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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen eines modulierten,
ersten Lichtsignals sowie ein daran angepasstes Umlenkmittel nach
dem Oberbegriff der Ansprüche
1 und 19 als auch ein Verfahren zum Messen eines modulierten, ersten
Lichtsignals nach dem Oberbegriff des Anspruches 24.
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Aus
der älteren
deutschen Patentanmeldung
DE
103 00 223.5 ist eine Kompensation eines Empfangssignals
bestehend aus der Summe zweier Messstrecken mittels einer Kompensationslichtquelle bekannt.
Dabei ist eine Lichtquelle zum Aussenden eines ersten modulierten
Lichtsignals vorgesehen, die von einem Empfänger empfangen werden. Durch eine
Regelung wird dieses Lichtsignal mit einem weiteren modulierten
Lichtsignal aus der Kompensationslichtquelle so kompensiert, dass
am Empfänger im
Wesentlichen ein Gleichlicht ansteht. Auf die Art der Einkopplung
der Lichtsignale, insbesondere der Kompensationslichtquelle in die
Photodiode wird nicht näher
eingegangen.
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Derartige
Vorrichtungen werden zur Detektion einer Reflektion eines Lichtstrahls
an einer reflektiven Oberfläche
eingesetzt. Verwendet werden als Sender und Empfänger üblicherweise Leuchtdioden und
gegebenenfalls Photodioden. Ein Beispiel stellt eine Sensoranordnung
zur Erfassung von Personen zur automatischen Öffnung von Türen dar.
Ein solcher Sensor ist meist oberhalb der zu steuernden Tür angeordnet
und soll in einer Entfernung von z. B. 3 m eine sich nähernde Person
erkennen, um dieser die Tür
z. B. zu öffnen.
Eine geeignete Lösung
eines solchen Sensors weist bisher für Sender und Empfänger je
eine vollständig
getrennte Optik auf. Das ausgesandte Signal z. B. ein mit 100 KHz
getaktetes Lichtsignal mit einer für das Auge nicht wahrnehmbaren Wellenlänge von
z. B. 950 nm wird an einer sich nähernden Person reflektiert
und diese Änderung
im Empfänger
wahrgenommen. Das ausgesandte Licht wird jedoch nicht nur an einer
sich nähernden
Person reflektiert, son dern auch an beliebigen, im Reflektionsbereich
befindlichen Oberflächen.
Dadurch entsteht im Empfänger
ein ständiger
getakteter Signalanteil. Dieses permanent vorhandene Signal kann
in der Photodiode durch Fremdlicht in seiner Amplitude beeinflusst
werden. Diesen Effekt zeigen mehr oder weniger alle Photodioden.
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Selbstverständlich wird
eine Entkopplung der fremdlichtbedingten Gleichstromanteile sowie eine
korrekt ausgeführte
Photostromkompensation durch entsprechende Schaltungsmaßnahmen
vorausgesetzt. Wird einfallendes Fremdlicht z. B. in seiner Intensität verändert, so ändert sich
auch die Amplitude des empfangenen Infrarotsignals. Somit kann nicht
eindeutig unterschieden werden, ob sich eine Person dem Sensor genähert hat
oder ob z. B. durch eine beliebige Abschattung oder Reflektion nur
der Fremdlichtanteil beeinflusst wurde. Zur Verringerung der Fertigungskosten
könnte
auch ein für
Sender und Empfänger
gemeinsames Fenster vorgesehen werden, allerdings kann es durch
Lichtleitung im Fenstermaterial zu einer Einkopplung direkt vom
Sender in den Empfänger
kommen. Auch dieser Anteil kann durch Fremdlicht beeinflusst werden
und zu Fehlinterpretationen führen.
Diese Fehlinterpretationen liegen daran, dass bei Empfang eines
getakteten Signals durch eine Photodiode in der Kennlinie der Photodiode
beständig
ein Bereich überstrichen
wird. Je nach Steilheit der Kennlinie ist das Delta des Photostroms
verschieden groß,
was wiederum zu einem unterschiedlichen Signalpegel führt. Damit
verschiebt der Fremdlichtanteil den Mittelwert des Photostromdeltas
auf der Kennlinie. Bei der Kompensation des Empfangsignals von Null
wird der „Bereich" zu einem Punkt,
also dimensionslos. Dieser Punkt kann beliebig auf der Kennlinie
verschoben werden, Punkt bleibt Punkt, ohne Einfluss der Kennliniensteilheit.
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Dennoch
stellt sich insbesondere bei entsprechenden Genauigkeitsanforderungen
der durchzuführenden
Messungen das Problem ein, dass Kompensationen nicht vollständig möglich sind,
insbesondere wenn Licht nicht unmittelbar von vorne in die Photodiode 1 einfällt. Dies
wird anhand der 1 und 2 erläutert. Bei einer Einkopplung
eines Signals 11 durch die Lichtquelle 4 direkt
von vorne in die Photodiode 1 wird bei einem Pulssprung 7 (2) die kürzeste Anstiegszeit erreicht.
Diese wird auch in der Regel in den Datenblättern im Hinblick auf die entsprechende
Photodiode angegeben. Weniger bekannt ist, dass bei seitlicher Einkopplung
eines Signals durch die Lichtquelle 4 entlang Lichtstrahl 3a die Anstiegszeit 9 bereits
bei einem Einfallwinkel von 45° drastisch
zunimmt. Zudem hat im Fall der seitlichen Einkopplung Fremdlicht 5 einer
Fremdlichtquelle 6 einen wesentlich größeren Einfluss auf die nach
dem Vorverstärker 2 gemessene
Amplitude und die Anstiegszeit 10. Eine Erhöhung der
Sperrspannung auf z. B. 25 V kann diesen Effekt bei einigen Dioden
deutlich mindern, jedoch lässt
sich bei den allgemein üblichen
Versorgungsspannungen von 3 – 5
V eine so hohe Sperrspannung nur mit zusätzlichem Aufwand erreichen.
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Bei
entsprechend hoher Taktfrequenz kann ein Signal mit geringer Anstiegszeit
und daher hohen Spektralanteilen nicht mit einem Signal mit längerer Anstiegszeit
und fehlenden höherfrequenten
Spektralanteilen exakt zu Null kompensiert werden. Es verbleibt
ein taktsynchrones Fehlsignal. Der bei vollständiger Kompensation entstehende
dimensionslose Punkt wird damit wieder zu einer Strecke auf der Kennlinie,
die wiederum Fremdlichteinflüssen
unterliegt. Optimal für
die Kompensation ist also ein gleicher Einfallswinkel für das Empfangs-
und das Kompensationssignal. Da jedoch die höchste Empfindlichkeit bei einem
Einfallswinkel von 0° gegeben
ist, müsste
eine Kompensationslichtquelle ebenfalls im Strahlengang bei 0° angeordnet
sein. Dies führt
naturgemäß zu einer
Abschattung des Empfangssignals durch die Kompensationslichtquelle.
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Physikalisch
lässt sich
dies wie folgt erklären:
In
das Halbleitermaterial der Photodiode einfallendes Licht erzeugt
Ladungsträgerpaare.
Diese Ladungsträgerpaare
werden durch ein von außen
angelegtes elektrisches Feld getrennt und den Anschlüssen zugeführt. Typischerweise
wird hierzu eine PiN-Struktur verwendet. Das Substratmaterial ist
hier bei n-dotiert und rückseitig
mit dem Leadframe leitend verbunden. Auf dem Substratmaterial befindet
sich eine dünne Schicht
von nahezu undotierten (intrinsischen) Silizium. Hierauf liegt eine
sehr dünne
stark p-dotierte Schicht. Diese bildet die Anode der Photodiode.
Legt man nun eine Spannung an die in Sperrrichtung gepolte Photodiode
an, so entsteht in der intrinsischen Zone ein starkes elektrisches
Feld. Senkrecht auf die Photodiode einfallendes Licht durchdringt
die p-Zone und generiert in der i-Zone Ladungsträgerpaare. Diese werden durch
das anliegende elektrische Feld getrennt und erzeugen den messbaren
Photostrom. Hierbei handelt es sich somit um einen Diffusionsstrom.
Aufgrund der Beschleunigung der Ladungsträger gelangen diese schnell
zu den Anschlüssen. Üblicherweise
mit der Sättigungsgeschwindigkeit
für Elektronen
bzw. Löcher
in Silizium.
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Licht,
das hingegen seitlich auf die Photodiode fällt, erzeugt Ladungsträger im Substrat
oder der intrinsischen Zone, allerdings außerhalb oder im Randbereich
des elektrischen Feldes. Die so erzeugten Ladungsträger driften
mit geringen Wirkungsgrad langsam zum elektrischen Feld und werden
dort dem messbaren Photostrom zugeführt. Aufgrund der größeren Zeitkonstante
der Ladungsträgerdrift
ergibt sich so eine wesentlich größerer Zeitkonstante der Sprungantwort.
Bei typischen Photodioden ergeben sich für seitlich einfallendes Licht
eine etwa um den Faktor 20 größere Zeitkonstante,
die das Empfangssignal stark verzerrt bzw. in der Phasenlage verschiebt.
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Dieser
Effekt ist umso stärker
ausgeprägt,
je schlechter die Kante der Photodiode geschützt ist. Photodioden, die am
Rand eine starke Dotierung aufweisen (z.B. einen Guard-Ring) sind
hiervon kaum betroffen. Es ist aber bei nahezu allen Photodioden eine
Winkelabhängigkeit
der Anstiegszeit zu beobachten, da Licht je nach Einfallswinkel,
auch wenn der Lichtstrahl vollständig
durch die p-Zone einfällt, unterschiedlich
tief in die i-Zone eindringt. Insbesondere wird bei schräg einfallendem
Licht ein Teil der Ladungsträgerpaare
bereits in der p-Zone generiert. Diese Ladungsträger driften langsam zur i-Zone,
wodurch sich die messbare Anstiegszeit ebenfalls verlängert.
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Somit
sind für
die Geschwindigkeit einer Photodiode eine Vielzahl von einzelnen
Vorgängen verantwortlich.
Lediglich für
nahezu senkrecht einfallendes Licht ist die elektrische Zeitkonstante
der Photodiode (Produkt aus Widerstand im Empfangskreis und Sperrschichtkapazität) dominierend.
Sowie der Driftphotostrom einen wesentlichen Beitrag zum Photostrom
liefert ist diese Zeitkonstante nicht mehr dominierend und die Photodiode
wird messbar langsamer.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die
Aufgabe zugrunde, auch unter widrigen Umständen eine bessere bzw. vollständige Kompensation
von Fremdlichteinflüssen
zu erreichen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung, ein Umlenkmittel und ein Verfahren
mit den Merkmalen der Ansprüche
1, 19 und 24 gelöst.
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Vorrichtung,
Umlenkmittel und Verfahren zielen darauf ab, dass das Licht aus
der Kompensationslichtquelle und das reflektierte Lichtsignal im
Wesentlichen parallel oder winkelgleich, zumindest aber wirkungsgleich
auf den Empfänger
eintreffen. Dadurch sollen die oben erwähnten Nachteile vermieden werden.
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Das
Licht der ersten Lichtquelle ist dabei die Reflektion einer beliebig
angeordneten Sendelichtquelle oder der Summe verschiedener Sendelichtquellen
an einer oder mehreren Reflektionsstellen, während die zweite Lichtquelle
zu Fremdlichtkompensation dient.
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Vorzugsweise
lässt die
Anordnung ein erstes mit 0° zum
Empfänger
bzw. zur Photodiode eintreffendes Lichtsignal nahezu unbeeinflusst
passieren, während
eine zweite mit einem von 0° stark
abweichenden Einfallswinkel auftreffendes Lichtsignal so umgelenkt
wird, dass es im Wesentlichen parallel mit der ersten Lichtstrahlung
den Empfänger
trifft. Dabei sollte das Licht der ersten Lichtquelle möglichst
nicht abgeschwächt
werden, während
das Licht der zweiten Lichtquelle nur zum Teil genutzt werden muss. Weitere
Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Kurzbeschreibung
der Figuren
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es
zeigen:
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1 Eine schematische Darstellung
eines frontalen und eines seitlichen Lichteinfalls sowie eines Lichteinfalls
infolge von Fremdlicht,
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2 den elektrischen Impuls
der Lichtquelle sowie das am Empfänger auftretende Eingangssignal
je nach Winkeleinfall des Lichtsignals und Einfluss des Fremdlichts,
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3 ein getaktetes Sendesignal
einer LED sowie verschiedene Signalverläufe des Empfangssignals je
nach Fremdlichteinfluss und Winkeleinfall,
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4 eine erste erfindungsgemäße Anordnung
mit Umlenkmitteln,
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5 eine Schaltung mit mehreren
Umlenkmitteln,
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6 eine Draufsicht auf eine
Scheibe mit Empfänger
und Kompensationslichtquelle,
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7 einen Schnitt durch die
Scheibe, der nicht durch den Bereich 56 gelegt ist,
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8 einen Schnitt durch die
Scheibe im Bereich der Kompensationslichtquelle.
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Während die 1 und 2 den Einfluss von Einstrahlungswinkel
und Fremdlicht auf das empfangene Signal zeigen, zeigt 3 den Einfluss derartiger
Randbedingungen bei einem getakteten Signal. Das Signal 12 ist
das getaktete Sendesignal einer Leuchtdiode. In der unteren Kurve
zeigt Linie 13 das Empfangssignal der Photodiode am Ausgang
eines Vorverstärkers
mit Hochpassverhalten, Linie 14 das Signal bei demselben
Lichtsignal frontal in die Photodiode, Signal 15 das Signal
bei seitlicher Einstrahlung und Fremdlichteinfluss und Signal 16 den
Einfluss lediglich bei seitlicher Einstrahlung. Die Signalverläufe verdeutlichen,
dass unter diesen Bedingungen eine Kompensation stets zu Fehlimpulsen
führen muss.
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel
einer weitestgehend störungsfreien
Lichtsignalkompensation insbesondere für Fremdlicht. Im Ausführungsbeispiel
wurden 5 mm Leuchtdioden und Photodioden eingesetzt. Im Gehäuse 23 sind
eine Lichtquelle 20 als Sende-LED sowie eine Kompensationslichtquelle 22 in
Form einer Kompensations-LED eingesetzt. Anstelle der Leuchtdioden
können
auch andere Lichtquellen verwendet werden, sofern bei diesen ähnliche
Probleme wie eingangs erläutert
auf treten. Das von der Lichtquelle 20 ausgesandte Licht
wird über
den Lichtstrahl 26 zu einem Objekt 27 gestrahlt, an
dem das Licht reflektiert wird. Der reflektierte Lichtstrahl 24 gelangt
als ein im Folgenden als erstes Lichtsignal bezeichnetes Lichtsignal
zur Photodiode 21, nachdem er durch ein permeables Element 28 hindurchgeleitet
wurde. Das permeable Element kann eine Plexiglasscheibe oder ein
permeabler Spiegel sein. Beim Durchgang durch diese Plexiglasscheibe
gehen ca. 4 % der Lichtleistung verloren. Dies ist allerdings nicht
von großer
Bedeutung. Es ist andererseits durchaus ausreichend, dass auch nur ca.
4 % des Lichts der Kompensationslichtquelle 22, wenn es
auf das permeable Element 28 als Umlenkmittel trifft, auf
den Empfänger 21 umgelenkt
werden. Das weitere modulierte Lichtsignal der Kompensationslichtquelle
trifft in Folge des permeablen Elements 28 also parallel,
zumindest aber winkelgleich mit dem am Objekt 27 reflektierten
Licht als Lichtstrahl 25 in den Empfänger 21 ein.
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Damit
besitzt die Vorrichtung zum Messen eines modulierten ersten Lichtsignals
wenigstens eine das Licht aussendende Lichtquelle 20, wenigstens einen
Empfänger 21 zum
Empfangen von Lichtsignalen und Regelungsmittel. Mit den Regelungsmitteln wird
das erste Lichtsignal mit den weiteren modulierten Lichtsignalen
so kompensiert, dass am Empfänger 21 im
Wesentlichen ein Gleichlichtsignal ansteht. Um dies zu erreichen,
sind Umlenkmittel z. B. in Form des Elements 28 vorgesehen,
die wenigstens eines der Lichtsignale so umlenken, dass die Lichtsignale im
Wesentlichen parallel oder winkelgleich in den Empfänger 21 treffen.
Es wäre
allerdings auch möglich,
das erste Lichtsignal umzulenken oder beide Lichtsignale so umzulenken,
dass sie parallel in den Empfänger 21 treffen.
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Vorzugsweise
ist die wenigstens eine Kompensationslichtquelle 22; 39, 40 zum
Aussenden des weiteren Lichtsignals so angeordnet, dass das weitere
Lichtsignal mittels der Umlenkmittel im Wesentlichen parallel zum
im Wesentlichen unveränderten ersten
Lichtsignal am Empfänger 21 eintrifft.
Sowohl die Lichtquellen 20 als auch der Empfänger 21 können durch
Leuchtdioden gebildet sein. Ein optimales Ergebnis ergibt sich,
wenn das erste Lichtsignal etwa in der Normalen zur Oberfläche des
Empfängers 21 auftrifft,
und damit dann parallel auch das weitere Lichtsignal mit einem Winkel
von 0° zur
Normalen auf die Oberfläche
des Empfängers 21 auftrifft.
Das Um lenkmittel umfasst z.B. das zumindest im Strahlengang des
ersten Signals angeordnete, im Wesentlichen für das erste Signal permeable
Element 28 in Form eines Spiegels oder eines geeigneten
anderen Elements.
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Grundsätzlich können Kompensationslichtquelle 22,
Lichtquelle 20 sowie Empfänger 21 auch in der
gleichen Ebene angeordnet werden, sofern lediglich das weitere Lichtsignal
wenigstens ein zweites Mal umgelenkt wird. Bedarfsweise können im
Strahlengang des weiteren Lichtsignal eine Blende 19 und/oder
ein Diffusor 29 vorgesehen sein. Der Diffusor führt zu einem
weitestgehend parallelen Abstrahlen des weiteren Lichtsignals, während die
Blende dafür
sorgt, dass gezielt Licht möglichst
frontal auf die Photodiode als Empfänger 21 trifft.
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Nicht
immer ist es möglich
ein empfangenes Lichtsignal mit nur einer Kompensationslichtquelle vollständig zu
Null zu kompensieren. Dies ist besonders dann der Fall, wenn das
reflektierte Licht aus zwei verschiedenen Richtungen auf den Empfänger 21 trifft.
Ein Beispiel ist in 5 dargestellt.
Das Lichtsignal der Lichtquelle 20 als Sende-LED wird zum
Teil an der translucenten Oberfläche 30 schräg zur Photodiode
mittels des Lichtstrahls 33 zurückreflektiert. Gleichzeitig
trifft aber der an einem weiter entfernten Objekt 31 reflektierte
Lichtstrahl 53 frontal auf den Empfänger 21. Somit entsteht
eine Summe aus Stromsignalen in der Photodiode mit unterschiedlichen
Anstiegszeiten.
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Zur
Kompensation eines derartigen Lichtsignals können wenigstens zwei Lichtquellen 39, 40 vorzugsweise
in Form von wenigstens zwei Leuchtdioden vorgesehen sein. Diese
beiden Lichtquellen 39, 40 bilden gemeinsam das
weitere Lichtsignal. Das Licht der einen Lichtquelle 39 wird über die
Umlenkmittel 34a im Wesentlichen frontal auf den Empfänger 21 abgestrahlt,
während
die andere Lichtquelle 40 seitlich in den Empfänger strahlt.
Mit einem Impulsleistungsverteiler 36 wird das Kompensationssignal
auf die beiden Kompensationslichtquellen 39, 40 so
verteilt, dass am Ausgang des Vorverstärkers 41 kein Restsignal
aufgrund unterschiedlicher Anstiegszeiten zwischen Sende- und Kompensationsphase ansteht.
Dazu wird das Ausgangssignal des Vorverstärkers 41 jeweils im
ersten Teil der Phase, z. B. in den ersten 30 % der Phase auf eine
Differenz zwischen der Sendephase und der Kom pensationsphase z.B.
im Vorzeichen untersucht. Dieser kann z. B. während der Sendephase positive,
bzw. negative Anteile aufweisen. Diese Anteile werden mit den Anteilen
der Kompensationsphase verglichen und mittels des Impulsleistungsverteilers 36 auf
gleiche Amplitude gebracht. Eine Ausregelung auf Null ist in der
Regel zwar nicht möglich,
da insbesondere Leuchtdioden Anstiegszeiten haben. Wesentlich für die korrekte
Funktion ist jedoch nicht ein Nullsignal, sondern sind gleiche Anstiegszeiten
für Empfangs-
und Kompensationssignal. Mit dieser Regelung wird ausschließlich der
Fehler bei ungleichem Einfallswinkel von Empfangs- und Kompensationssignal
korrigiert.
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Parallel
zu dieser Regelung wird über
den Synchrondemodulator 43 das vom Vorverstärker stammende
Signal wieder auf die verschiedenen Lichtquellen 20 aufgeteilt. Über Synchrondemodulator 43,
Vergleicher 45 und Regelstufe 37 wird das Kompensationssignal
beider Kompensationslichtquellen 39, 40 so in
der gemeinsamen Amplitude geregelt, dass am Ausgang des Vorverstärkers während der
Sende- und Kompensationsphase
der gleiche zeitliche Mittelwert der Signale ansteht.
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Am
Ausgang der Signalauswertung 42 steht das Kompensationsverhältnis-Steuersignal 46 an, das
entsprechend dem Leistungsverhältnis
zwischen der Kompensations-LED mit 0° Einkoppelung und der Kompensations-LED
mit 90° Einkoppelung
ausgeregelt ist. 0° entspricht
dabei einem Lichteinfall normal zur Oberfläche der Photodiode. Dieses
Steuersignal 46, das auch als Signal 50 weiter
verwendet werden kann, beinhaltet als dynamisches Element die Reflektion
an einem Objekt 31 außerhalb
der translucenten Scheibe 30 und dessen laterale Bewegung.
Das Empfangssignal 35 des Empfängers 21 wird einerseits
einer Photostromkompensation 52 zugeführt, andererseits im Vorverstärker 41 verstärkt. Nach
Synchrondemodulator 43 und Vergleicher 45 steht
mit dem Signal 47 die Gesamt-Kompensationsleistung und
damit auch die Reflektion an dem Objekt 31 als Signal an.
Addiert man die Steuersignale 50 und 47 im richtigen
Verhältnis
in der Signaladdierstufe 48 entsteht ein Ausgangssignal 53,
dass die Reflektionsanteile der Lichtquelle 20 repräsentiert
und vollständig
von Fremdlichteinflüssen
befreit ist. Das Signal aus dem Synchrondemodulator 43 wird über einen
Inverter 51 als invertiertes Taktsignal 49 der Lichtquelle 20 zur
Leistungsregelung der Lichtquelle zugeführt.
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In
der Praxis können
die Lichtquelle 20, die Kompensationslichtquellen 39, 40 sowie
die Photodiode 21 nebeneinander auf einer Platine angeordnet werden,
z. B. auf einem SMD-Bauelement. Die Einkoppelung des weiteren Lichtsignals
der Kompensations-LED kann über
ein Kunststoffteil mit entsprechender Lichtumlenkung erfolgen. Im
Ausführungsbeispiel
wird z. B. ein Kunststoffteil 34 in Form eines Lichtleiters
eingesetzt, der über
ein Auskoppelungsmittel 34a verfügt. Ein derartiges Auskoppelungsmittel
könnte
einerseits das Ende des Lichtleiters sein, andererseits wie im vorliegenden
Fall eine Auskoppelkerbe. Der Lichtleiter hat den Vorteil, dass
er einerseits vom ersten Lichtsignal durchstrahlbar ist, andererseits
aber für
das weitere Lichtsignal als Übertragungs-
und Umlenkungsmittel dient. Das Kunststoffteil kann z.B. als Lichtleiter 34 auch
zwei kleine Kerben zur Signalumlenkung aufweisen. Die erste dient
zur Umlenkung des Lichts von der SMD-Leuchtdiode in Längsrichtung
des Kunststoffteils, die zweite zur Umlenkung des im Kunststoff
befindlichen Lichts in Richtung der Photodiode. Dieses Kunststoffteil
kann auch Bestandteil einer Abdeckung sein. Durch Verschieben/Justieren
der Auskoppelkerbe von der Photodiodenmitte hin zum Rand kann, wenn
nötig,
die Anstiegszeit bestimmt werden. Somit kann auch unter widrigen
Umständen
eine vollständige
Kompensation des Empfangssignals erreicht werden.
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Zur
winkelgleichen Einstrahlung des Kompensationslichtes mit dem Empfangslicht
kann auch eine Anordnung nach den 6 bis 8 verwendet werden. Dabei
sammelt eine flache, für
die empfangene Wellenlänge
translucente Scheibe 53 an ihrem äußeren Rand senkrecht einfallendes
Licht 57 und leitet es im Mittelpunkt der Scheibe auf eine
entsprechend angeordnete Photodiode 54. Der Rand der Scheibe 53 kann
so ausgebildet werden, das einfallendes Licht zu einem Punkt in
der Mitte der Scheibe reflektiert wird. Innerhalb der Scheibe oder
an der Scheibe befindet sich die Photodiode 54 als Empfänger vorzugsweise
in einer Aussparung 59. Die Kompensationslichtquelle 55 ist
gemäß 6 und 8 in einem Bereich 56 wie z.B.
einer Ausnehmung der oder an der Scheibe 53 so angeordnet,
das ihre Strahlung 58 in etwa den gleichen Weg zur Photodiode 54 nimmt
bzw. mit dem im Wesentlichen gleichen Einfallswinkel, wie das am
Rand eingestrahlte Licht, an der Photodiode 54 eintrifft.
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Mit
dieser Anordnung wird ein Effekt wie bei einer konventionellen Linse
erreicht, ohne das die Bauhöhe
einer Linse benötigt
wird. Gleichzeitig kann die Kompensationslichtquelle 55 auf
gleicher Ebene wie die Photodiode 54 angeordnet werden.
Empfangs- und Kompensationslicht treffen mit gleichem Winkel auf
die Photodiode, so das eine einwandfreie Kompensation des Empfangssignals
zu Null erreicht werden kann. Die Scheibe ist im Ausführungsbeispiel flach,
kann jedoch bedarfsweise auch gewölbt oder gewellt sein, wenn
dies für
den jeweiligen Anwendungsfall von Vorteil ist.
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- 1
- Photodiode
- 2
- Vorverstärker
- 3,
3a
- Lichtstrahlen
- 4
- Lichtquelle
- 5
- Fremdlicht
- 6
- Fremdlichtquelle
- 7
- Elektrischer
Pulssprung zur
-
- Lichtquelle
- 8
- Sprungantwort
bei 0° Ein
-
- fallswinkel
- 9
- Sprungantwort
bei 45° Ein
-
- fallswinkel
- 10
- Sprungantwort
bei Fremd
-
- licht
- 11
- Empfangssignal
entspre
-
- chend
dem elektrischen
-
- Puls
- 12
- Getaktetes
Sendesignal
- 13
- Ausgangssignal
Vorverstär
-
- ker
- 14
- Signal
bei 0° Einfallswinkel
- 15
- Signal
bei 45° Einfallswinkel
-
- und
Fremdlichteinfluss
- 16
- Signal
bei 45° Einfallswinkel
- 19
- Blende
- 20
- Lichtquelle
- 21
- Empfänger
- 22
- Kompensationslichtquelle
- 23
- Gehäuse
- 24
- Reflektiertes
Licht
- 25
- Paralleler
Lichtstrahl
- 26
- Lichtstrahl
- 27
- Objekt
- 28
- Permeables
Element
- 29
- Diffusor
- 30
- Translucentes
Fenster
- 31
- Reflektive
Oberfläche
- 32
- Ausgesandter
Lichtstrahl
- 33
- Reflektierter
Lichtstrahl
- 34
- Lichtleiter
- 34a
- Auskoppelelement
- 35
- Empfangssignal
- 36
- Impulsleistungsverteiler
- 37
- Regelstufe
- 39,
40
- Kompensationslichtquelle
- 41
- Vorverstärker
- 42
- Signalauswertung
- 43
- Synchrondemodulator
- 45
- Vergleicher
- 46
- Steuersignal
für 36
- 47
- Regelsignal
- 48
- Signaladdierstufe
- 49
- Invertiertes
Taktsignal
- 50,
53
- Ausgangssignal
- 51
- Inverter
- 52
- Photostromkompensation
- 53
- Scheibe
- 54
- Photodiode
- 55
- Kompensationslichtquelle
- 56
- Bereich
- 57
- einfallendes
Licht
- 58
- Strahlung
von 55
- 59
- Aussparung