DE1772807A1

DE1772807A1 - Verstellbare Linsenanordnung mit gleichbleibender Vergroesserung

Info

Publication number: DE1772807A1
Application number: DE19681772807
Authority: DE
Inventors: Dalton John Joseph
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1967-07-14
Filing date: 1968-07-06
Publication date: 1971-06-09
Also published as: JPS512769B1; US3497701A; GB1232671A

Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Gesellschaft mbH

Böblingen, 4. Juli 1968 pr-hn

Anmelderin:

International Business Machines Corporation, Armonk, N. Y. 10 504

Amtliches Aktenzeichen:

Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin:- Docket KI 9-67-026 Verstellbare Linsenanordnung mit gleichbleibender Vergrößerung

Die Erfindung betrifft eine verstellbare Linsenanordnung mit gleichbleibender Vergrößerung, insbesondere, zur Verwendung in einer Sonde zur Ermittlung der Helligkeit eines bestimmten Punktes in einem sich als Funktion der Zeit verändernden Lichtmuster.

Es sind beispielsweise eine Kathodenstrahlröhre enthaltende Anordnungen zur Wiedergabe von sich als Funktion der Zeit verändernden Lichtmustern wie Kurven, digitale oder analoge Darstellungen von Werten usw. bekannt. Bei derartigen Anordnungen ist es oft erforderlich, bei Überschreiten eines bestimmten Wertes oder einer bestimmten Grenzlinie Steuerbefehle auszulösen. So kann es beispielsweise notwendig sein, die gleichzeitig

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einem Computer und einer Kathodenstrahlröhre zugeführten Meßgrößen auszudrucken, sobald sie einen bestimmten Wert erreicht oder überschritten haben. Auch die gleichzeitige Auslösung eines Steuervorganges kann erforderlich sein. In anderen Fällen kann es notwendig sein, die Datenverarbeitung in einem Computer abzubrechen oder in einer bestimmten Weise zu ändern, wenn die zugeführten oder die errechneten Werte, die gleichzeitig laufend auf dem Leuchtschirm einer Kathodenstrahlröhre wiedergegeben werden, einen bestimmten Betrag erreichen, unterschreiten oder überschreiten.

In allen diesen Fällen sind Lichtsonden erforderlich, mit denen man feststellen kann, ob und zu welchen Zeitpunkten in einem bestimmten Punkt Licht auftritt. Es ist ohne weiteres einzusehen, daß der von derartigen Sonden überwachte Bereich möglichst klein sein soll, daß die Sonden selbst auf sehr kleine Lichtmengen ansprechen und möglichst leicht handhabbar sind. Um alle von Punkten außerhalb des zu überwachenden Bereichs kommenden Störungen auszuschließen, müssen diese Sonden ein Linsensystem enthalten, das auf einen möglichst punktförmigen Bereich scharf eingestellt werden kann. Da die Dicken der Leuchtschirmwände sehr unterschiedlich sind, ist es erforderlich, daß die besagten Linsensysteme auf verschiedene EntfernungeiiL eingestellt werden können, da die zu überwachenden Punkte auf der Leuchtschirmschicht hinter der Schirmwand Hegen. Bei der Scharfeinstellung auf

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in verschiedenen Entfernungen liegende Punkte soll aber die Vergrößerung des Linsensystems nicht verändert werden, da die Größe des überwachten Bereichs gleich groß, bleiben soll.

Die bisher bekannten, beispielsweise in der US-Patentschrift 2 915 643 beschriebenen Anordnungen entsprechen diesen Anforderungen nicht, da der Bereich, innerhalb dessen eine Scharfeinstellung möglich ist, für viele Zwecke zu klein war und darüberhinaus mit der Veränderung der Einstellungauch eine Veränderung der Größe des von der Sonde erfaßten Bereiches einherging.

Um diese Nachteile zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung eine verstellbare Linsenanordnung mit gleichbleibender Vergrößerung, insbesondere zur Verwendung in einer Sonde zur Ermittlung der Helligkeit eines bestimmten Punktes in einem sich als Funktion der Zeit veränderndem Lichtmuster, beispielsweise der Helligkeitsverteilung auf dem Leuchtschirm einer Kathodenstrahlröhre, angegeben, die gekennzeichnet ist durch ein zylinderförmiges Gehäuse mit einer Lichteintrittsöffnung, zwei mit einem der Summe ihrer Brennweiten gleichen Abstand voneinander angeordneten Linsen, hinter denen die Eintrittfifläche eines aus einer Vielzahl von Fibern bestehenden Lichtleiters in Strahlenrichtung in einen Bereich verschiebbar angeordnet ist, der zwisehen

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der hinteren Linse und einem Punkt liegt, dessen Entfernung^-on der Lichteintritts öffnung gleich de*· doppelten Summe der Brennweiten beider Linsen ist.

Weitere Merkmale der Erfindung sind aus den Unteransprüchen ersichtlich.

Die Erfindung wird anhand def Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: die schematische Darstellung einer mit einer daten

verarbeitenden Anlage verbundenen Wiedergabeinrichtung, mit der eine erfindungsgemäße Lichtsonde zusammenarbeitet,

Fig. 2: einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Licht-

sonde,

Fig. 3, 4: schematieche Darstellungen des Strahlenverlaufs der in

Fig. 2 dargestellten Linsenanordnung.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung besteht aue einer datenverarbeitenden Anlage 10, die über Kabel Il mit einer Wiedergabe-Steueranordnung 12 zur Steuerung der Ka&odelUtrahlröhre 14 verbunden iet. Die Anord-

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ί FGlNAL JNSPECTED

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nung ist so getroffen, daß auf dem Leuchtschirm der Kathodenstrahl röhre 14 bestimmte, in der Anordnung 10 verarbeitete Daten dargestellt werden. So kann beispielsweise die Datenverarbeitungsanlage digitale Adressen bestimmter Punkte auf dem Leuchtschirm der Kathodenstrahlröhre 14 enthalten, während die Steueranordnung 12 Mittel zur Digital-Analog-Umwandlung und Zeitgeberkreise enthält, um den Elektronenstrahl auf einen bestimmten Punkt des Leuchtschirms zu lenken und gleichzeitig die Intensität des Elektronenstrahls in geeigneter Weise zu beeinflussen.

Die Leitungen zur Übertragung der horizontalen und vertikalen Ablenkung sowie zur Steuerung der Intensität des Elektronenstrahls sind mit 16, 18 und 20 bezeichnet. Es sind beispielsweise Anordnungen bekannt, bei denen die auf dem Leuchtschirm der Kathodenstrahlröhre 14 erscheinenden und durch die Lichtsonde 22 festgestellten Werte aus der Datenverarbeitungsanlage in digitaler Form ausgegeben werden sollen.

im

In anderen Fällen sollen bei Auftreten von LichtVvom Lichtaensor überwachten Bereich Steuer funktionen ausgelöst werden. Es ist daher ein leicht zu handhabender Lichtsensor 22 erforderlich, der die Lichtergcheinungen auf dem Leuchtschirm der Kathodenstrahlröhre aufnehmen kann. Das vom Sensor 22 aufgenommene Licht wird in einer Photozellen- und Verstärkeranordnung 30 in ein elektrisches Signal umgewandelt, das beispielsweise in der Datenverarbeitungsanlage 10 bestimmte Steuer-

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Wirkungen ausüben kann. Die Schaltung der Datenverarbeitungsanlage, der Steueranordnung für die Kathodenstrahlröhre und die Verstärker anordnung sind an sich bekannt und werden daher nicht näher beschrieben. Ähnliche Anordnungen sind beispielsweise in der US-Patentschrift 3 037 192 beschrieben.

Der erfindungsgemäße Lichtsensor 22 ist über eine Fiberoptik 24 mit einer Anordnung 30 verbunden, die aus einem geeigneten Licht-Detek tor und einem Verstärker besteht. Die Fiberoptik 24 ermöglicht es, den Lichtsensor leicht an jede beliebige Stelle zu bringen. Die Anordnung 30 ist über die Leitung 32 mit der Datenverarbeitungsanlage 10 verbunden.

In Fig. 2 wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtsensors beschrieben. Der erfindungsgemäße Sensor besteht aus einem Gehäuse 34, das an seinem vorderen Ende die Lichteintrittsöffnung 35 aufweist und in seinen Halterungen 40 und 42 zwei bikonvexe Linsen 36 und 38 enthält. Der Abstand zwischen den Linsen 36 und 38 ist gleich der Summe ihrer Brennweiten. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel haben beide Linsen die gleiche Brennweite f, so daß ihr Abstand gleich 2f ist. ■'.·.. '>"■-■

Die Anordnung ist so getroffen, daß das durch die Lichteintritte öffnung

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auf die Linse 36 fallende Licht auf der Eintrittsfläche 44 eines Fiber-

wird
bündeis 46 fokkusiertX das die Verbindung zum Fiber-Kabel 24 bildet.

Der innerhalb des Lichtsensors liegende Teil des Fiber-Bündels ist in der Manschette 48 befestigt, die durch die Anordnung 50 mittels der Ringe 52 und 54 im Gehäuse 34 befestigt ist. Aus später im Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig. 3 und 4 noch näher zu erläuternden Gründen kann die die Fiberoptik enthaltende Manschette 48 axial in der Anordnung 50 zwecks Scharfeinstellung des optischen Systems verschoben und in einer bestimmten Stellung mit Hilfe der Schrauben 56 und 58 festgelegt werden.

In Fig. 3 wird der Strahlengang bei Scharfeinstellung der in Fig. 2 wiedergegebenen optischen Anordnung bei Verwendung mit einer Kathodenstrahlröhre mit einer dünnen Schirmwand 58 wiedergegeben. Das Feld 62 des Schirms der Kathodenstrahlröhre wird über die Strahlen 60 auf der Aufnahmefläche 44 des Fiberbündels 46 fokussiert, so daß ein auf der Ebene 62 durch den Elektronenstrahl 68 erzeugter Lichtpunkt im Punkt 69 der Aufnahmefläche 44 abgebildet wird. Da das Abbildzmgs verhältni s "1:1 ist, sind die Brennweiten 70 und 71 der Linsen 36 und 38 einander gleich. Die Summe der Objekt- und Bildabstände 72 und 74 ist gleich der Summe der Brennweiten 70 und

In Fig. 4 wird der Strahlengang der auf einen Lichtpunkt 66* einer

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Kathodenstrahlröhre mit dicker Schirmwand 58' scharf eingestellten Anordnungwieder ge geben. Da das Feld 62 · und der Lichtpunkt 66* wegen der größeren Dicke der Glasplatte 58^f weiter von der Linse 36 entfernt ist, wird der Längenzuwachs der Entfernung 72· durch die Verkleinerung der Entfernung" 74^f zwischen der Linse 38 und der mit der Aufnahme ebene 44 des Fiber-Bündels 46 zusammenfallenden Bildebene kompensiert. Zur Veränderung der Einstellung gegenüber der in Fig. 3 dargestellten Anordnung ist es erforderlich, nach Lösen der Schrauben 56 und 58 die Lage des Bündels 46 um einen Betrag zu verschieben, der gleich dem Zuwachs der Objekt-Entfernung 72' ist. Durch diese Verschiebung wird die Summe der Entfernungen 72' und 74' wieder gleich der Summe der Brennweiten 70 und 71. Ist sowohl die Entfernung 70 als auch die Entfernung 71 gleich f, so sind die Entfernungen 62,-69 und 62' — 69' gleich 4f„

Es ist leicht einzusehen, daß die Entfernung der Linse 36 von der Vorderfläche der Kathodenstrahlröhre oder des Implosions Schutzes durch die Abmessungen der Lichteintrittsöffnung 35 am vorderen Ende des Gehäuses 34 festgelegt wird. Bei manchen Lichtsensoren ist der Griff 80 zwecks Betätigung eines nichtdargeetellten Schalters verschiebbar. Diese Verschiebung hat aber nichts mit der Lage der ^T -nsen in bezug auf den Schirm der Kathodenstrahlröhre eu tun.

Haben die verwendeten Linsen verschiedene Brennweiten, so wird da·

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Abbildungsverhältnis anders als 1 : 1 sein und die Beziehung, wonach der Abstand zwischen Objekt und Bildebene zweimal der Summe der Brennweiten ist, nur für eine einzige Objektweite erfüllt sein. Auch in diesem Fall ist es möglich, die Scharfeinstellung im wesentlichen durch eine Verschiebung des Fiber-Bündels zu bewirken.

Wird in dem Bereich der gemeinsamen Brennpunkte der Linsen 36 und 38 eine Irisblende angeordnet, so ergibt sich bei einem Abbildungsver hältnis von 1:1 ein telezentrisches System, d.h. ein System, bei dem sowohl die eintrefenden als auch die austretenden Strahlen parallel sind. Bei einer derartigen Anordnung erfolgt die Scharfeinstellung bei Veränderungen der Objektentfernung automatisch. Ein Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß durch die Iris ein Großteil des Lichtes unterdrückt wird, so daß die in den Fig. 3 und 4 mit den Strahlengängen 60 bzw. 60' dargestellte Anordnung bevorzugt wird. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die in den Fig. 3 und 4 dargestellten Strahlenverläufe umkehrbar sind, so daß beispielsweise ein über die Fiber-Bündel 46 übertragenes Bild auf den Flächen 62 bzw. 62^f der Kathodenstrahlröhre abgebildet werden würde.

Es wird weiterhin darauf hingewiesen, daß anstelle der in den Figu ren dargestellten Linsen auch Linsensystem^ verwendet werden können.

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Claims

- 10 - Böblingen, 4. Juli 1968 pr-hn PATENTANSPRÜCHE

1. Verstellbare Linsenanordnung mit gleichbleibender Vergrößerung,

insbesondere zur Verwendung in einer Sonde zur Ermittlung der Helligkeit eines bestimmten Punktes in einem sich als Funktion der Zeit verändernden Lichtmuster, beispielsweise dem auf dem Leuchtschirm einer Kathodenstrahlröhre erzeugten Lichtmuster, gekennzeichnet durch ein zylinderförmiges Gehäuse (34) mit einer Lichteintritts öffnung (35), zwei mit einem der Summe ihrer Brennweiten gleichen Abstand voneinander angeordneten Linsen (36, 38), hinter denen die Eintrittsfläche eines aus einer Vielzahl von Fibern bestehenden Lichtleiters in Strahlenrichtung in einem Bereich verschiebbar angeordnet ist, der zwischen der hinteren Linse (38) und einem Punkt liegt, dessen Entfernung von der Lichteintritts öffnung (35) gleich der doppelten Summe der Brennweiten beider Linsen ist.

2. Linsenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennweiten der Linsen (36, 38) verschieden sind.

3. Linsenanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß zwischen den beiden Linsen (36 und 38) im Bereich ihrer gemeinsamen Brennpunkten eine Irisblende angeordnet ist.

4. Linsenanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das die Linsen enthaltende Gehäuse (34) über ein Fiberbündel mit einer lichtempfindliche Elemente und Verstärker enthaltenden Anordnung (30) verbunden ist.

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