたは、他の特徴と組合わせてもよいことは明らかで
ある。かくして、電子マウスの環境において、前記特徴
の全てを極端に効率の低いパワーマウスを生じさせるた
め組合わせてもよい。

各々の場合、マイクロプロセッサのサンプリングルーチ
ンにも、ＡＳＩＣの回路構成にも、より低いパワーとよ
り大きい複雑さとの間にトレードオフが存在する。

この発明の種々の実施例を十分に説明したが、この発明
を逸脱しない数多くの変形が当業者にとって明らかであ
ろう。それで、この発明は前記のことのみならず、特許
請求の範囲により限定されないものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、典型的なホトトランジスタとシュミットトリ
ガ−ゲート回路の略図を示す。第２ａ図、第２ｂ図、第
２ｃ図は、変更作動状態でのホ）Ｉ−ランジスタと組合
わせるエミッタ抵抗のモデルを示す。第３ａ図、第３ｂ
図は、この発明の第１特徴の略図を示す。第４図は、サ
ンプルとしての寄生キャパシタンスの使用とパワーを蓄
積する保持回路を含むこの発明の第２の特徴の方法をフ
ロダイアグラムホームで示す。第５ａ図、第５ｂ図は、
ホトトランジスタ以外に外部ハードウェアのないマイク
ロプロセッサと、デジタルヒステリシス機能を提供する
負荷抵抗を実現するこの発明の第３ホトトランジスタの
不釣合な対の補正を含むこの発明の第４の特徴のための
他のサンプリングプログラムをフローダイアグラムホー
ムで示す。第７図は、パワーをセーブするため寄生キャ
パシタンスを予めチャージするチャージポンプの使用を
含むこの発明の第５の特徴を概略ホームで示す。 図において、１０−ホトトランジスタ（光検出器）、２
０・−エミッタ抵抗、３０−論理ゲート、４０−・発光
ダイオード、１００・−ホトダイオード、１１０−）ラ
ンジスタ、１３０・−ダイオード、を示す。 図面の浄魯（内容に変更なし） ■＋ Ｆｌｑｕｒｅ　７ 手続補正書（方式） 特許庁長官　　吉　１）文　毅　　殿 １、＄件の表示　　　昭和６３年特許Ｍ第１９７８０４
号２、発明の名称　　　低パワーオプトエレクトロニク
ス装置および方法 名　称　　ロジテック　インコーホレーテッド外１名 ４、代理人 ５、補正命令の日付　　昭和６３年１１月２９日（同容
Ｉこ丸史１ふし）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源をスイッチオンおよびスイッチオフする負荷を
   有する光源／光検出器回路において、低インピーダンス
   状態と高インピーダンス状態間で切換えできるアクティ
   ブコンポーネントを抵抗負荷と並列にして印加するステ
   ップと、光源がオフする時、アクティブコンポーネント
   を低インピーダンス状態に切換えるステップと、光源が
   オンする時、アクティブコンポーネントを高インピーダ
   ンス状態に切換えるステップとから成る負荷抵抗を選択
   的に変える方法。 ２、光源をスイッチオンオフし、出力を有し、固有の寄
   生キャパシタンスを含む抵抗を有する光源／光検出器回
   路において、光源からの光が光検出器に衝突し、光検出
   器の固有の寄生キャパシタンスをチャージするような予
   選択期間に光源を励起するステップと、光源をターンオ
   フするステップと、光源がターンオフし、固有の寄生キ
   ャパシタンスが放電する前に、光検出器の出力値を読取
   るステップとから成るパワー消費を最小にする方法。 ３、光源をスイッチオンオフし、出力を有し、固有の寄
   生キャパシタンスを含む負荷を有する光源／光検出器回
   路において、光検出器出力の電流サンプル値をセットす
   るステップと、光源からの光が光検出器に衝突して固有
   の寄生キャパシタンスをチャージアップするように光源
   をターンオンするステップと、光検出器出力の第１サン
   プル値を読取るステップと、ヒステリシスループの予選
   択された第１しきい値と第２しきい値間の差を代表する
   予選択期間を待つステップと、光検出器出力の第２サン
   プル値を読取るステップと、論理値に対して電流サンプ
   ル値をテストするステップと、電流サンプルが論理値で
   なければ、電流サンプル値を第１サンプル値と置換する
   ステップと、電流サンプルが論理値であれば、電流サン
   プル値を第２サンプル値と置換するステップと、前記ス
   テップを繰返すステップとから成るデジタルヒステリシ
   スを作る方法。 ４、光源をスイッチオンオフし、出力を有し、固有の寄
   生キャパシタンスを含む負荷を有する光源／光検出器回
   路において、所定の最悪ケース値と等しい最小時間値に
   セットするステップと、光源からの光が光検出器に衝突
   するような期間で光源をターンオンするステップと、タ
   イマーを初期設定するステップと、タイマーを増分する
   ステップと、ホトトランジスタ出力をサンプルするステ
   ップと、論理値に対してホトトランジスタ出力をテスト
   するステップと、ホトトランジスタ出力が論理値であれ
   ば、最小時間値をタイマー値にセットするステップと、
   ホトトランジスタ出力が論理でなく、タイマー値が最小
   時間値以下ならば、タイマーを増分するステップとから
   成る光検出器の出力を選択的に調整する方法。 ５、光源をスイッチオンオフし、出力を有し、固有の寄
   生キャパシタンスを含む負荷を有する光源／光検出器回
   路において、電圧制御アバランシング装置を光検出器と
   直列接続するステップと、低インピーダンス状態と高イ
   ンピーダンス状態間で切換えできるアクティブコンポー
   ネントを電圧制御アバランシング装置と並列接続するス
   テップと、光源がオンの時にアクティブコンポーネント
   を低インピーダンス状態に切換え、光源がオフの時にア
   クティブコンポーネントを高インピーダンス状態に切換
   えるステップとから成る皮相入力しきい値を選択する方
   法。 ６、光源が発光ダイオードであり、光検出器がホトトラ
   ンジスタであり、複数の回路が電子マウス内に含まれる
   請求項１に記載の発明。 ７、光源が発光ダイオードであり、光検出器がホトトラ
   ンジスタである電子マウスに組込まれた請求項２に記載
   の発明。 ８、光源を他の最小時間値に励起するステップと、ホト
   トランジスタを出力として読取るステップとを含む請求
   項４に記載の発明。 ９、電圧制御アバランシング装置がツェナーダイオード
   であり、光源が発光ダイオードであり、光検出器がホト
   トランジスタである請求項５に記載の発明。 １０、低インピーダンス状態と高インピーダンス状態と
   の間で切換えできる素子を抵抗負荷に並列に接続するス
   テップと、光源がオンの時に切換可能な素子を高インピ
   ーダンス状態に切換え、光源がオフの時に切換え可能な
   素子を低インピーダンス状態に切換えるステップとを含
   む請求項５に記載の発明。 １１、発光ダイオード／ホトトランジスタの複数の対を
   有し、各々の対は、それらの間にシャッターを有し、ホ
   トトランジスタは出力および固有の寄生キャパシタンス
   を有し、ホトトランジスタ出力と基準との間に連結され
   た負荷を有する電子マウスにおいて、発光ダイオードを
   選択的にターンオンオフするステップと、各々の出力を
   マイクロプロセッサのそれぞれの切換え可能な入力／出
   力ポートと接続するステップと、組合わせた発光ダイオ
   ードがオンする時の実質的に大部の時間中に少なくとも
   入力にするたそれぞれの入出力ポートを選択するステッ
   プと、組合わせた発光ダイオードがオフする時の実質的
   に大部分の時間中の少なくとも出力となるそれぞれの入
   出力ポートを選択し、低インピーダンスにあるＩ／Ｏポ
   ートの出力ピンを生じるステップと、組合わせた発光ダ
   イオードがオンの時間中にチャージするため、各々のホ
   トトランジスタの寄生キャパシタンスを生じるステップ
   と、組合わせた発光ダイオードをターンオフするステッ
   プと、組合せた発光ダイオードがターンオフした後、固
   有の寄生キャパシタンスが放電する前にそれぞれの出力
   値をサンプリングするステップとから成る方法。 １２、発光ダイオードと、寄生キャパシタンスとを有す
   るホトトランジスタとから成り、発光ダイオードがオン
   する時に発光ダイオードからの光がホトトランジスタに
   衝突するように発光ダイオードとホトトランジスタが配
   置され、発光ダイオードをオンオフする手段と、オフセ
   ット電圧を与えるため、ホトトランジスタのコレクタに
   接続されるオフセット電圧手段と、ホトトランジスタを
   負荷するためホトトランジスタのエミッタに接続される
   負荷手段と、オフセット電圧手段を選択的に分路するた
   め、オフセット電圧手段と並列に接続され、高インピー
   ダンス状態と低インピーダンス状態を有する第１切換可
   能な手段とから成り、発光ダイオードがオンの時に第１
   切換可能な手段は低インピーダンス状態に切換わり、発
   光ダイオードがオフの時に第１切換可能な手段は高イン
   ピーダンス状態に切換るような回路。 １３、負荷手段を選択的に分路するため、負荷手段と並
   列に接続され、高インピーダンス状態と低インピーダン
   ス状態を有し、発光ダイオードがオンの時、高インピー
   ダンス状態に切換わり、発光ダイオードがオフの時、低
   インピーダンス状態に切換わる第２切換可能な手段を含
   む請求項１２に記載の発明。