DE2124070A1 - Lichtgriffel - Google Patents

Lichtgriffel

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DE2124070A1
DE2124070A1 DE19712124070 DE2124070A DE2124070A1 DE 2124070 A1 DE2124070 A1 DE 2124070A1 DE 19712124070 DE19712124070 DE 19712124070 DE 2124070 A DE2124070 A DE 2124070A DE 2124070 A1 DE2124070 A1 DE 2124070A1
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optical
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Waldemar Dipl.-Phys. 8000 München Greubel
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/0354Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of 2D relative movements between the device, or an operating part thereof, and a plane or surface, e.g. 2D mice, trackballs, pens or pucks
    • G06F3/03542Light pens for emitting or receiving light

Description

  • Lichtgriffel Die Erfindung betrifft einen Lichtgriffel mit einem Empfängersystem zur Abbildung des Lichtgriffelgesichtsfeldes auf einen optisch/elektrischen Wandler und mit einem Lichtzeigersystem zur Markierung des Lichtgriffelgesichtsfeldes. Derartige Lichtgriffel werden beispielsweise beim Betrieb von Datensichtgeräten verwendet. Sie ermöglichen dem Benutzer in einfacher Weise das Markieren von Bildteilen und den Aufbau von Grafiken auf dem Bildschirm des Sichtgerätes.
  • Bei einem bekannten Lichtgriffel wird das Lichtgriffelgesichtsfeld unter Verwendung zweier Linsen auf die lichtempfindliche Schicht eines optisch/elektrischen Wandlers, beispielsweise auf die fotoempfindliche Schicht einer Fotodiode abgebildet. Außerhalb des Strahlenganges dieses Empfängersystems ist ein Beleuchtungssystem, bestehend aus einer Glühbirne und einer Linse, angeordnet, dessen Licht senkrecht zur Achse des Empfängersystems abgestrahlt wird. Im Strahlengang des Empfängersystems ist ein teildurchlässiger Spiegel, beispielsweise ein teildurchlässiges Prisma angeordnet, der einerseits das Licht des Lichtgriffelgesichtsfeldes zum Wandler passieren läßt, und andererseits das Licht des Beleuchtungssystems in Richtung der Achse des optischen Systems umlenkt.
  • Wegen des abgeknickten Strahlenganges des Beleuchtungssystems hat der bekannt Lichtgriffel einen relativ großen Durchmesser.
  • Zum Bau des bekannten Lichtgriffels ist daher relativ viel Material erforderlich, außerdem ist er wenig handlich, schwer und verhältnismäßig teuer in der Herstellung. Ein weiterer Nachteil des bekannten Lichtgriffels liegt darin, daß die optische Achse des Beleuchtungssystems senkrecht zur Achse des optischen Systems justiert werden muß, wozu ein beachtlicher Zeitaufwand erforderlich ist. Ein weiterer Nachteil des bekannten Lichtgriffels ist darin zu sehen, daß der teildurchlässige Spiegel einen erheblichen Anteil des vom Lichtgriffelgesichtsfeldes abgestrahlten Lichts absorbiert (etwa 50 so) und daß ein Teil des Lichts des Beleuchtungskörpers bei der Reflektion am teildurchlässigen Spiegel verlorengeht, so daß ein Beleuchtungssystem relativ großer Leistung verwendet werden muß.
  • Die Erfindung bezweckt einen Lichtgriffel anzugeben, bei dem die Nachteile des bekannten Lichtgriffels vermieden werden und bei dem insbesondere folgende Gesichtspunkte berücktsichtigt werden: a) Das Licht der Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung des Leuchtflecks auf dem Bildschirm soll durch das optische System derart gebündelt werden, daß sich'bei hoher Lebensdauer des Beleuchtungssystems (insbesondere des Beleuchtungslämpchens) auf dem Bildschirm des Sichtgerätes eine Lichtmarke von der Größe des gewünschten Lichtgriffelges ichtsfeldes und der gewünschten Helligkeit erzeugen läßt.
  • b) Das optische System zur Abbildung des Lichtgriffelgesichtsfeldes auf dem optisch/elektrischen Wandler soll derart eingerichtet sein, daß vom Lichtgriffelgesichtsfeld eine möglichst große Lichtmenge auf den Wandler trifft.
  • c) Die Größe des Lichtgriffelgesichtsfeldes soll sich innerhalb eines relativ großen Abstandbereiches und Winkelbereiches des Lichtgriffels nur wenig ändern.
  • d) Der Aufbau der gesamten Lichtgriffeloptik soll so beschaffen sein, daß beim Zusammenfügen der Einzelteile keinerlei kritische Justierung erforderlich ist.
  • Bei einem Lichtgriffel der eingangs genannten Gattung ist erfindungsgemäß der Beleuchtungskörper des Lichtzeiger systems zentrisch zur Achse des Empfängersystems angeordnet. Der erfindungsgemäße Lichtgriffel hat den Vorteil, daß vom Lichtgriffelgesichtsfeld eine relativ größe Lichtmenge auf den optisch/elektrischen Wandler auftrifft, weil sich als Beleuchtungskörper des Lichtzeigersystems ein kleines Lämpchen verwenden läßt, welches wesentlich weniger Licht ausblendet als der teildurchlässige Spiegel des bekannten Lichtgriffels. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Lichtgriffels ist darin zu sehen, daß beim Zusammenfügen der Einzelteile keinerlei kritische Justierung erforderlich ist.
  • Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht das optische System aus einer objektseitigen ersten Linse und einer wandlerseitigen zweiten Linse, wobei der Beleuchtungskörper in Form eines Miniaturlämpehens zentrisch in die zweite Linse eingefügt ist.
  • Im folgenden werden die Erfindung und ein Ausführungsbeispiel derselben anhand der Piguren 1 bis 4 beschrieben.
  • In mehreren Figuren dargestellte, gleiche Bauteile und Zeichengrößen sind mit gleichem Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigen: Figur 1 den mechanischen Aufbau des Lichtgriffels Figur 2 die Abbildung des Lichtgriffelgesichtsfeldes auf den optisch/elektrischen Wandler Figur 3 den Beleuchtungsstrahlengang und Figur 4 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Lichtgriffels.
  • Der in Figur 1 dargestellte Lichtgriffel besteht aus einem ersten Teil 1, innerhalb dessen ein Beleuchtungssystem zur Beleuchtung eines Objektes 2 und ein Empfängersystem zur Abbildung des Objektes 2 auf einem optisch/ elektrischen Wandler untergebracht sind. Im zweiten Teil 3 des Lichtgriffels ist ein Verstärker untergebracht, der über das Kabel 4 ein Ausgangssignal abgibt. Dieser Verstärker ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
  • Der Teil 1 ist etwa 65 mm lang, der vordere Durchmesser beträgt etwa 10 mm, der rückwärtige Durchmesser 13 mm.
  • Der Teil 3 ist etwa 100 mm lang.
  • Die Figur 2 zeigt das Empfängersystem zur Abbildung des Lichtgriffelgesichtsfeldes auf einem optisch/elektrischen Wandler. Dieses optische System besteht aus einer ersten, objektseitigen Linse 5, einer zweiten, wandlerseitigen Linse 6, aus einem Fototransistor 7 (als optisch/elektrischer Wandler) und aus einem Verstärker 8. Das abzubildende Objekt 2 befindet sich auf dem Leuchtschirm 9 eines Sichtgerätes, der auf die Glasplatte 11 aufgebracht ist.
  • Das Licht des Objektes 2 wird unter Verwendung der Linsen 5 und 6 und mittels des Fototransistors 7 und des Verstärkers 8 in.ein elektrisches Signal umgewandelt, das über Klemme 12 abgegeben wird. Die Glühlampe 13 des Lichtzeigersystems ist zentrisch zur Achse 14 des Empfängersystems angeordnet.
  • Die Figur 3 zeigt das Beleuchtungssystem. Dabei wird das Licht des Lämpchens 13 in Richtung der Achse 14 und unter Verwendung der Linse 5 auf den Leuchtschirm 9 geworfen.
  • Eine Abschirmung 15 verhindert eine Abstrahlung des Lichtes in Richtung der Linse 6. Das Lämpchen 13 ist mit einem Linsenkopf (nicht dargestellt) ausgerüstet.
  • Mittels der in Figur 3 dargestellten Beleuchtungseinrichtung wird somit auf dem Leuchtschirm 9 ein Leuchtfleck erzeugt, der den Benutzer dieses Lichtgriffels die Stelle auf dem Leuchtschirm 9 anzeigt, auf die der Lichtgriffel gerichtet ist.
  • Die Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Lichtgriffels. Die Glühlampe 13 ist in einer Bohrung der Linse 6 angeordnet. Die Linse 6 und der Fototransistor 7 sind unter Verwendung der Kunststoffhülse 15 gehaltert. Die Stromzuführungsdrähte 16 und 17 sollen den vom Objekt 2 ausgehenden Strahlengang möglichst wenig stören und sind daher seitlich aus dem optisch wirksamen Gebiet herausgeführt und in Schlitze des Kunststoffrohres 15 verlegt.
  • Der Fototransistor 7 ist direkt an den Verstärker 8 angeschlossen. Die Längsachse des dargestellten Lichtgriffels bildet gleichzeitig auch die optische Achse 14 des Empfängersystems. In dem vom Objekt 2 ausgehenden Strahlengang sind hintereinander und zentrisch zur optischen Achse 14 die Linse 5 und die Linse 6 angeordnet. In der zentrischen Bohrung der Linse 6 befindet sich eine Miniaturglühlampe mit eingebauter Linse (Linsenkopf). Die Linsen 5 und 6 und der Pototransistor 7 bilden das Empfängersystem. Das Glühlämpohen 13 mit Linsenkopf und die Linse 5 bilden das die Lichtmarke erzeugende Lichtzeigersystem.
  • Die Linsen 5 und 6 sind im Abstand d (Figur 3) angeordnet.
  • Diese beiden Linsen 5 und 6 mit den Brennweiten f1 bzw.
  • f2 bilden ein annähernd telezentrisches System. Bei einem telezentrischen Linsensystem (d=fl + f2) ist die Bildgröße unabhängig vom Abstand des Objektes 2 vom Linsensystem. Ändert sich also der Abstand des Lichtgriffels vom Leuchtschirm 9, so wird ein vorgegebenes Lichtgriffelgesichtsfeld praktisch immer in konstanter Größe abgebildet.
  • Damit das in der Linse 6 sitzende Glühlämpohen 13 einen möglichst geringen Teil des einfallenden Lichts ausblendet, soll das von dem Objekt 2 kommende Licht möglichst parallel auf die Linse 6 auftreffen. Das wird erreicht, wenn der Abstand a des Objektes von der Ilauptebene der Linse 5 etwa gleich der Brennweite ft der L.inse 5 ist.
  • Damit läßt sich gleichzeitig auch der kürzeste Aufbau der Optik erzielen und die Lichtverluste durch Absorption an der Innenwand des Lichtgriffels werden klein gehalten.
  • Für die Linse 5 wird eine Brennweite fl=25.mm gewählt.
  • Das Verkleinerungsverhältnis der Abbildung für ein telezentrisches System ist f1/f2. Wenn als Lichtgriffelgesichtsfeld ein Kreis von 3 mm Durchmesser gewählt wird und als lichtempfindliche Fläche des Fototransistors 7 eine Fläche von 0,8 x 1,2 mm vorgegeben ist, dann ergibt sich daraus die erforderliche Brennweite für die Linse 6. Um mit Standardlinsen auszukommen, wurde bei diesem Ausführungsbeispiel eine Brennweite f2 = 10 mm gewählt (freier Durchmesser = 6 mm). Damit liegt die Bildebene etwa 10 mm hinter der Hauptebene der Linse 6 und sie ändert sich nur sehr geringfügig, wenn der Abstand des Lichtgriffels vom Bildschirm innerhalb eines ausreichend großen Bereiches variert wird.
  • Das von der Glühlampe 13 mit dem Linsenkopf (Durchmesser des Lämpchens ca. 2 mm, Länge 8 mm) ausgehende Lichtbündel ist leicht divergent. Dadurch liegt die Abbildungsebene des Glühfadens unter Betriebsbedingungen hinter der Ebene des Leuchtschirmes 9, d.h. in der Ebene des Leuchtschirmes 9 ist das Lichtbündel der Glühlampe aufgeweitet, und es entsteht auf der Phosphorschicht ein kreisförmiger Lichtfleck, der die Größe und Lage des Gesichtsfeldes markiert. Die Parallaxenfreiheit ist durch den Aufbau automatisch gewährleistet. Um mit dem vorgegebenen Glühlämpchen einen Lichtfleck von ca. 3 mm Durchmesser zu erzeugen, war es zweckmäßig, den Abstand d der beiden Linsen nicht mit fl + f2 = 35 mm, wie bei einem exakt telezentrischen System, sondern auf 45 mm zu vergrößern.
  • Dies beeinträchtigt jedoch die Eigenschaft des Empfänger systems nur unwesentlich. Der Linsenkopf bündelt das Glühlampenlicìlt so stclrk, daß sich eine völlig ansreichende ITe.lligkeit; der Lichtlllarke bei sehr großer Lebensdauer des Lämpcens (uiiter Betrietsbedingungen ca. 10 000 Stunden) erreichen läßt.
  • Die Bohrung in der Linse 6 zur Aufnahme der Glühlampe 13 läßt sich insbesondere dann relativ leicht realisieren, wenn als Linse 6 eine Kunststofflinse verwendet wird.
  • Es ist aber auch denkbar, wie in Figur 2 dargestellt, die Glühlampe 13 etwas vor der Linse 6 anzuordnen und in diesem Fall mit einer durchsichtigen Scheibe aus Glas oder Plexiglas (nicht dargestellt) zu haltern.
  • 9 Patentansprüche 4 Figuren

Claims (9)

  1. Patentansprüche W Lichtgriffel mit einem Empfängersystem zur Abbildung des Lichtgriffelgesichtsfeldes auf einem optisch/elektrischen Wandler und mit einem Lichtzeigersystem zur Markierung des Lichtgriffelgesichtsfeldes, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Beleuchtungskörper (13) des Lichtzeigersystems (5, 13) zentrisch zur Achse (14) des Empfängersystem (5, 6,7) angeordnet ist.
  2. 2. Lichtgriffel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Empfängersystem aus einer objektseitigen, ersten Linse (5) und einer wandlerseitigen, zweiten Linse (6) besteht und daß der Beleuchtungskörper (15) zentrisch in die zweite Linse (6) eingefügt ist.
  3. 3. Lichtgriffel nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Beleuchtungskörper (13) in eine zentrale Bohrung der zweiten Linse (6) angeordnet ist.
  4. 4. Lichtgriffel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Beleuchtungskörper (13) zentrisch in eine durchsichtige Scheibe - vorzugsweise in eine Plexiglasscheibe oder Glasscheibe - eingefügt ist und daß die.
    Scheibe koaxial im Empfangs system angeordnet ist.
  5. 5. Lichtgriffel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß als Beleuchtungskörper eine Miniatur-Glühlampe mit Linsenkopf (13) vorgesehen ist.
  6. 6. Lichtgriffel nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die objektseitige Linse (5) und die wandlerseitige Linse (6) ein telezentrisches, optisches System bilden.
  7. 7. Lichtgriffel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Längsachse des Lichtgriffels, die optische Achse des Empfängersystems und die optische Achse der Beleuchtungseinrichtung in einer einzigen Achse (14) zusammenfallen.
  8. 8. Lichtgriffel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die wandlerseitige Linse (6) in einer Hülse (15) befestigt ist und daß die Stromzuführungsdrähte (16, 17) der Beleuchtungseinrichtung (13) in Rillen gelagert sind, die parallel zur optischen Achse (14) verlaufen.
  9. 9. Lichtgriffel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die wandlerseitige Linse (6), der Belouchtungskörper (1.3) und die Hülse (1.5) eine auswechselbare Baueinheit bilden.
    L e e r s e i t e
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DE2124070B2 DE2124070B2 (de) 1975-03-20
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US4977315A (en) * 1989-10-06 1990-12-11 Summagraphics Corporation Liquid crystal position determining system and wand device

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DE3138699A1 (de) * 1981-09-29 1983-04-07 Siemens Ag Einrichtung zur erfassung von bildvorlagen und verfahren zum betrieb dieser einrichtung.
DE3138757A1 (de) * 1981-09-29 1983-05-05 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Verfahren zur erfassung von textausschnitten aus einer vorlage und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

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E77 Valid patent as to the heymanns-index 1977
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