DE1549784A1 - Photoelektrische Abtasteinrichtung mit den Photoelementen zugeordneten Schwellwertschaltern - Google Patents

Description

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FERNSPRECHER (07031) 613040

Böblingen, 30. Nov. 1967 sa-se

AnmelderIn: international Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtl. Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket RO 966 006

Photoelektrische Abtasteinrichtung mit den Photoelementen zugeordneten Schwellwertschalterη

Die Erfindung betrifft eine photoelektrische Abtasteinrichtung mit nach Maßgabe der Markierungen eines Aufzeichnungsträgers von einer Lichtquelle beaufschlagten Photoelementen und diesen zugeordneten, entsprechend den abgetasteten Markierungen Ausgangesig« nale erzeugenden Schaltern, deren Umsehaltschwellwert jeweils durch einen vom Strom des Photoelements bei voller Beleuchtung aufgeladenen Kondensator bestimmt wird.

Bei den photoelektrischen Abtasteinrichtungen für Aufzeichnungsträger ist es üblich, den lichtempfindlichen Abtastelementen, wie Photodioden oder Phototransistoren, Schwellwertschalter zuzuordnen, die dann ein Ausgangssignal erzeugen, wenn der durch das

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Photoelement fließende Strom einen bestimmten Wert überschreitet. Diese Einrichtungen sind deshalb notwendig, weil, beispielsweise bei der Abtastung von Lochkarten, das Licht durch die nichtperforierten Stellen des Aufzeichnungsträgers nicht vollständig absorbiert wird, so daß auch in diesen Fällen ein gewisser Photostrom fließt, der zudem durch Bedrucken der Karten usw.noch beträchtlichen Schwankungen unterworfen sein kann.

Durch die US-Patentschrift 5 I89 745 ist eine Abtasteinrichtung für Lochkarten bekannt, bei welcher der Schwellwert für die Abgabe eines Ausgangssignals durch die Aufladung eines Kondensators bestimmt wird. Dieser Kondensator wird vor Beginn der Abtastung einer Karte von dem bei voller Beleuchtung durch die jeweils abtastende Photodiode fließenden Strom aufgeladen. Die Zeitkonstante des Kondensatorstromkreises ist so gewählt, daß die Entladungszeit des Kondensators groß ist im Vergleich zu der Abtastzeit für eine einzelne Karte.

Da bei dieser Anordnung die Umsehaltspannungen der einzelnen Photodioden der Ladung des zugeordneten Kondensators entsprechen und nicht auf einen festen Wert bezogen sind, werden Unterschiede in den elektrischen Eigenschaften der einzelnen Photodioden eliminiert. Nachteilig ist dabei, daß der Photodiodenstrom zur Aufladung des Kondensators über einen Transistor in Emitterfolgeschaltung zugeführt wird. Die dadurch bedingte hohe Eingangsimpedanz verlangsamt die Schaltgeschwindigkeit und bringt relativ

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große Spannungssprünge mit sich. Außerdem können sich Änderungen des Verstärkungsfaktors dieses Transistors durch Temperaturschwankungen, Alterung usw. nachteilig auswirken.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine derartige Abtasteinrichtung hinsichtlich der elektrischen Stabilität des Schwellwertschalters zu verbessern, den Variationsbereich des Uraschaltsehwellwertes zu vergrößern und eine höhere Schaltgeschwindigkeit unter Ausnutzung kleinerer SpannungsSchwankungen zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Schalter durch einen Differenzverstärker mit zwei in Darlington-Schaltung verbundenen Transistorpaaren gebildet wird, wobei im ersten Darlington-Paar die Spannung an dem durch den maximalen Photostrom über den ersten Transistor aufgeladenen Kondensator den Strom durch den zweiten Transistor bestimmt, während das zweite, normalerweise im Sperrzustand befindliche Paar dann leitend wird und über den zweiten Transistor ein Ausgangssignal abgibt, wenn die vom Photostrom am ersten Transistor erzeugte Spannung die momentane Spannung des Kondensators übersteigt. Vorteilhaft ist es dabei, daß der den Umschaltschwellwert bestimmende Kondensator direkt mit dem Emitter des ersten Transistors des ersten Darlington-Paares verbunden ist.

Durch die derart ausgebildete Schaltung werden Spannungsschwankungen, auch solche, die durch Temperatureffekte und Alterungserscheinungen entstehen, ausgeglichen. Die Aufladung des Konden-

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sators erfolgt über eine niedrige Eingangsimpedanz. Die dadurch erreichte Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit hat eine Verlängerung der Dauer der Ausgangsimpulse zur Folge, wodurch eine grössere Sicherheit bei der Identifizierung der Signale erreicht wird.

In vorteilhafter Weise erfolgt die Ladung des Kondensators über einen Spannungsteiler, derart, daß die seiner maximalen Ladung entsprechende ümschaltspannung einen bestimmten Bruchteil der vom Photoelement erzeugten maximalen Eingangsspannung beträgt.

Durch die Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit kann in vorteilhafter Weise die Wiederaufladung des während der Abtastung eines Aufzeichnungsträgers möglicherweise bis dicht über den unteren Grenzwert der Markierungserkennung entladenen Kondensators jeweils durch die volle Beleuchtung des Photoelements im Zwischenraum zweier,die Einrichtung durchsetzender Aufzeichnungsträger erfolgen.

Die Erfindung wird anhand eines durch die Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispieles beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Abtasteinrichtung für Lochkarten mit dem erfindungsgemäßen Schwellwertschalter,

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Abhängigkeit der

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Dauer der Ausgangsimpulse von der Schaltgesohwindigkeit und
Fig. J5 ein Diagramm zur Erläuterung der Abhängigkeit der

Höhe der Umschaltspannung von der Höhe der maximalen Eingangsspitzenspannung.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Abtasteinrichtung werden die Lochkarten 10 mit den Lochungen 11 vom Kartenmagazin 12 durch das Kartenmesser 15 und die Transportrllen 14 nacheinander zugeführt. Weitere Transportrollen 14 befördern die Karten zur Abtasteinrichtung und von da zur Kartenablage 20. Die Abtasteinrichtung besteht aus der Lichtquelle 17, deren Licht auf die in' einer Reihe quer zur Kartenbahn angeordneten Phototransistoren 18 fällt. Die Anordnung der Phototransistoren 18 entspricht den Indexpositionen der abzutastenden Karten. Die Emitter der Phototransistoren 18 sind jeweils mit einer Verstärkerschaltung verbunden. Da diese Schaltungen untereinander gleich sind, wird im folgenden nur eine davon beschrieben.

Jeder Phototransistor 18 liegt mit seinem Kollektor an +6 Volt und ist mit seinem Emitter mit dem aus den Widerständen Rl und R2 gebildeten Spannungsteiler über den Widerstand RJ mit der Basis des Transistors T^ verbunden. Die Widerstände Rl und R2 besitzen eine relativ niedrige Impedanz. Ihre Werte sind in Fig. 1 angegeben. Der Spannungsteiler liegt über dem Widerstand R2 an Masse. Die Verbindung der Widerstände Rl und R2 führt zu der Basis des Transistors Tl. Der Emitter dieses Transistors ist mit der Basis

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des Transistors T2 verbunden und liegt außerdem über den Kondensator Cl an Masse, Die Kollektoren der in Darlington-Schaltung verbundenen Transistoren Tl und T2 liegen am Potential +6 Volt. Der-Emitter des Transistors T2 liegt über den Widerstand R4 an einer Spannung von -j5 Volt. Der Emitter des Transistors T3 ist mit der Basis des Transistors T4 verbunden, und die Kollektoren dieser beiden in Darlington-Schaltung verbunden Transistoren liegen über den Widerstand R5 an +24 Volt.

Der Emitter des Transistors T4 ist mit dem Emitter des Transistors T2 verbunden. Auf diese Weise wird ein Differenzverstärker gebildet, dessen Ausgang vom Kollektor des Transistors T4 abgenommen wird. Im vorliegenden Falle ist dieser Ausgang mit der Basis des Transistors T5 verbunden, dessen Kollektor an +6 Volt liegt und dessen Emitter über den aus den Widerständen R6 und R7 gebildeten Spannungsteiler mit dem Potential von -3 Volt verbunden ist. Der Abzweigpunkt dieses Spannungsteilers führt zur Basis des Transistors Τ6, dessen Kollektor über den Widerstand R8 an +3 Volt liegt. Der Emitter dieses Transistors liegt an Masse.

Die Wirkungsweise des Transistors Tl besteht darin, das Aufbringen einer Ladung auf den Kondensator Cl zu begünstigen. Spannungssprünge, d.h. die Basis-Emitter-Spannungsabfälle der in Darlington-Schaltung verbundenen Transistoren Tl und T2 werden durch Spannungssprünge der ebenfalls in Darlington-Schaltung verbundenen Transistoren T3 und T4 ausgeglichen. Der durch den Kondensator Cl bestimmte Schaltschwellwert beträgt einen bestimmten Bruchteil

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des vom Phototransistor 18 erzeugten maximalen Eingangspotentials und ist somit eine Funktion des Stromflusses durch den Phototransistor 18.

Der vom Phototransistor 18 geführte Strom erreicht seinen Höchstwert, wenn, z.B. bei der Abwesenheit einer Karte oder bei der Abtastung eine Lochung der Karte, der Phototransistor das volle Licht der Lichtquelle 17 erhält. Dieser maximale Strom kann infolge von Änderungen der Verstärkung des Transistors oder Veränderungen in der Lichtquelle gewissen Schwankungen unterliegen.

Im Falle des NichtVorhandenseins einer Lochung wird das Licht durch die Aufzeichnungsträger entweder vollständig gesperrt, oder ein gewisser Prozentsatz tritt durch die Karte hindurch. Im vorliegenden Beispiel schaltet der Verstärker dann nicht und liefert daher auch kein Ausgangssignal, wenn die durchscheinende Lichtmenge ungefähr 18 % des vollen Lichts nicht überschreitet.

Die Fototransistoren erhalten volles Licht, nachdem eine Karte die Abtaststation verlassen hat und die nächste auszulesende Karte noch nicht zugeführt ist. Da das volle Lieht in den Fototransistoren 18 einen von der jeweiligen Lichtstärke abhängigen, maximalen Stromfluß erzeugen, wird vor jedem Auslesen einer Karte ein Schwellwert für die Umschaltung festgelegt. Unter diesen Bedingungen gelangt' über den Widerstand Rl eine Spannung an die Basis des Transistors Tl, die diesen leitend macht. Dabei wird der Kondensator Cl solange aufgeladen, bis das höchste Eingangspoten-

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tial erreicht ist. Dies ist der Pall kurz vor dem Zeitpunkt, an dem die Vorderkante der nächsten zugeführten Karte das Licht vom Phototransistor 18 abdeckt. Dadurch wird der Strom so weit reduziert, daß der Transistor Tl umgekehrt gepolt wird und in den Sperrzustand übergeht« Der Schaltschwellwert wird durch den Kondensator Cl für die Dauer der Abtastung einer Karte aufrechterhalten.

Während der Zeit, in welcher der Phototransistor 18 volles Licht erhält, ist der Transistor T2 im leitenden Zustand, jedoch nicht in der Sättigung. Sein Emitter-Potential ist der Ladung des Kondensators Cl proportional. Die Transistoren TJ und T4"sind in der Sättigung. Der Transistor T5 ist in geringem Maße leitend, und der Transistor T6 ist bei den beschriebenen Bedingungen ausgeschaltet, da seine Basis gegenüber seinem Emitter negativ ist. Der Transistor T5 ist niemals ganz ausgeschaltet. Er leitet noch etwas, wenn der Transistor T4 in der Sättigung ist und ist voll leitend, wenn der Transistor T4 gesperrt ist.

Wenn eine Karte das Licht vom Phototransistor 18 abdeckt, sind die Transistoren Tl, TJ und T4 im Sperrzustand. Der Transistor T2 ist infolge der Ladung am Kondensator Cl voll leitend. Dabei wird der Kondensator Cl leicht entladen. Wenn der Transistor T4 ausgeschaltet 1st, ist die Basis des Transistors T5 positiver, und daher leitet dieser Transistor mehr, als wenn T4 leitend ist. Wenn der Transistor T5 voll leitend ist, so wird die Basis des Transistors T6 positiver als sein Emitter, T6 wird daher leitend.

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Der Transistor Τ6 wird gesperrt, wenn das den Phototransistor 18 beaufschlagende Licht ausreicht, eine Spannung zu erzeugen, die den Schaltpegel am Kondensator Cl übersteigt. Wenn dies der Fall ist, d.h. wenn eine Lochung abgefiihlt wird, werden die Transistoren Tj3 und Τ4 leitend. Dabei wird der Transistor T5 weniger leitend, und der Transistor T6 schaltet ab. Wenn danach der auf den Phototransistor 18 auftreffende Lichtstrom nachläßt, d.h., wenn eine Lochung den Bereich des Phototransistor verläßt, sinkt die Eingangsspannung unter den Schaltschwellwert, so daß die Transistoren TJ und Τ4 abschalten. Dadurch wird der Transistor T5 stärker leitend, und der Transistor T6 schaltet ein. Die Dauer des Ausgangsimpulses am Transistor To entspricht der Zeit, während der dieser Transistor abgeschaltet ist.

Fig. 2 zeigt, daß der Ausgangsimpuls eine längere Dauer besitzt, wenn der Phototransistor 18 nicht an einer hohen Eingangsimpedanz liegt. Die gestrichelten und die ausgezogenen Linien repräsentieren Ausgangsimpulse, wenn der Strom des Phototransistors einer niedrigen und einer hohen Impedanz zugeführt wird.

Im vorliegenden Falle beträgt die Impedanz ungefähr 2,8 KOhm. Mit einem Mindeststrom von 500 Mikroamp. beträgt die Mindestspitzenspannung ungefähr 840 Millivolt. Bei einem maximalen Eingangsstrom von 2,1 Milliamp. beträgt die maximale Eingangsspitzenspannung 5#88 Volt. Da die Umsehaltspannung jeweils zwischen zwei Karten festgelegt wird, variiert sie als Funktion der Eingangsspitzenspannüng. Dies ist in Fig. 3 dargestellt. Der dem Impuls A entsprechende

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Umschaltpegel ist höher als der dem Impuls B entsprechende, da die Spitze des Impulses A größer ist als die Spitze des Impulses B,

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Claims (1)

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Patentansprüche

1. Photoelektrische Abtasteinrichtung mit nach Maßgabe der Markierungen eines Aufzeichnungsträgers von einer Lichtquelle beaufschlagten Photoelementen und diesen zugeordneten, entsprechend den abgetasteten Markierungen Ausgangesignale erzeugenden Schaltern, deren Umschaltschwellwert jeweils durch einen vom Strom des Photoelements bei voller Beleuchtung aufgeladenen Kondensator bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter durch einen Differenzverstärker mit zwei in Darlington-Schaltung verbundenen Transistor-Paaren (Tl, T2 und TJ, Τ4) gebildet wird, wobei im ersten Darlington-Paar (Tl, T2) die Spannung an dem durch den maximalen Photostrom über den ersten Transistor (Tl) aufgeladenen Kondensator (Cl) den Strom durch den zweiten Transistor (T2) bestimmt, während das zweite, normalerweise im Sperrzustand befindliche Paar (T^, T4) dann leitend wird und über den zweiten Transistor (T4) ein Ausgangssignal abgibt, wenn die vom Photostrom am ersten Transistor (T5) erzeugte Spannung die momentane Spannung des Kondensators (Cl) übersteigt.

2. Abtasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Umschaltschwellwert bestimmende Kondensator (Cl) direkt mit dem Emitter des ersten Transistors (Tl) des ersten Darlington-Paares verbunden ist.

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5. Abtasteinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladung des Kondensators (Cl) über einen ' Spannungsteiler (Rl, R2) erfolgt, derart, daß die seiner maximalen Ladung entsprechende Umschaltspannung einen bestimmten Bruchteil der vom Photoelement erzeugten maximalen Eingangsspannung beträgt.

4. Abtasteinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiederaufladung des Kondensators (Cl) jeweils durch die volle Beleuchtung des Photoelements (18) im Zwischenraum zweier, die Einrichtung durchsetzender Aufzeichnungsträger (11) erfolgt.

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