DE19504826C1 - Optoelektronische Schalteinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optoelektronische Schalteinrichtung, die überall dort - wie z. B. in Kraftfahrzeugen - zum Einsatz kommen soll, wo eine äußerst zuverlässige Schaltfunktion realisiert werden muß.

Es ist eine optoelektronische Schalteinrichtung allgemein bekannt, die mehrere nebeneinander angeordnete Strahlensender sowie einen damit kooperierenden Strahlenempfänger aufweist und mit einem zwischen den Strahlensendern einerseits und dem Strahlenempfänger andererseits vorgesehenen Schaltorgan versehen ist, das über ein Betätigungsglied in mehrere Schaltpositionen bewegbar ist. Das Schaltorgan besteht dabei aus einer Lochblende, wovon der Öffnungsbereich in den einzelnen Schaltpositionen jeweils einem Strahlensender zugeordnet ist, während der den Öffnungsbereich umgebende strahlenundurchlässige Materialbereich den anderen Strahlensendern zugeordnet ist.

Aufgrund der Strahlenundurchlässigkeit des Materialbereiches, kann der Strahlenempfänger nur die Strahlenintensität des jeweils zugeordneten Strahlensenders erfassen. Beim Ausfall eines Strahlensenders kann von der dem Strahlenempfänger zugehörigen Auswertschaltung dieser Vorfall nicht erfaßt werden und zwar weil hierbei nicht zu unterscheiden ist, ob es sich um einen Ausfall des betreffenden Strahlensenders oder um einen sich auf die mechanischen Elemente der Schalteinrichtung beziehenden Defekt handelt.

Außerdem ist durch die DE 39 01 419 A1 eine optoelektronische Schalteinrichtung mit zumindest einem auf zumindest einen Strahlenempfänger ausgerichteten Strahlensender bekanntgeworden. Dabei ist zwischen dem Strahlensender und dem Strahlenempfänger ein über ein Betätigungsglied in mehrere Schaltpositionen bewegbares Schaltorgan vorhanden, durch das die Intensität der vom Strahlensender abgegebenen Strahlen entweder mit einem Faktor 0 (Strahlengang vollständig unterbrochen) oder mit einem Faktor 1 (Strahlengang vollständig freigegeben) bewertet wird. Eine Auswertschaltung zur Erfassung des Ausfalls des Strahlensenders ist auch hierbei nicht vorgesehen, so daß auch bei dieser Schalteinrichtung nicht zu unterscheiden ist, ob es sich um einen Ausfall des Strahlensenders oder um einen sich auf die mechanischen Elemente der Schalteinrichtung beziehenden Defekt handelt.

Aus diesem Grunde liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine optoelektronische Schalteinrichtung der eingangs erwähnten Art derart weiterzubilden, daß eine einwandfreie Erfassung der Funktionsfähigkeit der Schaltstrecke gegeben ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhaft bei einem derartigen Aufbau einer Schalteinrichtung ist, daß einwandfrei zwischen einem Ausfall eines Strahlensenders und einem Defekt der zugeordneten mechanischen Schaltmittel und/oder einem Ausfall des zumindest einen Strahlenempfängers differenziert werden kann.

Weitere besonders günstige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben und werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer optoelektronischen Schalteinrichtung

Fig. 2 die dem Strahlensender und dem Strahlenempfänger direkt zugeordneten elektrischen Bauelemente

Fig. 3a den der emittierten Strahlenintensität eines Strahlensenders entsprechenden Sendestrom

Fig. 3b die am Ausgang des Strahlenempfängers sich ergebende Signalspannung bei gedämpfter, bei ungedämpfter und bei nicht vorhandener Strahlung.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, sind drei nebeneinander angeordnete, insbesondere Infrarot-Strahlen emittierende, vorzugsweise als Leuchtdioden ausgebildete Strahlensender 1a-1c einem vorzugsweise als Fototransistor ausgeführten Strahlenempfänger 2 zugeordnet, d. h. die den Strahlensendern zugehörigen Strahlengänge 1a′, 1b′, 1c′ sind auf den Strahlenempfänger 2 ausgerichtet. Zwischen den Strahlensendern einerseits und dem Strahlenempfänger andererseits ist ein Schaltorgan 3 plaziert, das über ein der Einfachheit halber nicht dargestelltes Betätigungsglied in mehrere Schaltpositionen bewegbar ist und zwar ist dasselbe in zwei entgegengesetzte, durch die Pfeile 1, 1′ definierte Richtungen verstellbar.

Das als Lochscheibe ausgebildete Schaltorgan 3 weist einen zentral vorgesehenen Öffnungsbereich 3* und einen sich beiderseits desselben anschließenden Materialbereich 3** auf. Durch den Öffnungsbereich 3* wird die von dem jeweils zugeordneten Strahlensender (1b) ausgehende Strahlenintensität mit einem Faktor 1 bewertet und zwar weil hierbei praktisch keinerlei Dämpfung durch diesen Bereich hervorgerufen wird. In dem daran anschließenden, beiderseits des Öffnungsbereiches 3* vorhandenen Materialbereich 3** wird dagegen eine von dem Werk-Stoff dieses Materialbereichs und der gewählten Dicke desselben abhängige Dämpfung der Strahlung hervorgerufen, d. h. die Intensität der (Infrarot-) Strahlung wird z. B. mit einem Faktor 0,6 bewertet. Dies wird durch die abgeschwächten Strahlengänge 1a′′, 1b′′, 1c′′ verdeutlicht.

Damit ist eine einwandfreie Identifizierung der Funktionsfähigkeit der Strahlensender 1a-1c gewährleistet, was im folgenden näher erläutert wird.

Die Strahlensender 1a-1c werden durch die zugehörige, vorzugsweise als Mikrocomputer ausgebildete Schaltungsanordnung 4 über die Ausgänge A1 bis A3 nacheinander während der Zeitintervalle t_a, t_b, t_c mit durch eine in der Schaltungsanordnung 4 vorhandene Taktstufe hervorgerufenem gepulsten Sendestrom I (siehe Fig. 3a) versorgt.

Dabei wird am Ausgang des Strahlenempfängers 3 während des Zeitintervalls t_a durch den Strahlensender Ia eine pulsförmige Signalspannung U₁ hervorgerufen, die in Abhängigkeit des Werk-Stoffes des Materialbereiches 3** steht, d. h. die Strahlenintensität ist dabei z. B. mit einem Faktor 0,6 bewertet (gedämpft). Während des Zeitintervalls t_b wird durch den Strahlensender 1b eine höhere Signalspannung U₂ hervorgerufen, und zwar weil die Strahlenintensität aufgrund des dem Strahlensender 1b zugeordneten Öffnungsbereiches 3* mit einem Faktor 1 bewertet ist (ungedämpft).

In der Zeitspanne 1c würden dann wieder die gleichen Verhältnisse wie in der Zeitspanne 1a vorliegen, da der Werk-Stoff des zugehörigen Materialbereichs derselbe ist. In der Zeichnung dargestellt ist jedoch der Zustand einer defekten Leuchtdiode 1c (gestrichelt angedeuteter Strahlengang), wodurch die Ausgangsspannung des Strahlenempfängers 2 somit gleich Null ist. Aufgrund der unterschiedlichen Höhen der Signalspannungen U₁ und U₂ ist eine einwandfreie Erkennbarkeit des vorliegenden Fehlers, d. h. Defekt einer Leuchtdiode anhand von vorgegebenen Schwellwerten in relativ einfacher Art und Weise gewährleistet.

Um eine feinere Unterscheidung für bestimmte Applikationen zu ermöglichen, können für die beiden Abschnitte des Materialbereichs 3** auch verschiedene Werk-Stoffe oder unterschiedliche Dicken gewählt werden, so daß z. B. mit Faktoren von 0,6, 0,8 und 1 die Auswertung betrieben werden kann.

Nach dem Ausführungsbeispiel werden die als Leuchtdioden ausgeführten Strahlensender 1a-1c mittels einer von der als Mikrocomputer ausgebildeten Schaltungsanordnung 4 über die Ausgänge A1 bis A3 beeinflußten Steuerstufe 5 mit Strom versorgt, wobei über eine der Schaltungsanordnung 4 zugehörige Taktstufe eine pulsförmige Stromversorgung vorgenommen wird. Die Steuerstufe 5 besteht dabei im wesentlichen jeweils aus einem, über je einen Strombegrenzungswiderstand 5a mit dem jeweiligen Strahlensender verbundenen Transistor 5b, dessen Basis über je eine Vorwiderstandsanordnung 5b′, 5b′′ mit einem der Ausgänge A1, A2, A3 verbunden ist.

Der als Fototransistor ausgebildete, einerseits an der Versorgungsspannung UB angeschlossene Strahlenempfänger 2 ist mit seinem Emitter einerseits über einen Emitter-Widerstand 2a an Masse gelegt und andererseits über ein tiefpaßartiges Filterglied 2b′, 2b′′ an dem Eingang E der Schaltungsanordnung 4 angeschlossen, welchem ein in der Schaltungsanordnung integrierter A/D-Wandler zugeordnet ist.

Mit einem solchen Aufbau einer Schalteinrichtung ist sichergestellt, daß Fehler sofort erkannt werden und somit zu keiner unzulässigen Beeinflussung von zugeordneten Geräten führen können.

Claims (10)

1. Optoelektronische Schalteinrichtung mit zumindest einem auf zumindest einen Strahlenempfänger (2) ausgerichteten Strahlensender (1a-1c) und mit einem zwischen dem Strahlensender (1a-1c) und dem Strahlenempfänger (2) angeordneten, über ein Betätigungsglied in mehrere Schaltpositionen bewegbaren Schaltorgan (3), welches mit den Schaltpositionen zugeordneten, in den Strahlengang eingreifenden, die Intensität der vom Strahlensender (1a-1c) abgegebenen Strahlen jeweils mit einem bestimmten, zumindest für die direkt benachbarten Bereiche unterschiedlichen, in der Größenordnung von < 0 bis 1 liegenden Faktor bewertenden Bereichen (3*, 3**) versehen ist, wobei der Strahlenempfänger aufgrund von zumindest drei nebeneinander liegenden, mit unterschiedlichen Faktoren bewerteten Bereichen und/oder bei mehreren Strahlensendern durch aufeinanderfolgenden Betrieb derselben mit differenziert auswertbaren Strahlenintensitäten beaufschlagbar ist und wobei dem Strahlenempfänger (2) eine die jeweils anstehende Strahlenintensität anhand von zumindest einem vorgegebenen Schwellwert identifizierende Schaltungsanordnung (4) zugeordnet ist.

2. Optoelektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche (3*,3**) aus unterschiedlichen, jeweils die Strahlenintensität mit den dadurch bestimmten Faktoren bewertenden Stoffen bestehen.

3. Optoelektronische Schaltungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche (3*,3**) aus einem Stoff bestehen, wobei die die Strahlenintensität bewertenden Faktoren durch unterschiedliche Stoffdicke gebildet sind.

4. Optoelektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einer Auswertstufe der Schaltungsanordnung (4) verbundener Strahlenempfänger (2) und mehrere darauf ausgerichtete, nebeneinander angeordnete Strahlensender (1a-1c) vorhanden sind, daß den Strahlensendern (1a-1c) durch die Verstellung des Schaltorgans (3) die unterschiedlich ausgeführten Bereiche (3*, 3**) desselben zugeordnet sind und daß die Strahlensender (1a-1c) an einer eine nacheinander erfolgende Abstrahlung eines bestimmten Strahlenquantums hervorrufenden, mit der Schaltungsanordnung (4) verbundenen Steuerstufe (5) angeschlossen sind.

5. Optoelektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltorgan (3) aus einer Lochscheibe besteht, deren die Strahlen mit dem Faktor 1 bewertender Öffnungsbereich (3*) in den verschiedenen Schaltpositionen jeweils einem Strahlensender (1a, 1b, 1c) zugeordnet ist, während der an den Öffnungsbereich (3*) anschließende, die Strahlen mit einem zwischen 0 und 1 liegenden Faktor bewertende Materialbereich (3**) dem zumindest einen anderen Strahlensender (1a, 1b, 1c) zugeordnet ist.

6. Optoelektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlensender (1a-1c) mit einer einen gepulsten Betrieb derselben realisierenden, der Schaltungsanordnung (4) zugehörigen Taktstufe verbunden sind.

7. optoelektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlensender (1a-1c) aus Infrarot-Strahlen emittierenden Leuchtdioden bestehen.

8. Optoelektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlenempfänger (2) aus einem für Infrarot-Strahlen empfindlichen Fototransistor besteht.

9. Optoelektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem bzw. den Strahlenempfänger(n) (2) verbundene Auswertstufe und die dem bzw. den Strahlensender(n) (1a-1c) zugeordnete Taktstufe Bestandteile eines die Schaltungsanordnung (4) bildenden Mikrocomputers sind.

10. Optoelektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Mikrocomputer noch Glieder zur Kompensation des Alterungseffektes und des Temperaturgangs der Strahlensender (1a-1c) vorhanden sind.