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，更詳細地說，是一種通常所說的光電傳感器。它包括一個發(fā)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;或者借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沖。
夏普(SHARP)應用手冊(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。當電流流經回路時發(fā)光二極管發(fā)出光而光電晶體管被接通。當光照射到光電晶體管上時，電流就能夠從電源+VCC通過該光電晶體管流動。因該光電晶體管的電流放大倍數很小，所以在光電晶體管的后一級連接一晶體管對其輸出進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，由于包含發(fā)光器件的回路與包含光敏二極管的回路相對于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，光電晶體管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(fā)明的目的在于提供一種可能減少信號輸送線數目的光電回路。
本發(fā)明的另一個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，由于流經光敏器件的電流反饋到發(fā)光器件而增加了流經發(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現(xiàn)，該回路只有一個發(fā)光器件和一個用來接收該發(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光敏器件的電流大小來控制流過發(fā)光器件的電流。這個控制回路最好由一偏流元件和一個用作電流放大器的、與偏流元件并聯(lián)的晶體管組成。
對于采用上述這樣的一種結構，光電回路由二條接線來實現(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。
而且，流經發(fā)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回路構成一反饋回路。光敏器件的被輸出電流反饋到發(fā)光器件一邊。這樣，流經發(fā)光器件的電流經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(fā)明的一種實例作出的光學檢測回路的電路圖;
圖3是一個用來說明由圖2指出的光學檢測回路工作形式的時間曲線圖;而圖4是根據本發(fā)明的另一實例作出的光學檢測回路的電路圖。
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(tài)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(fā)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(fā)光器件所發(fā)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中的晶體管6的發(fā)射極和偏流元件7的一個接頭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，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(fā)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(fā)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回路。當由發(fā)光器件6發(fā)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晶體管6反饋到流經發(fā)光器件4的電流電路，這又進一步增強了發(fā)光器件4所發(fā)射的光強度。通過這樣的方法，既然由于反饋而大大的增大了電流，就不需要在受光側的輸出級配置放大器，而在現(xiàn)有技術中為輸出級配置放大器是不可避免的。另外，由于連接信號傳輸線L2是從光敏器件5的陰極開始，信號傳輸線是二根，少于按照現(xiàn)有技術所必需的傳輸線數量。由此，實現(xiàn)了減少設備尺寸和電能消耗的目的。
現(xiàn)在，對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之間符合以下關系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)這里數值1.2是當發(fā)光器件4采用紅外發(fā)光二極管時在發(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。
下面對圖2所表出的電路說明應用于檢測電機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于光學目標檢測部3中時，由于發(fā)光器件4所發(fā)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，晶體管6的基極電流為“0”，晶體管6被截止。另一方面，流經發(fā)光器件4的電流ID等于流經偏流元件7的電流IR，因此，發(fā)射的光量很少。這樣，根據上述公式(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，當園盤12中的通光孔121到達光學目標檢測部3時，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。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。這樣，流經發(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也進一步增大。這個反饋連續(xù)增大，直到晶體管6飽和為止。當晶體管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表示這種關系的時間曲線圖。圖3中橫座標上的a，a′和a″是當園盤上的通光孔121處于光學目標檢測部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于光學目標檢測部時的時間周期。雖然，由于偏流元件7和晶體管6使流經發(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。當光敏器件5接收到發(fā)光器件4所射出的光時，流經光敏器件5的電流Ip通過晶體管6的基極反饋。從而使ID和Ip的強度更進一步增大。這就構成檢測電路10中施密特(Schmitt)觸發(fā)器9的輸入電壓Vi，而當該信號從施密特(Schmitt)觸發(fā)器9輸出時，呈現(xiàn)出一個良好波形的脈沖電壓Vo。從圖2可清楚地看到，當一個物體插在發(fā)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(fā)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(fā)器9的輸出電壓周期(時間從a至a′)被測出時，由于轉數f等于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(fā)明的另一實施例作出的光學目標檢測回路的電路圖。
圖4中，發(fā)光器件4安排在電源(VCC)一側。就是說，信號傳輸線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，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，由于已有技術在輸出級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)明不限于上述的實例，而可能實現(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，集電極側的連接改連到發(fā)射極側，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，因為漏電流常常通過晶體管6流動，也通過發(fā)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系時，可以用一比較器回路來替換檢測電路10中的施密特(Schmitt)觸發(fā)器9。而且，不需要借助偏流元件7來起動電流流動，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，由于將信號傳輸線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(fā)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
1.一種光學電回路，其特征在于包括(a)一個發(fā)光裝置，其發(fā)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(fā)光裝置發(fā)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(fā)光裝置的反饋裝置。
2.根據權利要求
1所述的一種光電回路，其特征在于還包括一個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.根據權利要求
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;和一個接至所述連接線一端的施密特(Schmitt)觸發(fā)器。
4.根據權利要求
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.根據權利要求
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.根據權利要求
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)一個連接于所述的第一電流傳輸線的電流控制回路;(c)一個發(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度相應;(d)一個光敏元件，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度而流動，所述的電流控制回路隨流經所述的光敏的電流強度而控制著流經所述的發(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.根據權利要求
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.根據權利要求
7所述的一種光電傳感器，其特征還在于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(fā)器。
10.根據權利要求
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.根據權利要求
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)一個發(fā)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(fā)光;(c)一個光敏元件，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度而流動;(d)一個放大器回路，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，其特征在于還包括一個與所述的放大器回路并聯(lián)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，其特征在于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(fā)器。
專利摘要
一種光電傳感器裝有一個在發(fā)射極和集電極之間連接一個偏置元件的晶體管，一個與所述的晶體管串聯(lián)的發(fā)光器件，如一個接受由所述的發(fā)光器件所發(fā)射的光并將它轉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。由于這種結構只需要二條連接線，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量，因此實現(xiàn)了線路的簡化。由于控制流經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H01L33/00GK86100687SQ86100687
公開日1986年8月20日 申請日期1986年1月23日
發(fā)明者安藤敏信, 伊佐治光一 申請人:株式會社日立制作所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan