DE1195985B - Vorrichtung zur Erfassung von graphischen Informationen durch Digitalwerte - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

int. U.:

(jrUOJC

Deutsche Kl.: 43 a-41/03

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1195 985
J24960IXc/43a
18. Dezember 1963
1. Juli 1965

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung von graphischen Informationen, wie Zahlen, Buchstaben, Symbole, durch Digitalwerte, bei welcher ein Schreibstift der Kontur der Information nachgeführt wird.

Eine bekannte Vorrichtung dieser Art, bei der allerdings keine Analog-Digitalumsetzung stattfindet, verwendet ein Potentialabtastverfahren, bei dem eine elektrisch leitende Schreibplatte mit einem Schreibstift entsprechend dem Zeichen abgetastet wird. Schwierigkeiten bereiten hier die Notwendigkeit, daß die Schreibplatte elektrisch gleichförmige Eigenschaften aufweisen muß, damit keine Verzerrungen des abgetasteten Zeickhens auftreten. Außerdem besteht der Nachteil, daß die Vorrichtung relativ aufwendig ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine Vorrichtung der genannten Art zu schaffen, bei der unter geringem Aufwand die graphische Information mit möglichst geringen Verzerrungen erfaßt wird und in digitale Werte umgesetzt wird, wobei aber das Auflösungsvermögen hinreichend groß ist.

Brfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem flächenhaften isotropischen Medium mit zwei sich in ihrer Verlängerung schneidenden Bezugskanten Elastizitätswellen angeregt werden, die sich senkrecht zu diesen Bezugskanten ausbreiten und deren jeweilige Laufzeit für einen beliebigen Punkt der Oberfläche des isotrophischen Mediums über einen auf dieser Oberfläche verschiebbaren und mit ihr in Kontakt stehenden, als Schreibstift ausgebildeten Umsetzer, der mechanische Schwingungen in elektrische umsetzt, dadurch erfaßt wird, daß beim Einsatz der Elastizitätsschwingungen an den Bezugskanten gleichzeitig entstehende elektrische Signale einen Zähler einschalten, der bei Empfang eines elektrischen Signals durch den Schreibstift abgeschaltet wird, so daß die Koordinatenwerte des Punktes der Oberfläche, an dem sich der Schreibstift befindet, durch den jeweiligen Zählerstand bestimmt und in entsprechenden Digitalwerten ausgedrückt wird. Diese Digitalwerte dienen dann zur Einspeicherung in den Speicher einer Rechenanlage, die diese Werte weiterverarbeiten kann. Auf diese Art ist es z. B. in vorteilhafter Weise möglich, eine Eingabe in einen Rechner handschriftlich vorzunehmen oder auch technische Zeichnungen, wie Schaltbilder, elektronisch zu erfassen, die dann z. B. für Dokumentationszwecke weiterverarbeitet werden können. Ein relativ hohes Auflösungsvermögen ergibt sich aus der Tatsache, daß bei Verwendung von piezoelektrischen Umsetzern, die aus Bariumtitanat-

Vorrichtung zur Erfassung von graphischen
Informationen durch Digitalwerte

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:

Paul Wen Woo, Poughkeepsie, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 21. Dezember 1962
(246 557)

kristallen bestehen, Resonanzfrequenzen von etwa 5 MHZ entstehen, so daß das Auflösungsvermögen im Bereich von V20 mm liegt. Bei Erregung durch einen Impuls geben nämlich die Umsetzer reine Sinusschwingungen ab, deren Amplituden anwachsen und anschließend wieder abklingen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht das isotropische Medium aus einer viereckigen Krongasplatte, an deren Kanten, die sich berühren, jeweils eine Gruppe von piezoelektrischen Umsetzern angebracht sind. Diese Gruppen werden abwechselnd von elektrischen Impulsen erregt, die nach Aufnahme durch einen Schreibstift den Zähler einschalten, der bei Abgabe des Impulses an die Umsetzergruppe in Gang gesetzt worden ist. Nach Anhalten des Zählers wird der digitale Inhalt des Zählers ausgelesen und in einen Speicher eingegeben. Aus der Tatsache, daß Kronglas ein isotropisches Medium darstellt, ergibt sich, daß die Daten verzerrungsfrei ermittelt werden können und ohne weiteres zur Weiterverarbeitung verwendet werden können.

Die Erfindung soll nun an Hand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine schemative Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 ein Blockdiagramm der Schaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Schwingungsamplituden,

F i g. 4 eine Darstellung des Schreibstiftumsetzers.

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F i g. 1 zeigt eine rechteckige Platte aus optischem Glas 10, z. B. Kronglas, welche direkt über der Anzeigevorrichtung 11 eines Digitalrechners 12 liegt. Außerdem soll aus noch zu erläuternden Gründen die Glasplatte 10 vorzugsweise durchsichtig sein. An zwei zueinander senkrecht stehenden Kanten weist die Glasplatte 10 eine Anzahl von piezoelektrischen Umsetzern 13^4 und 13 B auf. Die Umsetzer 13/4 und 135 sind so mit der Platte 10 gekoppelt, daß sie Oberflächenwellen auf die Platte 10 senden können. Bekanntlich kann dies z. B. durch Verwendung von Winkeladaptoren 13 C aus glasartigem Kunststoff zwischen den Umsetzern 13 Λ (13 B) und Platte 10 erfolgen. Der Winkel der Winkeladaptoren 13 C wird dann entsprechend dem Snelliusschen Brechungsgesetz so gewählt, daß Oberflächenwellen in der Platte 10 entstehen können. Alle piezoelektrischen Umsetzer 13 A sind zur gleichzeitigen Erregung mit einem gemeinsamen Leiter 14 verbunden und alle piezoelektrischen Umsetzer 13 B mit dem Leiter 15. Die Leiter 14 und IS sind andererseits mit einem Impulsgeberteil der Steuervorrichtung 20 verbunden.

Ein Schreibstift 16 befindet sich in Kontakt mit der Glasplatte 10. Dieser Schreibstift 16 enthält ein piezoelektrisches Element, das über den Leiter 17 mit dem Empfangsteil der Steuervorrichtung 20 verbunden ist.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zwar als isotropisches Medium optisches Glas verwendet, aber, wie noch weiter unten erläutert wird, können die an die Beschaffenheit des isotropischen Mediums gestellten Anforderungen auch durch andere Materialien erfüllt werden. Außerdem ist die Erfindung nicht auf die Verwendung von piezoelektrischen Umsetzern zur Erzeugung von mechanischen Störwellen beschränkt. Zu diesem Zweck können auch magnetostriktive Materialien benutzt werden. Tatsächlich ließe sich jeder elektromechanische Umsetzer, bei dem ein elektrisches Signal in mechanische Störwellen umgesetzt wird, oder umgekehrt, in der Anordnung nach der Erfindung verwenden.

Im Betrieb wird der Schreibstift 16 von Hand mit der Glaspltte 10 in Kontakt gebracht und den Konturen eines vorliegenden graphischen Symbols auf der Oberfläche der Glasplatte 10 nachgezogen. Der Impulsgeber der Steuervorrichtung 20 sendet Impulse über die Leitungen 14 und 15. Ein Impulszug A erregt zunächst die mit der Glasplatte 10 gekoppelten piezoelektrischen Umsetzer 13 A. Die Umsetzer 13 A verursachen eine mechanische Störwelle, genauer gesagt eine mechanische Druckwelle, die sich über die Oberfläche der Platte 10 hinweg mit einheitlicher Geschwindigkeit ausbreitet.

Wenn der Schreibstift 16 einen bestimmten Abstand von der Kante der Platte 10 hat, braucht die sich ausbreitende mechanische Störwelle eine bestimmte Zeit AtI, um den Stift 16 zu erreichen. Der mit der Glasplatte 10 in Berührung stehende Schreibstift 16 fühlt die mechanische Störwelle ab und überträgt ein entsprechendes Signal über den Leiter 17 zum Empfangsteil der Steuervorrichtung 20. Diese mißt das zwischen dem Zeitpunkt der Übertragung eines Steuersignals A auf Leitung 14 und dem Zeitpunkt des Empfangs dieses Signals auf Leitung 17 verstrichene Zeitintervall AtI. Dann wandelt die Steuervorrichtung 20 das Maß für dieses Zeitintervall AtI in einen digitalen Wert um.

Nun gibt der Impulsgeber der Steuervorrichtung 20 einen zweiten Impuls B über den Leiter 15 ab, um die zweite Gruppe von Umsetzern 13 B zu erregen, die eine zweite mechanische Störwelle über die Oberfläche der Glasplatte 10 senden. In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung stehen die Ausbreitungsrichtungen der mechanischen Störwellen senkrecht zueinander. Nach einem bestimmten Zeitintervall At 2 nach Erzeugung der mechanischen

ίο Störwelle durch die Umsetzer 13 B fühlt der in Kontakt mit der Glasplatte 10 stehende Schreibstift 16 das Eintreffen der Störwelle ab und überträgt ebenfalls ein Signal zum Empfangsteil der Steuervorrichtung 20 über den Leiter 17. Die Steuervorrichtung 20 wandelt nun ebenfalls das Maß für dieses Zeitintervall AtIm. einen digitalen Wert um.

Wenn also der Schreibstift 16 eine bestimmte Kontur an der Oberfläche der Platte 10 nachzeichnet, dann werden seine nacheinander eingenommenen Positionen aufeinanderfolgend bestimmt. Durch die Abgabe einer Anzahl aufeinanderfolgender Impulse A und B an die Umsetzer 13 yl und 13 B wird demnach die Oberfläche der Glasplatte 10 mit einer Folge von senkrecht zueinander stehenden mechanisehen Störwellen überzogen. Der Zeitpunkt des Eintreffens einer jeweiligen mechanischen Störwelle wird also durch den Schreibstift 16 dort, wo er sich gerade auf der Platte 10 befindet, abgefühlt, und bei jeder Abfühlung einer Störwelle wird ein Signal auf den Empfangsteil der Steuervorrichtung 20 übertragen, die dann digital die Position des Schreibstiftes 16 auf der Glasplatte durch Angabe seiner Ortskoordinaten darstellt. Die Digitaldaten, die die Steuervorrichtung 20 für aufeinanderfolgende Positionen des Schreib-Stiftes 16 abgibt, werden dann über den Leiter 21 dem Digitalrechner 12 zugeführt. Der Digitalrechner 12, der die Anzeigevorrichtung 11 enthält, wandelt die in seinem Hauptspeicher stehenden Digitaldaten wieder in die graphische Form um. *

Eine graphische Darstellung von Digitalinformationen läßt sich vorteilhaft durch Verwendung eines sogenannten »Endpunkt«-Zeichengenerators erzielen. Diese Anordnung zeichnet sich dadurch aus, daß ein Elektronenstrahl über den Schirm eine Kathodenstrahlröhre von »Endpunkt zu Endpunkt« abgelenkt wird. Aufeinanderfolgende Ablenkungen des Elektronenstrahls erfolgen auf aufeinanderfolgende Gruppen von Digitaldaten hin, die bei der Umsetzung in Analogform jeweils die Ablenkspannung

5c festlegen. Durch entsprechend wahlweises Dunkeloder Hellsteuern des Elektronenstrahls während seiner Ablenkung über den Schirm einer Kathodenstrahlröhre ergibt die Folge aufeinanderfolgender heller Punkte eine Kontur, die dem darzustellenden Symbol od. dgl. entspricht. Da die Glasplatte 10 transparent ist, kann der Beobachter, der den Schreibstift 16 über die Platte 10 bewegt hat, sehen, was er gerade geschrieben hat, weil sich die Platte 10 direkt über der Anzeigevorrichtung 11 des Digitalrechners 12 befindet. Die Anzeigevorrichtung 11 gestattet unter anderem eine Überprüfung des gerade Geschriebenen.

Fig. 2 zeigt das Schaltbild der Steuervorrichtung 20. Wie bereits oben beschrieben, hat die Steuervorrichtung 20 zwei Hauptfunktionen:

1. Impulse auf die piezoelektrischen Umsetzer 13 Λ und 13 B mit feststehender Frequenz so zu übertragen, daß die Glasplatte 10 fortlaufend nach

Positionsinformationen des Schreibstiftes 16 abgetastet werden kann.

2. Das Zeitintervall, das zwischen dem Entstehen einer mechanischen Störwelle im Medium 10 und der Abführung durch den Schreibstift 16 liegt, zu erfassen und in einen Digitalwert umzusetzen.

Diese beiden Hauptfunktionen der Steuervorrichtung 20 werden von der Schaltungsanordnung innerhalb der Blöcke 22 und 23 ausgeführt.

Der Treiberblock 22 besteht aus einer bistabilen Kippstufe 24, der eine Folge von Impulsen aus dem Taktgeber 32 über die Leitung 26 zugeführt wird. Bei Zuführung von Taktgeberimpulsen ändert die bistabile Kippstufe 24 jeweils ihren Schaltzustand, so daß die beiden Ausgangsleitungen 28 und 30 ihren Potentialzustand wechseln, d. h., wenn nach Empfang eines Taktgeberimpulses der Ausgang 28 der Kippstufe 24 im Zustand hohen Potentials ist, dann wird bei Empfang des nächsten Impulses der Zustand zo hohen Potentials auf den Ausgang 30 geschaltet.

Zwei Und-Schaltungen 34 und 36 sind jeweils mit einem Eingang an einen Ausgang der bistabilen Kippstufe 24 angeschlossen, d. h., die Ausgangsleitung 28 ist mit der Und-Schaltung 34 und die Ausgangsleitung 30 mit der Und-Schaltung 36 verbunden. Am zweiten Eingang der Und-Schaltungen 34 und 36 ist die ebenfalls mit dem Ausgang des Taktgebers 32 verbundene Leitung 38 angeschlossen. Der Ausgangsimpuls der Und-Schaltung 34 wird auf Leitung40 übertragen und erregt die piezoelektrischen Umsetzer 13^4. Der Ausgangsimpuls der Und-Schaltung 36 wird auf die Leitung 42 übertragen und erregt die piezoelektrischen Umsetzer 135.

Während des Betriebs veranlassen so aufeinanderfolgende Taktimpulse die bistabile Kippstufe 24, fortlaufend und abwechselnd Eingangsimpulse auf die Und-Schaltungen 34 und 36 zu übertragen. Wenn angenommen wird, daß die Kippstufe 24 gerade umgeschaltet worden ist und ihre Ausgangsleitung 28 ein hohes Potential hat, dann wird derselbe Zeitimpuls, der diesen Zustand herbeigeführt hat, ebenfalls der Und-Schaltung 34 zugeführt. Daher haben die Eingänge 28 und 38 der Und-Schaltung 34 je ein hohes Potential, so daß die Und-Schaltung 34 ein Ausgangspotential auf der Leitung 40 bereitstellt. Der nächste vom Taktgeber 32 übertragene Impuls schaltet die stabile Kippstufe 24 um, so daß nun die Leitung 30 ein hohes Potential hat. Damit sind jetzt beide Eingänge 30 und 38 der Und-Schaltung 36 im Zustand hohen Potentials. Die Und-Schaltung 36 läßt jetzt ein Signal auf der Leitung 42 auftreten, während die Und-Schaltung 34 gesperrt ist.

Dieser Vorgang wiederholt sich, so daß aufeinanderfolgende Signale abwechselnd auf den Ausgangsleitungen 40 und 42 zur Verfügung stehen. Der Abstand zwischen den Signalen auf den Leitungen 40 und 42, d. h. der Abstand zwischen dem Zeitpunkt des Auftretens eines Signals auf der Leitung 40 bzw. 42 und dem Zeitpunkt des Auftretens eines Signals auf der Leitung 42 bzw. 40, ist lang genug, um die mechanische Störwelle, die das Ergebnis eines solchen Signals ist, über die ganze Strecke der Glasplatte 10 wandern zu lassen. Wenn daher die nächste mechanische Störwelle in der Platte 10 entsteht, ist die vorhergehende abgeklungen. Wenn es sich herausstellt, daß Reflexionen von den freien Kanten des isotropischen Mediums störend sind, dann kann ein geeignetes Dämpfungsmittel, wie z. B. ein Streifen Abdeckband, an denjenigen Kanten angebracht werden, die den die Umsetzer 13 A und 13 B tragenden Kanten gegenüberliegen, um die reflektierten mechanischen Störwellen zu absorbieren.

Bei Empfang eines Taktimpulses über die Leitung 26 beginnt ein frei laufender binärer Zähler 25 des Digitalumsetzers 23 zu zählen. Das Auflösungsvermögen der Anordnung nach der Erfindung ist natürlich um so größer, je höher die Zahl ist, bis zu der der Zähler 25 zählen kann. Der Zähler 25 ist über den Leiter 27 mit dem Ausgang eines Verstärkers 29 verbunden, der seinerseits Signale über die Leitung 17 vom Schreibstift 16 empfängt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 29 wird außerdem einem monostabilen Multivibrator 31 zugeführt, dessen Ausgangsimpuls über eine Leitung 39 an eine Lesetorschaltung 33 angelegt wird. Außerdem wird der Ausgangsimpuls des monostabilen Multivibrators 31 über eine Verzögerungsschaltung 35 der Rückstellleitung 37 des frei laufenden binären Zählers 25 zugeleitet.

Im Betrieb wird der Taktgeber 32 in Tätigkeit gesetzt, wenn der Schalter 41 geschlossen wird. Bei Empfang eines Startimpulses aus dem Taktgeber 32 über die Leitung 26 beginnt der Zähler 25 zu zählen, und zwar so lange, bis ein Signal über die Leitung 17 aus dem Schreibstift 16 übertragen wird. Dieses Signal läuft durch den Verstärker 29, dessen Ausgangssignal über die Leitung 27 direkt zur Stoppklemme des Zählers 25 übertragen wird. Bei Empfang eines Signals aus dem Verstärker 29 hört der Zähler 25 sofort zu zählen auf, so daß der erreichte Zählerstand in digitaler Form das Zeitintervall darstellt, das zwischen dem Empfang des Startsignals auf dem Leiter 26 und damit der Erregung einer Umsetzergruppe 13^4 oder 13 B und dem Empfang des Signals auf der Leitung 27, welches die Abfühlung der mechanischen Störwelle durch den Schreibstift 16 anzeigt, liegt. Das Zeitintervall wird also durch den jeweiligen Zählerstand des binären Zählers 25 dargestellt.

Der monostabile Multivibrator 31, der ebenfalls auf ein Ausgangssignal des Verstärkers 29 anspricht, sendet ein einziges Lesesignal über den Leiter 39 zur Lesetorschaltung 33, die daraufhin den Inhalt des binären Zählers 25 auf mehrere Leitungen 41 überträgt, über die binären Daten z. B. zum Speicher eines Digitalrechners weitergeleitet werden. Während der im binären Zähler 25 gespeicherte Zählerstand auf ein Signal auf der Leitung 39 hin ausgelesen wird, verzögert die Verzögerungsschaltung 35 dieses Signal geringfügig und legt dann über die Leitung 37 ein Rückstellsignal an den Rückstelleingang des Zählers 25, der damit auf Null zurückgestellt wird. Bei Empfang des nächsten Startsignals über den Leiter 26, wodurch die Erregung einer anderen Gruppe der piezoelektrischen Umsetzer 13 v4 oder 13 B erfolgt, läuft der binäre Zähler 25 wieder an und zählt, bis der Verstärker 29 wiederum ein Signal vom Schreibstift 16 empfängt. Danach wird der binäre Zähler 25 wieder

a) angehalten,

b) der Zählerstand ausgelesen und

c) der Zähler auf Null zurückgestellt.

Der Digitalumsetzer 23 hat also einen Zeitabschnitt — der die Position des Schreibstiftes 16 in

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bezug auf eine Hauptkante der Glasplatte 10 dar- irische Kristall 51 wird mit Hilfe von Ringscheiben stellt — in den Zählerstand eines frei laufenden bi- 53 und 54 in einem bestimmten Abstand vom Genären Zählers umgesetzt, der in Gang gesetzt wird, häuse 50 gehalten und gegenüber diesem akustisch wenn eine mechanische Störwelle in der Glasplatte isoliert. Am Punkt 55 ist ein Leiter 17 an den Kri-10 entsteht, und der angehalten wird, wenn der 5 stall 51 angeschlossen. Am unteren Rand des ÜberSchreibstift 16 das Eintreffen dieser mechanischen tragers 51 ist mit Hilfe eines geeigneten klebenden Störwelle anzeigt. mechanischen Kopplungsmittels 56 ein spitzer Metall-

An Hand von F i g. 3 sollen nun die verlangten bolzen 57 mit seinem Kopf befestigt.
Eigenschaften bestimmter Bauelemente der Anord- Bei Betrieb wird der Schreibstift 16, insbesondere nung nach der Erfindung erläutert werden. Bei den io seine Spitze 58, auf die Glasplatte 10 aufgesetzt. Bepiezoelektrischen Umsetzern 13^4 und 13 B handelt wegt sich nun der Schreibstift beim Nachzeichnen es sich vorzugsweise um Bariumtitanatkristalle, die eines Symbols od. dgl. über die Oberfläche der Glasbei Anregung durch Impulse mit einer charakteristi- platte 10, dann werden die durch die piezoelektrischen Frequenz schwingen. Im bevorzugten Ausfüh- sehen Umsetzer 13^4 und 13 B erzeugten mechanirungsbeispiel der Erfindung haben die Umsetzer 13^4 15 sehen Störwellen über die Spitze 58 des Schreibstifund 13 B eine charakteristische oder Resonanzfre- tes 16 mit dem piezoelektrischen Kristall 51 gekopquenz von 5 Megahertz, also weit über dem Schall- pelt, der die mechanischen Schwingungen in elekbereich, der nur bis zu etwa 20 000 Hertz reicht. Die trische umsetzt, die der mit dem Kristall 51 verbunpiezoelektrischen Umsetzer 13 Λ und 13 B arbeiten denen Leitung 17 zugeführt werden. Dann wird das also auf dem Ultraschallgebiet. Die Beschaffenheit 20 elektrische Signal auf dem Leiter 17 an den Verstärder Resonanzschwingungen der Umsetzer 13^4 und ker 29 gelegt, so daß sich der oben beschriebene Ab-13 B und damit die Beschaffenheit der mechanischen lauf auslösen kann.

Störwellen, die sich über die Oberfläche der Glas- Während oben die Erfindung in bezug auf ein beplatte 10 hinweg ausbreiten, sind in Fig. 3 dar- vorzugtes Ausführungsbeispiel unter Verwendung gestellt. 25 einer allgemein rechteckigen Platte aus transparen-

Beim Auftreten eines Impulses ΛΙ bzw. B auf den tem Kronglas als .isotropisches Mittel beschrieben Leitungen 14 bzw. 15 beginnen die entsprechenden worden ist, sollen nunmehr die Bedingungen aufge-Umsetzerl3/i bzw. 13 B als in ihrer Gesamtheit zu zeigt werden, die Abwandlungen dieser Ausführungsschwingen. Diese Schwingung ist, wie in F i g. 3 dar- form gestatten. Die allgemeinen Bedingungen, die gestellt, nahezu sinusförmig, wobei die Amplituden 30 das Aufzeichnungsmedium erfüllen muß, müssen so zunächst ansteigen und nach Beendigung des Erre- sein, daß eine nahezu lineare Ausbreitungsgeschwingungsimpulses, wenn die piezoelektrischen Umsetzer digkeit für mechanische Störwellen möglich ist, also in den Ruhezustand zurückkehren, wieder abfallen. daß es isotropisch ist, d. h., daß es ohne Belang sein Die Schwingungen der piezoelektrischen Umsetzer muß, in welcher Richtung die mechanischen Störwerden auf die Glasplatte 10 übertragen und erzeu- 35 wellen durch das Medium wandern. Diese Bedingen eine mechanische Störwelle, die sich über die gung wird von vielen Materialien erfüllt. Zum BeiOberfläche der Glasplatte 10 mit gleichförmiger Ge- spiel können an Stelle von Glas Kunststoffe benutzt schwindigkeit ausbreitet. Während des Ausbreitungs- werden. Kunststoffe können in anderen Beziehungen Vorgangs der mechanischen Störwellen über die vorteilhaft sein, bei denen ihre Eigenschaften die des Oberfläche der Platte 10 werden die Schwingungen 40 Glases übertreffen. Außerdem ist zu berücksichtigen, in der Praxis etwas gedämpft, so daß die empfange- daß, während theoretisch die Ausbreitung von Obernen mechanischen Störwellen, wie es F ig. 2 zeigt, eine flächenwellen in einem Medium verlustlos ist, d.h. etwas niedrigere Amplitude haben als die gesendete keine Dämpfung der sich ausbreitenden mechani-Welle. Sonstige Verzerrungen sind unbeachtlich. sehen Störwellen erfolgt, praktisch stets eine gewisse

Die von dem Schreibstift 16 abgefühlte und emp- 45 Dämpfung auftreten wird. Aus diesem Grunde ist es fangene Störwelle nimmt zunächst wieder in der vorteilhaft, verlustarme oder dämpfungsarme isoAmplitude zu, die einen Höchstwert in der dritten tropische Materialien zu verwenden. Weiterhin kann Periode erreicht. Das gemessene Zeitintervall Δ t es, während das Anzeigemedium nach der Erfindung wird von dem Zeitpunkt an bestimmt, wenn die ge- vorzugsweise transparent ist, für andere Anwendungssendete Welle ihre Maximalamplitude erreicht—was 50 arten der Anordnung nach der Erfindung vorteilhaft empirisch ermittelt und worauf das System justiert sein, nur ein durchscheinendes, manchmal sogar ein werden kann —, und dem Zeitpunkt, wenn das emp- undurchsichtiges Anzeigemedium zu benutzen. Es fangene Signal ein bestimmtes, durch den Verstärker ist bereits im Laufe der Beschreibung darauf hinge-29 festgelegtes Niveau überschreitet. Weil die WeI- wiesen worden, daß die Transparenzeigenschaft des lenlänge der sich ausbreitenden mechanischen WeI- 55 Mediums erwünscht ist, wenn zur Anzeige der eben len bei den hier vorkommenden Frequenzen in der nachgezeichneten Information die Anzeigevorrich-Größenordnung von Zehntelmillimeter liegt, haben tung eines Rechners verwendet wird, so daß sich auch aufeinanderfolgende Spitzenwerte des empfan- eine Prüfmöglichkeit ergibt. Diese Prüfung kann genen Signals diesen Abstand. Das bedeutet aber, auch auf andere Weise vorgenommen werden, indem daß die Position des Stiftes 16 auf der Platte bis zu 60 z. B. ein dünnes Blatt aus druckempfindlichem Paderselben Größenordnung bestimmt werden kann, so pier, wie es im Handel erhältlich ist, zwischen den daß eine extrem hohe Auflösung erzielt werden kann. Schreibstift 16 und die Platte 10 eingeschoben wird.

In Fig. 4 sind Einzelheiten eines Schreibstiftes 16 Hierbei führt der Schreibstift 16 nicht nur seine

dargestellt. Der Schreibstift 16 besteht aus einem oben beschriebene Funktion aus, sondern erzeugt

äußeren Gehäuse 50, das eine ausreichende me- 65 außerdem eine gleichzeitige graphische Wiedergabe

chanische Steifheit aufweist, um darin einen piezo- der übertragenen Information auf dem druckempfind-

elektrischen Kristall 51 festzuhalten, der Vorzugs- liehen Papier. Bei dieser Anwendungsart ist natürlich

weise ein Lithiumsulfatkristall ist. Der piezoelek- die Transparenzeigenschaft des isotropischen Me-

diumslO kein kritischer Faktor, da ja die Prüfung nicht mit Hilfe der Anzeigevorrichtung des Rechners stattfindet, sondern mit Hilfe des druckempfindlichen Papiers.

Weiter ist die Anordnung gemäß der Erfindung in bezug auf eine Rechteckform des isotropischen Mediums beschrieben worden. Die digitalen Daten, die so die Position des Schreibstiftes 16 in bezug auf die Kanten der Glasplatte 10 darstellen, haben natürlich die Form von X-Y-Koordinatenwerten. Die Erfindung ist aber auf diese Form des isotropischen Mittels keineswegs beschränkt. Wenn die Kanten z. B. einen anderen Winkel als 90° aufweisen, d. h. nicht zueinander senkrecht stünden, dann kann trotzdem die Position des Schreibstiftes 16 in bezug auf jede der Hauptkanten erreicht werden. Wenn die piezoelektrischen Umsetzer 13 A und 13 B das Medium 10 mit mechanischen Störwellen überziehen, die sich nicht senkrecht zueinander ausbreiten, ausgenommen natürlich ein Winkel von 180°, bleibt trotzdem die Tatsache bestehen, daß sich die so erzeugten Störwellen immer senkrecht zu den Kanten ausbreiten. Die Position des Schreibstiftes 16 wird also auch hier jeweils durch die Senkrechte zu den Hauptkanten bestimmt. Wenn hierbei auch nicht die konventionelle X-F-Koordinatenform vorliegt, so reichen die ermittelten Daten dennoch aus, um die Position des Schreibstiftes 16 gegenüber den Hauptkanten der Glasplatte eindeutig zu definieren. Wenn also z. B. für einen bestimmten Anwendungszweck die Glasplatte eine andere als eine rechteckige Form haben muß, können geeignete Übertragungseinrichtungen verwendet werden, die einen Satz der von der Anordnung gelieferten digitalen Daten (d. h. sowohl AtI als auch AtI) so transformieren, daß der umgewandelte Digitalwert AtI als auch At2 und der andere Digitalwert At2 oder AtI zueinander senkrechte X-Y-Koordinateninformationen definieren.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erfassung von graphischen Informationen durch Digitalwerte, bei welcher ein Schreibstift der Kontur der Information nachgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem flächenhaften isotropischen Medium mit zwei sich in ihrer Verlängerung schneidenden Bezugskanten Elastizitätswellen angeregt werden, die sich senkrecht zu diesen Bezugskanten ausbreiten und deren jeweilige Laufzeit für einen beliebigen Punkt der Oberfläche des isotropischen Mediums über einen auf dieser Oberfläche verschiebbaren und mit ihr in Kontakt stehenden, als Schreibstift ausgebildeten Umsetzer, der mechanische Schwingungen in elektrische umsetzt, dadurch erfaßt wird, daß beim Einsatz der Elastizitätsschwingungen an den Bezugskanten gleichzeitig entstehende elektrische Signale einen Zähler einschalten, der bei Empfang eines elektrischen Signals durch den Schreibstift abgeschaltet wird, so daß die Koordinatenwerte des Punktes der Oberfläche, an dem sich der Schreibstift befindet, durch den jeweiligen Zählerstand bestimmt und in entsprechenden Digitalwerten ausgedrückt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Bezugskante des isotropischen Mediums längs ihrer Erstreckung jeweils eine Gruppe von piezoelektrichen Umsetzern zugeordnet ist, denen abwechselnd elektrische Impulse zugeführt werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das durch Gruppen von piezoelektrischen Umsetzern angeregte isotropische Medium aus einer rechteckigen oder quadratischen Platte starken Brechungsindexes und geringen Streufaktors, insbesondere aus Kronglas besteht.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Umsetzer jeweils über Winkeladaptoren aus glasartigem Kunststoff mit dem isotropischen Medium gekoppelt sind, deren Winkel so gewählt ist, daß Oberflächenwellen auf dem isotropischen Medium entstehen.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Umsetzer aus Bariumtitanatkristallen bestehen.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erregung der piezoelektrischen Umsetzer als Impulsquelle ein Taktgeber vorgesehen ist, dessen Ausgang mit dem Steuereingang einer bistabilen Kippschaltung mit zwei Ausgängen verbunden ist, deren Potentiale bei Zuführung von Impulsen am Steuereingang jeweils wechseln und die je mit einem ersten Eingang je einer UND-Schaltung verbunden sind, deren jeweiligem zweiten Eingang Taktgeberimpulse zugeführt werden, so daß die mit je einer Gruppe von piezoelektrischen Umsetzern verbundenen Ausgänge der UND-Schaltungen abwechselnd Impulse abgeben.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreibstiftumsetzer aus einem Lithiumsulfatkristall besteht, an den zur Übertragung der mechanischen Schwingungen eine Metallspitze angeklebt ist.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreibstiftumsetzer mit einem Verstärker verbunden ist, der oberhalb eines bestimmten Eingangsamplitudenwertes leitend wird und dessen Ausgangsleitung mit der Anhaltezuleitung des Zählers verbunden ist, dessen Einschaltleitung mit dem Ausgang des Taktgebers verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsleitung des Verstärkers mit dem Steuereingang eines monostabilen Multivibrators verbunden ist, dessen Ausgang mit einem ersten Eingang einer Lesetorschaltung verbunden ist, deren zweite Eingänge mit den Ausgängen der Zählerstufen verbunden sind.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des monostabilen Multivibrators außerdem über eine Verzögerungseinrichtung mit dem Rückstelleingang des Zählers verbunden ist.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das isotropische Medium durchsichtig ist und auf einer Anzeigevorrichtung eines Rechners oder Speichers liegt und daß die Darstellung in dieser Anzeigevorrichtung durch den Schreibstift abgetastet wird und die der Abtastung entsprechenden Werte einem Digitalspeicher eingegeben werden.

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12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kontrolle einer abgetasteten Darstellung die bei der Abtastung ermittelten Digitalwerte einem Digitalspeicher eingegeben werden, der mit einer An-Zeigevorrichtung verbunden ist, und daß ein durchsichtiges isotropisches Medium auf dieser Anzeigevorrichtung liegt, so daß das Abtast-

ergebnis jeweils bis zur Position des Schreibstiftes sichtbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2241544; IBM Technical Disclosure Bulletin, VoI. 3., Nr. 4, September 1960, S. 31.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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