Signal detection circuit and signal detection method, as well as the state detection circuit

本発明は、発光素子とこの発光素子から受光した光量に対応する電気信号を出力する受光素子とを有するフォトセンサが出力する電気信号、および、オンオフ切り替え可能なメカスイッチのオンオフ状態を示す電気信号を検出する信号検出回路および信号検出方法、ならびにフォトセンサが出力する電気信号の状態およびメカスイッチのオンオフ状態を検出する状態検出回路に関する。

フォトセンサは、発光素子とこの発光素子から受光した光量に対応する電気信号を出力する受光素子とを有する。 フォトセンサは通常３つの端子を有する。 例えば、発光素子がフォトダイオードであり、受光素子がフォトトランジスタである場合、フォトダイオードのアノードとフォトトランジスタのエミッタとは接続されてフォトセンサの電源供給用端子を構成する。 また、フォトダイオードから受光した光量に対応する電気信号が出力されるフォトトランジスタのコレクタは、フォトセンサの信号出力端子を構成する。 また、フォトダイオードのカソードは、フォトダイオードに流れる電流を調整する光電流制限抵抗を接続するための端子となる。 フォトセンサは、受光素子が受光する発光素子からの光量に対応した電気信号を出力することができることから、様々な分野で使用されている（例えば、特許文献１参照）。

また、オンオフ切り替え可能なメカスイッチも同様に様々な分野で使用されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平９−００８７３２号公報

特開２００２−０５７７７６号公報

フォトセンサを用いる場合、その出力される電気信号を検出するために、専用の信号検出回路が必要である。 また、メカスイッチを用いる場合も、その出力される電気信号を検出するために、専用の信号検出回路が必要である。 したがって、フォトセンサとメカスイッチが混在する場合には、各々専用の信号検出回路が必要となるので部品点数が増え、製品としての価格が上昇する。 特に小型の電気機器に対してはフォトセンサおよびメカスイッチの各々専用の信号検出回路を組み込むことがスペース的に困難である場合も多い。

従って本発明の目的は、上記問題に鑑み、フォトセンサが出力する電気信号、および、オンオフ切り替え可能なメカスイッチのオンオフ状態を示す電気信号を同一の回路で検出することができる信号検出回路および信号検出方法、ならびにフォトセンサが出力する電気信号の状態およびメカスイッチのオンオフ状態を同一の回路で検出することができる状態検出回路を提供することにある。

上記目的を実現するために、本発明の第１の態様においては、信号検出回路は、発光素子とこの発光素子から受光した光量に対応する電気信号を出力する受光素子とを有するフォトセンサを駆動すると共に、フォトセンサの電源供給用端子とフォトセンサの信号出力端子との間に並列接続されるオンオフ切り替え可能なメカスイッチに電圧を印加するための駆動電源と、フォトセンサの信号出力端子に接続されて、フォトセンサが出力する電気信号、および、メカスイッチのオンオフ状態を示す電気信号を検出する検出手段と、を備える。

換言すれば、本発明の第１の態様による信号検出回路は、発光素子とこの発光素子から受光した光量に対応する電気信号を出力する受光素子とを有するフォトセンサの電源供給用端子、およびオンオフ切り替え可能なメカスイッチの一方の端子、が接続される第１のコネクタピンと、フォトセンサの信号出力端子、およびメカスイッチの他の一方の端子、が接続される第２のコネクタピンと、第１のコネクタピンに接続され、フォトセンサを駆動すると共にメカスイッチに電圧を印加するための駆動電源と、第２のコネクタピンに接続され、フォトセンサが出力する電気信号、および、メカスイッチのオンオフ状態を示す電気信号を検出する検出手段と、を備える。

この信号検出回路に基づく信号検出方法は、発光素子とこの発光素子から受光した光量に対応する電気信号を出力する受光素子とを有するフォトセンサ、および、フォトセンサの電源供給用端子とフォトセンサの信号出力端子との間に並列接続されるオンオフ切り替え可能なメカスイッチへ、電源供給用端子を通じて電源を供給する電源供給ステップと、フォトセンサの信号出力端子を通じて、フォトセンサが出力する電気信号、およびメカスイッチのオンオフ状態を示す電気信号、を検出する検出ステップと、を備える。

このとき、状態検出回路は、発光素子とこの発光素子から受光した光量に対応する電気信号を出力する受光素子とを有するフォトセンサと、フォトセンサの電源供給用端子とフォトセンサの信号出力端子との間に並列接続されるオンオフ切り替え可能なメカスイッチと、フォトセンサを駆動すると共に、メカスイッチに電圧を印加するための駆動電源と、フォトセンサの信号出力端子に接続されて、フォトセンサが出力する電気信号、および、メカスイッチのオンオフ状態を示す電気信号を検出する検出手段と、を備える。

また、本発明の第２の態様においては、発光素子とこの発光素子から受光した光量に対応する電気信号を出力する受光素子とを有するフォトセンサが出力する電気信号、および、オンオフ切り替え可能なメカスイッチのオンオフ状態を示す電気信号を検出する信号検出回路は、フォトセンサを駆動すると共に、フォトセンサの電源供給用端子とフォトセンサ内の電源供給端子とは反対側の発光素子の端子との間に並列接続されるメカスイッチに電圧を印加するための駆動電源と、フォトセンサの信号出力端子に接続されて、フォトセンサが出力する電気信号を検出する検出手段と、を備える。

換言すれば、本発明の第２の態様による信号検出回路は、フォトセンサの電源供給用端子、およびメカスイッチの一方の端子、が接続される第１のコネクタピンであって、メカスイッチはフォトセンサの電源供給用端子とフォトセンサ内の電源供給端子とは反対側の発光素子の端子との間に並列接続されている第１のコネクタピンと、フォトセンサの信号出力端子が接続される第２のコネクタピンと、第１のコネクタピンに接続され、フォトセンサを駆動すると共にメカスイッチに電圧を印加するための駆動電源と、第２のコネクタピンに接続され、フォトセンサが出力する電気信号を検出する検出手段と、を備える。

この信号検出回路に基づく信号検出方法は、フォトセンサ、および、フォトセンサの電源供給用端子とフォトセンサ内の電源供給端子とは反対側の発光素子の端子との間に並列接続されるメカスイッチへ、電源供給用端子を通じて電源を供給する電源供給ステップと、フォトセンサの信号出力端子を通じて、フォトセンサが出力する電気信号を検出する検出ステップと、を備える。

このとき、状態検出回路は、発光素子とこの発光素子から受光した光量に対応する電気信号を出力する受光素子とを有するフォトセンサと、フォトセンサの電源供給用端子と、フォトセンサ内の電源供給端子とは反対側の発光素子の端子と、の間に並列接続されるオンオフ切り替え可能なメカスイッチと、フォトセンサを駆動すると共に、メカスイッチに電圧を印加するための駆動電源と、フォトセンサの信号出力端子に接続されて、フォトセンサが出力する電気信号を検出する検出手段と、を備える。

本発明によれば、フォトセンサが出力する電気信号を検出するための信号検出回路、および、オンオフ切り替え可能なメカスイッチのオンオフ状態を示す電気信号を検出するための信号検出回路を別個独立に構成する必要がなくなり、同一の信号検出回路で各電気信号を検出することができる。 すなわち、本発明によれば、同一の信号検出回路で、メカスイッチがオンである状態、メカスイッチがオフであるときのフォトセンサのセンサ出力信号、のいずれかを検出することができる。

したがって、フォトセンサとメカスイッチが混在する場合であっても、部品点数が増えることなく、低コストで信号検出回路を構成することができる。 特に小型の電気機器内にフォトセンサおよびメカスイッチを組み込む場合であっても、当該電気機器の小型化を妨げることはない。

図１は、本発明の第１の実施例による信号検出回路および状態検出回路の基本原理図である。 以降、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味するものとする。

第１の実施例による信号検出回路１は、駆動電源１１と、検出手段１２とを備える。 駆動電源１１は、発光素子であるフォトダイオードＤとこのフォトダイオードＤから受光した光量に対応する電気信号を出力する受光素子であるフォトトランジスタＴｒとを有するフォトセンサ２１を駆動すると共に、フォトセンサ２１の電源供給用端子とフォトセンサ２１の信号出力端子との間に並列接続されるオンオフ切り替え可能なメカスイッチ２２に電圧を印加するためのものである。 また、検出手段１２は、フォトセンサ２１の信号出力端子に接続される。 検出手段１２は、抵抗１１およびマイコン３２で構成され、フォトセンサ２１が出力する電気信号、および、メカスイッチ２２のオンオフ状態を示す電気信号、を検出する。

すなわち、本発明の第１の実施例では、状態検出回路１００は、フォトセンサ２１と、フォトセンサ２１の電源供給用端子とフォトセンサ２１の信号出力端子との間に並列接続されるオンオフ切り替え可能なメカスイッチ２２と、フォトセンサ２１の電源供給用端子（すなわちフォトダイオードＤのアノードおよびフォトトランジスタＴｒのエミッタ）に接続される駆動電源１２と、フォトセンサ２１の信号出力端子（すなわちフォトトランジスタＴｒのコレクタ）に接続される検出手段１２と、を備える。 フォトセンサ２１内のフォトダイオードＤのカソードには、フォトダイオードＤに流れる電流を調整するための光電流制限抵抗２４が接続される。

例えば、駆動電源１１および検出手段１２を備える信号検出回路１と光電流制限抵抗２４とを同一基板上に実装して実現する場合は、図１に示すように３ピンコネクタ２３を介して、フォトセンサ２１およびメカスイッチ２２を、信号検出回路１および光電流制限抵抗２４に接続するのが便利である。 すなわち、この場合、３ピンコネクタ２３のピンＡには、フォトセンサ２１の電源供給用端子、メカスイッチ２２の一方の端子、および信号検出回路１の駆動電源１１が接続される。 ３ピンコネクタ２３のピンＢには、フォトセンサ２１の信号出力端子、メカスイッチ２２の他の一方の端子、および検出手段１２が接続される。 ３ピンコネクタ２３のピンＣには、フォトセンサ２１内のフォトダイオードＤのカソードおよび光電流制限抵抗２４が接続される。

図２は、図１に示した本発明の第１の実施例による信号検出回路の動作原理を説明するための状態遷移図である。

図１の駆動電源１１は、３ピンコネクタ２３のピンＡを介して、フォトセンサ２１へ電源を供給すると共にメカスイッチ２２に電圧を印加する。

メカスイッチ２２がオフのとき、フォトセンサ２１への電源供給により、フォトセンサ２１内のフォトダイオードＤには光電流制限抵抗２４によって適切に調整された電流が流れて、フォトダイオードＤは発光する（図２の状態１０１）。 フォトセンサ２１内のフォトトランジスタＴｒは、フォトダイオードＤが発した光を受光する（図２の状態１０２）。 すると、フォトセンサ２１内のフォトトランジスタＴｒのコレクタからは、フォトダイオードＤから受光した光量に対応した電流が出力される。 この電流により検出手段１２内の抵抗３１に電位差が生じる。 検出手段１２内のマイコン３２はＡＤポートを介してこの電位差を検出する（図２の状態１０３）。 このように、メカスイッチ２２がオフのときは、検出手段１２は、フォトセンサ２１が出力する電気信号を検出する。 検出手段１２が検出したフォトセンサ２１が出力する電気信号は、フォトトランジスタＴｒがフォトダイオードＤから受光した光量に対応したものであるので、その信号レベルは、単純なハイ（Ｈ）レベルもしくはロー（Ｌ）レベルといったものではなく、そのハイレベルおよびローレベルの範囲内に収まるいわゆる「中間値的」な信号レベルとなる。 換言すれば、本発明の第１の実施例では、検出手段１２が何らかの「中間値的」な電圧信号レベルを検出したときは、その信号はフォトセンサ２１が動作することによって出力されたものであり、なおかつ、メカスイッチ２２がオフ状態にある、ということを意味する。

一方、メカスイッチ２２がオンのときは、フォトセンサ２１内のフォトトランジスタＴｒのエミッタとコレクタとの間が短絡される（図２の状態１０４）ので、フォトセンサ２１内のフォトトランジスタＴｒのコレクタからは電流は流れ出ない。 この場合、駆動電源１１の電圧は検出手段１２内の抵抗３１にそのまま印加されることになる。 検出手段１２内のマイコン３２はＡＤポートを介してこの電位をハイレベルの電気信号として検出する（図２の状態１０５）。 このように、メカスイッチ２２がオンのときは、検出手段１２は、メカスイッチ２２がオン状態にあることを示す電圧信号レベルであるハイレベルの電気信号を検出する。 換言すれば、本発明の第１の実施例では、検出手段１２がハイレベルの電気信号を検出したときは、メカスイッチ２２がオン状態にある、ということを意味する。

以上説明したように、本発明の第１の実施例によれば、同一の信号検出回路で、メカスイッチがオンである状態、メカスイッチがオフであるときのフォトセンサのセンサ出力信号、のいずれかを検出することができる。 したがって、本発明の第１の実施例は、フォトセンサとメカスイッチとが混在する電気機器であって、メカスイッチがオン状態にあるときはフォトセンサの出力信号は不要であり、メカスイッチがオフ状態にあるときのフォトセンサの出力信号を検知したいような電気機器に適用することができる。

図３は、本発明の第２の実施例による信号検出回路および状態検出回路の基本原理図である。 また、図５は、本発明の第２の実施例による信号検出回路により検出される電気信号レベルを例示する図である。

第２の実施例による信号検出回路１は、駆動電源１１と、検出手段１２とを備える。 駆動電源１１は、発光素子であるフォトダイオードＤとこのフォトダイオードＤから受光した光量に対応する電気信号を出力する受光素子であるフォトトランジスタＴｒとを有するフォトセンサ２１を駆動すると共に、フォトセンサ２１の電源供給用端子とフォトセンサ２１内の電源供給端子とは反対側のフォトダイオードＤの端子（すなわちフォトダイオードＤのカソード）との間に並列接続されるオンオフ切り替え可能なメカスイッチ２２に電圧を印加するためのものである。 また、検出手段１２は、フォトセンサ２１の信号出力端子に接続される。 検出手段１２は、抵抗１１およびマイコン３２で構成され、フォトセンサ２１が出力する電気信号を検出する。

すなわち、本発明の第２の実施例では、状態検出回路１００は、フォトセンサ２１と、フォトセンサ２１の電源供給用端子とフォトセンサ２１内のフォトダイオードＤのカソードとの間に並列接続されるメカスイッチ２２と、フォトセンサ２１の電源供給用端子（すなわちフォトダイオードＤのアノードおよびフォトトランジスタＴｒのエミッタ）に接続される駆動電源１２と、フォトセンサ２１の信号出力端子（すなわちフォトトランジスタＴｒのコレクタ）に接続される検出手段１２と、を備える。 フォトセンサ２１内のフォトダイオードＤのカソードには、フォトダイオードＤに流れる電流を調整するための光電流制限抵抗２４が接続される。

例えば、駆動電源１１および検出手段１２を備える信号検出回路１と光電流制限抵抗２４とを同一基板上に実装して実現する場合は、図３に示すように３ピンコネクタ２３を介して、フォトセンサ２１およびメカスイッチ２２を、信号検出回路１および光電流制限抵抗２４に接続するのが便利である。 すなわち、この場合、３ピンコネクタ２３のピンＡには、フォトセンサ２１の電源供給用端子、メカスイッチ２２の一方の端子、および信号検出回路１の駆動電源１１が接続される。 ３ピンコネクタ２３のピンＢには、フォトセンサ２１の信号出力端子および検出手段１２が接続される。 ３ピンコネクタ２３のピンＣには、フォトセンサ２１内のフォトダイオードＤのカソード、メカスイッチ２２の他の一方の端子、および光電流制限抵抗２４が接続される。

図４は、図３に示した本発明の第２の実施例による信号検出回路の動作原理を説明するための状態遷移図である。

図３の駆動電源１１は、３ピンコネクタ２３のピンＡを介して、フォトセンサ２１へ電源を供給すると共にメカスイッチ２２に電圧を印加する。

メカスイッチ２２がオンのときは、フォトセンサ２１内のフォトダイオードＤは短絡される（図４の状態２０１）ので、フォトセンサ２１内のフォトトランジスタＴｒのコレクタからは電流は流れ出ない。 したがって、検出手段１２内の抵抗３１には電位差は生じず、このため検出手段１２内のマイコン３２はＡＤポートを介してゼロ電圧、すなわちローレベルの電圧信号を検出する（図４の状態２０２）。 このように、メカスイッチ２２がオンのときは、検出手段１２は、図５に示すように、ローレベル（ゼロ電圧）の電気信号を検出することになる。 換言すれば、本発明の第２の実施例では、検出手段１２がローレベルの電気信号を検出したときは、メカスイッチ２２がオン状態にある、ということを意味する。

一方、メカスイッチ２２がオフのときは、フォトセンサ２１への電源供給により、フォトセンサ２１内のフォトダイオードＤには光電流制限抵抗２４によって適切に調整された電流が流れて、フォトダイオードＤは発光する（図４の状態２０３）。 フォトセンサ２１内のフォトトランジスタＴｒは、フォトダイオードＤが発した光を受光する（図４の状態２０４）。 すると、フォトセンサ２１内のフォトトランジスタＴｒのコレクタからは、フォトダイオードＤから受光した光量に対応した電流が出力される。 この電流により検出手段１２内の抵抗３１に電位差が生じる。 検出手段１２内のマイコン３２はＡＤポートを介してこの電位を検出する（図４の状態２０５）。 このように、メカスイッチ２２がオフのときは、検出手段１２は、フォトセンサ２１が出力する電気信号を検出する。 検出手段１２が検出したフォトセンサ２１が出力する電気信号は、フォトトランジスタＴｒがフォトダイオードＤから受光した光量に対応したものであるので、図５に示すように、その信号レベルは、単純なハイ（Ｈ）レベルもしくはロー（Ｌ）レベルといったものではなく、そのハイレベルおよびローレベルの範囲内に収まるいわゆる「中間値的」な信号レベルとなる。 換言すれば、本発明の第２の実施例では、検出手段１２が何らかの「中間値的」な信号レベルを検出したときは、メカスイッチ２２がオフ状態にあるときにフォトセンサ２１が動作することによって出力されたものであるということを意味する。

このように、本発明の第２の実施例によれば、同一の信号検出回路で、メカスイッチがオンである状態、メカスイッチがオフであるときのフォトセンサのセンサ出力信号、のいずれかを検出することができる。

以上説明したように、本発明の第１の実施例および第２の実施例は、フォトセンサとメカスイッチとが混在する電気機器であって、メカスイッチがオン状態にあるときはフォトセンサの出力信号は不要であり、メカスイッチがオフ状態にあるときのフォトセンサの出力信号を検知したいような電気機器に適用することができる。

このような本発明の第１の実施例および第２の実施例が適用できる電気機器の一例として、サーマルプリンタがある。 例えば、サーマルプリンタのプラテンに用紙がセットされたか否かをメカスイッチで検知する。 用紙がセットされた状態をメカスイッチのオン状態に割り当て、用紙がセットされていない状態をメカスイッチのオフ状態に割り当てる。 そして用紙がセットされたときにおけるフォトセンサの出力信号を、用紙のマークの検出に割り当てる。 従来では、用紙のセットの有無および用紙のマークの検出にはそれぞれ別の信号検出回路を設ける必要があったが、本発明の第１の実施例および第２の実施例によれば１つの信号検出回路で実現することができる。

また、このような本発明の第１の実施例および第２の実施例が適用できる電気機器の別の一例として、折り畳み式携帯電話がある。 例えば、携帯電話の筐体が開かれているか否かをメカスイッチで検知する。 携帯電話の筐体が閉じている状態をメカスイッチのオン状態に割り当て、携帯電話の筐体が開いている状態をメカスイッチのオフ状態に割り当てる。 そして携帯電話の筐体が開いている状態において、例えばフォトセンサの出力信号を、携帯電話周囲の照度検知の結果に割り当てれば、フォトセンサから何らかの電圧レベルの信号したときは「携帯電話の筐体が確実に開いている」ということになるので、筐体の開閉状態を誤動作なく検知することができる。 これと同様の例として、電車やバスのドアの開閉状態の検知にも適用することができ、乗客の安全確保にも寄与する。

本発明は、フォトセンサおよびメカスイッチが混在する電気機器における当該フォトセンサおよびメカスイッチのための信号検出回路に適用することができる。 本発明によれば、フォトセンサのための信号検出回路およびメカスイッチのための信号検出回路を別個独立に構成する必要がなくなり、同一の信号検出回路として実現することができる。 すなわち、本発明によれば、同一の信号検出回路で、メカスイッチがオンである状態、メカスイッチがオフであるときのフォトセンサのセンサ出力信号、のいずれかを検出することができる。

したがって、本発明はフォトセンサとメカスイッチとが混在する電気機器であって、メカスイッチがオン状態にあるときはフォトセンサの出力信号は不要であり、メカスイッチがオフ状態にあるときのフォトセンサの出力信号を検知したい電気機器などに適用することができる。 一例を挙げると、サーマルプリンタ、折り畳み式携帯電話、電車やバスのドアの開閉装置などの電気機器におけるフォトセンサおよびメカスイッチの信号検出回路に適用することができる。

本発明の第１の実施例による信号検出回路および状態検出回路の基本原理図である。

図１に示した本発明の第１の実施例による信号検出回路の動作原理を説明するための状態遷移図である。

本発明の第２の実施例による信号検出回路および状態検出回路の基本原理図である。

図３に示した本発明の第２の実施例による信号検出回路の動作原理を説明するための状態遷移図である。

本発明の第２の実施例による信号検出回路により検出される電気信号レベルを例示する図である。

符号の説明

１ 信号検出回路 １１ 駆動電源 １２ 検出手段 ２１ フォトセンサ ２２ メカスイッチ ２３ ３ピンコネクタ ２４ 光電流制御抵抗 ３１ 抵抗 ３２ マイコン １００ 状態検出回路 Ａ、Ｂ、Ｃ ピン Ｄ フォトダイオード Ｔｒ フォトトランジスタ