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Verfahren zum Speichern von Informationen sowie Vorrichtung zum Durchführen
des Verfahrens (Zusatz zu Patent ........(Deutsche Auslegesahrift t 280 381) Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Speiern von Informationen, bei dem
die Informationen zum Hineinlesen nach einem Binärkode verschlüsselt, als optisch
auswertbare Bits aufgezeichnet und zum Herauslesen optisch ausgewertet und entschlüsselt
werden, bei als Bits der verschiedenen Bitstellen verschiedene Beugungsgitter verwendet
werden, deren Beugungsbilder zum Herauslesen der Informationen dienen, nach Patent
. ...... (Deutsche Auslegeschrift 1 280 581). Die Erfindung betrifft weiterhin eine
Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
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Obgleich das Aufzeichnen binär verschlüsselter Informationen suf photographischem
Aufzeichnungsmaterial in Form von Hell-
Dunkel-Markierungen bekannt
ist, die binäre Bits kennzsiohnen, sind verschiedene Probleme noch ungelöst, die
im Zusa@menhang hiermit auftauchen. So ist es bei den üblichen Aufzeichnungsverfahren
beispielsweise schwierig, in Lesegeräten die genaue Ausrichtung der optischen Achse
der Leseoptik auf bestimmte Filmstellen zu gewährleisten. Außerdem tritt als noch
ernsteres Problem die Gefahr des Informationsverlusts infolge Verschmutzung, Staubteilchen
und/oder Unregelmäßigkeiten im Aufzeichnungsfilm selbst auf.
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Im Hauptpatent ist ein Weg aufgezeigt, der die Probleme der g@nauen
Ausrichtung und der Gefahr des Entstehens von Fehlern durch Verschmutzung und dergleichen
beseitigt. Nach der Lehre des Hauptpatents können die Beugungsgitter, die Bits einer
zugehörigen Bitstelle kennzeinhnen, übereinanderliegand auf ein und derselben Filmfläche
aufgezefichnet werden, so daß ein zusammengesetztes Gittermuster aus Beugungsgittern
gebildet wird9 deren Gitterkonstante jeweils einer bestii-ten Bitstelle zugeordnet
ist. Wenn monochromatisches Licht durch das Gittermuster hindurchgeschickt wird,
dann erscheint für jedes im Gittermuster vorhandene Beugungsgitter eine starke Beugungslinie
erster Ordnung Wenn beispielsweise eine Zahl in einem 7-Bit-Kode verschlüsselt aufgezeichnet
wird, d.h., wenn eine Nummer in Form von t bis 7 übereinanderliegend angeordneten
Beugungsgittern aufgezeichnet wird, dann verursacht das Vorhandensein oder Fehlen
eines bestimmten Beugungsgitters
das Vorhandensein bive das Fehlen
der zugehörigen Beugungslinie erster Ordnung beim Herauslesevorgang, was anzeigt,
ob an der betreffenden Bitstelle der Wert "l" oder "o" gegeben ist. Da Jedes einzelne
Beugungsgitter des Gittermusters ich über dis gesamte, beispielsweise 7 Bitstellen
umfassende Aufzeichnungsfläche des Films erstreckt, sind die einzuhaltenden Toleranzen
der Genauigkeit der Ausrichtung zwischen Leseoptik und Film viel weniger eng. Die
Gefahr, daß Lesefehler durch Staub- partikel und dergleichen hervorgerufen werden,
ist auf ein Mindestmaß gesenkt0 Das monochromatische Licht für daß Herauslesen wird
durch Anwendung eines Lasors erzeugt oder durch Verwendung übli cher Lichtquellen,
deren Licht entsprechend gefiltert wird, so daß nur monochromatisches Licht abgegeben
wird0 Bei Verwendung eines Lasers wird zwar ein hoher Wirkungsgrad erreicht.
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Der Laser ist jedoch außerordentlich teuer, insbesondere im Vergleich
mit einer herkömmlichen Lichtquelle. Andererseits muß eine gewöhnliche Lichtquelle,
wenn verhältnismäßig scharfe Beugungslinien erster Ordnung erzielt werden sollen,
sehr stark gefiltert und maskiert werden, was derart große Liohtverluste mit sich
bringt, daß teure Verstärkereinrichtungen der Beugungslinien erforderlich werden,
um das Vorhandensein oder Fehlen/mit Hilfe üblicher Photodetektoren ermitteln zu
können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das Verfahren nach dem
Hauptpatent dahingehend weiterzubilden, das man auch bei Verwendung
herkömmlicher
Lichtquellen eine so große Helligkeit der Beugungslinien erster Ordnung erhält,
daß Verstärkereinrichtungen für das Herauslesen überflüssig werden.
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Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung ist diese Aufgabe dadurch gelöst,
daß zum Erzeugen der Beugungsbilder multiohromatisches Licht verwendet wird und
daß die durch die Gitter gebeugten Strahlen der gebildeten Bugungsspek tren, ihrer
Beugungsrichtung bei der spektralen Zerlegung entgegengesetzt, wieder gebeugt und
zu achromatischen Beugungslinien vereinigt werden. Gemäß der Erfindung wird also
eine übliche Lichtquelle beispielsweise mit einer geeigneten Maske versehen, so
daß ein enges Bündel multichromatischen (beispielsweise weißen) Lichtes gebildet
wird, das auf den Aufzeichnungsträger gerichtet wird. Die übereinander angeordneten
Beugungsgitter des Aufzeichnungsträgers spalten das Bündel in eine Vielzahl von
Beugungsspektren auf, die wiederum durch eine Lichtbeugungseinrichtung hindurch
geschickt werden, beispielsweise durch ein Prisma hindurch. Das Prisma ist so angeordnet,
daß die von ihm gebeugten Strahlen in einer Beugungsrichtung abgelenkt werden, die
im wesentlichen entgegengesetzt zu der Beugung ist, die durch die Beugungsgitter
hervorgerufen wurde. Auf Grund dieser Bückbeugung werden die Spektren in eine Vielzahl
zugehöriger Beugungslinien
erster Ordnung des multichromatischen
Lichts achromatisiert. Es wird eine verhältnismäßig gut unterscheidbare Beugungslinie
erster Ordnung für jedes vorhandene Beugungsgitter der Gitteraufzeichnung gebildet.
Diese Beugungslinien können durch Photodetektoren leicht festgestellt werden, wobei
beispielsweise für die Anwesenheit oder Abwesenheit einer bestimmten Beugungslinie
erster Ordnung der Ausgangswert eines bestimmten zugeordneten Photodetektors kennzeichnend
sein kann. Da keine enge Ausfilterung der Lichtquelle, um menochromatisches Licht
zu erhalten, erforderlich ist, sind die starken Lichtverluste vermieden, die bei
der Filterung anfallen würden. Die erhaltenen Ausgangssignale der Detektoreinrichtung
sind daher bis zu 200 mal größer als sie ansonsten bei Verwendung ders@ ben üblichen
Lichtquelle wären. Eine Signalverstärkung erübrigt sichO Der Erfindung liegt auch
die Aufgabe zu Grunde, eine einfach aufgebaute Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen
Verfahrens zu schaffen.
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Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe bei einer Vorrichtung mit einer
Lichtquelle zum Beleuchten der Beugungsgitter sowie mit einer Detektoreinrichtung
zum Feststellen des Vorhandenseins gebildeter Beugungibilder dadurch gelöst, das
eine Lichtquelle für multichromatisches Licht vorgeschen ist
und
daß im Strahlengang hinter den Gittern eine Lichtbeugeeinrichtung vorgesehen ist,
welche die Strahlen der Beugungsspektren, ihrer Beugungsrichtung bei der spektralen
Zerlegung entgegengesetzt9 beugt und zu Beugungslinien zu sammenfaßt.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung im einzelnen
erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine schematisiert gezeichnete Vorderansicht eines
Ausführungsbeispiels einer Lesevorrichtung g.iäß dem älteren Vorschlag nach dem
Hauptpatent; Fig. 2 eine der Fig, 1 entsprechende Ansicht eines erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiels; Fig. 3 die Empfindlichkeitskurve eine. üblichen Photodetektors
und Fig. 4 ein Vergleichsschaubild der Ausgangsspannungen, die bei Verwendung der
Vorrichtung gemäß Fig. 1 bzw. der Vorrichtung gemäß Fig. 2 gewonnen werden.
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Bei der in Fig. t dargestel-lten Vorrichtung fällt ein Lichtbündel
von einer Lampe 10 durch eine Strculichtmaske 12 hindurch. Durch ein Filter 14,
ein Linsensystem 16 und eine mit einer Öffnung versehene Plstte 18 hindurch fällt
das BUndel auf einen Aufzeichnungsträger 20. Wie bereits erwähnt, ist auf dem Aufzeichnungsträger
20 eine digitale Information in Form mehrerer übereinander angeordneter Beugungsgitter
verschiedener eigener Gitterkonstante aufgezeichnet, Das Filter läßt nur monochromatisches
Licht eines verhältnismäßig engen Frequenzbandes hindurch. Diess monochromatische
Licht wird von den verschiedenen, auf dem Aufzeichnungsträger 20 befindlichen Beugungsgittern
gebeugt, so daß mehrere Beugungslinien erster Ordnung entstehen, de nachdem welche
Beugungsgitter in dem Gitermuster vorhanden sind. Das Licht nullter Ordnung <d.hb
der größte Teil des Bündels, der direkt durch das Gittermuster ohne Beugung hindurchfällt)
wird durch eine Maske 22 ausgeblendet.
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Photodetektoren 24, 26 und 28 sind so angeordnet, daß auf sie die
Beugungslinien erster Ordnung fallen, die von den entsprechenden Beugungsgittern
auf dem Aufzeichnungsträger 20 erzeugt werden. Es liegt für den Fachmann auf der
Hand, daß die Lagen der Photodetektoren durch die Gitterkonstanton der auf dem Aufzeichnungsträger
20 befindlichen Gitter bestimmt werden und daß je größer die Anzahl der oitterlinien
pro
Millimeter ist, d.h. je größer die Gitterkonstante ist, um so größer auch der Beugungswinkel
ist, um den d@ Beugungslinie erster Ordnung ausgelenkt ist. Es kann beispielsweise
angenommen werden9 daß bei dem dargestellten Beispiel die Detektoren 249 26 und
28 in der Baan der Beugungslinie erster Ordnung angeordnet sinde die von Beugungsgittern
mit 33 bzw. 44 bzw. 55 Gitterlinien pro Millimeter erzeugt werden.
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Das im wesentlichen einfache Grundprinzip der Erfindung ist beim Vergleich
der in den Fig, 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen ohne weiteres erkennbar, Es
ist sofort ersichtlich, daß der einzige Unterschied zwischen dem älteren Vorschlag
und der erfindungsgemäßen Vorrichtung darin besteht, daß bei letzterer das Filter
14 weggelassen ist und ein geradsichtiges Prisma 30 in den Strahlengang des gebeugten
Lichts eingefügt ist, Diese Abänderung ist zwar bemerkenswert einfach, es wird durch
diese Abänderung jedoch die ganze Eigenart des Herausleselichts wirksam verändert,
was erstaunliehe Ergebnisse zur Folge hat, die unten näher erläutert werden In erster
Linie ist9 da in dem Strahlengang der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung Jegliches
Filter mit schmalem Durch lässigkeitsband fehlt, das Bündel des Herausleselichts
multichromatisch. Daher wird dieses Bündel, wenn es durch die
Beugungsgitter
auf dem Aufzeichnungsträger 20 gebeugt wird, in eine Vielzahl von Beugungsspektren
aufgebrochen, diop da das Lichtbündel multichromatisoh ist9 afle Farbkomponenten
des Lichtes der Lampe 10 aufweisen, Es werden also nicht Beugungslinien erster Ordnung
erzeugt. Das Prisma 30 ist im Strahlengang dieser Beugungsspektren so angeordnet,
daß seine spektrale Strahlendispersion entgegengesetzt gerichtet ist zu der Strahlendispersion,
die von den Gittern des Gittermusters hervorgerufen wird. Daher achromatisiert das
Prisma 30 die verschiedenen Beugungsspektren,so daß die Spektralbänder in verhältnismäßig
schmale Linien multi ohromatischen Lichtes zusammengezogen werden.
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Besondere Aufmerksamkeit ist auf die Tatsache zu richten, daß das
Prisma keine vollkommene Achromatisierung der Beugungsspektren bewirkt, einfach
deshalb, weil die Dispersionseigenschaften des Prismas nicht linear sind, wohingegen
die Dispersionswirkungen der Beugungsgitter linear sind, Es ist daher erforderlich,
ein Prisma auszuwählen, dessen Dispersion ungefähr entgegengesetzt gleich der eines
Beugungsgitters mittlerer Gitterkonstante ist9 wie sie für den betreffenden Auszeichnungszweck
Verwendung findet. Wenn auch auf diese Weise keine vollkommene Achromatisierung
erreicht werden kann, werden doch ausgezeichnete Ergebnisse erhalten, wenn die Dispersienseigenschaften
sorgfältig auf einander abgestimmt werdeon, insbesondere in dem Spektralbereich,
in dem
die Photodetektoren ihre größte Empfindlichkeit haben. Es
ist ersichtlich, daß bei Verwendung eines Prismas, wie in Fig. 2 dargestellt, die
optimale Achromatisierung nur für eine einzige Gitterkonstante erreicht werden kann,
da die Gitterdispersion mit zunehmender Gitterkonstante zumimmt.
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Nichtsdestoweniger bleibt der geringe Verlust an Sohärfe der Jeweils
zugehörigen Linie ester Ordnung, der sich bei den Gittern ergibt, deren Gitterkonstante
größer oder kleiner ist als die mittlere Gitterkonstante, über den ganzen Gitterkonstantenbereich,
der normalerweise für Auf zeichnungszwecke benutzt wird, äußerst kein.
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Bei Verwendung des neu@noptischen Systems, das vorstehend beschrieben
ist, wird eine erstaunliche Verbesserung gegenüber dem älteren Vorschlag erreicht.
Durch das Vermeiden der Anwendung von Filtern sur Begrenzung der spektralen Bandbreite
des Herausleselichts kommen äußerst starke Lichtverluste in Wegfall. Obgleich durch
dieAnwendung des Prismas 30 ein sehr kleiner Lichtverlust hinzukommt, wird durch
das in Fig. 2 dargestellte optische System das multichromatische Licht der Lampe
10 in Beugungslinien erster Ordnung zusammengefaßt, deren Energie ungefähr 40 mal
so groß ist als die Energie der mit der Vorrichtung gemäß Fig. 1 erzeugten Linien
erster Ordnung. Dieser greße Gewinn an Belichtungsstärke wird dazu noch dadurch
in der Wirkung verstärkt, daß durch diesen Lichtstärkegewinn die Photodetektoren
mit viel größerem Wirkungsgrad
arbei ten.
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Fig. 3 zeigt in Form eines vereinfachten Schaubilds eine nichtlineare
Kurve, die den Empfindlichkeitsverlauf eines üblichen Photodetektors wiedergibt
(wobei willkürliche Werte für die Einheiten der Beleuehtungsstärke und der Ausgangsspannung
angegeben sind, um das Verständnis zu erleichtern). Es ist h@eraus ersichtlich,
daß, wie dies bekannt ist, übliche Photodetektoren bei sehr niedrigen Werten der
Beleuchtungsstärke eine äußerst niedrige Ausgangsspannung liefern. Auf Grund der
großen Lichtverluste, die durch das schmalbandig durchlässige Filter 14 verursacht
werden, erzeugt die Vorrichtung gemäß dem älteren Vorschlag, wie sie in Fig. 1 dargestellt
ist, nur sehr schwache Beugungslinien erster Ordnung, die in das untere Anfangsstück
32- der Kurve fallen. Andererseits liegt jedoch die viel stärkere Helligkeit der
Linien erster OM-nung, die durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Fig.
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2 erzeugt werden, in dem oberen Steilstück 34 der Kurve.
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Es ist daher ersichtlich, daß die Nichtlinearität der Detektorenempfindlichkeit
in Zusammenwirkung mit der höheren Helligkeit der bei der Vorrichtung gemäß Fig.
2 erzeugten Linien erster Ordnung eine zugehörige Ausgangsspannung erzeugt, deren
Größe überraschend ist.
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Die Unterschiede zwischen den beiden fraglichen Vorrichtungen können
am besten aus Fig. 4 ersehen werden, we Vergleichskurven der Ausgangsspannungen
des Photodetektors
für drei Gitter verschiedener Gitterkonstanten
aufgezeichnat sind, Die Kurven 24a, 26a und 28a zeigen die Ausgangaspan nungen der
Photodetektoren 24, 26 und 28 bei Verwendung der Vorrichtung gemäß dem älteren Vorschlag
(Fig. 1).
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Wenn ein Liehtbündel der Lampe 10 durch das Filter 14 hindurchgegangen
ist und zum Herauslesen dreier verschiedener übereinander aufgezeichneter Beugungsgitter
auf dem Aufzeichnungsträger 20 verwendet wird, dann wird das Bündel in drei getrennte
Beugungslinien erster Ordnung auf gespalten, die durch die Detektoren 24, 26 und
28 registriert werden und die Ausgangsspannungen gemäß Kurven 24a, 26a und 28a ven
Fig. 4 erzeugen. W@@@ dieselben drei übereinander aufgezeichneten Beugungsgitter
des Aufzeichnungsträgers 20 beim Herauslesen sit Licht derselben Lampe 10 beleuchtet
werden, wenn dieselben Photodetektoren 24, 26 und 28 zum Feststellen der gebildeten
Beugungslinien verwendet werden, wenn Jedoch hierbei die erfindungsgemäße Vorrichtung
(siche Fig. 2) verwendet wird, dann ergeben sich an den Photodetektoren die durch
die Kurve 24b, 26b und 28b in Fig, 4 dargestellten Ausgangsspannungen.
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Aus den oben bereits angegebenen Gründen werden die Disper-@@onseigenschaften
des Prismas 30 so gewählt, daß sich optimale Achromatisierung des Spektrums ergibt,
das von dem Beugungsgitter erzeugt wird, das dem Photodetektor 26 zugeordnet ist.
Daher ist die durch die Kurve 268 dargestellte
Ausgangsspannung,
wie erwartet1 größer als die durch die Kurven 24b und 28b dargestellten Ausgangsspannungen,
da die Kurve 26b dem ausgewählten Gitter mit mittlerer Gitterkonstante zugehörig
ist und die den Kurven 24b und 28b sugehörigen Gitter größere bzw. kleinere Gitterkonstanten
aufweisen. Es ist Jedoch ersichtlich, daß diese Abweichungen verg@chen mit dem außerordentlich
hohen Spannungszuwachs an durchschnittlicher Ausgangs spannung verhältnismäßig unbedeutend
sind.
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Daher ist mit dem in Fig. 2 dargestellten System, obgleich dieselbe
Lichtquelle und dieselban Photodetektoren verwendet werden, eine elektrische Ausgangsspannung
zu erhalten, die ungefähr 2ÖO mal größer ist als die mit dem in Fig. t gezeigten
System erreichbare Spannung. Von diesem Spannungszuwachs geht ein Faktor von fünf
auf das Kento der Nichtlinearität der Detektorempfindlichkeit, wie dies aus Fig.
3 ersichtlich ist. Der größte Teil des Spannungszuwachses beruht Jedoch auf der
Tatsache, daß die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung, obgleich dieselbe Lichtquelle
Vorwennng findet, Linien erster Ordnung erzeugt, die bis zu 40 mal heller sind als
die Linien erster Ordnung bis bei der Vorichtung gemäß Fig. 1 erzeugt werden.
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Die Erfindung wurde anhand eines Beispiels beschrieben, bei dem ein
geradsichtiges Prisma Verwendung findet. Es
könnte jedoch auch
eine andere optische Einrichtung Verwendung finden, die die gewünschte Umkehr der
Strahlendispersion erbringt. Ein einfaches Prisma würde beispielsweise ebenso gute
Ergebnisse liefern. Es würde durch dieses jedoch die optische Achse um ungefähr
45° geknickt. Es ist weiterhin offensichtlich, daß vollkommene Achromatisierung
der Beugungs. spektren für alle verschiedenen Gitterkonstanten erreicht werden könnte,
wenn die Beugungsspektren durch ein optssehes Element hindurchgeschickt werden könnten,
dessen Dispersion im Verhältnis zu dem Abstand von seiner Achse zunimmt. Es dürfte
prinzipiell möglich sein, eine solche in geeigneter Weise variable Dispersion bei
Verwendung einer speziell hergestellten mehrelementigen Zylinderlinse zu erhalten.