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Strahlensender bzw. Strahlenempfänger fuir elektrooptisehe Lichtschrankenanlagen.
Als"elektrooptische Lichtschrankenanlagen"bezeichnet man Anordnungen, die aus einer Lichtquelle und einer lichtempfindlichen Zelle mit angeschlossenem Mess-oder Steuergerät bestehen und bei denen von der Lichtquelle aus ein Lichtstrahl über eine je nach Bedarf mehr oder minder lange Strecke auf die lichtempfindliche Zelle fällt. Die Wirkungsweise solcher Anordnungen besteht darin, dass bei Schwächung des genannten Lichtstrahles durch Rauch, eingeschaltete Trübungen od. dgl. bzw. bei seiner Unterbrechung durch dazwischentretende Personen oder Gegenstände das mit der Zelle verbundene Mess-oder Steuergerät anspricht. Als Lichtquelle werden meist kleine Projektoren verwendet, die aus einer Lampe in Verbindung mit einer. Linse bzw. einem geeigneten Linsensystem bestehen und deren Projektionslichtstrahl auf die lichtempfindliche Zelle gerichtet wird.
Auch vor der lichtempfindlichen Zelle pflegt man zur Lichtsammlung eine Linse bzw. ein Linsensystem anzuordnen, das seinerseits auf die Lichtquelle gerichtet wird.
Versuche haben gezeigt, dass man mit derartigen Anordnungen die günstigsten optischen Verhältnisse erhält, wenn man verhältnismässig lange Brennweiten vorsieht. Hiemit ist jedoch der Nachteil, verbunden, dass Lichtsender und Lichtempfänger eine ziemlich langgestreckte, fast fernrohrartige Gestalt erhalten.
Eine Anordnung dieser Art, welche aus einem Gehäuse 1 mit Wandmontageplatt. e 2 besteht, das vorn das Linsensystem 3 trägt und im Innern die Photozelle 4 als lichtempfindliches Organ enthält, zeigt Fig. 1. Man übersieht ohne weiteres, dass ein so weit in den Raum hinausstehendes Gerät leicht versehentlichen Stössen ausgesetzt ist und auch verhältnismässig leicht seine Justierung verliert.
Die Erfindung vermeidet zunächst diesen Nachteil durch Einfügung eines spiegelnden Gliedes, das den Strahlengang im Inneren des Gehäuses etwa im rechten Winkel umknickt und dadurch die Bautiefe wesentlich verringert. Sie ermöglicht es weiterhin, nach fester Montage des Gehäuses nachträglich die Richtung des Strahlenganges genau zu justieren, indem sie eine mikrometrische Verstellung für das genannte spiegelnde Glied vorsieht.
Befestigt man nämlich ein Gerät gemäss Fig. 1 mit seiner Montageplatte an einer Wand, so kann man seine genaue optische Einjustierung nur durch Einschieben entsprechender Unterlegscheiben od. dgl. unter die Befestigungsschrauben und durch entsprechend mühseliges Ausprobieren finden. Wird dagegen erfindungsgemäss ein mikrometrisch verstellbares spiegelndes Glied im Innern des Gehäuses in den Strahlengang eingeschaltet, so vermag man das Gehäuse in ganz roher Justierung zu montieren und kann dann anschliessend mit Hilfe des genannten spiegelnden Gliedes die genaue Einjustierung rasch und sicher nachholen. Am Schluss kann die Einstellvorrichtung gegebenenfalls plombiert oder versiegelt werden.
Einen erfindungsgemässen Strahlenempfänger zeigt schematisch Fig. 2. Das Gussgehäuse 1 ist mit der Wandplatte 2 an irgendeiner Wand fest montiert zu denken. Zwischen der Abschlusslinse 3 und der Photozelle 4 ist der bewegliche Spiegel 5 angeordnet, der den einfallenden Strahl 6 um etwa 90 ablenkt. Durch eine (nicht gezeichnete) mikrometrische Verstellung des Spiegels 5 kann das bereits fest montierte System offenbar stets so nachjustiert werden, dass der einfallende, die "Lichtschranke" bildende Scheinwerferstrahl genau auf die Photozelle 4 fällt. Das Gerät ist also wesentlich leichter zu
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justieren als ein Gerät nach Fig. 1 ; überdies zeigt es eine erheblich verminderte Bautiefe und ist daher mechanischen Beanspruchungen (Stoss) weniger ausgesetzt.
Als besonders zweckmässig hat es sich erwiesen, als spiegelndes Glied 5 ein total reflektierendes Prisma zu verwenden. Zunächst ist es leichter, Gehäuse der fraglichen Art staubsicher abzuschliessen, als sie gegen das Eindringen von Gasen gänzlich abzudichten, wie dies zur dauernden Erhaltung eines guten Oberflächenspiegels notwendig wäre. Vor allem aber reflektiert ein Spiegelprisma nur die unter einem begrenzten Winkel einfallenden Strahlen, während es andere Strahlen in das Gehäuse hinein abbeugt, wo sie vernichtet werden. Das Prisma trägt also bei Lichtempfänger dazu bei, Störstrahlen, die nicht aus der vorgeschriebenen Richtung einfallen, von der lichtempfindlichen Zelle fernzuhalten.
Zur Durchführung der mikrometrischen Verstellung bedient man sich gemäss der Erfindung am besten des bekannten"Dreischraubenprinzip", d. h. man benutzt drei in bezug auf die Achse der Linse um etwa 120"" versezte Einstellschrauben, die den Spiegel festhalten. Der Spiegel selbst bzw. das ihn ersetzende Prisma wird hiebei zweckmässig auf einer Platte befestigt, die entgegen dem Zug oder Druck von einer oder mehreren Federn durch die drei gegeneinander versetzten Schrauben festgehalten wird.
Einen Strahlensender bzw. einen Strahlenempfänger dieser Art zeigen die Fig. 3 und 4. Gemäss Fig. 3 befindet sich zwischen der Abschlusslinse 3 und der Glühlampe 7 ein total reflektierendes Prisma, 8, das auf einer Metallplatte 9 befestigt ist, die von den Einstellschrauben 10 und 11 entgegen dem Drucke der Federn 12 und 13 festgehalten wird. Die Schrauben 10 und 11 liegen im Innern von Näpfchen, die nach erfolgter Einstellung mit einer Plombiermasse vergossen und so versiegelt werden können.
Nahezu gleichartig ist die gemäss Fig. 4 für den Lichtempfänger gewählte Anordnung. Die Glühlampe 7 (Fig. 3) ist hier durch eine Photozelle 4 ersetzt. Weiterhin ist nach Fig. 4 nach der Erfindung zwischen dem Prisma 8 und der Photozelle 4 in der Brennpunktebene des vor der Linse und dem Prisma gebildeten optischen Systems eine Lochblende 14 angebracht, deren Lochöffnung die Brennpunktstelle eng umgreift. Auf diesem Wege erreicht man, dass nur praktisch parallel zueinander auf die Linse 3 auffallende Strahlen als geschlossenes Bündel auf die Photozelle 4 gelangen. Durch Schwenken des Prismas 8 kann man also jeweils eine ganz bestimmte Einstrahlungsriehtung auswählen, von der aus allein das Licht auf die Zelle 4 zu gelangen vermag, während alle aus anderer Richtung einfallenden Strahlen von der Zelle ferngehalten werden.
Selbstverständlich kann man eine solche Blende 14 auch in Fig. 2 zwischen dem Spiegel 5 und der Photozelle 4 vorsehen.
Als besonders wertvoll hat die Erfindung sich für die Herstellung von Lichtschranken erwiesen, die zur Überbrückung grösserer Entfernungen (z. B. für Zwecke der Überwachung von Eisenbahnüber- gängen, zur Grenzabsperrung u. dgl. ) dienen. Bei derartigen Geräten benötigt man natürlich sowohl auf seiten des"Strahlensenders"als auch auf seiten des Strahlnempfängeers"sehr lichtstarke Objektive. Es würde zunächst naheliegend sein, zu diesem Zwecke den Durchmesser der verwendeten Linsen bzw. Linsensätze (Objektive) entsprechend zu vergrössern. Dies führt jedoch schon bald zu so kostspieligen optischen Hilfsmitteln, dass hiedurch die Wirtschaftlichkeit in Frage gestellt wird.
Die Erfindung hingegen ermöglicht es, von normalen, als Massenware handelsüblichen Linsensätzen auszugehen und durch geeignete Vereinigung einer Anzahl von derartigen optischen Hilfsmitteln für verhältnismässig billigen Preis ein Gerät zu bauen, dessen Reichweite andern Geräten mit grossen und kostspieligen Objektiven gleichwertig ist und das trotzdem die gleiche optische Genauigkeit besitzt wie kostspielige Geräte mit entsprechend grossem Objektiv.
Gemäss der Erfindung werden in diesem Falle eine Reihe von Linsen (bzw. Objekiven) sternförmig um eine Achse angeordnet und über je einen Spiegel (bzw. über je ein Spiegelprisma) einer gemeinsamen, in der genannten Achse angeordneten Lichtquelle bzw. lichtempfindlichen Zelle zugeordnet. Die Gestalt eines auf diesem Wege entstehenden Strahlensenders zeigen die Fig. 5-7, u. zw. in Vorderansicht (Fig. 5), im Horizontalschnitt nach t-u (Fig. 6) und im Vertikalschnitt nach v-w (Fig. 7). Anderseits zeigen den Aufbau eines entsprechenden Strahlenempfängers die Fig. 8-10, u. zw. Fig. 8 wiederum eine Vorderansicht, Fig. 9 einen Horizontalschnitt nach t-u und Fig. 10 einen Vertikalsehnitt nach v-w.
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werden die Spiegel erfindungsgemäss allseitig verstellbar angeordnet.
Hiezu bedient man sich vorzugsweise einer in der oben beschriebenen Weise nach dem Dreipunktsystem mikrometrisch beweglichen Schwenkplatte. Von den drei Schrauben dieser Schwenkplatte erscheint in den Schnittzeichnungen der Fig. 6,7, 9 und 10 natürlich jeweils nur eine.
Weiterhin hat es sich bei Strahlensendern und Strahlenempfängern der zuletzt beschriebenen Art als zweckmässig erwiesen, jedem einzelnen Objektiv 16 eine gesonderte Sehute 2 & -20f zuzuordnen, um Nebenltchter möglichst wirkungsvoll abzublenden.
Was nun speziell die Ausführung eines solchen kombinierten Strahlensenders betrifft, so hat es sich als zweckmässig erwiesen, die Achse des Glühfadenwendels in die Achse x-y des gesamten Systems zu legen, wie dies in Fig. 6 und 7 angedeutet ist. Weiterhin haben sich verschiedene Massnahmen als
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zweckmässig ergeben, welche dann Bedeutung gewinnen, wenn mit gefilterten, d. h. also insbesondere mit infraroten Strahlen gearbeitet werden soll. In diesem Falle ist es nämlich zweckmässig, die Justierung des Strahles mit sichtbarem Licht vorzunehmen und erst nach erfolgter Justierung die Filter zur Wirkung zu bringen. Weiterhin muss bei derartigen Geräten berücksichtigt werden, dass einwandfreie Filter sich bisher in grösseren Flächen nicht wirtschaftlich herstellen lassen.
Der einfachste Weg zur Berücksichtigung dieser Tatsache besteht darin, dass man gemäss Fig. 6 und Fig. 7 jedem einzelnen Objektiv 16 einen eigenen Filter 21 zuordnet. Ist das Gerät in sich soweit ausjustiert, dass die einzelnen Strahlenbündel genau parallel verlaufen, so genügt es zur Einstellung auf ein bestimmtes Objektiv, einen dieser Filter herauszunehmen und mit diesem das Objekt anzuvisieren. Günstiger ist es hingegen, sämtliche Strahlengänge gleichzeitig von gefiltertem Licht auf ungefiltertes oder umgekehrt umzuschalten.
Der einfachste Weg hiefür besteht darin, dass man einen die Lampe 18 in Form eines Zylinders 22 umgebenden Filter benutzt, der in Richtung der Achse x-y (Pfeil 23) verschiebbar ist, wie dies in Fig. 7 gestrichelt angedeutet wurde.
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Trommel 24 anordnen, durch deren Drehung sie in und aus dem Strahlengang gebracht werden. Zweckmässig sieht man dabei innerhalb dieser Trommel zusätzliche Löcher 25 vor, welche bei ausgeschalteten Filtern das ungefilterte sichtbare Licht zu den Spiegeln 1"1 gelangen lassen, dagegen bei eingeschalteten Filtern (etwa durch eine zusätzliche Trommel 21) lichtdicht verschlossen sind.
Was anderseits den kombinierten Strahlenempfänger betrifft, so hat es sich als zweckmässig erwiesen, die lichtempfindliche Zelle 19 in einem lichtdichten Gehäuse 27 (vgl. Fig. 9 und Fig. 10) anzuordnen, welches für den Strahlungseinfall mit blendenartigen Öffnungen 28 versehen ist, die jeweils im Brennpunkt des zugehörigen, von Linse und Spiegel gebildeten optischen Systems angeordnet sind. Um hiebei die Strahlen auf eine gemeinsame Fläche zu bringen, empfiehlt es sich, die optische Anordnung so zu wählen, dass die einfallenden Strahlen gemäss Fig. 9 und 10 von den den einzelnen Linsen 16 zugeordneten Spiegeln 17 in spitzem Winkel auf die Achse x-y des gesamten Systems geführt werden.
Benutzt man als lichtempfindliche Zelle eine Photozelle, so gibt man dieser zweckmässig gemäss Fig. 9,10 und 12 die Form eines Pilzes, dessen Haube auf der Innenseite die lichtempfindliche Schicht 29 trägt und deren Unterteil für den Lichteintritt in Richtung der Pfeile 30 freigehalten ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Strahlensender bzw. Strahlenempfänger für elektrooptische Lichtschrankenanlagen, gekenn-
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bzw. der lichtempfindlichen Zelle (4) angeordnetes, in seiner Lage mikrometrisch verstellbares spiegelndes Glied, das den Strahlengang etwa im rechten Winkel ablenkt und das am fest montierten Gerät eine nachträgliche Richtungskorrektur des Strahlenganges ermöglicht.