DK147744B - Lysfoelsomt detekteringssystem - Google Patents

Description

i 147744

Den foreliggende opfindelse angår et lysfølsomt detekteringssystem, der er indrettet til at detektere tilstedeværelsen og fraværet af bevægelige elementer med kendte dimensioner og kendt indbyrdes afstand, når de passerer en forudbestemt position ved en given hastighed, omfattende en lyskilde, lysfølsomme organer, der er indrettet til i afhængighed af lyset fra kilden at frembringe et elektrisk udgangssignal, der har til- og fra-intervaller svarende til henholdsvis tilstedeværelsen og fraværet af lys, når elementerne passerer mellem lyskilden og de lysfølsomme organer, samt organer til at frembringe et · signal med konstant amplitude, når udgangssignalet fra de lysfølsomme organer overstiger et forudbestemt niveau. Systemet er navnlig egnet til anvendelse i forbindelse med skriveapparater, der arbejder med høj hastighed.

Dataoverføring med høj hastighed har resulteret i udviklingen af en række typer af skriveapparater, som kan modtage indgangsdata ved en høj hastighed. I beskrivelsen til dansk patent nr. 135296 er angivet et sådant anlæg, hvor der i skriveapparatet anvendes et kontinuerligt bevæget tegnbælte, som bærer skriftbillederne for hvert tegn, der skal skrives. Et antal hamre er anbragt i en række tværs over fladen af et optegningsmedium, såsom papir, idet stillingen af hver hammer tilvejebringer en søjle, hvori et tegn kan skrives. Et farvebånd er typisk anbragt foran optegningsmediet, og banen for tegnbæltet er beliggende bag farvebåndet og foran hamrene.

Det er væsentligt, at skriveren er i stand til at skrive et hvilket som helst ønsket tegn i en hvilken som helst position tværs over optegningsmediet. Der findes følgelig organer til særskilt at anvise overfor styrekredsløb, hvor hvert tegn optræder i forhold til optegningsmediet. Når dette er iværksat, findes der kredsløb til at aktivere hamrene i en korrekt position for at skrive de ønskede tegn.

Som angivet i det ovennævnte patentskrift bærer et typisk tegnbælte et antal bøjelige fingre, der hver har skriftbilledet for et bestemt tegn på sin ene ende. Det typebærende bælte er monteret på drivorganer, som roterer omkring parallelle akser for at bevirke fingrenes passage mellem optegningsmediet og hamrene. Positionen af hvert tegn i forhold til et fast punkt på skriveren bestemmes ved detektering af de bøjelige fingres passage forbi dette faste punkt. Almindeligvis er fotoelektriske organer anbragt for at udføre denne detektering og frembringer et repræsentativt elektrisk signal. Kernen i den foreliggende opfindelse er at fastlægge positionen af hver typefinger nøjagtigt i forhold til hamrene og optegningsmediet.

Det er nødvendigt at afføle positionen af typefingrene på nøj- 2 147744 agtigt det rigtige sted i forhold til hamrene for således derefter at anslå fingeren på det ønskede sted i en søjle. I det sædvanlige fotoelektriske aftastningsarrangement er lysstrålen uheldigvis af en endelig bredde, og af denne grund er det umuligt at fastlægge positionen af typefingrene nøjagtigt. Dette problem bliver yderligere forværret ved uønskede forskelle eller ændringer i driften af lysstrålingskilden og aftastningsarrangementet.

Formålet med den foreliggende opfindelse er at tilvejebringe et lysfølsomt detekteringssystem af den indledningsvis angivne art, hvormed de ovennævnte ulemper kan undgås, og som er i stand til nøjagtigt at fastlægge positionen af bevægelige elementer, såsom typefingre, på skrivere af bæltetypen, som arbejder ved høj hastighed.

Ifølge den foreliggende opfindelse opnås dette ved et detekteringssystem, som er ejendommeligt ved, at det har en kilde for et referencesignal med en værdi, som repræsenterer det kendte forhold mellem dimensionen af elementerne og afstanden mellem dem, korrektionsorganer til sampling og midling af udgangssignalet og sammenligning af det samplede middelsignal med referencesignalet for at frembringe et fejlsignal, og organer, der er indrettet til i afhængighed af fejlsignalet at ændre lysstyrken fra kilden med den størrelse, som kræves for at frembringe et udgangssignal, der nøjagtigt repræsenterer de kendte dimensioner og den kendte indbyrdes afstand af elementerne.

Opfindelsen skal herefter forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser et kort segment af et typebærende bælte af den art, som opfindelsen vedrører. Under de antydede fingre på dette bælte er der vist tre kurveformer til at illustrere udgangssignalerne, som frembringes af et idealiseret fotoelektrisk aftastningssystem, fig. 2 en forstørret del af et typebærende bælte af den art, som opfindelsen vedrører, og et antal kurveformer, som repræsenterer signalerne, der frembringes af eksisterende fotoelektriske aftastningsorganer, og fig. 3 et diagram, der skematisk viser kredsløbet for en særlig udførelsesform ifølge opfindelsen.

Fig. 1 viser et kort segment af et typebærende bælte lo, som indeholder tre fingre 11,12 og 13. De nederste dele af disse fingre er vist ved henholdsvis 11a,12a og 13a. Disse nederste dele virker ved at afskære lysbanen for et fotoelektrisk aftastningsorgan. Typiske dimensioner for disse fingre er 2,286 mm. I modsætning hertil 3

U77M

ér afstanden mellem fingrene typisk 2,794 mm. Når et sådant bælte gennemløber en bane mellem de fotoelektriske aftastningsorganer, afskærer delene 11a,12a,13a følgelig lysbanen et tidsrum, der er lidt mindre end det tidsrum, hvorunder de ikke er tilstede.

Kurveformen Ά i fig. 1 er anbragt ud for det viste bæltesegment for at vise de lyse og mørke perioder, som skabes, når en lysstråle afbrydes af fingrene på et bevægeligt bælte. Det vil forstås, at forholdet mellem mørke og lyse perioder ville være o,o9o:o,llo eller 45:55, hvis man var i stand til at anvende en lysstråle med uendelig lille bredde. Med andre ord fylder "mørkeperioden" 45% af en cyklus, og "lysperioden" fylder de resterende 55% af cyklussen.

Kurveformen B i fig. 1 viser elektrisk strøm som et sidestykke til de lyse og mørke perioder. Denne kurveform er også anbragt ud for den fysiske konstruktion af det typiske bæltesegment. Strømmen kan frembringes af en fototransistor.

Kurveformen C er en spændingskurveform, der viser et ønsket udgangssignal med nøjagtig spændingsstørrelse og varighed. Dette signal repræsenterer nøjagtigt placeringen af hver typefinger, når den bevæger sig henover optegningsmediet.

Fig. 1 viser også et punkteret omrids, der repræsenterer den typiske brede finger, som anvendes til at angive en ændring af ..

typesættet på bæltet, og viser også med punkterede linier ved A,B og C de tilsvarende lys-, strøm- og spændingsændringer. En sådan bredere finger kan typisk have en dimension af 3,429 mm. Når dette er tilfældet kan den mørke del af en cyklus, som skabes af tilstedeværelsen af en sådan bred finger, anses for at frembringe et signal, der optager 67,5% af en fuldstændig cyklus sammenlignet med den 45% varighed, som normalt skabes af standardtypefingrene.

Fig. 2 viser et problem, som løses ved hjælp af den foreliggende opfindelse. Da det er fysisk umuligt at afføle fingerpositionerne med en lysstråle med uendelig lille bredde, forekommer forskellige signaltilstande i det gennemsnitlige fotoelektriske aftastningskreds-løb. Den øverste del af fig. 2 er en forstørret version af det typebærende bæltesegment vist i fig. 1. Som vist er der afbildet en typisk lysstråle med en bredde af ca. o,5o8 mm.

Detektering af positionen af en typefinger med en sådan strålebredde resulterer i frembringelsen af strømkurveformer D og E. Kurveformen D repræsenterer et maksimumsstrømsignal, og kurveform E repræsenterer et minimumsstrømsignal. Variationerne i disse signaler forårsages af de forskellige forstærkninger i aftastningskredsløbet.

4 147744

En tær s kelkomparator anvendes typisk til at opnå formgivning af udgangssignalet til en kurveform med to tilstande, og den punkterede vandrette linie viser tærsklen for en sådan komparator. Det skal bemærkes, at der er en variation i positionerne langs tidsakseabscissen, ved hvilke kurveformerne krydser aksen.

Kurveformerne F og G viser det elektriske udgangssignal, der frembringes i de respektive situationer ved enten høj forstærkning eller lav forstærkning. I det førstnævnte tilfælde er det klart, at mørkeintervallet er mindre end 45% af den fuldstændige cyklus, og i det sidstnævnte tilfælde er det klart, at mørkeintervallet er større end 45% af den fuldstændige cyklus. Et korrekt signal, som udviser de ønskede varigheder, er vist i den nederste kurveform H.

Kredsløbet ifølge den foreliggende opfindelse er udformet og indrettet til at frembringe et signal med egenskaberne ved kurveformen H i fig. 2. Som forklaret ovenfor er det kendt, at udgangssignalet skal have et tidsforhold, som er den samme procent som tidsforholdet for de lyse og mørke mellemrum mellem midten af typefingrene, når de passerer lysstrålen. Hvis dette tidsforhold ikke er korrekt, indstiller det nedenfor beskrevne kredsløb automatisk over en tilbagekoblingsregulator lysniveauet fra en lysemitterende diode LED for at kompensere og tilvejebringe et udgangssignal af de ønskede proportioner. Som følge heraf vil kanten af skrivebæltefingeren blive affølt nøjagtigt ved sin korrekte position langs bevægelsesbanen.

Det i fig. 3 skematisk viste kredsløb indeholder et antal funktionsangivelser anbragt over den øverste del af figuren. Som antydet ved disse funktionsangivelser'indeholder enheden den lysemitterende diodedel, et bælte lo, vist punkteret for at angive dets position i lysbanen mellem den lysemitterende diode og en fototransistor Pi, idet det bærer i indbyrdes afstand beliggende typefingre 11,12, 13 osv., som bevæges i retning af pilen ved hjælp af bæltedrivorga-ner. 14 for at afbryde lysbanen. Fototransistoren Pi og støjfilterdelen R7, C2 reagerer i afhængighed af udgangssignalet fra den lysemitterende diode. En komparator tilføres signalet fra fototransistoren, og et udgangstrin frembringer de ønskede signaler. En del af udgangssignalet føres tilbage til et integratorkredsløb, som sammenligner dette udgangssignal med en referenceværdi og korrigerer driften af den lysemitterende diode for at sikre, at udgangssignalet har det korrekte tidsforhold.

Kredsløbet i fig. 3 er vist i generel form og skal beskrives således, at fagfolk kan forstå dets virkemåde fuldt ud. Som yderligere hjælp angives de følgende specifikke værdier for de forskellige 5

1477U

kredsløbskomponenter. Modstandene er i ohm og kondensatorerne i mikro-farad eller pikofarad som vist. Det skal forstås, at disse kredsløbsværdier kun er angivet for at lette forståelsen af opfindelsen. Hvert element er angivet med passende enheder ved siden af elementbetegnelserne.

RI - 221K R2 - 178K R3 - 100K

R4 - 1K R5 - 1K R6 - 33

R7 - 10K R8 - 100K R9 - 4.7M

RIO - 2.2K Ril - 5.6K Cl - l.Omf C2 - O.OOlmf C3 - l.Omf C4 - 1.5pf

Den lysemitterende diode LED, som findes i midten af kredsløbet, frembringer lys, som sendes ind mellem typefingrene ind i kontakt med fototransistoren Pi. Indgangssignalet til dette kredsløb frembringes således på fototransistoren PI, når lyset rammer den. Modstanden R7 og kondensatoren C2 danner et højfrekvensstøjfilter for indgangssignalet, når det føres til en spændingskomparator i form af en operationsforstærker 0A2. Hele kredsløbet bliver generelt strømforsynet mellem en 0 volt og +5 volts jævnspændingsforsyningsledning. Den eneste yderligere forsyningsspænding er den, der er vist for at strømforsyne operationsforstærkerne OAl og 0A2. Spændingen, som frembringes ved forbindelsespunktet mellem fototransistoren Pi og modstanden R7, føres til den ene indgang på komparatoren 0A2. Modstande R8 og R9 og en kondensator C3 frembringer referencen for komparatoren ved en spænding, som i det væsentlige er middelværdien af spændingen over R7. Denne forspændingsteknik tager hensyn til afledning i fototransistoren, til stationært omgivende lys, som reducerer fototransistorens afskæringsstrøm, og til manglende fuld mætning af fototransistoren under fuldt lys fra den lysemitterende diode LED.

Udgangsforstærkere findes i form af transistorer Q2 og Q3.

Disse transistorer drives i hurtig skiftende tilstand af udgangssignalet fra komparatoren 0A2, som over en modstand R1o er forbundet med basis i hver transistor. Disse transistorer er valgt således, at de har ekstremt lave kollektor-emittermætningsspændinger, når de er ledende. Udgangssignalet, som udtages mellem den fælles emitterforbindelse af transistorerne Q2 og Q3 og jord, er følgelig en firkantbølge, der svinger mellem 0 og +5 volt. Denne udgangsspænding har tydeligvis det nominelle tidsforhold af de lyse og mørke perioder af det typebærende bælte, som detekteres af fototransistoren gennem åbningerne til den 6 147744 lysemitterende diode LED.

Da det nominelle tidsforhold nødvendigvis vil være unøjagtigt, findes der en tilbagekoblingsforbindelse over en ledning 2o og en modstand R3 til den ene indgang af en integrerende operationsforstærker OAl. Integratorkredsløbet, som omfatter operationsforstærkeren OAl, en kondensator Cl og modstanden R3, tjener til at danne middelværdien af udgangssignalet og sammenligne tidsmiddelværdien med en referencespænding fra en spændingsdeler dannet af modstande RI og R2, som er indkoblet mellem forsyningsledningerne. Spændingsdeleren er indrettet til at frembringe en udgangsspænding, som er 45% af +5 volt. Denne værdi er valgt på grund af 45% tidsforholdet for det ønskede udgangssignal fra transistorerne Q2 og Q3.

I tilfælde af en uoverensstemmelse mellem referencespændingen fra forbindelsespunktet mellem modstandene Ri og R2 og middelspændingen fra udgangstransistorerne Q2,Q3 forstærkes fejlværdien af operationsforstærkeren OAl og føres over en diode CR2 til basis i en transistor Ql. Transistoren Q1 er direkte indkoblet i forspændingskredsløbet for den lysemitterende diode. Denne forspænding tilvejebringes over dioden CR2, en modstand R4, transistoren Ql og en modstand R6. Fejlsignalet, som frembringes på udgangen af operationsforstærkeren OAl, er således i stand til at fremtvinge det korrekte tidsforhold på udgangen af transistorerne Q2, Q3.

Selv om det ikke er nødvendigt, kan man også indrette kredsløbet således, at det sættes ud af funktion i tilfælde af, at bælte-drivmotoren ikke arbejder. En særlig måde at gøre dette på er vist ved indføjelsen af logiske ELLER-porte Gi og G2.

Indgangssignalet, som er betegnet MTR, kan tilvejebringes i en logisk 1-tilstand, når bæltedrivorganerne, såsom en motor, ikke kører,og en logisk O-tilstand, når motoren kører. Når dette kriterium er tilvejebragt, vil det ses, at når motoren ikke kører, tillader indgangssignalet MTR over ELLER-porten GI reduktionen af strømmen til den lysemitterende diode LED for derved at forøge dennes nyttige levetid. Den logiske ELLER-port G2 forhindrer, at uønskede signaler fra det fotoelektriske kredsløb påvirker efterfølgende udstyr under tomgangsperioder. Endvidere tjener den logiske port G2 som en buffer til at adskille de logiske belastninger fra udgangen af transistorerne Q2,Q3.

Når motoren først er startet, er udgangssignalet fra operationsforstærkeren OAl ved den nederste grænse, som tillades af dioden CRl. Af denne grund vil strømkilden, som dannes af transistoren Ql og modstanden R6, indkoble den lysemitterende diode LED. Når motoren 147744 7 bringer typefingerbæltet op i hastighed, og når den integrerende operationsforstærker OA1 begynder at tvinge det fotoelektriske system ind i regulering, moduleres denne strømkilde til et lavere strømniveau over dioden CR2, som afbøjer drivstrømmen fra modstanden R4 ud af transistoren Q1. Dioden CR3 beskytter mod den omvendte basis-emitter-spænding på transistoren Ql og holder også udgangsspændingen på operationsforstærkeren OAl fra at gå for langt ud af sit område og derfor fra at kræve en ekstremt lang restitutionstid. Normalt vil afskæringstilstanden aldrig optræde, med mindre et ekstremt stærkt ydre omgivende lys ophakkes af skrivebæltet og også træder ind i åbningen og skinner på fototransistoren. Denne mulighed kan reduceres meget væsentligt ved den fysiske udformning af enheden af den lysemitterende diode og· fototransistoren.

Adskillige særlige træk skal bemærkes ved gennemgangen af virkemåden af dette kredsløb. For det første tjener modstanden Ril til at udligne belastningen på transistorerne Q2 og Q3. Denne modstand bevirker, at emitterstrømmen og dermed kollektor-emitterspæn-dingsfaldene i transistorerne bliver i det væsentlige ens. For det andet sikrer modstandsspændingsdeleren dannet af R8 og R9, at kompa-ratoren 0A2 har en positiv udgangsspænding, når motoren ikke kører, hvilket bevirker, at integratoren OAl går til sit minimumsudgangsniveau, så at den lysemitterende diode LED vil blive fuldstændigt indkoblet, når motoren startes. Dette sikrer, at reguleringssystemet vil starte korrekt.

For det tredie skal tidskonstanterne for OAl, Cl, R3 integratoren og for forspændingsfiltrene R8, R9, C3 vælges således, at de tillader den længste middeltid, som er forenelig med en passende indsvingningstid efter start af motoren. Der ønskes god middelværdidannelse over hele længden af et bælte, og der skal derfor regnes med integrering af tidsforholdet for alle fingre, samtidig med at den øjeblikkelige position af hver enkelt finger stadig afføles. For det fjerde er det som tidligere nævnt at forvente, at typiske skrivebælter vil indeholde et antal sæt af typebærende fingre, hvor hvert af disse sæt identificeres ved en finger med en strålingsspærrende udformning, der er væsentligt forskellig fra de øvrige fingre. F.eks. kan der findes flere brede eller opslidsede fingre til typesætidentificeringsformål. Dette er af mindre betydning, da deres størrelsesændring er lille, og da der kun vil være få på bæltet. Nettovirkningen af sådanne bredere fingre vil ændre det samlede bæltetidsforhold meget lidt sammenlignet med komponenttolerancer og med tilladelige posi-tionsaffølingsfejl. For det femte kræves kondensatoren C4 for opera- 147744 8 tionsforstærkeren 0A2 kun på grund af den anvendte forstærkertype. Endelig forøger modstanden R5 størrelsen af den logiske port Gi1s udgangssignal, så at transistoren Ql vil spærre mere fuldstændigt, når motoren ikke kører.

Claims (6)

9 147744 Patentkrav.

1. Lysfølsomt detekteringssystem, der er indrettet til at detektere tilstedeværelsen og fraværet af bevægelige elementer (11,12, 13. med kendte dimensioner og kendt indbyrdes afstand, når de passerer en forudbestemt position ved en given hastighed, omfattende en lyskilde (LED), lysfølsomme organer (P1), der er indrettet til i afhængighed af lyset fra kilden at frembringe et elektrisk udgangssignal, der har til- og fra-intervaller svarende til henholdsvis tilstedeværelsen og fraværet af lys, når elementerne passerer mellem lyskilden og de lysfølsomme organer, samt organer (OA2,Q2,Q3) til at frembringe et signal med konstant amplitude, når udgangssignalet fra de lysfølsomme organer (P1) overstiger et forudbestemt niveau, kendetegnet ved en kilde (R1,R2) for et referencesignal med en værdi, som repræsenterer det kendte forhold mellem dimensionen af elementerne (11,12, 13. og afstanden mellem dem, korrektionsorganer (0A1,C1,R3) til sampling og midling af udgangssignalet og sammenligning af det sample-de middelsignal med referencesignalet for at frembringe et fejlsignal, og organer (Q1), der er indrettet til i afhængighed af fejlsignalet at ændre lysstyrken fra kilden (LED).med den størrelse, som kræves for at frembringe et udgangssignal, der nøjagtigt repræsenterer de kendte dimensioner og den kendte indbyrdes afstand af elementerne.

2. Lysfølsomt detekteringssystem ifølge krav 1, kendetegnet ved, at elementerne er typefingre (11,12,13), der er ensartet fordelt langs omkredsen af et bælte (lo), og at bæltet er placeret således, at fingrene er indskudt mellem lyskilden (LED) og de lysfølsomme organer (PI).

3. Lysfølsomt detekteringssystem ifølge krav 1, kendetegnet ved, at lyskilden indbefatter en lysemitterende diode (LED), og at de lysfølsomme organer indbefatter en fototransistor (P1) .

4. Lysfølsomt detekteringssystem ifølge krav 1, kendetegnet ved, at en integrator (0A1,C1,R3) er indkoblet i signalvejen mellem de lysfølsomme organer og et strømstyrekredsløb, som styrer energitilførslen til lyskilden (LED).

5. Lysfølsomt detekteringssystem ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der findes organer (GI) til at reducere strømmen, som leveres til lyskilden (LED), når elementerne (11,12,13) ikke bevæger sig.

6. Lysfølsomt detekteringssystem ifølge krav 1, kendetegnet ved, at elementerne (11,12,13) drives af bevægeorganer (14), og at der findes en port (G2) i signaludgangskredsløbet, hvor