KR100366948B1

KR100366948B1 - Low electricity consumption type light sensor

Info

Publication number: KR100366948B1
Application number: KR10-2000-0028058A
Authority: KR
Inventors: 주응택
Original assignee: 주응택
Priority date: 2000-05-24
Filing date: 2000-05-24
Publication date: 2003-01-09
Also published as: KR20000058443A

Abstract

본 발명은 저전력 소모형 광센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전력 소모량을 줄여 소형 배터리로 장기간 동안 사용할 수 있는 새로운 저전력 소모형 광센서에 관한 것이다.The present invention relates to a low power consumption type optical sensor, and more particularly, to a new low power consumption type optical sensor that can be used for a long time with a small battery by reducing power consumption.

본 발명에 따르면, 전원을 공급받아 소정 파장의 빛을 발하는 발광부(10)와, 이 발광부(10)의 빛을 받아들여 이를 전압으로 변환시켜 물체를 인식하는 수광부(20)를 포함하여 구성된 광센서에 있어서, 상기 발광부(10)에는 전원공급부(12)로부터 전원을 공급받아 펄스를 출력하는 펄스발생부(2)와, 이 펄스발생부(2)에 연결되어 펄스의 소정구간에서만 발광소자(16)가 구동되도록 하는 발광구동부(14)와, 상기 펄스발생부(2)에 연결되어 이 펄스발생부(2)의 펄스에 동기된 바이어스 전압을 출력하는 바이어스제어부(4)가 구비되고, 상기 수광부(20)에는 발광소자(16)에서 발하는 빛을 받아들이는 수광소자(22)와, 상기 수광소자(22)에서 출력되는 전류를 전압으로 변환 증폭시키는 전류-전압변환부(24)와, 발광부(10)의 바이어스제어부(4)에 연결되어 바이어스 전압 인가시에만 작동되며 상기 전류-전압변환부(24)에서 발생된 전압과 기준전압을 비교하는 비교기(26)와, 이 비교기(26)의 출력신호를 바이어스 전압으로 인가받아 물체인식에 따른 연속적인 신호를 출력하는 신호변환기(34)가 구비되어 이루어지며, 펄스의 소정구간에서만 발광부(10)와 수광부(20)의 작동이 이루어져 전력소모가 최소화 되는 것을 특징으로 하는 저전력 소모형 광센서가 제공된다.According to the present invention, the light emitting unit 10 receives power and emits light having a predetermined wavelength, and the light receiving unit 20 receives light from the light emitting unit 10 and converts it into a voltage to recognize an object. In the optical sensor, the light emitting unit 10 receives a power from the power supply unit 12 and outputs a pulse, and the light emitting unit 10 is connected to the pulse generating unit 2 to emit light only in a predetermined section of the pulse A light emitting driver 14 for driving the device 16 and a bias control part 4 connected to the pulse generator 2 for outputting a bias voltage synchronized with the pulse of the pulse generator 2; The light receiving unit 20 includes a light receiving element 22 that receives light emitted from the light emitting element 16, a current-voltage converter 24 which converts and amplifies the current output from the light receiving element 22 into a voltage; Connected to the bias control unit 4 of the light emitting unit 10 to apply a bias voltage The comparator 26 compares the voltage generated by the current-voltage converter 24 with the reference voltage, and receives the output signal of the comparator 26 as a bias voltage to provide a continuous signal according to object recognition. It is provided with a signal converter 34 for outputting, a low power consumption type optical sensor is provided, characterized in that the power consumption is minimized by the operation of the light emitting unit 10 and the light receiving unit 20 only in a predetermined period of the pulse.

Description

Low power consumption type light sensor

일반적으로 광센서는 광로를 통과하는 물체에 의해 빛이 단속되거나 반사됨으로써 물체를 검출할 수 있도록 된 것으로서, 도 1은 종래의 광센서를 보인 블록구성도이다. 이를 참조하면, 상기 광센서는 물체의 통로를 중심으로 서로 대향되게 또는 통로를 향해 서로 나란하게 설치된 발광부(10)와 수광부(20)로 이루어진다. 상기 발광부(10)는 전원공급부(12)에서 공급되는 전원에 의해 발광구동부(14)가 작동되어 소정의 빛을 발하는 발광소자(16)로 이루어진다. 상기 수광부(20)는 상기 발광소자(16)에서 발하는 빛을 받아들이는 수광소자(22)와, 이 수광소자(22)에서 검출된 빛의 파장에 따라 소정의 전류를 발생시켜 주는 전류-전압변환부(24)와, 이 전류-전압변환부(24)에서 발생된 전압과 기준전압을 비교하여 물체를 인식하는 비교기(26)로 이루어진다. 이와 같이 구성된 광센서는 상기 전원공급부(12)로부터 인가되는 전원에 의해 상기 발광부(10)에서 소정 파장의 빛을 지속적으로 조사하게 되며 상기 수광부(20)에서 빛을 받아들여 빛의 세기를 전압으로 변환하여 기준전압과 비교함으로써 물체의 유무 등을 검출하게 된다.In general, the optical sensor is to detect the object by intermittent or reflected light by the object passing through the optical path, Figure 1 is a block diagram showing a conventional optical sensor. Referring to this, the light sensor includes a light emitting part 10 and a light receiving part 20 which are installed to face each other with respect to the passage of the object or to be parallel to each other toward the passage. The light emitting unit 10 includes a light emitting device 16 that emits a predetermined light by operating the light emitting driver 14 by the power supplied from the power supply unit 12. The light receiving unit 20 includes a light receiving element 22 which receives light emitted from the light emitting element 16 and a current-voltage conversion that generates a predetermined current according to the wavelength of light detected by the light receiving element 22. And a comparator 26 for comparing the voltage generated by the current-voltage converter 24 with the reference voltage to recognize the object. The optical sensor configured as described above continuously emits light of a predetermined wavelength from the light emitting unit 10 by the power applied from the power supply unit 12, and receives the light from the light receiving unit 20 to voltage the light intensity. The presence or absence of an object is detected by comparing with the reference voltage by converting to.

그런데, 상기 광센서의 전원공급부는 상기 발광부와 수광부가 항상 동작되도록 지속적으로 전원을 공급해야 하므로 그 전력소모가 매우 크다. 따라서, 이러한 광센서는 상용 전원을 전압변환하는 전원공급장치를 통해 전원을 공급받게 되는데, 이 상용전원은 추가적인 전기공사를 해야 하고 설치비용이 많이 드는 단점이 있다. 또한, 배터리를 이용하는 경우에는 배터리 역시 사이즈가 커서 분리 설치해야 하는 불편함이 있고, 배터리의 통전 전하량에 한계가 있으므로 장기간 사용할 수 없는 단점이 있다.However, since the power supply unit of the optical sensor must continuously supply power so that the light emitting unit and the light receiving unit are always operated, its power consumption is very large. Therefore, such an optical sensor is supplied with power through a power supply that converts commercial power into voltage, and this commercial power has a disadvantage in that additional electric work is required and installation cost is high. In addition, in the case of using a battery, the battery is also inconvenient to be installed separately due to its large size, and there is a disadvantage in that it cannot be used for a long period of time because there is a limit in the amount of energized charge of the battery.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 전력 소모량을 줄여 소형 배터리로 장기간 사용할 수 있도록 된 새로운 저전력 소모형 광센서를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a new low power consumption type optical sensor that can be used for a long time as a small battery by reducing the power consumption.

도 1은 종래의 광센서를 보인 블럭구성도1 is a block diagram showing a conventional optical sensor

도 2은 본 발명의 일실시예에 따른 블록구성도Figure 2 is a block diagram according to an embodiment of the present invention

도 3은 상기 실시예에 따른 각 구성의 파형을 보인 타이밍도3 is a timing diagram showing waveforms of respective components according to the embodiment;

도 4는 상기 실시예에 따른 회로도4 is a circuit diagram according to the embodiment;

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

2. 펄스발생기 4. 바이어스제어부2. Pulse generator 4. Bias control unit

6. 필터부 10. 발광부6. Filter part 10. Light emitting part

12. 전원공급부 14. 발광구동부12. Power supply 14. Light emitting driver

16. 발광소자 20. 수광부16. Light emitting element 20. Light receiving portion

22. 수광소자 24. 전류-전압변환부22. Light receiving element 24. Current-voltage converter

26. 비교기26. Comparator

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 수광부(20)의 비교기(26) 전단에는 필터부(6)가 더 구비되어, 상기 수광소자에 입력된 자연광을 필터링하여 물체의 인식을 명확하게 할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 저전력 소모형 광센서가 제공된다.According to another feature of the present invention, the filter unit 6 is further provided in front of the comparator 26 of the light receiving unit 20, so that the recognition of the object can be made clear by filtering the natural light input to the light receiving element. A low power consumption type optical sensor is provided.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다. 도 2은 본 발명의 일실시예에 따른 블록구성도이다. 이를 참조하면, 상기 저전력 소모형 광센서는 전원공급부(12)로부터 전원을 공급받아 펄스를 출력하는 펄스발생부(2)와, 이 펄스발생부(2)에 연결되어 펄스의 하이레벨 구간에서만 발광소자(16)가 구동되도록 하는 발광구동부(14)와, 상기 펄스발생부(2)에 연결되어 이 펄스발생부(2)의 펄스에 동기된 바이어스 전압을 출력하는 바이어스제어부(4)로 이루어진 발광부(10)와, 상기 발광소자(16)에서 발하는 빛을 받아들이는 수광소자(22)와, 이 수광소자(22)에서 검출된 빛의 파장에 출력되는 전류를 소정 배율의 전압값으로 변환시키는 전류-전압변환부(24)와, 이 전류-전압변환부(24)로부터 출력된 전압 중 자연광을 필터링하는 필터부(6)와, 상기 전류-전압변환부(24)에서 발생된 전압과 기준전압을 비교하여 물체의 유무 등을 인식하는 비교기(26)와, 이 비교기(26)의 출력신호를 바이어스 전압으로 인가받아 물체인식에 따른 연속적인 신호를 출력하는 신호변환기(34)로 이루어진 수광부(20)로 구성된다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. 2 is a block diagram according to an embodiment of the present invention. Referring to this, the low power consumption type optical sensor receives a power from the power supply unit 12 and outputs a pulse, and is connected to the pulse generating unit 2 to emit light only in the high level section of the pulse Light emission comprising a light emission driver 14 for driving the device 16 and a bias control part 4 connected to the pulse generator 2 to output a bias voltage synchronized with the pulse of the pulse generator 2. The unit 10, the light receiving element 22 which receives the light emitted from the light emitting element 16, and the current output at the wavelength of light detected by the light receiving element 22 are converted into a voltage value of a predetermined magnification. The current-voltage converter 24, the filter unit 6 for filtering natural light among the voltages output from the current-voltage converter 24, and the voltage and reference generated by the current-voltage converter 24. The comparator 26 which recognizes the presence or absence of an object by comparing voltages, and the comparator 26 The light receiving unit 20 is composed of a signal converter 34 for outputting a continuous signal according to object recognition by receiving the output signal as a bias voltage.

상기 펄스발생부(2)는 전원공급부(12)로부터 직류 전원을 인가받아 듀티(펄스폭/주기)가 작은 펄스를 출력한다. 상기 발광구동부(14)는 펄스발생부(2)로부터 출력된 펄스신호 구간에서만 구동신호를 발생하여 발광소자(16)가 빛을 발하도록 한다. 상기 바이어스제어부(4)는 펄스발생부(2)에 연결되어 이 펄스발생부(2)의 펄스신호에 동기된 바이어스 전압을 발생시켜 비교기(26)로 전달한다. 상기 수광소자(22)는 발광소자(16)에서 발하는 빛 중 입사되는 빛의 세기를 전류로 변환하게 된다. 상기 전류-전압변환부(24)는 수광소자(22)에서 발생된 전류를 전압으로 변환하여 증폭한다. 상기 필터부(6)는 전류-전압변환부(24)의 출력 전압 중 상기 수광소자(22)에 입사된 자연광에 의한 직류전압을 필터링 하여 물체를 정확하게 인식할 수 있도록 한다. 상기 비교기(26)는 펄스에 동기된 바이어스 전압을 상기 바이어스제어부(4)로부터 인가받아 상기 펄스의 하이레벨 구간에서만 상기 필터부의 출력전압과 기설정된 전압을 비교하여 물체의 인식 신호를 발생한다. 참조번호 30은 인버터로 비교기(26)로부터 출력된 전압을 반전시킨다. 참조번호 32는 지연회로로 수광소자(22)의 지연시간(td) 때문에 발생되는 상기 인버터(30)의 신호를 제거하기 위한 것이다. 참조번호 34는 신호변환기로 상기 비교기(26)로부터 출력된 신호(set)와 지연회로(32)로부터 출력된 신호(reset)를 입력받아 물체의 유무 등에 따른 연속적인 신호를 출력한다. 또한, 상기 신호변환기(34)는 셀프 바이어스 커런트 미러(self-bias current mirror)의 특성을 이용한 것으로, 상기 비교기(26)로부터 출력된 셋트 신호에 의해 바이어스가 인가되어 동작되고, 상기 지연회로(32)로부터의 리셋 신호가 입력되면 동작되지 않아 전력소모가 없게 된다.The pulse generator 2 receives DC power from the power supply 12 and outputs a pulse having a small duty (pulse width / cycle). The light emitting driver 14 generates a driving signal only in the pulse signal section output from the pulse generator 2 so that the light emitting device 16 emits light. The bias control unit 4 is connected to the pulse generator 2 to generate a bias voltage synchronized with the pulse signal of the pulse generator 2 and transmit it to the comparator 26. The light receiving element 22 converts the intensity of light incident from the light emitted from the light emitting element 16 into a current. The current-voltage converter 24 converts the current generated by the light receiving element 22 into a voltage and amplifies it. The filter unit 6 filters DC voltage by natural light incident on the light receiving element 22 among the output voltages of the current-voltage converting unit 24 to accurately recognize an object. The comparator 26 receives a bias voltage synchronized with a pulse from the bias control unit 4 to generate a recognition signal of an object by comparing the output voltage of the filter unit with a predetermined voltage only in a high level period of the pulse. Reference numeral 30 inverts the voltage output from the comparator 26 to the inverter. Reference numeral 32 denotes a delay circuit for removing a signal of the inverter 30 generated due to the delay time td of the light receiving element 22. Reference numeral 34 receives a signal output from the comparator 26 and a reset output from the delay circuit 32 as a signal converter and outputs a continuous signal according to the presence or absence of an object. In addition, the signal converter 34 uses a characteristic of a self-bias current mirror, and a bias is applied by a set signal output from the comparator 26 to operate the delay circuit 32. When the reset signal from) is input, it does not operate and there is no power consumption.

도 3은 상기 실시예에 따른 각 구성의 파형을 보인 타이밍도이다. 이를 참조하면, 상기 펄스발생부(2)에서 펄스 듀티가 작은 펄스가 출력되면, 이 펄스의 하이레벨 구간에서만 발광소자(16)에 구동전류가 흐르게 된다. 이때, 물체가 존재하면 물체에 반사된 빛이 소정시간(td) 지연된 후 수광소자(22)에 수광되어 소정의 출력전류를 갖게된다. 이 출력전류는 전류-전압변환부(24)를 통해 전압으로 변환 증폭되고 필터부(6)에 의해서 자연광에 의한 직류성분이 제거된 후 비교기(26)로 인가된다. 이에, 비교기(26)는 바이어스제어부(4)로부터 펄스에 동기된 바이어스를 전달받아 이 펄스의 하이레벨 구간에서 상기 필터부(6)의 출력전압과 기설정된 전압을 비교하여 출력전압이 설정전압 이상일 경우 펄스를 발생시켜 이를 신호변환기(32)로 출력한다. 따라서, 신호변환기(34)는 비교기(26)로부터 출력된 전압을 셋트 입력으로 하고 인버터(30)와 지연회로(32)를 통해 출력된 전압을 리셋 입력으로 하여 물체인식에 따른 연속적인 신호를 출력한다.3 is a timing diagram showing waveforms of respective components according to the embodiment. Referring to this, when a pulse having a small pulse duty is output from the pulse generator 2, a driving current flows to the light emitting device 16 only in a high level section of the pulse. At this time, if the object exists, the light reflected by the object is delayed by a predetermined time td and then received by the light receiving element 22 to have a predetermined output current. The output current is converted into a voltage through the current-voltage converter 24 and amplified and applied to the comparator 26 after the direct current component due to natural light is removed by the filter unit 6. Accordingly, the comparator 26 receives the bias synchronized with the pulse from the bias control unit 4 and compares the output voltage of the filter unit 6 with a predetermined voltage in the high level period of the pulse, and thus the output voltage is greater than or equal to the set voltage. In this case, a pulse is generated and output to the signal converter 32. Therefore, the signal converter 34 outputs a continuous signal according to the object recognition by using the voltage output from the comparator 26 as a set input and the voltage output through the inverter 30 and the delay circuit 32 as a reset input. do.

도 4는 상기 실시예에 따른 회로도이다. 이를 참조하면, 펄스발생부(2)는 저항(R3)을 통해 흐르는 전류가 제1다이오드(D1)와 저항(R6)를 통해 제1커패시터(C1)에 충방전되면 제1트랜지스터(Q1)와, 제2트랜지스터(Q2)가 동작되어 펄스를 발생하며, 제2다이오드(D2)는 듀티가 작은 펄스가 발생되도록 한다. 발광구동부(14)는 저항(R7)에 흐르는 전류를 제5트랜지스터(Q5)에 의해 전류증폭하여 발광소자(16)를 구동한다. 또한, 바이어스제어부(4)는 저항(R5)와 접속된 제3트랜지스터(Q3)로 이루어지며 상기 펄스발생부(2)의 펄스 신호에 동기된 바이어스 전류를 제4트랜지스터(Q4)로 공급한다.4 is a circuit diagram according to the embodiment. Referring to this, when the current flowing through the resistor R3 is charged and discharged to the first capacitor C1 through the first diode D1 and the resistor R6, the pulse generator 2 may be connected to the first transistor Q1. The second transistor Q2 is operated to generate a pulse, and the second diode D2 causes a pulse having a small duty to be generated. The light emitting driver 14 amplifies the current flowing through the resistor R7 by the fifth transistor Q5 to drive the light emitting device 16. In addition, the bias control unit 4 includes a third transistor Q3 connected to the resistor R5 and supplies a bias current synchronized with the pulse signal of the pulse generator 2 to the fourth transistor Q4.

수광소자(22)는 포토다이오드나 포토트랜지스터로 이루어지며, 상기 발광소자(16)에서 방출된 빛을 받아 전류를 흐르게 한다. 전류-전압변환부(24)는 제6트랜지스터(Q6)와 저항(R8)로 이루어지며 전류를 증폭하고 전압으로 변환한다. 필터부(6)는 제2커패시터(C2)로 자연광에 의한 직류전압을 필터링한다. 비교기(26)는 통상적인 동작을 수행하며, 제4트랜지터(Q4)에 의해 바이어스 공급이 제어된다. 지연회로(32)는 제3커패시터(C3)로 이루어지며, 상기 수광소자(22)의 지연시간(td)에 의해 발생되는 펄스 출력을 제거한다. 신호변환기(34)는 상기 비교기(26)로부터 출력된 셋트 출력전압이 VD(D3)+VBE(Q16) 이상이면 하이출력을 발생시키고, 지연회로(32)를 통해 리셋 출력이 VBE(Q18)이상이면 로우출력을 발생한다.The light receiving element 22 is formed of a photodiode or phototransistor, and receives light emitted from the light emitting element 16 to flow a current. The current-voltage converter 24 is composed of a sixth transistor Q6 and a resistor R8 to amplify the current and convert it to a voltage. The filter unit 6 filters the DC voltage caused by natural light with the second capacitor C2. The comparator 26 performs normal operation, and the bias supply is controlled by the fourth transistor Q4. The delay circuit 32 includes a third capacitor C3 and removes the pulse output generated by the delay time td of the light receiving element 22. The signal converter 34 generates a high output when the set output voltage output from the comparator 26 is greater than or equal to VD (D3) + VBE (Q16), and the reset output is greater than or equal to VBE (Q18) through the delay circuit 32. In this case, low output is generated.

따라서, 상기 저전력 소모형 광센서는 펄스발생부(2)에서 출력된 펄스의 하이레벨 구간에서만 발광구동부(14)가 구동되어 빛을 발하도록 하고, 이 구간에서만필터부(6)에서 필터링된 전류-전압변환부(24)의 출력전압과 기설정된 기준전압을 비교하므로, 펄스의 하이레벨 구간에서만 대부분의 구성요소들의 전원이 소모되고, 이에 따라 전력소모량이 현저히 줄어드는 장점이 있다.Accordingly, the low power consumption type optical sensor causes the light emitting driver 14 to emit light only in a high level section of the pulse output from the pulse generator 2, and only the current filtered by the filter section 6 in this section. Since the output voltage of the voltage converter 24 and the predetermined reference voltage are compared, power of most components is consumed only in the high level period of the pulse, and thus power consumption is significantly reduced.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 상기 저전력 소모형 광센서는 펄스발생부에서 발생되는 펄스의 하이레벨 구간에서만 발광구동부가 구동되어 빛을 발하고, 이 구간에서만 비교기 및 신호변환기가 작동되므로 전력소모량이 현저히 줄어들게 되고, 소형 배터리로도 장기간 사용할 수 있는 장점이 있다.As described above, according to the present invention, the light-emitting driving unit emits light only in the high-level section of the pulse generated by the pulse generator, and the comparator and the signal converter operate only in this section. This significantly reduces, there is an advantage that can be used for a long time even with a small battery.

Claims

In the optical sensor configured to include a light emitting unit 10 that receives power and emits light of a predetermined wavelength, and a light receiving unit 20 that receives the light of the light emitting unit 10 and converts the light into a voltage to recognize an object. The light emitting unit 10 is supplied with power from the power supply unit 12, the pulse generating unit 2 for outputting a pulse, and the light emitting element 16 is connected to the pulse generating unit 2 only in a predetermined period of the pulse A light emitting driver 14 to be driven and a bias control unit 4 connected to the pulse generator 2 and outputting a bias voltage synchronized with the pulse of the pulse generator 2 are provided. ) Includes a light receiving element 22 that receives light emitted from the light emitting element 16, a current-voltage converter 24 for converting and amplifying a current output from the light receiving element 22 into a voltage, and a light emitting unit 10. Connected to the bias control unit (4) and operates only when the bias voltage is applied. Comparator 26 for comparing the voltage generated from the current-voltage converter 24 with the reference voltage, and a signal converter for outputting a continuous signal according to the object recognition by receiving the output signal of the comparator 26 as a bias voltage 34 is provided, low power consumption type light sensor, characterized in that the power consumption is minimized by the operation of the light emitting unit 10 and the light receiving unit 20 only in a predetermined period of the pulse.

The method of claim 1, wherein the front end of the comparator 26 of the light receiving unit 20 is further provided with a filter unit 6, it is possible to clarify the recognition of the object by filtering the natural light input to the light receiving element. Low power consumption type optical sensor