(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
定電圧源に第１及び第２の抵抗を介してカソードが接続され、アノードが接地されたフォトダイオードと、
検出対象を検出したことを示す検出信号を出力するコレクタが前記第１及び第２の抵抗の接続点に接続され、ベースが前記フォトダイオードのカソードに接続され、エミッタが接地された検出信号出力用のトランジスタとを備えた光センサにおいて、
コレクタが前記定電圧源に接続されると共にエミッタが前記フォトダイオードのカソードに接続され、ベース電位を制御することにより前記ファトダイオードのカソードの電位変化を抑制する電位変化抑制用のトランジスタを設けたことを特徴とする光センサ。
【請求項２】
前記電位変化抑制用のトランジスタのコレクタとベースの間に接続された抵抗と、前記電位変化抑制用のトランジスタのベースと前記接地間に順方向接続されたダイオードとを備えたことを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
【請求項３】
前記電位変化抑制用のトランジスタのコレクタとベースの間に接続された抵抗と、前記電位変化抑制用のトランジスタのベースと接地間に順方向のダイオード接続された第３のトランジスタとを備えたことを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
【請求項４】
前記電位変化抑制用のトランジスタのベースと接地間に接続されたベース定電圧源を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
【請求項５】
前記電位変化抑制用のトランジスタのベースと接地間に接続されたベース定電圧源と、該制ベース電圧源と前記トランジスタのベース間に接続されたバッファとを備えたことを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検出対象を光により検出する光センサに関し、特に、光を受けて電気信号に変換するための受光素子の周辺回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１はこの種の光センサを備えて構成されるセンサシステムの電気的構成を示すブロック図である。このセンサシステムは、光を受けて電流が流れる受光素子１、この受光素子１に流れる電流を電圧に変換して検出信号として取り出す検出信号出力手段としての電流／電圧変換回路２、この電流／電圧変換手段２の出力電圧（検出信号）の直流成分を除去して交流成分を取り出すためのカップリング用コンデンサ３、このコンデンサ３からの交流成分の検出信号におけるＳ／Ｎ比を高めるとともに必要とする周波数帯域の信号を強調して増幅するプリアンプ４、このプリアンプ４の出力信号を伝達するためのカップリング用コンデンサ５、このカップリング用コンデンサ５を介して伝達されてきたプリアンプ４の出力信号を更に増幅するメインアンプ６、このメインアンプ６の出力信号を伝達するためのカップリング用コンデンサ７、このカップリング用コンデンサ７を介して伝達されてきたメインアンプ６の出力信号を弁別して、検出対象を検出したことを示すオンレベル信号や、通常の監視を実施しているときの安定レベル信号などの検出を行うコンパレータ８、このコンパレータ８からのオンレベル信号を受けることにより所定の処理を行う信号処理回路９、および信号処理回路９による処理結果を出力する出力回路１０を備えている。なお、前記メインアンプ６で目的とする信号が得られる場合は、前記プリアンプ４は設けなくても良い。
【０００３】
また、このセンサシステムは、信号処理回路９が所定の周期で信号の取り込みを行うことができるようにクロック信号を発生する発振回路１１、図示しない操作装置などからの操作信号により出力モード（光が入光したとき動作がオンになるモードと、光が遮光したとき動作がオンになるモード）を切り替えるための入光／遮光出力切替回路１２、電源投入時および電源遮断時に出力の誤ったオン動作やチャタリング防止のための電源リセット回路１３、出力の短絡（過電流）状態を検出し出力のオン動作を禁止（オフ）させることにより回路素子を保護するための短絡検出回路１４、前記電源リセット回路１３および短絡検出回路１４の出力の周期性を実現するためのタイマ１５、投光用の発光素子であるＬＥＤ（図示せず）を駆動させる投光ＬＥＤドライブ回路１６、および検出の情報などを表示させるＬＥＤ（図示せず）を駆動させる表示ＬＥＤドライブ回路１７を備えている。
【０００４】
図２は図１に示すセンサシステムに備えられる受光素子１と電流／電圧変換回路２に含まれる従来の光センサの回路図である。図２に示すように、定電圧源である電源ライン２１には、抵抗Ｒ２を介してトランジスタＱ１のコレクタが接続されているとともに、抵抗Ｒ２および抵抗Ｒ１を介してトランジスタＱ１のベースと受光素子であるフォトダイオードＤ１のカソードとが接続されている。トランジスタＱ１のエミッタとフォトダイオードＤ１のアノードは接地ライン２２に接続されている。また、トランジスタＱ１のコレクタは出力ライン２４に接続されている。
【０００５】
次に、この従来の光センサの動作について図３に示す信号波形図を参照して説明する。図３（１）において、ａ１はフォトダイオードＤ１が受光して正常に動作できる範囲内（所定値以下）の光レベルを有する投光パルスを示し、ａ６はフォトダイオードＤ１が正常に動作できる範囲外（所定値を越える）の過大な光レベルを有する投光パルスを示す。図３（２）において、ａ２はフォトダイオードＤ１が投光パルスａ１を受光したときのトランジスタＱ１のベースに与えられる正常時の駆動信号を示す。図３（３）において、ａ３は駆動信号ａ２によりトランジスタＱ１が駆動されたときの出力ライン２４に出力される正常時の検出信号を示す。
【０００６】
また、図３（４）において、ａ４はフォトダイオードＤ１が過大な光レベルを有する投光パルスａ６を受光したときのトランジスタＱ１のベースに与えられる異常時の駆動信号を示し、ｔ１は投光パルスａ６が無くなってからのフォトダイオードＤ１が復帰するまでの立ち上がり時間を示す。図３（５）において、ａ５は駆動信号ａ４によりトランジスタＱ１が駆動されたときの出力ライン２４に出力される異常時の検出信号を示す。
【０００７】
このように、フォトダイオードＤ１が所定の光レベル以下の投光パルスａ１を受光したときは、正常な駆動信号ａ２をトランジスタＱ１のベースに与え、トランジスタＱ１を駆動させる。これにより、トランジスタＱ１のコレクタに接続された出力ライン２４からは投光パルスａ１に対応した正常な検出信号ａ３が出力されることになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、過大な光レベルを有する投光パルスａ６をフォトダイオードＤ１が受光すると、フォトダイオードＤ１は動作が過飽和状態となって光電変換電流（受光電流）が多く流れるため、駆動信号ａ４に示すようにフォトダイオードＤ１のカソード側がマイナス電位まで落ち込むという状態になる。このようにマイナス電位となった後は、フォトダイオードＤ１のアノードから電流が供給され、一見動作に関係ないように思われるが、フォトダイオードＤ１には寄生容量があるため正常状態に復帰するまでに図３（４）に示すように余分に時間ｔ１を要し、検出の応答速度が遅くなる。それは、フォトダイオードＤ１の容量成分（寄生容量）への充電のための電流が生じ、この容量成分への充電電流は光電変換電流（受光電流）の流れる向きと同じであることによるものである。
【０００９】
このような従来の光センサを適用した場合の問題点について更に詳しく説明する。光センサとして過大入光になる状況として以下の場合が考えられる。
【００１０】
光センサの検出距離規格よりも遙かに短い距離での検出対象を検出する場合、例えば、検出距離規格が１ｍの光センサで１０ｃｍの位置の検出対象（鏡面体）を検出する場合、この光センサは１０ｃｍの位置の検出対象を検出すると、受光量（エネルギー）は距離の２乗に反比例するため一万倍となる。この場合に受光波形のイメージにおける過大入光波形の延び（図３では駆動信号ａ４のローレベルの期間）が例えば２００μＳ以上に達する場合もある（光センサにより状況は異なる）。
【００１１】
光センサの応答時間が１ｍＳの場合、投光周期は約１００μＳとなり、過大入光のために、前回の受光波形が本来の投光タイミングで今回の受光波形に重畳することになる。この場合、適正な受光レベルに対応する信号レベルを得ることができず、検出動作が不安定になる。したがって、本来の投光時に信号レベルが安定していない場合には、信号レベルが安定するまで投光を中止するように構成されている。
【００１２】
そのため、例えば過大入力による応答時間の延びが２００μＳとすると、応答時間が通常の２倍となり、光センサの規格を満足できない状態が生じる。また、実際には光センサが２台以上併設される場合も多く、その場合には最初に投光された光センサが本来の投光タイミングより受光が遅れると、後になって隣りの光センサへの投光による受光が生じ、更に応答時間が延びるという不具合も生じる。更に安全の監視に用いられるセーフティ用光センサの場合には法的な安全規格によりセンサ本体にボリュームを付けることができないため、上記のようなセンサ規格以下の距離での使用の状況が増え、検出精度が劣るという問題が生じる。
【００１３】
【発明の開示】
本発明は上記の従来例の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、過大な光レベルを有する投光を受けても、受光素子が過飽和状態になることを防止することにより、検出の応答速度の高速化を図れる光センサを提供することにある。
【００１４】
本発明に係る光センサは、定電圧源に第１及び第２の抵抗を介してカソードが接続され、アノードが接地されたフォトダイオードと、検出対象を検出したことを示す検出信号を出力するコレクタが前記第１及び第２の抵抗の接続点に接続され、ベースが前記フォトダイオードのカソードに接続され、エミッタが接地された検出信号出力用のトランジスタとを備えた光センサにおいて、コレクタが前記定電圧源に接続されると共にエミッタが前記フォトダイオードのカソードに接続され、ベース電位を制御することにより前記ファトダイオードのカソードの電位変化を抑制する電位変化抑制用のトランジスタを設けたことを特徴としている。
【００１５】
本発明に係る光センサによれば、所定値を越える過大な光レベルの光がフォトダイオードに投光されると、フォトダイオードには多くの電流が流れ、フォトダイオードの両端間の電位差が高くなろうとするが、直ぐに前記電位変化抑制用のトランジスタによりフォトダイオードの両端間の電位差が下げられ、フォトダイオードの電流は少なくなる。したがって、フォトダイオードが過飽和状態になることが防止できるので、フォトダイオードが飽和後に素早く復帰でき、検出の応答速度の高速化を図れる。
【００１６】
また、本発明に係る光センサによれば、前記検出信号出力用のトランジスタは、前記フォトダイオードに流れる電流に応答した電圧を検出信号として出力するように、ベースが前記フォトダイオードの一方端子に接続されているので、前記フォトダイオードは光を受けて電流が流れると、その電流は検出信号出力用のトランジスタを動作させ、これにより、その電流が電圧に変換され、検出信号を得ることができる。
【００１７】
また、本発明に係る光センサによれば、電位変化抑制用のトランジスタは、前記フォトダイオードの電位の変化が所定値を越えたとき動作するように、エミッタ（接地側への電極）が前記フォトダイオードの一方端子に接続されているので、前記フォトダイオードの一方端子の電位の変化が所定値を越えたとき、前記電位変化抑制用のトランジスタが動作し、これにより前記フォトダイオードに流れる電流が制限される。したがって前記フォトダイオードは過飽和状態にはならず、正常に動作し、検出の応答速度の高速化を図れる。
【００２０】
また、本発明に係る光センサのある実施態様によれば、前記電位変化抑制用のトランジスタのコレクタとベースの間に接続された抵抗と、前記電位変化抑制用のトランジスタのベースと前記接地間に順方向接続されたダイオードとを備えている。この構成において、前記抵抗と前記ダイオードとにより前記トランジスタのベース電位が設定され、また前記ダイオードは接地からの逆流の電流を防ぐとともに前記ベース電位を０Ｖ以上に保つ。ここで、例えば、過大入光時に前記フォトダイオードに発生する光電変換電流により該フォトダイオードの一方端子（カソード）の電位が低下し、これにより前記トランジスタのベース・エミッタ間に電位差が生じて該トランジスタがオンする。該トランジスタがオンすると、該トランジスタのエミッタが０Ｖ付近で十分に電流の供給を受けるため、それ以上エミッタ電位が下がることはなくなる。このように、エミッタ電位（フォトダイオードのカソード電位）の低下を抑制することにより、光電変換電流が無くなった後のフォトダイオードの立ち上がり時間（正常動作への復帰時間）が短縮される。
【００２１】
また、本発明に係る光センサの別な実施態様によれば、前記電位変化抑制用のトランジスタのコレクタとベースの間に接続された抵抗と、前記電位変化抑制用のトランジスタのベースと接地間に順方向のダイオード接続された第３のトランジスタとを備えている。この構成において、前記抵抗と前記第３のトランジスタとにより前記電位変化抑制用のトランジスタのベース電位が設定され、また前記第３のトランジスタは接地からの逆流の電流を防ぐとともに前記ベース電位を０Ｖ以上に保つ。ここで、例えば、過大入光時に前記フォトダイオードに発生する光電変換電流により該フォトダイオードの一方端子（カソード）の電位が低下し、これにより前記電位変化抑制用のトランジスタのベース・エミッタ間に電位差が生じて該トランジスタがオンする。該トランジスタがオンすると、該トランジスタのエミッタが０Ｖ付近で十分に電流の供給を受けるため、それ以上エミッタ電位が下がることはなくなる。このように、エミッタ電位（受光素子のカソード電位）の低下を抑制することにより、光電変換電流が無くなった後のフォトダイオードの立ち上がり時間（正常動作への復帰時間）が短縮される。
【００２２】
また、本発明に係る光センサのさらに別な実施態様によれば、前記電位変化抑制用のトランジスタのベースと接地間に接続されたベース定電圧源を備えている。この構成によれば、前記ベース定電圧源により前記電位変化抑制用のトランジスタのベース電位が設定され、接地からの逆流の電流を防ぐとともに前記ベース電位を０Ｖ以上に保つ。また、前記定電圧源の電圧設定を変えれば、前記電位変化抑制用のトランジスタがオンするエミッタ電位を変更することができる。ここで、例えば、過大入光時に前記フォトダイオードに発生する光電変換電流により該フォトダイオードの一方端子（カソード）の電位が低下し、これにより前記トランジスタのベース・エミッタ間に電位差が生じて該トランジスタがオンする。該トランジスタがオンすると、該トランジスタのエミッタが０Ｖ付近で十分に電流の供給を受けるため、それ以上エミッタ電位が下がることはなくなる。このように、エミッタ電位（フォトダイオードのカソード電位）の低下を抑制することにより、光電変換電流が無くなった後のフォトダイオードの立ち上がり時間（正常動作への復帰時間）が短縮される。
【００２３】
また、本発明に係る光センサのさらに別な実施態様によれば、前記電位変化抑制用のトランジスタのベースと接地間に接続されたベース定電圧源と、該制ベース電圧源と前記トランジスタのベース間に接続されたバッファとを備えている。この構成によれば、前記ベース定電圧源により前記電位変化抑制用のトランジスタのベース電位が設定され、接地からの逆流の電流を防ぐとともに前記ベース電位を０Ｖ以上に保つ。また、前記定電圧源の電圧設定を変えれば、前記電位変化抑制用のトランジスタがオンするエミッタ電位を変更することができる。更に、前記バッファを備えることにより、前記ベース定電圧源から前記トランジスタのベースに与えられる電圧が安定し、該トランジスタの動作の精度が高まる。ここで、例えば、過大入光時に前記フォトダイオードに発生する光電変換電流により該フォトダイオードの一方端子（カソード）の電位が低下し、これにより前記トランジスタのベース・エミッタ間に電位差が生じて該トランジスタがオンする。該トランジスタがオンすると、該トランジスタのエミッタが０Ｖ付近で十分に電流の供給を受けるため、それ以上エミッタ電位が下がることはなくなる。このように、エミッタ電位（受光素子のカソード電位）の低下を抑制することにより、光電変換電流が無くなった後の受光素子の立ち上がり時間（正常動作への復帰時間）が短縮される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図４は本発明の第１の実施形態に係る光センサの回路図である。図４に示すように、定電圧源としての電源ライン２１には、抵抗Ｒ２を介して検出信号出力手段としてのトランジスタＱ１のコレクタが接続されているとともに、抵抗Ｒ２および抵抗Ｒ１を介してトランジスタＱ１のベースとフォトダイオードＤ１のカソードが接続されている。トランジスタＱ１のエミッタとフォトダイオードＤ１のアノードは接地ライン２２に接続されている。また、トランジスタＱ１のコレクタは出力ライン２４に接続されている。また、電源ライン２１には、電位変化抑制手段としてのトランジスタＱ２のコレクタおよび抵抗Ｒ３の一端が接続されている。トランジスタＱ２のベースと抵抗Ｒ３の他端とは接続されている。トランジスタＱ２のベースは順方向に接続されたダイオードＤ２を介して接地ライン２２に接続されている。本実施形態の特徴である電位変化抑制回路Ａ１は、トランジスタＱ２と抵抗Ｒ３とダイオードＤ２を備えている。
【００２５】
次に、この第１の実施形態の光センサの動作について図５に示す信号波形図を参照して説明する。図５（１）において、ａ１はフォトダイオードＤ１が受光して正常に動作できる範囲内の光レベルを有する投光パルスを示し、ａ６はフォトダイオードＤ１が正常に動作できる範囲外の過大な光レベルを有する投光パルスを示す。図５（２）において、ａ２はフォトダイオードＤ１が投光パルスａ１を受光したときのトランジスタＱ１のベースに与えられる正常時の駆動信号を示す。図５（３）において、ａ３は駆動信号ａ２によりトランジスタＱ１が駆動されたときの出力ライン２４に出力される正常時の検出信号を示す。
【００２６】
また、図５（４）において、ａ７はフォトダイオードＤ１が過大な光レベルを有する投光パルスａ６を受光したときのトランジスタＱ１のベースに与えられる駆動信号を示す。図５（５）において、ａ８は駆動信号ａ４によりトランジスタＱ１が駆動されたときの出力ライン２４に出力される検出信号を示す。
【００２７】
このように、フォトダイオードＤ１が所定の光レベル以下の投光パルスａ１を受光したときは、通常動作であるのでトランジスタＱ２はベース・エミッタ間の電位差が０Ｖに近いためオフしており、正常な駆動信号ａ２をトランジスタＱ１のベースに与え、トランジスタＱ１を駆動させる。これにより、トランジスタＱ１のコレクタに接続された出力ライン２４からは投光パルスａ１に対応した正常な検出信号ａ３が出力されることになる。
【００２８】
一方、フォトダイオードＤ１が所定の光レベルを越える投光パルスａ６を受光したときは、フォトダイオードＤ１に発生する光電変換電流により、そのカソード電位が低下し、トランジスタＱ２のベース・エミッタ間の電位差が大きくなる。これにより、トランジスタＱ２がオンし、このエミッタが０Ｖ付近で十分に電流の供給を受けるため、フォトダイオードＤ１のカソード電位がこれ以上下がらなくなる。即ち、フォトダイオードＤ１のカソード電位（図５の駆動信号ａ７）の低下（例えば図３の駆動信号ａ４のように電位反転）が抑えられるため、光電変換電流が無くなった後の立ち上がり時間（正常動作への復帰時間）が短縮される。したがって、駆動信号ａ７を受けたトランジスタＱ１は駆動され、出力ライン２４からは投光パルスａ６に対応した検出信号ａ８が高速で出力されることになる。
【００２９】
このように第１の実施形態によれば、従来の回路に電位変化抑制手段としてのトランジスタＱ２、抵抗Ｒ３、およびダイオードＤ２を追加するだけで済むのでＩＣの回路規模に影響せずに、フォトダイオードＤ１の電位変化を極力抑え、フォトダイオードＤ１の過飽和を防止でき、また、飽和後に素早く復帰でき、これにより光電変換電流が無くなった後の立ち上がり時間が短縮され、したがって、検出信号を高速で出力することができる。
【００３０】
（第２の実施形態）
図６は本発明の第２の実施形態に係る光センサの回路図である。図６に示すように、電源ライン２１には、抵抗Ｒ２を介して検出信号出力手段としてのトランジスタＱ１のコレクタが接続されているとともに、抵抗Ｒ２および抵抗Ｒ１を介してトランジスタＱ１のベースとフォトダイオードＤ１のカソードが接続されている。トランジスタＱ１のエミッタとフォトダイオードＤ１のアノードは接地ライン２２に接続されている。また、トランジスタＱ１のコレクタは出力ライン２４を介してバッファ２６の入力端子に接続されている。バッファ２６の出力端子は出力ライン２５に接続されている。また、バッファ２６には電源ライン２１と接地ライン２２が接続され、電源電圧が与えられる。電源ライン１２には、電位変化抑制手段としてのトランジスタＱ２のコレクタおよび抵抗Ｒ３の一端が接続されている。トランジスタＱ２のベースと抵抗Ｒ３の他端とは接続されている。トランジスタＱ２のベースは順方向にダイオード接続されたトランジスタＱ３を介して接地ライン２２に接続されている。本実施形態の特徴である電位変化抑制回路Ａ２は、トランジスタＱ２と抵抗Ｒ３とトランジスタＱ３を備えている。
【００３１】
次に図６に示す回路の動作について下記の回路式を参照して説明する。下記の回路式において、Ｖ１はバッファ２６へ与えられる出力電圧（検出信号）、ＶｂｅはトランジスタＱ１のベース・エミッタ間電圧、Ｖｃｃは電源ライン２１と接地ライン２２による電源電圧、ＩＤはフォトダイオードＤ１の光電変換電流、βはトランジスタＱ１のエミッタ接地の電流増幅率、ｒ１は抵抗Ｒ１の抵抗値、ｒ２は抵抗Ｒ２の抵抗値を示す。
【００３２】
まず、定常動作時において、フォトダイオードＤ１への入力光がない状態では出力電圧Ｖ１は次の（１）式で示される。
【００３３】
Ｖ１＝Ｖｂｅ＋ｒ１×（Ｖｃｃ−Ｖｂｅ）／｛ｒ１＋ｒ２（１＋β）｝・・・・・（１）
【００３４】
次に、定常動作時において、フォトダイオードＤ１に光が入った状態では、出力電圧Ｖ１は次の（２）式で示される。
【００３５】
Ｖ１＝Ｖｂｅ＋ｒ１×（Ｖｃｃ−Ｖｂｅ）／｛ｒ１＋ｒ２（１＋β）｝＋ｒ１×ＤＩ・・・・・（２）
【００３６】
この（２）式に示すようにフォトダイオードＤ１に光が入った場合は、光電変換電流ＩＤに応じて抵抗Ｒ１に流れる電流が増加し、出力電圧Ｖ１が変化することが分かる。したがって、例えばパルス状の光がフォトダイオードＤ１に与えられた場合、トランジスタＱ１のベース電位が変化し、これに伴って出力電圧Ｖ１もパルス状に変化することになる。
【００３７】
次に図６においてトランジスタＱ２、トランジスタＱ３、および抵抗Ｒ３が無いと仮定した場合で過大入光時の動作を下記の回路式を参照にして説明する。過大入光時の出力電圧Ｖ１は次の（３）式で示される。
【００３８】
Ｖ１＜（Ｖｃｃ−Ｖｂｅ）×ｒ１／（ｒ１＋ｒ２）＋Ｖｂｅ・・・・・（３）
【００３９】
この（３）式の不等号が等号であると仮定した場合にトランジスタＱ１のコレクタ電流が零であり、トランジスタＱ１に電流が流れなくなる点を表す。
【００４０】
上記（３）式の条件より定常動作が可能である光電変換電流ＩＤは次の（４）式で示される。
【００４１】
ＩＤ＜（Ｖｃｃ−Ｖｂｅ）／（ｒ１＋ｒ２）・・・・・（４）
【００４２】
光電変換電流ＩＤが（４）式で示す電流を越えた場合、トランジスタＱ１のベース電位Ｖ２が低下して、トランジスタＱ１が動作しなくなる。これはフォトダイオードＤ１に過飽和状態の光電変換電流ＩＤが流れ、このアノード側の電位が低下することによるものである。このときのベース電位Ｖ２は次の（５）式で示される。
【００４３】
Ｖ２＝Ｖｃｃ−（ｒ１＋ｒ２）×ＩＤ・・・・・（５）
【００４４】
但し、ベース電位Ｖ２が接地電位以下になった場合はフォトダイオードＤ１が順方向に動作することになり、フォトダイオードＤ１の順方向に対する電位差が例えばＶＦ≒０．７になった場合に、光電変換電流ＩＤの一部が順方向電圧として作用し、ベース電位Ｖ２が約−０．７Ｖで固定される。
【００４５】
ここで、ベース電位Ｖ２の固定自体は特に問題がないが、フォトダイオードＤ１の動作状態が逆バイアス状態でのダイオードとして否アクティブ状態からアクティブ状態になることが問題となる。一旦、フォトダイオードＤ１がアクティブ状態になることで、この後、受ける光が無くなり、光電変換電流ＩＤが低下して本来の定常動作状態になる電流値に復帰した場合にもフォトダイオードＤ１への電圧が逆バイアスになるまでに時間を要する。フォトダイオードＤ１が順方向に動作した後の逆バイアスへの復帰時間は、通常のトランジスタが飽和した場合と同様に電流値が大きく飽和が深いほど復帰時間が長くなる傾向がある。復帰時間が長くなったときの問題として高速応答の光センサでは、投光周期が短いため、本来の動作状態に復帰していない場合に、投光しても正確に受光できないことになる。
【００４６】
次に、トランジスタＱ２、トランジスタＱ３、および抵抗Ｒ３が有る場合に、過大入光があった場合の動作について説明する。定常動作時にはトランジスタＱ２、トランジスタＱ３、および抵抗Ｒ３は動作に関与せず、トランジスタＱ２のベース・エミッタ間電圧がほぼ０Ｖであるため、トランジスタＱ１の動作へは全く影響を与えない。そして、過大入光時には上記（５）式で示したようにベース電位Ｖ２が低下し、接地電位付近になると、トランジスタＱ２が動作し、フォトダイオードＤ１に生じる電流の一部を供給する。
【００４７】
仮にベース電位Ｖ２が接地電位で固定されるとした場合、トランジスタＱ２が供給する電流ＩＱ２は次の（６）式で示すようになる。
【００４８】
ＩＱ２＝ＩＤ１−Ｖｃｃ／（ｒ１＋ｒ２）・・・・・（６）
【００４９】
この場合の動作として、フォトダイオードＤ１はアノード・カソード間電圧が０Ｖであるためにダイオードとしての動作は否アクティブ状態を維持する。このため、フォトダイオードＤ１が定常値に復帰した後に速やかに定常動作点に復帰できる。
【００５０】
なお、この第２の実施形態ではトランジスタＱ３を用いてダイオードの動作を行うようにしたが、これはダイオードをそのまま用いても良い。
【００５１】
このように第２の実施形態によれば、従来の回路に電位変化抑制手段としてのトランジスタＱ２、抵抗Ｒ３、およびトランジスタＱ３を追加するだけで済むのでＩＣの回路規模に影響せずに、フォトダイオードＤ１の電位変化を極力抑え、フォトダイオードＤ１の過飽和を防止でき、また、飽和後に素早く復帰でき、これにより光電変換電流が無くなった後の立ち上がり時間が短縮され、したがって、検出信号を高速で出力することができる。また、この第２の実施形態ではバッファ２６を介して検出信号が出力されるので、第１の実施形態に比べ検出信号を精度よく、次段の回路に伝達することができる。
【００５２】
（第３の実施形態）
図７は本発明の第３の実施形態に係る光センサの回路図である。図７に示すように、電源ライン２１には、抵抗Ｒ２を介して検出信号出力手段としてのトランジスタＱ１のコレクタが接続されているとともに、抵抗Ｒ２および抵抗Ｒ１を介してトランジスタＱ１のベースとフォトダイオードＤ１のカソードが接続されている。トランジスタＱ１のエミッタとフォトダイオードＤ１のアノードは接地ライン２２に接続されている。また、トランジスタＱ１のコレクタは出力ライン２４を介してバッファ２６の入力端子に接続されている。バッファ２６の出力端子は出力ライン２５に接続されている。また、バッファ２６には電源ライン２１と接地ライン２２が接続され、電源電圧が与えられる。電源ライン１２には、電位変化抑制手段としてのトランジスタＱ２のコレクタが接続されている。トランジスタＱ２のベースは例えば電圧０．６Ｖ〜１．２Ｖのベース定電圧源２７の正極に接続され、このベース定電圧源２７の負極は接地ライン２２に接続されている。本実施形態の特徴である電位変化抑制回路Ａ３は、トランジスタＱ２とベース定電圧源２７を備えている。
【００５３】
次に、この第３の実施形態に係る光センサの動作について図５に示す信号波形図を参照して説明する。フォトダイオードＤ１が所定の光レベル以下の投光パルスａ１を受光したときは、通常動作であるのでトランジスタＱ２はベース・エミッタ間の電位差が０Ｖに近いためオフしており、正常な駆動信号ａ２をトランジスタＱ１のベースに与え、トランジスタＱ１を駆動させる。これにより、トランジスタＱ１のコレクタに接続された出力ライン２４からは投光パルスａ１に対応した正常な検出信号ａ３が出力され、更に検出信号ａ３はバッファ２６を介して出力ライン２５に出力されることになる。
【００５４】
一方、フォトダイオードＤ１が所定の光レベルを越える投光パルスａ１を受光したときは、フォトダイオードＤ１に発生する光電変換電流により、そのカソード電位が低下し、トランジスタＱ２のベース・エミッタ間の電位差が大きくなる。これにより、トランジスタＱ２がオンし、このエミッタが０Ｖ付近で十分に電流の供給を受けるため、フォトダイオードＤ１のカソード電位がこれ以上下がらない。即ち、フォトダイオードＤ１のカソード電位（図５の駆動信号ａ７）の低下（例えば図２の駆動信号ａ４のような電位反転）が抑えられるため、光電変換電流が無くなった後の立ち上がり時間（正常動作への復帰時間）が短縮される。したがって、駆動信号ａ７を受けたトランジスタＱ１は駆動され、出力ライン２４からは投光パルスａ６に対応した検出信号ａ８が高速で出力され、更に検出信号ａ８はバッファ２６を介して出力ライン２５に出力されることになる。
【００５５】
なお、この第３の実施形態では、トランジスタＱ２のベース電位はベース定電圧源２７の電圧を変えることにより、変えることができ、したがってフォトダイオードＤ１のカソード電位に関連してトランジスタＱ２がオン／オフするベース電位を設定することができる。ベース定電圧源２７としては光センサの主電源の電圧を所定レベルに変圧したものを用いても良く、あるいは電池などを用いても良い。
【００５６】
このように第３の実施形態によれば、従来の回路に電位変化抑制手段としてのトランジスタＱ２およびベース定電圧源２７を追加するだけで済むのでＩＣの回路規模に影響せずに、フォトダイオードＤ１に電位変化を極力抑え、フォトダイオードＤ１の過飽和を防止でき、また、飽和後に素早く復帰でき、これにより光電変換電流が無くなった後の立ち上がり時間が短縮され、したがって、検出信号を高速で出力することができる。
【００５７】
（第４の実施形態）
図８は本発明の第４の実施形態に係る光センサの回路図である。図８に示すように、電源ライン２１には、抵抗Ｒ２を介して検出信号出力手段としてのトランジスタＱ１のコレクタが接続されているとともに、抵抗Ｒ２および抵抗Ｒ１を介してトランジスタＱ１のベースとフォトダイオードＤ１のカソードが接続されている。トランジスタＱ１のエミッタとフォトダイオードＤ１のアノードは接地ライン２２に接続されている。また、トランジスタＱ１のコレクタは出力ライン２４を介してバッファ２６の入力端子に接続されている。バッファ２６の出力端子は出力ライン２５に接続されている。また、バッファ２６には電源ライン２１と接地ライン２２が接続され、電源電圧が与えられる。電源ライン１２には、電位変化抑制手段としてのトランジスタＱ２のコレクタが接続されている。トランジスタＱ２のベースはバッファ２８の出力端子に接続されている。バッファ２８の入力端子は、例えば電圧０．６Ｖ〜１．２Ｖのベース定電圧源２７の正極に接続され、ベース定電圧源２７の負極は接地ライン２２に接続されている。本実施形態の特徴である電位変化抑制回路Ａ４は、トランジスタＱ２とバッファ２８とベース定電圧源２７とを備えている。
【００５８】
次に、この第４の実施形態に係る光センサの動作について図５に示す信号波形図を参照して説明する。フォトダイオードＤ１が所定の光レベル以下の投光パルスａ１を受光したときは、通常動作であるのでトランジスタＱ２はベース・エミッタ間の電位差が０Ｖに近いためオフしており、正常な駆動信号ａ２をトランジスタＱ１のベースに与え、トランジスタＱ１を駆動させる。これにより、トランジスタＱ１のコレクタに接続された出力ライン２４からは投光パルスａ１に対応した正常な検出信号ａ３が出力され、更に検出信号ａ３はバッファ２６を介して出力ライン２５に出力されることになる。
【００５９】
一方、フォトダイオードＤ１が所定の光レベルを越える投光パルスａ１を受光したときは、フォトダイオードＤ１に発生する光電変換電流により、そのアノード電位が低下し、トランジスタＱ２のベース・エミッタ間の電位差が大きくなる。これにより、トランジスタＱ２がオンし、このエミッタが０Ｖ付近で十分に電流の供給を受けるため、フォトダイオードＤ１のカソード電位がこれ以上下がらない。即ち、フォトダイオードＤ１のカソード電位（図５の駆動信号ａ７）の低下（例えば図３の駆動信号ａ４のような電位反転）が抑えられるため、光電変換電流が無くなった後の立ち上がり時間（正常動作への復帰時間）が短縮される。したがって、駆動信号ａ７を受けたトランジスタＱ１は駆動され、出力ライン２４からは投光パルスａ６に対応した検出信号ａ８が高速で出力され、更に検出信号ａ８はバッファ２６を介して出力ライン２５に出力されることになる。
【００６０】
なお、この第４の実施形態では、トランジスタＱ２のベース電位はベース定電圧源２７の電圧を変えることにより、変えることができ、したがってフォトダイオードＤ１のカソード電位に関連してトランジスタＱ２がオン／オフするベース電位を設定することができる。また、電源２７からの電圧はバッファ２８を介してトランジスタＱ２のベースに与えられるので、精度の高いベース電位を供給できる。ベース定電圧源２７としてはこの光センサの主電源の電圧を所定レベルに変圧したものを用いても良く、あるいは電池などを用いても良い。
【００６１】
このように第４の実施形態によれば、従来の回路に電位変化抑制手段としてのトランジスタＱ２、バッファ２８、およびベース定電圧源２７を追加するだけで済むので、ＩＣの回路規模に影響せずにフォトダイオードＤ１の電位変化を極力抑え、フォトダイオードＤ１の過飽和を防止でき、また、飽和後に素早く復帰でき、これにより光電変換電流が無くなった後の立ち上がり時間が短縮され、したがって、検出信号を高速で出力することができる。
【００６２】
（第５の実施形態）
図９は光センサを用いたカーテンセンサ（ラインセンサ）の構成を示すブロック図である。図９において、発光側ラインボード３０には複数の発光素子であるＬＥＤ３１，３２，３３，３４，３５などが配置され、受光側ラインボード４０には光センサ４１，４２，４３，４４，４５などが配置されている。ＬＥＤ３１，３２，３３，３４，３５などは図示しない発振回路からの例えばパルス信号によりパルス光を一定周期で出力する。光センサ４１，４２，４３，４４，４５などは図４、図６、図７、図８の何れかの回路で実現され、ＬＥＤ３１，３２，３３，３４，３５などからの光をそれぞれ受け、検出信号を出力する。
【００６３】
このようなカーテンセンサは、例えば工場において生産された部品などの出荷管理でのピッキング検出に用いたり、成型機や自動機周りのセーフティーセンサとして用いることが考えられる。
【００６４】
なお、各実施形態では、受光素子としてフォトダイオードを用いた例を示したが、それに限らず、フォトトランジスタを用いても良い。また、各実施形態の光センサは防犯装置などに用いるに限らず、光ファイバケーブルを介して伝送されてきた光信号をフォトダイオードで電気信号に変換して所定の信号処理に用いることもできる。
【００６５】
以上説明した各実施形態によれば、過大な入光があった場合にフォトダイオードに対しての電流パスが生じるためにフォトダイオード自体が動作反転しダイオードとして動作する状態に陥ることがなくなり、これにより受光信号が延長（信号波形でいえば、波形の延長）するなどの異常を防止できる。このような受信信号の異常を回避することで、光センサとしては、規格値より遙かに短い検出距離でも正規の検出距離で検出が可能となり、また併設された光センサからの過大な入光に対しても正規の動作を損なわずに検出が可能となる。また、セーフティセンサなどの規格以下の距離における正常動作を確保することができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、光を受けたとき電流が流れる受光素子と、この受光素子に電流が流れたとき又は変化したとき検出対象を検出したことを示す検出信号を出力する検出信号出力手段とを備えた光センサにおいて、入力光の強さが所定値を越えたとき前記受光素子の一方端子の電位変化を抑えるように作用する電位変化抑制手段を設けたので、所定値を越える過大な光レベルの光が前記受光素子に投光されると、該受光素子は多くの電流が流れ、受光素子の両端間の電位差が高くなろうとするが、直ぐに前記電位変化抑制手段により該受光素子の両端間の電位差が下げられ、受光素子の電流は少なくなる。したがって、受光素子が過飽和状態になることが防止できるので、受光素子が飽和後に素早く復帰でき、検出の応答速度の高速化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光センサまたは本発明の光センサが採用されたセンサシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】従来の光センサの回路図である。
【図３】従来の光センサの動作を説明するための信号波形図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る光センサの回路図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る光センサの動作を説明するための信号波形図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る光センサの回路図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る光センサの回路図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る光センサの回路図である。
【図９】本発明の実施形態に係る光センサを用いたカーテンセンサの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４      電位変化抑制回路（電位変化抑制手段）
Ｄ１      フォトダイオード（発光素子）
Ｄ２      ダイオード
Ｑ１      検出信号出力用のトランジスタ
Ｑ２      電位変化抑制用のトランジスタ
Ｒ３      抵抗
２７      ベース定電圧源（制御電極定電圧源）
２８      バッファ
【図１】
0003893926.tif 000002
【図２】
0003893926.tif 000003
【図３】
0003893926.tif 000004
【図４】
0003893926.tif 000005
【図５】
0003893926.tif 000006
【図６】
0003893926.tif 000007
【図７】
0003893926.tif 000008
【図８】
0003893926.tif 000009
【図９】
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