KR101602484B1

KR101602484B1 - 광 센서를 이용한 근접 센서

Info

Publication number: KR101602484B1
Application number: KR1020110026396A
Authority: KR
Inventors: 후미야스 우츠노미야; 다로 야마사키; 이사무 후지이
Original assignee: 에스아이아이 세미컨덕터 가부시키가이샤
Priority date: 2010-03-25
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2016-03-15
Also published as: TWI524669B; KR20110107764A; TW201203859A; US20110234302A1; JP2011205433A; CN102299704B; JP5491247B2; US8748790B2; CN102299704A

Abstract

(과제)
사용하기 편리하고, 저소비 전력의 광 센서를 이용한 근접 센서를 제공하는 것.
(해결 수단)
제1의 광 센서를 이용하여, 손가락이 근접함에 따라 광 센서에 입사되는 주위 광량이 변화한 것을 검출하고, 이 검출 결과를 기초로 검출 신호를 출력하는 구성으로 했다.
광 센서는, 예를 들면 하나 또는 병렬로 접속된 복수의 PN접합 소자로 구성되어 있다

Description

광 센서를 이용한 근접 센서{PROXIMITY SENSOR USING OPTICAL SENSOR}

본 발명은 근접 센서에 관한 것이며, 특히 종래보다도 소비 전력이 적은 광 센서를 이용한 근접 센서에 관한 것이다.

종래의 광 센서를 이용한 근접 센서는, 스스로 광을 조사하여, 근접한 손가락 등으로 반사하는 광을 광 센서로 검출함으로써, 손가락 등이 근접한 것을 검출하고 있었다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조.).

도 10에 종래의 근접 센서를 이용한 비접촉 스위치의 회로 블록도를 나타냈다. 종래의 비접촉 스위치(10)는, 수광부(27)와 투광부(28)를 가지는 반사광 이용 타입의 근접 센서(29)와, 전기 기기의 일례인 조명기구(30) 등의 부하에 직렬로 접속된 스위치 회로(31)와, 근접 센서(29)의 출력에 의해 스위치 회로(31)의 반도체 스위치 소자를 구성하는 트라이액(스위치 수단의 일례)(32)을 온 오프하는 스위치제어부(33)와, 이들에 전원을 공급하는 전원부(34)를 가지고 있다.

근접 센서(29)는 주지의 구조로 이루어지며, 발광 다이오드를 이용한 투광부(28)로부터 발하는 적외선 펄스를, 대상물의 일례인 사람의 손(35)에 반사시켜서, 그 반사광을 포토 트랜지스터나 포토 다이오드를 이용한 수광부(27)에 의해 수광한 경우에 온의 출력을 스위치 제어부(33)로 보내도록 되어 있다.

스위치 회로(31)에 설치되어 있는 트라이액(32)은, 그 게이트에 신호가 입력

되면 교류 전원에 대해, 신호가 입력된 시점으로부터 전원의 양음이 교체되는 시점까지 도통 소자이며, 근접 센서(29)가 온이 된 경우, 스위치 제어부(33)로부터 발하는 신호에 의해, 온이 되도록 되어 있다.

스위치 제어부(33)에는, 근접 센서(29)가 사람의 손(35) 등을 검지한 경우나 또한 사람의 손(35)을 근접 센서(29)의 앞에 왕복 운동 시킨 경우에는, 근접 센서(29)가 사람의 손(35)을 검지할 때마다 온 오프하게 되고, 근접 센서(29)의 응답성이 너무 빠른 경우가 있어, 부자연스러우므로, 예를 들면, 1∼2초 정도의 타이머 회로를 설치하여, 근접 센서(29)가 온이 된 직후 타이머 회로가 카운트업하지 않는 경우에는, 트라이액(32)이 오프가 되지 않도록 지연 회로가 설치되어 있다.

또, 스위치 제어부(33)에는, 근접 센서(29)가 온이 된 경우에 점등하는 동작 표시등(23)이 설치되어 있다. 이 동작 표시등(23)은 근접 센서(29)가 온이 되어 트라이액(32)이 온이 된 경우에만 점등하는데, 이 동작 표시등(23)에 2색의 발광 다이오드를 이용하여, 근접 센서(29)가 오프인 경우에는 녹색(또는 황색)을 점등하고, 근접 센서(29)가 온인 경우에는 적색을 점등시키도록 해도 된다. 또한, 트라이액(32)의 양단에 네온관을 설치하여 트라이액(32)의 오프시의 표시로 해도 된다.

따라서, 종래 기술의 비접촉 스위치(10)에 있어서는, 조명기구(30)에 전원이 들어가 있지 않은 상태, 즉, 비접촉 스위치(10)의 트라이액(32)이 비도통인 경우에는, 트라이액(32)의 양단에 전원 전압이 걸리므로, 이것을 전원부(34)에서 정류하여 정전압으로 하고, 스위치 회로(31), 근접 센서(29), 및 스위치 제어부(33)에 공급한다. 그리고, 사람의 손(35)을 근접 센서(29)가 검지하여 작동한 경우에는, 그 출력을 스위치 제어부(33)에 공급하여, 스위치 회로(31)에 신호를 보내고, 트라이액(32)에 반파장(180도)에 대해 15∼20도의 위상각으로 신호를 보내고, 스위치 회로(31)를 온으로 한다.

트라이액(32)의 양단에는, 전원 전압의 일부로 이루어지는 소전압이 발생하므로, 이것을 전원부(34)에 의해 정류해서 미소 전력을 얻고, 정전압의 직류로 바꾸어 스위치 회로(31), 근접 센서(29), 및 스위치 제어부(33)에 공급한다. 이에 의해, 만일 스위치 회로(31)가 온 상태를 계속해도, 전원을 공급할 수 있다.

일본국 특허 공개 2004－56905호 공보(도 1)

종래의 광 센서를 이용한 근접 센서는, 반사광 이용 타입의 근접 센서를 이용하고 있으며, 스스로 광 조사하기 때문에 소비 전류가 매우 많고, 반사광을 검출하는 수광부도 복잡한 회로 구성때문에 소비 전류가 많다는 과제가 있었다. 또, 전지 구동에서의 전지 수명이 매우 짧아져 전지 구동이 곤란한 과제도 있었다.

본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어지고, 종래의 근접 센서보다도, 소비 전류가 적은 근접 센서를 제공한다

본 발명의 근접 센서는, 상기 종래의 근접 센서의 과제를 해결하기 위해서, 대상물을 검지하는 1개 이상의 제1의 광 센서와, 대상물이 검지되지 않는 장소에 위치하고, 주위광을 검지하는 1개 이상의 제2의 광 센서를 구비하는 구성으로 했다.

본 발명의 근접 센서는, 스스로 광을 조사할 필요가 없고 회로 구성도 간단하기 때문에, 종래의 근접 센서보다 소비 전류를 적게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 근접 센서에 있어서의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 근접 센서에 있어서의 제1의 실시형태를 나타내는 개략 회로도이다.
도 3은 본 발명의 근접 센서에 있어서의 제2의 실시형태를 나타내는 개략 회로도이다.
도 4는 본 발명의 근접 센서에 있어서의 제3의 실시형태를 나타내는 개략 회로도이다.
도 5는 본 발명의 근접 센서에 있어서의 제4의 실시형태를 나타내는 개략 회로도이다.
도 6은 본 발명의 근접 센서에 있어서의 제5의 실시형태를 나타내는 개략 회로도이다.
도 7은 본 발명의 근접 센서에 있어서의 제6의 실시형태를 나타내는 개략 회로도이다.
도 8은 본 발명의 근접 센서에 있어서의 레벨 시프트 회로의 회로도이다.
도 9는 본 발명의 근접 센서에 있어서의 다른 레벨 시프트 회로의 회로도이다.
도 10은 종래의 근접 센서의 회로 구성을 나타내는 개략 회로 블록도이다.

이하, 본 발명의 실시형태를, 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은, 본 발명의 근접 센서의 개략 구성도이다. 도 1은 근접 센서(100)를 측면으로부터 본 도면이며, 제1의 광 센서(101)와, 제2의 광 센서(102)로 구성된다.

제1의 광 센서(101)는, 근접 센서(100)가, 손가락(103) 등이 근접한 것을 검출할 때, 손가락(103) 등으로 차광되는 부분에 설치되고, 손가락(103) 등에 의한 차광을 검출한다. 제2의 광 센서(102)는, 근접 센서(100)가, 손가락(103) 등이 근접한 것을 검출할 때, 손가락(103) 등으로 차광 되지 않는 부분에 설치되고, 주위의 밝기를 검출한다.

주위가 밝고 근접 센서(100)가 손가락(103) 등으로 차광되고 있을 때는, 제1의 광 센서(101)에 입사되는 광량이 적어지고, 제2의 광 센서(102)에 입사되는 광량은 변화하지 않는다. 이 경우는, 근접 센서(100)로부터 검출 신호가 출력된다.

주위가 밝고 근접 센서(100)가 손가락(103) 등으로 차광되어 있지 않을 때는, 제1의 광 센서(101)에 입사되는 광량도, 제2의 광 센서(102)에 입사되는 광량도 변화하지 않는다. 이 경우는, 근접 센서(100)로부터 비검출 신호가 출력된다.

주위가 어두울 때는, 제2의 광 센서(102)에 입사되는 광량이 적어진다. 이 경우는, 근접 센서(100)의 제1의 광 센서(101)를 손가락(103) 등으로 차광하고 있어도 비검출 신호를 출력한다. 제1의 광 센서(101)는, 주위가 어두운 것과 손가락(103) 등으로 차광되고 있는 것을 구별할 수 없기 때문에, 제2의 광 센서(102)로 주위의 밝기를 검출함으로써, 주위가 어두운 것과 손가락(103) 등으로 차광되고 있는 것을 구별하고 있다.

이와 같이, 본 발명의 근접 센서는, 주위가 밝은 경우는, 근접 센서(100)를 손가락(103) 등으로 차광했을 때에 검출 신호를 출력하고, 손가락(103) 등이 멀어졌을 때는 비검출 신호를 출력할 수 있다. 또, 주위가 어두운 경우는, 비검출 신호를 출력할 수 있다.

또한, 상기 본 발명의 근접 센서에서는, 주위가 어두운 경우에 비검출 신호를 출력하는 구성이었는데, 주위가 어두운 경우에 검출 신호를 출력하는 구성이어도 되는 것은 말할 것도 없다. 또, 제1의 광 센서(101)와 제2의 광 센서(102)에는 복수의 광 센서를 이용해도 동일하게 동작시킬 수 있는 것도 말할 필요도 없다. 또한, 제1의 광 센서(101)나 제2의 광 센서(102)를 근접 센서(100)의 표면이 아니라, 근접 센서(100)의 표면에 설치한 오목부 중앙에 배치함으로써, 비스듬한 방향에서의 진입광에 의한 검출 감도의 악화를 방지할 수 있는 것은 말할 것도 없다.

〈제1의 실시형태〉

도 2는, 본 발명의 근접 센서에 있어서의 제1의 실시형태를 나타내는 개략 회로도이다. 도2에 나타낸 바와 같이, 제1의 광 센서(101)는 2개의 포토 다이오드를 병렬로 이용하여 구성하고 있으며, 애노드가 기준 전원 단자 GND에 접속되고, 캐소드가 출력 단자(203)에 접속되어 있다. 제2의 광 센서(102)는 포토 다이오드로 구성하고 있고, 애노드가 출력 단자(203)에 접속되고, 캐소드가 플러스 전원 단자 VDD에 접속되어 있다.

다음에, 제1의 실시형태의 근접 센서의 동작에 대해서 설명한다. 예를 들면, 제1의 광 센서(101)와 제2의 광 센서(102)에서 이용하는 포토 다이오드가 같은 감도의 포토 다이오드였던 경우, 제1의 광 센서(101)에 2개의 포토 다이오드를 병렬로 이용하고 있기 때문에, 입사되는 광량이 제2의 광 센서(102)의 반분 이하가 되면 출력 단자(203)의 신호를 로우레벨(이후 L로 약칭한다.)로부터 하이레벨(이후 H로 약칭한다.)로 반전시킬 수 있다. 즉, 주위가 밝고 제1의 광 센서(101)에 손가락(103) 등을 가까이 했을 때, 제1의 광 센서(101)에 입사하는 광량이 반분이 되는 위치에서 검출할 수 있게 된다. 이 때문에, 손가락(103) 등으로 광을 완전하게 차광하지 않고 검출할 수 있음과 더불어, 주위의 밝기가 변화해도, 검출 거리가 그다지 변화하지 않는다. 그리고, 검출시키는 광량은 제1의 광 센서(101)와 제2의 광 센서(102)의 포토 다이오드수를 바꿈으로써 조절할 수 있기 때문에, 간단하게 조절할 수 있다. 한편, 주위가 어두워진 경우는, 제1의 광 센서(101)에 흐르는 암전류가, 제2의 광 센서(102)에 흐르는 암전류보다도 많아지므로, 출력 단자(203)의 신호는 L이 된다.

또한, 제2의 광 센서(102)를 2개 이상 병렬로 이용해도 동일하게 검출할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

〈제2의 실시형태〉

도 3은, 본 발명의 근접 센서에 있어서의 제2의 실시형태를 나타내는 개략 회로도이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 제1의 광 센서(101)는 2개의 포토 다이오드를 병렬로 이용하여 구성하고 있으며, 애노드가 기준 전원 단자 GND에 접속되고, 캐소드가 레벨 시프트 회로(301)의 입력 단자(302)에 접속되어 있다. 제2의 광 센서(102)는 포트 다이오드로 구성하고 있으며, 애노드가 레벨 시프트 회로(301)의 입력 단자(302)에 접속되고, 캐소드가 기준 전원 단자 GND에 접속되어 있다. 레벨 시프트 회로(301)의 반전 신호 출력 단자(303)는 출력 단자(203)에 접속되어 있다.

다음에, 제2의 실시형태의 근접 센서의 동작에 대해서 설명한다. 주위가 밝고 제1의 광 센서(101)에 손가락(103) 등을 가까이하지 않을 때, 제1의 광 센서(101)의 캐소드로부터 애노드로 광전류가 흐르고, 제2의 광 센서(102)의 캐소드에 발전 전압과 발전 전류가 발생한다. 그러나, 제1의 광 센서(101)의 광전류는 제2의 광 센서(102)의 발전 전류의 2배가 흐르기 때문에, 레벨 시프트 회로(301)의 입력 단자(302)의 전압은 L이 된다. 따라서, 레벨 시프트 회로(301)의 반전 신호 출력 단자(303)에 H를 출력하고, 출력 단자(203)에 H를 출력한다.

주위가 밝고 제1의 광 센서(101)에 손가락(103) 등을 가까이하고 있을 때, 제1의 광 센서(101)의 캐소드로부터 애노드로 광전류가 흐르고, 제2의 광 센서(102)의 캐소드에 발전 전압과 발전 전류가 발생한다. 그러나, 제1의 광 센서(101)에 입사되는 광량이 손가락(103) 등에 의해 반분 미만이 되기 때문에, 제1의 광 센서(101)의 광전류는 제2의 광 센서(102)의 발전 전류보다 적어진다. 따라서, 레벨 시프트 회로(301)의 입력 단자(302)의 전압은, 제2의 광 센서(102)의 발전 전압이 된다. 따라서, 레벨 시프트 회로(301)의 반전 신호 출력 단자(303)에 L을 출력하고, 출력 단자(203)에 L을 출력한다.

주위가 어두울 때는, 제2의 광 센서(102)의 애노드에 발전 전압이 발생하지 않기 때문에, 레벨 시프트 회로(301)의 입력 단자(302)의 전압은 L이 된다. 그러면, 반전 신호 출력 단자(303)로부터는 H의 신호가 출력되고, 출력 단자(203)로부터도 H의 신호가 출력된다.

이상에 의해 본 발명의 근접 센서에 있어서의 제2의 실시형태에서는, 도 2에서 나타낸 본 발명의 근접 센서에 있어서의 제1의 실시형태와 비교해, 출력 신호의 극성은 역이지만 같은 기능과 특징을 가질 수 있다. 그리고, 제1의 실시형태에서 소비 전류로서 흐르고 있던 제2의 광 센서(102)의 광전류가 소비되지 않으므로, 또한 저소비 전류화할 수 있다.

또한, 제2의 광 센서(102)를 2개 이상 병렬로 이용해도 동일하게 검출할 수 있는 것은 말할 것도 없다.

도 8에, 상기 본 발명의 근접 센서에 있어서의 제2의 실시형태에 이용한 레벨 시프트 회로(301)의 회로도를 나타낸다. 도 8에 나타낸 바와 같이, P채널 MOS 트랜지스터(801)는, 소스가 플러스 전원 단자 VDD에 접속되고, 게이트가 노드 N1에 접속되고, 드레인이 정전류 회로(811)의 전류 유입 단자에 접속된다. N채널 MOS 트랜지스터(806)는, 소스가 기준 전원 단자 GND에 접속되고, 게이트가 입력 단자(302)에 접속되고, 드레인이 반전 신호 출력 단자(303)에 접속된다. P채널 MOS 트랜지스터(802)는, 소스가 플러스 전원 단자 VDD에 접속되고, 게이트가 반전 신호출력 단자(303)에 접속되고, 드레인이 정전류 회로(812)의 전류 유입 단자에 접속된다. 공핍형 N채널 MOS 트랜지스터(805)는, 소스가 입력 단자(302)에 접속되고, 게이트가 기준 전원 단자 GND에 접속되고, 드레인이 노드 N1에 접속된다. 정전류 회로(810)는, 전류 유입 단자가 입력 단자(302)에 접속되고, 전류 유출 단자가 기준 전원 단자 GND에 접속된다. 정전류 회로(811)는, 전류 유출 단자가 반전 신호 출력 단자(303)에 접속된다. 정전류 회로(812)는, 전류 유출 단자가 노드 N1에 접속된다. 도시는 하지 않았지만, 플러스 전원 단자 VDD에 전원으로부터 플러스의 전압이 공급되고, 기준 전원 단자 GND에 전원으로부터 제로 볼트의 전압이 공급되는 구성이다. 또한, 정전류 회로(810)과, 정전류 회로(812)의 정전류치는, 정전류 회로(810)의 쪽이 많아지도록 설정된다.

다음에, 레벨 시프트 회로(301)의 동작에 대해서 설명한다. 먼저, 입력 단자(302)에 L이 입력되면, N채널 MOS 트랜지스터(806)를 오프시키고, 공핍형 N채널 MOS 트랜지스터(805)를 온시킨다. 노드 N1의 전압은 공핍형 N채널 MOS 트랜지스터(805)의 온 전류에 의해, 기준 전원 단자 GND의 전압 부근까지 방전된다. 그리고, P채널 MOS 트랜지스터(801)를 온시켜, 레벨 시프트 회로(301)의 반전 신호 출력 단자(303)의 전압을 플러스 전원 단자 VDD 부근의 전압까지 상승시킨다. 레벨 시프트 회로(301)의 반전 신호 출력 단자(303)를 플러스 전원 단자 VDD의 전압 부근까지 상승시키므로, P채널 MOS 트랜지스터(802)는 오프해 간다. 이렇게 하여, 반전 신호 출력 단자(303)에 H를 출력한다.

다음에, 입력 단자(302)에, 제2의 광 센서(102)의 발전 전압이 입력되면, 공핍형 N채널 MOS 트랜지스터(805)를 오프시키고, N채널 MOS 트랜지스터(806)를 온시킨다. 반전 신호 출력 단자(303)의 전압은 N채널 MOS 트랜지스터(806)의 온 전류에 의해, 기준 전원 단자 GND의 전압 부근까지 방전된다. 그리고, P채널 MOS 트랜지스터(802)를 온시켜, 노드 N1의 전압을 플러스 전원 단자 VDD의 전압 부근까지 상승시킨다. 노드 N1의 전압을 플러스 전원 단자 VDD의 전압 부근까지 상승시키므로, P채널 MOS 트랜지스터(801)는 오프해 간다. 이렇게 하여, 반전 신호 출력 단자(303)에 L을 출력한다.

이상 서술한 바와 같이, 도 8에서 나타내는 레벨 시프트 회로는, 상기한 바와 같이 제2의 광 센서(102)의 발전 전압 레벨의 신호를, CMOS 레벨의 반전 신호로 변환하여 출력하는 기능을 가진다. 또, 소비 전류는, 플러스 전원 단자 VDD로부터 기준 전원 단자 GND로의 전류 패스에 있는 어느 하나의 MOS 트랜지스터가 오프하고 있기 때문에, 이 오프하고 있는 MOS 트랜지스터의 리크 전류뿐이다. 또한, 정전류 회로(810)의 전류치는, 매우 작게 설계되어 있으므로, 도 3에서 나타낸 제1의 광 센서(101)와 제2의 광 센서(102)에 흐르는 전류비에는 거의 영향을 끼치지 않는다.

도 9에, 상기 본 발명의 근접 센서에 있어서의 제2의 실시형태에 이용한 레벨 시프트 회로를, 도 8과 상이한 구성으로 실현한 회로도를 나타낸다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 공핍형 N채널 MOS 트랜지스터(902)는, 드레인이 플러스 전원 단자 VDD에 접속되고, 소스가 노드 N1에 접속되고, 게이트가 반전 신호 출력 단자(303)에 접속된다. P채널 MOS 트랜지스터(903)는, 드레인이 반전 신호 출력 단자(303)에 접속되고, 소스가 노드 N1에 접속되고, 게이트가 입력 단자(302)에 접속된다. N채널 MOS 트랜지스터(904)는, 드레인이 반전 신호 출력 단자(303)에 접속되고, 소스가 기준 전원 단자 GND에 접속되고, 게이트가 입력 단자(302)에 접속된다. 정전류 회로(901)는, 전류 유입 단자가 입력 단자(302)에 접속되고, 전류 유출 단자가 기준 전원 단자 GND에 접속된다. 또한, 도시는 하지 않았지만, 플러스 전원 단자 VDD에 전원으로부터 플러스의 전압이 공급되고, 기준 전원 단자 GND에 전원으로부터 제로 볼트의 전압이 공급되는 구성이다.

다음에, 레벨 시프트 회로(301)의 동작에 대해서 설명한다. 입력 단자(302)에 L이 입력되면, N채널 MOS 트랜지스터(904)를 오프한다. 그리고, 노드 N1이 P채널 MOS 트랜지스터(903)의 역치 전압의 절대치가 되고, 공핍형 N채널 MOS 트랜지스터(902)의 역치 전압의 절대치가, 노드 N1의 전압보다도 커지므로, 공핍형 N채널 MOS 트랜지스터(902)가 온이 된다. 공핍형 N채널 MOS 트랜지스터(902)가 온이 되면, 노드 N1이 P채널 MOS 트랜지스터(903)의 역치 전압의 절대치보다 높아지므로, P채널 MOS 트랜지스터(903)가 온이 된다. P채널 MOS 트랜지스터(903)가 온이 되면, 반전 신호 출력 단자(303)는, 노드 N1과 같은 전압까지 상승한다. 그리고, 노드 N1은, 반전 신호 출력 단자(930)의 상승과 더불어 또한 온이 되는 공핍형 N채널 MOS 트랜지스터(303)의 전류에 의해 플러스 전원 단자 VDD까지 상승한다. 따라서, 반전 신호 출력 단자(303)는 H를 출력한다.

다음에, 입력 단자(302)의 H가 입력되면, N채널 MOS 트랜지스터(904)가 온이 되므로, 반전 신호 출력 단자(303)는, N채널 MOS 트랜지스터(904)의 전류에 의해 기준 전원 단자 GND까지 방전되고, 반전 신호 출력 단자(303)는 L을 출력한다. 그리고, 노드 N1의 전압이, 입력 단자(302)의 전압에 P채널 MOS 트랜지스터(903)의 역치 전압의 절대치를 플러스한 값이 되고, 이 값이 공핍형 N채널 MOS 트랜지스터(902)의 역치 전압의 절대치를 상회하므로, 공핍형 N채널 MOS 트랜지스터(902)가 오프가 된다.

이상 서술해 온 바와 같이, 도 9에서 나타낸 레벨 시프트 회로는, 상기한 도 8에서 나타낸 레벨 시프트 회로와 같은 기능을 가질 수 있다. 또 소비 전류도, 플러스 전원 단자 VDD로부터 기준 전원 단자 GND로의 전류 패스에 있는 어느 하나의 MOS 트랜지스터가 오프되어 있기 때문에, 상기 도 8에서 나타낸 레벨 시프트 회로의 소비 전류와 동등한 소비 전류가 된다. 또한, 정전류 회로(901)의 전류치는, 매우 작게 설계되어 있으므로, 도 3에서 나타낸 제1의 광 센서(101)와 제2의 광 센서(102)에 흐르는 전류비에는 거의 영향을 끼치지 않는다.

〈제3의 실시형태〉

도 4는, 본 발명의 근접 센서에 있어서의 제3의 실시형태의 개략 회로도이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 제1의 광 센서(101)는 포토 다이오드로 구성하고 있고, 애노드가 N채널 MOS 트랜지스터(401)의 게이트 및 드레인에 접속되고, 캐소드가 플러스 전원 단자 VDD에 접속되어 있다. 제2의 광 센서(102)는 포토 다이오드로 구성하고 있고, 애노드가 N채널 MOS 트랜지스터(402)의 드레인 및 출력 단자(203)에 접속되고, 캐소드가 플러스 전원 단자 VDD에 접속되어 있다. N채널 MOS 트랜지스터(401)의 소스는 기준 전원 단자 GND에 접속되어 있다. N채널 MOS 트랜지스터(402)는, 소스는 기준 전원 단자 GND에 접속되고, 게이트는 N채널 MOS 트랜지스터(401)의 게이트에 접속된다.

다음에, 제3의 실시형태의 근접 센서의 동작에 대해서 설명한다. N채널 MOS트랜지스터(401)와 N채널 MOS 트랜지스터 402는 전류 미러 회로를 구성하고 있으며, N채널 MOS 트랜지스터(401)에 흐르는 전류를 2배한 전류가 N채널 MOS 트랜지스터(402)에 미러된다. 예를 들면, 제1의 광 센서(101)와 제2의 광 센서(102)에서 이용하는 포토 다이오드가 같은 감도의 포토 다이오드이었던 경우, 주위가 밝고 제1의 광 센서(101)에 손가락(103) 등을 가까이하고 있지 않을 때, 제1의 광 센서(101)에 흐르는 전류가 미러되는 N채널 MOS 트랜지스터(402)의 전류가, 제2의 광 센서(102)에 흐르는 전류보다도 커지기 때문에, 출력 단자(203)에 L을 출력한다. 주위가 밝고 광 센서(101)에 손가락(103) 등을 가까이하고 있을 때, 제1의 광 센서(101)에 입사되는 광량은, 손가락(103) 등에 의해 반분 미만이 된다. 따라서, 제1의 광 센서(101)에 흐르는 전류가 미러되는 N채널 MOS 트랜지스터(402)의 전류가, 제2의 광 센서(102)에 흐르는 전류보다도 적어지기 때문에, 출력 단자(203)에 H를 출력한다. 또한, 주위가 어두운 경우는, 제2의 광 센서(102)에 전류가 흐르지 않으므로, 출력 단자(203)는 L이 된다. 이와 같이 하여, 손가락(103) 등에 의해, 제1의 광 센서(101)에 입사되는 광량이 반분 미만이 된 것을 검출하는 근접 센서(100)를 실현할 수 있다.

이상 서술한 바와 같이, 본 발명의 근접 센서에 있어서의 제3의 실시형태에서는, 도 2에서 나타낸 본 발명의 근접 센서에 있어서의 제1의 실시형태와 같은 기능과 특징을 가지고, 제1의 광 센서(101)와 제2의 광 센서(102)의 전류비를 바꾸는 경우, 광 센서의 수를 증가시키지 않고 전류 미러 회로의 미러비를 바꿈으로써 대응할 수 있다. 따라서, 소형화가 가능해지고, 또한, 전류 미러 회로의 미러비를 바꿈으로써, 근접 센서의 감도를 간단하게 조절할 수 있다.

〈제4의 실시형태〉

도 5는, 본 발명의 근접 센서에 있어서의 제4의 실시형태의 개략 회로도이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 제1의 광 센서(101)는 포토 다이오드로 구성하고 있으며, 애노드가 N채널 MOS 트랜지스터(401)의 게이트 및 드레인에 접속되고, 캐소드가 기준 전원 단자 GND에 접속되어 있다. 제2의 광 센서(102)는 포토 다이오드로 구성하고 있고, 애노드가 N채널 MOS 트랜지스터(402)의 드레인 및 레벨 시프트 회로(301)의 입력 단자(302)에 접속되고, 캐소드가 기준 전원 단자 GND에 접속되어 있다. N채널 MOS 트랜지스터(401)의 소스는 기준 전원 단자 GND에 접속되어 있다. N채널 MOS 트랜지스터(402)는, 소스는 기준 전원 단자 GND에 접속되고, 게이트는 N채널 MOS 트랜지스터(401)의 게이트에 접속된다. 레벨 시프트 회로(301)는 반전 신호 출력 단자(303)가 출력 단자(203)에 접속된다. 또한, 레벨 시프트 회로(301)는, 상기한 본 발명의 근접 센서에 있어서의 제 2의 실시형태에서 이용한 레벨 시프트 회로(301)와 같은 구성이므로, 구성과 동작의 설명은 생략한다.

다음에, 제4의 실시형태의 근접 센서의 동작에 대해서 설명한다. N채널 MOS트랜지스터(401)와 N채널 MOS 트랜지스터(402)는 전류 미러 회로를 구성하고 있고, N채널 MOS 트랜지스터(401)에 흐르는 전류를 2배한 전류가 N채널 MOS 트랜지스터(402)에 미러된다. 예를 들면, 제1의 광 센서(101)와 제2의 광 센서(102)에서 이용하는 포토 다이오드가 같은 발전 특성의 포토 다이오드인 것으로 한다.

주위가 밝고 제1의 광 센서(101)에 손가락(103) 등을 가까이하지 않을 때, 제1의 광 센서(101)에 발전 전류가 발생한다. 이 발전 전류가 미러되는 N채널 MOS트랜지스터(402)의 전류가, 제2의 광 센서(102)로부터의 발전 전류보다도 커지기 때문에, 레벨 시프트 회로(301)의 입력 단자(302)는 L이 되고 출력 단자(203)는 H가 된다.

주위가 밝고 광 센서(101)에 손가락(103) 등을 가까이하고 있지 않을 때, 제1의 광 센서(101)에 입사되는 광량은 손가락(103) 등에 의해 반분 미만이 된다. 따라서, 제1의 광 센서(101)로부터의 발전 전류가 미러되는 N채널 MOS 트랜지스터(402)의 전류가, 제2의 광 센서(102)로부터의 발전 전류보다도 적어진다. 이렇게 하여, 레벨 시프트 회로(301)의 입력 단자(302)는 제2의 광 센서(102)의 발전 전압이 되고 출력 단자(203)는 L이 된다.

주위가 어두운 경우는, 제2의 광 센서(102)에 발전 전압이 발생하지 않으므로, 레벨 시프트 회로(301)의 입력 단자(302)는 L이 되고 출력 단자(203)는 H가 된다. 이렇게 하여, 손가락(103) 등에 의해, 제1의 광 센서(101)에 입사되는 광량이 반분 미만이 된 것을 검출하는 근접 센서를 실현할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 근접 센서에 있어서의 제4의 실시형태에서는, 도 3에서 나타낸 본 발명의 근접 센서에 있어서의 제2의 실시형태와 비교해, 같은 기능과 특징을 가지고, 제1의 광 센서(101)와 제2의 광 센서(102)의 전류비를 바꾸는 경우, 광 센서의 수를 증가시키지 않고 전류 미러 회로의 미러비를 바꿈으로써 대응할 수 있다. 따라서, 소형화가 가능해지고, 또한, 전류 미러 회로의 미러비를 바꿈으로써, 근접 센서의 감도를 간단하게 조절할 수 있다.

〈제5의 실시형태〉

도 6은, 본 발명의 근접 센서에 있어서의 제5의 실시형태의 개략 회로도이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 제1의 광 센서(101)의 광량 변화를 검출하는 구성을 나타내고 있다. 또한, 도 6에서 나타내는 구성과, 도 1에서 나타내는 제2의 광 센서(102)의 광량 변화를 검출하는 구성도 완전히 같은 구성으로 실현되기 때문에 설명은 생략한다.

먼저, 제5의 실시형태의 근접 센서의 접속을 설명한다. 제1의 광 센서(101)는 포토 다이오드로 구성하고 있으며, 애노드가 N채널 MOS 트랜지스터(401)의 게이트 및 드레인과 레벨 시프트 회로(301)의 입력 단자(302)와 지연 회로(603)의 입력에 접속되고, 캐소드가 플러스 전원 단자 VDD에 접속되어 있다. N채널 MOS 트랜지스터(401)는, 소스가 기준 전원 단자 GND에 접속되어 있다. N채널 MOS 트랜지스터(402)는, 소스가 기준 전원 단자 GND에 접속되고, 게이트가 지연 회로(603)의 출력에 접속되고, 드레인이 레벨 시프트 회로(301)의 입력 단자(203)에 접속된다. 레벨 시프트 회로(301)는, 반전 신호 출력 단자(303)가 출력 단자(203)에 접속된다. 지연 회로(601)는, 입력에 저항(601)이 접속되고, 출력에 저항(601)의 반대측과 용량(602)이 접속되고, 용량의 반대측은 기준 전원 단자 GND에 접속된다. 또한, 레벨 시프트 회로(301)는, 상기한 본 발명의 근접 센서에 있어서의 제2의 실시형태에서 이용한 레벨 시프트 회로(301)와 같은 구성이므로, 구성과 동작의 설명은 생략한다.

다음에, 제5의 실시형태의 근접 센서의 동작에 대해서 설명한다. N채널 MOS트랜지스터(401)와 N채널 MOS 트랜지스터(402)는 전류 미러 회로를 구성하고 있다. 제1의 광 센서(101)에 손가락(103) 등을 근접하고 있지 않을 때, 제1의 광 센서(101)에 2I의 전류가 흐른다고 하고, 커런트 미러의 미러비가 1대 1이라고 하면, N채널 MOS 트랜지스터(401과 402)에는 각각 I의 전류가 흐른다. 그리고, 레벨 시프트 회로(301)의 입력 단자(302)는, I의 전류를 흘릴 수 있는 N채널 MOS 트랜지스터(401)의 게이트 전압이 된다. 따라서, 출력 단자(203)에 L이 출력된다. 제1의 광 센서(101)에 손가락(103) 등을 근접하여 제1의 광 센서(101)에 흐르는 전류가 1 미만이 되었다고 하면, 용량(602)에 의해 N채널 MOS 트랜지스터(402)의 게이트는 일정시간 일정한 전압을 유지하기 위해, N채널 MOS 트랜지스터(402)는, I의 전류를 흘리도록 동작한다. 따라서, 제1의 광 센서(101)에 흐르는 전류보다도, N채널 MOS 트랜지스터(402)에 흐르는 전류가 많기 때문에, 레벨 시프트 회로(301)의 입력 단자(302)는 L이 되고, 출력 단자(203)는 H가 된다. 그리고, 잠시후에 용량(602)으로부터 전하가 빠지면, N채널 MOS 트랜지스터(401과 402)에는 각각 I/2의 전류가 흐르고, 레벨 시프트 회로(301)의 입력 단자(302)는, I/2의 전류를 흘릴 수 있는 N채널 MOS 트랜지스터(401)의 게이트 전압까지 다시 상승한다. 따라서, 출력 단자(203)는 다시 L이 된다. 이와 같이, 제1의 광 센서(101)에 손가락(103) 등을 가까이함으로써, 제1의 광 센서(101)에 입력되는 광량이 반분이 된 것을 검출하고, 출력 단자(203)에 잠깐의 기간 H를 출력하는 근접 센서를 실현할 수 있다.

또, 상기 제1의 광 센서(101)를 이용한 구성의 근접 센서만으로는, 주위의 밝기가 변화한 것과, 손가락(103) 등이 근접한 것을 구별할 수 없다. 여기서, 손가락(103) 등으로 보이지 않는 부분에 제2의 광 센서(102)를 이용한 완전히 같은 구성의 근접 센서를 하나 더 추가하여, 이 제2의 광 센서(102)를 이용한 근접 센서가 반응한 경우는, 주위의 밝기가 변화했다고 판단한다. 이렇게 하여, 손가락(103) 등으로의 차광과 주위가 어둡게 되는 것을 구별한다.

또한, 제1의 광 센서(101)에 천천히 손가락(103) 등을 가까이하면 N채널 MOS트랜지스터(402)의 게이트를 일정시간 일정한 전압을 유지하지 않고, NMOS 트랜지스터(402)에 흘리는 전류도 서서히 줄여 간다. 이 때문에, 레벨 시프트 회로(301)의 입력이 L이 되는 일은 없다. N채널 MOS 트랜지스터(402)의 게이트를 일정한 전압을 가지는 일정시간보다도 빠르게 손가락(103) 등을 근접시켰을 때만 L을 출력할 수 있다. 또, 이 시간은 저항(601)과 용량(602)의 크기로 조정 가능하다.

이상 서술해 온 바와 같이, 본 발명의 근접 센서에 있어서의 제5의 실시형태에서는, 소정의 속도 이상이고 또한 소정의 거리까지 손가락 등이 근접한 것을 검출할 수 있는 근접 센서가 실현될 수 있다. 또, 제1의 광 센서(101)의 표면이 더러워져 제1의 광 센서(101)에 입사되는 광량이 반분 미만이 된 경우, 본 발명의 근접 센서에 있어서의 제1부터 제4의 실시형태에서는 오검출해 버린다. 그러나, 본 발명의 근접 센서에 있어서의 제5의 실시형태에서는, 손가락(103) 등에 의해 원하는 속도로 원하는 양 변화하는 입사광량을 검출하는 구성이므로 오검출하지 않는다.

또한, 도 6에서 나타낸 저항(601)을 단락하여, 노드 A와 노드 B의 사이에 저항을 삽입해도 동일한 기능을 실현할 수 있는 것은 말할 것도 없다. 또, 지연 회로는 저항과 용량을 이용하지 않는 다른 방식에서도 실현할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

〈제6의 실시형태〉

도 7은, 본 발명의 근접 센서에 있어서의 제6의 실시형태의 개략 회로도이다. 도 6에서 나타낸 본 발명의 근접 센서에 있어서의 제5의 실시형태와의 구성의 차이는, 제1의 광 센서(101)의 캐소드를 기준 전원 단자 GND에 접속한 점뿐이다.

동작으로서는, 제1 광 센서(101)로부터 공급되는 전류가 발전 전류가 되고, 이 발전 전류를 검출함으로써 본 발명의 근접 센서에 있어서의 제5의 실시형태와 동일하게 동작할 수 있다. 그리고, 제1의 광 센서(101)의 발전 전류를 검출하는 구성이기 때문에, 광 전류분 소비 전류를 줄일 수 있다. 또한, 제5의 실시형태와 동일하게 제2의 광 센서(102)를 이용함으로써 주위가 어두워지는 것을 구별할 수 있다.

이상 서술해 온 바와 같이, 본 발명의 근접 센서에 있어서의 제1부터 제6의 실시형태에서는, 손가락(103) 등에 의한 제1의 광 센서(101)에 의한 차광량이 반분 정도로 감소하는 것을 검출하는 경우로 설명했는데, 제1의 광 센서(101) 내지 제2의 광 센서(102)의 개수나 발전 성능을 바꾸거나, 전류 미러 회로의 미러비를 바꾸거나 함으로써, 검출하는 차광량을 바꿀 수 있음은 말할 필요도 없다. 또, 본 발명의 근접 센서에 있어서의 제1부터 제4의 실시형태는, 제1의 광 센서(101)와 제2의 광 센서(102)의 전류를, 2대 1의 비로 비교하는 구성이지만, 이 비율을 반대로 하여, 출력 신호를 반전하면, 주위가 어두워진 것은 구별할 수 없으나, 그 외의 기능은 실현될 수 있는 것은 말할 것도 없다.

또한, 제1의 광 센서(101) 내지 제2의 광 센서(102)는, 포토 다이오드나 LED 등의 다이오드 특성과 광전변환 특성을 가지는 센서이면 어떠한 센서이어도 되는 것은 말할 것도 없다.

10 비접촉 스위치
23 동작 표시등
27 수광부
28 투광부
29 반사형의 광 센서
30 조명기구
31 스위치 회로
32 트라이액
33 스위치 제어부
100 근접 센서
101 제1의 광 센서
102 제2의 광 센서
203 출력 단자
301 레벨 시프트 회로
603 지연 회로

Claims

입사된 광량에 대해 다른 양의 광전류를 흐르게 하는 제1의 PN접합 소자와 제2의 PN접합 소자를 구비한 광센서를 사용한 근접센서로서,
상기 제1의 PN접합 소자를 구비한 제1의 광 센서와,
애노드가 상기 제1의 PN접합 소자의 캐소드와 접속된 상기 제2의 PN접합 소자를 구비한 제2의 광센서를 구비하고,
상기 제1의 광센서와 상기 제2의 광센서 중 어느 한쪽이 대상물을 검지하는 장소에 위치하고, 다른 쪽이 상기 대상물이 검지되지 않는 장소에 위치하고,
상기 제1의 PN접합 소자와 상기 제2의 PN접합 소자의 접속점을 상기 근접센서의 출력 단자로 하는 것을 특징으로 하는 근접 센서.
청구항 1에 있어서,
상기 제1의 PN접합 소자는, 캐소드가 상기 출력단자에 접속되고, 애노드가 그라운드 단자에 접속되고,
상기 제2의 PN접합 소자는, 캐소드가 전원단자에 접속되고, 애노드가 상기 출력단자에 접속되는 것을 특징으로 하는 근접 센서.
청구항 1에 있어서,
상기 근접 센서는, 상기 제1의 PN접합 소자와 상기 제2의 PN접합소자의 접속점과 상기 출력단자의 사이에 레벨 시프트 회로를 구비하고,
상기 제1의 PN접합 소자는, 캐소드가 상기 레벨 시프트 회로의 입력에 접속되고, 애노드가 그라운드 단자에 접속되고,
상기 제2의 PN접합 소자는, 캐소드가 그라운드 단자에 접속되고, 애노드가 상기 레벨 시프트 회로의 입력에 접속되는 것을 특징으로 하는 근접 센서.
어느 한쪽이 대상물을 검지하는 장소에 위치하고, 다른 쪽이 상기 대상물이 검지되지 않는 장소에 위치하는, 제1의 광 센서와 제2의 광 센서를 구비한 근접 센서로서,
상기 제1의 광 센서의 PN접합 소자는, 애노드가 제1의 N채널 MOS 트랜지스터의 게이트 및 드레인에 접속되고, 캐소드가 전원 단자에 접속되고,
상기 제2의 광 센서의 PN접합 소자는, 애노드가 출력 단자 및 제2의 N채널 MOS 트랜지스터의 드레인에 접속되고, 캐소드가 전원 단자에 접속되고,
상기 제1의 N채널 MOS 트랜지스터는, 소스가 그라운드 단자에 접속되고,
상기 제2의 N채널 MOS 트랜지스터는, 소스가 그라운드 단자에 접속되고, 게이트가 상기 제1의 N채널 MOS 트랜지스터의 게이트에 접속되는 것을 특징으로 하는 근접 센서.
어느 한쪽이 대상물을 검지하는 장소에 위치하고, 다른 쪽이 상기 대상물이 검지되지 않는 장소에 위치하는, 제1의 광 센서와 제2의 광 센서를 구비한 근접 센서로서,
상기 제1의 광 센서의 PN접합 소자는, 캐소드가 그라운드 단자에 접속되고, 애노드가 제1의 N채널 MOS 트랜지스터의 게이트 및 드레인에 접속되고,
상기 제2의 광 센서의 PN접합 소자는, 캐소드가 그라운드 단자에 접속되고, 애노드가 레벨 시프트 회로의 입력 및 제2의 N채널 MOS 트랜지스터의 드레인에 접속되고,
상기 제1의 N채널 MOS 트랜지스터는, 소스가 그라운드 단자에 접속되고,
상기 제2의 N채널 MOS 트랜지스터는, 소스가 그라운드 단자에 접속되고, 게이트가 상기 제1의 N채널 MOS 트랜지스터의 게이트에 접속되는 것을 특징으로 하는 근접 센서.
청구항 3 또는 청구항 5에 있어서,
상기 레벨 시프트 회로는,
제2의 노드를 방전하는 제2의 정전류 회로와,
게이트에 그라운드 단자의 전압이 입력되고, 소스에 상기 제2의 노드의 전압이 입력되고, 온 전류에 의해 제1의 노드를 방전하는 공핍형 N채널 MOS트랜지스터와,
게이트에 상기 제1의 노드의 전압이 입력되고, 온 전류에 의해 제3의 정전류 회로를 통해, 출력 단자를 충전하는 제1의 P채널 MOS 트랜지스터와,
게이트에 상기 제2의 노드의 전압이 입력되고, 온 전류에 의해 출력 단자를 방전하는 N채널 MOS 트랜지스터와,
게이트에 상기 출력 단자의 전압이 입력되고, 온 전류에 의해 제1의 정전류 회로를 통해, 상기 제1의 노드를 충전하는 제2의 P채널 MOS 트랜지스터를 구비한 것을 특징으로 하는 근접 센서.
청구항 3 또는 청구항 5에 있어서,
상기 레벨 시프트 회로는,
제1의 노드를 방전하는 정전류 회로와,
게이트에 상기 제1의 노드의 전압이 입력되고, 온 전류에 의해 출력 단자를 방전하는 N채널 MOS 트랜지스터와,
게이트에 상기 제1의 노드의 전압이 입력되는 P채널 MOS 트랜지스터와,
게이트에 출력 단자의 전압이 입력되고, 온 전류에 의해 상기 P채널 MOS 트랜지스터를 통해, 상기 출력 단자를 충전하는 공핍형 N채널 MOS 트랜지스터를 구비한 것을 특징으로 하는 근접 센서.
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