DE1549784B2 - Photoelektrische abtasteinrichtung mit den photoelementen zugeordneten schwellwertschaltern - Google Patents

Description

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 Ausgangssignale erzeugenden Schaltern, deren Umschaltschwellwert jeweils durch einen vom Strom des Photoelements bei voller Beleuchtung aufgeladenen Kondensator bestimmt wird. 6"

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 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 USA.-Patentschrift 3 189 745 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 Umschaltspannungen 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 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 Umschaltschwellwertes zu vergrößern und eine höhere Schallgeschwindigkeit unter Ausnutzung kleinerer Spannungsschwankungen zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Schalter durch einen Differenzverstärker mit zwei in Darlington-Schaltung verbundenen Paaren von Transistoren gebildet ist, daß im ersten Darlington-Paar von Transistoren 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 von Transistoren 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 Kondensators 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 Umschalt-

spannung 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 durchlaufender Aufzeichnungsträger erfolgen.

Die Erfindung wird an Hand 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 Dauer der Ausgangsimpulse von der Schaltgeschwindigkeit und

F i g. 3 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 13 und die Transportrollen 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 hegt mit seinem Kollektor an + 6 Volt und ist mit seinem Emitter mit dem aus den Widerständen R1 und R 2 gebildeten Spannungsteiler über den Widerstand R 3 mit der Basis des Transistors T 3 verbunden. Die Widerstände R 1 und R 2 besitzen eine relativ niedrige Impedanz. Ihre Werte sind in F i g. 1 angegeben. Der Spannungsteiler liegt über dem Widerstand R 2 an Masse. Die Verbindung der Widerstände R 1 und R 2 führt zu der Basis des Transistors T1. Der Emitter dieses Transistors ist mit der Basis des Transistors T 2 verbunden und liegt außerdem über den Kondensator C1 an Masse. Die Kollektoren der in Darlington-Schaltung verbundenen Transistoren Tl und T 2 liegen am Potential + 6 Volt. Der Emitter des Transistors T 2 liegt über den Widerstand R 4 an einer Spannung von — 3 Volt. Der Emitter des Transistors T 3 ist mit der Basis des Transistors T 4 verbunden, und die Kollektoren dieser beiden in Darlington-Schaltung verbundenen Transistoren liegen über den Widerstand R S an + 24 Volt.

Der Emitter des Transistors T 4 ist mit dem Emitter des Transistors Γ 2 verbunden. Auf diese Weise wird ein Differenzverstärker gebildet, dessen Ausgang vom Kollektor des Transistors Γ 4 abgenommen wird. Im vorliegenden Falle ist dieser Ausgang mit der Basis des Transistors T 5 verbunden, dessen Kollektor an + 6 Volt liegt und dessen Emitter über den aus den Widerständen R 6 und R 7 gebildeten Spannungsteiler mit dem Potential von — 3 Volt verbunden ist. Der Abzweigpunkt dieses Spannungsteilers führt zur Basis des Transistors T 6, dessen Kollektor über den Widerstand RS an +3 Volt Hegt. Der Emitter dieses Transistors liegt an Masse.

Die Wirkungsweise des Tranisstors Tl besteht darin, das Aufbringen einer Ladung auf den Kondensator C1 zu begünstigen. Spannungssprünge, d. h. die Basis-Emitter-Spannungsabfälle der in Darlington-Schaltung verbundenen Transistoren Tl und T 2

ίο werden durch Spannungssprünge der ebenfalls in Darlington-Schaltung verbundenen Transistoren Γ 3 und T 4 ausgeglichen. Der durch den Kondensator Cl bestimmte Schaltschwellwert beträgt einen bestimmten Bruchteil 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 Ab-Wesenheit 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 an 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 Phototransistoren erhalten volles Licht, nachdem eine Karte die Abtaststation verlassen hat und die nächste auszulesende Karte noch nicht zugeführt ist. Da das volle Licht in den Phototransistoren 18 einen von der jeweiligen Lichtstärke abhängigen, maximalen Stromfluß erzeugen, wird vor jedem Auslegen einer Karte ein Schwellwert für die Umschaltung festgelegt. Unter diesen Bedingungen gelangt über den Widerstand R 1 eine Spannung an die Basis des Transistors T1, die diesen leitend macht. Dabei wird der Kondensator C1 solange aufgeladen, bis das höchste Eingangspotential erreicht ist. Dies ist der Fall 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 T1 umgekehrt gepolt wird und in den Sperrzustand übergeht. Der Schaltschwellwert wird durch den Kondensator C1 für die Dauer der Abtastung einer Karte aufrechterhalten.

Während der Zeit, in welcher der Phototransistor 18 volles Licht erhält, ist der Transistor T 2 im leitenden Zustand, jedoch nicht in der Sättigung. Sein Emitter-Potential ist der Ladung des Kondensators C1 proportional. Die Transistoren T 3 und T 4 sind in der Sättigung. Der Transistor Γ 5 ist in geringem Maße leitend, und der Transistor T 6 ist bei den beschriebenen Bedingungen ausgeschaltet, da seine Basis gegenüber seinem Emitter negativ ist. Der Transistor T 5 ist niemals ganz ausgeschaltet. Er leitet noch etwas, wenn der Transistor Γ 4 in der Sättigung ist und ist voll leitend, wenn der Transistor T 4 gesperrt ist.

Wenn eine Karte das Licht vom Phototransistor 18 abdeckt, sind die Transistoren Tl, Γ 3 und Γ 4 im

Sperrzustand. Der Transistor T 2 ist infolge der Ladung am Kondensator C1 voll leitend. Dabei wird der Kondensator C1 leicht entladen. Wenn der Transistor T 4 ausgeschaltet ist, ist die Basis des Transistors T 5 positiver, und daher leitet dieser Transistor mehr, als wenn T 4 leitend ist. Wenn der Transistor T 5 voll leitend ist, so wird die Basis des Transistors T 6 positiver als sein Emitter, T 6 wird daher leitend. Der Transistor T 6 wird gesperrt, wenn das den Phototransistor 18 beaufschlagende Licht ausreicht, eine Spannung zu erzeugen, die den Schaltpegel am Kondensator C1 übersteigt. Wenn dies der Fall ist, d. h. wenn eine Lochung abgefühlt wird, werden die Transistoren Γ 3 und T 4 leitend. Dabei wird der Transistor T 5 weniger leitend, und der Transistor T 6 schaltet ab. Wenn danach der auf den Phototransistor 18 auftreffende Lichtstrom nachläßt, wenn eine Lochung den Bereich des Phototransistors verläßt, sinkt die Eingangsspannung unter den Schaltschwellwert, so daß die Transistoren T 3 und T 4 abschalten. Dadurch wird der Transistor T S stärker leitend, und der Transistor T 6 schaltet ein. Die Dauer des Ausgangsimpulses am Transistor T 6 entspricht der Zeit, während der dieser Transistor abgeschaltet ist.

F i g. 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.

ίο Im vorliegenden Falle beträgt die Impedanz ungefähr 2,8 KOhm. Mit einem Mindeststrom von 300 Mikroamp. beträgt die Mindestspitzenspannung ungefähr 840 Millivolt. Bei einem maximalen Eingangsstrom von 2,1 Milliamp. beträgt die maximale Eingangsspitzenspannung 5,88 Volt. Da die Umschaltspannung jeweils zwischen zwei Karten festgelegt wird, variiert sie als Funktion der Eingangsspitzenspannung. Dies ist in Fig. 3 dargestellt. Der dem Impuls A entsprechende Umschaltpegel ist höher als der dem Impuls B entsprechende, da die Spitze des Impulses A größer ist als die Spitze des Impulses B.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Photoelektrische Abtasteinrichtung mit nach Maßgabe der Markierungen eines Aufzeichnungsträgers von einer Lichtquelle beaufschlagten Photoelementen und diesen zugeordneten, entsprechend den abgetasteten Markierungen Ausgangssignale 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 Paaren von Transistoren (Tl, T2 und T3, Γ4) gebildet ist, daß im ersten Darlington-Paar von Transistoren (Tl, TZ) die Spannung an dem durch den maximalen Photostrom über den ersten Transistor (Γ1) aufgeladenen Kondensator (C 1) den Strom durch den zweiten Transistor (Γ 2) bestimmt, während das zweite, normalerweise im Sperrzustand befindliche Paar von Transistoren (T 3, Γ 4) dann leitend wird und über den zweiten Transistor (Γ4) ein Ausgangssignal abgibt, wenn die vom Photostrom am ersten Transistor (T 3) erzeugte Spannung die momentane Spannung des Kondensators (Cl) übersteigt.

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

3. Abtasteinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladung des Kondensators (C 1) über einen Spannungsteiler (R 1, R 2) 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 (C 1) jeweils durch die volle Beleuchtung des Photoelements (18) im Zwischenraum zweier die Einrichtung durchlaufender Aufzeichnungsträger (11) erfolgt.