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Strahlenumlenker und -bündler für fotoelektrische Ueberwachungs-
und/ouer Steuergeräte Die Erfindung betrifft einen Strahlenumlenker und -bündler
für fotoelektrische Ueberachungs- und/ader Steuergeräte, bestehend aus einer Linsenanordnung
und einer schräg zur~Durchgangsrichtung der Lichtstrahlen angeordneten, sowohl lichtdurchlässig
als auch reflektierend ausgebildeten Fläche.
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In fotoelektrischen Ueberwachungs- und Steuergeräten werden vielfach
für die Bündelung des von einer Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahlens, der von
einem Reflektor zurückgeworden, gegebenenfalls nocht1als umgelenkt und einer Fotozelle
zugeführt wird, kombinierte Linsen- und Spiegelanordnungen vertrelldetf die im allgemeinen
aus mindestens zwei Linsen und einem Spiegel bestehen. Dabei ist in einer bekannten
Anordnung beispielsweise eine ähnliche Führung des Lichtstrahles verwendet wie sie,
für einen gänzlich andern Zwecks im Interferometer von iIichelson vorgeschlagen
wurde. Die eine Linse ist vor der LIchtquelle anbeordnet und wirft einen gebündelten
Strahl zunächst auf einen teildurchlässigen, schräg zur Durchgangsrichtung des Lichtstrahles
angeordneten Spiegel. Dieser reflektiert den Strahl zu einem den Steuerimpuls auslösenden
Rückstrahler, wobei wieder eine Linse dazwischen geschaltet ist.
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Der zurückgeworfene Strahl tritt neuerdings durch diese Linse und
ein Teil desselben gelangt nach dem Durchtritt durch den
teildurchlässigen
Spiegel zur Fotozelle. Die Stellungen der Lichtquelle und der Fotozelle können untereinander
vertauscht werden. Es ist einleuchtend, dass die Herstellung und die aufeinander
ab zustimmende Anordnung dieser verschiedenen Organe mühsam und störanfällig ist,
insbesondere dann, wenn sie aus Platzgründen sehr klein ausgebildet werden müssen.
Um ein einwandfreies Funktionieren dieser Anordnung sicherzustellen, müssen ferner
sämtliche Teile vor Staubablagerungen und anderen äusseren Einflüssen besonders
geschützt sein.
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Die vorliegende Erfindung setzt sich zum Ziel, einen Strahlenumlenker
und -bündler für fotoelektrische Ueberwachungs-und Steuergeräte zu schaffen, der
die Linsen und den Spiegel in einem einzigen,robusten und gegen äussere Einflüsse
gesehützten Organ vereinigt.
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Dieser Strahlenumlenker und -bündler ist dadurch gekennzeichnet,
dass er aus einem in sich geschlossenen, mindestens annähernd kugeligen Körper besteht,
der lediglich aus zwei durchsichtigen, im wesentlichen halbkugel- oder.kalottenförmigen
Teilen gebildet ist, welche längs einer schräg zur Durchgangsrichtung der Lichtstrahlen
verlaufenden Berührungsebene zusammengefügt sind, wobei die Berührungsebene als
teildurchlässiger Spiegel ausgebildet ist.
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Da es sich beim erfindungsgemässen Strahlenumlenker--und -bündler
lediglich darum handelt, den räumlichen Verlauf eines Lichtstrahles festzulegen,
wie er etwa in einer Lichtschranke, in einer Ueberwachungs- oder Zähleinrichtung
oder einer Steuereinrichtung Verwendung findet, und keine scharfe Abbildung, z.
3. eines Gegenstandes, benötigt wird, brauchen
an die optische.
Genauigkeit der Linsen des Umlenkers - im Gegensatz zu den beispielsweise in einer
Spiegelreflex-Filmkamera bekannten Verhältnissen - keine sehr hohen Anforderungen
gestellt zu werden. Die kugeligen Aussenflächen des Körpers wirken in an sich bekannter
Weise als Linsen, so dass alle für die Bündelung und Umlenkung des Lichtstrahles
benötigten Elemente in einer in sich geschlossenen Kugel vereinigt werden können.
Die beiden halbkugel- oder kalottenförmigen Teile des Körpers können entweder von
vorneherein als Einzelstücke ausgeführt oder als entzweigeschnittene Kugeln hergestellt
werden, wobei als Werkstoff sowohl Glas als auch irgend ein bekannter durchsichtiger
Kunststoff Verwendung finden kann. Die beiden Kugelteile sind vorzugsweise mittels
eines durchsichtigen Klebestoffes miteinander verkittet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform können die beiden, den kugeligen
Körper bildenden Teile im wesentlichen gleiche Form aufweisen. Dabei wird eine weitere
Vereinfachung der erstellung erzielt, indem für beide Teile gleiche Rohlinge verwendet
werden können.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die äussere Oberfläche des
kugeligen Körpers, mit Ausnahme der für den Durchtritt der Lichtstrahlen vorgesehenen
Stellen reflektionsfrei und lichtundurchlässig ausgebildet sein. Dadurch kann die
Beeinflussung der Fotozelle durch störendes Fremdlicht weitgehena vermieden werden.
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Schliesslich kann die Oberfläche des kugeligen Körpers an mindestens
einer Stelle eine Abplattung aufweisen.
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lfit Hilfe der Abplattung bzw. Abplattungen wird beim Einbau des Strahlenumlenkers
und -bündlers die Lage des teildurchlässigen Spiegels in einfacher Weise festgestellt
und der Spiegel in die richtige Lage gebracht.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes geht aus der Zeichnung
hervor, in welcher ein Strahlenumlenker und -bündler zusammen mit anderen Organen
eines fotoelektrischen Steuergerätes dargestellt ist. In dieser Zeichnung bezeichnet
1 den kugeligen Körper, der aus den beiden durchsichtigen Halbkugeln 2 und 3 besteht,
welche an der teildurchlässigen Spiegelfläche 4 zusammengekittet sind. Der kugelige
Körper 1 wird so in den Durchgang der Lichtstrahlen eingefügt, dass der teildurchlässige
Spiegel schräg zur Längsrichtung des Lichtstrah--les, beipielsweise unter 45 ° zu
liegen kommt. Die in der Figur nach rechts gerichtete Seite des Kugelteiles 3 weist
eine Abplattung 5 auf. Die ganze Körperoberfläche kann beispielsweise mit einer
Schicht matter, schwarzer Deckfarbe überzogen und einerseits lichtundurchlässig
und anderseits nichtreflektierend sein, wobei an den für den Lichtdurchtritt vorgesehenen
Stellen 12, 13 und 14 im Farbbelag fensterförmige Oeffnungen ausgespart sind.
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Die Wirkung dieses kugeligen Körpers 1 ist nachstehend beschrieben.
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Das von der Lichtquelle 6 ausgesandte Strahlenbündel 7, 7' trifft
bei 12 die Oberfläche des Kugelteiles 2 und wird von dieser derart gebrochen bzw.
gebündelt, dass es in parallele/Einzelstrahlen auf den teildurchlässigen Spiegel
4 auftrifft.
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Dieser lenkt einen Teil der parallelen Strahlen rechtwinklig nach
unten um, wo sie an der Stelle 13 beim Austritt durch die Oberfläche des Ifilgelteiles
2 wieder zu einem konvergenten
Strahlenbündel 8, 8 t zusamniengefasst
werden, das auf einen Reflektor 9 auftrifft. Der Reflektor kann beispielsweise aus
einem der bekannten Reflektionsmittel, wie ein sogenanntes Katzenauge oder Scotch-Light
bestehen, die das einfallende Licht im wesentlichen wieder in die Einfallsrichtung
zurUckwerfen.
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Der durch den teildurchlässigen Spiegel 4 durchtretende Teil der
Strahlen fällt von innen her gegen die zur Einfallsrichtung leicht geneigte Abplattung
5 und wird hier durch den Farbbelag absorbiert bzw. soweit dies nicht der Fall sein
sollte, nach allen Richtungen innerhalb der Kugel 1 verstreut, so-dass der gelenkte
Lichtstrahl davon nicht gestört wird.
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Der Reflektor 9 wirft das Lichtstrahlenbündel 8, 8' wieder auf die
Oberfläche 13 des Kugelteiles 2 zurück, die wieder als Sammellinse wirkt und das
zurückkommende Strahlenbündel 8, 8' in parallele Einzelstrahlen umlenkt, welche
nun zum einen Teil den teildurchlässigen Spiegel 4 durchdringen, und beim Verlassen
des Teiles 3 des kugeligen Körpers 1 an der Stelle 14 werden die parallelen Strahlen
neuerdings zu einem Strahlenbündel 11, 11' gebündelt und auf die Fotozelle 10 gerichtet.
Zum andern Teil wird der am teildurchlässigen Spiegel 4 reflektierte Anteil an der
Stelle 12 aus dem kugeligen Körper 1 austreten und als Bündel 7, 7' wieder auf die
Lichtquelle geworfen. Auch dieser Anteil hat, abgesehen von einer konstanten Schwächung
des in die Fotozelle einfallenden Lichtes, keinen Einfluss auf die Funktion der
fotoelektrischen Steuerung.
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Der kugelige Körper 1 kann in beliebiger Weise in einem
Gehäuse
oder offen untergebracht und mit der Lichtquelle und der Fotozelle zusammengebaut
werden, wobei lediglich. darauf geachtet werden muss, dass die Ebene des teildurchlässigen
Spiegels 4, die durch den Mittelpunkt des kugeligen Körpers 1 verläuft, mit der
Symmetrieebene zwischen der Lage der Lichtauelle und derjenigen der Fotozelle zusammenfallen
muss. Der teildurchlässige Spiegel 4 braucht somit nicht unter 45 ° zu den den kugeligen
Körper durchdringenden Strahlen zwischen 13 und 14 zu stehen. Er kann vielmehr einen
beliebigen anderen Winkel zu dieser Richtung einnehmen. Die Stelle 12 muss dabei
entsprechend auf der Kugeloberfläche verschoben werden, derart, dass die Kalotten
12 und 14 in bezug auf die Spiegelebene symmetrisch liegen.
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Der Strahlenumlenker und -bündler wird in seinen Funktionen nicht
beeinträchtigt, wenn die Fotozelle an die Stelle der Lichtquelle und die Lichtquelle
an die Stelle der Fotozelle eingebaut wird.
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Durch die Wahl des Brechungsindexes des für die halbkugelförmigen
Teile verwendeten Materiales und die Abstände von Lichtquelle und>Fotozelle zum
kugeligen Körper 1 kann der Abstand zum Reflektor 9 theoretisch beliebig gross gewählt
werden, doch eignet sich die erfindungsgemässe Konstruktion vorallem für Steuergeräte
usw. mit möglichst kleinen Dimensionen, d. h. auch mit einem kurzen Abstand zwischen
der Kugel 1 und dem Reflektor 9.