DE4234916C2 - Optischer Schalter - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Schalter mit mindestens einem optischen Eingang, der neben mindestens einem optischen Ausgang angeordnet ist, und mit einer in dem optischen Schalter integrierten und zwischen zwei Positionen verschiebbaren Betätigungsvorrichtung, mittels der eine reflektierende Fläche derart in den Strahlengang einbringbar ist, daß Licht vom optischen Eingang in den optischen Ausgang übertragen wird.

Bei der Herstellung optischer Schalter ergibt sich grundsätzlich das Problem, daß das aus einem Faserbündel austretende Licht di­ vergiert. Das führt dazu, daß das Licht mit Hilfe einer Vorrich­ tung, z. B. einer Linse oder eines Spiegels, auf die Öffnung eines Empfangsbündels fokussiert werden muß, oder daß die Öff­ nungen praktisch miteinander in Kontakt gebracht werden müssen. Die erste Lösung erfordert eine perfekte Ausrichtung einer Sam­ melvorrichtung und führt zu unhandlichen und kostspieligen Schaltern, während die zweite Lösung zur Begrenzung der Licht­ verluste voraussetzt, daß sich die Öffnungen der Bündel in einer exakten Gegenüberlage befinden. Mindestens ein Faserbündel muß bei der Realisierung eines optischen Schalters nach diesem Prin­ zip ständig die Schaltbewegung mit ausführen, so daß das Faser­ bündel einer hohen mechanischen Beanspruchung ausgesetzt ist.

In der Patentschrift DE 36 08 135 C2 ist ein optischer Schalter nach dem ersten Prinzip beschrieben. Durch die Reflexion an nur einer Ebene einer verschiebbaren Strahlenumlenkvorrichtung er­ folgt die Umlenkung eines Lichtstrahles von einem Eingang zu einem von mehreren Ausgängen. Die Verschieberichtung der Strah­ lenumlenkvorrichtung ist senkrecht zu dem auf die reflektierende Ebene fallenden Lichtstrahl orientiert. Auch hier besteht die Notwendigkeit, die reflektierende Ebene und den Lichtstrahl ge­ nau aufeinander auszurichten, damit die Dämpfung möglichst ge­ ring bleibt. Zusätzlich werden zur Bündelung der einzelnen Lichtstrahlen Kollimatoren eingesetzt. Neben diesen Ausrich­ tungsmaßnahmen gilt auch hier: Je geringer die Toleranz bei der Fertigung und der Positionierung der Strahlenumlenkvorrichtung, desto besser die Übertragung. Der Fertigungsaufwand ist entspre­ chend hoch.

Darüber hinaus ist aus der DE-OS 22 05 996 eine faseroptische Lichtleiteranordnung, insbesondere eine Reflexionsschranke, bekannt, die zur Erkennung von Objekten in einem Meßfeld genutzt wird. An zwei in der gleichen Ebene aneinanderliegenden Endflächen zweier faseroptischer Lichtleiter schließt sich ein der Durchmischung der Strahlengänge der einzelnen Lichtleiter dienender als Integrationskammer bezeichneter Einzelfaserlichtleiter an. Eine reflektierende Fläche, die zwischen einem Arbeitsabstand Null und einem bestimmten Maximalabstand von der Endfläche der Integrationskammer bewegt werden kann, befindet sich als Auslöser von Schaltvorgängen außerhalb der faseroptischen Lichtleiteranordnung. Ein funktionsfähiger Schaltmechanismus entsteht erst mit der Zuführung der externen Reflexionsfläche, so daß zwar eine funktionelle aber keine bauliche Einheit im Sinne eines Schalters vorhanden ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen optischen Schalter der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, der ohne großen Aufwand in ein­ facher Weise herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine rohrförmige Streuhülse zur Umlenkung des Lichtes mit ihrer Innenwand vorhanden ist, die mit der reflektierenden Fläche einerseits und mit dem optischen Ein- und Ausgang andererseits einen geschlossenen lichtdichten Raum bildet.

Durch Druck auf eine Betätigungsvorrichtung wird ein geschlosse­ ner, lichtdichter Raum geschaffen, in dem das Licht "gefangen" ist. Die eingestrahlte Lichtmenge steht grundsätzlich vollkommen der weiteren Lichtübertragung zur Verfügung. Die aus dem opti­ schen Eingang austretenden und divergierenden Lichtstrahlen wer­ den nicht mittels besonderer Vorrichtungen gebündelt, da der lichtdichte Raum gewährleistet, daß prinzipiell kein Licht nach außen gelangt. Eine gezielte Ausrichtung des Lichtes ist nicht notwendig, denn ein ausreichend großer Teil des gestreuten Lich­ tes wird nach ein- oder mehrmaliger Umlenkung innerhalb des geschlossenen Raumes in den optischen Ausgang eingekoppelt. Der übrige Lichtanteil nimmt an Intensität ab und ist nicht auswert­ bar oder wird in Wärme umgesetzt. Eine Reflexion von Lichtstrah­ len setzt eine Fläche oder Vorrichtung voraus, die den eingehen­ den Lichtstrahl nach der Reflexion bewußt auf einen Empfänger richtet. Im Unterschied dazu reicht in dem erfindungsgemäßen optischen Schalter eine Streuung der Lichtstrahlen, d. h. eine unbeeinflußte Umlenkung der Lichtstrahlen, aus, um auswertbare Signale am optischen Eingang zu erhalten. Der einfache Aufbau, d. h. die geringe Anzahl an Bauelementen und ein Minimalaufwand an Ausrichtarbeiten zwischen dem Faserbündel und den Bauelemen­ ten bilden die Voraussetzung für einen optischen Schalter, der mit den Vorteilen einer Massenproduktion gefertigt werden kann.

Die Dämpfung bzw. der Wirkungsgrad der Anordnung hängt von ver­ schiedenen Faktoren ab, die durch die Unteransprüche gekenn­ zeichnet sind.

Nach dem Austritt des Lichtes aus dem optischen Eingang diver­ gieren die einzelnen Lichtstrahlen und verteilen sich diffus in der rohrförmigen Streuhülse. Die Betätigungsvorrichtung bildet zusammen mit der Streuhülse einen geschlossenen Raum. Die Strahlen treffen entweder die Innenwände der Streuhülse oder auf die reflektierende Fläche der Betätigungsvorrichtung. Die Oberfläche der Hülseninnenwand und der reflektierenden Fläche werden derart aufbereitet, daß die Strahlen nicht sofort "geschluckt" werden, sondern noch mehrere Umlenkun­ gen ausführen können. Vorteilhaft eignen sich hierfür entweder polierte oder verspiegelte Oberflächen. Besonders plane Flächen weisen keine Unebenheiten auf, an denen sich Lichtstrahlen noch­ mals brechen und an Intensität verlieren. Die Farbgestaltung dieser Oberflächen ist ebenfalls ein entscheidender Faktor für den Reflexionsgrad des Lichtes. Die Farbe Weiß hat gegenüber an­ deren dunkleren Farben die schlechtesten Absorptionseigenschaf­ ten, so daß sie sich zur Umlenkung von Licht eignet. Eine ent­ sprechende Aufarbeitung der in Frage kommenden Flächen ermög­ licht den Lichtstrahlen mehrfache Umlenkungen und erhöht damit die Anzahl der in den Ausgang einkoppelbaren Lichtstrahlen.

Der Wirkungsgrad, d. h. das Verhältnis des in den optischen Aus­ gang eingekoppelten Lichtes zu dem des aus dem optischen Eingang ausgekoppelten Lichtes, wird durch die Form des lichtdichten Raumes beeinflußt. Bekannte Strukturen zur Lichtbündelung und zur Lichtübertragung sind konkave oder konvexe Formen. Die Kom­ bination einer gemäß den Ansprüchen 2-4 gestalteten Oberfläche und einer je nach Anforderung ausgebildeten Form der Hülsenin­ nenseite bzw. der reflektierenden Fläche trägt zur besseren Lichtausbeute bei. Die Bündelung der Lichtstrahlen erlaubt eine zielgerechte Ausrichtung des Lichtes auf den optischen Ausgang.

Die Forderung, einen optischen Schalter mit möglichst geringem Aufwand bezüglich der Zusammensetzung und der Zusammenarbeit der einzelnen Bauelemente herzustellen, wird durch eine Betätigungs­ vorrichtung unterstützt, bei der sowohl die Betätigungsrichtung als auch die reflektierende Fläche senkrecht zur Achse des Lichtleiters orientiert sind. Diese Anordnung erfordert keine komplizierten Führungen für die Betätigungsvorrichtung, so daß auf einfachstem Weg ein geschlossener Raum erzeugt werden kann. Darüber hinaus sind von dieser Lösung abweichende Anordnungen möglich (z. B. diagonale oder gleichachsige Führungen), die aber auf Spezialfälle begrenzt sind.

In einem erfindungsgemäßen optischen Schalter wird ein Lichtlei­ terkabel in einer Ausnehmung, die von den Gehäuseteilen des Schalters gebildet wird, befestigt. Das Kabel bzw. die Faserbün­ del werden nicht abisoliert. Eine saubere und plane Schnittflä­ che gewährleistet die Ein- und Auskoppelung der einzelnen Licht­ strahlen. Das häufig problematische Abisolieren aufgrund zu ho­ her Haftung zwischen Isolation und Faserbündel entfällt. Die Isolation an der Schnittfläche des Lichtleiterkabels schlägt an einem Vorsprung der Streuhülse an. Die Toleranz für den Abstand zwischen der Schnittfläche des Lichtleiterkabels und der reflektierenden Fläche der Betätigungsvorrichtung bewegt sich im Bereich einiger Millimeter, so daß die Positionierung des Lichtleiterkabels mit geringem Aufwand möglich ist. Der optische Schalter kommt voll­ kommen ohne metallische Bauelemente aus, d. h. er ist in jeder Hinsicht elektromagnetisch verträglich. Die Funktion anderer elektromagnetischer Bauelemente wird weder beeinflußt noch wird er selber von solchen Geräten gestört.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt perspektivisch mit einem Teilschnitt einen opti­ schen Schalter.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt des optischen Schalters gemäß der Achse A-A nach Fig. 1.

Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte optische Schalter 1 ist als Tastschalter ausgeführt und überdimensional dargestellt. Er be­ steht aus einem rechteckigen Gehäuseoberteil 2 und einem recht­ eckigen Gehäuseunterteil 3. Im zusammengesetzten Zustand bildet das Gehäuse 4 einseitig zwischen dem Gehäuseoberteil 2 und dem Gehäuseunterteil 3 eine Ausnehmung 5, in der ein Lichtleiter­ kabel 6 eingelegt ist. Das Lichtleiterkabel 6 besteht aus zwei parallel zueinander angeordneten Faserbündeln 7, 8, die jeweils von einer Isolierung 9, 10 umgeben sind und sich gegenseitig berühren.

Im Inneren des Gehäuses 4 ist eine rohrförmige Streuhülse 11 ange­ ordnet, in der das Lichtleiterkabel endet. Hierbei erfolgt der Übergang zwischen den Isolierungen 9, 10 und der Streuhülse 11 lichtdicht. Das Ende des Lichtleiterkabels 6 bildet eine über den kompletten Querschnitt verlaufende plane Fläche. Ein Vor­ sprung 12 innerhalb der Streuhülse 11, an dem die Isolierun­ gen 9, 10 der Faserbündeln 7, 8 liegen, bildet einen Anschlag, der die Positionierung des Lichtleiterkabels 6 erleichtert.

Im Gehäuseoberteil 2 ist eine kreisrunde Öffnung 13 eingelassen, aus der eine elastische Betätigungsvorrichtung 14 nach außen ragt, die insbesondere für immer in ihre Ausgangsposition zu­ rückkehrende Tastschalter geeignet ist. Die in der Form eines Domes ausgebildete Betätigungsvorrichtung 14 ist mit einem run­ den Abstützrand 15 versehen, der zwischen dem Gehäuseoberteil 2 und dem Gehäuseunterteil 3 eingeklemmt ist. Ein Stößel 16 in der Mitte der Betätigungsvorrichtung 14 kann von außen mit Druck be­ aufschlagt werden, so daß eine konvexe Fläche 17 des Stö­ ßels 16 die Streuhülse 11 verschließt. Bei Verringerung des Druckes geht der elastisch gelagerte Stößel 16 wieder in die Ausgangsposition zurück. Die Streuhülse 11 ist dann an dieser Seite offen. Eines der beiden Faserbündel 7, 8 dient als opti­ scher Eingang 18, während das andere Faserbündel 8 als optischer Ausgang 19 fungiert. Aus dem optischen Eingang 18 wird Licht in die Streuhülse 11 eingekoppelt, das sich darin-diffus ver­ teilt. Bei Betätigung des Stößels 16 entsteht ein lichtdichter Raum 20. Die sich diffus verteilenden Lichtstrahlen werden von der Innenwand 21 der Streuhülse 11 und der reflektierenden Fläche 17 des Stößels 16 umgelenkt. Ein Teil der Lichtstrahlen wird in den op­ tischen Ausgang 19 eingekoppelt und ausgewertet. Andere Licht­ strahlen verlieren an Intensität und "laufen sich tot", während der restliche Anteil wirkungslos in den optischen Eingang 18 eingekoppelt wird. Die Lichtausbeute am optischen Ausgang 19 reicht aus, um die Lichtdifferenz zwischen betätigtem und unbe­ tätigtem Zustand des optischen Schalters 1 auswertbar an einen anhängigen Schaltkreis weiterzuleiten.

Bezugszeichenliste

 1 optischer Schalter
 2 Gehäuseoberteil
 3 Gehäuseunterteil
 4 Gehäuse
 5 Ausnehmung
 6 Lichtleiterkabel
 7 Faserbündel
 8 Faserbündel
 9 Isolierung
10 Isolierung
11 Streuhülse
12 Vorsprung
13 Öffnung
14 Betätigungsvorrichtung
15 Abstützrand
16 Stößel
17 konvexe Fläche
18 optischer Eingang
19 optischer Ausgang
20 Raum
21 Innenwand
A Längsachse

Claims (9)

1. Optischer Schalter, mit mindestens einem optischen Eingang (18), der neben mindestens einem optischen Ausgang (19) angeordnet ist und mit einer in dem optischen Schalter (1) integrierten und zwischen zwei Positionen verschiebbaren Betätigungsvorrichtung (14), mittels der eine reflektierende Fläche (17) derart in den Strahlengang einbringbar ist, daß Licht vom optischen Eingang (18) in den optischen Ausgang (19) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine rohrförmige Streuhülse (11) zur Umlenkung des Lichts mit ihrer Innenwand (21) vorhanden ist, die mit der reflektierenden Fläche (17) einerseits und mit dem optischen Ein- (18) und Ausgang (19) andererseits einen geschlossenen lichtdichten Raum (20) bildet.

2. Optischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streuhülse (11) und/oder die Fläche (17) eine polierte Oberfläche aufweisen.

3. Optischer Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Streuhülse (11) und/oder die Fläche (17) eine verspiegelte Oberfläche aufweisen.

4. Optischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Streuhülse (11) und/oder die Fläche (17) eine weiße Oberfläche aufweisen.

5. Optischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (17) konkav oder konvex ausgebildet ist.

6. Optischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung (14) und/oder die Fläche (17) senkrecht zur Längsachse (A) des optischen Einganges (18) verschiebbar sind.

7. Optischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung (14) aus einem Stößel (16) besteht, der elastisch auf einem zwischen einem Gehäuseoberteil (2) und einem Gehäuseunterteil (3) eingeklemmten Abstützrand (15) gelagert ist.

9. Optischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Eingang (18) und der optische Ausgang (19) aus mit je einer Isolierung (9, 10) umgebenen Faserbündeln (7, 8) bestehen, die parallel zueinander angeordnet und nicht abisoliert sind.

9. Optischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ausschließlich metallfreie Werkstoffe zur Herstellung verwandt sind.