(57)【要約】【課題】入力コンデンサの応答遅れに起因する不具合を生じることなくセンサ信号を安定に増幅することのできる簡易な構成のセンサ信号増幅装置を提供する。【解決手段】例えば光電センサ用受光ＩＣから出力されるパルス状のセンサ信号を取り込む入力コンデンサと、この入力コンデンサを介して取り込まれる前記センサ信号を増幅して出力する増幅器とを備え、特に抵抗とダイオードとを直列接続したダイオード回路の一端を前記入力コンデンサと前記増幅器との間に接続すると共に、前記ダイオード回路の他端に所定の電圧を印加し、前記入力コンデンサを介して取り込まれた前記センサ信号の基準レベルを一定に保持することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力コンデンサを介してパルス状のセンサ信号を入力し、このセンサ信号を増幅して出力する増幅器を備えたセンサ信号増幅装置であって、
抵抗とダイオードとを直列接続したダイオード回路の一端を前記入力コンデンサと前記増幅器との間に接続すると共に、前記ダイオード回路の他端に所定の電圧を印加し、前記入力コンデンサを介して取り込まれた前記センサ信号の基準レベルを一定に保持することを特徴とするセンサ信号増幅装置。
【請求項２】
前記センサ信号は、パルス光を受光する受光器の受光量に応じた出力電流を電圧信号に変換するＩ-Ｖ変換器と、このＩ-Ｖ変換器から出力される電圧信号を結合コンデンサを介して入力して該電圧信号を増幅して出力するリニア増幅器とを備えた光電センサ用受光ＩＣの出力信号である請求項１に記載のセンサ信号増幅装置。
【請求項３】
前記増幅器は、前記入力コンデンサを通して取り込んだセンサ信号を入力抵抗を介して入力する反転入力端子、および基準電圧が加えられる非反転入力端子を備え、その出力端子と前記反転入力端子との間に帰還抵抗、高域カット用コンデンサおよび出力制限用ダイオードをそれぞれ並列接続した演算増幅器であって、
前記ダイオード回路の他端に印加する所定の電圧は、前記基準電圧から前記ダイオードの順方向降下電圧を差し引いた電圧である請求項１に記載のセンサ信号増幅装置。
【請求項４】
前記ダイオード回路は、該ダイオード回路を構成する前記抵抗の値を調整して、前記入力コンデンサを介して取り込まれる前記センサ信号の基準レベルを規定するバイアスを最適化したものである請求項１に記載のセンサ信号増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば光電センサが出力するパルス状のセンサ信号を入力し、このセンサ信号を増幅して出力する増幅器を備え、特に前記センサ信号の急激なレベル変化時における応答遅れを解消したセンサ信号増幅装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体検出等に用いられる光電センサは、その投光部から照射されたパルス光やその反射光を受光部により検出し、その受光量（受光強度）に応じたセンサ信号を出力するように構成される。ちなみに上記光電センサの受光部は、例えば図５に示すようにフォトダイオード等の受光器１と、この受光器１の受光量に応じた出力電流Ｉを電圧信号Ｖに変換するＩ-Ｖ変換器２と、上記電圧信号Ｖを結合コンデンサ３を介して入力して該電圧信号Ｖを所定の電圧レベルに増幅して出力するリニア増幅器４とを備えて構成される。尚、この種の光電センサの受光部は、通常、上記受光器１、Ｉ-Ｖ変換器２、結合コンデンサ３およびリニア増幅器４を含む受光用ＩＣ５として実現される。
【０００３】
ところで光電センサの受光部である受光用ＩＣ５（リニア増幅器４）から出力されるパルス状のセンサ信号を検出して各種制御に用いるような場合、或いは上記センサ信号を信号線（信号ケーブル）を介して伝送するような場合には、専ら、センサ信号増幅装置を用いて上記センサ信号を増幅することが行われる。この種のセンサ信号増幅装置は、例えば図６にその概略構成を示すように入力コンデンサ６と、この入力コンデンサ６を介して反転入力端子（−）に取り込んだパルス状のセンサ信号の電圧が、非反転入力端子（＋）に加えられる基準電圧Ｖrefと等しくなるように負帰還を掛けて上記センサ信号を増幅する増幅器７とを備えて構成される。この種のセンサ信号増幅装置については、例えば特許文献１,２等に詳しく紹介される。
【０００４】
ちなみに上記センサ信号増幅装置に組み込まれる増幅器７は、概略的には前述した入力コンデンサ６を介して取り込んだセンサ信号を入力抵抗Ｒinを介して入力する反転入力端子（マイナス入力端子）および前記基準電圧Ｖrefが加えられる非反転入力端子（プラス入力端子）を備え、その出力端子と前記反転入力端子との間に帰還抵抗Ｒf、高域カット用コンデンサＣfおよび出力制限用ダイオードＤfをそれぞれ並列接続した演算増幅器ＯＰとして実現される。尚、基準電圧Ｖrefは、例えばその電源電圧Ｖccを抵抗Ｒ1,Ｒ2により分圧することで生成される。
【特許文献１】特開平１０−１９６７３号公報
【特許文献２】特開平１１−１３２８４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで前記受光用ＩＣ５（リニア増幅器４）から出力されるセンサ信号は、前述したように投光部から照射されたパルス光またはその反射光の前記受光器１による受光量に相当したものであり、例えば図７(ａ)に示すように、その基準レベルからの振幅が受光量によって変化するパルス波形からなり、この例では前記センサ信号はその出力信号レベルが基準レベルよりもマイナス側に変化するパルス成分として示される。尚、センサ信号の基準レベルとは、前記受光器１がパルス光またはその反射光を受光していないときの出力信号レベルを指す。また基準レベルよりもプラス側のレベル変化は、前記パルス状のセンサ信号の振り戻し成分である。そしてセンサ信号の増幅は、前述したように前記増幅器７において上記センサ信号のレベルが基準電圧Ｖrefと等しくなるように負帰還を掛けて行われる。
【０００６】
しかしながら上述したセンサ信号を前述した入力コンデンサ６を介して取り込むと、前記増幅器（演算増幅器ＯＰ）７の特性と相俟って次第に前記入力コンデンサ６に電荷が蓄積され、例えば図７(ｂ)に示すようにその基準レベルが次第に変化することが否めない。具体的には前記センサ信号の振幅（パルス波高）が大きいと前記増幅器７の出力が飽和して該増幅器７のバーチャルショート状態が崩れ、これに起因して前記入力コンデンサ６に蓄積された電荷が放電され難くなる。するとコンデンサ６に蓄積された電荷に起因してバイアスシフトが生じ、前記増幅器７に入力されるセンサ信号の基準レベルが次第に高くなる。この状態から前記センサ信号の振幅が小さくなると、前記コンデンサ６に蓄積された電荷が徐々に放電されるので、入力コンデンサ６を介して取り込まれたセンサ信号の基準レベルが次第に低くなる。 
【０００７】
具体的には図７(ａ)に示すように振幅の大きなセンサ信号の入力が或る程度継続すると、入力コンデンサ６を介して取り込まれたセンサ信号の基準レベルが図７(ｂ)に示すように次第に上昇する。しかしこの状態から前記センサ信号のその振幅が急激に小さくなっても、前記入力コンデンサ６に蓄積された電荷が放電されるまでの期間に亘って図７(ｂ)に示すように前記センサ信号の基準レベルが徐々に低下するだけである。この為、図７(ｃ)に示すように前述した基準電圧Ｖrefを基準として上記センサ信号を増幅することができなくなる虞が生じる。
【０００８】
ちなみにセンサ信号の基準レベルは、前記入力コンデンサ６に蓄積された電荷の放電に伴って低下するので、基準レベルが或る程度低下したタイミングからは再び前記センサ信号の増幅が可能となる。即ち、センサ信号の振幅が急激に小さくなったような場合、入力コンデンサ６に蓄積された電荷に起因して上昇していた前記センサ信号の基準レベルが或る程度低下するまでの期間、前記センサ信号を検出することができず、センサ信号の誤検出が生じることが否めない。
【０００９】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、例えば光電センサ用受光ＩＣが出力するパルス状のセンサ信号を入力コンデンサを介して取り込み、増幅器を介して上記センサ信号を増幅して出力するに際して、入力コンデンサに蓄積される電荷の影響を受けることなしに前記センサ信号を確実に、しかも安定に増幅することのできる簡易な構成のセンサ信号増幅装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した目的を達成するべく本発明に係るセンサ信号増幅装置は、例えば光電センサ用受光ＩＣから出力されるパルス状のセンサ信号を取り込む入力コンデンサと、この入力コンデンサを介して取り込まれる前記センサ信号を増幅して出力する増幅器とを備えたものであって、特に抵抗とダイオードとを直列接続したダイオード回路の一端を前記入力コンデンサと前記増幅器との間に接続すると共に、前記ダイオード回路の他端に所定の電圧を印加することで前記入力コンデンサへの電荷の不本意な蓄積を防いで、前記入力コンデンサを介して取り込まれた前記センサ信号の基準レベルを一定に保持するようにしたことを特徴としている。
【００１１】
ちなみに前記パルス状のセンサ信号は、パルス光を受光する受光器と、この受光器が前記パルス光の受光量に応じて出力する出力電流を電圧信号に変換するＩ-Ｖ変換器と、このＩ-Ｖ変換器から出力される前記パルス光の受光量に相当した電圧信号を結合コンデンサを介して入力して該電圧信号を増幅して出力するリニア増幅器とを備えた光電センサ用受光ＩＣの出力信号からなる。
【００１２】
また好ましくは前記増幅器は、前記入力コンデンサを通して取り込んだセンサ信号を入力抵抗を介して入力する反転入力端子、および基準電圧Ｖrefが加えられる非反転入力端子を備え、その出力端子と前記反転入力端子との間に帰還抵抗、高域カット用コンデンサおよび出力制限用ダイオードをそれぞれ並列接続した演算増幅器からなる。そして前記ダイオード回路の他端に印加する所定の電圧としては、例えば前記基準電圧Ｖrefから前記ダイオードの順方向降下電圧Ｖdを差し引いた電圧（Ｖref−Ｖd）として与えることが望ましい。
【００１３】
また前記ダイオード回路については、予め該ダイオード回路を構成する前記抵抗の値を調整して、前記入力コンデンサを介して取り込まれる前記センサ信号の基準レベルを規定するバイアスを最適化したものとして前記入力コンデンサと増幅器との間に組み込むことが望ましい。この際、抵抗値を調整可能な可変抵抗器を用いる用にしても良い。
【発明の効果】
【００１４】
上記構成のセンサ信号増幅装置によれば、入力コンデンサと増幅器との間に設けたダイオード回路は、振幅の大きいパルス状のセンサ信号により入力コンデンサに蓄積された電荷を該パルス状のセンサ信号の消失に伴っていち早く放電させるので、該センサ信号の基準レベルを安定に保つことになる。この結果、入力コンデンサを介して取り込まれたセンサ信号の基準レベルがその振幅変化に拘わることなく安定に保たれるので、センサ信号の振幅変化に拘わることなく該センサ信号を増幅器にて増幅することが可能となる。
【００１５】
換言すれば前記入力コンデンサと増幅器との間に設けたダイオード回路によって該入力コンデンサに蓄積された電荷を放電させることで、前記入力コンデンサを介して取り込まれるセンサ信号の基準レベルを安定に保つことができる。従って簡単な構成にて入力コンデンサに蓄積される電荷の影響を排除し、前記増幅器の飽和に伴うバイアスシフトの問題を解消して前記センサ信号を安定に増幅することが可能となる。これ故、その実用的利点が多大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について、光電センサ用受光ＩＣの出力信号を波形整形する係るセンサ信号増幅装置を例に説明する。
図１は、この実施形態に係るセンサ信号増幅装置の概略構成を示す図で、図４に示した従来のセンサ信号増幅装置と同一部分には同一符号を付して示している。このセンサ信号増幅装置は、例えば投光部から照射されたパルス光やその反射光を受光部により検出し、その受光量（受光強度）に応じたセンサ信号を出力する光電センサに組み込まれる。このセンサ信号増幅装置は、基本的には入力コンデンサ６を介して反転入力端子（−）に取り込んだパルス状のセンサ信号の電圧が、非反転入力端子（＋）に加えられる基準電圧Ｖrefと等しくなるように負帰還を掛けて上記センサ信号を増幅する増幅器７を備えて構成される。
【００１７】
上記増幅器７は、例えば前記入力コンデンサ６を介して取り込んだセンサ信号を入力抵抗Ｒinを介して入力する反転入力端子（−；マイナス入力端子）および前記基準電圧Ｖrefが加えられる非反転入力端子（＋；プラス入力端子）を備え、その出力端子と前記反転入力端子との間に帰還抵抗Ｒf、高域カット用コンデンサＣfおよび出力制限用ダイオードＤfをそれぞれ並列接続した演算増幅器ＯＰとして実現される。尚、基準電圧Ｖrefは、例えばその電源電圧Ｖccを分圧する抵抗Ｒ1,Ｒ2により生成される。
【００１８】
本発明は、基本的には上述した如く構成されたセンサ信号増幅装置における入力コンデンサ６と増幅器７との間に、ダイオードＤと抵抗Ｒとを直列接続したダイオード回路８を設けて構成される。具体的には前記入力コンデンサ６と前記増幅器７の入力抵抗Ｒinとの接続点ｂに上記ダイオード回路８の一端を接続し、このダイオード回路８の他端に所定の電圧ＶＤを印加することにより、本発明に係るセンサ信号増幅装置が構成される。ちなみに上記所定の電圧ＶＤは、前記演算増幅器ＯＰの非反転入力端子に加える基準電圧Ｖrefから、前記ダイオードＤにおける順方向降下電圧Ｖdを差し引いた電圧（Ｖref−Ｖd）として設定することが望ましい。また前記ダイオード回路８としては、特に図示しないが所定の降伏電圧特性（順方向降下電圧Ｖd）を有するツェナーダイオードやショットキーダイオードを用いることも可能である。
【００１９】
尚、この実施形態においては、前記光電センサ５の出力であるセンサ信号がその基準レベルからマイナス側にレベル変化するパルス信号であることから、前記ダイオードＤはそのアノード側を入力コンデンサ６に接続し、カソード側に所定の電圧が印加されるように設けられる。そして基準レベルからマイナス方向にレベル変化するパルス状のセンサ信号の入力に伴って前記入力コンデンサ６に蓄積される電荷を、上記パルス状のセンサ信号の消失に伴って速やかに放電させることで、前記入力コンデンサ６を介して取り込まれたセンサ信号の基準レベルを略一定に保つように作用する。
【００２０】
かくしてこのように構成されたセンサ信号増幅装置によれば、入力コンデンサ６と増幅器７との間に接続したダイオード回路８により、前記入力コンデンサ６を介して取り込まれたセンサ信号の基準レベルを常に安定（略一定）に保つことができる。この結果、図２(ａ)に示すようにパルス状のセンサ信号の振幅が急激に変化しても、図２(ｂ)に示すようにその振幅の変化に拘わることなく入力コンデンサ６を介して取り込まれるセンサ信号の基準レベルを安定に維持することができる。この結果、図２(ｃ)に示すようにセンサ信号を確実に増幅することができる。特に入力コンデンサ６の出力端側にダイオード回路８を設けるだけの簡易な構成にて前記入力コンデンサ６における不本意な電荷の蓄積を防止し、前記増幅器７の飽和に起因するバイアスシフトの問題を招来することなしに、センサ信号に対する安定した増幅を可能とすると言う実用上多大なる効果が奏せられる。
【００２１】
ところで前述した実施形態においては、入力コンデンサ６と入力抵抗Ｒinとの接続点ｂにダイオード回路８を接続したが、図３に示すように前記ダイオード回路８を演算増幅器ＯＰの反転入力端子に接続するようにしても良い。即ち、演算増幅器ＯＰの反転入力端子に加わるセンサ信号のバイアスシフトを直接防止してその基準レベルを一定に保つようにしても先の実施形態と同様な効果が奏せられる。
【００２２】
またダイオード回路８の抵抗Ｒについては、前記入力コンデンサ６との間で放電時定数を決定するものなので、パルス状のセンサ信号の振幅レベル（飽和レベル）に応じて適正なバイアスレベルが得られるように適正設定しておくことが好ましい。ちなみに抵抗Ｒの値が大きい場合には、その放電時定数が大きくなるので図４(ａ)に示すように若干ではあるがプラスのバイアスシフトが発生し、センサ信号の振幅が急激に小さくなったような場合、該センサ信号の基準レベルが基準電圧Ｖrefに一定化するまでに若干の時間が掛かる。逆に抵抗Ｒの値が小さい場合には、図４(ｃ)に示すように若干ではあるがマイナスのバイアスシフトが発生する。
【００２３】
従って抵抗Ｒの値を適正に調整し、図４(ｂ)に示すようにセンサ信号の基準レベルが基準電圧Ｖrefに安定化するようにすることが望ましい。ちなみに実験回路においては、パルス幅が略０.０２ｍ秒でその最大振幅が１.５Ｖであり、そのときの振り戻しの振幅が最大で略２.０Ｖに至るパルス状のセンサ信号を６０００ｐＦの入力コンデンサ６を介して入力するに際して、前記抵抗Ｒの値を１３ｋΩとしたときに最適化され、前記センサ信号の基準レベルを基準電圧Ｖrefに一定化することができた。
【００２４】
尚、センサ信号を波形整形する上での基準となる基準電圧Ｖrefについては、センサ信号の出力特性に応じて設定すれば良いものであり、前述した抵抗分割に代えて安定化電源を用いて生成することも可能である。またダイオード回路８についても、例えば複数のダイオードを直列接続したものを用いるようにしても良い。更には増幅器７の構成等についても特に限定されない。
【００２５】
またここでは基準レベルからマイナス側にレベル変化するパルス信号を検出する場合を例に説明したが、プラス側にレベル変化するパルス信号を検出する場合にも同様に適用することができる。この場合には、前述したダイオードＤの極性を逆向きにしたダイオード回路８を用いれば良いことは言うまでもない。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係るセンサ信号増幅装置の概略構成図。
【図２】図１に示すセンサ信号増幅装置の作用を説明する為の信号波形図。
【図３】本発明の別の実施形態に係るセンサ信号増幅装置の概略構成図。
【図４】ダイオード回路の抵抗値の変化によるセンサ信号のバイアスシフトの変化の様子を示す図。
【図５】光電センサの受光部の構成例を示す図。
【図６】従来一般的なセンサ信号増幅装置の概略構成図。
【図７】図６に示すセンサ信号増幅装置の作用を説明する為の信号波形図。
【符号の説明】
【００２７】
５  光電センサ
６  入力コンデンサ
７  増幅器
８  ダイオード回路
【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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【図７】
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