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Elektrooptische Vorrichtung
Jede Abtastvorrichtung, welche die Richtung der Bewegung eines Werkzeuges oder einer andern An- ordnung nach einer Linie einer Zeichnung steuert, enthält in der Regel eine elektrooptische Vorrichtung, welche nach der Lage der Linie auf der Zeichnung, also in Abhängigkeit von deren Richtung, elektrische Signale erzeugt. Diese Signale werden in einer elektronischen Vorrichtung weiter behandelt und wir- ken schliesslich auf mechanische Vorrichtungen. Zwecks guter Orientierung wird in der Regel ein rechtwinkliges Koordinatensystem gewählt, und die durch lichtempfindliche Zellen erzielten elektrischen Signale haben die Form von Spannungsimpulsen, die Angaben über die Richtung der Linie enthalten.
Es gibt eine Reihe von verschiedenen elektrooptischen Vorrichtungen, welche die Richtung der Linie durch elektrische Impulse ausdrücken. Sie enthalten in der Regel ausser dem optischen System (einem Objektiv) und einer lichtempfindlichen Zelle noch ein mechanisches rotierendes Element, das eine Blende bewegt.
Die Blende muss kontinuierlich mit konstanter und verhältnismässig hoher Drehgeschwindigkeit umlaufen, was einen wesentlichen Nachteil der bestehenden elektrooptischen Vorrichtungen bildet. Zum Antrieb der Blenden werden Synchronmotore, Motorgeneratúren oder Drehumformer (Selsynschaltung) verwendet, die alle Lager aufweisen, die Wartung erfordern, sich abnützen, Lärm verursachen, durch ungenauen dynamischen Ausgleich des Rotors zu Schwingungen Anlass geben, die eine unerwünschte zusätzliche Modulation der Impulsfronten verursachen, durch Lagerreibung ein sich sehr ungünstig äussernder ver- änderlicher Phasenschlupf bei der Blendenrotation bemerkbar macht u. a.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine elektrooptische Vorrichtung zum Abtasten des Bildes einer Linie und Umwandlung dieses Bildes in elektrische Signale, bei der zwischen ein Objektiv und eine lichtempfindliche Zelle, auf die das durch eine Öffnung einer Wand durchtretende Licht auftrifft, ein entlang einer Kegelfläche schwingender Spiegel eingeschaltet ist, welcher dem auf die Lichtzelle auffallenden Bild der Linie eine kreisende Bewegung erteilt.
In den Zeichnungen ist als Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemässe Vorrichtung dargestellt, wobei Fig. 1 eine schematische Zusammenstellung der ganzen Vorrichtung und Fig. 2 ein axonometrische Bild des Schwingungserzeugers für den Spiegel zeigt.
In Fig. l ist auf einem Aufzeichnungsträger 1 eine Linie 2 dargestellt. Eine kleine Fläche dieser Linie, die durch einen Kreis 3 begrenzt ist, wird durch ein Objektiv 4 auf eine Wand 5 projiziert, auf der also das Bild 6 der Linie 2 entsteht. Die Wand 5 besitzt eine kleine Öffnung 7 und bildet einen Teil eines Gehäuses 13. Innerhalb des Gehäuses befindet sich eine lichtempfindliche Zelle, auf die das durch die Öffnung 7 durchtretende Licht auffällt. Die lichtempfindliche Zelle besitzt Stromanschlüsse 14 und 15. Im Strahlungsgang des Objektives 4 befindet sich ein kreisförmiger ebener Spiegel ! 6.
Dieser Spiegel ist auf einer Membrane 17 eines elektrodynamischen Systems 18 befestigt, das dem Spiegel derartige Schwingungen mitteilt, dass die Spiegelebene eine Kegelfläche bestimmt, so dass jeder Punkt des Bildes der Linie 6 einen kleinen Kreis 19 beschreibt, wie dies für einen Punkt in der Fig. 1 dargestellt ist. Während der kreisenden Bewegung des Bildes 6 fällt durch die Öffnung 7 während eines gewissen Teiles einer Umdrehung eine grössere Lichtmenge, die dem hellen Bildteil der Zeichnung entspricht und während des restlichen Teiles der Umdrehung eine kleinere Lichtmenge, welche dem dunklen Teil, dem Bild der Linie 6, entspricht.
Der so modulierte Lichtstrahl fällt auf die lichtempfindliche Zelle (in Fig. 1 ist diese Zelle
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nicht gezeichnet) und wird mit Hilfe einer an die Klemmen 14 und 15 geschalteten elektronischen Vorrichtung (in Fig. l nicht dargestellt) in elektrische Impulse überführt. Diese Impulse entsprechen genau dem modulierten Lichtstrom, der durch die Öffnung 7 durchtritt und welcher auf die lichtempfindliche Zelle auftrifft, und es entspricht somit die Flanke jedes Impulses dem Augenblick des Überganges des Randes der Linie durch die Öffnung 7.
Falls sich die Richtung der Linie 2 ändert, kommt es bei konstanter Rotation des Bildes 6 früher oder später zum Übergang des Linienrandes über die Öffnung 7 der Blende 5. Die Spannungsimpulse enthalten somit Angaben über die Richtung der Linie in Form einer Phasenmodulation der Flanke der Impulse. Der Spiegel schwingt nur mit kleiner Amplitude.
Das elektrodynamische System 18 ist dem eines Lautsprechers ähnlich und eine Anordnung, die eine kegelförmige Schwingungsbewegung des Spiegels 16 ermöglicht, ist in Fig. 2 dargestellt. Aus dieser ist ersichtlich, dass das elektrodynamischeSystem aus einem permanenten zylindrischen Magnet 20 (analog wie bei Lautsprechern) mit einem zylindrischen (21) und einem ringförmigen (22) Polschuh besteht, zwischen denen sich ein kleiner ringförmiger Spalt für die schwingenden Spulen befindet.
Der zylindrische Polschuh 21 ist am Ende mit gegenseitig senkrechten radialen Nuten 23 und 24 versehen, die das Ende des Polschuhes in vier Quadranten 25,26, 27 und 28 unterteilen, auf denen vier Schwingungsspulen 29,30, 31 und 32 lose aufgeschoben sind, die miteinander fest verklebt und auf einer Membrane 33 befestigt sind, die mittels eines Ringes 34 in geringem Abstand vom ringförmigen Polschuh 22 angeordnet ist. In der Mitte der Membrane 33 ist der Spiegel 16 befestigt. Die in je zwei gegenüberliegenden Quadranten befindlichen Schwingungsspulen sind miteinander in ihrer magnetischen Wirkung gegensinnig geschaltet, so dass sich bei Stromdurchgang gegenüberliegende Spulen im magnetischen Feld des Spaltes zwischen den Polansätzen in entgegengesetzte Richtungen bewegen. Falls z.
B. die Spule 29 nach oben verstellt wird, wird gleichzeitig die Spule 31 im gegenüberliegenden Quadrant nach unten verstellt. Ein Spulenpaar ist an eine Quelle einer Sinusspannung geschaltet, das zweite an eine Quelle einer Cosinusspannung derselben Schwingungszahl, so dass die resultierende Spiegelbewegung die Mantelfläche eines Kegels beschreibt.
Der Spiegel schwingt mit kleiner Amplitude und besitzt keine sich drehenden Bestandteile, so dass er keine Wartung erfordert, sich nicht abnützt und die genaue Phasenmodulation der Impulsfronten nicht beeinträchtigt. Es zeigt sich ferner eine grosse Einfachheit der Durchführung gegenüber bestehenden Anordnungen und ein wesentlich geringerer elektrischer Energieverbrauch. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemässen Vorrichtung ist die Möglichkeit, bei geringem Energierverbrauch leicht die Schwingungszahl des Erregerstromes zu erhöhen und dadurch fast beliebig die Geschwindigkeit der Rotation des Bildes der Linie auf der Wand 5 zu erhöhen, was bei bestehenden Systemen mit rotierenden Blenden äusserst schwierig ist.
Eine erhöhte Schwingungszahl ermöglicht bei gegebener Genauigkeit der Abtastung die Geschwindigkeit der Abtastung der Linie oder bei gegebener Geschwindigkeit die Genauigkeit der Abtastung zu erhöhen.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Elektrooptische Vorrichtung zum Abtasten des Bildes einer Linie und Umwandlung dieses Bildes in elektrische Signale, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen ein Objektiv (4) und eine lichtempfindliche Zelle, auf die das durch eine Öffnung (7) einer Wand (5) durchtretende Licht auftrifft, ein entlang einer Kegelfläche schwingender Spiegel (16) eingeschaltet ist, welcher dem auf die Lichtzelle auffallenden Bild der Linie eine kreisende Bewegung erteilt.