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Lichtelektrische Schranke Die Erfindung betrifft eine lichtelektrische
Schranke, beispielsweise eine Unfallschutzvorrichtung für Pressen, Stanzen, Schneidemaschinen,
Walzen, Rolltreppen usw., die unter anderem -auch als Diehstahlsicherung geeignet
ist. Sie weist einen Lichtsender, einen Reflektor und einen auf der Senderseite
angeordneten, eine Warn- oder Schaltvorrichtung steuernden (auslösenden) Empfänger,
beispielsweise eine lichtelektrische Zelle, auf.
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Gemäß der Erfindung wird, unter Verwendung mindestens eines fest angeordneten
an sich bekannten Rückstrahlers als Refiektor und gegebenenfalls eines teildurchlässigen
Spiegels auf der Senderseite, ein vom Sender ausgehendes, ruhendes Nutzstrahlenbündel
nach dem Autokollimationsprinzip auf den Empfänger gelenkt, wodurch eine verhältnismäßig
einfache Bauart erzielt ist, die gleichwohl, auch bei großer Länge des Nutzstrahlenbündels,
d. h. bei verhältnismäßig langen lichtelektrischen Schranken, eine weitgehende justierunempfindlichkeit
der optischen Teile gewährleistet.
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Unter einem Rückstrahler ist ein einzelner Tripelspiegel, eine einzelne
Domlinse, eine einzelne Eichellinse, eine einzelne Tellerlinse od. dgl. zu verstehen,
die bekanntlich, sowohl einzeln als auch (bei sogenannten technischen Rückstrahlern)
in einer größeren Anzahl zu einem Formstück (Katzenauge) vereinigt, die Eigenschaft
haben, auf sie innerhalb eines verhältnismäßig großen Einfallswinkels auftreffendes
Licht mit verhältnismäßig geringer Streuung in entgegengesetzter Richtung zu reflektieren.
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Unter einem »teildurchlässigen« Spiegel soll ein Spiegel verstanden
werden, der entweder an allen
Stellen Licht zugleich reflektiert
und durchläßt oder nur in einer (vorzugsweise in seiner Mittel-) Zone zugleich reflektiert
und durchläßt,. in seiner restlichen (vorzugsweise äußeren ringförmigen) Zone jedoch
nur reflektiert oder in einer (vorzugsweise in seiner Mittel-) Zone nicht oder praktisch
nicht reflektiert, beispielsweise eine unverspiegelte, durchsichtige (Mittel-) Zone
oder ein (Mittel-) Loch aufweist, wobei in den ersten beiden Fällen die.zugleich
:eflektierende und durchlässige Spiegelschicht in der in der Optik an sich bekannten
Weise als Polarisationsschicht ausgebildet sein kann.
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Der gemäß der Erfindung in Betracht kommende teildurchlässige Spiegel
kann also auf seiner ganzen Fläche nur einen Teil (beispielsweise etwa 5o0/9) des
auf ihn treffenden Lichtes reflektieren, den anderen Teil durchlassen. Er kann aber
auch, beispielsweise in seiner Mittelzone, ein Loch aufweisen oder (wenn eine Spiegelschicht
in der Mittelzone des Spiegelschichtträgers überhaupt nicht aufgebracht ist) praktisch
nicht reflektieren. Er kann ferner in einer Zone, etwa in seiner Mittelzone, etwa
die Hälfte des auf ihn treffenden Lichtes reflektieren und etwa die Hälfte durchlassen,
in seinem anderen (etwa äußeren, .ringförmigen) Teil dagegen voll reflektieren.
Schließlich kann bei der lichtelektrischen Schranke gemäß der Erfindung der teildurchlässige
Spiegel mindestens in einer Zone, beispielsweise in seiner Mittelzone, als Polarisationsspiegel
ausgebildet sein und in der Bahn des von ihm durchgelassenen oder reflektierten,
in einer bestimmten Polarisationsrichtung schwingenden und auf den Reflektor treffenden
Lichtes kann ein die Polarisationseinrichtung beim Hin- und Rückgang jeweils um
45° drehenden VO-Plättchen angeordnet sein. Ist der teildurchlässige Spiegel nur
in einer (Mittel-) Zone polarisierend, dann kann sein übriger Teil (seine äußere,
ringförmige Zone) voll reflektierend ausgebildet sein. Der teildurchlässige Spiegel
und, gegebenenfalls, seine äußere Zone kann eben sein und mit einer Sammellinse
(od. dgl.) derart zusammenwirken, daß das reflektierte Licht im Empfänger vereinigt
wird. Es ist auch möglich, daß der teildurchlässige Spiegel und, gegebenenfalls,
seine äußere Zone einen (etwa parabolischen) Hohlspiegel bilden, der das reflektierte
Licht im Empfänger vereinigt. Eine weitere Ausbildung der lichtelektrischen Schranke
besteht gemäß der Erfindung darin, daß das vom Sender ausgehende Nutzstrahlenbündel
auf einen vorzugsweise ebenen und insgesamt teildurchlässigen bzw. polarisierenden
Spiegel trifft, der so angeordnet ist, daß er den von ihm reflektierten Anteil des
Nutzstrahlenbündels in Richtung der Reflektorhauptachse (Rückstrahlerhauptachse)
auf den Reflektor wirft, welcher diesen Anteil in entgegengesetzter Richtung auf
den Spiegel zurückwirft, der seinerseits den auf ihn zurückgeworfenen Anteil ganz
oder zum Teil hindurchtreten und auf einen hinter ihm angeordneten Hohlspiegel (bzw.
ebenen Spiegel) fällen läßt, durch den das auf ihn gelangte Licht unmittelbar (bzw.
über eine Sammellinse) im Empfänger vereinigt wird. In den Abbildungen ist der Strahlengang
für einige, gemäß der Erfindung ausgebildete lichtelektrische Schranken schematisch
dargestellt. Dabei sind gleiche Teile in allen Abbildungen gleich bezeichnet.
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Die vom Lichtsender i (Glühlampe od. dgl., Abb. i) ausgehenden Strahlen
2 werden in der an sich bekannten Weise durch ein geeignetes optisches System 3
(Linse od. dgl.) gesammelt, und das ruhende Nutzsfrahlenbündel4 trifft auf den vorzugsweise
unter 45° zur Achse des Nutzstrahlenbündels 4 geneigten ebenen Spiegel 5, der auf
seiner ganzen Fläche mit einer derart dünnen spiegelnden Schicht belegt ist, daß
er nur etwa die Hälfte des auf ihn treffenden Lichtes 4 reflektiert, den restlichen
Teil als Bündel 6 durchläßt. Selbstverständlich treten dabei Lichtverluste durch
Absorption und Reflexion (in der Spiegelschicht selbst und in dem etwa aus Glas
bestehenden Spiegelschichtträger) auf, die aber verhältnismäßig gering sind und
daher gegebenenfalls vernachlässigt werden können. Das Bündel 6 trifft dann auf
den beispielsweise aus eineriz einzigen, hinreichend großen Tripelspiegel 7 bestehenden
Reflektor, von dem es, mit der eingangs erwähnten Streuung 8, 8, in sich (Autokollimation)
auf den teildurchlässigen Spiegel t zurückgeworfen wird. Etwa die Hälfte des gesamten
auf ihn zurückgeworfenen Lichtes, also etwa ein Viertel des von der Lichtquelle
i (bei 4.) durch ihn eingetretenen Lichtes, wird von dem Spiegel s hindurchgelassen,
wogegen die andere Hälfte bzw. das zweite Viertel von ihm in die Richtung g abgelenkt
und dann durch das sammelnde optische System io (Linse od. dgl.), in dem auf der
Senderseite angeordneten, bei einer (beispielsweise durch die Hand eines Arbeiters
eifolgenden) Abdeckung des Bündels 6 eine Warn- oder Schaltvorrichtung. steuernden
bzw. auslösenden Empfänger i i (lichtelektrische Zelle od. dgl.) vereinigt wird.
An Stelle eines einzigen Tripelspiegels 7 (oder einer einzigen Dom-, Eichel-, Tellerlinse)
ließe sich auch ,eine größere Anzahl, zu einem Formstück. nämlich zu einem technischen
Rückstrahler (»Katzenauge«), vereinigter Elemente 7 verwenden; in der Abb. 2 ist
ein aus Tripelspiegeln, in der Abb. 3 ein aus Domlinsen bestehender technischer
Rückstrahler im Schnitt schematisch wiedergegeben.
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Gemäß Abb. 4 ist der teildurchlässige Spiegel 12 ein in seiner Mittelzone
ein Loch aufweisender, in seiner äußeren Zone (Ringteil) voll reflektierender Spiegel.
Bei Verwendung eines derartigen teildurchlässigen Spiegels wird, im Gegensatz zur
Anordnung nach Abb. i, das von der Lichtquelle i ausgehende Nutzstrahlenbündel 4
bei seinem Durchtritt durch das Loch nicht geschwächt, es trifft also ungeschwächt
auf den (nicht dargestellten) Reflektor. Dass vom Reflektor (mit Streuung zurückgeworfene
Licht kann aber innerhalb des Loches des Spiegels 12 ebenfalls voll austreten, so
daß auf den Empfänger i i lediglich das vom Ringteil des Spiegels 12 (im Gegensatz
zur Anordnung nach Abb. i allerdings voll) reflektierte Licht gelangt. Es kann von
Fall zu Fall zwischen der Ausführung
nach Abb. i und der Ausführung
nach Abb. .4 gewählt werden.
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Auch eine Anordnungfnach Abb. 5 kann in bestimmten Fällen Vorteile
bringen. Der teildurchlässige Spiegel ist dabei so ausgebildet, daß er in seiner
Mittelzone 13 zugleich reflektiert und durchläßt, in seiner äußeren (ringförmigen)
Zone i4 aber voll reflektiert. Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist ohne weiteres
erkennbar.
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Die Anordnung nach Abb. 6 entspricht der Anordnung nach Abb. i ; es
ist lediglich der ebene teildurchlässige Spiegel nebst Sammellinse durch einen (etwa
parabolischen) teildurchlässigen Hohlspiegel 15 ersetzt, der das vom Reflektor zurückgeworfene
Licht in die Richtungen 16 ablenkt und somit unmittelbar im Empfänger i i vereinigt.
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Ebenfalls mit gekrümmten teildurchlässigen Spiegeln sind die Anordnungen
nach den Abb.7 bzvr. 8 ausgestattet, die im übrigen den Anordnungen nach den Abb.
4 bzw. 5 entsprechen und daher keiner weiteren Erläuterung bedürfen. Der Spiegel
17 (Abb.7) entspricht dem Spiegel 12 (Abb.4) und der Spiegel i8, i9 (Abb, 8) dem
Spiegel 13, 14 (Abb. 5).
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Es ist ersichtlich, daß man den teildurchlässigen Spiegel 20, der
wie der Spiegel 5 (Abb. i) oder wie der Spiegel 12 (Abb. 4) oder wie der Spiegel
13 14 (Abb. 5) ausgebildet sein kann, nicht zwischen dem sammelnden optischen System
3 und dem Reflektor 7 anordnen muß, sondern gemäß der Erfindung auch zwischen der
Lichtquelle i und dem System 3 anbringen kann, wie es in den Abb. 9 und i o dargestellt
ist.
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Bei der Ausführungsform gemäß Abb. io ist gemäß einer weiteren Ausbildung
der Erfindung an Stelle eines optischen Systems 3 verhältnismäßig kleinen Durchmessers
ein System 21 verhältnismäßig großen Durchmessers, und zwar zwischen dem teildurchlässigen
Spiegel 20 und dem Reflektor 7, angeordnet, wodurch die Sammellinse io (Abb. 1,
4, 5, 9) in Fortfall kommen kann.
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In der Abb. i i ist eine Anordnung wiedergegeben, bei der gemäß der
Erfindung die Lichtstrahlen von der Lichtquelle i über das Sammelsysterri 3 von
der Seite her auf den (insgesamt) teildurchlässigen Spiegel 22 treffen, der sie
(etwa zur Hälfte) auf den Reflektor 7 wirft, von dem sie (nebst Streulicht 8, 8)
auf einen Hohlspiegel 23 zurückgeworfen werden, welcher sie im Empfänger i i vereinigt.
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Will man auf den vom Reflektor 7 auf den teildurchlässigen Spiegel
22 zurückgeworfenen und vom Spiegel 22 hindurchgelassenen, auf den Spiegel 23 treffenden
Lichtanteil verzichten, so kann man den Spiegel 22 (Abb. i i) gemäß der Erfindung,
wie es in der Abb. 12 zur Darstellung gebracht ist, durch einen voll reflektierenden
Spiegel 2-4 erset-: zen. Der voll reflektierende Spiegel 24 bringt andererseits
den Vorteil, daß er, im Gegensatz zum Spiegel 22, das gesamte von der Lichtquelle
i auf ihn treffende Licht auf den Reflektor 7 wirft.
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Eine besonders gute Ausnutzung des Lichtes und damit ein günstiger
Wirkungsgrad der neuen lichtelektrischen Schranke ergibt sich, wenn gemäß 19 einer
weiteren .Ausbildung der Erfindung ls teildurchlässige Spiegel die in neuerer Zeit
bekanntgewordenen Polarisationsspiegel. Verwendung finden.
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Der Strahlengang bei einem Ausführungsbeispiel mit Polarisationsspiegel
ist in der Abb. 13 dargestellt.
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Das Licht der (natürlichen, also unpolarisiertes Licht aussendenden)
Lichtquelle i wird in der Sammellinse 3 gebündelt, und die parallelen Strahlen 4
treffen unter einem bestimmten Winkel auf den polarisierenden Spiegel
-25. Jeder Strahl des Bündels 4 wird an dem Spiegel 25 aufgeteilt
in einen polarisiert rueflektierten, senkrecht zur Zeirhenebene schwingenden Strahl
26 (die Sch-,vingungsrichtung ist durch die Punkte 27 angedeutet) und in einen polarisiert
durchgelassenen, parallel zur Zeichenebene und senkrecht zur Richtung 4 schwingenden
Strahl 28 (die Schwingungsrichtung ist durch die Striche 29 angedeutet).
Diese Aufteilung kann bei den neuen polarisierenden Spiegeln praktisch ohne Verluste
und zu gleichen Teilen erfolgen. Die Hälfte des auf den Spiegel 25 treffenden Lichtes
(Strahlen 26) geht also durch Reflexion verloren, die andere Hälfte (Strahlen 28)
dagegen trifft auf eine lichtdurchlässige Schicht 3o, deren Dicke ein Viertel der
(mittleren) Wellenlänge des durch den Spiegel 25 hindurchgelassenen Lichtes
beträgt. Diese Schicht, ein sogenanntes .1/4-Plättchen, hat bekanntlich die Eigenschaft,
die Schwingungsrichtung polarisierten Lichtes (während des Durchganges des polarisierten
Lichtes durch das Plättchen) um 45° (um die Durchtrittsrichtung 28 als Achse) zu
drehen. Diese 45°-Drehung -soll in der Abb. 13 durch die schrägen Striche 31 angedeutet
sein, die die Strahlen des auf den Reflektor 7 treffenden Bündels 6 kreuzen. Da
die Schwingungsrichtung des Bündels 6 bei seiner Reflexion am Reflektor 7 nicht
geändert wird, gelangt das Bündel 6 mit der gleichen Schwingungsrichtung auf das
Plättchen 30 zurück, mit der es auf den Reflektor aufgetroffen ist. Bei dem
nunmehrigen nochmaligen Durchsetzen des Plättchens 30 (in umgekehrter Richtung)
erfährt jedoch die Polarisationsrichtung des Lichtes eine nochmalige Drehung um
45°, und zwar im gleichen Sinne wie das erste Mal. Dies bedeutet aber, daß das Licht,
wenn es (in der Abb. 13 links vom Plättchen 30) wieder austritt, in der Richtung
27 schwingt. In der Richtung 27 schwingendes Licht wird aber auf der (in der Abb.
13) rechten Seite des polarisierenden Spiegels 25 vollständig auf die Sammellinse
io reflektiert, im Gegensatz zu den Anordnungen nach den vorausgehenden Abbildungen,
bei denen an den (nichtpolarisierenden) teildurchlässigen Spiegeln etwa die Hälfte
des auf sie zurückgeleiteten Lichtes hindurchgelassen wird, also für den Empfänger
i i verloren geht. Bei der Verwendung von polarisierenden teildurchlässigen Spiegeln
gelangt also nicht nur ein Viertel, sondern die Hälfte des Lichtes des Bündels 4
auf den Empfänger i i.
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Eine weitere Ausführungsform einer Anordnung, bei der gemäß der Erfindung
ein polarisierender
teildurchlässiger Spiegel und ein @/4-Plättchen
verwendet sind, ist in der Abb. 14 dargestellt. Ähnlich wie gemäß Abb. 5 findet
ein teildurchlässiger Spielgel Verwendung, der in seiner äußeren Zone
8 1 voll reflektiert, in .seiner Mittelzone 32 aber polarisierend
wirkt; in der Bahn des durch die Zone 32
gehenden Lichtes ist das A/4-Plättchen
33 angebracht, das auf einer lichtdurchlässigen (nicht polarisierenden und die Polarisationsrichtung
nicht drehenden) Tragschicht 34 befestigt sein kann. Die Wirkungsweise dieser Anordnung
ist aus den vorausgehenden Ausführungen ohne weiteres verständlich.
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Noch ein Beispiel einer Anordnung mit polarisierendem teildurchlässigen
Spiegel ist in der Abb. 15 schematisch dargestellt. Sie entspricht der Anordnung
nach Abb. i i, weist aber an Stelle des Spiegels 2z den polarisierenden teildurchlässigen
Spiegel 35 und außerdem das auf einem Tragplättchen 36 befestigte .1/4-Plättchen
37 auf. Die am Reflektor 7 reflektierten Strahlen werden von dem Hohlspiegel 38
unmittelbar im Empfänger i i vereinigt.
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Die im vorstehenden erläuterten Ausführungsbeispiele stellen- eine
Auswahl dar, es lassen sich indessen daraus für den Fachmann selbstverständlich
noch andere Kombinationen ohne erfinderische Tätigkeit ableiten.