DE3933461A1 - Elektronisches farberkennungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Farberkennungs­ system.

Optische, industriell angewandte Systeme interessieren sich im allgemeinen mehr für die erfaßten Formen und Konturen und den hierin steckenden Informationsgehalt. Ausnahmen bilden allenfalls Spektrometer, die hier außer Betracht bleiben können, da sie nicht der Erfassung der "normalen" Umgebung des Menschen dienen. Tatsächlich sind jedoch auch in der über einen bestimmten Erfassungsbereich integrierten Farbmischung des empfangenen Lichtes Informationen enthal­ ten, die bei sinnvoller Auswertung von großem Nutzen sein können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektronisches Farberkennungssystem zu schaffen, mit dem automatisch Aus­ sagen über die Farbmischung gewonnen werden können, die in dem auf das Gerät auffallenden Licht enthalten ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das elektronische Farberkennungssystem umfaßt:

• a) eine Schaltungsanordnung, die enthält:
  • aa) mindestens zwei Kanäle mit jeweils einem fotoempfind­ lichen Element und einem diesem nachgeschalteten Signalverstärker;
  • ab) eine logische Auswertschaltung, welche die Signale in den verschiedenen Kanälen miteinander in Beziehung setzt und so das Vorhandensein bestimmter Farben und/ oder die Veränderung der Farbmischung des auf die fotoempfindlichen Elemente fallenden Lichtes in ein entsprechendes Ausgangssignal umsetzt;
• b) für jeden Kanal ein optisches Filter, welches dem ent­ sprechenden fotoempfindlichen Element im Lichtweg vorge­ schaltet ist und eine Durchlässigkeit in einem bestimmten spektralen Bereich aufweist.

Das auf das erfindungsgemäße Gerät auffallende Licht wird also in seiner Farbmischung mehrkanalig überwacht. Bestimmte Intensitätsverhältnisse in den Kanälen oder Schaltungszwei­ gen, die jeweils einer bestimmten Farbe in dem auffallenden Licht entsprechen, werden registriert und miteinander in Verbindung gesetzt. Die Anzeige des Systemes kann so erfol­ gen, daß entweder das Vorhandensein bestimmter Farben oder Farbmischungen oder aber auch die Veränderung in der Farb­ mischung des auffallenden Lichtes zur Meldung gelangt.

Im einfachsten Falle sind jeweils zwei Kanäle über einen Differenzverstärker miteinander in Beziehung gesetzt. Diese Anordnung eignet sich insbesondere dann, wenn nur die Ver­ änderung der Farbmischung festgestellt werden soll und im allgemeinen eine Veränderung einer ganz bestimmten Farbe zu erwarten ist. Ein bestimmtes Anwendungsbeispiel in die­ sem Zusammenhang wird weiter unten genannt.

Jeder Kanal sollte zusätzlich einen Adaptionsverstärker enthalten. Dieser Adaptionsverstärker dient dann der Ein­ stellung der "Schaltschwelle", bei welcher die logische Auswertschaltung durch Veränderung eines Ausgangssignales anspricht; gleichzeitig berücksichtigt er die unterschied­ lichen spektralen Durchlässigkeiten der verschiedenen opti­ schen Filter sowie die unterschiedliche Ansprechempfindlich­ keit der fotoempfindlichen Elemente in den verschiedenen Spektralbereichen.

Je mehr Kanäle vorhanden sind, umso mehr empfiehlt es sich, daß die logische Auswertschaltung digital arbeitet und jeder Kanal eine Kippstufe enthält. Diese Ausgestaltung der Schal­ tungsanordnung ist insbesondere in Kombination mit dem oben­ erwähnten Adaptionsverstärker vorteilhaft, an dem der Kip­ punkt der Kippstufe festgelegt werden kann. Dies geschieht nach Zweckmäßigkeitsgesichtspunkten bei dem jeweils ins Auge gefaßten Verwendungszweck, wobei auf eine größt­ mögliche Empfindlichkeit geachtet wird.

Die Auswertung der mehreren Signale, die aus den verschie­ denen Kanälen stammen, kann bei digitaler Auslegung beson­ ders günstig durch einen Demultiplexer erfolgen.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sind drei Kanäle vorgesehen, wobei die entsprechenden optischen Filter jeweils für eine Komplementärfarbe durchlässig sind. Diese Anordnung ist besonders universell einsetzbar, da über die drei Komplementärfarben bekanntlich alle Verände­ rungen in der Farbmischung des auffallenden Lichtes erfaßt werden können.

Wenn eine gerade Anzahl von Kanälen vorgesehen ist, kann die Anzahl der auf den Demultiplexer geleisteten Einzelsi­ gnale dadurch reduziert werden, daß zunächst die Kanäle paar­ weise über als Kippstufe arbeitenden Differenzverstär­ ker verbunden sind, deren Ausgangssignale dem Demultiplexer zugeführt werden.

Bei vielen Anwendungsfällen, die hier in Betracht gezogen werden, genügt es, wenn das Farberkennungssystem beim Vor­ liegen bestimmter Farbmischungen oder der Veränderung der Farbmischung den Benutzer in irgendeiner Weise aufmerksam macht. In diesen Fällen kann das Ausgangssignal der logi­ schen Auswertschaltung einem Tongeber und/oder optischen Anzeigeelement zugeführt werden. Tongeber und/oder opti­ sches Anzeigeelement werden dann in Funktion gesetzt, wenn eine bestimmte Farbmischung oder Veränderung der Farbmi­ schung im auffallenden Licht festgestellt wird.

Ein bevorzugtes Verwendungsgebiet erfindungsgemäßer Farb­ erkennungssysteme liegt in einem "passiven Bremsmeldesystem" im Kraftfahrzeugverkehr, wobei eines der optischen Filter ein Rotlichtfilter ist. Ein derartiges "passives Bremsmelde­ system" ist fahrzeugautark, benötigt also kein entsprechen­ des, kompatibles Gerät in anderen Fahrzeugen. Es wertet die Veränderung des von dem vorausfahrenden Kraftfahrzeug ausgesandten Lichtes aus, die durch Betätigung der Brems­ leuchten verursacht wird. Ein derartiges passives Brems­ meldesystem kann die Reaktionszeiten des Fahrers um einige Zehntel Sekunden verkürzen, was erheblich zur Sicherheit im Verkehr beiträgt.

Ein anderes Einsatzgebiet erfindungsgemäßer Farberkennungs­ systeme liegt in Hilfsgeräten für Blinde. Beispielsweise kann ein solches System in den Blindenstock eingebaut wer­ den; es erkennt z. B. das von Verkehrsampeln ausgestrahlte Licht und kann den Blinden in geeigneter Weise, auch durch Sprache, die in einem Sprachsynthesizer erzeugt wird, ent­ sprechend informieren.

Ebenfalls der Verkehrssicherheit dient die Verwendung von erfindungsgemäßen Farberkennungssystemen in einem Signal­ erkennungssystem im Eisenbahnwesen. Auch hier können Unauf­ merksamkeiten der Lokomotivführer kompensiert und Reaktions­ zeiten verkürzt werden.

Erfindungsgemäße Farberkennungssysteme lassen sich auch als "Empfänger" in Glasfaser-Datenübertragungssystemen ein­ setzen, bei denen zur Kapazitätsvergrößerung verschieden­ farbiges Licht verwendet wird.

Ein weiteres Einsatzgebiet erfindungsgemäßer Farberkennungs­ systeme liegt in einem optischen Massenspeicher für Rechner oder dergleichen. Derartige optische Massenspeicher ent­ halten dann als Speicherelemente verschiedenfarbige Punkte, die mit einem geeigneten Lichtstrahl abgetastet und von dem erfindungsgemäßen Farberkennungssystem registriert wer­ den.

Farberkennungssysteme der hier beschriebenen Art können auch zur Decodierung von an Waren angebrachten Farbcodes verwendet werden; die Informationsdichte, die bei bekannten einfarbigen Strichcodes gegeben ist, kann auf diese Weise erheblich erhöht werden.

Farberkennungssysteme der hier interessierenden Art können auch als Sensor in einem Alarmsystem eingesetzt werden. Das Farberkennungssystem kann dabei so abgestimmt werden, daß es sich bei Abwesenheit von Personen im "Ruhezustand" befindet. Das Einbringen von Personen in den überwachten Raum wird durch die Veränderung der auf die optischen Filter fallenden Farbmischung festgestellt und führt zum Alarm.

Schließlich sei hier noch diejenige Verwendung erfindungs­ gemäßer Farberkennungssysteme erwähnt, bei denen physikali­ sche Vorgänge oder chemische Reaktionen, die unter Farbände­ rung der beteiligten Komponenten ablaufen, überwacht werden. So kann beispielsweise der Abschluß einer bestimmten chemi­ schen Reaktion anhand der dann eintretenden Farbänderung festgestellt und automatisch gemeldet werden.

Die oben aufgeführten Beispiele für mögliche Einsatzgebiete des erfindungsgemäßen Farberkennungssystemes sind selbst­ verständlich nicht vollständig; sie machen aber deutlich, welche Fülle von Einsatzmöglichkeiten derartige Farberken­ nungssysteme bieten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an­ hand der Zeichnung näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 die Schaltungsanordnung für ein zweikanaliges elektronisches Farberkennungssystem, wie es sich beispielsweise als passives Bremsmeldesystem eignet;

Fig. 2 die Schaltungsanordnung eines dreikanaligen Farb­ erkennungssystemes, wie es sich für ein verbes­ sertes passives Bremsmeldesystem eignet;

Fig. 3 die Schaltungsanordnung eines sechskanaligen Farb­ erkennungssystemes.

In Fig. 1 ist die Schaltungsanordnung eines passiven Brems­ meldesystemes dargestellt. Unter einem "passiven" System wird hier ein solches verstanden, welches beim vorausfahren­ den, einen Bremsvorgang einleitenden Fahrzeug keine ge­ sonderten Sendeanlagen benötigt, auf deren Strahlung ein Empfänger im nachfolgenden Fahrzeug reagiert. "Passiv" meint vielmehr, daß eine ohnehin vom vorausfahrenden Fahrzeug ausgesandte Strahlung von dem nachfolgenden Fahrzeug regi­ striert wird. Hierzu wird bei dem in Fig. 1 dargestellten Farberkennungssystem (Bremsmeldesystem) das rote Licht verwendet, welches von den Bremsleuchten des vorausgehenden Fahrzeuges ausgeht.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung umfaßt zwei Kanäle oder Schaltungszweige, die im wesentlichen ähnlich aufgebaut sind. Das Umgebungslicht, darunter auch ggf. das von vorausfahrenden Fahrzeugen ausgehende Licht einschließ­ lich möglicher roter Strahlung von Bremsleuchten, ist durch gewellte Pfeile dargestellt. Es trifft über ein Rotfilter 1 (Durchlässigkeitsmaximum bei etwa 650 Nanometer) auf ein fotoempfindliches Element 2. Das Ausgangssignal des foto­ empfindlichen Elementes 2 gelangt auf einen Anpassungsver­ stärker 3 und dessen Ausgangssignal wiederum auf einen Si­ gnalverstärker 4. Das Ausgangssignal des Signalverstärkers 4 ist an den ersten Eingang eines als Kippstufe arbeitenden Differenzverstärkers 5 gelegt.

Der in Fig. 1 untere Schaltungszweig (Kanal) umfaßt ein Grünfilter 6, dessen Hauptdurchlässigkeit bei etwa 520 Nano­ metern angesiedelt ist. Das Licht, welches das Farbfilter 6 durchquert, trifft auf ein fotoempfindliches Element 7, dessen Ausgangssignal über einen Anpassungsverstärker 8 und einen Signalverstärker 9 an den zweiten Eingang des als Kippstufe arbeitenden Differenzverstärkers 5 geführt ist.

Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 5 speist ein Zeitglied 10, welches einen Tongenerator oder ggf. auch einen Sprachprozessor 11 ansteuert. Parallel zu Zeitglied 10 und Tongeber 11 liegt ein optisches Anzeigeelement 12.

Die Schaltungsanordnung wird von der Bordbatterie des Fahr­ zeuges, die an die Klemme 13 angeschlossen wird, gespeist. Die Schaltungsanordnung 14 dient der Stabilisierung der Betriebsspannung.

Die beschriebene Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt:

Die fotoempfindlichen Elemente 2 und 7 sowie die zugehöri­ gen Farbfilter 1 und 6 befinden sich an einer Stelle im Kraftfahrzeug, wo das Licht, welches von vorausfahrenden Fahrzeugen ausgeht, auf sie auftreffen kann, z. B. im Bereich der Windschutzscheibe. Vor der eigentlichen Inbetriebnahme findet ein "Weißabgleich" statt. Bei diesem "Weißabgleich" werden die optischen Filter 1 und 6 mit weißem Licht be­ strahlt. Die Verstärkungsfaktoren der Anpassungsverstärker 3 und 8 werden nun so eingestellt, daß das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 5 "Null" ist. Durch die Anpassungs­ verstärker 3 und 8 werden also die unterschiedlichen Durch­ lässigkeiten der Farbfilter 1 und 6 sowie die Unterschiede in den spektralen Empfindlichkeiten für die Farben "rot" und "grün" in den fotoempfindlichen Elementen berücksichtigt; gleichzeitig wird der "Normalzustand" der Schaltungsanord­ nung eingestellt, in welchem weder der Tongeber 11 noch das optische Anzeigeelement 12 aktiv ist.

Leitet nunmehr während der Fahrt das vorausfahrende Fahr­ zeug einen Bremsvorgang ein, so leuchten bei diesem die roten Bremslichter auf. Hierdurch erhöht sich der Rotlicht­ anteil in dem auf die optischen Filter 1 und 6 fallenden Licht. Während das fotoempfindliche Element 7 hierdurch aufgrund der Undurchlässigkeit des Grünfilters 6 für rotes Licht nicht beeinflußt wird, erhöht sich die Lichtintensi­ tät, die auf das fotoempfindliche Element 2 trifft. Ent­ sprechend vergrößert sich das Ausgangssignal des fotoemp­ findlichen Elementes 2, welches nach Verstärkung in dem Anpassungsverstärker 3 und 4 den als Kippstufe arbeitenden Differenzverstärker 5 so verstimmt, daß nunmehr an dessen Ausgang das Signal "1" erscheint. Der Zeitgeber 10 wird angestoßen; er betätigt während einer vorwählbaren Zeit (z. B. für einige Sekunden) den Tongeber 11, der ein aku­ stisch wahrnehmbares Warnsignal erzeugt. Gleichzeitig leuchtet das optische Anzeigeelement 12 auf.

Das akustische Signal, welches vom Tongeber 11 ausgeht, erregt gepaart mit dem akustischen Signal, welches das optische Anzeigeelement 12 aussendet, die Aufmerksamkeit des Fahrers des nachfolgenden Kraftfahrzeuges stärker und schneller als das Aufleuchten des Bremslichtes im voraus­ fahrenden Fahrzeug. Auch wenn hierdurch nur wenige Zehntel Sekunden Zeit gewonnen werden, ist dies doch für die Einlei­ tung des Bremsvorganges im nachfolgenden Fahrzeug ein ganz entscheidender Gewinn. Dies gilt insbesondere in den Fäl­ len, in denen die Aufmerksamkeit des Fahrers im nachfol­ genden Fahrzeug abgelenkt ist, wie dies in der täglichen Praxis des Autofahrens häufig vorkommt.

Die Funktionssicherheit des als "passives Bremsmeldesystem" arbeitenden Farberkennungssystemes läßt sich durch einen dreikanaligen Aufbau noch weiter erhöhen. Eine derartige Schaltungsanordnung ist in Fig. 2 dargestellt. Der grund­ sätzliche Aufbau entspricht wieder weitgehend demjenigen, der bereits anhand der Fig. 1 erläutert wurde.

Wiederum ist ein erster Kanal (Schaltungszweig) vorgesehen, der ein Rotlichtfilter 101 (Hauptdurchlässigkeit bei 680 Nanometern), ein fotoempfindliches Element 102, einen Differenzverstärker 105, einen Anpassungsverstärker 103 sowie einen als Kippstufe arbeitenden Signalverstärker 104 umfaßt. Das Ausgangssignal des Signalverstärkers 104 ist an einen Eingang eines 3-Bit-Demultiplexers 150 gelegt.

Oberhalb des soeben geschilderten ersten Kanals ist in Fig. 2 ein zweiter Kanal dargestellt, der im wesentlichen dem zweiten Kanal des anhand Fig. 1 bereits oben geschild­ derten Ausführungsbeispieles entspricht. Er umfaßt also wiederum ein Grünfilter 106 (Hauptdurchlässigkeit bei 520 Nanometern), ein nachgeschaltetes fotoempfindliches Element 107, einen Differenzverstärker 105′, einen Anpassungsver­ stärker 108 und einen Signalverstärker 109, dessen Ausgangs­ signal an einen zweiten Eingang des 3-Bit-Multiplexers 115 gelegt ist.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 tritt nunmehr ein dritter Kanal (Schaltungszweig) hinzu, der unterhalb des ersten Schaltungszweiges eingezeichnet ist. Auch dieser umfaßt ein optisches Filter 116, dessen Hauptdurchlässigkeit im blauen Bereich (bei 420 Nanometer) liegt. Dem Blaufilter 116 ist ein fotoempfindliches Element 117 nachgeordnet, dessen Ausgangssignal auf einen Differenzverstärker 105′′ gegeben wird. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 105′′ wird über einen Anpassungsverstärker 118 und einen als Kippstufe arbeitenden Signalverstärker 119 an einen dritten Eingang des 3-Bit-Demultiplexers 115 gelegt.

Die gegenseitige Verknüpfung der drei beschriebenen Schal­ tungszweige oder Kanäle erfolgt über die Differenzverstär­ ker 105, 105′ und 105′′ in folgender Weise:

Das Ausgangssignal des fotoempfindlichen Elementes 102, welches für die Rotlichtintensität repräsentativ ist, liegt am +Eingang des Differenzverstärkers 105 und am -Eingang des Differenzverstärkers 105′ sowie am +Eingang des Dif­ ferenzverstärkers 105′′.

Das Ausgangssignal des fotoempfindlichen Elementes 107, welches für die Intensität des grünen Lichtes repräsentativ ist, liegt am +Eingang des Differenzverstärkers 105′ sowie am -Eingang des Differenzverstärkers 105.

Schließlich liegt das Ausgangssignal des fotoempfindlichen Elementes 117, welches für die Intensität des blauen Lichtes repräsentativ ist, am -Eingang des Differenzverstärkers 105′′.

Die Schaltungsanordnung ist also derart, daß der Differenz­ verstärker 105 ein Ausgangssignal liefert, welches der Dif­ ferenz der Ausgangssignale der fotoempfindlichen Elemente 102 und 107 entspricht. Das Ausgangssignal des Differenz­ verstärkers 105′ entspricht der Differenz der Ausgangssi­ gnale der fotoempfindlichen Elemente 107 und 102; das Aus­ gangssignal des Differenzverstärkers 105′′ schließlich ent­ spricht der Differenz der Ausgangssignale der fotoempfind­ lichen Elemente 102 und 117.

Je nach den im einzelnen noch zu bestimmenden Zuständen der Schaltungsanordnung liegen an den drei Eingängen des 3-Bit-Demultiplexers 115 Eingangssignale, die entweder den Wert "1" oder den Wert "0" aufweisen können. Dies entspricht acht möglichen Kombinationen von Eingangssignalen am 3-Bit- Demultiplexer 115. Dementsprechend besitzt der 3-Bit-Demulti­ plexer 115 acht Ausgangsklemmen 120 bis 127. Jeder dieser Ausgangsklemmen 120 bis 127 ist eine Signalkombination an den drei Eingängen des 3-Bit-Demultiplexers 115 derart zu­ geordnet, daß bei ihrem Vorliegen dieser zugehörige Eingang "hoch" liegt, also das Signal "1" abgibt, während die ande­ ren Klemmen "niedrig", also auf dem Wert "0" sind.

Beim Einsatz in einem "passiven Bremsmeldesystem" werden nicht alle Informationen benötigt, die das geschilderte, dreikanalige Farberkennungssystem mitzuteilen imstande ist. Vielmehr wird nur die Klemme 124 verwendet, an welcher sich eine Veränderung des Signalwertes abspielt, wenn der Rot­ lichtanteil im auf die optischen Filter 101, 106 und 116 treffenden Licht erhöht wird. An die Klemme 124 ist daher, ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel von Fig. 1, sowohl ein Zeitglied 110 mit einem nachgeschalteten Tongeber 111 als auch ein optisches Anzeigeelement 112 geschaltet.

Die Funktionsweise der Schaltungsanordnung von Fig. 2 ist wie folgt:

Vor dem eigentlichen Einsatz der Schaltungsanordnung findet wieder eine Anpassung an den "Normalzustand" durch Einstel­ lung der Verstärkungsfaktoren der Anpassungsverstärker 108, 103, 118 statt. Hierdurch kann die Signalkombination an den drei Eingängen des 3-Bit-Demultiplexers 115 im "Normal­ zustand" den jeweiligen Wünschen und Anforderungen angepaßt werden, wobei gleichzeitig die unterschiedlichen Durchläs­ sigkeitskurven der optischen Filter 101, 106 und 116 sowie die unterschiedlichen spektralen Ansprechempfindlichkeiten der fotoempfindlichen Elemente 102, 107 und 117 kompensiert werden können.

Beim Einsatz als "passives Bremsmeldesystem" erfolgt ein "Weißabgleich" in folgender Weise: Die optischen Filter 101, 106 und 116 werden mit weißem Licht bestrahlt. In die­ sem Zustand werden die Verstärkungsfaktoren der Anpassungs­ verstärker 103, 108 und 118 so festgelegt, daß sich eine Signalkombination an den drei Eingängen des 3-Bit-Demulti­ plexers 115 ergibt, bei welcher die Klemme 124 auf niedrigem Niveau liegt. Gleichzeitig wird Sorge dafür getragen, daß der Signalzustand der Klemme 124 von niedrigem auf hohen Wert springt, wenn sich der Rotlichtanteil in dem auf die Filter 101, 106 und 116 auffallenden Licht vergrößert.

Wird also das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung als "passives Bremsmeldesystem" eingesetzt, sind wieder die fotoempfindlichen Elemente 102, 107 und 117 mit den vorgeschalteten optischen Filtern 101, 106, 116 an einer Stelle des Kraftfahrzeuges anzuordnen, wo sie von dem Licht erfaßt werden können, das von einem vorausfahrenden Fahrzeug ausgeht. Normalerweise liegt, wie bereits erwähnt, das Signal auf der Ausgangsklemme 124 des 3-Bit-Demultiplexers 115 auf niedrigem Niveau. Bremst je­ doch der Fahrer des vorausfahrenden Fahrzeuges, erhöht sich der Rotlichtanteil in dem Licht, das auf die optischen Fil­ ter 101, 106 und 116 fällt. Da nur das Filter 101 für rotes Licht durchlässig ist, erhöht sich das Ausgangssignal des fotoempfindlichen Elementes 102 entsprechend, während die Ausgangssignale der fotoempfindlichen Elemente 107 und 117 unverändert bleiben. Die Kombination der Signale, welche an den Eingängen des 3-Bit-Demultiplexers 115 liegen, schal­ tet nunmehr auf diejenige um, bei welcher die Klemme 124 auf dem Ausgangspotential "1" liegt. Dementsprechend wird über das Zeitglied 110 der Tongeber 111 betätigt; ein akustisches Signal ertönt für einige Sekunden. Gleichzeitig erscheint ein optischer Alarm am optischen Anzeigeelement 112.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 arbeitet aufgrund seiner besseren spektralen Auflösung unempfindlicher gegen Störungen als das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.

Selbstverständlich läßt sich die Anzahl der Kanäle, die in der Schaltungsanordnung verwendet wird, nach Bedarf weiter erhöhen. Ein Ausführungsbeispiel mit sechs Kanälen ist in Fig. 3 gezeigt.

Der oberste Kanal oder Schaltungszweig umfaßt ein optisches Filter 201, ein im Lichtweg dahintergeschaltetes fotoempfind­ liches Element 202, einen Anpassungsverstärker 203 und einen Signalverstärker 204. Der zweite Kanal umfaßt entsprechend ein optisches Filter 206, ein im Lichtweg dahintergeschal­ tetes fotoempfindliches Element 207, einen Anpassungsver­ stärker 208 und einen Signalverstärker 209. Die Ausgangs­ signale der Signalverstärker 204 und 209 sind an die beiden Eingänge eines als Kippstufe arbeitenden Differenzverstär­ kers 205 gelegt. Ersichtlich entsprechen diese beiden Kanäle, die über den Differenzverstärker 205 miteinander verknüpft sind, insoweit der Schaltungsanordnung von Fig. 1. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 205 ist jedoch beim Ausführungsbeispiel von Fig. 3 nicht direkt an ein Zeit­ glied mit nachgeschaltetem Tongeber bzw. an ein optisches Anzeigeelement sondern an einen Eingang eines 3-Bit-Demulti­ plexers 215 gelegt.

Die Schaltungsanordnung von Fig. 3 enthält zwei weitere Schaltungszweige, welche die beiden optischen Filter 230, 231, die nachgeschalteten fotoempfindlichen Elemente 232 und 233, die Anpassungsverstärker 234 und 235 und die Si­ gnalverstärker 236 und 237 enthalten. Diese beiden Schal­ tungszweige sind durch einen als Kippstufe arbeitenden Differenzverstärker 238 miteinander verknüpft, dessen Aus­ gangssignal an einem zweiten Eingang des 3-Bit-Demulti­ plexers 215 liegt.

Entsprechend umfaßt die Schaltungsanordnung von Fig. 3 ein drittes Paar von Schaltungszweigen (Kanälen). Diese enthalten die beiden optischen Filter 239, 240, die im Lichtweg dahintergeschalteten fotoempfindlichen Elemente 241 und 242, deren Ausgangssignale über die Anpassungsver­ stärker 243 bzw. 244 und die Signalverstärker 245 bzw. 246 auf die beiden Eingänge eines als Kippstufe arbeitenden Differenzverstärkers 247 gegeben werden. Der Ausgang des Differenzverstärkers 247 ist mit einem dritten Eingang des 3-Bit-Demultiplexers 215 verbunden.

Die Verhältnisse im Bereich des 3-Bit-Demultiplexers 215 sind wieder ähnlich wie bei der oben anhand der Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung. Wiederum können an den drei Eingängen acht unterschiedliche Kombinationen der Si­ gnale "0" und "1" liegen. Jeder dieser Möglichkeiten ent­ spricht eine Ausgangsklemme 248 bis 255.

Alle optischen Filter 201, 206, 230, 231, 239 und 240 be­ sitzen unterschiedliche Durchlässigkeitskurven, die an den jeweiligen Einsatzzweck des Farberkennungssystemes angepaßt sind. Entsprechend angepaßt sind auch die Verstärkungsfak­ toren der Anpassungsverstärker 203, 208, 234, 235, 243, 244. Hierdurch lassen sich die Bereiche in den Intensitäts­ anteilen bestimmen, bei denen die als Kippstufe arbeitenden Differenzverstärker 205, 238 und 247 ihren Schaltungszustand ändern, bei denen also die Signale an den drei Eingängen des 3-Bit-Demultiplexers 215 ihre Kombination wechseln. Die Wahl der Durchlässigkeit der optischen Filter 201, 206, 230, 231, 239, 240 sowie der Verstärkungsfaktoren der Anpassungsverstärker 203, 208, 234, 235, 243, 244 erfolgt so, daß eine größtmögliche Empfindlichkeit für dasjenige Phänomen erzielt wird, das mit dem Farberkennungssystem in dem jeweiligen Anwendungsfalle beobachtet werden soll.

Grundsätzlich sind die Farberkennungssysteme nach den Fig. 2 und 3 sowohl geeignet, das Vorliegen bestimmter Farben in der Lichtmischung, welche auf die optischen Filter trifft, zu erkennen und anzuzeigen als auch auf die Veränderung im Verhältnis der verschiedenen spektralen Anteile in der auftreffenden Lichtmischung anzusprechen. Diese Farberken­ nungssysteme eignen sich also über den oben bereits erwähnten Anwendungsbereich in einem "passiven Bremsmeldesystem" hinaus insbesondere noch für folgende Anwendungsfälle:

Für blinde Personen kann das System in einen Blindenstock eingebaut werden. Das Ausgangssignal des 3-Bit-Demultiple­ xers kann auf einen Sprachsynthesizer gegeben werden, so daß Farbmarkierungen oder Ampeln von blinden Personen recht­ zeitig erkannt und beachtet werden können.

In der Industrie eignet sich das beschriebene Farberkennungs­ system zur Überwachung und Kontrolle von Chemikalien, zum Sortieren von Chemieflüssigkeiten und zur Überwachung von Chemiereaktionen oder physikalischen Prozessen, bei denen die Reaktionskomponenten ihre Farbe verändern.

Weiter kommt der Einsatz als Sensor in einem Alarmsystem in Frage, da beim Eindringen eines Fremdgegenstandes in den Erfassungsbereich die spektrale Zusammensetzung des auf den Empfänger fallenden Lichtes verändert wird, was zur Auslösung eines Alarmes verwendet werden kann.

Im Eisenbahnwesen kann das beschriebene Farberkennungs­ system zum automatischen Signallesen eingesetzt werden.

Ein weiteres Einsatzgebiet liegt in der Datenübertragung über Lichtleiter, wo mehrere Kanäle mit Daten gleichzeitig über einen Lichtleiter empfangen und decodiert werden sollen.

Als letzte (jedoch nicht abschließende) Einsatzmöglichkeit sei diejenige erwähnt, bei welcher das Farberkennungssystem in Kombination mit einem optischen Plattenspeicher für einen Rechner oder dergleichen eingesetzt wird, wo Farbpunkte und Streifenkombinationen durch einen feinen Lichtstrahl abgetastet und von dem beschriebenen Farberkennungssystem decodiert werden.

Claims (16)

1. Elektronisches Farberkennungssystem, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es umfaßt:

• a) eine Schaltungsanordnung, die enthält
  • aa) mindestens zwei Kanäle mit jeweils einem fotoempfind­ lichen Element (2, 7; 102, 107, 117; 202, 207, 232, 233, 241, 242) und einem diesem nachgeschalteten Signalverstärker (4, 9; 104, 109, 119);
  • ab) eine logische Auswerteschaltung (5; 105, 105′, 105′′, 115; 205, 238, 247, 215), welche die Signale in den verschiedenen Kanälen miteinander in Beziehung setzt und so das Vorhandensein bestimmter Farben und/oder die Veränderung der Farbmischung des auf die foto­ empfindlichen Elemente (2, 7; 102, 107, 117; 202, 207, 232, 233, 241, 242) fallenden Lichtes in ein entsprechendes Ausgangssignal umsetzt;
• b) für jeden Kanal ein optisches Filter (1, 6; 101, 106, 117; 201, 206, 230, 231, 239, 240), welches dem entspre­ chenden fotoempfindlichen Element (2, 7; 102, 107, 117; 202, 207, 232, 233, 241, 242) im Lichtweg vorgeschaltet ist und eine Durchlässigkeit in einem bestimmten spektra­ len Bereich aufweist.

2. Farberkennungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeweils zwei Kanäle über einen Differenz­ verstärker (5; 105, 105′, 105′′; 205, 238, 247) miteinander in Verbindung gesetzt sind.

3. Farberkennungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kanal zusätzlich einen Adap­ tionsverstärker (3, 8; 103, 108, 118; 203, 208, 234, 235, 243, 244) enthält.

4. Farberkennungssystem nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Aus­ wertschaltung (5; 105, 105′, 105′′, 115; 205, 238, 247, 215) digital arbeitet und jeder Kanal eine Kippstufe (5; 104, 109, 119, 205, 238) enthält.

5. Farberkennungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Auswertschaltung einen Demultiplexer (115; 215) enthält.

6. Farberkennungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß drei Kanäle vorgesehen sind und die ent­ sprechenden optischen Filter (101, 106, 116) jeweils für eine Komplementärfarbe durchlässig sind.

7. Farberkennungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine gerade Anzahl von Kanälen vorgesehen ist, die jeweils paarweise über als Kippstufe arbeitende Differenzverstärker (205, 238, 247) verbunden sind, deren Ausgangssignale einem Demultiplexer (215) zugeführt werden.

8. Farberkennungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangs­ signal der logischen Auswertschaltung (5; 115) einem Ton­ geber (11; 111) und/oder optischen Anzeigeelement (12; 112) zugeführt wird.

9. Verwendung eines Farberkennungssystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem passiven Bremsmelde­ system im Kraftfahrzeugverkehr, wobei eines der optischen Filter (1; 101) ein Rotlichtfilter ist.

10. Verwendung eines Farberkennungssystemes nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem Hilfsgerät für Blinde.

11. Verwendung eines Farberkennungssystemes nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem Signalerkennungssystem im Eisenbahnwesen.

12. Verwendung eines Farberkennungssystemes nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem Glasfaser-Datenübertragungs­ system.

13. Verwendung eines Farberkennungssystemes nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem optischen Massenspeicher bei Rechnern oder dergleichen.

14. Verwendung eines Farberkennungssystemes nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Dekodierung von an Waren angebrach­ ten Farbcodes.

15. Verwendung eines Farberkennungssystemes nach einem der Ansprüche 1 bis 8 als Sensor in einem Alarmsystem.

16. Verwendung eines Farberkennungssystemes nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Überwachung physikalischer Vor­ gänge oder chemischer Reaktionen, die unter Farbänderung der beteiligten Komponenten ablaufen.