DE68901868T2

DE68901868T2 - Photoelektrisches schaltgeraet vom reflektionstyp.

Info

Publication number: DE68901868T2
Application number: DE8989102523T
Authority: DE
Inventors: Arata C O Omron Tatei Nakamura
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1988-02-15
Filing date: 1989-02-14
Publication date: 1993-01-14
Anticipated expiration: 2009-02-15
Also published as: ES2034421T3; ATE77703T1; JPH01122632U; EP0329083B1; JPH062348Y2; EP0329083A3; DE68901868D1; US5008529A; EP0329083A2

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine photoelektrische Schaltvorrichtung des Reflexionstyps mit einer photoelektrischen Schalteinheit, die einen Lichteinstrahlabschnitt und einen lichtempfindlichen Abschnitt und einen Retroreflektor, der in einem vorbestimmten Abstand von der photoelektrischen Schalteinheit entfernt ist, aufweist, wobei die photoelektrische Schalteinheit und der Retroreflektor so angeordnet sind, daß ein Einstrahllicht vom Lichteinstrahlabschnitt auf den Retroreflektor eingestrahlt wird und das vom Retroreflektor reflektierte Licht vom lichtempfindlichen Abschnitt nachgewiesen wird.

Zum Stand der Technik:

Bei der oben beschriebenen photoelektrischen Schaltvorrichtung des Reflexionstyps wird, da sich die Menge des reflektierten Lichtes, welches durch den lichtempfindlichen Abschnitt nachgewiesen wird, verändert, wenn ein Gegenstand den Bereich zwischen der photoelektrischen Schalteinheit und dem Retroreflektor passiert, der Gegenstand auf der Grundlage einer solchen Veränderung nachgewiesen. Hat jedoch der Gegenstand eine spiegelnde Oberfläche (metallisch glänzende Oberfläche oder ähnliches), wird fast das gesamte Einstrahllicht vom Gegenstand reflektiert, und die Reflexion ist die Reflexion einer Spiegeloberfläche, bei der ein Einfallswinkel und ein Reflexionswinkel gleich sind. Daher wird fast das gesamte reflektierte Licht durch den photoempfindlichen Abschnitt in Abhängigkeit von der Position des Gegenstandes (Entfernung vom Gegenstand zur photoelektrischen Schalteinheit) nachgewiesen oder nicht nachgewiesen, so daß die Zuverlässigkeit gering ist.
Um einen solchen Nachteil zu überwinden, ist, wie in der JP-A-59-119628 gezeigt, eine photoelektrische Schaltvorrichtung des Retroreflexionstyps vorgeschlagen worden, bei dem das Licht zweier verschiedener Wellenlängenbänder, z.B. rotes Licht und infrarotes Licht, auf einen Retroreflektor gestrahlt wird, indem zwei Lichteinstrahlvorrichtungen verwendet werden, wobei der Retroreflektor so konstruiert ist, daß er nur das infrarote Licht reflektiert und andere, nicht infrarote Wellenlängenbänder absorbiert, wobei dann durch einen Vergleich der Pegel der Lichtnachweissignale der beiden Arten von Licht der Retroreflektor und das Objekt unterschieden werden.
Eine solche photoelektrische Schaltvorrichtung des Retroreflexionstyps hat jedoch den Nachteil, daß ein Gegenstand, der eine Druckfarbe wie blau, violett oder ähnliches aufweist, gegenüber dem Retroreflektor nicht unterschieden werden kann. Das heißt, wie in Fig. 6 dargestellt, daß ein Gegenstand blauer, violetter oder ähnlicher Farbe das rote Licht absorbiert und das Infrarotlicht mit einer langen Wellenlänge reflektiert und dieselbe Spektralcharakteristik wie der Retroreflektor aufweist. Daher hat man den Nachteil, daß der entfernt angeordnete Retroreflektor und der nahe blaue Gegenstand nicht unterschieden werden können, und der Gegenstand nicht nachgewiesen werden kann.
Andererseits hat die beschriebene photoelektrische Schaltvorrichtung den Nachteil, daß zwei Lichteinstrahlabschnitte nötig sind, wodurch die Anzahl der Teile des optischen Systems zunimmt. Da ferner die optischen Achsen der zwei Lichteinstrahlabschnitte etwas auseinanderliegen, tritt die Schwierigkeit auf, daß wenn der nachzuweisende Gegenstand nur den Lichtstrahl auf einer der beiden optischen Achsen ausblendet, die Gefahr besteht, daß ein Nachweissignal fälschlicherweise ausgegeben wird.

Zusammenfassung der Erfindung:

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine photoelektrische Schaltvorrichtung des Reflexionstyps zur Verfügung zu stellen, bei der selbst wenn der Gegenstand eine Spiegeloberfläche oder selbst wenn die Oberfläche des Gegenstandes irgendeine Farbe hat, alle Gegenstände, die das Licht unterbrechen, mit Sicherheit festgestellt werden können, und die ein verhältnismäßig einfaches optisches System aufweist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine photoelektrische Schaltvorrichtung des Reflexionstyps zur Verfügung zu stellen, bei der selbst wenn ein Gegenstand in einer Position auftritt, die nah oder fern von einem Lichteinstrahlabschnitt oder einem lichtempfindlichen Abschnitt ist, er mit Genauigkeit nachgewiesen werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine photoelektrische Schaltvorrichtung des Reflexionstyps mit Lichteinstrahlmitteln zum Einstrahlen von rotem und infrarotem Licht, einem an einer von den Lichteinstrahlmitteln entfernten Stelle angeordneten Retroreflektor zum Reflektieren des roten und Absorbieren des infraroten Lichts, lichtempfindlichen Mitteln zum individuellen Nachweisen des roten Lichts und des infraroten Lichts, welches an dem Retroreflektor oder einem nachzuweisenden Gegenstand reflektiert wird, und zum Ausgeben von zwei Lichtnachweeissignalen, die dem roten und dem infraroten Licht entsprechen, Addiermitteln zum Addieren der beiden Lichtnachweissignale, ersten Vergleichsmitteln zum Vergleichen der Größe eines durch die Addiermittel addierten Signals mit einem ersten Schwellenwert, Rechenoperationsmitteln zum Erzeugen eines Signals, welches sich auf die Differenz zwischen den beiden Lichtnachweissignalen bezieht, zweiten Vergleichsmitteln zum Vergleichen der Größe eines Ausgangssignals der Rechenoperationsmittel mit einem zweiten Schwellenwert, und einer Logikschaltung zum Erhalten einer bestimmten Logik von Ausgaben der ersten und zweiten Vergleichsmittel und zum Ausgeben der ersten und zweiten Vergleichsmittel und zum Ausgeben eines Gegenstandsnachweissignals nach Maßgabe des Ergebnisses der Logik zur Verfügung gestellt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden das rote Licht und das infrarote Licht von den Lichteinstrahlmitteln emittiert und dem Retroreflektor über dieselbe optische Achse zugeführt. Der Retroreflektor absorbiert das infrarote Licht und reflektiert das rote Licht. Das reflektierte Licht wird den lichtempfindlichen Mitteln zugeführt, die Empfindlichkeiten aufweisen, die den Lichtarten entsprechen, welche Wellenlängen des infraroten Lichtes und des roten Lichtes aufweisen, und welche jeweils infrarotes Licht und rotes Licht nachweisen. Durch Vergleich von Lichtnachweissignalen mit einem vorbestimmten Schwellenwert wird ein Objekt, welches den optischen Weg zwischen dem Retroreflektor und dem photoelektrischen Schalter passiert, nachgewiesen. Da die Pegel der zwei Lichtnachweissignale im Falle eines normalen Reflexionsgegenstandes niedrig sind, wird die Anwesenheit des Gegenstandes durch die ersten Vergleichsmittel nachgewiesen. Im Falle eines Gegenstandes mit einer Spiegeloberfläche oder eines weißen oder blauen Gegenstandes erhält man eine Differenz zwischen den beiden Lichtnachweissignalen, wobei durch einen Vergleich dieser Differenz mit einem zweiten Schwellenwert ein Gegenstandnachweissignal von den zweiten Vergleichsmitteln abgeleitet wird. Die Anwesenheit oder Abwesenheit sämtlicher Gegenstände wird durch die logischen Rechenoperationen unterschieden.
Wie oben erwähnt hat man erfindungsgemäß den Vorteil, da ein Retroreflektor, der das infrarote Licht absorbiert und das rote Licht reflektiert, verwendet wird, daß alle Gegenstände einschließlich blauer und violetter Gegenstände mit Sicherheit nachgewiesen werden können. Andererseits ist, da die Lichtarten mit verschiedenen Wellenlängen von einer Lichteinstrahlvorrichtung emittiert werden, der Aufbau des optischen Systems stark vereinfacht, und die gesamte photoelektrische Schaltvorrichtung kann verkleinert werden. Ferner kann, da die optischen Achsen der Lichteinstrahlung des roten und des infraroten Lichtes, das von der photoelektrischen Schaltvorrichtung eingestrahlt wird, nicht getrennt sind, ein fälschlicher Nachweis eines Gegenstandes, der dadurch verursacht ist, daß entweder die eine oder die andere der optischen Achsen ausgeblendet ist, vermieden werden.
Da ferner die Lichtnachweissignale durch einen logarithmischen Verstärker verstärkt werden oder die Intensitäten des eingestrahlten Lichts nach Maßgabe der Pegel der Lichtnachweissignale gesteuert werden, ist der Ausgabe des Verstärkers nicht gesättigt.
Selbst wenn ein Gegenstand in irgendeiner der nahen oder fernen Positionen auftritt, können Lichtnachweissignale korrekten Pegels erhalten werden, und der Gegenstand kann immer mit Genauigkeit nachgewiesen werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:

Fig. 1 ist ein Diagramm, welches den Aufbau eines optischen Systems einer photoelektrischen Schaltvorrichtung des Reflexionstyps gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2a zeigt einen Aufbau einer Leuchtdiode eines Mehrfarbenemissionstyps, die als Lichteinstrahlvorrichtung verwendet wird;
Fig. 2b ist ein Graph, der ein Lichtemissionsspektrum zeigt, das für die Diode der Figur 2a charakteristisch ist;
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, die ein Spektrum zeigt, das charakteristisch für das Reflexionsvermögen eines Retroreflektors ist;
Fig. 4a zeigt den Aufbau einer lichtempfindlichen Vorrichtung;
Fig. 4b ist ein Ersatzschaltbild der Vorrichtung aus Fig. 4a;
Fig. 4c ist eine graphische Darstellung, die ein Spektrum zeigt, welches charakteristisch für die Empfindlichkeit der Vorrichtung der Fig. 4a ist;
Fig. 5 ist ein Blockschaltbild, welches eine elektrische Anordnung der photoelektrischen Schaltvorrichtung der Ausführungsform zeigt;
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung, die ein Spektrum zeigt, welches charakteristisch für das Reflexionsvermögen eines Objekts mit der jeweiligen Farbe ist;
Fig. 7a zeigt einen weiteren Aufbau einer lichtempfindlichen Vorrichtung;
Fig. 7b ist ein Ersatzschaltbild der Fig. 7a;
Fig. 7c ist eine graphische Darstellung, die ein Spektrum zeigt, das charakteristisch für die Empfindlichkeit der Vorrichtung aus Fig. 7a ist;
Fig. 8 ist ein Blockschaltbild, welches eine elektrische Anordnung einer photoelektrischen Schaltvorrichtung des Reflexionstyps gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
Fig. 9 ist ein Blockschaltbild, welches die dritte Ausführungsform zeigt.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen:

1. Ausführungsform

Fig. 1 ist ein Schema, welches den Aufbau eines optischen Systems einer photoelektrischen Schaltvorrichtung des Reflexionstyps gemaß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt. In diesem Schema sind eine Lichteinstrahlvorrichtung 3, z.B. eine Leuchtdiode, und eine lichtempfindliche Vorrichtung 4, z.B. eine Photodiode, auf einem gedruckten Schaltbild 2 angebracht, welches in einem Gehäuse 1 der photoelektrischen Schalteinheit vorgesehen ist. Die Lichteinstrahlvorrichtung 3 ist z.B. eine Leuchtdiode mit einer GaAlAs- Heteroübergangsstruktur, wie sie in Fig. 2a gezeigt ist, und verwendet die Diode, die sowohl das rote Licht als auch das infrarote Licht emittieren kann, wie im für das Lichtemissionsspektrum charakteristischen Graphen der Fig. 2b gezeigt ist. Z.B. kann die Leuchtdiode, die bei der Ausführungsform verwendet wird, gleichzeitig das starke rote Licht mit einer mittleren Wellenlänge von 660 nm und das schwache infrarote Licht von 880 nm emittieren. Die Lichteinstrahlvorrichtung 3 und die lichtempfindliche Vorrichtung 4 sind mit einer kollimierenden Linse 5 bzw einer Kondensorlinse 6, die der Vorrichtung 3 bzw. 4 gegenüber liegen, versehen. Die kollimierende Linse 5 kollimiert das von der Lichteinstrahlvorrichtung 3 emittierte Licht, und strahlt es auf einen Retroreflektor 7 in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Reflektors 7 ein. Der Retroreflektor 7 ist in einer Position angeordnet, die von der photoelektrischen Schalteinheit eine vorbestimmte Entfernung aufweist. Die Kondensorlinse 6 fokussiert das vom Retroreflektor 7 oder einem Objekt 8, welches nachgewiesen werden soll, reflektierte Licht auf die lichtempfindliche Vorrichtung 4.
Der Retroreflektor 7 absorbiert das infrarote Licht und reflektiert nur das rote Licht, und wird durch einteiliges Ausbilden einer Anordnung von Eckquadern, die aus Acrylharz, in das ein Stoff zur Absorbtion des infraroten Lichts und zur Transmission des roten Lichts eingemischt ist, hergestellt sind, aufgebaut. Wie in Fig. 3 gezeigt, hat beispielsweise der Retroreflektor 7 eine solche Spektralcharakteristik, daß das infrarote Licht von 800 nm kaum reflektiert wird und 60% oder mehr des roten Lichtes von 660 nm reflektiert wird. Der Retroreflektor 7 kann auch konstruiert werden, indem ein infrarotes Licht absorbierendes (abschneidendes) Filter aus Glas oder Kunststoff auf die Oberfläche eines Retroreflektors, der für Licht aller Wellenlängen ein fast gleiches Reflexionsvermögen aufweist, aufgebracht wird.
Die lichtempfindliche Vorrichtung 4 ist ein Farbsensor zur Trennung Licht verschiedener Wellenlängenbänder, und zum Erhalt der Lichtnachweissignale der jeweiligen Lichtarten. Beispielsweise ist, wie in der Chipstruktur der Fig. 4a gezeigt, die lichtempfindliche Vorrichtung 4 konstruiert, indem zwei Photodioden mit verschiedenen Übergangstiefen auf einem Chip vorgesehen sind. Da die Wellenlängen des Lichts, das durch das Halbleitersubstrat absorbiert wird, abhängig von den Tiefen unterschiedlich sind, können verschiedene Spektralempfindlichkeitschararakteristiken auf die beiden Photodioden angewendet werden. Wie in Fig. 4b gezeigt, sind die Photodioden äquivalent als zwei Photodioden PDa und PDb dargestellt. Die Photodioden PDa und PDb haben die Empfindlichkeitscharakteristiken für die Wellenlängen, wie sie jeweils z.B. in Fig. 4c gezeigt sind. In den Figuren 4a und 4b stellen T1, T&sub2; und T&sub3; Anschlüsse dar.
Ein Aufbau einer Nachweisschaltung der Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben. Es werden zuerst die Ausgaben der beiden Photodioden PDa und PDb den Verstärkern 10 und 11 zugeführt, die Verstärkungsfaktoren von m bzw. n haben. Die Ausgaben Va und Vb der Verstärker 10 und 11 werden jeweils einem Addierer 12 und einem Subtrahierer 13 zugeführt. Der Addierer 12 addiert die Ausgaben der beiden Verstärker 10 und 11 und sein Ausgabe (Va + Vb) wird einem ersten Komparator 14 zugeführt. Der Subtrahierer 13 subtrahiert die Ausgabe Vb des Verstärkers 11 von der Ausgabe Va des Verstärkers 10, und die Ausgabe (Va - Vb) wird einem zweiten Komparator 15 zugeführt. Schwellenwerte Vth1 und Vth2 werden in den Komparatoren 14 bzw. 15 eingestellt. Wenn Eingaben, die die Schwellenwerte übertreffen, zugeführt werden, führen die Komparatoren 14 und 15 einem als UND-Glied dienenden UND-Schaltkreis 16 eine Ausgabe auf dem H- Pegel zu. Der UND-Schaltkreis führt ein UND-Signal dem Ausgangsschaltkreis 17 zu. Der Ausgangsschaltkreis 17 gibt auf der Basis einer Ausgabe des UND-Schaltkreises 16 nach außen ein Signal ab, das angibt, ob ein Objekt festgestellt worden ist oder nicht.
Die Leuchtdiode als Lichteinstrahlvorrichtung 3 emittiert Licht eines Spektrums, wie es in Fig. 2b gezeigt ist, d. h. rotes Licht und infrarotes Licht. Das rote Licht und das infrarote Licht werden auf den Retroreflektor 7 in einer Richtung, die senkrecht zur Oberfläche des Reflektors 7 liegt, durch die Kollimatorlinse 5 eingestrahlt. Der Retroreflektor 7 ist an einer Stelle angeordnet, die von der photoelektrischen Schalteinheit entfernt liegt. Der Retroreflektor 7 absorbiert das infrarote Licht und reflektiert nur das rote Licht in die entgegengesetzte Richtung. Daher wird der als lichtempfindlicher Vorrichtung 4 dienenden Photodiode nur das rote Licht durch die Kondensorlinse 6 zugeführt. Ein Beispiel des Betriebszustandes jedes Schaltkreises in der photoelektrischen Schalteinheit ist in der folgenden Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1 Fälle Ausgang von PDa Ausgang von PDb Ausgang von Verstärker 10 Ausgang von Verstärker 11 Ausgang von Addierer 12 Ausgang von Subtrahierer 13 Ausgang von Komparator 14 Ausgang von Komparator 15 Ausgang des AND-Schaltkreises 16 Ausgang des Ausgangsschaltkreises 17 unbestimmt (AB = Abwesenheit; AN = Anwesenheit)

(I) Der Fall, daß kein Gegenstand vorhanden ist:

Da die beiden Photodioden PDa und PDb der lichtempfindlichen Vorrichtung 4 eine Spektralempfindlichkeitscharakteristik wie in Fig. 4c dargestellt aufweisen, wird, wenn ein nachzuweisendes Objekt nicht vorhanden ist, von der Photodiode PDa ein Photostrom eines relativ hohen Pegels erhalten, während ein Photostrom eines niedrigen Pegels von der Photodiode PDb abgeleitet wird. In Tabelle 1 sind die Relativwerte der Photoströme der Photodioden PDa und PDb, die im Fall (I) erhalten werden, in dem ein nachzuweisender Gegenstand nicht vorhanden ist, als 5 und 1 dargestellt. Die Verstärkungsfaktoren m und n der Verstärker 10 und 11 sind so eingestellt, daß sie Variationen der Photodioden PDa und PDb und Variationen des Retroreflektors 7 und der Lichteinstrahlvorrichtung 3 absorbieren, und sind auf m = 10 bzw. n = 30 eingestellt. Andererseits ist die Schwellenspannung Vth1 des Komparators 14 auf 20 eingestellt. Die Schwellenspannung Vth2 des Komparators 15 ist auf 0 eingestellt. Die Photostromausgänge der beiden Photodioden PDa und PDb werden durch die Verstärker 10 bzw. 11 verstärkt. So werden die Ausgaben (Relativwerte 80 und 20) des Addierers 12 und des Subtrahierers 13, wie in Tabelle 1 gezeigt, erhalten. Durch Vergleichen der Ausgaben des Addierers 12 und des Subtrahierers 13 mit den Schwellenwerten Vth1 und Vth2 geben die Komparatoren 14 und 15 beide Hochpegelsignale aus. So wird die UND-Bedingung erfüllt, und eine Gegenstandsnachweisausgabe wird nicht erhalten.

(II) Der Fall eines normalen Ausblendgegenstands:

Wenn der Gegenstand 8 mit einem geringen Reflexionsvermögen das Einstrahllicht vollständig ausblendet, werden die Ausgangsphotoströme der zwei Photodioden PDa und PDb im wesentlichen zu 0. Daher wird, wie in Tabelle 1 gezeigt, der Ausgabe des Komparators 14 (Fall II) auf den L-Pegel eingestellt. Obwohl der Ausgangspegel des Komparators 15 unbestimmt ist (da der Schwellenwert gleich 0 ist, wechselt der Ausgangspegel wegen Rauschens zwischen dem H-Pegel und dem L-Pegel), wird eine Gegenstandsnachweisausgabe erzeugt, da die UND-Ausgabe des UND-Schaltkreises 16 auf L gesetzt wird.

(III) Der Fall, daß der Gegenstand eine Spiegeloberfläche aufweist:

Wenn ein Gegenstand mit einer Spiegeloberfläche zwischen der photoelektrischen Schalteinheit und dem Retroreflektor 7 vorliegt, tritt stark reflektiertes Licht in die lichtempfindliche Vorrichtung ein. Da das Reflexionsvermögen der Spiegeloberfläche unabhängig von der Wellenlänge konstant ist, tritt gleichzeitig das infrarote Licht in die lichtempfindliche Vorrichtung 4 ein. Daher werden z. B., wie in Tabelle 1 gezeigt, die den Relativwerten 60 und 30 entsprechenden Photoströme von den Photodioden PDa und PDb (Fall III) durch das optische System mit den in den Figuren 2b, 3 und 4c gezeigten Charakteristiken erhalten. Da der Ausgabe des Komparators 14 auf den H-Pegel und der Ausgabe des Komparators 15 auf den L-Pegel gesetzt wird, wird in diesem Fall eine Gegenstandsnachweisausgabe abgeleitet.

(IV) Der Fall eines Gegenstands mit einer weißen Oberfläche:

Da konstant reflektiertes Licht unabhängig von der Wellenlänge auch in diesem Fall erhalten wird, ist der Strompegel, wie er z.B. in Tabelle 1 (Fall IV) dargestellt ist, klein, so daß ein Ausgabe erhalten wird, der in der Tendenz dem des Gegenstands mit der Spiegeloberfläche entspricht. Die UND-Bedingung des UND-Schaltkreises 16 ist somit nicht erfüllt, und der Gegenstandsnachweisausgang wird auf die gleiche Weise wie im Fall des Gegenstands mit der Spiegeloberfläche erhalten.

(V) Der Fall eines Gegenstandes mit einer blauen Oberfläche:

Wie in Fig. 6 gezeigt, ist das Reflexionsvermögen eines blauen Gegenstandes für rotes Licht (660 nm bei der Ausführungsform) niedrig und für infrarotes Licht (880 nm in der Ausführungsform) hoch, so daß die Photoströme der beiden Photodioden PDa und PDb auf 1 und 3 (Relativwerte) eingestellt werden, wie z. B. in Tabelle 1 (Fall V) gezeigt. Die Komparatoren 14 und 15 geben H-Pegel-Signale und L-Pegel-Signale in der gleichen Weise wie im Fall des Gegenstands mit der Spiegeloberfläche aus. Somit kann das Gegenstandsnachweissignal erhalten werden. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, können alle nachzuweisenden Gegenstände mit Sicherheit nachgewiesen werden, da alle Druckfarben die Beziehung (Reflexionsvermögen des infraroten Lichtes) ≥ (Reflexionsvermögen des roten Lichtes) erfüllen können.
Bei der vorstehenden Ausführungsform werden die Spektralcharakteristiken der Photodioden verschieden gemacht, indem zwei Photodioden verschiedener Tiefe als lichtempfindliche Vorrichtung 4 auf einem Chip vorgesehen sind. Es ist jedoch möglich, wie in Fig. 7a gezeigt, die Konstruktion so durchzuführen, daß zwei Photodioden PDa und PDb einzeln an den Positionen gleicher Tiefe im gleichen Chip ausgebildet werden, ihre lichtempfindlichen Bereiche verschieden gemacht werden, Dünnschichtinterferenzfilter 21a und 21b mit verschiedener Durchgangswellenlänge vor den Photodioden angeordnet werden, wodurch die Spektralcharakteristiken der Photodioden PDa und PDb verschieden gemacht werden. In diesem Fall kann ebenfalls ein Ersatzschaltbild der Fig. 7a angegeben werden, wie es ähnlich der Fig. 4b in Fig. 7b gezeigt ist. Die Spektralcharakteristiken entsprechen den Transmissionscharakteristiken der Dünnschichtintereferenzfilter 21a und 21b, wie es in Fig. 7c gezeigt ist. In diesem Fall kann ebenfalls ähnlich wie bei der vorbeschriebenen photoelektrischen Schalteinheit jeder Gegenstand durch die Schaltkreiskonstruktion nachgewiesen werden.

2. Ausführungsform

Obwohl die erste Ausführungsform in Bezug auf das Beispiel, bei dem die Leuchtdiode als die Lichtstrahleinrichtung 3 kontinuierlich angeschaltet ist, gezeigt und beschrieben wurde, kann die Lichteinstrahlvorrichtung auch pulsförmig an- und ausgeschaltet werden, um die Lichtemissionswirksamkeit zu verbessern und den Einfluß von von außen eindringendem Licht zu vermindern. Andererseits kann das Verhältnis der Ausgaben der beiden Verstärker auch durch einen Dividierer nachgewiesen werden. Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild eines Schaltkreisabschnitts, der wie eben beschrieben aufgebaut ist. Die Lichteinstrahlvorrichtung 3 wird durch ein Zeitsignal eines Schwingkreises 22 pulsförmig an- und ausgeschaltet. Nur die Wechselstromkomponenten der Ausgaben der beiden Photodioden PDa und PDb werden über Kondensatoren C1 und C2 den Verstärkern 23 und 24 zugeführt, welche den gleichen, in der nächsten Stufe angeordneten, Verstärkungsfaktor aufweisen. Die Ausgaben Va und Vb der Verstärker 23 und 24 werden einem Addierer 25 über die Kondensatoren C&sub3; und C&sub4; zugeführt. Die Ausgabe Vb des Verstärkers 24 ist gleichzeitig Eingabe eines Dividierers 26. Der Addierer 25 addiert die Eingänge Va und Vb und führt seine Ausgabe dem Dividierer 26 und einem Komparator 27 zu. Der Dividierer 26 führt eine Division (Va + Vb) / Vb der Eingaben durch und führt den Ausgabe einem Kompararator 28 zu. Schwellenwerte Vth3 und Vth4 werden bei den Komparatoren 27 bzw. 28 gesetzt. Wenn die Eingangssignale, welche die Schwellenwerte übertreffen, zugeführt werden, führen die Komparatoren 27 und 28 einem UND-Schaltkreis 29 H-Pegel-Signale zu. Ein Ausgabe des UND-Schaltkreises 29 wird gemittelt, indem er durch einen Integrierschaltkreis 30 aufintegriert wird. Ein Ausgabe des Integrierschaltkreises 30 wird einem Komparator 31 zugeführt. Ein vorbestimmter Schwellenpegel Vth5 wird beim Komparator 31 gesetzt, und seine Ausgabe wird durch einen Ausgangsschaltkreis 32 als ein Gegenstandsnachweissignal nach außen geführt.
Bei der zweiten Ausführungsform, die in Fig. 8 gezeigt ist, wird angenommen, daß die Verstärkungsfaktoren der Verstärker 23 und 24 auf 10 gesetzt sind, und die Schwellenwerte Vth3 und Vth4 der Komparatoren 27 und 28 beispielsweise auf 20 bzw. 4,5 gesetzt sind. So können die Gegenstandsnachweissignale für alle Fälle II bis V, jedoch nicht für den Fall I, erhalten werden, wie in der folgenden Tabelle 2 gezeigt ist. Tabelle 2 Fälle Ausgang von PDa Ausgang von PDb Ausgang von Verstärker Ausgang von Addierer 25 Ausgang von Dividierer 26 Ausgang von Komparator Ausgang des AND-Schaltkreises Ausgang des Ausgangsschaltkreises unbestimmt (AB = Abwesenheit; AN = Anwesenheit)
In Tabelle 2 sind die Fälle I bis V ähnlich denen der ersten Ausführungsform. Selbst wenn irgendein Gegenstand das Einstrahllicht ausblendet, erzeugt entweder der eine oder der andere der Komparatoren 27 und 28 ein L-Pegel-Signal, so daß das Gegenstandsnachweissignal ausgegeben wird. Der Grund, weswegen der Ausgabepegel im Fall II nicht bestimmt ist, ist der, daß der Nenner (oder Divisor) bei der Division durch den Dividierer 26 gleich 0 wird.
Bei jeder der vorstehenden Ausführungsformen wird das Ergebnis der Addition oder Subtraktion der verstärkten Ausgabe der Photodioden vom Komparator mit dem Schwellenwert verglichen. Oder es wird das Verhältnis einer der Ausgaben der Verstärker zum Ergebnis ihrer Addition vom Komparator mit dem Schwellenwert verglichen. Es kann jedoch das Vorliegen oder Nicht-Vorliegen eines Gegenstandes auch durch verschiedene andere Arten von Signalverarbeitungssystemen nachgewiesen werden.

3. Ausführungsform

Wenn ein Gegenstand mit einer Spiegeloberfläche nahe der Lichteinstrahlvorrichtung 3 und der lichtempfindlichen Vorrichtung 4 der photoelektrischen Schalteinheit auftritt, tritt bei der ersten und bei der zweiten Ausführungsform die Schwierigkeit auf, daß die Ausgaben der Verstärker 10, 11, 23, 24 sowie ähnlicher Verstärker gesättigt sind. Daher weisen die Ausgaben der Addierer 12 und 25, des Subtrahierers 13, sowie ähnlicher Addierer und Subtrahierer nicht die richtigen Werte auf. Die in den Tabellen 1 und 2 dargestellten Wirkungsweisen sind nicht immer gewährleistet. Wenn z.B. im Fall III (der Fall des Gegenstandes mit einer Spiegeloberfläche) in Tabelle 1 der Ausgabe des Subtrahierers 13 auf einen positiven Wert gesetzt ist und den Schwellenwert Vth2 wegen der Sättigung der Verstärker 10 und 11, Variationen der Komponenten des Addierers 12 und des Subtrahierers 13 oder aus ähnlichen Gründen überschreitet, wird, obwohl er auf einen negativen Wert gesetzt sein sollte, die Ausgabe des Komparators 15 auf den H-Pegel gesetzt. So besteht die Gefahr, daß trotz des Vorliegens eines Gegenstandes ein Ausgangssignal erzeugt wird, das das Nicht-Vorliegen des Gegenstandes anzeigt.
Als erste Konstruktion zur Lösung eines solchen Problems kann eine Konstruktion angeführt werden, bei der die Verstärker 10, 11, 23 und 24, welche die Ausgaben der Photodioden PDa und PDb verstärken, von logarithmischen Verstärkern gebildet werden. Daher werden selbst in dem Fall, daß Gegenstände mit Spiegeloberflächen an einer nahen Position auftreten, die Ausgabespannungen der Verstärker 10, 11, 23 und 24 nicht gesättigt, und das Auftreten einer fehlerhaften Wirkungsweise wird vermieden.
Bei der zweiten Konstruktion ist ein automatischer Verstärkungskontrollschaltkreis (AGC) zur Kontrolle des Antriebsstromes der Lichteinstrahlvorrichtung 3 vorgesehen, wobei der Verstärkungsfaktor des AGC-Schaltkreises nach Maßgabe des Ausgabesignals der lichtempfindlichen Vorrichtung 4 gesteuert wird, wodurch der Antriebsstrom der Lichteinstrahlvorrichtung 3 stets bei einem korrekten Wert gehalten wird. Ein Beispiel einer solchen Konstruktion ist in Fig. 9 angegeben.
Der Schaltkreis der Fig. 9 hat eine Schaltkreisanordnung, bei der der in Fig. 5 gezeigte Schaltkreis mit einem oszillierenden Schaltkreis (OSC) 22 und einem AGC-Schaltkreis 40 zur Verstärkung eines Oszillationspulses des Oszillators 22 und zum Antreiben der Lichteinstrahlvorrichtung 3 vorgesehen sind, um die Lichtstrahlvorrichtung 3 pulsierend anzutreiben. Der Verstärkungsfaktor des AGC-Schaltkreises 40 wird vom Ausgabe des Addierers 12 gesteuert. Der Verstärkungsfaktor des AGC-Schaltkreises kann ebenfalls nach Maßgabe des Ausgabestrompegels der Photodiode PDa oder PDb gesteuert werden. Durch Steuerung des AGC-Schaltkreises 40 nach Maßgabe des Pegels des Lichtnachweissignals wie oben erwähnt, kann ein geeigneter Strom (eines vorbestimmten Wertes) ständig durch die Lichteinstahlvorrichtung 3 fließen. Wenn der Gegenstand 8 daher in einer nahen Position auftritt und der Lichtnachweissignalpegel zunimmt, wird der durch die Lichteinstrahlvorrichtung 3 fließende Strom vermindert, wodurch die Sättigung der Ausgaben der Verstärker 10 und 11 verhindert werden kann. Wenn der Gegenstand 8 hingegen an einer entfernten Position auftritt und der Lichtnachweissignalpegel niedrig ist, kann durch den Fluß eines großen Stromes durch die Lichteinstrahlvorrichtung 3 und das Einstellen des Lichtnachweissignalpegels auf einen passenden hohen Wert der Gegenstand nachgewiesen werden. Ferner kann, selbst wenn der Lichtnachweissignalpegel wegen einer Verschmutzung der Oberfläche der Linsen 5 und 6 abnimmt, eine Abnahme des nachweisbaren Bereiches ebenfalls vermieden werden, indem der Antriebsstrom der Lichteinstrahlvorrichtung 3 erhoht wird.
Ferner kann durch die Verwendung von logarithmischen Verstärkern (Fig. 9) als Verstärker 10 und 11 das Objekt in einem weiten Bereich von der Nähe bis hin zu einer großen Entfernung nachgewiesen werden.

Claims

1. Photoelektrische Schaltvorrichtung des Reflexionstyps mit

Lichteinstrahlmitteln (3) zum Einstrahlen von rotem und infrarotem Licht,

einem an einer von den Lichteinstrahlmitteln entfernten Stelle angeordneten Retroreflektor (7) zum Reflektieren des roten und Absorbieren des infraroten Lichts,

lichtempfindlichen Mitteln (4) zum individuellen Nachweisen des roten Lichts und des infraroten Lichts, welches an dem Retroreflektor oder einem nachzuweisenden Gegenstand reflektiert wird, und zum Ausgeben von zwei Lichtnachweissignalen, die dem roten und dem infraroten Licht entsprechen,

Addiermitteln (12, 25) zum Addieren der beiden Lichtnachweissignale,

ersten Vergleichsmitteln (14, 27) zum Vergleichen der Größe eines durch die Addiermittel addierten Signals mit einem ersten Schwellenwert,

Rechenoperationsmitteln (13, 26) zum Erzeugen eines Signals, welches sich auf eine Differenz zwischen den beiden Lichtnachweissignalen bezieht,

zweiten Vergleichsmitteln (15, 28) zum Vergleichen der Größe eines Ausgangssignals der Rechenoperationsmittel mit einem zweiten Schwellenwert, und

einer Logikschaltung (16, 29) zum Erhalten einer bestimmten Logik von Ausgaben der ersten und zweiten Vergleichsmittel und zum Ausgeben eines Gegenstandsnachweissignals nach Maßgabe des Ergebnisses der Logik.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Rechenoperationsmittel Subtrahiermittel zum Berechnen einer Differenz zwischen den beiden Nachweissignalen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Rechenoperationsmittel Dividiermittel zum Berechnen eines Quotienten der Ausgabe der Addiermittel und eines der Lichtnachweissignale sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Lichteinstrahlmittel eine Lichtemissionsvorrichtung aufweisen, die sowohl das rote als auch das infrarote Licht aussendet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die lichtempfindlichen Mittel eine Einchip lichtempfindliche Vorrichtung enthalten und die lichtempfindliche Vorrichtung einen Abschnitt zum Nachweisen des roten Lichts und einen Abschnitt zum Nachweisen des infraroten Lichts aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner logarithmische Verstärker zum Verstärken der beiden Lichtnachweissignale aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner Mittel zum Steuern der Lichtemission der Lichteinstrahlmittel auf der Grundlage der Lichtnachweissignale aufweist, welche mit den lichtempfindlichen Mitteln erhalten werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher optische Achsen des Einstrahllichts der Lichteinstrahlmittel und des Einfallichts auf die lichtempfindlichen Mittel im wesentlichen zusammenfallen, wobei das Einstrahllicht in einer Richtung eingestrahlt wird, die nahezu senkrecht auf den Retroreflektor steht, und reflektiertes Licht nachgewiesen wird, welches nahezu senkrecht am Retroreflektor reflektiert wird.