DE1039607B - Einrichtung zur selbsttaetigen Steuerung einer Drehbewegung entsprechend einer in polydromer Darstellungsweise vorgegebenen Funktion y=f(x) - Google Patents

Description

DEUTSCHES

kl 21 c 46/H-33

IKTERNAT. KL. G 05,

PATENTAMT

C 10132 VIIIb/21 c

ANMELDETAG: 2 1. OKTOBER 1954

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
CND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT:

25. SEPTEMBER 1958

Es sind bereits solche Einrichtungen, im nachfolgenden kurz Funktionsgeber genannt, bekannt, bei denen der Filmstreifen in Längsrichtung (Abszissenrichtung) relativ zu einer optisch-elektrisch-mechanischen Abtastvorrichtung des Films verschoben wird, wobei die Abtastvorrichtung eine Filmbeleuchtungsanordnung, ein drehbares polydromes Strahlablenkorgan und ein zweiteiliges Differentialphotosystem zum Steuern eines Nachlaufmotorsystems umfaßt, mit dessen Abtriebswelle das Strahlablenkorgan getrieblieh verbunden ist. Bei einem bekannten Gerät bildet die Kante am Rand einer Spiegelschraube die Grenzlinie zur Auftrennung eines auftretenden Lichtstrahles in zwei Teilstrahlen,, von denen der eine an einer Schrauben-Spiegelfläche reflektiert und einer Photozelle für Rechtsdrehung zugeleitet wird, während der andere an einer Zylinder-Spiegelfläche reflektiert und zu einer Photozelle für Linksdrehung geleitet wird. Für Steuerprobleme, für die ein extrem hohes Auflösungsvermögen, das einem großen Ordinatenmaßstab entspricht, und nicht eine an der Leistungsgrenze von Nachlaufmotorsystemen liegende Abtastgeschwindigkeit verlangt wird, zeigt die bekannte Einrichtung jedoch wesentliche Nachteile. Diese Nachteile sind in dem System selbst begründet, denn in jedem Nachlaufmotorsystem wächst die Größe der abgegebenen Energie mit der zugeführten Steuerenergie, es sei denn, daß die Steuerbefehle nur Stillstand sowie Rechts- und Linksdrehung mit bestimmter Drehzahl umfassen, da in diesen letztgenannten Fällen die Photozellen lediglich als Schalter dienen. Ein solches System ist unstabil und wird notwendigerweise pendeln. In stabilen Systemen muß die Drehzahl annähernd proportional der aufgenommenen Steuerenergie sein. Ist aber die Information auf dem Film in sehr großem Ordinatenmaßstab aufgezeichnet, so kann das Abtastorgan innerhalb eines großen Bereiches in der Winkelgeschwindigkeit wechseln. In einem entsprechend großen Bereich muß sich deshalb die Steuerenergie für das Nachlaufsystem ändern.

Somit müßte auch die wirksame Lichtmenge in einem entsprechend großen Bereich geändert werden können, denn in einem photoelektrischen Wandlersystem, beispielsweise Photozellen, wird die Größe der Steuerenergie von der Menge des auf die Photozellen treffenden Lichtes bestimmt. Eine derartige Änderung der Lichtmenge ist bei dem bekannten Gerät nicht möglich, da die Scheidung der beiden Lichtstrahlteile an einer Grenzkante erfolgt, wobei durch eine in Abszissenrichtung orientierte Schlitzblende die eine Querschnittsabmessung und durch die in Abszissenrichtung gemessene Breite der auf dem Film aufgezeichneten Lichtkurve die andere Querschnittsabmessung des nutzbaren Lichtbündels be-Einrichtimg zur selbsttätigen

Steuerung einer Drehbewegung

entsprechend einer in polydromer

Darstellungsweise vorgegebenen

Funktion y = f(x)

Anmelder:
CONTRAVES A. G._f Zürich (Schweiz)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Rathmann, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Neue Mainzer Str. 40-42

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 28. Oktober 1953 und 7. Oktober 1954

Dr. Mario Gallo, Zürich (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden

stimmt wird. Bei sehr steilen Kurvenästen ist also die in Achs- oder Abszissenrichtung gemessene Lichtbündelbreite sehr gering. Somit ist der Maximalwert der verfügbaren Steuerenergie für das Nachlaufsystem und damit dessen maximale Winkelgeschwindigkeit begrenzt.

Um diesen Nachteilen zu begegnen, wird erfindungsgemäß ein Funktionsgeber vorgeschlagen, dessen Strahlablenkorgan ein regelmäßiges 2 w-seitiges Prisma ist, dessen zentrale Drehachse parallel zur Filmbewegungsrichtung (Abszissenachse) orientiert ist. Bei »richtiger« Drehstellung des Ablenkorgans erscheinen in den Bildfensterausschnitten nur punktförmige Ausschnitte der Kurvenastbilder. Da sich in diesem Fall das Ablenkorgan nicht bewegen muß, benötigt das Nachlaufmotorsystem theoretisch gar keine und praktisch eine nur ganz geringe symmetrische, auf »Vorwärts« und »Rückwärts« verteilte Lichtenergie zur Steuerung. Sobald aber das Ablenkorgan eine Fehl einstellung gegenüber der durch die aufgezeichnete Funktion für den betreffenden Abszissenwert vorgeschriebenen »Soll-Drehstellung« aufweist, kann eine korrigierende Verstellung des Ablenkorgans um so schneller erfolgen, je größer die Abweichung ist.

Zu diesem Zweck wird der Funktionsgeber, bei dem der Filmstreifen quer zur gemeinsamen optischen

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Achse einer Beleuchtungsvorrichtung und eines auf der anderen Seite des Films angeordneten Objektivs bewegt wird, wobei diese optische Achse die Drehachse des Prismas schneidet, erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß in der Bildebene, in der durch das Objektiv ein je nach der Drehstellung des Ablenkprismas mehr oder weniger in positiver oder negativer Ordinatenrichtung abgelenktes Bild der Umgebung des Durchstichpunktes der optischen Achse durch die beleuchtete Filmebene abgebildet ist, eine Bildfensterblende mit zwei symmetrisch zur Abszissenachse gelegenen Dreieckausschnitten und hinter dieser Bildfensterblende das Differemtialphotozellensystem angeordnet ist, dessen beide Teile je von allem Licht beaufschlagt werden, das durch den einen zugeordneten Dreieckausschnitt der Bildfmsterblende durchtritt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind der nachstehenden Beschreibung zweier besonderer Ausführungsformen der Erfindung und der Zeichnung zu entnehmen. Es zeigt

Fig. 1 einen Film als Funktionsträger, auf welchem in polydromer Darstellungsweise eine Funktion y = /{x) aufgezeichnet ist,

Fig. 2 und 3 im Grundriß bzw. Aufriß einen rein mechanisch arbeitenden Funktionsgeber mit polydromem Fühler,

Fig. 4 einen Vertikalschnitt einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Funktionsgebers in der Ordinatenrichtung,

Fig. δ einen Vertikalschnitt des Funktionsgebers nach Fig. 4 in der Abszissenrichtung,

Fig. 6 das Schaltbild des Funktionsgebers nach den Fig. 4 und 5,

Fig. 7 die Form der Bildfensterblende 29 in den Fig. 4, 5, 8,

Fig. 8 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt eines Differentialphotozellensystems 30 des Funktionsgebers nach den Fig. 4 und 5 in der Abszissenrichtung,

Fig. 9 und 10 andere Ausbildungsformen der Bildfensterblende,

Fig. 11 und 12 das Zusammenwirken der Filmebene mit der Bildfensterblende im quasistatischen bzw. dynamischen Betriebsfall,

Fig. 13 bis 16 verschiedenartige Möglichkeiten des Lichtwegverlaufes durch ein 2»-seitiges Ablenkprisma,

Fig. 17 und 18 eine optische Einrichtung zur Aufzeichnung von Funktionskurven auf einen unbelichteten Film,

Fig. 19 einen Schnitt eines verbesserten Funktionsgebers, in der Abszissenrichtung gesehen,

Fig. 20 einen Schnitt des Funktionsgebers nach Fig. 19, in der Ordinatenrichtung gesehen,

Fig. 21 einen Schnitt durch die Differentialphotozellenanordnung mit dem Bildfenster von Fig. 19 in größerem Maßstab,

Fig. 22 bis 24 Ansichten von Teilen des Gegenstandes von Fig. 21,

Fig. 25 ein Schaltschema der Differentialphotozellenanordnung und des Verstärkers,

Fig. 26 einen Filmstreifen mit darauf projizierten Bildfenstern im quasistationären Betrieb,

Fig. 27 einen Filmstreifen mit darauf projizierten Bildfenstern im dynamischen Betrieb sowie

Fig. 28 und 29 zwei Schnitte einer Aufzeichnungseinrichtung entsprechend den Fig. 19 und 20.

Fig. 1 zeigt einen Filmstreifen F mit perforierten Rändern, auf welchem eine vorbestimmte funktioneile

Beziehung y = f(x) zwischen einer Abszissengröße χ und einer Ordinatengrößey in polydromer Darstellungsweise durch mit ausgezogenen Linien gezeichnete Kurvenäste K₀, K₁, K₂ bis K₇ aufgezeichnet ist. Die Längsmittellinie M-M des Films bildet dabei die Abszissenachse X des Aufzeichnungsfeldes, von welcher aus in der zu ihr senkrechten F-Richtung die Ordinatenwerte y der Kurvenpunkte gemessen werden.

Die polydrome Funktionsdarstellung, die bei der Registrierung von zeitlich veränderbaren Meßgrößen vielfach angewendet wird, ermöglicht trotz Wahl eines großen Maßstabes für die Ordinaten die Aufzeichnung der Funktion auf einem relativ schmalen Aufzeichnungsstreifen. Die genannten Kurvenäste K₁ bis K₁ vermitteln dieselbe Information über den Verlauf der Ordinatengröße y in Funktion des Abszisseuwertes χ wie die mit einer strichpunktierten Linie dargestellte Funktionskurve K.

Die Kurvenäste K₁ bis K₇ liegen in einem symmetrisch zur Abszissenachse M-M angeordneten Aufzeichnungsband von der Breite .v, und sind, wie durch punktierte Linien angedeutet, beidseitig über diesen Streifen hinaus verlängert. Zur Ermittlung eines zu einem bestimmten Abszissenwert χ gehörigen Ordinatenwertes y muß zum gemessenen Abstand y des betreffenden Kurvenpunktes von der Mittellinie M-M des Aufzeichnungsstreifens das Produkt η · J hinzuaddiert werden, worin mit y die genau bekannte Ordinatenhöhe des Aufzeichnungsbandes, d. h. die Sprunghöhe zwischen benachbarten Kurvenästen, und mit η eine ganze Zahl bezeichnet ist, die sich durch Zählung der Sprungstellen zwischen dem Ursprungspunkt 0 (x = 0, y = 0) und dem gesuchten Kurvenpunkt ergibt. Sprungstellen in steigenden Funktionsgebieten sind dabei positiv, Sprungstellen in fallenden Funktionsgebieten hingegen negativ zu zählen. So ergibt sich für den Kurvenpunkt P₁ mit der Abszisse-T₁ der Ordinatenwert y_t = 3 · 3? — y{ und für den Kurvenpunkt P₂ mit der Abszisse X₂ der Ordinatenwert y₂ = 2 · y + y£. Von diesen 51-Werten ist immer nur der Anteil y' mit einem Ablesefehler behaftet, während die Zählung der Sprungstellen fehlerfrei erfolgen kann. Auch die Ermittlung bzw. Einstellung eines

+5 vorbestimmten Abszissenwertes χ kann durch Zählung der in regelmäßigen Abständen angeordneten Randperforationslöcher und Messung des Abstandes vom nächsten Perforationsloch erfolgen, so daß Dimensionsänderungen des Funktionsträgers F infolge Feuchtigkeits- oder Temperaturschwankungen praktisch keine Ablesefehler verursachen.

Ein bandförmiger Funktionsträger, auf welchem in polydromer Darstellungsweise eine \'orbestimmte Funktion y = f{x) aufgezeichnet ist, kann nun im Sinne der vorliegenden Erfindung als Speicherelement eines Funktionsgebers dienen, der dazu bestimmt ist. eine Ausgangsgröße automatisch in vorbestimmter funktioneller Abhängigkeit von einer veränderlichen Eingangsgröße zu beeinflussen. Ein solcher Funktionsgeber muß Mittel aufweisen, um den Funktionsträger in seiner ^-Richtung relativ zu einem polydromen Meßorgan für die Ordinatenwerte der Funktionskurve zu verschieben, wobei die veränderliche Lage dieses Meßorgans entweder direkt dieAusgangsgröße bildet oder über ein Umwandlungsorgan eine andere Ausgangsgröße in bestimmter Abhänglichkeit beeinflußt.

Die prinzipielle Arbeitsweise eines rein mechanisch arbeitenden Funktionsgebers dieser Art ist in den Fig. 2 und 3 der Zeichnung dargestellt. Er umfaßt ein

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mit in regelmäßigen Umfangsabständen y angeord- hängt vom Winkel zwischen dem Einfallslot und dem neten Fühlstiften 11 besetztes Rad 12, das auf einer betreffenden Lichtstrahl ab.

drehbar gelagerten Welle 13 sitzt. Außerdem sind In Fig. 4 ist ein Lichtbündel B mit ausgezeichneten Mittel vorhanden, um einen bandförmigen Funktions- Linien dargestellt, das divergent von einem Kurventräger 14, auf welchem in polydromer Darstellungs-· 5 punkt K auf dem Film 21 ausgeht und nach dem weise eine Funktion y = f(x) aufgezeichnet ist, in Durchgang durch das Prisma 40 vom Objektiv 28 zur seiner zur Welle 13 parallelen Abszissenrichtung X in Konvergenz in die Ebene der Bildfensterblende 29 abvorbestimmter Abhängigkeit von einer veränderlichen gelenkt wird. Nach Fig. 4 nimmt das Prisma eine Eingangsgröße relativ zum Rad 12 zu verschieben. solche Drehstellung ein, daß der Kurvenpunkt K₁, Die Kurvenäste K₁ bis K₅ sind dabei als vertiefte io welcher die Ordinatenabweichung y' von der optischen Rillen eingraviert, und ihre Abstände in der ^-Rich- Achse A-A hat, in das durch den Durchtritt der tung entsprechen den Abständen-y~ zwischen den Fühl- optischen Achse A-A bestimmte optische Zentrum der stiften 11, so daß ein Fühlstift 11 gemäß Fig. 3 in Bildfensterblende 29 abgebildet wird. Für einen beeinen Kurvenast K₃ und ein benachbarter Fühlstift in leuchteten Kurvenpunkt K* mit der Ordinatenabweieinen benachbarten Kurvenast K₁ eingreifen kann. Es 15 chungy* von der optischen Achse würde sich bei derist leicht einzusehen, daß unter diesen Umständen bei selben Prismastellung ein Abstand Δy des Bildpunkder Verschiebung des Funktionsträgers 14 in dessen tes vom optischen Zentrum der Bildfensterblende 29 Z-Richtung die Drehstellung der Welle 13 jederzeit ergeben (Lichtbündel B*). Die Differentialphotozellenin einer durch die Funktion y = f(x) bestimmten anordnung 30 ist elektrisch an den Eingangskreis Weise von der momentanen Lage des Funktions- 20 eines Verstärkers V angeschlossen, dessen Ausgang trägers abhängt und demgemäß eine brauchbare Aus- mit einem Nachlaufmotor M verbunden ist. Die Abgangsgröße darstellt. triebswelle des Nachlaufmotors M ist die Drehwelle

In den Fig. 4 und 5 ist ein Funktionsgeber darge- 41 des Prismas 40. Die elektrische Schaltungsanord-

stellt, bei welchem als Funktionsträger ein geschwärz- nung der Differentialphotozellenanordnung 30, des

ter Filmstreifen 21 mit Randperforationen dient, auf 25 Verstärkers V und des Nachlaufmotors M ist in

welchem in der an Hand von Fig. 1 erläuterten poly- Fig. 6 der Zeichnung dargestellt und wird mit Bezug

dromen Darstellungsweise eine Funktion y = f(x) darauf später beschrieben.

durch lichtdurchlässige Kurvenäste K aufgezeichnet Der Verstärker V liefert eine Spannung für den

ist. Von einer Filmtransporteinrichtung sind nur zwei MotorM, deren Vorzeichen und Größe in vorbestimm-

in die Randperforation des Filmbandes 21 eingrei- 30 ter Beziehung zur Ablage Ay das Kurvenbiidpunktes

fende Transporträder 22 dargestellt, die auf der Ein- vom optischen Zentrum der Bildfensterblende 29

gangswelle 23 sitzen. Die Drehstellung β dieser Welle stehen, und zwar so, daß der Motor M das Prisma 40

23 bildet die Eingangsgröße des Funktionsgebers, automatisch im Sinne einer Verminderung dieser Ab-

durch deren Veränderung der Film 21 in seiner lage Δ y verdreht. Wenn also der Kurvenpunkt K₁ ge-

λ'-Richtung verschoben wird. 35 maß Fig. 4 die Ordinate y' und das Prisma 40 die

Eine feststehend gedachte, senkrecht zur Filmfläche Drehstellung α hat, so daß die Ablage Δ y des Kurvenstehende Bezugsachse A-A durchsticht den Film in bildpunktes den Wert Null annimmt, erhält der Nachseiner Mittellinie. Der Durchstichpunkt bestimmt den laufmotor M keine Drehspannung, und das Prisma gerade beobachteten Abszissemiwert χ der Funktion, bleibt stehen. Sofern' aber ein Kurvenpunkt K* mit und der in der j'-Richtung des Films 21 gemessene 4° der Ordinate — y* durch das Prisma 40 mit der Dreh-Ordinatenabstand des zugehörigen Kurvenpunktes stellung α neben das optische Zentrum der Bildfensterbildet die zu ermittelnde Größe y'. Unterhalb des blende 29 mit der Ablage Ay abgebildet wird, erhält der Films 21 ist mit der Achse A-A als optische Achse Motor M vom Verstärker V eine Drehspannung, eine Beleuchtungsvorrichtung angeordnet, die aus welche die Verdrehung des Prismas 40 in die Dreheiner Lampe 24 mit einer Leuchtfläche 25 und einem 45 stellung α* bewirkt. Für jeden möglichen Wert der optischen Kondensator 26 besteht. Sie beleuchtet den Ordinate y eines Kurvenpunktes K des Films gibt es Film 21 mit durchfallendem Licht, so daß jeder licht- eine Prismenstellung, welche die Abbildung des bedurchlässige Kurvenpunkt von oben gesehen eine treffenden Kurvenpunktes ins optische Zentrum der gleichmäßig leuchtende Fläche darstellt. Bildfensterblende bewirkt. Wenn nun der Film 21

Oberhalb des Films ist in der Achse A-A ein Rohr 50 durch Verdrehung der Eingangswelle 23 in seiner 27 angeordnet, in welchem übereinander ein Objektiv x-Richtung verschoben wird, so folgt das Prisma 40 28, eine Bildfensterblende 29 und eine Differential- automatisch dem sich dabei ändernden Ordinatenphotozellenanordnung 30 eingebaut sind. Die Diffe- wert y' des betreffenden Kurvenastes,
rentialphotozellenanardnung 30 und die Bildfenster- Wenn bei gleichmäßig steigender oder sinkender blende 29 sind in größerem Maßstab in den Fig. 7 55 Funktion y — f(x) ein Kurvenast den Aufzeichnungsund 8 dargestellt und werden an Hand dieser Zeich- streifen von der Breite y auf dem Film 21 verläßt und nungen später noch eingehend beschrieben. Vorläufig dafür auf der anderen Seite dieses Aufzeichnungssei nur festgehalten, daß das Objektiv 28 dazu be- Streifens ein benachbarter Kurvenast eintritt, erfolgt stimmt ist, die Filmebene 21 im Gebiet der optischen auch ein Übergang des Strahlganges von einem Achse A-A scharf in die Ebene der Bildfensterblende 60 Flächenpaar des Prismas auf ein benachbartes 29 abzubilden. Flächenpaar. Dieser Übergang erfolgt immer dann,

Zwischen dem: Objektiv 28 und der Filmebene 21 ist wenn eine Kante zwischen zwei Flächenpaaren des ein 2»-seitiges, regelmäßiges Polygon-Glasprisma 40 Prismas durch die optische Achse A-A tritt. Die angeordnet. Es sitzt auf einer in seiner Längsachse Einzelheiten beim Übergang werden später noch geangeordneten Welle 4i, die parallel zur X-Richtung 65 nauer erläutert. Immerhin ist leicht zu verstehen, daß der Filmebene 21 drehbar gelagert ist. Je zwei sich bei gleichmäßig steigender bzw. fallender Funktion diametral gegenüberliegende Polygonflächen dieses ν = f(x) das Prisma dauernd in derselben Richtung Glasprismas wirken als planparailele Glasscheibe im weitergedreht wird und beim Wechsel der Neigungs-Strahlengang und bewirken demgemäß eine Parallel- richtung, also im Gebiet eines Maximums oder Miniverschiebung der Lichtstrahlen. Diese Verschiebung 7° mums der Funktion y = f {x) seinen Drehsinn umkehrt.

Vorläufig wird angenommen, daß der Film 21 nur mit sehr kleiner Geschwindigkeit verschoben wird. In diesem quasistationären Betriebsfall können die Ablagen Ay der Kurvenbildpunkte vom optischen Zentrum der Bildfensterblende 29 vernachlässigbar kleine Werte annehmen, weil das optisch^elektrische Nachlaufsystem die Drehstellung α des Prismas 40 schon bei kleinen Werten Ay entsprechend korrigiert. Unter diesen Voraussetzungen bildet die Drehstellung a der Prismenwelle 41 eine Ausgangsgröße, die sich in bestimmter Abhängigkeit von der veränderlichen Eingangsgröße, d. h. dem Drehwinkel β der Eingangswelle 23 ändert. Allerdings ist die Beziehung α = f(ß) nicht identisch mit der auf dem Film 21 aufgezeichneten Funktion y = f{x), weil die Beziehung zwischen den Ordinatenwerten y' der Kurvenpunkte und den entsprechenden Drehwinkeln α des Prismas 40 nicht linear ist. Diese Nichtlinearität kann aber bei der Aufzeichnung der Funktion auf dem Film durch Korrektur der einzelnen j'-Werte so berücksichtigt werden, daß sich eine vorbestimmte Beziehung a = f(ß) zwischen den Drehwinkeln a und β ergibt.

Mit besonderem Vorteil wird zur Aufzeichnung der Funktion y = f(x) auf dem Film eine Einrichtung nach den Fig. 17, 18 benutzt. Diese Einrichtung ist in optischer Hinsicht die Umkehrung der Wiedergabeeinrichtung nach den Fig. 4, 5. An die Bezugsziffern übereinstimmender Teile ist daher jeweils eine 0 angehängt.

Die Filmtransporteinrichtung umfaßt die Eingangswelle 230 mit den Transporträdern 220. Die Eingangswelle 230 trägt eine Kurbel 231 und einen Zeiger 232, so daß die Welle 230 schrittweise um kleine Winkel weitergedreht werden kann und die eingestellten Drehwerte β der Welle 230 an einer Skalenscheibe 233 abgelesen werden können. Die Drehwelle 410 des Prismas 400 trägt ebenfalls eine Kurbel 431 mit einem Zeiger 432, so daß das Prisma 400 willkürlich auf bestimmte Drehwerte a eingestellt werden kann, die an der Skalenscheibe 433 abgelesen werden können.

Tm Rohr 270 ist das Objektiv 280 und darüber an Stelle der Bildfensterblende 29 eine Lochblende 291 eingebaut. Das Loch 292 der Lochblende 291 befindet sich normalerweise in der optischen Achse A-A, kann aber gegenüber dieser durch ein Zahnstangengetriebe 293 in der F-Richtung verschoben werden.

Das Blendenloch 292 wird von oben durch eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lampe 240, deren Leuchtfläche mit 250 bezeichnet ist, sowie einem optischen Kondensator 260 mit durchfallendem Licht beleuchtet. Der unbelichtete Film 211 soll nun punktweise so belichtet werden, daß sich nach dessen Entwicklung auf schwarzem Grund eine polydrom dargestellte Funktion y = f(x) als Schar von lichtdurchlässigen Kurvenästen ergibt. Eine Schlitzblende 212 mit parallel zur F-Richtung verlaufendem, von der optischen Achse A-A durchstochenem Blendenschlitz wird jeweils dann kurzzeitig geöffnet, wenn für den eingestellten Eingangswinkel β der Prismendrehwinkel a auf den durch die gewünschte Funktion a = f(ß) bestimmten Wert a eingestellt worden ist. Es ist auch möglich, elektrisch die Lampe 240 so zu beeinflussen, daß sie jeweils einen Lichtblitz bestimmter Dauer erzeugt.

Da das Lichtbündel B für beide Strahlungsrichtungen identisch verläuft, wird bei einer Aufzeichnung der Kurve auf die beschriebene Art und einer Wiedergabe durch den Funktionsgeber nach den Fig. 4 und 5 die Nichtlinearität in der Beziehung a = f(y') eliminiert.

In Fig. 6 ist das elektrische Yerbindungsschema des Funktionsgebers nach den Fig. 4 und 5 dargestellt.

Die Primärwicklung U₁ eines Eingangsübertragers U ist an die Wechselspannungsquelle Λ" angeschlossen. Die in der Sekundärwicklung U₂ induzierte Wechselspannung wird durch eine Symmetrierund Phasenschieberanordhung S den beiden Phctozellensystemen Ph₁ und Ph₂ im Gegentakt zugeführt. Wenn die Photozelle Ph₁ mehr belichtet wird als die

ίο Photozelle Ph₂, dann entsteht am Eingang eines mehrstufigen -Verstärkers V eine Wechselspannung Ep bestimmter Phasenlage. Wird die Photozelle Ph₂ stärker belichtet, so ist die Spannung Ep in ihrer Phasenlage um 180° gedreht, hat also das umgekehrte Vorzeichen.

Die durch den Verstärker V verstärkte Spannung Ep bildet die Drehspannung für einen Nachlaufmotor M, dessen: Rotor mit Rm, dessen Feldwicklung mit m₂ und dessen Erregerwicklung mit In₁ bezeichnet ist. Die Feldwicklung und die Erregerwicklung stehen unter einem Winkel von 90° zueinander. Der Drehsinn des Rotors Rm hängt ab vom Vorzeichen der Spannung Ep, und die Drehgeschwindigkeit nimmt mit der Amplitude der Spannung Ep gleichmäßig zu. Die Feldwicklung m₂ des Motors M ist an die Übertragerwicklung U₃ angeschlossen. Um die Güteeigenschaften des Nachlauf sy stems zu verbessern, ist in an sich bekannter Weise mit dem Rotor Rm des Motors M der Rotor Rg eines Generators G gekuppelt, der zwei unter 90° zueinander angeordnete Wicklungen g_% und If₂ enthält. Die Wicklung g₂ ist über ein Phaseneinstellorgan Q an eine vierte Übertragerwicklung U₁ angeschlossen, während die in der anderen, einerseits geerdeten Wicklung g_t des Generators induzierte Spannung in den Verstärker V zurückgeführt wird.

Die Güteeigenschaften eines solchen Nachlauf sy stems sind zum Teil durch den Aufwand bestimmt. Für den vorliegenden Fall ist anzustreben, daß die Drehzahl des Motors, d. h. die Drehzahl der Prismawells gleichmäßig mit der Größe der Ablage Ay des abgebildeten Kurvenpunktes vom optischen Zentrum der Bildfensterblende 29 anwächst und der Drehsinn des Motors vom Vorzeichen dieser Ablage abhängt.

Da ein tachometriech gegengekoppeltes Nachlaufsystem, wie es in Fig. 6 der Zeichnung schematisch dargestellt ist, eine Drehgeschwindigkeit der Motorabtriebswelle erzeugt, die zur Größe der Eingangsspannung (Ep) annähernd proportional ist, und die Ausgangsspannung des Photozellensystems naturgemäß annähernd proportional zur wirksamen Lichtmenge ist, muß dafür gesorgt werden, daß die wirksam werdende Lichtmenge annähernd proportional mit dem Abstand Ay anwächst.

Diese Bedingung wird durch die Photozellenanordnung 30 und die Bildfensterblende 29 nach den Fig. 4 und 5 bzw. 7 und 8 erfüllt. Die Differentialphotozellenanordnung 30 umfaßt nach Fig. 8 zwei gleichartige Photozellen 31 und 32 mit den lichtempfindlichen Flächen Ph₁ und Ph₂. Sie sind symmetrisch zu der durch die X-Achse und die optische Achse A-A gelegten Ebene angeordnet. Ebenfalls symmetrisch zu dieser Ebene sind die Spiegelflächen 33 und 34 eines Prismas 35 geneigt. Die Schnittkante 36 dieser Spiegelflächen liegt in der Ebene der Bildfensterblende 29 und verläuft in der Z-Richtung. Die Bildfensterblende 29 weist zwei symmetrisch zur X-Achse angeordnete Bildfenster 37 und 38 auf. Diese Bildfenster sind dreieckförmig, und sie haben im optischen Zentrum eine Ecke gemeinsam. Im Betrieb erscheint in der Ebene der Bildfensterblende ein Bild des Umfeldes der optischen Achse auf

dem Film 21. Es werden also ausgedehntere Teilstücke der Kurvenäste K in dieser Ebene abgebildet. In bezug auf das Koordinatensystem XY des Filmstreifens 21 hat das optische Zentrum der Bildfensterblende die Abszisse^ und die Ordinatey_a. Der Abszissenwert x_a ändert sich dabei entsprechend der Filmlaufgeschwindigkeit, und der Ordinatenwert y_a ändert sich entsprechend der Drehgeschwindigkeit des Ablenkprismas 40 zeitlich. Im quasistationären Betriebsfall verläuft das Bild eines Kurvenastes K stets durch das optische Zentrum A der Bildfensterblende 29, weil in diesem Fall das Ablenkprisma 40 stets eine Drehstellung α einnimmt, für welche der Kurvenpunkt mit der Abszisse x_a im optischen Zentrum abgebildet wird. Dieser Strahlengang entspricht den Lichtbündeln B in den Fig. 4, 5 und 8.

In diesem Fall wird nach Fig. 8 auf die beiden Photozellenschirme Ph₁ und Ph₂ gleich viel Licht geworfen, d. h., das Lichtbündel B teilt sich an der Schnittkante 36 der Spiegelflächen 33 und 34 in zwei gleiche Lichtbündel. Sofern die Breite der Kurvenäste unendlich klein wäre, würde überhaupt kein Licht in die Photozellen gelangen, weil ja die X-Dimension der Bildfenster 37 und 38 im optischen Zentrum A den Wert Null hat.

Eine geringe Fehllage des Ablenkprismas 40 bewirkt eine entsprechende Auslenkung des Kurvenbildes aus dem optischen Zentrum der Bildfensterblende 29. Dann fällt alles Licht in die auf der betreffenden Seite der Symmetrieebene gelegene Photozelle. Da die X-Dimension der Bildfensterausschnitte 37 und 38 mit wachsenden y-Werten gleichmäßig ansteigt, wächst auch die zur Einwirkung auf die betreffende Photozelle¹ gelangende Lichtmenge gleichmäßig mit steigenden Werten des im Abstand Ay im Bildfenster sichtbaren Kurvenastbildes entsprechend an. Durch günstige Formgebung der Blende 29 wird erreicht, daß die Spannung Ep am Verstärkereingang annähernd linear mit dem Abstand A y anwächst.

Zwischen der Änderungsgeschwindigkeit v_y = -^- der Ordinatengröße y_a des Bildfensterzentrums und der Filmlaufgeschwindigkeit V_x =-^- besteht die Besprechenden Maximalabstand' Ay_m eine bestimmte maximale Filmlaufgeschwindigkeit:

dy ~dt

(m)

. , dy dx

Ziehung— = —

dt

■ ~, wobei der Faktor -^- die S teilte dx

heit a_x des Kurvenastes K im Gebiet X=Jtr_a darstellt. dx

mit dem Produkt a_Y

dt

steigt also die erforderliche

Drehgeschwindigkeit -^- des Ablenkprismas 40 an,

und dies setzt eine entsprechend anwachsende Ablage A y des Kurvenastbildes K* vom optischen Zentrum voraus. Weil also bei hoher Filmlaufgeschwindigkeit und nicht vernachlässigbar kleiner Kurvensteilheit das Ablenkprisma den Änderungen der Ordinatengröße nur zu folgen vermag, wenn die Ablage A y des Kurvenbildes vom optischen Zentrum A der Bildfensterblende 29 nicht vernächlässigbar bleibt, muß notwendigerweise ein entsprechender dyna-* mischer Fehler Ay in der gegenseitigen Lage der Bildkurve K* und dem optischen Zentrum A der Bildfensterblende bestehen.

Bei feststehenden Güteeigenschaften des photoelektrischen Nachlaufsystems und einer auf einen Maximalwert -^ (m) begrenzten Steilheit der Kurvenäste K' ergibt sich für eine vorbestimmte Maximaldrehzahl des Nachlaufmotors, d. h. für einen ent- c · Aym a (m)

Wenn die Filmlaufgeschwindigkeit auf diesem ίο Wert konstant gehalten wird, so gehen alle in der Ebene der Bildfensterblende 29 abgebildeten Kurvenäste K* von einem Punkt P* aus (Fig. 7), der in der X-Achse der Bildfensterebene liegt und gegenüber dem optischen Zentrum A derselben um den konstanten Wert A χ vorverschoben ist, welche Steilheit die Kurve in diesem Punkt P* auch haben möge. Die dem optischen Zentrum A gegenüberliegenden Begrenzungslinien der beiden Bildfenster 37 und 38 sind deshalb gemäß Fig. 7 gerade und mit der Steilheit

-τ- = 0,3 bzw. — 0,3 gegen diesen Fluchtpunkt gerichtet, während die vom optischen Zentrum A ausgehenden Begrenzungslinien der genannten Bildfenster derartig kurvenförmig ausgebildet sind, daß die Länge k* der in den Bildfenstern erscheinenden Abschnitte aller von diesem Fluchtpunkt P* ausgehenden Geraden proportional zu der Ablage A y vom optischen Zentrum A vom Wert 0 bei Ay = O zu einem Maximalwert bei Ay = Aym zunimmt. Wie schon früher erwähnt, soll nämlich die Lichtmenge, die durch ein Fenster in die zugeordnete Photozelle einfallen kann, proportional mit der Ablage Ay des Kurvenbildes vom optischen Zentrum A der Bildfensterblende anwachsen.

An sich könnte durch das Objektiv 28 die Filmebene auf die lichtempfindlichen Schichten einer Differentialphotozellenanordnung abgebildet werden, deren Form dann entsprechend gewählt werden müßte, damit sich dieselben Eigenschaften ergeben würden. Die

4.0 an Hand der Fig. 4, 5, 7 und 8 beschriebene Lösung bietet aber wesentliche Vorteile. Vor allem müssen die Photozellen keine Sonderausführung sein und können leicht ausgewechselt werden. Es könnte statt der Bildfensterblende 29 auch eine Glasscheibe verwendet werden, die im Gebiet der X-Achse stark und mit zunehmendem Abstand Ay zunehmend weniger stark geschwärzt wäre. Auch diese Lösung ist weniger wirtschaftlich als die gewählte.

Hingegen können ohne Schwierigkeiten Bildfensterblenden 29' oder 29" verwendet werden (Fig. 9, 10), die sich von denjenigen nach Fig. 8 nur dadurch unterscheiden, daß das optische Zentrum A sich am Rand befindet, so daß entweder der dem optischen Zentrum in der X-Richtung voraus liegen de oder der ihm folgende Kurvenabschnitt im Bildfenster wirksam wird. In Fig. 10 ist noch eingezeichnet, wie das Kurvenstück K* im Bildfenster erscheint, wenn die Filmlaufgeschwindigkeit V_x geringer ist als die bei der Konstruktion vorausgesetzte Maximalgeschwindigkeit v_x(m). In diesem Fall liegt nämlich der Ausgangspunkt P* des Kurvenbildes K* mit der Ordinate y_a zwischen dem Fluchtpunkt der geraden Begrenzungslinien der Bildfenster und dem optischen Zentrum A, d. h., es ergibt sich eine geringere Abszissennacheilung Ax- Im gleichen Maß werden auch die Abstände Ay der Kurvenbilder K* vom optischen Zentrum A und die sich ergebenden Drehgeschwindigkeiten des Ablenkprismas geringer.

In der Fig. 11 ist zum besseren Verständnis der quasistationäre Betriebsfall in mehreren Phasen dar-

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gestellt. Die Zeichnungsebene ist dabei die Fiilmebene 21 und zugleich die Ebene, in welche durch das Objektiv 28 die Bildfensterebene 29 abgebildet wird. Die Filmebene 21 hat die Koordinatenachsen X und Y. Der symmetrisch zur ΛΓ-Achse angeordnete Aufzeichnungsstreifen von der Ordinatenbreite y ist mit gestrichelten Linien eingezeichnet. Die dreieckigen Bildfenster der Bildfensterblende 29 sind gemäß Fig. 11 auch symmetrisch zu deren F-Richtung ausgebildet, weil ja hier der quasistatische Betriebsfall "dargestellt ist und nützlicherweise der Film 21 in positiver oder negativer Abszissenrichtung verschoben werden kann.

In der Zeichnung sind zwei in der Ordinatenricl· tung um den Wert y verschobene Kurvenäste K und K eingezeichnet. In Wirklichkeit wird relativ zu einem feststehenden Bildfenster 29 der Film 21 in der X-Richtung verschoben. In Fig. 11 sind statt dessen für verschiedene Abszissenwerte X₁, X₂, X₃, x± die Lagen der Blendenbilder auf dem Film eingezeichnet. Voraussetzungsgemäß vermag das Ablenkprisma40 in diesem statischen Betriebszustand infolge sehr geringer Filmlaufgeschwindigkeit den y-Werten der Kurvenäste K bzw. K so zu folgen, daß die Kurvenäste in allen Lagen durch das optische Zentrum A₁, A₂, A₃, A_i der Blendenbilder verläuft, d. h. daß kein Nachlauffehler Ay auftritt.

Aus der Stellung A₁ bewegt sich das Blendenbild im Sinne der in diesem Gebiet fallenden Kurve K in die Stellung A_2l_wo der Übergang auf den benachbarten Kurvenast K erfolgt, da hier die Kurvenäste die Grenzen des Aufzeichnungsbandes durchtreten. Aus der Lage A₂ bewegt sich das Blendenbild in die Lage A₃, wo es in der y-Richtung seine Bewegung ausführt, weil die j'-Werte der Funktionskurve in diesem Gebiet konstant bleiben. Im Gebiet der Abszisse^ steigt die Funktionskurve y ^f(X) mit positiver Neigung an und durchtritt wieder die Grenzlinie des Aufzeichnungsstreifens. Es erfolgt wieder ein Übergang auf den Kurvenast K.

In Fig. 12 ist in gleicher Weise der dynamische Betriebsfall dargestellt, in welchem die Filmlaufgeschwindigkeit V_x auf einen konstanten Wert -

eingestellt ist, so daß die Abszissen wer te X₁, X₂, X₃, x_i der Kurvenpunkte P₁, P₂, P₃, P₄, deren Ordinatenwerte gleich den Ordinatenwerten y_v y₂, y₃, y_i der Punkte A₁, A₂, A₃, A_A (d. h. der Zentren der Blendenbilder) sind, gegenüber den Abszissenwerten dieser Zentrumspunkte um die konstante Größe Δ χ vorausliegen.

Im Gebiet der Lage A₁ fällt die Kurve K mit maximaler negativer Neigung, so daß der notwendige Ablagefehler Ay den maximalen positiven Wert hat, wodurch die notwendige Verschiebungsgeschwindigkeit in Richtung der negativen y-Achse erreicht wird. wenn das Zentrum A₂ des Blendenbildes den Rand des Aufzeichnungsstreifens durchschreitet, d. h., bei Ordinatenwerten ±y₂= ± y_m = ± yß erfolgt der Übergang auf den benachbarten Kurvenast K. Da in diesem Gebiet die Kurvenäste Knickungen in die Horizontale zeigen, ergeben sich geringere Ablagefehler Ay₂, so daß die Drehzahl des Prismas automatisch verringert wird, bis sie im Gebiet der Abszisse^ den Wert Null erreicht.

Im Gebiet der Abszisse x_t steigen die Kurvenäste Ä' bzw. K wieder mit positiver Neigung an, und es erfolgt wieder der tibergang auf den benachbarten Kurvenast K. Die Ablagewerte y_v y₂, y₄ entsprechen also in Größe und Vorzeichen der Kurvenneigung im betreffenden Gebiet, wenigstens wenn die Kurvenäste gerade verlaufen. Es ist aus Fig. 12 auch der Grund ersichtlich, warum die Kurvenäste K und K über die Grenzlinien des mittleren Aufzeichnungsstreifens hinaus fortgesetzt sein müssen. In Gebieten von sinkendem Funktionsverlauf werden nämlich Kurvenstücke zur Beeinflussung der Differentialphotozellenanordnung ausgenutzt, die unterhalb der unteren Grenzlinie dieses Aufzeichnungsstreifens liegen (s. Übergangsstellungen A₂, A₂). Bei steigendem Verlauf der Funktion y=f(x), wie im Gebiet der Abszisse X₄, werden Kurvenstücke wirksam, die oberhalb der oberen Grenzlinien dieses Aufzeichnungsbandes liegen.

In Fig. 13 ist die Aufzeichnung eines Kurvenpunktes mit Hilfe einer Einrichtung nach Fig. 17, 18 dargestellt. Die Lochblende 291 ist so eingestellt, daß ihr Blendenloch in der optischen Achse A-A liegt, also die Ablage Ay = O hat.

Der am Prisma 400 eingestellte Drehwinkel α hat den Wert a(x) = 30°, so daß zwei Prismakanten die optische Achse schneiden. Das vom beleuchteten Blendenloch 292 ausgehende Lichtbündel B teilt sich in der oberen Prismakante in die Lichtbündel B₁ und B₂, welche die Bildpunkte K und K mit den Ordinatenwerten —y_m und +y_m ergeben, die voneinander den Abstand y haben.

Im quasi statischen Betriebsfall bei der Wiedergabe würden bei derselben ^-Einstellung des Films und derselben Drehstellung a(x) des Ablenkprismas Lichtbündel B₁ und B₂ in umgekehrter Richtung durch das Prisma zu einem Bündel B vereinigt und durch das Objektiv 280 in das optische Zentrum A der Bildfensterblende gesammelt.

Im dynamischen Betriebszustand hingegen ist unter Voraussetzung einer bestimmten Steigung der Kurven im Gebiet X eine entsprechende Drehgeschwindigkeit

-Tr- des Ablenkprismas notwendig, welche nur bei

einer bestimmten Ablage Ay erreichbar ist. In Fig. 14 ist dieser Fall dargestellt. In der mit ausgezogenen Linien dargestellten Drehlage α* des' Prismas 40 wird ein Lichtbündel B aus dem Kurvenpunkt K, der in seiner Ordinate —y_m dem Punkt X von Fig. 13 genau entspricht, verschöbe· und nachher durch das Objektiv 28 auf einen Punkt der Bildfensterblende 29 abgebildet, der von deren optischem Zentrum die Ablage Ay hat. Infolge dieser Ablage ergibt sich eine

bestimmte Änderungsgeschwindigkeit — des Prismenwinkels in Richtung auf die punktiert eingezeichnete Sollage mit dem Winkel a(x); im dargestellten Zeitmoment aber ergibt sich ein Nachlauffehler a* gegenüber dem bei der Aufzeichnung der Kurvenpunkte für die Abszisse χ eingestellten Sollwinkel a(x) = 30°.

Da die Neigungen der Funktion y = f(x) für alle Abszissenwerte berechnet werden können, ist es möglich, den notwendigen Ablagefehlerziy für eine vorbestimmte konstante Filmlaufgeschwindigkeit vorauszurechnen. Durch entsprechende Verschiebung des Blendenloches 292 bei der Aufzeichnungseinrichtung nach Fig. 17, 18 können unter diesen Voraussetzungen die y-Werte der auf dem Film aufgezeichneten Kurvenpunkte so korrigiert werden, daß sich bei der Wiedergabe genau die vorbestimmte Funktion a=f(x) ohne Nachlauffehler ergibt. Dieser Fall ist in Fig. 15 dargestellt. Das Prisma nimmt die Sollstellung a(x) ein. Bei der Aufzeichnung der Kurvenpunkte ist ein dynamischer Ablagefehler Ay gemäß dem berechneten Wert eingestellt worden. Der Ordinatenwert v* des

aufgezeichneten Kurvenpunktes K* ist deshalb gegenüber dem Ordinatenwert y des Kurvenpunktes K von Fig. 14 anders. Dafür ergibt sich bei der Wiedergabe genau derselbe Strahlengang für das Lichtbündel B bei der Solldrehlage a(x) des Prismas 40.

In den Fig. 14, 15 und 16 ist auch noch dargestellt, wie der Lichtübergang von einem Prismenflächenpaar auf das benachbarte im Gebiet α = 30° allmählich erfolgt. Während nach Fig. 13 ein Lichtbündel B an einer Prismenkante in zwei gleiche Lichtbündel B₁ und B₂ zerlegt wird, sind die beiden Teilbündel nach Fig. 15 zugleich stark abgelenkt, und nach Fig. 16 ist das eine Teilbündel auf einen einzigen Randstrahl b reduziert. Bei der Wiedergabe setzen sich entsprechende Teilbündel zum wirksamen Gesamtbündel B zusammen.

Sofern also die Veränderungsgeschwindigkeit der Eingangsgröße β bei der Wiedergabe im voraus bekannt ist, kann der zur fehlerfreien Beherrschung dieser Wiedergabegeschwindigkeit notwendige dynamische Ablagefehler Ay durch Korrekturen der einzelnen y-Werte der Kurve y = f(x) berücksichtigt werden, womit sich bei der Wiedergabe die gewünschte funktionelle Beziehung a = f(ß) zwischen dem Drehwinkel α der Ausgangswelle 41 und dem Drehwinkel β der Eingangs welle 23 ergibt.

Wenn die Laufgeschwindigkeit, des Films 21 nicht im voraus bekannt ist, weil beispielsweise die Eingangswelle 23 in bestimmter Abhängigkeit von einer unvoraussehbar veränderlichen Meßgröße verdreht wird, so ist diese Vorauskompensation des Nadhlauffehlers nicht möglich. In diesem Fall ist die Verwendung einer Bildfensterblende 29 nach Fig. 11 vorteilhafter, weil dann der Funktionsgeber sowohl bei Vorwärts- als auch bei Rückwärtsbewegung des Films gleich genau arbeitet.

Diese Bildfensterform ergibt auch bei nicht vernachlässigbar kleinen Ablagefehlern. Ay noch befriedigende Resultate. Es ist deshalb vorteilhaft, wenn der Funktionsgeber mit auswechselbaren Bildfenstern verschiedener Form versehen ist. An Stelle eines polygonen Ablenkprismas kann als polydiromes auch ein Polygonspiegel verwendet werden.

Die Funktion y = f{x) kann auch mit Tusche auf einen, lichtdurchlässigen Streifen aufgezeichnet werden, und es kann dieser Streifen auf einen Film photographiert werden.

Es ist bei entsprechender Ausbildung des Differentialphotozellensystems auch möglich, eine Funktionsdarstellung auszuwerten, bei welcher die Kurvenäste je eine Grenzlinie zwischen schwarzen und lichtdurchlässigen Filmpartien bilden.

An sich wäre es auch denkbar, daß die "Kurvenäste nicht optisch, sondern beispielsweise elektrisch oder magnetisch vom Umfeld differenziert wären, wobei eine entsprechende Abtastvorrichtung mit einem drehbaren polydromen Fühlarm an Stelle der photoelektrischen Abtastvorrichtung mit einem drehbaren Prisma treten müßte.

Der Funktionsgeber nach den Fig. 4 und 5 kann für bestimmte Anwendungszwecke ergänzt werden durch ein Organ zur Umwandlung einer andersartigen Eingangsgröße in eine veränderliche Drehstellung β der Eingangswelle 23 und durch ein Organ zur Umwandlung der veränderlichen Ausgangsgröße α in eine andersartige physikalische Größe. Er kann als Analogie-Rechengerät in Steuermechanismen oder als Glied einer Rechenmaschine verwendet werden. Die leichte Auswechselbarkeit des Funktionsträgers und die Möglichkeit der Erreichung einer annähernd unbegrenzten genauen Wiedergabetreue, auch bei hohen Durchlaufgeschwindigkeiten des Funktionsträgers, eröffnen dem beschriebenen Funktionsgeber ein weites Anwendungsgebiet.

Eine verbesserte Ausführung des Funktionsgebers ist in den Fig. 19 und 20 dargestellt. Die prinzipielle Arbeitsweise ist die gleiche wie die vorstehend beschriebene des Funktionsgebers nach Fig. 4 und 5. Die entsprechenden Teile sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Die Ausbildung der Difrerentialphotozellenanordnung und die Form der Bildfensterblende sind in den Fig. 21 bis 24 näher dargestellt.

Die Difterentialphotozellenanordnung 30' besteht aus einer Metallscheibe 301, auf deren Unterseite zwei halbkreisförmige Selenschichten 303 a, 303 b, die voneinander durch ein zur .^-Richtung paralleles Band 302 getrennt sind, und auf deren Rändern je eine Kontaktmetallschicht 304 a, 304 & aufgedampft ist. Der Rückseite der Platte 301 liegt eine federnde Kontaktplatte 305 an, die über die Leitung 306 an den Eingang des Verstärkers V angeschlossen ist. Den Kontaktmetall schichten 304 a> 304 & liegen: die Kreisringsegmente 307 a, 307 & von Kontaktorganen nach Fig. 22 an, welche über die Leitungen 308 a, 308 & ebenfalls an den Verstärker V angeschlossen sind. Die Bildfensterblendenscheibe 29' (Fig. 24) weist einen symmetrisch zur ^tr-Richtung ausgebildeten, aus zwei mit ihren Grundlinien an der .^-Richtung anliegenden Dreiecken bestehenden Bildfensterausschnitt 309 auf, dessen Spitzen von der X-Achse ihrer Ebene die Ordinatenabstände + y haben.

Die beschriebenen Teile werden in der Lage nach Fig. 21 durch zwei mit Hilfe von Schrauben 310 verschraubten Halteplatten 311' und 311" zusammengehalten. Wenn die Photozellenschichten 303 α·, 303 b mit Licht beaufschlagt werden, entstehen an ihren An schlußleitungen308 a, 308 & Gleichspannungen gegenüber der Anschlußleitung 306, deren Größe proportional mit der Lichtmenge anwächst.

Da nach dem Schaltschema nach Fig. 25 die Anschlußleitungen 308», 308 & der Differentialphotozellenanordnung 30' an die feststehenden Kontakte eines im Takt einer Wechselspannung hin- und herschwingenden Vibrators 312 angeschlossen sind, der über den. Gitterableitwiderstand Rg einer Elektronenröhre 313 mit der Anschlußleitung 306 verbunden ist, entsteht an der Anode der Röhre 313 eine im Takt der Vibrationsfrequenz pulsierende Gleichspannung, aus welcher durch ein Filterglied F eine Wechselspannung der gleichen Frequenz ausgesiebt wird, welche durch einen Verstärker V linear und phasengetreu verstärkt wird. Die Amplitude der verstärkten Ausgangsspannung, welche dem Nachlaufmotor M zugeführt wird, ist proportional der Differenz zwischen den die beiden Selenschichten 303«, 303 & beaufschlagenden Lichtmengen, und die Phasenlage dieser Steuerspannung springt um 180° um, wenn diese Lichtmengendifferenz ihr Vorzeichen wechselt. Die Drehzahl der Motorwelle41 ist annäherungsweise proportional der Amplitude der dem Motor M zugeführten Steuerspannung, und ihr Drehsinn hängt vom Vorzeichen der genannten Lichtmengendifferenz ab.

Die geometrisch-optische Ausbildung des Funktionsgebers nach Fig. 19 bis 25 ist derart gewählt, daß im Bildfensterausschnitt 309 der Bildfensterblende 29' die Ordinatenabstände benachbarter Kurvenastbilder gleich der Ordinatendistanz 2y~ der beiden Ausschnittspitzen ist.

Fig. 26 zeigt einen.' Film 21 mit einer polydromen Funktionsdarstellung y = f(x), auf welchem in einer

Reihe von Abszissenwerten X₀ ... X₁₃ die Projektionen der Bildfensterausschnitte 309 aufgezeichnet sind.

In der Abszissenlage X₀ nimmt z. B. das Prisma 40 eine derartige Drehstellung ein, daß das Bild des Fensterausschnittes in der Filmebene symmetrisch zur Abszissenachse ist. Da gemäß Fig. 26 an dieser Stelle die Kurvenäste K₁ und K₂ nicht symmetrisch zur Abszissenachse gelegen sind, wird, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, nur die eine Photozellenschicht mit Licht des Kurvenastes K₁ beaufschlagt. Dementsprechend wird dem Nachlaufmotor M eine Steuerspannung zugeführt, welche seine Abtriebswelle und damit das Ablenkprisma 40 in dem Sinne drehen läßt, daß sich das Fensterbild 209₀ im Sinn des eingetratragenen Pfeiles, d. h. im Sinne einer Verminderung des Einstellfehlers verschiebt.

Beim Abszissenwert X₁ hat dann das Ablenkprisma die »richtige« Drehstellung, indem das Fensterbild 209j genau zwischen den beiden Kurvenästen K₁ und K₂ steht. Wenn nun der Film 21 in der Abszissenrichtung verschoben wird, dreht sich das Prisma 40 derart, daß der Fensterausschnitt den y-Verschiebungen der aufgezeichneten Funktion y = f (x) stets folgt.

Beim Abszissenwert X₂ erfolgt ein Übergang vom Kurvenastpaar K₁, K₂ auf das Kurvenastpaar K₂, K₃. Dieser Übergang ist auch in Fig. 19 dargestellt, indem darin zwei sich diametral gegenüberliegende Facettenkanten des Ablenkprismas die optische Achse A-A schneiden, so daß nach dem eingezeichneten Strahlengang das Licht des in der Abszissenachse gelegenen Kurvenastpunktes K₂ auf die beiden Spitzen des Bildfensterausschnittes symmetrisch verteilt wird, auf welche Spitzen auch noch die beiden benachbarten Kurvenastpunkte K₁ und K₃ abgebildet werden.

Da nach Fig. 26 die y-Werte der Funktion y = f(x) bis zum Abszissenwert x₅ gleichmäßig zunehmen, findet in diesem Gebiet zwischen den Abszissenwerten x_t und Jir_s noch einmal ein Übergang von einem Facettenpaar auf das nächste, d. h. vom Kurvenastpaar K₂, K₃ auf das Kurvenastpaar K₃, K₄ statt. Im Gebiet zwischen den Abszissenwerten X₅ und x_g bleiben die Ordinatenwerte der auf dem Film 21 aufgezeichneten Funktion y = f(x) konstant, so daß auch das Ablenkprisma in diesem Gebiet stillsteht.

Vom Abszissenwert x_g an nehmen die Ordinatenwerte ν = f(x) ab, so daß sich das Prisma zurückdreht, wobei beim Abszissenwert x_1Q und zwischen den Abszissenwerten ^r₁₂ und X₁₃ wieder Übergänge von einem Kurvenastpaar auf ein benachbartes erfolgen.

Auf diese Weise entspricht die Drehstellung der Welle 40 dauernd in vorbestimmter funktioneller Abhängigkeit der Drehstellung der Eingangs welle 23.

Die Verhältnisse nach Fig. 26 entsprechen dem quasistationären Zustand, da dieser Figur die Annahme zugrunde gelegt ist, daß der Film 21 mit derart geringer Geschwindigkeit verschoben wird, daß die Drehstellung des Prismas 40 immer genau dem Sollwert folgen kann. Bei einigermaßen beträchtlicher Filmlaufgeschwindigkeit ändern sich aber die Ordi-

natensollwerte so rasch, daß je nach der Steilheit ~-

' dx

der Funktion y = f(x) das Prisma mit entsprechend hoher Drehgeschwindigkeit -£- gedreht werden muß, um der Kurvendarstellung folgen zu können. Dies setzt eine Steuerspannung entsprechend hoher Amplitude für den Nachlaufmotor und damit das Bestehen eines Nachlauffehlers Ay voraus. Dieser »dynamische« Betriebsfall ist in Fig. 27 analog zur Fig. 26 dargestellt.

Wenn aus der Abszissenstellung X₀ nach Fig. 27 der Film mit einer gewissen Geschwindigkeit in die Abszissenstellung X₁ verschoben wird und das Prisma der dadurch vorgeschriebenen Sollveränderung der Ordinatenwerte noch nicht nachgefolgt ist, wird nur die eine Photozellenschicht vom Licht des Kurvenastes K₂ beaufschlagt. Daraus ergibt sich eine Steuerspannung für den Nachlaufmotor, deren Amplitude mit dem Einstellfehler Ay gleichmäßig anwächst und die eine Drehung des Prismas im Sinne steigender Ordinatenwerte bewirkt.

Da im Gebiet zwischen den Abszissenwerten X₀ und X₅ die Ordinatenwerte mit konstanter Steigung anwachsen, bleibt der Einstellfehler Ay in diesem Gebiet dauernd gleich, so daß sich das Prisma dauernd

mit derselben Drehgeschwindigkeit -^- dreht. Da im

Gebiet X₅. . . x_g die Ordinatenwertey = f(x) konstant bleiben, vermindern sich im Gebiet des Abszissenwertes X₅, x₆ die Einstellfehler, und das Prisma 40 bleibt stehen. Vom Abszissenwert X₁₀ an nimmt die Funktion y = f{x) ab, so daß sich zwischen den Abszissen werten x_g und X₁₀ wieder ein Einstellfehler — Ay mit umgekehrtem Vorzeichen bildet, welcher bewirkt, daß sich das Prisma 40 mit entsprechender Drehgeschwindigkeit zurückdreht.

Im Gebiet der Abszissenwerte X₂, X₄-X₅, X₁₀ erfolgen wieder Übergänge von einem Facettenpaar des Prismas auf das nächste. Diese Übergänge erfolgen auch hier stets dann, wenn das Prisma 40 eine Lage nach Fig. 19 einnimmt. In bezug auf die Kurvenäste erfolgen aber diese Übergänge nicht dann, wenn ein Kurvenast die Abszissenachse χ schneidet, sondern wenn ein solcher Kurvenast gegenüber der X-Achse eine Ordinatenverschiebung +Ay aufweist, wobei das

Vorzeichen vom Differentialquotienten -r-, d. h. vom

(I t

Vorzeichen des Produktes -^- · — und die Größe dieser

dx dt

Verschiebung Ay von der Größe des genannten Produktes abhängt.

In den Fig. 28 und 29 ist eine Vorrichtung zur Aufzeichnung einer polydromen Funktionsdarstellung y = f(x) dargestellt.

Die Aufzeichnungsvorrichtung entspricht in der geometrisch-optischen Ausbildung vollständig der Wiedergabevorrichtung nach den Fig. 19 bis 25; sie arbeitet nach dem gleichen Prinzip wie die in den Fig. 17 und 18 dargestellte Einrichtung.

Im Rohr 270 mit dem Photoobjektiv 280 ist an Stelle der Bildfensterblende 29' eine Zweilochblende 291'mit zwei um einen Ordinatenwert 2 y voneinander entfernten Blendenlöchern angeordnet. Die Blendenlöcher werden von einer Lampe 240 mit dem Leuchtfaden 250 über einen optischen Kondensator 260 mit Durchfallicht beleuchtet, so daß sich der in Fig. 28 eingezeichnete Strahlengang ergibt. Dabei ist hier das Prisma 400 in derjenigen Drehstellung gezeichnet, in welcher zwei Facettenflächen zur Film- bzw. Blendenebene parallel liegen. Wenn aus dieser Stellung das Prisma in die Übergangslage nach Fig. 19 gedreht wird, wandern die Bildpunkte K₁*, K₂* in der y-Richtung in die Lage der Kurvenpunkte nach Fig. 19. Es kann also jedem Einstellwert β der Filmtransportwelle 230 ein durch eine Funktion α = f(ß) vorbestimmter Drehwinkel α der Prismawelle 410 zugeordnet werden. Damit die Lichteinwirkung auf den Film nur dann erfolgt, wenn dieDretistellung α des Prismas

dem vorgeschriebenen Wert α = f(ß) entsprechend eingestellt ist, kann eine Schlitzblende 212 vorgesehen sein, die nur dann geöffnet wird, wenn die Prismastellung α dem Wert α = f(ß) entspricht.

Die Auslenkungen y der Blendenbilder K₁* und K₂* ändern sich linear mit dem Prismadrehwinkel a, so daß die auf den Film aufgezeichnete Funktion 3>—f(x) gegenüber der vorgeschriebenen Funktion α = f(ß) verzerrt wird.

Bei der Wiedergabe der auf diese Weise aufgezeichneten Funktion y = f(x) mit Hilfe der Wiedergabevorrichtung nach den Fig. 19 und 20 wird aber diese Verzerrung wiederaufgehoben, weil auch dann die Wertea des Prismas in gleicher Weise von den y-Werten der Kurvenäste nicht linear abhängig sind.

Bei der Belichtung des Films und der Entwicklung ist darauf zu achten, daß keine Halbtonwerte der Kurvenäste entstehen, sondern daß die KuTvenäste auch dann voll transparent sind, wenn an den Übergangsstellen die äußeren Bildpunkte der Blendenlöcher nur eine wesentlich kleinere Lichtmenge als der mittlere Bildpunkt K₂ (Fig. 19) erhalten.

Der beschriebene Funktionsgeber gibt die Möglichkeit, eine Ausgangsgröße, nämlich den Drehwinkel ο seiner Prismawelle in vorbestimmter funktioneller Abhängigkeit a — f (ß) von den Veränderungen einer Einstellgröße, nämlich des Drehwinkels β seiner Eingangswelle zu verändern, und zwar mit beliebig großer Genauigkeit, vorausgesetzt, daß zur Aufzeichnung eine Einrichtung nach den Fig. 28 und 29, d. h. eine optisch identische Anordnung verwendet -worden ist.

Claims (13)

Patentansprüche.:.

1. Einrichtung zur selbsttätigen Steuerung einer Drehbewegung entsprechend einer in polydromer Darstellung vorgegebenen Funktion y = f(x), die auf einem Filmstreifen aufgezeichnet ist, wobei der Film in Längsrichtung relativ zu einer optischen Abtastvorrichtung bewegt wirdy welche ein polydromes Strahlablerikungsorgan besitzt und über ein zweiteiliges Difrerentialphbtozellensystem einen Nachlaufmotor steuert, der das Strahlablenkungsorgan antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlablenkungsorgan (40) ein regelmäßiges 2w.-seitiges Prisma ist, dessen Drehachse (41) parallel zur Filmbewegungsrichtung orientiert ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, bei dem der Filmstreifen quer zur gemeinsamen optischen Achse einer Beleuchtungsvorrichtung und eines auf der anderen Seite des Films angeordneten Objektivs bewegt wird, wobei diese optische Achse die Drehachse des Prismas schneidet, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bildebene, in der durch das Objektiv ein je nach der Drehstellung des Ablenkprismas mehr oder weniger in positiver oder negativer Ordinatenrichtung abgelenktes Bild der Umgebung des Durchstichpuniktes der optischen Achse durch die beleuchtete Filmebene abgebildet ist, eine Bildfensterblende (29) mit zwei symmetrisch zur Abszissenachse gelegenen Dreieckausschnitten und hinter dieser Bildfensterblende das Differentialphötozellensystem angeordnet ist, dessen beide Teile je von allem Licht beaufschlagt werden, das durch den einen zugeordneten Dreieckausschnitt der Bildfensterblende durchtritt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialphotozellensystem zwei symmetrisch zu einer durch die optische Achse (A-A) und die Abszissenachse (X) gelegten Ebene eingebaute, gleichartige Photozellen (31, 32) und zwei Spiegelflächen (33, 34) zwischen denselben umfaßt, die symmetrisch zur genannten Ebene derart geneigt sind, daß ihre Schnittkante (36) dem Objektiv (28) zugekehrt ist und in der zur optischen Achse senkrechten liegenden, die Bildebene des Objektivs (28) bildenden Ebene einer Bildfensterblende (29) liegt, so daß das gesamte Licht, das auf einer Seite der Schnittkante (36) der beiden Spiegelflächen durchtritt, in der auf der betreffenden Seite angeordneten Photozelle wirksam ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Dreieckausschnitte (37, 38) der Bildfensterblende (29) im optischen Zentrum (A) eine gemeinsame Ecke aufweisen.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungslinien der Bildfenster, welche dem optischen Zentrum (A) gegenüberliegen, gegen einen auf der X-Achse vorausliegenden, gemeinsamen Fluchtpunkt geneigt sind und daß die beiden anderen Begrenzungslinien derart kurvenförmig ausgebildet sind, daß die Längen der Teilstücke aller von diesem Fluchtpunkt ausgehenden Geraden, welche in den BiIdfenstarn sichtbar werden, annähernd proportional mit dem Abstand Δ y ihres Schnittpunktes mit der 3)-Achse zum optischen Zentrum vom Wert Null zu einem Maximalwert ansteigen.

6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigungen -^- der Kurvenäste auf einen Maximalwert begrenzt sind, der kleiner ist als die Neigung der geraden Begrenzungslinien der Bildfenster gegenüber der X-Achse der Bildfensterblende.

7. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auswechselbare Bildfensterblenden verschiedener Art vorhanden sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fensterausschnkt des Bildfensters aus zwei zur X-Achse ihrer Ebene symmetrischen Dreiecken besteht, deren gemeinsame Grundlinie durch die genannte X-Achse gebildet ist, wobei die Distanz zwischen ihren Spitzen derart den geometrisch-optischen Bedingungen und dem Ordinatenabstand von zwei benachbarten Kurvenästen der polydromen Funktionsdarstellung angepaßt ist, daß sie gleich dem Ordinatenabstand zwischen den Kurvenastbildern ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Eingangswelle (23), die die Transportvorrichtung (22) für den Aufzeichnungsstreifen (21) antreibt, als veränderliche Eingangsgröße ein Drehwinkel β einstellbar ist und daß an der Welle (41) des Polygonprismas (40) als Ausgangsgröße automatisch ein Drehwinkel α auftritt und daß die auf dem Streifen aufgezeichnete Funktion y = f(x) in bezug auf die Ordinatenwerte der einzelnen Kurvenastpunkte unter Berücksichtigung der nichtlineairen Beziehung zwischen den Durchteilungci der Ausgangswelle und den Ordinatenwerten y' der Kurvenastpunkte derart korrigiert ist, daß sich bei der Wiedergabe im quasistationären Betriebsfall die vorbestimmte Beziehung α = /(/?) zwischen Ausgangsgröße und Eingangsgröße ergibt.

10. Einrichtung nach den Ansprüchen 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ordinatenwertey'

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der einzelnen Kurvenastpunkte unter Berücksichtigung der Kurvenneigung -^- in den betreffenden Punkten und der dynamischen Eigenschaften des Nachlaufsystems in bezug auf eine vorbestimmte Filmlaufgeschwindigkeit derart korrigiert sind, daß sich bei Wiedergabe mit der vorbestimmten Filmlaufgeschwindigkeit ohne dynamische Nachlauffehler die vorbestimmte Beziehung α = f(ß) zwischen der Ausgangsgröße und der Eingangsgröße ergibt.

11. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur Abszissenachse symmetrisch ausgebildete Bildfensterblende (309) und eine mit zwei halbkreisförmigen Photozellenbelägen (303 a, 303 b) versehene Scheibe (301)

sowie je eine halbringförmige, einem der Beläge zugeordnete Elektrode (307 a, 307 b) und eine der Scheibe (301) zugeordnete Elektrode (306) als bauliche Einheit zu einem Differentialphotozellensystem vereinigt sind.

12. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Prisma ein Brechungsprisma ist.

13. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Prisma als Spiegelprisma ausgebildet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften·:
K. R auh, Aufbaulehre der Verarbeitungsmaschinen, Verlag Girardet, Essen, 1950, Textband S. 145 bis 147, Bildband S. 107.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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