JPH03229116A - 位置検出装置における波形成形回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ｃ産業上の利用分野コ 本発明は、例えばカメラ等において光半導体を用いた位
置検出装置に使用される、位置検出装置における波形成
形回路に関する。

［従来の技術］ 従来、光半導体素子を用いた位置検出装置として、フォ
トリフレクタやフォトインタラプタ等を用いた装置が知
られている。これらの位置検出装置は、その信頼性から
、多くの製品に使用されている。

フォトリフレクタを用いた位置検出装置をカメラにおけ
るフィルム移送量の検出に用いた例を、第５図に示す。

第５図において、５０１はフォトリフレクタであり、Ｌ
ＥＤ　（発光ダイオード）５０８とフォトトランジスタ
５０９とから構成されている。ＬＥＤ５０８のカソード
には定電流電源５０２が接続されており、この定電流電
源５０２によってＬＥＤ５０８は定電流駆動されている
。５０３はフィルムであり、図示していないモータ等に
よって移動される。

ＬＥＤ５０８から発光される一定の輝度の光束は、フィ
ルム５０３の移動に応じて、フィルムのパーフォレーシ
ョン（フィルムの側部に形成された矩形の穴）を通過す
るか或いはフィルム５０３の表面で反射する。フィルム
５０３の表面で反射した光束はフォトトランジスタ５０
９で受光されて光電変換され、電流信号となる（以下、
この電流を光電流と称す）。光電流値は、光束が全てフ
ィルム表面で反射したときに最大となり、光束が全てパ
ーフォレーションを通過したときに零となる。発生した
光電流は、調整抵抗５０４により、電圧信号に変換され
る。この電圧信号は、コンパレータ５０７の一方の入力
端子に入力され、このコンパレータ５０７の他方の入力
端子に入力される基準電圧（スレッシュレベル）と比較
される。

コンパレータ５０７の出力（波形整形出力）は、電圧信
号の電圧値がスレッシュレベルよりも大きいときはハイ
レベルとなり、電圧信号の電圧値がスレッシュレベルよ
りも小さいときはローレベルとなる。

［発明が解決しようとする課題］ しか１２、上述のごとき従来の装置は、フォトトランジ
スタ５０９毎の光電変換特性のばらつきがあるため光電
流値に大きなばらつきが生じ、このためコンパレータ５
０７から出力される波形整形出力の安定性を十分に確保
することができないという課題を有していた。さらに、
検出対象物であるフィルム５０３の反射率がフィルムの
種類や製造メーカーによって異なるため、フィルムの種
類等によってフォトトランジスタ５０９から得られる光
電流にばらつきが生じ、このことも、波形整形出力が不
安定となる原因となっていた。

フォトトランジスタ５０９毎の光電変換特性のばらつき
に起因した光電流のばらつきを防ぐための方法としては
、装置の製造段階で調整抵抗５０４の抵抗値を装置毎に
調整する方法が考えられるが、このような調整はかなり
の工数を要するので、製造コストの上昇の原因となると
いう欠点を有していた。また、あらかじめフォトリフレ
クタの光電流特性のばらつきや検出対象物の反射率のば
らつきを想定して調整抵抗５０４を設定することにより
、信号電圧を基準電圧設定用抵抗５０５．５０６で設定
されるスレッシュレベルと比較できる値にすることも可
能であるが、この場合には、フォトリフレクタの光電流
特性のばらつきや検出対象物の反射率のばらつきによっ
て得られる波形整形出力のデユーティが大きく異なるこ
ととなり、且つ、フォトリフレクタの光電流特性のばら
つきや検出対象物の反射率のばらつきによって検出対象
物の微振動に対する充電流変化が大きく異なることから
検出対象物の微振動に起因する誤信号発生確率が大きく
なるという欠点を有していた。

本発明は、以上説明したような従来技術の課題に鑑みて
試されたものであり、充電変換素子毎の光電変換特性の
ばらつきや検出対象物の反射率のばらつきがあっても波
形整形出力を安定に取り出すことができる位置検出装置
における波形整形回路を安価に提供することを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明の位置検出装置における波形整形回路は、発光素
子と、この発光素子の出力光を被位置検出物を介して受
光し、光電変換する光電変換手段と、この光電変換手段
の出力のピーク値をホールドするホールド手段と、この
ホールド手段の出力に基づいて上記発光素子に供給する
電流値を補正する補正手段と、上記光電変換手段の出力
を所定値と比較し、波形整形する波形整形手段とを具備
している。

［作用］ 本発明によれば、上記ホールド手段によって上記光電変
換手段の出力のピーク値をホールドし、このピーク値に
したがって上記補正手段により上記発光素子に供給する
電流値を補正することが可能となるので、上記光電変換
手段の出力の大小に応じて上記発光素子の発光光量を補
正することができる。従って、光電流特性のばらつきや
検出対象物の反射率のばらつきがあっても上記光電変換
手段の出力のピーク値を一定にすることができ、上記波
形整形手段からの出力を安定に取り出すことが可能とな
る。

［実施例〕 以下、本発明の実施例について、図面を用いて説明する
。

第１図は、本発明の構成を概略的に示すブロック図であ
る。図において、１は一定の電流を生成する第１の電流
回路、２はフォトリフレクタ７のフォトトランジスタ（
受光素子）７ｂに発生する光電流に応じた電流を発生さ
せる光電流変換回路、３は光電流変換回路２より得られ
る電流値のピーク値をホールドするホールド回路、４は
ホールド回路３の出力に応じた電流を生成する第２の電
流回路、５は光電流変換回路２より得られる電流値を所
定の値と比較して波形整形する比較回路、６は前記第１
の電流回路１の出力電流値から前記第２の電流回路４の
出力電流値を減算した値の電流をフォトリフレクタ７の
ＬＥＤ　（発光素子）７ａに供給する第３の電流回路、
７は位置検出手段の一例としてのフォトリフレクタ、８
は図示しない駆動系により移動するフィルム（被位置検
出物）である。

ＬＥＤ７ａは、第１の電流回路１から供給される電流に
よって発光する。この光は、フィルム８で反射し、フォ
トトランジスタ７ｂに達する。フォトトランジスタ７ｂ
は光電流を電流信号として光電流変換回路２へ供給し、
光電流変換回路２は光電流に応じた電流をホールド回路
３に供給する。

ホールド回路３は光電流変換回路２から供給された電流
のピーク値をホールドし、このピーク値を第２の電流回
路４に出力し、第２の電流回路４はこのピーク値に応じ
た電流を第３の電流回路６に供給する。第３の電流回路
６は、第１の電流回路１から供給された電流から第２の
電流回路４から供給された電流を差し引いた分の電流を
ＬＥＤ７ａに供給する。従って、ＬＥＤ７　ａの発光光
量は、光電流値が大きいときは小さく押さえられ、光電
流値が小さいときは増大される。このようにして補正さ
れた光電流は、比較回路５によって波形を成形されて出
力される。

次に、本発明の第１の実施例として、フォトリフレクタ
を用いた波形整形回路をフィルム移送量の検出に用いた
場合を例にとって説明する。第２図は、本発明の第１の
実施例に係わる波形整形回路を示す回路図である。図に
おいて、２０１は第１の電流回路、２０２〜２０４はペ
ア性のあるＰＮＰ　トランジスタ、２０５は抵抗、２０
６はダイオード、２０７はコンデンサ、２０８はオペア
ンプ、２０９はＮＰＮ　）ランジスタ、２１０は抵抗、
２１１．２１２はペア性のあるＮＰＮトランジスタ、２
１３は第２の電流回路、２１４〜２１５は抵抗、２１６
はコンパレータ、２１７はフォトリフレクタ、２１７ａ
はフォトリフレクタ２１７のＬＥＤ、２１７ｂはフォト
リフレクタ２１７のフォトトランジスタ、２１８は図示
しない駆動系により移動するフィルムである。

第１の電流回路２０１は、一方が電源ラインに接続され
、他方はＬＥＤ２１７ａのアノードとＮＰＮ　トランジ
スタ２１２のコレクタとに接続されている。ＬＥＤ２１
７ａのカソードは接地されている。ＰＮＰ）ランジスタ
２０２〜２０４は、各々のベースが互いに接続され、同
時に各ベースはＰＮＰ　）ランジスタ２０２のコレクタ
とも接続され、また、フォトトランジスタ２１７ｂのコ
レクタに接続されている。フォトトランジスタ２１７ｂ
のエミッタは、接地されている。また、ＰＮＰトランジ
スタ２０２〜２０４のエミッタは、それぞれ電源ライン
に接続されている。このＰＮＰ　トランジスタ２０２〜
２０４はカレントミラー構成になっており、理論上、エ
ミッタ面積に比例した電流が流れる。また、ＰＮＰ　）
ランジスタ２０２〜２０４のエミッタ電流（→コレクタ
電流）は、それぞれ等しくなる。ＰＮＰトランジスタ２
０３のコレクタは、抵抗２０５の一端およびダイオード
２０６のアノードに接続されている。

抵抗２０５の他端は接地されている。ダイオード２０６
のカソードは、コンデンサ２０７の一端およびオペアン
プ２０８の（＋）入力端子に接続されている。コンデン
サ２０７の他端は接地されている。オペアンプ２０８の
出力はＮＰＮ　トランジスタ２０９のベースに接続され
、ＮＰＮトランジスタ２０９のコレクタは電源ラインに
接続され、ＮＰＮ　）ランジスタ２０９のエミッタは前
記オペアンプ２０ｇの（−）入力端子および抵抗２１０
の一端に接続されている。抵抗２１０の他端は、ＮＰＮ
トランジスタ２１１および２１２の各ベース並びにＮＰ
Ｎトランジスタ２１１のコレクタに接続されている。Ｎ
ＰＮ　トランジスタ２１１および２１２のエミッタは、
それぞれ接地されている。このＮＰＮ　）ランジスタ２
１１および２１２はＰＮＰトランジスタ２０２〜２０４
と同じくカレントミラー構成となっており、ＮＰＮトラ
ンジスタ２１１のエミッタ電流（→コレクタ電流）とＮ
ＰＮトランジスタ２１２のエミッタ電流（←コレクタ電
流）は等しくなる。第２の電流回路２１３は、波形の整
形を行うときのスレッシュレベルを得るための回路であ
り、一方が電源ラインに、他方は抵抗２１５の一端とコ
ンパレータ２１６の一方の入力端子に接続されている。

ＰＮＰトランジスタ２０４のコレクタは、抵抗２１４の
一端およびコンパレータ２１６の他方の入力端子につな
がれている。

次に、フォトリフレクタの光電変換特性について説明す
る。

フォトリフレクタの光電変換特性は、例えば、ＬＥＤに
流れる電流の値（以下、この電流をＬＥＤ電流と称す）
に対する光電流値の比で表すことができる。一般には、
これを伝達特性（効率）と称している。上述のように、
フォトリフレクタの光電変換特性は、フォトリフレクタ
毎のばらつきを持っているので、伝達特性もフォトリフ
レクタ毎のばらつきを有する。ここで、伝達効率のばら
つきの内の最小値をα（０くαく１）とし、最大値をα
のＰ倍（Ｐ＞１）すなわちＰ・αとする。

このαおよびＰ・αは、検出対象物（ここではフィルム
）の反射率が１００％である場合の伝達特性であるから
、実際にはフィルムの反射率に大きく影響される。通常
、フィルムの反射率は、フィルムメーカー、種類等によ
り大きく異なる。今、このフィルム反射率の最小値をβ
（０くβく１）とし、最大値をＱ・βとすると、ＬＥＤ
電流１゜と光電流Ｉ。との関係は、 α舎β・■、≦ＩＣ５Ｐφα・Ｑ・β・Ｉ。

・・・■ となる。

次に、第２図に示した波形整形回路の動作について説明
する。

ＬＥＤ２０７ａを発光させながらフィルム２１８を移動
させると、光電流値１１はフィルム２１８の移動に応じ
て変化する。すなわちｉｌは、光束が全てフィルム表面
で反射したときに最大となり、光束が全てパーフォレー
ションを通過したときに零となる。

今、第２図の波形整形回路において、トランジスタ２０
２〜２０４はカレントミラー構成となっているので、 ｉｌ　−１２−ｉ３−　　（Ｉｃ）　　　　　　　　　
−■となる。

電流１２は、ホールド回路に供給される。ホールド回路
は、抵抗２０５、ダイオード２０６、コンデンサ２０７
により構成されている。このとき、■えは、オペアンプ
２０８の入力インピーダンスが十分に高いことから、以
下に示す値にホールドされる。

ＶＡ　　″１２ｔＭＡｘ＋　・Ｒ２０％　　　Ｖ　Ｄ２
０６　　　　　　°°°■なお、１２゜ＡＸ）は１２の
最大値（すなわち、ＬＥＤ２１７ａから発した光束が全
てフィルム表面で反射したときの光電流値）、Ｒ２Ｏ５
は抵抗２０５の抵抗値、ＶＢ２゜６はダイオード２０６
の順方向電圧である。ｖＤ２ｏ６は、通常約０．６　［
Ｖ］である。

オペアンプ２０８はバッファ構成となっており、理論上
、ＶＢは、 Ｖ９　””　ＶＡ　−ｉ　２（Ｍｈｘ）０Ｒ２０５−Ｖ
Ｂ２０６　−■となる。

次に、ＮＰＮトランジスタ２１１．２１２は、カレント
ミラー構成を成しているので、図中、１４＋　　１５に
は、 ｉ４ｓ＊ｉ５　　　　　　　　　　　　　　　・・・■
の関係が成立する。さらに、ｉ４は、第２図に示した回
路構成より、 である。ここで、ＶＢ２１１はＮＰＮトランジスタ２１
１のベース・エミッタ間電圧（Ｖ　ｓりであり、ＮＰＮ
　）ランジスタ２１２の結線構成より、通常、約０．６
　［Ｖ］となる。また、Ｒ２，、は、抵抗２１０の抵抗
値である。

一方、ｉ５は、上式■、■、■より、以下のようになる
。

・・・■ 上述のように、ｌ　２（ＭＡＸＩはフォトリフレクタの
光電変換特性およびフィルムの反射率により決定される
値であり、また、Ｒ２０％　＋　Ｒ２１０＋　”　Ｄ２
０６＋ＶＤ２□１は一定着しくはほぼ一定であることか
ら、式■において、ｉ５はほぼ一定の値となる。従って
、式■は、以下のようにして表すことができる。

ｉ５　＝ｎ　”　１２＋＋ａＡｘ＋　　　（ｎは整数）
・・・■ここで、ｉ！の最大値１１（ＭＡＸ）は、フォ
トリフレクタの伝達特性がばらつきの内の最小値をとる
場合には、以下の方程式で表される。

よって、 式■。

■。

■により、 伝達効率が最小 値α ・βであるときの １（ＭＡＸ）は、 以下の式で決 定される。

同様に、 フォトリフレクタが伝達特性 （効率） のばらつきの内の最大値をとる場合には、以下の 方程式が成立する。

よって、 式■。

■。

■より、 伝達効率が最大値 βであるの時のｉ ＋（ＭＡＸ）は１ 以下の 式で表される。

従って、 第２図に示した波形整形回路における電流 １（ＭＡＸ）のばらつき、つまり、 光電流のばらつ きは、 以下のように表すことができる。

ここで、ｌ　ｌ＋ＭＡＸ）は光電流値であるから、＋　
（ＭＡＸＩに を代入して、 となる。

従って、 式■および式■における ■ の ばらつきの比率をそれぞれｘｌ Ｘ　１４とすると、 となる。

ここで、ｎは整数であり、Ｐａｌ、Ｑ＞ｌであるから、
式［相］は、 と変形できる。

さらに、 Ｐ〉１゜ Ｑ＞１より、 であるから、 となる。従って、式［相］および式＠より、Ｘｉ＞Ｘ１
４ となる。

このように、第２図に示した波形整形回路によれば、光
電流のばらつきを補正することができる。

例えば、ｆｆ−０，０４，Ｂ−０，１１Ｐ”５゜０−６
とすると、ｘｌ　−３０であるのに対して、Ｘ１４−１
．７８となる。すなわち、３０倍の光電流ばらつきを、
１．７８倍にまで改善することができるのである。

第２図に示した波形整形回路においては、最終的にコン
パレータ２１６により波形整形出力を得ることになる。

ここで、コンパレータ２１６の入力電圧Ｖ（は、第２図
中、ｉ３と抵抗２１４の抵抗値によって決まり、 Ｖｃ＝ｉ３　°Ｒ２＋４　　　　　　　　　　　−＠で
ある。ｉ３は、式■より、フォトリフレクタ２１７から
得られる光電流値と同値であり、抵抗２１４の値は一定
であるから、この光電流値のばらつきが大きければ、Ｖ
Ｃの最大値ｖＣＰＥＡＸのばらつきも大きくなる。しか
し、波形整形を行うためには、ｖ（ＰＥＡＫは常にスレ
ッシュレベルＶ、よりも大きくなければならない。すな
わち、フォトリフレクタ２１７毎の伝達特性（効率）の
ばらつきの内のｖＣＰＥＡＫの最小値をＶ　ＣＰＩＬＡ
ＫｆＭＩＮ＋とすると、 Ｖ　ＣＰＥＡＫ（ＭＩＮ）　＞　Ｖ　Ｄ　　　　　　　
　　　　”’■なる関係が必要である。なお％ＶＤは、
電流回路２１３の出力値ＩＡと抵抗２１５の抵抗値Ｒ２
、。

により与えられる一定値である。すなわち、Ｖｏ　””
　ＩＡ　’　Ｒ２＋５　　　　　　　　　　　　・・・
■式＠において抵抗２１４の値は一定であるので、先に
述べた通り、ＶＣＰＥＡＫのばらつきは１３の最大値の
ばらつき、つまり光電流ｉｘ　　（−ｉ３）の最大値の
ばらつきにより決まる。よって、第２図に示した波形整
形回路によれば、光電流が改善されるので、ｖ（で得ら
れる振幅のばらつきが改善されることとなり、最終的に
得られる波形整形出力のデユーティも改善されることと
なる。第３図（Ａ）に、ＶＣＰＲ□のばらつきと波形整
形出力のデユーティとの関係を示す。第３図（Ａ）から
明らかなように、ＶＣＰ［！ＡＫのばらつきが少ないほ
うが、その得られる波形整形出力のデユーティのばらつ
きが少なくなる。

また、上述のように、従来の波形整形回路では、検出対
象物（ここではフィルム）の微振動に起因する誤信号発
生確率が大きいという課題があったが、第２図に示した
波形整形回路によれば、Ｖ　ＣＰＥＡＫのばらつきを抑
えられることにより、二のよう課題を解決することも可
能となる。第３図（Ｂ）に示すように、ｖｃＰＥＡＫが
大きいほど、Ｖ（がスレッシュレベルＶＤ付近にあると
きのフィルムの同一がた量に対するｖ（の変化が大きく
なるので、誤信号の発生確率は大きくなる。第２図に示
した波形整形回路では、上述したように、光電流が所定
の値よりも大きい場合にはこれを低下させるので、ＶＣ
ＰＩ！ＡＫの所定の値よりも大きくなることがなく、従
って、誤信号の発生確率を小さく抑えることが可能とな
るのである。

次に、本発明の第２の実施例について、第４図を用いて
説明する。図において、４０１は第１の電流回路、４０
２と４０３はベア性のあるＮＰＮ）ランジスタ、４０４
〜４０６はベア性のあるＮＰＮ　）ランジスタ、４０７
はダイオード、４０８は抵抗、４０９はコンデンサ、４
１０はオペアンプ、４１１はＮＰＮトランジスタ、４１
２は抵抗、４１３および４１４はベア性のあるＮＰＮ　
トランジスタ、４１５は第２の電流回路、４１６および
４１７は抵抗、４１８はコンパレータ、４１９はフォト
リフレクタ、４２０は図示しない駆動系により移動する
フィルムである。

第４図に示した波形整形回路は、上記第１の実施例に係
わる波形整形回路とフォトリフレクタのＬＥＤ側に電流
を供給する部分の回路構成が異なるが、上記第１の実施
例に係わる波形整形回路と同じ効果を得ることができる
。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこ
れらの実施例に限定されるものでなく、本発明の要旨を
変更しない範囲において様々な態様での実施が可能であ
ることはもちろんである。

例えば、上記実施例ではフィルム移送量の検出をフォト
リフレクタにより行う装置に用いる場合について説明し
たが、本発明の用途はこれに限られるものではなく、移
動する検出対象物をフォトリフレクタやフォトインタラ
プタ等を用いて検出し、このとき得られる光電流の波形
を整形して出力するものであればどのような装置であっ
ても使用可能であり、本発明の効果を得ることができる
。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、本発明の波形整形回路によ
れば、光電変換特性のばらつきや検出対象物の反射率（
または遮光率）のばらつきがあっても、無選別、無調整
で、次段制御に必要な波形整形出力を安定して取り出す
ことができ、出力波形のデユーティ比の改善を図ること
ができ、さらに、誤信号の発生確率を改善することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の波形整形回路を示す概略構成図、第２
図は本発明の第１の実施例に係わる波形整形回路を示す
回路図、第３図（Ａ）および第３図（Ｂ）は本発明の第
１の実施例に係わる波形整形回路の効果を説明するため
のグラフ、第４図は本発明の第２の実施例に係わる波形
整形回路を示す回路図、第５図は従来の波形整形回路を
示す回路図である。 １・・・第１の電流回路、２・・・光電流変換回路、３
・・・ホールド回路、４・・・第２の電流回路、５・・
・比較回路、６・・・第３の電流回路、２０１・・・第
１の電流回路、２０２〜２０４・・・ＰＮＰトランジス
タ、２０５・・・抵抗、２０６・・・ダイオード、２０
７・・・コンデンサ、２０８・・・オペアンプ、２０９
・・・ＮＰＮ　）ランジスタ、２１０・・・抵抗、２１
１゜２１２・・・ＮＰＮ　トランジスタ、２１３・・・
第２の電流回路、２１４〜２１５・・・抵抗、２１６・
・・コンパレータ、２１７・・・フォトリフレクタ、２
１８・・・フィルム、４０１・・・第１の電流回路、４
０２．４０３・・・ＮＰＮトランジスタ、４０４〜４０
６・・・ＮＰＮ　）ランジスタ、４０７・・・ダイオー
ド、４０８・・・抵抗、４０９・・・コンデンサ、４１
０・・・オペアンプ、４１１・・・ＮＰＮ　）ランジス
タ、４１２・・・抵抗、４１３，４１４・・・ＮＰＮト
ランジスタ、４１５・・・第２の電流回路、４１６．４
１７・・・抵抗、４１８・・・コンパレータ、４１９・
・・フォトリフレクタ、４２０・・・フィルム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光半導体等を用いた位置検出装置において、発光素子と
   、 この発光素子の出力光を被位置検出物を介して受光し、
   光電変換する光電変換手段と、 この光電変換手段の出力のピーク値をホールドするホー
   ルド手段と、 このホールド手段の出力に基づいて上記発光素子に供給
   する電流値を補正する補正手段と、上記光電変換手段の
   出力を所定値と比較し、波形整形する波形整形手段と、 を具備したことを特徴とする位置検出装置における波形
   整形回路。