專利名稱:光電回路的制作方法
本發(fā)明涉及一種光電回路，更詳細(xì)地說，是一種通常所說的光電傳感器。它包括一個(gè)發(fā)光器件和一個(gè)光敏器件，以便用光學(xué)的方法檢測(cè)物體。
在此之前，常用各種通常所說的光電傳感器來達(dá)到用光學(xué)方法檢測(cè)各種卡片或紙張;或者借助一個(gè)帶有輻射狀開縫並牢固地固定在電機(jī)轉(zhuǎn)子上的園盤來得到脈沖。
夏普(SHARP)應(yīng)用手冊(cè)(1982年1月，光電斷續(xù)器部份)P.26，圖4-7(d)中介紹了一種現(xiàn)今被廣泛采用的光電傳感器。在該傳感器回路中，使電流由電源+VCC通過一電阻R流過一發(fā)光二極管，並由電源+VCC通過另一電阻將電壓加到一光電晶體管上。當(dāng)電流流經(jīng)回路時(shí)發(fā)光二極管發(fā)出光而光電晶體管被接通。當(dāng)光照射到光電晶體管上時(shí)，電流就能夠從電源+VCC通過該光電晶體管流動(dòng)。因該光電晶體管的電流放大倍數(shù)很小，所以在光電晶體管的后一級(jí)連接一晶體管對(duì)其輸出進(jìn)行放大並獲得一具有大振幅的波形。但是，由于上述波形包含各種失真成份，而采用-施密特(Schmitt)觸發(fā)器對(duì)經(jīng)過放大的輸出波形作進(jìn)一步的成形。此外，在該電路結(jié)構(gòu)中，由于包含發(fā)光器件的回路與包含光敏二極管的回路相對(duì)于電源說來是互相獨(dú)立的。因此，為了獲得輸出，連接應(yīng)由三條線路組成，即電源線，光電晶體管的集電極引線和地線。
最近，電子設(shè)備有越來越高功能化的趨勢(shì)，因此在各種設(shè)備中各處加進(jìn)很多光敏器件。這樣一來，由于于對(duì)接信號(hào)輸送線的數(shù)目相應(yīng)增加，而使設(shè)備中信號(hào)輸送線的裝配工作變得很困難。
本發(fā)明的目的在于提供一種可能減少信號(hào)輸送線數(shù)目的光電回路。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種帶有放大器的光電回路，該放大器能夠隨著光敏器件的輸出而放大加給發(fā)光器件的電流。
本發(fā)明的其它目的在于提供一種光電傳感器。在該傳感器中，由于流經(jīng)光敏器件的電流反饋到發(fā)光器件而增加了流經(jīng)發(fā)光器件的電流，從而增加了發(fā)光器件的發(fā)光量。
本發(fā)明用一光電回路來實(shí)現(xiàn)，該回路只有一個(gè)發(fā)光器件和一個(gè)用來接收該發(fā)光器件所發(fā)出光的光敏器件。通常，發(fā)光器件為一發(fā)光二極管，而光敏器件是一光電晶體管。-電流控制回路與該發(fā)光器件串聯(lián)，該控制回路隨著流經(jīng)光敏器件的電流大小來控制流過發(fā)光器件的電流。這個(gè)控制回路最好由一偏流元件和一個(gè)用作電流放大器的、與偏流元件并聯(lián)的晶體管組成。
對(duì)于采用上述這樣的一種結(jié)構(gòu)，光電回路由二條接線來實(shí)現(xiàn)，即一條用來向發(fā)光器件供給電能，而另一條是為了從光敏器件接收信號(hào)。
而且，流經(jīng)發(fā)光器件的電流通路與流經(jīng)光敏器件的電流通路通過電流控制回路構(gòu)成一反饋回路。光敏器件的被輸出電流反饋到發(fā)光器件一邊。這樣，流經(jīng)發(fā)光器件的電流經(jīng)晶體管放大而增加了發(fā)光量，這就使得在光敏器件輸出級(jí)處的電流得到明顯的放大，從而不必在輸出級(jí)處加進(jìn)放大電路。
圖1是一個(gè)用來對(duì)電機(jī)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行檢測(cè)的機(jī)構(gòu)透視圖，是光電傳感器的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例;
圖2是按照本發(fā)明的一種實(shí)例作出的光學(xué)檢測(cè)回路的電路圖;
圖3是一個(gè)用來說明由圖2指出的光學(xué)檢測(cè)回路工作形式的時(shí)間曲線圖;而圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)例作出的光學(xué)檢測(cè)回路的電路圖。
圖1指出一種檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)用的機(jī)構(gòu)，它是光電傳感器的一個(gè)應(yīng)用例。一個(gè)用來檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)軸111狀態(tài)的，帶有通光孔121的園盤12被安裝在轉(zhuǎn)軸上。為了用光學(xué)方法檢測(cè)園盤12上通光孔的位置，配置了一個(gè)光學(xué)目標(biāo)檢測(cè)裝置13，並使園盤12插入檢測(cè)器內(nèi)。由光學(xué)目標(biāo)檢測(cè)裝置13引出信號(hào)傳輸線L1和L2。
在裝置13中，一個(gè)發(fā)光器件與一個(gè)光敏器件彼此相對(duì)安裝，使得園盤12保持在它們之間。這樣，在電機(jī)旋轉(zhuǎn)過程中，當(dāng)通光孔121到達(dá)它們之間的位置時(shí)，發(fā)光器件所發(fā)出的光被光敏器件所檢測(cè)，而與其接收到的光量相應(yīng)的電流就流過光敏器件。因此，目標(biāo)，即園盤12中所形成的透光孔存在與否被檢測(cè)出來。
圖2表出一種具體的光學(xué)檢測(cè)電路。
圖2中，光學(xué)目標(biāo)檢測(cè)部3和檢測(cè)電路10分別由點(diǎn)劃線標(biāo)明。檢測(cè)電路10用二根信號(hào)傳輸線與光學(xué)目標(biāo)檢測(cè)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(hào)傳輸線L1與光學(xué)目標(biāo)檢測(cè)部3中的晶體管6的發(fā)射極和偏流元件7的一個(gè)接頭a連接，而晶體管6的集電極與偏流元件7的另一接頭b一起與光二極管4的陽極連接，光二極管4為發(fā)光器件。晶體管6的基極與光電晶體管5的集電極連接，光電晶體管5為光敏元件。同時(shí)，發(fā)光器件4的陰極和光敏器件5的發(fā)射極互相連接，並一起通過信號(hào)傳輸線L2連接到檢測(cè)電路10。
信號(hào)傳輸線L2接到檢測(cè)電路10中的負(fù)載電阻8的一端a和施密特(Schmitt)觸發(fā)器9的輸入端，負(fù)載電阻8的另一端接地。就這樣，在光學(xué)目標(biāo)檢測(cè)部3中，流經(jīng)發(fā)光器件4的電流通路和流經(jīng)光敏器件5的電流通路構(gòu)成一反饋回路。當(dāng)由發(fā)光器件6發(fā)射的光強(qiáng)度增加時(shí)，光敏器件5接受到的光也增加，因此，流經(jīng)光敏器件的電流強(qiáng)度也增大。而這種電流強(qiáng)度的增加通過晶體管6反饋到流經(jīng)發(fā)光器件4的電流電路，這又進(jìn)一步增強(qiáng)了發(fā)光器件4所發(fā)射的光強(qiáng)度。通過這樣的方法，既然由于反饋而大大的增大了電流，就不需要在受光側(cè)的輸出級(jí)配置放大器，而在現(xiàn)有技術(shù)中為輸出級(jí)配置放大器是不可避免的。另外，由于連接信號(hào)傳輸線L2是從光敏器件5的陰極開始，信號(hào)傳輸線是二根，少于按照現(xiàn)有技術(shù)所必需的傳輸線數(shù)量。由此，實(shí)現(xiàn)了減少設(shè)備尺寸和電能消耗的目的。
現(xiàn)在，對(duì)該電路的工作方式作如下說明。
這里，假定在偏流元件7的阻抗、負(fù)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(guān)系ViL＞ (負(fù)載阻抗8)/(偏流元件7的阻抗+負(fù)載阻抗8) ×(VCC-1.2)……(1)ViH＜VCC-1.2……(2)這里數(shù)值1.2是當(dāng)發(fā)光器件4采用紅外發(fā)光二極管時(shí)在發(fā)光器件4中的電壓降，用伏特表示的近似值。此外，假定晶體管6上的電壓降很小，可以忽略。
下面對(duì)圖2所表出的電路說明應(yīng)用于檢測(cè)電機(jī)11轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)時(shí)的工作方式。
當(dāng)園盤12上沒有通光孔的部分位于光學(xué)目標(biāo)檢測(cè)部3中時(shí)，由于發(fā)光器件4所發(fā)射的光沒能到達(dá)光敏器件5上，因此沒有輸出電流Ip的流動(dòng)。從而，晶體管6的基極電流為“0”，晶體管6被截止。另一方面，流經(jīng)發(fā)光器件4的電流ID等于流經(jīng)偏流元件7的電流IR，因此，發(fā)射的光量很少。這樣，根據(jù)上述公式(1)，施密特(Schmitt)觸發(fā)器9的輸入電壓Vi處于“低電平”，而施密特(Schmitt)觸發(fā)器9的輸出電壓Vo處于“高電平”。
然而，當(dāng)園盤12中的通光孔121到達(dá)光學(xué)目標(biāo)檢測(cè)部3時(shí)，發(fā)光器件4所發(fā)射的光可射到光敏器件5上。電流Ip開始流動(dòng)。由于光敏器件5與晶體管6的基極相連接，晶體管6的集電極電流IC也開始流動(dòng)。這樣，流經(jīng)發(fā)光器件4的電流ID就變?yōu)镮R+IC。所以，發(fā)光量增加使Ip也進(jìn)一步增大。這個(gè)反饋連續(xù)增大，直到晶體管6飽和為止。當(dāng)晶體管6飽和的瞬間，施密特(Schmitt)觸發(fā)器9的輸入電壓Vi變?yōu)閂i＝(VCC-1.2)(伏)，根據(jù)上述公式(2)，觸發(fā)器9的輸出電壓Vo變?yōu)椤暗碗娖健薄?br>圖3表示這種關(guān)系的時(shí)間曲線圖。圖3中橫座標(biāo)上的a，a′和a″是當(dāng)園盤上的通光孔121處于光學(xué)目標(biāo)檢測(cè)部3中時(shí)的時(shí)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于光學(xué)目標(biāo)檢測(cè)部時(shí)的時(shí)間周期。雖然，由于偏流元件7和晶體管6使流經(jīng)發(fā)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(fā)器9之后，脈沖就沒有失真，並且輸出電壓Vo有好的輸出波形。而且，最初僅僅由于偏流元件7的電流ID流過發(fā)光器件4。當(dāng)光敏器件5接收到發(fā)光器件4所射出的光時(shí)，流經(jīng)光敏器件5的電流Ip通過晶體管6的基極反饋。從而使ID和Ip的強(qiáng)度更進(jìn)一步增大。這就構(gòu)成檢測(cè)電路10中施密特(Schmitt)觸發(fā)器9的輸入電壓Vi，而當(dāng)該信號(hào)從施密特(Schmitt)觸發(fā)器9輸出時(shí)，呈現(xiàn)出一個(gè)良好波形的脈沖電壓Vo。從圖2可清楚地看到，當(dāng)一個(gè)物體插在發(fā)光器件4和光敏器件5之間時(shí)，電功率消耗相當(dāng)?shù)?。因此，本發(fā)明對(duì)降低電路的電功率消耗是有效的。另外，在圖3中，當(dāng)施密特(Schmitt)觸發(fā)器9的輸出電壓周期(時(shí)間從a至a′)被測(cè)出時(shí)，由于轉(zhuǎn)數(shù)f等于1/T，則利用所測(cè)到T值的倒數(shù)就能確定電機(jī)11的轉(zhuǎn)數(shù)。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例作出的光學(xué)目標(biāo)檢測(cè)回路的電路圖。
圖4中，發(fā)光器件4安排在電源(VCC)一側(cè)。就是說，信號(hào)傳輸線L1接到發(fā)光器件4的陽極，而發(fā)光器件4的陰極與晶體管6的發(fā)射極和偏流元件7的接頭a相接。而且，晶體管6的集電極，偏流元件7的接頭b和光敏器件5的發(fā)射極與共同的信號(hào)傳輸線L2相連接。另外，光敏器件5的停電極接到晶體管的基極上。至于該電路的要點(diǎn)，如同圖2所示。
按以上的說明，根據(jù)上述實(shí)施例，一個(gè)光敏設(shè)備只存在二根連接用的信號(hào)傳輸線。而且，由于已有技術(shù)在輸出級(jí)中所必須的放大器回路在此不再需要，因而簡化了電路。
本發(fā)明不限于上述的實(shí)例，而可能實(shí)現(xiàn)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，就像采用晶體管的電子線路通常所做的那樣。就是說，集電極側(cè)的連接改連到發(fā)射極側(cè)，或是發(fā)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?yàn)槁╇娏鞒３Ｍㄟ^晶體管6流動(dòng)，也通過發(fā)光器件流動(dòng)。
此外，作為另一變型的例子，在圖2所示的電路中，當(dāng)考慮到電壓電平關(guān)系時(shí)，可以用一比較器回路來替換檢測(cè)電路10中的施密特(Schmitt)觸發(fā)器9。而且，不需要借助偏流元件7來起動(dòng)電流流動(dòng)，而可以采用外來光或通過晶體管6或光敏器件5的漏電流以形成起動(dòng)電流。
更進(jìn)一步地說，作為圖4所示電路的一個(gè)變型的例子，由于將信號(hào)傳輸線L2和機(jī)座連接起來，並且用一比較器來代替檢測(cè)電路10中的施密特(Schmitt)觸發(fā)器，就能夠?qū)⑿盘?hào)線L1來的電壓與地電壓作比較。用這種方法，檢測(cè)部3和檢測(cè)電路10之間的連接只需一根信號(hào)傳輸線L1。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)電回路，其特征在于包括(a)一個(gè)發(fā)光裝置，其發(fā)出的光隨流經(jīng)其中的電流而定；(b)一個(gè)電敏裝置，它接收由所述的發(fā)光裝置發(fā)出的光並使電流通過它流動(dòng)；(c)一個(gè)為放大流經(jīng)所述光敏裝置電流的放大裝置；和(d)一個(gè)將由所述的放大裝置放大了的電流反饋到所述的發(fā)光裝置的反饋裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一種光電回路，其特征在于還包括一個(gè)將由電源來的電流施加到所述的發(fā)光元件上的偏置元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一種光電回路，其特征還包括有一根傳輸所述的光敏裝置輸出的連接線;和一個(gè)接至所述連接線一端的施密特(Schmitt)觸發(fā)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一種光電回路，其特征在于所說的放大裝置為一晶體管，而偏置元件與所說的晶體管并聯(lián)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的一種光電回路，其特征還包括有一根連接線，所述的偏流元件一端以及所述的晶體管一端和所述的連接線相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的一種光電回路，其特征在于所述的放大裝置是一晶體管，而偏置元件與所述的晶體管并聯(lián)連接，所述的晶體管和所述的偏置元件與一共同的連接線連接。
7.一個(gè)光電傳感器，其特征在于包括有(a)一根由電源提供電流的第一電流傳輸線;(b)一個(gè)連接于所述的第一電流傳輸線的電流控制回路;(c)一個(gè)發(fā)光元件，它的一端和所述的電流控制回路相連接，並且它所發(fā)出的光與流過它的電流強(qiáng)度相應(yīng);(d)一個(gè)光敏元件，它的一端與所述的發(fā)光元件相連接，並且接受由所述的發(fā)光元件所發(fā)出的光，所述的光敏元件使電流隨所接受的光的強(qiáng)度而流動(dòng)，所述的電流控制回路隨流經(jīng)所述的光敏的電流強(qiáng)度而控制著流經(jīng)所述的發(fā)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(fā)光器件的另一端以及光敏器件的另一端。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的一種光電傳感器，其特征在于所述的電流控制回路包括一能放大流經(jīng)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回路并聯(lián)連接並將由所述第一電流傳輸線給所述的發(fā)光器件輸送電流。
9.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的一種光電傳感器，其特征還在于包括一個(gè)與所述的第二電流傳輸線的一端連接的施密特(Schmitt)觸發(fā)器。
10.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的一種光電傳感器，其特征在于所說的放大器回路為一晶體管。
11.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的一種光電傳感器，其特征在于所述的第二電流傳輸線的另一端接地。
12.一種光電傳感器，其特征在于包括(a)一根由一電源供給電流的第一電流傳輸線;(b)一個(gè)發(fā)光器件，它與所述的第一電流傳輸線連接，並隨著流經(jīng)其間的電流的強(qiáng)度而發(fā)光;(c)一個(gè)光敏元件，它接受由所說的發(fā)光元件所發(fā)出的光，並使電流隨著它所接受光的強(qiáng)度而流動(dòng);(d)一個(gè)放大器回路，它的一端和所述的發(fā)光器件相連接，並放大流經(jīng)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(jù)權(quán)利要求
12所述的一種光電傳感器，其特征在于還包括一個(gè)與所述的放大器回路并聯(lián)連接的電流偏置元件。
14.根據(jù)權(quán)利要求
12所述的一種光電傳感器，其特征在于還包括一個(gè)與所述的第二電流傳輸線的另一端連接的施密特(Schmitt)觸發(fā)器。
專利摘要
一種光電傳感器裝有一個(gè)在發(fā)射極和集電極之間連接一個(gè)偏置元件的晶體管，一個(gè)與所述的晶體管串聯(lián)的發(fā)光器件，如一個(gè)接受由所述的發(fā)光器件所發(fā)射的光并將它轉(zhuǎn)變成電流的光敏器件，該光敏器件的一端與所述的晶體管相連接。由于這種結(jié)構(gòu)只需要二條連接線，一條用以向晶體管輸送電能，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(shù)量，因此實(shí)現(xiàn)了線路的簡化。由于控制流經(jīng)光敏器件的電流使得它被放大并反饋到發(fā)光器件，從而顯著地增加了光敏器件的輸出。
文檔編號(hào)H01L33/00GK86100687SQ86100687
公開日1986年8月20日 申請(qǐng)日期1986年1月23日
發(fā)明者安藤敏信, 伊佐治光一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan