DE1190977B - Mit einem faseroptischen Lichtleiter arbeitende Abtastvorrichtung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H04n

Deutsche Kl.: 21 al-32/34

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

J 24365 VIII a/21 al
3. September 1963
15. April 1965

Die Erfindung betrifft Abtastvorrichtungen, insbesondere elektromechanische Abtastvorrichtungen. Die erste praktische Anlage zur unmittelbar aufeinanderfolgenden Abtastung verwendete eine Abtastscheibe. Diese Anlage besteht aus zwei Scheiben mit in einer Spirale rund um den Umfang jeder Scheibe angeordneten Öffnungen. Wird die Scheibe in Rotation versetzt, so überdecken die spiralig angeordneten Öffnungen sukzessive die Fläche des abzutastenden Gegenstandes. Die obere Geschwindigkeitsgrenze für die Abtastung wird durch die Winkelgeschwindigkeit der Scheibe bestimmt. Die abgetastete Fläche und die Reihenfolge der Abtastpunkte ist bei einer vorgegebenen Anordnung der Scheibendurchbrüche unveränderlich.

Es wurden auch Abtastsysteme, insbesondere solche für Zwecke der Bildübertragung bekannt, die sich innerhalb des optischen Systems für einen Teil des Strahlenganges unbewegter faseroptischer Lichtleiter bedienen, wobei gegebenenfalls die Bildqualität dadurch erhöht wird, daß zur Übertragung gleichliegender Bildelemente verschiedenartige Faserelemente benutzt werden.

Eine schnellere Abtasteinrichtung ist der elektronische Lichtpunktabtaster, welcher sich einer Kathodenstrahlröhre bedient. Er ist weitgehend frei von den Nachteilen der zuerst genannten Abtastvorrichtung, erfordert aber eine hohe Spannung und ein gutes Vakuum.

Es gibt nur sehr wenige über die Qualitäten der Abtastscheiben hinausgehende weitere Entwicklungen mechanischer Art für die Abtastung einer Fläche. Der in der weiteren Beschreibung verwendete Ausdruck »Abtastung« bezeichnet das Überqueren eines Gegenstandes oder einer Fläche zum Abfühlen oder Aufzeichnen eines Musters.

Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, ein elektromechanisches Abtastsystem zu erstellen, dessen abzulenkendes bewegliches Organ eine kleine Masse besitzt, wodurch eine höhere Abtastgeschwindigkeit und ein höheres Auflösungsvermögen als bei den bisher bekannten mechanischen Systemen zu erwarten ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zur Erzeugung von Auslenkungen kleiner Elongation der Lichtleiter in an sich bekannter Weise flexibel ausgebildet ist und an seiner Oberfläche mit einem Material versehen ist, das innerhalb eines Feldes Krafteinwirkungen unterworfen ist, daß der Lichtleiter zwei periodisch veränderlichen Kraftfeldern ausgesetzt ist, deren Kraftrichtung nicht kollinear ist.

In einer Ausführungsform der Erfindung, in welcher die Einrichtung zur Abtastung von Mustern

Mit einem faseroptischen Lichtleiter arbeitende
Abtastvorrichtung

Anmelder:

International Business Machines Corporation,
Armonk, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt,

Böblingen (Württ), Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:
Charles Arthur Pike, Thornwood, N. Y.;
Norman Joseph Woodland, Chappaqua, N. Y.
(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 13. September 1962
(223 337)

verwendet wird, ist das bewegliche Organ ein Faserelement, durch welches Licht übertragen werden kann und dessen eines Ende befestigt, das andere Ende frei ist und in einem Kraftfeld in Übereinstimmung mit dem abzutastenden Muster bewegt wird.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß eine geringere Spannung als bei einem Lichtpunktabtaster mit Kathodenstrahlröhre erforderlich ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung gewährt auch eine beachtliche Reduzierung der Kosten gegenüber der ziem-Hch teuer herzustellenden Kathodenstrahlröhre.

Versuche ergaben eine Ablenkung des freien Endes der Fasser über einen Bereich von 1,61 cm². Bei einer verwendeten Faser mit einem Durchmesser von 0,025 mm war das erhaltene Auflösungsvermögen mit dem üblicher Fernsehanlagen vergleichbar.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist ihre Anpassungsfähigkeit an stärkste Verkleinerungen und ihre Vereinbarkeit mit bei niedriger Spannung arbeitenden elektronischen Festkörperelementen.

Bei der Verwendung als Bildzerleger hat die Erfindung den Vorteil, daß sie nur einen kleinen Photodetektor erfordert. Rotierende Abtastscheiben fordern

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einen großen Photodetektor zur Sammlung des von einer Kathodenstrahlröhre durch die horizontalen den öffnungen durchgelassenen Lichtes, weil die öff- und vertikalen Ablenkplatten geschieht. Die Wicknungen in verschiedenen Abständen vom Mittelpunkt lungen 32 und 36 sind daher in Reihe geschaltet, und der Scheibe angeordnet sind. ebenso sind die Wicklungen 30 und 34 in Reihe an-

Ein anderer Vorteil der Erfindung besteht darin, 5 geordnet. Die zur Steuerung der vertikalen und horidaß die Abtastgeschwindigkeit über den abzutasten- zontalen Ablenkung erforderlichen Spannungen werden Bereich konstant gehalten werden kann. Dies ist den den beiden Wicklungskombinationen von den bei der Verwendung von Abtastscheiben nicht mög- Ablenkspannungserzeugern 38 (vertikal) und 40 lieh, weil die Lineargeschwindigkeit der abtastenden (horizontal) zugeführt. Die Ablenkung kann daher öffnungen sich quer über den abzutastenden Bereich io zweidimensional, d. h. horizontal und vertikal, über in dem Maße vergrößert, in dem die Abstände der den abzutastenden Bereich bewirkt werden.
öffnungen vom Mittelpunkt der Scheibe anwachsen. In den F i g. 3 und 4 ist eine Ausführungsform Beim Gegenstand der Erfindung kann weiterhin in der Erfindung mit elektrostatischem Ablenksystem vorteilhafter Weise der Abtastverlauf nach Belieben gezeigt. Die Glasfaser 50 ist mit einem geeigneten geändert werden. 15 elektrisch leitenden Material, z. B. mit einer dünnen

Die Einrichtung gemäß der Erfindung besitzt metallischen Schicht überzogen, welche sozusagen als außerdem den Vorteil, daß sie nur einen einzigen Kondensatorbeleg wirkt. Die Faser ist mit einem beweglichen Teil sehr geringer Masse erfordert, wel- Ende an einen festen Träger 52 angebracht. Wenn eher wegen seiner Einfachheit keiner Schmierung und erwünscht, kann eine negative Spannung von der nur geringer Instandhaltung bedarf. Neben der Ver- 20 Spannungsquelle 62 an die Faser angelegt werden, wendung auf dem Gebiet der Bildzerlegung und der was eine elektrostatische Aufladung der Faser bewirkt. Lichtpunktabtastung kann die erfindungsgemäße Vor- Aber auch ohne die Spannungsquelle 62 ist es mögrichtung natürlich auch für andere Darstellungsein- lieh, eine Ablenkung zu erhalten. Dazu verbinde man richtungen oder verschiedene Arten magnetischer den Mittelabgriff jedes Transformators mit der Glasoder optischer Abtast- oder Aufzeichnungseinrichtun- 25 faser. In diesem Falle wird die Ablenkung durch gen, einschließlich Kartenablesern, Zettelablesern eine unterschiedliche Verteilung der Ladungsmengen benutzt werden. bewerkstelligt, welche infolge der an den Mittelab-

Die aufgeführten und weitere Eigenschaften, Merk- griffen der Transformatoren sich einstellenden Potenmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den tiale zwischen dem metallischen Film der Faser und bevorzugten Ausführungsbeispielen, die nachstehend 30 den Ablenkplatten zustande kommt. Die Verwendung an Hand der Zeichnungen beschrieben werden. Es einer Spannungsquelle ergibt eine größere Ablenkzeigt empfindlichkeit und wird daher oft vorgezogen. Die

F i g. 1 eine Darstellung des Grundrisses eines Ablenkplatten 54, 56, 58 und 60 entsprechen jeweils

elektromagnetischen Abtasters mit einer Faser als Teilen der Oberfläche eines Zylinders, dessen Achse

ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, 35 in der Richtung der Faser verläuft. Die einander

F i g. 2 einen senkrechten Schnitt entlang der gegenüberliegenden Platten 54 und 58 bzw. 56 und 60

Linie 2-2 in der Fig. 1, bilden jeweils Kondensatoren mit rechtwinklig zuein-

F i g. 3 einen Aufriß eines elektrostatischen Ab- ander verlaufenden Feldlinien, so daß die Faser in

tasters mit einer Faser als eine zweite Ausführungs- jede beliebige Richtung abgelenkt werden kann.

form der Erfindung, 40 F i g. 5 zeigt die Verwendung der Erfindung in einer

F i g. 4 eine Darstellung der Ablenkschaltung der Bildzerlegungsvorrichtung. Das von der Lichtquelle

Vorrichtung von F i g. 3, 70 gelieferte Licht wird von der Fläche 72 des zu

F i g. 5 eine schematische Darstellung einer erfin- zerlegenden Bildes reflektiert. Das reflektierte Licht

dungsgemäßen Bildzerlegungsvorrichtung, ist als gestrichelte Linie dargestellt und wird von

F i g. 6 eine schematische Darstellung einer erfin- 45 dem Linsensystem 74 auf das Ende der Faser 10

dungsgemäßen Vorrichtung zur Lichtpunktabtastung. fokussiert und von der magnetisch abgelenkten Faser

Die F i g. 1 und 2 zeigen einen Abtaster mit elek- 10 zu einem zweiten Linsensystem 76 geleitet. Dieses

tromagnetischem Ablenksystem, bei welchem eine bildet den hinteren Querschnitt der Faser auf eine

Glasfaser 10 mit einem Ende an einem stationären Photozelle 78 ab. Die Stromintensität der Photozelle

Träger 11 befestigt ist. An der Glasfaser 10 ist ein 50 ist direkt proportional zur Bildhelligkeit an den ein-

aus ferromagnetischem Metall bestehender Anker 12 zelnen abgetasteten Punkten. Das Bild 72 wird daher

befestigt. Senkrecht zur Glasfaser 10 sind die Pol- in eine Reihe von elektrischen Impulsen zerlegt, die

schuhe U-förmiger Magnete 14, 16, 18 und 20 mit proportional der Flächenhelligkeit des abgetasteten

den Luftspalten 22, 24, 26 und 28 angeordnet. Der Bildes sind.

Anker 12 und die Polschuh-Luftspalten 22, 24, 26, 55 Ein Lichtpunktabtaster mit einem etwas anders 28 liegen so zueinander, daß die in irgendeinem der gearteten Strahlenverlauf ist in der F i g. 6 gezeigt. Polschuhe erzeugten Flußlinien den Anker schneiden. Die Lichtquelle 80 sendet Licht durch ein Linsen-An jedem der Polschuhe 14, 16, 18 und 20 sind system 82. Dieses fokussiert das Licht auf die Stirn-Wicklungen 30, 32, 34 bzw. 36 vorgesehen. Wenn fläche am stationären Ende der Faser 10. Infolge der ein Strom durch eine der Wicklungen geleitet wird, 60 Ablenkung der Faser 10 ergibt sich bei Abbildung wird in dem entsprechenden Polschuh ein zur Strom- der vorderen Stirnfläche der Faser 10 durch das Linstärke proportionaler magnetischer Fluß erzeugt. Der sensystem 84 auf die Bildfläche 86 die gewünschte so erzeugte Kraftfluß überbrückt den Luftspalt des Abtastung.

entsprechenden Polschuhes und zieht den Anker 12 An einer Photozelle 88 nahe der Fläche 86 erhält

gegen den Polschuh. 65 man die elektrischen Abtastsignale.

Es ist für den Fachmann leicht zu erkennen, daß Es ist selbstverständlich, daß die unter Zugrunde-

die Ablenkung der Glasfaser 10 in ähnlicher Weise legung bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrie-

bewirkt werden kann, wie das beim Elektronenstrahl bene Erfindung in mancher Weise abgeändert werden

kann, ohne wesentliche Abweichung vom Grundgedanken der Erfindung.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Mit einem faseroptischen Lichtleiter arbeitende Abtastvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von Auslenkungen kleiner Elongation der Lichtleiter in an sich bekannter Weise flexibel ausgebildet ist und an seiner Oberfläche mit einem Material versehen ist, das innerhalb eines Feldes Krafteinwirkungen unterworfen ist, daß der Lichtleiter zwei periodisch veränderlichen Kraftfeldern ausgesetzt ist, deren Kraftrichtung nicht kollinear ist.

2. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser mit einem Anker aus ferromagnetischem Material versehen und zwei von Elektromagneten erzeugten Feldern ausgesetzt ist, deren Feldlinien senkrecht zueinander und zur Faserachse verlaufen.

3. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser mit einer dünnen, metallisch leitenden Schicht versehen und zwei elektrischen Feldern ausgesetzt ist, deren Feldlinien senkrecht zueinander und zu der Faserachse verlaufen.

4. Abtastvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der leitende Faserbelag negativ vorgespannt ist gegenüber einem symmetrischen Potentialwert der die Ablenkfelder erzeugenden Spannungsquellen.

5. Abtastvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der leitende Faserbelag in leitender Verbindung mit den Mittelanzapfungen der die Ablenkfelder erzeugenden Spannungsquellen steht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1131031;
USA.-Patentschrift Nr. 3 036153.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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