DE2355616C3 - Vorrichtung zum Übertragen graphisch vorgegebener Daten von einem Tableau auf einen Rechner - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Übertragen graphisch vorgegebener Daten von einem Tableau auf einen Rechner, mit einem auf dem Tableau verstellbaren, als Reflektor ausgebildeten Zeiger, dessen Winkelposition zu zwei ortsfesten Punkten mit Hilfe von zwei von Drehreflektoren ausgehenden, in zur Tableaufläche parallelen Ebenen rotierenden und von

dem Zeiger reflektierten Lichtstrahlen erfaßt wird, wobei die reflektierten Lichtstrahlen jeweils einem Detektor zugeführt werden, der mit Mitteln zum Identifizieren der Winkelposition des Zeigers verbunden ist

Bei einer bekannten Bauart der eingangs genannten Art (DE-OS 18 05 097) wird vorgesehen, daß die von dem mit einer Autokollimatorschicht auf seinem Zylindermantel versehenen Zeiger reflektierten Lichtstrahlen die als halbdurchlässige Spiegel ausgebildeten Drehreflektoren durchdringen, so daß sie zu Empfängern gelangen können, die an einer Einrichtung zum Auswerten der Signale angeschlossen sind. Bei der bekannten Bauart ist zunächst einmal die verwendete Autokollimatorschicht an dem Zylindermantel etwas fragwürdig. Darüber hinaus kann der Detektor in jeder Spiegelstellung Licht empfangen, so daß aufgrund des erforderlichen großen Raumwinkels, in dem Lichtsignale detektiert werden müssen, eine Störanfälligkeit für Fremdlicht gegeben ist Hinzu kommt noch, daß die Gefahr besteht, daß die beiden Abtaststrahlen auch an den ihnen nicht unmittelbar zugeordneten Detektoren Signale auslösen, da nicht ausgeschlossen ist, daß diese Lichtstrahlen die nicht zugehörigen Detektoren beeinflüssen. Das Verwenden von halbdurchlässigen Spiegeln führt dazu, daß die zu den Detektoren gelangenden Lichtstrahlen einen Intensitätsverlust von 50% erfahren, so daß Lichtquellen mit recht großer Leistung erforderlich werden. Insgesamt führen die aufgezeichneten Schwierigkeiten zu einer relativen Ungenauigkeit und zu einer Störanfälligkeit, so daß die praktische Anwendung der bekannten Vorrichtung zu Schwierigkeiten führt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einerseits nur einen möglichst geringen technischen und mechanischen Aufwand erfordert und die sich andererseits durch eine hohe Genauigkeit auszeichnet, wobei möglichst alle äußeren Störfaktoren ausgeschaltet werden. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Zeiger eine aus zwei reflektierenden, jeweils unter einem Winkel von 45° zur Tableaufläche verlaufenden Kegelflächen gebildete Kerbe aufweist und daß jeder Drehreflektor eine in seiner Drehachse liegende, reflektierende, einer Kegelfläche des Zeigers zugeordnete erste Fläche sowie eine zu dieser ersten Fläche und zur Drehachse um 45° geneigte zweite reflektierende Fläche besitzt, die der anderen Kegelfläche des Zeigers und einem Detektor zugeordnet ist, und daß ferner die beiden Lichtstrahlen unterschiedlich polarisiert sind, wobei jeweils für den Signalgeber und den Detektor entsprechende Analysatoren vorgesehen sind.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird erreicht, daß die Abtaststrahlen und die Reflexionsstrahlen in zwei verschiedenen Ebenen laufen, so daß sie sich gegenseitig nicht stören können. Die Verwendung von halbdurchlässigen Spiegeln oder ähnlichem entfällt, so daß die Lichtquellen keine allzu große Leistung erhalten müssen. Da nur in den Ebenen der Reflexionsstrahlen auftretendes Licht überhaupt zu den Detektoren gelangen kann, wird die Gefahr von Störungen durch Fremdlicht wesentlich reduziert. Aufgrund der Verwendung von polarisiertem Licht und entsprechender Analysatoren wird darüber hinaus noch erreicht daß die beiden Abtaststrahlen und die beiden Reflexionsstrahlen einander nicht stören können.

Durch die Ausbildung des Zeigers, der mit der Kerbe versehen ist, kann dem Zeiger eine weitgehend

beliebige Gestalt gegeben werden, da die Größe des reflektierten Lichtstrahls praktisch nicht von der geometrischen Gestalt des Zeigers abhängig ist Der Zeiger kann in einfacher Weise so ausgebildet werden, daß er eine große Aufstandsfläche besitzt, die ein unbeabsichtigtes Kippen und Schrägstellen mit großer Sicherheit vermeidet, so daß auch hier keine Ungenauigkeiten in die Funktion der Vorrichtung eingeführt werden können. Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung enthält der Zeiger, der wenigstens teilweise durchsichtig ist, ein Fadenkreuz, zu welchem die Kegelflächen konzentrisch angeordnet sind. Der Zeiger läßt sich dann mit Hilfe des Fadenkreuzes exakt auf den auf dem Tableau sichtbaren Punkt einstellen, wobei der Zeiger praktisch eine beliebige Gestalt besitzen kann, da von der zum Fadenkreuz konzentrisch reflektierenden Fläche nur dann ein Lichtstrahl an den Detektor weitergeleitet wird, wenn er den mittels des Fadenkreuzes eingestellten Punkt erreicht

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß alle Teile der Vorrichtung mit dem Tableau zu einer transportablen Baueinheit zusammengefaßt sind. Dies ist ohne weiteres möglich, da die gesamte Vorrichtung gewichtsmäßig leicht ausgeführt werden kann. Es ergibt sich der Vorteil, daß die Vorrichtung beispielsweise als Vorschaltgerät vor einen Monitor oder einen Oszillographen od. dgl. gesetzt werden kann.

In der Zeichnung ist die Erfindung in einer Ausführungsform dargestellt

F i g. 1 zeigt eine schematische. Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 2 eine Einzelheit der Vorrichtung nach F i g. 1 in größerem Maßstab und

F i g. 3 eine Darstellung in einem Diagramm der zu messenden Signale.

Die Vorrichtung der Fig. 1 enthält ein in die Koordinaten χ und y eingeteiltes Tableau 1, das beispielsweise aus einer Glasscheibe bestehen kann. An dem nicht dargestellten Rahmen des Tableaus t ist eine Lichtquelle 2 angebracht, die bevorzugt ein Laser mit zwei Ausgängen ist. Diese Lichtquelle 2 sendet zwei punktiert dargestellte Lichtstrahlen 3 und 4 aus, die bei der dargestellten Ausführungsform entgegengerichtet sind. Die Lichtstrahlen 3 und 4 treffen jeweils auf Drehreflektoren 5 auf, die an den Enden einer Längskante des Tableaus 1 um ortsfeste Achsen derart drehbar angeordnet sind, daß die Lichtstrahlen 3 und 4 in zu dem Tableau ϊ parallelen Ebenen rotieren Für die Drehreflektoren 5 können in nicht näher dargestellter Weise Elektromotoren vorgesehen werden, die mit einer möglichst konstanten Winkelgeschwindigkeit laufen.

Auf dem Tableau 1 ist ein Zeiger 6 verstellbar angeordnet, der auf die einzelnen Punkte einer Kurve oder eines Bildes od. dgl. eingestellt werden kann. Der Zeiger 6, der bevorzugt eine etwa rohrförmige Gestalt besitzt und im Bereich seines Bodens mit einem Fadenkreuz versehen ist, besitzt wenigstens eine zu dem Fadenkreuz konzentrische, reflektierende Fläche. Durch diese reflektierende Fläche werden die auftreffenden Lichtstrahlen 3 und 4 in gleicher Richtung zurückgeschickt. Die Position des Zeigers 6 wird dadurch erfaßt, daß über die Reflexion der Strahlen 3 und 4 festgestellt wird, bei welchem Winkel die beiden Strahlen 3 und 4 senkrecht auf den Zeiger 6 auftreffen. Die beiden gemessenen Winkel erlauben dann zusammen mit dem Abstand der beiden ortsfesten Drehachsen der Drehreflektoren 5 eine genaue Bestimmung der Position des Zeigers 6.

Um die Winkel zu erfassen, wird die Zeit gemessen, die die Lichtstrahlen 3 und 4 benötigen, um bei einer j vorgegebenen Winkelgeschwindigkeit den Weg von einem ortsfesten Punkt bis zu dem Zeiger 6 zurückzulegen. Als ortsfeste Punkte sind bei der dargestellten Ausführungsform beispielsweise als Fotodioden ausgebildete Signalgeber 7 und 8 vorgesehen, die ortsfest in ι υ der Ebene der umlaufenden Lichtstrahlen 3 und 4 angeordnet sind Die von dem Zeiger 6 reflektierten Lichtstrahlen 3 und 4 werden von Detektoren 9 aufgefangen, von denen einer in F i g. 2 sichtbar ist und die ebenfalls Fotodioden sein können. Eine elektronisehe Messung kann beispielsweise so durchgeführt werden, daß der Signalgeber 7 bzw. 8 bei Auftreffen des Lichtstrahls 3 bzw. 4 einen elektronischen Impulsgeber startet, der von den Detektoren 9 bei Reflexion der Lichtstrahlen 3 bzw. 4 wieder abgeschaltet wird. Die in dieser Zeit erhaltene Impulszahl kann von einem Zähler aufgenommen werden.

Eine baulich besonders einfache Ausführungsform ist in F i g. 2 dargestellt Die Drehachse eines Drehreflektors 5 ist mit einem Drehzapfen 10 angedeutet. Der

r> Drehreflektor 5 besitzt eine reflektierende Fläche 11, die durch die Drehachse gelegt ist Auf diese Räche 11 treffen die Lichtstrahlen 3 und 4 direkt auf, die von der Lichtquelle 2 ausgesandt werden. Sie werden hier zu den Signalgebern 7 und 8 und zu dem Zeiger 6 umgelenkt.

in Der Zeiger 6 besitzt eine von zwei unter 45° geneigten Kegelflächen 12 und 13 gebildete Kerbe, die konzentrisch zu seinem Fadenkreuz angeordnet ist In dieser Kerbe werden die von dem Drehreflektor 5 ankommenden Strahlen 3 und 4 in eine zu der ersten Ebene

π parallele Ebene umgelenkt und zu dem Drehreflektor 5 zurückgeschickt Der Drehreflektor 5 besitzt für die reflektierten Strahlen 3 und 4 eine weitere reflektierende Fläche 14, die um jeweils 45° zu der reflektierenden Fläche 11 und zu der Drehachse des Drehreflektors 5 geneigt ist. Diese reflektierende Fläche 14 schneidet die Drehachse, so daß die Lichtstrahlen 3 und 4 von ihr in Richtung der Drehachse abgelenkt werden und zu dem genau in Verlängerung der Drehachse befindlichen Detektor 9 gelangen. Der Strahlengang ist besonders

■r> einfach, da der reflektierte Strahl direkt ohne zusätzli ehe Umlenkung mit Hilfe von Parabolspiegeln od. dgl. dem Detektor bei jeder beliebigen Position des Zeigers 6 zugeführt wird.

Damit die Lichtstrahlen 3 und 4 die nicht zugehörigen

>o Signalgeber 7 und 8 und Detektoren 9 nicht stören können, kann vorgesehen werden, daß die Lichtstrahlen 3 und 4 in verschiedenen Ebenen rotieren. Zweckmäßiger ist jedoch, da dadurch die Ausbildung des Zeigers 6 wesentlich vereinfacht wird, wenn für beide Strahlen 3

■35 und 4 unterschiedlich polarisiertes Licht verwendet wird, wie dies bei der Ausführungsform nach F i g. 1 und 2 geschieht. Bei der hier dargestellten Ausführungsform sind den Ausgängen der Lichtquelle 2 Polarisatoren 15 und 16 nachgeschaltet, die die Lichtstrahlen 3 und 4

b<> unterschiedlich polarisieren. Den Signalgebern 7 und 8 und den Detektoren sind dann entsprechende Analysator en 18 vorgeschaltet, von denen einer beispielsweise in F i g. 2 angedeutet ist. Da die Lichtstrahlen bis zum F.rreichen der

h5 Detektoren 9 schon einen größeren Weg zurückgelegt haben, ist es sinnvoll, wenn sie durch eine Sammellinse 19 gebündelt werden. Eine derartige Sammellinse 19 ist ebenfalls in F i e. 2 dareestellt Sie ist in dem

Drehreflektor 5 konzentrisch zu seiner Drehachse angeordnet. Der Detektor 9 muß sich dann in der Brennebene der Sammellinse 19 befinden. Er ist flächenhaft ausgebildet, da der Punkt des gesammelten Lichts abhängig von der Stellung der Reflektoren 5, 6 zueinander auf einer Linie wandert.

Um den Weg des Lichtpunktes in der Brennebene und den Weg des Lichtstrahls im Bereich der Linse 19 in der Nähe der Drehachse zu halten, kann die reflektierende Fläche 14 gegenüber der Fläche 11 um die Drehachse verdreht werden. Zweckmäßig ist dabei ein Winkel von 22,5°. Es ist auch möglich, den von der reflektierenden Fläche 14 kommenden Lichtstrahl mit einem Lichtleiter aufzunehmen und dem Detektor 9 zuzuführen. Dies führt zu dem Vorteil, daß die Fläche des Detektors 9 kleiner gehalten werden kann, was ein schnelleres Arbeiten erlaubt.

Es ist auch möglich, anstelle der als Signalgeber 7 und 8 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dienende Fotodioden ortsfeste Reflektoren anzuordnen, die eine Reflexion entsprechend dem Zeiger 6 bewirken. In diesem Fall müßten von jedem Detektor 9 zwei Signale verarbeitet werden, nämlich ein den Meßvorgang auslösendes Referenzsignal und ein von der Stellung de Zeigers 6 abgeleitetes Signal.

In Fig. 3 sind beispielsweise ein von einer Signalgeber 7 oder 8 erhaltenes Referenzsignal 20 um -, ein von dem Zeiger 6 durch Reflexion an den Detektor! gegebenes Signal 21 dargestellt. Der für die Zeitmes sung bzw. Winkelmessung wesentliche Startzeitpunkt 1 läßt sich relativ leicht genau festlegen, da da Referenzsignal 20 immer wieder in gleicher Forn

in erscheint, so daß das Maximum abgegriffen werdei kann. Die Intensität des Signals 21 des Zeigers 6 is jedoch abhängig von seiner Stellung, d. h. je näher de Zeiger 6 an dem Detektor 9 ist, um so stärker is betragsmäßig das Signal 2i. Hier empfiehlt es sich einei

r> Mittelwert zu bilden. Es ist in einfacher Weise möglich von Schwellwerten U und i2 auszugehen und einer Mittelwert t_m zu bilden, der sich aus der Gleichung

h-U

errechnet. Dieser Mittelwert t_m stellt mit genügende: Genauigkeit den Zeitpunkt dar, in welchem dei Lichtstrahl 3 oder 4 den zu übertragenden Punkt trifft.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Obertragen graphisch vorgegebener Daten von einem Tableau auf einen Rechner, mit einem auf dem Tableau verstellbaren, als Reflektor ausgebildeten Zeiger, dessen Winkelposition zu zwei ortsfesten Punkten mit Hilfe von zwei von Drehreflektoren ausgehenden, in zur Tableaufläche parallelen Ebenen rotierenden und von dem Zeiger reflektierten Lichtstrahlen erfaßt wird, wobei die reflektierten Lichtstrahlen jeweils einem Detektor zugeführt werden, der mit Mitteln zum Identifizieren der Winkelposition des Zeigers verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeiger (6) eine aus zwei reflektierenden, jeweils unter einem Winkel von 45° zur Tableaufläche verlaufenden Kegelflächen (12, 13) gebildete Kerbe aufweist und daß jeder Drehreflektor (5) eine in seiner Drehachse liegende, reflektierende, einer Kegelfläche des Zeigers zugeordnete erste Fläche (11) sowie eine zu dieser ersten Fläche (11) und zur Drehachse um 45° geneigte zweite reflektierende Fläche (14) besitzt, die der anderen Kegelfläche des Zeigers und einem Detektor (9) zugeordnet ist, und daß ferner die beiden Lichtstrahlen (3, 4) unterschiedlich polarisiert sind, wobei jeweils für den Signalgeber (7,8) und den Detektor (9) entsprechende Analysatoren (18) vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeiger (6), der wenigstens teilweise durchsichtig ist, ein Fadenkreuz enthält, zu welchem die Kegelflächen (12, 13) konzentrisch angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fadenkreuz in der Aufstandsfläche des Zeigers (6) angebracht ist.

4. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Detektor (9) eine Sammellinse (19) vorgeschaltet ist.

5. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Detektor (9) ein Lichtleiter vorgeschaltet ist.

6. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Lichtstrahl (3, 4) ein ortsfest angeordneter Signalgeber (7,8) und ein in dem Reflexionsstrahlengang liegender Detektor (9) zugeordnet sind, die jeweils elektronisch zum Erfassen der Zeitdifferenz zwischen dem Auftreffen des Lichtstrahles auf den Signalgeber und des reflektierten Lichtstrahls auf den Detektor miteinander gekoppelt sind.

7. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß alle elektrischen und optischen Bauteile mit dem Tableau (1) zu einer transportablen Baueinheit zusammengefaßt sind.