DE19955124A1 - Zweidimensionale optische Faserausgangsmatrix - Google Patents
Zweidimensionale optische FaserausgangsmatrixInfo
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Abstract
Mehrere Lichtleiterkabel sind zu einer mehrdimensionalen Ausgangsanordnung gebündelt, die bei einem einzigen Durchlauf der Anordnung mehrere Datenspuren auf eine Aufzeichnungsfläche "schreibt". Die Geometrie der Anordnung erlaubt einen engen Abstand zwischen den Datenspuren, wenn diese auf die Aufzeichnungsfläche geschrieben werden, ohne daß es erforderlich ist, daß die Fasern der Ausgangsanordnung einen entsprechend engen Abstand zueinander haben. Die Verringerung des Abstands zwischen den Aufzeichnungsspuren wird durch Übereinanderstapeln mehrerer Reihen gleich voneinander beabstandeter Lichtleitfasern erreicht. Zur Herstellung einer zweidimensionalen Anordnung ungefähr gleich voneinander beabstandeter Fasern wird ein Abstandshalter verwendet, oder es können alternativ dazu der Durchmesser und die Form der Faserummantelung selbst verwendet werden. Bei Verwendung einer zweidimensionalen Ausgangsanordnung verringert sich die Notwendigkeit eines großen Bildfelds für die abbildende Optik.
Description
Die Erfindung betrifft Lichtleitfaserausgangsanordnungen und insbesondere eine
zweidimensionale Lichtleitfaserausgangsanordnung, die für die Erzeugung von
Bildern hoher Auflösung auf einer Aufzeichnungsfläche geeignet ist.
Laseraufzeichnungsgeräte werden dazu verwendet, Daten auf die Oberfläche eines
lichtempfindlichen oder wärmeempfindlichen Aufzeichnungsträgers zu schreiben.
Einige Laseraufzeichnungsgeräte verwenden Lichtleitfasern, um Licht von einer
Laserlichtquelle auf die Oberfläche zu führen. Die Daten können ein Bild wiederge
ben, das auf der Oberfläche abgebildet werden soll, oder es können lediglich Daten
sein, die durch Markierung der Oberfläche aufzuzeichnen sind.
Es ist wünschenswert, die Gesamtzeit, die zur Aufzeichnung von Daten auf einem
Aufzeichnungsträger erforderlich ist, zu verringern. Eine Herangehensweise besteht
darin, auf dem Träger gleichzeitig Daten mit Licht aus mehreren Lichtquellen
aufzuzeichnen, die jeweils nach einem anderen Teil der aufzuzeichnenden Daten
moduliert sind. Die mehrfach vorhandenen Lichtquellen sind oft in einer Ausgangs
anordnung zusammengefaßt. Bei derartigen Geräten werden die Ausgangsanord
nungen normalerweise linear zur Oberfläche des Aufzeichnungsträgers "abgeta
stet" bzw. "gescannt". Das Licht aus den einzelnen Lichtquellen der Ausgangs
anordnung wird durch Eingabedaten moduliert. Jede Quelle zeichnet während der
Abtastung die Eingabedaten auf einer "Spur" auf. Damit werden bei einem Durch
lauf der Anordnung Daten in mehrere parallele Spuren geschrieben, wodurch die
Gesamtaufzeichnungsdauer verringert wird. Die parallelen Datenspuren werden
häufig als "Rasterlinien" bezeichnet. In der vorliegenden Beschreibung werden die
Begriffe "Spur" und "Rasterlinie" gleichbedeutend verwendet.
Alle Ausgabesysteme mit mehreren Quellen haben das Problem, daß die physi
schen Maße der Lichtquellen die Auflösung, die das Gerät auf der Aufzeichnungs
oberfläche erzielen kann, einschränken können. Die Auflösung der Rasterlinien auf
einem Aufzeichnungsträger ist als effektiver "Rasterabstand" oder "Spurabstand"
bekannt. Zur Erzielung einer hohen Auflösung ist ein kleiner Spurabstand wün
schenswert.
Die erste Bauweise, die zur Erhöhung der Auflösung verwendet werden kann,
besteht darin, den Spurabstand zu verringern, indem eine Anordnung sehr dicht
nebeneinander liegender Lichtquellen vorgesehen wird. Dies kann dadurch erreicht
werden, daß Licht von in größerem Abstand zueinander angeordneten Quellen
mittels Lichtleiterkabeln zu in engem Abstand stehenden Stellen geleitet wird.
Einige derartige Geräte verringern den Spurabstand noch weiter dadurch, daß die
Ausgangsenden der Lichtleiterkabel eindimensional angeordnet werden und diese
Anordnung in einem Winkel zur Abtastrichtung ausgerichtet wird. Diese Geometrie
verringert den tatsächlichen Spurabstand auf der Aufzeichnungsoberfläche. Einige
Geräte, die nach diesem Muster gestaltet sind, sind in den US-Patenten 4 875
969, 4 923 275 und 5 321 426 beschrieben.
Das Patent '969 offenbart ein Gerät, bei dem die Enden mehrerer Lichtleitfasern so
angeordnet sind, daß sich eine lineare Anordnung von Lichtquellen ergibt. Die
Lichtleitfasern sind auf einem Substrat befestigt. Das Substrat weist Rillen auf, die
die Endabschnitte der Lichtleitfasern aufnehmen. Durch die Rillen sind die Enden
der Lichtleitfasern exakt voneinander beabstandet. Zur weiteren Verringerung des
Abstands zwischen den Faserenden wird zusätzlich die Ummantelung der Licht
leitfasern angeätzt, um den Faserdurchmesser zu verringern. Das Patent '275
offenbart ein ähnliches Gerät, bei dem das Substrat länglich geformt ist und Rillen
aufweist, deren Abstand voneinander zum Ausgangsende hin schmäler wird. Das
Patent '426 offenbart eine Vorrichtung, wie sie im Patent '275 beschrieben ist, zur
Verwendung für einen Druckkopf.
Ein gemeinsames Merkmal der drei vorgenannten Patente ist die Verwendung einer
linearen Anordnung von Lichtleitfaserausgangsquellen, die im Winkel zur Abtast
richtung ausgerichtet ist, um den tatsächlichen Spurabstand auf dem Aufzeich
nungsträger zu verringern. Diese Konstruktion ist in Fig. 1 gezeigt. Eine lineare
Anordnung von Lichtleitfaserausgangsquellen 10 ist im Winkel Θ gegenüber der
Abtastrichtung 12 geneigt. Aufgrund dieser Geometrie werden die Bilder der
einzelnen Quellen 11 auf den Aufzeichnungsträger so geschrieben, daß der tat
sächliche Spurabstand a durch a = dsinΘ gegeben ist, wobei d der tatsächliche
Mittenabstand benachbarter Lichtleitfaserenden ist.
Eine wesentliche Einschränkung bei der linearen Anordnung nach Fig. 1 ist dadurch
gegeben, daß alle in der Praxis verwendeten optischen Geräte, die die Enden einer
Anordnung von Lichtleitfasern auf einem Aufzeichnungsträger abbilden können, ein
beschränktes Bildfeld haben. Um eine Anordnung mit N Elementen abbilden zu
können, muß das Bildfeld der abbildenden Optik mindestens Nd sein. Die abbilden
de Optik, die zwischen den Enden der Lichtleitfasern und dem Aufzeichnungsträger
angeordnet ist, kann mehrteilige Linsen mit oder ohne automatischer Fokussier
einrichtung umfassen, was dem Fachmann bekannt ist. Es muß also eine Ab
wägung vorgenommen werden zwischen dem Bildfeld der abbildenden Optik und
der Anzahl der Lichtleitfasern in der Anordnung.
Während das für die abbildende Optik erforderliche Bildfeld verringert werden
könnte, indem die Enden der Lichtleitfasern abgeätzt werden, um einen Teil der
Ummantelung zu entfernen und damit den Abstand d zu verringern, würde dies
einen zusätzlichen Schritt bei der Herstellung des Aufzeichnungsgeräts bedeuten.
Und selbst wenn dies geschieht, bleibt die Anzahl der Elemente N der Anordnung
durch das erforderliche Bildfeld Nd beschränkt.
Das US-Patent 4 743 091 beschreibt eine zweidimensionale Anordnung von
Dioden. Die zweidimensionale Anordnung von Dioden hebt die durch das begrenzte
Bildfeld der abbildenden Optik bedingte Einschränkung weitgehend auf. Das Gerät
gemäß '091 enthält eine zweidimensionale Anordnung, die mehrere eindimensiona
le Anordnungen (ähnlich der von Fig. 1) umfaßt, die gegeneinander versetzt sind.
Auf diese Weise sind die Säulen der Anordnung in einem Winkel zur Abtastrichtung
ausgerichtet, um einen kleineren tatsächlichen Spurabstand zu erzielen. Bei einer
zweidimensionalen Anordnung statt einer eindimensionalen Anordnung verringert
sich das erforderliche Bildfeld der abbildenden Optik auf etwa
√(2N)d
bei derselben Anzahl N von Ausgangsquellen mit einem Mittenabstand d. Ein
Nachteil des Geräts gemäß dem Patent '091 besteht darin, daß es Dioden als
Lichtquellen verwendet.
Das US-Patent 4 590 492 beschreibt eine zweidimensionale Anordnung von
Lichtleitfaserausgangsquellen. Die Anordnung beinhaltet eine Maske mit Öffnun
gen, die photolithographisch an den Ausgangsenden der Fasern angebracht wurde,
so daß an jedem Faserende eine Öffnung sitzt. Ein Nachteil dieser Anordnung liegt
darin, daß die Maske die für die Aufzeichnung zur Verfügung stehende Lichtenergie
wesentlich verringert.
Die vorliegende Erfindung stellt eine zweidimensionale Lichtleitfaseranordnung mit
mehreren Fasern zur Verfügung, die modulierte Daten mit hoher Ausbeute optisch
emittieren. Die Anordnung umfaßt mehrere Fasersäulen und mehrere Faserreihen.
Die Anordnung kann zum Aufzeichnen von Daten auf einer Aufzeichnungsfläche
verwendet werden. Um den tatsächlichen Spurabstand auf der Aufzeichnungs
fläche zu verringern, ist jede der Reihen in Richtung der Reihen gegenüber den
benachbarten Reihen versetzt. Auf diese Weise sind die Säulen leicht "geneigt"
und nicht rechtwinklig zu den Reihen ausgerichtet.
Jede der Fasern der Anordnung kann Kern und Ummantelung komplett aufweisen,
und es gibt keine unnötige Dämpfung des abgestrahlten Lichts, die die optische
Ausbeute des Geräts verringern würde.
Der Mittenabstand der Fasern in der Anordnung beträgt vorzugsweise mindestens
das Doppelte des Kerndurchmessers der Fasern.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Abstandshalter verwendet, damit
die Position der Fasern in den Reihen und Säulen exakt beibehalten werden kann.
Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird eine Außenoberfläche der
Faserummantelung dazu verwendet, die Position der Fasern in den Reihen und
Säulen exakt beizubehalten. Bei dieser Ausführungsform ist vorzugsweise jede der
Säulen in Säulenrichtung gegenüber den benachbarten Säulen versetzt.
Zweckmäßigerweise kann das Gerät Mehrmodenfasern oder Einmodenfasern
verwenden.
Somit hat die Erfindung die Aufgabe, eine zweidimensionale Ausgangsanordnung
von Lichtleiterkabeln bereitzustellen, die die Aufzeichnung von Datenrasterlinien in
hoher Dichte auf einem Aufzeichnungsträger ermöglicht.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, Rasterlinien hoher Dichte zu erzeugen,
ohne daß die Abbildung von Gegenständen mit einem unzweckmäßig breiten
Bildfeld erforderlich ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ausgangsanordnung herzustellen,
die eine maximale Lichtweiterleitung ermöglicht und Licht, das Ausgabedaten trägt,
nicht unnötig in der Anordnung behindert.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind nachstehend beschrieben.
Von den Zeichnungen, die Ausführungsbeispiele wiedergeben, zeigen:
Fig. 1 ein Aufzeichnungsgerät nach dem Stand der Technik, das eine lineare
Anordnung von Lichtleitfaserausgängen hat, um den tatsächlichen
Spurabstand auf dem Aufzeichnungsträger zu verringern;
Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Gerät mit einer zweidimensionalen Lichtleitfaser
anordnung mit Abstandshalter, damit der Abstand zwischen den Enden
der einzelnen Lichtleitfasern gleichbleibt;
Fig. 3 wie die runde Form und der Ummantelungsdurchmesser der einzelnen
Fastern dazu verwendet werden können, die gewünschten Abstände
zwischen den Enden der einzelnen Fasern in einer zweidimensionalen
Änordnung gleich zu halten, und
Fig. 4 eine Verzögerungsarchitektur, wie sie für eine Druckeinrichtung erfor
derlich ist, welche die vorliegende Erfindung einsetzt.
Fig. 2 zeigt ein Gerät in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Das Gerät
weist eine zweidimensionale Anordnung auf, die von den Enden von neun Licht
leiterkabeln gebildet wird. Jedes Kabel ist zur Lichtübertragung mit einer Licht
quelle, beispielsweise einer Laserdiode, verbunden. Das von den einzelnen Dioden
abgestrahlte Licht wird durch Daten, die von einer Regeleinrichtung (nicht abgebil
det) bereitgestellt werden, moduliert. Geräte und Verfahren zum Modulieren des
Ausgangs von Lichtquellen wie Laserdioden sind Stand der Technik und werden
hier nicht erörtert. Die datenmodulierten Ausgänge der Laserdioden 1a, 1b, 1c sind
durch Lichtkoppler 2a, 2b, 2c mit den Fasern 3a, 3b, 3c verbunden. Zur Verein
fachung der Darstellung werden nur drei Fasern aufgeführt. Die Fasern sind so
angeordnet, daß der Mittenabstand d der Ausgangsenden der Fasern deutlich
geringer ist als der Diodenabstand A.
Die Ausgangsenden der Fasern sind in Abstandshalter 4, 5 und 6 eingeführt. Jeder
Abstandshalter umfaßt ein gerades Glied mit mehreren Eintiefungen, die um den
Abstand d regelmäßig voneinander beabstandet sind. Die zweidimensionale Anord
nung von Fasern am Ausgang wird von einer Anzahl von Reihen gebildet. Die
Abstandshalter 4, 5 und 6 sorgen für die exakte Trennung der Fasern innerhalb
einer Reihe.
Wie in Fig. 2 gezeigt, ist jede Faserreihe leicht gegenüber der benachbarten Reihe
versetzt, so daß Säulen von Lichtleitfaserenden der Anordnung "geneigt" und nicht
senkrecht zu den Reihen sind. Vorzugsweise sollte die Anzahl der Faserreihen in
etwa gleich der Anzahl der Fasern einer Reihe sein. Wenn also insgesamt N Fasern
vorhanden sind, sollten in jeder Reihe etwa
√N
Fasern und in der Anordnung etwa
√N
Reihen sein. Bei einer solchen Anordnung ist jede Reihe um den Abstand
gegenüber der benachbarten Reihe versetzt, so daß sich der tatsächliche Spur
abstand a auf
verringert. Theoretisch gibt es keine obere Grenze für die Trennung zwischen
benachbarten Reihen, jedoch bilden die Abmessungen der Fasern und, wenn
Abstandshalter verwendet werden, die Abmessungen der Abstandshalter eine
untere Grenze.
Idealerweise werden das Verhältnis Kern/Ummantelung der Faser, der Faserab
stand d und die Gesamtzahl der Fasern N so gewählt, daß die Bildaufnahmefläche
vollständig abgedeckt und die Interferenz von in benachbarten Spuren aufgezeich
neten Daten minimiert ist. Diese "Richtschnur" kann leicht eingehalten werden,
wenn der Durchmesser des Faserkerns so gewählt wird, daß er mindestens gleich
groß wie, aber nicht wesentlich größer ist als der Rasterlinienabstand
Es ist keine Maske und keine andere Licht dämpfende Vorrichtung erforderlich, um
eine Wechselwirkung zwischen den auf benachbarten Spuren der Bildaufzeich
nungsfläche aufgezeichneten Daten zu verhindern. Die äußere Optik, die zur
Abbildung der Enden der Lichtleitfasern auf dem Aufzeichnungsträger verwendet
wird, ist hier weder abgebildet noch beschrieben, weil die geeigneten optischen
Einrichtungen dem Fachmann bekannt sind.
Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Form der
Fasern 3a, 3b und 3c sowie der Ummantelungsdurchmesser dazu verwendet
werden, eine exakte Trennung zwischen den Faserenden beizubehalten. Eine Faser
aus der Reihe 8 der Anordnung liegt zwischen zwei Fasern der benachbarten Reihe
9. Die Faserenden sind dicht nebeneinander gepackt. Die Gesamtanordnung ist
leicht abgeschrägt, so daß wechselnde Faserreihen in regelmäßigen Abständen auf
zeichnen. Diese Abschrägung der Anordnung ist gleichbedeutend mit einem
Versatz der Säulen der Anordnung oder einer tatsächlichen Neigung der Reihen.
Das Abschrägen der Anordnung ist in Fig. 3 gezeigt. Die Anordnung ist gegenüber
der Abtastrichtung abgeschrägt, so daß die parallelen Spuren, die von den einzel
nen Fasern der Anordnung aufgezeichnet werden, auf der Aufzeichnungsfläche
gleich beabstandet sind (d. h. der Rasterabstand ist gleich).
Wenn der Ummantelungsdurchmesser der Fasern (nicht abgebildet) mit b bezeich
net wird und die Gesamtzahl der Fasern in der zweidimensionalen Anordnung N ist,
ergibt sich für den Rasterabstand auf der Bildaufzeichnungsfläche etwa
Bei dieser Ausführungsform ist der Rasterabstand a abhängig vom Ummantelungs
durchmesser b statt von der Abstandsvariablen d.
Die Gesamtzahl der Fasern in der Anordnung N, der Ummantelungsdurchmesser b
und der Kerndurchmesser stehen vorzugsweise in einer solchen Beziehung zuein
ander, daß die gesamte Bildaufzeichnungsfläche abgedeckt ist und die Überlappung
zwischen benachbarten Spuren minimal ist. Dieses Ziel wird erreicht, wenn der
Kerndurchmesser der Fasern mindestens gleich groß wie, aber nicht wesentlich
größer ist als der Rasterlinienabstand
Fig. 4 zeigt die Systemarchitektur für ein Gerät gemäß der zweiten Ausführungs
form der Erfindung. Das Gerät nach Fig. 4 hat die Faseranordnung 3 × 3 mit N =
9. Damit Punkte 7 in einer Gerade auf einem Aufzeichnungsträger (nicht abgebil
det) aufgezeichnet werden können, müssen in die Datenleitungen DATA3 (a,b,c),
DATA8 (a,b,c) und DATA9 (a,b,c) Verzögerungen eingebaut werden. Wenn die
Abtastung der Anordnung in Richtung 12 erfolgt, erreicht das Bild der Faser 3c
einen Ort auf seiner Spur, bevor die Bilder der anderen Fasern die entsprechenden
Orte auf ihrer Spur erreicht haben. Folglich müssen die Daten, die der Lichtquelle
von Faser 3c zugeführt werden, nicht verzögert werden. Wegen der Abschrägung
in der Anordnung liegt die Faser 3b etwas hinter der Faser 3c, und die Verzöge
rung t, wird zum Ausgleich eingebaut. Die genaue Verzögerung t1 ist eine Funktion
der Abtastgeschwindigkeit, der Maße der Anordnung und des Winkels, um den die
Anordnung abgeschrägt ist. Ähnlich wie bei Faser 3b haben die Daten für die
Modulation des von der Faser 3a geführten Lichts eine Verzögerung 2t1. Für die
Faser 8c wird eine zweite Verzögerung t2 eingeführt, wenn die zweite Reihe der
Anordnung erreicht ist. Die tatsächliche Verzögerung t2 ist eine Funktion der
Abtastgeschwindigkeit und des Reihenabstands in der Anordnung. Die den restli
chen Dioden aufgeschalteten Verzögerungen sind lineare Kombinationen der
Verzögerungen t1 und t2. Sie sind in Fig. 4 dargestellt.
Die Erfindung ist anhand zweier bestimmter Ausführungsformen beschrieben
worden, jedoch ist davon auszugehen, daß im Rahmen der Erfindung Abänderun
gen an diesen Ausführungsformen möglich sind.
Claims (12)
1. Datenaufzeichnungsgerät mit mehreren Lichtleitfasern, die datenmoduliertes
Licht mit hoher Ausbeute aussenden, wobei die Faserenden in einer Anord
nung angeordnet sind, die
- a) mehrere Reihen aufweist, bei denen jeweils mehrere voneinander be abstandete Faserenden auf einer Geraden voneinander beabstandet sind, und
- b) mehrere voneinander beabstandete Säulen aufweist, bei denen jeweils mehrere Faserenden auf einer Geraden voneinander beabstandet sind,
2. Gerät nach Anspruch 1,
bei dem der Mittenabstand der Fasern mindestens doppelt so groß ist wie der
Durchmesser des Kerns einer Faser.
3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2,
enthaltend mehrere Abstandshalter, wobei ein Abstandshalter jeweils bei
einer Reihe angeordnet ist und wobei jeder Abstandshalter ein gerades
Element aufweist, das auf einer Seite mehrere im gleichen Abstand zuein
ander verlaufende Eintiefungen hat, von denen jede eine Außenfläche einer
der Fasern aufnimmt.
4. Gerät nach Anspruch 3,
bei dem einer der Abstandshalter zwischen einem Paar benachbarter Reihen
angeordnet ist, wobei die eine Seite des Abstandshalters mit den Fasern einer
ersten der benachbarten Reihen Berührung hat und die andere Seite des
Abstandshalters mit den Fasern einer zweiten der benachbarten Reihen
Berührung hat und wobei die Dicke des Abstandshalters den Abstand zwi
schen den benachbarten Reihen bestimmt.
5. Gerät nach Anspruch 1 oder 2,
bei dem der Kontakt zwischen den Außenflächen der Ummantelung der
Fasern die Position der Fasern in den Reihen und Säulen bestimmt.
6. Gerät nach Anspruch 5,
bei dem die Enden der Fasern dicht gepackt angeordnet sind.
7. Gerät nach Anspruch 5,
bei dem jede der Säulen in Säulenrichtung gegenüber einer benachbarten
Säule versetzt ist.
8. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Fasern Mehrmodenfasern sind.
9. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Fasern Einmodenfasern sind.
10. Laseraufzeichnungseinrichtung mit einem Gerät gemäß einem der vorherge
henden Ansprüche, kombiniert mit einem Mittel zum Abtasten der Anordnung
gegenüber einer Aufzeichnungsfläche, einer Lichtquelle, die lichtleitend mit
jeder der Fasern gekoppelt ist, und einem Mittel zum Modulieren des von den
einzelnen Lichtquellen abgestrahlten Lichts, für die Aufzeichnung von Daten
auf der Aufzeichnungsfläche.
11. Laseraufzeichnungseinrichtung nach Anspruch 10,
enthaltend Verzögerungseinrichtungen zum Verzögern der Modulationsdaten,
die einigen der Mittel zum Modulieren des abgestrahlten Lichts zugeführt
werden, so daß die entsprechenden Daten, die von unterschiedlichen Fasern
auf unterschiedlichen Spuren aufgezeichnet werden, an Orten aufgezeichnet
werden, die auf einer zur Abtastrichtung senkrechten Geraden liegen.
12. Laseraufzeichnungseinrichtung mit einem Gerät nach Anspruch 6, kombiniert
mit einem Mittel zum Abtasten der Anordnung gegenüber einer Aufzeich
nungsfläche in Abtastrichtung, einer Lichtquelle, die lichtleitend mit jeder der
Fasern gekoppelt ist, und einem Mittel zum Modulieren des von den einzelnen
Lichtquellen abgestrahlten Lichts, zum Aufzeichnen von Daten auf der Auf
zeichnungsfläche, wobei die Reihen und die Säulen jeweils in einem Winkel
gegen die Abtastrichtung geneigt sind, so daß parallele Spuren, die von
einzelnen Fasern der Anordnung aufgezeichnet werden, auf der Aufzeich
nungsfläche gleich voneinander beabstandet sind.
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1999
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