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Fotoelektrische Vorrichtung zum Einstellen von Objekten, insbesondere
von Skalenteilstrichen Die Einstellung von Teilstrichen kann auf rein optischem
Wege nur mit einer Genauigkeit von 0,2 Mikron erfolgen.
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Es sind bereits Vorrichtungen bekanntgeworden, welche die Einstellung
auf fotoelektrischem Wege mit höherer Genauigkeit gestatten.
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Bekannt ist eine Vorrichtung, bei der das schwingende Bild der Teilstriche
einer Teilung auf ein Gitter abgebildet wird, das eine entsprechende Anzahl von
Schlitzen aufweist, wodurch in der hinter dem Gitter aufgestellten fotoelektrischen
Zelle elektrische Impulse erzeugt werden, die eine Anzeigevorrichtung betätigen.
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Mit Hilfe dieser Vorrichtung ist es aber nicht möglich, die Lage diskreter
bzw. einzelner Teilstriche festzustellen, da bei dieser Methode stets gleichzeitig
mehrere Teilstriche erfaßt werden müssen.
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Es ist auch bekannt, die Lage eines Teilstriches dadurch festzulegen,
daß der Teilstrich durch ein Bild einer beleuchteten Spaltblende oder einer linearen,
als beleuchtende Spaltblende wirkenden Lichtquelle beleuchtet wird und daß dieses
Bild durch ein bewegliches Element, z. B. einen Schwingspiegel, zum Schwingen gebracht
wird, wodurch der auf eine nachgeschaltete Fotozelle fallende Lichtstrom periodisch
verstärkt oder vermindert wird, wenn sich der Teilstrich in der Sollage oder in
deren unmittelbarer Nähe befindet. Es ist auch bekannt, den Teilstrich durch einen
ruhenden Lichtstrahl zu beleuchten und das Bild des Teilstriches und seiner Umgebung
mit Hilfe eines beweglichen Elementes, z. B. einer schwingenden Glasplatte, in Schwingungen
zu versetzen, wodurch mit Hilfe einer der Fotozelle vorgeschalteten festen Blende
der auf diese Zelle fallende Lichtstrom in Abhängigkeit von, der Lage des Teilstriches
periodisch verstärkt oder vermindertwird. DieAuswertung erfolgt bei allen beschriebenen
Anordnungen dadurch, daß die auf diese Weise an der Fotozelle erzeugten Lichtimpulse
eine seitliche Auslenkung eines synchron zum Lichtstrahl schwingenden Elektronenstrahles
einer Braunschen Röhre hervorrufen.
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Alle diese Anordnungen sind aus zwei funktionsmäßig wichtigen Bestandteilen
aufgebaut, nämlich einer festen Blende und einem als Deflektor wirkenden beweglichen
Element, durch das ein Strahlengang in seiner Richtung abgelenkt wird. Alle beweglichen
Elemente, die zur Ablenkung von Strahlengängen geeignet sind, z. B. Spiegel, Glasplatten
od. dgl., stellen relativ große Massen dar. Ihre Größe kann nämlich einerseits schon
aus herstellungstechnischen Gründen nicht hinreichend klein gehalten werden. Andererseits
aber müssen solche Strahlenumlenkmittel vor allem deshalb unverhältnismäßig groß
gewählt werden, damit sie in dem zu beeinflussenden Strahlengang nicht als Aperturblenden
wirken. Durch den Umstand, daß relativ große Massen zum Schwingen gebracht werden
müssen, wird die Synchronisation zwischen dem schwingenden Teil, dem sogenannten
Deflektor, und dem Elektronenstrahl insbesondere dann erschwert, wenn Amplitudenänderungen,
Frequenzänderungen oder Phasensprünge bei der erregenden Spannungsquelle auftreten.
Weiterhin können die relativ großen schwingenden Massen leicht zu störenden Erschütterungen
führen. Ein weiterer Nachteil der Deflektoren besteht darin, daß die Frequenz der
Schwingung nicht so hoch gewählt werden kann, wie dies zur Erzielung einer besseren
Mittelwertbildung wünschenswert ist. Schließlich ist es bei den bekannten Anordnungen
nicht möglich, während des Betriebes den Teilstrich und die Blende visuell zu beobachten.
Andererseits ist aber diese Beobachtung von großer Wichtigkeit, da nur hierdurch
festgestellt werden kann, ob sich an dem einzustellenden Teilstrich oder der Blende
z. B. Staubteilchen angelagert haben, die geeignet sind, die Einstellung zu verfälschen.
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Alle diese Schwierigkeiten werden dadurch behoben, daß bei einer fotoelektrischen
Vorrichtung zum Einstellen von Objekten, insbesonders von Skalenteilstrichen, bei
welcher mittels im Strahlengang angeordnet beweglicher Elemente im Zusammenwirken
mit einer Blende das einzustellende Objekt hinsichtlich seiner Lage periodisch von
einem Lichtstrahl abgetastet wird, so daß der auf die Fotozelle fallende Lichtstrom
verstärkt oder vermindert wird, wenn das
Objekt sich in der Sollage
oder in deren unmittelbarer Nähe befindet, erfindungsgemäß die Blende durch das
um eine stabile Nullage bewegliche Element selbst gebildet wird und dabei das abzutastende
Objekt auf dieses bewegliche Element oder umgekehrt das bewegliche Element auf das
abzutastende Objekt in an sich bekannter Weise optisch abgebildet wird.
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Dadurch, daß nun nicht mehr vermieden werden muß, daß das bewegliche
Element als Aperturblende wirkt, vielmehr das bewegliche Element selbst die Blende
bilden soll, ist es möglich, dieses Element für den beabsichtigten Zweck in bestgeeigneter
Weise auszubilden.
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Insbesondere sind nun seinen Abmessungen nach unten hin keine Grenzen
mehr gesetzt, wobei vorteilhafterweise vor allem seine Abmessungen in einer Dimension
sehr stark reduziert sind, so daß es als ein schmal bemessener Körper geringer Masse
ausgebildet ist.
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Eine besonders gute Nullpunktstabilität ist dadurch erreichbar, daß
das bewegliche Element von einem gespannten Draht gebildet wird.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen.
Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen erläutert.
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Fig. 1 stellt eine charakteristischeAusführungsform in schematischer
Darstellung dar. Der einzustellende Teilstrich T, der durchsichtigen Teilung
NI und seine Umgebung werden z. B. durch das leuchtende Band B einer Bandlampe L
mit Hilfe des Kondensors K innerhalb eines genügend großen Bereiches gleichmäßig
beleuchtet und durch das Objektiv O in die Schwingungsebene des beweglichen Elementes
S abgebildet.
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Neben Bandlampen können auch andere, z. B. mit Wendeln ausgerüstete
Lampen verwendet werden, wenn man mit diesen Lampen z. B. durch homogene, gleichmäßige
Beleuchtung einer Mattscheibe oder einer Opalscheibe oder mit Hilfe eines Glasstabes
oder auf eine andere bekannte Weise eine innerhalb eines ausreichend großen Flächenstückes
in ihrer Leuchtdichte homogene Sekundärlichtquelle erzeugt und diese Sekundärlichtquelle
an Stelle des Bandes der Bandlampe verwendet. Diese homogene Lichtquelle, z. B.
das Band der Bandlampe oder die Sekundärlichtquelle, wird durch den Kondensor Kin
die Blende des Objektivs O abgebildet, so daß diese Blende gleichmäßig ausgeleuchtet
ist. Wird nun diese gleichmäßig aufgeleuchtete Blende durch die dem Maßstabbild
in Lichtiichtung nachgeschaltete Feldlinse F auf die Fotozelle P abgebildet, so
wird auch die Fotozelle innerhalb des Bildes der Blende gleichmäßig ausgeleuchtet.
Man kann auch eine Wendel unmittelbar als Lichtquelle verwenden, muß dann aber in
oder in der Nähe des von der Feldlinse F erzeugten Wendelbildes bzw. des Bildes
der Objektivblende, in der ja die Wendel abgebildet wird, eine Mattscheibe od. dgl.
anbringen, so daß dann die Fotozelle durch diese Sekundärlichtquelle gleichmäßig
beleuchtet wird.
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An der Funktion der Vorrichtung wird nichts geändert, wenn das bewegliche
Element im Strahlengang vor der einzustellenden Teilung angebracht wird und auf
die einzustellende Teilung abgebildet wird, so daß sich also bewegliches Element
und einzustellende Teilung wieder in zueinander optisch konjugierten Ebenen befinden.
Der Strahlengang für diesen Fall ist in Fig. 1a schematisch im Schnitt dargestellt.
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Die Bezeichnungen in dieser Figur haben die gleiche Bedeutung wie
in der Fig. 1.
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Das bewegliche Element hat die Aufgabe, den auf die Fotozelle fallenden
Lichtstrom im Zusammenhang mit der Lage des Teilstriches oder der einzustellenden
Marke merklich zu verändern.
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Dies kann durch zwei verschiedene Anordnungen erreicht werden, je
nachdem, ob das bewegliche Element im Strahlengang vor oder hinter der einzustellenden
Teilung liegt.
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Liegt das bewegliche Element hinter der einzustellenden Teilung, so
muß von letzterer ein reelles optisches Bild erzeugt werden, und das bewegliche
Element muß in einer stetigen Bewegung die Lichtröhre, innerhalb welcher das Licht
zur Fotozelle fließt, auf einer solchen Bahn periodisch durchschneiden, daß sie
mindestens dann über die Orte hinwegläuft, die das Bild des einzustellenden Teilstriches
einnimmt, wenn der Teilstrich sich in der Sollage oder in deren unmittelbarer Nähe
befindet. Liegt das bewegliche Element vor der einzustellenden Teilung, so muß von
ersterer ein reelles optisches Bild erzeugt werden, und das bewegliche Element muß
in einer stetigen Bewegung die Lichtröhre, innerhalb welcher das Licht zur Fotozelle
fließt, auf einer solchen Bahn periodisch durchschneiden, daß sie mindestens dann
über die Orte hinwegläuft, die der einzustellende Teilstrich einnimmt, wenn er sich
in seiner Sollage oder deren unmittelbarer Nähe befindet. Außerdem muß das bewegliche
Element solche physikalischen Eigenschaften haben und solche Größe und Gestalt besitzen
und entweder das bewegliche Element zum Teilstrichbild oder das Bild des beweglichen
Elementes zum Teilschnitt - je nachdem, ob sich das bewegliche Element hinter der
einzustellenden Teilung oder vor derselben befindet - so orientiert sein, daß der
auf die Fotozelle fallende Lichtstrom eine merkliche Änderung erfährt, wenn das
bewegliche Element über das Bild des einzustellenden Teilstriches oder das Bild
des beweglichen Elementes über den einzustellenden Teilstrich selbst hinwegläuft.
Die Änderung des Lichtstromes ist unter sonst gleichen Bedingungen dann am größten,
wenn der den Lichtstrom von der Fotozelle abhaltende oder zur Fotozelle hin freigebende,
also optisch wirksame Querschnitt des beweglichen Elementes bzw. dessen Bild mindestens
so groß ist und dieselbe Gestalt besitzt wie das Bild des vor dem beweglichen Element
liegenden Teilstriches bzw. der hinter der Laufblende liegende Teilstrich selbst
und beim Hinweglaufen über das Teilstrichbild bzw. den Teilstrich selbst so orientiert
ist wie das Teilstrichbild bzw. der Teilstrich selbst.
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Am zweckmäßigsten ist es, wenn das bewegliche Element seine periodische
Bewegung in einer Ebene ausführt, wie dies in Fig.l bzw. la vorausgesetzt wird.
Für die gegenseitige Anordnung von Teilung und beweglichem Element im Strahlengang
gibt es auch in diesem Fall wieder die bereits erwähnten zwei Möglichkeiten, und
zwar muß entweder die einzustellende Teilung auf die von dem beweglichen Element
bei dessen periodischer Bewegung beschriebene Ebene oder das bewegliche Element
bzw. die von dem beweglichen Element bei seiner periodischen Bewegung beschriebene
Ebene auf die Teilung abgebildet werden.
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Besonders vorteilhaft ist es dann, wenn das bewegliche Element bei
seiner periodischen Bewegung so geführt wird, daß das bewegliche Element bzw. sein
Bild bei seiner periodischen Bewegung eine Bahn beschreibt, die dem Bild der Grundlinie
der Teilung bzw. der Grundlinie der Teilung selbst in einem größeren Stück geometrisch
gleich ist und wenn insbesondere durch das bewegliche Element bzw. dessen Bild bei
Maßstäben eine Gerade und bei Kreisteilungen ein Kreisstück beschrieben wird. Ist
dies der Fall, so
kommen das bewegliche Element und das Bild des
Teilstriches bzw. das Bild des beweglichen Elementes und der Teilstrich selbst infolge
der periodischen Bewegung des beweglichen Elementes nicht nur dann periodisch zur
Deckung, wenn sich der Teilstrich in einer ganz bestimmten Lage, z. B. in der Sollage,
befindet, sondern auch in den übrigen durch das für die Fotozelle wirksame Gesichtsfeld
der Anordnung erfaßten Stellungen des einzustellenden Teilstriches, wenn die Bahn
des beweglichen Elementes und die Teilung ineinander abgebildet werden.
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Beschreibt das bewegliche Element bzw. dessen Bild auf seiner Bahn
ein Kreisstück und ist die einzustellende Teilung ein Längenmaßstab, die Grundlinie
der einzustellenden Teilung also eine Gerade, so fallen bewegliches Element bzw.
das Bild desselben mit dem Teilstrichbild bzw. dem Teilstrich selbst nur dann periodisch
zusammen, wenn sich der Teilstrich an der Stelle befindet, an welcher die Grundlinie
des Teilungsbildes bzw. der Teilung die Schwingungsbahn des be= weglichen Elementes
bzw. dessen Bildes berührt. Diese Stellung wäre bei dieser Anordnung als Sollage
zu wählen. Die periodische Bewegung selbst ist am einfachsten als Schwingbewegung
realisierbar.
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Hinsichtlich der physikalischen Einwirkung auf das Licht kann das
bewegliche Element in verschiedener Weise aufgebaut sein. Besteht die Teilung aus
lichtdurchlässigen Teilstrichen bzw. Marken auf lichtundurchlässigem Grund oder
aus lichtundurchlässigen Teilstrichen oder Marken auf lichtdurchlässigem Grund,
so kann das bewegliche Element sowohl aus einem lichtabsorbierenden Körper als auch
aus einem lichtdurchlässigen Teil, z. B. einer Öffnung in einem lichtundnirchlässigenKörpfer,
bestehen. In beidenFällen erfährt der auf die Fotozelle treffende Lichtstro@m eine
Änderung, wenn das bewegliche Element über das Bild des Teilstriches oder umgekehrt
das Bild des beweglichen Elementes über den Teilstrich hinwegläuft.
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Das bewegliche Element kann auch z. B. durch seine das Licht polarisierenden
Eigenschaften die gewünschten Änderungen des auf die Fotozelle fallenden Lichtstromes
hervorrufen, wenn die Teilstriche bzw. die Teilung selbst polarisierende Eigenschaften
besitzen.
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Die Teilung kann auch aus Figuren, z. B. Dreiecken, oder aus Gruppen
von Teilstrichen an Stelle von-einfachen Teilstrichen in Gestalt von langgezogenen,
schmalen Rechtecken aufgebaut sein. In diesem Falle muß dann das bewegliche Element
bzw. dessen Bild in seinem wirksamen, d. h. das Licht von der Fotozelle abhaltenden
oder zu dieser durchlassenden Querschnitt die gleichen Figuren in entsprechender
Größe bilden, wenn maximale Lichtstromänderungen bei der Bewegung des beweglichen
Elementes erzielt werden sollen. Bei den üblichen Teilstrichen muß also das bewegliche
Element ebenfalls ein langgestrecktes, schmales Rechteck darstellen. Während der
periodischen Bewegung des beweglichen Elementes trifft auf die Fotozelle so lange
ein konstanter Lichtstrom, wie das bewegliche Element auf seinem Wege das Bild des
Teilstriches oder umgekehrt das Bild des beweglichen Elementes den Teilstrich nicht
berührt. Liegt z. B. eine Teilung mit lichtabsorbierenden Teilstrichen auf gut lichtdurchlässigem
Grunde vor, so wird bei der Bewegung des beweglichen Elementes, wenn dasselbe aus
einem lichtabsorbierenden Rechteck besteht, der auf die Fotozelle fallende Lichtstrom
um so größer, je größere Bereiche des beweglichen Elementes bzw. des Bildes des
beweglichen Elementes mit dem Bild des Teilstriches bzw. dem Teilstrich zusammenfallen.
Der Lichtstrom erreicht dann seinen Höhepunkt, wenn das bewegliche Element bzw.
das Bild des beweglichen Elementes mit dem Bild des Teilstriches bzw. mit dem Teilstrich
selbst zusammenfällt. Stellt z. B: das bewegliche Element bzw. dessen Bild ein dem
Teilstrich z. B. ähnliches Rechteck dar und ist das bewegliche Element bzw. dessen
Bild größer als das Bild des Teilstriches bzw. größer als der Teilstrich selbst,
so wird in diesem Falle der auf die Fotozelle fallende Lichtstrom um den Betrag
erhöht, der sonst durch den Teilstrich abgeschattet wird.
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In den Fig. 2 a, 2 b und 2 c, welche verschiedene Phasen der periodischen
Bewegung des beweglichen Elementes zusammen mit dem Bild des einzustellenden Teilstriches
schematisch darstellen, ist dieser Sachverhalt für den Fall dargestellt, daß das
bewegliche Element bzw. dessen Bild um einen geringen Betrag breiter ist als das
Bild des Teilstriches bzw. der Teilstrich selbst.
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In den Figuren bedeutet S jeweils das bewegliche Element, T' das Bild
des einzustellenden Teilstriches und D eine spaltförmige Blende. In der durch Fig.
2b dargestellten Bewegungphase des beweglichen Elementes wächst der auf die Fotozelle
fallende Lichtstrom gegenüber dem Lichtstrom, der bei den durch Fig. 2 a und 2 c
dargestellten Bewegungsphasen des beweglichen Elementes auf die Fotozelle fällt
um den Betrag, der bei nicht vorhandenen absorbierenden Teilstrichen zusätzlich
auf die Fotozelle fließen würde. Die prozentuale Änderung des Lichtstromes hängt,
solange das bewegliche Element das von ihr überstrichene Teilstrichbild vollkommen
bedeckt und solange das Gesichtsfeld gleichmäßig ausgeleuchtet wird, nur von der
Größe des Teilstrichbildes, der Brillanz der Abbildung und von der Fläche des Gesichtsfeldes
ab, durch welches Licht zur Fotozelle gelangen kann.
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Im allgemeinen wird man aus praktischen Gründen die Breite des beweglichen
Elementes des Bildes des beweglichen Elementes in dessen Bewegungsrichtung in der
Größenordnung der Breite des Teilstrichbildes bzw. des Teilstriches wählen.
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Um die prozentuale Änderung des auf die Fotozelle fallenden Lichtstromes
möglichst groß zu machen, ist es zweckmäßig, das Gesichtsfeld auf beiden Seiten
des Teilstrichbildes durch eine spaltförmige Blende zu begrenzen, die gleichzeitig
die Aufgabe hat, das Gesichtsfeld in Richtung der Teilstrichlänge auf die Länge
des Teilstriches bzw. des Teilstrichbildes zu begrenzen, so daß die durch das bewegliche
Element bzw. den Teilstrich abgeschatteten oder freigegebenen Lichtströme proportional
der Breite von Teilstrich und beweglichem Element werden. Diese Spaltblende kann
in der Ebene des Teilungsbildes oder in dazu optisch konjugierten Ebenen angebracht
werden. Eine entsprechende Anordnung mit spaltförmiger Blende D ist auch in Fig.
1 dargestellt.
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Die beschriebene Anordnung bleibt, wie schon erwähnt, auch dann wirksam,
wenn im Gegensatz zu der obigen Annahme die einzustellenden Teilstriche durch lichtdurchlässige
Spalte auf lichtundurchlässigem Grunde gebildet werden. Solange in diesem Falle
die lichtabsorbierende rechteckige, durch das bewegliche Element dargestellte Blende
bzw. deren Bild auf ihrem periodisch durchlaufenen Wege nicht auf das Teilstrichbild
bzw. den Teilstrich fällt, trifft der durch den Teilstrich tretende Lichtstrom in
unveränderter Größe auf die Zelle, wenn die Ausleuchtung des Gesichtsfeldes gleichmäßig
ist: Je größere Bereiche des beweglichen Elementes bzw. von dessen Bild aber mit
dem Teilstrichbild bzw, mit dem Teilstrich zusammenfallen, um so weniger Licht fällt
auf die Zelle. Fällt
das bewegliche Element bzw. dessen Bild auf
seiner Bahn völlig auf das Teilstrichbild bzw. den Teilstrich, so tritt bei ausreichender
Länge des Teilstrichbildes bzw. des Teilstriches ein der Differenz aus der Breite
des Teilstrichbildes und der Breite des beweglichen Elementes bzw. der Differenz
aus der Breite des Teilstriches und der Breite des Bildes des beweglichen Elementes
proportionaler Lichtstrom auf die Zelle. Ist die Breite des beweglichen Elementes
gleich der des Teilstrichbildes oder größer, dann wird der Lichtstrom in dieser
Stellung jeweils gleich Null, wenn durch Streulicht od. dgl. verursachte Lichtströme
vernachlässigt werden. Wird das bewegliche Element bei rechteckigen Teilstrichen
aus einem lichtdurchlässigen rechteckigen Teil, z. B. einer rechteckigen Öffnung
in einem lichtundurchlässigen Körper, gebildet, so wird die auf die Fotozelle fallende
Lichtmenge, wenn der lichtdurchlässige Teil des beweglichen Elementes mit dem Teilstrich
zusammenfällt, erhöht, wenn der Teilstrich einen lichtdurchlässigen Spalt auf lichtundurchlässigem
Grunde darstellt, und vermindert, «renn der Teilstrich ein lichtabsorbierendes Rechteck
auf lichtdurchlässigem Grunde bildet.
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Bei der periodischen Bewegung des beweglichen Elementes entsteht durch
das Schwanken des Lichtstromes am Arbeitswiderstand der Fotozelle immer dann ein
Spannungsimpuls, wenn das bewegliche Element durch das Bild des Teilstriches oder
das Bild des beweglichen Elementes über den Teilstrich läuft. Dieser Spannungsimpuls
wird zunächst in einem Verstärker V (Fig. 1) verstärkt und sodann in an sich bekannter
Weise in einen sehr kurzen Spannungsimpuls umgewandelt, z. B. durch elektrische
Differenziation mit Hilfe von RC-Gliedern oder durch geeignete Kippkreise, deren
Kippvorgang durch die verstärkten Spannungsimpulse ausgelöst wird. Die verstärkten
und geformten Impulse werden schließlich auf einer Braunschen Röhre G (Fig. 1) usw.
in folgender Weise angezeigt: An dem einen Ablenkplattenpaar der Braunschen Röhre,
das für die Zeitablenkung vorgesehen ist, liegt eine Wechselspannung, die mit der
Erregerspannung der Laufblende in Kurvenform, Frequenz und Phasenlage übereinstimmt.
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Dies kann z. B. dadurch geschehen, daß das bewegliche Element und
die erwähnten Ablenkplatten an die gleiche Wechselspannungsquelle oder an elektrisch
eng miteinander gekoppelte Wechselspannungsquellen geschaltet werden. Eine Ausführungsform
für den letzteren Fall ist z. B. dann gegeben, wenn bewegliches Element und Ablenkplatte
an verschiedenen Wicklungen desselben Transformators angeschlossen sind. In allen
Fällen kann, wenn nötig, ein Übereinstimmen der Phase mit Hilfe von Phasenschiebern
erhalten werden. Weiterhin kann für die Zeitablenkung ein Kippgenerator an sich
bekannter Bauart verwendet werden, der durch die Spannung, durch welche-das bewegliche
Element erregt wird, synchronisiert wird. Dadurch erreicht man, daß der Elektronenstrahl
der Braunschen Röhre so schwingt, daß jeder Stellung des beweglichen Elementes eindeutig
eine bestimmte Stellung des Leuchtpunktes auf dem Bildschirm der Röhre entspricht.
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Die verstärkten und geformten Impulse können nun entweder auf das
zweite Ablenkplattenpaar der Braunschen Röhre gegeben werden und rufen dann eine
Auslenkung senkrecht zur Schwingrichtung des Elektronenstrahles hervor, oder sie
können auch zur Helligkeitssteuerung der Röhre verwendet werden, wenn sie auf den
Wehneltzylinder der Braunschen Röhre gegeben werden. Im letzteren Falle ruft der
Impuls an einer Stelle des Schwingbereiches des Strahles eine Aufhellung oder eine
Verdunkelung hervor. Die Lage der Auslenkung des Lichtfleckes bzw. die Lage der
aufgehellten oder verdunkelten Stellen auf dem Schirm der Braunschen Röhre hängt
in eindeutiger Weise von der Lage des Teilstriches innerhalb der Bahn des beweglichen
Elementes ab. Damit die Verstärkung der Impulse nicht unnötig hochgetrieben werden
muß, kann statt einer gewöhnlichen Fotozelle zweckmäßig "erweise eine solche mit
eingebautem Sekundärelektronenvervielfacher vorgesehen werden. Weiterhin kann selbstverständlich
an Stelle einer Braunschen Röhre ein für den entsprechenden Frequenzbereich geeigneter
Oszillograph, beispielsweise ein Saitenoszillograph, verwendet werden.
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Fig.3 stellt eine spezielle Form des beweglichen Elementes dar, bei
der zwischen den gegeneinander isolierten Schneiden A und B ein Draht
S' ausMetalI isoliert gegen beide Schneiden ausgespannt ist. Der Draht S' wird dabei
zweckmäßig so orientiert, daß er parallel zu den Kanten der Schneiden verläuft.
Die Spannvorrichtung ist in der Zeichnung nicht dargestellt. Legt man an die beiden
Schneiden eine gegen das Erdpotential symmetrische Gleichspannung, an den Draht
dagegen eine Wechselspannung gegen das Erdpotential, so wird der Draht in der Frequenz
der angelegten Wechselspannung zum Schwingen gebracht, und man erhält vor allem
dann Schwingungen mit hinreichender Amplitude, wenn der Draht dünn genug ist und
in seiner Grundfrequenz erregt wird. Selbstverständlich ist eine ganze Reihe von
anderen Schaltungen, wie sie vom Saitenelektrometer her bekannt sind, z. B. die
idiostatische Schaltung, verwendbar, um den Draht zum Schwingen zu bringen. Ein
kurzes Stück des Drahtes selbst, vorzugsweise in einem Schwingungsbauch, dient als
bewegliches Element. Bei ausreichender Länge des Drahtes ist erreichbar, daß ein
hinreichend langes Stück als Gerade betrachtet werden kann und damit als bewegliches
Element für gerade Teilstriche dienen kann. Das durch den Draht gebildete beweglicheElement
schwingt bei dieser elektrostatischen Anordnung in einer Ebene.
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Fig. 4 stellt eine elektrodynamische Vorrichtung dar. Diese Vorrichtung
hat den Vorzug, daß sie auch bei stärkeren Drähten und bei relativ starker Spannung
des Drahtes große Schwingungsamplituden gestattet. Als bewegliches Element dient
wie im vorhergehenden Falle der Draht S selbst, der zwischen den beiden Polen eines
permanenten Ringmagnets R mit relativ schmalem Luftspalt ausgespannt ist. Wird der
Draht von einem Wechselstrom durchflossen, so führt er in der Frequenz des Wechselstromes
Schwingungen in der durch die Pfeile angedeuteten Richtung und innerhalb einer Ebene
aus. Auch in diesem Falle kann die Schwingamplitude wesentlich vergrößert werden,
wenn der Draht in seiner Grundfrequenz oder in einer Oberwelle dieser Frequenz erregt
wird. Selbstverständlich sind verschiedene Ausführungsformen dieser elektrodynamischen
Anordnung möglich. Man kann z. B. an Stelle der Permanentmagnete Elektromagnete
verwenden. Auch Wechselstrommagnete in Verbindung mit einem von Gleichstrom durchflossenen
Draht können benutzt werden.
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Gemäß Fig. 1 sind zwei Magnete R zur Erregung des als bewegliches
Element dienenden Drahtes S, der in der Bildebene des durch das Objektiv O erzeugten
Maßstabbildes T schwingt, angeordnet. Durch die Benutzung zweier Magnete sind größere
Amplituden erzielbar.
In Fig. 5 bedeutet S einen ferromagnetischen,
gespannten Draht und Sp eine mit Wechselstrom gespeiste Spule.
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Im inhomogenen magnetischen Wechselfeld der mit Wechselstrom gespeisten
Spule führt der als bewegliches Element verwendete ferromagnetische Draht Schwingungen
mit der doppelten Erregerfrequenz aus. Für die Erzeugung der Ablenkspannung in der
Braunschen Röhre ist in. diesem Fall ein Frequenzverdoppler erforderlich, damit
der Elektronenstrahl mit der Frequenz des beweglichen Elementes schwingt. Auch bei
dieser magnetischen Anordnung kann eine Vergrößerung der Amplitude erreicht werden,
wenn der Draht in seiner Grundfrequenz oder in einer Oberwelle dieser Frequenz erregt
wird. Das bewegliche Element schwingt wie bei den vorstehend erläuterten Anordnungen
in einer Ebene, die man wieder an den Ort des Bildes der einzustellenden Teilung
zu legen hat oder auf die einzustellende Teilung abzubilden hat.
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Um die Verwendung breiterer beweglicher. Elemente zu ermöglichen und
längere, genau geradlinige Blendenstücke, wie 'sie bei. Teilstrichen- vorteilhaft
sind, zu erzielen, wird, wie in Fig. 6 schematisch dargestellt ist, der als bewegliches
Element verwendete Draht S in seinem mittleren Teil .durch ein stärkeres Stück mit
geradlinigen Begrenzungen z. B. von zylindrischer Form oder von recheckigem Querschnitt
ersetzt oder versteift.
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Fig. 7 stellt ein bewegliches Element dar,. das durch einen Quarzbiegeschwinger
gebildet wird. Der stabförmige Schwingquarz Q, dessen Flächen elektrisch leitend
belegt sind und der an den Punkten K durch Drähte, die an den Böcken H befestigt
sind, gehaltert ist, führt Schwingungen aus, wenn er in der in der Zeichnung dargestellten
Weise an eine Wechselstromspannungsquelle geschaltet wird. Hinreichend große Schwingamplituden
werden nur erreicht, wenn der Ouarz in einer seiner Eigenfrequenzen angeregt wird.
Die Punkte K sind Knotenpunkte der Schwingung, während beispielsweise bei der Grundschwingung
an den Enden und in der Mitte des Quarzes Schwingungsbäuche auftreten. Die Sch@vingung
erfolgt am oberen Ende in der durch die Pfeile angedeuteten Richtung.
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Als bewegliches Element dient eine Kante des Quarzes selbst oder eine
entsprechende an einem der Schwingungsbäuche angebrachte Blende. Statt aus Quarz
kann der Schwinger natürlich aus einem anderen piezoelektrischen Kristall bestehen.
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Magnetostriktive Biegeschwinger sind in analoger Weise anzuwenden.
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An Stelle von Biegeschwingern können auch Stimmgabeln, die magnetisch
zu Schwingungen, vorzugsweise in ihrer Resonanzfrequenz, erregt werden, angewendet
werden. Auch in diesem Falle dient eine Kante am schwingenden Ende oder in dessen
Nähe als bewegliches Element. Auch das Anbringen einer geeigneten Blende als bewegliches
Element am schwingenden Schwinggabelteil ist möglich.
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Die Stimmgabel selbst wird elektromagnetisch zum Schwingen angeregt.
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Auch Torsionsschwingungen können herangezogen werden, um ein bewegliches
Element zu realisieren. Im einfachsten Falle besteht die Einrichtung dann aus einem
Drehspulgalvanometer an sich bekannter Bauart, bei dem die Nullage des Zeigers in
der Mitte liegt. Fließt durch die Drehspule eines solchen Gerätes ein Wechselstrom,
so führt der Zeiger, falls die Frequenz nicht zu hoch ist, Schwingungen um seine
Nullstellung aus. Der schwingende Zeiger kann bei geeigneter Ausbildung als bewegliches
Element dienen.
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Für bestimmte Zwecke kann es vorteilhaft sein, ein bewegliches Element
zu verwenden, das gitterartig aufgebaut ist, so daß durch dasselbe mehrere, z. B.
zehn abgebildete Teilstriche gleichzeitig abgedeckt werden können.
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Um große Massen zu vermeiden, wird man aber mehrere Drähte bzw. bewegliche
Elemente verwenden, die alle getrennt voneinander angebracht sind, wobei jede für
sich durch eines der oben beschriebenen Verfahren in Bewegung gehalten wird. Diese
beweglichen Elemente müssen zueinander parallel in einer gemeinsamen Ebene liegen.
Benutzt man für die Erregung aller beweglichen Elemente dabei dieselbe Spannungsquelle,
so schwingen die als Blenden wirkenden beweglichen Elemente synchron, und gleichzeitig
ist noch, z. B. durch entsprechende Einstellung der einzelnen Drahtspannungen, für
alle beweglichen Elemente die gleiche Amplitude erreichbar. Durch diese Ausbildung
des beweglichen Elementes kann über mehrere Teilstriche gemittelt werden, wenn die
den beweglichen Elementen zugeordneten Lichtströme entweder alle auf dieselbe Fotozelle
wirken, oder wenn diese Lichtströme auf verschiedene Fotozellen wirken, die von
diesen Zellen abgegebenen Impulse aber alle auf dieselben Ablenkplatten einer Braunschen
Röhre geschaltet sind. Auf dem Schirm erscheinen dann zehn Auslenkungen, über, die
dann z. B. mit Hilfe des Auges gemittelt werden kann.
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Liegt die Aufgabe vor, von einem in Zentimeter geteilten Maßstab eine
Millimeterteilung im Kopierverfahren herzustellen, so kann man auf folgende Weise
vorgehen: Man bildet gleichzeitig zehn Teilstriche der Zentimeterteilung ab und
verwendet. zehn bewegliche Elemente, die unabhängig voneinander, aber doch gleichphasig
und mit der gleichen Amplitude angetrieben werden, die parallel zueinander in einer
Ebene liegen und einen solchen gegenseitigen Abstand voneinander haben, daß die
beweglichen Elemente für das Bild der zehn Teilstriche als Noniüs wirken. An der
Braunschen Röhre wird dann jeweils für eine Verschiebung der Zentimeterteilung um
1 mm eine Auslenkung erhalten. Wird z. B. mit dem Zentimetermaßstab ein Reißerwerk
starr verbunden und jeweils dann betätigt, wenn eine Auslenkung am Nullstrich des
Schirmbildes der Braunschen Röhre erfolgt, so erhält man die gewünschte Millimeterteilung.
Sinngemäß können ganz allgemein nach diesem Verfahren von einer vorgegebenen größeren
Teilung durch Anwendung entsprechender, nach den Noniusprinzip angeordneter beweglicher
Elemente irgendwelche feinere Teilungen erhalten werden, z. B. aus einer Gradteilung
eine 10-Minuten-Teilung erzeugt werden.