光電迴路的製作方法
2023-04-22 17:41:06 4
專利名稱:光電迴路的製作方法
本發明涉及一種光電迴路，更詳細地說，是一種通常所說的光電傳感器。它包括一個發光器件和一個光敏器件，以便用光學的方法檢測物體。
在此之前，常用各種通常所說的光電傳感器來達到用光學方法檢測各種卡片或紙張;或者藉助一個帶有輻射狀開縫並牢固地固定在電機轉子上的園盤來得到脈衝。
夏普(SHARP)應用手冊(1982年1月，光電斷續器部份)P.26，圖4-7(d)中介紹了一種現今被廣泛採用的光電傳感器。在該傳感器迴路中，使電流由電源+VCC通過一電阻R流過一發光二極體，並由電源+VCC通過另一電阻將電壓加到一光電電晶體上。當電流流經迴路時發光二極體發出光而光電電晶體被接通。當光照射到光電電晶體上時，電流就能夠從電源+VCC通過該光電電晶體流動。因該光電電晶體的電流放大倍數很小，所以在光電電晶體的後一級連接一電晶體對其輸出進行放大並獲得一具有大振幅的波形。但是，由於上述波形包含各種失真成份，而採用-施密特(Schmitt)觸發器對經過放大的輸出波形作進一步的成形。此外，在該電路結構中，由於包含發光器件的迴路與包含光敏二極體的迴路相對於電源說來是互相獨立的。因此，為了獲得輸出，連接應由三條線路組成，即電源線，光電電晶體的集電極引線和地線。
最近，電子設備有越來越高功能化的趨勢，因此在各種設備中各處加進很多光敏器件。這樣一來，由于于對接信號輸送線的數目相應增加，而使設備中信號輸送線的裝配工作變得很困難。
本發明的目的在於提供一種可能減少信號輸送線數目的光電迴路。
本發明的另一個目的在於提供一種帶有放大器的光電迴路，該放大器能夠隨著光敏器件的輸出而放大加給發光器件的電流。
本發明的其它目的在於提供一種光電傳感器。在該傳感器中，由於流經光敏器件的電流反饋到發光器件而增加了流經發光器件的電流，從而增加了發光器件的發光量。
本發明用一光電迴路來實現，該迴路只有一個發光器件和一個用來接收該發光器件所發出光的光敏器件。通常，發光器件為一發光二極體，而光敏器件是一光電電晶體。-電流控制迴路與該發光器件串聯，該控制迴路隨著流經光敏器件的電流大小來控制流過發光器件的電流。這個控制迴路最好由一偏流元件和一個用作電流放大器的、與偏流元件並聯的電晶體組成。
對於採用上述這樣的一種結構，光電迴路由二條接線來實現，即一條用來向發光器件供給電能，而另一條是為了從光敏器件接收信號。
而且，流經發光器件的電流通路與流經光敏器件的電流通路通過電流控制迴路構成一反饋迴路。光敏器件的被輸出電流反饋到發光器件一邊。這樣，流經發光器件的電流經電晶體放大而增加了發光量，這就使得在光敏器件輸出級處的電流得到明顯的放大，從而不必在輸出級處加進放大電路。
圖1是一個用來對電機旋轉進行檢測的機構透視圖，是光電傳感器的一個應用實例;
圖2是按照本發明的一種實例作出的光學檢測迴路的電路圖;
圖3是一個用來說明由圖2指出的光學檢測迴路工作形式的時間曲線圖;而圖4是根據本發明的另一實例作出的光學檢測迴路的電路圖。
圖1指出一種檢測電機轉數用的機構，它是光電傳感器的一個應用例。一個用來檢測電機轉軸111狀態的，帶有通光孔121的園盤12被安裝在轉軸上。為了用光學方法檢測園盤12上通光孔的位置，配置了一個光學目標檢測裝置13，並使園盤12插入檢測器內。由光學目標檢測裝置13引出信號傳輸線L1和L2。
在裝置13中，一個發光器件與一個光敏器件彼此相對安裝，使得園盤12保持在它們之間。這樣，在電機旋轉過程中，當通光孔121到達它們之間的位置時，發光器件所發出的光被光敏器件所檢測，而與其接收到的光量相應的電流就流過光敏器件。因此，目標，即園盤12中所形成的透光孔存在與否被檢測出來。
圖2表出一種具體的光學檢測電路。
圖2中，光學目標檢測部3和檢測電路10分別由點劃線標明。檢測電路10用二根信號傳輸線與光學目標檢測部3相連接;即，一根由電源VCC來的線L1，而另一根是輸出線L2。信號傳輸線L1與光學目標檢測部3中的電晶體6的發射極和偏流元件7的一個接頭a連接，而電晶體6的集電極與偏流元件7的另一接頭b一起與光二極體4的陽極連接，光二極體4為發光器件。電晶體6的基極與光電電晶體5的集電極連接，光電電晶體5為光敏元件。同時，發光器件4的陰極和光敏器件5的發射極互相連接，並一起通過信號傳輸線L2連接到檢測電路10。
信號傳輸線L2接到檢測電路10中的負載電阻8的一端a和施密特(Schmitt)觸發器9的輸入端，負載電阻8的另一端接地。就這樣，在光學目標檢測部3中，流經發光器件4的電流通路和流經光敏器件5的電流通路構成一反饋迴路。當由發光器件6發射的光強度增加時，光敏器件5接受到的光也增加，因此，流經光敏器件的電流強度也增大。而這種電流強度的增加通過電晶體6反饋到流經發光器件4的電流電路，這又進一步增強了發光器件4所發射的光強度。通過這樣的方法，既然由於反饋而大大的增大了電流，就不需要在受光側的輸出級配置放大器，而在現有技術中為輸出級配置放大器是不可避免的。另外，由於連接信號傳輸線L2是從光敏器件5的陰極開始，信號傳輸線是二根，少於按照現有技術所必需的傳輸線數量。由此，實現了減少設備尺寸和電能消耗的目的。
現在，對該電路的工作方式作如下說明。
這裡，假定在偏流元件7的阻抗、負載電阻8的阻抗和輸入電壓電平的下限ViL與上限ViH之間符合以下關係ViL＞ (負載阻抗8)/(偏流元件7的阻抗+負載阻抗8) ×(VCC-1.2)……(1)ViH＜VCC-1.2……(2)這裡數值1.2是當發光器件4採用紅外發光二極體時在發光器件4中的電壓降，用伏特表示的近似值。此外，假定電晶體6上的電壓降很小，可以忽略。
下面對圖2所表出的電路說明應用於檢測電機11轉動的機構時的工作方式。
當園盤12上沒有通光孔的部分位於光學目標檢測部3中時，由於發光器件4所發射的光沒能到達光敏器件5上，因此沒有輸出電流Ip的流動。從而，電晶體6的基極電流為「0」，電晶體6被截止。另一方面，流經發光器件4的電流ID等於流經偏流元件7的電流IR，因此，發射的光量很少。這樣，根據上述公式(1)，施密特(Schmitt)觸發器9的輸入電壓Vi處於「低電平」，而施密特(Schmitt)觸發器9的輸出電壓Vo處於「高電平」。
然而，當園盤12中的通光孔121到達光學目標檢測部3時，發光器件4所發射的光可射到光敏器件5上。電流Ip開始流動。由於光敏器件5與電晶體6的基極相連接，電晶體6的集電極電流IC也開始流動。這樣，流經發光器件4的電流ID就變為IR+IC。所以，發光量增加使Ip也進一步增大。這個反饋連續增大，直到電晶體6飽和為止。當電晶體6飽和的瞬間，施密特(Schmitt)觸發器9的輸入電壓Vi變為Vi＝(VCC-1.2)(伏)，根據上述公式(2)，觸發器9的輸出電壓Vo變為「低電平」。
圖3表示這種關係的時間曲線圖。圖3中橫座標上的a，a′和a″是當園盤上的通光孔121處於光學目標檢測部3中時的時間周期，而曲線上其它部分則是園盤上沒有通光孔的部分處於光學目標檢測部時的時間周期。雖然，由於偏流元件7和電晶體6使流經發光器件4的電流ID有波形失真，但在它們輸入施密特(Schmitt)觸發器9之後，脈衝就沒有失真，並且輸出電壓Vo有好的輸出波形。而且，最初僅僅由於偏流元件7的電流ID流過發光器件4。當光敏器件5接收到發光器件4所射出的光時，流經光敏器件5的電流Ip通過電晶體6的基極反饋。從而使ID和Ip的強度更進一步增大。這就構成檢測電路10中施密特(Schmitt)觸發器9的輸入電壓Vi，而當該信號從施密特(Schmitt)觸發器9輸出時，呈現出一個良好波形的脈衝電壓Vo。從圖2可清楚地看到，當一個物體插在發光器件4和光敏器件5之間時，電功率消耗相當低。因此，本發明對降低電路的電功率消耗是有效的。另外，在圖3中，當施密特(Schmitt)觸發器9的輸出電壓周期(時間從a至a′)被測出時，由於轉數f等於1/T，則利用所測到T值的倒數就能確定電機11的轉數。
圖4是根據本發明的另一實施例作出的光學目標檢測迴路的電路圖。
圖4中，發光器件4安排在電源(VCC)一側。就是說，信號傳輸線L1接到發光器件4的陽極，而發光器件4的陰極與電晶體6的發射極和偏流元件7的接頭a相接。而且，電晶體6的集電極，偏流元件7的接頭b和光敏器件5的發射極與共同的信號傳輸線L2相連接。另外，光敏器件5的停電極接到電晶體的基極上。至於該電路的要點，如同圖2所示。
按以上的說明，根據上述實施例，一個光敏設備只存在二根連接用的信號傳輸線。而且，由於已有技術在輸出級中所必須的放大器迴路在此不再需要，因而簡化了電路。
本發明不限於上述的實例，而可能實現多種變型。最通常的變型之一是一種電路，在這種電路中倒置連接，就像採用電晶體的電子線路通常所做的那樣。就是說，集電極側的連接改連到發射極側，或是發射極接地的電路變成集電極接地電路。
作為圖2和圖4所表出例子的其它變型的例子，偏流元件7並不總是需要的，因為漏電流常常通過電晶體6流動，也通過發光器件流動。
此外，作為另一變型的例子，在圖2所示的電路中，當考慮到電壓電平關係時，可以用一比較器迴路來替換檢測電路10中的施密特(Schmitt)觸發器9。而且，不需要藉助偏流元件7來起動電流流動，而可以採用外來光或通過電晶體6或光敏器件5的漏電流以形成起動電流。
更進一步地說，作為圖4所示電路的一個變型的例子，由於將信號傳輸線L2和機座連接起來，並且用一比較器來代替檢測電路10中的施密特(Schmitt)觸發器，就能夠將信號線L1來的電壓與地電壓作比較。用這種方法，檢測部3和檢測電路10之間的連接只需一根信號傳輸線L1。
權利要求
1.一種光學電迴路，其特徵在於包括(a)一個發光裝置，其發出的光隨流經其中的電流而定；(b)一個電敏裝置，它接收由所述的發光裝置發出的光並使電流通過它流動；(c)一個為放大流經所述光敏裝置電流的放大裝置；和(d)一個將由所述的放大裝置放大了的電流反饋到所述的發光裝置的反饋裝置。
2.根據權利要求
1所述的一種光電迴路，其特徵在於還包括一個將由電源來的電流施加到所述的發光元件上的偏置元件。
3.根據權利要求
1所述的一種光電迴路，其特徵還包括有一根傳輸所述的光敏裝置輸出的連接線;和一個接至所述連接線一端的施密特(Schmitt)觸發器。
4.根據權利要求
1所述的一種光電迴路，其特徵在於所說的放大裝置為一電晶體，而偏置元件與所說的電晶體並聯連接。
5.根據權利要求
4所述的一種光電迴路，其特徵還包括有一根連接線，所述的偏流元件一端以及所述的電晶體一端和所述的連接線相連接。
6.根據權利要求
3所述的一種光電迴路，其特徵在於所述的放大裝置是一電晶體，而偏置元件與所述的電晶體並聯連接，所述的電晶體和所述的偏置元件與一共同的連接線連接。
7.一個光電傳感器，其特徵在於包括有(a)一根由電源提供電流的第一電流傳輸線;(b)一個連接於所述的第一電流傳輸線的電流控制迴路;(c)一個發光元件，它的一端和所述的電流控制迴路相連接，並且它所發出的光與流過它的電流強度相應;(d)一個光敏元件，它的一端與所述的發光元件相連接，並且接受由所述的發光元件所發出的光，所述的光敏元件使電流隨所接受的光的強度而流動，所述的電流控制迴路隨流經所述的光敏的電流強度而控制著流經所述的發光器件4的電流;(e)一根第二電流傳輸線，用它連接所述的發光器件的另一端以及光敏器件的另一端。
8.根據權利要求
7所述的一種光電傳感器，其特徵在於所述的電流控制迴路包括一能放大流經所述光敏器件的電流放大器電路，而偏流元件與所述的放大器迴路並聯連接並將由所述第一電流傳輸線給所述的發光器件輸送電流。
9.根據權利要求
7所述的一種光電傳感器，其特徵還在於包括一個與所述的第二電流傳輸線的一端連接的施密特(Schmitt)觸發器。
10.根據權利要求
8所述的一種光電傳感器，其特徵在於所說的放大器迴路為一電晶體。
11.根據權利要求
7所述的一種光電傳感器，其特徵在於所述的第二電流傳輸線的另一端接地。
12.一種光電傳感器，其特徵在於包括(a)一根由一電源供給電流的第一電流傳輸線;(b)一個發光器件，它與所述的第一電流傳輸線連接，並隨著流經其間的電流的強度而發光;(c)一個光敏元件，它接受由所說的發光元件所發出的光，並使電流隨著它所接受光的強度而流動;(d)一個放大器迴路，它的一端和所述的發光器件相連接，並放大流經所述光敏器件的電流;和(e)一根第二電流傳輸線，用它的一端與所述的光敏器件的另一端以及所說的放大器電路的另一端連接。
13.根據權利要求
12所述的一種光電傳感器，其特徵在於還包括一個與所述的放大器迴路並聯連接的電流偏置元件。
14.根據權利要求
12所述的一種光電傳感器，其特徵在於還包括一個與所述的第二電流傳輸線的另一端連接的施密特(Schmitt)觸發器。
專利摘要
一種光電傳感器裝有一個在發射極和集電極之間連接一個偏置元件的電晶體，一個與所述的電晶體串聯的發光器件，如一個接受由所述的發光器件所發射的光並將它轉變成電流的光敏器件，該光敏器件的一端與所述的電晶體相連接。由於這種結構只需要二條連接線，一條用以向電晶體輸送電能，而另一條是所述的光敏器件的輸出。所以減少了連接線的數量，因此實現了線路的簡化。由於控制流經光敏器件的電流使得它被放大並反饋到發光器件，從而顯著地增加了光敏器件的輸出。
文檔編號H01L33/00GK86100687SQ86100687
公開日1986年8月20日 申請日期1986年1月23日
發明者安藤敏信, 伊佐治光一 申請人:株式會社日立製作所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan