JPH0663738B2 - 光電位置決めタップの回路構造 - Google Patents
光電位置決めタップの回路構造Info
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- JPH0663738B2 JPH0663738B2 JP2138147A JP13814790A JPH0663738B2 JP H0663738 B2 JPH0663738 B2 JP H0663738B2 JP 2138147 A JP2138147 A JP 2138147A JP 13814790 A JP13814790 A JP 13814790A JP H0663738 B2 JPH0663738 B2 JP H0663738B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は請求項１のプリアンブルに係る光電位置決めタ
ップの回路構造に関する。
ップの回路構造に関する。
（従来の技術） 本発明の出発点は、刊行物、西ドイツ特許第DE 37 20
294 C1号公報に記載された光電位置決めタップによ
り構成されており、その作用および回路構成は、添付の
第１図に示されている。上記刊行物の全ての内容が参照
される。上記刊行物に記載されたタイプの光電位置決め
タップの構成は広く利用されており、特にジャイロスコ
ープおよび／または加速度計に、利用されている。
294 C1号公報に記載された光電位置決めタップによ
り構成されており、その作用および回路構成は、添付の
第１図に示されている。上記刊行物の全ての内容が参照
される。上記刊行物に記載されたタイプの光電位置決め
タップの構成は広く利用されており、特にジャイロスコ
ープおよび／または加速度計に、利用されている。
以下では、上記西ドイツ特許公報の第２コラムの第30行
から第３コラムの第10行までの記述を大幅に利用して第
１図に係る回路の動作が忠実に説明される。
から第３コラムの第10行までの記述を大幅に利用して第
１図に係る回路の動作が忠実に説明される。
第１図の回路は、２つのフォトダイオードＤ１,D２を有
しており、これらのフォトダイオードＤ１,D２は小さな
間隔、特別には約25μｍの間隔をおいて、好ましくは１
つのチップ上に集積されるとともに、それらに対して光
源、特別には発光ダイオードLEDにより発生される制御
可能な光束が投射される。上記光束の作用の下では、上
記２つのダイオードは負荷抵抗Ｒ１,R２を通して流れる
反対方向の電流Ｉ１およびＩ２を供給する。上記電流Ｉ
１は光源LEDより放射される光束の明るさＨに依存す
る。上記電流Ｉ１は加算点Ｓ１において定電流Isと比較
される。その結果生じる電流の差ΔIs＝Is−Ｉ１が積分
増幅器Ｖ２に印加され、この積分増幅器Ｖ２は制御電圧
Ust＝１／Ｃ∫ΔIsdtを発生する。上記光束の明るさＨ
はしたがって、トランジスタＴを介してＩ１＝Isとなる
ように補正される。
しており、これらのフォトダイオードＤ１,D２は小さな
間隔、特別には約25μｍの間隔をおいて、好ましくは１
つのチップ上に集積されるとともに、それらに対して光
源、特別には発光ダイオードLEDにより発生される制御
可能な光束が投射される。上記光束の作用の下では、上
記２つのダイオードは負荷抵抗Ｒ１,R２を通して流れる
反対方向の電流Ｉ１およびＩ２を供給する。上記電流Ｉ
１は光源LEDより放射される光束の明るさＨに依存す
る。上記電流Ｉ１は加算点Ｓ１において定電流Isと比較
される。その結果生じる電流の差ΔIs＝Is−Ｉ１が積分
増幅器Ｖ２に印加され、この積分増幅器Ｖ２は制御電圧
Ust＝１／Ｃ∫ΔIsdtを発生する。上記光束の明るさＨ
はしたがって、トランジスタＴを介してＩ１＝Isとなる
ように補正される。
もし、上記加算点Ｓ１において上記電流Ｉ１がIsよりも
小さいときには、積分増幅器Ｖ２の制御電圧Ustが負方
向に増大するとともに、上記光束の明るさＨはＩ１＝Is
となるまで増加する。したがって、温度や部品の変化も
しくはほかの非平衡要因に関係なく、いつも上記加算点
Ｓ１にて平衡状態が起きる、すなわちＩ１＝Is＝一定と
なる。
小さいときには、積分増幅器Ｖ２の制御電圧Ustが負方
向に増大するとともに、上記光束の明るさＨはＩ１＝Is
となるまで増加する。したがって、温度や部品の変化も
しくはほかの非平衡要因に関係なく、いつも上記加算点
Ｓ１にて平衡状態が起きる、すなわちＩ１＝Is＝一定と
なる。
ダイオードＤ１およびＤ２は差動的に接続されるととも
に、一般に、一つのチップ上に集積されており、したが
ってまた同じ特性を示すので、Ｉ２＝Ｉ１となる。いま
一つの加算点Ｓ２において、ダイオードＤ１,D２の一様
な照射により零となるように補償される差ΔID＝Ｉ２−
Ikが形成される。電流ΔIDが流れないので、出力電圧UA
＝ΔID・IAがまた零となる。
に、一般に、一つのチップ上に集積されており、したが
ってまた同じ特性を示すので、Ｉ２＝Ｉ１となる。いま
一つの加算点Ｓ２において、ダイオードＤ１,D２の一様
な照射により零となるように補償される差ΔID＝Ｉ２−
Ikが形成される。電流ΔIDが流れないので、出力電圧UA
＝ΔID・IAがまた零となる。
もし、上記ダイオードＤ１およびＤ２の受光領域の一部
を対称に覆う遮光要素、たとえばいわゆるシャドウロッ
ドStが光束Ｈの中、すなわち光源LEDと上記ダイオード
Ｄ１,D２の間に配置されると、上記電流Ｉ１およびＩ２
は能動なダイオードの領域がより小さくなるにもかかわ
らず一定となるが、これは上記明るさＨが上記積分増幅
器Ｖ２によってより高くなるように補正されるからであ
る。
を対称に覆う遮光要素、たとえばいわゆるシャドウロッ
ドStが光束Ｈの中、すなわち光源LEDと上記ダイオード
Ｄ１,D２の間に配置されると、上記電流Ｉ１およびＩ２
は能動なダイオードの領域がより小さくなるにもかかわ
らず一定となるが、これは上記明るさＨが上記積分増幅
器Ｖ２によってより高くなるように補正されるからであ
る。
もしもそのとき、遮光要素、たとえばシャドウロッドSt
が振れると、上記ダイオードＤ１の能動な領域が減少す
るとともに上記ダイオードＤ２の能動な領域が増加する
か、またはその逆になる。したがって、上記電流差ΔID
＝Ｉ２−Ikが上記加算点Ｓ２に生じ、それが電流／電圧
変換増幅器Ｖ１の抵抗RAを通して出力電圧UAを発生させ
る。Ｉ１は前に述べたように一定に保持される、すなわ
ちＩ１＝Is＝一定に保持される。
が振れると、上記ダイオードＤ１の能動な領域が減少す
るとともに上記ダイオードＤ２の能動な領域が増加する
か、またはその逆になる。したがって、上記電流差ΔID
＝Ｉ２−Ikが上記加算点Ｓ２に生じ、それが電流／電圧
変換増幅器Ｖ１の抵抗RAを通して出力電圧UAを発生させ
る。Ｉ１は前に述べたように一定に保持される、すなわ
ちＩ１＝Is＝一定に保持される。
（発明が解決しようとする課題） 周知の上記制御回路構成が温度の影響、部品の特性変化
および位置決めタップの製品間の許容差の大幅に減少さ
せることを可能にする。しかしながら、第１図に係る上
記周知の回路構成は、一方では基本的なタイプの、また
他方では回路動作により誤った作用に導くいくつかの弱
点を有している。実際上で重要な３つの弱点が実質的に
存在する。それらを以下に掲げる。
および位置決めタップの製品間の許容差の大幅に減少さ
せることを可能にする。しかしながら、第１図に係る上
記周知の回路構成は、一方では基本的なタイプの、また
他方では回路動作により誤った作用に導くいくつかの弱
点を有している。実際上で重要な３つの弱点が実質的に
存在する。それらを以下に掲げる。
・第１図に係る周知の回路構成では、ダイオードＤ２の
信号のみがシャドウロッドStの位置に比例する電圧UAを
得るために使用されるのに対し、ダイオードＤ１の信号
は考慮されていない。したがって、光学的な位置決めタ
ップのたった半分の感度が利用されるに過ぎない。
信号のみがシャドウロッドStの位置に比例する電圧UAを
得るために使用されるのに対し、ダイオードＤ１の信号
は考慮されていない。したがって、光学的な位置決めタ
ップのたった半分の感度が利用されるに過ぎない。
・増幅器Ｖ２を有する電流／電圧変換器の上記出力電圧
UAに関する影響が考慮されていない。実際の増幅器Ｖ２
のオフセット電圧およびオフセット電圧ドリフトはしか
しながら、上記出力電圧UAを誤らせて零点エラーに導く
とともに、零エラードリフトに導く。このことは次の考
察により証明される。
UAに関する影響が考慮されていない。実際の増幅器Ｖ２
のオフセット電圧およびオフセット電圧ドリフトはしか
しながら、上記出力電圧UAを誤らせて零点エラーに導く
とともに、零エラードリフトに導く。このことは次の考
察により証明される。
上記増幅器Ｖ２は、比−RA／（Ｒ１＋Ｒ２）にしたがっ
て利得を与える抵抗Ｒ１およびＲ２（第１図参照）を介
して結合される。UAの高い電圧利得を達成するためには
RA＞＞（Ｒ１＋Ｒ２）でなければならないので、このエ
ラーの影響は無視できない。たとえば高精度のジャイロ
スコープおよび／または加速度計におけるこの周知の回
路の使用は、したがって可能でないか、または非常に制
約される。
て利得を与える抵抗Ｒ１およびＲ２（第１図参照）を介
して結合される。UAの高い電圧利得を達成するためには
RA＞＞（Ｒ１＋Ｒ２）でなければならないので、このエ
ラーの影響は無視できない。たとえば高精度のジャイロ
スコープおよび／または加速度計におけるこの周知の回
路の使用は、したがって可能でないか、または非常に制
約される。
・負荷抵抗Ｒ１およびＲ２（第１図参照）はダイオード
Ｄ１およびＤ２の負荷となっている。照度Ｈの強さに厳
密に比例するのはフォトダイオードの短絡電流だけであ
るので、最良の直線性を達成すためには上記負荷抵抗Ｒ
１およびＲ２は零でなければならない。この条件を与え
ると、第１図の周知の回路は動作不能になり、純粋な短
絡電流の計測を達成することができなくなるが、それは
Ｒ１＝Ｒ２＝零が、（Ｒ１＋Ｒ２）→０に対して、増幅
器Ｖ２から出力電圧UA・（−RA／（Ｒ１／＋Ｒ２）→∞
への無限に大きい誤差結合を意味するからである。
Ｄ１およびＤ２の負荷となっている。照度Ｈの強さに厳
密に比例するのはフォトダイオードの短絡電流だけであ
るので、最良の直線性を達成すためには上記負荷抵抗Ｒ
１およびＲ２は零でなければならない。この条件を与え
ると、第１図の周知の回路は動作不能になり、純粋な短
絡電流の計測を達成することができなくなるが、それは
Ｒ１＝Ｒ２＝零が、（Ｒ１＋Ｒ２）→０に対して、増幅
器Ｖ２から出力電圧UA・（−RA／（Ｒ１／＋Ｒ２）→∞
への無限に大きい誤差結合を意味するからである。
本発明はしたがって、より高い感度が達成され、かつ零
誤差ドリフトが削減されるとともに、照度の各々の強さ
と出力信号との間の厳密な比例性が確保されるように、
第１図を参照して以上に説明してきたような、請求項１
のプリアンブルに係る光電位置決めタップのための回路
構成の改善を目的としている。
誤差ドリフトが削減されるとともに、照度の各々の強さ
と出力信号との間の厳密な比例性が確保されるように、
第１図を参照して以上に説明してきたような、請求項１
のプリアンブルに係る光電位置決めタップのための回路
構成の改善を目的としている。
（課題を解決するための手段） このため、光源の光線もしくは光ビームがカソード端に
て結合されている２つの隣接して配置されたフォトダイ
オードを照射し、上記ビームの通路に対して垂直に動く
ことができるエレメント、とくにシャドウロッドが上記
光束を部分的に遮光し、ダイオード電流の差に比例する
とともに上記光ビームの遮光要素の位置を特徴付ける信
号が発生され、上記光源の電流がトランジスタを介して
予め定められており、その動作点が固定された電位を参
照する積分増幅器を介して制御され、積分されるべき入
力信号が一定の参照電流とダイオード電流に依存する電
流信号との差によって形成される光電位置決めタップの
ための回路構造において、本発明は、カソード端にて接
続されたダイオードの３つの端子の各々が、一つの関連
する電流／電圧変換段に直接、すなわち電気的に接続さ
れ、そのうち上記カソードに接続された電流／電圧変換
段が積分増幅器であるものからなる。
て結合されている２つの隣接して配置されたフォトダイ
オードを照射し、上記ビームの通路に対して垂直に動く
ことができるエレメント、とくにシャドウロッドが上記
光束を部分的に遮光し、ダイオード電流の差に比例する
とともに上記光ビームの遮光要素の位置を特徴付ける信
号が発生され、上記光源の電流がトランジスタを介して
予め定められており、その動作点が固定された電位を参
照する積分増幅器を介して制御され、積分されるべき入
力信号が一定の参照電流とダイオード電流に依存する電
流信号との差によって形成される光電位置決めタップの
ための回路構造において、本発明は、カソード端にて接
続されたダイオードの３つの端子の各々が、一つの関連
する電流／電圧変換段に直接、すなわち電気的に接続さ
れ、そのうち上記カソードに接続された電流／電圧変換
段が積分増幅器であるものからなる。
（発明の作用・効果） 本発明はしたがって、上記した回路上の不利な点、すな
わち不充分な感度、オフセット電圧ドリフトの影響およ
びダイオードの照射の強さの関数としての出力信号の不
充分な直線性を消去するために、電流／電圧変換段をダ
イオードＤ１およびＤ３の３つの端子（２つのアノー
ド、共通のカソード）の各々に接続するという思想に基
づいている。電流／電圧変換段を有するこの回路設計の
特別の利点は、それらの無視できるほどの入力インピー
ダンスであり、その結果として無負荷の純粋な短絡電流
計測が行え、個々の電流加算点Ｓ１,S２およびＳ３が分
離される（図示の実施例の以下の説明を参照）。
わち不充分な感度、オフセット電圧ドリフトの影響およ
びダイオードの照射の強さの関数としての出力信号の不
充分な直線性を消去するために、電流／電圧変換段をダ
イオードＤ１およびＤ３の３つの端子（２つのアノー
ド、共通のカソード）の各々に接続するという思想に基
づいている。電流／電圧変換段を有するこの回路設計の
特別の利点は、それらの無視できるほどの入力インピー
ダンスであり、その結果として無負荷の純粋な短絡電流
計測が行え、個々の電流加算点Ｓ１,S２およびＳ３が分
離される（図示の実施例の以下の説明を参照）。
出力信号を得るための２つのダイオードの電流（Ｉ１お
よびＩ２）の直接的な検知によって倍加された感度およ
び動作点を制御するための２つのダイオードの電流の和
（Ｉ１＋Ｉ２）の直接的な検知がいま一つの利点として
考えることができる。
よびＩ２）の直接的な検知によって倍加された感度およ
び動作点を制御するための２つのダイオードの電流の和
（Ｉ１＋Ｉ２）の直接的な検知がいま一つの利点として
考えることができる。
従来の技術が本発明に係る解決の原理のための手掛りを
提供するものではない。
提供するものではない。
したがって、まず相当する周知の回路構成（1978年、10
月12日発行のエレクトロニクス（Electronics）第146頁
から第148頁のワイ．ネッツア（Y.Netzer）による報
告、「リニヤ・ライト・ポーラライザーズ・センス・ア
ンギュラー・ポジッション」（Linear light polariz
ers sense angular position）を参照）において、
位置信号を発生するために利用されるのは一つのダイオ
ードの電流のみであり、そこでは移動分極器が遮光要素
として使用されている。第１図に係る回路と同様に、動
作点を制御するための和の電流の直接的な検出による短
絡回路電流計測のための利点は小さい。それに加えて、
また、信号通路とそこに与えられている動作点の制御器
との間の結合がある。
月12日発行のエレクトロニクス（Electronics）第146頁
から第148頁のワイ．ネッツア（Y.Netzer）による報
告、「リニヤ・ライト・ポーラライザーズ・センス・ア
ンギュラー・ポジッション」（Linear light polariz
ers sense angular position）を参照）において、
位置信号を発生するために利用されるのは一つのダイオ
ードの電流のみであり、そこでは移動分極器が遮光要素
として使用されている。第１図に係る回路と同様に、動
作点を制御するための和の電流の直接的な検出による短
絡回路電流計測のための利点は小さい。それに加えて、
また、信号通路とそこに与えられている動作点の制御器
との間の結合がある。
ヨーロッパ特許公開第EP−Ａ−Ｏ 263 261号公報に係
る光電変位ピックアップおよび西ドイツ特許公開第DE−
Ａ−２ 311 676号公報もしくは西ドイツ特許公開第DE
−Ａ−35 09 915号公報に係る光電位置決めタップで
は、出力信号UAは２つの個々の電圧の差から決定され
る。しかしながら、かなりの回路のコストにもかかわら
ず、信号を得るために利用されているのはまた一つのダ
イオードだけであり、さらに、光源の動作点はダイオー
ドを流れる電流の和からは決定されない。
る光電変位ピックアップおよび西ドイツ特許公開第DE−
Ａ−２ 311 676号公報もしくは西ドイツ特許公開第DE
−Ａ−35 09 915号公報に係る光電位置決めタップで
は、出力信号UAは２つの個々の電圧の差から決定され
る。しかしながら、かなりの回路のコストにもかかわら
ず、信号を得るために利用されているのはまた一つのダ
イオードだけであり、さらに、光源の動作点はダイオー
ドを流れる電流の和からは決定されない。
このことは、刊行物、西ドイツ特許公開第DE−Ａ−26
06 434号公報および西ドイツ特許公開第DE−Ａ−36 3
6 266号公報もしくは西ドイツ特許公開第DE−Ａ−37
09 614号公報に従い、各々の場合に異なるタイプの遮
光要素を有する、同様の目的を意図する回路装置にそれ
ぞれ応用される。
06 434号公報および西ドイツ特許公開第DE−Ａ−36 3
6 266号公報もしくは西ドイツ特許公開第DE−Ａ−37
09 614号公報に従い、各々の場合に異なるタイプの遮
光要素を有する、同様の目的を意図する回路装置にそれ
ぞれ応用される。
（実施例） 以下に、本発明の図示の２つの実施例について図面を参
照しつつより詳細に説明する。
照しつつより詳細に説明する。
第１図から既に周知の部品や回路上のポイントは、より
よい比較のために同一の参照符号を付して示す。
よい比較のために同一の参照符号を付して示す。
第２図および第３図の回路の両方の場合においてそれぞ
れ、共通のカソードにおける２つのダイオード電流の
和、すなわちIs＝（Ｉ１＋Ｉ２）の直接的な検知は、動
作点の制御のための手段を与える。ダイオード電流Ｉ１
およびＩ２はシャドウロッドStが動いたときに反対方向
に変化するので、和（Ｉ１＋Ｉ２）は、上記シャドウロ
ッドStの動きに関係なく、予め定められた一定の動作点
電流Isに等しい。
れ、共通のカソードにおける２つのダイオード電流の
和、すなわちIs＝（Ｉ１＋Ｉ２）の直接的な検知は、動
作点の制御のための手段を与える。ダイオード電流Ｉ１
およびＩ２はシャドウロッドStが動いたときに反対方向
に変化するので、和（Ｉ１＋Ｉ２）は、上記シャドウロ
ッドStの動きに関係なく、予め定められた一定の動作点
電流Isに等しい。
本発明が教示するところによれば、ダイオードＤ１およ
びＤ２のアノードは直接、すなわち第１図のもののよう
な負荷抵抗を介することなく、第２図および第３図に係
る両方の実施例において、各々１つの電流／電圧変換器
に接続されている。他方、ダイオードＤ１およびＤ２が
接続されたカソードは、同様の電流／電圧変換積分増幅
器の制御信号入力に直接、接続されており、この積分増
幅器はまた、第１図のものと全く同様に、抵抗Rsを介し
て参照電圧源Urefに接続されており、この参照電圧源か
らは一定の入力動作電流Isが供給される。
びＤ２のアノードは直接、すなわち第１図のもののよう
な負荷抵抗を介することなく、第２図および第３図に係
る両方の実施例において、各々１つの電流／電圧変換器
に接続されている。他方、ダイオードＤ１およびＤ２が
接続されたカソードは、同様の電流／電圧変換積分増幅
器の制御信号入力に直接、接続されており、この積分増
幅器はまた、第１図のものと全く同様に、抵抗Rsを介し
て参照電圧源Urefに接続されており、この参照電圧源か
らは一定の入力動作電流Isが供給される。
第２図の実施例において、それぞれ電流Ｉ１およびＩ２
に比例する電圧Ｕ１およびＵ２の差としてそれ自体で周
知の態様（たとえば西ドイツ特許公開第DE−Ａ−23 11
676号公報および西ドイツ特許公開第DE−Ａ−35 09
915号公報と比較せよ。）で形成される。
に比例する電圧Ｕ１およびＵ２の差としてそれ自体で周
知の態様（たとえば西ドイツ特許公開第DE−Ａ−23 11
676号公報および西ドイツ特許公開第DE−Ａ−35 09
915号公報と比較せよ。）で形成される。
これに対して、第３図の発明に係る回路構成の実施例の
出力電圧UAは、ダイオードＤ１のアノードに接続された
電流／電圧変換器の入力にて直接、電流Ｉ１とＩ３との
差を形成することにより、増幅器のチップＶ３により得
られる。この場合、電流の差（Ｉ１−Ｉ３）はしたがっ
て、抵抗Ｒ１を介して出力電圧UAを供給する。リニアな
出力電圧UAの特性の勾配は抵抗Ｒ１により調整すること
ができる。ダイオードＤ２のアノードに接続される電流
／電圧変換器の入力における電流の差が増幅器のチップ
Ｖ１により形成される構成は、ダイオードの接続を変更
せずに符号反転は別として、第３図に示された構成と等
価である。
出力電圧UAは、ダイオードＤ１のアノードに接続された
電流／電圧変換器の入力にて直接、電流Ｉ１とＩ３との
差を形成することにより、増幅器のチップＶ３により得
られる。この場合、電流の差（Ｉ１−Ｉ３）はしたがっ
て、抵抗Ｒ１を介して出力電圧UAを供給する。リニアな
出力電圧UAの特性の勾配は抵抗Ｒ１により調整すること
ができる。ダイオードＤ２のアノードに接続される電流
／電圧変換器の入力における電流の差が増幅器のチップ
Ｖ１により形成される構成は、ダイオードの接続を変更
せずに符号反転は別として、第３図に示された構成と等
価である。
第２図もしくは第３図の回路において、光電素子の全感
度は、UAを形成するための２つのダイオード電流Ｉ１お
よびＩ２を求めるために利用される。
度は、UAを形成するための２つのダイオード電流Ｉ１お
よびＩ２を求めるために利用される。
電圧の差（Ｕ２−Ｕ１）として第２図の回路の出力電圧
UAを形成することは当業者にとって自明であるが、第３
図の回路による数学的な証明が本明細書にて与えられ
る。第３図の回路に対応して、次の式が成立する。
UAを形成することは当業者にとって自明であるが、第３
図の回路による数学的な証明が本明細書にて与えられ
る。第３図の回路に対応して、次の式が成立する。
Ｕ２＝−Ｉ２Ｒ２ （１） Ｉ３＝−Ｕ２／Ｒ３＝Ｉ２Ｒ２／Ｒ３ （２） UA＝−（Ｉ１−Ｉ３）・Ｒ１ ＝Ｒ１（Ｒ２／Ｒ３Ｉ２−Ｉ１） （３） Ｉ１＋Ｉ２＝Is （４） 式（４）の条件は、西ドイツ特許第DE 37 20 294 C
1号公報に記載された動作点の制御ループの動作により
得られる。
1号公報に記載された動作点の制御ループの動作により
得られる。
シャドウロッドStが距離ΔＸ動くと、ダイオード電流Ｉ
１とＩ２とは、ΔＸ／Δに比例して変化する。零点（Δ
Ｘ＝０）からスタートすると、その動きの方向に依存し
て、Ｉ１が増加してＩ２が減少するかまたはその逆とな
る。
１とＩ２とは、ΔＸ／Δに比例して変化する。零点（Δ
Ｘ＝０）からスタートすると、その動きの方向に依存し
て、Ｉ１が増加してＩ２が減少するかまたはその逆とな
る。
Ｉ１とＩ２に対して次の式が成立する。
Ｉ１＝Ｉ１ ０（１−Δ） （５） Ｉ２＝Ｉ２ ０（１＋Δ） （６） Ｉ１ ０およびＩ２ ０はΔＸ＝０に対するダイオード電流
である（式（８）および式（９）参照）。
である（式（８）および式（９）参照）。
Ｉ１とＩ２との和は、 Ｉ１＋Ｉ２ ＝Ｉ１ ０＋Ｉ２ ０＋Δ（Ｉ２ ０−Ｉ１ ０） （７） となり、Ｉ１ ０＝Ｉ２ ０に対してシャドウロッドStの動
きと無関係になる。
きと無関係になる。
条件Ｉ１ ０＝Ｉ２ ０が光学部分の構成の対称性により常
に満足される。
に満足される。
式（４）から次の式が得られる。
Ｉ１ ０＝Ｉｓ／２ （８） Ｉ２ ０＝Ｉｓ／２ （９） 式（３）に式（５）および式（６）を代入すると、 UA＝Ｒ１（Ｒ２／Ｒ３Ｉ２ ０（１＋Δ）−Ｉ１ ０（１−
Δ） （10） UA＝Ｒ１（Ｒ２／Ｒ３Ｉ２ ０−Ｉ１ ０） ＋Ｒ１（Ｒ２／Ｒ３Ｉ２ ０＋Ｉ１ ０）Δ （11） から得られ、かつ、式（８）および式（９）から、ま
た、 UA＝Ｒ１（Ｒ２／Ｒ３−１）Ｉｓ／２ ＋Ｒ１Is／２（Ｒ２／Ｒ３＋１）Δ （12） となり、 Ｒ２／Ｒ３＝１ （13） のとき、最終的にUAは、 UA＝Ｒ１IsΔ （14） となる。
Δ） （10） UA＝Ｒ１（Ｒ２／Ｒ３Ｉ２ ０−Ｉ１ ０） ＋Ｒ１（Ｒ２／Ｒ３Ｉ２ ０＋Ｉ１ ０）Δ （11） から得られ、かつ、式（８）および式（９）から、ま
た、 UA＝Ｒ１（Ｒ２／Ｒ３−１）Ｉｓ／２ ＋Ｒ１Is／２（Ｒ２／Ｒ３＋１）Δ （12） となり、 Ｒ２／Ｒ３＝１ （13） のとき、最終的にUAは、 UA＝Ｒ１IsΔ （14） となる。
この回路を較正するための手順は、第１図の回路の場合
と全く同じである（西ドイツ特許公開第DE−Ａ−37 20
294号公報の第４コラムの第25行以降参照）。
と全く同じである（西ドイツ特許公開第DE−Ａ−37 20
294号公報の第４コラムの第25行以降参照）。
増幅器Ｖ３の出力Ｕ２と有用な信号入力との間のインピ
ーダンスの増幅器Ｖ３の出力における小さい誤差電圧
は、付加の抵抗なしに抵抗Ｒ２もしくはＲ３により補正
される。付加の抵抗Ｒ４もしくはＲ４′を有しているの
で、参照電圧源からの補正電流は、加算点Ｓ３もしくは
Ｓ２にて、交互に供給される。したがって、両極性の較
正が、安定した動作点を設定するために要求される参照
電圧Urefを使用して、簡単な手法で可能である。
ーダンスの増幅器Ｖ３の出力における小さい誤差電圧
は、付加の抵抗なしに抵抗Ｒ２もしくはＲ３により補正
される。付加の抵抗Ｒ４もしくはＲ４′を有しているの
で、参照電圧源からの補正電流は、加算点Ｓ３もしくは
Ｓ２にて、交互に供給される。したがって、両極性の較
正が、安定した動作点を設定するために要求される参照
電圧Urefを使用して、簡単な手法で可能である。
この第２の較正の可能性はまた、第２図の回路において
使用することができる。
使用することができる。
出力電圧UAの要求される勾配は、抵抗Ｒ１により設定さ
れる。第２の可能性は参照電圧Urefもしくは抵抗Rsによ
り傾斜を設定するために動作電流Isを使用することにあ
る。較正のこのタイプは第２図の回路に使用される。
れる。第２の可能性は参照電圧Urefもしくは抵抗Rsによ
り傾斜を設定するために動作電流Isを使用することにあ
る。較正のこのタイプは第２図の回路に使用される。
したがって、両方の回路の実施例は非常に簡単な手法で
較正されるとともに、両方のダイオードの電流を評価す
ることによって光学部分の全感度を利用することがで
き、出力電圧UAを得るための信号通路を動作点制御器か
ら分離することができるとともに、真の短絡電流の計測
が行える。したがって、直線性の改善がなされる。動作
点はシャドウロッドStの位置とは無関係の２つのダイオ
ード電流の和（Ｉ１＋Ｉ２）により制御される。
較正されるとともに、両方のダイオードの電流を評価す
ることによって光学部分の全感度を利用することがで
き、出力電圧UAを得るための信号通路を動作点制御器か
ら分離することができるとともに、真の短絡電流の計測
が行える。したがって、直線性の改善がなされる。動作
点はシャドウロッドStの位置とは無関係の２つのダイオ
ード電流の和（Ｉ１＋Ｉ２）により制御される。
市販品の場合、たとえばモノリシックのカッドアンプが
使用され、第１図の回路と比較して、第２図の回路には
たった３つの抵抗による実際に付加される出費が存在す
るに過ぎず、一方、第３図の回路では、実際に付加され
る出費はない。
使用され、第１図の回路と比較して、第２図の回路には
たった３つの抵抗による実際に付加される出費が存在す
るに過ぎず、一方、第３図の回路では、実際に付加され
る出費はない。
第１図は西ドイツ特許公開第DE−Ａ−37 20 294号公
報による従来の光電位置決めタップの回路構造、 第２図は動作点を制御するために２つのダイオード電流
の和が利用されるとともに、出力信号が２つのダイオー
ド電流に比例する電圧の間の差として決定される、本発
明に係る回路構造の第１の実施例の回路図、 第３図は第２図にしたがって、ダイオード電流の和がま
た動作点を制御するために使用されているが、出力信号
がダイオードのアノードの一つに結合された電流／電圧
変換器の入力における２つの電流の間の差を形成するこ
とにより直接的に形成されている、本発明に係る回路構
造の第２の実施例の回路図である。 LED……発光ダイオード， Ｄ１,D２……フォトダイオード， Ｈ……光ビーム、Ｉ１,I２……ダイオード電流， St……シャドウロッド（遮光要素）， Ｖ１,V２,V３……電流／電圧変換器， Ｒ１〜Ｒ６,R４′,RA,RS,RV……抵抗， Ｓ１,S２,S３……電流加算点,UA……出力電圧， Uref……参照電圧,T……トランジスタ。
報による従来の光電位置決めタップの回路構造、 第２図は動作点を制御するために２つのダイオード電流
の和が利用されるとともに、出力信号が２つのダイオー
ド電流に比例する電圧の間の差として決定される、本発
明に係る回路構造の第１の実施例の回路図、 第３図は第２図にしたがって、ダイオード電流の和がま
た動作点を制御するために使用されているが、出力信号
がダイオードのアノードの一つに結合された電流／電圧
変換器の入力における２つの電流の間の差を形成するこ
とにより直接的に形成されている、本発明に係る回路構
造の第２の実施例の回路図である。 LED……発光ダイオード， Ｄ１,D２……フォトダイオード， Ｈ……光ビーム、Ｉ１,I２……ダイオード電流， St……シャドウロッド（遮光要素）， Ｖ１,V２,V３……電流／電圧変換器， Ｒ１〜Ｒ６,R４′,RA,RS,RV……抵抗， Ｓ１,S２,S３……電流加算点,UA……出力電圧， Uref……参照電圧,T……トランジスタ。
Claims (7)
- 【請求項１】・光源（LED）の光ビームがカソード端に
て接続されている２つの隣接して配置されたフォトダイ
オード（Ｄ１,D２）を照射し、 ・ビームの通路に対して垂直に動くことができる要素
（St）が上記光ビーム（Ｈ）を部分的に遮光し、 ・ダイオード電流（Ｉ１,I２）の差に比例するととも
に、光ビーム（Ｈ）の遮光要素（St）の位置を特徴付け
る信号が発生され、 ・光源（LED）の電流が増幅器要素（Ｔ）を通して決定
され、その動作点が固定された電位を参照して積分増幅
器（Ｖ２）を通して制御されるとともに、積分されるそ
の入力信号が一定の参照電流（Is）とダイオード電流に
依存する電流信号との差により形成される光電位置決め
タップの回路構造において、 ・カソード端にて接続されたダイオード（Ｄ１,D２）の
３つの端子の各々がそれぞれ１つの関連する電流／電圧
変換器段（Ｖ１,V２,V３）の直接（電気的に）接続され
ており、そのうちの上記カソードに接続される電流／電
圧変換器段（Ｖ２）が積分増幅器である光電位置決めタ
ップの回路構造。 - 【請求項２】出力信号（UA）が上記ダイオードのアノー
ドに入力端にて接続されている電流／電圧変換器
（Ｖ１,V３）の出力電圧（Ｕ１,U２）の差から形成され
る請求項１記載の回路構造（第２図参照）。 - 【請求項３】出力信号（UA）が上記ダイオードのアノー
ドに直接、接続されている電流／電圧変換器（Ｖ１もし
くはＶ３）の出力端にて取り出され、上記電流／電圧変
換器（たとえばＶ３）の入力信号がアノード端にて上記
電流／電圧変換器に接続されるダイオードを通して流れ
る電流（Ｉ１,I２）と他のダイオードのアノードに直
接、接続される電流／電圧変換器（たとえばＶ１）の出
力電流（Ｉ３）との差により形成される請求項１記載の
回路構造。 - 【請求項４】上記出力電圧（UA）の特性の勾配が出力電
圧を供給している電流／電圧変換器の出力からその電流
信号入力に接続される抵抗（Ｒ１）により調整される請
求項３記載の回路構造。 - 【請求項５】上記ダイオード（Ｄ１,D２）のアノードに
接続される電流／電圧変換器の二極性の較正が上記差を
形成するために使用される出力電流（Ｉ３）の電流通路
にて調整抵抗（Ｒ３）により行われる請求項３記載の回
路構造。 - 【請求項６】上記ダイオード（Ｄ１,D２）のアノードに
接続された電流／電圧変換器の二極性の較正が一つのダ
イオード（Ｄ２）のアノードに接続された電流／電圧変
換器の出力からその信号入力（Ｓ２）に接続された調整
抵抗（Ｒ２）により行われる請求項３記載の回路構造。 - 【請求項７】上記ダイオード（Ｄ１,D２）のアノードに
接続された電流／電圧変換器の二極性の較正が参照電圧
源（Uref）から一つおよび／またはほかの電流／電圧変
換器段（Ｖ１もしくはＶ３）に接続された、調整抵抗
（Ｒ４,R４′）により行われる請求項３記載の回路構
造。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP89118727.0 | 1989-10-09 | ||
| EP89118727A EP0422259B1 (de) | 1989-10-09 | 1989-10-09 | Schaltungsanordnung für einen optoelektronischen Positionssensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03134505A JPH03134505A (ja) | 1991-06-07 |
| JPH0663738B2 true JPH0663738B2 (ja) | 1994-08-22 |
Family
ID=8202000
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2138147A Expired - Lifetime JPH0663738B2 (ja) | 1989-10-09 | 1990-05-28 | 光電位置決めタップの回路構造 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5117103A (ja) |
| EP (1) | EP0422259B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0663738B2 (ja) |
| DE (1) | DE58907522D1 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4201385A1 (de) * | 1992-01-21 | 1993-07-22 | Peter Dipl Ing Renner | Optisches messsystem |
| US5504456A (en) * | 1994-02-09 | 1996-04-02 | Psc, Inc. | Low noise wide band amplifier |
| DE19741855B8 (de) * | 1997-09-23 | 2004-07-15 | Kai Stapelfeldt | Optoelektronische Sensoreinrichtung |
| DE102012108815B4 (de) * | 2012-09-19 | 2025-12-24 | Ic-Haus Gmbh | Verfahren zur Einstellung des Arbeitspunkts einer Positionsmessvorrichtung und Schaltungsanordnung |
| KR102315022B1 (ko) * | 2015-03-16 | 2021-10-21 | (주) 라이트론 | 일방향성 광신호 감시 장치 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2311676A1 (de) * | 1973-03-09 | 1974-09-26 | Intermadox Ag | Weg-spannungswandler |
| US4607159A (en) * | 1983-12-27 | 1986-08-19 | North American Philips Consumer Electronics Corp. | Optical joystick controller with intersecting spring means |
| EP0263261A1 (de) * | 1986-09-05 | 1988-04-13 | BBC Brown Boveri AG | Optoelektronischer Wegaufnehmer |
| US4748323A (en) * | 1987-03-23 | 1988-05-31 | Holiday Morton J | Joystick device with photoelectric tilt and push button detection |
| DE3709614A1 (de) * | 1987-03-24 | 1988-10-20 | Messerschmitt Boelkow Blohm | Verfahren und vorrichtung zur positionsbestimmung |
| DE3720294C1 (de) * | 1987-06-19 | 1988-09-08 | Messerschmitt Boelkow Blohm | Optoelektrischer Positionierungs-Abgriff |
| US4994669A (en) * | 1990-07-29 | 1991-02-19 | Stern Michael A | Opto-electrical joystick switch having a resilient, rigidly mounted central shaft |
-
1989
- 1989-10-09 DE DE58907522T patent/DE58907522D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1989-10-09 EP EP89118727A patent/EP0422259B1/de not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-05-28 JP JP2138147A patent/JPH0663738B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1990-08-23 US US07/571,335 patent/US5117103A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0422259A1 (de) | 1991-04-17 |
| US5117103A (en) | 1992-05-26 |
| JPH03134505A (ja) | 1991-06-07 |
| EP0422259B1 (de) | 1994-04-20 |
| DE58907522D1 (de) | 1994-05-26 |
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