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BESCHREIBUNG
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Die Erfindung betrifft einen optischen Impulsgeber für die Drehzahlüberwachung
eines um eine Achse rotierenden Teils, mit einer Lichtquelle, wenigstens einem mit
dem rotierenden Teil drehfest verbundenen Reflektorelement und mit einem lichtempfindlichen
Abtaster, wobei die Lichtquelle, das Reflektorelement und der Abtaster relativ zueinander
derart angeordnet sind, daß während der Drehbewegung des Reflektorelements ein von
der Lichtquelle ausgesandter Lichtstrahl periodisch auf das Reflektorelement fällt
und von diesem zu dem lichtempfindlichen Abtaster hin reflektiert wird. Insbesondere
befaßt sich die Erfindung mit derartigen optischen Impulsgebern, die für die Drehzahlüberwachung
der Bandaufwickelspule bzw. Bandabwickelspule von Kassetten-Tonbandgeräten bestimmt
sind.
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Ein optischer Impulsgeber der oben beschriebenen Art wurde bereits
vorgeschlagen. Auf einer rotierenden Scheibe, deren Drehzustand überwacht wird,
sind kreissektorförmige Reflektorelemente aufgebracht, die mit nicht reflektierenden
bzw. absorbierenden Kreissektoren abwechseln. Die Lichtquelle richtet einen Lichtstrahl
auf die mit diesen abwechselnden reflektierenden und nicht reflektierenden Sektoren
versehene Oberfläche der rotierenden Scheibe unter einem von der Senkrechten verschiedenen
Winkel, so daß der Lichtstrahl, wenn er auf ein Reflektorelement fällt, unter einem
Winkel zum Einfallsstrahl abgelenkt wird. Dieser abgelenkte Lichtstrahl wird von
einem lichtempfindlichen Abtaster aufgefangen, der unter einem Winkel zu der Lichtquelle
angeordnet ist. Ein derartiger optischer Impulsgeber hat gegenüber mechanischen
Impulsgebern, die mit Schleifkontakten arbeiten
(vgl. z. B. DE-PS
1 499 944), den Vorteil der praktisch völligen Verschleißfreiheit.
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Bei zahlreichen Anwendungsfällen von optischen Impulsgebern steht
nur ein sehr begrenzter Raum für die Unterbringung derselben zur Verfügung. Dies
ist z. B. bei Kassetten-Tonbandgeräten der Fall, bei denen die Drehzahlüberwachung
der Auf- und Abwickelspulen zwar äußerst wichtig ist, jedoch stets auf eine gedrängte
Bauweise geachtet wird, um die Vorteile der Verwendung von platzsparenden Kassetten
voll auszuschöpfen. Dies gilt hesonders bei Kassetten-Tonbandgeräten, die neben
einer Vielzahl von anderen Aggregaten in einem vorgegebenen Volumen untergebracht
werden müssen, z. B. bei Autoradios mit eingebautem Kassetten-Tonbandgerät. Der
vorstehend beschriebene bereits vorgeschlagene optische Impulsgeber beansprucht
relativ viel Raum und ist daher für eine gedrängte Bauweise ungeeignet.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen optischen Impulsgeber der eingangs
genannten Art zu schaffen, der möglichst raumsparend verwirklicht werden kann und
daher auch für eine gedrängte Bauweise geeignet ist.
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Diese Aufgabe wird durch einen optischen Impulsgeber der eingangs
genannten Art gelöst, der gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß der
lichtempfindliche Abtaster eine Empfängerachse aufweist, die im wesentlichen parallel
zu der Senderachse der Lichtquelle angeordnet ist, und das Reflektorelement relativ
zu der Lichtquelle und dem Abtaster derart angeordnet und so geformt ist, daß es
bei einer vorbestimmten Winkelstellung der Drehbewegung den einfallenden Lichtstrahl
im wesentlichen parallel auf den Abtaster zurückreflektiert.
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Um zu erreichen, daß das Reflektorelement den einfallenden Strahl
parallel zurückreflektiert, kann das Reflektorelement verschiedene Formen aufweisen.
Gemäß besonders vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung weist das Reflektorelement
eine im Schnitt längs einer den einfallenden Strahl und den reflektierten Strahl
enthaltenden Ebene eine zumindest angenähert parabelförmige, hyperbelförmige oder
kreisförmige Krümmung auf. Vorteilhaft ist aber auch ein Reflektorelement mit zwei
im wesentlichen ebenen, aufeinander senkrechten Reflektorflächen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Reflektorelement
am Umfang eines scheibenförmigen Teils angeordnet, das z. B. mit der Bandaufwickelspule
oder Bandabwickelspule eines Kassetten-Tonbandgerätes drehfest verbunden ist. Besonders
günstig ist die Anordnung einer Vielzahl von Reflektorelementen am Umfang eines
solchen scheibenförmigen Teils, so daß bei jeder Umdrehung eine Mehrzahl von Impulsen
erzeugt wird. Das scheibenförmige Teil zeigt dann in etwa die Gestalt eines Drehsternes
oder Rades.
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Der erfindungsgemäße optische Impulsgeber läßt sich äußerst platzsparend
aufbauen. Besonders vorteilhaft ist die Anordnung der Lichtquelle unmittelbar neben
dem optischen Abtaster und parallel zu diesem auf einer gedruckten Schaltungsplatine.
Diese Anordnung ist nicht nur äußerst platzsparend, sondern darüber hinaus auch
konstruktiv besonders einfach und kostengünstig, weil zusätzliche Zuleitungen eingespart
werden und die Justierung und Halterung der Lichtquelle und des lichtempfindlichen
Abtasters entfallen können.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung
von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen: Fig. 1 einen
optischen Impulsgeber der bereits vorgeschlagenen Art; Fig. 2 eine schematische
Darstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Impulsgebers;
Fig. 3 eine Ansicht entsprechend Fig. 2, jedoch mit einer anderen Drehstellung des
Reflektorelements; Fig. 4 - 6 schematische Darstellungen verschiedener Ausführungsformen
des optischen Impulsgebers nach der Erfindung; und Fig. 7 eine schematische Darstellung
einer Anwendung des optischen Impulsgebers nach der Erfindung bei einem Kassetten-Tonbandgerät.
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Bei dem in Fig. 1 gezeigten optischen Impulsgeber der bereits vorgeschlagenen
Art wird eine kreisförmige Scheibe 1 von einer nur teilweise dargestellten Welle
2 angetrieben und weist auf einer ihrer Stirnseiten kreissektorförmige Elemente
auf, die abwechselnd als reflektierende Elemente 3 und nicht reflektierende Elemente
4 ausgebildet sind. Eine Lichtquelle 5 richtet einen Lichtstrahl auf die Stirnfläche
der Scheibe 1; wenn dieser Lichtstrahl auf ein Reflektorelement 3 fällt, so wird
er von diesem zu einem optischen Abtaster 6 hin reflektiert, der unter einem Winkel
zu der Lichtquelle 5 angeordnet ist.
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Wegen der bei diesem optischen Impulsgeber zwangsläufigen schrägen
Anordnung von Lichtquelle und optischem Abtaster
zueinander ist
ein gedrängter Aufbau nicht möglich. Daher eignet sich dieser optische Impulsgeber
z. B. schlecht für den Einbau in Kassetten-Tonbandgeräte, die in einem geringen
Volumen untergebracht werden müssen.
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Die in Fig 2 schematisch gezeigte erste Ausführungsform der Erfindung
besteht aus einer Lichtquelle 7, einem lichtempfindlichen Abtaster 8 und einer Mehrzahl
von Reflektorelementen 9, die am Umfang einer rotierenden Scheibe 10 angeordnet
sind. Die rotierende Scheibe 10 ist z. B.
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mit der Bandaufwickelspule bzw. Bandabwickelspule eines Kassetten-Tonbandgerätes
fest verbunden und dreht sich mit dieser. Die Reflektorelemente 9 sind in Draufsicht
auf die Scheibe 10 annähernd parabelförmig. In der in Fig. 2 gezeigten Drehstellung
der Scheibe 10 ist die Symmetrieachse eines gekrümmten Reflektorelements 9a parallel
zu der Sendorachse der Lichtquelle 7 und zu der Empfängerachse des lichtempfindlichen
Abtasters 8. Der- einfallende Lichtstrahl 11 trifft an einer mit 12 bezeichneten
Stelle auf das Reflektorelement 9a, wo die Tangente an diesem Punkt unter 450 zu
dem einfallenden Strahl 11 'geneigt ist. Folglich wird der einfallende Strahl unter
einem Winkel von 9cit0 reflektiert7 trifft an der mit 13 bezeichneten Stelle wieder
auf die Oberfläche des Reflektorelements 9a und wird dort wegen der achsensymmetrischen
Ausbildung des Reflektorelements als zu dem einfallenden Strahl 1D paralleler auslaufender
Strahl 14 zurückreflektiert. Dieser zurückreflekitierte Strahl lo fällt auf cen
lichtempfindlichen Abtaster 8.
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Bei der in Fiv. 3 gezeigten Winkelstellung der Scheibe 10 fällt der
einfallende Lichtstrahl 11 auf eine Stelle 15 des Reflektors 9a, die sich ungefähr
an der tiefsten Stelle desselben befindet. Folglich wird der Lichtstrahl als ausfallender
Lichtstrahl 14' in eine solche Richtung reflektiert,
daß er den
lichtempfindlichen Abtaster 8 nicht erreichen kann.
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Bei der Drehbewegung der Scheibe 10 bzw. der an ihrem Umfang angeordneten
Reflektorelemente 9 fängt der lichtempfindliche Abtaster 8 periodisch Lichtimpulse
auf, die er in elektrische Impulse umsetzt. Die Lichtimpulse und elektrischen Impulse
sind von relativ kurzer Dauer, da der Winkelbereich für die Erzeugung eines Impulses
relativ klein ist. Folglich erzeugt der lichtempfindliche Abtaster 8 eine Impuls
serie aus relativ scharfen aufeinanderfolgenden Impulsen, deren Lage wohl definiert
ist.
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Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform sind die Reflektorelemente
9 an der Umfangsfläche der rotierenden Scheibe 1 angeordnet.
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Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform sind die Reflektorelemente
9 in die Stirnfläche der rotierenden Scheibe 10 eingelassen.
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Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform sind die Reflektorelemente
9 am Umfang der Scheibe 10 derart angeordnet, daß ihre Symmetrieachsen jeweils zur
Achse, um die die Scheibe 10 sich dreht, geneigt sind. Folglich sind auch der einfallende
Lichtstrahl und der zurückreflktierte Lichtstrahl unter demselben Winkel zur Rotationsachse
geneigt.
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Neben den in der Zeichnung gezeigten Formen der Reflektorelemente
ist auch eine Form möglich, die im Schnitt lällus der den einfallenden Strahl 11
und den zurückreflektierten Strahl 14 enthaltenden Ebene kreisförmig oder parabelförmig
ist. Die Reflektorelemente können aber auch aus zwei im wesentlichen ebenen und
aufeinander senkrechten
Reflektorflächen gel erdet sein. Die Stelle
12, wo der einfallende Strahl 11-bei der gewünschten Drehstellung der Scheibe 10
auf der Reflektorfläche 9a auftreffen soll, wird durch geeignete Anordnung der Lichtquelle
7 so gewählt, daß an dieser Stelle die Tangente an die Krümmung des Reflektorelements
um etwa 450 gegenüber dem einfallenden Strahl geneigt ist. Dadurch ist dann gewährleistet,
daß der ausfallende Strahl 14 parallel zum einfallenden Strahl 11 zurückreflektiert
wird.
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Als Lichtquelle ist besonders eine Lumineszenzdiode bzw.
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Leuchtdiode geeignet, die im sichtbaren oder infraroten Bereich arbeiten
kann. Als lichtempfindlicher Abtaster ist besonders ein Phototransistor oder eine
Photodiode geeignet, die im selben Frequenzgebiet arbeitet wie die zugehörige Lumineszenzdiode.
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Die die Lichtquelle 7 und den lichtempfindlichen Abtaster 8 bildenden
elektrischen Bauteile werden bei einer bevorzugten Ausführungsform parallel nebeneinander
auf einer gemeinsamen Trägerplatte angeordnet, bei der es sich vorzugsweise um eine
gedruckte Schaltungsplatine handelt, so daß separate Zuleitungen entfallen können.
Auch die Justierung der optischen Elemente bereitet so keinerlei Schwierigkeiten.
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Fig. 7 zeigt die Anwendung der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsform
des optischen Impulsgebers bei einem Kassetten-Tonbandgerät, für das zwei optische
Impulsgeber vorgesehen sind, nämlich einer für die Aufwickelspule und der andere
für die Abwickelspule des Tonbandes. Als Lichtquelle ist jeweils eine Lumineszenzdiode
und als optischer Abtaster jeweils ein Phototransistor vorgesehen. Die Lichtquellen
7 sind jeweils mit
ihrem einen Anschluß mit Masse und über ihren
anderen Anschluß jeweils über einen Vorwiderstand R1 bzw. R2 mit einer Spannungsquelle
+V verbunden. Aus der Spannungsquelle +V werden die Lichtquellen mit Energie versorgt.
Die als Phototransistoren ausgebildeten optischen Abtaster 8 sind mit ihrem einen
Anschluß an Masse und über ihren anderen Anschluß jeweils an einen Eingang 15 bzw.
16 eines nachgeschalteten Impulsformers angeschlossen. über einen Vorwiderstand
R3 bzw. R4 werden die Abtaster 8 aus der Versorgungsspannung. +V mit einer Polarisationsspannung
gespeist. Die von den lichtempfindlichen Abtaster8 an den Eingangsanschlüssen 15
bzw. 16 erzeugten elektrischen Impulse werden über einen Koppelkondensator C1 bzw.
C2 dem Eingang einer invertierenden Verstärkerstufe 17 bzw. 18 zugeführt, die eine
hohe Verstärkung aufweist und daher aus den von den optischen Abtastern 8 gelieferten
elektrischen Signalen Impulse wohldefinierter Form und Amplitude bildet. Das am
Ausgang des Verstärkers 17 bzw. 18 verfügbare Impulssignal kann dann in einer nicht
dargestellten Schaltungsanordnung weiterverarbeitet werden, um geeignete Steuerungsvorgänge
auszulösen.
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