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Gebiet der
Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Messanordnung
mit einer Vorrichtung zur Fremdlichtkompensation nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur phasenkorrekten Kompensation
eines differenziellen optischen Signals dieser Messanordnung nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
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Aus der
EP 0 706 648 B1 ist ein
optisches Messsystem bekannt, bei dem wenigstens zwei Leuchtdioden
als Lichtquellen Licht wechselseitig so aussenden, dass an einem
Empfänger
ein Gleichlichtsignal ohne taktsynchrone Wechsellichtanteile anliegt.
Das Empfangssignal wird auf diese taktsynchronen Wechsellichtanteile
untersucht. Bei Auftreten derartiger Wechsellichtanteile wird abhängig von der
detektierten Phasenlage die Lichtleistung der Leuchtdioden so nachgeregelt,
bis der taktsynchrone Wechsellichtanteil wieder zu Null wird. Es
wird also so lange nachgeregelt, bis aus den verschiedenen Lichtstrecken
von Takt zu Takt die gleiche Lichtmenge am Empfänger ankommt. Üblicherweise
werden vorzugsweise beide bzw. alle an der Lichtleistung beteiligten
Lichtstrecken hierzu gegeneinander in ihrer Leistung geregelt.
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Bei einer Anordnung nach der
EP 706 648 B1 werden
wenigstens zwei Lichtstrecken in ihrer Leistung gegeneinander geregelt.
Bei einer Anordnung nach der älteren
deutschen Patentanmeldung 101 33 823 sind es zur flächenmäßigen Positionserkennung,
also zur Erkennung einer Position in X- und Y-Richtung schon vier
Lichtstrecken und zur Bestimmung der Lage eines Objekts in Richtung
der Z-Achse noch wenigstens eine weitere Lichtstrecke, so dass insgesamt
fünf geregelte
Lichtstre cken eingesetzt werden. Dabei benötigt jede dieser geregelten Lichtstrecken
eine analoge oder digitale Leistungsregelung für einen LED-Strom von z.B.
0–100
mA. In einem digitalen System kann die Leistungsregelung z.B. dann
durch fünf
Digital-Analogwandler
oder durch fünf
Pulsweitenregelungen erfolgen. Dabei ist auch eine Lösung denkbar,
bei der mindestens eine Regelstufe ein Signal regelt, das dann zeitsequenziell
auf mindestens je eine der beteiligten Leuchtdioden gegeben wird.
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Aus der
DE 28 49 186 C2 ist ein
optisches Messgerät
mit Kompensationseinrichtungen bekannt, um Fehlereinflüsse zu kompensieren,
die durch unterschiedliche Dämpfungen
in Empfangslichtleitern entstehen können. Mit Hilfe von Wandlerelementen
und einer elektronischen Schaltung wird dort ein elektronisches
Kompensationssignalerzeugt.
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In der
DE 101 06 998 A1 wird bei
einer Reflexlichtmessung ein zweiter Reflexlichtempfänger für ein zweites
Empfangssignal phasenbezogen zu der wechselweisen Lichtsenderansteuerung
amplitudenmäßig ausgewertet
und das so gewonnen Auswertesignal, das den wechselseitigen optischen Kopplungen
entspricht, wird gewichtet dem Ausgangssignal der Reflexlichtmessung
hinzugefügt. Aush
hier erfolgt eine Korrektur des Ausgangssignals mittels eines elektronischen
Signals, aber nicht mittels einer weiteren Lichtquelle.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt
der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine optoelektronische
Messanordnung und ein Verfahren zu schaffen, dass mit einfachen
Mitteln eine Kompensation des Empfangsignals zu Null erreicht, ohne
dass aufwändig
eine Vielzahl von Digital-Analogwandlern, Pulsweitenmodulatoren
bzw. Leistungsumschalter benötigt
werden.
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Diese Aufgabe wird durch eine optoelektronische
Messanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren
mit den Merkmalen des Anspruches 7 gelöst.
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Der Erfindung liegt das Prinzip zugrunde, dass
dann, wenn eine Lichtquelle, bei einer Ausgestaltung nach Anspruch
2 eine LED, Licht aussendet, eine Photodiode, die dieses Licht z.B.
nach Reflexion von einem Gegenstand erhält, ein taktsynchrones elektrisches
Signal erzeugt. Sendet also z.B. die Leuchtdiode Licht mit einer
Taktfrequenz von 40 KHz aus, wird die Photodiode ein entsprechendes
Signal mit der gleichen Frequenz und nahezu gleicher Phase erzeugen.
Betrachtet man nun bei zwei getaktet betriebenen Leuchtdioden den
hier relevanten Wechsellichtanteil bezüglich der Sendephase von 0°, so kann
dieser Wechsellichtanteil positiv und negativ sein, d.h. eine Phase
von 0° oder
180° aufweisen,
da eine Leuchtdiode bei einer Phase von 0° und die andere bei einer Phase
von 180° abstrahlt.
Dabei wird 0° mit
positivem Vorzeichen identifiziert und 180° mit negativem Vorzeichen. Wird
nun eine weitere Lichtquelle zugeschaltet, die unabhängig von
den das Licht aussendenden Lichtquellen arbeitet, kann diese Licht
in Amplitude und Vorzeichen vorzugsweise gemäß den Ansprüchen 5, 6 bzw. 11, 12 phasenversetzt
einstrahlen. Mit anderen Worten kann also die weitere Lichtquelle
durch zusätzliche
Lichteinstrahlung die Kompensation im Wesentlichen oder sogar alleine übernehmen.
Dadurch wird über
die Lichtleistung der weiteren Lichtquelle das taktsynchrone Empfangssignal
in seiner Amplitude auch bei komplexen Messanordnungen mit Positions-,
Richtungs- und Entfernungsdetektion so beeinflusst, dass das Empfangssignal
zu Null wird.
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Die weitere Lichtquelle kann so angeordnet sein,
dass sie in einem bestimmten Abstand von der ersten Lichtquelle
den gleichen reflektierenden Gegenstand beleuchtet, oder sie strahlt
direkt zum Empfänger,
ohne dass hier Licht vom reflektierenden Gegenstand reflektiert
wird. Im ersten Fall kann damit die Leuchtdiode auch zur Abstandsdetektion
eingesetzt werden, im zweiten Fall erfolgt die Abstandsdetektion
ausschließlich über den
Anteil der reflektierten Strahlung. In beiden Fällen sendet jedoch die weitere
Lichtquelle ein zum Signal der anderen Lichtquellen versetztes Signal
aus, dass in der Amplitude geregelt wird.
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Während
bei den sendenden Lichtquellen je nur ein Vorzeichen für die Phase
vorhanden ist, kann im Empfänger,
vorzugsweise einer Photodiode, das EmpfangssignaI das Vorzeichen
wechseln. Dies ist z.B. der Fall, wenn zwei Lichtquellen so angeordnet sind,
dass ein reflektierender Gegenstand ungefähr mittig zu den Lichtquellen
das von beiden Lichtquellen empfangene Licht zur Photodiode reflektiert.
Je nach Position ändern
sich die Amplitude und das Vorzeichen des taktsynchronem Wechsellichtanteils
im Empfangssignal.
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Während
im Stand der Technik zur Erzielung einer vollkommenen Unempfindlichkeit
gegenüber Fremdlicht
vorgeschlagen wurde, die Leistung der Lichtquellen so zu regeln,
dass das Empfangsignal zu Null wird, wird nun auf die Leistungsregelung
der Lichtquellen vorzugsweise vollständig verzichtet. Das bedeutet,
dass vorzugsweise alle zur Positions- oder Abstandsdetektion benötigten Lichtquellen
mit gleicher oder wenigstens fest vorbestimmter Leistung gemäß Anspruch
2 Licht abstrahlen. Damit bildet sich an der Photodiode, dem Empfänger, ein
taktsynchrones Signal aus, mit je nach Reflexion entsprechender
Amplitude und beliebigem Vorzeichen. Dieses Signal wird nun mit
der weiteren Lichtquelle zu Null kompensiert, um wieder unempfindlich
gegenüber
Fremdlicht zu werden. Dabei hat diese Lichtquelle die besondere
Eigenschaft, dass sie in der Leistung und im Vorzeichen veränderbar
ist. Vorzugsweise strahlt diese Lichtquelle ihr Licht möglichst
direkt in die Photodiode ein. Da sie auch die Lichtquelle zur Bestimmung
des Abstands ersetzen kann, wird daher kein Mehraufwand benötigt. Im
Gegensatz zu fünf
Regelstufen für
eine dreidimensionale Positionsbestimmung, von denen mindestens
vier Regelstufen eine Leistung von z. B. 0–100 mA zu regeln haben, wird
nun nur noch eine einzige Regelstufe mit einem wesentlich geringerem
Leistungsbedarf benötigt.
Gleichwohl können
mit dem Licht dieser weiteren Lichtquelle alle möglichen Zustände der
Reflexion in der Photodiode zu Null kompensiert werden.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand
der beigefügten
Figuren näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 Eine
Schaltung für
eine optoelektronische Messanordnung nach dem Stand der Technik,
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2 eine
Schaltung für
eine optoelektronische Messanordnung zur Positionsbestimmung,
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3 eine
Schaltung für
eine optoelektronische Messanordnung zur Positions- und Abstandsbestimmung,
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4 eine
Schaltung für
die Beeinflussung des Ausgangswertes,
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5 den
Signalverlauf von Ausgangswert und Regelwert Beschreibung des Standes
der Technik
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1 zeigt
eine optoelektronische Messanordnung wie sie z. B. aus der
EP 0 706 648 im wesentlichen
bekannt ist. Wenigstens zwei erste Lichtquellen
3,
4,
die im Ausführungsbeispiel
Leuchtdioden sind, strahlen Licht durch ein für die jeweilige Wellenlänge des
Lichts durchlässiges
Medium hindurch, wobei die gesendeten Lichtstrahlen
23,
25 an einem
Objekt, wie hier einer Hand, reflektiert werden und der reflektierte
Lichtanteil durch die reflektierten Lichtstrahlen
24,
26 von
einem Empfänger
13 empfangen
werden. Der Empfänger
13 ist
vorzugsweise eine Photodiode. Dem Empfänger
13 ist ferner
eine Photostromkompensation
2 zugeordnet.
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Grundsätzlich kommt als transparentes
Medium jedes beliebige auch nichtgegenständliche Medium in Betracht,
im Ausführungsbeispiel
wird in diesem Bereich eine lichtdurchlässige Scheibe 15 angeordnet,
die von der Hand z. B. zur Auslösung
einer bestimmten Funktion berührt
werden kann. Die Lichtquellen werden vom Taktgenerator 11 angesteuert, wobei
die Lichtquelle 4 zur Positionsbestimmung mit einem gegenüber der
Lichtquelle 3 invertierten Takt angesteuert wird. Damit
senden die Lichtquellen 3, 4 zeitsequentiell getaktet,
phasenweise Licht aus.
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Das optische Messsystem, das im folgenden näher erläutert wird,
sendet das Licht wechselseitig so aus, dass an einem Empfänger 13 möglichst
ein Gleichlichtsignal ohne taktsynchrone Wechsellichtanteile anliegt.
Zu diesem Zweck wird das Empfangssignal auf taktsynchrone Wechsellichtanteile
untersucht. Bei Auftreten von taktsynchronen Wechsellichtanteilen
wird die Lichtleistung der Lichtquellen 3, 4 so
in Abhängigkeit
von der detektierten Phasenlage nachgeregelt, dass der taktsynchrone
Wechsellichtanteil wieder zu Null wird. Dies erfolgt gemäß 1 so dass zunächst das
vom Empfänger 13 stammende
Signal einem Hochpassfilter 5 zugeleitet wird, um möglichst
Gleichlichtanteile zu eliminieren. Das verbleibende Signal wird
in einem Vorverstärker 6 verstärkt und
dann in einem Synchrondemodulator 7 wieder auf die beiden
den Lichtstrecken in Form des gesendeten Lichtstrahls 23 und
des reflektierten Lichtstrahls 24 einerseits und in Form
des gesendeten Lichtstrahls 25 und des reflektierten Lichtstrahls 26 andererseits
entsprechenden Signale zerlegt. Hierzu erhält der Synchrondemodulator 7 vom
Taktgenerator 11 ebenfalls den Takt übermittelt. Die den jeweiligen
Lichtstrecken entsprechenden Signale werden Tiefpassfiltern 8 zugeleitet
und anschließend dem
Vergleicher 9 zugeführt.
Dort steht dann auch das Ausgangssignal 12 an.
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Die so gewonnenen Signale werden
einmal unmittelbar und einmal invertiert an die den ersten Lichtquellen 3, 4 zugeordneten
Regeleinheiten 17, 19 übermittelt, die im Fall der
Positionsbestimmung, bei der die ersten Lichtquellen 3, 4 wechselweise Licht
aussenden, die Lichtintensität
der Lichtquellen 3, 4 bestimmen und damit Einfluss
auf das am Empfänger
eingehende Empfangssignal nehmen. Im Ausführungsbeispiel wird das Signal
nach dem Vergleicher 9 auf dem linken Pfad ebenfalls einer
weiteren Regeleinheit 22 zugeleitet. Das Signal der Regeleinheit 22 wird
einem Treiber 21 zugeleitet, der mittels Enable-Steuerung
von der Ablaufsteuerung 16 bedarfsweise angesteuert wird,
um über
die als Kompensationslichtquelle ausgebildete weitere Lichtquelle 14,
ebenfalls eine Leuchtdiode, den Anteil des Wechsellichts an der
Photodiode zu Null zu machen und dadurch Fremdlichteinflüsse weitestgehend
auszuschließen.
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Im Schaltplan sind mehrere von der
Ablaufsteuerung 16 ansteuerbare Multiplexer 10, 18, 20 vorgesehen,
die insbesondere dann erforderlich sind, wenn die Vorrichtung gemäß 1 nicht nur zur Positionsbestimmung
sondern auch zur Abstandsbestimmung eingesetzt werden soll. Während bei
der Positionsbestimmung die Leuchtdioden wechselweise strahlen,
werden für
die Abstandsbestimmung die Lichtquellen 3, 4 gleichzeitig
beaufschlagt. Dies ist insbesondere aus der älteren Patentanmeldung 101 33
823 bekannt, auf die insofern hiermit ausdrücklich bezug genommen wird.
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Für
die Positionsbestimmung liefert der Taktgenerator an die Lichtquelle 4 ein
gegenüber
dem Signal für
die Lichtquelle 3 invertiertes Signal, das einerseits der
weiteren Lichtquelle 14 aber andererseits auch über den
Multiplexer 10 der Regeleinheit 19 und Multiplexer 20 zugeleitet
wird. Im Fall der Abstandsmessung hingegen wird dasselbe Signal,
das an die Lichtquelle 3 über den Multiplexer 18 gegeben wird,
ge mäß dem oberen
in den Multiplexer 10 eintretenden Pfad auch an die Lichtquelle 4 gegeben. Deutlich
ist zu erkennen, dass bereits in diesem vereinfachten Ausführungsbeispiel
drei Regeleinheiten 17, 19, 22 und mehrere
Multiplexer 18, 20 zur Lösung dieser Aufgabenstellung
erforderlich sind.
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Beschreibung
bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Gemäß den 2 und 3 wird
nun die erfindungsgemäße Lösung erläutert, bei
der in 2 die reine Positionserfassung
und in 3 die Positions- und
Abstandserfassung dargestellt sind. Bereits ein bloßer Vergleich
der Schaltpläne
macht deutlich, dass auf mehrere Regeleinheiten und zumindest einen
Teil der Multiplexer verzichtet werden kann, obwohl diese Lösungen die
gleiche Aufgabe lösen
wie die Schaltung gemäß 1.
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Bevor auf die einzelnen Ausführungsformen eingegangen
wird, wird zunächst
das grundsätzliche Prinzip
erläutert.
Für die
Fremdlichtkompensation unter Regelung des taktsynchronen Wechsellichtanteils,
der zwischen unterschiedlichen Phasen auftritt, zu Null, wird in
den Ausführungsbeispielen
gemäß 2 und 3 eine weitere Lichtquelle 14 eingesetzt, die
eine von den ersten Lichtquellen 3, 4 unabhängige Lichtquelle
ist. Diese weitere Lichtquelle 14 ist dem Empfänger 13 zugeordnet
und in ihrer Lichtintensität
in Amplitude und Vorzeichen regelbar. Vorzugsweise wird die weitere
Lichtquelle 14 so angeordnet, dass sie direkt zum Empfänger 13 strahlt, ohne
dass ihr Licht vom reflektierenden Gegenstand reflektiert wird.
Im ersten Fall kann die Position des reflektierenden Gegenstandes
im Verhältnis
zur Anordnung der Photodiode nach den Lichtquellen bestimmt werden,
im zweiten Fall kann ausschließlich über den
Anteil der reflektierten Strahlung der Abstand zum Gegenstand bestimmt
werden. Als Lichtquellen kommen grundsätzlich alle Arten von Lichtstrahlung
aussendenden Elementen, aber insbesondere Leuchtdioden oder Laserdioden
in Betracht.
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Vorzugsweise die gesamte Regelung
wird dieser weiteren Lichtquelle 14 zugeschrieben, wobei diese
Lichtquelle „negatives
Licht" aussendet.
Was ist damit gemeint: Am Empfänger 13 überlagern
sich additiv die Sendesignale einerseits aus den Lichtstrecken,
also die Signale stammend von den ersten Lichtquellen 3, 4,
reflektiert an der Hand 1 mit dem Sendesignal der weiteren
Lichtquelle 14. Da es bei diesem System im wesentlichen
auf den Wechsellichtanteil ankommt, wird dieser Wechsellichtanteil bezüglich der
Sendephase näher
betrachtet. Dabei wird der einen Lichtquelle 3 die Sendephase
von 0° und
der anderen Lichtquelle 4 die Sendephase von 180° zugewiesen.
Schaut man sich diesen Wechsellichtanteil nun bezüglich der
Sendephase von 0° an, so
kann dieser Wechsellichtanteil positiv und negativ sein, das heißt eine
Phase von 0° oder
180° aufweisen.
Bei einem Phasenversatz von 180° werden
zwei Lichtquellen eingesetzt. Entsprechend phasenversetzt können die
Signale bei mehreren Lichtquellen auftreten.
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0° wird
nun mit „positiv" identifiziert und
180° mit „negativ". Die weitere Lichtquelle 14,
also der Kompensator, der hier nur auf den Empfänger 13 strahlt, wird
nun so geregelt in Amplitude und Vorzeichen, gleichbedeutend mit
Phase, dass der Wechsellichtanteil zu Null wird. Während die
ersten Lichtquellen 3, 4 z. B. mit gleichbleibender
oder fest vorgegebener Lichtintensität Licht aussenden, wird die
weitere Lichtquelle 14 im Ausgangszustand, bei dem üblicherweise
keine taktsynchronen Wechsellichtanteile vorliegen, in einem mittleren
Bereich betrieben, so dass sie Licht mit einer mittleren Intensität ausstrahlt. Zur
Fremdlichtkompensation bzw. zur Regelung des Wechsellichtanteils
kann diese weitere Lichtquelle nun so taktsynchron geregelt werden,
dass sie einerseits in der Amplitude aus diesem Mittelbereich nach unten
oder oben heraus regelbar ist, andererseits aber auch durch die
Ansteuerung phasenversetzt im Vorzeichen beeinflussbar ist.
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Grundsätzlich können auch mehr als zwei Lichtstrecken
entsprechend betrieben werden. Dabei können die Lichtquellen in einem
beliebigen Winkel versetzt betrieben werden. So kann z.B. bei vier Messstrecken
der Winkelkreis in beliebige Winkel aufgeteilt werden, vorzugsweise
wird man in diesem Fall jedoch eine Winkelversatz von 90° wählen. Entsprechendes
gilt für
eine andere Anzahl von Messstrecken.
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Betrachtet man 2, die Ausführungsform zur Positionsbestimmung,
so sind zunächst
die ersten Lichtquellen 3, 4 wie im Stand der
Technik vorhanden, die vom Taktgenerator 11 wechselweise
mit invertiertem Signal angesteuert werden. Das aus den Lichtstrecken
stammende Signal geht am Empfänger 13 ein
und wird wie im Stand der Technik über Hochpassfilter 5,
Vorverstärker 6,
Synchrondemodulator 7, Tiefpassfilter 8, und Vergleicher 9 geführt, um
daraus nun das Ausgangssignal 28 zu erhalten. Dieses Ausgangssignal
wird zugleich der Regeleinheit 27 zugeführt, die einerseits beide Takte
erhält
und entsprechend die weitere Lichtquelle 14 zur Kompensation
ansteuert.
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Bei dieser Positionsbestimmung gemäß 2 sendet z. B. die Leuchtdiode 3 mit
konstanter Amplitude und Phase 0° also
mit positivem Vorzeichen, während
die Lichtquelle 4 ebenfalls mit konstanter Amplitude jedoch
mit Phase 180° und
damit negativem Vorzeichen sendet. Die weitere Lichtquelle 14 wird
nun so in Vorzeichen und Amplitude geregelt, dass die Summe aller
Wechsellichtsignale am Empfänger 13 zu
Null wird. Hierzu werden der Regeleinheit 27 beide Takte
0° und 180° zugeführt. Das
insofern durch die Regeleinheit 27 abgebildete Potentiometer
verdeutlicht das Steuerelement, das in Mittelstellung die Amplitude
Null hat. In den beiden Endanschlägen ist die Amplitude maximal
mit der jeweiligen Phase bzw. dem Vorzeichen des Anschlusses. Grundsätzlich strahlt
die weitere Lichtquelle 14 somit in Phase mit der oder
den schwächeren
Lichtquellen, je nachdem welche der ersten Lichtquellen 3,4 die schwächere oder
die schwächeren
sind.
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Die Schaltung gemäß 3 ist ergänzend nun auch zur Abstandsbestimmung
bestimmt und unterscheidet sich insofern im wesentlichen durch die
Anordnung des Multiplexers 10. Während die Signalerfassung und
die Bestimmung des Ausgangssignals 29 mit 2 identisch ist, muss diese Schaltung
nun auch dafür
geeignet sein, dass die ersten Lichtquellen 3, 4 gleichzeitig
Licht aussenden können.
Hierzu wird, wie zur 1 bereits
erläutert,
das Taktsignal einer Ablaufsteuerung 16 zugeleitet, die den
Multiplexer 10 ansteuert. Für die Positionsbestimmung wird über den
Multiplexer 10 ein invertiertes Signal an die Lichtquelle 4 übermittelt,
so dass die Lichtquellen wie in 2 wechselweise
Licht zur Positionsbestimmung aussenden. Bei der Abstandsbestimmung
hingegen senden die Lichtquellen gleichzeitig Licht aus. Daher wird
für die
Abstandsbestimmung ein – nicht
invertiertes – Signal
an die Lichtquelle 4 übermittelt
wird, das gleichzeitig auch an die Lichtquelle 3 übermittelt wird.
Für die
Abstandsmessung senden also die ersten Lichtquellen 3 und 4 beide
mit konstanter Amplitude und Phase 0°, also mit positivem Vorzeichen.
Die weitere Lichtquelle 14 wird bei dieser Abstandsmessung
in der Amplitude so geregelt, dass die Summe aller Wechsellichtsignale
am Empfänger 13 zu
Null wird. Der Betriebsmodus für die
Positionsbestimmung erfolgt abgesehen von der Zwischenschaltung
des Multiplexers 10 identisch wie zu 2 beschrieben.
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Betrachtet man also nur die Summe
der Wechsellichtsignale am Empfänger 13 und
ordnet einer Phasenlage von 0° das
Vorzeichen Plus zu und der Phasenlage von 180° das Vorzeichen Minus zu, so
muss die weitere Lichtquelle 14 als Kompensator einmal
mit positivem Vorzeichen und einmal mit negativem Vorzeichen senden. „Negatives
Licht" ist also
in diesem Falle nur modelliertes Licht, das vorzugsweise um 180° phasenverschoben
ist.
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4 und 5 zeigen wie die Signale
in der Regeleinheit 27 gemischt werden. Die Schaltung erhält einerseits
das Eingangssignal 34 vom Taktgenerator 11. Ferner
wird der Schaltung der Regelwert 36 zugeführt, der
von den Ausgangssignalen 28 oder 29 in 2 bzw. 3 abgeleitet ist. Dieser Regelwert wird üblicherweise
im ausgeglichenen Zustand in der Hälfte des vorhandenen Regelbereichs
U, in diesem Falle z.B. bei U/2 liegen.
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In der Regeleinheit wird nun einerseits
das Eingangssignal 34 „Takt" einmal unmittelbar und einmal durch
Inverter 30 invertiert Multiplizierern 31 zugeleitet.
Die Multiplizierer erhalten ebenso den Regelwert vom Treiber 32 einmal
invertiert und einmal nicht invertiert. Die so den Multiplizierern
zugeführten Signale
werden dort entsprechend multipliziert und dann über eine Additionsstufe 33 zusammengeführt, so
dass sich als Ausgangswert 35 ein entsprechender größerer oder
kleinerer Wert ergibt, der zur Ansteuerung der weiteren Lichtquelle 14 verwendet wird.
Bei gleicher Ansteuerung aus dem Treiber 32 liefern die
Multiplizierer 31 jeweils einen Signalanteil des Eingangssignals 34 „Takt" von z.B. 50% der
Amplitude mit der Phase 0° und
der Phase 180° an
die Additionsstufe 33. Aufgrund gleicher Amplitude bei um
180° gedrehter
Phase heben sich beide Signale auf und am Ausgang der Additionsstufe
liegt nur ein Gleichspannungssignal ohne taktsynchrone Anteile an.
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Weist man der Lichtquelle 3 den
Takt A und der Lichtquelle 4 den Takt B zu, kann sich gemäß 5 folgendes Bild ergeben.
Liegt z. B. gemäß 5 links aufgrund einer entsprechenden
Reflexion ein positiver Regelwert vor, so wird das Ausgangssignal 35 eine
positive Taktphase von 0° mit
einem in der Amplitude größeren Signal
im Takt B und einem in der Amplitude kleineren Signal im Takt A
erzeugen. Bei entsprechend negativer Regelspannung gemäß 5, Mitte dreht sich die
Phase entsprechend um. Das Ausgangsignal 35 versucht somit
den taktsynchronen Anteil des Empfangssignals an der Photodiode
zu Null zu kompensieren. der Ausgangswert an die weitere Lichtquelle
je nach Taktphase A, B so angesteuert, dass sich eine entsprechende
Regelspannung ergibt. Der an die weitere Lichtquelle gelieferte Ausgangswert 35 wird
also so bestimmt, dass er in der Gegenphase so viel Licht erhält, dass
sich ein positiver Regelwert ergibt.
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Im umgekehrten Fall einer negativen
Taktphase mit negativem Regelwert wird der Ausgangswert 35 entsprechend
umgekehrt angesteuert, so dass hier nun die Taktphase A den größeren „Kompensationswert" erhält, so dass
sich der Regelwert im Negativen bewegt. Die Regelspannung wird damit von
der positiven Phase in die negative Phase verändert. Bei einem gleichbleibenden
Regelwert wie in 5 ganz
rechts dargestellt erhält
die weitere Lichtquelle 14 einen gleichbleibenden Ausgangswert
und strahlt damit mit gleichbleibender Lichtleistung ein. Zusammengefasst
wird also eine Schaltung geschaffen, die mit erheblich weniger Bauteilen
in der Lage ist, Positions- und Abstandsmessung unter Fremdlichtkompensation
durchzuführen.
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- 1
- Hand
- 2
- Photostromkompensation
- 3,
4
- erste
Lichtquelle
- 5
- Hochpassfilter
- 6
- Vorverstärker
- 7
- Synchrondemodulator
- 8
- Tiefpassfilter
- 9
- Vergleicher
- 10
- Multiplexer
- 11
- Taktgenerator
- 12
- Ausgangssignal
- 13
- Empfänger
- 14
- Weitere
Lichtquelle
- 15
- Lichtdurchlässige Scheibe
- 16
- Ablaufsteuerung
- 17,
19
- Regeleinheit
- 18,
20
- Multiplexer
- 21
- Treiber
mit Enable-Steuerung
- 22
- Regeleinheit
- 23,
25
- Gesendeter
Lichtstrahl
- 24,
26
- Reflektierter
Lichtstrahl
- 27
- Regeleinheit
- 28,
29
- Ausgangssignal
- 30
- Inverter
- 31
- Multiplizierer
- 32
- Treiber
mit invertierendem und nichtinvertierendem Ausgang
- 33
- Additionsstufe
- 34
- Einganssignal
von 11
- 35
- Ausgangswert
- 36
- Regelwert