DE69102873T2

DE69102873T2 - Hochgeschwindigkeitsunterbrecher für einen lichtstrahl.

Info

Publication number: DE69102873T2
Application number: DE69102873T
Authority: DE
Inventors: David Woodruff
Original assignee: NM Laser Products Inc
Current assignee: NM Laser Products Inc
Priority date: 1990-04-24
Filing date: 1991-04-11
Publication date: 1995-03-16
Anticipated expiration: 2011-04-12
Also published as: WO1991016652A1; US5032005A; DE69102873D1; JPH05507366A; EP0526534B1; JP3014755B2; EP0526534A4; EP0526534A1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft Unterbrechermechanismen für Lichtstrahlen und insbesondere Unterbrecher, die elektromagnetisch betrieben werden.

Stand der Technik

Ein typischer Unterbrechermechanismus des Standes der Technik umfaßt einen Elektromagneten mit einem Ferritkern, der von einer Magnetwicklung an einer Flachspule umgeben ist, und umfaßt auch einen sehr dünnen, länglichen, flexiblen Blattstahlstreifen, der mittels Rückhalteschrauben an einem Ende an einer Einfassung befestigt ist und parallel zu einem Laserstrahlweg und darunterliegend angeordnet ist, wenn der Elektromagnet inaktiv ist. Beim Betrieb wird die Wicklung unter Strom gesetzt, was den Magneten aktiviert und bewirkt, daß das freie Ende des Blattstreifens zum Magneten hin angezogen und aufwärts in den Strahlweg gebogen wird. Während das Ende des Streifens den Lichtweg unterbricht, wird der Strahl von dem Weg um ein paar Grad wegreflektiert. Der Reflexionswinkel nimmt zu, während sich das Blattende dem Magneten nähert. In der vollständig geschlossenen Stellung paßt sich der Streifen flach an den Magneten an und biegt sich dann scharf nach unten zu den Rückhalteschrauben hin ab, wodurch der Strahl blockiert wird.
Der Blattstreifen ist nicht nur extrem biegbar, sondern weist auch eine geringe Masse auf, was beim Reduzieren einer Vibration hilft, die durch das Zusammenstoßen des Streifens mit dem Elektromagneten hervorgerufen wird. Jedoch ist der Streifen auch sehr schwach, insbesondere an Spannungspunkten in dem Biegebereich, und weist dadurch eine Lebensdauer von nur etwa 100.000 Zyklen auf, bevor ein Bruch auftritt. Der Streifen reflektiert den Strahl unter einem Winkel nahe dem des unveränderten Strahlwegs, was eine unerwünschte Streureflexionslinie erzeugt, die weggeschnitten werden muß. Die Ausrichtung des Streifens in der vollständig geschlossenen Stellung ermöglicht es, daß Laserlicht in den Laser zurückgestreut werden kann, was seine Verwendung bei gewissen Anwendungen verhindert. Thermisch ist das dünne Blatt nicht in der Lage, genügend Wärme abzuleiten, die durch die Absorption von Hochenergie- Laserlicht entsteht.
Im U.S-Patent Nr. 4,799,767 beschreibt Woodruff einen Unterbrechermechanismus mit einer steifen, aber noch biegbaren, ferromagnetischen Lamelle, die in einer V- förmigen Beziehung zu den Polen eines Elektromagneten befestigt ist. Der Elektromagnet weist einen zylindrischen Kern mit einem der Länge nach gerichteten, das heißt axialen Schlitz auf, der Pole festlegt, und weist eine ringförmige Wicklung um den Kern auf, die mit einem elektrischen Netzgerät in Verbindung steht. Wenn der Elektromagnet aktiviert wird, biegt sich das freie Ende der Lamelle zu den magnetischen Polflächen hin. Bei einem Ausführungsbeispiel läuft der Lichtweg zwischen den magnetischen Polen hindurch und die Lamelle, die üblicherweise parallel zum Strahlweg verläuft, biegt sich nach unten, um den Strahl zu blockieren. Die gebogene Lamelle und eine lichtabsorbierende Stützplatte, an der die Lamelle üblicherweise anliegt, wirken zusammen, um eine V- förmige Lichtfalle für den Strahl auszubilden. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel liegt die Lamelle üblicherweise unter einem Winkel in der Längsrichtung quer zum Strahlweg und liegt an einer Stützplatte an, wobei sie eine Öffnung in der Platte abdeckt. Eine lichtabsorbierende Zun-ge zwischen den Polen des Elektromagnets wirkt mit der Lamelle zusammen, um eine Lichtfalle auszubilden. Wenn die Lamelle nach unten gebogen wird, gelangt Licht über die Öffnung in die Stützplatte. Bei beiden Ausführungsbeispielen ist der Strahlweg im allgemeinen längs der Länge der Lamelle ausgerichtet.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Laserstrahl-Unterbrechermechanismus zu erzeugen, der eine lange Lebensdauer und keine Streureflexion aufweist, um so für einen Hochgeschwindigkeits-Impulsbetrieb geeignet zu sein.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Unterbrechermechanismus zu erzeugen, der für eine Verwendung mit Hochenergielasern und anderen Strahlquellen geeignet ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Unterbrechermechanismus vorgesehen, wie er in Anspruch 1 beansprucht wird.
Die vorstehenden Aufgaben werden durch einen Strahlunterbrecher mit einer flachen, relativ steifen, aber noch biegbaren, ferromagnetischen Lamelle erfüllt, die mit ihrer Längsrichtung unter etwa einem rechten Winkel bezüglich des Strahlweges ausgerichtet ist und mit ihrer Breitenrichtung so geneigt ist, daß sie unter etwa einem 45º-Winkel bezüglich des Lichtstrahlwegs ausgerichtet ist. Mit anderen Worten fällt der Strahl, relativ zur Lamelle gesehen, von der Seite her ein. Die Lamelle befindet sich normalerweise in einer geraden Stellung, kann jedoch mittels eines Elektromagneten, der mit einer elektrischen Energiequelle zusammenwirkt, in eine gebogene Stellung gebogen werden. Die Lamelle ist reflektierend und schneidet den Strahlweg in nur einer der beiden Stellungen. Bei einer normalerweise geschlossenen Unterbrecherumgebung blockiert die Lamelle somit das Licht und reflektiert es nach unten, wenn sie gerade ist, wohingegen sie den Strahl hindurchlaufen läßt, wenn sie gebogen ist. Bei einem Ausführungsbeispiel mit normalerweise offenem Unterbrecher läßt die Lamelle den Strahl hindurchgehen, wenn sie gerade ist, biegt sich aber nach unten, um den Strahl zu blockieren und umzuleiten. Der reflektierte Lichtstrahl wird typischerweise mittels einer V-förmigen Lichtfalle gesammelt.
Der Elektromagnet weist vorzugsweise einen länglichen Kern mit einem J-förmigen Querschnitt auf, wobei das J-Armende und das J-Hakenende die magnetischen Pole ausbilden. Eine Drahtwicklung ist in dem Kanal zwischen den Polen der Länge nach um den Kern gewickelt. Die Pole sind, ähnlich wie die Lamelle, in der Breitenrichtung, das heißt von Pol zu Pol, abgeschrägt, so daß ein Pol höher als der andere angeordnet ist. Die Pole liegen im wesentlichen in einer Ebene, die in der Breitenrichtung unter einem Winkel von etwa 45º relativ zum Strahlweg und in der Längsrichtung in einer V-förmigen Beziehung zu einer geraden Lamelle ausgerichtet ist. Die Pole weisen ein gebogenes Oberflächenprofil auf, das der Form der gebogenen Lamelle nahezu entspricht. Ein gummiartiges Element kann auf jedem der Pole angeordnet werden. Das Verwenden dieses Elektromagneten mit der wie in der vorstehenden Beschreibung ausgerichteten Lamelle verlängert die Lebensdauer der Lamelle durch das Beseitigen extremer Spannungspunkte und erzeugt eine ausgezeichnete magnetische Kopplung.
Typischerweise sind die Lamelle und der Elektromagnet in einem Gehäuse enthalten. Das Gehäuse weist zum Festlegen des Lichtweges durch das Gehäuse zumindest einen Satz Öffnungen in gegenüberliegenden Seiten auf. Für Hochleistungsbetrieb kann Wärme mittels eines thermisch leitfähigen Lamellen-Rückstellungs-Anschlags abgeleitet werden, der an der Lamelle anliegt, wenn sich die Lamelle in ihrer geraden Stellung befindet. Der Anschlag kann mittels eines Kühlmittelflusses durch innerhalb des Anschlags befindliche Kanäle gekühlt werden. Die Lichtfalle und der Elektromagnet können ebenso mit Hilfe eines Kühlmittelflusses gekühlt werden.
Zwei benachbarte Lamellen, die miteinander wirken, um einen Lichtstrahl zu blockieren, wenn sich die Lamellen in der geraden Stellung befinden, können verwendet werden. Die beiden Lamellen sind mittels eines Elektromagnetenpaars in entgegengesetzte Richtungen biegbar, damit der Lichtstrahl hindurchgehen kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Strahlunterbrechermechanismus der vorliegenden Erfindung, wobei das Gehäuse oder der Kasten, für die Übersichtlichkeit in einer Phantomansicht gezeigt, weggelassen wurden.
Fig. 2 ist eine Vorderansicht des Strahlunterbrechers der Fig. 1, wobei nur eine Seite des Gehäuses weggenommen wurde. Eine gebogene Stellung der Lamelle ist in einer Phantomdarstellung zu sehen.
Fig. 3 ist eine teilweise Seitenansicht des Strahlunterbrechers der Fig. 1 und 2.
Fig. 4 ist eine Vorderansicht eines alternativen Strahlunterbrecher-Ausführungsbeispiels, bei dem der Lamellenanschlag eine Strömungskühlung aufweist.
Fig. 5 ist eine Seitenansicht einer Lichtfalle für die Verwendung in den Strahlunterbrechern der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6 ist eine Schnittansicht einer Seitenwand der Lichtfalle längs der Linie 6-6 der Fig. 5.
Fig. 7 und 8 sind entsprechend eine Vorder- und eine Seitenansicht eines dritten Strahlunterbrecher- Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung mit zwei Lamellen.
Fig. 9 und 10 sind perspektivische Ansichten von zwei alternativen Lamellenkonstruktionen für die Verwendung mit der vorliegenden Erfindung.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Unter Bezug auf Fig. 1-3 umfaßt ein Ausführungsbeispiel eines Strahlunterbrechermechanismus der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse oder einen Kasten 11, der aus einem Rahmen 12 und zwei flachen Platten 17 und 18 hergestellt ist, die an gegenüberliegenden Seiten, einer rechten bzw. eine linken Seite des Rahmens angeordnet sind. Die Seitenplatten 17 und 18 des Gehäuses 11 weisen darin festgelegte Blenden oder Öffnungen 13-16 auf. Ein Satz von Öffnungen 13 und 14 legt durch das Gehäuse einen ersten Weg für einen Lichtstrahl 47 fest. Der Rahmen 11 kann auch einen zweiten Satz Öffnungen 15 und 16 zum Festlegen eines zweiten Weges für einen Lichtstrahl 51 durch das Gehäuse umfassen.
Der Unterbrecher umfaßt auch eine flache, längliche, ferromagnetische Lamelle 19, die in einem eingeschlitzten Element oder einer Klemmeinrichtung 21 an einem Ende des Gehäuses 11 an den Rahmen 12 befestigt ist. Von der eingeschlitzten Befestigung 21 aus gesehen, ist die Lamelle 19 an dem anderen Ende 20 frei, das heißt nicht befestigt oder gesichert, um so in Erwiderung auf ein magnetisches Feld gebogen oder gekrümmt werden zu können. Die Lamelle 19 ist im allgemeinen von dem einen Ende zum anderen Ende des Gehäuses 11 in Längsrichtung ausgerichtet, so daß eine Längsrichtung der Lamelle 19 von der eingeschlitzten Befestigung 21 aus zum freien Ende 20 hin in etwa unter einem rechten Winkel zu den Strahlwegen 47 und 51 verläuft, die durch Öffnungen 13-16 im Gehäuse 11 verlaufen. Eine 15º-Abweichung von einem rechten Winkel von 90º aus ist akzeptierbar, so daß "angenähert" in diesem Fall auf einen Bereich von 75-105º bezüglich der Strahlwege 47 und 51 hinweist. Die Lamelle 19 ist auch diagonal ausgerichtet, so daß eine Seitenkante der Lamelle 19 höher als die andere angeordnet ist. Wie insbesondere in Fig. 3 zu sehen ist, ist eine Breitenrichtung der Lamelle 19 unter etwa einem 45º-Winkel, das heißt, in einem Bereich von 30-60º bezüglich der Strahlwege 47 und 51 angeordnet.
Die Lamelle 19 ist relativ steif, aber dünn genug, um auch biegbar zu sein. Die Lamelle 19 ist üblicherweise gerade, wie in Fig. 1-3 dargestellt, kann aber in eine geboge Stellung 23 abgebogen werden, wie dies in Phantomdarstellung in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Die Lamelle 19 biegt sich eher senkrecht zu ihren Hauptflächen als torsional. In entweder der geraden oder der gebogenen Stellung unterbricht die Lamelle 19 einen durch das Gehäuse 11 vorgegebenen Strahlweg 47 und 51, während sie in der anderen Stellung Licht auf diesem Weg 47 oder 51 ungehindert durch das Gehäuse 11 hindurchgehen läßt. Beispielsweise unterbricht die gerade Stellung der Lamelle 19 bei dem verdeutlichten Ausführungsbeispiel den Strahlweg 47 und läßt Licht im Weg 51 durch das Gehäuse ungehindert hindurchgehen, während die gebogene Stellung 23 den Strahlweg 51 unterbricht und Licht im Weg 47 hindurchgehen läßt. Das Gehäuse 11 kann einen oder beide Sätze von Öffnungen 13-16 und einen oder beide Strahlwege 47 und 51 aufweisen. Bei einem Gehäuse mit Strahlwegen 47 und 51 kann einer oder können beide der Strahlwege tatsächlich verwendet werden, das heißt, einen Lichtstrahl darauf aufweisen.
Die Lamelle 19 ist für Licht, das vorzugsweise sowohl Licht im nahen infraroten und nahen ultravioletten Bereich als auch sichtbares Licht umfaßt, in hohem Maße reflektierend und weist typischerweise eine Reflektivität von mehr als 95% auf. Die Lamelle 19 kann poliert und mit einer metallischen oder dielektrischen, reflektierenden Schicht überzogen sein, um ihre Reflektivität für Hochleistungsanwendungen weiter zu steigern. Wenn die Lamelle 19 einen Lichtstrahl unterbricht, versperrt sie dem Licht seinen üblichen Weg durch das Gehäuse 11 und richtet es nach unten zu einer Lichtfalle 39 hin. Zum Beispiel wird in den Fig. 1 und 3 ein auf Weg 47 einfallender Lichtstrahl auf einen neuen Lichtweg 49 in die Lichtfalle 39 reflektiert. Die Lichtfalle 39 ist üblicherweise ein enges, V-förmiges Element, das mit dem Rahmen 12 verbunden ist und absorbierende Seitenwände 40 und 41 aufweist. Ein Winkel von weniger als 30º zwischen den Wänden 40 und 41 wird bevorzugt.
Wie in Fig. 9 und 10 zu sehen ist, kann die Lamelle 19 eine ausgeglichene, flache, rechteckige Gestalt mit einer konstanten Breite W aufweisen. Alternativ, wie in Fig. 10 verdeutlicht, kann eine Lamelle 91 verwendet werden, die einen engen, abgehalsten Bereich 93 aufweist, der durch Aussparungen 95 in der Nähe des befestigten Endes 94 ausgebildet ist. Dieser letztgenannte Aufbau 91 verringert die mechanische Kraft, die zum Biegen der Lamelle erforderlich ist, wohingegen ein großer Bereich in den magnetischen und optischen Bereichen der Lamelle beibehalten bleibt. Der abgehalste Bereich 93 würde in der Nähe der eingeschlitzten Befestigung 21 angeordnet werden. Das rechtsseitige Ende 96 in Fig. 10, das vom abgehalsten Bereich 93 am weitesten entfernt ist, ist das freie Ende.
Nimmt man wieder auf die Fig. 1 - 3 Bezug, umfaßt der Strahlunterbrecher auch einen Elektromagneten 25 zum Biegen der Lamelle 19. Der Elektromagnet 25 weißt einen Kern 27 auf, der mit einer Drahtwicklung 35 umwickelt ist. Das Kernmaterial ist ein magnetisch einordbares Material, beispielsweise Eisen, mit einer hohen Permeabilität, das einen geringen Hystereseverlust und einen hohen Wirkungsgrad vorsieht. Der Kern 27 ist ein längliches Stück mit einem J- förmigen Querschnitt. Der J-Arm und der J-Haken bilden entsprechende Seiten 31 und 29 des Kerns aus, und das J-Armende und das J-Hakenende legen entsprechende magnetische Pole 32 und 30 fest. Der Kanal zwischen den Seiten 31 und 29 bietet Platz für die Drahtwicklung 35, die der Länge nach um den Kern gewickelt ist. Wie die diagonale Schräge der Lamelle 19 sieht die J-Form des magnetischen Kerns 27 vor, daß ein Pol 32 höher als der andere Pol 30 liegt, wobei die Pole 30 und 32 im wesentlichen in einer Ebene liegen, deren Längsrichtung (von Pol zu Pol) unter einem Winkel von etwa 45º bezüglich der Strahlwege 47 und 51 verläuft. Vorzugsweise ist dieser Winkel im wesentlichen der gleiche wie der der Breite nach ausgerichtete Winkel der Lamelle 19. Die Kerngestalt könnte auch als im wesentlichen zylindrisch, mit einem der Länge nach ausgerichteten Schlitz beschrieben werden, der längs der die Pole 30 und 32 bestimmenden diagonalen Ebene aufgenommen ist.
Der Elektromagnet 25 und die Lamelle 19 sind aufeinander bezogen so ausgerichtet, daß der Elektromagnet 25 die Lamelle 19 nach unten hin zu seinen Polen 30 und 32 biegen kann. Deshalb ist die Ebene in der die Pole 30 und 32 im wesentlichen liegen, in einer Längsrichtung in einer V-förmigen Beziehung zu der geraden Stellung der Lamelle 19 ausgerichtet. Ein typischer Winkel zwischen der Lamelle 19, wenn sie gerade ist, und den Polen 30 und 32 beträgt etwa 5 - 15º. Die Drahtwicklung 35 wirkt über Leitungen 37 zum Aktivieren des Elektromagneten 25 mit einer elektrischen Energiequelle zusammen. Eine Treiberelektronik, die nicht Bestandteil dieser Erfindung ist, steuert das Tastverhältnis und die Frequenz der elektrischen Leistung, die dem Elektromagneten zugeführt wird. Typischerweise wird ein Hochspannungsimpuls von kurzer Dauer zum Elektromagneten 25 gesendet, um die Lamelle 19 in die gebogene Stellung 23 zu bewegen, wonach eine anhaltende, niedrigere Spannung folgt, um die Lamelle 19 an den magnetischen Polen 30 und 32 zu halten. Die Pole 30 und 32 weisen ein gebogenes oder kettenlinienförmiges Oberflächenprofil auf, das nahezu der natürlichen Auslegefeder-Kontur entspricht, die die Lamelle 19 annimmt, wenn sie gebogen ist. Ein gummiartiges Element, typischerweise in der Form einer dünnen Schicht aus einem gummiartigen Material, kann auf jedem der magnetischen Pole 30 und 32 angeordnet werden, um eine Lamellenvibration zu verringern.
Der Strahlunterbrecher umfaßt auch eine Anzahl von Elementen zum Kühlen der Lamelle 19, der Lichtfalle 39 und des Elektromagneten 25 für Hochleistungsanwendungen. In den Fig. 1 - 3 ist ein Rückstellungs-Lamellenanschlag 43 an der Oberseite des Rahmens 12 des Gehäuses 11 befestigt. Der Lamellenanschlag 43 liegt an der Lamelle 19 an, falls die Lamelle 19 sich in ihrer geraden Stellung befindet. Ein Magnet 45 am Lamellenanschlag 43 bringt die Lamelle 19 am Anschlag thermisch fest in Eingriff. Der Magnet 45 ist schwächer als der Elektromagnet 25, so daß, wenn letzterer aktiviert wird, dieser die Lamelle 19 "überwältigen" und nach unten ziehen kann. Der Lamellenanschlag 43 ist thermisch leitfähig, beispielsweise metallisch, um so Wärme von dem Ende der Lamelle zum Gehäuse 11 abzuleiten. Der Rahmen 12 des Gehäuses besteht typischerweise aus Aluminium für eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Für Anwendungen mit niedriger Leistung kann der Anschlag 43 gummiartig sein, um die Lamellenvibration zu verringern. Der Lamellenanschlag 43 versperrt die Lichtwege 47 oder 51 nicht.
Bei Fig. 4 umfaßt ein alternatives Unterbrecherausführungsbeispiel eine Lamelle 55, einen Elektromagneten 57 und eine Lichtfalle 59, die in einem Gehäuse oder Kasten 61 enthalten sind, wie dies zuvor für die Fig. 1 - 3 beschrieben wurde. Dieses Ausführungsbeispiel verwendet jedoch einen aktiven, wassergekühlten Lamellenanschlag 63 anstelle des passiv gekühlten Anschlags 43 der Fig. 1 - 3. Der Lamellenanschlag 63 ist wieder am Rahmen des Gehäuses 61 befestigt und liegt an der Lamelle 55 an, wenn sich die Lamelle in ihrer geraden Stellung befindet. Wieder kann ein schwacher Magnet 65 die Lamelle 55 für eine verbesserte Hitzeentfernung mit dem Anschlag 63 in Eingriff bringen. Eine Öffnung 67 ist in dem Lamellenanschlag 63 vorgesehen, um den Strahlweg durch das Gehäuse nicht zu versperren. Der Lamellenanschlag 63 umfaßt einen Kanal 69, der darin mit Öffnungen 72 und 74 in einer Anschlagkante 70 ausgebildet ist, die zu Öffnungen in dem Gehäuse 61 fluchten. Der Kanal 69 kann durch Ätzen oder durch maschinelle Herstellung von diesem in der Oberfläche eines ersten Lamellenanschlagstücks und danach durch Abdecken des als Kanal ausgebildeten Stücks mit einem wasserdichten Abdeckstück ausgebildet werden. Ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, fließt an der Öffnung 72 ein, dann über Kanäle 69, wobei es Wärme von der Lamelle 55 aufnimmt, und fließt schließlich über die Öffnung 74 aus, wie dies mittels Pfeilen 71 und 73 verdeutlicht wird.
Nimmt man Bezug auf die Fig. 5 und 6, so kann die Lichtfalle 39 oder 59 von irgendeinem der Unterbrecherausführungsbeispiele ebenso aktiv mit einem Kühlmittelfluß gekühlt werden. Wie vorstehend beschrieben, ist die Lichtfalle 39 V-förmig mit aufrechten, abgewinkelten Seitenwänden 40 und 41 vorgesehen, die lichtabsorbierend sind. Hier bestehen die Seitenwände 40 und 41 aus mehrstückigen Elementen. Ein Teil 77 der Seitenwand 40 weist einen Kanal 81 auf, der in eine seiner Hauptflächen eingeätzt oder maschinelle eingearbeitet ist, oder weist alternativ ein daran befestigtes Rohrsystem auf. Dieses Stück 77 wird dann an dem Basisteil der Seitenwand 40 befestigt. Die Seitenwand 41 ist mit einem Kanalstück 79 ähnlich aufgebaut. Die Seitenwände 40 und 41 nehmen Rohreingänge und -ausgänge 83, 85, 87 und 89 für den Durchfluß eines Kühlmittels, beispielsweise Wasser, in die Kanäle oder Rohre 81 hinein oder daraus heraus auf.
Unter Bezug auf Fig. 7 besteht ein anderer Kühlungsaufbau aus einem Rohrsystem 95, das um die Drahtwicklung 111 des Elektromagneten gewickelt ist. Das Rohrsystem 95 enthält einen Kühlmittelfluß zum Abführen von Wärme von Elektromagneten 107 und 109. Das Rohrsystem 95 kann das gleiche Rohrsystem sein, das mit Eingängen und Ausgängen von Kanälen 120 in wassergekühlten Lamellenanschlägen 117 und 119 in Verbindung steht.
In den Fig. 7 und 8 umfaßt ein anderes Ausführungsbeispiel eines Strahlunterbrechermechanismus der vorliegenden Erfindung ein Paar flacher, biegbarer, ferromagnetischer Lamellen 97 und 99. Beide der Lamelle 97 und 99 sind wie in den Fig. 1 - 3 mit ihrer Längsrichtung in etwa unter einem rechten Winkel (d. h. 75º bis 105º) bezüglich des Weges eines durch Öffnungen 100 geführten Lichtstrahls 102 ausgerichtet und in ihrer Breitenrichtung mit einem Winkel von etwa 45º (d. h. 30º bis 60º) bezüglich des Lichtweges ausgerichtet. Jede der Lamellen 97 und 99 ist an einem entfernten Ende mittels eingeschlitzter Klemmen 101 und 103 befestigt und weist ein freies Ende auf, das den Strahlweg 102 unterbricht, wenn die Lamellen gerade ausgerichtet sind. Jede der Lamellen 97 und 99 befindet sind normalerweise in einer geraden Stellung, kann aber mittels entsprechender Elektromagneten 107 und 109 in eine gebogene Stellung abgebogen werden. Jede der Lamellen 97 und 99 unterbricht den Strahlweg 102 einzeln nur teilweise, wenn sie sich in einer geraden Stellung befindet, aber das Paar von Lamellen 97 und 99 unterbricht zusammengenommen den gesamten Strahlweg 102, wenn sich beide Lamellen in ihrer geraden Stellung befinden. Vorzugsweise überlappen sich die Lamellen 97 und 99 an ihren Kanten geringfügig, wie dies durch eine Fläche 98 in Fig. 8 angezeigt ist, um eine vollständige Strahlblockierung sicherzustellen. Der Spalt 98 sollte groß genug sein, daß die beiden Lamellen 97 und 99 nicht zusammenstoßen, wenn sie in ihre Ruhestellung zurückkehren. Ein Lichtstrahl auf dem Weg 102 wird dann auf einen neuen Lichtweg 104 zu einer Lichtfalle 115 hin umgeleitet, da die Lamellen 97 und 99 in höchstem Maße reflektierend sind.
Der Strahlunterbrechermechanismus der Fig. 7 und 8 weist auch ein Paar Elektromagneten 107 und 109 auf. Wie der Elektromagnet 25 der Fig. 1 - 3 weist jeder der Elektromagneten 107 und 109 einen länglichen Kern 110 mit einem J- förmigen Querschnitt auf, wobei das J-Armende und das J- Hakenende magnetische Pole 113 mit einem dazwischen befindlichen Kanal ausbilden. Der Kanal nimmt eine Drahtwicklung 111 auf, die der Länge nach um den Kern 110 gewickelt ist und die über Leitungen 112 mit einer elektrischen Leistungsquelle zum Aktivieren der Elektromagneten 107 und 109 in Verbindung steht. Wie zuvor für den Elektromagneten 25 in den Fig. 1 - 3 beschrieben, ist jeder der Elektromagneten 107 und 109 der Fig. 7 und 8 so ausgerichtet, daß seine Pole 113 im wesentlichen in einer Ebene liegen, wobei ihre Breitenrichtung von Pol zu Pol mit etwa einem 45º-Winkel zu dem Strahlweg 102 und ihre Längsrichtung in einer V-förmigen Beziehung zu den Lamellen 97 und 99 ausgerichtet ist, wenn diese gerade sind. Die Elektromagneten 107 und 109 biegen, wenn sie aktiviert sind, ihre jeweils zugehörige Lamelle 97 und 99 zu ihren Polen 113. Mit anderen Worten biegen sich die Lamellen 97 und 99 in entgegengesetzten Richtungen auseinander, wobei sie den Lichtweg 102 für einen ungehinderten Lichtdurchtritt öffnen. Die Pole 113 weisen ein bogenförmiges oder kettenlinienförmiges Oberflächenprofil auf, das nahezu dem der Gestalt der Lamelle 97 und 99 entspricht, wenn angenommen wird, daß diese gebogen sind. Ein Gummielement, typischerweise in Form eines dünnen Films aus einem Gummimaterial, kann auf jedem der Pole 113 angeordnet werden.
Eine alternative, aber äquivalente Anordnung zu den beiden Lamellenanordnungen, die in den Fig. 7 und 8 dargestellt sind, weist die beiden Lamellen auf, die normalerweise in ihren geraden Stellungen voneinander beabstandet sind, aber zueinander in gebogene Stellungen biegbar sind, so daß an den Lamellenkanten eine geringfügige Überlappung auftritt. So würden die beiden Lamellen jeweils einzeln nur teilweise den Strahlweg blockieren, würden aber zusammengenommen den Strahlweg gänzlich blockieren, wenn sich beide Lamellen in ihrer gebogenen Stellung befinden. Wenn die Lamellen gerade sind, ist der Strahlweg frei und ein Strahl kann ungehindert hindurchgelangen. Die Elektromagneten 107 und 109 der Fig. 7 und 8 werden umgekehrt betrieben und die Lamellenanschläge 117 und 119 werden zu den gegenüberliegenden Seiten der Lamellen 97 und 99 bewegt, so daß die Elektromagneten, wenn sie aktiviert werden, die Lamellen zusammenbiegen können.
Zum Kühlen der Lamelle ist für jede Lamelle 97 bzw. 99 ein thermisch leitfähiger Rückstellungs-Lamellenanschlag 117 und 119 so befestigt, daß sie mit ihren zugeordneten Lamellen zusammenstoßen, wenn diese gerade sind. Ein schwacher Elektromagnet 122, oder mehrere davon können vorgesehen werden, um die Lamellen 97 und 99 fest an den Anschlägen 117 und 119 zu halten. Wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 kann jeder Lamellenanschlag 117 und 119 einen darin ausgebildeten Kanal 120 für den Durchfluß eines Kühlmittelflusses aufweisen. Das Kühlmittel kann über das gleiche Rohrsystem 95 geliefert werden, das zum Kühlen der Elektromagneten 107 und 109 verwendet wird. Ein Ausschnitt 124 kann in der Kante von jedem Lamellenanschlag 117 und 119 vorgesehen werden, um eine Öffnung für den Lichtstrahlweg 102 vorzusehen, wenn die Lamellen gebogen sind. Die Lichtfalle 115 kann auch, wie bei den Fig. 5 und 6, mittels eines Kühlmittels gekühlt werden.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 7 und 8 kann bei gleich bemessenen Lamellen einen größeren Lichtstrahl als das der Fig. 1 bis 3 aufnehmen und verliert deshalb nicht die Schaltgeschwindigkeit, was beim Verwenden einer einzelnen, größeren, schwereren und steiferen Lamelle der Fall wäre. Ferner benötigt das Ausführungsbeispiel der Fig. 7 und 8 für den gleichbemessenen Lichtstrahl im Vergleich zur Lamelle 19 der Fig. 1 - 3 nur eine halb so große Abbiegung jeder Lamelle 97 und 99, um den Lichtweg vollständig zu öffnen. Daher kann es mit einer schnelleren Schaltgeschwindigkeit als das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 - 3 betrieben werden. Das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 -3 ist dünner als Einrichtungen des Standes der Technik, die einen der Länge nach ausgerichteten Strahl verwenden.

Claims

1. Unterbrechungsmechanismus zum Unterbrechen eines sich von einer Quelle längs eines Weges fortpflanzenden Lichtstrahles mit

einer flachen, biegbaren, ferromagnetischen Lamelle (19; 55; 97), die mit ihrer Längsrichtung unter etwa einem rechten Winkel bezüglich des Weges (47; 102) des Lichtstrahles und mit ihrer Breitenrichtung unter einem Winkel in einem Bereich von 30º bis 60º bezüglich des Weges des Lichtstrahles ausgerichtet ist, wobei die Lamelle (19; 55; 97) sich normalerweise in einer geraden Stellung befindet, jedoch in eine gebogene Stellung (23) biegbar ist, wobei die Lamelle reflektierend ist und den Weg des Lichtstrahles schneidet, falls diese sich entweder in der geraden oder in der gebogenen Stellung befindet, und

einem Elektromagneten (25; 57; 107), der mit einer elektrischen Energiequelle in Verbindung steht und in einer Stellung relativ zu der Lamelle befestigt ist, so daß die Lamelle in die gebogene Stellung (23) abgebogen werden kann, falls der Elektromagnet (25; 57; 107) aktiv ist.

2. Unterbrechungsmechanismus nach Anspruch 1, wobei der Elektromagnet einen länglichen Kern (27; 110) mit einem J-förmigen Querschnitt und eine längs um den Kern (27; 110) verlaufende Drahtwicklung (35, 111) aufweist, wobei das J-Armende und das J-Hakenende des Kerns magnetische Pole (30, 32; 113) bilden, wobei die Pole (30, 32; 113) im wesentlichen in einer Ebene liegen, die mit der Breitenrichtung unter einem Winkel in einem Bereich von 30º bis 60º bezüglich des Weges (47; 102) des Lichtstrahles und mit der Längsrichtung in einer V-förmigen Beziehung zur in der geraden Stellung befindlichen Lamelle (19; 55; 97) ausgerichtet ist, wobei die Pole (30, 32; 113) ein gebogenes Oberflächenprofil aufweisen, das der Form der in der gebogenen Stellung (23) befindlichen Lamelle (19; 55; 97) genau entspricht.

3. Unterbrechungsmechanismus nach Anspruch 2, wobei ein gummiartiges Element auf jedem der Pole (30, 32; 113) angeordnet ist.

4. Unterbrechungsmechanismus nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Einrichtung (39; 59; 115) zum Absorbieren des von der Lamelle (19; 55; 97) reflektierten Lichts.

5. Unterbrechungsmechanismus nach Anspruch 4, wobei die Einrichtung zum Absorbieren eine enge, V-förmige Lichtfalle (39; 59; 115) mit absorbierenden Seiten (40, 41) aufweist, die unter der Lamelle (19; 55; 97) zum Sammeln von Licht angeordnet ist, das von der Lamelle (19; 55; 97) unter etwa einem rechten Winkel nach unten reflektiert wird.

6. Unterbrechungsmechanismus nach Anspruch 5, wobei die Lichtfalle (39; 59; 115) Einrichtungen (77, 79) aufweist, die Wärme von dieser abführen.

7. Unterbrechungsmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend eine thermisch leitfähige Einrichtung (43; 63; 117) zum Ableiten der Wärme von der Lamelle (19; 55; 97).

8. Unterbrechungsmechanismus nach Anspruch 7, wobei die thermisch leitfähige Einrichtung einen Lamellenanschlag (43; 63; 117) aufweist, an dem die Lamelle (19; 55; 97) anliegt, falls sich die Lamelle in der geraden Stellung befindet.

9. Unterbrechungsmechanismus nach Anspruch 8, wobei in dem Lamellenanschlag (63; 117) ein Durchflußkanal (69; 120) zum Führen eines Kühlmittels vorgesehen ist.

10. Unterbrechungsmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Lamelle (19; 55; 97) und der Elektromagnet (25; 57; 107) innerhalb eines Gehäuses (11; 61) befestigt sind, wobei das Gehäuse einen Satz von Öffnungen (13, 14) aufweist, die in dessen gegenüberliegenden Seiten ausgebildet sind, und wobei die Öffnungen (13, 14) den Weg (47; 102) des Lichtstrahles durch das Gehäuse festlegen.

11. Unterbrechungsmechanismus nach Anspruch 10, wobei das Gehäuse (11; 61) einen zweiten Satz von Öffnungen (15, 16) aufweist, die in den gegenüberliegenden Seiten ausgebildet sind, wobei der zweite Satz von Öffnungen (15, 16) einen zweiten Weg (51) für einen Lichtstrahl durch das Gehäuse festlegt, wobei die Lamelle einen Lichtweg durch das Gehäuse unterbricht, falls diese sich in der geraden Stellung befindet, und den anderen Lichtweg, falls diese sich in der gebogenen Stellung (23) befindet.

12. Unterbrechungsmechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine zweite Lamelle (99) und einen zweiten Elektromagneten (109), die im wesentlichen identisch zu der ersten Lamelle (97) und dem ersten Elektromagneten (107) sind, wobei die zweite Lamelle (99) mit ihrer Breitenrichtung unter einem Winkel von etwa 45º bezüglich des Weges des Lichtstrahles ausgerichtet ist, wobei jede der beiden Lamellen (97, 99) für sich genommen den Weg des Lichtstrahles nur teilweise unterbricht, falls diese sich in einer geraden Stellung befinden, wobei die zweite Lamelle (99) teilweise ein Ende der ersten Lamelle (97) überlappt, wobei die beiden Lamellen (97, 99) zusammen den Weg des Lichtstrahles ganz schneiden, falls sich beide Lamellen in einer geraden Stellung befinden, und wobei die beiden Elektromagneten (107, 109) relativ zu ihrer jeweiligen Lamelle so befestigt sind, daß diese im aktiven Zustand die Lamellen in entgegengesetzter Richtung in die gebogene Stellung biegen, wodurch der Weg des Lichts nicht versperrt ist.

13. Unterbrechungsmechanismus nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei der Lamellenanschlag (43; 63; 117) einen schwächeren Magneten (45; 65; 122) als der Elektromagnet (25; 57; 107, 109) zum Festlegen der Lamelle (19; 55; 97, 99) am Anschlag einschließt, falls der Elektromagnet inaktiv ist.