DE3103959C2 - Anordnung zur Abtastung einer Oberfläche, insbesondere zur Verwendung in einer elektronischen Mikrokamera - Google Patents

Abstract

Im Inneren eines zylinderartigen Außenteils sind zwei fluchtend montierte, senkrecht aufeinanderstehende Federstreifen untergebracht. Die Federstreifen sind metallisch leitend. Das Außenteil trägt metallisch leitende, gegenseitig und gegen das Innenteil isolierte Elektroden. Zwischen diesen Elektroden und dem Innenteil liegen elektrische Wechselspannungen, die durch elektrostatische Kräfte das Innenteil so ablenken, daß dessen Vorderende eine annähernd rechteckige Oberfläche abtastet. Die Anordnung findet insbesondere in einer elektronischen Mikrokamera Verwendung. Dazu wird auf dem Innenteil eine Glasfaser (8) aufgebracht, deren Vorderende das Bildfeld einer Linse abtastet. Durch die Verwendung der Anordnung können die Abmessungen der Mikrokamera besonders klein gehalten werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In elektronischen Kamerasystemen, z. B. für das Fernsehen, wird zunächst eine optische Abbildung der darzustellenden Gegenstände auf die Bildebene durchgeführt. In dieser Bildebene ist im allgemeinen ein opto-elektrischer Wandler angeordnet, der die Lichtverteilung z. B. in eine zweidimensional, ähnliche elektrische Ladungsveridlung umwandelt. Mit einem elektronischen Abtastsystem wird nun in einem zeijenweisen Abtastvorgang das elektrische Analogon des optischen Bildes Punkt für Punkt abgefragt und in ein elektrisches Spannungssignal umgewandelt Allen diesen Verfahren ist gemeinsam, daß in der Bildebene des Objektives ein optoelektrischer Wandler liegt, der bei einer hohen geforderten Auflösung bei den heutigen Technologien Abmessungen von mindestens 10 mm· 10 mm aufweisen muß. Der Abtastvorgang

ίο wird im allgemeinen mit einem Elektronenstrahl durchgeführt und erfordert Maßnahmen, die die Abmessungen einer solchen Kamera quer zur optischen Achse noch deutlich über 10 mm · 10 mm ansteigen lassen. Bei der optischen Erfassung sehr kleiner

is Gegenstände an schwer zugänglichen Stellen, z.B. in der Medizin zur Beobachtung im Magen, Darm oder in der Blase, verbietet sich daher die Anwendung von Standardmethoden für elektronische Kameras wegen der notwendigen Abmessungen solcher Systeme.

Um die Abmessungen einer elektronischen Kamera quer zur optischen Achse deutlich .ii reduzieren und damit in vielen Fällen, z. B. in der E-'doskopie, die Anwendung einer solchen Kamera überhaupt erst zu ermöglichen, muß die optisch-elektrische Wandlung aus der Kamera herausgenommen werden. Aus der DE-OS 24 13 0Ή ist eine Anordnung bekannt, mit der dies ermöglicht wird. Mit Hilfe einer mechanischen Einrichtung wird dort das vordere Ende eines Lichtführungssystems (z. B. eine Lichtleitfaser) im interessierenden Ausschnitt der Bildebene in eine zweidimensionale Abtastbewegung versetzt. Punkt für Punkt wird dabei das von einem Objektiv entworfene Bild abgetastet und das den einzelnen Bildpunkten entsprechende Licht mit dem Lichtführungssystem aus der Kamera herausgeführt. In fast beliebigem Abstand von der Kamera kann anschließend das mit dem Lichtführungssystem aus der Bildebene des Objektivs entnommene Licht in ein elektrisches Signal umgesetzt und anschließend z. B. mit elektronischen Mitteln in ein Fernsehbild umgewandelt werden.

Die in der DE-OS 24 13 071 beschriebene Anordnung zur Abtastung der Bildebene eines Objektives verwendet ein bewegliches Teil, das aus zwei fluchtend montierten Federstreifen aus magnetisierbarem Material aufgebaut ist, wobei die beiden Federstreifen in zwei senkrecht aufeinander stehenden Ebenen liegen. Damit können beide Federstreifen in zwei aufeinander senkrecht stehenden Richtungen schwingen. Die Summenschwingung, die das bewegliche Teil als Überlagerung der beiden Federstreifenschwingungen ausführt, ermöglicht die Abtastung einer nahezu rechteckigen Oberfläche.

Weiterhin wird in der DE-OS 24 13 071 ein Teil zum Erzeigen von Magnetfeldern verwendet. Dieses enthält

u. a. einen Permanentmagneten und eine Magnetspule. Der Permanentmagnet erzeugt ein Daue.vpagnetfeld, dessen Nord-Süd-Richtung eine Diagonale zu den Schwingungsebenen der beiden Federstreifen bildet. Die Magnetspule erzeugt ein magnetisches Wechselfeld, das die gewünschten Schwingungsfrequenzen der beiden Federstreifen enthält. Unter dem Einfluß beider Magnetfelder schwingen die Federstreifen ?uf den gewünschten Frequenzen, vorzugsweise den mechanischen Resonanzfrequenzen der beiden Federstreifen.

Mit dieser Anordnung ist es möglich, eine Mikrokamera mit einem Aubendurclimesser von etwa 4 — 5 mm zu realisieren.
Der geschilderte Stand der Technik hat jedoch einige

entscheidende Nachteile. Um eine hohe Bildwechselfrequenz zu erreichen, müssen die Federstreifen sehr schnell schwingen. Typisch ist der Frequenzbereich von 500 bis 2000 Hz. Um mit kleinen Ablenkkräften auszukommen, müssen die Federstreifen bei ihren > mechanischen Resonanzfrequenzen betrieben werden. Bei der Realisierung einer solchen Anordnung stößt man nun auf die Schwierigkeit, daß zur Erreichung sehr kleiner Ablenkkräfte trotz hoher Schwingungsfrequenzen die Federn sehr dünn gemacht werden müssen, in Damit steigt aber ihr magnetischer Widerstand und der magnetische Sättigungsfluß nimmt ab, was die aufbringbaren magnetischen Kräfte begrenzt. Wegen des hohen magnetischen Widerstandes der Federstreifen muß die elektrische Erregung der Magnetspule (Ampere-Win- r> dungszahl) sehr hoch sein. Bei der Forderung nach kleinstmöglichem Abmessungen müssen aber möglichst dünne Drähte verwendet werden, so daß hohe

Frrpoiint7«trnmp 711 ριπργ starken f-rwärmiinsr Her

Anordnung führen. Dies kann bereits manche Anwen- 2« dung ausschließen, z. B. im Bereiich der Humanmedizin.

Darüber hinaus verschiebl: eine Erwärmung der Anordnung aber auch die mechanischen Resonanzfrequenzen der Federstreifen. Dies führt zu Amplituden- und Phasenfehlern bei der Abtastung. Ji

Einen weiteren Nachteil birgt der in der DE-OS 24 13 071 verwendete Dauermagnet. Für eine Serienfertigung ist es schwierig, kleinste Dauermagnete mit identischer Magnetfeldstärke herzustellen. Außerdem zeigen alle Dauermagnete starke Temperaturabhängig- w keit, was die vorher angesprochenen Fehler bei Erwärmung der Magnetspule noch verstärkt.

Aus der US-Patentschrift 34 70 320 ist weiterhin eine Ablenkeinrichtung für eine flexible Fiberoptik bekannt. Bei dieser Einrichtung liegt eine metallüberzogene und ti einseitig eingespannte Fiber im Zentrum eines veränderbaren Kraftfeldes. Durch Einwirkungen des Kraftfeldes auf den Metallüberzug kann die Fiber einem Abtastschema folgend positioniert werden.

Das Kraftfeld zur Ablenkung der Fiber kann nach US-PS 34 70 320 elektrostatisch sein. In diesem Fall wirkt eine elektrostatische Kraft auf den Metallüberzug der Fiber und lenkt diese aus. Dazu sind um die metallüberzogene Fiber herum Ablenkplatten angeordnet und zwischen diesen Ablenkplatten und dem -ti Metallijherz-.ig der Fiber Sniinnungen angelegt, die Ladungsunterschiede zwischen den Ablenkplatten und dem Metallüberzug der Fiber hervorrufen (Sp. 3, Zeilen 23 bis 44).

Bei dieser Anordnung bewegt sich die Fiber « grundsätzlich in dichtung des resultierenden, also von allen Ablenkplatten gemeinsam ausgehenden Feldes. Im günstigsten Fall, d.h. wenn die Fiber zusammen mit ihrem Metallüberzug exakt rotationssymmetrisch ist und damit ihre Trägheitsellipse zu einem Kreis entartet ist, bewegt sich die Fiber genau in die Richtung des ablenkenden elektrostatischen Feldes. In diesem Fall muß von den Ablenkplatten ein homogenes elektrisches Ablenkfeld erzeugt werden, das exakt der Oberlagerung zweier senkrecht stehender Felder entspricht, um eine definierte Ablenkung des Fiberendes innerhalb einer annähernd rechteckigen Oberfläche zu gewährleisten.

Aus der Technik der elektronischen Oszillographen ist aber bekannt daß solche Ablenkfelder nur mit Einschränkungen erreicht werden können. Zunächst müssen die Ablenkplatten viel größer sein als die Auslenkung der Fiber, damit die Fiber nie den Bereich des homogenen Feldes verläßt Weiterhin müssen die aufeinander senkrecht stehenden Ablenkplattenpaare einen großen gegenseitigen Abstand haben, damit keine Feldverzerrungen auftreten können, die die Ablenkung der Fiber unzulässig verzerren. Diese beiden Forderungen verbieten aber die Anwendung einer solchen Anordnung in einer Mikrokamera. Dazu kommen weitere Schwierigkeiten bei fertigungstoleranz-bedingten Unsymmetrien der Glasfaser und ihres Metallüberzuges. Bei fehlender Symmetrie weicht die Auslenkung der Fiber vom resultierenden Kraftfeld ab und man erhält nicht abschätzbare Ungenauigkeiten bei der Abtastung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Abtastvorgang vom exakten Aufbau eines ablenkenden Kraftfeldes und von höchsten Toleranzanforderungen an ein bewegliches Teil unabhängig zu machen und gleichzeitig die Notwendigkeit magnetisierbarer Werkstoffe beim Aufbau des ablenkbaren Teils sowie die prwpnHijno ν°Π

zu vermeiden.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß die in den Kennzeichen der Patentansprüche angegebenen Maßnahmen vorgeschlagen. Insbesondere wird das Innenteil aus zwei fluchtend montierten Federstreifen gebildet, die in ihrer Ruhelage in zwei senkrecht zueinander stehenden Ebenen liegen und die miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Außerdem werder die Federstreifen nur durch die Komponenten aus dem elektrostatischen Ablenkfeld zu Schwingungen angeregt, die der jeweiligen Schwingungsrichtung und der jeweiligen Resonanzfrequenz der Federstreifen entsprechen.

Durch diese Maßnahme kann das freie, der Abtastung dienende Ende des Innenteils nur in zwei senkrecht aufeinanderstellenden Vorzugsrichtungen schwingen. Wegen der Verteilung der Trägheitsmomente der beiden Federstreifen sind ihre Bewegungsrichtungen vollständig entkoppelt. Damit ist jede Ablenkposition eindeutig durch je einen Ablenkanteil von jedem der beiden Federstreifen bestimmt. Inhomogenitäten des Feldes können sich nicht in »Schrägablenkungen« der einzelnen Federstreifen auswirken. Die Ablenkkräfte in den zwei möglichen, aufeinander senkrecht stehenden Ablenkrichtungen werden darüber hinaus durch die frequenzselektive Resonanzwirkung der beiden Federstreifen, getrennt.

Bei der erfindungsgemäüen Anordnung sind die Federstreifen des beweglichen Teils aus elektrisch leitendem Material aufgebaut. Die magnetischen Eigenschaften der Federstreifen spielen keine Rolle. Bei der Festlegung der Abmessungen der Federstreife.· und ihrer Schwingfrequenzen kann daher auf eine bedeutend größere Materialauswahl zurückgegriffen werden, als bei den Federstreifen aus magnetisierbarem Material nach dem Stand der Technik. In einer erfindungsgemäßen Anordnung können z. B. typische Federmaterialien wie Federbronzen verwendet werden.

Die Ablenkkräfte auf die Federstreifen des beweglichen Teils werden mit Hilfe eines elektrostatischen Feldes erzeugt Dazu wird das bewegliche Teil von einem relativ dazu feststehenden Teil zylinderartig umschlossen, wobei das bewegliche Teil, das als Innenteil bezeichnet wird, an seinem einen Ende mechanisch fest, aber elektrisch isolierend mit dem Außenteil verbunden ist Die Federstreifen des beweglichen Innenteils sind elektrisch leitend miteinander verbunden, so daß sich alle Oberflächen der Federstreifen auf gleichem Potential befinden.

Das Außenteil enthält neben Isolierstoffen, die hauptsächlich der mechanischen Festigkeit und der Abdichtung der Anordnung gegen äußere Einflüsse dienen, auch elektrisch leitende Bestandteile, also insbesondere Metalle. ϊ

Die elektrisch leitenden Bestandteile des Außenteils sind so angeordnet, daß sie im wesentlichen parallel zu den A-hsen der Federstreilfen des Innenteils liegende Streifen darstellen. Sie können aber unregelmäßige Berandungen haben, insbesondere wenn die elektrische to Kontaktierung dies erfordert. Weiterhin können sie gekrümmte Oberflächen aufweisen, also /.. B. als Ausschnitte eines Kreiszylinders ausgebildet sein.

Der aus elektrisch leitendem Material ausgebildete Anteil des Außenteils kann aus einem einzigen π elektrisch leitenden Bestandteil bestehen oder aus mehreren elektrisch leitenden Bestandteilen, die im letzteren Fall gegenseitig isoliert angeordnet sind. Sind mehrere elektrisch leitende Bestandteile vorhanden, die miteinander elektrisch leitend verbunden sind, so sind m diese Bestandteile ihrer Wirkung entsprechend erfindungsgemäß wie ein Bestandteil zu zählen.

Zwischen den Federstreifen des Innenteils und den elektrisch leitenden Bestandteilen des Außenteils sind Spannungen, vorzugsweise Wechselspannungen, angelegt, die elektrostatische Ablenkkräfte auf die Federstreifen ausüben. Unter dem Einfluß dieser Kräfte bewegt sich das vordere E^mde des Innenteils innerhalb einer annähernd rechteckförmigen Oberfläche.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung bestrSen in einer größeren Materialauswahl für die Federstreifen des Innenteils, in der Vermeidung eines Permanentmagneten und in der Vermeidung von Ablenkspulen. Damit können die Schwingfrequenzen des Innenteils bei gleichzeitig kleinstem Kraftaufwand optimiert werden, da die Federstreifen nicht mehr magnetisierbar sein müssen, und deshalb wesentlich mehr Materialien zur Verfügung stehen. Die Erwärmung der Anordnung im Betrieb entfällt, da keine Magnetspulen, wie beim Stand der Technik, vorhanden sind und deshalb keine Ströme fließen. Das Fehlen von Magnetspulen ergibt sch!^;e:[llich noch einen einfacheren Aufbau und kleinere Abmessungen als beim Stand der Technik, so daß Kameraabmessungen von etwa 2 mm 0 möglich sind. Wegen der fehlenden Erwärmung ist die Anwendung der Anordnung auch in Mikrokameras für die Endoskopie in der Humanmedizin möglich. Weiterhin sind bei dieser Anordnung die Einflüsse des Außenteils auf die Resonanzfrequenzen der Federstreifen vernachlässigbar, so daß sich die Phasen- und Amplitudenfdiler bei der Erstellung eines Fernsehbildes gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduzieren. Auch das Entfallen des Permanentmagneten macht die eriindungsgemäße Anordnung wirtschaftlicher als Anordnungen nach dem Stand der Technik.

In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung enthalten die zwischen dem elektrisch leitenden Innenteil und den elektrisch leitenden Bestandteilen des Außenteils angelegten Spannungen Frequenzen, die ungefähr den Resonanzfrequenzen der Federstreifen des beweglichen Innenteils entsprechen. Auf die Federstreifen des Innenteils wirken damit Wechselkräfte, die ebenfalls Frequenzen in der Nähe der Resonanzfrequenzen enthäuten. Dadurch werden die Federstreifen zu Schwingungen mit Frequenzen in der Nähe ihrer Eigenresonamzfrequenzen angeregt Man erreicht auf diese Weise relativ hohe Schwingungsamplituden des Innenteils bei kleinstmöglichen Kraftamplituden, d. h. kleinstmöglichen Amplituden der angelegten Spannungen. Erfindungsgemäß können die angelegten Spannungen beliebige Kurvenverläufe aufweisen. Die angesprochenen Frequenzen sind die Grundfrequenzen dieser Spannungsverläufe. Zum Beispiel können die Spannungen rechteckförmige Spannungen sein, deren Grundfrequenzen die obigen Frequenzbedingungen erfüllen. In diesem Fall treten neben den Resonanzfrequenzen der Federstreifen noch alle harmonischen Frequenzen der Resonanzfrequenzen der Federstreifen, einschließlich der Frequenz 0, in den Spannungen auf. Neben rechteckförmigen Spannungen sind erfindungsgemäß auch alle anderen Spannungsformen, wie z. B. Dreieckspannungen, oder sin-förmige Spannungen denkbar. Die gemachten Aussagen über die Frequenzen betreffen dann immer die Grundfrequenzen der Spannungsverläufe.

Diese Ausführungen über beliebige Kurvenverläufe von Spannungen und damit verbundene Frequenzen bzw. Grundfrequenzen gelten erfindungsgemäß für alle weiteren Beschreibungen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthalten die zwischen dem elektrisch leitenden Innenteil und den elektrisch leitenden Bestandteilen des Außenteils angelegten Spannungen Frequenzen, die ungefähr je einer Subharmonischen der Resonanzfrequenzen der Federstreifen entsprechen. Die von den angelegten Spannungen ausgehende Kraftwirkung auf die Federstreifen des Innenteils ist proportional zum Quadrat der elektrischen Feldstärke. In den elektrostatischen Wechselkräften, die auf das Innenteil wirken, treten daher immer Vielfache der Frequenzen auf, die in den angelegten Spannungen enthalten sind. Wegen des quadratischen Gesetzes treten insbesondere die doppelten Frequenzen auf. In dieser Ausgestaltung der Erfindung werden daher etwa die halben Resonanzfrequenzen in den angelegten Spannungen zur Erzeugung der Resonanzfrequenzen in den elektrostatischen Kräften verwendet.

Legt man zwischen dem elektrisch leitenden Innenteil und den elektrisch leitenden Bestandteilen des Außenteils Spannungen an, die Halbwelien bei den Resonanzfrequenzen der Federstreifen des beweglichen Innenteils entsprechen, so bleibt die Grundfrequenz der elektrostatischen Kräfte trotz des quadratischen Gesetzes gleich der Grundfrequenz der anregenden Spannungen. In einer Ausbildung der Erfindung werden daher als anregende Spannungen Halbwellen von Frequenzen angelegt, die ungefähr den Resonanzfrequenzen der Federstreifen entsprechen. Erfindungsgerr.äD können amh diese Halbwellen beliebigen Kurvenverlauf aufweisen, wie z. B. sin-förmigen Verlauf, rechteckförmigen Verlauf usw. Dies gilt für alle weiteren Ausgestaltungen der Erfindung, bei denen die angelegten Spannungen Halbwellen, oder die verwendeten Modulationen Halbwellen enthalten.

Wegen des quadratischen Gesetzes zwischen angelegter elektrischer Feldstärke und resultierender elektrostatischer Kraft wirken positive und negative Momentanwerte der angelegten elektrischen Spannungen in gleicher Weise auf das Innenteil. Die erwünschte Kraftwirkung kann daher auch mit modulierten Hochfrequenzspannungen erzielt werden, die zwischen das Innenteil und die elektrisch leitenden Bestandteile des Aaßenteils angelegt sind Die Hochfrequenzspannung kann dabei annähernd beliebige Frequenzen haben, muß jedoch über den Resonanzfrequenzen der

Federstreifen liegen. Eine Modulation der Hochfrequenzspannungen wirkt dann ganz ähnlich wie das Anlegen der niederfrequenten Spannung, deren zeitlicher Verlauf dem zeitlichen Verlauf der Modulation entspricht. In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung werden daher modulierte Hochfrequenzspannungen zwischen dem elektrisch leitenden Innenteil und den elektrisch leitenden Bestandteilen des Außenteils angelegt. Dabei enthalten die Modulationen entweder Frequenzen, die ungefähr den Resonanzfrequenzen der ι ο Federstreifen des beweglichen Innenteils entsprechen, oder sie enthalten Frequenzen, die ungefähr je einer Subharmonischen der Resonanzfrequenzen, vorzugsweise die halben Resonanzfrequenzen der Federstreifen, entsprechen oder sie enthalten Halbwellen der Frequenzen, die ungefähr den Resonanzfrequenzen der Federstreifen entsprechen. Die amplitudenmodulierten Hochfrequenzspannungen können dabei mit oder ohne Trägerunterdrückung versehen sein.

Der Vorteil der Verwendung von amplitudenmodulierten Hochfrequenzspannungen liegt darin, daß zur Erzeugung der Ablenkspannungen Resonanzübertrager verwendet werden können, die nicht auf die Resonanzfrequenzen der einzelnen Federstreifen abgestimmt sein müssen, sondern auf die nahezu frei wählbare ^5 Hochfrequenzschwingung.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird nur ein einziges aus elektrisch leitendem Material hergestelltes Bestandteil des Außenteils verwendet. Dieses Bestandteil erstreckt sich über etwa V₄ des Jo Umfanges des zylinderartigen Außenteils und liegt etwa in der Diagonale zwischen den Schwingungscu^ :;en der beiden Federstreifen des Innenteils. Zwischen dem elektrisch leitenden Innenteil und diesem elektrisch leitenden Bestandteil des Außenteils ist eine elektrische ι > Spannung angelegt. Dadurch entstehen elektrostatische Kräfte auf beide Federstreifen, deren Wirkungsrichtungen jeweils etwa 45° gegenüber den Schwingungsebenen der beiden Federstreifen geneigt sind. Da die Federstreifen aber jeweils nur in ihrer vorgegebenen -»o über etwa Schwingungsebene schwingen können, resultiert aus der Ablenkkraft sowohl eine Schwingung in der Schwingungsebene des einen Kederstreifens wie auch in der Schwingungsebene des anderen Federstreifens. Enthält die angelegte Spannung Frequenzkomponenten, die den *5 Resonanzfrequenzen beider Federstreifen entsprechen, oder enthält sie Subharmonische der Resonanzfrequen zen der beiden Federstreifen, oder enthält sie Halbwellen der Resonanzfrequenzen der beiden Feder streifen, so wirken alle resultierenden Kräfte jeweils auf so beide Federstreifen. Jeder Federstreifen schwingt aber nur entsprechend den Frequenzkomponenten in der angelegten Spannung, die mit seiner Eigenresonanzfrequenz korrespondieren. Die Trennung der Frequenzkomponenten findet bei diener Anordnung mit Hilfe der Resonanzfrequenzen der Federstreifen statt obwohl nur eine einzige resultierende Spannung zwischen Innenteil und Außenteil angelegt ist

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthält das Außenteil zwei aus elektrisch leitendem Material hergestellte Bestandteile, die sich je über etwa V₄ des Umfanges des zylinderartigen Außenteils erstrecken und die ungefähr in der Diagonale zwischen den Schwingungsebenen der beiden Federstreifen angeordnet sind. Dabei stehen sich die zwei Bestandteile diagonal gegenüber. Zwischen dem elektrisch leitenden Innenteil und jedem der zwei aus elektrisch tötendem Material hergestellten Bestandteile des Außenteils ist je eine elektrische Spannung angelegt. Diese elektrischen Spannungen et,.halten Frequen/.anteile, die entweder in der Nähe der Resonanzfrequenzen der Federstreifen des Innenteils, oder in der Nähe von subharmonischen Frequenzen der Resonanzfrequenzen der Federstreifen gelegen sind, oder sie enthalten Halbwellen von Frequenzen, die in der Nähe der Resonanzfrequenzen der Federstreifen liegen.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden an die zwei sich diagonal gegenüberliegenden elektrisch leitenden Bestandteile des Außentnils Spannungen angelegt, die Halbwellen der Frequenzen enthalten, die ungefähr den Resonanzfrequenzen der Federstreifen entsprechen, wobei die Halbwellen an beiden Bestandteilen im Gegentakt angelegt sind, oder die Halbwellen an den beiden Bestandteilen 180' Phasenunterschied gegeneinander aufweisen. In einer weiteren Ausgestaltung wird dieser Betrieb mil amplitudenmodulierten Hochfrequenzspannunecn

durchgeführt, wobei die Modulationen Halbwellen der Frequenzen enthalten, die ungefähr den Resonanzfrequenzen der Federstreifen entsprechen und die Halbwellen der Modulationen an den zwei elektrisch leitenden Bestandteilen im Gegentakt oder mit 180" Phasenunterschied angelegt sind. Wie bereits oben erwähnt, können die Halbwellen beliebige Kurvenformen aufweisen.

In einer weiteren Ausgestaltung enthält das Außenteil zwei aus metallisch leitenden Materialien hergestellte Bestandteile, von denen sich jedes über etwa V₄ des Umfanges des zylinderartigen Außenteils erstreckt und von denen sich jedes etwa in der Schwingungsebene je einer der beiden Federstreifen des Innenteils befindet. An diese beiden Bestandteile des Außenteils sind Spannungen angelegt, wie sie in den Kennzeichen der Ansprüche 1 bis 7 beschrieben sind.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthält das AuBenteil vier aus n.etallisch leitendem Material hergestellte Bestandteile, die sich je des Umfanges des zylinderartigen Außenteils erstrecken unii !:<? so angeordnet sind, daß sich jedes metallisch leitende Besiandieil in der Schwingungsebene je eines der beiden Federstreifen des Innenteils befindet, und sich je zwei Bestandteile diagonal gegenüberstehen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthält das Außeriteil zwei aus metallisch leitendem Material hergestellte Bestandteile, die sich je über etwa V₄ des Umfanges des zylinderartigen Außenteils erstrecken und die jeweils etwa in der Schwingungsebene je eines der beiden Federstreifen des Innenteils angeordnet sind. Dabei sind zwischen dem elektrisch leitenden Innenteil und jedem der beiden elektrisch leitenden Bestandteile des Außenteils elektrische Spannungen mit den oben beschriebenen Frequenzanteilen so angelegt daß an jedem der beiden leitenden Bestandteile nur solche Frequenzanteile angelegt sind, die der Resonanzfrequenz des Federstreifens zugeordnet sind, in dessen Schwingungsebenen das betreffende Bestandteil des Außenteils liegt

Eine besonders vorteilhafte Anordnung nach der Erfindung enthält vier aus metallisch leitendem Material hergestellte Bestandteile des Außenteils. Jedes dieser Bestandteile erstreckt sich über ungefähr V« des Umfanges des zylinderartigen Außenteils. Jedes dieser vier Bestandteile befindet sich in der Schwingungsebene je eines der beiden Federstreifen derart, daß sich je zwei Bestandteile, bezogen auf das Innenteil, diagonal

gegenüberstehen. Zwischen jfdem der elektrisch leitenden Bestandteile des Außenteils und dem elektrisch leitenden Innenteil ist eine elektrische Spannung angelegt, die Frequenzen der obigen Beschreibung enthält, wobei aber an jedem elektrisch le'te'iden Bestandteil des Außenteils nur solche Frequenzanteile auftreten, die der Resonanzfrequenz des Federstreifens zugeordnet sind, in dessen Schwingungsebene das betreffende elektrisch leitende Bestandteil des Außenteils liegt.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden an die vier aus metallisch leitendem Material hergestellten Bestandteile des Außenteils elekirischc Spannungen angelegt, die Halbwellen der Resonanzfrequenzen der Federstreifen enthalten. An jedem dieser Bestandteile liegen aber immer nur Halbwellen der Frequenz an, die der Resonanzfrequenz des Federstreifens entspricht, in dessen Schwingungsebene das leitende Bestandteil liegt. Außerdem sind die Halbwellen an je zwei gegenüberliegenden elektrisch leitenden Bestandteile des Außenteils im Gegentakt oder mit 180° Phasenunterschied angelegt.

Die zuletzt beschriebene Anordnung kann in einer weiteren Ausgestaltung auch mit modulierten Hochfrequenzspannungen ausgeführt sein, wobei die Modulationen Halbwel'.en der Frequenzen enthalten, die den Resonanzfrequenzen der Federstreifen entsprechen. An jedem der vier Bestandteile des Außenteils liegen aber immer nur solche Halbwellen-Modulationen an, daß deren Frequenz der Resonanzfrequenz des Federstreifens entspricht, in dessen Schwingungsebene das leitende Bestandteil liegt. Außerdem sind die Halbwellen der Modulationen an je zwei j^enüberliegenden elektrisch leitenden Bestandteilen des Außenteils im Gegentakt oder mit 180" Phasenunterschied angelegt.

Zur Verwendung in einer elektronischen Mikrokamera können alle der oben beschriebenen Anordnungen mit einem Lichtführungssystem, z. B. einer Lichtleit-Glasfaser, so versehen werden, daß das vordere Ende des Lichtführungssystems durch die Bewegung des Inrienteils in einem nahezu rechteckigen Ausschnitt aus der Bildebene eines Objektivs bewegt wird.

Zur Erläuterung zeigen die Fig. 1—5 einige Teilansichten der beschriebenen Anordnung und eine mögliche Spannungsform.

Fig. 1 zeigt die grundsätzliche Anordnung eines aus zwei fluchtend montierten Federstreifen gebildeten Innenteils, das an einem Ende mit einem relativ dazu feststehenden zylinderartigen Außenteils verbunden ist.

Das Objektiv (1) mit der Frontlinse (2) und del Bildebene (3) stellt das Verbindungsglied für eine Erweiterung zu einrr Mikrokamera dar. (4) und (5) sind die zwei Mixhtend moiiiierien Federstreifen, die in zwei um ö" zueinander geneigten Ebenen liegen. Am hinteren Ende (6) ist dieses Innenteil mechanisch fesi mit dem Außenteil (7) verbunden. Bei der Verwendung als Mikrokamera kann die Anordnung mit dem Lichtführungssystem (8) versehen werden, das z. B. durch eine Lichtleit-Glasfaser gebildet ist. Durch die Anordnung nach der Erfindung wird das vordere Ende des Lichtführungssystems in einem annähernd rechteckigen Bereich der Bildebene (3) des Objekts (1) bewegt.

F i g. 2 zeigt schematisch ein elektrisch leitendes 15c-· tndteil (9) des Außenteils (7), wie es im Kennzeich·. .. des Anspruchs 8 beschrieben ist.

F i g. 3 zeigt einen Querschnitt durch die Anordnung in F i g. 2. Das Bestandteil (9) erstreckt sich etwa über V₄ des Umfanges des zylinderartigen Außenleijs und liegt ungefähr in der Diagonale zwischen den Schwinungsebencn der beiden Federstreifen (4) und (5). Die Anbringung auf der Außenhaut des Außenteils ist als Beispiel zu verstehen.

Die Fig. 4 und 5 zeigen Anordnungen von vier elektrisch leitenden Bestandteilen des Außenteils, (10). (11), (12) und (13), wie sie in den Ansprüchen 13 und 15 bis 17 beschrieben sind. Die kreiszylindrische Anordnung der Fig.4 und der quadratische Querschnitt des Außenteils in F i g. 5 haben nur beispielhaften Charakter. Für spezielle Anwendungsfälle sind alle anderen, zylinderartigen Formen des Außenteils und der Eingliederung der elektrisch leitenden Bestandteile in das Außenteil denkbar.

Fig. 6 zeigt ein Beispiel, wie amplitudenmodulierte Hochfrequenzspannungen beschaffen sein können, die allgemein nach den Ansprüchen 5, 6, 11 angelegt sein können, und insbesondere nach Anspruch 11 an jeweils zwei gegenüberliegenden elektrisch leitenden Bestandteilen des Außenteils angelegt werden können. Zum Beispiel könnte Uu aus F i g. 6 an (13) und Un an (12) in den F i g. 4 und 5 angelegt sein. In diesem Fall entspricht die Grundwelle der gezeichneten Halbwellen der Amplitudenmodulation mit Trägerunterdrückung etwa der Resonanzfrequenz des horizontal schw; senden Federstreifens (5) in Fig.4 und 5. Erfindungsgemäß kann die Einhüllende (14) der Halhwellen in F i g. 6 auch jede andere Kurvenform, z. B. Rechteck- oder Dreieckform haben.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche;

   1. Elektrostatische Anordnung zur Abtastung einer annähernd rechteckigen Oberfläche, insbesondere zur Verwendung in einer elektronischen Mikrokamera, mit einem zylinderartigen, als Elektrode dienenden Außenteil und einem relativ dazu beweglichen, als Gegenelektrode dienenden Innenteil, das mit seinem einen Ende mechanisch fest und elektrisch isolierend mit dem Außenteil verbunden ι ο ist, während das andere Ende mit einem lichtaufnehmenden Element innerhalb des Außenteils schwingt, wobei zwischen Außenteil und innenteil elektrische Wechselspannungen liegen, die elektrostatische Ablenkkräfte auf das bewegliche Innenteil ausüben, if dadurch gekennzeichnet, daß das Innenteil aus zwei fluchtend montierten Federstreifen (4,

   5) gebildet wird, die in ihrer Ruhelage in zwei senkrecht zueinander stehenden Ebenen liegen und miteinander elektrisch leitend verbunden sind, und daß die Federstreifen (4, 5) aus dem elektrostatischen Ablenkfeld nur durch die Komponenten zu Schwingungen angeregt werden, die der jeweiligen Schwingungsrichtung und der jeweiligen Resonanzfrequenz der Federstreifen (4,5) entsprechen.

   2. Anordnung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem elektrisch leitenden Innenteil (4, 5) und den elektrisch leitenden Bestandteilen des Außenteils (7) Spannungen angelegt sind, die Frequenzen enthalten, die ungefähr den Resonanzfrequenzen der Federstreifen des beweglichen Innenteils entsprechen.

   3. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem elektrisch leitenden Innenteil (4, 5) und den ,lektrisch leitenden η Bestandteilen des Außenteils (7) Spannungen angelegt sind, die Frequenzen enthalten, die ungefähr je einer Subharmonischen der Resonanzfrequenzen, vorzugsweise der halben Resonanzfrequenzen, der Federstreifen des beweglichen Innenteils entsprechen.

   4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem elektrisch leitenden Innenteil (4, 5) und den elektrisch leitenden Bestandteilen des Außenteils (7) angelegten Spannungen Halbwellen beliebiger Kurvenform der Frequenzen enthalten, die ungefähr den Resonanzfrequenzen der Federstreifen des beweglichen Innenteils entsprechen.

   5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- w zeichnet, daß die zwischen dem elektrisch leitenden Innenteil (4, 5) und den elektrisch leitenden Bestandteilen des Außenteils (7) angelegten Spannungen amplitudenmodulierte Hochfrequenzspannungen mit oder ohne Trägerunterdrückung sind, wobei die Hüllkurven Frequenzen enthalten, die ungefähr den Resonanzfrequenzen der Federstreifen (4,5) des beweglichen Innenteils entsprechen.

   6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem elektrisch leitenden Innenteil (4, 5) und den elektrisch leitenden Bestandteilen des Außenteils (7) angelegten Spannungen amplitudenmodulierte Hochfrequenzspannungen mit oder ohne Trägerunterdrückung sind, wobei die Hüllkurven Frequenzen enthalten, die ungefähr je einer Subharmonischen der Resonanzfrequenzen, vorzugsweise den halben Resonanzfrequenzen, der Federstreifen (4, 5) des beweglichen Innenteils entsprechen,

   7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem elektrisch leitenden Innenteij (4, 5) und den elektrisch leitenden Bestandteilen des Außenteils (7) angelegten Spannungen amplitudenmodulierte Hochfrequenzspannungen mit oder ohne Trägerunterdrückung sind, wobei die Hüllkurven Halbwellen beliebiger Kurvenform der Frequenzen enthalten, die ungefähr den Resonanzfrequenzen der Federstreifen des beweglichen Innenteils entsprechen.

   8. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenteil ein einziges, aus elektrisch leitendem Material hergestelltes Bestandteil (9) enthält, das sich über etwa ein Viertel des Umfanges des zylinderartigen Außenteils (7) erstreckt und etwa in der Diagonale zwischen den Schwingungsebenen der beiden Federstreifen (4,5) des Innenteils angeordnet ist

   9. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenteil (7) zwei aus elektrisch leitendem Material hergestellte Bestandteile enthält, die sich je über etwa ein Viertel des Umfanges des zylinderartigen Außenteils erstrecken und etwa in der Diagonale zwischen den Schwingungsebenen der beiden Federstreifen des Innenteils angeordnet sind, und daß sich die zwei Bestandteile diagonal gegenüberstehen.

   10. Anordnung nach den Ansprüchen 4 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem leitenden Innenteil (4, 5) und den zwei aus elektrisch leitendem Material hergestellten Bestandteilen des Außenteils (7) elektrische Spannungen angelegt sind, welche die Halbwellen beliebiger Kurvenform der Frequenzen enthalten, die ungefähr den Resonanzfrequenzen der Federstreifen des beweglichen Innenteils entsprechen, und daß diese Halbwellen der elektrischen Spannung an die beiden Bestandteile des Außenteils im Gegec'akt oder mit 180° Phasenverschiebung angelegt sind.

   11. Anordnung nach den Ansprüchen 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem leitenden Innenteil (4, 5) und den zwei aus elektrisch leitendem Material hergestellten Bestandteilen des Außenteils (7) amplitudenmodulierte Hochfrequenzspannungen mit oder ohne Trägerunterdrückung angelegt sind, wobei die Hüllkurven die Halbwellen beliebiger Kurvenform der Frequenzen enthalten, die ungefähr üen Resonanzfrequenzen der Federstreifen des beweglichen Innenteils entsprechen und die Halbwellen der Hüllkurven an die beiden Bestandteile des Außenteils im Gegentakt oder mit 180" Phasenverschiebung angelegt sind.

   12. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenteil (7) zwei aus metallisch leitendem Material hergestellte Bestandteile enthält, die sich jeweils über ungefähr ein Viertel des Umfanges des zylinderartigen Außenteils erstrecken und jeweils etwa in der Schwingungsebene je eines der beiden Federstreifen des Innenteils angeordnet sind.

   13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem elektrisch leitenden Innenteil (4, 5) und jedem der beiden elektrisch leitenden Bestandteile des Außenteils angelegten elektrischen Spannungen immer nur die Frequenz enthalten, die der Resonanzfrequenz des Federstreifens zugeordnet sind, in deren Schwin-

   gungsebene das betreffende elektrisch leitende BestandteH des Außenteils liegt,

   14. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenteil vier aus metallisch leitendem Material hergestellte Bestandteile (10 bis 13) enthält, die sich jeweils über ungefähr ein Viertel des Umfanges des zylinderartigen Außenteils erstrecken und so angeordnet sind, daß jedes metallisch leitende Bestandteil in der Schwingungsebene je eines der beiden Federstreifen (4, 5) des Innenteils angeordnet ist, und sich je zwei Bestandteile diagonal gegenüberstehen.

   15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem elektrisch leitenden Innenteil (4, 5) und jedem der vier elektrisch leitenden Bestandteile (10 bis 13 des Außenteils angelegten elektrischen Spannungen immer nur die Frequenzen enthalten, die der Resonanzfrequenz des Federstreifens zugeordnet sind, in deren Schwingungsebene das betreffende elektrisch leitende Bestandteil des Außenteils liegt.

   16. Anordnung nach Anspruch IS, dadurch gekennzeichnet, daß jede der zwischen dem ieitenden Innenteil (4, 5) und den vier elektrisch leitenden Bestandteilen des Außenteils angelegten elektrischen Spannungen Halbwellen beliebiger Kurvenform der Frequenz enthält, die der Resonanzfrequenz des Federstreifens zugeordnet ist, in deren Schwingungsebene das betreffende elektrisch leitende Bestandteil des Außenteils liegt, wobei an zwei gegenüberliegenden elektrisch leitenden Bestandteilen die betreffenden Halbwellen im Gegentakt oder mit einer Phasenverschiebung von 180° angelegt sind.

   17. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß jede der zwischen dem leitenden Innenteil (4, 5) und den vier elektrisch leitenden Bestandteilen (10 bis 13) des Außenteils anliegenden elektrischen Spannungen eine amplitudenmodulierte Hochfrequenzspannung ist, deren Hüllkurven Halbwellen beliebiger Kurvenform der Frequenz enthält, die der Resonanzfrequenz des Federstreifens (4,5) zugeordnet ist, in deren Schwiiigungsebene sich das elektrisch leitende Bestandteil des Außenteils befindet, wobei an zwei gegenüberliegenden metallisch leitenden Bestandteilen (10, 11 bzw. 12, 13) des Außenteils die betreffenden Halbwellen der Hüllenkurven im Gegentakt oder mit 180° Phasenverschiebung angelegt sind.

   18. Anordnung n3ch den Ansprüchen 1 bis 17. dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Innenteil (4, S) ein Lichtführungssystem, insbesondere eine Lichtleit-Glasfaser (8) so trägt, daß sich die Eintrittsöffnung des Lichtführungssystems (8) in der Bildebene (3) eines optischen Systems (1,2) bewegt.