DE2553615C3

DE2553615C3 - Verfahren zur Markierung von Bildelementen auf einem Bildschirm

Info

Publication number: DE2553615C3
Application number: DE19752553615
Authority: DE
Inventors: Thilo Dipl.-Ing. 8031 Eichenau Mangold; Daniel Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Schennberg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-11-28
Filing date: 1975-11-28
Publication date: 1979-03-29
Also published as: DE2553615A1; DE2553615B2

Description

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Bei manchen optischen Visiergeräten, insbesondere bei Bildschirmgeräten an Schirmbildarbeitsplätzen, ζ. Β. bei Radargeräten, Datensichtgeräten oder Rechnern, sind auf der Bildfläche bestimmte Bildelemente oder v> Ziele zu markieren. Dies erfolgt z. B. dadurch, daß ein Leuchtfleck bestimmter Größe auf eine bestimmte Fläche geworfen wird. Es entsteht dann eine Beleuchtung des Zieles selbst, die in vielen Fällen, besonders bei der Aufnahme von Lichtsignalen von einem Bildschirm, Stört. Man möchte daher in diesen Fällen eine Beleuchtung des Zieles selbst vermeiden und bevorzugt es, das Ziel zu umranden. Dies geschieht z. B. dadurch, daß ein Kreis auf eine Fläche abgebildet und das Visiergerät so lange bewegt wird, bis sich das Ziel b5 inmitten des Kreises befindet. Abgesehen davon, daß dieses Verfahren eine umständliche Handhabung bei der Markierung von Zielen oder Bildelementen auf einer Bildfläche verursacht, hat die Projektion eines Leuchtringes mit herkömmlichen Methoden den Nachteil, daß die Abbildung des Ringes nur in einem geringen Abstandsbereich der projizierenden Mittel von der Bildfläche scharf bleibt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Markierung von Bildelementen auf einem Bildschirm anzugeben, das es ermöglicht mit einfachen Mitteln ein in einem relativ großen Abstandsbereich der projizierenden Mittel von der Bildfläche scharfes, ringförmiges Bild zu erzeugen, ohne daß das ganze Ringinnere wie in herkömmlicher Weise beleuchtet wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach der Erfindung dadurch gelöst daß eine Linse bzw. ein Linsensystem zwischen einer Lichtquelle geringer Ausdehnung und dem zu markierenden Bildelement so angeordnet und ausgerichtet wird, daß der helle Rand des Zerstreuungskreises im Bereich des Bildes der Lichtquelle das zu markierende Bildelement ringförmig umgibt

Auf diese Weise wird das auf der Bildfläche zu markierende Ziel mit einem scharfen Leuchtring umrandet dessen Inneres nicht beleuchtet ist und der in einem von der kaustischen Räche des optischen Linsensystems abhängigen Bereich scharf bleibt Die Erfindung macht sich somit in vorteilhafter Weise die sonst so oft unerwünschten Eigenschaften der in einem rotationssymmetrischen optischen System vorhandenen Kaustik zunutze. Diese einem optischen System eigene Kaustik beruht darauf, daß bei einer optischen Abbildung, bei der die von einer Lichtquelle kleiner Abmessungen emittierten Strahlen durch eine Linse oder ein Linsensystem gebündelt werden, nur bei der idealen optischen Abbildung alle von der Lichtquelle als leuchtendem Objektpunkt ausgehenden Strahlen nach dem Durchsetzen des abbildenden Systems wieder genau durch einen Punkt gehen, bei der realen optischen Abbildung dies aber infolge der Bildfehler nicht der Fall ist Bei unkorrigierten Sys!emen größerer Öffnung konvergieren die Strahlen nach dem Durchsetzen des abbildenden Systems nicht auf einen Punkt sondern diejenigen Strahlen, die in größerer Höhe einfallen, werden stärker gebrochen als diejenigen Strahlen, welche in geringerer Höhe einfallen oder durch die Linsenmitte gehen. Mit wachsender Einfallshöhe rückt dabei der Bildpunkt näher an die Linse, die Bildstrahlen vereinigen sich also nicht in einem Punkt. Infolge dieser als Öffnungsfehler der Linse bezeichneten Erscheinung bildet die Gesamtheit der Schnittpunkte benachbarter Strahlen, die von ein- und demselben Objektpunkt ausgehen, die zu diesem Objektpunkt gehörende kaustische Fläche, wobei man die Hüllkurve, die durch die Bildstrahlen der verschiedenen Einfallshöhen gebildet wird. Kaustik nennt. Die Begriffe »Punkt« und »Fläche« entsprechen dem Idealfall einer punktförmigen Quelle. In der Praxis entstehen mit einer Quelle endlicher Abmessungen jedoch Volumina, d. h., die kaustische Fläche besitzt eine bestimmte Dicke. Diese Dicke entspricht den Abmessungen der Quelle.

Es wird vorausgesetzt, daß eine mit kleinen Abmessungen auf der Achse eines rotationssymmetrischen Systems liegende Quelle benutzt wird. Ein Schnitt durch die kaustische Fläche erzeugt dann Linien bestimmter Dicke. Auf einer senkrecht zur Symmetrieachse sich befindenden Ebene oder Bildfläche erscheint dann ein beleuchteter Ring und ein kleiner runder Fleck im Mittelpunkt des Ringes. Wenn auch unerwünscht, so

stört dieser Fleck wegen seiner geringen Lichtintensität wenig. Diese Situation herrscht, solange man sich nicht zu nahe am Punkt der mit dem Gauöschen Bildpunkt zusammenfallenden Spitze der kaustischen Fläche befindet. An diesem Punkt bleibt nur ein kleiner Fleck, d. h. das Bild der Quelle und kein Ring mehr. Bei der Erzeugung des Ringes muß man sich dann im Bereich zwischen diesem Punkt und dem abbildenden System befinden, wobei die Giöße des Ringes von der Entfernung viii diesem Punkt abhängt. ι ο

Bei der praktischen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Erzeugung des beleuchteten Ringes auf einfache Weise erfolgen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Lichtquelle aus einem lichtemittierenden fotoelektrischen Bauelement, insbesondere einer Lumineszenzdiode, besteht Benutzt man als Quelle eine Lumineszenzdiode, so ergeben sich gegenüber anderen Lichtquellen folgende Vorteile: Längere Lebensdauer, größere Leuchtdichte (annähernd punktförmige Lichtquellen) und fast monochromatische Eigenschaften: Damit ist z. B. in einem typischen Fall ein roter Ring auf einem grünen Bildschirm sehr leicht erkennbar.

Bezüglich der Lichtquelle kann der Durchmesser der Leuchtfläche kleiner als t mm gemacht werden. Die Dicke des Ringes kann mit ganz einfacher Optik von derselben Größenordnung oder kleiner sein als der Durchmesser der Leuchtfläche der Lumineszenzdiode.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für Anwendungen, bei denen ein Signal über to optische Kopplung vom Bildschirm einer Katodenröhre über eine Fotodiode aufgenommen werden soll und zu diesem Zweck zu markieren ist.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine vorteilhafte Vorrichtung derart aufgebaut. r> daß die Lichtquelle in einem an seiner Spitze mit dem optischen Linsensystem versehenen Lichtstift hinter dem Linsensystem angeordnet ist. Derartige Lichtstifte dienen, z. B. bei der Verwendung an einem Schirmbildarbeitsplatz, als Eingabemittel bei dem Dialogverkehr zwischen Mensch und Schirmbildarbeitsplatz. Der Lichtstift hat hierbei die Aufgabe, einen Lichtimpuls in ein elektrisches, bestimmte Vorgänge auslösendes Signal umzuwandeln, und kann in diesem Anwendungsbereich als Eingabemittel, z. B. zum Markieren bestimm- <r> ter Bildelemente am Bildschirm, verwendet werden und somit eine Bearbeitung des Bildprogrammes auslösen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den Merkmalen der übrigen Unteransprüche zu w entnehmen.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Zeichnungen sowohl im Prinzip (Fig. 1 und 2) als auch in einem Anwendungsfall (F i g. 3 bis 6) näher erläutert. r>

Die F i g. I und 2 zeigen die Abbildung der von einem leuchtenden Objektpunkt, der Quelle S, ausgehenden Strahlen duKh eine Sammellinse L in perspektivischer Darstellung und in Seitenansicht. Bei der Abbildung des auf der optischen Achse liegenden Objektpunktes, also so der Quelle S. durch die Linse L werden diejenigen Strahlen, die in größerer Höhe einfallen, stärker gebrochen als diejenigen Strahlen, welche in geringerer Höhe einfallen. Mit wachsender Einfallshöhe rückt der Bildpunkt P näher an die Linse L die Bildstrahlen vereinigen sich also nicht in einem Punkt. Die Gesamtheit der Schnittpunkte benachbarter Strahlen, die von ein- und de'(,selben Objektpunkt ausgehen, bilden die zu diesem Objektpunkt gehörende kaustische Fläche, die in den Fig. 1 und 2 durch die dick eingezeichnete Hüllkurve H kenntlich gemacht ist. Dabei ist die kaustische Fläche nur für die Objektpunkte auf der Achse des optischen Systems eine Rotationsfläche. Bei einem Schnitt durch die kaustische Fläche erscheint dann auf einer senkrecht zur Symmetrieachse stehenden Ebene fein beleuchteter Ring Λ bestimmter Dicke, wobei die Größe des Rings R von der Entfernung der Ebene E von der Spitze der kaustischen Fläche im Punkt /»abhängt

Die F i g. 3 und 4 zeigen eine Meßanordnung bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem Lichtstift Als Bezugsquelle wird eine Lumineszenzdiode 1 ohne Kunststofflinse benutzt Damit steht eine Lichtquelle von kleinen Abmessungen zur Verfugung. Für eine solche Diode ist die Lichtintensität durch den Impulsstrom bestimmt Als Bezugsquelle wird bei allen Messungen immer dieselbe Diode benutzt Die Lichtquelle 1 und der Lichtstift 2 befinden sich im Abstand D auf einer optischen P'-nk. Durch Einstellmöglichkeiten in den drei Achser kann sowohl eine Zentrierung als auch eine Gesichtsfeldmessung durchgeführt werden. Das Ausgangssignal und die Signalform werden mit einem Oszillographen gemessen. Der Leuchtring R wird mit Hilfe eines dünnen lichtdurchlässigen Blattes 3 sichtbar gemacht das sich direkt vor der Bezugsquelle 1 befindet Damit ist der Mittelpunkt des Systems definiert der zum Einstellen der Position dei Ringes R gebracht wird. Hierbei ist der Mittelpunkt in F i g. 4 der Mittelpunkt des Gesichtsfeldes des Empfängers und als Leuchtfläche der Lumineszenzdiode durch das Blatt sichtbar.

Der Lichtstift hat z. B. den anhand der schematischen Darstellungen der Fig. 5 und 6 erläuterten Aufbau. An der Spitze des Lichtstiftes befindet sich das optische Linsensystem, das z. B. aus zwei Sammellinsen 5, 6 (F i g. 5) bzw. 7,8(Fi g. 6) besteht, wobei vor diesen beiden Sammellinsen — wie in F i g. 6 — noch eine Zerstreuungslinse 9 als Zusatzlinse angeordnet werden kann. Die aus einem lichtemittierenden fotoelektrischen Piuelement, nämlich einer Lumineszenzdiode 10. bestehende Lichtquelle ist hinter dem Linsensystem und hier außerhalb der optischen Achse des l.insensystems angeordnet, wobei vor der Lumineszenzdiode 10 in der optischen Achse des Linsensystems cn Strahiteilerelement 11 bzw. 12 vorgesehen ist. Dieses Strahlteilerelement besteht nach F i g. 5 aus einem Strahlteilerwürfel 11 von z.B. 10 oder Il mm Kantenlänge oder nach Fig.6 aus einem Strahlteilerspiegel 12. Hinter dem Strahlteilerelement 11,12 ist in der optischen Achse des Linsensystems ein weiteres lichtempfindliches Bauelement, nämlich eine Fotodiode 13, angeordnet. Die Verwendung eines Strahlteilerwürfels 11 ergibt eine mechanisch einfachere Lösung, die jedoch teurer ist als die Lösung mit einem Strahlteilerspieg*;t 12. Fur den Spiegel ist dagegen eine kompliziertere Halterung als für den Würfel erforderlich. Außerdem kann ohne Blende vor der Lumineszenzdiode neben dem gewünschten Rinj ein weiteres Bild erscheinen. Dieses Bild entsteht durch direkte Beleuchtung der Linsen unter Umgehung des Spiegels. Dies läßt sich jedoch mit einer Blende 14 vor der Lumineszenzdiode 10 vermeiden. Wegen der niedrigeren Kosten wird im vorliegenden Fall der Spiegel bevorzugt.

Die Anpassung an den gewünschten Abstand D zwischen der Bezugsquelle (z. B. Radarbildschirm) und dem Lichtstift ist folgendermaßen durchführbar:

Als Richtwerte werden bestimmte Abstände von z. B. 35 mm und 50 mm zwischen der Bezugsquelle und der Vorderseite des Lichtstiftes gewählt. Die Anpassung erfolgt durch Auswechseln der Vorderlinse 5(1. Linse). Bei durchgeführten Messungen wurden z. B. Linsen mit /■=25 mm, f=30mm und auch eine Zusatzlinie mit /"=-150 mm benutzt. Zusätzlich können noch Linsen mit /"=35 mm und /=40 mm benutzt werden. Durch Auswechseln der Linsen kann die gewünschte Strahlbündelung und der optimale Durchmesser des Rings in einem großen Abstandsbcrcich eingestellt werden (z. B. 30 bis 55 mm). Bei diesen Messungen wurden die in den folgenden Tabellen angegebenen Werte für die verschiedenen Ausführungsformen A, B und C des Lichtstiftes ermittelt:

A) Lichtstift mit Strahlteilerwürfel 11 mm. Transmission 35%, Reflexion 35%, 2. Linse / = 29 mm

1. Linse

/"=25 mm
/"=30 mm

Entfernung D= 35 mm
Gesichtsfeld Kreis 0

5 mm
7 mm

4 mm
9 mm

B) Lichtstift mit Strahlteilerwürfel 10 mm, Transmission 45%, Refelexion 45%, 2. Linse Λ=29 mm

I. Linse

Entfernung D= 35 mm Gesichtsfeld Kreis 0

/=25 mm
/= 30 mm

5 mm

6 mm

5 mm 9 mm

C) Lichtstift mit Strahlteilerspiegel, Transmission 50%, Reflexion 20%. 2. Linse /"—29 mm

I. Linse

Entfernung Di =35 mm Vh = 50 mm

Gesichtsfeld

/=30 mm

I=M mm mit
-'" Zusatzlinse
/= - 150 mm

Di

8 mm

9 mm

Di

12 mm

Kreis 0

Di D

6 mm 2 m

11 mm lu mm ι mm

Bei der Ausführung C kann durch Änderung der Lage der Fotodiode 13 zur Linse die Strahlbündelung bei den gewünschten Abständen verbessert werden.

2 Hhitt 7x\\!

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Markierung von Bildelementen auf einem Bildschirm, dadurch gekennzeichnet, daß eine Linse bzw. ein Linsensystem (L) zwischen einer Lichtquelle (S) geringer Ausdehnung und dem zu markierenden Bildelement so angeordnet und ausgerichtet wird, daß d^r helle Rand des Zerstreuungskreises im Bereich des Bildes ι ο der Lichtquelle das zu markierende Bildelement ringförmig umgibt

Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (S) aus einem lichtemittierenden fotoelektrischen Bauelement, insbesondere einer Lumineszenzdiode, besteht

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (10) in einem an seiner Spitze mit dem optischen Linsensystem (S und 6 bzw. 7 bis 9) versehenen Lichtstift hinter dem Linsensystem angeordnet ist

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die Lichtquelle (10) außerhalb der optischen Achse des Linsensystems (5 und 6 bzw. 7 bis 9) angeordnet und vor der Lichtquelle in der optischen Achse des Linsensyttems ein Strahlteilerelement (11,12) vorgesehen ist

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß vor der Lichtquelle (10) zwischen dem Strahlteilerelement (12) und der Lichtquelle eine Blende (14) c !geordnet ist

6. Vorrichtung nach einem ^Her Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Linsensystem aus zwei Sammellinsen (5 :?nd 6 bzw. 7 und 8) besteht

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß vor den Sammellinsen (5 und 6 bzw. 7 und 8) eine Zerstreuungslinse (9) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß in der optischen Achse des Linsensystems (5 und 6 bzw. 7 bis 9) hinter dem Strahlteilerelement (11, 12) ein lichtempfindliches Element (13). insbesondere eine Fotodiode, angeordnet ist.