DE1158549B - Generator zur Erzeugung von Koordinatensignalen - Google Patents

Generator zur Erzeugung von Koordinatensignalen

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DE1158549B
DE1158549B DET22697A DET0022697A DE1158549B DE 1158549 B DE1158549 B DE 1158549B DE T22697 A DET22697 A DE T22697A DE T0022697 A DET0022697 A DE T0022697A DE 1158549 B DE1158549 B DE 1158549B
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Germany
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light spot
deflection
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coordinate signals
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DET22697A
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English (en)
Inventor
Dr Fritz Schroeter
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Telefunken Patentverwertungs GmbH
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Telefunken Patentverwertungs GmbH
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08CTRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C21/00Systems for transmitting the position of an object with respect to a predetermined reference system, e.g. tele-autographic system

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Zweckmäßig werden die einzelnen Koordinatensignale dem Ablenksystem einer Kathodenstrahlröhre oder einer elektromagnetischen Kippspiegelanordnung zugeführt, das bzw. die den Lichtfleck der Schreibspitze nachfährt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE-1. Nach Art eines Telautografen arbeitender 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, dadurch gekennzeichnet, daß am Sendegriffel eine Linsenanordnung (3) und ein in mehrere Teilbereiche (Sektoren 7 bis 10) aufgespaltener fotoelektrischer Auswerter (4) so angeordnet sind, daß sie bei in der Nähe der Schreibspitze (2) auftretenden Licht (Lichtfleck 11) je nach dessen relativer Lage zur Schreibspitze entsprechende Koordinatensignale erzeugen, die, vorzugsweise über je einen Verstärker (16), einerseits einer den Lichtfleck (11) nachführenden Ablenkanordnung (14, 15) des Senders und andererseits zugleich in bekannter Weise der Ablenkanordnung des Empfängers zugeführt werden.
  2. 2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinatensignale dem Ablenksystem einer Kathodenstrahlröhre oder einer elektromagnetischen Kippspiegelanordnung zugeführt werden, das bzw. die den Lichtfleck der Schreibspitze nachfährt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 947 887, 947 980, 1080 592; französische Patentschrift Nr. 966 918; USA: Patentschrift Nr. 2 553 245.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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