KR910008516B1

KR910008516B1 - 광센서

Info

Publication number: KR910008516B1
Application number: KR1019880006958A
Authority: KR
Inventors: 다카오 가타야마
Original assignee: 가부시키가이샤 도시바; 아오이 죠이치
Priority date: 1987-06-10
Filing date: 1988-06-10
Publication date: 1991-10-18
Also published as: JPH0831788B2; EP0295006A3; EP0295006A2; KR890001205A; JPS63308410A

Abstract

내용 없음.

Description

광센서

제1도는 종래의 광센서에 대한 회로.

제2도는 종래의 광센서에 대한 다른 회로도.

제3도는 종래의 3단자 포토인터럽터에 대한 사시도.

제4a도는 본 발명의 1실시예에 따른 광센서의 회로도.

제4b도는 본 발명의 1실시예에 따른 광센서의 사시도.

제5도 내지 제 7도는 제4a도에 실시된 실시예에 따른 회로의 변형구성예에 대한 회로도.

제8도는 본 발명에 따른 광센서의 특성을 설명하기 위한 시험회로도.

제9도는 제4a도에 도시된 실시예에 따른 회로에서 발광소자와 수광소사이의 간격을 확대해서 나타낸 도면.

제10도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광센서의 회로도.

제11도 내지 제13도는 제10도에 도시된 실시예에 따른 회로의 변형구성예에 대한 회로도.

제14도는 제10도에 도시된 실시예의 특성을 설명하기 위한 시험회로도.

제15도는 제10도에 도시된 실시예에 따른 회로에서 발광소자와 수광소자사이의 간격을 확대해서 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 포토트랜지스터(포토다링톤트랜지스터 : 수소광자)

2 : 집적회로(수광소자)

3 : 포토인터럽터 4 : 발광다이오드(발광소자)

6 : 감지대상물 7 : 인쇄회로기판

11 : 스위치(수광소자) 13 : 광

21 : 포토다이오드 23 : 출력트랜지스터

본 발명은 발광소자와 수광소자를 갖추고 있는 광센서에 관한 것으로, 특히 감지대상물의 유무를 감지해 내기 위해 사용되는 광센서에 관한 것이다.

일반적으로 광센서의 기본적인 소자로는 포토인터럽터(photo-interrupter)가 널리 쓰이고 있는데, 이 전형적인 포토인터럽터는 하우징내에 장착되는 발광소자와 수광소자를 포함하여 구성되면서 이 발광소자와 수광소자사이의 광전송로가 감지대상물에 의해 차단되도록 되어 있다. 이러한 포토인터럽터로서 사용되는 회로에 대한 구성예가 제1도와 제2도에 도시되어 있다.

제1도에서는 포토트랜지스터(1)가 수광소자로서 사용되는 반면, 제2도에서는 포토다이오드(21)를 포함하고 있는 집적회로(2)가 수광소자로서 사용되고 있다. 또 제1도에서 참조부호 3은 발광다이오드(4)와 포토트랜지스터(1)가 구비되어 이루어진 포토인터럽터를 나타내며, RE와 RL은 저항을 나타내는 한편, Vcc, Vout, GND는 각각 전압단자와 출력단자 및 접지단자를 나타낸다.

제1도와 제2도에 도시된 구성에서는 상기 3개단자(Vcc, Vout, GND)가 필요하게 되고, 또 포토트랜지스터(1)의 온 또는 오프상태에 따라 출력단자(Vout)에서의 전압변화가 도시되지 않은 후단의 회로에 출력으로서 전송되어지게 되며, 이 경우 상기 포토트랜지스터(1)의 온, 오프상태는 감지대상물에 의해 발광다이오드(4)와 포토트랜지스터(1)사이의 광전송로가 차단됨에 따라 제어되게 된다. 그리고 저항(RE)은 발광다이오드(4)를 흐르는 전류를 제한해주게 되고, 전원단자(Vcc)와 출력단자(Vout)사이에 직렬적으로 접속된 저항(RL)은 부하저항으로 작용하여 광센서의 출력을 외부에 나타내주게 된다.

이와 같이 하우징내에 장착되는 제1도 또는 제2도에 도시된 회로에서처럼 3개의 단자를 갖추고 있는 포토인터럽터는 현재 예컨대 사진복사기(photo-copier)에서 동작상태감지용 등으로 널리 사용되고 있다.

제3도에서는 종래의 3단자 포토인터럽터에 대한 외형과 3단자 포토인터럽터를 사용하여 감지대상물(6)을 감지해 내기 위한 구성이 도시되어 있는데, 이 제3도에서 참조부호 3은 3단자 포토인터럽터를 나타내고, 이 포토인터럽터(3)에서 발광소자와 수광소자는 각각 돌출부(3A,3B)내에 장착되어져 있다. 또 발광소자로부터의 광은 창구(window:3D)를 통해 방사되어 챈널(3C)에 형성된 광전송로와 수광소자의 위치에 대응되는 돌출부(3B)에 형성된 도시되지 않은 다른 창구를 통해 수광소자에 전달되게 된다. 상기 챈널부(3C)는 감지대상물(6)의 삽입에 의해 광전송로가 차단될 수 있게 되어 있는데, 이 경우 감지대상물(6)이 광전송로를 차단시켜주는 경우에는 수광소자가 오프상태로 된다.

또, 상기 3단자(Vcc, Vout, GND)는 3개의 도선(8a,8b,8c)에 의해 여러 가지 회로가 형성되어 있는 인쇄회로기판(7)에 접속되게 된다.

그런데, 상기한 종래의 포토인터럽터에서는 (ⅰ) 포토인터럽터를 후단회로에 접속시켜주기 위해 최소한 3개의 도선이 필요하게 되어 그에 대응하는 공간이 필요하게 되므로, 종래의 포토인터럽터는 필요한 모든 포토인터럽터를 수용하기에 유효한 공간이 불충분하게 되어 다수개의 포토인터럽터를 사용하는 경우에는 적합하지 않게 되고, (ⅱ) 3개의 도선에 대해 회로의 단락 또는 개방을 점검하여 보호해주는 경우, 후단의 회로에는 보호회로가 더 필요하기 때문에 회로구성이 복잡해지게 되며, (ⅲ) 제2도에서 출력트랜지스터(5)가 오프되는 경우 포토인터럽터의 출력임피던스는 저항(RL)에 의해 결정되고, 이 경우 후단회로의 출력임피던스가 높으면 출력단자(Vout)에 접속된 도선상에는 전류가 흐르지 않게 되므로, 도선이 무선주파수의 간섭에 의한 영향을 받기 쉬어지게 됨에 따라 오동작의 비율이 증가되게 된다는 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 종래기술에서의 제반문제점을 해결하기 위한 것으로, 보다 소형이면서 설치해주기에 간편하게됨과 더불어 무선주파수의 간섭에 의한 영향을 배제시킬 수 있게 되고, 특히 단지 2개만의 단자를 갖추도록 개선된 광센서를 제공함에 그 목적이 있다.

이러한 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 광센서는 광을 방사시켜주는 발광수단과 이 발광수단으로부터 광전송로를 따라 방사되는 광을 수신하도록 배치되는 수광수단을 포함하면서 발광수단과 수광수단사이를 흐르는 전류를 제어해줌과 더불어 광전송로가 차단되는 경우 전류의 레벨을 변화시켜주기 위한 회로수단과, 이 회로수단에 접속되면서 회로수단에 소정의 바이어스전압을 공급해주는 한단자와 회로수단에서의 전류레벨에 대응되는 회로수단의 가변적인 출력전압을 수신하게 되는 다른 단자의 2개 단자로 이루어진 단자수단을 포함하여 구성되어 있다.

이하 본 발명에 따른 광센서의 실시예를 예시도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제4a도는 본 발명이 1실시예에 따른 광센서의 회로구성을 나타낸 것으로, 제4a도에 도시된 실시예에서는 수광소자가 스위치(11)로서 표시되어 있는데, 이 스위치(11)는 발광소자(4)로부터 방사되는 광의 유무에 따라 온 또는 오프되고, 또 저항(RE)이 상기 스위치(11)에 대해 병렬로 접속된다.

그리고, 제4b도에 도시된 바와 같이 상기 발광소자(4)는 보호부(3A)내에 장착되는 한편 상기 수광소자(11)는 보호부(3Ｂ)내에 장착되어 있고, 전원단자(12a; Vcc)리이드와 출력단자(12b; Vout)는 제2b도에 도시된 바와 같이 하우징으로부터 추출되어 있다.

여기서, 상기 스위치(11)가 오프되면 전류는 경로 a, 즉 발광소자(4)와 저항(RE)을 통해 흐르게 되는데, 이 경우 전류 Iout(OFF)는

로 표시된다.

단, Vcc : 전원단자(Vcc)의 전압,

VF : 발광소자(4)의 순방향전압,

RL : 저항(RL)의 저항값,

RE : 저항(RE)의 저항값,

즉, 발광소자(4)가 오프상태인 경우에는 이 발광소자(4)에 흐르는 전류가 저항(RE,RL)에 의해 제한된다.

한편, 상기 스위치(11)가 온되면 전류는 경로 b를 통해 흐르게 되는데, 이 경우 전류 Iout(ON)는

로 표시된다.

그리고, 출력전류는 인쇄회로기판(PCB)상의 부하저항(RL)에 인가되는데, 상기 식(1)(2)로부터 명백하게 알 수 있는 바와 같이 발광소자(4)의 온 또는 오프상태에 관계없이 출력신호를 전송해주는 도선(8b)에 소정의 전류가 흐르게 됨에 따라 이러한 구조에서는 무선주파수의 간섭에 의한 영향을 배제시켜 줄 수 있게 된다.

또, 포토인터럽터를 후단의 회로에 접속시켜주기 위해 단지 2개의 전기적인 도선만이 필요하게 되므로 필요한 간격이라던지 조립단계가 단축될 수 있게 된다.

제5도 내지 제7도는 사이 제4a도에 도시된 구성의 변형예를 나타낸 것으로, 제5도에서는 포토다이오드(21)와 증폭기(22) 및 출력트랜지스터(23)가 포함되어 이루어진 집적회로(2)가 수광소자로서 사용되는데, 이 제5도에서 도면의 참조부호 13은 발광소자(4)로부터 수광소자(2)까지 전송되는 광을 나타낸다. 또 제6도에서는 포토트랜지스터(1)가 소광소자로서 사용되고, 제7도에는 발광소자(4)와 수광소자(1)의 위치를 바꾸어 놓은 상태가 도시되어 있는데, 이러한 구성에서는 발광소자(4)에 흐르는 모든 전류를 흡수하도록 발광소자의 구동능력보다 수광소자의 구동능력을 크게 해주는 것이 바람직하게 된다.

상기 각 실시예에서 포토인터럽터에는 단지 2개만의 단자가 필요하게 되고, 또 출력선상에는 평상시에도 소정의 최소전류가 흐르게 됨에 따라 간격문제와 무선주파수의 간섭에 의한 영향을 해결 할 수 있게 된다.

제8도에는 본 발명의 1실시예에 따른 특성을 설명하기 위한 시험회로가 도시되어 있는바, 이 시험회로에서는 일본국의 가부시키가이샤 도시바에서 제조되어 상업적으로 입수할 수 있는 TLN107A와 TPS617로 표시되는 제품이 발광소자(4)와 수광소자(1)로서 각각 사용되는바, 이들 발광소자(4)와 수광소자(1)사이의 간격은 제9도에 도시된 바와 같이 약 18㎜정도로 설정되어 있고, 또 부하저항(RL)으로서는 2개의 저항(RL1,RL2) 이 직렬접속되어 사용되고 있음에 따라 저항의 공통접합점에서의 전압이 출력전압으로서 얻어지게 되는데, 이 출력전압(Vout)은

로 된다. 이들 출력값은 예컨대 CMOS 회로에 의해 구성되는 후단의 회로에 대해 입력신호로서 사용되기에 적절한 정도로 되고, 출력단자(Vout)와 접지단자(GDN)사이에 외부회로의 부하저항이 접속됨에 따라 의해 광센서회로는 2단자 포토인터럽터로 구현될 수 있게 된다.

제10도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광센서의 회로구성을 나타낸 것으로, 이 실시예에서는 저항(RE′)과 발광소자(4)의 직렬접속이 전원단자(12a)와 출력단자(12b)사이에 스위치(11)로서 표시된 수광소자에 대해 병렬로 접속되어 있는데, 여기서 스위치(11)는 온상태에서 발광소자(4)를 통해 흐르는 전류(IF)에 대해 n배 정도의 전류를 통과시켜 주게 해주게 된다. 이 실시예에서 스위치(11)가 오프되면 전류가 경로 c로 흐르게 되고, 이 경우 출력전류는 도선(8b)을 통해 부하저항(RL)에 인가되므로 출력전압 Vout(OFF)은

으로 표시되며, 이에 대해 스위치(11)가 온되면 출력전압은

으로 표시된다.

이 실시예에서 도선(8ｂ)상에는 평상시 소정의 최소전류가 흐르게 되고, 더욱이 단지 2개의 도선만이 필요하게 된다.

제11도 내지 제13도는 상기 제10도에 도시된 실시예의 변형예를 나타낸 것으로, 제11도에서는 포토다이오드(21)와 증폭기(22) 및 출력트랜지스터(23)를 포함하고 있는 집적회로(2)가 수광소자로서 사용되고, 제12도에서는 포토다링톤트랜지스터(1)가 수광소자로서 사용되며, 제13도에서는 전류제한저항(10)이 포토다링톤트랜지스터(1)와 전원단자(12a)사이에 직렬로 접속되어 있다.

그리고, 제10도에 도시된 구성에서 TTL 또는 CMOS로 구성되는 회로가 후단회로로서 사용되는 경우, 출력전압 Vout(OFF), Vout(ON )간의 관계는,

로 되는 것이 바람직하게 되고, 상기 식(3),(4),(5)를 이용하면,

로 표시되는 식을 얻을 수 있게 된다.

이에 따라, 수광소자(11)에는 발광소자(4)를 통해 흐르는 전류보다 최소한 3배의 전류 흐르게 해줄 필요가 있다.

제14도에는 제10도에 도시된 실시예의 특성을 설명하기 위한 시험회로가 도시되어 있고, 제15에는 제10도에 도시된 실시예에서의 발광소자(4) 수광소자(1) 사이의 간격이 도시되어 있는바, 제14도에 도시된 시험회로에서는 2㏀의 저항이 발광소자(4)의 전류를 제어해주도록 사용되고 있고, 또 0.2㏀의 저항이 부하저항으로서 사용되고 있으며, 이 부하저항에 나타나는 전압이 출력전압(Vout)으로서 얻어지게 된다.

여기서, 발광소자(4)와 수광소자(1)로서는 TLN107A와 TPS617(모두 일본국의 가부시키가이샤 도시바로부터 입수할 수 있음)로 표시되는 상업적인 제품이 각각 사용되고 있고, 이에 따른 출력전압 Vout(ON), Vout(OFF)는

로 얻어지게 된다. 이러한 출력전압은 CMOS 회로가 후단회로로서 사용되더라고 충분한 정도로 된다.

그리고, 이상에서 본 발명은 특정한 실시예에 대해 설명하였지만, 본 발명은 그 기술적인 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지로 변경실시할 수 있게 된다.

상기한 바와 같이 본 발명은 소형이면서도 설치에 용이하고, 더욱이 2단자로 구성되는 포토인터럽터구조의 광센서를 제공할 수 있게 된다.

Claims

광을 방사시켜주는 발광수단(4)과 이 발광수단(4)으로부터 광전송로를 따라 전송되는 광을 수신하도록 배치된 수광수단(11)을 포함하면서 상기 발광수단(4)과 수광수단(11)사이를 흐르는 전류를 제어해주게 됨과 더불어 광전송로가 차단되는 경우에 전류의 레벨을 변화시켜주는 회로수단과, 이 회로수단에 접속되어 이 회로수단에 소정의 바이어스전압을 공급해주기 위한 한 단자와 상기 회로수단의 전류레벨변화에 따라 회로수단으로부터의 가변적인 출력전압을 수신하기 위한 다른 단자의 2개 단자만으로 이루어진 단자수단이 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 광센서.
제1항에 있어서, 상기 수광수단(11)은 상기 회로수단에 흐르는 소정의 최소전류를 유지시켜주기 위해 병렬로 접속되는 광검출기와 저항으로 구성된 것을 특징으로 하는 광센서.
제2항에 있어서, 상기 광검출기는 포토다이오드를 갖추고 있는 집적회로로 구성된 것을 특징으로 하는 광센서
제2항에 있어서, 광검출기에는 포토트랜지스터가 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 광센서.
제1항에 있어서, 상기 회로수단은 이 회로수단에 흐르는 소정의 최소전류를 유지시켜주도록 발광수단과 수광수단이 병렬로 접속되어 구성된 것을 특징으로 하는 광센서.
제5항에 있어서, 상기 수광수단은 포토다이오드를 갖추고 있는 집적회로로 구성된 것을 특징으로 하는 광센서.
제5항에 있어서, 상기 수광수단은 포토트랜지스터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광센서.
제7항에 있어서, 상기 수광수단에는 포토트랜지스터에 인가되는 전류를 제어해주기 위해 상기 포토트랜지스터에 접속되는 저항이 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 광센서.