JPS62222130A - 変調光受光型ホトセンサ - 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】 （ａ）　　産業上の利用分野 この発明は、投光器と受光器とを光結合路空隙を隔てて
配置し、該光結合路空隙にもたらされる被検物の有無、
位置、あるいは位相等を検知し、これを電気信号で出力
するいわゆる光電変換システムにおいて、投光器をパル
ヌ駆動させ、該投光器からのパルヌ変調光を光結合路（
被検部検知部）を介して受光し、高い精度の被検物検知
信号を出力する三端子タイプの変調光受光型ホトセンサ
に関するものである。

（ｂ）　　従来の技術およびその問題点周知のように、
光電変換検出器は、第９図Ｂおよび第１０図Ｂに示すよ
うに、発光素子（２Ｄと受光素子■とを光結合路空隙（
Ｌ、Ｇ）を隔てて一体的に組み合せ、光結合路空隙（Ｌ
、Ｇ）　　内にもたらされる被検物の有無、位置、ある
いは位相等を光学的に検出する装置として多用されてい
る。この光電変換検出器は、発光素子（２１Ｊと受光素
子の間の光結合路（Ｌ、Ｇ）　　の態様によって、第９
図Ｂに示すような発光素子（２ＩＪからの光を光結合路
（Ｌ、Ｇ）　　を介してダイレクトに受光素子のにもた
らす透過光型のものと、第１０図Ｂに示すような発光素
子（２１１からの光を被検物（Ｈ）に反射させてホトダ
イオードのにもたらす反射光型のものとがある。この透
過光型あるいは反射光型いずれのタイプのものも、発光
素子とホトダイオードとの間を光結合路空隙によって構
成するものであるため、特に、発光素子からの光が定常
光である場合には、外乱光によるノイズの影響を除去す
ることが困難であった。この開光を受光して電気信号を
出力する変調光受光型のホトセンサが知られている。こ
のパルヌ変調光を検出するための従来の変調光受光型ホ
トセンサに対しては、部品数ピ低減による小型化、高信
ｙｕ性、および低価格化が要求されていた。

これらの要求に対して、従来、パルス駆動回路およびパ
ルス駆動回路（ホトダイオード部を含む）等を、集積回
路技術によシ半導体装置として作成した光電変換検出器
が提供されている。

それらは、具体的には。

（１）発光器側を、発光ダイオード（２１１にパルス駆
動回路のを集積化した素子によって１つのデバイスとし
、受光器側を、ホトダイオードのにパルヌ検出回路勿を
集積化した素子によって１つのデバイスとした構成のも
のと（第５図参照）、 （Ｉｔ）　　受光器側を、発光ダイオード用パルス駆動
回路のとホトダイオードのを含むパルヌ検出回路−を一
体的に集積回路化して成る変調光受光型ホトセンサとす
る構成のもの（第６図および第７図参照）とである。

これらの従来の構成例において、上記構成例（Ｉ）のも
のは、発光ダイオードｃ！Ｄのデバイス側と、変調光受
光型ホトセンサにのデパイヌ側トの両方に集積回路を必
要とし、これはデパイヌ組立てに要する工数の増大と、
部品点数の増加にともなう製品コヌトの増大という問題
点を有するものであった。一方、上記構成例（Ｉｌ）の
ものは、発光ダイオード用パルヌ駆動回路およびｙ／’
　Ｗ　７７９ｔ！Ｉ’［Ｆ４Ｊ’　？　Ｊ／タバパル光
検出回路用として、電源端子（ＶＣＣ）、出力端子（ｖ
ｏＵＴ）、グランド端子（ＧＮＤ）の三端子と、発光ダ
イオード駆動端子（ＬＥＤ、Ｔ）との四端子を必要とし
、変調光受光型ホトセンサとして、さらに小型化するの
に障害となっていた。

（Ｃ）　　本発明の技術的課題 そこで、この発明は、従来のパルヌ変調光投−受光タイ
ブの光電変換検出システムにみられる欠点ならびに問題
点の解消を図るものであシ、光電変換検出シ７テムとし
て組み合される発光ダイオードをパルヌ駆動させるべく
回路構成されていて、かつ電源端子（ｖｏ。）あるいは
グランド端子（ＧＮＤ）のいずれか一方を発光ダイオー
ド駆動端子の兼用端子となるように回路構成して、端子
数を削減し、小型化を図るとともに、製造コストの低減
化を図った変調光受光型ホトセンサを提供することにあ
る。

（ｄ）　　本発明の技術的手段 この発明は、上記する目的を達成するにあたって、具体
的には、投光器と受光器とを光結合知し、これを電気信
号で出力する光電変換システムであって、投光器をパル
ス駆動させ、該投光器からのパル７変換光を光結合路を
介して受光して検知電気信号を出力する変調光受光型ホ
トセンサにおいて、 電源端子Ｖ　　グランド端子ＧＮＤ、および出ＣＣ＋ 力端子Ｖ　　の三つの端子を備え、 ○ＵＴ 前記電源端子とグランド端子との間に、トランジスタ回
路部とパルス発振回路部とを含むパルス型電流消費回路
、およびホトダイオードを備えたパルヌ光検出回路とを
並列接続して成り、前記電源端子あるいはグランド端子
のいずれか一方に前記発光ダイオード素子を直列接続可
能になした変調光受光型ホトセンサである。

（ｅ）　　本発明の実施例 以下、この発明になる変調光受光型ホトセンサについて
、図面に示す具体的な実施例にもとづいて詳細に説明す
る。第１図Ａおよび第１図Ｂは、この発明になる変調光
受光型ホトセンサの基本的な回路構成を示すブロック線
図であり、特に第１図Ａは、発光ダイオード素子（ＬＥ
Ｄ　）を電源端子（ＶＣＣ）に直列に接続した結線態様
を示し、第１図Ｂは、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）を
グランド端子（ＧＮＤ）に直列に接続した結線態様を示
す。第１図に示されるように、この発明に成る変調光受
光型ホトセンサ（１）は、基本的には、パルヌ型電流消
費回路用トランジスタ回路部（２）、パルス発振回路部
（３）、およびホトダイオード（５）を備えたパルス光
検出回路部（４）の回路群と、電源端子（ＶＣＣ）、グ
ランド端子（ＧＮＤ）　　および出力端子（ｖｏＵＴ）
の端子群とを有している。この発明において、前記トラ
ンジスタ回路部（２）と、パルス発振回路部（３）およ
びパルス光検出回路部（４）は、前記電源端子（ＶＣＣ
）とグランド端子（ＧＮＤ）との間に並列に接続されて
いる。この発明に成る変調光受光型ホトセンサのさらに
詳細な回路構成について、第２図にもとづいて説明する
。前記トランジスタ回路部（２）は、トランジスタ（６
）と抵抗素子（Ｒ）を有している。前記トランジスタ（
６）のコレクタは、電源端子（Ｖｏ。）側に、エミッタ
は、抵抗素子（Ｒ）を介してグランド端子（ＧＮＤ）側
に接続されていて、ベースは、前記パルス発振回路部（
３）に接続されている。前記パルス発振回路部（３）は
、発光ダイオード（ＬＥＤ）をパルス発光させるための
パルス発振回路（７）と、前記パルス発振回路（７）に
直列に接続して成る定電圧回路（８）を有している。前
記パルス発振回路（７）は、前記パルヌ型電流消費回路
用トランジスタ（６）のベースに直接接続されている。

一方、前記パルス光検出回路部（４）は、発光ダイオー
ド（ＬＥＤ　）からのパルヌ光の有無を検出し、復調し
て出力するものであり、パルス発振回路（９）と、該パ
ルス光検出回路部’）に直列に接続した定電圧回路αω
を有している。次いで、前記パルヌ光検出回１ｆ５　（
９１の詳細な回路構成と、前記パルス光検出回路部（４
）の動作について、第２図および第３図にもとづいて説
明する。発光ダイオード（ＬＥＤ’）は、第２図に示す
ように接続された際、第３図に示す定常出力パルス（ｅ
ｌ）を出力する。前記発光ダイオード（ＬＥＤ）から出
力されるパルヌ光（ｅｌ）は、被検物の検知によってホ
トダイオード側に検知信号（Ｃ２）を出力する。検知信
号（Ｃ２）は、−’　　　　　−−ｉし伝ホトダイオー
ド＋５１で電圧パル７に変換され、直流成分を含んだま
ま増幅器（Ａ１）で線形増幅される。増幅器（Ａ１）の
出力は、抵抗素子（Ｒ１）およびコンデンサ素子（Ｃ１
）　　から成る積分回路を経由して、信号（ｅ、）とし
て差動増幅器（Ａ２）の非反転入力端子に入力され、か
つ差動増幅器（Ａ２）の反転入力端子には、抵抗（Ｒ２
）で電圧降下されて入力される。

差動増幅器（Ａ２）は、第３図に示す如くパルヌ成分の
みが増幅されて信号（Ｃ４）として出力される。差動増
幅器（Ａ２）の出力（Ｃ４）は、抵抗（Ｒ４）　　およ
びコンデンサ（Ｃ２）とから成る積分回路と、抵抗（Ｒ
５）とを経由して、コンパレータ（Ａ３）に入力される
。前記コンパレータ（Ａｓ　）　　は、パルスが入力さ
れる毎に、その出力（Ｃ５）により、トランジスタ（Ｑ
＋）、（Ｃ２）から成るカレントミラー回路（Ｃ，Ｍ）
を駆動して、コンデンサ（Ｃ３）を充電する。前記：Ｉ
　：／　テ：ｙ　サ（Ｃ３）は、また定電流源（Ｉ）に
より放電されている。この結果、パルス列が入力される
と、コンデンサ（Ｃ３）の＋側電位（Ｃ６）は、第３図
に示す如く階段状に上昇し、パルス列が前記差動増幅器
（Ａ３）に入力されている間、高電位を保つ。また、差
動増幅器（Ａ３）にパルス列が入力されなくなると、コ
ンデンサ（Ｃ３）は放電されるのみとなり、電位は下降
する。コンデンサ（Ｃ３）の＋側電位（Ｃ６）は、コン
パレータ（Ａ４）にて、定電圧回路の設定値を抵抗（Ｒ
ｅ、　）、（Ｒｙ　）　　で分圧した電位と比較される
。この電位が、信号（すなわちパルス列）の有無を判定
するヌレツシュホールド電位トなる。コンデンサ（Ｃ３
°）の＋側電位がヌレツシュホールド電位を上まわった
場合には、コンパレータ（Ａ４）は、信号有シと判定し
、その出力（Ｃ７）によシ出力トランシヌタ（Ｑｓ＞　
　全導通する。一方、コンデンｆ（Ｃｚ）の＋側電位が
ヌレッシュホールド電位を下まわった場合には、コンパ
レータ（Ａ４）は、信号無しと判定し、出力トランジ７
り（Ｃ３）を非導通とする。コンパレータ（Ａ４）の出
力を、コンパレータ（Ａ４）の反転入力に帰還すること
によシ、コンデンサ（Ｃ３）の＋側電位とコンパレータ
（Ａ４）ノ出カドの間にヒステレシヌを付けることがで
きる。これは、出力端子　（ＶＯＵＴ）　　のチャタリ
ング防止に有効なものである。

この発明に成る変調光受光型ホトセンサは、第２図の回
路構成からも明らかなように、全べてのコンデンサ（Ｃ
：ｌ）、（Ｃ２）および（Ｃ３）を。

その片側画においてグランド端子（ＧＮＤ）側に接地接
続されるものであシ、有極性である接合容量を適用する
ことができる。この接合容量は、ＭＯＳ　容量に比べて
単位容量当シの面積が約４゜程度であるので、集積回路
下した際のチップ面積を小さくすることができる。

第４図に、三端子タイプの樹脂モールドパッケージα１
）に実装された、この発明に成る変調光受光型ホトセン
サの実装例を示す。この実装例によれば、ホトダイオー
ド（５）は、ホトセンサにおける受光レンズσ２の集魚
に位置するように集積回路用チップ１３１の中央部分に
配置される。パルス発振回路（７）とパルス検出回路（
９）は、互いの干渉を防止する目的において、それぞれ
個別に設けられる定電圧回路（８）および傾によって分
離された位置に配置される。また、グランドラインも、
チップ上では、互いに交わらず、それぞれ別のグランド
Ｍ、侃パッド（Ｇｌ）、（Ｇ２）をもっていてリードフ
レームに接続されるようになっている。このように設計
することによって共通インピーダンスを防止する。

（ｆ）　　本発明の効果 以上の構成に成るこの発明の変調光受光型ホトセンサは
、電源端子（ｖｏ。）あるいはグランド端子（ＧＮＤ）
のいずれかが、発光ダイオード用パルス駆動端子として
兼用されるように回路構成されているため、当該変調光
受光型ホトセンサ装置としての端子数を、電源端子（Ｖ
ＯＯ）、出力端子（ＶＯＵＴ）、およびグランド端子（
ＧＮＤ）の３端子とすることができる。さらに、この装
置において、回路中に適用されるコンデンサの全てが片
側接地となるように回路構成しであるので、有極性の接
合容量を用いることができ、チップ面積を小さくできる
。このような構成によれば、装置の小型化を図ることが
でき、しかも、発光ダイオードとの結線を少なくとも１
つは削減でき、作動性の向上、多量生産の適合化による
低コヌト化においてきわめて実効のあるものといえる。

さらに、この発明に成る変調光受光型ホトセンサは、発
光ダイオードをパルス駆動させるものであシ、被検物の
検出精度を高くし、光結合路を長く設定することができ
る点等において、適用範囲の広いホトセンサとしてきわ
めて有利なものであるといえる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａおよび第１図Ｂは、この発明に成る変調光受光
型ホトセンサの基本構成を示すものであり、第１図Ａは
、発光ダイオードを電源端子Ｖ。０に接続した例を示す
回路図、第１図Ｂは。 発光ダイオードをグランド端子ＧＮＤ　　に接続した例
を示す回路図、 第２図は、この発明に成る変調光受光型ホトセンサの回
路の詳細を示す回路図、 第３図は、第２図て示す回路構成例における各部分の信
号を示す波形図、 第４図は、チップ体に成形される集積回路の配列例を示
す概略的正面図、 第５図は、従来の光電変換検出システムの構成例Ｉの概
略的ブロック線図。 第６図は、従来の光電変換検出システムの構成例■にお
ける透過型装置の概略的プルツク線図、 第７図は、従来の光電変換検出システムの構成例■にお
ける反射型装置の概略的ブロック線図、 第８図Ａおよび第８図Ｂは、本発明の変調光受光型ホト
センサと従来の変調光受光型ホトセンサの外観を比較し
て示す概略的斜視図、第９図Ａおよび第９図Ｂは、本発
明の変調光受光型ホトセンサと従来の変調光受光型ホト
センサの透過型結線例を比較して示す概略的斜視図、 第１０図Ａおよび第１０図Ｂは、本発明の変調光受光型
ホトセンサと従来の変調光受光型ホトセンサの反射型結
線例を比較して示す概略的斜視図である。 （１１−−−−一変調光受光型ホトセンサ（２）　−−
−−−）ランジスタ回路部（３＋−−一−−パルス発振
回路部 （４）　−−−−−パルス光検出回路部ｆ５１−−−−
−ホトダイオード （６１−−−−−）ランジヌタ （７１−−−−−パルス発振回路・ （８）、α■−−一定電圧＠Ｊ路 （９１−−−−−パルス発振回路 （ＶＣＣ）−−一電源端子 （ｖｏＵＴ）−一出力端子 （ＧＮＤ）−一グランド端子 特許出願人　　株式会社光電子工業研究所代　理　人　
　　新　　実　　　　　健　　部（外１名） 第３図 第８図Ａ　　　　　第８ＮＢ 第９図へ 第１０図Ａ 第９ＮＢ 第１０図Ｂ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）発光器と受光器とを光結合路空隙を隔てて配置し
   、該光結合路空隙にもたらされる被検物の有無、位置あ
   るいは位相等を検知し、これを電気信号で出力する光電
   変換システムであつて、前記発光器をパルス駆動させ、
   該発光器からのパルス変調光を光結合路を介して受光し
   て検知電気信号を出力する変調光受光型ホトセンサにお
   いて、 電源端子（Ｖ＿Ｃ＿Ｃ）、グランド端子（ＧＮＤ）、お
   よび出力端子（Ｖ＿Ｏ＿Ｕ＿Ｔ）の三つの端子を備え、
   前記電源端子（Ｖ＿Ｃ＿Ｃ）とグランド端子（ＧＮＤ）
   との間に、トランジスタ回路部とパルス発振回路部とを
   含むパルス型電流 消費回路、およびホトダイオードを備えたパルス光検出
   回路とを並列接続して成り、 前記電源端子（Ｖ＿Ｃ＿Ｃ）あるいはグランド端子（Ｇ
   ＮＤ）のいずれか一方に前記発光ダイオード素子を直列
   接続可能になしたことを特徴とする変調光受光型ホトセ
   ンサ。
2. （２）前記パルス型電流消費回路および前記パルス光検
   出回路に対して、それぞれ個別に定電圧回路を直列接続
   して成ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に
   記載の変調光受光型ホトセンサ。
3. （３）前記パルス型電流消費回路用トランジスタ、パル
   ス発振回路、パルス光検出回路、定電圧回路、およびホ
   トダイオードを１チップ化した集積回路素子と、前記集
   積回路素子の電源素子（Ｖ＿Ｃ＿Ｃ）、出力端子（Ｖ＿
   Ｏ＿Ｕ＿Ｔ）およびグランド端子（ＧＮＤ）にそれぞれ
   リード接続した三つの外部電極とを備えていることを特
   徴とする特許請求の範囲第（１）項ないし第（２）項に
   記載の変調光受光型ホトセンサ。