脉冲调制型光检测装置及电子设备.pdf

上传人:t**** 文档编号:697803 上传时间:2018-03-05 格式:PDF 页数:29 大小:1.51MB
返回 下载 相关 举报
摘要
申请专利号:

CN200610168918.2

申请日:

2006.11.01

公开号:

CN1971311A

公开日:

2007.05.30

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情:

未缴年费专利权终止IPC(主分类):G01V 8/12申请日:20061101授权公告日:20091028终止日期:20141101|||授权|||实质审查的生效|||公开

IPC分类号:

G01V8/12(2006.01); H03K17/78(2006.01)

主分类号:

G01V8/12

申请人:

夏普株式会社;

发明人:

丸山康弘

地址:

日本大阪府

优先权:

2005.11.01 JP 318874/05

专利代理机构:

北京市柳沈律师事务所

代理人:

邵亚丽;李晓舒

PDF下载: PDF下载
内容摘要

一种脉冲调制型光检测装置,对应于根据时钟脉冲信号生成且具有调制周期的发光脉冲而投射脉冲调制的脉冲光,从而根据与目标物体的通过相对应的所述脉冲光的有无光接收而检测有无所述目标物体,调制周期包含生成发光脉冲的发光期间和发光期间之外的非发光期间,将发光期间中的时钟脉冲信号的脉冲宽度设为比非发光期间中的脉冲宽度短。

权利要求书

1.  一种脉冲调制型光检测装置,对应于根据时钟脉冲信号生成且具有调制周期的发光脉冲而投射脉冲调制的脉冲光,从而根据与目标物体的通过相对应的所述脉冲光的有无光接收而检测有无所述目标物体,其特征在于:
所述调制周期包含生成所述发光脉冲的发光期间和所述发光期间之外的非发光期间,
将所述发光期间中的所述时钟脉冲信号的脉冲宽度设为比所述非发光期间中的脉冲宽度短。

2.
  根据权利要求1所述的脉冲调制型光检测装置,在所述发光期间中的所述时钟脉冲信号的脉冲宽度的k倍(k为2以上的整数)与所述调制周期不同。

3.
  根据权利要求1所述的脉冲调制型光检测装置,具有:
振荡电路,生成所述时钟脉冲信号;
发光脉冲生成电路,根据由所述振荡电路生成的所述时钟脉冲信号生成所述发光脉冲;
所述发光脉冲生成电路包括:
n级二进制计数器(n为2以上的整数),生成将所述时钟脉冲信号分频的分频脉冲信号;
定时电路,根据由所述n级二进制计数器生成的所述分频脉冲信号而生成所述发光脉冲;
所述振荡电路根据由所述n级二进制计数器生成的所述分频脉冲信号而改变所述时钟脉冲信号的脉冲宽度。

4.
  根据权利要求3所述的脉冲调制型光检测装置,所述振荡电路根据由所述n级二进制计数器的第n级触发器输出的分频脉冲信号而改变所述脉冲宽度

5.
  根据权利要求3所述的脉冲调制型光检测装置,具有:
光接收元件,接收到由所述目标物体反射的所述脉冲光而生成光接收脉冲;
信号处理电路,根据由所述光接收元件生成的所述光接收脉冲将信号进行计数而检测有无所述目标物体;
所述振荡电路根据由所述信号处理电路的计数结果,改变所述时钟脉冲信号的脉冲宽度。

6.
  根据权利要求1所述的脉冲调制型光检测装置,所述发光脉冲在1个调制周期中被多次生成。

7.
  一种电子设备,具有脉冲调制型光检测装置,其特征在于,所述脉冲调制型光检测装置是权利要求1所述的脉冲调制型光检测装置。

说明书

脉冲调制型光检测装置及电子设备
发明领域
本发明涉及一种由发光元件投射脉冲调制的光而检测有无物体的脉冲调制型光检测装置及电子设备。
背景技术
目前,广泛地使用反射型脉冲调制型光检测装置,它对应于根据时钟脉冲信号生成且具有调制周期的发光脉冲而投射脉冲调制的脉冲光,根据由通过发光元件和光接收元件前面的目标物体被反射的脉冲光的有无光接收而检测目标物体的有无。此外,还广泛地使用透过型脉冲调制型光检测装置,它根据发光元件和光接收元件之间通过的目标物体,根据通过遮断从发光元件射向光接收元件的脉冲光的脉冲光有无光接收而检测目标物体的有无。
图10是示出现有技术的光检测装置900的结构的方框图,图11是用于说明设置在光检测装置900中的发光脉冲生成电路903和信号处理电路914的详细结构的方框图,图12是用于说明光检测装置900的动作的时序图。
光检测装置900具有振荡电路902。振荡电路902生成时钟脉冲信号S901提供给发光脉冲生成电路903。发光脉冲生成电路903将振荡电路902提供的时钟脉冲信号S901进行调制而生成包含具有调制周期t901和脉冲宽度w903的发光脉冲p901的发光脉冲信号S902提供给发光元件驱动电路907。发光元件驱动电路907根据发光脉冲生成电路903提供的发光脉冲信号S902而驱动发光元件908,发光元件908投射脉冲调制的脉冲光909。
该脉冲调制的脉冲光909由通过发光元件908和光接收元件911前面的目标物体910被反射而射入光接收元件911。因此,如果周围没有外部散乱光等,那么射入到光接收元件911的脉冲光909根据物体A的通过而进行接通或断开。
光接收元件911将由目标物体910反射的脉冲光909进行光电变换而生成光接收脉冲信号S903并提供给放大器912。放大器912将由光接收元件911提供的光接收脉冲信号S903进行放大,并提供给判断电路913。判断电路913将由放大器912放大的光接收脉冲信号S903形成波形而生成判断信号S904并提供给信号处理电路914。信号处理电路914根据判断电路913提供的判断信号S904,将高或低信号输出到输出电路919。
发光脉冲生成电路903具有4级二进制计数器904。在4级二进制计数器904中,设置有串联结合的触发器905a、905b、905c、905d。发光脉冲生成电路903还具有根据来自4级二进制计数器904的各输出而生成发光脉冲信号S902的定时电路906。
信号处理电路914具有:锁定电路915,锁定由判断电路913提供的判断信号S904;状态检测电路916,根据由定时电路906生成的发光脉冲信号S902而检测锁定电路915的输出状态;3级移位寄存器917,根据状态检测电路916的状态检测结果将高或低信号输出到输出电路919。在3级移位寄存器917中,设置有串联连接的触发器918a、918b、918c。
定时电路906将由4级二进制计数器904的触发器905a、905b、905c、905d各自分频的分频脉冲信号Q905a、Q905a_、Q905b、Q905b_、Q905c、Q905c_、Q905d、Q905d_细合,由时钟脉冲信号S901的24个(=16个)基本时钟作为1个周期(=调制周期t901),生成具有1个周期中1次发光时间(1/(24)Duty(=1/16Duty=脉冲宽度w903))的发光脉冲信号S902。
定时电路906将该发光脉冲信号S902提供给发光元件驱动电路907。此外,将与表示发光时间的脉冲宽度w903相对应的期间作为同步时间,将除发光时间之外的期间作为非同步时间的发光脉冲信号S902提供给信号处理电路914。
在没有外部散乱光,而且从发光元件908投射的脉冲光也不射入光接收元件911的情况下,从判断电路913输出的判断信号S904输入到信号处理电路914,因为没有与判断信号S904同步的脉冲信号,状态检测电路916判断为无信号、无噪音,3级移位寄存器917的各触发器918a、918b、918c的移位寄存器输出信号Q918a、Q918b、Q918c为低。这样,仅限没有外部散乱光且没有与判断信号S904同步的脉冲信号的情况下,信号处理电路914输出低电平信号。
在没有外部散乱光,从发光元件908投射的脉冲光由目标物体910被反射而射入光接收元件911的情况下,来自判断电路913的判断信号S904输入到信号处理电路914,因为存在与判断信号S904同步的脉冲信号,判断信号S904由锁定电路915被锁定,由状态检测电路916判断为有信号、无噪音,移位寄存器917的移位寄存器输出信号Q918a、Q918b、Q918c分三级顺序传送且由低变为高,向输出电路919传送高电平信号。这样,仅限没有外部散乱光且有与判断信号S904同步的脉冲信号的情况下,信号处理电路914输出高电平信号。
虽然对光调制型检测装置期望低消耗电流,但是流过LED等发光元件的电流占光调制型检测装置的全部消耗电流的比率大。另一方面,为了在即使噪音光射入发光元件时也难以发生误动作,所以有发光元件的S/N不能降低的必要,在发光元件中必须流过一定程度以上的电流值,所以存在发光元件的低消耗电流化很困难的问题。
此外,为了防止外部散乱光误检测和防止无用,在1个调制周期中设定多次发光时间的情况下,流入LED等发光元件的电流增大,发光元件的低消耗电流更加困难。
在特开平6-209250号公报(平成6年(1994)7月26日公开)(专利文献1)中公开了如下结构,由检测启动电路检测出光电开关检测物体等的状态,如果没有检测出物体等的可能性,将振荡电路的振荡周期设为长周期T1,如果有检测出物体的可能性,将设为短周期T2,以消减发光元件的消耗电流。
但是,在没有检测出物体等的可能性的期间,由于消耗电流依然很大,所以仍存在消耗电流的降低不满意的问题。
发明内容
鉴于上述问题,本发明的目的在于提供一种降低消耗电流的脉冲调制型光检测装置及电子设备。
为了实现上述目的,本发明的脉冲调制型光检测装置,对应于根据时钟脉冲信号生成且具有调制周期的发光脉冲而投射脉冲调制的脉冲光,从而根据与目标物体的通过相对应的所述脉冲光的有无光接收而检测有无所述目标物体,其特征在于:所述调制周期包含生成所述发光脉冲的发光期间和所述发光期间之外的非发光期间,将所述发光期间中的所述时钟脉冲信号的脉冲宽度设为比所述非发光期间中的脉冲宽度短。
根据该特征,将发光期间中的时钟脉冲信号的脉冲宽度设为比非发光期间中的脉冲宽度短,所以由脉冲宽度短的时钟脉冲信号生成的发光脉冲的脉冲宽度也变短。因此,在对应于发光脉冲而投射脉冲调制的脉冲光的发光元件中电流流过的时间变短。因此,无需减小发光元件中流过的电流值使得降低脉冲光的S/N比,从而可以降低发光元件的消耗电流。结果,可以提供降低消耗电流的脉冲调制型光检测装置。
为了达到上述目的,本发明的电子设备的特征在于,具有本发明的脉冲调制型光检测装置。
根据该特征,将发光期间中的时钟脉冲信号的脉冲宽度没为比非发光期间中的脉冲宽度短,所以由脉冲宽度短的时钟脉冲信号生成的发光脉冲的脉冲宽度也变短。因此,在对应于发光脉冲而投射脉冲调制的脉冲光的发光元件中电流流过的时间变短,无需减小发光元件中流过的电流值使得降低脉冲光的S/N比,从而可以降低发光元件和脉冲调制型光检测装置的消耗电流。结果,可以提供降低消耗电流的电子设备。
本发明的其他目的、特征及优点可通过以下的记载来充分地理解。此外,本发明的优点可由附图的下述说明变得清楚。
附图说明
图1是示出实施方式1的光检测装置的结构的方框图。
图2是用于说明设置在所述光检测装置中的发光脉冲生成电路和信号处理电路的详细结构的方框图。
图3是示出设置在所述光检测装置中的振荡电路的结构的电路图。
图4是用于说明所述光检测装置动作的时序图。
图5是示出实施方式2的光检测装置的结构的方框图。
图6是用于说明设置在所述光检测装置中的发光脉冲生成电路和信号处理电路的详细结构的方框图。
图7是示出设置在所述光检测装置中的振荡电路的结构的电路图。
图8是用于说明设置在所述光检测装置中的振荡控制电路的结构的电路图。
图9是用于说明所述光检测装置的动作的时序图。
图10是示出现有技术的光检测装置的结构的方框图。
图11是用于说明设置在所述光检测装置中的发光脉冲生成电路和信号处理电路的详细结构的方框图。
图12是用于说明所述光检测装置的动作的时序图。
具体实施方式
(实施方式1)
根据图1至图4,通过以下内容对本发明的实施方式进行说明。图1是示出实施方式1的光检测装置1的结构的方框图,图2是用于说明设置在光检测装置1中的发光脉冲生成电路3和信号处理电路14的详细结构的方框图,图3是示出设置在光检测装置1中的振荡电路2的结构的电路图,图4是用于说明光检测装置1的动作的时序图。
实施方式1的光检测装置1在1个调制周期t1中具有1次发光时间(发光脉冲p1),在3级移位寄存器17中3个调制周期连续且同步的情况下,输出高电平或者低电平信号,且在1个调制周期t1中变化时钟脉冲信号S1的脉冲宽度(脉冲宽度w1和w2)。此外,在实施方式1中对假设没有外部散乱光的情况进行说明。
光检测装置1具有振荡电路2。振荡电路2生成时钟脉冲信号S1提供给发光脉冲生成电路3。发光脉冲生成电路3将振荡电路2提供的时钟脉冲信号S1进行调制,而生成包括具有调制周期t1及脉冲宽度w3的发光脉冲p1的发光脉冲信号S2,并提供给发光元件驱动电路7。发光元件驱动电路7根据发光脉冲生成电路3提供的发光脉冲信号S2来驱动发光元件8,发光元件8投射脉冲调制的脉冲光9。
该脉冲调制的脉冲光9被通过发光元件8和光接收元件11前的目标物体10反射而被射入到光接收元件11中。因此,如果周围没有外部散乱光等,射入光接收元件11的脉冲光9对应目标物体10的通过而被接通或断开。
光接收元件11将由目标物体10反射的脉冲光9进行光电转换而生成光接收脉冲信号S3,并提供给放大器12。放大器12将从光接收元件11提供的光接收脉冲信号S3放大并提供给判断电路13。判断电路13将由放大器12放大的光接收脉冲信号S3形成波形并生成判断信号S4提供给信号处理电路14。信号处理电路14根据从判断电路13提供的判断信号S4将高或低信号输出到输出电路19。
发光脉冲生成电路3具有4级二进制计数器4。在4级二进制计数器4中,设置串联结合的触发器5a·5b·5c·5d。发光脉冲生成电路3还具有根据来自4级二进制计数器4的各输出生成发光脉冲信号S2的定时电路6。
信号处理电路14具有,锁定从判断电路13提供的判断信号S4的锁定电路15,根据由定时电路6生成的发光脉冲信号S2检测锁定电路15的输出状态的状态检测电路16,根据状态检测电路16的状态检测结果将高或低信号输出到输出电路19的3级移位寄存器17。在3级移位寄存器17中,设置串联连接的触发器18a·18b·18c。
定时电路6将由4级二进制计数器4的触发器5a·5b·5c·5d各自分频的分频脉冲信号Q5a·Q5a_·Q5b·Q5b_·Q5c·Q5c_·Q5d·Q5d_组合,而由时钟脉冲信号S1的24个(=16个)基本时钟作为1周期(调制周期t901),生成具有1个周期1次的发光时间(1/(24)Duty(=1/16Duty=脉冲宽度w3))的发光脉冲信号S2。
定时电路6将该发光脉冲信号S2提供给发光元件驱动电路7。此外,将对应于表示发光定时的脉冲宽度w3的期间作为同步时间,除发光时间之外的期间作为非同步时间将发光脉冲信号S2提供给到信号处理电路14。
来自4级二进制计数器4的第4级触发器5d的分频脉冲信号Q5d,在1个调制周期t1的中点从低电平反转为高电平。此外,来自触发器5d的分频脉冲信号Q5d在1个调制周期t1的中点从高电平反转为低电平。将这样的分频脉冲信号Q1D或分频脉冲信号Q1D输入到振荡电路2,以短脉冲宽度w1使具有发光脉冲p1的1个调制周期t1的前半部分(1~8基本时钟的期间(发光期间t2))振荡,以长脉冲宽度w2使没有发光脉冲p1的1个调制周期t1的后半部分(9~16基本时钟的期间(非发光期间t3))振荡。
没有外部散乱光,以及从发光元件8投射的光也不射入光接收元件11的情况下,从判断电路13输出的判断信号S4输入到信号处理电路14,因为没有与判断信号S4同步的脉冲信号,状态检测电路16判断为无信号、无噪音,来自3级移位寄存器17的各触发器18a·18b·18c的移位寄存器输出信号Q18a·Q18b·Q18c为低。这样,仅限在没有外部散乱光、没有与判断信号S4同步的脉冲信号的情况下,从信号处理电路14输出低电平信号。
没有外部散乱光,从发光元件8投射的脉冲光由目标物体10反射而射入到光接收元件11的情况下,来自判断电路13的判断信号S4输入到信号处理电路14,因为存在与判断信号S4同步的脉冲信号,判断信号S4被锁定电路15锁定,由状态检测电路16判断为有信号、无噪音,移位寄存器17的移位寄存器输出信号Q18a·Q18b·Q18c分三级顺序传送,并且从低反转为高,向输出电路19传送高电平信号。这样,仅限在没有外部散乱光、有与判断信号S4同步的脉冲信号的情况下,从信号处理电路14输出高电平信号。
在此,为了防止误动作和防止无用动作,在具有发光脉冲p1的发光期间t2中短时钟脉冲宽度w1是
[时钟脉冲宽度w1]×[k]≠[1个调制周期t1]
K为2以上的整数,不从时钟脉冲宽度w1读取调制周期t1。
参考图3,说明振荡电路2的详细结构。如图3所示,振荡电路2具有两个恒流源,提供用于使电容器C101充放电的恒流I101的恒流源,和提供恒流I102的恒流源。并且,上述振荡电路2与从设置在发光脉冲生成电路3的4级二进制计数器4中的触发器5d输出的分频脉冲信号Q1D_的状态相对应地将上述两个恒流源各自接通或断开,由此可以选择性地切换两个振荡频率。
如图3所示,在振荡电路2中电容器C101设置在比较器COMP101的反相输入端子和地之间。比较器COMP101的同相输入端子连接在恒压Vs和地之间顺序地串联连接的电阻器R101、R102、R103中的电阻器R101和R102间的连接点。上述比较器COMP101的输出端子各自连接到晶体管QN103、QN104、QN105的基极,各自接通或断开这些晶体管QN103·QN104·QN105。
上述电容器C101没有被充电时,因为上述比较器COMP101反相输入端子的电压比上述电阻器R101和R102间连接点的电压更小,所以从上述比较器COMP101的输出端子输出高电平信号。相应地,因为上述晶体管QN105为接通,所以晶体管QN106为断开,提供给上述比较器COMP101同相输入端子的电压最大值Vmax是
Vmax={(R102+R103)×Vs}/(R101+R102+R103)
其中,Vs是上述振荡电路2内的恒压。
如后面所述,上述电容器C101由恒流(I101+I102)或恒流I101充电,直到比较器COMP101反相输入端子的电压达到上述Vmax。当上述反相输入端子的电压超过上述Vmax时,从上述比较器COMP101的输出端子输出低电平信号。相应地,因为晶体管QN105为断开,所以晶体管QN106为接通,提供给上述比较器COMP101同相输入端子的电压最小值Vmin是
Vmin={R102×Vs}/(R101+R102+R103)+Vsat(QN106)
其中,Vsat(QN106)表示晶体管QN106的饱和电压,其值在0.1V以下。
此外,因为上述比较器COMP101的输出是低电平,所以晶体管QN103为断开,构成电流镜电路的晶体管QN101和QN102各自为接通。相应地,晶体管QN102将来自晶体管QP103和晶体管QP106的恒流(I101+I102)或恒流I101以及充电到上述电容器C101中的电荷以电流(I101+I102)或I101进行牵引放电,直到上述同相输入端子的电压达到Vmin。通过上述动作,上述振荡电路2的振荡频率fo是
fo=(I101+I102)/{2×C101×(Vmax-Vmin)}
此外,在本实施方式中,上述晶体管QN101和QN102的发射极面积比设定为1∶2。
在发光脉冲生成电路3的4级二进制计数器4中设置的触发器5d发出的分频脉冲信号Q1D_的高电平信号提供给上述振荡电路2内的晶体管QN107的基极时,因晶体管QN107为接通,晶体管QN108为断开,所以恒流I102流入晶体管QN110。由此,恒流I102流入晶体管QN110和构成电流镜电路的晶体管QN109中,同时恒流I102流入相互构成电流镜电路的晶体管QP104、QP105、QP106。此外,由于相互构成电流镜电路的晶体管QP101、QP102、QP103中一直流入恒流I101,所以上述电容器C101的充放电变为由恒流(I101+I102)进行。此时,上述振荡电路10的振荡频率fo101变成如下。
fo101=(I101+I102)/{2×C101×(Vmax-Vmin)}
与此对应,在发光脉冲生成电路3的4级二进制计数器4中设置的触发器5d发出的分频脉冲信号Q1D_的低电平信号提供给上述振荡电路2内的晶体管QN107的基极时,因晶体管QN107为断开,晶体管QN108为接通,所以恒流I102流入晶体管QN108。由此,晶体管QN109和晶体管QN110为断开。相应地,相互构成电流镜电路的晶体管QP104、QP105、QP106为断开。另一方面,由于相互构成电流镜电路的晶体管QP101、QP102、QP103中一直流入恒流I101。因此,上述电容器C101的充放电仅以恒流I101进行。此时,上述振荡电路2的振荡频率fo102变成如下。
fo102=(I101)/{2×C101×(Vmax-Vmin)}
这样,与上述电容器C101的充放电相关的恒流的大小为(I101+I102)时,从晶体管QN104的集电极引出的输出端子(fout)输出的信号的振荡频率变快,与上述电容器C101的充放电相关的恒流的大小为(I101)时,从晶体管QN104的集电极引出的输出端子(fout)输出的信号的振荡频率变慢。
虽然在实施方式1中示出了检测有无目标物体10的反射型光检测装置1的例子,该装置对通过发光元件8和光接收元件11之前的目标物体10反射的脉冲光检测其有无光接收,但是本发明并不限定于此。对于通过发光元件和光接收元件之间的目标物体,根据从发光元件向光接收元件的脉冲光被遮断而造成的脉冲光有无光接收来检测有无目标物体的透过型光检测装置也可以适用于本发明,这是本领域的技术人员可以容易理解的。
此外,虽然在实施方式1中说明了在1个调制周期t1的前半部分具有发光脉冲p1的例子,但是本发明并不限定于此。也可以在1个调制周期t1的后半部分具有发光脉冲p1。这种情况下,将具有发光脉冲p1的1个调制周期t1的后半部分的时钟脉冲宽度w2设定得短,将没有发光脉冲p1的1个调制周期t1的前半部分的时钟脉冲宽度w1设定得长。
此外,虽然示出了在分频脉冲信号Q5d为低时,提高时钟脉冲信号S1的频率的例子,但是本发明并不限定于此。也可以构成为在分频脉冲信号Q5d为高时,提高脉冲信号S1的频率。
此外,虽然上述实施方式1的二进制计数器4是4级,且从第4级取出分频脉冲信号来控制振荡电路2,但是本发明并不限定于此。除4级以外,即使n级二进制计数器也没有问题(n是2以上的整数)。取出分频脉冲信号的级数也可以不是最终级的第n级,因为发光脉冲p1在时钟脉冲宽度短的期间存在就可以,所以也可以从第n-1级、第n-2级的触发器取出分频脉冲信号而输入到振荡电路中。
(实施方式2)
图5是示出实施方式2的光检测装置100的结构的方框图,图6是用于说明设置在光检测装置100中的发光脉冲生成电路3和信号处理电路4的详细结构的方框图,图7是示出设置在光检测装置100中的振荡电路110的结构的电路图,图8是用于说明设置在光检测装置100中的振荡控制电路20的结构的电路图,图9是用于说明光检测装置100动作的时序图。在实施方式1中,与前述的结构元件相同的构成元件给出相同的附图标记。相应地,省略这些构成元件的详细说明。
在实施方式2中,在1个调制周期t1中具有两个发光脉冲p1,在3级移位寄存器17中3个调制周期连续同步的情况下,输出高或低信号,且在1个调制周期t1中,时钟脉冲信号S101的基本时钟脉冲宽度变化。而且,从设置在信号处理电路14中的3级移位寄存器17的触发器18a·18b·18c各自输出的移位寄存器输出信号Q18a·Q18b·Q18c从低反转为高的期间,以及移位寄存器输出信号Q18a·Q18b·Q18c从高反转为低的期间,时钟脉冲信号S101的基本时钟脉冲宽度也变化。而且,说明是没有外部散乱光的情况。
光检测装置100具有振荡控制电路20。振荡控制电路20根据来自3级移位寄存器17的触发器18b的移位寄存器输出信号Q18b和来自4级二进制计数器4的触发器5d的分频脉冲信号Q5d生成振荡频率切换信号fc_1·fc_2·fc_3提供给振荡电路110。振荡电路110根据振荡控制电路20提供的振荡频率切换信号fc_1·fc_2·fc_3来切换时钟脉冲信号S101的振荡频率。
来自4级二进制计数器4的第4级触发器5d的分频脉冲信号Q5d在1个调制周期t1的中点从低反转为高。此外,来自触发器5d的分频脉冲信号Q5d_在1个调制周期t1的中点从高反转为低。将该分频脉冲信号Q5d或分频脉冲信号Q5d输入到振荡控制电路20,进一步地从振荡控制电路20输入到振荡电路110,以短脉冲宽度w1使具有发光脉冲p1的1个调制周期t1的前半部分(1~8基本时钟(发光期间t2))振荡,以长脉冲宽度w2使具有发光脉冲p1的1个调制周期t1的后半部分(9~16基本时钟(非发光期间t3))振荡。
没有外部散乱光、从发光元件8投射的脉冲光9也不射入光接收元件11的情况下,判断电路13的判断信号S104输入到信号处理电路14,因为没有同步脉冲信号,所以由状态检测电路16判断为无信号、无噪音,3级移位寄存器17的输出为低。这样,仅限在没有外部散乱光、没有同步信号的情况下,从信号处理电路14输出低电平。
没有外部散乱光、从发光元件8投射的脉冲光9被目标物体10反射而射入光接收元件11的情况下,判断电路13的判断信号S104输入到信号处理电路14,脉冲信号因为存在同步所以由锁定电路15锁定,由状态检测电路16判断为有信号、无噪音,3级移位寄存器17的触发器18a·18b·18c分三级顺序传送,并且从低反转为高,向输出电路19传送高电平信号。
在此,将3级移位寄存器17的第2级触发器18b的移位寄存器输出信号Q18b或移位寄存器输出信号Q18b输入到振荡控制电路20中,将振荡控制电路20的振荡频率切换信号fc_1·fc_2·fc_3输入到振荡电路110,来改变时钟脉冲信号S101的时钟脉冲宽度。仅限在没有外部散乱光、具有脉冲信号的情况下,信号处理电路14输出高电平的信号。此外,没有外部散乱光,从脉冲光射入光接收元件11的状态到变为没有脉冲光的情况也与上述相同,3级移位寄存器17的触发器18a·18b·18c的移位寄存器输出信号Q18a·Q18b·Q18c与状态检测电路16的信号相对应地依次变低,3级移位寄存器17的第2级触发器18b的移位寄存器输出信号Q18b或Q18b被输入到振荡控制电路20,将振荡控制电路20的振荡频率切换信号fc_1·fc_2·fc_3输入到振荡电路110,改变时钟脉冲信号S101的时钟脉冲宽度。在此,将目标物体10的非检知状态的脉冲宽度w1增大,将检知状态下的脉冲宽度w103缩短。
参考图7,详细说明振荡电路110的结构。如图7所示,振荡电路110中输入来自振荡控制电路20的振荡频率切换信号fc_1·fc_2·fc_3,该切换信号是根据在发光脉冲生成电路3的4级二进制计数器4中设置的触发器5d的分频脉冲信号Q5D的状态、以及信号处理电路14中设置的3级移位寄存器17的第2级触发器18b的移位寄存器输出信号Q18b·Q18b_来决定的。。
振荡电路110具有各自提供将图7的电容器C201充放电的恒流I201·I202·I203·I204的四个恒流源,根据振荡控制电路20的振荡频率切换信号fc_1·fc_2·fc_3来分别接通或断开上述四个恒流源,由此可以选择性地切换四个振荡频率。
如图7所示,在上述振荡电路110中,上述电容器C201设置在比较器COMP201的反相输入端子和地之间。上述比较器COMP201的同相输入端子被连接到,在恒压Vs和地之间顺序地串联连接的电阻器R201·R202·R203中的电阻器R201和R202间的连接点。上述比较器COMP201的输出端子各自连接到晶体管QN203·QN204·QN205的基极,分别接通或断开这些晶体管QN203·QN204·QN205。
上述电容器C201在没有被充电时,因为上述比较器COMP201的反相输入端子的电压比上述电阻器R201和R202间连接点的电压小,所以从上述比较器COMP201的输出端子输出高电平信号。相应地,因为上述晶体管QN205为接通,所以晶体管QN206为断开,提供给比较器COMP201同相输入端子的电压的最大值Vmax为
Vmax={(R202+R203)×Vs}/(R201+R202+R203)
其中,Vs为上述振荡电路110内的恒压。如后面所述,上述电容器C201是由恒流I201·I202·I203·I204的组合充电,直到比较器COMP201的反相输入端子的电压达到上述Vmax。上述反相输入端子的电压超过上述Vmax时,从上述比较器COMP201的输出端子输出低电平信号。相应地,因为晶体管QN205为断开,所以晶体管QN206为接通,提供给上述比较器COMP201同相输入端子的电压最小值Vmin为
Vmin={R202×Vs}/(R201+R202+R203)+Vsat(QN206)
其中,Vsat(QN206)表示晶体管QN206的饱和电压,其值在0.1V以下。而且,因为上述比较器COMP201的输出是低电平,所以晶体管QN203为断开,构成电流镜电路的晶体管QN201和QN202分别为接通。相应地,晶体管QN202将充电到上述电容器201中的电荷如后述地以恒流I201·I202·I203·I204的组合来牵引放电,直到上述比较器COMP201的同相输入端子的电压达到Vmin。通过上述动作,上述振荡电路110的振荡频率fo为
fo=(I201+I202+I203+I204)/{2×C201×(Vmax-Vmin)}
此外,在本实施方式中,上述晶体管QN201·QN202的发射极面积比设定为1∶2。振荡控制电路20的振荡频率切换信号fc_1·fc_2·fc_3为例如fc_1:高、fc_2:低、fc_3:低时,因为上述振荡电路110将接通晶体管QN207、断开晶体管QN208、断开晶体管QN211、接通晶体管QN212、断开晶体管QN215、接通晶体管QN216,所以恒流I202流向晶体管QN210、恒流I203流向晶体管QN212、恒流I204流向晶体管QN216。
由此,恒流I202流入晶体管QN210和构成电流镜电路的晶体管QN209,同时恒流I202流入相互构成电流镜电路的晶体管QP204·QP205·QP206。另一方面,因为晶体管QN213·QN217为断开,以及晶体管QP201·QP202·QP203中一直流入恒流I201,所以上述电容器C201的充放电由恒流(I201+I202)进行。此时,上述振荡电路110的振荡频率fo201变成如下。
fo201=(I201+I202)/{2×C201×(Vmax-Vmin)}
其中,如图8所示,振荡控制电路20中输入:发光脉冲生成电路3的4级二进制计数器4的触发器5d的分频脉冲信号Q5d_;信号处理电路14的3级移位寄存器17的触发器18b的移位寄存器输出信号Q18b·Q18b_。振荡控制电路20由NAND元件G1、G2和反相器G3、G4构成,根据所述分频脉冲信号Q5d_、移位寄存器输出信号Q18b·Q18b_的组合,将如表1所示的振荡频率切换信号fc_1·fc_2·fc_3输出到振荡电路110中。
(表1)
其中,此时对应于振荡频率切换信号fc_1·fc_2·fc_3,与上述相同地恒流I201·I202·I203·I204由如表1所示的组合接通或断开,对电容器C201充放电。此时,上述振荡电路110的振荡频率fo201·fo202·fo203·fo204为如下。
fo201=(I201+I202)/{2×C201×(Vmax-Vmin)}
fo202=I201/{2×C201×(Vmax-Vmin)}
fo203=(I201+I203+I204)/{2×C201×(Vmax-Vmin)}
fo204=(I201+I203)/{2×C201×(Vmax-Vmin)}
虽然在实施方式2中,说明了1个调制周期t1中的发光脉冲p1为两个的情况,但是本发明并不限定于此。在构成1个调制周期t1的时钟脉冲信号S101的基本时钟次数允许的情况下,发光脉冲p1为3个以上也没有问题,反而发光脉冲p1的个数越多,越不容易发生误动作。但是,驱动发光元件8的次数与发光脉冲p1的个数相同,在1个调制周期t1中的发光脉冲p1的个数越多,消耗电流越会增大。
而且,虽然在实施方式2中,从3级移位寄存器17的第2级触发器18b中取出移位寄存器输出信号Q18b而输入到振荡控制电路20,但是本发明并不限定于此。移位寄存器除3级以外的n级也没有问题(n为2以上的整数)。在配置面积和响应速度允许的情况下,反而移位寄存器的级数越多,越不容易发生误动作。
本发明并不限定于上述各实施方式,在权利要求表示的范围中可以进行各种变化,将不同的实施方式中各自公开的技术手级适当组合而得到的实施方式也包含在本发明的技术范围内。
本发明可以适用于从发光元件投射脉冲调制的光而检测物体的有无的脉冲调制型光检测装置和电子设备,尤其适合复印机、打印机等FA、OA机器,以及检测硬币、球等的娱乐机器等电子设备中使用。
在本实施方式的脉冲调制型光检测装置中,优选地,在所述发光期间中的所述时钟脉冲信号的脉冲宽度的k倍(k为2以上的整数)不同于所述调制周期。
根据上述结构,即使在发光期间的时钟脉冲信号的脉冲宽度被读取,也不能根据读取的脉冲宽度求出调制周期。因此,为了检测作为目标物体的硬币、球,将脉冲调制型光检测装置安装在娱乐机器等电子设备上的情况下,可根据调制周期来解析娱乐机器的动作,防止不正确工作的无用动作。
优选地,在本实施方式的脉冲调制型光检测装置包括:振荡电路,生成所述时钟脉冲信号;发光脉冲生成电路,根据由所述振荡电路生成的所述时钟脉冲信号生成所述发光脉冲,所述发光脉冲生成电路包括:n级二进制计数器,生成将所述时钟脉冲信号分频的分频脉冲信号(n为2以上的整数);定时电路,根据由所述n级二进制计数器生成的所述分频脉冲信号生成所述发光脉冲,所述振荡电路根据由所述n级二进制计数器生成的所述分频脉冲信号改变所述时钟脉冲信号的脉冲宽度。
根据上述结构,通过简单的结构,可将生成发光脉冲的发光期间的时钟脉冲信号的脉冲宽度比非发光期间的脉冲宽度更短。
优选地,在本实施方式的脉冲调制型光检测装置中,所述振荡电路根据所述n级二进制计数器的第n级触发器输出的分频脉冲信号,改变所述脉冲宽度。
根据上述结构,通过简单的结构,可将生成发光脉冲的发光期间的时钟脉冲信号的脉冲宽度比非发光期间的脉冲宽度更短。
优选地,在本实施方式的脉冲调制型光检测装置进一步地包括:光接收元件,接受由所述目标物体反射的所述脉冲光而生成光接收脉冲;信号处理电路,计数根据由所述光接收元件生成的所述光接收脉冲的信号来检测有无所述目标物体,所述振荡电路对应于由所述信号处理电路的计数结果,改变所述时钟脉冲信号的脉冲宽度。
根据上述结构,因为与由信号处理电路的计数结果相对应地改变时钟脉冲信号的脉冲宽度,所以可将由信号处理电路的计数结束而检知目标物体的状态中的发光期间的脉冲宽度,比计数没有结束而未检知目标物体的状态中的发光期间的脉冲宽度设定得更短。
优选地,在本实施方式的脉冲调制型光检测装置中,所述发光脉冲在1个调制周期中被多次生成。
根据上述结构,由于在1个调制周期中所述发光脉冲被多次生成,所以脉冲光在1个调制周期被多次投射。由此,与脉冲光在1个调制周期1次投射的结构相比,更不易发生误动作,提高了脉冲调制型光检测装置的可靠性。
发明的详细的说明中的具体实施方式或实施例是为了使本发明的技术内容明白,不限定以这样的具体例子来狭义地解释,在本发明的精神和所记载的权利要求的范围内,可以进行各种变化。

脉冲调制型光检测装置及电子设备.pdf_第1页
第1页 / 共29页
脉冲调制型光检测装置及电子设备.pdf_第2页
第2页 / 共29页
脉冲调制型光检测装置及电子设备.pdf_第3页
第3页 / 共29页
点击查看更多>>
资源描述

《脉冲调制型光检测装置及电子设备.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《脉冲调制型光检测装置及电子设备.pdf(29页珍藏版)》请在专利查询网上搜索。

一种脉冲调制型光检测装置,对应于根据时钟脉冲信号生成且具有调制周期的发光脉冲而投射脉冲调制的脉冲光,从而根据与目标物体的通过相对应的所述脉冲光的有无光接收而检测有无所述目标物体,调制周期包含生成发光脉冲的发光期间和发光期间之外的非发光期间,将发光期间中的时钟脉冲信号的脉冲宽度设为比非发光期间中的脉冲宽度短。 。

展开阅读全文
相关资源
猜你喜欢
相关搜索

当前位置:首页 > 物理 > 测量;测试


copyright@ 2017-2020 zhuanlichaxun.net网站版权所有
经营许可证编号:粤ICP备2021068784号-1