JPH07113947B2

JPH07113947B2 - 信号処理装置

Info

Publication number: JPH07113947B2
Application number: JP62223771A
Authority: JP
Inventors: 和男長谷川
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1987-09-07
Filing date: 1987-09-07
Publication date: 1995-12-06
Anticipated expiration: 2010-12-06
Also published as: JPS6465675A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、受光量の変化に応じてインピーダンスが変化
する受光素子から得られる信号を処理するための信号処
理装置に関するものである。

（従来の技術）近年、バーコードリーダ，光学式ロータリーエンコー
ダ，ファクシミリやイメージスキャナ等の画像読取装置
および光学式座標入力装置等のごとく、明るさの変化に
応じた受光量の変化を電気的信号に変換する光電素子が
汎用されている。

そして、光電素子と抵抗を電源と接地間に直列に介装し
て、受光量に応じた光電素子のインピーダンス変化が、
光電素子と抵抗による分圧電圧の変化として電気的信号
に変換出力される。

ところで、光電素子は受光量が零であってもインピーダ
ンスが無限大とならずに暗電流が流れる。また、光電素
子に照射される光量は、バーコード等の印刷された被検
出物からの反射光と周囲の外乱光とからなる。このため
に、受光素子に流れる電流は、反射光の変化分の信号と
しての交流成分に、暗電流や外乱光等による直流成分が
重畳されたものである。そして、この直流成分は、周囲
の明るさの違い、光源からバーコード面等に照射される
光量の違い、バーコード面の反射率の違い、素子固有の
暗電流の大きさの違い等によって大幅に変動する。

そこで、上記直流成分を阻止し、信号としての交流成分
を抽出するために、例えば交流結合型の信号処理が従来
なされている。第５図は、従来の交流結合型の信号処理
装置の回路図である。第５図において、LED1からバーコ
ード面に照射された光がバーコード面で反射されて受光
素子であるフォトトランジスタ２に受光される。このフ
ォトトランジスタ２と抵抗３が直列接続されて電源端子
と接地間に介装され、フォトトランジスタ２と抵抗３の
接続点が直流阻止用のコンデンサ４を介して後段の増幅
回路５等に接続される。

かかる構成において、周囲の明るさ等によって大幅に変
動する直流成分がコンデンサ４で阻止され、信号として
の交流成分のみが増幅回路５等に与えられる。

（発明が解決しようとする問題点）ところで、上記の交流結合型の信号処理装置にあって
は、直流成分によるコンデンサ４の両端の直流電位差が
放電されるまでの間は、第６図（ｂ）の破線のごとく、
コンデンサ４の後段に現われる交流成分の平均値が変化
する。そこで、この交流成分をある基準値によって２値
化すると、コンデンサ４に与えられた第６図（ａ）の交
流成分の信号幅と異なる２値化信号が生じる等の問題点
があった。

なお、直流結合型の信号処理にあっては、直流成分の大
幅な変化に対する大きなダイナミックレンジが必要であ
り、電池等の低い電圧を電源とする装置にあってはダイ
ナミックレンジを大きくとることができず不適当であっ
た。

本発明の目的は、上記した従来の信号処理装置の問題点
を解決するためになされたもので、受光素子のインピー
ダンス変化に応じた信号が所定の基準電圧に重畳されて
出力される信号処理装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）かかる目的を達成するために、本発明の信号処理装置
は、受光量の変化に応じてインピーダンスが変化する受
光素子と第１の抵抗の直列接続体に電圧を加え、前記受
光素子と第１の抵抗との接続点の電圧と基準電圧とを比
較回路で比較し、その出力を整流回路を介して電圧保持
回路を保持し、この電圧保持回路で保持される保持電圧
を前記基準電圧に重畳してバッファ回路に与え、このバ
ッファ回路の出力電圧を第２の抵抗を介して前記受光素
子と第１の抵抗との接続点に与え、前記接続点より前記
基準電圧に前記受光量の変化に応じた信号を重畳して出
力端子に出力するように構成されている。

（作用）受光素子と第１の抵抗との接続点の電圧と基準電圧との
比較回路で比較し、その出力でバッファ回路の出力電圧
を制御し、このバッファ回路の出力電圧を第２の抵抗を
介して接続点に与えるので、接続点の電圧と基準電圧と
が相違するとバッファ回路の出力電圧により第２の抵抗
に流れる電流の大きさが変化し、接続点の電圧が基準電
圧に一致するように動作する。そして、比較回路の出力
を整流回路を介して電圧保持回路で保持し、この保持電
圧を基準電圧に重畳してバッファ回路に与えるので、受
光素子の受光量の変化によりインピーダンスが変化して
接続点の電圧が変化すると、比較回路の出力が整流回路
の逆方向電圧であれば、バッファ回路に与えられる電圧
は変化せず、受光量の変化に応じた信号が得られる。

（実施例）以下、本発明の実施例を第１図ないし第３図を参照して
説明する。第１図は、本発明の信号処理装置の一実施例
の回路図であり、第２図は、第１図のフォトトランジス
タの受光量の少ないときの走査に対する動作を説明する
図であり、第３図は、第１図のフォトトランジスタの受
光量が多いときの走査に対する動作を説明する図であ
る。

まず、第１図により、構成を説明する。LED1からバーコ
ード面に照射された光がバーコード面に反射されて受光
素子であるフォトトランジスタ２に受光される。このフ
ォトトランジスタ２のコレクタは電源端子に接続され、
エミッタが第１の抵抗10を介して接地される。そして、
フォトトランジスタ２と第１の抵抗10の接続点Ａが出力
端子11に接続されるとともに比較回路である第１のオペ
アンプ12の反転入力端に接続され、さらに第２の抵抗13
を介してバッファ回路である第２のオペアンプ14の出力
端および反転入力端に接続される。そして、基準電圧V_S
を出力する基準電圧回路15が、第１のオペアンプ12の非
反転入力端に接続されるとともに、電圧保持回路である
コンデンサ16と第３の抵抗17の並列接続体を介して第２
のオペアンプ14の非反転入力端に接続される。さらに、
第１のオペアンプ12の出力端が整流回路であるダイオー
ド18のカソードに接続され、このダイオード18のアノー
ドが第４の抵抗19を介して第２のオペアンプ14の非反転
入力端に接続される。

かかる構成において、まず電源が投入されてフォトトラ
ンジスタ２がバーコード面に対向していないとすれば、
フォトトランジスタ２は周囲の外乱光を受光するのみで
あってインピーダンスは大きく、フォトトランジスタ２
に流れる電流I₃は小さく接続点Ａの電圧は低いものとな
る。ここで、第２のオペアンプ14は、非反転入力端に第
３の抵抗17を介して基準電圧回路15から基準電圧V_Sが与
えられており、出力電圧が基準電圧V_Sとなるように動作
する。このため、第２の抵抗13を介して接続点Ａに電流
I₂が流れ込み、接続点Ａの電圧は、基準電圧V_Sより第２
の抵抗13の電圧降下分だけ低い電圧となる。

そして、フォトトランジスタ２がバーコード面に向けら
れて白部分に対向されたならば、フォトトランジスタ２
の受光量が増加し、インピーダンスが低下して電流I₃が
増加し、接続点Ａの電圧が上昇する。この接続点Ａの電
圧が基準電圧V_Sを越えると、第１のオペアンプ12の出力
がローレベルとなる。このローレベルの出力がダイオー
ド18を導通させ、第４の抵抗19とコンデンサ16で積分さ
れてコンデンサ16に充電される。さらに、このコンデン
サ16に充電された保持電圧V_eが、基準電圧V_Sに重畳され
て第２のオペアンプ14の非反転入力端に与えられる。そ
こで、第２のオペアンプ14の出力電圧は低下し、接続点
Ａから第２の抵抗13を介して第２のオペアンプ14の出力
端に電流I₂が流れ込んで、第１の抵抗10に流れる電流I₁
の大きさを減少させる。このようにして、接続点Ａの電
圧が基準電圧V_Sと一致される。

次に、第２図を参照してフォトトランジスタ２の受光量
が少ないときの走査に対する動作につき説明する。

フォトトランジスタ２がバーコード面に向けられ、第２
図（ａ）のごとく白部分ｗと黒部分ｙが交互に配列され
たバーコード上を走査される。そして、フォトトランジ
スタ２が白部分ｗに対向して第２図（ｂ）のレベルｐの
受光量を受け、黒部分ｙでレベルｐより低い受光量を受
ける。ここで、白部分ｗにおけるフォトトランジスタ２
が受ける受光量に応じて、第２図（ｃ），（ｅ）のごと
く、フォトトランジスタ２に流れる電流I₃、第１と第２
の抵抗10,13に流れる電流I₁,I₂、および保持電圧V_eが適
宜な値となる。そして、フォトトランジスタ２が走査に
より黒部分ｙに対向すると、受光量が低下して流れる電
流I₃が第２図（ｃ）のごとく減少する。この電流I₃の減
少により、接続点Ａの電圧も低下するが、第１のオペア
ンプ12はハイレベルの出力となり、ダイオード18で阻止
されて保持電圧V_eは変化しない。そこで、第２のオペア
ンプ14の出力電圧も変化せず、第２の抵抗13に流れる電
流I₂は第２図（ｃ）のごとくほぼ一定である。この結
果、接続点Ａの電圧の低下がそのまま出力端子11に出力
される。そして、再度フォトトランジスタ２が走査によ
り白部分ｗに対向すれば、接続点Ａの電圧は基準電圧V_S
に復帰する。

したがって、出力端子11に第２図（ｄ）のごとく、白部
分ｗで基準電圧V_Sが出力され黒部分ｙで基準電圧V_Sより
低下した電圧が信号として出力される。

さらに、第３図を参照してフォトトランジスタ２の受光
量が多いときの走査に対する動作につき説明する。

フォトトランジスタ２が白部分ｗに対向して第３図
（ｂ）の大きなレベルｐ′の受光量を受ける。すると、
白部分ｗにおけるフォトトランジスタ２で受ける受光量
に応じて、第３図（ｃ）のごとくフォトトランジスタ２
に流れる電流I₃′が大きくなる。そして、第３図（ｅ）
のごとくコンデンサ16に充電される保持電圧V_e′も大き
くなり、またこの保持電圧V_e′の増加により第２のオペ
アンプ14の出力電圧が一層低下して第２の抵抗13に流れ
る電流I₂′も大きくなる。ここで、この第２の抵抗13に
流れる電流I₂′の増加により接続点Ａの電圧は基準電圧
V_Sに一致され、第１の抵抗10に流れる電流I₁′は第２図
（ｃ）と同じ大きさである。そして、フォトトランジス
タ２が走査されて黒部分ｙに対向すると、受光量も大き
く低下してフォトトランジスタ２に流れる電流I₃′が第
３図（ｃ）のごとく大きく減少する。この電流I₃′の減
少により、接続点Ａの電圧は低下するが、第２のオペア
ンプ14の出力電圧は変化しない。この結果、接続点Ａの
電圧の低下がそのまま出力端子11に出力される。そし
て、再度フォトトラジスタ２が白部分ｗに対向すれば基
準電圧V_Sに復帰する。

したがって、出力端子11には、第３図（ｄ）のごとく、
白部分ｗでフォトトランジスタ２の受光量の相違にかか
わらず基準電圧V_Sが出力され、黒部分ｙで基準電圧V_Sよ
り低下した電圧が信号として出力される。そして、受光
量のレベルが大きいだけ白部分ｗと黒部分ｙの受光量の
変化幅が大きく、それだけ黒部分ｙにおける信号として
の電圧は基準電圧V_Sから大きく低下する。

なお、上記実施例にあっては、白部分ｗにおけるフォト
トランジスタ２のインピーダンスを基準として黒部分ｙ
を信号として検出するように構成されているが、ダイオ
ード18の向きを反転することで、黒部分ｙにおけるフォ
トトランジスタ２のインピーダンスを基準として白部分
ｗを信号として検出することができる。

第４図は、本発明の信号処理装置の他の実施例の回路図
である。第４図において、第１図と同一回路には同一符
号を付けて重複する説明を省略する。

第４図において、第１図と相違するところは、第１の抵
抗10の一端が電源端子に接続されるとともに他端がフォ
トトランジスタ２のコレクタに接続され、このフォトト
ランジスタ２のエミッタが接地され、またダイオード18
のアノードが第１のオペアンプ12の出力端に接続される
とともにカソードが第４の抵抗19を介して第２のオペア
ンプ14の非反転入力端に接続されることにある。

かかる構成において、電源が投入された際に、フォトト
ランジスタ２がバーコード面の白部分に対向していると
すれば、その受光量に応じたフォトトランジスタ２のイ
ンピーダンスに基づいて電流I₃″が流れる。そして、接
続点Ａの電圧が基準電圧V_Sより低下すれば、第１のオペ
アンプ12はハイレベルの出力となり、ダイオード18を導
通させてコンデンサ16に充電される。なお、コンデンサ
16には、第１図と逆向きに電圧が加わる。そして、この
コンデンサ16の保持電圧V_e″が基準電圧V_Sに重畳されて
第２のオペアンプ14の非反転出力端に与えられ、第２の
オペアンプ14の出力端から基準電圧V_Sより高い出力電圧
が出力され、第２の抵抗13を介して電流I₂″が接続点Ａ
に流れ込む。このようにして、接続点Ａの電圧が基準電
圧V_Sと一致される。

そして、フォトトランジスタ２が走査されて黒部分ｙに
対向すると、フォトトランジスタ２の受光量が減少して
インピーダンスが増加し、接続点Ａの電圧が基準電圧V_S
より上昇する。そこで、第１のオペアンプ12はローレベ
ルの出力となるが、ダイオード18で阻止されてコンデン
サ16の保持電圧V_e″は変化せず、第２のオペアンプ14の
出力電圧も変化しない。この結果、接続点Ａの電圧の上
昇がそのまま出力端子11に出力される。そして、再度フ
ォトトランジスタ２が走査により白部分ｗに対向すれ
ば、接続点Ａの電圧は基準電圧V_Sに復帰する。

したがって、出力端子11には、白部分ｗで基準電圧V_Sが
出力され、黒部分ｙで基準電圧V_Sより上昇した電圧が信
号として出力される。

なお、第４図に示す上記実施例においても、ダイオード
18の向きを反転することで、黒部分ｙを基準として白部
分ｗを信号として検出することができる。

上記のごとく、出力端子11に出力される出力電圧は、基
準電圧V_Sに対して黒部分ｙまたは白部分ｗで電圧を変化
させる信号であり、出力電圧と基準電圧V_Sを比較するこ
とで信号のみを確実に検出することができる。そして、
フォトトランジスタ２の受光量の違い等があっても基準
とする白部分ｗまたは黒部分ｙが基準電圧V_Sとなるの
で、ダイナミックレンジを大きく必要としない。

（発明の効果）以上説明したように、本発明の信号処理装置によれば、
受光素子の受光量等の違いにかかわらず受光素子のイピ
ーダンスの変化分に応じた信号が所定の基準電圧に重畳
されて出力されるので、この出力電圧と基準電圧を比較
することで信号を確実に検出でき、しかも出力電圧の基
準電圧が一定であるので、ダイナミックレンジを大きく
必要とせず、電池等の低い電圧を電源とする装置に好適
であるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の信号処理装置の一実施例の回路図で
あり、第２図は、第１図のフォトトランジスタの受光量
の少ないときの走査に対する動作を説明する図であり、
第３図は、第１図のフォトトランジスタの受光量が多い
ときの走査に対する動作を説明する図であり、第４図
は、本発明の信号処理装置の他の実施例の回路図であ
り、第５図は、従来の交流結合型の信号処理装置の回路
図であり、第６図は、第５図の動作を説明する図であ
る。 2:フォトトランジスタ、 10:第１の抵抗、11:出力端子、 12:第１のオペアンプ、13:第２の抵抗、 14:第２のオペアンプ、15:基準電圧回路、 16:コンデンサ、17:第３の抵抗、 18:ダイオード、19:第４の抵抗。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】受光量の変化に応じてインピーダンスが変
化する受光素子と第１の抵抗の直列接続体に電圧を加
え、前記受光素子と第１の抵抗との接続点の電圧と基準
電圧とを比較回路で比較し、その出力を整流回路を介し
て電圧保持回路で保持し、この電圧保持回路で保持され
る保持電圧を前記基準電圧に重畳してバッファ回路に与
え、このバッファ回路の出力電圧を第２の抵抗を介して
前記受光素子と第１の抵抗との接続点に与え、前記接続
点より前記基準電圧に前記受光量の変化に応じた信号を
重畳して出力端子に出力するようにしたことを特徴とす
る信号処理装置。