DE202010014885U1 - Evaluation circuit for an optical touch sensor - Google Patents

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Abstract

Auswerteschaltung für einen optischen Berührungssensor nach 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Fototransistor FT1 den Empfänger einer Reflexlichtschranke bildet. Bei den Signalen der Lichtschranke handelt es sich um Spannungsimpulse. Der Kollektor des Fototransistors FT1 liegt an VCC und der Emitter liegt über den Widerstand R1 auf Masse. Die an R1 erzeugte Spannung wird über den Kondensator C1 hochpass-gefiltert. Die Auswerteschaltung weist weiterhin eine Schaltungseinheit (AS) zur indirekten Arbeitspunktstabilisierung des Fototransistors FT1 und Umgebungslichtkompensation auf. Hierzu wird in Abhängigkeit der niederfrequenten Spannung an R1, die Abhängig vom Umgebungslicht ist, das Signal hinter dem Hochpassfilter C1 gedämpft, in dem es anteilig auf Masse gezogen wird.Evaluation circuit for an optical touch sensor according to 1 characterized in that the phototransistor FT1 forms the receiver of a reflected light barrier. The signals of the light barrier are voltage pulses. The collector of the phototransistor FT1 is connected to VCC and the emitter is grounded via the resistor R1. The voltage generated at R1 is high-pass filtered via the capacitor C1. The evaluation circuit also has a circuit unit (AS) for the indirect operating point stabilization of the phototransistor FT1 and ambient light compensation. For this purpose, depending on the low-frequency voltage at R1, which is dependent on the ambient light, the signal is attenuated behind the high-pass filter C1, in which it is proportionately pulled to ground.

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Figure 00000001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Auswerteschaltung für einen optischen Berührungssensor auf Grundlage einer Reflexlichtschranke. Die Auswerteschaltung ist dabei in der Lage Umgebungslichteinflüsse ohne zusätzliche Sensoren herauszufiltern. Hierfür wird lediglich der Fototransistor FT1 benötigt, der als Empfangseinheit der Reflexlichtschranke dient. Eine Stabilisierung des Arbeitspunktes des Fototransistors und die Kompensation des Umgebungslichtes erfolgt indirekt durch eine Abschwächung des Nutzsignals am Eingang der Verstärkerstufe. Hierdurch ist es möglich mit einem festen Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers zu arbeiten. Am Ausgang der Verstärkerstufe liegt ein Puls an, der direkt auf einen digitalen Eingang eines Mikrokontrollers geschaltet werden kann. Eine Auswertung über einen Analog- zu Digitalkonverter und eine aufwendige Auswertung des Signals im Mikrokontroller ist nicht erforderlich.The present invention relates to an evaluation circuit for an optical touch sensor based on a reflected light barrier. The evaluation circuit is able to filter out ambient light influences without additional sensors. For this purpose, only the phototransistor FT1 is needed, which serves as a receiving unit of the reflected light barrier. A stabilization of the operating point of the phototransistor and the compensation of the ambient light takes place indirectly by a weakening of the useful signal at the input of the amplifier stage. This makes it possible to work with a fixed amplification factor of the operational amplifier. At the output of the amplifier stage is a pulse, which can be switched directly to a digital input of a microcontroller. An evaluation via an analog to digital converter and a complex evaluation of the signal in the microcontroller is not required.

Beschreibungdescription

Stand der TechnikState of the art

Aus WO 2010/047807 A1 ist eine Anordnung bekannt, bei der ein zweiter Sensor zur Messung des Umgebungslichtes zum Einsatz kommt. Bei dieser Anordnung ist eine Auswertung der Analogsignale in einem Mikrokontroller notwendig. Die Auswertung des Nutzsignals erfolgt über ein Formel, die das Nutzsignal aus beiden Signalen errechnet.Out WO 2010/047807 A1 An arrangement is known in which a second sensor for measuring the ambient light is used. In this arrangement, an evaluation of the analog signals in a microcontroller is necessary. The evaluation of the useful signal takes place via a formula which calculates the useful signal from both signals.

Der Nachteil der Schaltungen liegt in der Verwendung des zweiten Sensors. Zusätzlich muss das Nutzsignals aus den Analogsignalen aufwendig errechnet werden.The disadvantage of the circuits lies in the use of the second sensor. In addition, the useful signal from the analog signals must be calculated consuming.

Aufgabenstellungtask

Die Aufgabe der Erfindung ist es eine Empfangseinheit zu schaffen, die die Nachteile des Stands der Technik aufhebt und insbesondere eine einfache und kostengünstige Schaltung und eine einfache Auswertung über einen Mikrokontroller ermöglicht. Eine vorteilhafte Ausgestaltung wird mit den in den Schutzansprüchen aufgeführten Merkmalen gelöst.The object of the invention is to provide a receiving unit which overcomes the disadvantages of the prior art and in particular enables a simple and inexpensive circuit and a simple evaluation via a microcontroller. An advantageous embodiment is achieved with the features listed in the protection claims.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Ausführung der Schaltung wird in 1 gezeigt.The execution of the circuit is in 1 shown.

1 zeigt die erfindungsgemäße Schaltung zur Auswertung des Signals einer Reflexlichtschranke mit indirekter Stabilisierung des Arbeitspunktes und Kompensation des Umgebungslichts. Die Schaltung arbeitet mit einem Fototransistor FT1, der als Empfänger der Reflexlichtschranke dient. Das Signal fällt an R1 ab und wird über C1 hochpass-gefiltert. Die indirekte Arbeitspunktstabilisierung und Umgebungslichtkompensations-Schaltung (AS) führt einen Teil des Signals gegen Masse. Anschließend wird das gedämpfte Signal über C2 tiefpass-gefiltert und über den Operationsverstärker OP1 verstärkt. Das Ausgangssignal wird auf einen digitalen Eingang (vorzugsweise interrupt-fähig) geschaltet. 1 shows the circuit according to the invention for evaluating the signal of a reflected light barrier with indirect stabilization of the operating point and compensation of the ambient light. The circuit operates with a phototransistor FT1, which serves as a receiver of the reflected light barrier. The signal drops off R1 and is high-pass filtered via C1. The indirect operating point stabilization and ambient light compensation circuit (AS) leads a part of the signal to ground. Subsequently, the attenuated signal is low-pass filtered via C2 and amplified via the operational amplifier OP1. The output signal is switched to a digital input (preferably interrupt-capable).

Die vorgeschlagene Schaltung nach 1 arbeitet mit einem Fototransistor FT1, der die Empfangseinrichtung einer gepulsten Reflexlichtschranke bildet. Das Signal liegt am Widerstand R1 an. Dieses Signal wird über einen Hochpass C1 gefiltert, um den niederfrequenten Spannungsanteil, der durch das Umgebungslicht hervorgerufen wird, zu eliminieren. Das gefilterte Signal wird in Abhängigkeit von der niederfrequenten Spannung an R1 über eine Schaltungseinheit (bestehend aus R11, R12, R13, C11 und T11) gegen Masse gezogen. Hierdurch erfolgt die indirekte Stabilisierung des Arbeitspunktes des Fototransistors FT1 und gleichzeitig die Kompensation des Umgebungslichts. Der Spannungsteiler aus R11 und R12 und der Kondensator C11 sind dabei so dimensioniert, dass T11 auf die Impulse des Nutzsignals der Reflexlichtschranke kaum anspricht. Hierdurch stellt sich in Abhängigkeit vom Umgebungslicht ein fester Dämpfungsfaktor ein. Zusätzlich zur Kompensation des Umgebungslichts wird ein Teil des Eingangssignals an R1 über R2 auf den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP1 geführt. Das gefilterte und durch die indirekte Arbeitspunktstabilisierung und Umgebungslichtkompensation gedämpfte Signal wird durch C2 noch einmal tiefpassgefiltert und danach auf den nicht invertierenden Eingang des Verstärkers geführt. Der Verstärker arbeitet mit einem fest eingestellten Verstärkungsfaktor und wird mit nur einer Spannung und Masse versorgt. Hierdurch wird der negative Anteil des Nutzsignals unterdrückt und es ergibt sich ein pulsförmiges Signal am Ausgang des Operationsverstärkers OP1. Dieses wird vorzugsweise direkt auf einen interrupt-fähigen Eingang eines Mikrokontrollers geführt.The proposed circuit after 1 works with a phototransistor FT1, which forms the receiving device of a pulsed reflected light barrier. The signal is applied to the resistor R1. This signal is filtered via a high pass C1 to eliminate the low frequency voltage component caused by the ambient light. The filtered signal is pulled to ground as a function of the low-frequency voltage at R1 via a circuit unit (consisting of R11, R12, R13, C11 and T11). This results in the indirect stabilization of the operating point of the phototransistor FT1 and at the same time the compensation of the ambient light. The voltage divider of R11 and R12 and the capacitor C11 are dimensioned such that T11 hardly responds to the pulses of the useful signal of the reflected light barrier. As a result, depending on the ambient light, a fixed damping factor. In addition to the compensation of the ambient light, part of the input signal at R1 is fed via R2 to the inverting input of the operational amplifier OP1. The filtered and attenuated by the indirect operating point stabilization and ambient light compensation signal is once again low-pass filtered by C2 and then fed to the non-inverting input of the amplifier. The amplifier works with a fixed amplification factor and is supplied with only one voltage and ground. As a result, the negative portion of the useful signal is suppressed and there is a pulse-shaped signal at the output of the operational amplifier OP1. This is preferably performed directly on an interrupt-capable input of a microcontroller.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2010/047807 A1 [0002] WO 2010/047807 A1 [0002]

Claims (8)

Auswerteschaltung für einen optischen Berührungssensor nach 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Fototransistor FT1 den Empfänger einer Reflexlichtschranke bildet. Bei den Signalen der Lichtschranke handelt es sich um Spannungsimpulse. Der Kollektor des Fototransistors FT1 liegt an VCC und der Emitter liegt über den Widerstand R1 auf Masse. Die an R1 erzeugte Spannung wird über den Kondensator C1 hochpass-gefiltert. Die Auswerteschaltung weist weiterhin eine Schaltungseinheit (AS) zur indirekten Arbeitspunktstabilisierung des Fototransistors FT1 und Umgebungslichtkompensation auf. Hierzu wird in Abhängigkeit der niederfrequenten Spannung an R1, die Abhängig vom Umgebungslicht ist, das Signal hinter dem Hochpassfilter C1 gedämpft, in dem es anteilig auf Masse gezogen wird.Evaluation circuit for an optical touch sensor according to 1 characterized in that the phototransistor FT1 forms the receiver of a reflected light barrier. The signals of the light barrier are voltage pulses. The collector of the phototransistor FT1 is connected to VCC and the emitter is grounded via the resistor R1. The voltage generated at R1 is high-pass filtered via the capacitor C1. The evaluation circuit also has a circuit unit (AS) for the indirect operating point stabilization of the phototransistor FT1 and ambient light compensation. For this purpose, depending on the low-frequency voltage at R1, which is dependent on the ambient light, the signal is attenuated behind the high-pass filter C1, in which it is proportionately pulled to ground. Auswerteschaltung für einen optischen Berührungssensor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die indirekte Arbeitspunktstabilisierung und Umgebungslichtkompensation (AS) über einen N-Kanal-FET mit Spannungsteiler R11 und R12 und einen Kondensator C11 am Gate und einen Widerstand R13 am Source des FET T11 nach 4 erfolgt.Evaluation circuit for an optical touch sensor according to claim 1, characterized in that the indirect operating point stabilization and ambient light compensation (AS) via an N-channel FET with voltage divider R11 and R12 and a capacitor C11 at the gate and a resistor R13 at the source of the FET T11 after 4 he follows. Auswerteschaltung für einen optischen Berührungssensor nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Hochpass C1 so dimensioniert ist, dass er die niederfrequenten Spannungsanteile, die durch das Umgebungslicht hervorgerufen werden, weitestgehend sperrt.Evaluation circuit for an optical touch sensor according to claims 1 and 2, characterized in that the high-pass filter C1 is dimensioned such that it blocks the low-frequency voltage components, which are caused by the ambient light, as far as possible. Auswerteschaltung für einen optischen Berührungssensor nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass R11, R12, R13 und C11 so dimensioniert sind, dass sich über T11 – in Abhängigkeit der niederfrequenten Spannungsanteile an R1 – ein fester Dämpfungsfaktor einstellt. Das impulsförmige Nutzsignal nimmt auf den Dämpfungsfaktor kaum Einfluss.Evaluation circuit for an optical touch sensor according to claims 1 to 3, characterized in that R11, R12, R13 and C11 are dimensioned such that adjusts a fixed damping factor via T11 - as a function of the low-frequency voltage components at R1. The pulse-shaped useful signal hardly affects the damping factor. Auswerteschaltung für einen optischen Berührungssensor nach den Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterstützung der Kompensation des Umgebungslichts ein Teil des Eingangssignals an R1 über R2 auf den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP1 geführt wird.Evaluation circuit for an optical touch sensor according to claims 1 to 4, characterized in that in support of the compensation of the ambient light, a part of the input signal to R1 via R2 to the inverting input of the operational amplifier OP1 is performed. Auswerteschaltung für einen optischen Berührungssensor nach den Ansprüchen 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Signal hinter der indirekten Arbeitspunktstabilisierung (AS) mit einem Tiefpass C2 gefiltert wird und auf den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP1 geführt wird.Evaluation circuit for an optical touch sensor according to claims 1 to 5, characterized in that the signal behind the indirect operating point stabilization (AS) is filtered with a low pass C2 and is fed to the non-inverting input of the operational amplifier OP1. Auswerteschaltung für einen optischen Berührungssensor nach den Ansprüchen 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Operationsverstärker OP1 mit nur einer Betriebsspannung und Masse nach 1 versorgt wird und der Verstärkungsfaktor über die Widerstände R4 und R5 fest eingestellt ist.Evaluation circuit for an optical touch sensor according to claims 1 to 6, characterized in that the operational amplifier OP1 with only one operating voltage and ground after 1 is supplied and the gain is fixed via the resistors R4 and R5. Auswerteschaltung für einen optischen Berührungssensor nach den Ansprüchen 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärker OP1 über einen Widerstand R3 auf Masse geführt wird.Evaluation circuit for an optical touch sensor according to claims 1 to 7, characterized in that the non-inverting input of the operational amplifier OP1 via a resistor R3 is grounded.
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WO2010047807A1 (en) 2008-10-22 2010-04-29 Tom Chang Light detection circuit for ambient light and proximity sensor

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