JPH04113713A - 光結合検出装置 - Google Patents

光結合検出装置

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JPH04113713A
JPH04113713A JP2232357A JP23235790A JPH04113713A JP H04113713 A JPH04113713 A JP H04113713A JP 2232357 A JP2232357 A JP 2232357A JP 23235790 A JP23235790 A JP 23235790A JP H04113713 A JPH04113713 A JP H04113713A
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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】 [発明の目的コ (産業上の利用分野) 本発明は、光結合の有無に応じて物体検出を行うための
光結合検出装置に係り、特に発光素子および受光素子に
半導体素子を利用した光結合検出装置に関する。
(従来の技術) 従来の光結合検出装置としては、例えば第4図に示すよ
うな2端子型検出装置か知られている。
この2端子型検出装置は、全体が一体的に形成されてお
り、外部端子として電源端子1と出力端子2との2端子
を有する。この2端子型検出装置において、発光素子3
および受光素子4は、所定の位置における検出対象とな
る物体(図示せず)の存否に応じて光結合の有無か定め
られるように配設されている。上記発光素子3は、前記
電源端子1と出力端子2との間に抵抗R1と直列に接続
されている。上記受光素子4の光電変換出力信号(例え
ばフォトダイオードの電流出力)は、電源端子1から動
作電源か供給される増幅回路5に入力され、この増幅回
路5の出力によりスイッチング制御されるスイッチ素子
(例えばNPN トランジスタ)6は前記抵抗R1に並
列に接続されている。この場合、スイッチ用トランジス
タ6のコレクタは発光素子3のカソードに接続されてお
り、この発光素子3のアノードは電源端子1に接続され
ている。なお、上記受光素子4、増幅回路5、スイッチ
素子6および抵抗R1は受光部7を形成している。
次に、上記2端子型検出装置の使用方法と動作について
説明する。出力端子2と外部の接地電位GNDO間に負
荷抵抗(外部抵抗)RLを接続し、電源端子1に電源電
圧Vccを印加する。これにより、受光素子3は駆動電
流か供給されて受光し、受光素子4は発光素子3との光
結合の有無に応じて定まる信号を出力し、この出力信号
は増幅回路5で増幅され、スイッチ用トランジスタ6は
発光素子3と受光素子4との光結合の有無に応じて増幅
回路5の出力によりオン/オフされる。
即ち、発光素子3と受光素子4との間に物体がない場合
(受光素子は入光状態)には、スイッチ用トランジスタ
6はベース電流が十分に供給されてオンし、そのコレク
タ・エミッタ間は飽和状態に入る。このコレクタ・エミ
ッタ間飽和電圧をV CE(sat) 、発光素子3の
順方向電圧をVPで表わすと、出力端子2の出力電圧v
oは、Vo=Vcc−VF −VCE(sat)  −
・−=(1)となる。
上記とは逆に、発光素子3と受光素子4との間に物体が
ある場合(受光素子4は遮光状態)には、スイッチ用ト
ランジスタ6がオフになる。従って、発光素子3を流れ
る電流IPは抵抗R1から外部の負荷抵抗R0へと流れ
るので、出力電圧VOは、Vo  −(Vcc−VF 
 )  /  (1+R1/RL  )・・・・・・ 
(2) となる。ここで、R1>RLとなるよう定数を選ふと(
1)式〉(2)式となり、発光素子・受光素子間の物体
の有無により、出力電圧Voが変化することになり、こ
の出力電圧VOの変化により物体の有無を検出すること
かできる。
しかし、上記したような従来の2端子型検出装置は、以
下に述べるような理由により電源電圧VCCの使用範囲
が限られていた。即ち、発光素子3と受光素子4との間
に物体がある場合に、出力電圧VOは(2)式で与えら
れるが、この時、発光素子3を流れる電流IFは、 I F = (Vcc−VF ) / (R1+RL 
)  ・・(3)で与えられ、電源電圧VCCの使用範
囲が広い場合、発光素子3の順方向電圧VFはほぼ一定
であるが、発光素子3を流れる電流IFが大きく変化す
ることか分かる。数値例をあげると、 VP−2V、R,=1 kΩ、RL−300Ωとすると
、(3)式より、 Vcc−5Vの時、  IP−2,31mAVcc−2
4Vの時、IF−16,9mAとなり、電源電圧VCC
が約5倍変化した場合に、発光素子電流IFが約7倍も
変化してしまう。
従って、使用電源電圧によっては発光素子電流IFが大
きくなるので、発光素子3に負荷がかかり過ぎ、その特
性の劣化を起こしたり、逆に、発光素子電流IFが小さ
くなる場合には、発光素子・受光素子間の光結合か弱く
なって物体検出の正常動作が難しくなる等の問題があっ
た。
(発明が解決しようとする課題) 上記したように従来の光結合検出装置は、電源電圧使用
範囲が広い場合に発光素子電流が大きく変化し、発光素
子電流が大きくなる場合には発光素子に負荷かかかり過
ぎてその特性の劣化を起こし、発光素子電流が小さくな
る場合には発光素子・受光素子間の光結合が弱くなって
物体検出の正常動作が難しくなる等の問題があるので、
電源電圧の使用範囲が限られていた。
本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものて、そ
の目的は、発光素子に適度で一定の順方向電流を流すこ
とか可能になり、電源電圧の大小にかかわらす動作か可
能になり、電源電圧の使用範囲を拡大し得る光結合検出
装置を提供することにある。
[発明の構成コ (課題を解決するための手段) 第1の発明は、発光素子上受光素子との光結合の有無に
応じて物体検出を行うだめの光結合検出装置において、
電源端子と出力端子との間で前記発光素子に直列に接続
された定電流回路と、この定電流回路に並列に接続され
、前記光結合の有無に応じて受光素子の光電変換出力信
号によりスイッチング制御されるスイッチ素子とを具備
することを特徴とする。
第2の発明は、発光素子と受光素子との光結合の有無に
応じて物体検出を行うための光結合検出装置において、
電源端子と出力端子との間に直列に接続された少なくと
も1個以上のダイオードおよび定電流口路と、この定電
流回路に並列に接続され、前記光結合の有無に応じて受
光素子の光電変換出力信号によりスイッチング制御され
るスイッチ素子と、前記発光素子の両端側にそれぞれ接
続された一対の駆動電流印加端子とを具備することを特
徴とする。
(作 用) 発光素子に適度で一定の順方向電流を流すことが可能に
なり、電源電圧の大小に拘らずに正常な動作が可能にな
り、電源電圧の使用範囲を拡大することが可能になる。
(実施例) 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
第1図は、本発明の光結合検出装置の第1一実施例に係
る2端子型検出装置10を示しており、第4図を参照し
て前述した従来の2端子型検出装置と比べて、抵ILR
+に代えて定電流回路2oが接続されている点が異なり
、その他の回路構成とが、全体が一体的に形成されて外
部端子として電源端子1と出力端子2との2端子を有す
る点は同じであるので、第4図中と同一部分には同一符
号を付してその説明を省略する。
上記2端子型検出装W1oの使用方法は従来例と同様で
あり、その動作も従来例とほぼ同様であるか、定電流回
路2oを接続したことにより、電源電圧VCCの大きさ
に依存せず(但し、VCC≧V F + V CE(s
at)とする。)、発光素子3に適度で一定の電流IP
を流すことが可能になり、電源電圧Vccの大小に拘ら
ずに正常な動作が可能になる。
第2図は、第1図中の電源端子1、出力端子2、発光素
子3、スイッチ用トランジスタ6と共に定電流回路20
の一具体例を示している。定電流回路20は、エミッタ
が電源端子1に接続され、ベース・コレクタ相互が接続
されたPNP )ランジスタQ1と、エミッタおよびベ
ースが上記トランジスタQ1と共通接続されたPNP 
トランジスタQ2と、上記トランジスタQ1のコレクタ
と前記発光素子3のカソードとの間に接続された抵抗R
2と、上記トランジスタQ2とコレクタ同士が接続され
、コレクタ・ベース相互が接続され、エミッタが出力端
子2に接続されたNPN トランジスタQ3と、ベース
およびエミッタが上記トランジスタQ3と接続され、コ
レクタが前記発光素子3のカソードに接続されたNPN
 I−ランジスタQ4とからなる。
ここで、トランジスタQ1のベースΦエミッタ間電圧を
VBEで表わすと、トランジスタQ1を流れる電流II
は、 1l−(vF−vBE)/R2・・・・・・(4)で与
えられる。この電流1.が基準電流であり、この電流1
1は発光素子3の順方向電圧VFにより決定される。一
方、トランジスタQ1とQ2、トランジスタQ3とQ4
はそれぞれカレントミラー回路を形成しており、トラン
ジスタQ1とQ2のエミツタ面積比を1:m、トランジ
スタQ3とQ4のエミツタ面積比を1:nとし、それぞ
れのトランジスタの電流増幅率hFEがエミツタ面積比
m、nに比べて十分大きいとすると、トランジスタQ4
を流れる電流I4は、 1 4−mXnX1+ =m  −n  ・ (VP   VBE)/R2−(
5)であり、これにより発光素子3に一定の電流I4を
流すことかできる。
上記した定電流回路20のように、定電流回路20の基
準電流11を決定させるための基準電圧源に発光素子3
の順方向電圧VFを用いることにより、回路の簡素化、
消費電流の低減化か可能になる。
第3図は、本発明の第2実施例に係る4端子型検出装置
30を示しており、第1図を参照して前述した2端子型
検出装置10と比べて、電源端子1と出力端子2との間
の発光素子3に代えて少なくとも1個以上のダイオード
Dか接続され、発光素子3の両端側にそれぞれ接続され
た一対の駆動電流印加端子8.9を有し、外部端子とし
て、電源端子1と出力端子2と上記一対の駆動電流印加
端子8.9との4端子を有する点か異なり、その他は同
しであるので、第1図中と同一部分には同一符号を付し
てその説明を省略する。
この4端子型検出装置30の使用方法および動作は、基
本的には、前述した2端子型検出装置10と同様である
が、発光素子3を独立に駆動することができ、出力電圧
VOの取り得る最大値は、ダイオ−10部の順方向電圧
をVF’ で表わすと、Vo −Vcc −VF ’ 
−VCE(sat)   −(6)である。即ち、前述
した2端子型検出装置10の出力電圧VOは発光素子3
の順方向電圧VFにより一義的に決定されるのに対して
、上記4端子型検出装置30では、接続するダイオード
Dの個数により順方向電圧VF’ を変更して8カ電圧
VOの取り得る最大値を変更することができる。但し、
VP ’ −VCE(sat)の電圧で増幅回路5が動
作することが前提である。
このことを数値例をあげて説明すると、前述した2端子
型検出装置10では、発光素子3の順方向電圧VFを2
−V、コレクタ・エミッタ間飽和電圧V CE(sat
)を仮にOVとした場合、電源電圧Vcc−5Vの時、
出力電圧VOの最大値は3■と一義的に決まるのに対し
て、上記4端子型検出装置30ては、1個のダイオード
Dの順方向電圧を0.7V(シリコン・ダイオードの場
合)とすると、ダイオードDを1つ接続した場合には出
力電圧VOの最大値は4.3Vであり、ダイオードDを
2つ接続した場合には出力電圧VOの最大値は3.6V
となる。
なお、第3図中の定電流回路2oの一具体例としては、
第2図に示した定電流回路2o中−の発光素子3に代え
て、ダイオードDを例えば2個直列に接続すればよい。
また、上記各実施例のトランジスタの極性(NPN、P
NP)を逆にすると共に電源極性を逆にするように変更
したり、あるいは、バイポーラトランジスタに代えて電
界効果トランジスタを使用して構成してもよい。
さらに、上記各実施例の光結合検出装置10゜30の使
用方法として、外部抵抗RLを電源端子1側に接続する
と共に出力端子2を接地するように変更して、出力電圧
VOの論理レベルを反転させることが可能である。
[発明の効果] 上述したように本発明の光結合検出装置によれば、発光
素子に適度で一定の順方向電流を流すことが可能になり
、電源電圧の大小に拘らずに正常な動作が可能になり、
電源電圧の使用範囲を拡大することができる。
即ち、2端子型検出装置では、スイッチ素子に並列に定
電流回路を接続することにより、電源電圧の使用範囲が
広い場合にも発光素子に一定の電流を流すことができる
ので、従来の2端子型検出装置のような発光素子電流の
過不足による動作不具合を改善することができる。
また、発光素子の代わりにダイオードを接続した4端子
型検出装置の場合には、2端子型検出装置に比べて、ダ
イオードを接続する個数の変更により出力電圧の取り得
る最大値を変更することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係る2端子型光結合検出装
置の一例を示す回路図、第2図は第1図中の定電流回路
の一具体例を示す回路図、第3図は本発明の他の実施例
に係る4端子型光結合検出装置の一例を示す回路図、第
4図は従来の2端子型の光結合検出装置を示す回路図で
ある。 1・・電源端子、2・・・出力端子、3・・・発光素子
、4・・・受光素子、5・・・増幅回路、6・・・スイ
ッチ用トランジスタ、8.9・・・駆動電流印加端子、
10・2端子型検出装置、20・・・定電流回路、30
・・4端子型検出装置、D・・ダイオード。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第2図

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)発光素子と受光素子との光結合の有無に応じて物
    体検出を行うための光結合検出装置において、 前記光結合の有無に応じて受光素子の光電変換出力信号
    によりスイッチング制御されるスイッチ素子と、 このスイッチ素子に並列に接続され、電源端子と出力端
    子との間で前記発光素子に直列に接続された定電流回路
    と を具備することを特徴とする光結合検出装置。
  2. (2)請求項1記載の光結合検出装置は、全体が一体的
    に形成されており、外部端子として前記電源端子と出力
    端子との2端子を有することを特徴とする光結合検出装
    置。
  3. (3)請求項1または2記載の光結合検出装置において
    、前記定電流回路の構成要素である基準電圧源として前
    記発光素子の順方向電圧が用いられていることを特徴と
    する光結合検出装置。
  4. (4)発光素子と受光素子との光結合の有無に応じて物
    体検出を行うための光結合検出装置において、 前記光結合の有無に応じて受光素子の光電変換出力信号
    によりスイッチング制御されるスイッチ素子と、 このスイッチ素子に並列に接続された定電流回路と、 電源端子と出力端子との間で上記定電流回路に直列に接
    続された少なくとも1個以上のダイオードと、 前記発光素子の両端側にそれぞれ接続された一対の駆動
    電流印加端子と を具備することを特徴とする光結合検出装置。
  5. (5)請求項3記載の光結合検出装置は、全体が一体的
    に形成されており、外部端子として前記電源端子と出力
    端子と前記一対の駆動電流印加端子との4端子を有する
    ことを特徴とする光結合検出装置。
  6. (6)請求項4または5記載の光結合検出装置において
    、前記定電流回路の構成要素である基準電圧源として前
    記ダイオードの順方向電圧が用いられていることを特徴
    とする光結合検出装置。
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