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Dokumentenidentifikation DE68927042T2 03.04.1997
EP-Veröffentlichungsnummer 0371478
Titel Photoelektrischer Schalter
Anmelder Omron Corp., Kyoto, JP
Erfinder Ooka, Taneji OMRON TATEISI ELECTRONICS CO, Shimokaiinji Nagaokakyo-shi Kyoto 617, JP
Vertreter Wilhelms, Kilian & Partner, 81541 München
DE-Aktenzeichen 68927042
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, ES, FR, GB, GR, IT, LI, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 29.11.1989
EP-Aktenzeichen 891219883
EP-Offenlegungsdatum 06.06.1990
EP date of grant 28.08.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.04.1997
IPC-Hauptklasse H03B 23/00
IPC-Nebenklasse H03K 17/78   

Beschreibung[de]

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Anzahl photoelektrischer Schalter, wie im Anspruch 1 definiert, vorgesehen.

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.

Diese und andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und beigefügten Zeichnungen deutlich werden, wobei

Fig. 1 ein schematisches Diagramm ist, welches eine Schaltung einer Lichteinstrahleinheit eines photoelektrischen Schalters in einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 2 ein Wellenformengraph ist, der zur Erläuterung des Arbeitens der ersten Schwingungsschaltung der Lichteinstrahleinheit des photoelektrischen Schalters von Nutzen ist, und

Fig. 3 ein Wellenformgraph zur Erläuterung der Gesamtarbeitsweise der Lichteinstrahleinheit des photoelektrischen Schalters dieser Ausführungsform ist.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erfolgt nun eine detaillierte Beschreibung einer Ausführungsform des photoelektrischen Schalters gemäß der vorliegenden Erfindung.

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.

Die Lichteinstrahlschaltung 1 enthält ein Lichtabgabeelement L und einen Transistor Q1 zur Ansteuerung des Lichtabgabeelements L.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.


Anspruch[de]

1. Anzahl parallelgeschalteter photoelektrischer Schalter, welche asynchron und damit ohne gegenseitige Störung arbeiten, wobei jeder der photoelektrischen Schalter ein Lichteinstrahlelement (1) und eine erste Schwingungsschaltung (2) zur Ansteuerung des Lichteinstrahlelements unter Verwendung von Impulsen aufweist, gekennzeichnet durch

eine zweite Schwingungsschaltung (4), und

Kopplungsmittel (3) zum Koppeln der zweiten Schwingungsschaltung (4) mit der ersten Schwingungsschaltung (2),

wobei die zweite Schwingungsschaltung (4) die Schwingungsfrequenz der ersten Schwingungsschaltung (2) mit einer bestimmten Periode durchstimmt, um die Schwingungsfrequenz der ersten Schwingungsschaltung (2) in einer periodischen Weise zu variieren.

2. Photoelektrischer Schalter nach Anspruch 1, wobei die Schwingungsfrequenz der ersten Schwingungsschaltung (2) höher als die Schwingungsfrequenz der zweiten Schwingungsschaltung (4) ist.

3. Photoelektrischer Schalter nach Anspruch 1, welcher ferner eine Schaltung zur Erzeugung eines Synchronisationssignals synchronisiert mit der Schwingungsfrequenz der ersten Schwingungsschaltung (2) enthält.







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