(57)【要約】【課題】低コストかつ簡単な構成で、ＬＥＤ駆動用のトランジスタを温度補償できる温度補償付き光電センサを提供する。【解決手段】温度補償回路１０は、第１トランジスタＱ１の駆動電流検出用電圧Vrが、第２トランジスタＱ２の基準電圧源８の基準電圧Vref と等しい電圧に保持され、かつ第１トランジスタＱ１の温度変化による電圧変動が第２トランジスタＱ２の温度変化による電圧変動と等しく両電圧変動が相殺されるように形成されているので、低コストかつ簡単な構成で、ＬＥＤ駆動用の第１トランジスタＱ１の温度変化があっても、駆動電流を一定にしてＬＥＤ１の投光量が一定となるように温度補償できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を投光する発光ダイオード、発光ダイオードを駆動するバイポーラトランジスタである第１トランジスタをもつ駆動回路、光を受光する受光素子、およびセンサ全体を制御する制御手段を有して、発光ダイオードからの光の物体による反射または遮光によって生じる受光素子における受光量の大小によって物体の検出を行う光電センサであって、
前記駆動回路は、バイポーラトランジスタである第２トランジスタと基準電圧源とからなり、第１トランジスタが温度変化の影響を受けないように温度補償する温度補償回路を備えており、
前記温度補償回路は、第１トランジスタの駆動電流検出用電圧が、第２トランジスタの基準電圧源の基準電圧と等しい電圧に保持され、かつ第１トランジスタの温度変化による電圧変動が第２トランジスタの温度変化による電圧変動と等しく両電圧変動が相殺されるように形成されている、温度補償付き光電センサ。
【請求項２】
請求項１において、
前記駆動回路は、第１トランジスタのコレクタに電源電圧の供給を受ける発光ダイオードが接続され、そのベースに前記制御手段が接続され、そのエミッタが駆動電流検出用抵抗を介して接地されており、
前記温度補償回路の第２トランジスタが第１トランジスタと同一の特性で、両トランジスタが同一のパッケージに封止されて各温度特性も同一であって、
前記温度補償回路は、前記制御手段と前記駆動回路の第１トランジスタ間に設けられ、さらに、第１トランジスタのベースと、第２トランジスタのベースおよびカソードとが接続され、第２トランジスタのエミッタと基準電圧源とが接続されており、
第１トランジスタの駆動電流検出用電圧が、第２トランジスタの基準電圧源の基準電圧と等しい電圧に保持され、かつ第１トランジスタの温度変化によるそのベース・エミッタ間の電圧変動が、第２トランジスタの温度変化によるそのベース・エミッタ間の電圧変動で相殺される、温度補償付き光電センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ駆動用のトランジスタについて温度変化の影響を受けないように温度補償する温度補償付き光電センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＬＥＤ（発光ダイオード）自身の投光による光量を受光素子で常時検出し、その光量の低下の程度により、透明体や不透明体の物体を検出する反射型や透過型のような光電センサ(ファイバ型を含む)が知られている。
【０００３】
図４は、従来の光電センサの回路図を示す。従来の光電センサの駆動回路は、ＬＥＤ１に駆動電流を流すためのトランジスタＱ１を備え、電源電圧Ｖccの供給を受けたＬＥＤ１がそのコレクタＣ１に接続され、そのベースB１は制御信号を出力する制御・処理部５と抵抗R２を介して接続されて、そのエミッタＥ１は駆動電流検出用抵抗R１を介して接地されている。
【０００４】
このＬＥＤ１を駆動するトランジスタＱ１として、バイポーラトランジスタが広く用いられるが、このバイポーラトランジスタは温度変化の影響を受けやすい。つまり、ＬＥＤ１を駆動するトランジスタＱ１のベースＢ１、エミッタＥ１間の電圧Ｖbeが温度変化によってその値を変動させるため、駆動電流を一定にしてＬＥＤ１の投光量が一定となるように、トランジスタＱ１の温度による電圧変動を補償することが必要となる。
【０００５】
これに対して、従来から種々の方法が提案されており、周囲温度の変化に対するＬＥＤの発光量の変動を抑える自動制御回路を備えたもの（例えば、特許文献１）や、物体の反射率や物体までの距離にかかわらずトランジスタの平均駆動電流を一定とし、温度の影響にかかわらず光量を一定にするもの（例えば、特許文献２）などが知られている。しかし、これらの従来方法では、回路構成が複雑となり、低コストかつ簡単な構成で、トランジスタＱ１の温度による電圧変動を補償（温度補償）することが実現できなかった。
【０００６】
このため、回路構成を簡単にしたものとして、図５、６に示す回路も知られている。図５の回路は駆動電流を決定する抵抗に並列に負性抵抗素子であるサーミスタＴＨ１を接続しその温度による影響を捕償している。また、図６の回路は駆動電流を決定する抵抗の電圧値を監視比較し、この電圧を一定に保つように演算増幅器ＩＣ１が動作することでトランジスタＱ１の温度による影響を補償し駆動電流を一定にしている。演算増幅器ＩＣ１の比較用の基準電圧を抵抗Ｒ３で変化させることで駆動電流を任意に変化させる。
【特許文献１】特開２００３−２８２９３７号公報
【特許文献２】特開平７−２８３７１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、図５の回路は簡単の構成である反面、非線形な温度特性をもつサーミスタＴＨ１を使用するため広い温度範囲で温度補償するのが難しく、かつ一度定数を決定すると任意に駆動電流を変化させることが難しい。また、図６の回路も簡単な構成であるが、回路を構成する部品が増え、また演算増幅器ＩＣ１を使用することでやはり高コストになりやすいといった問題がある。
【０００８】
本発明は、前記の問題点を解決して、低コストかつ簡単な構成で、ＬＥＤ駆動用のトランジスタの温度変化があってもＬＥＤの駆動電流を一定にして温度補償できる温度補償付き光電センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明にかかる温度補償付き光電センサは、光を投光する発光ダイオード、発光ダイオードを駆動するバイポーラトランジスタである第１トランジスタをもつ駆動回路、光を受光する受光素子、およびセンサ全体を制御する制御手段を有して、発光ダイオードからの光の物体による反射または遮光によって生じる受光素子における受光量の大小によって物体の検出を行う光電センサであって、前記駆動回路は、バイポーラトランジスタである第２トランジスタと基準電圧源とからなり、第１トランジスタが温度変化の影響を受けないように温度補償する温度補償回路を備えており、前記温度補償回路は、第１トランジスタの駆動電流検出用電圧が、第２トランジスタの基準電圧源の基準電圧と等しい電圧に保持され、かつ第１トランジスタの温度変化による電圧変動が第２トランジスタの温度変化による電圧変動と等しく両電圧変動が相殺されるように形成されている。
【００１０】
この構成によれば、温度補償回路は、第１トランジスタの駆動電流検出用電圧が、第２トランジスタの基準電圧源の基準電圧と等しい電圧に保持され、かつ第１トランジスタの温度変化による電圧変動が第２トランジスタの温度変化による電圧変動と等しく両電圧変動が相殺されるように形成されているので、低コストかつ簡単な構成で、発光ダイオード駆動用の第１トランジスタの温度変化があっても、駆動電流を一定にして発光ダイオードの投光量が一定となるように温度補償できる。
【００１１】
好ましくは、前記駆動回路は、第１トランジスタのコレクタに電源電圧の供給を受ける発光ダイオードが接続され、そのベースに前記制御手段が接続され、そのエミッタが駆動電流検出用抵抗を介して接地されており、前記温度補償回路の第２トランジスタが第１トランジスタと同一の特性で、両トランジスタが同一のパッケージに封止されて各温度特性も同一であって、前記温度補償回路は、前記制御手段と前記駆動回路の第１トランジスタ間に設けられ、さらに、第１トランジスタのベースと、第２トランジスタのベースおよびカソードとが接続され、第２トランジスタのエミッタと基準電圧源とが接続されており、第１トランジスタの駆動電流検出用電圧が、第２トランジスタの基準電圧源の基準電圧と等しい電圧に保持され、かつ第１トランジスタの温度変化によるそのベース・エミッタ間の電圧変動が、第２トランジスタの温度変化によるそのベース・エミッタ間の電圧変動で相殺される。したがって、より低コストかつ簡単な構成で、発光ダイオード駆動用のトランジスタの温度変化があっても温度補償できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る温度補償付き光電センサを示すブロック構成図である。本センサは、光を投光するＬＥＤ（発光ダイオード）１、ＬＥＤ１を駆動するバイポーラトランジスタである第１トランジスタＱ１をもつ駆動回路４、光を受光する受光素子３、受光素子３から出力された検出信号を増幅する増幅回路６、増幅された検出信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器７、および本センサ全体を制御するとともに、ＬＥＤ１からの光の物体Ｗによる反射または遮光によって生じる受光素子３における受光量の大小によって、物体Ｗを検出する制御を行う制御手段である制御・処理部（マイクロコンピュータ）５を備えている。
【００１３】
本センサは、さらに、検出結果を表示する表示部１１、検出結果を外部機器へ出力する出力回路１２、各種スイッチ等の入力回路１３、および他の光電センサと連結する連結回路１４を備えている。なお、これら表示部１１、入力回路１３および連結回路１４を省略してもよい。
【００１４】
この例では、本センサは、反射型の光電センサであって、背景Ｍの前に置かれた透明体や不透明体の物体Ｗを検出するものであり、ＬＥＤ１から投光されてレンズ２を介して背景Ｍで反射した光が物体Ｗを通過し、背景Ｍの反射光と物体Ｗの通過光がレンズ２を介して受光素子３に受光される。制御・処理部５では、例えば物体検出の基準となる背景Ｍの反射光の受光量である基準光量に基づき設定されるしきい値と、物体Ｗ（透明体）の通過光の受光量とを比較して、物体Ｗを検出する。なお、図示しないミラーを設けて集光したうえで、受光素子３に受光させてもよい。
【００１５】
図２に示すように、駆動回路４は、第１トランジスタＱ１と同じバイポーラトランジスタである第２トランジスタＱ２と基準電圧源８（電圧Vref）とからなり、第１トランジスタＱ１が温度変化の影響を受けないように温度補償する温度補償回路１０を備えている。この駆動回路４は、図４の従来回路と同様の構成を含むもので、上述したとおり、ＬＥＤ１に駆動電流を流すためのトランジスタＱ１を備え、そのコレクタＣ１に電源電圧Ｖccの供給を受けるＬＥＤ１が接続され、そのベースB１に制御信号を出力する制御処理部５が抵抗R２を介して接続されて、そのエミッタＥ１が駆動電流検出用抵抗R１を介して接地されている。
【００１６】
図２の温度補償回路１０は、第１トランジスタＱ１の駆動電流検出用電圧Vrが、第２トランジスタＱ２の基準電圧源８の基準電圧Vrefと等しい電圧に保持され、かつ第１トランジスタＱ１の温度変化による電圧変動が第２トランジスタＱ２の温度変化による電圧変動と等しく、この第１トランジスタＱ１の電圧変動が第２トランジスタＱ２の電圧変動で相殺されるように形成されてなり、制御・処理部５に接続された抵抗Ｒ２と第１トランジスタＱ１との間に設けられたものである。すなわち、第１トランジスタＱ１のベースＢ１と第２トランジスタＱ２のベースＢ２との接続点Ｐ１と、制御・処理部５に接続された抵抗Ｒ２と第２トランジスタＱ２のカソードＣ２との接続点Ｐ２と、が接続されている。第２トランジスタＱ２のエミッタＥ２と基準電圧源８とが接続されている。
【００１７】
ここで、温度補償回路１０を構成している第２トランジスタＱ２は、第１トランジスタＱ１と同一の特性を有するトランジスタであって、同一のパッケージに樹脂封止されており、その温度特性もパッケージを共有していることからほぼ同一である。
【００１８】
制御・処理部５によって第１トランジスタＱ1が動作したとき、その駆動電流を決定している抵抗Ｒ１の両端間の電圧（駆動電流検出用電圧）Vrは、それぞれトランジスタのベース・エミッタ間電圧をVbe1、Vbe2とすれば、第１トランジスタＱ1の温度変化を考慮しない場合、基準電圧源８の基準電圧Vrefを用いて、以下のように表される。
Vr=Vref＋Vbe2−Vbe1          …（１）
このとき、両トランジスタの特性がほぼ同一であるので、式（１）はVbe2＝Vbe1からVr=Vrefとなり、抵抗Ｒ１の両端間の電圧Vrは、基準電圧源８の基準電圧Vrefと等しく保持され、これによって決定される。
【００１９】
そして、温度変化を考慮した場合、両トランジスタの温度特性がほぼ同一であるので、その温度変化によるベース・エミッタ間電圧の変動量をそれぞれ△Vbe1、△Vbe2とすれば、抵抗Ｒ１の両端間の電圧Vrは、以下のように表される。
Vr＝Vref＋(Vbe2＋△Vbe2)−(Vbe1＋△Vbe1)            …（２）
ここでVbe1＝Vbe2、△Vbe1＝△Vbe2であるので、両電圧変動は相殺されて、式（２）はVr＝Vrefとなる。したがって、第１トランジスタＱ1に温度変化があっても、ＬＥＤ１の駆動電流検出用電圧Vrは、基準電圧Vrefと等しく保持されるので、温度変化によらず基準電圧Vrefで決定される。
【００２０】
また、この基準電圧源８の基準電圧Vrefを変化させることで、ＬＥＤ１の駆動電流検出用電圧Vrを任意に設定することも可能となる。
【００２１】
こうして、本センサは、温度補償回路１０が、その第１トランジスタＱ１の駆動電流検出用電圧Vrが、第２トランジスタＱ２の基準電圧源８の基準電圧Vrefと等しい電圧に保持され、かつ第１トランジスタＱ１の温度変化による電圧変動が第２トランジスタＱ２の温度変化による電圧変動と等しく両電圧変動が相殺されるように形成されているので、低コストかつ簡単な構成で、ＬＥＤ駆動用の第１トランジスタＱ１の温度変化があっても、駆動電流を一定にしてＬＥＤ１の投光量が一定となるように温度補償できる。
【００２２】
図３は、第２実施形態に係る温度補償付き光電センサを示すブロック構成図である。この第２実施形態は、第１実施形態と異なり、透過型の光電センサであり、ＬＥＤ１から光ファイバ９を介して投光され、この光が光ファイバ９を介して受光素子３で受光される。投光された光を物体Ｗが遮断したとき、受光素子３の受光量が減少するので、物体Ｗの有無を検出する。その他の構成は、第１実施形態と同様である。第２実施形態における透過型の光電センサの場合でも、低コストかつ簡単な構成で、トランジスタＱ１を温度補償できる。
【００２３】
なお、本発明は、前記した反射型および透過型以外の光電センサにも適用できる。また、各実施形態では、第１、２トランジスタにＮＰＮ形のバイポーラトランジスタを使用しているが、ＰＮＰ形のバイポーラトランジスタを使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る温度補償付き光電センサを示すブロック構成図である。
【図２】図１の温度補償回路を示す回路図である。
【図３】第２実施形態に係る温度補償付き光電センサを示すブロック構成図である。
【図４】従来の光電センサを示す回路図である。
【図５】従来の温度補償付き光電センサを示す回路図である。
【図６】従来の温度補償付き光電センサを示す回路図である。
【符号の説明】
【００２５】
１：発光ダイオード（ＬＥＤ）
３：受光素子
４：駆動回路
５：制御手段（制御・処理部）
８：基準電圧源
１０：温度補償回路
Ｑ１：第１トランジスタ
Ｑ２：第２トランジスタ
Ｒ１：駆動電流検出用抵抗
Vr：駆動電流検出用電圧
Vref：基準電圧
Ｗ：物体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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