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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.
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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.
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Wegen des abgeknickten Strahlenganges des Beleuchtungssystems hat
der bekannt Lichtgriffel einen relativ großen Durchmesser.
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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.
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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.
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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.
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c) Die Größe des Lichtgriffelgesichtsfeldes soll sich innerhalb eines
relativ großen Abstandbereiches und Winkelbereiches des Lichtgriffels nur wenig
ändern.
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d) Der Aufbau der gesamten Lichtgriffeloptik soll so beschaffen sein,
daß beim Zusammenfügen der Einzelteile keinerlei kritische Justierung erforderlich
ist.
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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.
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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.
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Im folgenden werden die Erfindung und ein Ausführungsbeispiel derselben
anhand der Piguren 1 bis 4 beschrieben.
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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.
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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.
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Der Teil 1 ist etwa 65 mm lang, der vordere Durchmesser beträgt etwa
10 mm, der rückwärtige Durchmesser 13 mm.
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Der Teil 3 ist etwa 100 mm lang.
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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.
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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.
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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.
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Eine Abschirmung 15 verhindert eine Abstrahlung des Lichtes in Richtung
der Linse 6. Das Lämpchen 13 ist mit einem Linsenkopf (nicht dargestellt) ausgerüstet.
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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.
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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.
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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.
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Die Linsen 5 und 6 sind im Abstand d (Figur 3) angeordnet.
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Diese beiden Linsen 5 und 6 mit den Brennweiten f1 bzw.
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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.
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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.
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Damit läßt sich gleichzeitig auch der kürzeste Aufbau
der
Optik erzielen und die Lichtverluste durch Absorption an der Innenwand des Lichtgriffels
werden klein gehalten.
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Für die Linse 5 wird eine Brennweite fl=25.mm gewählt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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9 Patentansprüche 4 Figuren