DE19632334C1

DE19632334C1 - Optoelektronische Schalteinrichtung

Info

Publication number: DE19632334C1
Application number: DE1996132334
Authority: DE
Inventors: Norbert Bendicks; Dietmar Finger; Klaus Hinteresch; Arno Laubrock; Ruediger Knobloch
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Priority date: 1996-08-10
Filing date: 1996-08-10
Publication date: 1997-09-04
Anticipated expiration: 2016-08-11

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optoelektronische Schalteinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 Sie kommt überall dort - wie z. B. in Kraftfahrzeugen - zum Einsatz, wo auf äußerst zuverlässige Art und Weise verschiedene Schaltfunktionen realisiert werden müssen.

Es sind optoelektronische Schalteinrichtungen bekanntgeworden, die zumindest einen Strahlensender sowie zumindest einen damit kooperierenden Strahlenempfänger und ein zwischen diesen angeordnetes Schaltorgan aufweisen, welches über ein Betätigungsglied in mehrere Schaltpositionen bewegbar ist. Bei diesen Schalteinrichtungen kommen Schaltorgane zur Anwendung, welche durch ihre verschiedenen Bereiche den Strahlengang entweder vollständig freigeben oder vollständig abschotten, so daß digitale Signale in Art der Werte 0 oder 1 erzeugt werden. Bei der den Strahlengang abschottenden Schaltstellung des Schaltorganes (Wert 1), ist jedoch weder eine Überprüfung der Funktionstüchtigkeit der Strahlensender noch des Strahlenempfängers möglich, weil nicht zu erkennen ist, ob der Wert 1 dem zur Zeit vorliegenden Schaltzustand des Schaltorganes entspricht oder aber auf den Ausfall eines der angeführten Bauteile (Strahlensender bzw. Strahlenempfänger) zurückzuführen ist.

Durch die DE 195 04826 01 ist eine derartige optoelektronische Schalteinrichtung bekanntgeworden, welche im wesentlichen mehrere Strahlensender und zumindest einen Strahlenempfänger sowie einem denselben zugeordnetes, in mehrere Schaltpositionen bewegbares Schaltorgan aufweist. Zum Zwecke einer einwandfreien Erfassung der Funktionstüchtigkeit der Schaltstrecken ist das Schaltorgan mit verschiedenen, in den Strahlengang eingreifenden Bereichen versehen, die die Intensität der von den Strahlensendern abgegebenen Signale beeinflussen. D.h., die verschiedenen Bereiche des Schaltorganes sind mehr oder weniger teildurchlässig für die Strahlen der Strahlensender, so daß der Strahlenempfänger in einer jeden seiner Schaltpositionen zumindest ein in seiner Intensität verringertes Signal eines jeden Strahlensenders erhält, vorausgesetzt diese sind funktionstüchtig. Die Signale der Strahlensender werden zeitlich versetzt abgegeben und sind bedingt durch die verschiedenen Bereiche des Schaltorganes in ihrer Intensität unterschiedlich, so daß über die zugeordnete Schaltungsanordnung festgestellt werden kann, ob einer der Strahlensender oder aber der Strahlenempfänger ausgefallen ist.

Bei einer solchen optoelektronischen Schalteinrichtung ist aber nicht nur das Schaltorgan vergleichsweise aufwendig ausgestaltet, auch ist bei einer Vielzahl von unterschiedlichen Intensitätspegeln der von den Strahlensendern abgegebenen Signalen die Bestimmung der verschiedenen Schaltpositionen nicht immer einfach möglich.

Aus diesem Grunde liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine optoelektronische Schalteinrichtung zu schaffen, welche bei einfacher Ausgestaltung des Schaltorganes digital, d. h. einfach durch die Kombination der Werte 0 und 1 gekennzeichneten Schaltstellungen eine zuverlässige Überprüfung der Funktionstüchtigkeit der Strahlensender bzw. des Strahlenempfängers ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhaft bei einem derartigen Aufbau einer optoelektronischen Schalteinrichtung ist, daß einwandfrei zwischen dem Ausfall eines Strahlensenders oder aber dem Ausfall des Strahlenempfängers differenziert werden kann.

Weitere besondere günstige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben und werden anhand zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer ersten optoelektronischen Schalteinrichtung in der Seitenansicht,

Fig. 2 die erste optoelektronische Schalteinrichtung gemäß Fig. 1 in der Draufsicht,

Fig. 3 den prinzipiellen Aufbau einer zweiten optoelektronischen Schalteinrichtung in der Seitenansicht,

Fig. 4 die zweite optoelektronische Schalteinrichtung gemäß Fig. 3 in der Draufsicht,

Fig. 5 Diagramme der Spannung mit welcher die beiden Strahlensender z. B. versorgt werden können,

Fig. 6 weitere Diagramme der Spannung mit welcher die beiden Strahlensender z. B. versorgt werden können,

Fig. 7 eine Ablaufroutine, welche die Ansteuerung des ersten Strahlensenders in Abhängigkeit eines vorliegenden Bitmusters zeigt wobei das Bitmuster einer bestimmten Schaltstellung des Schaltorganes entspricht,

Fig. 8 ein Blockschaltbild einer optoelektronischen Schalteinrichtung.

Wie insbesondere aus den Figuren hervorgeht, besteht eine solche optoelektronische Schalteinrichtung im wesentlichen aus zwei Strahlensendern 1, 2, einem Strahlenempfänger 3, einem dem Strahlenempfänger 3 zugeordnetet Schaltorgan 4, welches in Art einer Blende verschiedene Bereiche aufweist, sowie einer mit den Strahlensendern 1, 2 und dem Strahlenempfänger 3 in Verbindung stehende sowie die Schaltstellung des Schaltorganes 4 erfassende Schaltungsanordnung 11.

Wie insbesondere aus Fig. 1 und Fig. 2 hervorgeht, ist der erste Strahlensender 1 hinter dem Strahlenempfänger 3 angeordnet, so daß der erste Strahlensender 1 seine Signale direkt auf die dem weiteren Strahlensender 2 abgewandte Rückfläche 5 des Strahlenempfängers 3 abgibt. Weil das Schaltorgan 4 mit seinen verschiedenen Blendenbereichen jedoch lediglich in den zwischen dem Strahlenempfänger 3 und dem weiteren Strahlensender 2 bestehenden Strahlengang eingreift, bleibt damit der erste Strahlensender 1 völlig unbeeinflußt vom Schaltorgan 4.

Der Strahlenempfänger 3 sowie die Strahlensender 1, 2 sind von einem Gehäuse 6 umgeben, wobei der Strahlenempfänger 3 und der erste Strahlensender 1 in einer gemeinsamen Gehäusetasche 7 angeordnet sind. Sowohl das Gehäuse 6 als auch die beiden Strahlensender 1, 2 und der Strahlenempfänger 3 sind auf einer elektrischen Leiterplatte 8 festgelegt. Dabei sind der weitere Strahlensender 2 und der Strahlenempfänger 3 zum Anschluß an die elektrische Leiterplatte 8 mit Kontaktbeinen 13 versehen, wohingegen der erste Strahlensender 1 als sog. SMD-Bauteil ausgebildet ist. Selbstverständlich können bei Bedarf auch der weitere Strahlensender 2 und der Strahlenempfänger 3 als SMD-Bauteile ausgebildet bzw. alle Bauteile 1, 2, 3 mit Kontaktbeinen 13 versehen sein. Um eine Vielzahl von Schaltfunktionen verwirklichen zu können, können selbstverständlich auch mehrere solcher vorbeschriebenen Schalteinrichtungen zu einer komplexen Schaltanordnung zusammengefaßt sein.

In Fig. 3 und 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer solchen optoelektronischen Schalteinrichtung in vereinfachter Form dargestellt. Im Prinzip gleicht diese der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Schalteinrichtung wobei im Unterschied dazu der erste Strahlensender 1 neben dem Strahlenempfänger 3 angeordnet ist. Außerdem ist am Gehäuse 6 eine Reflexionsfläche 9 vorhanden, welche vom ersten Strahlensender 1 abgegebenen Signale derart umgelenkt, so daß diese auf die dem weiteren Strahlensender 2 zugewandte Frontfläche 10 des Strahlenempfängers 3 auftreffen.

In Fig. 5 ist ein erstes Beispiel bzgl. der Spannungsversorgung der Strahlensender 1, 2 bzw. bzgl. der Ausgangsspannung des Strahlenempfängers 3 dargestellt, welches zeigt, daß sowohl der erste Strahlensender 1 als auch der weitere Strahlensender 2 in gepulster Form mit Spannung U versorgt werden. Der Pegel der Spannungsversorgung ist dabei für den ersten Strahlensender 1 im Vergleich zur Spannungsversorgung für den weiteren Strahlensender 2 um etwa 50% niedriger. Außerdem werden die beiden Strahlensender 1, 2 zeitlich versetzt mit Spannung U versorgt so daß ein Signal vom ersten Strahlensender 1 immer nur dann ausgeht, wenn der weitere Strahlensender 2 nicht mit Spannung U versorgt wird, sich also im Betriebsmodus Puls-Pause befindet. Im Betriebsmodus Puls-Pause werden folglich von beiden Strahlensendern 1, 2 keine Signale abgegeben. Auch ist die Versorgungsdauer für die beiden Strahlensender 1, 2 unterschiedlich ausgelegt, so wird der erste Strahlensender 1 pulsweise wesentlich länger mit Spannung U versorgt als der weitere Strahlensender 2. Es werden also von jeden der beiden Strahlensender 1, 2 entsprechend der spezifischen Spannungsversorgung typische Signale abgegeben die auf einfache Art und Weise eine Identifikation des betreffenden Strahlensenders 1, 2 ermöglichen. Somit kann eindeutig ein evtl. Ausfall eines der beiden Strahlensender 1, 2 festgestellt werden. Auch der evtl. Ausfall des Strahlenempfängers 3 ist ohne weiteres feststellbar, weil dann weder vom ersten Strahlensender 1 noch vom zweiten Strahlensender 2 ausgehende Signale aufgenommen und an die Schaltungsanordnung 11 weitergeleitet werden können.

In Fig. 6 ist ein zweites Beispiel bzgl. der Spannungsversorgung der Strahlensender 1, 2 bzw. bzgl. der Ausgangsspannung des Strahlenempfängers 3 dargestellt, welches zeigt daß der erste Strahlensender 1 in gepulster Form und der weitere Strahlensender 2 dauerhaft mit Spannung U versorgt werden. Der Pegel der Spannungsversorgung ist dabei für den weiteren Strahlensender 2 im Vergleich zur Spannungsversorgung des ersten Strahlensenders 1 in etwa 50% niedriger. Da nur der erste Strahlensender 1 in gepulster Form mit Spannung U versorgt wird, sind auf einem durch die dauerhafte Spannungsversorgung des weiteren Strahlensenders 2 hervorgerufenen Grundpegel die Spannungspulse des ersten Strahlensenders 1 aufgesetzt. D.h. der Strahlenempfänger 3 erhält ein Signal in addierter Form. Es werden also von jeden der beiden Strahlensender 1, 2 entsprechend der spezifischen Spannungsversorgung typische Signale abgegeben die auf einfache Art und Weise eine Identifikation des betreffenden Strahlensenders 1, 2 ermöglichen. Somit kann eindeutig ein evtl. Ausfall eines der beiden Strahlensender 1, 2 festgestellt werden. Auch der evtl. Ausfall des Strahlenempfängers 3 ist ohne weiteres feststellbar, weil dann weder vom ersten Strahlensender 1 noch vom zweiten Strahlensender 2 ausgehende Signale aufgenommen und an die Schaltungsanordnung 11 weitergeleitet werden können.

Fig. 7 zeigt in Form eines Blockschaltbildes eine Ablaufroutine einer mehrere optoelektronische Schalteinrichtungen umfassenden optoelektronischen Schaltanordnung. Zum Beispiel sind zur Darstellung komplexer Schaltvorgänge vier Schalteinrichtungen in einer Schaltanordnung zusammengefaßt. Je nach Schaltstellung des Schaltorganes 4 signalisiert eine jede der vier Schalteinrichtungen entweder den Wert 0 oder den Wert 1. Eine solche Wertekombination wird in einem Bitmuster zusammengefaßt. Zunächst wird dieses Bitmuster eingelesen und nachfolgend überprüft. Bei der Plausibilitätskontrolle wird dann festgestellt, ob das vorliegende Bitmuster zulässig ist also einen in der Schaltungsanordnung 11 abgelegten Bitmuster entspricht. Für jede von dem Schaltorgan 4 einzunehmende Schaltstellung ist ein gesondertes Bitmuster in der Schaltungsanordnung 11 abgelegt. Stimmt das eingelesene Bitmuster nicht mit einem der abgelegten Bitmuster überein, erfolgt die Aktivierung der Fehlerroutine. Entspricht jedoch das eingelesene Bitmuster einem der abgelegten Bitmuster so wird anschließend in einer weiteren sog. "1"-Kontrolle festgestellt, welche der vier Strahlenempfänger 3 z. B. bedingt durch die vorliegende Schaltstellung des Schaltorganes 4 der Schaltungsanordnung den Wert 1 signalisiert. Es wird also festgestellt, welcher der vier Strahlenempfänger 3 vom zugeordneten weiteren Strahlensender 2 kein Signal erhält. Zur Funktionsüberprüfung werden anschließend nur die den Wert 1 signalisierenden Strahlenempfänger 3 mit Signalen beaufschlagt, die von dem zugeordneten ersten Strahlensender 1 ausgehen. Gibt dann der entsprechende Strahlenempfänger 3 ein Signal an die Schaltungsanordnung 11 weiter kann somit eindeutig die Funktionstüchtigkeit auch der Strahlenempfänger 3 festgestellt werden. Dies ist insbesondere wie beschrieben bei Strahlenempfänger 3 realisiert, die durch ein Eingreifen des Schaltorganes 4 in den Strahlengang kein Signal von ihrem zugeordneten weiteren Strahlensender 2 empfangen können. Eindeutig ist somit die Funktionstüchtigkeit aller vier Schalteinrichtungen feststellbar. Eindeutig kann auch der Ausfall eines der die Schalteinrichtungen darstellenden Bauteile 1, 2, 3 festgestellt werden, wobei die Ermittlung des betreffenden Bauteiles 1, 2, 3 wie beschrieben ohne weiteres möglich ist. Wird ein Ausfall zumindest eines der Bauteile 1, 2, 3 festgestellt, so wird wiederum die Fehlerroutine aktiviert. Liegt kein Ausfall eines Bauteiles 1, 2, 3 vor, so erfolgt eine i.O.-Meldung.

Die ein Blockschaltbild einer optoelektronischen Schalteinrichtung darstellende Fig. 8 zeigt, daß sowohl der erste Strahlensender 1 als auch der weitere Strahlensender 2 mit einer Taktstufe 12 verbunden sind. Die beiden Taktstufen 12 werden durch die einen Mikrocomputer darstellende Schaltungsanordnung 11 angesteuert, so daß die beiden Strahlensender 1, 2 wie z. B. in Fig. 5 beschrieben pulsartig mit Spannung U versorgt werden. Außerdem ist der Strahlenempfänger 3 mit einer der Schaltungsanordnung 11 zugeordneten bzw. in den Mikrocomputer integrierten, nicht dargestellten Auswertestufe verbunden. Über die Auswertestufe kann festgestellt werden, ob vom ersten Strahlensender 1 und vom weiteren Strahlensender 2 oder aber von einem der beiden Strahlensender 1, 2 Signale ausgehen, die über den Strahlenempfänger 3 zur Schaltungsanordnung 11 weitergeleitet werden. Auch ist feststellbar, ob die Auswertestufe keinerlei weitergeleitete Signale erhält, was entweder den Ausfall beider Strahlensender 1, 2 oder aber den Ausfall des Strahlenempfängers 3 zugrunde hat. Da es jedoch unwahrscheinlich ist, daß beide Strahlensender 1, 2 gleichzeitig von einem Ausfall betroffen sind, ist vornehmlich davon auszugehen, daß es sich um einen Ausfall des Strahlenempfängers 3 handelt.

Es ist somit eine optoelektronische Schalteinrichtung bzw. eine mehrere Schalteinrichtungen umfassende optoelektronische Schaltanordnung aufgezeigt, bei welcher bei einfach aufgebautem Schaltorgan 4 - nämlich einem Schaltorgan 4, welches in Art einer Blende in den Strahlengang eingreift und diesen entweder vollkommen freigibt oder aber vollkommen abschottet - auf einfache und zuverlässige Art und Weise die Überprüfung der Funktionstüchtigkeit der maßgeblichen Bauteile 1, 2, 3 möglich ist.

Claims

1. Optoelektronische Schalteinrichtung mit einem ersten und zumindest einem weiteren auf einen Strahlenempfänger ausgerichteten Strahlensender und mit zumindest einem zwischen zumindest einem der Strahlensender und dem Strahlenempfänger angeordneten, über ein Betätigungsglied in mehrere Schaltpositionen bewegbaren Schaltorgan, welches in Art einer Blende verschiedene Bereiche aufweist, die den jeweiligen Schaltpositionen entsprechend den Strahlengang freigeben bzw. beeinflussen und wobei die zumindest zwei auf den einen Strahlenempfänger ausgerichteten Strahlensender derart unterschiedlich betrieben werden, daß von jedem der beiden Strahlensender ein für ihn charakteristisches Signal abgegeben wird sowie dem Strahlenempfänger eine den Betrieb des jeweiligen Strahlensenders identifizierende Schaltungsanordnung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Strahlensender (1) der zumindest zwei vorhandenen Strahlensender (1, 2) dem Strahlenempfänger (3) unbeeinflußt vom Schaltorgan (4) zugeordnet ist.

2. Optoelektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß entweder der erste Strahlensender (1) oder der weitere Strahlensender (2) mit einer um einen bestimmten Faktor verringerten Spannung (U) betrieben werden.

3. Optoelektronische Schaltungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Strahlensender (1, 2) dauerhaft und einer der beiden Strahlensender (1, 2) in gepulster Form mit Spannung (U) versorgt werden.

4. Optoelektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der erste Strahlensender (1) als auch der weitere Strahlensender (2) gepulst betrieben werden, wobei beide Strahlensender (1, 2) jeweils ein Signal mit einem unterschiedlichen Puls-Pausenverhältnis abgeben.

5. Optoelektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Strahlensender (1) dann einen Sendeimpuls abgibt, während sich der weitere Strahlensender (2) im Betriebsmodus Puls-Pause befindet und umgekehrt.

6. Optoelektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Strahlensender (1) neben dem Strahlenempfänger (3) angeordnet ist.

7. Optoelektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Strahlensender (1) hinter dem Strahlenempfänger (3) angeordnet ist, so daß der Strahlenempfänger (3) zwischen den beiden Strahlensendern (1, 2) zu liegen kommt.

8. Optoelektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Strahlensender (1) eine Reflexionsfläche (9) derart zugeordnet ist, daß die vom ersten Strahlensender (1) abgegebenen Signale durch Umlenkung auf die dem weiteren Strahlensender (2) zugewandte Frontfläche (10) des Strahlenempfängers (3) auftreffen.

9. Optoelektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Strahlensender (1) derart angeordnet ist, daß von diesem abgegebene Signale direkt auf eine von dem weiteren Strahlensender (2) abgewandte Rückfläche (5) des Strahlenempfängers (3) auftreffen.

10. Optoelektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Strahlensender (1) und der Strahlenempfänger (3) baulich eine Einheit bilden.

11. Optoelektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Strahlensender (1) und der Strahlenempfänger (3) Bestandteil eines einzigen Halbleiterchips sind.

12. Optoelektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem weiteren Strahlensender (2) ein mehrere Zweige aufweisender, zumindest auf zwei Strahlenempfänger (3) ausgerichteter Lichtleitkörper zugeordnet ist.

13. Optoelektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der weitere Strahlensender (2) mit einer einen gepulsten Betrieb desselben realisierenden, der Schaltungsanordnung (11) zugeordneten Taktstufe (12) verbunden ist.

14. Optoelektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlenempfänger (3) mit einer der Schaltungsanordnung (11) zugeordneten Auswertestufe verbunden ist.

15. Optoelektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktstufe (12) und die Auswertestufe Bestandteile eines die Schaltungsanordnung (11) bildenden Mikrocomputers sind.

16. Optoelektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Strahlensender (1, 2) jeweils aus einer Infrarot-Strahlung emittierenden Leuchtdiode bestehen.

17. Optoelektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlenempfänger (3) aus einem für Infrarot-Strahlen empfindlichen Fototransistor besteht.

18. Optoelektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (11) Glieder zur Kompensation des Alterungseffektes und des Temperaturganges der einzelnen Bauelemente (1, 2, 3) umfaßt.