JPS63243814A - 可動部材の基準位置通過を検出する装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体材料から成るプレートに形成され、照
度に従って信号を発生することができる光電検出センサ
と、光電検出センサを照明するための光ビームを発生す
ることができる光ビーム発生手段と、可動部材と関連し
、光ビームの光路内に配設されて、可動部材の位置に従
って光電検出センサの照度を変化させる手段と、基準信
号を発生する手段と、光電検出センサにより発生される
信号を基準信号と比較することにより検出信号を発生す
る検出信号発生手段とを具備する種類の可動部材の基準
位置通過を検出する装置に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕

この種の装置は、たとえば、米国特許第４，４２０．２
６３号に記載されておシ、その場合の装置は、時計の針
の一本が基準位置、たとえば時針が正午及び午前零時に
占める位置を通過するのを検出するために使用される。

この装置によ）発生される信号は、この針の実際の位置
を針がとるべき位置と周期的に比較し、必要に応じてこ
の実際の位置を修正する回路により使用される。この回
路については、ここでは説明しない。

上記米国特許第４，４２０，２６３号に記載される検出
装置は、基準位置通過を検出されるべき針に機械的に結
合される可動円板を具備する。この円板はその軸に関し
て、針と等しい平均速度で回転する。

この装置は、第１の構成形態では円板の両側に配置され
る発光ダイオードと、フォトトランジスタとをさらに具
備する。円板は不透明であシ、針が基準位置にあるとき
にのみ、発光ダイオードにより発せられた光がフォトト
ランジスタに達するように配設される穴が円板に形成さ
れている。

同様に米国特許第４，４２０，２６３号に記載されてい
る別の構成形態によれば、発光ダイオードと、フォトト
ランジスタは円板の同じ側に配設され、装置は、円板の
反対側に発光ダイオード及びフォトトランジスタに対向
して配設される固定ミラーをさらに具備する。この場合
にも、円板には穴が形成されておシ、針が基準位置にあ
るとき、発光ダイオードから発せられた光は、ミラーに
より反射された後、フォトトランジスタに達する。

米国特許第４，４２０，２６３号に記載される装置にお
いて、フォトトランジスタは、性質及び動作が開示され
ていない整形回路により、フォトトランジスタの信号を
使用する回路に接続される。

しかしながら、そのような整形回路が、フォトトランジ
スタにより供給される信号を基準信号と比較して、この
比較の結果に従って論理的にハイ又はローの信号を出力
端子から発生する比較器を含むことは当業者には自明で
ある。

場合によっては、フォトトランジスタにより供給される
信号はフォトトランジスタの端子間の電圧、又はフォト
トランジスタと直列に接続される素子の端子間の電圧に
より構成され、あるいはフォトトランジスタを流れる電
流により構成されることもある。基準信号は、当然のむ
となから、フォトトランジスタにより供給される信号と
同じ性質のものである。すなわち、基準信号は基準電圧
又は基準電流により構成される０ 基準信号の値は比較器自体の１つ又は複数の素子の特性
により、たとえば、比較器を構成するトランジスタの１
つの闇値電圧により決定される場合もあり、また、基準
信号が比較器の外部の適切な供給源により供給される場
合もあることも当業者には良く知られている。いずれの
場合にも、基準信号は一定の値を有する。

さらに、ある種のフォトトランジスタの特性、特に１　
フォトトランジスタが所定の使用条件の下で受取る光の
強さに従って発生する信号の値がサンプルごとにかなシ
の程度まで変動し、各サンプルについては、時間の経過
に伴なってかなり変動することも周知である。どのよう
な種類の光電センサにも同じことがいえる。

このような変動は一般に大きいので、検出装置の適正な
動作を確保するためＫは、各セ／すを検出装置に取付け
る前に、それぞれの特性を個別的に測定しておかなけれ
ばならない。

このようなセンサの個別的な特性測定は非常なコスト高
につながる。さらに、そのよう力測定を実施したとして
も、特性は時間と共に予測しえない程度にかなり変化し
てしまうと思われるので、装置が適度に長い期間にわた
シ正しく動作することは保証されるわけではない。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の目的は、先に述べた種類のものではあるが、光
電センサの特定の特性にかかわらず、また、それらの特
性の経時変化にかかわらず正しく動作する可動部材の基
準位置通過を検出する装置を提供することである。

この目的を達成するために、本発明は、基準信号を発生
する手段が、光電検出センサと同じプレートに形成され
且つ相応する照度で、光電検出セン？により発生される
信号とほぼ等しい信号を発生することができる光電基準
センサと、光電基準センサによ）発生される信号に従っ
て基準信号を発生する回路とを含み、光ビーム発生手段
と、光電検出セ／すの照度を変化させる手段とは、光電
検出センサの照度が可動部材の少なくとも１つの位置で
光電基準センサの照度と異なるように配置される前述の
８１類の装置を提供する０〔実施例〕 以下、添付の図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図に示される装置は、時計の針の１本が設定位置、
すなわち基準位置を通過するのを検出するために使用さ
れる。この基準位置は、たとえば、時計の時針が正午又
は午前零時に占める位置であっても良い。第１図の装置
により基準位置通過を検出されるべき針は図中符号人で
示されている。

第１図の装置は、この場合は発光ダイオードである光源
１を有する。発光ダイオード１は、時計の底板又はブリ
ッジ部であるか、もしくは他の何らかの適切表要素であ
れば良い支持体２の上に配設される。

第１図の装置は、シリコン等の半導体材料から製造され
、集積回路を製造する際にその表面の特定の領域に光電
センサ４を形成するために採用される周知の技法により
処理されたプレート３をさらに含む。

ただし、実際の構造では、光電センサ４の位置の説明を
容易にし且つわがシやすく図示するために誇張して示し
である第１図とは異なシ、光電センサはプレート３の表
面から突出していない。

この実施例においては、プレート３は発光ダイオード１
と並んで同じ支持体２の上に配設される。

第１図の装置は、開口６が形成された不透明要素５をさ
らに含む。この不透明要素５は、針Ａを駆動する歯車列
（図示せず）の最終歯車を形成する歯車から構成される
。不透明要素（歯車）５は図示されない方法により針Ａ
ＫＵ固に結合されることにより、当然のことながら針Ａ
の回転軸と共通であるその軸Ｔに関して、針Ａと等しい
速度で回転する。

不透明要素５は、針Ａを駆動する歯車列を直接には形成
しないが、この歯車列により駆動される歯車から構成さ
れるものであっても良い。その場合には、不透明要素５
を形成する歯車は針Ａと等しい規則的な速度で正確に且
つ固定的に駆動されれば良い。この歯車は、平均すれば
針Ａの回転速度と等しくなる可変速度で段階的に駆動さ
れても良い。不透明要素５及び不透明要素と針Ａとの機
械的結合に関するこれらの代替構成は図示されていない
。

第１図の装置は、不透明要素５の反対の側に発光ダイオ
ード１及び光電センサ４と対向して配設されるミラー８
をさらに含む。ミラー８は必要な箇所に取付けられる独
立した構成要素であっても良いが、たとえば、時計のブ
リッジ部に適切な機械加工作業にょシ形成されるだけの
ものであっても良い。

発光ダイオード１と、光電センサ４と、不透明要素５と
、開口６と、ミラー８とは、互いに対して、針Ａがその
基準位置にあるときに光電センサ４が発光ダイオード１
から発せられた光により照明され、この場合には、光が
開口６を通過し、ミラー８により反射された後に光電セ
／す４に達することになシ、一方、針Ａが他の何れかの
位置にあるときは、不透明要素５が発光ダイオード１か
ら発せられた光ビームを遮断するために、光電センサ４
は照明されないような関係で配置される。

第１図の装置は、光電センサ４と同じ製造作業中にプレ
ート３の別の領域に形成される第２の光電センサ９をさ
らに含む。光電センサ４と同様に、光電センサ９の位置
の説明及び図解を簡単にするために誇張して示されてい
る第１図とは異なり、光電センサ９がプレート３の表面
から突出していないことは自明である。

光電センサ９はプレート３に配設され、プレート３は、
針Ａの位置、従って不透明要素５の位置にかかわらず光
電センサ９が光を受取ることのないように、支持体２の
上に配設される。

第２図に１例として示される本発明による検出装置の電
子回路においては、光電センサ４及び９は、それぞれ、
抵抗器１１及び１２と直列に接続され、これにより形成
される構成がｔ源（図示せず）の正端子ＶＤＤと、負端
子ＶＳＳとに両端で接続されている。この電源は、同様
に図示されない接続部を介して、以下に説明する第２図
の回路のその他の素子にも電圧を供給する。

以下の説明においては、一般に認められている慣例に従
って、回路のある１点における電圧はこの点の電位と、
上記の負端子ＶＳＳのα位との差を指すものと理解する
。

光電センサ４と抵抗器１１との接続点４＆は、差動増幅
器１３の非反転入力端子１３＆に接続される。光電セン
サ９と抵抗器１２との接続点９ａは、増幅器１４の入力
端子１４ａ　Ｋ接続され、この増幅器１４の出力端子１
４ｂは差動増幅器１３の反転入力端子１３／ｂに接続さ
れる。

上述の増幅器１３及び１４は良く知られているので、こ
こでは詳細に説明しない。また、これらの増幅器の精密
な構成内容は本発明と直接の関連をもたない。

この実施例においては、非反転入力端子１３ａの電圧が
反転入力端子１３ｂの電圧よシ低いか又は高いかに従っ
て、差動増幅器１３の出力端子１３ｅが第１の状態又は
第２の状態をとるということを知っていれば十分である
。これら２つの状態とは、たとえば、出力端子１３ｅに
接続されて、針Ａが通過を要求される時点で基準位置を
実際に通過したか否かを検査する回路により論理的にロ
ーの状態及びハイの状態として認識されるようなもので
ある。この回路は図示されていない。

同様に、増幅器１４は、その電圧利得ｇが後述するよう
に設定される一定で、明確に規定された値を有するよう
に構成される。

光電センサ４及び９は集積回路の製造に採用される周知
の技法によりブレート３上に形成されるので、増幅器１
３及び１４と、抵抗器１１及び１２も、プレート３上に
光電センサ４及び９と同時に形成してしまうのが有利で
あることは明らかである。時計のその他の電子回路、特
に、差動増幅器１３の出力端子１３ｅに接続される回路
（図示せず）を同様にプレート３上に形成しても良い。

光電センサ４及び９が半導体材料から成る共通のプレー
トの上に同時に製造されるということは、それらの特性
が非常に良く似ておシ、特性が時間の経過に伴なって変
化する態様も非常に良く似ていることを意味する。

第３図は、第２図の接続点４ａ及び９ａにおいて光電セ
ンサ４及び９の照度ＥＫ従って測定される電圧Ｕ４及び
Ｕ９を示すグラフである。この測定は、当然のことなが
ら、第１図の装置にプレート３を取付ける前に実施され
ている。なぜならば、プレート３を取付けた後では、光
電センサ９は光を受取らなくなシ、光電センサ４の照度
はゼロになるか、又は発光ダイオード１かも発せられる
光の強さと、装置の様々な構成要素の配置関係とにより
決定される一定値と等しくなるからである。

光電センサ４のこの照度は第３図にＥｌとして示されて
いる。

しかしながら、光電センサ４及び９の特性は実際には同
一ではない。詳細にいえば、双方の光電センサ４及び９
が光を受取っていないときに接続点４轟及び９＆で測定
される電圧ＵＯ４及びＵＯ９は一般に異なっておシ、２
つのうちどちらが高くなるかを前もって知るのは不可能
である。

そのために増幅器１４が設けられる０この増幅器の電圧
利得９は次の２つの条件を満たすように設定される。２ まず第１Ｋ、電圧利得Ｉは、増幅器１４の出力端子１４
ｂにより供給される１、９．ＵＯ９に等しい電圧が確実
に電圧ＵＯ４よシ高くなるように設定される。

第２に、電圧利得ｇは、電圧、９．ＵＯ９が、光電セン
サ４の照度がＥｌと吟じいとき、すなわち、針Ａが基準
位置にあるとき及び光電センサ４が発光ダイオード１か
ら発せられている光により照明されるときに接続点４ａ
ｆＣ現われる電圧Ｕ１４　よシ確実に等しくなるように
設定される。

実際には、これら２つの条件は、増幅器１４の電圧利得
ｙの値が約２と約１０との間にあるときに満たされるこ
とが一般にわかっている。従って、電圧利得ｌの厳密な
値はかなシ自由に設定することができる。

第１図及び第２図に示される検出装置の動作は、それら
２つの図と、以上の説明とから容易に明白になるであろ
う。

この実施例では、光電センサ４により供給される信号（
接続点４ａＫ現われる電圧）は、基準信号（この実施例
では増幅器１４の出力端子から供給される電圧＆、ＵＯ
９）　　と差動増幅器１３によυ固定的に比較される。

針Ａが基準位置以外の位置にあるときは、発光ダイオー
ド１から発せられている光ビームは不透明要素５により
遮断されるので、光電センサ４は光を受取らない。従っ
て、接続点４＆の電圧は基準電圧よシ低くなシ、差動増
幅器１３の出力端子１３ｃは論理的にローの状態にある
。

針Ａが基準位置にあるときには、発光ダイオード１から
発せられた光は開口６を通過することができるので、光
電センサ４はその光により照明される。そこで、接続点
４ａの電圧は基準電圧より高くなシ、差動増＠器１３の
出力端子１３ｅは論理的にハイの状態にある。

差動増幅器１３の出力端子１３ｅにより供給される信号
は、針Ａが基準位置にあるか又は別の位置にあるかに従
ってハイ又はローとなるので、針Ａの基準位置通過を示
す検出信号を構成する〇光電センサ４及び９が同時に共
通の半導体材料から成るプレートの上に形成されること
、及び光電センサの特性が非常に良く似ておシ、且つ時
間の経過と共に実質的に同じように変化することは、光
電センサ４及び９の特定の特性や、それらの特性が時間
の経過に伴なって変化する態様とは無関係に１接続点４
ｍの電圧が接続点９ａの電圧の明確に規定された倍数で
ある基準電圧よシ常に確実に明らかに低くなるか又は明
らかに高くなるかのいずれかであることを意味する。

従って、差動増幅器１３は光電センサ４により供給され
る電圧と、基準電圧との比較を安全に実行すれば良く、
差動増幅器１３の出力端子１３６により供給される検出
信号は、針Ａが基準位置にあるか否かを常に正確に示す
。

このように、従来の検出装置に使用されていたセンサを
個別的に測定する必要はなくなるので、本発明による装
置ではかなりのコストダウンが実現され、装置が適正に
動作する寿命も延びる。

光電センサ４及び９により発生される信号が、それぞれ
、接続点４１及び９ａＫ現われる電圧によ多構成される
上述の場合のみに本発明が限定されるのでないことは明
らかであり、本発明は、光電センサ４及び９により発生
される信号が異なる性質のものであり、たとえば、光電
セン＋４及び９を流れる電流によ多構成されるような場
合にも適用される。そのような場合には、増幅器１４は
、当然のことながら、それが発生する基準信号が光電セ
ンサ９を流れる電流の明確に規定された倍数に等しい基
準電流となるように構成され、差動増幅器１３は、光電
センサ４を流れる電流を基準電流と比較し、この比較の
結果に従って上述の検出信号を発生することができるよ
うに構成される。

このような検出装置は、その構成が当業者の技術の範囲
に含まれるため、図示されていない。

光電センサ４及び９が半導体材料から成るプレートの上
に形成されるということは、また、光電センサが光を受
取らないときに発生する信号がきわめて弱く、おそらく
はゼロに近くなることをも意味する。

このような条件の下で、本発明による装置は、基準信号
の値４同様に非常に弱くなってしまい、光電センサ４が
光を受取らないときに発生する信号の値よシ明らかに高
くならず、場合によってはそれよシ低くさえなるという
理由により、適正に動作しないことがあると思われる。

この欠点を回避するためには、本発明による装置の構成
要素を、光電センサ９が永久的に少量の光を受取シ、こ
の光電センサが発生する光が決してゼロにならないよう
に構成し且つ配置すれば十分である。すなわち、増幅器
１４によ多発生される基準信号は、差動増幅器１３に光
電センサ４によ多発生される信号を基準信号と安全に比
較させることができる十分な値を常に有することになる
。

光電センサ９が固定的に少量の光を受取るようにするた
めに構じることのできる手段は様々である。たとえば、
不透明要素５の発光ダイオード１並びに光電センサ４及
び９に対向する側面に１発光ダイオード１により発せら
れる光の一部を拡散させる、詳細には光電センサ４及び
９に向かって拡散させるようなつや消し面を設けても良
い。

上述の装置については、本発明の範囲内で、数多くの変
形を実施することができる。

たとえば、第１図において歯車５の開口６が占める場所
に、ミラー８と同様のミラーを配置しても良い。この場
合、歯車５が不透明又は透明のいずれであっても良いこ
とは自明である。

また、たとえば、プレート３は発光ダイオード１、に対
して歯車５の反対の側に配設されても良く、この場合に
は、発光ダイオード１により発せられた光は、歯車５の
開口６が発光ダイオード１と光電センサ４との間に位置
するときに、光電センサ４に達する。

この実施例においては、装置の様々な構成要素は、当然
のことながら、光電センサ４が発光ダイオード１から発
せられ、歯車５の開口６を通過する光により照明されて
いるときでも、光電センサ９は光を受取らないか又はご
く少量の光を受取るように互いに対して配置され及び／
又は大きさを限定されなければならない。

この実施例では、また、第１図のミラー８は不要となる
ので、省略される。

本発明による装置の別の実施例においては、第１図の歯
車５の代わりに、同様に針Ａと等しい速度で回転し、歯
車５の開口６が占める場所に不透明領域を含む透明円板
が使用される。この実施例では、針Ａが基準位置以外の
位置にある間は光電センサ４が発光ダイオード１から発
せられる光により照明され、針Ａが基準位置にあるとき
には、光電センサは光を受取るのを停止することは自明
である。

不透明領域を含むこの透明円板の代わシに、第１図の軸
ＩＫ関して回転する単なる不透明フィンガを使用しても
良い。針Ａが基準位置にあるとき、フィンガの軸７側で
ない端部は発光ダイオード１によ多発生される光ビーム
を遮断する。

明らかに、この実施例においては、発光ダイオード１と
、プレート３は、上述の透明円板又は不透明フィンガの
両側に互いに対向する関係で配置されるか、又はこの円
板又はフィンガと同じ側に配置されれば良い。後者の場
合、装置は、当然、第１図のミラー８と同様のミラーを
有する０さらに、この実施例では、発光ダイオード１と
、プレート３との相対位置にかかわらず、装置の様々な
構成要素を、光電センサ９が光を全く受取らないか又は
ごく少量の光を受取るように配置し且つそれらの大きさ
を限定することは困難であろう。

この問題点を克服するために、装置の様々な構成要素は
、その代わシに、光電センサ９が、発光ダイオード１に
より照明されたときに充電センサ４が受取る光量と同等
の光量を固定的に受取るように、配設され且つ大きさを
限定されれば良い。

その場合、第２図の増幅器１４０代わシに、上述の基準
信号が光電センサ９によ多発生される信号の値の設定さ
れた一部値と等しい値を有するように構成される別の回
路を使用すれば十分である。

この別の回路は、単に分圧器又は１よシ小さい利得を有
する増幅器であれば良い。

本発明による装置のこの実施例の動作は、先の第１図か
ら第３図に関連する説明から容易に推測することが可能
であるので、ここでは説明しない。

上述の様々な実施例におけるような装置の用途は、時計
の針の基準点通過を検出することに限定されない。

本発明による装置は、固定文字盤に対する位置が物理的
大きさの値に従って変化する針等の表示部材として作用
する可動部材を有する多様な種類の装置のいずれにも、
有利に使用されることができるであろう。

そのような種類の装置の例としては、電圧計、電流計、
流量計等がある。また、可動部材が表示機能をもたない
装置にも本発明による装置を使用して良い。そのような
種類の装置の例としては、流体に浸せきされたバイメタ
ルばねから構成され、流体の温度に従って形状を変える
可動部材を有する装置がある。

これら全ての種類の装置において、可動部材が設定基準
位置を占めるに至ったときに検出装置により発生される
信号は多様な目的のために、たとえば、警報器を始動す
るため、あるいは製造プロセス又はその他のプロセスに
おける特定の動作を開始させるために使用される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による装置を具備する時計の部分横断
面図、 第２図は、本発明による装置の電子回路部分の構成の１
つの特定の形態を示す図、及び第３図は、本発明による
装置で使用されるいくつかの構成要素の１つの特性を示
すグラフである０１・・・−発光ダイオード、３１１・
舎・プレート、４拳・・Φ光電センサ、５・・・・不透
明要素（歯車）、６・・・・開口、９・・・・光電セン
サ、１１，１２・・・０抵抗器、１３・舎φΦ差動増幅
器、１４・・・・増幅器、Ａ・・拳・針。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体材料から成るプレートに形成され、照度に
   従って信号を発生することができる光電検出センサと、
   前記光電検出センサを照明するための光ビームを発生す
   ることができる光ビーム発生手段と、可動部材と関連し
   、前記光ビームの光路内に配設されて、前記可動部材の
   位置に従って前記光電検出センサの照度を変化させる手
   段と、基準信号を発生する手段と、前記光電検出センサ
   により発生される信号を前記基準信号と比較することに
   より検出信号を発生する検出信号発生手段とを具備し、
   前記基準信号を発生する手段は、前記光電検出センサと
   同じプレートに形成され且つ同じ照度で、前記光電検出
   センサにより発生される信号とほぼ等しい信号を発生す
   ることができる光電基準センサと、前記光電基準センサ
   により発生される信号に従って前記基準信号を発生する
   回路とを含み、前記光ビーム発生手段と、前記光電検出
   センサの照度を変化させる手段とは、前記光電検出セン
   サの照度が前記可動部材の少なくとも１つの位置で前記
   光電基準センサの照度と異なるように配置される、可動
   部材の基準位置通過を検出する装置。
2. （２）前記回路は、前記光電基準センサにより発生され
   る信号の設定された倍数に等しい値を有する前記基準信
   号を発生するように構成される請求項１記載の装置。
3. （３）前記光電検出センサ及び前記光電基準センサと、
   前記光ビーム発生手段と、前記光電検出センサの照度を
   変化させる手段とは、前記光電基準センサが前記光ビー
   ム発生手段により発生される光の一部を固定的に受取る
   ように配置される請求項１記載の装置。