JPS6112529B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6112529B2 JPS6112529B2 JP2574580A JP2574580A JPS6112529B2 JP S6112529 B2 JPS6112529 B2 JP S6112529B2 JP 2574580 A JP2574580 A JP 2574580A JP 2574580 A JP2574580 A JP 2574580A JP S6112529 B2 JPS6112529 B2 JP S6112529B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- light
- variable gain
- light receiving
- outputs
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
- G01J1/44—Electric circuits
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、光検出回路、詳しくは位置決め装置
等に於いて、位置信号検出器として使用される光
検出器の出力を、温度、経時変化等に対し安定化
せしめる光検出回路に関するものである。
等に於いて、位置信号検出器として使用される光
検出器の出力を、温度、経時変化等に対し安定化
せしめる光検出回路に関するものである。
一般に光検出器は発光ダイオードと受光ダイオ
ードとの組合せよりなるが、発光ダイオードの電
流を一定とした場合、数十℃の温度変化、数千時
間以上の経時変化に対して受光ダイオードの出力
は数十％変動する。ところで、サーボ制御の位置
決め装置等に於いては、光検出回路の出力電圧に
より、位置信号や速度信号を得て、これらの信号
を使つて位置や速度を制御している。位置決め装
置等に於いて、位置や速度を制御するために使う
光検出回路の出力電圧のずれは、位置信号や速度
信号のずれとなつて現われる。このずれは、設定
値と検出器等を介して伝達される制御量の差であ
る制御偏差が最小になるように設計されている位
置決め装置等の制御系の働きを狂わせ、本来の機
能が得られなくなる。
ードとの組合せよりなるが、発光ダイオードの電
流を一定とした場合、数十℃の温度変化、数千時
間以上の経時変化に対して受光ダイオードの出力
は数十％変動する。ところで、サーボ制御の位置
決め装置等に於いては、光検出回路の出力電圧に
より、位置信号や速度信号を得て、これらの信号
を使つて位置や速度を制御している。位置決め装
置等に於いて、位置や速度を制御するために使う
光検出回路の出力電圧のずれは、位置信号や速度
信号のずれとなつて現われる。このずれは、設定
値と検出器等を介して伝達される制御量の差であ
る制御偏差が最小になるように設計されている位
置決め装置等の制御系の働きを狂わせ、本来の機
能が得られなくなる。
本発明の目的は、上記の欠点を解決するために
なされたものであり、周囲の温度変動や光源であ
る発光ダイオード及び受光ダイオードの経時変化
並びに発光ダイオードの発光面のよごれによる光
量の減少等に対して光検出器の出力の安定化を図
り、その光検出器を使用する位置決め装置等が安
定に働く信頼性の高い光検出回路を提供すること
にある。以下図面を用いて本発明による光検出回
路について詳細に説明する。
なされたものであり、周囲の温度変動や光源であ
る発光ダイオード及び受光ダイオードの経時変化
並びに発光ダイオードの発光面のよごれによる光
量の減少等に対して光検出器の出力の安定化を図
り、その光検出器を使用する位置決め装置等が安
定に働く信頼性の高い光検出回路を提供すること
にある。以下図面を用いて本発明による光検出回
路について詳細に説明する。
第１図は本発明に係る光検出部の一実施例であ
る。第１図ａに於いて１は光源用の発光ダイオー
ドであり、その発光ダイオード１と対向して２個
の信号検出用受光ダイオード２ａ，２ｂが配置さ
れている。信号検出用受光ダイオード２ａ，２ｂ
からそれぞれに得られる信号は互いに逆位相にな
るように形成されている。これらの受光ダイオー
ド２ａ，２ｂをモノリシツク基板上に形成したも
のを第１図ｃに示す。同図に於いて、斜線部は光
検出部であり、例えばＮ型Si基板の上に、Ｐ型拡
散領域が斜線部に形成されている。このようにモ
ノリシツク基板上に形成された受光ダイオード２
を構成する２ａ，２ｂのそれぞれの受光ダイオー
ドの電気的特性はほぼ同一と考えられる。発光ダ
イオード１と受光ダイオード２の間に回転円板３
が配置され、この回転円板３はモータ（図示せ
ず）の軸４に取付けられ、モータの回転に追従し
て回転する。回転円板３は、第１図ｂに示すよう
に、デイスク形状になつており、その円周上には
エツチングによつて光学的スリツトが設けられ、
等間隔な光通過部３ａと光遮断部３ｂとからなつ
ており、この光通過部３ａ、又は光遮断部３ｂの
円周方向の幅Ｌと、第１図ｃの受光ダイオード２
ａの拡散領域部の幅Ｌ又は拡散領域部間の幅Ｌと
が等しくなるように形成されている。第１図ｃの
受光ダイオード２ｂは第１図ｂの光通過部３ａと
光遮断部３ｂの円周方向の幅３Ｌと円板の中心と
で形成される扇形の中の形状を同図のように作つ
たものである。第１図ｃの破線部は回転円板３の
光通過部３ａと受光ダイオード２が重なりあつて
いる時の一例を示したものである。以上のような
構成にて、回転円板３を回転させると、第３図
ａ，ｂに示すように逆相位の関係にある受光ダイ
オード２ａ，２ｂの出力信号波形を得ることがで
きる。回転円板３の光通過部３ａと受光ダイオー
ド２ａ，２ｂとの重なりぐあいにより、入力され
る光の総量が変わり、第３図ａ，ｂに示すように
正弦波状に変化する出力電流が得られるが、これ
らの波形を加算したものは、回転円板３を回転さ
せても変化せず、第３図ｃのように、常に一定に
なる。第２図に本発明による光検出回路の一実施
例を説明するためのブロツク図を示す。同図に於
いて１は発光ダイオード、２ａ，２ｂは受光ダイ
オードでこれらにより得られる信号は互いに逆位
相になつている。５，６は増幅器で５ａ，６ａは
これらの入力端子、５ｂ，５ｃ，６ｂはそれらの
出力端子である。７は加算器で、７ａ，７ｂは入
力端子、７ｃは出力端子である。８，９は可変利
得増幅器で、８ａ，９ａはそれぞれの入力端子、
８ｂ，９ｂは利得制御用端子で８ｃ，９ｃはそれ
ぞれの出力端子である。１０は定電圧源、１１は
定電圧源１０からの基準電圧Vrefと可変利得増
幅器９からの増幅信号とを比較する制御回路であ
る。受光ダイオード２ａ，２ｂはそれぞれ増幅器
５，６の入力端子５ａ，６ａに接続されており、
各受光ダイオードの出力電流はこれらの増幅器で
増幅される。各増幅器で増幅された検出信号は、
それぞれの出力端子５ｂ，６ｂに出力され、各検
出信号は加算器７の入力端子７ａ，７ｂに入力さ
れる。この加算器７に入力された２つの検出信号
は互いに逆位相になつているので、増幅器５，６
が同一の利得を持つように構成しておけば、加算
した信号は、回転円板３の回転に拘らず一定にな
る。加算器７からの加算信号は可変利得増幅器９
で増幅され、制御回路１１により定電圧源１０か
らの基準電圧Vrefと比較される。この制御回路
１１からの制御信号は可変利得増幅器８，９の端
子８ｂ，９ｂに入力され利得が制御される。可変
利得増幅器９、制御回路１１で構成されるループ
を負帰還となるようにしておけば、可変利得増幅
器９からの増幅信号は入力に拘らず一定で基準電
圧Vrefと等しくなる。可変利得増幅器８，９を
同一利得になるような構成にしておけば、可変利
得増幅器８からの増幅信号は温度や経時変化等に
対しても安定した増幅信号を出力できる。即ち、
受光ダイオード２ａ，２ｂの出力電流は第３図
ａ，ｂに示されているように、この電流レベルは
温度等の変化により発光ダイオード１の輝度が変
つたり、あるいは受光ダイオード２ａ，２ｂの受
光特性が変化した時等に変化する。しかしなが
ら、幾可学的な配置が変わらない限り、受光ダイ
オード２ａ，２ｂの相対的な電流関係は変わらな
い。又、受光ダイオード２ａ，２ｂが同一のモノ
シツク基板上に配置されていれば、特性のバラツ
キは小さくなると共に温度や経時変化等による特
性も同じ傾向で変化するため、相対的な電流関係
は変わらない。また集積化することによつて信頼
性向上や、検出器を取付ける時の受光ダイオード
相互間の調整が不要になり、かつ簡単に高い取付
け精度を出すことができる。更に可変利得増幅器
８，９は同一の利得を持ち、また加算器７から出
力される加算信号は定電圧源１０からの基準電圧
Vrefと等しくなるように制御されているため、
可変利得増幅器８の出力端子８ｃには、発光ダイ
オード１の輝度、受光ダイオード２ａ，２ｂの受
光特性に関係なく安定化された増幅信号を得るこ
とが出来る。この増幅信号を検出信号として位置
決め装置等の制御に利用すれば、安定した動作が
得られる。第４図は、第２図に示す増幅器５，
６、加算器７、可変利得増幅器８，９の具体的な
回路例を示したものである。同図に置いてOP
１，OP２はオペアンプ、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ
４，Ｒ５，Ｒ６は低抗で、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ
４，Ｑ５，Ｑ６はそれぞれPNPトランジスタであ
る。Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４はバイアス電圧をあ
たえる電源である。第４図に示す符号で第２図と
同一部分については同一符号を付し説明は省略す
る。増幅器５，６の入力端子５ａ，６ａに入力さ
れた受光ダイオード２ａ，２ｂの信号は増幅器
５，６で増幅され、これらの信号は入力端子７
ａ，７ｂに入力され加算器７により加算される。
この加算された信号は出力端子７ｃより可変利得
増幅器９の入力端子９ａに導かれる。又、増幅器
５の出力端子５ｃより、可変利得増幅器８の入力
端子８ａへ入力される。可変利得増幅器８は電源
Ｖ３と端子８ｂの端子電圧との差電圧で利得を変
えうる増幅器であり、可変利得増幅器９も可変利
得増幅器８と同じ構成になつている。
る。第１図ａに於いて１は光源用の発光ダイオー
ドであり、その発光ダイオード１と対向して２個
の信号検出用受光ダイオード２ａ，２ｂが配置さ
れている。信号検出用受光ダイオード２ａ，２ｂ
からそれぞれに得られる信号は互いに逆位相にな
るように形成されている。これらの受光ダイオー
ド２ａ，２ｂをモノリシツク基板上に形成したも
のを第１図ｃに示す。同図に於いて、斜線部は光
検出部であり、例えばＮ型Si基板の上に、Ｐ型拡
散領域が斜線部に形成されている。このようにモ
ノリシツク基板上に形成された受光ダイオード２
を構成する２ａ，２ｂのそれぞれの受光ダイオー
ドの電気的特性はほぼ同一と考えられる。発光ダ
イオード１と受光ダイオード２の間に回転円板３
が配置され、この回転円板３はモータ（図示せ
ず）の軸４に取付けられ、モータの回転に追従し
て回転する。回転円板３は、第１図ｂに示すよう
に、デイスク形状になつており、その円周上には
エツチングによつて光学的スリツトが設けられ、
等間隔な光通過部３ａと光遮断部３ｂとからなつ
ており、この光通過部３ａ、又は光遮断部３ｂの
円周方向の幅Ｌと、第１図ｃの受光ダイオード２
ａの拡散領域部の幅Ｌ又は拡散領域部間の幅Ｌと
が等しくなるように形成されている。第１図ｃの
受光ダイオード２ｂは第１図ｂの光通過部３ａと
光遮断部３ｂの円周方向の幅３Ｌと円板の中心と
で形成される扇形の中の形状を同図のように作つ
たものである。第１図ｃの破線部は回転円板３の
光通過部３ａと受光ダイオード２が重なりあつて
いる時の一例を示したものである。以上のような
構成にて、回転円板３を回転させると、第３図
ａ，ｂに示すように逆相位の関係にある受光ダイ
オード２ａ，２ｂの出力信号波形を得ることがで
きる。回転円板３の光通過部３ａと受光ダイオー
ド２ａ，２ｂとの重なりぐあいにより、入力され
る光の総量が変わり、第３図ａ，ｂに示すように
正弦波状に変化する出力電流が得られるが、これ
らの波形を加算したものは、回転円板３を回転さ
せても変化せず、第３図ｃのように、常に一定に
なる。第２図に本発明による光検出回路の一実施
例を説明するためのブロツク図を示す。同図に於
いて１は発光ダイオード、２ａ，２ｂは受光ダイ
オードでこれらにより得られる信号は互いに逆位
相になつている。５，６は増幅器で５ａ，６ａは
これらの入力端子、５ｂ，５ｃ，６ｂはそれらの
出力端子である。７は加算器で、７ａ，７ｂは入
力端子、７ｃは出力端子である。８，９は可変利
得増幅器で、８ａ，９ａはそれぞれの入力端子、
８ｂ，９ｂは利得制御用端子で８ｃ，９ｃはそれ
ぞれの出力端子である。１０は定電圧源、１１は
定電圧源１０からの基準電圧Vrefと可変利得増
幅器９からの増幅信号とを比較する制御回路であ
る。受光ダイオード２ａ，２ｂはそれぞれ増幅器
５，６の入力端子５ａ，６ａに接続されており、
各受光ダイオードの出力電流はこれらの増幅器で
増幅される。各増幅器で増幅された検出信号は、
それぞれの出力端子５ｂ，６ｂに出力され、各検
出信号は加算器７の入力端子７ａ，７ｂに入力さ
れる。この加算器７に入力された２つの検出信号
は互いに逆位相になつているので、増幅器５，６
が同一の利得を持つように構成しておけば、加算
した信号は、回転円板３の回転に拘らず一定にな
る。加算器７からの加算信号は可変利得増幅器９
で増幅され、制御回路１１により定電圧源１０か
らの基準電圧Vrefと比較される。この制御回路
１１からの制御信号は可変利得増幅器８，９の端
子８ｂ，９ｂに入力され利得が制御される。可変
利得増幅器９、制御回路１１で構成されるループ
を負帰還となるようにしておけば、可変利得増幅
器９からの増幅信号は入力に拘らず一定で基準電
圧Vrefと等しくなる。可変利得増幅器８，９を
同一利得になるような構成にしておけば、可変利
得増幅器８からの増幅信号は温度や経時変化等に
対しても安定した増幅信号を出力できる。即ち、
受光ダイオード２ａ，２ｂの出力電流は第３図
ａ，ｂに示されているように、この電流レベルは
温度等の変化により発光ダイオード１の輝度が変
つたり、あるいは受光ダイオード２ａ，２ｂの受
光特性が変化した時等に変化する。しかしなが
ら、幾可学的な配置が変わらない限り、受光ダイ
オード２ａ，２ｂの相対的な電流関係は変わらな
い。又、受光ダイオード２ａ，２ｂが同一のモノ
シツク基板上に配置されていれば、特性のバラツ
キは小さくなると共に温度や経時変化等による特
性も同じ傾向で変化するため、相対的な電流関係
は変わらない。また集積化することによつて信頼
性向上や、検出器を取付ける時の受光ダイオード
相互間の調整が不要になり、かつ簡単に高い取付
け精度を出すことができる。更に可変利得増幅器
８，９は同一の利得を持ち、また加算器７から出
力される加算信号は定電圧源１０からの基準電圧
Vrefと等しくなるように制御されているため、
可変利得増幅器８の出力端子８ｃには、発光ダイ
オード１の輝度、受光ダイオード２ａ，２ｂの受
光特性に関係なく安定化された増幅信号を得るこ
とが出来る。この増幅信号を検出信号として位置
決め装置等の制御に利用すれば、安定した動作が
得られる。第４図は、第２図に示す増幅器５，
６、加算器７、可変利得増幅器８，９の具体的な
回路例を示したものである。同図に置いてOP
１，OP２はオペアンプ、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ
４，Ｒ５，Ｒ６は低抗で、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ
４，Ｑ５，Ｑ６はそれぞれPNPトランジスタであ
る。Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４はバイアス電圧をあ
たえる電源である。第４図に示す符号で第２図と
同一部分については同一符号を付し説明は省略す
る。増幅器５，６の入力端子５ａ，６ａに入力さ
れた受光ダイオード２ａ，２ｂの信号は増幅器
５，６で増幅され、これらの信号は入力端子７
ａ，７ｂに入力され加算器７により加算される。
この加算された信号は出力端子７ｃより可変利得
増幅器９の入力端子９ａに導かれる。又、増幅器
５の出力端子５ｃより、可変利得増幅器８の入力
端子８ａへ入力される。可変利得増幅器８は電源
Ｖ３と端子８ｂの端子電圧との差電圧で利得を変
えうる増幅器であり、可変利得増幅器９も可変利
得増幅器８と同じ構成になつている。
上記の説明から明らかな如く、本発明による光
検出回路は、互いに逆位相の二つの検出信号を受
光素子から得て、一方の検出信号を第１の可変利
得増幅器により増幅するとともに、これらの二つ
の検出信号を加算し、その加算信号を第２の可変
利得増幅器により増幅した信号と基準電圧とを比
較し、その偏差量が最小になるように第１および
第２の可変利得増幅器の利得を調節することによ
り、温度や経時変化等による光源輝度や受光素子
の特性の変化に関係なく受光素子から得られる検
出信号を安定化せしめるようにしたものである。
この光検出回路を用いた位置検出装置は、受光素
子と回路部を一体化することが容易であり、簡単
な構成で、温度や特性の劣化等の環境条件や使用
条件に対して極めて安定で精度の高い位置信号が
得られるためサーボ機器等の位置決め装置の誤差
を極めて小さくでき、信頼性も非常に高く、なお
かつ検出器構部の組立、調整も簡単で精度も向上
するなど極めて優れた効果を得ることが出来る。
検出回路は、互いに逆位相の二つの検出信号を受
光素子から得て、一方の検出信号を第１の可変利
得増幅器により増幅するとともに、これらの二つ
の検出信号を加算し、その加算信号を第２の可変
利得増幅器により増幅した信号と基準電圧とを比
較し、その偏差量が最小になるように第１および
第２の可変利得増幅器の利得を調節することによ
り、温度や経時変化等による光源輝度や受光素子
の特性の変化に関係なく受光素子から得られる検
出信号を安定化せしめるようにしたものである。
この光検出回路を用いた位置検出装置は、受光素
子と回路部を一体化することが容易であり、簡単
な構成で、温度や特性の劣化等の環境条件や使用
条件に対して極めて安定で精度の高い位置信号が
得られるためサーボ機器等の位置決め装置の誤差
を極めて小さくでき、信頼性も非常に高く、なお
かつ検出器構部の組立、調整も簡単で精度も向上
するなど極めて優れた効果を得ることが出来る。
第１図は本発明に係る光検出回路の一実施例を
示す概略構成図、第２図は本発明に係る一実施例
のブロツク図、第３図は第２図における各部信号
波形図、第４図は第２図に於ける増幅器、加算
器、可変利得増幅器の一具体例を示す回路図であ
り、 図中、１は光源である発光ダイオード、２ａ，
２ｂは受光ダイオード、７は加算器、８は第１の
可変利得増幅器、９は第２の可変利得増幅器、１
１は制御回路、Vrefは基準電圧である。
示す概略構成図、第２図は本発明に係る一実施例
のブロツク図、第３図は第２図における各部信号
波形図、第４図は第２図に於ける増幅器、加算
器、可変利得増幅器の一具体例を示す回路図であ
り、 図中、１は光源である発光ダイオード、２ａ，
２ｂは受光ダイオード、７は加算器、８は第１の
可変利得増幅器、９は第２の可変利得増幅器、１
１は制御回路、Vrefは基準電圧である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 光源と、 前記光源からの光を受光し、第１の検出信号を
出力する第１の受光素子と、 前記第１の検出信号を増幅し、第１の増幅信号
を出力する第１の可変利得増幅器と、 前記光源からの光を受光し、前記第１の検出信
号と逆相位の第２の検出信号を出力する第２の受
光素子と、 前記第１の検出信号を第２の検出信号とを加算
し加算信号を出力する加算器と、 前記加算信号を増幅し、光源の増幅信号を出力
する第２の可変利得増幅器と、 前記第２の増幅信号と基準電圧信号とを比較
し、前記第１及び第２の可変利得増幅器の利得を
調節するための制御信号を出力する制御回路とか
ら構成され、前記第１の増幅信号を安定化させる
ことを特徴とする光検出回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2574580A JPS56122921A (en) | 1980-02-29 | 1980-02-29 | Light detecting circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2574580A JPS56122921A (en) | 1980-02-29 | 1980-02-29 | Light detecting circuit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56122921A JPS56122921A (en) | 1981-09-26 |
| JPS6112529B2 true JPS6112529B2 (ja) | 1986-04-09 |
Family
ID=12174354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2574580A Granted JPS56122921A (en) | 1980-02-29 | 1980-02-29 | Light detecting circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS56122921A (ja) |
-
1980
- 1980-02-29 JP JP2574580A patent/JPS56122921A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56122921A (en) | 1981-09-26 |
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