专利名称：光传感器和使用了它的物体检测装置、盘装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及判定来自发光器件的光量的光传感器。
背景技术：
在照度传感器、遥控器的光接收部及其它各种各样的用途中，使用对从外部照射 来的光量进行检测的光传感器。光传感器中设有产生与光量相应的光电流的光敏晶体管、 光电二极管等作为光接收器件。光传感器对光接收器件中所流过的光电流进行放大或者进 行电压变换等，来进行预定的信号处理。例如在专利文献1中公开了一种红外线遥感器的 光接收装置，其附图3中公开了光接收电路的结构。另外，专利文献2中公开了一种使用了 运算放大器的光接收电路的结构。 作为光传感器的应用，可以举出具有发光器件和光接收器件的对(pair)，且该发 光器件和光接收器件被配置成夹着要检测的物体所假想存在的位置的形式的物体检测装 置。在该装置中，发光器件输出预定的光量。光接收器件产生与来自发光器件的光量相应 的光电流。当发光器件和光接收器件之间存在物体时，由于来自发光器件的光被遮挡，所以 光接收器件产生的光电流会减少。因此，能够根据光电流的值来检测有无物体。
〔专利文献1〕日本特开平6-188835号公报
〔专利文献2〕日本特开2005-216984号公报
〔专利文献3〕日本特开2007-228054号公报
发明内容
〔发明所要解决的课题〕 在相关的物体检测装置中，使用LED (Light Emitting Diode :发光二极管)等作 为发光器件，使用光电二极管或光敏晶体管作为光接收器件。 对一个发光器件供给预定电流时的发光量kl(W/A)因个体而存在偏差。同样，一 个光接收器件被照射预定光量时的光电流大小k2(A/W)也因个体而存在偏差。
因此，光传感器中所生成的光电流的大小受系数kl与k2之积影响。下面讨论不 存在物体的状态下的光电流相应于系数kl和k2的组合而在6 10 (mA)内变化、将用于检 测物体的有无的判定阈值设定为4(mA)时的情况。 如果仅以透光宰为0%的物体作为检测对象，则当存在物体时光电流会实质地变 为O，会低于阈值，所以能稳定地进行检测。但若存在透光率为50%的物体，则光接收器件 所产生的光电流成为3 5(mA)，所以会跨过阈值，有时被判定为有物体，有时就被判定为 没有物体。为解决这个问题，以往需要挑选发光器件和光接收器件。 本发明是鉴于这样的情况而设计的，其目的在于提供一种能进行稳定的光检测的 光传感器。〔用于解决课题的手段〕 本发明的一个方案涉及一种光传感器。光传感器包括光接收器件，产生与所入射的光量相应的光电流；电容器，一端的电位被固定，被光电流充电；比较器，将电容器的两
端间的电压与预定的阈值电压进行比较，产生与比较结果相应的判定信号；初始化开关，使
电容器的两端间的电压初始化；以及判定部，取入从由初始化开关使电容器两端间的电压
初始化起经过了预定的判定时间的定时的判定信号的电平，作为表示光量的数据。 根据该方案，经过判定时间后的电容器两端间的电压就成为与判定时间的长度和
光电流相应的值。因此，通过调节判定时间的长度，能够消除光接收器件、发光器件的偏差。 —个方案的光传感器可以还包括定时控制部，该定时控制部周期性地反复执行向
初始化开关指示进行电容器的初始化的步骤、和接着在从初始化起经过了判定时间的定时
向判定部指示进行判定的步骤。 电容器的另一端可以与集成电路的可切换输入输出的输入输出端口相连接。比较
器可以是被设在集成电路内，接收被输入到输入输出端口的信号的输入缓冲器。初始化开
关可以是被设在集成电路内，用于从输入输出端口输出数据的输出缓冲器。 根据该方案，能够将输入缓冲器的阈值电压与电容器的两端间的电压进行比较，
还能通过从输出缓冲器输出低电平而使电容器的电压初始化。输入缓冲器、输出缓冲器由
于被设在一般的半导体集成电路内，所以该方案的光传感器能够非常简易地构成。
本发明的另一方案是一种物体检测装置。该装置包括发光单元；光接收器件被
设在与发光单元相对的位置的上述任一种光传感器。该装置根据光传感器所取入的表示光
量的数据的电平，检测发光单元与光接收器件之间有无遮挡物。
发光单元可以包括发光器件；设在发光器件的路径上的开关元件；以及基于具
有与预定的亮度对应的占空比的脉冲信号，控制开关元件的接通、断开的控制电路。 判定时间可以被通过在发光单元与光接收器件之间不存在遮挡物的状态下，测定
从电容器的初始化起至电容器的两端电压达到阈值电压所需的时间而校准。 根据该方案，能够消除光接收器件、发光单元的偏差。 可以是在进行校准时，当将在不存在遮挡物的状态下所测定的时间记为Tm(秒) 时，用于检测透光率为a %的遮挡物的判定时间被基于Tm/(0. 01X a )(秒)而设定。
本发明的再一个方案是一种盘装置。该装置包括要被插入盘的盘驱动器；物体 检测装置，被设置成在盘被插入到盘驱动器的状态下，盘将作为遮挡物而遮挡在发光单元 与光接收器件之间；该盘装置被构成为能判定有无盘的插入。 有时光盘会使用针对红外光半透明的材料。该盘装置能准确地检测到这样的盘。
另外，将以上构成要素的任意组合、本发明的构成要素及表现形式在方法、装置、 系统等之间相互转换的方案，作为本发明的实施方式也是有效的。
〔发明效果〕 通过本发明，能进行稳定的光检测。
图1是表示实施方式的具有光传感器的物体检测装置的结构的电路图。
图2是表示图1的比较器和初始化开关的构成例的电路图。 图3是表示图1的物体检测装置的动作的时序图。 图4是表示图2的物体检测装置针对各透光率的动作的时序图。
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图5是表示使用了图2的物体检测装置的盘装置的构成的框图。 图6的(a) (c)是表示吸入(slot in)式的盘装置的构成和动作的图。〔标号说明〕 OBJ...物体，2...物体检测装置，4...发光单元，6...发光器件，8...控制IC，R1、R2...偏置电阻，Ql...驱动晶体管，IO...光传感器，12...光接收器件，14...比较器，16...初始化开关，18...判定部，20...定时控制部，Cl...电容器，Sl...判定信号，S2...判定数据，22... IC， Pl...端口，30...盘装置，32...驱动器，34...盘托架，36...头，38...信号处理部，40...盘，60...微处理器，62...滚轮，64...电机驱动器。
具体实施例方式
以下，基于优选的实施方式，参照
本发明。对于各附图中所示的相同或等
同的构成要素、部件、处理标注相同的标号，并适当省略重复的说明。另外，实施方式只是例示，并非限定本发明，实施方式中所记述的所有特征及其组合，不一定就是本发明的本质特征。 在本说明书中，所谓"部件A与部件B相连接的状态"，包括部件A与部件B物理地直接连接的情形，以及部件A与部件B经由不对电连接状态产生影响的其他部件间接相连接的情形。 图1是表示实施方式的具有光传感器10的物体检测装置2的结构的电路图。物体检测装置2判断在虚线所示的地方是否存在检测对象物体0BJ。 物体检测装置2主要具有发光单元4和光传感器10。发光单元4向光传感器10照射预定的光。例如发光单元4具有发光器件6、偏置电阻R1、R2、驱动晶体管Q1、控制IC8。
发光器件6是按与所被给予的电压或电流等电信号相应的亮度而发光的器件，例如是LED (Light Emitting Diode :发光二极管)或LD (LaserDiode :激光二极管)。在图1中表示为LED。 偏置电阻R1、 R2、驱动晶体管Q1、控制IC8是为控制流过发光器件6的电流，使之以期望的亮度发光而设的。驱动晶体管Q1被设置在发光器件6的路径上。控制IC8控制驱动晶体管Q1的基极电压(基极电流)，调节驱动电流Icl，从而控制发光器件6的亮度。
或者，控制IC8也可以对流过发光器件6的电流进行P丽(PulseWidthModulation :脉冲宽度调制)控制。具体来说，控制IC8可以向设在发光器件6的路径上的开关(Ql)的控制端子(基极)提供具有与发光器件6的目标亮度相应的占空比的脉冲信号。另外，发光单元4的结构并不限于图中所示，可以是其它结构。
下面说明检测来自发光单元4的光的光传感器10的结构。 光传感器10具有光接收器件12、电容器C1、比较器14、初始化开关16、判定部18、定时(timing)控制部20。比较器14、判定部18、初始化开关16、定时控制部20被内置于IC22，光接收器件12和电容器Cl作为外装部件来构成。定时控制部20例如由使用了时钟的数字计数器等定时器电路构成。 光接收器件12被设置在与发光单元4侧的发光器件6相对地夹着假想有检测对象物体0BJ的地方(虚线)的位置。光接收器件12产生与所入射的光量相应的光电流Ip。例如光接收器件12可以采用光敏晶体管或光电二极管。若不存在物体0BJ，则来自发光器件6的光入射到光接收器件12，产生某光电流Ip ;若存在物体OBJ，则光接收器件12的光接收量减少，从而光电流Ip也减少。 电容器Cl一端的电位固定，被光接收器件12的光电流Ic充电。将电容器C1两端间的电压称作电容器电压Vcl。电容器C1的另一端与IC22的端口P1相连接。S卩，端口Pl被输入电容器电压Vcl。 比较器14将电容器电压Vcl与预定的阈值电压Vthl进行比较，产生与比较结果
相应的判定信号S1。作为比较器14，可以采用利用了差动放大器的比较器。作为更简易的
比较器14，还可以采用缓冲器或反相器。例如在使用TTL输入的反相器或缓冲器时，阈值电
压Vthl例如约为1. 4V。在采用缓冲器的情况下，判定信号Sl在Vcl > Vthl时成为高电
平，在Vcl < Vthl时成为低电平。在采用反相器的情况下，判定信号Sl的逻辑值成为相反
逻辑电平。下面说明采用缓冲器作为比较器14的情况。 初始化开关16使电容器Cl放电，对电容器电压Vcl进行初始化。 图2是表示图1的比较器14和初始化开关16的构成例的电路图。很多普通IC
都具备输入与输出可切换的输入输出缓冲器BUF1。优选比较器14和初始化开关16利用输
入输出缓冲器BUF1来构成。 输入输出缓冲器BUF 1包括输入缓冲器BUF2和输出缓冲器BUF3。输出缓冲器BUF3可基于使能信号而切换活动状态和非活动状态。 比较器14是接收被输入到输入输出端口 Pl的信号的输入缓冲器BUF2，初始化开关16被分配给用于从输入输出端口 Pl输出数据的输出缓冲器BUF3。在使电容器Cl初始化时，输出缓冲器BUF3被使能，输出低电平。其结果，电容器电压Vcl被初始化为O(V)。根据图2的结构，不进行特别的电路设计，仅利用以往的普通的输入输出缓冲器就能实现比较器14、初始化开关16的功能。 回到图1。在电容器电压Vcl被初始化开关16初始化后，判定部18取入从基于光
电流Ip的充电开始起经过了预定的判定时间Td时的定时(以下称为判定定时)的判定信
号Sl的电平作为表示光量的数据。例如判定部18可以是在判定定时被输入边沿的锁存器
或触发器。从判定部18输出在判定定时所取入的判定数据S2。 定时控制部20控制初始化开关16进行初始化的定时和判定定时。 例如定时控制部20周期性地反复执行向初始化开关16指示电容器Cl的初始化
的步骤、和接着的在从初始化起经过了判定时间Td的判定定时向判定部18指示进行判定
的步骤。定时控制部20通过使控制信号S3有效(assert)，来执行基于初始化开关16的初
始化，通过使控制信号S4有效，来执行基于判定部18的数据取入。 以上是光传感器10的结构。 物体检测装置2根据光传感器10所取入的表示光量的判定数据S2的电平，判定发光单元4和光接收器件12之间有无物体OBJ。
接下来说明物体检测装置2的动作。 图3是表示图1的物体检测装置2的动作的时序图。在时刻t0以前，一旦控制信号S3被置为有效，电容器Cl就被初始化开关16放电。S卩，电容器电压Vcl成为0。图3的时序图表示不存在物体0BJ时的波形。 当在时刻t0开始有来自发光单元4的光输出时，光接收器件12中开始流过光电流Ip。假设光电流IP —定，则电容器电压Vcl随时间呈直线增大。当在时刻tl电容器电 压Vcl达到阈值电压Vthl时，判定信号S1转变为高电平。之后，在从充电开始起经过了判 定时间Td的时刻t2，控制信号S4被置为有效，该时刻的判定信号SI的值被作为判定数据 S2而取入。在接下来的时刻t3控制信号S3被置为有效，电容器电压Vcl被初始化，电容器 CI的充电再次开始，进入下一次的检测动作。 实施方式的物体检测装置2以期间t0 t3为一周期，反复执行上述动作。
其结果，在不存在物体0BJ时，高电平的判定数据S2被生成。如果存在物体 OBJ(透光率OX )，则电容器电压Vcl不上升，所以判定数据S2成为低电平。这样，通过实 施方式的物体检测装置2就能准确地检测出物体OBJ的有无。
接下来说明物体检测装置2的校准(calibration)。 在图3的时序图中，电容器电压Vcl上升的倾斜度取决于发光器件6的发光特性、 光接收器件12的光接收特性及电容器C1的电容值的组合。由于这些特性存在偏差，所以 电容器电压Vcl的倾斜度也因物体检测装置2的个体而存在偏差。如果如图3中单点划线 所示那样电容器电压Vcl的倾斜度变得极小，则即使不存在物体OBJ，由于在判定定时电容 器电压Vcl没有超过阈值电压Vthl，所以也会误检测为有物体存在。 在该物体检测装置2中，通过校准判定时间Td，能防止误检测到物体0BJ。按如下 步骤执行校准。 假设是在发光单元4和光接收器件12之间不存在遮挡物、即物体OBJ的状态。这 等价于存在一个透光率为100X的物体0BJ。在该状态下使发光器件6发光，在电容器C1初 始化后，测定从充电开始至电容器电压Vcl达到阈值电压Vthl所需要的时间(图3的Tm)。 基于所测出的时间Tm设定判定时间Td。例如将判定时间Td设定成与所测出的时间Tm实 质相同的长度。 通过该校准，能够消除发光器件6、光接收器件12、电容器Cl的偏差，能进行稳定 的物体检测。 接下来说明利用物体检测装置2检测透光率不同的物体OBJ的技术。 —旦制造出物体检测装置2，不存在物体0BJ的状态下的电容器电压Vcl的倾斜度
P 1就确定了 ，基于此，判定时间Td就被确定了 。 现在考虑被插入了透光率a %的物体OBJ的情况。此时，电容器电压Vcl的倾斜 度成为P1X a X0.01，至电容器电压Vcl达到阈值电压Vthl所需的时间Tm就成为不存在 物体OBJ时的l/(0.01a)倍。具体来说，如果a = 50% ，则时间Tm成为2倍，如果a = 30X，则时间Tm成为3. 3倍。 因此，在检测透光率a %的物体OBJ时，判定时间Td根据时间Tm/ (0. 01 a )而设 定。换言之，只要将对校准后所得到的作为基准的判定时间Td进行1/(0. 01 a )倍变倍后 的时间作为判定时间即可。 在检测透光率不同的物体OBJ时，使用所设想的最大透光率amax，基于Tm/ (0. 01 X a max)设计判定时间Td即可。 图4是表示图2的物体检测装置2针对各种透光率的动作的时序图。物体检测 装置2被设计成以透光率50%以下的物体OBJ作为检测对象。即，利用校准所测出的时间 Tm(sec)将判定时间设定为Td " 2XTm(sec)的值。
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在时刻t0动作开始，从发光单元4输出固定的光量(图4的最上一行)。期间t0 tl表示不存在物体OBJ的情况(存在透光率为100%的物体OBJ的情况)，期间tl t2表示存在透光率50%的物体的情况，期间t2 t3表示存在透光率25%的物体的情况。在各期间内，如时序图中第二行所示那样，光接收器件12被输入与透光率相应的光(图4的第二行)。 关注期间t0 tl，在不存在物体OBJ的情况下，在检测定时电容器电压Vcl超过了阈值电压Vthl，所以判定为不存在物体0BJ。 关注期间tl t2，在存在透光率50X的物体0BJ的情况下，在检测定时电容器电压Vcl未达到阈值电压Vthl，被检测为有物体存在。在期间t2 t3的存在透光率25%的物体OBJ时也是，在检测定时电容器电压Vcl未达到阈值电压Vthl，被检测为有物体存在。
这样，通过实施方式的物体检测装置2，能够准确地判定有无所设想的透光率的物体0BJ。此时，仅根据透光率改变判定时间Td即可，在例如定时控制部20是由计数器构成的情况下，仅改变其计数值就能实现。 接下来说明物体检测装置2的优选应用。图5是表示使用了图2的物体检测装置2的盘装置的构成的框图。盘装置30具有物体检测装置2和驱动器32。驱动器32包括盘托架34、头36、信号处理部38。盘托架34与电机等可动机构连接，将盘40载到预定位置。也可以采用槽(slot)式机构来替代盘托架34。头36具有LD(激光二极管)和光拾取器。从LD对盘照射激光，由光拾取器检测反射光。信号处理部38对光拾取器检测出的信号进行处理。 物体检测装置2在盘40被插入到盘驱动器的状态下，盘40被作为遮挡物(物体0BJ)而配置在遮挡发光单元4和光传感器10的光接收器件12之间的位置。物体检测装置2判定是否有盘被插入了。 对于物体检测装置2的发光器件6，采用射出红外光或近红外光的器件。盘40的透光率针对该波长域不为0，有时具有某有限值。如上所述物体检测装置2能准确检测透光率不为0%的物体，所以能判定各种盘介质的有无。 图6的(a) (c)是表示吸入式的盘装置的构成和动作的图。图6的(a)表示盘待机状态，图6的(b)表示盘插入状态，图6的(c)表示读取状态。 盘装置30a包括物体检测装置2、微处理器60、引入用滚轮62a、62b、电机驱动器64。 引入用滚轮62a通过电机(未图示)能旋转。引入用滚轮62b与引入用滚轮62a夹着盘40地相对配置，能自由旋转。 电机驱动器64驱动引入用滚轮62a的电机。物体检测装置2生成表示有无盘40的插入的判定信号Sl ，输出给微处理器60。微处理器60在判定信号Sl表示盘插入状态时，向电机驱动器64指示驱动引入用滚轮62a的电机。 在图6的(a)的盘待机状态下，发光器件6所发出的光不被作为遮挡物的盘40遮挡地到达光接收器件12。因此，在周期性的检测定时，电容器Cl的电压Vcl达到阈值电压Vthl，所以比较器14输出表示盘未插入的高电平的判定信号Sl。由于判定信号Sl表示盘未插入，所以微处理器60对电机驱动器64指示停止。 在如图6的(b)所示那样盘40被插入时，发光器件6发出的光被盘40遮挡，所以
9电容器C1的充电速度降低，或者没有充电电流流过。其结果，在周期性的检测定时，电容器 电压Vc没有达到阈值电压Vthl，判定信号SI成为表示有盘插入的电平(低电平)。
微处理器60在收到低电平的判定信号SI后指示电机驱动器64进行引入用滚轮 62a的旋转。于是，如图6的(c)所示，引入用滚轮62a旋转，盘40被引入到盘装置30内部。 基于实施方式用具体的语句对本发明进行了说明，但实施方式仅是表示本发明的 原理、应用，在不脱离权利要求书所规定的本发明的思想的范围内，可以对实施方式进行很 多变形以及配置变更。
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权利要求
一种光传感器，包括光接收器件，产生与所入射的光量相应的光电流；电容器，一端的电位被固定，被上述光电流充电；比较器，将上述电容器的两端间的电压与预定的阈值电压进行比较，产生与比较结果相应的判定信号；初始化开关，使上述电容器的两端间的电压初始化；以及判定部，取入从上述电容器基于上述光电流而开始充电起经过了预定的判定时间的定时的上述判定信号的电平，作为表示上述光量的数据。
2. 如权利要求1所述的光传感器，其特征在于还包括定时控制部，该定时控制部周期性地反复执行向上述初始化开关指示进行上述 电容器的初始化的步骤、和接着在从初始化起经过了上述判定时间的定时向上述判定部指 示进行判定的步骤。
3. 如权利要求1或2所述的光传感器，其特征在于上述电容器的另一端与集成电路的可切换输入输出的输入输出端口相连； 上述比较器是被设在上述集成电路内，接收被输入到上述输入输出端口的信号的输入 缓冲器；上述初始化开关是被设在上述集成电路内，用于从上述输入输出端口输出数据的输出 缓冲器。
4. 一种物体检测装置，其特征在于，包括 发光单元；禾口光接收器件被设在与上述发光单元相对的位置的权利要求1或2所述的光传感器； 该物体检测装置根据上述光传感器所取入的表示上述光量的数据的电平，检测上述发 光单元与上述光接收器件之间有无遮挡物。
5. 如权利要求4所述的物体检测装置，其特征在于， 上述发光单元包括发光器件；设在上述发光器件的路径上的开关元件；以及基于具有与预定的亮度对应的占空比的脉冲信号，控制上述开关元件的接通、断开的 控制电路。
6. 如权利要求4所述的物体检测装置，其特征在于上述判定时间被通过在上述发光单元与上述光接收器件之间不存在遮挡物的状态下， 测定从上述电容器的初始化起至上述电容器的两端电压达到上述阈值电压所需的时间而 校准。
7. 如权利要求6所述的物体检测装置，其特征在于在进行校准时，当将在不存在遮挡物的状态下所测定的时间记为Tm(秒)时，用于检测 透光率为a %的遮挡物的判定时间被基于Tm/(0. 01X a )(秒)而设定。
8. —种盘装置，其特征在于，包括 要被插入盘的盘驱动器；禾口权利要求4至7的任一项所述的物体检测装置，被设置成在上述盘被插入到上述盘驱动器的状态下，上述盘将作为遮挡物而遮挡在上述发光单元与上述光接收器件之间； 该盘装置被构成为能判定有无上述盘的插入。
9.如权利要求8所述的盘装置，其特征在于上述盘装置具有吸入式的读取机构，且还包括 用于引入上述盘的滚轮； 驱动上述滚轮的电机的电机驱动器；以及从上述物体检测装置接收表示有无上述盘的插入的检测信号，根据该检测信号控制上 述电机驱动器的微处理器。
全文摘要
本发明提供一种能进行稳定的光检测的光传感器和使用了它的物体检测装置、盘装置。光接收器件(12)产生与所入射的光量相应的光电流(Ip)。电容器(C1)一端的电位被固定，被光电流(Ip)充电。比较器(14)将电容器(C1)的两端间的电压(Vc1)与预定的阈值电压(Vth1)进行比较，产生与比较结果相应的判定信号(S1)。初始化开关(16)使电容器(C1)的两端间的电压(Vc1)初始化。判定部(18)取入从电容器(C1)基于光电流(Ip)而开始充电起经过了预定的判定时间(Td)的定时的判定信号(S1)的电平，作为表示光量的数据。
文档编号G11B7/00GK101793552SQ20101010946
公开日2010年8月4日 申请日期2010年2月3日 优先权日2009年2月3日
发明者清水立郎 申请人:罗姆股份有限公司