DE4023704A1

DE4023704A1 - Reflexlichtschranke mit infrarot-sendediode

Info

Publication number: DE4023704A1
Application number: DE19904023704
Authority: DE
Inventors: Werner Nitsche; Hannes Serro
Original assignee: Agfa Gevaert AG
Current assignee: Agfa Gevaert AG
Priority date: 1990-07-26
Filing date: 1990-07-26
Publication date: 1992-02-06
Also published as: DE4023704C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Reflexlichtschranke mit einer Infrarot-Sendediode und einem für die Wellenlänge der Sendediode empfindlichen Empfänger.

Reflexlichtschranken dieser Art sind in verschiedenen Varianten bekannt. Bei diesen bekannten Reflexlichtschranken ist aufgrund der großen Typenstreuung bei elektro-optischen Bauelementen eine aufwendige Selektion notwendig. Um bei den bekannten Reflexlichtschranken die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen, muß die Sendeleistung der Infrarotdiode sehr hoch werden, wodurch die Lebensdauer der Sendediode herabgesetzt wird. Ein weiterer Nachteil der bekannten Reflexlichtschranken bei einem Einsatz in Vorrichtungen zur Verarbeitung von Röntgenblattfilmen ist eine unerwünschte Schwärzung des Röntgenblattfilmes aufgrund der hohen Sendeleistung. Zudem ist die Fremdlichtempfindlichkeit der bekannten Reflexlichtschranken beträchtlich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Reflexlichtschranke der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie bei großer Fremdlicht-Unempfindlichkeit und sehr geringem Strombedarf eine hohe Detektionsempfindlichkeit aufweist, ohne einen Röntgenblattfilm zu schwärzen, sowie eine lange Lebensdauer, wobei die Typenstreuung der opto-elektronischen Bauelemente kompensierbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Dadurch, daß die Empfindlichkeit des Empfängers einstellbar ist, können die Bauteiltoleranzen kompensiert werden. Die hohen, aber kurzen Sendeimpulse ermöglichen kurze Infrarotblitze hoher Intensität bei niedrigen effektiven Sendediodenströmen, wodurch eine hohe Lebensdauer der Sendediode und eine hohe Detektionsempfindlichkeit erreicht wird. Zudem ist die Empfindlichkeit des Empfängers mittels eines Trimm-Potentiometers einstellbar, wodurch der Einsatz preisgünstiger Bauelemente mit großer Typenstreuung möglich wird, da die Typenstreuung kompensierbar ist. Des weiteren kommt die erfindungsgemäße Reflexlichtschranke auch bei großen Signalleitungslängen ohne zusätzliche Stabilisierung der Versorgungsspannung aus und weist aufgrund der besonderen Verarbeitung des Signals des Empfängers eine hohe Unempfindlichkeit gegenüber Fremdlicht auf.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung der erfindungsgemäßen Reflexlichtschranke,

Fig. 2 eine Sendepulsform eines Pulsgenerators zur Ansteuerung eines Treibers für eine Infrarot-Sendediode,

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf des Infrarot-Sendediodenstroms,

Fig. 4 den zeitlichen Verlauf eines Ausgangssignals des Empfangselements bei Empfang eines Sendeimpulses,

Fig. 5 den zeitlichen Verlauf des mittels eines RC-Hochpasses gefilterten Ausgangssignals des Empfangselements.

Aufbau und Funktion der in Fig. 1 gezeigten erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist dabei folgende:

Ein mit P bezeichneter Pulsgenerator erzeugt einen Sendepuls SP mit dem Tastverhältnis 1 : 100. Der Pulsgenerator P umfaßt einen Komparator K0, der an einem nicht invertierenden Eingang E0 mit einem Spannungsteiler ST beschaltet ist, der zwischen einer Versorgungsspannung U_v und einem Nullpotential N liegt.

Aufgrund eines Rückkoppelwiderstandes R0 zwischen einem Ausgang A0 des Komparators K0 und seinem nicht invertierenden Eingang E0 weist der Komparator K0 eine Hysterese auf. Ein Kondensator C0 liegt zwischen dem Nullpotential N und einem invertierenden Eingang I0 des Komparators K0. Dieser Kondensator C0 wird über einen Spannungsteiler RD1, RD2 eines Treibers DT für eine Infrarot- Sendediode DS, eine Diode DL1 und einen Widerstand RL1 aufgeladen, solange der Komparator K0 einen Ausgang A0, mit dem die Anode der Diode DL1 und der Widerstand RD2 verbunden sind, nicht auf Nullpotential N zieht. Steigt eine Spannung U₀ am Kondensator C0 und damit die Spannung am invertierenden Eingang I0 des Komparators K0 über eine mittels des Spannungsteils ST und den Rückkoppelwiderstand R0 bestimmte Referenzspannung U_r0, so schaltet der Komparator K0 seinen Ausgang A0 auf Nullpotential N. Jetzt wird der Kondensator C0 über den Widerstand RL2 und die Diode DL2, deren Kathode vom Ausgang A0 auf Nullpotential N gelegt wird, entladen. Sinkt die Spannung U₀ am Kondensator C0 und damit die Spannung am invertierenden Eingang I0 unter die Referenzspannung U_r0 ab, schaltet der Komparator K0 seinen Ausgang A0 hochohmig, und der Schaltzyklus beginnt mit dem Aufladen des Kondensators C0 von neuem. Der Ausgang A0 wechselt also seinen Zustand periodisch von hoch- auf niederohmig und umgekehrt. Frequenz- und Tastverhältnis des Pulsgenerators P sind durch die Widerstände RL1 und RL2 und den Kondensator C0 bestimmt sowie durch die mittels eines Rückkoppelwiderstandes R0 bestimmte Hysterese.

Der mittels des Pulsgenerators P erzeugte Sendepuls SP liegt an einem Widerstand RD2 eines Spannungsteils RD1, RD2 eines Treibers DT für eine Sendediode DS an. Ein zwischen einem Emitter eines Transistors des Treibers DT und einer Kathode der Sendediode DS angeordneter Kondensator C1 bewirkt, daß ein kurzzeitig erhöhter Sendediodenstrom I_ds mit einer hohen Flankensteilheit auftritt und daß die dabei auftretenden Störungen der Versorgungsspannung U_v vermindert werden.

Neben der Sendediode DS ist in derselben Ebene mindestens ein Empfänger E angeordnet. Der Empfänger E ist ein fotoempfindlicher Transistor, dessen Kollektor über einen RC-Tiefpaß T1 mit der Versorgungsspannung U_v verbunden ist.

Der RC-Tiefpaß T1 filtert die nicht durch den Kondensator C1 unterdrückten Reststörungen der Versorgungsspannung U_v aus, die bei langen Zuleitungen auftreten, so daß am Kollektor des Empfängers E eine Versorgungsspannung U_v anliegt, deren Störungen vernachlässigbar sind. Der Emitter des Empfängers E ist mit einem RC-Hochpaß H verbunden. Ein Eingangssignal des RC-Hochpasses H ist mit U_e bezeichnet und ein Ausgangssignal mit U_t. Der RC-Hochpaß H umfaßt einen Eingangswiderstand RH1, der mit einem Potentiometer RH2 in Serie geschaltet ist, sowie einen Kondensator C3. Der Eingangswiderstand RH1, RH2 ist gleichzeitig der Arbeitswiderstand des Empfängers E. Mittels des Potentiometers RH2 ist die Empfindlichkeit des Empfängers E einstellbar, wodurch die Typenstreuung der opto-elektronischen Bauelemente kompensierbar ist und eine aufwendige Selektion entfallen kann. Der Ausgang des RC-Hochpasses H wird in der Zeit, in der die Sendediode DS stromlos ist, mittels eines Ausganges A1 eines Komparators K1 auf Nullpotential N gelegt. Dazu wird der Sendepuls SP an einen invertierenden Eingang I1 des Komparators K1 gelegt und mit einer am nicht invertierenden Eingang E1 angelegten Referenzspannung U_r3 verglichen. Der Ausgang A1 des Komparators K1 ist nun so lange niederohmig gegen Nullpotential N, wie der Signalpegel des Sendepulses SP größer ist als die Referenzspannung U_r3. Das ist der Fall, wenn der Ausgang A0 des Komparators K0 hochohmig ist, was gleichzeitig dazu führt, daß der Transistor des Treibers DT für die Sendediode sperrt und die Sendediode DS stromlos ist. Schaltet der Komparator K0 des Pulsgenerators P seinen Ausgang A0 niederohmig, wird der mit dem Ausgang A0 verbundene Widerstand RD2 auf Nullpotential N gelegt, wodurch der Transistor des Treibers DT durchschaltet und die Sendediode DS bestromt wird und einen infraroten Lichtblitz aussendet. Gleichzeitig dazu wird der auch mit dem Sendepuls SP verbundene invertierende Eingang I1 des Komparators K1 auf Nullpotential N gelegt, wodurch die Spannung am invertierenden Eingang I1 kleiner ist als die Referenzspannung U_r3, was dazu führt, daß der Komparator K1 seinen Ausgang A1 hochohmig schaltet.

Während der Dauer des Sendeimpulses ist somit ein invertierender Eingang I2 eines Komparators K2 nicht auf Nullpotential N, sondern über den Kondensator C3 mit dem Ausgang des RC-Hochpasses H verbunden. Damit liegt das Ausgangssignal U_t am invertierenden Eingang I2 des Komparators K2 an und wird mit einer Referenzspannung U_r1, die am nicht invertierenden Eingang E2 des Komparators K2 anliegt, verglichen.

Wird ein von der Sendediode DS ausgesandter infraroter Lichtblitz vom Empfänger E detektiert bzw. bei mehreren Empfängern E von mindestens einem, so tritt am Eingang des RC-Hochpasses H eine entsprechende Änderung des Eingangssignals U_e auf und am Ausgang des RC-Hochpasses H eine entsprechende Änderung des Ausgangssignal U_t. Wird das Ausgangssignal U_t größer als die Referenzspannung U_r1, so schaltet der Komparator K2 einen Ausgang A2 auf Nullpotential N.

Der Ausgang A2 ist mit einem Widerstand RC2 und RC1 verbunden. Ein zweiter Pol des Widerstandes RC1 ist mit der Kathode einer Diode D1 verbunden, deren Anode mit dem Kollektor des Transistors des Treibers DT für die Sendediode DS verbunden ist. Ein zweiter Pol des Widerstandes RC2 ist mit einem Kondensator C2 und einem invertierenden Eingang I3 des Komparators K3 verbunden. Der zweite Pol des Kondensators C2 liegt auf Nullpotential N. Bei jedem Sendeimpuls wird der Kondensator C2 über die Diode D1 und die Widerstände RC1 und RC2 aufgeladen, wenn der aufgrund des Sendeimpulses ausgesandte Infrarot-Lichtblitz nicht von der Oberfläche eines detektierenden Gegenstandes reflektiert und somit nicht vom Empfänger E empfangen und der Ausgang A2 nicht auf Nullpotential N geschaltet wurde.

Eine Spannung U_c am Kondensator C2 wird sich der Versorgungsspannung U_v nähern, wenn der Empfänger E keine Infrarot-Lichtblitze empfängt, da der Kondensator C2 in den Zeiten, in denen die Sendediode DS bestromt ist, zwar aufgeladen, aber nicht über den Ausgang A2 entladen wird. Empfängt hingegen der Empfänger E Infrarot- Lichtblitze, so schaltet der Komparator K2 seinen Ausgang A2 auf Nullpotential N, wodurch der Kondensator C2 entladen wird bzw. der Ladestrom, der über den Widerstand RC1 fließt, wird zum Nullpotential N hin abgeleitet.

Damit nähert sich die Spannung U_c am Kondensator C2 der Versorgungsspannung, wenn die Infrarot-Lichtblitze von keiner zu detektierenden Oberfläche reflektiert werden, und dem Nullpotential N, wenn die Infrarot-Lichtblitze reflektiert und empfangen werden. Die Spannung U_c ist also ein Maß, ob sich ein reflektierender Gegenstand im Bereich der Reflexlichtschranken befindet oder nicht. Diese Spannung U_c, die am invertierenden Eingang I3 des Komparators K3 anliegt, wird mit der am nicht invertierenden Eingang E3 des Komparators K3 anliegenden Referenzspannung U_r2 verglichen. Ist die Spannung U_c größer als die Referenzspannung U_r2, ist ein Ausgang A3 niederohmig und damit ein dem Komparator K3 nachgeschalteter Ausgangstreiber AT hochohmig. Ist die Spannung U_c kleiner als die Referenzspannung U_r2, ist der Ausgang A3 hochohmig und damit der Ausgangstreiber AT niederohmig.

Der Ausgangstreiber AT, der einen TTL-kompatiblen Ausgangspegel 0 erzeugt, weist also High-Pegel auf, wenn kein reflektierender Gegenstand im Wirkungsbereich der Reflexlichtschranken ist, und Low-Pegel, wenn ein reflektierender Gegenstand im Wirkungsbereich der Lichtreflexschranke ist.

Um die aufgrund der pulsweisen Aufladung des Kondensators C3 auftretenden Schwankungen der Spannung U_c zu unterdrücken, ist der Komparator K3 mittels eines Widerstandes R1 mit einer Hysterese beaufschlagt.

Mittels der erfindungsgemäßen Reflexlichtschranke mit Infrarot-Sendediode ist ein sicheres Detektieren von Gegenständen mit einer Infrarotlicht reflektierenden Oberfläche möglich, wobei die Schaltungsanordnung gegen Fremdlicht und Typenstreuung unempfindlich ist.

Claims

1. Reflexlichtschranke mit einer Infrarot-Sendediode und einem für die Wellenlänge der Sendediode empfindlichen Empfänger, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pulsgenerator (P) vorgesehen ist, mittels dessen Sendepulses (SP) ein Treiber (DT) der Sendediode (DS) ansteuerbar ist, daß ein Ausgangssignal (U_e) mindestens eines neben der Sendediode angeordneten Empfängers (E) mittels eines RC-Hochpasses (H) gefiltert wird, daß ein mit dem Sendepuls (SP) des Pulsgenerators (P) gepulster Komparator (K1) ein Ausgangssignal (U_t) des RC-Hochpasses (H) auf Nullpotential (N) hält, wenn die Sendediode (DS) nicht bestromt wird, daß das Ausgangssignal (U_t) des RC-Hochpasses (H) mittels eines Komparators (K2) zur Detektion von Änderungen des Ausgangssignals (U_t) mit einer Referenzspannung (U_r1) verglichen wird, wenn die Sendediode (DS) bestromt wird, daß ein Ausgang (A2) des Komparators (K2) auf Nullpotential (N) schaltet, wenn das Ausgangssignal (U_t) des RC-Hochpasses (H) größer ist als die Referenzspannung (U_r1), daß über eine mit dem Treiber (DT) verbundene Diode (D1) ein mit einem invertierenden Eingang (I3) eines Ausgangskomparators (K3) verbundener Kondensator (C2) mittels eines Ausgangssignals (U_ds) des Treibers (DT) aufladbar ist, daß der Kondensator (C2) über den Ausgang (A2) des Komparators (K2) entladbar ist, wenn der Komparator (K2) bei der Detektion eines Lichtpulses der Sendediode (DS) seinen Ausgang (A2) auf Nullpotential (N) schaltet, daß eine sich am Kondensator (C2) einstellende Spannung (U_c) mittels eines dem Komparator (K2) zur Detektion der Änderungen des Ausgangssignals (U_t) nachgeschalteten Ausgangskomparators (K3) mit einer Referenzspannung (U_r2) verglichen wird, und daß der Ausgangskomparator (K3) seinen Ausgang (A3) auf Nullpotential (N) hält, solange der Empfänger (E) keine Lichtpulse der Sendediode (DS) empfängt.

2. Reflexlichtschranke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Versorgungsspannung (V_u) am Empfänger (E) mittels eines RC-Tiefpasses (T1) gefiltert ist.

3. Reflexlichtschranke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfindlichkeit des Empfängers (E) mittels eines Trimm-Potentiometers (RH2) einstellbar ist.

4. Reflexlichtschranke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgangstreiber (AT), der mittels des Ausgangs (A3) des Ausgangskomparators (K3) ansteuerbar ist, ein TTL-kompatibles Ausgangssignal (0) erzeugt.