DE69732175T2 - Lineare betätigungseinrichtung für optischen schalter - Google Patents

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet von fotoelektrischen Schaltern und insbesondere einen linearen Betätigungsmechanismus für einen Optikschalter.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Optikschalter sind in der Elektronikbranche bestens bekannt. Diese Vorrichtungen bedienen sich eines optischen Emitters, der eine Lichtquelle bereitstellt, und eines optischen Empfängers oder Sensors, der einen elektrischen Ausgang als Reaktion auf den Empfang des emittierten Lichtes erzeugt. Der Emitter ist für gewöhnlich eine LED (lichtemittierende Diode), und der Empfänger ist für gewöhnlich eine Fotodiode, die an die Basis eines Transistors elektrisch angeschlossen ist und dadurch einen lichtempfindlichen Transistor bildet, der als Optikschalter fungiert. Optikschalter, die aus aufeinander abgestimmten optischen Paaren (einem Emitter und einem Empfänger) bestehen, die innerhalb eines geformten Gehäuses eingeschlossen sind, sind im Handel bei einer Reihe von Elektronikkomponentenherstellern erhältlich, beispielsweise bei Sharp Electronics Corporation und Optek Technology Inc. Diese Optikschalter sind derart konstruiert, dass eine im Allgemeinen semisphärische Linse des Emitters einer im Allgemeinen semisphärischen Linse des Empfängers direkt gegenüberliegt und dadurch ermöglicht wird, dass Licht, welches von dem Emitter abgegeben wird, problemlos durch den Empfänger empfangen wird. Der Emitter gibt eine Menge an Lichtenergie ab, die der Stärke nach relativ zu einem elektrischen Strom ist, der durch den Emitter durchtritt. Die Fotodiode des Empfängers verwandelt Lichtenergie in einen elektrischen Ausgang, der proportional zu der Menge an empfangener Lichtenergie ist. Dieser elektrische Ausgang wird an die Basis des zugeordneten Transistors angelegt. Wenn der elektrische Ausgang größer gleich dem Basisschwellenpegel des Transistors ist, beginnt er zu leiten. Dies bewirkt, dass ein Erfassungskreis, der an den Transistor angeschlossen ist, einen EIN-Zustand für jedwede Vorrichtung, die durch den Optikschalter gesteuert wird, anzeigt. Die beiden Linsen sind voneinander beabstandet, derart, dass ein Betätigungselement, das aus einem lichtundurchlässigen Material hergestellt wurde, gleitend zwischen diesen positioniert werden kann und dadurch verhindert, das Licht von dem Emitter durch den Empfänger empfangen wird. Wenn das Licht, das durch den Empfänger empfangen wird, nicht ausreichend ist, um einen elektrischen Ausgang zu erzeugen, der größer gleich dem Basisschwellenpegel des Transistors ist, wird er nicht leiten, und der Erfassungskreis wird einen AUS-Zustand für jedwede Vorrichtung, die durch den Optikschalter gesteuert wird, anzeigen. Der Empfänger wird zwischen diesen beiden Zuständen durch selektives Bewegen des Betätigungselementes, derart, dass es sich entweder zwischen oder nicht zwischen den beiden Linsen des optischen Paares befindet, geschaltet. Bei vielen Anwendungen ist die exakte lineare Verlagerung des Betätigungselementes, die erforderlich ist, um einen garantierten AUS-Punkt (Punkt, an welchem kein Licht von dem Emitter durch den Empfänger empfangen wird) zu erzeugen, erforderlich. Diese lineare Verlagerung wird im Allgemeinen in Bezug auf eine Bezugsoberfläche an dem Gehäuse der Vorrichtung gemessen. Da Umgebungslicht, welches von dem Empfänger empfangen wird, den AUS-Punkt beeinflussen kann, und da die Linsen des Emitters und des Empfängers der Form nach semisphärisch sind und dadurch Emission und Empfang von Licht in allen Richtungen erfolgt, kann die lineare Verlagerung des Betätigungselementes an dem garantierten AUS-Punkt von einer Vorrichtung zur anderen stark schwanken. Dies gilt sogar für Vorrichtungen derselben Bauart und Herstellerkatalognummer.
  • Wenn eine exakte lineare Verlagerung des Betätigungselementes an dem garantierten AUS-Punkt in Bezug auf die Bezugsoberfläche entscheidend ist, ist es gemeinhin üblich, teurere, mit Aperturen versehene Optikschalter zu verwenden. Die Aperturen sind sehr enge Schlitze, die direkt vor den Linsen von entweder dem Emitter oder dem Empfänger oder vor beiden angeordnet werden, wodurch die Richtung und die Menge von Licht, das empfangen werden kann, begrenzt werden. Die Apertur, welche vor der Emitterlinse angeordnet wird, ist im Allgemeinen breiter als die Apertur, die vor der Empfängerlinse angeordnet wird. Aufeinander abgestimmte optische Paare werden entweder mit einem darüber geformten lichtundurchlässigen Material umgeben, wobei nur die engen Aperturen vor den Linsen freibleiben, oder werden in einem Hilfsgehäuse angeordnet, das Aperturen aufweist, die einstückig in den Gehäusewänden ausgebildet sind. Mit Aperturen versehene Optikschalter weisen tatsächlich einen exakter regelbaren AUS-Punkt und einen stabileren AUS-Zustand als nicht mit Aperturen versehene Optikschalter auf. Allerdings verursachen die Aperturen andere Probleme, welche deren beabsichtigten Zweck durchaus zunichte machen können. Die darüber geformten Aperturen oder die mit Aperturen versehenen Hilfsgehäuse fügen dem linearen Betätigungsmechanismus des Optikschalters zusätzliche mechanische Toleranzen hinzu. Diese zusätzlichen mechanischen Toleranzen verringern die Möglichkeit, dass die lineare Verlagerung des Betätigungselementes an dem garantierten AUS-Punkt in Bezug auf die Bezugsoberfläche unter einzelnen Optikschaltern einheitlich ist. Aperturen reduzieren auch die Lichtmenge, welche durch den Empfänger während des vollen EIN-Zustandes empfangen werden kann, was wiederum den Basisstrom des Empfängertransistors reduziert. Da die Verstärkung des Empfängertransistors proportional zu der empfangenen Lichtmenge ist, weist ein mit Aperturen versehener Optikschalter eine geringere Verstärkung als ein nicht mit Aperturen versehener Optikschalter auf, was zu einem schmäleren Bereich oder einer schmäleren Differenz zwischen dem garantierten Mindest-EIN- und dem garantierten Mindest-AUS-Signal von dem Empfänger führt. Sowohl bei mit Aperturen als auch bei nicht mit Aperturen versehenen Optikschaltern kann der Dunkelstrom (Leckstrom in dem Transistor, wenn kein Licht erfasst wird) von einem Optikschalter zu einem anderen derselben Bauart und Herstellerkatalognummer erheblich schwanken. Der Dunkelstrom bewirkt einen Gleichstromversatz im Ausgang des Optikschalters. Der Gleichstromversatz kann in Kombination mit dem schmäleren Bereich zwischen dem garantierten Mindest-EIN- und dem garantierten Mindest-AUS-Signal, der durch eine niedrigere Verstärkung eines mit Aperturen versehenen Optikschalters verursacht wird, bewirken, dass ein Festschwellen-Gleichstrom-Erfassungskreis einen EIN- oder AUS-Zustand des Optikschalters nicht erfasst. In allerschlimmsten Fall kann der Dunkelstrom eines Optikschalters größer sein als der garantierte Mindest-EIN-Zustand eines anderen Optikschalters. In diesem Fall würde der EIN-Zustand die Schwelle des Gleichstrom-Erfassungskreises nicht erreichen, und daher würde der Gleichstrom-Erfassungskreis keine Änderung im Zustand des Optikschalters anzeigen. Eine Lösung für dieses Problem ist, sich eines Wechselstrom-Erfassungsverfahrens zu bedienen, das nicht durch die Varianzen des Gleichstromversatzes beeinflusst wird. Das Wechselstrom-Erfassungsverfahren ist aufwändiger als ein Gleichstrom-Erfassungsverfahren und steigert seinerseits die Kosten der Herstellung von Optikschaltern mit einem exakt wiederholbaren garantierten AUS-Punkt und stabilen AUS-Zustand. Eine erstrebenswertere Lösung wäre, den preisgünstigeren, mit höherer Verstärkung und nicht mit Aperturen versehenen Optikschalter mit einem Mittel zum Erzielen eines garantierten AUS-Punktes an einer exakten linearen Verlagerung des Betätigungselementes bereitzustellen, welche von einer Vorrichtung zur anderen innerhalb einer Vorrichtungsfamilie oder einer gemeinsamen Herstellerkatalognummer einheitlich wiederholbar sein kann. Es wäre auch erstrebenswert, ein Mittel bereitzustellen, welches eine ausrei chende Verstärkung in dem Empfängertransistor gewährleistet, derart, dass ein breiterer Bereich oder eine breitere Differenz zwischen dem garantierten EIN- und dem garantierten AUS-Signal erzeugt wird, wodurch ermöglicht wird, das kostengünstigere Gleichstrom-Erfassungsverfahren zu verwenden.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung gemäß Definition aus Anspruch 1 stellt einen linearen Betätigungsmechanismus für eine Optikschaltervorrichtung bereit, welcher einen garantierten AUS-Punkt vorsieht, der von einer Optikschalter-Vorrichtung zu einer anderen einheitlich regelbar ist, wobei der Betätigungsmechanismus umfasst:
    ein Gehäuse, welches ein Optikschalter-Lagerungsmittel zum Aufnehmen eines Emitters und eines Empfängers der Optikschalter-Vorrichtung, eine Bezugsoberfläche und eine eine feste AUS-Ebene definierende feste Oberfläche definiert, wobei die feste AUS-Ebene in Bezug auf die Bezugsoberfläche exakt positioniert ist; und
    ein Betätigungselement, das zwischen dem Emitter und dem Empfänger der Optikschalter-Vorrichtung verschiebbar angeordnet ist und ein distales Ende aufweist, das in Bezug auf die Bezugsoberfläche exakt positionierbar ist, wobei das Betätigungselement weiterhin eine Oberfläche umfasst, die eine bewegbare AUS-Ebene definiert und in Bezug auf das distale Ende exakt angeordnet ist, wobei das Betätigungselement für gewöhnlich zu einer ersten Position hin vorbelastet ist und linear in eine zweite Position verlagerbar ist, derart, dass bei einer gewissen vorgegebenen linearen Verlagerung des distalen Endes in Bezug auf die Bezugsoberfläche die bewegbare AUS-Ebene und die feste AUS-Ebene zusammenfallen werden und dadurch den garantierten AUS-Punkt vorsehen.
  • Die bewegbare AUS-Ebene kann im Allgemeinen parallel zu der Bezugsoberfläche verlaufen.
  • Das Mittel zum Lagern der Optikschaltervorrichtung kann von einem Abschnitt des Gehäuses weg einstückig ausgebildet sein, die Bezugsoberfläche ist von einer äußeren Oberfläche des Gehäuses weg einstückig ausgebildet, und der feste AUS-Punkt ist von dem Lagerungsmittel weg einstückig ausgebildet.
  • Das Optikschalter-Lagerungsmittel kann einen ersten Kanal zum gleitenden Aufnehmen des Optikschalter-Emitters und einen zweiten Kanal zum gleitenden Aufnehmen des Optikschalter-Empfängers umfassen, wobei jeder Kanal von dem Gehäuse weg einstückig ausgebildet ist und einen im Allgemeinen C-förmigen Querschnitt aufweist, wobei die Kanäle im Allgemeinen parallel zueinander und voneinander beabstandet sind, derart, dass eine offene Seite des ersten Kanals einer offenen Seite des zweiten Kanals zugewandt ist, was ermöglicht, dass eine Linse des Emitters mit einer Linse des Empfängers in einer gegenüberliegenden Beziehung steht.
  • Der zweite Kanal kann weiterhin eine erste und eine zweite Kante definieren, die sich in Längsrichtung die offene Seite entlang erstrecken und im Allgemeinen parallel zu der Bezugsoberfläche sind, wobei eine der ersten oder der zweiten Kante weiterhin eine Halbapertur definiert, die sich nach außen zur jeweils anderen der ersten oder zweiten Kante hinerstreckt, welche in der festen AUS-Ebene endet, wobei die feste AUS-Ebene im Allgemeinen parallel zu und zwischen der ersten und der zweiten Kante angeordnet ist, derart, dass ein kleiner Abschnitt der Empfängerlinse durch die feste AUS-Ebene abgedeckt wird.
  • Das Betätigungselement kann im Allgemeinen eine rechteckige Form aufweisen und ein im Allgemeinen quadratisches Fenster an einem vorgegebenen Ort entlang seiner Länge in Bezug auf das distale Ende definieren, wobei das Fenster zwei Kanten aufweist, die im Allgemeinen parallel zu der Bezugsoberfläche sind, wobei eine der Kanten die bewegbare AUS-Ebene ist.
  • Der Betätigungsmechanismus kann weiterhin einen geschlitzten Optikschalter umfassen, wobei das Betätigungselement, das aus einem lichtundurchlässigen Material hergestellt ist, als Reaktion auf eine externe Kraft, mit welcher das distale Ende beaufschlagt wird, linear zu der zweiten Position bewegbar ist; wobei die Halbapertur in einer exakten Entfernung von der Bezugsoberfläche des Gehäuses angeordnet ist; wobei die Halbapertur der Empfängerlinse unmittelbar benachbart ist und diese teilweise abdeckt; und wobei die bewegbare AUS-Ebene im Allgemeinen parallel zu der festen AUS-Ebene ist.
  • Die größere Verstärkung des nicht mit Aperturen versehenen Optikschalters ermöglicht, die feste Schwelle eines Gleichstrom-Erfassungskreises auf einen ausreichend hohen Pegel einzustellen, dass jedweder Gleichstromversatz infolge von Umgebungslicht oder Dunkelstrom sich nicht nachteilig auf die Fähigkeit, einen AUS-Zustand des Optikschalters zu erfassen, auswirkt.
  • Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind für einschlägig versierte Fachleute nach einer Prüfung der folgenden ausführlichen Beschreibung, der Ansprüche und der Zeichnungen erkennbar.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Isometrie eines handelsüblichen Optikschalters.
  • 2 ist eine Isometrie eines handelsüblichen mit Aperturen versehenen Optikschalters.
  • 3a ist eine Querschnittansicht eines handelsüblichen mit Aperturen versehenen Optikschalters, der in einem Gehäuse installiert ist, ähnlich jenem der vorliegenden Erfindung, mit einem Betätigungselement an seiner ersten oder für gewöhnlich vorbelasteten Position – in dieser Figur einer für gewöhnlich dunklen Bedingung.
  • 3b ist eine Querschnittansicht des mit Aperturen versehenen Optikschalters aus 3a mit dem Betätigungselement an seiner zweiten Position.
  • 3c ist eine Querschnittansicht des mit Aperturen versehenen Optikschalters aus 3a mit dem Betätigungselement an dem garantierten AUS-Punkt.
  • 4 ist eine Querschnittansicht eines handelsüblichen mit Aperturen versehenen Optikschalters, der in einem Gehäuse installiert ist, ähnlich jenem der vorliegenden Erfindung, mit einem Betätigungselement an seiner ersten oder für gewöhnlich vorbelasteten Position – in dieser Figur einer für gewöhnlich hellen Bedingung.
  • 5a ist eine Querschnittansicht eines nicht mit Aperturen versehenen Optikschalters, der in einem Gehäuse installiert ist, gemäß der vorliegenden Erfindung, mit einem Betätigungselement, das an seiner ersten oder für gewöhnlich vorbelasteten Position positioniert ist – in dieser Figur einer für gewöhnlich dunklen Bedingung.
  • 5b ist eine Querschnittansicht des nicht mit Aperturen versehenen Optikschalters aus 5a mit dem Betätigungselement an seiner zweiten Position, gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 5c ist eine Querschnittansicht des nicht mit Aperturen versehenen Optikschalters aus 5a mit dem Betätigungselement an dem garantierten AUS-Punkt, gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 6 ist eine Querschnittansicht eines handelsüblichen nicht mit Aperturen versehenen Optikschalters, der in einem Gehäuse installiert ist, gemäß der vorliegenden Erfindung, mit einem Betätigungselement an seiner ersten oder für gewöhnlich vorbelasteten Position – in dieser Figur einer für gewöhnlich hellen Bedingung.
  • Ehe eine Ausführungsform der Erfindung ausführlich erläutert wird, wird klargestellt, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Details der Konstruktion und Beschreibung oder der Abbildung in den Zeichnungen begrenzt ist. Die Erfindung kann andere Ausführungsformen annehmen und auf verschiedene andere Weisen angewandt oder realisiert werden. Es ist auch klarzustellen, dass die in diesem Dokument verwendete Phraseologie und Terminologie dem Zweck der Beschreibung dient und nicht als einschränkend angesehen werden sollte.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 1 stellt einen handelsüblichen nicht mit Aperturen versehenen Optikschalter dar, der allgemein mit der Bezugszahl 10 bezeichnet ist. Für den Zweck dieser Beschreibung wird angenommen, dass der nicht mit Aperturen versehene Optikschalter 10 ähnlich dem geschlitzten OPTEK-Optikschalter mit der Katalognummer OPB620 ist. Der Optikschalter 10 umfasst einen Emitter 14 und einen Empfänger 18, die innerhalb eines geformten Gehäuses 22 eingeschlossen sind. Sowohl der Emitter 14 als auch der Empfänger 18 umfasst jeweils eine semisphärische Linse 26. Die Linsen 26 sind direkt einander gegenüberliegend und voneinander durch einen Schlitz 30, der in dem Gehäuse 22 ausgebildet ist, beabstandet angeordnet. Direkt hinter der Linse 26 des Emitters 14 ist eine LED angeordnet, welche jedwede von einer Reihe von Typen sein kann. Die LED emittiert eine Lichtmenge, die zu einer Menge elektrischen Stromes, der durch sie durchtritt, proportional ist. Direkt hinter der Linse 26 des Empfängers 18 ist eine lichtempfindliche Vorrichtung, beispielsweise eine Fotodiode, welche ein elektrisches Signal als Reaktion auf Licht, das auf die lichtempfindliche Vorrichtung auftrifft, erzeugt. Die Stärke des elektrischen Signals ist proportional zu der Menge an auftreffendem Licht. Sowohl der Emitter 14 als auch der Empfänger 18 weisen elektrische Klemmen 34 zum Herstellen elektrischer Anschlüsse an eine Leiterplatte und an eine Stromversorgung und einen Erfassungskreis, welche auf der Leiterplatte angebracht sind, auf. Die Stromversorgung liefert Strom für den Optikschalter, und der Erfassungskreis reagiert auf den Ausgang des Empfängers 18.
  • 2 stellt einen handelüblichen mit Aperturen versehenen Optikschalter dar, der allgemein mit der Bezugszahl 38 bezeichnet ist. Für den Zweck dieser Besprechung wird angenommen, dass der mit Aperturen versehene Optikschalter 38 dem geschlitzten OPTEK-Optikschalter mit der Katalognummer OPB660N ähnlich ist. Der mit Aperturen versehene Optikschalter 38 wird durch Formen über einen nicht mit Aperturen versehenen Optikschalter, beispielsweise des in 1 dargestellten, mit einem lichtundurchlässigen Material 42, hergestellt, wobei nur ein schmaler Schlitz 46, der durch eine erste Kante 50 und eine zweite im Allgemeinen parallele Kante 54 definiert wird, an jeder der Linsen 26 zurückbleibt. Der mit Aperturen versehene Optikschalter 38 kann auch als monolithische Vorrichtung hergestellt werden. Wie aus 3a hervorgeht, definiert jeder Schlitz 46 eine kleine Apertur 56 direkt vor einer der Linsen 26, derart, dass die Lichtmenge, welche durch den Emitter 14 abgegeben wird oder durch den Empfänger 18 empfangen wird, durch die zugeordnete Apertur 56 begrenzt wird. Durch Begrenzen der Lichtmenge, welche durch den Empfänger 18 empfangen werden kann, wird seine Verstärkung reduziert, wodurch das Ausgangssignal des mit Aperturen versehenen Optikschalters 38 reduziert wird. Eine der beiden parallelen Kanten, 50 oder 54, des Schlitzes 46 vor dem Empfänger 18 stellt eine feste AUS-Ebene für den mit Aperturen versehenen Optikschalter 38 bereit. Die feste AUS-Ebene stellt einen exakteren AUS-Punkt als der nicht mit Aperturen versehene Optikschalter 10, der in 1 dargestellt ist, bereit.
  • 3a, 3b und 3c stellen im Querschnitt die Beziehung eines mit Aperturen versehenen Optikschalters 38, beispielsweise des in 2 dargestellten, zu einem Betätigungselement 58 und einem geformten Gehäuse 62, worin sie installiert sind, dar. Damit der Optikschalter 38 bei dieser Art von Anwendung geeignet funktionieren kann, muss er durch geeignete Mittel in Bezug auf eine Bezugsoberfläche 66, die an dem Gehäuse 62 angeordnet ist, feststehend positioniert sein. Für den Zweck des Bereitstellens des bestmöglichen Vergleiches zwischen dem Stand der Technik und der vorliegenden Erfindung wird der mit Aperturen versehene Optikschalter 38 als in dem Gehäuse 62 auf eine Weise positioniert dargestellt, die jener ähnlich ist, welche beim Anordnen eines nicht mit Aperturen versehenen Optikschalters 10, beispielsweise dem in 1 dargestellten, in einem ähnlichen Gehäuse gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wie nachstehend eingehender beschrieben wird. Bei diesem Positionierverfahren definiert ein Abschnitt des Gehäuses 62 zwei im Allgemeinen parallele Kanäle 70, wobei jeder einen im Allgemeinen C-förmigen Querschnitt aufweist und derart angeordnet ist, dass die offenen Seiten jedes Kanals 70 einander zugewandt sind. Der Emitter 14 ist in einem Kanal gleitend aufgenommen, und der Empfänger 18 ist in dem anderen gleitend aufgenommen, derart, dass ihre Linsen 26 in einer gegenüberliegenden Beziehung stehen. Das Betätigungselement 58 ist aus einem lichtundurchlässigen Material geformt und im Allgemeinen von rechteckiger Gestalt. Ein Fenster 74 ist an einer vorgegebenen Position entlang seiner Länge definiert. Eine erste Kante 78 und eine zweite Kante 82 des Fensters 74 sind im Allgemeinen parallel zueinander und senkrecht auf einer Längsachse des Betätigungselements 58. Die erste und die zweite Kante, 78 bzw. 82, sind jeweils in einer bestimmten Entfernung von einem distalen Ende 86 des Betätigungselementes 58 angeordnet. Eine aus der Gruppe umfassend die erste und die zweite Kante, 78 bzw. 82, definiert eine bewegbare AUS-Ebene, in Abhängigkeit von dem Normalzustand des Optikschalters 38. Die Position des Fensters 74 in dem Betätigungselement 58 bestimmt den Normalzustand des Optikschalters 38. Das Betätigungselement 58 ist für gewöhnlich durch eine Feder 88, wie in 3a dargestellt ist, in eine erste Position vorbelastet und, wie in 3b dargestellt ist, linear in eine zweite Position bewegbar. Das distale Ende 86 des Betätigungselementes 58 erstreckt sich bis außerhalb des Gehäuses 62, derart, dass es zur linearen Bewegung des Betätigungselementes 58 zwischen seiner ersten und seiner zweiten Position in Eingriff stehen kann. In einer der ersten oder zweiten Position des Betätigungselementes wird sich das Fenster 74 zwischen den Linsen 26 befinden, und in der anderen der ersten oder zweiten Position wird sich das (der nicht mit einem Fenster versehene Abschnitt des) lichtdurchlässige(n) Betätigungselement(s) 58 zwischen den Linsen 26 befinden und somit den Ausgangszustand des Optikschalters 38 bestimmen. Wie in 3c dargestellt ist, ist der garantierte AUS-Punkt an einem Punkt zwischen der ersten und der zweiten Position angeordnet, wo die feste AUS-Ebene, die durch eine der Kanten 50 oder 54 der Empfängerapertur 56 definiert wird, mit einer bewegbaren AUS-Ebene, die durch eine der ersten oder der zweiten Kante, 78 bzw. 82, des Fensters 74 definiert wird, zusammenfällt. Die Verlagerung des Betätigungselementes 58 in Bezug auf die Bezugsoberfläche 66 an dem garantierten AUS-Punkt wird als OPD (AUS-Punkt-Verlagerung) dargestellt. Es ist zu ersehen, dass eine erste mechanische Toleranz (TMOP) zwischen dem distalen Ende 86 des Betätigungselementes 58 und der bewegbaren AUS-Ebene existiert – bei dieser Anwendung definiert durch die zweite oder untere Kante 82 des Fensters 74. Eine zweite mechanische Toleranz (TRI) existiert zwischen der Bezugsoberfläche 66 und der Berührungsfläche 90 zwischen dem Optikschalter-Empfänger 18 und dem Kanal 70. Eine dritte mechanische Toleranz (TOPI) existiert zwischen der festen AUS-Ebene, welche durch die erste oder obere Kante 50 der Apertur 56 definiert wird, und einer Berührungsfläche 90. Die gesamte mechanische Toleranz (MTT) des garantierten AUS-Punktes ist daher MTT = ±(TMOP + TRI + TOPI). TRI ist eine mechanische Toleranz zwischen zwei getrennten Teilen und kann von einer Vorrichtung zur anderen erheblich sein. TMOP und TOPI sind Toleranzen, die sich auf das Formwerkzeug beziehen, aus welchem die Teile herstammen, und sollten von einer Vorrichtung zur anderen einheitlich sein. Da die MTT jedoch eine Summe aus den drei Toleranzen ist, kann sie von einer Vorrichtung zur anderen erheblich schwanken. Daher kann die lineare Verlagerung des Betätigungselementes 58 an dem garantierten AUS-Punkt von einer Vorrichtung zur anderen erheblich schwanken. Da ein mit Aperturen versehener Optikschalter 38 verwendet wird, wird das Licht, das durch den Empfänger 18 empfangen wird, auf jenes begrenzt, welches durch den schmalen Schlitz der Apertur 56 durchtreten kann, wie durch W1 in 3b angezeigt wird.
  • 4 stellt dieselbe allgemeine Konstruktion, welche für 3a beschrieben wurde, dar, abgesehen davon, dass das Fenster 74 zwischen den Linsen 26 angeordnet ist, wenn sich das Betätigungselement 58 in seiner für gewöhnlich vorbelasteten Position befindet. Bei dieser Konfiguration wird die feste AUS-Ebene die zweite oder untere Kante 54 der Apertur 56 vor dem Empfänger 18 und die bewegbare AUS-Ebene die erste oder obere Kante 78 des Fensters 74 in dem Betätigungselement 58.
  • 5a, 5b und 5c stellen im Querschnitt die Beziehung eines nicht mit Aperturen versehenen Optikschalters 10, beispielsweise des in 1 dargestellten, zu einem Betätigungselement 58 und einem Gehäuse 62, gemäß der vorliegenden Erfindung, dar. Der nicht mit Aperturen versehene Optikschalter 10 und das Betätigungselement 58 sind wie vorhin beschrieben. Das Gehäuse 62 ist im Allgemeinen wie oben beschrieben, mit den folgenden beschriebenen Unterschieden. Ein erster Kanal 94 und ein zweiter Kanal 98 sind einstückig vom Gehäuse 62 weg ausgebildet und verlaufen im Allgemeinen parallel zueinander. Die Kanäle 94 und 98 weisen einen im Allgemeinen C-förmigen Querschnitt auf und sind derart angeordnet, dass die offenen Seiten einander zugewandt sind. Der erste Kanal 94 nimmt den Emitter 14 gleitend auf, und der zweite Kanal 98 nimmt den Empfänger 18 gleitend auf, derart, dass ihre Linsen 26 in einer gegenüberliegenden Beziehung stehen. Die offene Seite des ersten Kanals 94 definiert weiterhin eine erste Längskante 102 und eine zweite Längskante 106. Eine Halbapertur 110, ebenfalls einstückig von dem Gehäuse 62 weg ausgebildet, erstreckt sich von einer der ersten oder der zweiten Längskante 102 bzw. 106 nach außen in eine Richtung im Allgemeinen zu der anderen der ersten oder der zweiten Längskante 102 bzw. 106 hin. Die Halbapertur 110 endet in einer vorgegebenen Entfernung von ihrem Ursprung, derart, dass eine feste AUS-Ebene 114, die im Allgemeinen parallel zu der ersten und der zweiten Längskante 102 bzw. 106 verläuft und zwischen diesen angeordnet ist, gebildet wird. Da die feste AUS-Ebene 114 einstückig von dem Gehäuse 62 weg ausgebildet ist, ist ihre Lage in Bezug auf die Bezugsoberfläche von einem Gehäuse 62 zum anderen einheitlich. Die Position des Fensters 74 in dem Betätigungselement 58 bestimmt den Normalzustand des Optikschalters 10 und wird daher bestimmen, von welcher der ersten oder der zweiten Längskante, 102 bzw. 106, sich die Halbapertur 110 wegerstrecken wird. Bei der Konfiguration der 5a, 5b und 5c erstreckt sich die Halbapertur 110 von der ersten Längskante 102 nach unten. Der mechanische Betrieb des linearen Mechanismus ist im Allgemeinen, wie oben beschrieben wurde. 5b stellt den linearen Mechanismus mit dem Betätigungselement 58 in seiner zweiten Position mit dem Fenster 74 zwischen den Linsen 26 dar. In dieser Position sind keine Aperturen 56 vorhanden, um das Licht zu begrenzen, das von dem Emitter 18 abgegeben wird, und nur ein kleines Segment der Empfängerlinse 26 wird durch die Halbapertur 110 begrenzt, wodurch mehr Licht durch den Empfänger 14 empfangen werden kann. Wie aus 5c hervorgeht, ist der garantierte AUS-Punkt an einem Punkt zwischen der ersten und der zweiten Position des Betätigungselementes 58 angeordnet, wo die feste AUS-Ebene 114 mit der bewegbaren AUS-Ebene, die durch eine der ersten oder der zweiten Kante, 78 bzw. 82, des Fensters 74 definiert wird, zusammenfällt. Es ist zu sehen, dass nur zwei mechanische Toleranzen die Wiederholbarkeit des garantierten AUS-Punktes von einer Vorrichtung zur anderen derselben Vorrichtungsfamilie oder Herstellerkatalognummer beeinflussen. Die erste mechanische Toleranz (TMOP) ist die Abmessung zwischen dem distalen Ende 86 des Betätigungselementes 58 und der bewegbaren AUS-Ebene, in diesem Fall definiert durch die zweite oder untere Kante 82 des Fensters 74. Die zweite mechanische Toleranz (TFOP) ist die Abmessung zwischen der festen AUS-Ebene 114 und der Bezugsoberfläche 66. Die gesamte mechanische Toleranz (MTT) für den garantierten AUS-Punkt ist daher MTT = ±(TMOP + TFOP). Da sich beide dieser mechanischen Toleranzen auf Abmessungen des Formwerkzeuges beziehen, in welchem die Teile hergestellt werden, sollte die lineare Verlagerung des Betätigungselementes 58 an dem garantierten AUS-Punkt von einer Vorrichtung zur anderen einheitlich sein. Zudem wird das Licht, welches durch den Empfänger 18 empfangen werden kann, wenn sich das Fenster 74 zwischen den Linsen 26 befindet, nur durch die Halbapertur 110 begrenzt und wird durch W2, wie aus 5b hervorgeht, dargestellt. Da während des EIN-Zustands dem Empfänger 18 mehr Licht zur Verfügung steht, wird eine höhere Verstärkung realisiert. Die höhere Verstärkung erzeugt einen größeren Bereich oder eine größere Differenz zwischen dem garantierten Mindest-EIN- und dem garantierten Mindest-AUS-Signal von dem Empfänger 18. Dies ermöglicht, die feste Schwelle eines Gleichstrom-Erfassungskreises auf einen Pegel einzustellen, der ausreichend hoch ist, um jedwede Gleichstromversätze im Ausgang des Empfängers 18, die durch Dunkelstrom und Umgebungslicht verursacht werden, zu überwinden.
  • 6 stellt dieselbe allgemeine Konstruktion, welche für 5a beschrieben wurde, dar, abgesehen davon, dass das Fenster 74 zwischen den Linsen 26 positioniert ist, wenn sich das Betätigungselement 58 in seiner für gewöhnlich vorbelasteten Position befindet. Bei dieser Konfiguration erstreckt sich die Halbapertur 110 von der zweiten Längskante 106 nach oben, und die bewegbare AUS-Ebene wird die erste oder obere Kante 78 des Fensters 74 in dem Betätigungselement 58.

Claims (7)

  1. Linearer Betätigungsmechanismus für eine Optikschalter-Vorrichtung (38), welcher einen AUS-Punkt sicher stellt, der von einer Optikschalter-Vorrichtung zu einer anderen konsistent steuerbar ist, wobei der Betätigungsmechanismus umfasst: ein Gehäuse (62), welches ein Optikschalter-Lagerungsmittel zum Aufnehmen eines Emitters (14) und eines Empfängers (18) der Optikschalter-Vorrichtung (38), eine Bezugsoberfläche (66) und eine feste AUS-Ebene (114) definierende feste Oberfläche definiert, wobei die feste AUS-Ebene in Bezug auf die Bezugsoberfläche exakt positioniert ist; und ein Betätigungselement (58), das zwischen dem Emitter und dem Empfänger der Optikschalter-Vorrichtung verschiebbar angeordnet ist und ein distales Ende (86) aufweist, das in Bezug auf die Bezugsoberfläche exakt positionierbar ist, wobei das Betätigungselement weiterhin eine Oberfläche umfasst, die eine bewegbare AUS-Ebene (78, 82) definiert und in Bezug auf das distale Ende exakt angeordnet ist, wobei das Betätigungselement für gewöhnlich zu einer ersten Position hin vorbelastet ist und linear in eine zweite Position verlagerbar ist, derart, dass bei einer gewissen vorgegebenen linearen Verlagerung des distalen Endes (86) in Bezug auf die Bezugsoberfläche (66) die bewegbare AUS-Ebene und die feste AUS-Ebene zusammenfallen werden und dadurch den garantierten AUS-Punkt vorsehen.
  2. Betätigungsmechanismus nach Anspruch 1, wobei die bewegbare AUS-Ebene im Allgemeinen parallel zu der Bezugsoberfläche verläuft.
  3. Betätigungsmechanismus nach Anspruch 1 oder 2, wobei Mittel zum Lagern des Optikschalters von einem Abschnitt des Gehäuses weg einstückig ausgebildet sind, die Bezugsoberfläche von einer äußeren Oberfläche des Gehäuses weg einstückig ausgebildet ist und der feste AUS-Punkt von dem Lagerungsmittel weg einstückig ausgebildet ist.
  4. Betätigungsmechanismus nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Optikschalter-Lagerungsmittel einen ersten Kanal (94) zum gleitenden Aufnehmen des Optikschalter-Emitters und einen zweiten Kanal (98) zum gleitenden Aufnehmen des Optikschalter-Empfängers umfasst, wobei jeder Kanal von dem Gehäuse weg einstückig ausgebildet ist und einen im Allgemeinen C-förmigen Querschnitt aufweist, wobei die Kanäle im Allgemeinen parallel zueinander und voneinander beabstandet sind, derart, dass eine offene Seite des ersten Kanals einer offenen Seite des zweiten Kanals zugewandt ist, was ermöglicht, dass eine Linse des Emitters mit einer Linse (26) des Empfängers in einer gegenüberliegenden Beziehung steht.
  5. Betätigungsmechanismus nach Anspruch 4, wobei der zweite Kanal weiterhin eine erste (102) und eine zweite (106) Kante definiert, die sich in Längsrichtung die offene Seite entlang erstrecken und im Allgemeinen parallel zu der Bezugsoberfläche sind, wobei eine der ersten oder der zweiten Kante weiterhin eine Halbapertur (110) definiert, die sich nach außen zur jeweils anderen der ersten oder zweiten Kante hinerstreckt, welche in der festen AUS-Ebene endet, wobei die feste AUS-Ebene im Allgemeinen parallel zu und zwischen der ersten und der zweiten Kante angeordnet ist, derart, dass ein kleiner Abschnitt der Empfängerlinse durch die feste AUS-Ebene abgedeckt wird.
  6. Betätigungsmechanismus nach Anspruch 5, wobei das Betätigungselement im Allgemeinen eine rechteckige Form aufweist und ein im Allgemeinen quadratisches Fenster (74) an einem vorgegebenen Ort entlang seiner Länge in Bezug auf das distale Ende definiert, wobei das Fenster zwei Kanten (78, 82) aufweist, die im Allgemeinen parallel zu der Bezugsoberfläche sind, wobei eine der Kanten die bewegbare AUS-Ebene ist.
  7. Betätigungsmechanismus nach Anspruch 6, weiterhin umfassend einen geschlitzten Optikschalter, wobei das Betätigungselement, das aus einem lichtundurchlässigen Material hergestellt ist, als Reaktion auf eine externe Kraft, mit welcher das distale Ende beaufschlagt wird, linear zu der zweiten Position bewegbar ist; wobei die Halbapertur in einer exakten Entfernung von der Bezugsoberfläche des Gehäuses angeordnet ist; wobei die Halbapertur der Empfängerlinse unmittelbar benachbart ist und diese teilweise abdeckt; und wobei die bewegbare AUS-Ebene im Allgemeinen parallel zu der festen AUS-Ebene ist.
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