KR100366948B1

KR100366948B1 - 저전력 소모형 광센서

Info

Publication number: KR100366948B1
Application number: KR10-2000-0028058A
Authority: KR
Inventors: 주응택
Original assignee: 주응택
Priority date: 2000-05-24
Filing date: 2000-05-24
Publication date: 2003-01-09
Also published as: KR20000058443A

Abstract

본 발명은 저전력 소모형 광센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전력 소모량을 줄여 소형 배터리로 장기간 동안 사용할 수 있는 새로운 저전력 소모형 광센서에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 전원을 공급받아 소정 파장의 빛을 발하는 발광부(10)와, 이 발광부(10)의 빛을 받아들여 이를 전압으로 변환시켜 물체를 인식하는 수광부(20)를 포함하여 구성된 광센서에 있어서, 상기 발광부(10)에는 전원공급부(12)로부터 전원을 공급받아 펄스를 출력하는 펄스발생부(2)와, 이 펄스발생부(2)에 연결되어 펄스의 소정구간에서만 발광소자(16)가 구동되도록 하는 발광구동부(14)와, 상기 펄스발생부(2)에 연결되어 이 펄스발생부(2)의 펄스에 동기된 바이어스 전압을 출력하는 바이어스제어부(4)가 구비되고, 상기 수광부(20)에는 발광소자(16)에서 발하는 빛을 받아들이는 수광소자(22)와, 상기 수광소자(22)에서 출력되는 전류를 전압으로 변환 증폭시키는 전류-전압변환부(24)와, 발광부(10)의 바이어스제어부(4)에 연결되어 바이어스 전압 인가시에만 작동되며 상기 전류-전압변환부(24)에서 발생된 전압과 기준전압을 비교하는 비교기(26)와, 이 비교기(26)의 출력신호를 바이어스 전압으로 인가받아 물체인식에 따른 연속적인 신호를 출력하는 신호변환기(34)가 구비되어 이루어지며, 펄스의 소정구간에서만 발광부(10)와 수광부(20)의 작동이 이루어져 전력소모가 최소화 되는 것을 특징으로 하는 저전력 소모형 광센서가 제공된다.

Description

저전력 소모형 광센서{Low electricity consumption type light sensor}

일반적으로 광센서는 광로를 통과하는 물체에 의해 빛이 단속되거나 반사됨으로써 물체를 검출할 수 있도록 된 것으로서, 도 1은 종래의 광센서를 보인 블록구성도이다. 이를 참조하면, 상기 광센서는 물체의 통로를 중심으로 서로 대향되게 또는 통로를 향해 서로 나란하게 설치된 발광부(10)와 수광부(20)로 이루어진다. 상기 발광부(10)는 전원공급부(12)에서 공급되는 전원에 의해 발광구동부(14)가 작동되어 소정의 빛을 발하는 발광소자(16)로 이루어진다. 상기 수광부(20)는 상기 발광소자(16)에서 발하는 빛을 받아들이는 수광소자(22)와, 이 수광소자(22)에서 검출된 빛의 파장에 따라 소정의 전류를 발생시켜 주는 전류-전압변환부(24)와, 이 전류-전압변환부(24)에서 발생된 전압과 기준전압을 비교하여 물체를 인식하는 비교기(26)로 이루어진다. 이와 같이 구성된 광센서는 상기 전원공급부(12)로부터 인가되는 전원에 의해 상기 발광부(10)에서 소정 파장의 빛을 지속적으로 조사하게 되며 상기 수광부(20)에서 빛을 받아들여 빛의 세기를 전압으로 변환하여 기준전압과 비교함으로써 물체의 유무 등을 검출하게 된다.

그런데, 상기 광센서의 전원공급부는 상기 발광부와 수광부가 항상 동작되도록 지속적으로 전원을 공급해야 하므로 그 전력소모가 매우 크다. 따라서, 이러한 광센서는 상용 전원을 전압변환하는 전원공급장치를 통해 전원을 공급받게 되는데, 이 상용전원은 추가적인 전기공사를 해야 하고 설치비용이 많이 드는 단점이 있다. 또한, 배터리를 이용하는 경우에는 배터리 역시 사이즈가 커서 분리 설치해야 하는 불편함이 있고, 배터리의 통전 전하량에 한계가 있으므로 장기간 사용할 수 없는 단점이 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 전력 소모량을 줄여 소형 배터리로 장기간 사용할 수 있도록 된 새로운 저전력 소모형 광센서를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 광센서를 보인 블럭구성도

도 2은 본 발명의 일실시예에 따른 블록구성도

도 3은 상기 실시예에 따른 각 구성의 파형을 보인 타이밍도

도 4는 상기 실시예에 따른 회로도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

2. 펄스발생기 4. 바이어스제어부

6. 필터부 10. 발광부

12. 전원공급부 14. 발광구동부

16. 발광소자 20. 수광부

22. 수광소자 24. 전류-전압변환부

26. 비교기

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 수광부(20)의 비교기(26) 전단에는 필터부(6)가 더 구비되어, 상기 수광소자에 입력된 자연광을 필터링하여 물체의 인식을 명확하게 할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 저전력 소모형 광센서가 제공된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다. 도 2은 본 발명의 일실시예에 따른 블록구성도이다. 이를 참조하면, 상기 저전력 소모형 광센서는 전원공급부(12)로부터 전원을 공급받아 펄스를 출력하는 펄스발생부(2)와, 이 펄스발생부(2)에 연결되어 펄스의 하이레벨 구간에서만 발광소자(16)가 구동되도록 하는 발광구동부(14)와, 상기 펄스발생부(2)에 연결되어 이 펄스발생부(2)의 펄스에 동기된 바이어스 전압을 출력하는 바이어스제어부(4)로 이루어진 발광부(10)와, 상기 발광소자(16)에서 발하는 빛을 받아들이는 수광소자(22)와, 이 수광소자(22)에서 검출된 빛의 파장에 출력되는 전류를 소정 배율의 전압값으로 변환시키는 전류-전압변환부(24)와, 이 전류-전압변환부(24)로부터 출력된 전압 중 자연광을 필터링하는 필터부(6)와, 상기 전류-전압변환부(24)에서 발생된 전압과 기준전압을 비교하여 물체의 유무 등을 인식하는 비교기(26)와, 이 비교기(26)의 출력신호를 바이어스 전압으로 인가받아 물체인식에 따른 연속적인 신호를 출력하는 신호변환기(34)로 이루어진 수광부(20)로 구성된다.

상기 펄스발생부(2)는 전원공급부(12)로부터 직류 전원을 인가받아 듀티(펄스폭/주기)가 작은 펄스를 출력한다. 상기 발광구동부(14)는 펄스발생부(2)로부터 출력된 펄스신호 구간에서만 구동신호를 발생하여 발광소자(16)가 빛을 발하도록 한다. 상기 바이어스제어부(4)는 펄스발생부(2)에 연결되어 이 펄스발생부(2)의 펄스신호에 동기된 바이어스 전압을 발생시켜 비교기(26)로 전달한다. 상기 수광소자(22)는 발광소자(16)에서 발하는 빛 중 입사되는 빛의 세기를 전류로 변환하게 된다. 상기 전류-전압변환부(24)는 수광소자(22)에서 발생된 전류를 전압으로 변환하여 증폭한다. 상기 필터부(6)는 전류-전압변환부(24)의 출력 전압 중 상기 수광소자(22)에 입사된 자연광에 의한 직류전압을 필터링 하여 물체를 정확하게 인식할 수 있도록 한다. 상기 비교기(26)는 펄스에 동기된 바이어스 전압을 상기 바이어스제어부(4)로부터 인가받아 상기 펄스의 하이레벨 구간에서만 상기 필터부의 출력전압과 기설정된 전압을 비교하여 물체의 인식 신호를 발생한다. 참조번호 30은 인버터로 비교기(26)로부터 출력된 전압을 반전시킨다. 참조번호 32는 지연회로로 수광소자(22)의 지연시간(td) 때문에 발생되는 상기 인버터(30)의 신호를 제거하기 위한 것이다. 참조번호 34는 신호변환기로 상기 비교기(26)로부터 출력된 신호(set)와 지연회로(32)로부터 출력된 신호(reset)를 입력받아 물체의 유무 등에 따른 연속적인 신호를 출력한다. 또한, 상기 신호변환기(34)는 셀프 바이어스 커런트 미러(self-bias current mirror)의 특성을 이용한 것으로, 상기 비교기(26)로부터 출력된 셋트 신호에 의해 바이어스가 인가되어 동작되고, 상기 지연회로(32)로부터의 리셋 신호가 입력되면 동작되지 않아 전력소모가 없게 된다.

도 3은 상기 실시예에 따른 각 구성의 파형을 보인 타이밍도이다. 이를 참조하면, 상기 펄스발생부(2)에서 펄스 듀티가 작은 펄스가 출력되면, 이 펄스의 하이레벨 구간에서만 발광소자(16)에 구동전류가 흐르게 된다. 이때, 물체가 존재하면 물체에 반사된 빛이 소정시간(td) 지연된 후 수광소자(22)에 수광되어 소정의 출력전류를 갖게된다. 이 출력전류는 전류-전압변환부(24)를 통해 전압으로 변환 증폭되고 필터부(6)에 의해서 자연광에 의한 직류성분이 제거된 후 비교기(26)로 인가된다. 이에, 비교기(26)는 바이어스제어부(4)로부터 펄스에 동기된 바이어스를 전달받아 이 펄스의 하이레벨 구간에서 상기 필터부(6)의 출력전압과 기설정된 전압을 비교하여 출력전압이 설정전압 이상일 경우 펄스를 발생시켜 이를 신호변환기(32)로 출력한다. 따라서, 신호변환기(34)는 비교기(26)로부터 출력된 전압을 셋트 입력으로 하고 인버터(30)와 지연회로(32)를 통해 출력된 전압을 리셋 입력으로 하여 물체인식에 따른 연속적인 신호를 출력한다.

도 4는 상기 실시예에 따른 회로도이다. 이를 참조하면, 펄스발생부(2)는 저항(R3)을 통해 흐르는 전류가 제1다이오드(D1)와 저항(R6)를 통해 제1커패시터(C1)에 충방전되면 제1트랜지스터(Q1)와, 제2트랜지스터(Q2)가 동작되어 펄스를 발생하며, 제2다이오드(D2)는 듀티가 작은 펄스가 발생되도록 한다. 발광구동부(14)는 저항(R7)에 흐르는 전류를 제5트랜지스터(Q5)에 의해 전류증폭하여 발광소자(16)를 구동한다. 또한, 바이어스제어부(4)는 저항(R5)와 접속된 제3트랜지스터(Q3)로 이루어지며 상기 펄스발생부(2)의 펄스 신호에 동기된 바이어스 전류를 제4트랜지스터(Q4)로 공급한다.

수광소자(22)는 포토다이오드나 포토트랜지스터로 이루어지며, 상기 발광소자(16)에서 방출된 빛을 받아 전류를 흐르게 한다. 전류-전압변환부(24)는 제6트랜지스터(Q6)와 저항(R8)로 이루어지며 전류를 증폭하고 전압으로 변환한다. 필터부(6)는 제2커패시터(C2)로 자연광에 의한 직류전압을 필터링한다. 비교기(26)는 통상적인 동작을 수행하며, 제4트랜지터(Q4)에 의해 바이어스 공급이 제어된다. 지연회로(32)는 제3커패시터(C3)로 이루어지며, 상기 수광소자(22)의 지연시간(td)에 의해 발생되는 펄스 출력을 제거한다. 신호변환기(34)는 상기 비교기(26)로부터 출력된 셋트 출력전압이 VD(D3)+VBE(Q16) 이상이면 하이출력을 발생시키고, 지연회로(32)를 통해 리셋 출력이 VBE(Q18)이상이면 로우출력을 발생한다.

따라서, 상기 저전력 소모형 광센서는 펄스발생부(2)에서 출력된 펄스의 하이레벨 구간에서만 발광구동부(14)가 구동되어 빛을 발하도록 하고, 이 구간에서만필터부(6)에서 필터링된 전류-전압변환부(24)의 출력전압과 기설정된 기준전압을 비교하므로, 펄스의 하이레벨 구간에서만 대부분의 구성요소들의 전원이 소모되고, 이에 따라 전력소모량이 현저히 줄어드는 장점이 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 상기 저전력 소모형 광센서는 펄스발생부에서 발생되는 펄스의 하이레벨 구간에서만 발광구동부가 구동되어 빛을 발하고, 이 구간에서만 비교기 및 신호변환기가 작동되므로 전력소모량이 현저히 줄어들게 되고, 소형 배터리로도 장기간 사용할 수 있는 장점이 있다.

Claims

전원을 공급받아 소정 파장의 빛을 발하는 발광부(10)와, 이 발광부(10)의 빛을 받아들여 이를 전압으로 변환시켜 물체를 인식하는 수광부(20)를 포함하여 구성된 광센서에 있어서, 상기 발광부(10)에는 전원공급부(12)로부터 전원을 공급받아 펄스를 출력하는 펄스발생부(2)와, 이 펄스발생부(2)에 연결되어 펄스의 소정구간에서만 발광소자(16)가 구동되도록 하는 발광구동부(14)와, 상기 펄스발생부(2)에 연결되어 이 펄스발생부(2)의 펄스에 동기된 바이어스 전압을 출력하는 바이어스제어부(4)가 구비되고, 상기 수광부(20)에는 발광소자(16)에서 발하는 빛을 받아들이는 수광소자(22)와, 상기 수광소자(22)에서 출력되는 전류를 전압으로 변환 증폭시키는 전류-전압변환부(24)와, 발광부(10)의 바이어스제어부(4)에 연결되어 바이어스 전압 인가시에만 작동되며 상기 전류-전압변환부(24)에서 발생된 전압과 기준전압을 비교하는 비교기(26)와, 이 비교기(26)의 출력신호를 바이어스 전압으로 인가받아 물체인식에 따른 연속적인 신호를 출력하는 신호변환기(34)가 구비되어 이루어지며, 펄스의 소정구간에서만 발광부(10)와 수광부(20)의 작동이 이루어져 전력소모가 최소화 되는 것을 특징으로 하는 저전력 소모형 광센서.
제 1항에 있어서, 상기 수광부(20)의 비교기(26) 전단에는 필터부(6)가 더 구비되어, 상기 수광소자에 입력된 자연광을 필터링하여 물체의 인식을 명확하게 할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 저전력 소모형 광센서.