DE2124070C3 - Lichtgriffel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Lichtgriffel mit einem Empfängersystem, bestehend aus einer objektseitigen ersten Linse und einer wandlerseitigen zweiten Linse zur Abbildung des Lichtgriffelgesichtsfeldes auf einem optisch/elektrischen Wandler. Dieser Lichtgriffel besitzt außerdem ein 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 eine·, 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 Sirahlenganges des Beleuchtungssystem hat der bekannte Lichtgriffel einen relativ großen Durchmesser. Zum Bau des bekannten Lichtgriffels ist d?her relativ viel Material erforderlich, außerdem ist er wenig handlich, schwer und verhältnismäßig teuer in der Herstellung. Ein weiterer NacbieiJ 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 Lichtgriffelgesichtsfeld abgestrahlten Licht.- absorbiert (etwa 50%) und daß ein Teil des Lichts des Beleuchtungskörpers bei der Reflexion am teildurchlässigen Spiegel verlorengeht, so daß ein Beleuchtungssystem relativ großer Leistung verwendet werden muß.

Aus der Zeitschrift »IBM Technical Disclosure Bulletin« Vol. 13, No. 2, Juli 1970, S. 502, 503 ist ein weiterer Lichtgriffel bekannt, dessen Empfängersystem aus zwei Linsen und aus einer lichtempfindlichen Diode besteht und dessen Lichtzeigersystem ebenfalls aus den beiden Linsen und aus zwei lichtemittierenden Dioden gebildet wird. Dabei ist die lichtempfindliche Diode im Zentrum eines zentrisch zur Achse des Empfängersystems gelagerten Sockels angeordnet, und die beiden lichtemittierenden Dioden sind symmetrisch neben der lichtempfindlichen Diode angeordnet, so daß das Licht der beiden lichtemittierenden Dioden durch die beiden Linsen hindurch zum Lichtgriffelgesichtsfeld abgestrahlt wird. Dieser weitere bekannte Lichtgriffel zeichnet sich dadurch aus, daß beim Zusammenfügen der Einzelteile keinerlei kritische Justierung erforderlich ist, weil der Sockel, auf dem die lichtempfindliche Diode und die beiden lichtemittierenden Dioden angeordnet sind, in einfacher Weise zentrisch zur Achse des Empfängersystems anzuordnen ist. Da die beiden lichtemittierenden Dioden außerhalb der Achse des Empfängersystems und in der gleichen Objektentfernung wie die lichtempfindliche Diode angeordnet sind, ist anzunehmen, daß kein kreisrunder Lichtfleck zur Markierung des Lichtgriffelgesichtsfeldes erzeugt wird.

Die Erfindung bezweckt einen Lichtgriffel anzugeben, mit dem das Licht zur Erzeugung des Leuchtflecks auf dem Bildschirm derart gebündelt wird, daß sich bei hoher Lebensdauer des Beleuchtungssystems (insbesondere des Beleuchtungslämpchens) auf dem Bildschirm des Sichtgerätes eine kreisförmige Lichtmarke ergibt.

Erfindungsgemäß ist der Beleuchtungskörper des Lichtzeigersystems zentrisch zur Achse des Empfängersystems und im Bereich zwischen der ersten und der zweiten Linse angeordnet.

Im Vergleich zum bekannten Lichtgriffel mit dem teildurchlässigen Spiegel hat der erfindungsgemäße

Lichtgriffel den Vorteil, daß vom Lichtgriffeigesichtsfcld eine relativ große 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 teildurchlässigi: Spiegel des bekannten Lichtgriffels. Im Vergleich zum weiteren bekannten Lichtgriffel mit den beiden üchtemittierenden Dioden hat der erfindungsgemäße Lichtgriffel den Vorteil, daß einerseits der gewünschte kreisförmige Lichtfleck erzeugt wird und daß andererseits eine rationellere Lichtausbeute ermöglicht wird, weil das Licht des zentrisch angeordneten Beleuchtungskörpers nur durch eine Linje hindurch auf den Bildschirm des Sichtgerätes abgeitrahit wird, wogegen das Licht der beiden emittierenden Dioden durch beide Linsen zum Bildschirm des Sichtgerätes abgestrahlt wird.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Beleuchtungskörper zentrisch in die zweite Linse eingefügt, derart, daß dessen Licht nur durch die erste Linse auf den Bildschirm des Sichtgerätes abgestrahlt wird.

Im folgenden werden die Erfindung und ein Ausführungsbeispiel derselben an Hand der F i g. 1 bis 4 beschrieben. In mehreren Figuren dargestellte, gleiche 2* Bauteile und Zeichengrößen sind mit gleichem Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigt

F i g. 1 den mechanischen Aufbau des Lichtgriffels, Fig.2 die Abbildung des Lichtgriffelgesichtsfeldes auf den optisch/elektrischen Wandler, F i g- 3 den Beleuchtungsstrahlengang und Fig.4 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Lichtgriffels.

Der in F i g. 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 F i g. 2 zeigt das Etnpfängersystem zur Abbil dung des Lichtgriffelgesichtsfeldes auf einem optisch/ elektrischen Wandler. Dieses optische System bestel 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 unu 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. <"^J

Die F i g. 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. fts Das Lämpchen 13 ist mit einem Linsenkopf (nicht dargestellt) ausgerüstet. Mittels der in F i g. 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 F i g. 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 18 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 18 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 Fototransistor 7 bilden das Empfängersystem. Das Glühlämpchen 13 mit Linsenkopf und die Linse 5 bilden das die Lichtmarke erzeugende Lichtzeigersystem. Die Linsen 5 und 6 sind im Abstand J (Fig. 3) angeordnet. Diese beiden Linsen 5 und 6 mit den Brennweiten (I bzw. /2 bilden ein annähernd telezentrisches System. Bei einem telezentrischen Linsensystem (d = f\ + /2) ist die Bildgröße unabhängig vom Absiand 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 Glühlämpchen 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 Hauptebene der Linse 5 etwa gleich der Brennweite f\ der Linse 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 Λ = 25 mm gewählt. Das Verkleinerungsverhältnis der Abbildung für ein telezentrisches System ist (Mtl. Wenn als Lichtgriffelgesichtsfeld ein Kreis von 3 mm Durchmesser gewählt wird und als lichtempfindliche Fläche des Fototransistors 7 eine Fläche von 0,8 χ 1,2 mm vorgegeben ist, dann ergibt sich daraus die erforderliche Brennweite für die Linse 6. LJn mit Standardlinsen auszukommen, wurde bei diesem Ausführungsbeispiel eine Brennweite ti = 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 variiert wird.

Das von der Glühlampe 13 mit dem Linsenkopf (Durchmesser des Lämpchens etwa 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 etwa 3 mm Durch-

messer zu erzeugen, war es zweckmäßig, den Abstand c/der beiden Linsen nicht mit Λ + (I = 35 mm, wie bei einem exakt telezentrischen System, sondern auf 45 mm zu vergrößern. Dies beeinträchtigt jedoch die Eigenschaft des Empfängersystems nur unwesentlich. Der Linsenkopf bündelt das Glühlampenlicht so stark, daß sich eine völlig ausreichende Helligkeit der Lichtmarke bei sehr großer Lebensdauer des Lämpchens (unter Betriebsbedingungen etwa 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 Kunststofföse verwen det wird. Es ist aber auch denkbar, wie in F i g. 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Lichtgriffel mit einem Empfängersystem, bestehend aus einer objektseitigen ersten Linse und einer wandlerseitigen zweiten Linse zur Abbildung des Lichtgriffelgesichtsfeldes auf einem optisch/elektrischen Wandler und mit einem Lichtzeigersystem zur Markierung des Lichtgriffelgesichtsfeldes, d a durch gekennzeichnet, daß der Beleuchtungskörper (13) des Lichtzeigersystems (5, 13) zentrisch zur Achse (14) des Empfängersystems (5, 6, 7) und im Bereich zwischen der ersten (5) und der zweiten Linse (6) angeordnet ist (F i g. 3,4).

2. Lichtgriffel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beleuchtungskörper (13) zentrisch in die zweite Linse (6) eingefügt ist.

3. Lichtgriffel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Beleuchtungskörper (13) in eine zentrale Bohrung der zweiten Linse (6) angeordnet ist.

4. Lichtgriffel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beleuchtungskörper (13) zentrisch in eine durchsichtige Scheibe — vorzugsweise in eine Plexiglasscheibe oder Glasscheibe — eingefügt ist und daß die Scheibe koaxial im Empfangssystem angeordnet ist.

5. Lichtgriffel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Beleuchtungskörper eine Miniatur-Glühlampe mit Linsenkopf (13) vorgesehen ist.

6. Lichtgriffel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die objektseitige Linse (5) und die wandlerseitige Linse (6) ein telezentrisches, optisches System bilden.

7. Lichtgriffel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse des Lichtgriffels, die optische Achse des Empfängersystems und die optische Achse der Beleuchtungseinrichtung in einer einzigen Achse (14) zusammenfallen.

8. Lichtgriffel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wandlerseitige Linse (6) in einer Hülse (18) befestigt ist und daß die Stromzuführungsdrähte (16, 17) der Beleuchtungseinrichtung (13) in Rillen gelagert sind, die parallel zur optischen Achse (14) verlaufen.

9. Lichtgriffel nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die wandlerseitige Linse (6), der Beleuchtungskörper (13) und die Hülse (18) eine auswechselbare Baueinheit bilden.

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