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Generator zur Erzeugung von Koordinatensignalen Die Erfindung betrifft
einen nach Art eines Telautografen arbeitenden Generator zur Erzeugung von den Sendegriffelversetzungen
in einer Schreibebene entsprechenden Koordinatensignalen unter Verwendung eines
in der Schreibebene beweglichen Lichtflecks als Primärenergiequelle mit einem in
drei Dimensionen frei beweglichen Sendegriffel.
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Eine derartige Anordnung ist bereits durch die USA.-Patentschrift
2 553 245 bekannt. Diese vermeidet jegliche mechanische Übertragungsmittel, wie
sie sonst bei Telautografen bekannt sind, um die Bewegung eines Sendegriffels mit
Hilfe starrer hebelartiger Verbindungen in Koordinatenwerte umzusetzen. Auf diese
Weise erhält man eine sehr einfache und bequeme Handhabungsweise für den Sendegriffel,
der in der für einen Federhalter oder Bleistift üblichen Art benutzt werden kann.
Gemäß der USA.-Patentschrift enthält der Sendegriffel eine Beleuchtungseinrichtung,
die einen Lichtpunkt erzeugt, mit dessen Hilfe auf einer großflächigen Fotokathode
Elektronenströme ausgelöst werden können. Diese Fotokathode ist an Stelle eines
üblichen Leuchtschirmes in eine Kathodenstrahlröhre normaler Bauart eingesetzt;
die von ihr ausgehenden Fotoströme durchlaufen nach Beschleunigung zwei senkrecht
zueinander stehende Plattenpaare und treffen schließlich auf eine Anode. Je nach
der geometrischen Lage des den jeweiligen Fotostrom auslösenden Lichtpunktes auf
der Fotokathode verändert sich dabei auch die Lage des Elektronenstrahles relativ
zu den Plattenpaaren und erzeugt an ihnen unterschiedliche Spannungen, die als zu
übertragende Koordinatensignale verwendet werden und in einem fernen Empfänger eine
entsprechende Ablenkeinrichtung steuern.
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Nachteilig ist dabei jedoch, daß die vom Lichtpunkt ausgelösten Elektronenströme
kaum gebündelt werden können, da sonst nicht mehr die Gewähr dafür gegeben wäre,
daß ihre Lage relativ zu den Platten der Lage des Lichtpunktes auf der Fotokathode
entspricht. Das bedeutet jedoch, daß die abbildenden Elektronenstrahlen sehr unscharf
werden und dementsprechend auch die Auflösung des erzeugten Bildes sehr gering ist.
Dazu kommt weiter, daß die relativ große Fotokathode auf ihrem gesamten Umfang eine
vollkommen gleiche Empfindlichkeit aufweisen muß, da andernfalls die Stromstärke
der ausgelösten Fotoelektronenströme unterschiedlich wird, was zu einer weiteren
Verfälschung der erzeugten Bilder führt, da die an den Platten erzeugten Spannungen
selbstverständlich nicht nur von der relativen Lage der Elektronenstrahlen, sondern
auch von der Strahlstromstärke abhängig sind. In der Praxis läßt sich jedoch diese
Forderung nach einer vollkommen gleichmäßig empfindlichen großflächigen Fotokathode
nicht erfüllen, so daß eine weitere Beeinträchtigung der Bildschärfe und damit des
Auflösungsvermögens auftritt.
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Bekannt sind weiter eine Reihe von Telautografen, bei denen mit Hilfe
eines frei beweglichen Sendegriffels Strömungs- oder Spannungsfelder, die sich in
der Schreibebene kreuzen, abgetastet werden, so daß der Lage der Schreibspitze entsprechende
Koordinatensignale erzeugt werden, die wiederum in einem fernen Empfänger zur elektronischen
oder elektromagnetischen Nachführung eines Lichtpunktes dienen können.
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Auch diese bekannten Einrichtungen gestatten jedoch nur eine sehr
geringe Auflösung der Bilder, und überdies bereitet es erhebliche herstellungstechnische
Schwierigkeiten, die Strömungs- bzw. Spannungsfelder, die durch leitende Drähte
realisiert werden sollen, hinreichend genau und außerdem zeitlich konstant zu erzeugen.
Dazu kommt weiterhin die Schwierigkeit, daß die Drähte einerseits eine gewisse Elastizität
aufweisen müssen, um unter dem Druck eines Sendegriffels zur gegenseitigen Berührung
zu kommen, andererseits aber gegen seitliche Ablenkung innerhalb der Schreibebene
unempfindlich sein müssen, zwei Forderungen, die sich kaum miteinander vereinbaren
lassen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine bequem zu handhabende Einrichtung
für einen Koordinatensignalgenerator zu schaffen, die dennoch eine hohe Bildschärfe
und damit ein großes Auflösungsvermögen
aufweist. Erfindungsgemäß
wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß am Sendegriffel eine Linsenanordnung und
ein in mehrere Teilbereiche (Sektoren) aufgespaltener fotoelektrischer Auswerter
so angeordnet sind, daß sie bei in der Nähe der Schreibspitze auftretendem Licht
je nach dessen relativer Lage zur Schreibspitze entsprechende Koordinatensignale
erzeugen, die, vorzugsweise über je einen Verstärker, einerseits einer den Lichtfleck
nachführenden Ablenkanordnung des Senders und andererseits zugleich in bekannter
Weise der Ablenkanordnung des Empfängers zugeführt werden.
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Zweckmäßig werden die einzelnen Koordinatensignale dem Ablenksystem
einer Kathodenstrahlröhre oder einer elektromagnetischen Kippspiegelanordnung zugeführt,
das bzw. die den Lichtfleck der Schreibspitze nachfährt.
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Das Prinzip des Generators gemäß der Erfindung ist dabei das folgende:
In einer Lichtfleck-Ablenkvorrichtung befindet sich ein kreisrunder, möglichst gleichförmig
ausgeleuchteter Lichtfleck an einer bestimmten Steile, solange nicht geschrieben
wird. Die Schreibspitze des im folgenden zu beschreibenden Sendegriffels wird zunächst
etwa auf die Mitte dieses Lichtflecks aufgesetzt, der beispielsweise auf einer Mattscheibe
oder auf der Leuchtschirmfläche einer Braunsehen Röhre erscheint. Der Sendegriffel
trägt ein richtungsselektives optisch-fotoelektrisches System, das beispielsweise
aus einer Linsenanordnung und einem Auswerter mit vier getrennten Quadranten besteht,
deren jedem je eine fotoelektrisch empfindliche Fläche, z. B. die Auftrefffläche
einer Fotodiode, zugeordnet ist. Die vier Fotodioden sind auf gleiche Empfindlichkeit
abgeglichen, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme zwischengeschalteter, in der Transparenz
dosierter Absorptionsschirme.
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Solange sich die Schreibspitze des Sendegriffels in der Mitte des
kreisrunden Lichtflecks befindet, erhalten alle vier Quadraten des fotoelektrischen
Auswerters die gleiche Lichtintensität, und in einer Art Brückenanordnung werden
vier passend zu verstärkende Gleichstromsignale von gleicher Stromstärke fließen,
wodurch infolge schaltungsmäßiger Kompensation aller vier Ablenkeffekte keinerlei
Einwirkung auf die Lage des Lichtflecks erfolgt. Wird jetzt aber die Schreibspitze
des Sendegriffels auf der Schreibfläche gegenüber dem Lichtfleck nach einer beliebigen
Richtung verschoben, so erhalten von diesem die vier Quadranten nicht mehr den gleichen
Lichtstrom. Die Folge davon ist, daß die Fotodioden ungleiche Stromstärke abgeben,
so daß das Schaltungsgleichgewicht gestört wird, und zwar in einem Verhältnis, das
von der Verschiebungsrichtung gesetzmäßig abhängt. Die Ablenkung beginnt zu spielen.
In einer geeigneten brückenartigen Schaltung läßt sich dann nach gehöriger Verstärkung
der verschiedenen Gleichströme stets erreichen, daß die von diesen gesteuerte Erregung
der Ablenkanordnung den Lichtfleck sofort der Bewegung der Schreibspitze nachfährt,
bis wiederum die Mittel des Lichtflecks unter der Schreibspitze steht und dadurch
die Nachführbewegung wieder zur Ruhe gekommen ist. Die zugehörigen Ablenkströme
liefern zugleich das übertragungssignal, das nach Erreichen der Gleichgewichtslage
wieder verschwindet, sofern die Schreibspitze nicht erneut verschoben wird. Während
des Stillstandes der Schreibspitze behält der Lichtpunkt auf der Empfängerseite
und gegebenenfalls auch der auf der Sendeseite seine letzte Lage unter der Einwirkung
einer Abklingzeitkonstante der jeweiligen Verstärker bei. Beim Abheben des Sendegriffels
von der Schreibfläche 1 kann das übertragungssignal in bekannter Weise abgeschaltet
werden z. B. unter dem Einfluß eines beliebigen Schreibstifthubsignalschalters.
Dies dient dazu, die Bewegungen des Sendegriffels während der Schreibpausen nicht
auf der Empfängerseite erscheinen zu lassen.
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Beispielsweise kann die Anordnung so getroffen werden, daß bei einer
Elektronenstrahlröhre mit Leuchtschirm zwei senkrecht gekreuzte Ablenk-Elektromagnetjoche
vorgesehen sind, die mit den verstärkten Gleichströmen direkt beschickt werden.
Jedes Spulenpaar ist so geschaltet, daß die eine Wicklung mit dem Strom eines bestimmten
Quadranten des fotoelektrischen Auswerters und die zweite Wicklung mit dem Strom
des diametral gegenüberliegenden Quadranten beschickt wird. Bei richtiger Polung
reagiert dann der Elektronenstrahl in der gewünschten, vorstehend beschriebenen
Weise. Man kann aber auch vier Elektromagnete mit den Gleichströmen der vier Quadranten
beschicken und die Bewegungsübertragung von den Ankern der Elektromagnete auf einen
um zwei senkrecht gekreuzte Achsen kippbaren Spiegel so einrichten, daß die Ablenkung
eines über den Spiegel geführten Lichtbündels, das den kreisrunden Lichtfleck erzeugt,
jeweils im richtigen Sinne nachführend stattfindet.
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An Hand von Fig. 1 bis 3, in denen ein mögliches Ausführungsbeispiel
für den Generator gemäß der Erfindung dargestellt ist, sei seine Arbeitsweise noch
etwas näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt die Ausführungsform des Sendegriffels. 1 bedeutet die
Schreibfläche, beispielsweise eine Mattscheibe 12 oder die Schirmfläche einer Braunsehen
Röhre. Will man das zu übertragende Bild oder die zu übertragende Schrift gleichzeitig
haltbar fixieren, so wird die Schreibspitze 2 aus Graphit oder als Tintenstift ausgebildet
und auf die Schreibfläche 1 ein transparentes Papier od. dgl. dicht aufgelegt. Der
in Fig. 1 dargestellte kreisrunde Lichtfleck 11 scheint dann durch die transparente
Schicht hindurch. Eine auf dem Sendegriffel zentral angeordnete Linse 3 bildet den
Lichtfleck vergrößert auf den fotoelektrischen Auswerter 4 ab, dessen Prinzip und
Funktion in Fig. 2 wiedergegeben sind. Er besteht z. B. aus vier Fotodioden in Quadrantenanordnung,
von denen Leiter durch den Handgriff 6 im Innern des Kabels 5 herausgeführt sind.
Man kann diese Anordnung in vielfacher Weise abwandeln.
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In Fig. 2 zeigen a, b, c und d verschiedene Verschiebungsstellungen
der Schreibspitze gegenüber dem kreisrunden Lichtfleck 11. Die Quadranten des Auswerters
sind mit 7, 8, 9 und 10 bezeichnet und mit vier abgeglichenen, voneinander isolierten
Fotodioden bestückt, und von diesen Fotodioden erhält jede mit Zuhilfenahme optischer
Streu- und Abschirmmittel nur den ihr bestimmten Lichtstrom.
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In der Stellung a würde sich die Schreibspitze 2 genau im Mittelpunkt
des Lichflecks befinden, d. h. sämtliche vier Quadranten würden den gleichen Signalstrom
abgeben, und daher würden die magnetischen Ablenkspulen der Braunsehen Röhre gleich
stark erregt werden, der Lichtfleck 11 also an einem Punkt der Schreibfläche verharren,
der durch fest dosierte Zusatzströme in den Ablenkspulen bestimmt ist.
Fig.2,
b zeigt, daß beim Verschieben des Auswerters 4 gegenüber dem Lichtfleck 11 die Beleuchtung
der Quadranten ungleich wird, Fig. 2, c und d veranschaulichen andere Verschiebungsrichtungen.
Stets hängen Betrag und Richtung der nunmehr von den gekreuzten Ablenkfeldern bewirkten
Nachführung des Lichtflecks 11 von dem Verhältnis der Lichtströme ab, die die einzelnen
Quadranten empfangen. Es ist leicht einzusehen, daß die Vorrichtung unter diesen
Umständen erst wieder zur Ruhe kommen kann, wenn die vier von den Fotodioden erzeugten
Ablenkströme von neuem gleich geworden sind. Bei passender Schaltung und Polung
der Erregerströme in den gekreuzten Ablenkfeldern folgt also der Lichtfleck der
Verschiebung der Schreibspitze 2 (Fig. 1) auf dem direkten Wege.
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Die so erzeugten Ablenk-Gleichströme bilden, wie gesagt, gleichzeitig
das übertragungssignal für den telautografischen Empfänger. Beispielsweise können
in einer Matrixschaltung die Gleichströme so zusammengesetzt werden, daß daraus
zwei zueinander gehörige Koordinatenwerte für die x, y-Ablenkung des empfangsseitigen
Lichtflecks entstehen, wobei man Mittel vorsehen wird, um die ursprünglichen Amplitudenwerte
in frequenzmodulierte konstante Amplituden zu übersetzen. Dies ist Sache einer bekannten
Technik.
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Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Beschränkung
auf einen der vier gedachten von den Fotodioden ausgehenden Steuerkanäle. An Stelle
einer Braunsehen Röhre mit Leuchtschirm wird hier elektromagnetische Spiegelablenkung
verwendet. 12 sei eine Mattscheibe, auf die eine transparente Schreibfläche aufgelegt
werden kann. Der nachzuführende Lichtfleck 11 wird erzeugt durch Abbildung einer
kreisrunden, intensiv beleuchteten Blende 13. Diese wird durch ein Objektiv 17 als
kreisrunder Lichtfleck 11 auf der Mattscheibe 12 entworfen, und zwar über einen
kleinen Kippspiegel 14, der unter dem Einfluß einer Magnetspule 15 elektromagnetisch
drehbar ist und infolge seiner geringen Trägheit allen Stromänderungen in der Magnetspule
15 unverändert folgt. 16 stellt einen Gleichstromverstärker dar, dessen Eingang
von einer der Fotodioden des Auswerters gespeist wird; 6 bedeutet den Handgriff
des Sendegriffels mit dem fotoelektrischen Auswerter 4 und der Linse 3. Die übrigen
herausgeführten Kanäle sind in der Zeichnung weggelassen, ihre Wirkung ist ohne
weiteres verständlich, wenn man sich vorstellt, daß die vier Gleichstromkanäle vier
getrennte Magnetspulen 15 erregen, die dann die um zwei senkrecht gekreuzte Achsen
erfolgende Drehung des Kippspiegels 14 bewirken. Dadurch erfährt der Lichtfleck
11 eine entsprechende Ablenkung, die der Verschiebung der Schreibspitze 2 bzw. des
Handgriffes 6 laufend nacheilt.
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Die Ausführung der Erfindung läßt sich in vielfacher Weise abwandeln.
Man kann die Anzahl der getrennten Lichtsektoren des fotolektrischen Auswerters
verändern, z. B. mit nur drei Sektoren ein Drehfeld erzeugen, das die Einstellung
des Kippspiegels 14 steuert; man kann aber auch eine feinere Unterteilung in mehr
als vier Sektoren herstellen und auf diese Weise die Feinfühligkeit der Anordnung
steigern. Da Gleichstromverstärkung schwierig ist, wird man an die Fotodioden eine
Wechselspannung legen, diese wechselspannungsmäßig verstärken und erst die Ausgangströme
des Verstärkers gleichrichten.