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HINTERGRUND
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1. Technisches Feld der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lichtrezeptionsstromkreis und einen photoelektrischen Sensor.
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2. Beschreibung des relevanten Stands der Technik
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Ein photoelektrischer Sensor detektiert ein Zielobjekt anhand von Licht, welches von einem lichtrezipierenden Element detektiert worden ist. Der photoelektrische Sensor umfasst einen Lichtrezeptionsstromkreis zur Erzeugung eines Lichtrezeptionssignals, welches zu einer von dem lichtrezipierenden Element rezipierten Lichtmenge korrespondiert, einen Verstärkerstromkreis zur Verstärkung des Lichtrezeptionssignals sowie einen Steuerungsstromkreis zur Erzeugung eines Detektionssignals aufgrund eines Ausgangssignals des Verstärkerstromkreises (vgl. beispielsweise die Patentschriften 1 und 2). Der Steuerungsstromkreis kann zum Beispiel eine CPU (zentrale Rechen- und Steuereinheit) etc. umfassen. Der Steuerungsstromkreis kann beispielsweise eine Analog-Digital-Umwandlung eines Lichtrezeptionssignals durchführen und einen resultierenden Digitalwert verwenden, um ein Vorhandensein/Nichtvorhandensein eines Zielobjekts festzustellen. Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Steuerungsstromkreises stellt ein Vorhandensein/Nichtvorhandensein eines Zielobjekts anhand eines in analoger Form verbleibenden Lichtrezeptionssignals fest, indem er einen Komparator benutzt.
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- Patentschrift 1: JP-A-H10-019673
- Patentschrift 2: JP-A-H11-132846
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ÜBERBLICK
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass Licht ständig auf das lichtrezipierende Element trifft. Derart einfallendes Licht kann ein von dem lichtrezipierenden Element erzeugtes Signal, und zwar ein Ausgangssignal des das lichtrezipierende Element umfassenden Lichtrezeptionsstromkreises, instabil machen. Daher besteht ein Bedarf nach einer Stabilisierung eines Ausgangssignals des Lichtrezeptionsstromkreises.
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Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um das oben genannte Problem zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein von einem lichtrezipierenden Element erzeugtes Signal zu stabilisieren.
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Um das oben genannte Problem zu lösen, sieht die Erfindung einen Lichtrezeptionsstromkreis vor, welcher umfasst: einen Signalerzeugungsstromkreis, der ein Ausgangssignal erzeugt, welches eine Phase aufweist, die einer Phase eines Signalpegels an einem Eingangsknoten, an den ein lichtrezipierendes Element angebunden ist, entgegengesetzt ist; sowie einen Rückkopplungsstromkreis, welcher das Ausgangssignal an den Eingangsknoten rückkoppelt.
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Wenn bei dieser Konfiguration ein gegenphasiges Ausgangssignal an den Eingangsknoten, mit dem das lichtrezipierende Element verbunden ist, rückgekoppelt wird, wird ein durch auf das lichtrezipierende Element fallendes Licht erzeugtes und am Eingangsknoten auftretendes Signal durch das rückgekoppelte Ausgangssignal ausgelöscht, wodurch ein Signalpegel am Eingangsknoten stabilisiert wird.
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In dem oben beschriebenen Lichtrezeptionsstromkreis kann der Rückkopplungsstromkreis einen Schalterstromkreis umfassen, welcher zwischen einem Ausgangsanschluss des Signalerzeugungsstromkreises und dem Eingangsknoten geschaltet ist und auf ein Steuersignal hin ein- oder ausgeschaltet wird.
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Bei dieser Konfiguration wird ein Ausgangssignal des Signalerzeugungsstromkreises stabilisiert, indem es über den eingeschalteten Schalterstromkreis an den Eingangsknoten rückgekoppelt wird. Wenn der Schalterstromkreis ausgeschaltet ist, wird ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Pegel einer von dem lichtrezipierenden Element rezipierten Lichtmenge entspricht.
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Bei dem oben beschriebenen Lichtrezeptionsstromkreis kann der Rückkopplungsstromkreis zudem einen ersten Kondensator aufweisen, welcher zwischen dem Schalterstromkreis und dem Eingangsknoten geschaltet ist.
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Da lediglich die Wechselstromkomponente eines Ausgangssignals an den Eingangsknoten rückgekoppelt wird, kann bei dieser Konfiguration ein Einfluss einer in einem zu dem ersten Kondensator führenden Pfad auftretenden Gleichstromkomponente unterdrückt werden.
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In dem oben beschriebenen Lichtrezeptionsstromkreis kann der Signalerzeugungsstromkreis umfassen: einen zweiten Kondensator, welcher einen mit dem Eingangsknoten verbundenen ersten Anschluss aufweist; sowie einen invertierenden Stromkreis, welcher einen mit einem zweiten Anschluss des zweiten Kondensators verbundenen Eingangsanschluss aufweist und dazu konfiguriert ist, das Ausgangssignal durch Invertieren eines Eingangssignals zu erzeugen.
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Bei dieser Konfiguration wird die Gleichstromkomponente eines an dem Eingangsknoten auftretenden Signals durch den zweiten Kondensator eliminiert und eine Wechselstromkomponente des Signals wird an den invertierenden Stromkreis übermittelt. Somit ist es möglich, ein Ausgangssignal zu erzeugen, bei welchem ein Einfluss der Gleichstromkomponente eines an dem Eingangsknoten auftretenden Signals unterdrückt ist.
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Um das oben genannte Problem zu lösen, sieht die Erfindung ferner einen photoelektrischen Sensor vor, welcher umfasst: ein lichtemittierendes Element; einen das lichtemittierende Element betreibenden Lichtemissionsstromkreis; ein lichtrezipierendes Element; sowie jedweden von den oben beschriebenen Lichtrezeptionsstromkreisen, an welchen/welche das lichtrezipierende Element angebunden ist.
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Bei diesem Aspekt der Erfindung ist es möglich, einen photoelektrischen Sensor zu erhalten, welcher einen Lichtrezeptionsstromkreis umfasst, der an einem Eingangsknoten, an den ein lichtrezipierendes Element angebunden ist, einen Signalpegel stabilisiert.
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Der Lichtrezeptionsstromkreis und der erfindungsgemäße photoelektrische Sensor können ein von dem lichtrezipierenden Element erzeugtes Signal stabilisieren.
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KURZE FIGURENBESCHREIBUNG
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1 ist ein Blockdiagramm eines photoelektrischen Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel,
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2 ist ein Schaltdiagramm eines Lichtrezeptionsstromkreises und
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3A und 3B sind Waveform-Diagramme, die zeigen, wie der Lichtrezeptionsstromkreis funktioniert.
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AUSFÜHRLICHE FIGURENBESCHREIBUNG
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Wie in 1 gezeigt, umfasst ein photoelektrischer Sensor 10 ein lichtemittierendes Element 11 und ein lichtrezipierendes Element 12. Der photoelektrische Sensor 10 ist ein photoelektrischer Reflexionssensor. Von dem lichtemittierenden Element 11 emittiertes Licht wird von einem Zielobjekt X reflektiert und das lichtrezipierende Element 12 empfängt von dem Zielobjekt X reflektiertes Licht. Wenn kein Zielobjekt X vorhanden ist, fällt kein von dem lichtemittierenden Element 11 emittiertes Licht auf das lichtrezipierende Element 12. Der photoelektrische Sensor 10 stellt ein Vorhandensein/Nichtvorhandensein eines Zielobjekts X anhand eines Pegels eines Lichtrezeptionssignals des lichtrezipierenden Elements 12 fest und gibt aufgrund des Ergebnisses der Feststellung ein Detektionssignal SK aus.
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Das lichtemittierende Element 11 ist über einen Lichtemissionsstromkreis 13 mit einem Steuerungsstromkreis 14 verbunden. Das lichtrezipierende Element 12 ist über einen Lichtrezeptionsstromkreis 15 mit dem Steuerungsstromkreis 14 verbunden. Der Steuerungsstromkreis 14 steuert den Lichtemissionsstromkreis 13 und veranlasst dadurch das lichtemittierende Element 11 dazu, intermittierend Detektionslicht zu emittieren. Der Steuerungsstromkreis 14 steuert den Lichtrezeptionsstromkreis 15 und empfängt dadurch ein zu einer von dem lichtrezipierenden Element 12 rezipierten Lichtmenge korrespondierendes Signal. Beispielsweise vergleicht der Steuerungsstromkreis 14 ein Spannungsniveau eines Ausgangssignals des Lichtrezeptionsstromkreises 15 mit einer Referenzspannung und stellt anhand von dem Vergleichsergebnis ein Vorhandensein/Nichtvorhandensein eines Zielobjekts X fest. Der Steuerungsstromkreis 14 gibt aufgrund eines Ergebnisses der Feststellung ein Detektionssignal SK aus.
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Wie in 2 gezeigt, ist eine mit einer hohen Spannung VA (z.B. 5 V) beaufschlagte Stromleitung mit der Kathode des lichtrezipierenden Elements 12 verbunden. Die Anode des lichtrezipierenden Elements 12 ist mit einem Eingangsknoten N1 verbunden, der einen Eingangsanschluss des Lichtrezeptionsstromkreises 15 darstellt.
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Der Lichtrezeptionsstromkreis 15 umfasst einen Widerstand R1, einen Signalerzeugungsstromkreis 21 und einen Rückkopplungsstromkreis 23. Der Eingangsknoten N1 ist mit einem ersten Anschluss des Widerstands R1 verbunden und ein zweiter Anschluss des Widerstands R1 ist mit einer Basisleitung verbunden, die mit einer Basisspannung beaufschlagt ist. Die Anode des lichtrezipierenden Elements 12 ist somit über den Widerstand R1 mit der Basisleitung verbunden. Die Basisspannung beträgt beispielsweise 0 V; in dem Ausführungsbeispiel ist die Basisleitung der Erder GND. In der folgenden Beschreibung wird angenommen, dass die Basisleitung der Erder GND ist.
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Der Eingangsknoten N1, der die Verbindungsstelle des lichtrezipierenden Elements 12 und des Widerstands R1 darstellt, ist mit dem Signalerzeugungsstromkreis 21 verbunden. Der Signalerzeugungsstromkreis 21 umfasst einen Operationsverstärker 22, einen Widerstand R2 und Kondensatoren C1 und C2. Ein erster Anschluss des Kondensators C1 ist mit dem Eingangsknoten N1 verbunden und ein zweiter Anschluss des Kondensators C1 ist mit dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 22 verbunden. Der nicht-invertierende Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 22 ist mit einer Referenzspannung VR beaufschlagt. Ein paralleler Stromkreis des Widerstands R2 und des Kondensators C2 ist zwischen dem Ausgangsanschluss und dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 22 geschaltet.
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Der Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 22 ist mit dem Rückkopplungsstromkreis 23 verbunden. Der Rückkopplungsstromkreis 23 umfasst einen Schalterstromkreis SW1 und einen Kondensator C3. Ein erster Anschluss des Schalterstromkreises SW1 ist mit dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 22 verbunden, ein zweiter Anschluss des Schalterstromkreises SW1 ist mit einem ersten Anschluss des Kondensators C3 verbunden und ein zweiter Anschluss des Kondensators C3 ist mit dem Eingangsknoten N1 verbunden. Der Schalterstromkreis SW1 ist als ein Analogschalter ausgebildet, in welchem beispielsweise MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren) verwendet werden. Der Schalterstromkreis SW1 wird mittels eines Steuersignals SC ein-/ausgeschaltet.
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Als nächstes werden die Wirkungen des Lichtrezeptionsstromkreises 15 beschrieben. Der invertierende Eingangsanschluss des in dem Signalverstärkungsstromkreis 21 enthaltenen Operationsverstärkers 22 ist über den Kondensator C1 mit dem Eingangsknoten N1 verbunden und der Eingangsknoten N1 ist mit der Anode des lichtrezipierenden Elements 12 verbunden. Ein Signalpegel an dem Eingangsknoten N1 variiert somit in Abhängigkeit von einer auf das lichtrezipierende Element 12 auftreffenden Lichtmenge. Der Eingangsknoten N1 ist über den Kondensator C1, welcher ein koppelndes Wechselstromelement ist, mit dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 22 verbunden. Eine Gleichstromkomponente eines an dem Eingangsknoten N1 auftretenden Signals wird daher durch den Kondensator C1 eliminiert und nur die Wechselstromkomponente des Signals wird an den Operationsverstärker 22 übermittelt.
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Der Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 22 ist mit dessen invertierendem Eingangsanschluss über den Parallelstromkreis des Widerstands R2 und des Kondensators C2 verbunden. Der den Operationsverstärker 22, den Widerstand R2 und den Kondensator C2 umfassende Signalerzeugungsstromkreis 21 gibt daher ein Ausgangssignal SR aus, welches eine einem Eingangssignal entgegengesetzte Phase aufweist. Bei dem Ausführungsbeispiel ist der Verstärkungsfakor des Operationsverstärkers 22 auf „1“ eingestellt.
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Der Rückkopplungsstromkreis 23 umfasst den Schalterstromkreis SW1 und den Kondensator C3. Ist der Schalterstromkreis SW1 ausgeschaltet, rückkoppelt der Rückkopplungsstromkreis 23 kein Ausgangssignal SR des Signalerzeugungsstromkreises 21 an den Eingangsknoten N1. Da der Kondensator C1 die Gleichstromkomponente eines an dem Eingangsknoten N1 auftretenden Signals eliminiert, gibt der Signalerzeugungsstromkreis 21 ein Ausgangssignal SR aus, welches zu der Wechselstromkomponente des an dem Eingangsknoten N1 auftretenden Signals korrespondiert.
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Wird der Schalterstromkreis SW1 mittels eines Steuersignals SC eingeschaltet, so wird ein Ausgangssignal SR des Signalerzeugungsstromkreises 21 über den Rückkopplungsstromkreis 23 an den Eingangsknoten N1 rückgekoppelt. Der Kondensator C3 eliminiert eine Gleichstromkomponente des Ausgangssignals SR und leitet dessen Wechselstromkomponente weiter.
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Wie oben beschrieben, wird die Wechselstromkomponente eines Ausgangssignals SR des Signalerzeugungsstromkreises 21 an den Eingangsknoten N1 rückgekoppelt. Und das Ausgangssignal SR weist eine Phase auf, die einer Phase eines von dem Eingangsknoten N1 über den Kondensator C1 an den Signalerzeugungsstromkreis 21 übermittelten Signals entgegengesetzt ist. Somit wird ein gegenphasiges Rückkopplungssignal an den Eingangsknoten N1 übermittelt und eliminiert die Wechselstromkomponente eines an dem Eingangsknoten N1 auftretenden Signals.
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Ein Pegel eines an dem Eingangsknoten N1 auftretenden Signals variiert aufgrund von Rauschen, wie auf das lichtrezipierende Element 12 fallendes Störlicht oder elektromagnetische Wellen, die in die von dem lichtrezipierenden Element 12 zu dem Eingangsknoten N1 verlaufende Signalleitung gelangen. Die Gleichstromkomponente einer solchen Variation wird durch den Kondensator C1 eliminiert. Das heißt, der Kondensator C1 unterdrückt den Einfluss einer Gleichstromkomponente eines solchen Rauschens.
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Der Signalerzeugungsstromkreis 21 erzeugt ein Ausgangssignal SR, welches eine einer Phase eines Eingangssignals entgegengesetzte Phase aufweist. Und die Wechselstromkomponente des Ausgangssignals SR wird durch den Rückkopplungsstromkreis 23 an den Eingangsknoten N1 rückgekoppelt. Die Wechselstromkomponente eines derartigen am Eingangsknoten N1 auftretenden Rauschens wird eliminiert durch eine korrespondierende rückgekoppelte Komponente des Ausgangssignals SR. Auf diese Weise wird ein Signalpegel des Ausgangssignals SR stabilisiert.
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3A zeigt einen Lichteinfall auf das lichtrezipierende Element 12 und eine daraus resultierende Variation eines Ausgangssignals SR in einem Zustand, in dem der Schalterstromkreis SW1 des Rückkopplungsstromkreises 23 ausgeschaltet ist. Wenn ein Pulslicht auf das in 2 abgebildete lichtrezipierende Element 12 fällt, variiert ein Signalpegel an dem Eingangsknoten N1 in Abhängigkeit von dem auf das lichtrezipierende Element 12 fallenden Licht. Ein gegenphasiges Ausgangssignal SR wird erzeugt, welches einem Signalpegel an dem Eingangsknoten N1 entspricht.
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3B zeigt einen Lichteinfall auf das lichtrezipierende Element 12 sowie eine daraus resultierende Variation eines Ausgangssignals SR in einem Zustand, in dem der Schalterstromkreis SW1 des Rückkopplungsstromkreises 23 eingeschaltet ist. Wenn ein Pulslicht auf das in 2 abgebildete lichtrezipierende Element 12 fällt, variiert ein Signalpegel an dem Eingangsknoten N1 in Abhängigkeit von dem auf das lichtrezipierende Element 12 fallenden Licht. Da jedoch die Wechselstromkomponente des Ausgangssignals SR durch den Rückkopplungsstromkreis 23 an den Eingangsknoten N1 rückgekoppelt wird und die Wechselstromkomponente des an dem Eingangsknoten N1 auftretenden Signals eliminiert, wird das Ausgangssignal SR stabilisiert.
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Wie im Vorhergehenden beschrieben, stellt das Ausführungsbeispiel die folgenden Vorteile bereit:
- (1) Der Lichtrezeptionsstromkreis 15 umfasst den Signalerzeugungstromkreis 21, der ein Ausgangssignal SR erzeugt, welches eine Phase aufweist, die einer Phase eines an dem mit dem lichtrezipierenden Element 12 verbundenen Eingangsknoten N1 auftretenden Signals entgegengesetzt ist, sowie den Rückkopplungsstromkreis 23, welcher das Ausgangssignal SR an den Eingangsknoten N1 rückkoppelt. Wird ein gegenphasiges Ausgangssignal SR an den mit dem lichtrezipierenden Element 12 verbundenen Eingangsknoten N1 rückgekoppelt, so wird ein aufgrund eines Lichteinfalls auf das lichtrezipierende Element 12 erzeugtes, am Eingangsknoten N1 auftretendes Signal durch das rückgekoppelte Ausgangssignal SR ausgelöscht, wodurch ein Signalpegel an dem Eingangsknoten N1 stabilisiert wird, das heißt, das Ausgangssignal SR wird stabilisiert.
- (2) Der Rückkopplungsstromkreis 23 umfasst den Schalterstromkreis SW1, an welchen ein Ausgangssignal SR des Signalerzeugungsstromkreises 21 übermittelt wird und welcher mittels eines Steuersignals SC ein-/ausgeschaltet wird. Das Ausgangssignal SR des Signalerzeugungsstromkreises 21 wird stabilisiert, indem es über den Schalterstromkreis SW1 an den Eingangsknoten N1 rückgekoppelt wird.
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Wird der Schalterstromkreis SW1 ausgeschaltet, wird ein Ausgangssignal SR erzeugt, dessen Pegel zu einer von dem lichtrezipierenden Element 12 rezipierten Lichtmenge korrespondiert. Auf diese Weise kann in Perioden einer Detektion von Lichteinfall ein Ausgangssignal SR, dessen Pegel einer von dem lichtrezipierenden Element 12 rezipierten Lichtmenge entspricht, erzeugt werden, indem der Schalterstromkreis SW1 ausgeschaltet wird. In Perioden einer Nicht-Detektion von Lichteinfall ist es möglich, ein stabilisiertes Ausgangssignal SR zu erhalten, indem der Schalterstromkreis SW1 eingeschaltet wird.
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Wenn beispielsweise ein weiterer photoelektrischer Sensor nahe bei dem photoelektrischen Sensor 10 des Ausführungsbeispiels angeordnet wird, kann es geschehen, dass von dem weiteren photoelektrischen Sensor emittiertes Licht als Störlicht (Interferenzlicht) auf den photoelektrischen Sensor 10 fällt. In diesem Falle kann ein Einfluss des Störlichts (Interferenzlichts) durch Einschalten des Schalterstromkreises SW1 unterdrückt werden.
- (3) Der Rückkopplungsstromkreis 23 umfasst den Kondensator C3, welcher zwischen dem Schalterstromkreis SW1 und dem Eingangsknoten N1 geschaltet ist. Der Kondensator C3 eliminiert die Gleichstromkomponente eines erhaltenen Signals und leitet dessen Wechselstromkomponente weiter. Beispielsweise wird ein Offset des Operationsverstärkers 22 durch den Kondensator C3 eliminiert. Da auf diese Weise nur die Wechselstromkomponente eines Ausgangssignals SR an den Eingangsknoten N1 rückgekoppelt wird, kann ein Einfluss einer in einem zu dem Kondensator C3 führenden Pfad auftretenden Gleichstromkomponente unterdrückt werden.
- (4) Der Signalerzeugungsstromkreis 21 umfasst den Kondensator C1, dessen erster Anschluss mit dem Eingangsknoten N1 verbunden ist, sowie den Operationsverstärker 22, welcher einen mit dem zweiten Anschluss des Kondensators C1 verbundenen Eingangsanschluss aufweist und dazu konfiguriert ist, durch Invertieren eines Eingangssignals ein Ausgangssignal SR zu erzeugen. Aufgrund dessen wird die Gleichstromkomponente eines an dem Eingangsknoten N1 auftretenden Signals durch den Kondensator C1 eliminiert und die Wechselstromkomponente des Signals wird an den Operationsverstärker 22 übermittelt. Somit kann ein Ausgangssignal SR erzeugt werden, bei dem ein Einfluss der Gleichstromkomponente eines an dem Eingangsknoten N1 auftretenden Signals unterdrückt ist.
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Das Ausführungsbeispiel kann abgewandelt werden wie folgt:
- – Während bei dem Ausführungsbeispiel der den Operationsverstärker 22 umfassende Signalerzeugungsstromkreis 21 ein Ausgangssignal SR erzeugt, dessen Phase einer Phase eines an dem Eingangsknoten N1 auftretenden Signals entgegengesetzt ist, kann eine Konfiguration des Signalerzeugungsstromkreises 21 sachgerecht abgewandelt werden.
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Während ferner der invertierende Stromkreis zur Erzeugung eines gegenphasigen Ausgangssignals SR unter Verwendung des Operationsverstärkers 22 ausgebildet wird, kann die Konfiguration des invertierenden Stromkreises sachgerecht abgewandelt werden.
- – Während bei dem Ausführungsbeispiel die Kathode des lichtrezipierenden Elements 12 mit einer hohen Spannung VA beaufschlagt ist und der Widerstand R1 mit dessen Anode verbunden ist, genügt es ein Signal von dem lichtrezipierenden Element 12 zu bekommen, und der das lichtrezipierende Element 12 betreffende Stromkreis kann sachgerecht abgewandelt werden.
- – Während bei dem Ausführungsbeispiel der Schalterstromkreis SW1 als ein Analogschalter ausgebildet ist, genügt es, wenn der Schalterstromkreis SW1 fähig ist zu steuern, ob ein Ausgangssignal SR rückgekoppelt werden soll, und eine Stromkreiskonfiguration des Schalterstromkreises SW1 oder darin verwendete Vorrichtungen können nach Bedarf abgewandelt werden. Ob ein Ausgangssignal SR rückgekoppelt werden soll, kann beispielsweise durch einen Transistor oder ein Relais oder dgl. gesteuert werden.
- – Während das Ausführungsbeispiel auf den Lichtrezeptionsstromkreis 15 eines optischen Reflexionssensors 10 gerichtet ist, kann die Erfindung auch auf einen photoelektrischen Transmissionssensor angewandt werden.
- – Das Ausführungsbeispiel kann so abgewandelt sein, dass es einen Verstärkerstromkreis zur Verstärkung eines Ausgangssignals SR aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 10-019673 A [0003]
- JP 11-132846 A [0003]
