DE4023704C2 - - Google Patents

Description

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

Reflexlichttaster dieser Art sind in verschiedenen Varianten bekannt. Bei diesen bekannten Reflexlicht­ tastern, wie sie z. B. in der DE-OS 28 52 153 oder in der DE-AS 24 52 794 beschrieben sind, ist aufgrund der großen Typenstreuung bei elektro-optischen Bauelementen eine aufwendige Selektion notwendig. Um bei den bekann­ ten Reflexlichttastern die notwendige Empfindlichkeit zu erreichen, muß die Sendeleistung der Infrarot-Diode sehr hoch werden, wodurch die Lebensdauer der Sende­ diode herabgesetzt wird. Ein weiterer Nachteil der be­ kannten Reflexlichttaster bei einem Einsatz in Vorrich­ tungen zur Verarbeitung von Röntgenblattfilmen ist eine unerwünschte Schwärzung des Röntgenblattfilms aufgrund der hohen Sendeleistung. Zudem ist die Fremdlichtemp­ findlichkeit der bekannten Reflexlichttaster beträcht­ lich. Das periodische Erzeugen von Lichtim­ pulsen, deren Dauer im Vergleich zur Periode kurz ist, ergibt sich z. B. aus der DE-OS 22 04 093 im Zusammenhang mit einer Reflexionslichtschranke.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reflexlichttaster der eingangs genannten Art so auszu­ bilden, daß er bei großer Fremdlicht-Unempfindlichkeit und sehr geringem Strombedarf eine hohe Detektions­ empfindlichkeit aufweist, ohne einen Röntgenblattfilm zu schwärzen, sowie eine lange Lebensdauer, wobei die Typenstreuung der opto-elektronischen Bauelemente kom­ pensierbar ist.

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

Dadurch, daß die Empfindlichkeit des Empfängers ein­ stellbar ist, können die Bauteiltoleranzen kompensiert werden. Die hohen, aber kurzen Sendeimpulse ermöglichen kurze Infrarot-Blitze hoher Intensität bei niedrigen effektiven Sendediodenströmen, wodurch eine hohe Le­ bensdauer der Sendediode und eine hohe Detektions­ empfindlichkeit erreicht werden. Zudem ist die Empfind­ lichkeit des Empfängers mittels eines Trimm-Potentio­ meters einstellbar, wodurch der Einsatz preisgünstiger Bauelemente mit großer Typenstreuung möglich wird, da die Typenstreuung kompensierbar ist. Des weiteren kommt der erfindungsgemäße Reflexlichttaster auch bei großen Signalleitungslängen ohne zusätzliche Stabilisierung der Versorgungsspannung aus und weist aufgrund der be­ sonderen Verarbeitung des Signals des Empfängers eine hohe Unempfindlichkeit gegenüber Fremdlicht auf.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläu­ tert. Es zeigen

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung des erfindungsgemäßen Reflexlichttasters,

Fig. 2 eine Sendepulsform eines Pulsgenerators zur An­ steuerung eines Treibers für eine Infra­ rot-Sendediode,

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf des Infrarot-Sende­ diodenstroms,

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

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

Aufbau und Funktion der in Fig. 1 gezeigten erfin­ dungsgemäßen Schaltungsanordnung sind dabei folgende:
Ein mit P bezeichneter Pulsgenerator erzeugt einen Sen­ depuls SP mit dem Tastverhältnis 1 : 100. Der Pulsgene­ rator P umfaßt einen Komparator K0, der an einem nicht invertierenden Eingang E0 mit einem Spannungsteiler ST beschaltet ist, der zwischen einer Versorgungsspan­ nung U_v und einem Nullpotential N liegt.

Aufgrund eines Rückkoppelwiderstandes R0 zwischen einem Ausgang A0 des Komparators K0 und seinem nicht inver­ tierenden 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 Wider­ stand RL1 aufgeladen, solange der Komparator K0 einen Ausgang A0, mit dem die Anode der Diode DL1 und der Widerstand RD2 verbunden sind, nicht auf Nullpoten­ tial N zieht. Steigt eine Spannung U_o am Kondensa­ tor C0 und damit die Spannung am invertierenden Ein­ gang I0 des Komparators K0 über eine mittels des Span­ nungsteils ST und den Rückkoppelwiderstand R0 bestimmte Referenzspannung U_ro, so schaltet der Komparator K0 seinen Ausgang A0 auf Nullpotential N. Jetzt wird der Kondensator C0 über den Widerstand RL2 und die Di­ ode DL2, deren Kathode vom Ausgang A0 auf Nullpoten­ tial N gelegt wird, entladen. Sinkt die Spannung U_o am Kondensator C0 und damit die Spannung am invertie­ renden Eingang I0 unter die Referenzspannung U_ro ab, schaltet der Komparator K0 seinen Ausgang A0 hochohmig und der Schaltzyklus beginnt mit dem Aufladen des Kon­ densators C0 von neuem. Der Ausgang A0 wechselt also seinen Zustand periodisch von hoch- auf niederohmig und umgekehrt. Frequenz- und Tastverhältnis des Pulsgenera­ tors 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 Spannungsteilers RD1, RD2 eines Treibers DT für eine Sendediode DS an. Ein zwischen einem Emitter eines Transistors des Trei­ bers DT und einer Kathode der Sendediode DS angeordne­ ter 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 minde­ stens ein Empfänger angeordnet. Der Empfänger ist ein fotoempfindlicher Transistor, dessen Kollektor über einen R-C-Tiefpaß T1 mit der Versorgungsspannung U_v verbunden ist.

Der RC-Tiefpaß T1 filtert die nicht durch den Konden­ sator C1 unterdrückten Reststörungen der Versorgungs­ spannung U_v aus, die bei langen Zuleitungen auftre­ ten, so daß am Kollektor des Empfängers eine Versor­ gungsspannung U_v anliegt, deren Störungen vernach­ lässigbar sind. Der Emitter des Empfängers ist mit einem RC-Hochpaß H verbunden. Ein Eingangssignal des RC-Hochpasses H ist mit U_e bezeichnet und ein Aus­ gangssignal 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 Poten­ tiometers RH2 ist die Empfindlichkeit des Empfängers einstellbar, wodurch die Typenstreuung der opto-elek­ tronischen Bauelemente kompensierbar ist und eine auf­ wendige Selektion entfallen kann. Der Ausgang des R-C-Hochpasses H wird in der Zeit, in der die Sende­ diode DS stromlos ist, mittels eines Ausgangs 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 invertie­ renden Eingang E1 angelegten Referenzspannung U_r3 verglichen. Der Ausgang A1 des Komparators K1 ist nun solange niederohmig gegen Nullpotential N, wie der Signalpegel des Sendepulses SP größer ist als die Refe­ renzspannung U_r3. Das ist der Fall, wenn der Aus­ gang A0 des Komparators K0 hochohmig ist, was gleich­ zeitig dazu führt, daß der Transistor des Treibers DT für die Sendediode sperrt und die Sendediode DS strom­ los ist. Schaltet der Komparator K0 des Pulsgenera­ tors P seinen Ausgang A0 niederohmig, wird der mit dem Ausgang A0 verbundene Widerstand RD2 auf Nullpoten­ tial 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 Null­ potential N gelegt, wodurch die Spannung am invertie­ renden Eingang I1 kleiner ist als die Referenzspan­ nung U_r3, was dazu führt, daß der Komparator K1 seinen Ausgang A1 hochohmig schaltet.

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

Wird ein von der Sendediode DS ausgesandter infraroter Lichtblitz vom Empfänger detektiert bzw. bei mehreren Empfängern von mindestens einem, so tritt am Eingang des R-C-Hochpasses H eine entsprechende Änderung des Eingangssignals U_e auf und am Ausgang des R-C-Hoch­ passes H eine entsprechende Änderung des Ausgangssi­ gnals 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 Wider­ standes RC2 ist mit einem Kondensator C2 und einem in­ vertierenden Eingang I3 des Komparators K3 verbunden. Der zweite Pol des Kondensators C2 liegt auf Nullpoten­ tial N. Bei jedem Sendeimpuls wird der Kondensator C2 über die Diode D1 und die Widerstände RC1 und RC2 auf­ geladen, wenn der aufgrund des Sendeimpulses ausge­ sandte Infrarot-Lichtblitz nicht von der Oberfläche eines detektierenden Gegenstandes reflektiert und somit nicht vom Empfänger empfangen und der Ausgang A2 nicht auf Nullpotential N geschaltet wurde.

Eine Spannung U_c am Kondensator C2 wird sich der Ver­ sorgungsspannung U_v nähern, wenn der Empfänger 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 ent­ laden wird. Empfängt hingegen der Empfänger Infra­ rot-Lichtblitze, so schaltet der Komparator K2 seinen Ausgang A2 auf Nullpotential N, wodurch der Kondensa­ tor C2 entladen wird bzw. der Ladestrom, der über den Widerstand RC1 fließt, wird zum Nullpotential N hin ab­ geleitet.

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 Infra­ rot-Lichtblitze reflektiert und empfangen werden. Die Spannung U_c ist also ein Maß, ob sich ein reflektie­ render Gegenstand im Bereich der Reflexlichttaster be­ findet oder nicht. Diese Spannung U_c, die am inver­ tierenden Eingang I3 des Komparators K3 anliegt, wird mit der am nicht invertierenden Eingang E3 des Kompara­ tors K3 anliegenden Referenzspannung U_r2 verglichen. Ist die Spannung U_c größer als die Referenzspan­ nung U_r2, ist ein Ausgang A3 niederohmig und damit ein dem Komparator K3 nachgeschalteter Ausgangstrei­ ber 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 Aus­ gangspegel 0 erzeugt, weist also High-Pegel auf, wenn kein reflektierender Gegenstand im Wirkungsbereich der Reflexlichttaster ist und Low-Pegel, wenn ein reflek­ tierender Gegenstand im Wirkungsberech der Lichtreflex­ schranke ist.

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

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

Claims (4)

1. Reflexlichttaster mit einer Infrarot-Sende­ diode (DS),
einem für die Wellenlänge der Sendediode (DS) empfindlichen Empfänger,
einem Pulsgenerator (P), mittels dessen Sende­ pulses ein Treiber (DT) für die Sendediode (DS) ansteuerbar ist,
einem R-C-Hochpaß (H), der ein Ausgangssignal U_e des Empfängers filtert,
wobei ein Ausgangssignal U_t des R-C-Hochpas­ ses (H) synchron zum Sendepuls auswertbar ist,
ein mit dem Sendepuls (SP) des Pulsgenera­ tors (P) gepulster erster Komparator (K1) das Ausgangssignal U_t des R-C-Hochpasses (H) auf Nullpotential (N) hält, wenn die Sende­ diode (DS) nicht bestromt wird,
das Ausgangssignal U_t des R-C-Hochpas­ ses (H) mittels eines zweiten Komparators (K2) zur Detektion von Änderungen des Ausgangs­ signals U_t mit einer Referenzspan­ nung (U_r1) verglichen wird, wenn die Sende­ diode (DS) bestromt wird,
der Ausgang (A2) des zweiten Komparators (K2) auf Nullpotential (N) schaltet, wenn das Ausgangssignal U_t des R-C-Hochpasses (H) größer ist als die Referenzspannung (U_r1),
über eine mit dem Treiber (DT) verbundene Dio­ de (D1) ein mit dem invertierenden Eingang (13) eines dritten Komparators (K3) verbundener Kon­ densator (C2) mittels des Ausgangssi­ gnals U_ds des Treibers (DT) aufladbar ist,
der Kondensator (C2) über den Ausgang (A2) des zweiten Komparators (K2) entladbar ist, wenn der zweite Komparator (K2) bei der Detektion eines Lichtpulses der Sendediode (DS) seinen Ausgang (A2) auf Nullpotential (N) schaltet,
eine sich am Kondensator (C2) einstellende Spannung (U_c) mittels des dem zweiten Kompa­ rator (K2) zur Detektion der Änderungen des Ausgangssignals U_t nachgeschalteten dritten Komparators (K3) mit einer weiteren Referenzspan­ nung (U_r2) verglichen wird und
der dritte Komparator (K3) seinen Ausgang (A3) auf Nullpotential (N) hält, solange der Empfän­ ger keine Lichtpulse der Sendediode (DS) emp­ fängt.

2. Reflexlichttaster nach Anspruch 1, bei dem eine Versorgungsspannung (U_v) am Empfänger mittels eines R-C-Tiefpasses (T1) gefiltert ist.

3. Reflexlichttaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Empfindlichkeit des Emp­ fängers mittels eines Trimm-Potentiome­ ters (RH2) einstellbar ist.

4. Reflexlichttaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Ausgangstreiber (AT), der mittels des Ausgangs (A3) des dritten Kom­ parators (K3) ansteuerbar ist, ein TTL-kompa­ tibles Ausgangssignal (0) erzeugt.