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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen
photoelektrischen Schalter und insbesondere auf einen photoelektrischen
Schalter, der geeignet ist, wenn eine Anzahl photoelektrischer
Schalter parallel angeordnet sind.
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Im allgemeinen wird in einem photoelektrischen Schalter ein
Lichtabgabeelement mit einem Ausgangssignal einer
Schwingungsschaltung zur Erzeugung von gepulstem Licht bzw. eines optischen
Signals, das dann von einem Lichtempfangselement empfangen wird,
intermittierend angesteuert, womit ein Schaltvorgang erzielt
wird. In einem Fall, wo eine Anzahl photoelektrischer Schalter
dieser Art parallel angeordnet ist, kann, wenn die
Oszillationsfrequenzen derselben identisch oder ähnlich sind, eine
wechselseitige Störung auftreten, so daß in eingigen Fällen eine
Fehlfunktion stattfindet. Zur Vermeidung dieser Schwierigkeit wird
im Stand der Technik, wenn Licht als Eingabe empfangen wird,
bevor ein photoelektrischer Schalter Licht einstrahlt, das
Lichtsignal zu einem leicht verzögerten Zeitpunkt danach
erzeugt.
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Gemäß dieser Technologie zur Verhinderung einer
wechselseitigen Störung der herkömmlichen photoelektrischen Schalter wurde
in einem Fall, wo Licht als Eingabe empfangen wird, bevor ein
photoelektrischer Schalter Licht abgibt, nur die Lichtabgabezeit
leicht verschoben oder verzögert. Folglich werden die Frequenzen
nicht geändert, sondern sind ähnlich zueinander. Dies bedeutet,
daß obiges Verfahren keine grundlegende Gegenmaßnahme zur
vollständigen Verhinderung der wechselseitigen Störung ist.
Insbesondere ist das herkömmliche Verfahren weniger effizient, wenn
drei oder mehr Schalter parallel angeordnet sind.
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Aus SOVIET INVENTIONS ILLUSTRATED, week 8644, Section El,
class S, page 10, December 10th, 1966, abstract no. 87-
290742/44, Derwent Publications Ltd., London, GB; Bezug nehmend
auf SU-A-1 123 049 (MOSC AVIATION INST), veröffentlicht am 7.
April 1986, ist ein Meßgerät zur Analyse der
Amplituden-Frequenzcharakteristik eines Photoempfängers bekannt, wobei dieses
Meßgerät ein Lichteinstrahlelement, eine Oszillatorschaltung,
welche eine Sinusspannung erzeugt, und einen Generator, der eine
linear sich ändernde Spannung erzeugt, die der
Oszillationsschaltung zugeführt wird und bewirkt, daß diese eine Spannung
erzeugt, deren Frequenz proportional zur Amplitude der
steuerenden Spannung ist, aufweist.
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PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, Vol. 12, no. 277, (E460), 30.
Juli 1988, Bezug nehmend auf JP-A-63-056015 (SANKUSHU KK),
veröffentlicht am 10. März 1988, beschreibt ein Beispiel fur eine
Anzahl von parallel angeordneten photoelektrischen Schaltern.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
photoelektrischen Schalter zu schaffen, der in der Lage ist, die
Wahrscheinlichkeit eines Fehlvorgangs infolge wechselseitiger
Störung zu verringern, wenn eine Anzahl solcher Schalter
parallel angeordnet ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Anzahl
photoelektrischer Schalter, wie im Anspruch 1 definiert, vorgesehen.
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Bei diesem photoelektrischen Schalter wird die
Schwingungsfrequenz der ersten Schwingungsschaltung, welche mit der zweiten
Schwingungsschaltung verknüpft ist, in einem festen
Frequenzbereich durchgestimmt. Die Schwingungsfrequenz der ersten
Schwingungsschaltung variiert nämlich periodisch. In einem Fall, wo
eine Anazahl dieser Schalter parallel angeordnet ist, arbeiten
deren Schwingungsschaltungen in asynchroner Weise. Folglich ist
die Wahrscheinlichkeit minimiert, daß die Schwingungsfrequenzen
identisch werden, weshalb das Auftreten einer wechselseitigen
störenden Beinflußung reduziert ist. Folglich wird eine
Fehlfunktion infolge der wechselseitigen Störung vermieden.
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Diese und andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung
und beigefügten Zeichnungen deutlich werden, wobei
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Fig. 1 ein schematisches Diagramm ist, welches eine
Schaltung einer Lichteinstrahleinheit eines photoelektrischen
Schalters in einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt,
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Fig. 2 ein Wellenformengraph ist, der zur Erläuterung des
Arbeitens der ersten Schwingungsschaltung der
Lichteinstrahleinheit des photoelektrischen Schalters von Nutzen ist, und
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Fig. 3 ein Wellenformgraph zur Erläuterung der
Gesamtarbeitsweise der Lichteinstrahleinheit des photoelektrischen
Schalters dieser Ausführungsform ist.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erfolgt nun eine
detaillierte Beschreibung einer Ausführungsform des
photoelektrischen Schalters gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Fig. 1 ist ein Schaltbild einer Lichteinstrahleinheit eines
photoelektrischen Schalters in einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Die Lichteinstrahleinheit dieses Schalters
enthält eine Lichteinstrahlschaltung 1, eine erste
Schwingungsschaltung 2, eine Modulationsschaltung 3 und eine zweite
Schwingungsschaltung 4.
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Die Lichteinstrahlschaltung 1 enthält ein
Lichtabgabeelement L und einen Transistor Q1 zur Ansteuerung des
Lichtabgabeelements L.
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Außerdem weist die erste Schwingungsschaltung 2 eine
Konstantstromquelle 10, einen Kondensator C1 zur Aufladung unter
Verwendung eines Stroms der Konstantstromquelle 10, in Reihe
geschaltete Widerstände R2, R3 und R4 zur Erzeugung einer
Referenzspannung Vb, einen Komparator 11 zum Vergleichen einer
Referenzspannung Vb, die an einem Verbindungspunkt zwischen den
Widerständen R2 und R3 erscheint, mit einer Ladespannung Va des
Kondensators C1, einen Transistor Q3 zur Lieferung einer
Hysteresecharakteristik für den Komparator 11, einen Widerstand R1
und einen Transistor Q2 zur Entladung des Kondensators C1 auf.
Außerdem ist in dem Aufbau ein Transistor Q4 enthalten, der
durchschaltet, wenn eine Ausgabe Vc des Komparators 11 auf hohen
Pegel gesetzt ist, so daß einer Lichtempfangseinheit ein
Synchronisationssignal Sc zugeführt wird.
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Die zweite Schwingungsschaltung 4 hat grundsätzlich den
gleichen Aufbau wie der erste Schwingungsschaltung 2. Diese
Schaltung 4 enthält einen Komparator 21, eine
Konstantstromquelle 20, einen Ladekondensator C11, Widerstände R12, R13 und R14
zur Erzeugung einer Referenzspannung, einen Transistor Q13 zur
Lieferung einer Hysteresecharakteristik für den Komperator 21,
einen Widerstand R11 und einen Transistor Q12 zur Entladung des
Kondensators C11.
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Ferner weist die Modualtions- bzw. Modulatorschaltung 3
einen Emitterfolgertransitor Q10 und einen Widerstand R, der
einen Teil des aus der Konstantstromquelle 10 fließenden Stromes
zieht, auf.
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Unter Bezugnahme als nächstes auf die Graphen der Fig. 2
erfolgt nun eine Beschreibung der Arbeitsweise der ersten
Schwingungsschaltung 2 in einem Zustand, wo weder die
Modulationsschaltung 3 noch die zweite Schwingungsschaltung 4 mit der
ersten Schwingungsschaltung 2 der Einstrahleinheit des
photoelektrischen Schalters dieser Ausführungsform verbunden ist.
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Wenn das System unter Spannung gesetzt wird, liefert
zunächst die Konstantstromschaltung 10 einen Ladestrom I1 an den
Kondensator C1, so daß die Ladespannung des Kondensators C1
zunimmt. An einem Punkt, wo die Spannung Va die Teilungsspannung
Vb am Verbindungspunkt der Widerstände R2 und R3 überschreitet
(d.h. wenn eine Ladezeitdauer T1a verstrichen ist), ändert sich
die Ausgabe Vc des Komparators 11 von einem niedrigen Pegel nach
einem hohen Pegel. Ansprechend auf dieses Hochpegelsignal
schaltet der Transistor Q1 der Lichteinstrahlschaltung 1 durch, so
daß ein Strom in das Lichtabgabeelement L fließt, welches
infolgedessen ein Lichtsignal erzeugt. Eine Spannung Vd an der
Kollektorseite des Transistors Q1 wird von einem hohen Wert auf
einen niedrigen Wert abgesenkt. Ferner schalten ansprechend auf
die Ausgabe des Komparators 11 die Transistoren Q2, Q3 und Q4
jeweils durch. Infolgedessen erhält eine, nicht gezeigte,
Lichtempfangseinheit ein Synchronisationssignal Sc, da der Transistor
Q4 durchschaltet. Andererseits wird, da der Transistor Q2
durchschaltet die im Kondensator C1 angesammelte elektrische Ladung
über den Widerstand R1 und den Transistor Q2 entladen. Da die
durch die Kapazität des Kondensators C1 und den Widerstandswert
des Widerstands R1 bestimmte Entladezeitkonstante kleiner als
die Ladezeitkonstante ist, die wirksam ist, wenn der Kondensator
C1 aufgeladen wird, ist der Entladevorgang augenblicklich
abgeschlossen. Folglich schaltet das Lichtabgabeelement L während
einer Entladezeitdauer T1b ein, die kürzer als die Ladezeitdauer
T1a ist. Da ferner der Transistor Q3 durchschaltet und der
Verbindungspunkt der Widerstände R3 und R4 mit Massepotential
verbunden wird, wird ferner die Referenzspannung Vb des Komparators
11 eine Spannung, die mittels der Widerstände R2 und R3 geteilt
ist. Das heißt, sobald die Ausgangsspannung des Komparators 11
auf einen hohen Wert gesetzt wird, wird die Referenzspannung Vb
kleiner. Mit dieser Maßnahme wird der Komparator 11 mit einer
Hysteresecharakteristik versehen, so daß ein Zustand für eine
stabile Schwingung etabliert wird. Wenn die Spannung Va des
Kondensators C1 niedriger als die Referenzspannung Vb wird, wird
die Ausgabe des Komparators 11 erneut auf einen niedrigen Wert
gesetzt. Folglich sperren die Transistoren Q1, Q2, Q3 und Q4,
und somit beginnt die Konstantstromquelle 10 dem Kondensator C1
auf zuladen.
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Durch wiederholte Durchführung des obigen Vorgangs gibt das
Lichtabgabeelement L wiederholt ein Lichtsignal mit einer
Impulsbreite T1b in einer intermittierenden Weise mit einer
Periode von T1a + T1b aus. Wenn nur die erste Schwingungsschaltung
2 verwendet wird, wird nämlich das Lichtsignal mit einer festen
Frequenz f1 = 1/(T1a + T1b) erzeugt.
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Da jedoch der photoelektrische Schalter dieser
Ausführungsform die Modulationsschaltung 3 und die zweite
Schwingungsschaltung 4 enthält, wird die Schwingungsfrequenz f1 der ersten
Schwingungsschaltung 2 abhängig von dem Arbeiten der zweiten
Schwingungsschaltung 4 durchgestimmt.
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Unter Bezugnahme nun auf die Graphen der Figur 3 erfolgt
eine Beschreibung der Arbeitsweise, bei welcher die
Schwingungsfrequenz
F1 der ersten Schwingungsschaltung 2 mittels der
zweiten Schwingungsschaltung 4 und der Modulationsschaltung 3
durchgestimmt wird.
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Die zweite Schwingungsschaltung 4 erzielt grundsätzlich die
gleiche Arbeitsweise wie die erste Schwingungsschaltung 2. Die
Schwingungsfrequenz f2 der zweiten Schwingungsschaltung 4 wird
auf einen Wert gesetzt, der deutlich kleiner als die
Schwingungsfrequenz f1 der ersten Schwingungsschaltung 2 ist.
Beispielsweise werden diese Werte auf f1 = 50kHz und f2 = 1kHz
gesetzt. Die Schwingungsfrequenz der zweiten
Schwingungsschaltung 4 wird durch f2 = 1/(T2a + T2b) dargestellt, wobei T2a eine
Ladezeit auf den Kondensator C11 und T2b eine Entladezeit der
Entladeschaltung, die den Widerstand R11 und den Transistor Q12
enthält, ist. Die Zeitdauern werden als T2a = T2b eingestellt.
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Wie in Fig. 3 gezeigt, ist angenommen, daß die erste
Schwingungsschaltung 2 mit einer Spannung, die von 1 V bis 2 V
reicht, oszilliert. Die Referenzspannung Vb des Komparators 11
ist nämlich auf 1 V oder 2 V gesetzt, wenn die Ausgangsspannung
Vc des Komparators 11 auf hohem bzw. niedrigem Wert ist. Diese
Referenzspannungen können natürlich beliebig eingestellt werden.
Es wird auch angenommen, daß die zweite Schwingungsschaltung 4
mit einer Spannung im Bereich von 1 V bis 2 V oszilliert.
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Der Transistor Q10 der Modulationsschaltung 3 wird durch
die Ladespannung Va2 des Kondensators C11 der zweiten
Schwingungsschaltung 4 gesteuert. Abhängig von der auf die Basis des
Transistors Q10 gegebenen Spannung Va2 wird der Ausgangsstrom I1
der Stromquelle 10 der ersten Schwingungsschaltung 2 auf den
Transistor Q10 geleitet. Der Transistor Q10 hat ein
Emitterpotential, das um eine Spannung VBE, die sich zwischen der Basis
und dem Emitter desselben ausbildet, niedriger als die
Basisspannung Va2 ist. Der durch den Transistor Q10 in den Widerstand
R fließende Strom wird durch (Va2 - VBE)/R dargestellt.
Infolgedessen drückt sich der dem Kondensator Cl1der ersten
Schwingungsschaltung 2 zugeführte Strom als I1 - (Va2 - VBE)/R aus.
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Infolgedessen wird in der ersten Schwingungsschaltung 2 eine
Zeitdauer (Ladezeit) T1a2, die zur Aufladung des Kondensators C1
von 1 V auf 2 V benötigt wird, länger als die oben beschriebene
Ladezeit T1a.
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Mit Zunahme der Ladespannung Va2 des Kondensators C11 der
zweiten Schwingungsschaltung 4 wird der durch den Transistor Q10
in den Widerstand R abzweigende Strom größer. Folglich wird die
Ladezeit des Kondensators C1 der ersten Schwingungsschaltung 2
weiter verlängert. Auf diese Weise wird in der Ladezeitdauer des
Kondensators C11 der zweiten Schwingungsschaltung 4 die
Schwingungsfrequenz der ersten Schwingungsschaltung 2 allmählich
vermindert.
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Wenn die Spannung Va2 des Kondensators C11 der zweiten
Schwingungsschaltung 4 die höhere Referenzspannung (2 V) des
Komparators 21 erreicht, schaltet der Transistor Q12 durch,
wonach der Kondensator C11 über den Widerstand R11 entladen wird.
Da die Spannung Va2 des Kondensators Cll allmählich vermindert
wird, wird die Schwingungsfrequenz der ersten
Schwingungsschaltung 2 entsprechend erhöht. Wenn die Spannung Va2 des
Kondensators C11 die untere Referenzspannung (1 V) des Komparators 21
erreicht, wird der Kondensator C11 erneut geladen, und folglich
wird die Schwingungsfrequenz allmählich gesenkt.
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Auf diese Weise entwickelt die erste Schwingungsfrequenz
wiederholt eine Zunahme und Abnahme mit einer Periode von 1/f2.
Da die erste Schwingungsschaltung 2 das Synchronisationssignal
synchron mit der Schwingung, wie oben beschrieben, erzeugt,
arbeitet die Lichtempfangseinheit ebenfalls in synchroner Weise
in Bezug auf die Schwingung.
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Die vorliegende Erfindung ist auf einen transmissiven
photoelektrischen Schalter anwendbar, bei welchem eine
Lichteinstrahleinheit und eine Lichtempfängereinheit einander im Abstand
gegenüberliegend angeordnet sind, und auf einen in Reflexion
arbeitenden photoelektrischen Schalter, bei welchem eine
Lichteinstrahleinheit und eine Lichtempfängereinheit in einem Gehäuse
untergebracht bzw. benachbart zueinander angeordnet sind.
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Insbesondere in einem Fall, wo die Schaltung der
Lichteinstrahleinheit als integrierte Schaltung verwirklicht ist, tritt
ein Unterschied bzw. eine Nichtgleichförmigkeit zwischen
Konfigurationen der zweiten Schwingungsschaltung auf. Folglich
arbeiten die Lichteinstrahleinheiten vollständig in einer
asynchronen weise. Wenn eine Anzahl photoelektrischer Schalter
parallel angeordnet ist, findet eine wechselseitige störende
Beeinflußung folglich nicht statt, was ein der störenden Beeinflußung
zugeordnetes Fehlarbeiten verhindert.
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Bei obiger Ausführungsform wird durch Koppeln der zweiten
Schwingungsschaltung 4 mit der ersten Schwingungsschaltung 2 die
Schwingungsfrequenz des ersten Oszillators 2 zu einem
niedrigeren Wert hin durchgestimmt. Die Schwingungsfrequenz kann jedoch
auch zu einem höheren Wert hin durchgestimmt werden. Alternativ
kann die Schwingungsfrequenz zu einem höheren und einem
niedrigeren Wert hin in Bezug auf die Mittelfrequenz verschoben
werden. Kurz gesagt, wird gemäß der vorliegenden Erfindung die
Schwingungsfrequenz eines Oszillators des photoelektrischen
Schalters mit einer bestimmten Periode durchgestimmt, so daß die
Frequenz des Lichts oder optischen Signals, daß ein
Lichtabgabeelement erzeugt, geändert wird.