DE2102206A1

DE2102206A1 - Elektrostatisches Aufzeichnungs gerat

Info

Publication number: DE2102206A1
Application number: DE19712102206
Authority: DE
Inventors: Donald Howland Carlisle Franklin Allen Raymond Concord Mass McMahon (V St A)
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1970-01-23
Filing date: 1971-01-18
Publication date: 1971-07-29
Also published as: GB1329756A; GB1329755A; US3673596A

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. CURT WALLACH DIPL.-ING. GÜNTHER KOCH DR. TINO HAIBACH

8 München 2, l8. Januar 1971

UNSER ZEICHEN: 13 013 -

Sperry Rand Corporation, New York, USA. Elektrostatisches Aufzeichnungsgerät

Die Erfindung bezieht sich auf ein Aufzeichnungsgerät zur Aufzeichnung einer Information in Gestalt eines elektro- (|

stabischen Ladungsmusters, das die Information repräsentiert. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf kohärente optische datenverarbeitende Geräte, welche die elektrostatischen Verfahren benutzen und dadurch die Möglichkeit besitzen, simultan zu arbeiten mit einer maximalen Verarbeitungsverzögerung von etwa einer Sekunde oder weniger.

Ein bekanntes optisches datenverarbeitendes Gerät benutzt im typischen Falle ein Transparent, auf dem das zu behandelnde Signal in Gestalt eines zweidimensionalen Musters diskreter Segmente unterschiedlicher Lichtdurchlässigkeit oder Dicke aufgezeichnet wird, wodurch die Intensität oder Phase einer Licht- μ welle, die durch das Transparent hindurchläuft, beeinflußt wird. Das Aufzeichnungstransparent wird in Verbindung mit zusätzlichen Bauteilen, beispielsweise Linsen und räumlichen Filtern benutzt, um eine Korrelation, eine Impulskompression, eine Spektralanalyse und andere Funktionen durchführen zu können, wie dies an sich bekannt ist.

Früher wurde allgemein als Aufzeichnungsträger ein photographischer Film benutzt, weil dieser zahlreiche hervorragende Eigenschaften

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besitzt, insbesondere inbezug auf Auflösung und Empfindlichkeit. Photographische Filme haben jedoch den Nachteil, daß sie nicht wiederverwendbar sind und sie benötigen eine beträchtliche Entwicklungszeit, was ihre Benutzung in Simultanbehandlungsstufen aussehließt. In den letzten Jahren sind andere Aufzeichnungsmedien entwickelt worde» mit dem Ziel, diese Beschränkungen zu umgehen. Ultraschaliverzögerungsleitungen und photochrome Materialien haben insbesondere Bedeutung erlangt. Beide Medien können simultan arbeiten, aber auch sie sind Beschränkungen unterworfen. UltraschallVerzögerungsleitungen sind z.B. mit hohen Konversionsverlusten behaftet, d.h. das Lichtsignal ist sehr schwach. Außerdem sind Ultraschalleinrichtungen nicht zur Behandlung von Signalen geeignet, deren Zeitdauer größer ist als die Zeit, die zur Ausbreitung einer akustischen Welle von einem Ende der Leitung nach dem anderen erforderlich ist, d.h. eine Zeitdauer von etwa 100 Mikrosekunden oder weniger. Andererseits besitzen photochrome Materialien den Nachteil im Vergleich mit anderen Materialien, daß sie extrem lichtunempfindlich sind, insbesondere bei der Löschung und zwar bis zu einem Ausmaß, welches eine Entwicklung praktisch verwendbarer Vorrichtungen bisher ausgeschlossen hat.

Es sind auch Versuche mit anderen Materialien, z.B. mit ferroelektrischem Material und Anordnungen von elektrooptischen Materialien und flüssigen Kristallen, unternommen worden, jedoch stecken diese Versuche noch in den Anfängen und es ist daher nicht bekannt, ob die erforderlichen Eigenschaften der ümkehrbarkeit, der hohen Empfindlichkeit, der minimalen Verzögerungszeit, der Speicherkapazität, der Stabilität und der zerstörungsfreien Auslesung mit derartigen Werkstoffen realisiert werden können.

Die Erfindung geht aus von einem Aufzeichnungsgerät zur Aufzeichnung einer zeitlich sich ändernden Signalinformation auf

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einem im wesentlichen transparenten, nicht leiti'ähigen Aufzeichnungsmedium in Gestalt eines räumlich modulierten elektrostatischen Ladungsmusters. Gemäß der Erfindung ist eine Koronaentladungselektrode vorgesehen, um eine gleichförmige elektrostatische Ladungsverteilung auf einem gegebenen Bereich des Auizeichnungsmediums herzustellen, wobei eine Schreibelektrode mit einer Zeitamplituden-Signalinformatioit, die sich ändert, angelegt wird, um räumlich die gleichförmige elektrostatische Ladungsverteilung zu modulieren und ein elektrostatisches Ladungsmuster zu erzeugen, das der Signalinformation entspricht, und wobei schließlich Mittel vorgesehen sind, um das Aufzeichnungsmedium in der Nähe der Elektroden und diesen gegenüber beweglich zu haltern. ^j

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein optisches datenverarbeitendes Gerät mit einer elektrischen Signalaufzeichnungsvorrichtung vorgesehen, wobei elektrische Signalschreibmittel ein Signal auf dem Aufzeichnungsträger in Gestalt eines elektrostatischen Ladungsbildes aufzeichnen, das den Zeitamplitudenänderungen des Schreibsignales entspricht, wobei Mittel vorgesehen sind, um das elektrostatische Ladungsbild zu entwickeln und in ein äquivalentes visuelles Bild umzukehren und eine Lichtquelle einen Lichtstrahl auf das entwickelte sichtbare Bild richtet, um eine optische Signalverarbeitung zu bewirken,und wobei schließlich Mittel vorgesehen sind, um das sichtbare Bild auf dem Aufzeichnungsträger zu ™ löschen, nachdem die optische Signalverarbeitung beendet ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung wird das zu verarbeitende Signal zeitweise auf einem kontinuierlichen transparenten Band aufgezeichnet und zwar zur Vorbereitung, um dieses in den Pfad eines Lichtstrahles zu bringen, der von einer Laserquelle ausgeht, welche die Lichtquelle des datenverarbeitenden Gerätes bildet. Verschiedene Einrichtungen liegen benachbart zum Band längs des Bandes im Abstand

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zueinander um einen vollständigen Arbeitszyklus durchzuführen und zwar einschließlich Vorladung, Aufzeichnung, Entwicklung, Behandlung und Löschen. Diese Verfahrensstufen werden aufeinanderfolgend durchgeführt, wenn ein gegebener Abschnitt des Bandes an diskreten Stationen vorbeiläuft. Im einzelnen errich- zez am Anfang eines Arbeitszyklus eine Vorladungselektrode ein im wesentlichen gleichförmiges elektrostatisches Ladungsbild vorbestirnmter Polarität auf einem gegebenen Bereich des Bandes, das sich dann an einer Aufzeichnungselektrode vorbeibewegt, die ein zeitveränderliches elektrisches Signal, das verarbeitet werden soll, aufbringt. Wenn der Bereich mit gleichförmiger Ladung des Bandes an der AuxZeichnungsstation vorbeiläuft, dann wird das Ladungsmuster räumlich gemäß den Zeitamplitudenähderungen ^ des elektrischen Eingangssignales moduliert. Daher wird das elektrostatische Ladungsmuster auf dem Band in ein entsprechendes visuelles Muster veränderbarer Transparenz umgewandelt, indem das Band an "einer Entwicklungsstation Tonerpartikeln ausgesetzt wird, deren Ladung den Ladungsträgern des Bandes entgegengesetzt gerichtet ist, was zur Folge hat, daß die Tonerpartikel von den elektrostatisch aufgeladenen Abschnitten des Bandes proportional zur Ladung an den diskreten Punkten angezogen werden. Dieses visuelle Signalmuster wird dann über den Ausbreitungspfad des Lichtstrahles,der von der Laserquelle ausgeht, hindurchgeführt, worauf die optische Verarbeitung gemäß herkömmlichen Mitteln weitergeführt wird. Schließlich wird der Toner vom Band an einer Löschstation abgebürstet, bevor der nächste Arbeitszyklus beginnt.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des datenverarbeitenden

Gerätes,
Fig. 2 einen vereinfachten Schnitt längs der Linie 2-2 gemäß Fig.l.

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Gemäß Fig. 1 weist das datenverarbeitende Gerät ein elektrisch nicht leitfähiges Band 10 auf, das von zwei drehDaren Alumniumscheioen 11,12 getragen wird, die sich in Uhrzeigerrichtung drehen wie durch den Pfeil 13 angedeutet. Die Antriebsmittel sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Das Band 10 besitzt vorzugsweise eine hohe optische Qualität mit einer hohen Transparenz und es ist im wesentlichen farblos und genügend hart, um einer Verkratzung und Aonutzung infolge Abnutzung durch Reibung zu widerstehen. Sin durchsichtiges Plastikbanq, das unter dem Warenzeichens^? ¹¹WQTLAR" vertrieben wird, hat sich in der Praxis als geeignet erwiesen. Wenn sich das Band 10 im Uhrzeigersinn bewegt, arbeitet ein Koronaentladungselement 14 mit einem Ladungsdraht l6,der auf einem Potential von ungefähr +^000 VoIc gehalten m wird, und von einem lei'cfähigen Gehäuse 17 getragen wird, auf dem Koronaentladungspegel, um eine im wesentlichen gleichförmige elektrostatische Ladung von ungefähr 1500 Volt auf jenen Bereich des Bandes 10 aufzubringen, der darunter durchtritt. Im typischen Fall erstreckt sich der Ladungsdraht Ib senkrecht zur Zeichenebene über die Breite des nicht leitfähigen Bandes 10 im wesentlichen parallel hierzu und die Aluniniumscheibe 11 wirkt als Erdungskörper für das Koronaentladungselement 14. Die genannten Spannungspegel sind nur Beispiele und es können andere Spannungswerte benutzt werden, je nach den Charakteristiken und physikalischen Abmessungen in dem betreffenden Raum und im Hinblick auf die Größe der verschiedenen Elemente. J

Wenn das aufgeladene Band 10 in die Nähe der Aufzeichnungselektrode 18 gelangt, die in der Nähe der Aluminiumscheibe 12 angeordnet ist, wird die elektrostatische Ladung teilweise gemäß den Augenblickswerten des elektrischen Eingangssignales, das der Elektrode 18 über einen Aufwärtstransformator 19 und eine Gleichspannungsquelle 21 geliefert wird, gelöscht, wobei die Scheibe 12 in diesem Falle als Erdungskörper wirkt. Die Aufzeichnungselektrode 18 besitzt vorzugsweise eine scharfe Kante und ist wenige tausendstel Zoll vom Band 10 entfernt. Im Betrieb vermindert die Aufzeichnungs»

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elektrode 18 die elektrostatische Ladung auf dem Band 10 bis zu einem Pegel, der etwa gleich ist; dem Augenbliekswert des Eingangs-* signals. Im Falle eines Einkanalbetriebes erstreckt sich der Elektrodenrand im typischen Falle üoer die Breite des Bandes 10 (senkrecht zur Zeichenebene), urn ein Muster paralleler Linien sich ändernder Durchsichtigkeit zu bilden, wenn das Band 10 vorbeiläuft. Bei Mehrkanalbetrieo können mehrere Elektroden über aie Breite des Bandes 10 angeordnet werden. Stattdessen kann erforderlichenfalls eine zweidimensionale Elektrodenanordnung in der Nähe des Bandes 10 vorgesehen werden, die durch eine herkömmliche zweidimensionale Digitaltechnik gesteuert wird. In jedem Falle *:ann die Bandgeschwindigkeit oder die Lage entweder kontinuierlich oder in zunehmendem Maße mittels magnetischer oder optischer Abnahmeeinrichtungen gesteuert werden, die in der Nähe des Bandes 10 eingeordnet sind.

Die Kombination einer gleichmäßigen Voraufladung durch das Koronaentladungselement 14 und der folgenden Aufzeichnung durch teilweise Löschung ergibt, wie sich gezeigt hat, bedeutende Vorteile, insoesondere sind, da die Aufzeichnungselektrode 1Ö nur eine statische Ladung von dem Band 10 entfernt, die Ströme sehr gering. In anderen Worten ausgedrückt, bedeutet dies, daß die Aufzeichnung durch eine extrem hohe Eingangsimpedanz charakterisiert ist und deshalb sind Schaltungen mit geringer Leistung zur Aufzeichnung ausreichend. Außerdem wird durch Benutzung einer Gleichäromvorspannungsquelle 21 von etwa 400 Volt eine lineare Grauskalenaufzeichnung erlangt mit geeigneten Bereichen, wobei 200 bis oOO Volt kompatibel mit den vorerwähnten Spannungen sind. Außerdem hat sich gezeigt, daß die Auflösung durch diese Aufzeichnungstechnik verbessert wird, da eine Neuverteilung der elektrischen Feldlinien infolge einer Koronaentladung durch den geringen Scrom der Aufzeichnungselei:trode verhindert wird. Es muß jedoch festgestellt xverden, daß die Aufzeichnung auch bewirkt werden kann, ohne das Band 10 mit einer Voraufladung zu versehen, indem einfach die Signalinforrnation direkt auf das Band aufgetragen wird; jedoch geschieht dies auf Kosten

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einer Verschlechterung eines Teils der obenerwähnten Charakteristiken.

Nachdem das Eingangssignal aui' dem Band 10 aufgezeichnet ist, wird es einer Entwicklerstation 22 zugeführt, wo das elektrostatische Bild einer Wolke negativ aufgeladener undurchsichtiger Tonerpartikel ausgesetzt wird (Kohlenstoff schwarz imprägniert in Kunstharz- oder Plarcxkmaterial mit einer Körnchengröße von etwa IOC/um oder weniger). Die negativ geladene Tonerwolke wird durch einen endlosen ■****«-Kanevas-Riemen 23 zugeführt, auf den Toner von einem AuJ-jabetrichter 24 aus aufgegeben wird; Dieser Kiemen 23 läuft über vier Walzen 2:3a, 25b, 2pc und 23d in Berührung mit t dielektrischen Bürsten 2ö, die den Toner vom Riemen 23 abkehren, % urn die Wolke in jenem Bereich zu erzeugen, der durch eine Abschirmung 27 abgeschlossen ist. Der Riemen 23 läuft durch zwei Schlitze der Aoschirmung 27* wie aus Fig.l ersichtlich. Die Negativaufladung des Tonerpulvers geschieht über eine leichte Kontaktberührung mit einer Drahtbürste 20, bevor der Toner in den von der Abschirmung 27 umschlossenen Bereich einläuft. Beim Durchlaufen dieses von der Abschirmung umschlossenen Bereichs haften die Tonerpartikel an den elektrostatisch aufgeladenen Teilen des Bandes an und zwar proportional zur Größe der positiven Ladung auf dem Band 10 und dadurch wird ein sichtbares Bild unterschiedlicher Transparenz erzeugt, das dem elektrostatischen Ladungsbild entspricht, welches durch das Eingangssignal erzeugt würde. Zu die- Ά ser Zeit wird das Eingangssignal in der üblichen zweidimensionalen Form eines photographischen Transparentbildes reproduziert und ist somit geeignet zur Weiterverarbeitung in einem optischen datenverarbeitenden Gerät. In der nächsten Stufe des Zyklus wird das zweidimensionale Bandbild nach einer Entwicklerstation 31 oder einer Auslesestation 31 üoerführt, wo das Bild über einen Lichtstrahl 32 hinwegläuft, der durch einen Laser 33 über eine Reflexion eines Spiegels 3^ geliefert wird, wie dies aus Fig.2 ersichtlich ist. Der Laserstrahl ist gewöhnlich gebündelt und kann irn Durchmesser soweit vergrößert werden, daß er sich der

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Fläche aes Musters auf dem Band 10 anpaßt. Dies geschieht durch Linsen, die in seinem Pfad angeordnet sind, bevor er auf das Band 10 auffällt. Stattdessen kann der Laserstrahl leicht konvergent sein, so daß beim Durchlaufen des Bandes die Transparenz jegliches ungebeugtes Licht 28 automatisch nach einem Punkt fokussiert und dies kann leicht von jenem Licht 33 getrennt werden, das durch das räumliche Transparenzmuster geoeugt wurde.Ferner kann ein Nadelloch an einer geeigneten Stelle des Pfades des Laserstrahls angebracht werden, um örtliche Intensitätsänderungen des Laserstrahls zu entfernen und dadurch eine gleichmäßigere Beleuchtung des transparenten Bandes zu gewährleisten. Außerdem könnte eine andere Lichtquelle als eine Laserquelle benutzt werden, wie dies allgemein kohärenten optischen Datenverarbeitungseinrichtungen dieser Bauart der Fall ist. Jedoch ist eine Laserquelle zu bevorzugen und zwar wegen der größeren Helligkeit und der zeitlichen Kohärenz, die bei gewissen Anwendungen erforderlich sind. Beispielsweise würde in einem geschlossenen Fernsehsystem, wo das Eingangssignal, das der Aufzeichnungselektrode zugeführt wird, durch Abtastung eines Hologramms erzeugt wird, die Bandtransparenz eine Nachbildung des Hologramms sein und wenn dieses mit einem kohärenten Lichtstrahl beleuchtet würde, dann könnte man ein Bild eines dreidimensionalen Gegenstandes erzeugen, aus dem das Durchlässigkeicshologramm konstruiert war.

In der Endstufe nach der Vollendung der optischen Behandlung wird das Transparentband einer Löschstation J5o zugeführt, wo dielektrischen Bürsten 37» die in Verbindung mit einem Vakuum wirken-, das Tonerbild entfernen und das ^and für den nächsten Zyklus vorbereiten. Die Entfernung des Tonerbildes wird durch Benutzung einer Koronaentladung erleichtert, um den Ladungszustand der Tonerpartikel relativ zu der auf dem Band 10 verbleibenden Ladung zu steuern. Wie in der Zeichnung angedeutet, geschieht dies durch ein Koronaentladungselement ^o und eine zusätzliche Bürste und

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eine Vakuumeinrichtung j59, die von dem Band 10 durchlaufen werden, nachdem dieses durch die Bürsten 37 gelöscht wurde.

Anstelle eines um die Aluminiumscheiben 11 und 12 geführten Ban des 10 könnte auch eine Aluminiumtrömmel benutzt werden, auf deren Umfang ein Band festgelegt ist. In diesem Falle würde die optische Behandlungsstufe durch Reflexion des Laserstrahl von dem Bändsignalmuster erhalten. Dieses System erfordert jedoch eine feinpolierte, genau zylindrische Spiegeloberfläche, die sich genau um ihre Aehse dreht, und außerdem macht sich die Benutzung von in ihrer Beugung begrenzten Zylinderlinsen erforderlieh, um die gekrümmte Oberfläche des Toneroildes zu kompensieren.

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Claims

Patentansprüche :

Aufzeichnungsgerät zur Aufzeichnung einer zeitveränderxichen Signalinformation auf einem im wesentlichen transparenten, nicht leitenden Aufzeichnungsträger in Gestalt räumlich modulierter elektrostatischer Ladungsmuster, dadurch gekennzei c h η e t , daß eine Koronaentladungselektrode (Ιό) eine gleichförmige elektrostatische Ladungsverteilung auf einem gegebenen Bereich des AUi'zeichnungsmediums (10) erzeugt, daß eine Aufzeichnungselektrode (l8) eine sich mit der Zeit ändernde Amplitudensignalinformation aufbringt, um räumlich die gleichförmige elektrostatische Ladungsverteilung zu modulieren und ein elektrostatisches Ladungsmuster zu erzeugen, das der Signalinformation entspricht, und daß Mittel (11,12) vorgesehen sind, um den Aufzeichnungsträger (10) benachbart zu den Elektroden (Ιό,l8) zu führen und zu bewegen.

.2. Aufzeichnungsgerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzei chnet , daß elektrische Vorspannmittel (21) eine Vorspannung aufbringen, die größer ist als der Spitzenwert^ der Signalinformation, und daß diese Vorspannmittel mit der Aufzeiehnungselektrode (l8) verbunden sind.

3. Aufzeichnungsgerät nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Koronaentladungselektrode (lo) eine Spannung von der gleichen Polarität wie die elektrische Vorspanneinrich tung (21) besitzt.

4. Optische Datenverarbeitungsvorrichtung nach den Ansprüchen

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dadurch gekennzei ohne u ,

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daß sie einen elektrischen Signalaufzeichnungsträger (IG), einen elektrischen Signalaufzeichnungskopf (lö) zur Aufzeichnung des Signals auf den Aufzeichnungsträger (10) in Gestalt eines elektrostatischen Ladungsbildes entsprechend der Z^it-Amplitudenveränderung des Aufzeichnungssignals, und Mittel (23,24) enthält, die das elektrostatische Ladungsbild entwickeln und es in ein äquivalentes sichtbares Bild umwandeln, und daß eine Lichtquelle (33) einen Lichtstrahl (32) auf das entwickelte sichtbare Bild richtet, um eine optische Signalverarbeitung durchzuführen, und daß schließlich Mittel (37*38,39) vorgesehen sind, um Jj das si eh;, aar«= Bild auf dem Aufzeichnungsträger (10) zu löschen, nachdem die optische Signalverarbeitung abgeschlossen ist.

•j. Dctenverarbeitendes Gerät; nach Anspruch 4, dadurch g;ekennzei chnet , daß die Aufzeichnungsmittel eine eine Vorladung erzeugende Einrichtung (21) auf v/eisen, um ein im wesentlichen gleichförmiges elektrostatisches Ladungsbild auf dem Aufzeichnungsträger (10) zu erzeugen, und daß die Elektrode (18) benachbart zu dem Aufzeichnungsträger (10) angeordnet ist, um die Signalinformation hierauf abzubilden, wie sie durch das elektrostatische Ladungsbild präsentiert wird.

6. Datenverarbeitenöes Gerät nach Anspruch ö» dadurch gekennzei chnet , daß die Entwicklungsäation eine Vorrichtung (24) aufweist, die Tonerpartikel auf den Aufzeichnungsträger (10) in Form eines sichtbaren Bildes aufbringt, wobei die Tonerpartikel an diskreten Punkten des Aufzeichnungsträgers (10) gemäß der elektrostatischen Ladungsverteilung anhaften.

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7. Datenverarbeitendes Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem Mittel (20) vorgesehen sind, um die Tonerpartikel mit einer Polarität zu laden, die der Polarität des elektrostatischen Ladungsbildes entgegengesetzt ist, und daß diese Ladung auf die Tonerpartikel aufgebracht wird, bevor diese auf den Aufzeichnungsträger (10) gelangen.

8. Datenverarbeitendes Gerät nach den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Aufzeichnungsträger von einer unendlichenSchleife (10) gebildet wird und daß die AufZeichnungsstufe,die Entwicklungsstufe und die Löschstufe aufeinanderfolgend längs des Aufzeichnungsträgers (10) in Bewegungsrichtung desselben angeordnet sind, und daß der Lichtstrahl (32) den Aufzeichnungsträger (10) an einem Punkt zwischen der Entwicklungsstufe und der Löschstufe trifft.

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9. Datenverarbeitendes Gerät nach Anspruch/8,

dadurch gekennzeichnet, daß die Löschstufe eine erste Bürste (37) aufweist, die mit dem Aufzeichnungsträger (10) in Berührung steht, um die Tonerpartikel abzubürsten,und daß eine Einrichtung(38) vorgesehen ist, um die übrigen Tonerpartikel mit einer Polarität aufzuladen, die der Vorladungspolarität entgegengesetzt gerichtet ist, und daß eine zweite Bürste (39) in Berührung mit dem Aufzeichnungsträger (10) steht, um die restlichen Tonerpartikel abzubürsten.

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