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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet von fotoelektrischen Schaltern
und insbesondere einen linearen Betätigungsmechanismus für einen
Optikschalter.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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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.
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Die
bewegbare AUS-Ebene kann im Allgemeinen parallel zu der Bezugsoberfläche verlaufen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Andere
Merkmale und Vorteile der Erfindung sind für einschlägig versierte Fachleute nach
einer Prüfung
der folgenden ausführlichen
Beschreibung, der Ansprüche
und der Zeichnungen erkennbar.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Isometrie eines handelsüblichen
Optikschalters.
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2 ist
eine Isometrie eines handelsüblichen
mit Aperturen versehenen Optikschalters.
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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.
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3b ist
eine Querschnittansicht des mit Aperturen versehenen Optikschalters
aus 3a mit dem Betätigungselement
an seiner zweiten Position.
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3c ist
eine Querschnittansicht des mit Aperturen versehenen Optikschalters
aus 3a mit dem Betätigungselement
an dem garantierten AUS-Punkt.
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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.
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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.
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5b ist
eine Querschnittansicht des nicht mit Aperturen versehenen Optikschalters
aus 5a mit dem Betätigungselement
an seiner zweiten Position, gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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5c ist
eine Querschnittansicht des nicht mit Aperturen versehenen Optikschalters
aus 5a mit dem Betätigungselement
an dem garantierten AUS-Punkt, gemäß der vorliegenden Erfindung.
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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.
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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.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.