JPS62126384A - 光学的物体検知装置 - Google Patents

光学的物体検知装置

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JPS62126384A
JPS62126384A JP60266928A JP26692885A JPS62126384A JP S62126384 A JPS62126384 A JP S62126384A JP 60266928 A JP60266928 A JP 60266928A JP 26692885 A JP26692885 A JP 26692885A JP S62126384 A JPS62126384 A JP S62126384A
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light
transistor
light emitting
object detection
constant voltage
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Wataru Hayakawa
亘 早川
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V8/00Prospecting or detecting by optical means
    • G01V8/10Detecting, e.g. by using light barriers
    • G01V8/12Detecting, e.g. by using light barriers using one transmitter and one receiver
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/30Measuring the intensity of spectral lines directly on the spectrum itself
    • G01J3/32Investigating bands of a spectrum in sequence by a single detector

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  • Geophysics (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は光学的物体検知′3A@に関し、より詳細には
入出力接続線数を極少シこした、安価で製造が容易な光
学・的物体検知装置に関する。
〔発明の背景〕
光学的物体検知装置はオートメーション機器における物
体通過検知に種々用いられており、基本的には、第6図
にその一例を示す如く、2本の接続線で電源を供給され
る投光器lと、この投光器1からの光を受光し、その通
過光量の変化を検知して信号として送出する受光器2と
から構成されている。なお、第6図において、記号3は
被検知物体を示している。
上記投光器1.受光器2の内部構造は第7図に示すよう
になっており、投光器部11は発光素子(発光ダイオー
ド等)14を、受光器部12は受光素子(フォトトラン
ジスタ等)15をそれぞれ含んでいる。また、17は本
光学的物体検知装置を動作させるに必要な電力供給線お
よび検知出力をオートメーション装置の本体の受信側回
路16等に接続する信号線を示しており、この例では5
本が用いられている。
上述の如く、従来の光学的物体検知装置においては、電
源電力供給線や信号線としてそれぞれの接続線が必要で
、最低でも、電源、アース、出力の3本の接続線が必要
であり、更に、多数の個別電気部品を組合せた付属回路
が必要で、このような物量の多さが従来の光学的物体検
知装置の重大な問題となっていた。
すなわち、最近の複雑なオートメーション機器において
は、一つのシステム内で数十個の物体検931装置を組
込む必要があり、従来の光学的物体検知装置の如く多数
の配線や個別電気部品を必要とする装置は、オートメー
ション81器の小形化、高信頼性fヒに大きな障害とな
っていた。
なお、この種の光学的物体検知vAliに関しては、例
えば、昭和57年1月発行のシャープ電子部品Appl
icat、ion Manualの記載を参照されたい
〔発明の目的〕
本発明の目的は、従来の光学的物体検知装置における」
二連の如き問題を解消し、オートメーション機器の小形
化、高信頼性化に有効な、小形かつ高信頼性を有する光
学的物体検知装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明の上記目的は、J!光素子を含む発光部と該発光
部からの光を受光し、その受光光量の変化を検知して信
号を出力する受光部とを有する光学的物体検知装置にお
いて、前記発光部を、外部電源にインピーダンス素子を
介して接続される発光素子と、該発光素子に直列に接続
される定電圧素子と、該定電圧素子に並列に接続される
トランジスタとで構成し、前記定電圧素子を、これに並
列に接続される前記トランジスタのエミッタおよびコレ
クタで短絡可能に接続するとともに、前記トランジスタ
のベースを、前記インピーダンス素子と前記発光素子と
の接続点に、前記受光素子を介して接続したことを特徴
とする光学的物体検知装置によって達成される。
以下、本発明をその実施例に基づいて詳細に説明する。
〔発明の実施例〕
第1図は本発明の一実施例を示す光学的物体検知装置の
模式外観図、第2図はその回路構成図である0両国にお
いて、21は投光器、22は受光器、30は上記投光器
21.受光器22を含む本光学的物体検知装[123と
オートメーション装置本体とを接続する、電力供給線と
検知出力信号線とを兼用する唯1本の配線である。本実
施例に示す装置においては、電力の帰路は各光学的物体
検知装置で共通の接地を利用している。なお、記号3は
前記被検知物体である。
また、第2図において、24はトランジスタ、25は受
光素子としてのフォトトランジスタ、26はインピーダ
ンス素子としての抵抗、27は発光素子としての発光ダ
イオード、28は定電圧素子としての定電圧ダイオード
、29はオートメーション装置本体の受信側回路を示し
ている。
第2図に示した回路構成においては、そのカソード側が
前記定電圧ダイオード28に直列に接続された発光ダイ
オード27のアノード側は、抵抗2Gを介して電源(V
cc)に接続されており、発光ダイオード通過電流rd
は Vcc−Vp−VF Id=  □ Rυ で示される。
ここで、VDは定電圧ダイオード28の特性で定まる標
準電圧、VFは発光ダイオード27の立上り電圧で通常
1.2v程度であるw Vccは電源電圧である。
なお、RLは抵抗26のインピーダンスである。
上記定電圧ダイオード28には、これと並列にトランジ
スタ24のコレクタおよびエミッタが接続されており、
そのベースはフォトトランジスタ25を通して信号線3
0に接続されている。この信号線30は前述の如く電力
供給線と兼用されており、前記抵抗26を通して電源(
Vcc)に接続されている。
以下、上述の如く構成された本実施例装置の動作を、第
3図に基づいて説明する。
第3図は本実施例装置の回路の動作を示すものである。
投光器21内の発光ダイオード27から出た光は、受光
器22内のフォトトランジスタ25により受光される。
上記投光器21.受光器22間に物体3が存在し光が遮
光された場合には、フォトトランジスタ25のインピー
ダンスが高くフォトトランジスタ通過電流1pとしては
暗電流のみとなる。また、上記物体3が移動して、投光
器21と受光器22との間を光が十分通過するような状
態(′i1光状腐)になると、フォトトランジスタ25
のインピーダンスが低下して、電源→抵抗26→フォト
1−ランジスタ25→トランジスタ24のベース→接地
と流れるlp酸成分増大し、トランジスタ24のコレク
タ電流Ic Ic=β・Ip が流れ始める。ここでβはトランジスタ24の電流増幅
率である。
上記電流1cが の閾値を越えるまでは発光ダイオード27を流れる電流
Tdは変らないが、受光量が増大して上記閾値を越える
と9発光ダイオード27を流れる電流Idは、定電圧ダ
イオード28を通らずトランジスタ24を通ることによ
り増大を始め、その結果、投光光量の増大から受光光量
の増大、すなわち、Ipの増大から1発光ダイオード2
7の通過電流Idの増大(第3図(a)参照)という急
速な正帰還を起こし、トランジスタ24は完全に導通し
飽和状態となり、そのエミッタ、コレクタ間の電圧はV
cEsat、となる。
すなわち、定電圧ダイオード28の特性で決まる閾値電
圧VDと、上記vcs:satで決まる閾値電圧との間
の領域で、発光ダイオード27の発光量とフォトトラン
ジスタ25の受光量で正帰還がかかり、Va点の電位は
定電圧ダイオード28の特性で与えられるvDから、ト
ランジスタ24の飽和特性で決まる前記VCB5atま
で、急速に変化する(第3図(b)参照)、物体の移動
によって透光から遮光の状態に転移する場合には、やは
り正帰還により、電位は逆にvcESat、からvDに
急速に変化する(第3図(b)参照)。
例えば、定電圧ダイオード28として、VD=2.  
IV の定電圧ダイオードを使用したとき、電源電圧5Vで、
 V F=1  、2V、  VCE  sat  =
0. 3Vとすると。
〔遮光時〕
で、Va=2.IVとなり、 〔透光時〕 で、Va=0.3Vとなり、遮光時と透光時とで発光素
子の電流を約2倍の幅で変化する。この結果、信号振幅
1.8Vの検出信号を送信することができ、信号検出の
信頼度が極めて高くなる。
発光ダイオード27の通過電流Idは、M売時から透光
時で上記Id、Id’で説明した如く大きく変化する。
投光器21の回路電圧Vaは遮光時VD、透光時V(H
Esat  に近くなり、光学的物体検知装置23とし
ての検知信号電圧ViはV 1 # V a + V 
y となる(第3図(d)参照)。
フォトトランジスタ25の通過電流Ipは、遮光時はぼ
O(暗電流のみ)で、透光時は受光量に応じてトランジ
スタ24を充分飽和駆動するに足りる値となる(第3図
(c)参照)、また、オートメーション装置内の受信側
回路29まで、1本の信号線で送信された検知信号電圧
Viは、シュミットトリガ−素子29で遮光状態あるい
は透光状態の区別が容易に可能な電圧にまで増幅されて
いるので、それぞれの状態に応じてVt、owおよびV
H□(第3図(e)参照)の状態信号を発生させること
が可能である。
第4図は本発明の他の実施例を示すもので、定電圧素子
として、先の実施例に示した定電圧ダイオード28の代
りにn個のダイオード28−1〜28−nのフォワード
・ドロップ電圧を利用したものである1通常のシリコン
ダイオードのpn接合のフォワード・ドロップ電圧は1
個当り0.7Vであるので、例えば、VD=2.IVに
相当する電圧を形成するには、上記ダイオードを3個直
列に接続すれば良い。
以上の説明からも明らかな如く、本発明によれば、光学
的物体検知装置の投光器、受光器の電子回路部分をすべ
て半導体素子で構成することができるので、半導体集積
回路技術で回路の集積が可能である。第5図はその一例
を示すもので、先の実施例において示した投光器および
受光器の全回路部分を、一枚のシリコン基板上に実現し
た光学的物体検知装置の構造を示すものである。
本実施例においては、シリコン載板31上ノ発光ダイオ
ード相当部分37からレンズ32を通って投光された光
が、物体33の表面で反射され、集光レンズ34により
同一基板上のフォトトランジスタ相当部分35にて検知
される。なお、その出力信号は電力供給線と共用された
信号線30で送出される。物体33が存在しない場合に
は、光は反射されず、受光もされない。
上記実施例においては、物体33からの反射光を検知す
る如く構成しているが、レンズ32と34との間の光路
中に反射用ミラーを配置して、物体33からの反射光で
なく物体33による遮光。
透光状態を検知する如く構成することも可能である。こ
の場合には、物体33の通過位置による受光光量の変動
が無くなるという利点がある。
また、本実施例においては、光学的物体検知装置を単一
の半導体集積素子により構成することができるため、オ
ートメーション機器を小形化、高機能化する上で格段の
効果がある。更に、光学的物体検知装置のセンサ部分は
すべて半導体素子で構成されるため、高信頼度であり、
集積化による低価格化も可能である。
〔発明の効果〕
上記各実施例に示した如く、本発明によれば、光学的物
体検知装置の投光器および受光器部への電力供給線と信
号線とを、上記投光器および受光器1組当り1本で済ま
せることが可能になり、接続配線本数が激減し、多数の
光学的物体検知装置を用いるオートメーシ目ン装置、シ
ステムでその利点は大きい。
また、光学的物体検知装置の投光器と受光器の電子回路
部分をすべて半導体素子で構成することができるため、
半導体集積回路技術で回路の集積を行うことが可能とな
り、ディスクリート部品の接続を排し1組立工数の低減
と機器の小形化が可能となる。
更に、本発明による光学的物体検知Vilの検出信号線
は、電力供給線と共用するとともに、その出力信号線は
定インピーダンス素子で終端されているため、伝送波形
の歪が少なく、高信頼度化が可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す光学的物体検知装置の
模式外観図、第2図はその回路構成図、第3図はその動
作説明図、第4図、第5図は本発明の他の実施例を示す
回路構成図、第6図は従来の光学的物体検知装置の模式
外観図、第7図はその回路構成図である。 3.33:液検知物体、21:投光器、22:受光器、
23:光学的物体検知装置、24:トランジスタ、25
:フォトトランジスタ、26:インピーダンス素子、2
7;発光ダイオード、28;定電圧ダイオード、29:
受信側回路、30:電力線兼用出力信号線。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)発光素子を含む発光部と、該発光部からの光を受
    光し、その受光光量の変化を検知して信号を出力する受
    光部とを有する光学的物体検知装置において、前記発光
    部を、外部電源にインピーダンス素子を介して接続され
    る発光素子と、該発光素子に直列に接続される定電圧素
    子と、該定電圧素子に並列に接続されるトランジスタと
    で構成し、前記定電圧素子を、これに並列に接続される
    前記トランジスタのエミッタおよびコレクタで短絡可能
    に接続するとともに、前記トランジスタのベースを、前
    記インピーダンス素子と前記発光素子との接続点に、前
    記受光素子を介して接続したことを特徴とする光学的物
    体検知装置。
JP60266928A 1985-11-27 1985-11-27 光学的物体検知装置 Pending JPS62126384A (ja)

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