DE3118838A1 - Photoelektrische schalteinrichtung - Google Patents

Description

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Photoelektrische Schalteinrichtung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schalteinrichtung, und insbesondere eine photoelektrische Schalteinrichtung, die in verschiedenen Betriebsarten verwendbar ist.

Photoelektrische Schalteinrichtungen werden in großem Umfang verwendet, um die Betätigung von automatischen Türen oder dgl. zu steuern,, Bei den herkömmlichen, photoelektrischen Schalteinrichtungen wird ein modulierter Lichtstrahl verwendet, um eine Fehlfunktion aufgrund von Lichtstreusignalen zu vermeiden. In dem Empfängerteil der Einrichtung wird das modulierte Licht erfaßt, indem man ein Synchronisationssignal verwendet, welches von der Lichtquelle des Systems stammt. Durch eine solche synchronisierte Erfassung des Signales wird das zu erfassende Nutzsignal wahlweise ausgebildet, indem man Rauschsignale entfernt. Wenn der Lichtquellenteil und der Lichtempfangsteil unter einem größeren Abstand voneinander angeordnet sind und beide Einheiten von verschiedenen Stromquellen betrieben werden, ist es bei Jen herkömmlichen Einrichtungen schwie ig, das Synchronisationssignal von dem Lichtquellenteil zu dem Lichtempfängerteil zu übertragen. Daher wurden bei solchen Einrichtungen mit einem größeren Abstand zwischen dem Lichtquellenteil und dem Lichtempfängerteil ivn anstelle von Synchronisationssignalen Maßnahmen getroffen, daß die Impulssignale, die durch Erfassung des aufgenommenen 'achtes erhalten werden, während einer vorgegebenen Zeitdauer integriert werden. Das Ausgangssignal wird dann abgegeben, "wenn

das integrierte Signal ein bestimmtes Niveau erreicht. Bei einer solchen Anordnung besteht jedoch der Nachteil, daß es verhältnismäßig langsam anspricht, was auf der Verwendung der Integrationsschaltung beruht. Die Integrationsschaltung kann auch nicht Signal erkennen, wenn mehrere Rauschimpulse hintereinander angegeben werden.

Eine Verbesserung zur Überwindung der Mängel der herkömmlichen Einrichtungen wurde bereits vorgeschlagen. Eine solche Einrichtung ist in Fig. 1 gezeigt, wobei ein Lichtquellenteil A einen Oszillator 8, eine Lichtquellenschaltung 1 und eine Lichtquelle 101 aufweist. Ein Lichtempfängerteil B weist einen Lichtwandler 201, eine Lichtempfängerschaltung 2, einen Verstärker 9, einen Wellenformer 10, einen Rechteckwellengenerator 3, eine Integrationsschaltung 4 und einen Vergleicher 11 auf, wobei das Ausgangssignal des Vergleichers 11 an eine Ausgangsschaltung 5 gegeben wird. Der Rechteckwellengenerator 3 dient dazu, eine Rechteckwelle mit einer erheblichen Impulsbreite jedesmal dann zu erzeugen, wenn der Rechteckwellengenerator 3 durch einen Eingangsimpuls mit schmaler Impulsbreite getriggert wird, so daß die Zeitdauer verkürzt werden kann, die von der Integrationsschaltung benötigt wird, um ihr Ausgangssignal der Integration der Eingangsimpulso zu erzeugen. Diese Einrichtung hat jedoch immer noch den Nachteil, daß eine fehlerhafte Funktion dann auftritt, wenn hintereinander mehrere Rauschsignale eingegeben werden. Daher ist es immer noch erforderlich, den Empfängerteil durch Verwendung von Synchronisationssignalen zu betreiben.

Bisherige Einrichtungen kann man in drei Typen klassifizieren. Der erste Typ ist in Fig. 2(a) gezeigt, wobei in der Betriebsweise dieser Einrichtung der Lichtquellenteil A und der Lichtempfängerteil B getrennt voneinander und gegenüberliegend zueinander angeordnet sind, um ein Objekt M zwischen diesen Bauteilen zu erfassen. In diesem Fall wird der Licht-

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strahl durch das zu erfassende Objekt M unterbrochen. Der zweite Typ ist in Fig. 2(b) gezeigt, wobei in dieser Betriebsweise der Lichtquellenteil A und der Lichtempfängerteil B nahe beieinander angeordnet sind und ein Lichtreflektor D gegenüber diesen beiden Teilen angeordnet ist, um das Licht von dem Lichtquellenteil zu dem Lichtempfängerteil zu reflektieren. Der Lichtweg wird wiederum durch das zu erfassende Objekt M oder M' unterbrochen. Der dritte Typ ist in Fig. 2(c) gezeigt, wobei in dieser Betriebsweise der Lichtquellenteil Λ und der Lichtempfängerteil B nahe beieinander angeordnet und beide auf den Weg des zu erfassenden Objektes M gerichtet sind. In diesem Fall wird das Licht von dem zu erfassenden Objekt M selbst reflektiert.

Ein Vergleich der drei verschiedenen Arten von photoelektrischen Schalteinrichtungen ergibt folgendes. Im ersteren Fall ist der Lichtquellenteil A in einem separaten Gehäuse von dem Lichtempfängerteil B angeordnet, so daß die Erfassung des empfangenen Signales unsynchronisiert erfolgt, während bei den beiden letzten Einrichtungstypen der Lichtquellenteil A in dem selben Gehäuse wie der Lichtempfängerteil B angeordnet sind, so daß eine Synchronisation beim Erfassen der Signale möglich ist. Bei den in den Fig. 2(a) und 2(b) gezeigten Einrichtungen wird die Unterbrechung des Lichtstrahles erfaßt, um ein Ausgangssignal zu erzeugen. Bei dieser Betriebsart muß, um fehlerhafte Ausgangssignale bei der anfänglichen Übergangszeit unmittelbar nach dem Einschalten der Einrichtung .u verhindern, die Integrationsschaltung 4 in einer speziellen Weise betrieben werden, beispielsweise so, daß eine spezielle Schaltung vorgesehen wird, um den Zeitgeberkondensator in der Integrationsschaltung 4 während der Empfangsphase schnell aufzuladen. Im Gegensatz dazu wird bei der in Fig. 2(c) gezeigten Einrichtung die Lichtreflektion erfaßt, um ein Ausgangssignal zu erzeugen. Bei dieser Einrichtung muß, um fehlerha'te Ausgangssignale an der anfänglichen Übergangsperiode unmittelbar

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nach dem Einschalten der Einrichtung zu verhindern, die Integrationsschaltung 4 in der entgegengesetzten Weise betrieben werden, d.h., es muß eine spezielle Schaltung vorgesehen werden, um den Zeitgeberkondensator in der Integrationsschaltung 4 während der anfänglichen Ubergangsphase schnell zu entladen. Daher mußten die Einrichtungen vom Typ der in den Fig. 2(a), 2(b) und 2(c) gezeigten Art bisher getrennt hergestellt werden, obwohl sie nahezu dieselbe Schaltung aufweisen, weil unterschiedliche Spezialschaltungen in der Integrationsschaltung 4 erforderlich waren.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte photoelektrische Schalteinrichtung anzugeben, die bei jeder der drei oben erwähnten Betriebsarten stabil und zuverlässig umschaltet.

Dazu ist die erfindungsgemäße Einrichtung in der in Anspruch 1 angegebenen Weise gekennzeichnet, während die Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung charakterisieren.

Die erfindungsgemäße Einrichtung schaltet zuverlässig selbst dann, wenn sie in der in Fig. 2(a) gezeigten Art verwendet wird, wobei kein Synchronisationssignal von dem Lichtempfängerteil B von dem Lichtquellenteil A empfangen wird, während das Licht von dem zu erfassenden Objekt M unterbrochen ist. Daher hat die erfindungsgemäße Einrichtung eine große Kompatibilität bei verschiedenen Einsatzarten, und ist sehr nützlich.

Von den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer herkömmlichen, photoelektrischen Schalteinrichtung;

Fig. 2(a) eine schematische Darstellung der Verwendung einer photoelektrischen Schalteinrichtung, bei der die Lichtquelle und der Lichtempfänger getrennt voneinan-

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der angeordnet sind;

Fig., 2(b) eine schematische Darstellung der Verwendung der photoelektrischen Schalteinrichtung, wobei die Lichtquelle und der Lichtempfänger beieinander angeordnet sind und der Lichtstrahl wie bei einer Lichtschranke durch ein zu erfassendes Objekt unterbrochen wird;

Fig. 2(c) eine schomatische Darstellung der Verwendung der photoelektrischen Schalteinrichtung,wobei Lichtquelle und Lichtempfänger beieinander angeordnet sind und der Lichtstrahl durch das zu erfassende Objekt reflektiert wird;

Fig, 3 ein Blockdiagrainm einer photoelektrischen Schalteinrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 4 ein Schaltungsdiagrairan der Einrichtung von Fig. 3;

Fig„ 5 ein Diagramm der Wellenformen in ihrem zeitlichen Ablauf „ die in den verschiedenen Teilen der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Schaltung auftreten;

Fig. 6 ein Beispiel für ein Schaltungsdlagramm der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Steuerschaltung;

Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel für den in den Fig. 3 und 4 gezeigten, eingebauten Oszillator; und

Fig, 8 ein Diagramm der Wellenformen in ihrem zeitlich*" ι Ablauf in verschiedenen Teilen der in Fig. 7 gezeigten Schaltung.

Die photoelektrische Schalteinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, weist einen Lichtempfängerteil B, einen eingebauten Lichtquellenteil A, einen Hilfsteil C und wahlweise einen separate^ Lichtquellenteil A' auf.

Der Lichtempfängerteil B weist eine Lichtempfängerschaltung 2, die die Wechselstromkomponente des elektrischen Signales herausnimmt, welches durch Umwandlung des auf einen Lichtdetektor 201 auftreffenden Lichtsignales entsteht, und eine Signalverarbeitungsschaltung E auf, um das Ausgangssignal der Lichtempfängerschaltung 2 zu verarbeiten. Die Signalverarbeitungsschaltung E weist einen Verstärker 9, einen Wellenformer 10, ein D-Flip-Flop 300, eine Integrationsschaltung 4 und einen Vergleicher 11 in Reihenschaltung auf. Der Vergleicher 11 gibt sein Ausgangssignal an eine Ausgangsschaltung 5 ab. Der eingebaute Lichtquellenteil A weist einen eingebauten Oszillator 8 und eine erste Lichtquellenschaltung 1 auf, deren Ausgangssignal auf eine erste Lichtquelle 101 gegeben wird. Der separate Lichtquellenteil A¹ weist einen separaten oder zweiten Oszillator 8' und eine zweite Lichtquellenschaltung 1¹ auf, deren Ausgangssignal auf eine Lichtquelle 101' gegeben wird. Der Hilfsteil C weist eine Steuerschaltung 13, einen Spannungsdetektor 14, eine schnell aufladbare Lade/Entlade-Schaltung und einen umschaltbaren Inverter 12 auf. Der Ausgang des Vergleichers 11 gelangt durch eine Ausgangsschaltung 5 zu einem Ausgangsanschluß 51.

Die in Fig. 3 gezeigte Einrichtung kann in jeder der drei Benutzungsformen, die in den Fig. 2(a) bis 2(c) gezeigt sind, verwendet werden. Für die Verwendungsform, die in Fig. 2(a) gezeigt ist, werden die erste Lichtquellenschaltung 1 und die erste Lichtquelle 101 aus dem eingebauten Lichtquellenteil A in den separaten Lichtquellenteil A' eingebracht. Für die zweite und die dritte Benutzungsart, die in den Fig. 2(b) bzw. 2(c) gezeigt sind, werden die erste Lichtquellenschaltung 1 und die erste Lichtquelle 101 in dem eingebauten Lichtquellenteil A benutzt. Die verschiedenen Betriebsweisen der Schaltung werden durch die Art der Eingangssignale ausgewählt, die an die Steuerschaltung 13 angelegt werden.

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Die Lichtempfängerschaltung 2 in dem Lichtempfängerteil B ist ein Wechselstromverstärker, der die Wechselstromkomponente des Signales von dem Photodetektor 201 verstärkt und an den Verstärker 9 weitergibt. Ein Wellenformer 10 empfängt das Ausgangssignal des Verstärkers 9 und gibt die an seinem Ausgang anstehende Rechteckwelle an ein D-Flip-Flop 300 ab. Das D-Flip-Flop 300 empfängt auch Triggersignale von dom eingebauten Oszillator 8 an seinem Taktimpulseingang ck durch den umschaltbaren Inverter 12, der wahlweise umschaltbar ist, um das Oszillator-Ausgangssignale nicht-invertiert oder invertiert weiterzugeben, je nach dem Eingangs-Steuersignal, das von der Steuerschaltung 13 abgegeben wird. Das D-Flip-Flop 300 ist ein Flip-Flop, welches durch Impulsflanken geschaltet wird und Ausgangssignale abgibt

(a) bei einer abfallenden Flanke des Taktimpulses, wenn der Lichtdetektor das Licht von dem eingebauten Lichtquellenteil A empfängt oder

(b) bei jeder ansteigenden Flanke des Taktimpulses, wenn der Lichtdetektor das Licht von dem separaten Lichtempfängerteil A' empfängt. Die Integrationsschaltung 4 ist ein Tiefpaßfilter mit einer sehr langen Zeitkonstanten und integriert im wesentlichen das Signal von dem D-Flip-Flop 300 und gibt ein Ausgangssignal an den Vergleicher Der Vergleicher 11 gibt ein Ausgangssignal ab, wenn die integrierte Ausgangsspannung der Integrationsschaltung 4 ein vorgegebenes Niveau erreicht.

Zwischen dem eingebauten Lichtquellenteil A gibt der Oszillator 8 Ausgangssignale an die erste Lichtquellenschaltung 1 zusätzlich zu den Taktsignalen an dem Eingang ck des D-Flip-Flops 300 ab, so daß das von der Lichtquelle 101 abgestrahlte Licht durch die Frequenz des Oszillatorsignales d_-s Oszillators 8 moduliert ist. Die erste Lichtquellenschaltung 1 ist lösbar angeordnet, und, wenn die Einrichtung in der ersten Betriebsweise (Fig. 2(a)) benutzt wird, wird die erste Licht-

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quellenschaltung in den separaten Lichtquellenteil A' umgesteckt, so daß sie dort als Lichtquellenschaltung 1' mit der Lichtquelle 101' verwendet werden kann.

Der separate Lichtquellenteil A¹ und der separate Oszillator 8' sind so ausgeführt, daß ihre Schwingungsfrequenz etwas (beispielsweise 3 bis 20%) höher als die Schwingungsfrequenz des eingebauten Oszillators 8 ist. Durch diese Auswahl des Verhältnisses zwischen den Schwingungsfrequenzen wird, wenn der separate Oszillator 8¹ verwendet wird, durch die Synchronisationsschleife syc von dem Wellenformer 10 zu dem eingebauten Oszillator 8 die Frequenz auf die des separaten Oszillators 8' synchronisiert, so daß eine unerwünschte Störung durch Stör-Lichtsignale eliminiert wird.

Fig. 4 zeigt im einzelnen den Aufbau des Oszillators 8, des umschaltbaren Inverters 12, der Lade/Entlade-Schaltung 15 und des Spannungsdetektors 14. Fig. 5 ist eine Darstellung des zeitlichen Ablaufes der Wellenformen in verschiedenen Teilen der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Schaltungen.

Der eingebaute Oszillator 8 weist einen Funktionsverstärker 16 und Oszillator-Transistoren Qg und Qq als Oszillatorelemente, einen Schalttransistor Tr.., um die Zeitkonstante des Oszillators 8 zu ändern, und einen Schalttransistor Tr_ auf, um den Transistor Tr₁ durch das Signal der Steuerschaltung 13 auszuschalten (der Transistor Tr₁ wird in dem ausgeschalteten Zustand gehalten). Der umschaltbare Inverter 12 weist Transistoren Tr₃-Tr₆, Tr₄-Tr₇ und Tr₅ auf. Die Basisanschlüsse der Transistoren Tr, und Tr_ erhalten das Steuersignal von der Steuerschaltung 13. Das Ausgangssignal des Inverters 12 wird von den Kollektoranschlüssen abgenommen und an den Takteingangsanschluß ck des D-Flip-Flops 300 gegeben.

Wenn der photoelektrische Wandler 201 kein Signal von dem

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separaten Lichtquellenteil A¹ erhält, gibt der Niveaudetektor 10 keinen Ausgangsimpuls ab, wie auf der rechten Hälfte der Wellenform (2) in Fig. 5 zu ersehen ist. In diesem Fall steht an dem oberen Ende des Kondensators C in dem Oszillator 8 eine Spannung an, deren Verlauf eine einfache Lade-Entladekurve ist, die auf dem rechten Teil der Wellenform (3) gezeigt ist. Die Wellenformen der Ausgangsintpulse des Oszillators 8 sind bei (4) gezeigt, während die Ausgangssignale des Inverters und des D-Flip-Flops 300 auf dem rechten Teil der Wellenformen (5) und (6) gezeigt, sind. In diesem Fall wird die Schwingungsfrequenz des eingebauten Oszillators 8 nicht auf die Frequenz des separaten Oszillators 8' gezogen, und der Oszillator 8 schwingt mit seiner eigenen Frequenz mit beispielsweise 2 kHz.

Wenn der photoelektrische Wandler 201 ein Lichtsignal von dem separaten Lichtquellenteil A¹ erhält, gibt der Niveaudetektor 10 Ausgangsimpulse ab, die die Frequenz des separaten Oszillators 8", beispielsweise 2,8 kHz, haben, wie in linken Teil der Wellenform (2) von Fig. 5 gezeigt ist. In diesem Fall wird der Transistor Tr₁ durch das Impulssignal von dem Niveaudetektor 10 eingeschaltet. Daher ist während der Einschaltzeitdauer eine Reihenschaltung des Innenwiderstandes des Transistors Tr. und des Widerstandes R₁ parallel zu dem Ladewiderstand R„ geschaltet, so daß die Ladezeitkonstante erheblich reduziert wird. Folglich erhält die Spannung an dem oberen Ende des Kondensators C die bei (3) auf der lirxen Hälfte von Fig. 5 gezeigte Wellenform. Durch diese Änaerung der Wellenform der Spannung an dem Kondensator C gegenüber der Wellenform in dem Zustand, bei dem kein Licht im Signal M vorhanden ist und der auf der rechten Hälfte von Fig. 5 dargestellt ist,, wird die Schwingungsfrequenz des Oszillators 8 zwangsweise auf die Schwingungsfrequenz (beispielsweise 2,8 kHz) des Oszillators 8' gebracht. Auch die Vord rflanke oder die Anstiegszeit der Ausgangsimpulse des Oszillators 8

verschieben sich in ihrer Phase etwas nach vorne während der Zeit, in der das Lichtsignal empfangen wird. Folglich ist das Ausgangssignal des D-Flip-Flops 300, das dabei so ausgewählt ist, daß es bei der abfallenden Flanke getriggert wird, ein Ausgangssignal auf dem hohen Niveau, wie durch die Wellenform (b) auf der linken Seite von Fig. 5 gezeigt ist. Um diese Arbeitsweise zu erhalten, die im Zusammenhang mit Fig. 4 beschrieben wurde, ist es erforderlich, daß die Schwingungsfrequenz des eingebauten Oszillators 8 etwas tiefer als die des separaten Oszillators 8" ist, da die zwangszweise Einstellung der Schwingungsfrequenz des eingebauten Oszillators 8 auf die Schwingungsfrequenz des separaten Oszillators 8' es erfordert, daß die genannte Beziehung zwischen den Frequenzen besteht, d.h. daß der Oszillator, der zwangsweise angebunden wird, eine etwas geringere Frequenz hat. Experimente zeigen, daß die Unterschiede in den Frequenzen vorzugsweise zwischen 3 bis 20% liegen. Wenn die Frequenzdifferenz weniger als 3% beträgt, kann das Zusammenwirken der Oszillatoren aufgrund von Änderungen in den Arbeitsspannungen oder den Arbeitstemperaturen in das Gegenteil umschlagen. Bei Frequenzdifferenzen von mehr als 20% ist es schwierig, die Frequenzmitnahme stabil zu halten.

Der Transistor Tr₂ ist mit seinem Kollektor an eine Diode D angeschlossen und durch die Diode D mit der Basis des Schalttransistors Tr.. verbunden. Die Basis < mit der Steuerschaltung 13 verbunden.

transistors Tr.. verbunden. Die Basis des Transistors Tr^ ist

Wenn ein Signal mit hohem Niveau von der Steuerschaltung 13 auf die Basis des Transistors Tr₂ gegeben wird, wird der Transistor Tr. im ausgeschalteten Zustand gehalten, so daß die Frequenzmitnahme durch das Ausgangssignal des Niveaudetektors nicht erfolgt. Gleichzeitig wird der umschaltbare Inverter 12 durch Empfang eines auf einem hohen Niveau befindlichen Ausgangssignales von der Steuerschaltung 13 auf die

nicht-invertierende Betriebsweise geschaltet, so daß das Ausgangssignal des Oszillators 8 an den Taktimpulseingang ck ohne Inversion weitergegeben wird.

Die Spannungsdetektorschaltung 14 (Fig. 4) weist eine Konstantspannungsdiode (Zener-Diode) ZD und einen Transistor Tr₁₁ auf und erzeugt ein Ausgangssignal, wenn die Spannung V der

Cw

Stromquelle eine vorgegebene, stabile Spannung erreicht. Das Ausgangssignal der Konstantspannungsschaltung 14 wird an die Ausgangsschaltung 5 weitergegeben, die als Torschaltung ausgebildet ist und verhindert, daß das Ausgangssignal des Vergleichers 11 zu dem Ausgangsanschluß 51 weitergeleitet wird, so daß eine Fehlfunktion in der anfänglichen Phase beim Einschalten der Einrichtung eliminiert wird.

Die Lade/Entlade-Schaltung 15 dient wahlweise dazu, die Ladung des Kondensators in der Integrationsschaltung 4 schnell zu laden oder zu entladen. Die Schaltung 15 weist Transistoren Tr-J₂? ^Tri4f ^Tri6 ^{und Tr}15 ^{und eine} Diode D^ auf. Diese Schaltung erhält Steuersignale Q₁, Q- von der Steuerschaltung 13„ Wenn die Steuersignale Q₁, Q₁ auf einem hohen Niveau sind, arbeitet die Schaltung 15 im Sinne einer schnellen Aufladung. Wenn die Steuersignale Q₁, Q₁ auf einem niedrigen Niveau sind, arbeitet die Schaltung 15 im Sinne einer schnellen Entladung. Der erstere Fall ist für die Benutzungsart der Einrichtung vorgesehen, wie sie in Fig. 2(a) angedeutet ist, und der letztere Fall ist für die Benutzungsarten vorgesehen, de in den Fig. 2(b) und 2(c) gezeigt sind.

Die Steuerschaltung 13 dient zur Erzeugung von Steuersignalen, die an den umschaltbaren Inverter 12, den Oszillator 8 und die Lade/Entlade-Schaltung 15 abgegeben v/erden. Die Steuerschaltung 13 ist in der in Fig. 6 gezeigten Weise aufgebaut. Die Steuerschaltung weist drei Transistoren Tr₄₁, Tr₄₂ uil Tr₄₃ sowie mehrere Dioden und Widerstände auf. An den Kollektoren

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der Transistoren Tr₄₂ ^un^ Tr₄-, stehen die Steuersignale Q₁ und Q₁ für die Lade/Entlade-Schaltung 15 an. An dem Kollektor des Transistors Tr₄₁ steht das Steuersignal Q₂ für den Oszillator 8 und den Inverter 12 an. Die Ausgangssignale dieser Steuerschaltung werden je nach den drei Zuständen an dem Eingangsanschluß S geändert. Die Arbeitsweise der Schaltung von Fig. 6 wird nun für drei Fälle beschrieben:

(i) Wenn der Eingangsanschluß S auf einem hohen Niveau ist, werden beide Transistoren Tr₄₂ und Tr₄₃ eingeschaltet, und der Transistor Tr₄₁ wird abgeschaltet. Daher sind die Ausgangs-Steuersignale Q₁, Q₁, Q„ auf einem tiefen Niveau.

(ii) Wenn der Eingangsanschluß S offengelassen wird, werden beide Transistoren Tr₄₂ und Tr₄₃ eingeschaltet, so daß die Ausgangs-Steuersignale Q. , Q... auf ein niedriges Niveau gehen, und das Ausgangs-Steuersignal Q₂ auf ein hohes Niveau geht.

(iii) Wenn der Eingangsanschluß S auf ein tiefes Niveau gebracht wird, werden beide Transistoren Tr _ und Tr ausgeschaltet, so daß die Ausgangs-Steuersignale Q₁, Q₁ auf ein hohes Niveau gebracht werden. Des weiteren wird der Transistor Tr₄₁ eingeschaltet, so daß das Ausgangs-Steuersignal Qy auf ein hohes Niveau kommt.

In Bezug auf den Zustand an dem Eingangsanschluß S .ist die gesamte Arbeitsweise des Oszillators 8, des Inverters 12 und der Lade/Entlade-Schaltung 15 wie folgt:

(i) Wenn der Eingangsanschluß S auf ein hohes Niveau eingestellt ist, gilt:

Beide Steuersignale Q₁ und Q₂ gehen auf ein tiefes Niveau. Da das Ausgangs-Steuersignal Q₂ auf einem tiefen Niveau ist, wird der Oszillator 8 in die Betriebsweise geschaltet, bei der die Schwingungsfrequenz des separaten Oszilla-

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tors 8° mitgenommen wird, wobei der Oszillator 8 das Ausgangssignal des Wellenformers 10 empfängt. Der Inverter invertiert das Ausgangssignal des Oszillators 8 und gibt es an das D-Flip-Flop 300 als Taktimpuls weiter.

Da das Ausgangs-Steuersignal Q₁ auf einem tiefen Niveau ist, wirkt die Lade/Entlade-Schaltung 15 dahingehend, daß der Kondensator der Integrationsschaltung 4 im anfänglichen Stadium nach der Einschaltung der Stromquelle der Einrichtung schnell geladen wird, so daß die Einrichtung als photoelektrischer Schalter mit getrennter Anordnung von Lichtquellenteil und Lichtempfangsteil arbeiten kann»

(ii) Wenn der Eingangsanschluß S im offenen Zustand ist gilt: Wenn der Eingangsanschluß S offen ist, ist das Steuersignal Q„ auf einem tiefen Niveau, und das Steuersignal Q₂ auf einem hohen Niveau. Wenn das Steuersignal Q₁ auf einem tiefen Niveau ist, wird der Kondensator der Integrationsschaltung 12 im anfänglichen Stadium nach dem Einschalten der Stromquelle schnell aufgeladen.

Wenn das Steuersignal Q₂ auf einem hohen Niveau ist, wird der Oszillator 8 in die Betriebsweise umgeschaltet, bei der keine Mitnahme mit der Schwingungsfrequenz des separaten Oszillators 8' erfolgt, und die Einrichtung arbeitet SOp daß das eingegebene modulierte Signal durch die synchronisierte Detektorfunktion erfaßt wird, wobei die Frequenz des eingebauten Oszillators 8 verwendet wird. Wenn das Steuersignal Q₂ auf einem hohen Niveau ist, hört ferner der Inverter 12 mit der Inverterbetriebsweise auf und gibt das Schwingungssignal des Oszillators 8 ohne Inversion an das D-Flip-Flop 300 ab.

Folglich arbeitet die Einrichtung in der Betriebs 'eise, die in Fig. 2(b) gezeigt ist.

(iii) Wenn der Eingangsanschluß S auf ein tiefes Niveau eingestellt ist, gilt:

Beide Steuersignale Q₁ und Q₂ gehen auf ein hohes Niveau. Wenn das Steuersignal Q₁ auf einem hohen Niveau ist, bewirkt die Lade/Entlade-Schaltung 15, daß der Kondensator der Integrationsschaltung in dem anfänglichen Stadium nach dem Einschalten der Stromquelle schnell entladen wird, so daß die Einrichtung so eingestellt wird, daß sie in der in Fig. 2(c) gezeigten Betriebsweise arbeitet...

Wenn das Steuersignal Q2 auf einem hohen Niveau ist, werden der Oszillator 8 und der Inverter 12 so eingestellt, daß die synchronisierte Detektorbetriebsweise erreicht wird.

In diesem Fall arbeitet die Einrichtung daher in der in Fig. 2(c) gezeigten Betriebsweise.

Für die Lade/Entlade-Schaltung 15 gilt folgendes:

(a) Wenn das Steuersignal Q₁ auf einem tiefen Niveau ist, und wenn die Konstantspannungsschaltung 14 ein Signal auf einem hohen Niveau abgibt, wird der Kondensator in der Integrationsschaltung durch das auf einem hohen Niveau befindliche Signal über die Transistoren Tr₁₄ und Tr₁.·> schnell aufgeladen, da der Transistor Tr._r ausgeschaltet ist.

(b) Wenn das Steuersignal Q₁ auf einem hohen Niveau ist_r und wenn die Konstantspannungsschaltung 14 ein auf einem hohen Niveau befindliches Signal abgibt, wird die Ladung auf dem Kondensator in der Integrationsschaltung durch die Transistoren Tr₁ r und Tr₁,- schnell entladen, da der Transistor Tr., ausgeschaltet ist. Durch diese vorstehend beschriebene Arbeitsweise der Schaltungen 14, 15, 4 und 5 werden in der Ausgangsschaltung unerwünschte Ausgangssig-

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nale oder Fehlersignale unterdrückt, bis die von der Schaltung 14 festgestellte Spannung stabil wird.

Die Hauptteile der oben beschriebenen Schaltung werden als IC (integrierte Schaltung) hergestellt. Die IC weist Anschlüsse zum Anschließen des ersten Lichtquellenteils 1, der Lichtempfängerschaltung 2, der Ausgangsschaltung 5, der positiven und negativen Stromquellenanschlüsse_f des Steuersignal-Eingangsanschlusses S und zugehöriger Komponenten auf.

Fig. 7 zeigt ein anderes Beispiel für den eingebauten Oszillator 8, wobei ein Ausgangssignal an dem Wellenformer 10 dadurch erzeugt wird, daß der Zeitgeber-Kondensator C schnell entladen wird, wobei die Synchronisation dieses Oszillators 8 auf das Ausgangssignal des Wellenformers 10 durchgeführt wird. Fig. 8 zeigt die Wellenformen in verschiedenen Teilen der Schaltung von Fig. 7.

Wenn kein Licht-Eingangssignal vorhanden ist, hat die Spannung an dem oberen Ende des Zeitgeberkondensators C von Fig. 7 die in Fig. 8(a) gezeigte Wellenform, so daß als Ausgangssignal des Wellenformers 10 die in Fig. 8(b) gezeigte Wellenform erzeugt wird.

Wenn ein Licht-Eingangssignal vorhanden ist, bewirkt das in Fig. 8(c) gezeigte Ausgangssignal des Wellenformers 10 eine schnelle Entladung des Zeitgeberkondensators C von Fig. 7. Daher hat die Spannung an dem oberen Ende des Zeitgeberkondensators C die in Fig. 8(d) gezeigte Wellenform, so daß das Ausgangssignal des eingebauten Oszillators , d.h. das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 16, die in Fig. 8(e) gezeigte Wellenform erhält. In diesem Fall kann der umschaltbare Inverter identisch so ausgeführt sein, wie oben beschrieben wurde.

Da das D-Flip-Flop 300 so geschaltet ist, daß es eine Dateneingabe auf der Basis des Lichtsignales und Taktsignale auf der Basis der Schwingungen des eingebauten Oszillators 8 erhält, liest das D-Flip-Flop 300 bei der erfindungsgemäßen Einrichtung das Datensignal synchron mit der Schwingung des eingebauten Oszillators 8 ein, wobei die Frequenz dieser Schwingungen mit der des Eingangs-Lichtsignales mitgenommen wird- Selbst bei der Betriebsweise, die in Fig. 2(a) gezeigt ist, erhält das D-Flip-Flop 3OO die Taktimpulse von dem Oszillator 8_f so daß eine unerwünschte Störung durch Streulicht eliminiert wird.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist für alle drei Betriebsarten verwendbar, die in den Fig. 2(a), 2(b) und 2(c) gezeigt sind, indem man das Signal an dem Eingangsanschluß S entsprechend wählt. Des weiteren wird eine Fehlfunktion der Einrichtung im anfänglichen Stadium nach Einschalten der Stromquelle verhindert und zwar unabhängig von der Wahl einer der drei erwähnten Betriebsweisen. Dies wird durch die Lade/Entlade-Schaltung erreicht, die ebenfalls durch das Signal an dem Eingangsanschluß S gesteuert wird.

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Claims (7)

1. Ansprüche

   Κ/ Photoelektrische Schalteinrichtung,

   gekennzeichnet durch

   (a) einen eingebauten Lichtquellenteil (A) mit einem Oszillator (8) und einer abnehmbaren Lichtquellenschaltung (1), die durch das Ausgangssignal des Oszillators (8) betrieben ist, und mit einer abnehmbaren Lichtquelle (101), c .e bei Empfang des Signales von der Lichtquellenschaltung (1) Licht abstrahlt,

   Cb) einen Lichtempfängerteil (B) mit wenigstens einem photoelektrischen Wandler (201), um das darauf einfallende Lichtsignal in ein elektrisches Signal umzusetzen, und einem Signalverarbeitungsteil (E) , um das auf deiu umgesetzten, elektrischen Signal basierende Signal zu verarbe. ten,

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   (c) einen Hilfsteil (C) zur Steuerung der Betriebsweise des eingebauten Lichtquellenteils (A) und des Lichtempfängerteils (B), wobei

   (d) die Signalverarbeitungsschaltung ein D-Flip-Flop (300) aufweist, in das die Eingabedaten basierend auf den elektrischen Signalen dadurch eingegeben werden, daß die Ausgangssignale des Oszillators (8) über einen umschaltbaren Inverter (12) als Taktsignale an das D-Flip-Flop (300) gegeben werden.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch

   (e) einen separaten Lichtquellenteil (A') mit einem zweiten Oszillator (8'), einer abnehmbaren Lichtquellenschaltung (1") und einer abnehmbaren Lichtquelle (101'), um Licht abzugeben, wenn ein Signal von der Lichtquellenschaltung (1') empfangen wird, wobei die lösbare Lichtquellenschaltung und die lösbare Lichtquelle gleiche Bauteile sind, die alternativ entweder in dem eingebauten Lichtquellenteil oder dem separaten Lichtquellenteil anschließbar sind, wobei

   (f) der zweite Oszillator (8¹) in dem separaten Lichtquellenteil (A¹) eine etwas geringere Schwingungsfrequenz aufweist, und wobei

   (g) der erste Oszillator (8) in dem eingebauten Lichtquellenteil (A) ein Synchronisationssignal erhält, um seinen Betrieb mit dem umgesetzten elektrischen Signal zu synchronisieren.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsteil (C) einen umschaltbaren Inverter (12) aufweist, der wahlweise die Polarität der Taktimpulse, die auf das D-Flip-Flop (300) gegeben werden, umschaltet, so daß die zeitliche Abfolge des Einlesevorgangs durch das D-Flip-Flop (300) umgeschaltet wird, wobei ein Ausgang abgebeben wird,

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   entweder

   (i) bei jedem Abfall des Taktimpulses, wenn der Lichtempfangswandler das von dem eingebauten Lichtquellenteil (A) abgegebene Licht empfängt, oder

   (ii) bei jeder Anstiegsflanke des Taktimpulses, wenn der Lichtempfangswandler das Licht von dem separaten Lichtquellenteil (A¹) empfängt.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptteile der Schaltung als IC-Bauteile ausgebildet sind.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsteil (C) eine Steuerschaltung (13) mit einem Steuersignalanschluß aufweist, um die Betriebsweise der IC-Bauteile durch Abgabe eines Wählsignales an dem Steuersignalanschluß umzuschalten.
6. 6 „ Einrichtung nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch:

   (h) eine Spannungsdetektorschaltung (14), die feststellt, ob die Spannung einer Gleichstromquelle zur Versorgung der elektrischen Schaltung von wenigstens dem Lichtempfängerteil von einem anfänglichen Ubergangszustand nach dem Einschalten der Stromquelle in einen stationären Zustand übergegangen ist,

   (i) eine Torschaltung (5), um die Abgabe des Ausgangssiglales des Signalverarbeitungsteiles (E) an den Ausgangsan^ chluß (51) in Abhängigkeit von dem Ausgang der Spannungsdetektorschaltung (14) zu steuern, wobei die Steuerung derart vorgenommen wird, daß die Abgabe des Ausgangssignales gesperrt wird, bis der stationäre Zustand eingetreten ist„

   (j) eine Integrationsschaltung (4) mit einem Zeitgeberkondensator , um das Ausgangssignal der Signalverarbeiturgsschaltung zu integrieren, und durch

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   (k) eine Lade/Entlade-Schaltung (15), um den Zeitgeberkondensator der Integrationsschaltung (4) während der Periode des Übergangszustandes schnell zu laden oder schnell zu entladen.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lade/Entlade-Schaltung (15) in ihrer Betriebsart durch ein Steuersignal des Hilfsteiles (C) umgeschaltet wird, so daß sie folgende Betriebsarten annimmt:

   (i) für die Anwendung der Einrichtung mit getrennter Anordnung von Lichtquelle und Lichtempfänger (Fig. 2a) und für die Anwendung der Einrichtung mit kombiniert angeordneter Lichtquelle und Lichtempfänger und Reflektor (Fig. 2b) wird eine schnelle Ladung durch die Lade/Entlade-Schaltung durchgeführt, und

   (ii) bei der Verwendung der Einrichtung mit kombinierter Anordnung der Lichtquelle und des Lichtempfängers und Reflexion des zu erfassenden Objektes (Fig. 2c) führt die Lade/Entlade-Schaltung (15) eine schnelle Entladung durch.

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