JPH04361102A - 反射形位置検出器 - 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】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、受光素子と受光素子か
らなる反射形位置検出器、特に被位置検出物からの反射
光の変化分のみを取りだして増幅することによって得ら
れる、感度と安定度の高い反射形位置検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】動作状況を色の変化や、模様の変化で表
示する電気機器等の試験は、通常目視で行っているが、
特に機械化が必要なときは、電気機器の外部から判定が
できる反射形位置検出器が使用される。

【０００３】このような目的に使用される反射形位置検
出器としては、図５に示すものが一般に使用されている
。図５において、Ｄ１１は位置検出器の発光素子として
使用される発光ダイオ―ド、ＶＲ１１は、発光ダイオ―
ドＤ１１に流れる電流、すなわち光量を調整することに
より、後述する受光素子として使用されるフォトトラン
ジスタＴＲ１１の動作点を適正化するための光量調整用
可変抵抗器、ＴＲ１１は、フォトトランジスタで、発光
素子から、被位置検出物あるいは背景により反射された
光量を電流量に変換する。ＶＲ１２は、フォトトランジ
スタＴＲ１１に流れる電流を電圧に変換するための感度
調節用可変抵抗器で、この抵抗値を変えることにより電
圧増幅度が変化する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記構成を有する従来
の反射位置検出器は、主にフォトトランジスタの、飽和
領域を使用しており、反射光により、フォトトランジス
タに電流が流れ、負荷抵抗ＶＲ１２の電圧降下により、
フォトトランジスタのコレクタ電圧が、飽和領域まで低
下した時がロ―レベル、反射光が疎外されることにより
、フォトトランジスタの電流がしゃ断され、コレクタ電
圧が、ほぼ印加電圧まで上昇したときが、ハイレベルと
判定する。以下、図６にフォトトランジスタに入射する
光の変化に対する、コレクタ電圧の変化を図示し、図５
の動作を説明する。

【０００５】図６ｅ１１からｅ１４は、フォトトランジ
スタの入射光の変化、特性曲線は、フォトトランジスタ
の入射光対コレクタ電圧の代表例で、フォトトランジス
タのコレクタ電圧状態で三状態に分かれている。

【０００６】フォトトランジスタのコレクタ電圧が、ほ
ぼ印加電圧でフォトトランジスタの入射光量が、より減
少しても変化しない領域をハイレベル、フォトトランジ
スタのコレクタ電圧が入射光量によって変化する非飽和
領域を変化領域、フォトトランジスタのコレクタ電圧が
、ほぼ０Ｖでフォトトランジスタの入射光量が、より増
加しても変化しない領域をロ―レベルとし、ハイレベル
及びロ―レベルの領域を使用している。フォトトランジ
スタのコレクタ電圧が、フォトトランジスタの入射光量
によって変化する非飽和領域は反射形位置検出器の取り
付け方法、フォトトランジスタの特性の変化、発光ダイ
オ―ドの光量の変化等によりハイレベル、ロ―レベルの
判定が不安定になるため、一般的には使用しない。Ｅ１
１からＥ１４は、フォトトランジスタに入射する光量の
変化、ｅ１１からｅ１４に対するフォトトランジスタの
コレクタ電圧の変化である。

【０００７】ｅ１１は、光量の変化が十分で、動作点も
良い例であり、発光ダイオ―ドから出た光の反射が疎外
されている時は、フォトトランジスタのコレクタ電流が
少なくなるため、負荷抵抗ＶＲ１２による電圧降下も十
分小さく、フォトトランジスタのコレクタ電圧Ｅ１１は
、ほぼ印加電圧になっている。被位置検出物からの反射
によりフォトトランジスタに入射する光量が増加したと
きは、フォトトランジスタのコレクタ電流も増加し、負
荷抵抗ＶＲ１２による電圧降下も大きくなり、フォトト
ランジスタのコレクタ電圧Ｅ１１は、ほぼ０Ｖになって
いる。

【０００８】ｅ１２は、光量の変化は十分であるが、発
光ダイオ―ドの光量不足、被位置検出物の反射率の不足
、取り付け位置の不良等により、全体的に、フォトトラ
ンジスタの受光量が少なく、フォトトランジスタのコレ
クタ電圧、Ｅ１２が十分に低下せず、位置検出が出来な
い例を示す。ｅ１３は、光量の変化が不十分なため、フ
ォトトランジスタのコレクタ電圧が変化領域にあり位置
検出が不安定になる例を示す。ｅ１４は、フォトトラン
ジスタの受光量過多のため、光量が変化しても、フォト
トランジスタのコレクタ電圧Ｅ１４が、ロ―レベルから
変化しない例を示す。

【０００９】以上説明した通り、このような反射形位置
検出器においては、取り付け位置の変化、被位置検出物
または背景の反射率の変化、動作点の変化等により、光
量の変化が十分でも位置検出ができくなることがある。

【００１０】このため被測定物と背景の距離を大きくと
る、被位置検出物と背景の反射率の差を大きくとるなど
の制約が必要であり、反射形位置検出器の取り付け位置
を変えたり、被位置検出物と背景の反射率が変化した時
は、動作点が変化し、その都度調整を取り直さなければ
ならないなどの欠点がある。 ［発明の構成］

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、位置検出器の
前を被位置検出物が動いたことを光学系で検出し、電気
的に出力する反射形位置検出器において、発光素子と、
被位置検出物および背景からの反射光を電圧に変換する
受光素子と、受光素子の出力電圧を直線的に動作させる
ために動作点電圧を整定する動作点整定手段と、この動
作点整定手段の出力電圧と、受光素子の出力電圧との差
電圧を増幅し、発光素子に負帰還をかけ、受光素子の動
作点を安定化する誤差増幅手段と、被位置検出物および
背景からの反射光の変化による、受光素子の出力電圧の
変化分のみを選択的に増幅して、出力する微分増幅手段
とを備えていることを特徴としている。

【００１２】

【作用】このように構成された本発明による反射形位置
検出器によれば、発光素子から出た光は、被位置検出物
または背景で反射して受光素子に入り、受光素子で電圧
に変換され、微分増幅手段で光の変化に相当する電圧の
変化のみが選択的に増幅され出力される。受光素子の出
力電圧は、誤差増幅手段に負帰還され、ここで、動作点
整定手段の整定電圧と比較増幅され、発光素子に出力さ
れる。このため受光素子の出力電圧が上昇すれば、発光
素子に流れる電流が増加し光量を増加させ、受光素子の
出力電圧を低下させる。受光素子の出力電圧が低下すれ
ば、発光素子に流れる電流が減少し光量を減少させ、受
光素子の出力電圧を上昇させる。このように動作するた
め、受光素子の動作点は一定に保たれる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して実施例を説明する。図
１は、本発明による第１の実施例を示す機能ブロック図
である。本実施例の反射形位置検出器１は、後記受光素
子５の動作点を整定するための動作点整定手段２と、差
動増幅構成の誤差増幅手段３と、発光素子４と、受光素
子５と、微分増幅手段６とを備えており、発光素子から
出た光の被位置検出物と背景による反射光の差分のみを
増幅し、電気信号で出力する。

【００１４】誤差増幅手段３は、２つの入力を有する差
動増幅器構成の増幅器であり、一つの入力は、動作点整
定手段２より導入し、他方は、負帰還電圧として受光素
子５の出力電圧を導入し、その出力は発光素子４に接続
されている。

【００１５】微分増幅手段６は、前記受光素子５の出力
電圧を導入し、発光素子から出た光の被位置検出物と背
景による反射光の差分のみを増幅し、外部へ出力する。 次ぎに作用を説明する。

【００１６】まず、動作点整定手段２によって整定され
た受光素子５の動作点整定電圧と、受光素子５の出力電
圧が、誤差増幅手段３に導入される。誤差増幅手段３は
差動増幅回路で、受光素子５の出力電圧と動作点整定手
段２の整定電圧が等しくなるように、その出力が変化し
、発光素子４に流れる電流すなわち光量を制御する。 微分増幅手段６は、被位置検出物の動きによる受光素子
の出力電圧の変化のみを選択的に増幅し出力する。

【００１７】以上述べたように、受光素子の動作域を任
意に整定でき、かつ光学系に負帰還をかけることにより
動作点を安定化しているため、高い安定度を持ち、感度
の良い位置検出ができる。

【００１８】図２は、本発明による反射形位置検出器を
具体的に示す第２の実施例を示し、受光素子としてフォ
トトランジスタを使用している。図３は図２の受光素子
の動作を示す説明図である。

【００１９】この第２の実施例の反射形位置検出器は、
後記フォトトランジスタＴＲの動作点を非飽和領域に整
定するための抵抗Ｒ１，Ｒ２と、誤差増幅回路Ａ１と、
発光素子としての発光ダイオ―ドＤと、受光量を電流量
に変換するためのフォトトランジスタＴＲと、フォトト
ランジスタＴＲに流れる電流を電圧に変換し、その抵抗
値の大きさにより増幅度を可変するレベル調整用可変抵
抗器ＶＲと、受光量の変化によるフォトトランジスタＴ
Ｒの出力電圧の変化分のみを検出する演算素子Ｒ４，Ｒ
５，Ｃ２と演算増幅器Ａ２から成る微分増幅回路とを備
えている。

【００２０】誤差増幅回路Ａ１は、非反転、反転の二つ
の入力を有する差動増幅器で反転入力側には印加電圧を
抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧した電圧が、非反転入力側には、
演算抵抗Ｒ３を経て、フォトトランジスタＴＲのコレク
タ電圧が入力されている。また、誤差増幅回路Ａ１は、
演算素子Ｃ１、Ｒ３による積分特性を持たせてある。演
算増幅回路Ａ２には、フォトトランジスタＴＲのコレク
タ電圧が演算素子Ｃ２，Ｒ４，を経て、反転入力側に入
力されている。

【００２１】図３において、ｅはフォトトランジスタの
入射光の変化、特性曲線はフォトトランジスタの入射光
対コレクタ電圧特性の代表例、Ｅは入射光の変化ｅに対
応するフォトトランジスタのコレクタ電圧の変化を示し
ている。次に、上記実施例に係る反射形位置検出器の動
作について説明する。

【００２２】フォトトランジスタＴＲの動作点整定抵抗
Ｒ１、Ｒ２で、非飽和領域で最大のコレクタ電圧の変化
が得られるように、フォトトランジスタの動作点電圧を
印加電圧の１／２に整定し、誤差増幅を目的とした後記
する増幅回路Ａ１の反転入力に入力する。

【００２３】増幅回路Ａ１の非反転入力側には、後記す
るフォトトランジスタＴＲのコレクタ電圧が積分演算素
子Ｒ３を経由して入力されており、この電圧が前記反転
入力側電圧と等しくなるよう比較増幅し、出力に接続さ
れている発光ダイオ―ドＤに流れる電流を制御し、発光
量を制御する。また、増幅回路Ａ１は、Ｃ１、Ｒ３によ
り、積分回路を構成しており出力は、Ｃ１、Ｒ３の時定
数により変化する。

【００２４】発光ダイオ―ドＤより発生した光は、被位
置検出物または背景により反射され、フォトトランジス
タに到達する。このため被位置検出物が移動すると、フ
ォトトランジスタの受光量が変化し、フォトトランジス
タのコレクタ電流が変化する。この電流の変化をＶＲに
より電圧の変化に変換し、前述の増幅回路Ａ１に、負帰
還することにより光学系を含めたＡ１、Ｄ、ＴＲから成
る負帰還ル―プを形成している。このため図３に示すよ
うにフォトトランジスタＴＲに到達する光の量が変化し
、フォトトランジスタＴＲのコレクタ電圧が変化した場
合でも、発光ダイオ―ドＤに流れる電流が制御され、フ
ォトトランジスタＴＲのコレクタ電圧は動作点整定抵抗
Ｒ１、Ｒ２により整定された、印加電圧の１／２の電圧
にＣ１、Ｒ３の時定数で回帰する。このように動作する
ため、常にフォトトランジスタの非飽和領域を使用して
の光検出を行うことができる。増幅回路Ａ２は、フォト
トランジスタに到達する光の量が被位置検出物の移動に
より急峻に変化した時のコレクタ電圧の変化分のみを検
出し、それを増幅して検出信号として出力するために演
算素子Ｃ２、Ｒ４、Ｒ５により微分回路を構成している
。

【００２５】以上述べたように、本実施例による反射形
位置検出器は、フォトトランジスタの動作点として非飽
和領域を使用し、かつ、光学系を含めた負帰還ル―プを
構成することによって、フォトトランジスタの動作点を
安定化しているため、受光素子に到達する光の変化量が
小さくとも被位置検出物の移動を確実に検出することが
できる。図４は、受光素子にＣｄｓを使用した、反射形
位置検出器のその他の実施例を示す。

【００２６】受光素子Ｃｄｓは、受光量の変化を抵抗値
の変化に変換する素子で、受光量の変化に対する抵抗値
の変化の割合が比較的小さいため、印加電圧を受光素子
Ｃｄｓの抵抗値と可変抵抗器ＶＲで分圧した受光素子Ｃ
ｄｓの出力電圧の変化は、図２で説明した実施例に比較
して小さく感度的には劣るが増幅回路Ａ２、演算素子Ｃ
２・Ｒ４・Ｒ５からなる微分回路の増幅度を高めること
により、検出信号出力として、十分大きな電圧の変化を
取り出すことができる。

【００２７】受光素子は以上述べたフォトトランジスタ
、Ｃｄｓに限らず、光量の変化を電圧の変化に変換でき
るものであれば良く、フォトダイオ―ド等の利用も可能
である。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明による反射形
位置検出器は、光学系を含めた負帰還ル―プを構成する
ことによって、受光素子の動作点を安定化しており、し
かも、受光素子の出力電圧の変化のみを選択的に増幅し
て検出信号として出力しているため、受光素子に到達す
る光の変化量が小さくとも被位置検出物の移動を確実に
検出することができる。また、被位置検出物の取り付け
状態の変化、被位置検出物あるいは背景の反射率の変化
、外部光線等の外乱による、影響も少なく、安定した反
射形位置検出器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１の実施例を示すブロック図

【
図２】本発明の第２の実施例を示す構成図

【図３】第２
の実施例の動作を示す説明図

【図４】他の実施例を示す
構成図

【図５】従来の反射形位置検出器を示す構成図

【図６】
従来の位置検出器の動作を示す説明図

【符号の説明】

１…反射形位置検出器、　　　　　　　　２…動作点整
定手段、３…誤差増幅手段、　　　　　　　　　　　　
４…発光素子、５…受光素子、　　　　　　　　　　　
　　　　　６…微分増幅手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　発光素子により被位置検出物および背
   景に光を照射し、その反射光を受光素子で受光し、受光
   量の変化を電圧の変化に変えて被位置検出物の動きを検
   出する反射形位置検出器において、受光素子の動作点電
   圧を整定する動作点整定手段と、動作点整定手段により
   整定した電圧と、受光素子の出力電圧とを比較し、その
   差電圧を増幅して発光素子に負帰還をかける誤差増幅手
   段と、受光素子の出力電圧の変化分のみを選択的に増幅
   し検出信号として出力する微分増幅手段とを備えている
   ことを特徴とする反射形位置検出器。