KR100702983B1 - 밝기 센서 - Google Patents

Abstract

CdS 대신에 광전변환 소자를 사용하면서도, 조도가 작아지는 만큼 조도검출의 분해능이 높아지는 밝기 센서를 제공한다.

밝기 센서는 조도에 비례해서 통과전류의 크기를 변화시키는 포토 트랜지스터(PTr)와 다이오드(D1)로 직렬회로를 구성하고, 직렬회로의 양단에 직류전압을 인가한 때에 다이오드(D1)의 양단 전압을 검출전압(VO)으로서 출력한다. 다이오드(D1)는 양단 전압이 순방향 강하전압에 도달할 때까지의 저전류영역에 있어서 통과전류가 커지는 만큼 통과전류에 대한 양단 전압의 변화율이 작아지는 비선형 특성을 가지므로, 다이오드(D1)를 저전류영역에서 동작시키기 위해 포토 트랜지스터(PTr)에는 조도에 대한 통과전류가 비교적 작은 것을 선정하여, 조도가 작아지는 만큼 조도에 대한 검출전압(VO)의 변화율이 커지도록 하고 있다.

밝기 센서, 광전변환, 소자, 다이오드, 포토 트랜지스터, 조도, 전압

Description

밝기 센서{Illuminance sensor}

도 1은 본 발명의 실시형태1을 나타내는 회로도,

도 2는 동상(同上)의 다이오드의 비선형 특성을 나타내는 설명도,

도 3(a)는 동상의 검출전압을 나타내는 동작 설명도, (b)는 동상의 증폭회로의 출력전압을 나타내는 동작 설명도,

도 4는 동상의 문턱치전압을 나타내는 설명도,

도 5는 동상의「출력전압〈 문턱치전압」의 경우를 나타내고, (a)는 비교기(comparator)의 입력을 나타내는 동작 설명도, (b)는 비교기의 출력을 나타내는 동작 설명도,

도 6은 동상의 「출력전압 〉문턱치전압」의 경우를 나타내고, (a)는 비교기의 입력을 나타내는 동작 설명도, (b)는 비교기의 출력을 나타내는 동작 설명도,

도 7은 본 발명의 실시형태2를 나타내는 회로도,

도 8은 동상의 제너 다이오드(Zener diode)의 비선형 특성을 나타내는 설명도,

도 9는 동상의 검출전압을 나타내는 동작 설명도,

도 10은 다이오드의 온도특성을 나타내는 설명도,

도 11은 본 발명의 실시형태3을 나타내는 회로도,

도 12는 본 발명의 실시형태4에 있어서 출력용 저항을 설치한 일례를 나타내는 회로도,

도 13은 동상의 출력용 저항을 설치한 다른 예를 나타내는 회로도,

도 14는 동상의 출력용 저항을 설치한 또 다른 예를 나타내는 회로도,

도 15는 동상의 제한용 저항을 설치한 일례를 나타내는 회로도,

도 16은 동상의 제한용 저항을 설치한 다른 예를 나타내는 회로도,

도 17은 동상의 제한용 저항을 설치한 또 다른 예를 나타내는 회로도,

도 18은 CdS를 사용한 종래 예를 나타내는 회로도,

도 19는 동상의 검출전압을 나타내는 동작 설명도,

도 20은 포토 트랜지스터를 사용한 종래 예를 나타내는 회로도,

도 21은 동상의 검출전압을 나타내는 동작 설명도.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

1 증폭회로, 2 포토IC(광전변환 소자),

D1 다이오드(비선형 소자), PTr 포토 트랜지스터(광전변환 소자),

OP1 OP 앰프, R3 제한용 저항,

R4 출력용 저항, VO 검출전압,

ZD1 제너 다이오드(비선형 소자).

본 발명은, 조도에 따른 광기전력을 발생하는 광기전력수단을 가지고 양단간을 통과하는 통과전류의 크기가 광기전력에 대해서 일대일로 결정되는 광전변환 소자를 사용한 밝기 센서에 관한 것이다.

종래부터, 도 18에 나타내는 바와 같이, 조도에 따라 저항치가 변화하는 CdS3을 사용한 밝기 센서가 알려져 있다. 이와 같은 종류의 밝기 센서는 CdS3과 직렬에 검출용 저항(R5)이 접속된 구성을 갖고, CdS3과 검출용 저항(R5)과의 직렬회로에 직류전압을 인가한 상태에서 검출용 저항(R5)의 양단 전압을 검출전압(VO)으로서 출력함으로써 조도를 검출한다.

예를 들면 검출 가능한 조도범위가 5∼10000Lx 정도의 일반적인 밝기 센서의 경우에는, 도 19에 나타내는 바와 같이, 조도가 커지는 만큼 조도에 대한 검출전압(VO)의 변화율이 작아지도록 검출전압(VO)은 조도에 대해서 비선형적으로 변화한다. 환언하면 조도가 작아지는 만큼 조도검출의 분해능이 높아지므로 10000Lx까지의 넓은 조도범위를 검출하면서도, 예를 들면 100Lx 이하의 조도영역에서의 조도의 사소한 변화도 검출할 수 있다. 일반적으로, 사람의 시감도 특성은 조도가 작아지는 만큼 분해능이 높아지도록 조도에 대해서 비선형적인 것이 알려져 있고, CdS3 을 사용한 밝기 센서는 사람의 시감도 특성에 가까운 특성을 갖게 된다.

그러나, 상술한 밝기 센서에서는 CdS3이 카드뮴을 포함하고 제조시나 폐기시에 있어서 환경에 대한 부하가 크다는 문제가 있으므로, CdS3 대신에, 포토 트랜지스터, 포토다이오드, 포토IC의 어느 하나의 광전변환 소자를 사용하는 것이 제안되고 있다(예를 들면 특허문헌1 참조). CdS3 대신에 사용하는 이들의 광전변환 소자 는 조도에 따른 광기전력을 발생하는 광기전력수단을 가지고 양단간을 통과하는 통과전류의 크기가 광기전력에 대해서 일대일로 결정된다. 예를 들면 포토 트랜지스터(PTr)를 사용한 밝기 센서는, 도 20에 나타내는 바와 같이, 도 18에 나타내는 CdS3을 사용한 밝기 센서에 있어서 검출용 저항(R5)과의 직렬회로를 CdS3 대신에 포토 트랜지스터(PTr)로 구성하고 있고, 상술한 밝기 센서와 같이 검출용 저항(R5)의 양단 전압을 검출전압(VO)으로서 검출함으로써 조도를 검출한다.

상술한 각종의 밝기 센서에서는, 각각 검출전압(VO)와 가변저항(VR1)에 의해 설정되는 문턱치전압(V2)을 비교하는 비교기(comparator)(CP1)가 설치되고, 조도와 문턱치전압(V2)에 상당하는 조도의 대소를 교체하면 비교기(CP1)의 출력(Vout)이 반전하도록 하고 있다.

그런데, 광전변환 소자를 사용한 밝기 센서에 있어서는, 예를 들면 검출 가능한 조도범위가 5∼10000Lx 정도의 일반적인 밝기 센서의 경우에는 통과전류의 크기가 조도에 대해서 선형적으로 변화한다. 따라서, 통과전류가 검출용 저항(R5)을 통과함으로써 검출용 저항(R5)의 양단에 발생하는 검출전압(VO)은 조도에 대해서 선형적으로 변화하게 된다. 결국, 밝기 센서에서의 조도검출의 분해능은 검출 가능한 모든 조도범위에 걸쳐서 일률적으로 설정되고, 예를 들면 0∼100Lx 정도의 조도범위를 검출 가능하게 한 밝기 센서에서는, 조도(횡축)을 대수 표시한 도 21에 나타내는 바와 같이, 0∼100Lx의 모든 조도범위에 걸쳐서 조도검출의 분해능이 비교적 높아진다.

특허문헌1 특개2003-130729호공보(제2페이지, 도 1)

그러나, 광전변환 소자를 사용해서 밝기 센서를 구성하면, 검출 가능한 모든 조도범위에 걸쳐서 조도검출의 분해능이 일률적이기 때문에, CdS3을 사용한 밝기 센서와 같이 조도가 작아지는 만큼 조도검출의 분해능이 높아지는 사람의 시감도 특성에 가까운 특성을 가질수 없고, 사람의 시감도 특성에 맞춘 조도검출을 실현할 수 없다는 문제가 발생한다.

본 발명은 상기 사유를 감안하여 이루어진 것으로서, CdS 대신에 광전변환 소자를 사용하면서도, CdS를 사용한 밝기 센서와 같이 조도가 작아지는 만큼 조도검출의 분해능이 높아지는 밝기 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

청구항 1의 발명은, 조도에 따른 광기전력을 발생하는 광기전력수단을 가지고 양단간을 통과하는 통과전류의 크기가 광기전력에 대해서 일대일로 결정되는 광전변환 소자와, 광전변환 소자와 직렬회로에 직류전압이 인가되는 다이오드에서 전류를 순방향에 통과시키는 방향에 접속되어 양단 전압을 검출전압으로서 출력하는 비선형 소자로 이루어지고, 비선형 소자에 있어서 통과전류가 커지는 만큼 통과전류에 대한 검출전압의 변화율이 작아지는 비선형 특성을 가지는 영역에서 통과전류를 흘리는 것에 의해 검출전압을 상기 비선형 특성에 따라서 변화시키는 것을 특징으로 한다.

일반적으로 다이오드는 순방향으로 통과하는 통과전류가 저전류이며 양단 전압이 순방향 강하전압에 도달할 때까지의 영역에 있어서, 통과전류가 커지는 만큼 양단 전압의 통과전류에 대한 변화율이 작아지도록 양단 전압이 통과전류에 대해서 비선형적으로 변화하는 특성을 갖는다. 청구항 1의 구성은, 이 다이오드의 특성에 착안해서 제안한 것이며, 광전변환 소자가 조도에 대해서 비례하는 크기의 통과전류를 통과시켰을 때에 통과전류가 커지는 만큼 다이오드의 양단 전압의 통과전류에 대한 변화율이 작아지므로, 결과적으로 CdS를 사용한 밝기 센서와 같이, 조도가 커지는 만큼 조도에 대한 검출전압의 변화율이 작아지도록 검출전압이 조도에 대해서 비선형적으로 변화한다. 따라서, 광전변환 소자를 사용하여, CdS를 사용한 밝기 센서와 같이, 조도가 작아지는 만큼 조도검출의 분해능이 높아지는 밝기 센서를 실현할 수 있다.

청구항 2의 발명은, 조도에 따른 광기전력을 발생하는 광기전력수단을 가지고 양단간을 통과하는 통과전류의 크기가 광기전력에 대해서 일대일로 결정되는 광전변환 소자와, 광전변환 소자와의 직렬회로에 직류전압이 인가되는 제너 다이오드(Zener diode)이며, 전류를 역방향에 통과시키는 방향에 접속되어 양단 전압을 검출전압으로서 출력하는 비선형 소자로 이루어지고, 비선형 소자에 있어서 통과전류가 커지는 만큼 통과전류에 대한 검출전압의 변화율이 작아지는 비선형 특성을 가지는 영역에서 통과전류를 흘리는 것에 의해 검출전압을 상기 비선형 특성에 따라서 변화시키는 것을 특징으로 한다.

일반적으로, 제너 다이오드는 역방향으로 통과하는 통과전류가 저전류이며, 양단 전압이 제너전압에 도달할 때까지의 영역에 있어서, 통과전류가 커지는 만큼 양단 전압의 통과전류에 대한 변화율이 작아지도록 양단 전압이 통과전류에 대해서 비선형적으로 변화하는 특성을 갖는다. 청구항 2의 구성은, 이 제너 다이오드의 특성에 착안해서 제안한 것이며, 광전변환 소자가 조도에 대해서 비례하는 크기의 통과전류를 통과시켰을 때에, 통과전류가 커지는 만큼 제너 다이오드의 양단 전압의 통과전류에 대한 변화율이 작아지므로, 결과적으로 CdS를 사용한 밝기 센서와 같이, 조도가 커지는 만큼 조도에 대한 검출전압의 변화율이 작아지도록 검출전압이 조도에 대해서 비선형적으로 변화한다. 따라서, 광전변환 소자를 사용하여, CdS를 사용한 밝기 센서와 같이, 조도가 작아지는 만큼 조도검출의 분해능이 높아지는 밝기 센서를 실현할 수 있다.

청구항 3의 발명은 청구항 1 또는 청구항 2의 발명에 있어서, 상기 검출전압을 증폭하도록 OP 앰프(operational amplifier)를 사용한 증폭회로가 부가되는 것을 특징으로 한다.

이 구성에서는, 증폭회로의 출력전압을 검출하면, 검출 가능한 모든 조도범위에 걸쳐서 조도검출의 분해능이 높아진다.

청구항 4의 발명은, 청구항 1 또는 청구항 2의 발명에 있어서, 상기 광전변환 소자 및 상기 비선형 소자와 직렬로 접속되는 출력용 저항이 부가되어, 비선형 소자의 양단 전압에 출력용 저항의 양단 전압을 가해서 검출전압으로 하는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 통과전류에 대한 검출전압의 변화율이 출력용 저항의 저항치 분만큼 최저 수준으로 올려지므로, 결과적으로 검출 가능한 모든 조도범위에 걸쳐서 조도검출의 분해능이 높아진다.

청구항 5의 발명은 청구항 1 또는 청구항 2의 발명에 있어서, 상기 광전변환 소자와 상기 비선형 소자와의 접속점에 상기 통과전류의 크기를 제한하는 제한용 저항이 삽입되는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 제한용 저항에 의해 통과전류의 크기를 제한하고 있으므로, 조도가 커졌을 때에 광전변환 소자 및 비선형 소자가 과전류에 의해 파괴하는 것을 방지할 수 있다.

청구항 6의 발명은 청구항 1 또는 청구항 2의 발명에 있어서, 상기 광전변환 소자에서의 상기 비선형 소자와는 반대측의 일단에는, 광전변환 소자 및 비선형 소자와 함께 직렬회로를 형성함으로써 상기 통과전류의 크기를 제한하는 제한용 저항이 접속되는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 제한용 저항에 의해 통과전류의 크기를 제한하고 있으므로, 조도가 커졌을 때에 광전변환 소자 및 비선형 소자가 과전류에 의해 파괴되는 것을 방지할 수 있다. 더욱이, 소비 전류가 제한되는 효과도 기대할 수 있다.

(실시형태1)

본 실시형태의 밝기 센서는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 광전변환 소자로서의 포토 트랜지스터(PTr)와 비선형 소자로서의 다이오드(D1)가 직렬에 접속된 구성을 갖는다. 본 실시형태에서는 종래 구성에서 설명한 CdS를 사용한 밝기 센서와 같이 검출 가능한 조도범위를 5∼10000Lx라고 한 밝기 센서에 대해서 설명한다.

포토 트랜지스터(PTr) 및 다이오드(D1)의 직렬회로는, 이 직렬회로를 통과하는 통과전류가, 포토 트랜지스터(PTr)에 의해 제한되는 동시에 다이오드(D1)를 다 이오드(D1)의 순방향으로 통과하도록, 포토 트랜지스터(PTr)의 에미터와 다이오드(D1)의 애노드를 접속해서 구성되고, 직류전원에 의해 포토 트랜지스터(PTr)의 콜렉터측을 정(正)으로 하는 직류전압이 양단간에 인가된다. 이 상태에서, 다이오드(D1)의 양단 전압을 검출전압(VO)으로서 출력하도록 구성하고 있다. 여기에서, 조도가 검출 가능한 조도범위의 최대치에 도달해도 다이오드(D1)를 통과하는 통과전류는 충분히 저전류이며 검출전압(VO)가 다이오드(D1)의 순방향 강하전압에 도달하는 일이 없도록, 10000Lx의 조도에 대해서도 통과전류가 비교적 작은 포토 트랜지스터(PTr)를 선정하고 있다.

그런데, 포토 트랜지스터(PTr)는 조도에 따른 광기전력을 발생하는 동시에 콜렉터를 정(正)으로 하는 직류전압이 인가되었을 때에 콜렉터로부터 에미터로 통과하는 통과전류의 크기가 광기전력의 크기에 대해서 일대일로 결정되는 것이다. 본 실시형태의 밝기 센서에서 사용하는 5∼10000Lx의 조도범위에 있어서는 포토 트랜지스터(PTr)의 통과전류와 조도는 비례의 관계에 있다. 한편, 다이오드(D1)는 통과전류(종축)를 대수 표시한 도 2에 나타내는 바와 같이 순방향으로 통과하는 통과전류가 저전류이며 양단 전압이 순방향 강하전압에 도달할 때까지의 영역에 있어서, 통과전류가 커지는 만큼 통과전류에 대한 양단 전압의 변화율이 작아지는 특성을 갖는다. 즉, 통과전류가 저전류일 때에, 양단 전압이 통과전류에 대해서 비선형적으로 변화하는 특성을 갖는다. 이 특성을 이하에서는 다이오드(D1)의 비선형 특성이라고 칭한다.

본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이 조도에 대해서 선형적으로 변화하는 통과전류를 다이오드(D1)의 순방향으로 통과시키는 것에 의해 다이오드(D1)의 비선형 특성을 이용하여, CdS를 사용한 밝기 센서와 같이, 조도가 작아지는 만큼 조도검출의 분해능이 높아지는 밝기 센서를 실현하고 있다.

이하에, 이 밝기 센서의 동작을 설명한다. 포토 트랜지스터(PTr) 및 다이오드(D1)의 직렬회로의 양단간에 직류전압이 인가되면, 이 직렬회로를 통과하는 통과전류는 포토 트랜지스터(PTr)에 의해 조도에 대해서 선형적으로 변화한다. 이 통과전류가 다이오드(D1)를 순방향으로 통과하면, 다이오드(D1)의 비선형 특성에 의해 다이오드(D1)의 양단간에는 통과전류가 커지는 만큼 통과전류에 대한 변화율이 작아지는 검출전압이 생긴다. 따라서, 검출전압(VO)은 도 3(a)에 나타내는 바와 같이 조도가 커지는 만큼 조도에 대한 변화율이 작아지도록 조도에 대해서 비선형적으로 변화하게 된다.

환언하면, 조도가 작아지는 만큼 조도검출의 분해능이 높아지기 때문에, 예를 들면 100Lx 이하의 조도영역에 있어서, 조도의 사소한 변화를 검출전압(VO)의 변화로서 출력할 수 있고, 결과적으로, 본 실시형태의 광전변환 소자를 사용한 밝기 센서는, CdS를 사용한 밝기 센서와 같이, 사람의 시감도 특성에 가까운 특성을 갖게 된다.

또한, 본 실시형태의 밝기 센서는 검출전압(VO)을 증폭해서 출력하는 것 같이 OP 앰프(OP1)를 사용한 증폭회로(1)를 구비하고 있다. 증폭회로(1)는, OP 앰프(OP1)의 반전 입력단자와 출력단자와의 사이에 귀환용 저항(R1)을 개재시키는 동시에, OP 앰프(OP1)의 반전 입력단자와 직류전원의 음극과의 사이에 입력용 저항(R2) 을 개재시키는 것에 의해 구성된 비반전 증폭회로이며, OP 앰프(OP1)의 비반전 입력단자가 포토 트랜지스터(PTr)와 다이오드(D1)와의 접속점에 접속되어 있다. 증폭회로(1)를 구비하는 것에 의해, 밝기 센서의 출력전압(V1)은, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이 검출전압(VO)을 정수배로 한 출력전압(V1)이 되므로, 검출 가능한 모든 조도범위에 걸쳐서 조도검출의 분해능이 높아지고, 보다 사소한 조도의 변화를 검출할 수 있다.

그런데, 본 실시형태의 밝기 센서는 증폭회로(1)의 출력전압(V1)을 문턱치전압(V2)과 비교하여, 증폭회로(1)의 출력전압(V1)과 문턱치전압(V2)과의 대소를 교체하면 출력(Vout)이 반전하는 비교기(CP1)를 종래 구성과 같이 구비하고 있다. 이 문턱치전압(V2)은 양단간에 직류전압이 인가된 가변저항(VR1)의 인출선(P)으로부터 인출되는 것이며, 가변저항(VR1)에 의한 분압을 이용하여, 도 4에 나타내는 바와 같이 가변저항(VR1)의 일단과 인출선(P)과의 사이의 저항치에 대해서 비례한다. 비교기(CP1)는 반전 입력단자에 증폭회로(1)의 출력단자가 접속되는 동시에 비반전 입력단자에 가변저항(VR1)의 인출선(P)이 접속되는 것에 따라, 도 5에 나타내는 바와 같이 증폭회로(1)의 출력전압(V1)이 문턱치전압(V2)보다 작은 기간에 출력(Vout)을 H레벨로 하고, 도 6에 도시한 바와 같이 증폭회로(1)의 출력전압(V1)이 문턱치전압(V2)보다 큰 기간에 출력(Vout)을 L레벨로 하도록 동작한다.

(실시형태2）

본 실시형태의 밝기 센서는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 포토 트랜지스터(PTr)와 함께 직렬회로를 구성하는 비선형 소자로서, 다이오드 대신에 제너 다이오 드(ZD1)를 통과전류가 제너 다이오드(ZD1)의 역방향으로 흐르도록 접속한 점이 실시형태1의 밝기 센서와 상위(相違)하다. 제너 다이오드(ZD1)의 양단 전압은 검출전압(VO)으로서 출력된다. 여기에서, 조도가 검출 가능한 조도범위의 최대치에 도달해도 제너 다이오드(ZD1)를 통과하는 통과전류는 충분히 저전류이며 검출전압(VO)이 제너 다이오드(ZD1)의 제너전압에 도달하는 일이 없도록 10000Lx의 조도에 대해서도 통과전류가 비교적 작은 포토 트랜지스터(PTr)를 선정하고 있다.

그런데, 제너 다이오드(ZD1)는 통과전류(종축)을 대수 표시한 도 8에 나타내는 바와 같이 역방향으로 통과하는 통과전류가 저전류이며 양단 전압이 제너전압에 도달할 때까지의 영역에 있어서, 통과전류가 커지는 만큼 통과전류에 대한 양단 전압의 변화율이 작아지는 특성을 갖는다. 즉, 통과전류가 저전류일 때에 양단 전압이 통과전류에 대해서 비선형적으로 변화하는 특성을 갖는다. 이 특성을 이하에서는 제너 다이오드(ZD1)의 비선형 특성이라고 칭한다.

본 실시형태에서는 조도에 대해서 선형적으로 변화하는 통과전류를 제너 다이오드(ZD1)의 역방향으로 통과시키는 것에 의해, 제너 다이오드(ZD1)의 비선형 특성을 이용하여, CdS를 사용한 밝기 센서와 같이, 조도가 작아지는 만큼 조도검출의 분해능이 높아지는 밝기 센서를 실현하고 있다.

이하에, 이 밝기 센서의 동작을 설명한다. 포토 트랜지스터(PTr) 및 제너 다이오드(ZD1)의 직렬회로의 양단간에 직류전압이 인가되면, 이 직렬회로를 통과하는 통과전류는 포토 트랜지스터(PTr)에 의해 조도에 대해서 선형적으로 변화한다. 이 통과전류가 제너 다이오드(ZD1)를 역방향으로 통과하면, 제너 다이오드(ZD1)의 비 선형 특성에 의해, 제너 다이오드(ZD1)의 양단간에는 통과전류가 커지는 만큼 통과전류에 대한 변화율이 작아지는 검출전압(VO)이 발생한다. 따라서, 검출전압(VO)은 도 9에 나타내는 바와 같이 조도가 커지는 만큼 조도에 대한 변화율이 작아지도록조도에 대해서 비선형적으로 변화하게 된다.

환언하면, 조도가 작아지는 만큼 조도검출의 분해능이 높아지기 때문에, 예를 들면 100Lx이하의 조도영역에 있어서, 조도의 사소한 변화를 검출전압(VO)의 변화로서 출력할 수 있고, 결과적으로, 본 실시형태의 광전변환 소자를 사용한 밝기 센서는, CdS를 사용한 밝기 센서와 같이, 사람의 시감도 특성에 가까운 특성을 갖게 된다.

그런데, 제너 다이오드(ZD1)의 양단간에 발생하는 검출전압(VO)의 크기는 통과전류의 크기가 같아도 제너전압의 큰 제너 다이오드(ZD1)만큼 커진다. 본 실시형태에서는, 일반에 풍부하게 제공되어 있는 제너 다이오드 중에서 비교적 큰 제너전압을 갖는 것을 선택해서 사용하고 있고, 검출전압(VO)을 증폭하는 증폭회로(1)(도 1 참조)를 사용하는 일 없이 비교적 큰 검출전압(VO)을 출력할 수 있도록 하고 있다.

또한, 다이오드는 일반적으로 같은 크기의 통과전류를 통과해도 주위온도가 높아지는 것에 따라 양단 전압이 작아지는 방향에 시프트 하는 부(負)의 온도계수를 갖고 있다. 도 10은 횡축을 통과전류로 하여 주위온도의 다른 다이오드의 양단 전압을 나타내고 있고, 주위온도가「25도」인 경우를 실선으로 나타내고, 주위온도가「-25」도인 경우를 일점쇄선으로 나타내며, 주위온도가「100도」인 경우를 파선 으로 나타낸다. 대응해서, 본 실시형태와 같이 제너 다이오드(ZD1)를 사용하면, 다이오드의 부의 온도계수를 애벌런취(avalanche) 효과의 정의 온도계수에 의해 저감할 수 있고, 주위온도에 의해 감도가 변화하여 버리는 것을 방지할 수 있다.

또, 도 7에 나타내는 밝기 센서에서는, 비교기(CP1)의 반전 입력단자에 대해서 포토 트랜지스터(PTr)와 제너 다이오드(ZD1)와의 접속점을 접속하는 구성을 채용하고, 검출전압(VO)과 문턱치전압(V2)을 비교해서 검출전압(VO)과 문턱치전압(V2)과의 대소를 교체하면 비교기(CP1)의 출력(Vout)을 반전하도록 하고 있다. 그 밖의 구성 및 기능은 실시형태1과 같다.

(실시형태3)

본 실시형태의 밝기 센서는, 도 11에 나타내는 바와 같이 광전변환 소자로서 포토 트랜지스터(PTr) 대신에 포토IC2를 사용한 점과, 포토IC2와 직류전원의 양극과의 사이에 제한용 저항(R3)을 삽입한 점이 실시형태2와 다르다. 즉, 포토IC2 및 제너 다이오드(ZD1)가 제한용 저항(R3)과 함께 직렬회로를 구성하고 있다.

포토IC2는 조도에 따른 광기전력을 발생하는 광기전력수단으로서 포토다이오드(20)를 갖고, 포토다이오드(20)가 발생하는 광기전력을 증폭하는 증폭기(21)와 증폭기(21)의 출력단자가 베이스에 접속된 트랜지스터(22)를 구비한 구성을 갖는다. 트랜지스터(22)의 콜렉터 및 에미터는 각각 실시형태2에서의 포토 트랜지스터(PTr)의 콜렉터 및 에미터 대신에, 제한용 저항(R3)과 제너 다이오드(ZD1)의 캐소드에 각각 접속된다. 증폭기(21)로의 전력공급은 직류전원으로부터 행해지고 있다.

이 구성에 의하면, 조도에 따라 포토다이오드(20)가 광기전력을 발생했을 때 에, 증폭기(21)가 트랜지스터(22)에 대해서 베이스 전류를 흘리도록 기능하고, 결과적으로 트랜지스터(22)의 콜렉터와 에미터의 사이를 조도에 따른 크기의 통과전류가 통과하게 된다. 제한용 저항(R3)은 포토IC2 및 제너 다이오드(ZD1)를 통과하는 통과전류의 크기를 제한해서, 조도가 지나치게 커졌을 경우에 포토IC2 및 제너 다이오드(ZD1)를 과전류가 통과해서 포토IC2 및 제너 다이오드(ZD1)가 파괴되는 것을 방지한다. 더욱이, 제한용 저항(R3)은 포토IC2를 동작시키기 위해 포토IC2에 유입하는 전류의 크기를 제한하므로, 소비 전류를 제한하는 효과도 기대할 수 있다. 또, 도 11에는 나타내고 있지 않지만, 실시형태2의 밝기 센서와 같이, 검출전압(VO)을 문턱치전압(V2)과 비교하는 비교기(CP1)를 설치해도 된다. 그 밖의 구성 및 기능은 실시형태2와 같다.

(실시형태4)

본 실시형태에서는, 상술한 각 실시형태의 밝기 센서에 있어서 광전변환 소자와 비선형 소자와의 직렬회로에 대해서 저항을 직렬로 접속하는 예를 나타낸다. 기본 구성은 상술한 각 실시형태의 밝기 센서와 같기 때문에 중복하는 내용에 관해서는 설명을 생략한다.

우선, 비선형 소자와 직류전원의 음극과의 사이에 출력용 저항(R4)을 삽입한 밝기 센서에 대해서 설명한다. 실시형태1의 밝기 센서에 출력용 저항(R4)을 설치한 것을 도 12에 나타내고, 실시형태2의 밝기 센서에 출력용 저항(R4)을 설치한 것을 도 13에 나타내며, 도 14에서 실시형태3의 밝기 센서에 있어서 제한용 저항(R3) 대신에 출력용 저항(R4)을 설치한 것을 나타낸다. 출력용 저항(R4)을 구비한 밝기 센 서에서는 비선형 소자의 양단 전압에 출력용 저항(R4)의 양단 전압을 가산한 전압을 검출전압(VO)으로 하고 있고, 조도에 대한 비선형 소자의 양단 전압의 변화율에 출력용 저항(R4)의 저항치를 가한 것이 조도에 대한 검출전압(VO)의 변화율이 된다. 즉, 조도에 대한 검출전압(VO)의 변화율이 전체적으로 최저 수준으로 올려지므로, 결과적으로 검출 가능한 조도범위의 전체에 걸쳐서 조도검출의 분해능을 높게 할 수 있다.

다음에, 실시형태3에서 나타낸 광전변환 소자 및 비선형 소자의 직렬회로를 통과하는 통과전류의 크기를 제한하는 제한용 저항(R3)을, 광전변환 소자와 비선형 소자와의 접속점에 삽입한 밝기 센서에 대해서 설명한다. 실시형태1의 밝기 센서에 제한용 저항(R3)을 설치한 것을 도 15에 나타내고, 실시형태2의 밝기 센서에 제한용 저항(R3)을 설치한 것을 도 16에 나타내며, 도 17에서는 실시형태3의 밝기 센서에 있어서 제한용 저항(R3)을 포토IC2와 직류전원의 양극과의 사이 대신에 포토IC2와 제너 다이오드(ZD1)와의 접속점에 삽입한 것을 나타낸다. 제한용 저항(R3)을 구비한 밝기 센서에서는, 광전변환 소자 및 비선형 소자를 통과하는 통과전류의 크기가 제한되므로, 조도가 지나치게 커졌을 경우에 광전변환 소자 및 비선형 소자를 과전류가 통과해서 광전변환 소자 및 비선형 소자가 파괴되는 것이 방지된다.

또한, 도 17에 나타낸 포토IC2와 제너 다이오드(ZD1)과의 접속점에 제한용 저항(R3)을 설치한 밝기 센서에서는, 비교기(CP1)를 실시형태2와 같이 구비하고 있다. 비교기(CP1)는 반전 입력단자에 제너 다이오드(ZD1)의 캐소드가 접속되는 동시에 비반전 입력단자에 가변저항(VR1)의 인출선(P)이 접속되는 것에 의해, 검출전압 (VO)이 문턱치전압(V2)보다 작은 기간에 출력(Vout)을 H레벨로 하고, 검출전압(VO)이 문턱치전압(V2)보다 큰 기간에 출력(Vout)을 L레벨로 하도록 동작한다.

그런데, 도 17에 나타내는 밝기 센서에서는, 제한용 저항(R3)으로 통과전류의 크기를 제한함으로써 제너 다이오드(ZD1)의 양단간에 발생하는 검출전압(VO)의 크기를 제한하고, 밝기 센서가 검출 가능한 조도범위를 넘는 큰 조도를 검출해도, 검출전압(VO)이 가변저항(VR1)에 의해 설정되는 문턱치전압(V2)의 최대치를 넘는 일이 없도록 하고 있다. 따라서, 밝기 센서를 정지시킬 경우에 가변저항(VR1)에 의해 문턱치전압(V2)을 최대치로 설정하는 것 만으로, 조도가 변화하여도 검출전압(VO)이 문턱치전압(V2)보다 항상 작아지도록 하여 비교기(CP1)의 출력(Vout)을 H레벨로 유지할 수 있다. 이 기능은, 예를 들면 밝기 센서의 이외에 인체 감지센서를 구비하고, 외광의 조도가 작고 또, 인체 감지센서가 사람을 검출했을 때에 부하를 동작시키도록 구성한 장치에 있어서, 밝기 센서에 관계없이 인체 감지센서의 출력에 의해서만 부하를 동작시키는 경우에 유용하다.

또, 본실시형태에서 나타낸 복수의 밝기 센서에 있어서, 비교기(CP1)는 도 17에만 나타나 있지만, 다른 도면에 나타내는 밝기 센서에도 비교기(CP1)를 설치해도 된다.

본 발명은 비선형 소자에서의 통과전류에 대해서 양단 전압이 비선형적으로 변화하는 특성에 착안해서 제안한 것이며, 광전변환 소자가 조도에 대해서 비례하는 크기의 통과전류를 통과시켰을 때에, 통과전류가 커지는 만큼 비선형 소자의 양 단 전압의 통과전류에 대한 변화율이 작아지므로, 결과적으로, CdS를 사용한 밝기 센서와 같이, 조도가 커지는 만큼 조도에 대한 검출전압의 변화율이 작아지도록 검출전압이 조도에 대해서 비선형적으로 변화한다. 따라서, 광전변환 소자를 사용하여, CdS를 사용한 밝기 센서와 같이, 조도가 작아지는 만큼 조도검출의 분해능이 높아지는 밝기 센서를 실현할 수 있다.

Claims (6)

1. 조도에 따른 광기전력을 발생하는 광기전력수단을 가지고 양단간을 통과하는 통과전류의 크기가 광기전력에 대해서 일대일로 결정되는 광전변환 소자와, 광전변환 소자와의 직렬회로에 직류전압이 인가되는 다이오드로서 전류를 순방향으로 통과시키는 방향에 접속되어 양단 전압을 검출전압으로서 출력하는 비선형 소자로 이루어지고, 비선형 소자에 있어서 통과전류가 커지는 만큼 통과전류에 대한 검출전압의 변화율이 작아지는 비선형 특성을 가지는 영역에서 통과전류를 흘리는 것에 의해 검출전압을 상기 비선형 특성에 따라서 변화시키는 것을 특징으로 하는 밝기 센서.
2. 조도에 따른 광기전력을 발생하는 광기전력수단을 가지고 양단간을 통과하는 통과전류의 크기가 광기전력에 대해서 일대일로 결정되는 광전변환 소자와, 광전변환 소자와의 직렬회로에 직류전압이 인가되는 제너 다이오드로서 전류를 역방향으로 통과시키는 방향에 접속되어 양단 전압을 검출전압으로서 출력하는 비선형 소자로 이루어지고, 비선형 소자에 있어서 통과전류가 커지는 만큼 통과전류에 대한 검출전압의 변화율이 작아지는 비선형 특성을 가지는 영역에서 통과전류를 흘리는 것에 의해 검출전압을 상기 비선형 특성에 따라서 변화시키는 것을 특징으로 하는 밝기 센서.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 검출전압을 증폭하도록 OP 앰프를 사용한 증폭회로가 부가되는 것을 특징으로 하는 밝기 센서.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 광전변환 소자 및 상기 비선형 소자와 직렬로 접속되는 출력용 저항이 부가되고, 비선형 소자의 양단 전압에 출력용 저항의 양단 전압을 가해서 검출전압으로 하는 것을 특징으로 하는 밝기 센서.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 광전변환 소자와 상기 비선형 소자와의 접속점에 상기 통과전류의 크기를 제한하는 제한용 저항이 삽입되는 것을 특징으로 하는 밝기 센서.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 광전변환 소자에서의 상기 비선형 소자와는 반대측의 일단에는, 광전변환 소자 및 비선형 소자와 함께 직렬회로를 형성함으로써 상기 통과전류의 크기를 제한하는 제한용 저항이 접속되는 것을 특징으로 하는 밝기 센서.

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