DE1195985B - Vorrichtung zur Erfassung von graphischen Informationen durch Digitalwerte - Google Patents
Vorrichtung zur Erfassung von graphischen Informationen durch DigitalwerteInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
int. U.:
(jrUOJC
Deutsche Kl.: 43 a-41/03
Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
1195 985
J24960IXc/43a
18. Dezember 1963
1. Juli 1965
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
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)
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.
509 598/204
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.
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)
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.
509 598/204
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
509 598/204 6.65 © Bundesdruckerei Berlin
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