KR100787081B1 - 광센서모듈 - Google Patents
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Abstract
광센서 모듈이 개시된다. 광센서 모듈은 포화방지회로, 포토다이오드 및 제 1트랜지스터로 이루어진다. 상기 포토다이오드는 발광신호, 태양광 및 주변광을 수신하여 전류로 변환하여 출력한다. 상기 제 1트랜지스터는 상기 포토다이오드의 출력을 증폭하여 출력한다. 상기 포화방지회로는 상기 포토다이오드의 출력에 응답하여 동작하는 상기 제 1트랜지스터의 출력을 피드백하여 상기 제 1트랜지스터의 포화를 방지한다. 본 발명에 따른 광센서모듈에 포화 방지회로를 구현함으로써, 주변광, 태양광에 의한 직사가 광센서에 유입되어 오동작하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
포토다이오드, 트랜지스터
Description
도 1은 통상적인 차량 검출 장치의 센서부를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 포화 방지 회로를 포함하는 광센서모듈을 나타낸다.
본 발명은 광 신호를 검출하기 위한 검출장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양광이나 주변광의 간섭에도 강한 광센서 모듈의 포화 방지회로에 관한 것이다.
광센서 모듈은 빛을 이용하여 대상물을 파악하고 검출하는 장치이다. 광센서 모듈은 외부로부터 수신되는 빛을 감지하여 대상을 파악하거나 빛을 주사하여 반사되어 오는 빛을 수신하여 대상을 파악한다. 또한, 광센서 모듈은 빛을 주사하는 발광부와 수광부를 각각 구비하고 발광부에서 주사하는 빛을 수광부가 빛의 유무를 파악하여 대상물을 파악 한다. 광센서 모듈은 실내 또는 옥외의 검출하고자 하는 대상 물체를 검출하는 목적으로 사용되고 있다.
도 1은 통상적인 차량 검출장치의 센서부를 나타낸다.
센서부는 발광부(10)와 수광부(20)로 구성되며, 서로 대응되게 배치된다. 상기 발광부(10)는 다수의 발광센서를 구비하고 수광부(20)는 다수의 수광센서로 이루어진다. 상기 다수의 발광센서 및 수광센서는 각각 한 축을 중심으로 수직으로 배열된 형태를 가진다. 센서부는 발광부(10)의 발광센서들이 주사한 발광신호를 수광부(20)의 수광센서들이 감지하는 방식이다. 이때, 차량이 상기 발광부(10)와 수광부(20) 사이에 유입되면 발광부(10)에서 주사한 발광신호가 차량에 의해 일부 차단된다. 수광부(20)는 상기 발광부(10)로부터 수신되는 발광신호의 유무를 감지하여 차량의 유무 및 차종을 분류하게 된다.
하지만, 상기 수광부(20)는 발광부(10)에서 주사되는 발광신호가 아닌, 외부에서 반사되어 들어오는 주변광, 직사로 들어오는 태양광 및 날씨 변화로 인한 안개와 우천 시 흙탕물에도 반응하여 차량의 유무 및 차종 분리를 수행하므로써, 문제점이 있었다.
특히, 상기 수광부(20)는 반사에 의한 주변광이나 태양광을 막기 위해 수광부(20) 상단에 차광막을 설치하기도 하지만, 아침이나 또는 저녁에는 낮은 고도에서 입사되는 직사에 의해 수광부(20)의 수광소자가 오동작하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 과제는 태양광 및 주변광 등의 간섭을 강한 광 센서 모듈을 제공하는 것이다. 또한, 낮은 고도에 의해 수신되는 직사에 반응하여 오동작을 방지하는 광센서 모듈을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 광센서 모듈은 포토다이오드, 제 1트랜지스터, 포화방지회로를 포함한다.
상기 포토다이오드는 발광신호, 태양과 및 주변광을 수신하고, 수신된 신호를 전류로 변환하여 출력한다. 상기 제 1트랜지스터는 상기 포토다이오드의 출력을 증폭하여 출력한다. 상기 포화방지회로는 상기 포토다이오드의 출력에 응답하여 동작하는 상기 제 1트랜지스터의 출력을 피드백하여 상기 제 1트랜지스터의 포화를 방지하는 것을 특징으로 한다.
상기 포화방지회로는 인덕터, 제 2트랜지스터 및 적분회로를 포함한다.
상기 제 2트랜지스터의 컬렉터는 상기 포토다이오드의 에노드에 접속되고 에미터는 상기 인덕터에 접속되며, 베이스는 상기 제 1트랜지스터의 에미터에 접속되어 상기 제 1트랜지스터의 에미터 전압에 응답하여 턴온/턴오프된다. 상기 적분회로는 상기 제 2트랜지스터의 동작을 소정시간 지연시키는 것을 특징으로 한다.
상기 적분회로는 상기 적분회로는 제 1노드, 제 1저항, 제 2저항 및 캐패시터를 포함한다. 상기 제 1저항은 제 1트랜지스터의 에미터 및 상기 제 1노드 사이에 접속된다. 상기 제 2저항은 상기 제 1노드와 상기 제 2트랜지스터의 베이스 사이에 접속된다. 상기 캐패시터는 상기 제 1노드와 접지사이에 접속되는 것을 특징으로 한다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시 예에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 실시 예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 포화방지 회로(22)를 포함하는 광센서 모듈(25)을 나타낸다.
도 2을 참조하면, 광센서 모듈(25)은 수광회로(12), 포화방지회로(22) 및 증폭회로(26)로 이루어진다.
상기 수광회로(12)는 제 1저항 내지 제 4저항(R1,..R4), 제 1캐패시터(capacitor; C1), 포토다이오드(Photo Diode: PD) 및 제 1트랜지스터(Q1)로 이루어진다.
상기 포토다이오드(PD)의 캐소드(cathode)는 제 1저항(R1)을 통해 전원전압(VCC)과 접속된다. 상기 포토다이오드(PD)의 에노드(anode)는 상기 제1트랜지스터(Q1)의 베이스(base)에 접속된다. 상기 제 1캐패시터(C1)는 상기 포토다이오드(PD)의 캐소드(cathode) 및 접지(ground)사이에 접속된다. 상기 제 1트랜지스터(Q1)의 컬렉터(collector)는 제2저항(R2)을 통해 상기 포토 다이오드(PD)의 캐소드에 접속된다. 상기 제 3저항(R3)은 상기 제 1트랜지스터(Q1)의 에미터(emitter)와 접지사이에 접속된다. 상기 제 4저항(R4)은 상기 포토다이오드(PD)의 캐소드 및 제 1트랜지스터(Q1)의 베이스 사이에 접속된다.
상기 제 1저항(R1) 및 제 1캐패시터(C1)는 전원전압(VCC)으로부터 들어오는 잡음(noise)을 제거하는 잡음 제거용 적분회로이다. 상기 포토다이오드(PD)는 외부로부터 광신호를 수신하여 전기신호로 바꾸는 역할을 한다.
즉, 발광부(10)에서 주사되는 발광신호, 태양광, 및 주변광을 수신하고, 상기 광신호의 세기에 상응하는 전류 신호를 출력한다.
상기 제1트랜지스터(Q1)는 베이스를 통해 상기 전류 신호를 수신하므로써 턴 온(turn on)된다. 상기 제 1트랜지스터(Q1)가 턴 온 됨에 따라 전원전압(VCC)이 상기 제 2저항(R2) 및 제 3저항(R3)을 통해 접지로 흐르게 된다. 즉, 상기 제 2저항(R2) 및 제 3저항(R3)에 전압강하가 발생한다.
상기 제 4저항(R4)은 상기 포토다이오드(PD)로 들어오는 잡음을 제거하는 잡음 제거용 저항이다.
상기 발광부(10)에 주사하는 발광신호는 마이크로 크기의 신호로서 매우 작은 신호이다. 상기 수광회로(12)의 포토다이오드(PD)는 상기 발광부(10)에 주사하는 발광신호을 감지 및 상기 발광신호의 크기에 상응하는 전류로 변환하여 상기 제 1트랜지스터(Q1)의 출력노드(OUT)를 통해 증폭회로(26)로 출력한다.
포화방지 회로(22)는 제 1노드(NO1), 제 2트랜지스터(Q2), 제 5저항(R5), 제 6저항(R6), 제2 캐패시터(C2) 및 인덕터(inductor; L1)로 이루어진다.
상기 제 5저항(R5)은 상기 제 1트랜지스터(Q1)의 에미터와 상기 제 1노드(NO1) 사이에 접속된다. 상기 제 6저항(R6)은 상기 제 1노드(NO1)와 제2트랜지스터(Q2)의 베이스 사이에 접속된다. 상기 제 2캐패시터(C2)는 상기 제 1노드(NO1)와 접지사이에 접속된다. 상기 제2트랜지스터(Q2)의 컬렉터는 상기 포토다이오드(PD) 의 에노드와 접속되고, 에미터는 상기 인덕터(L1)를 통해 접지에 접속되며, 베이스는 상기 제 6저항(R6)과 접속된다.
상기 포토다이오드(PD)로 수신되는 광신호의 크기가 주변광이나 또는 태양광 같은 강한 직사가 입사하면, 상기 제 1트랜지스터(Q1)는 포화(saturation)가 일어난다. 즉, 상기 제 1트랜지스터(Q1)는 더 이상 광신호를 감지하지 못하게 되어 오작동을 한다. 이때, 상기 포화방지 회로(22)는 상기 포토다이오드(PD)에서 주변광이나 태양광에 의해 발생된 전류를 수신하여 접지로 출력함으로써, 상기 제 1트랜지스터(Q1)의 포화를 방지한다.
즉, 상기 포화방지회로(22)는 상기 포토다이오드(PD)로 입사되는 입사광(태양광 또는 주변광)이 강해지고, 이에 상응하여 상기 제 1트랜지스터(Q1)에 흐르는 전류가 증가하게 되어 상기 제1 트랜지스터(Q1)가 포화되었을 때 동작하는 회로이다.
직사나 주변광에 의해 상기 포토다이오드(PD)의 광전류가 증가하면 상기 제 1트랜지스터(Q1)의 에미터 전압이 상승하게 되고, 이 전압은 약 0.7V 이상이 되면 상기 제 2트랜지스터(Q2)의 베이스에 전류가 흘러 상기 제 2트랜지스터(Q2)의 컬렉터와 에미터 사이의 임피던스(impedance)가 낮아진다. 이때, 상기 포토다이오드(PD)의 광전류는 상기 제 2트랜지스터(Q2)와 인덕터(L1)로 흐르게 되어 상기 제 1트랜지스터(Q1)의 베이스에 흐르는 광전류가 감소되어 상기 제 1트랜지스터(Q1)의 포화를 방지하고 항상 활성 상태(active state)를 유지한다.
따라서, 상기 제 2트랜지스터(Q2)는 상기 포토 다이오드(PD)로 발광신호, 태 양광 및 주변광이 함께 입력되면 발광신호만으로 상기 제 1트랜지스터(Q1)가 동작하게 하므로써 광센서 모듈의 신뢰성을 높일 수 있다.
상기 제 5저항(R5), 6저항(R6) 및 제 2캐패시터(C2)는 T형 적분회로를 형성하여 교류성분에 의한 피드백(feedback)을 방지한다. 또한 상기 T형 적분회로는 상기 제 2트랜지스터(Q2)로 입력되는 전류를 소정시간 지연시킨다. 본실시 예에서는 상기 제 2트랜지스터(Q2)에 흐르는 전류가 고주파를 사용하여 상기 인덕터(L1)를 사용하였으나, 저주파를 사용할 경우에는 저항(R)소자를 사용할 수도 있다.
증폭회로(26)는 제3캐패시터(C3),제 4캐패시터(C4), 제 1다이오드(D1), 제 2다이오드(D2), 제 7저항(R7), 제 2노드(NO2) 및 제 3노드(NO3)로 이루어진다.
상기 제 3캐패시터(C3)는 출력노드(OUT)와 상기 제 2노드(NO2) 사이에 접속된다. 상기 제 1다이오드(D1), 제 2다이오드(D2) 및 제 7저항(R7)은 상기 제 2노드(NO2)와 상기 제 3노드(NO3) 사이에 병렬(parallel)로 접속된다. 상기 제 4캐패시터(C4)는 상기 제 3노드(NO3)와 접지(ground)사이에 접속된다.
상기 제 3캐패시터(C3)는 상기 출력노드(OUT)의 전압을 일시적으로 저장한다. 상기 제 1및 제 2다이오드(D1,D2)는 소정의 기준전압(Vref)까지 상기 출력노드(OUT)의 전압을 증폭하며, 또한 상기 제 1및 제 2다이오드(D1,D2)는 기준전압(Vref) 이상의 전압이 흐르는 것을 막아 회로를 보호한다. 상기 제 7저항(R7) 및 제 4캐패시터(C4)는 Vout 출력을 소정시간 지연시켜 안정된 출력을 수행한다.
상기 증폭회로(26)는 사용자가 증폭 및 출력하고자 하는 방법에 따라 다양하게 설계 될 수 있으므로, 이에 한정하지 않는다.
본실시예는 광센서 모듈을 차량검출장치의 수광부에 설치되어 동작하는 것에 대해서 설명하였으나, 광센서 모듈이 들어가는 모든 장치에도 사용될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
본 발명은 도면에 도시 된 일실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 광센서모듈에 포화 방지회로를 구현함으로써, 태양광, 주변광에 의한 직사에 의해 광센서 모듈이 포화 되었을 때 오동작하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 광센서 모듈은 발광신호, 태양광 및 주변광이 함께 입력되면 발광신호만으로 동작하게 하므로써 광센서 모듈의 신뢰성을 높일 수 있다.
Claims (3)
- 발광신호, 태양광 및 주변광을 수신하여 전류로 변환시켜 출력하는 포토다이오드;상기 포토다이오드의 출력을 증폭하여 출력하는 제 1트랜지스터; 및상기 포토다이오드의 출력에 응답하여 동작하는 상기 제 1트랜지스터의 출력을 피드백하여 상기 제 1트랜지스터의 포화를 방지하는 포화 방지회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 광센서 모듈.
- 제 1항에 있어서, 상기 포화 방지회로는인덕터;컬렉터는 상기 포토다이오드의 에노드에 접속되고 에미터는 상기 인덕터에 접속되며, 베이스는 상기 제 1트랜지스터의 에미터에 접속되어 상기 제 1트랜지스터의 에미터 전압에 응답하여 턴온/턴오프되는 제 2트랜지스터; 및상기 제 2트랜지스터를 소정시간 지연시키는 적분회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 광센서 모듈.
- 제 2항에 있어서, 상기 적분회로는제 1노드;제 1트랜지스터의 에미터 및 상기 제 1노드 사이에 접속된 1저항;상기 제 1노드와 상기 제 2트랜지스터의 베이스 사이에 접속된 제 2저항;제 1노드와 접지사이에 접속된 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 광센서 모듈.
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