DE2223581A1

DE2223581A1 - Optische vorrichtung

Info

Publication number: DE2223581A1
Application number: DE19722223581
Authority: DE
Inventors: Daniel M Klang; Roger Mosciatti
Original assignee: BUCODE Inc
Current assignee: BUCODE Inc
Priority date: 1971-11-15
Filing date: 1972-05-15
Publication date: 1973-05-30
Also published as: GB1390855A; JPS5340095B2; JPS4862485A; DE2223581B2; US3758197A

Description

Dr-Ina. Wilhelm Reichel

üipl-Ing. Wollgang Raichel 2223581

6 Frankfurt a. M. 1
Paikeiraße 13

7073 /·

Bucode, Inc., Iiauppauge, N.Y. U.S.A.

Optische Verrichtung

Die Erfindung geht aus von einer, optischen Vorrichtung mit einem in ihrer Längsrichtung verlaufenden Stab aus lichtdurchlässigen Werkstoff, der eine in Längsrichtung vorlaufende Unterseite aufweist. Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit einer optischen Vorrichtung zum Sammeln und Übertragen von Licht und mit deren Anwendung in einer optischen Abtastvorrichtung; dabei soll insbesondere die Lage einer Bandschleife in einer Speichervorrichtung oder Speicherkammer für Bandschleifen einer Bandtransportvorrichtung abgetastet werden.

Es gibt in der Technik viele Gelegenheiten, bei denen man das Vorhandensein oder das Fehlen von Licht feststellen möchte, welches normalerweise auf eine Ebene auftrifft, die sich über eine bestimmte Länge erstreckt, und bei denen man die sich daraus ergebende Information zur Steuerung verschiedener Funktionen verwenden möchte. Beispielsweise ist es bei Magnetbandtransportvorrichtungen, die in Rechenanlagen oder Datenverarbeitungsanlagen verwendet werden, üblich, eine Speichervorrichtung oder -kammer für eine Bandschleife auf beiden Seiten eines Magrietkopfes und einer Antriebseinrichtung vorzusehen, so daß das Band in der Nähe des Magnetkopfes von dem übrigen Teil des Bandes für eine rasche Beschleunigung lind Verlangs^munp; durch, die Antriebsrolle isoliert ist. Es ist gewöhnlich in jeder Speicherkammer eine Bar.dschleife vorgesehen, die sich \ rührend eines Aufnahmevorgangc-3 verlängert und während eines Abgi-.bevorganges verkürzt.

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Ein? eier Anforderungen an eine solche- Vorrichtung besteht darin, daß die wirkliche Länge der Bandschleifen in der Speichervorrichtung ständig al.getastet yrird, so cüafj die BandauiVickelräder derart gesteuert v/erclen können, daß den Längenänderungen der Schleifen entgegengewirkt wird.

andere Technik, bei der es häufig erwünscht ist, die Stellung eines Gegenstandes über eine bestimmte Länge zu überwachen, ist die Strömungsmittelmeßtechnik.

Bei den Verfahren, die bisher zur Abtastung der Lege einer, Gegenstandes längs einer bestimmten Länge verwendet xnivfi'.-n, wurde eine Lichtquelle über die gesamte abzuta.sterine Länge engeordnet und es wurde nine Anordnung von lichtempfindlichen Vorrichtungen auf der der Lichtquelle gegenüberliegenden Seite vorgesehen. Die Lichtquelle und die lichtempfindlichen Vorrichtungen waren dabei auf gegenüberliegenden Seiten des F.ewegungspfades des Gegenstandes vorgesehen, dessen Lage festgestellt werden sollte, so daß eine Bewegung des Gegenstandes längs des Bewegungspfaoes es verhinderte, daß das Licht, welches normalerweise auf die lichtempfindlichen Vorrichtungen direkt neben deii Gegenstand auftraf, abgedeckt wurde. Wenn sich nun der Gegenstand über eine bestimmte Länge weiterbewegte, dann wurde das Lisht, welches normalerweise auf die nachfolgenden lichtempfindlichen Vorrichtungen r.uftraf, abgedeckt, so daß weniger und weniger der lichtenpfindlichen Vorrichtungen angeregt wurden, Mit Hilfe von in der Technik gut bekannten Vorrichtungen konnte die gen-rue Lage des Gegenstandes längs einer bestimmten Länge zu irgendeiner Zeit durch die Zahl der lichtempfindlichen Vorrichtungen, die zu dieser Zeit betätigt waren, festgestellt werden. Ferner v.'arde dos Vorhandensein oder die Abv;:; serine ir, eines Signals bei ,jeder lichtempfindlichen Vorrichtung oa:ru verwendet, eine bf..?t:-iTi"to rtmktio^. ^i stsucriu νΛ'ηη man beispielsweise fiie l:&;;e rc- ^aiidschleixor. pbtaöt--¹! ^iIl, cann wird d'irch d::.L Zahl der Ii, hterupfindli ;hen Verrietvangen, die zu einer

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bestimmten Zeit erregt sind, die etv/aigo Lage der 3r,ndschleifo in der Speichervorrichtung der BandtrPiisportvorrichtunr; angezeigt, ho daß ein Signal erzeugt werden kann, welches dan Ecndr.ufwickelrad entweder mehr Bond aufnehmen läßt oder Band r.b-.jObf η läßt, damit sich ,jeweils ä'-ο gewünschte Länge des Bandes in der Speichervorrichtung befindet.

Die Verwendung einer Anordnung von lichtempfindlichen Vorrichtungen, die über ein'.· bestimmte Länge zur Abtastung der· La/'/.; eines Gegenstandes angeordnet sind, ist ,jedoch aus verschiedenen Gründen in gewisser Veise nicht zufriedenstellend. Wenn man. erstens ein Signal haben möchte, welches stetig die genaue Lage des Gegenstandes über eine bestimmte Länge bestimmt, dann ist es notwendig, lichtempfindliche Vorrichtungen über die ganze Strecke, die überwacht werden soll, anzuordnen. V.'enn die zu überwachende Länge groß ist, dann sind sehr viele lichtempfindliche Vorrichtungen notwendig, da sie dicht nebeneinander angeordnet werden müssen, um die Stellung des Gegenstandes stetig zu überwachen. Probleme ergeben sich darrus, daß es schwierig ist, die Ausgangssignale all der lichtempfindlichen Vorrichtungen über eine längere Zeit einheitlich zu halten. Dies ist jedoch notwendig, wenn die lichtempfindlichen Vorrichtungen die Lage des Gegenstandes genau überwachen sollen. Ferner könnte eine Veränderung des Ausgangssignals eines oder mehrerer lichtempfindlicher Vorrichtungen die Genauigkeit der Anordnung beträchtlich beeinflussen, woraus sich eine fehlerhafte Anzeige der Lage des Gegenstandes ergeben würde. Es wäre schwierig, die Ausgangssignale der lichtempfindlichen Vorrichtung über eine lange Zeit stetig zu überwachen um sicherzustellen, daß sie gleich sind und zwar insbesondere dann, wenn eine große Zahl von lichtempfindlichen Vorrichtungen verwendet wird.

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Ein anderes Problem bei der Verwendung einer /nordnung von lichtempfindlichen Vorrichtungen ergibt sich häufig daraus, d?.3 wegen des erforderl ichen Raumes es häufig nicht möglich ist, die lichtempfindlichan Vorrichtungen über die ,Tesamte Strecke, die abgetastet v/erden soll, anzuordnen. Aus --Ilen diesen Gründen ist eine Anordnung von lichtempfindlichen Vorrichtungen über die Strecke, die überwacht werden soll, nicht zufriedenstellend.

Gemäß der Erfindiang ist nun die optische Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß mehrere vollständig reflektierende Prismen in dem lichtdurchlässigen Stab /robildet sind, daß dir-.· Länge der Seiten jedes der Prismen gleich ist, daß die Prismen stufenartig in dem Stab angeordnet sind, wobei jedes Frisma über der Unterseite des Stabes eine bestimmte Höhe aufweist.

Hit einer solchen Vorrichtung lassen sich die oben genannten Schwierigkeiten überwinden. Insbesondere enthält die optische Vorrichtung einen in ihrer Längsrichtung verlaufenden Stab, der mindestens eine geneigte Fläche aufweist. Es sind mehrere total reflektierende Prismen (45° - 45° - 90°) in der geneigten Fläche des Stabes vorgesehen. Die Prismen sind stufenartig angeordnet, so daß Licht, welches auf die gesamte Länge des Stabes auftrifft, durch die reflektierenden Prismenflächen derart abgelenkt wird, daß es durch den Stab hindurch zu dessen Grundfläche geleitet wird. In ähnlicher Weise wird Licht, welches auf die Grundfläche des Stabes auftrifft, durch den Stab hindurchgeleitet und durch die reflektierenden Prismenflächen derart abgelenkt, daß es über die gesamte Länge des Stabes austritt.

Die optische Vorrichtung zur Abtastung der Lage eines Gegenstandes längs einer bestimmten Strecke oder Länge enthält eine einzige lichtempfindliche Vorrichtung, die sich an der Grundfläche des Hehrpriimer.stabes befindet, und die Licht,

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welches durch die reflektierenden Prismenflächen des abgelenkt ist, aufnimmt. Da die Prismen stufenweise längs der geneigten Fläche des Stabes angeordnet sind, so daß sich jedes Prisma in einer bestimmten Höhe befindet, ist das. Licht, welches durch eines der- Prismen abgelenkt ist, von dem Licht welches durch irgendeines der anderen Prismen länge des Stabes angeordnet ist, vollständig getrennt.

Da die Mehrprismenanordnung des Stabes ebenso lang ist wie die zu überwachende Strecke, wird dann, wenn kein Gegenstand vorhanden ist, das gesamte Licht, welches auf die reflektierenden Prismenflächen auftrifft, durch den Stab reflektiert und zu der lichtempfindlichen Vorrichtung, die sich an der Grundfläche des Stabes befindet, abgelenkt. V,^renn der Gegenstand, dessen Lage festgestellt werden soll, sich über einen Teil der Länge des Stabes bev/egt, dann wird durch diesen Gegenstand das Licht, welches normalerweise auf die reflektierenden Prismenflächen bis zu diesem Teil des Stabes auftrifft, abgedeckt. Die Verminderung der Lichtmenge, die die lichtempfindliche Vorrichtung erreicht, ergibt eine genaue Anzeige der Lage des Gegenstandes über die Länge des Stabes.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des Mehrprismenstabes gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der optischen Vorrichtung zum Abtasten gemäß der Erfindung,

Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht der Grundfläche des Mehrprismenstabes nach Fig, 1,

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Fin. 4· eine vergrößerte Seitenansicht, teilweise unterbrochen, des Mehrprismenstabes gemäß' Fig. 1 ,

Fi₁T. 5 eine perspektivische Ansicht eines Teils dos Hehrprismenstabes nach Fig. 1,

Fig. 6 eine Seitenansicht einer teilweise wo^gebrochenen zweiten Ausführungεform des Mehrprirnonstrher-; gemäß der Erfindung,

Fig. 7 eine schematische Darstellung der Anvwndung einer Ausführungsform des optischen Gerätes zum Abtasten gemäß der Erfindung bei einer Speichervorrichtung für eine Bandschleife,

Fig. 8 eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform des Mehrprismenstabes gemäß der Erfindung bei einem optischen Gerät zum Abtasten,

Fig. 9 eine schematische Ansicht- der Anv/endungsmöglichkeit eines optischen Gerätes zum Abtasten gemäß der Erfindung in einer Bandtransportanordnung,

Fig. 10 einen Schnitt durch eine Lichtschiene der Anordnung nach Fig. 9 längs der Linie iO - 10 und

Fig. 11 einen Schnitt durch eine Mehrprismenschiene der Anordnung nach Fig. 9 längs der Linie 11 - 11.

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In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform des Mehrprismenstabs gemäß der Erfindung dargestellt. Der Stab besteht im wesentlichen aus einem rechteckförmigen festen Körper mit Dreikantflächen, dessen Höhe sich von seinem Scheitel 10 zu seiner Basis 11 verändert. An der geneigten Oberfläche des Stabs sind mehrere Prismen 12 gebildet. Die Prismen sind so ausgebildet, daß sie als total reflektierende Prismen, diagonale Prismen ■ oder 45°-45°-90 -Prismen bezeichnet werden können. Diese Prismen v/erden aus dreieckformigen Abschnitten, die einen rechten Winkel aufweisen, gebildet, wobei die Länge der beiden Seiten 14 und 16 der Prismen gleich ist. Die reflektierende Oberfläche 18 dieser Prismen ist um 45°. geneigt, so daß Licht, welches normalerweise auf der linken Seite des Stabs auftrifft, in das Prisma eindringt und durch den Stab hindurch mit Hilfe der reflektierenden Oberfläche zu der Basis des Stabs reflektiert wird. Der Vorteil der total reflektierenden Prismen gegenüber metallischen Oberflächen als Reflektoren besteht darin, daß das Licht total reflektiert wird, wohingegen eine nicht metallische Oberfläche das gesamte auf sie auftreffende Licht reflektiert und daß die Reflektionseigenschaften von Prismen nicht durch ■ Anlaufen beeinflußt werden.

Die reflektierenden Oberflächen 18 der Prismen sind alle gegenüber der Seitenwand 20 des Mehrprismenstabes im Winkel von 45° geneigt. Die Vorderfläche ist bei allen Prismen (in Fig.1 die linke Fläche) mit Ausnahme des Prismas, welches sich dem Scheitel des Stabs am nächsten befindet, horizontal mit der hinteren Fläche des davorliegenden Prismas (wie es in Fig. 4 und in. Fig. 6 dargestellt ist) ausgerichtet, wenn auch diese Flächen horizontal in einem Abstand angeordnet sind, der der Breite des Stabs (wie es in Fig. 1 und 2 dargestellt ist) entspricht.

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Jedes der Prismen in dem Mehrprismenstab, wie er in Fi.5. 1 dargestellt ist, nimmt einen bestimmten Bereich in Tiofenrichtung des Stabs ein, so daß sich nicht zwei Priemen in bezug auf die untere Fläche des Stabs in der gleichen Höhe boi'indon. Dies läßt sich am besten aus Fig. 3 erkennen, die eine Ansicht der Basis- oder Grundfläche des Stabs darstellt. Die reflektierenden Oberflächen all der Prismen des Stabs lassen eich bei Betrachtung der Grundfläche des Prismas betrachten. Man kann erkennen, daß zu dem Prisma A , welches sich am Scheitel das Stabs befindet, die unterste diskrete Fläche gehört. Das Prisma B, welches sich an das Prisma A stufenweise anschließt, weist die zweitunterste diskrete Fläche auf. In gleicher Weise nehmen die Prismen E und F diskrete Flächen in dem Stab ein.

Durch die horizontale Ausrichtung der vorderen Fläche und der hinteren Fläche der aufeinanderfolgenden Prismen in dem -Mehr-prismenstab nach Fig. 1 wird es möglich, das Vorhandensein oder das Fehlen von Licht an jeder Stelle längs der gesamten Länge des Stabs festzustellen. Dies ist einer der Vorteile des Kehrprismenstabs gegenüber einer Anordnung von fotoempfindlichen Bauelementen, wenn Licht aufgenommen werden roll. Jede Stelle längs der Seite des Stabs ist für das Vorhandensein oder Fehlen von Licht empfindlich und zwar anders als bei der Anordnung von fotoempfindlichen Bauelementen, bei dar gewöhnlich zwischen den einzelnen fotoempfindlichen Bauelementen unterbrechende Spalten vorhanden sind, Wenn ferner der Mehrprismenstab dazu verwendet wird, Licht von seiner Grundfläche zu den Prismen zu übertragen, die das Licht an der einen Seite des Stabs nach außen reflektieren, dann führt die direkte Ausrichtung der Ränder zueinander, die oben erwähnt worden ist, dazu, daß das Licht über die ganze Länge des Stabs abgegeben wird.

Aufgrund der Tatsache, daß jedes der Prismen in dem i'ehrprismenstab gemäß Fig. 1 eine bestimmte Fläche des Stabs einnimmt,

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welche nicht durch irgend ein anderes der Prismen οϊηρχΓιΟΓΛ.ηοη v/lrd, ist es möglich, daß der Stab dazu verwendet v/erden kann, die Stellung eines Objekts über seine gesamte Länge, stetig zu überwachen, wobei nur ein fotoempfindliches Bauelement notwendig ist. Wie man aus Fig. 2 erkennt, wird Licht, welches auf die reflektierenden Oberflächen jedes der Prismen über die ganze Länge des Stabs auftrifft, durch den Stab nach unten abgelenkt und zwar auf eine lichtempfindliche Vorrichtung, die sich unterhalb der Grundfläche des Stabs befindet. Da jedes Prisma eine bestimmte Fläche überdeckt, unterscheidet sich das Licht dieses Prismas (beispielsweise des Prismas Λ in Fig. 3) von dem Licht, welches durch ein anderes Prisma (beispielsweise das Prisma F in Fig. 3) reflektiert wird.

Wenn ferner den Mehrprismenstab dazu verwendet wird, Licht zu übertragen und es über seine gesamte Länge nach außen zu reflektieren, dann wird es durch die Tatsache, daß jedes Prisma eine bestimmte Fläche einnimmt, möglich, nur eine einzige Lichtquelle zu verwenden, die an der Grundfläche des Stabs für all das Licht, das an der Seite des Stabs abgegeben wird, vorgesehen ist.

Gemäß den Figuren 1, 3 und 6 ändert sich die Höhe jedes der Prismen άεβ Mehrprismenstabs, wobei das Hauptpriscia A die größte Höhe aufweist und die nachfolgenden Prismen eine allmählich sich verminderte Höhe aufweisen. Natürlich wird durch die Änderung der Höhe jedes der Prismen die Fläche der reflektierenden Oberflächen für jedes Prisma (^iehe Fig. 3) verändert. Der Zweck dieser Änderung besteht bei der bevorzugten .Ausführungsform, die in den Figuren 1-5 dargestellt ist, darin, eine nicht einheitliche Intensität des Lichts zu kompensieren, des auf den Mehrprism&nstab auftrifft, wie es sich beispielsweise bei Verwendung eines mattierten Lichtstabs ergäbe, der dazu verwendet würde, Licht von einer Lichtquelle ,

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die sich an seiner Grundfläche befindet, zu übertragen und das Licht so aufzuteilen, dai3 es auf die gesamte Länge des Ilehrprisr.ienstabs auf trifft. Eine solche Anordnung ist in Fig. 2 dargestellt. Der mattierte Lichtstab ist käuflich erhältlich und er ist eine gutbekannte Vorrichtung zur Verteilung von Licht aus einer Lichtquelle, die unter seiner Grundfläche angeordnet ist.

Der mattierte Lichtstab 22 ist in seinem Querschnitt ouadretisch und er weist eine phärische Linse 24 auf, die an seiner Grundfläche angebracht ist, um das Licht der Lichtquelle parallel zu richten. ^Twenn man wünscht, die Intensität des Lichts, das an der rechten Seite des Lichtstabs 22 reflektiert wird, zu erhöhen, dann können die drei anderen Oberflächen des Stabs, wenn dies zwar auch nicht in Fig. 2 dargestellt ist, mit einem reflektierenden Überzug versehen werden. Wenn ferner eine Verstärkung der Lichtintensität nicht erwünscht ist,.dann können die drei nicht verwendeten Oberflächen des Stabs mit Schirmen oder mit nicht ».reflektier enden Überzügen versehen v/erden.

\Iie bereits oben erwähnt, ist die Intensität des Lichts, welches von der rechten Seite des mattierten Lichtstabs 22 abgegeben wird, nicht einheitlich. Es hat sich herausgestellt, daß die Intensität des abgegebenen Lichts mit wachsender Entfernung von der Lichtquelle abnimmt. Um sicherzustellen, dai3 di^ Intensität des von dem fotoempfindlichen. Bauelement aufgenommenen Lichts, welches unter dem Mehrprismenstab 8 in Fig. 2 angeordnet, ist,-linear und proportional zur Lage eines Gegenstands längs der Lange des Mehrprismenstabs ist, werden die Flächen der reflektierenden Prismen verändert, um die nicht einheitliche Lichtintensität, die auf den nehrprismenr/fcab auf triff^J:·, zu kompensieren. Bei der bevo:,;::^Tf^tf>n Ausführun/^sfoi-·:: v/orden die Flächen der Prismen, so verc^;r_;- "■.. ν ut..-, S: Ls Fläche jedes v/e.V.'.ererL Prismas mit wachsender

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!entfernung von der Grundfläche des liehrpr.i.srienstabes vergrößert wird. Damit hat das Prisma, welches sich zu dem Scheitel des i-Ielirprismenstabes em nächsten befindet, die größte Fläche, so daß es die gerinne Intensität des Lichtes, welcher, von dem mattierten Lichtstab 22 abgegeben wird, kompensiert.'Die genaue Fläche jedes der Prismen wird bei verschiedenen Anwendungsgebieten verändert, und zwar in Abhängigkeit von der Intensität des Lichtes, welches auf die Seite des Prismenstabs auftrifft.

^y:J±e bereits oben erwähnt, kann der Mehrprismenstab, der in Fig. 1 dargestellt ist, auch dazu verwendet werden, Licht von einer Lichtquelle zu übertragen, die sich unter seiner Grundfläche befindet und das übertragene Licht auf einen das Licht sammelnden Mehrprismenstab zu reflektieren. Eine optische Einrichtung dieser Art ist in Fig. 8 dargestellt. ?.^Tenn in einem solchen Fall die Fläche der reflektierenden Oberfläche der Prismen längs der gesamten Länge des Mehrprismenstabes gleich ist, dann wäre die Verteilung der Lichtintensität längs des Stabes einheitlich. In einem solchen Fall \räre die Größe der sich entsprechenden Flächen der reflektierenden Oberflächen der Prismen des das Licht sammelnden Mehrprismenstabes einheitlich und gleich den Prismenflachen des das Licht übertragenden und reflektierenden Mehrprismenstabes. ¥ie bei der bevorzugten Ausführungsform wäre das Licht, welches auf die lichtempfindliche Vorrichtung reflektiert wird, die sich unter dem Mehrprismenstab 18, 20 befindet, linear und direkt proportional zur Lage eines Gegenstandes, welcher sich über eine bestimmte Länge des Ilehrprismenstabes erstreckt.

Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Stab aus einem durchscheinenden, synthetischen organischen Werkstoff gegossen, beispielsweise aus Ac^lharz, welches unter den Handelsnamen Plexiglas und Lucite bekannt ist. Ss ist auch möglich, den Stab aus Glas, Polystyren, Polycarbonat und ähn-

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lichen Merkstoffen herzustellen.

Die Lan^e des Mehrprismenstabs ist durch die Länge, die überwacht werden soll, bestimmt. Die Höhe und die Breite des Stabs werden gewöhnlich durch den vorhandenen Raum bestimmt. Es ist dabei wichtig daß die Breite des Stabs bei einer bestimmten Stablänge die Zahl der reflektierenden Prismen in dem Stab bestimmt. Dies ist dadurch bedingt, daß die beiden nicht reflektierenden Seiten der Prismen gleich lang sein müssen. Damit würde ein Stab, der 50 cm lang ist und 1,25 cm breit ist, aus 20 reflektierenden Prismen zusammengesetzt werden. Wenn es auch erwünscht ist, daß die Höhe des Stabs an keiner Stelle mehr als 5 cm beträgt, dann kann die Gesamtsumme der Höhen all der reflektierenden Prismen nicht größer sein als 5 cm. Wenn alle reflektierenden Oberflächen gleiche Höhe aufweisen, (wie in Fig. 6) dann hätte jede etara. eine Höhe von 0,25 cm.

Nach Fig. 5 wird Licht 30, welches auf der linken Seite des Mehrprismenstabs auftrifft, der in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, durch die reflektierenden Prismaflächen 18 reflektiert, so daß das Licht durch den Stab hindurch ' zu seiner Grundfläche geleitet wird. Es ist gut bekannt, daß der kritische Winkel eines Mehrprismenstabs, der aus Lucite oder Plexiglas besteht, etwa 42° beträgt und daß das seitlich auf dem Mehrprismenstab auffallende Licht von der Oberfläche des Stabs reflektiert wird, wenn der Einfallwinkel des Lichts größer ist als der kritische Winkel. Wenn Licht unter einem geringeren Winkel als dem kritischen Winkel auftrifft, dann tritt es in den Mehrprismenstab ein und es wird die reflektierenden Prismaflächen 18 v/eitergeleitet. Da die reflektierenden Prismaflächen um 45° geneigt sind, wird Licht, welches auf die Seite des Mehrprismenstabs unter einem Winkel von 0° auftrifft, gegenüber den reflektierenden Prismaflächen einen Einfallwinkel von 45° aufweisen. Dieses Licht wird um 90°

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abgelenkt und durch den Mehrprismenstab hindurch zu seiner Grundfläche hin weitergeleitet. Licht, welches auf die reflektierenden Prismaflächen unter Winkeln von mehr als 45 auftrifft, wird auch durch die reflektierenden Prismaflächen reflektiert. Jedoch wird das unter einem Winkel auf die reflektierenden Prismaflächen auftreffende Licht, der größer ist als 45°, anders als das Licht, welches auf die reflektierenden Prismaflächen unter 45° auftrifft und welches so reflektiert wird, daß es im wesentlichen parallel zu der Längsachse des Mehrprismenstabs verläuft, zu den Seitenv/änden des Prisnenstabs in einen bestimmten Winkel zur Längsachse des Stabs reflektiert. Da der Einfallwinkel dieses reflektierten Lichts gegenüber den Innenseiten des Prismenstabs größer ist als der kritische Winkel, wird das Licht, wenn es zu der Grundfläche des Stabs hin geleitet wird, im Innern des Stabs reflektiert. Auf diese Weise wird im wesentlichen das gesamte auf den reflektierenden Prismaflächen auftreffende Licht zur Grundfläche des Mehrprismenstabs hin gerichtet, v/o es mit geeigneten Einrichtungen, die in der Technik gut bekannt sind, beispielsweise mit Hilfe einer sphärischen Linse, die an die Grundfläche des Stabs angesetzt ist, gesammelt. Die Linse fokussiert das gesammelte Licht auf eine lichtempfindliche Vorrichtung, die ebenfalls gut bekannt ist.

In Fig. 6 ist eine Ausführungsform der optischen Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt, bei der die Höhe jedes der Prismen des Mehrprismenstabs einheitlich ist. Diese Ausführungsform der Erfindung könnte dazu verwendet werden, Licht, welches auf die Seite des Stabs auftrifft, und welches in seiner Intensität über die ganze Länge des Stabs einheitlich ist, zu sammeln und zu reflektieren. In entsprechender Weise könnte der Stab, der in Fig. 6 dargestellt ist, dazu verwendet werden, eine gleichförmige Beleuchtung über eine gewünschte Länge von "·

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einer Lichtquelle her zu erreichen, die sich an seiner Grundfläche befindet,

In Fig. 7 ist die Verwendung einer Ausführungsforn der optischen Vorrichtung gemäß der Erfindung in einem optischen Abtastgerät dargestellt. Wie bereits oben erwähnt, ist es bei Transportvorrichtungen für Magnetbänder üblich, eine Speichervorrichtung 40 für eine Bandschleife vorzusehen, um einen T«il eines Bands 42 für rasche Beschleunigung und Abbremsung durch ein Antriebsrad 44 zu isolieren. Es ist bei solchen Vorrichtungen wichtig, daß die Lage der Bandschleife 42 in der Speichervorrichtung 40 stetig überwacht wird, so daß die Lage d*er Bandschleife von einem Aufwickelrad46 gesteuert werden kann. Des Aufwickelrcd steuert die Länge der Bandschleife in der Speichervorrichtung, dadurch daß es eine bestimmte Länge des Bands an die Speichervorrichtung abgibt oder von ihr aufnimmt. Durch diese Arbeitsweise wird verhindert, daß die Bandschleife ihre vorgesehenen Grenzen am oberen Ende und am unteren Ende der Speichervorrichtung überschreitet.

Bei der Schleif- und Abtastvorrichtung, die in Fig. 7 schematisch dargestellt ist, ist ein mattierter Lichtstab 48 direkt längs der einen Seite des Bewegungspfads des Bands in der Speichervorrichtung angeordnet. Ein Mehrprismenstab 50 (der in gleicher Weise wie der Mehrprismenstab 8 aufgebaut ist, der in Fig. 1 dargestellt ist und dort in Einzelheiten beschrieben ist) befindet sich direkt an der gegenüberliegenden Seite des Lichtstabs 48, so daß er die andere Begrenzung des Bewegungspfads des Band bildet.

Unter der Grundfläche des Kehrprismeilstabs 50 befindet sich eine Lichtabtastvorrichtung 52 und unter den mattierten Licht--

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stab 43 ist eine Lichtquelle 54 rn^sordnet. Wenn eich d?s Bar.<1 an der durch den Abstand X bezeichneten Stelle befindet, dann. sperrt das Band das Licht welches normalerweise auch auf alle Prismen des Mehrprismenstabes auftrifft, die sich oberhalb der gestrichelten Linie, die mit X bezeichnet ist, befinden. Da die Prismen des Stabes unter der .durch mit Abstand X bezeichneten Linie weiterhin Licht aus dem nicht abgedeckten Teil des Lichtstabes aufnehmen, ist das auf die fotoempfindliche Vorrichtung 250 reflektierte Licht direkt proportional zur Lage der Bandschleife in der Speichervorrichtung. Das von der lichtempfindlichen Vorrichtung 5?- gebildete Signal wird zu einer Steuervorrichtung für das Aufwickelrad übertragen, die den Motor des A_ufwickelrades so ansteuert, daß die Bandschleife in der Speichervorrichtung entweder verlängert oder verkürzt wird.

Es können natürlich verschiedene abgewandelte Ausführungsformen der optischen Vorrichtung, die bisher beschrieben worden ist, anstelle der Anordnung, die in Fig. 7 dargestellt ist, verwendet werden. Beispielsweise kann der mattierte Lichtstab 48 dazu verwendet werden, Licht für eine zweite Speichervorrichtung oder Speicherkammer für eine Bandschleif e^ (nicht dargestellt) auf der anderen Seite des Antriebsrades 44 vorzusehen. Ferner könnte eine weitere Lichtquelle an dem oberen Ende des mattierten Lichtstabes angeordnet werden, so daß zwei Lichtquellen verwendet werden. Außerdem könnte der Mehrprismenstab 50 durch zwei Mehrprismenstäbe ersetzt werden, wobei die Scheitel der beiden Stäbe zusammenlaufen und wobei sich lichtempfindliche Vorrichtungen an der Grundfläche jeder der Stäbe befinden. Bei dieser Anordnung sind die oberen reflektierenden Prismenflächen in einer Richtung abgeschrägt, die der Richtung der Abschrägung der reflektierenden Prismenflächen des Stabs 50 entgegengesetzt ist. Diese Anordnung könnte zusammen mit einem mattierten Lichtstab verwendet werden, der eine Lichtquelle an seinen beiden Enden aufweist. Bei einer anderen Anordnung könnte der mattierte Lichtstab 48 durch einen Kehrprismenstab ersetzt sein, bei den die Prismen in einer Richtung abgeschrägt sind, die der

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Richtung der Abschrägung der reflektierenden Prismenflochen des Stabes 50 entgegengerichtet sind. Ferner konnte gemäß dem Prinzip der Reziprozität von optischen Vorrichtungen der Kehrprismenstab 50 bei der Anordnung nach Fig. 7 durch einen mattierten Licht stab ersetzt v/erden.

In Fig. 8 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der zwei Kehrprismenstäbe 60 und 62 so angeordnet sind, da3 die Lage eines Objektes in Richtung der I'ehrprisr.enstäbe überwacht werden kann. Bei dieser Ausführungsform ist ebenso wie bei der Ausxührungsform nach Fig. 6 die Höhe jedes der Prismen in beiden Stäben einheitlich.

V/ie bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, sind die Prismenseiten 14 und 16 in ihrer Länge gleich. Ferner ist die Lance der Prismsnseiten 14 und 16 für alle Prismen des Mehrprismenstabes die gleiche. Damit ist gemäß den Figuren 2, 7 und 6, der vertikale Abstand zwischen den reflektierenden Prismenflächen gleich. Da alle reflektierenden Prismen!lachen gleichen Abstand voneinander aufweisen und die Intensität des Lichtes, welches von allen reflektierenden Frismenflachen auf die lichtempfindliche Vorrichtung reflektiert wird, gleich ist, ist das Signal, welches in der lichtempfindlichen Vorrichtung erzeugt wird, linear und direkt proportional zur Zahl der reflektierenden Prismenflächen, auf die Licht auftrifft. Diese Zahl entspricht linear der Stellung des abzutastenden Gegenstandes. 7,'enn beispielsweise gemäiS Figur 7 die Lichtenergie, die von jedem Prisma reflektierte wird ,einem MiMvolt entspricht, dann würde ein Signal von 4 Killivolt in der lichtempfindlichen Vorrichtung 52 dann erzeugt werden, wenn dies gleich der Zahl der reflektierenden Prismen, auf die Licht auftrifft, ist. :-Ian kann dann sagen, daß sich die Bandschleife in der Stellung 4 befindet. V.'enn die Bandschleife angehoben wird, εο as3 sie nicht langer das Licht von dem fünften Prisma blockiert, azr.n wird ein Signal von 5 Millivolt durch die

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lichtempfindliche Vorrichtung erzeugt und es ist ,^enr.u die lineare Stellung der Bandschle.lfe bekannt.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Größe der Fläche der reflektierenden Prismenflächen von dem vorderen Rand zu dem hinteren Rand der reflektierenden Prismenfläche zunimmt, daß die geringe Abnahme der Intensität des auftreffenden Lichtes kompensiert wird, wenn es die Breite des Mehrprismenstabes durchquert.

Der Mehrprismenstab gemäß der Erfindung muß nicht g3gossen werden, sondern es können eine Reihe von Riü^len in einen Stab eingeschnitten oder eingeformt werden, der einen im wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt aufweist. Die -Rillen werden verschieden tief eingeschnitten oder einiceformt und die reflektierenden Prismenflächen werden durch elfen des untersten Teils der Rillen gebildet. Eine Ansicht eines Mehrprismenstabes von oben, der auf diese Weise hergestellt ist, hat das -gleiche Aussehen wie eine Ansicht des Mehrprismenstabes, der in Fig. dargestellt ist.

In den Fig. 9-11 sind die wesentlichen Tei3.e einer Transportvorrichtung für Magnetband, bei der die optische Abtastvorrichtung gemäß der Erfindung verwendet wird, in vereinfachter Form dargestellt. Die Transportvorrichtung für Magnetband v/eist zwei Aufwickelräder 52 und 5^ auf, von denen jede von einem eigenen Aufwickelrad-Servomotor (nicht dargestellt) angetrieben wird. Das Magnetband 56 wird in beiden Richtungen en einen Magnetkopf 58 zum Lesen und zum Aufzeichnen vorbeigeführt. Eine rasche Beschleunigung und eine rasche Verlangsamung des Bc'nds wird mit Hilfe einer Antriebsrolle 60 erreicht, die von einem Motor mit geringem Trägheitsmoment (nicht dargestellt) angetrieben wird. Rollen 62 und 64 befinden sich auf jeder Seite des Magnetkopfes 58, um das Band gegen den Kopf zu drucken. ^/

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- 1.

Es sind zwei Speichervorrichtungen 66 und 63 für die Band schleife vorgesehen, so daß bei der sehr schnellen Start-, Stop- und Umkehrbewegung des Bandes ein Abschnitt des Bandes isoliert v/erden kann und durch die Antriebsrolle rascher beschleunigt werden kann als das Band auf den Aufwickelrädern. Dazu wird das Band in Schleifen L1 und L2 in den Speichervorrichtungen gehalten, die \^ährend der Abgabe- und Aufnahmevorgänge auf den Aufwickelrädern verlängert und verkürzt werden. Das Band wird durch Unterdruck in den Speichervorrichtungen unter Spannung gehalten. Die Luft wird aus den Speichervorrichtungen 66 und durch Unterdruckabsperrorgane 108 bzw. 106 evakuiert.

Die Bandspeichervorrichtung 66 wird durch eine Mehrprismenschiene 74, eine Lichtschiene 72 und eine Schiene 110 gebildet. Ein v/eiteres Unterdruckabsperrorgan 76 ist an der Schnittstelle einer abgewinkelten Schiene 70 und einer Schiene 78 vorgesehen. Das Unterdruckabsperrorgan 76 ist zu dem Zweck vorgesehen, deB das Band gegen die Schienen 70 und 78 gehalten werden kann. In ähnlicher Weise weist die Bandspeichervorrichtung 68 eine Schiene 80 auf, die auf einer Seite mit einer vertikalen Schiene 78 und einer Lichtschiene 98 und die auf der anderen Seite mit einer vertikalen Schiene 92 und einer Mehrprismenschiene 84 verbunden ist. An der Schnittstelle der abgewinkelten Schiene 90 und der vertikalen Schiene 92 befindet sich ein Unterdruckanschluß 88, durch den das Band gegen die Schienen 90 und 92 gehalten wird.

Eine Anforderung an die Bandtransportvorrichtung besteht darin, daß sie die wirkliche Länge der Bandschleife in den Speichervorrichtungen abtasten können muß, so daß die Aufwickelradmotoren gesteuert werden können. Auf diese Weise kann eine Änderung der Länge des Bandes in der Speichervorrichtung dadurch entgegengewirkt werden, daß die Geschwindigkeit und die Beschleunigung der Aufwickelräder gesteuert v/ird. Es ist gut

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bekannt, eine Bandschleifenabtastvorrichtung vorzusehen, die ein Signal abgibt, welches Servoschaltungen zugeführt wird, um Servoantriebsverstärker, zu steuern, die zu diesem Zweck die Aufwickelrädennotoren erregen.

/ ■ Bei der in Fig, 9 dargestellten Bandtransportvorrichtung wird die optische Abtastvorrichtung dazu verwenden, linear die Lage der Schleifen L1 und L2 in den entsprechenden Speichervorrichtungen anzuzeigen. Gemäß den Fig. 8 und 9 bildet die Lichtschiene 98 die Abgrenzung zwischen den Speichervorrichtungen 66 und 68. An beiden Enden der Lichtschiene befinden sich Linsen 94 und Eine Lichtquelle, beispielsweise eine Glühbirne 95 j ist in den Linsen vorgesehen, so daß Licht von der Lichtschiene 98 von beiden Seiten über ihre gesarate Länge abgegeben wird, wie es durch die gestrichelten Linien in der Vorrichtung 66 in Fig. 9 dargestellt ist. In der Lichtschiene können Schlitze 98 und 100 vorgesehen ssin, die mit einem lichtundurchlässigen oder einem reflektierenden Werkstoff gefüllt sind, um zu verhindern, daß Licht, welches in eine der Speichervorrichtungen gelangt ist, von dort in die andere Speichervorrichtung übertragen wird.

Gemäß den Fig. 9 und 11 werden die äußeren Begrenzungen der Speichervorrichtungen nur Mehrprismenschiener. 74 und 84 gebildet. Ba die Mehrprismencchienen 74 und 84 im wesentlichen gleich aufgebaut sind, wird hier nur die Schiene 74 beschrieben. Die Mehrprismenschiene T^. die einen oberen Teil 74A und einen unteren Teil 74B aufweist^ enthält eine Reihe von Prismen, die stufanweise derart angeordnet sind, daß die Größe der aufeinanderfolgenden Schritte von der Kitte der Schiene in jeder Richtung zu ihren Enden hin abnimmt. In Fig. 11 ist die Größe der Prisnienstufen in gestrichelten Linien dargestellt. Wie bereits oben erwähnt ict eir.e Veränderung der Größe der Prismenstufen notvonclig, u:n d^n-verminderten Betrag des Lichtes-, der von den Seiten der Lichtschiene abgegeben wird,zu kompensieren

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wobei sich der Betrag von den Enden der Schiene zu ihrer ri^te hin vermindert. An beiden Enden der I-rohrprisneHschienc Ί¹: befinden sich fotoenpfinrliche Vorrichtungen (nicht dar^r:ortellt). Diese fotoerrrofiiidlicher, Vorrichtungen erzeugen ein Auεgaη^csignal, welches von dem Betrag des Lichtes, welches durch eic '■!ehrprismenschiene zu Jedem der fotoer.rokindlichen Vorrichtungen übertragen wird, abhängt. Damit erhält gemäß Fig. 9 die fotoeiToiindliche Vorrichtung, die neben den Ende des Teils 7^-B der I:ehrprismeiischieiie angeordnet ist, Licht, welches von den ersten drei Prismenstufen in den Teil 743 der Kehrprismenschiene übertragen ist. Die fotoempfindliche Vorrichtung, die neben dem Ende des Teils 7^-A der Kehrprismenschiene angeordnet ist, er- -■^:-'lt Licht, welches von allen Stufen des Prismas ab/^e.reben \iorder^ ist, (da sich in diesem Teil der Speichervorrichtung kein Band befindet). Ss kann eine Addierschaltung vorgesehen sein, die die Ausgangssignale der beiden fotoempfindlichen Vorrichtungen addiert und ein Signal erzeugt, welches dann den Servoschaltungen zur Steuerung des Aufwickelradmotors zugeführt wird.

In den Bandtransportvorrichtungen, in denen die Länge des Bandes in den Speichervorrichtungen in bestimmten Abständen abgetastet wird, ist die Länge der Speichervorrichtungen notwendigerweise sehr gro3, da die Aufwickelradmotoren die genaue Lage des Bandes zwisehen den voneinander getrennten Abtastvorrichtungen nicht kennen und deshalb eine ausreichende Zeit brauchen um auf eine Änderung der Bandschleife zu reagieren, um diese Bandschleife in der Nähe ihrer üblichen Stellung zu halten.

Da die optische Vorrichtung-gemäß der Erfindung es möglich macht, die Länge der Bandschleife linear abzutasten, ist es möglich, die Länge der Spoichervorrichtungen oder Speicherkammern beträchtlich zu verkürzen. Daraus ergeben sich beträchtliche "erkstoffersparnisse und es lassen sich kompaktere Einheiten herstellen.

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Claims

Patentansprüche

λ) Optische Vorrichtung mit einem in ihrer Längsrichtung verlaufenden Stab aus lichtdurchlässigem Werkstoff, der eine in seiner Längsrichtung verlaufende Unterseite auf v/eist, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere vollständig reflektierende Prismen (12) in den Stab (20) gebildet sind, daß die Länge der Seiten (14, 16) jedes der Prismen gleich ist, daß die Prismen stufenartig in dem Stab (20) angeordnet sind, wobei jedes Prisma über der Unterseite des Stabes eine bestimmte Höhe aufweist.

2. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (20) eine Oberfläche aufweist, die gegenüber seiner Unterseite geneigt ist und daß die Prismen auf der geneigten Oberfläche ausgebildet sind.

3. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Prismen eine reflektierende Fläche aufweist und daß die Größe der Fläche jeder der reflektierenden Prismenflächen gleich ist (Fig. 6).

4. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Prismen eine reflektierende Fläche (A, B, C, D...) aufweist und daß die Größe der Fläche jeder der reflektierenden Prismenflachen nicht gleich ist. ■

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;3. Optische Vorrichtung nach Anspruch 4, d r. durch gekennzeichnet, daC- die Größe der Fläche jeder der reflektierenden ?riinnenflächen proportional zur Energie des auf die Fläche au:^rt.reffenden Lichtes ist.

6. Optische Vorrichtung nach einen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k ο η η ζ ei c h η e t, daß jedes der Prismen eine reflektierende Fläche aufweist, clc.3 die reflektierenden Prismenflächen so angeordnet sind,

Seite
daß auf die o.es Stabs auf treffendes Licht im Inneren des Stabes durch ihn hindurch zu seiner Grundfläche mit T-TiIi':: der reflektierenden Prismenfläche reflektiert wird und daß Licht, das auf die Grundfläche des Stabes auftrifft_}durch den Stab hindurch weitergeleitet und durch jede der reflektierenden Prismenflachen aus dem Stab heraus über seine ganze Länge reflektiert wird.

7. Optisches Gerät zum Abtasten der Lage eines Gegenstandes längs seines Bewegungspfades, mit zwei in seiner Längsrichtung verlaufenden Stäben, deren Abmessung in Längsrichtung die Begrenzung der Bewegung des Gegenstandes definiert, dessen Lage .festgestellt werden soll,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtquelle unter der Grundfläche des ersten Stabes, (22 bzw. 60) und eine lichtempfindliche Vorrichtung unter der Grundfläche des zweiten Stabes (8 bzw. 62) vorgesehen sind, daß der erste Stab (22 bzw. 60) Einrichtungen aufweist, die das Licht (30) welches von der Lichtquelle abgegeben wird, von der Seite des ersten Stabes abgeben, und daß der zweite Stab (8 bzw. 62) Einrichtungen (13) aufweist, die das auf seine Seite euftreffende Licht sammeln und dieses Licht zu der lichtempfindlichen Vorrichtung; übertragen.

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6. Optisches Gerät nach Anspruch 7,

el ε d u r c h gekennzeic h net, daß die Einrichtung (18) des zweiten Stabes (13 "bzw. 62) den Betrag des auf den zweiten Stab auftreffenden Lichtes linearisiert.

9. Optisches Gerät zum Abtasten der-Länge einer Bandschloife in einer Speichervorrichtung einer Banatransportvorrichtun."--K-.it einer Einrichtung durch die Licht entlang der Bandspeichervorrichtung ausgerichtet wird,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Li eisammelvorrichtung (50) das Licht von der Ausrichteinrichtung aufnimmt und es zu einer lichtempfindlichen Vorrichtung reflektiert, daß die Ausrichteinrichtung (43, 96) und die Sammeleinrichtung (5O₃ 74, 84) die das Licht ablenkt und überträgt an den Rändern der Bandspeichervorrichtung (40, 66, 63) vorgesehen sind, so daß die Bandschleife (42, L1, L2), deren Länge abgetastet werden soll, sich zwischen der Ausrichteinrichtung und der Sammeleinrichtung, die das Licht ablenkt und überträgt vorgesehen ist, und daß die Sammeleinrichtung in einer lichtempfindlichen Vorrichtung ein Signal erzeugt, welches direkt proportional der linearen Stellung des Bandes in der Bandspeichervorrichtung ist.

10. Gerät nach Anspruch 9 mit einem Aufwickelrad, und einem zugehörigen Aufwickelradmotor,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung auf das Ausgangssignal der lichtempfindlichen Vorrichtung zur Stuerung des Aufwickelradmotors anspricht.

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11. Gerät nach Anspruch 9 oder 10, ·

d a d u r c h gekennzeic h net, daß Sammeleinrichtungen (74, 84) das Licht der Ausrichteinrichtung sammeln und auf ?\-:ei lichtempfindliche Vorrichtungen ablenken und das Einrichtungen vorgesehen sind, die auf c.-rn. Ausgang der lichtempfindlichen Vorrichtungen zur Steuerung des Aufwickelradmotors ansprechen,

12. Gerät nach Anspruch 11,
dadurch ge l·: en rx seich net, d&-3 die Sammeleinrichtung, die das Licht ablenkt und überträgt eine Mehrprismenschiene (74, 84) aufweist, die einen oberen Teil (74A)und einen unteren Teil (74B) aufweist, wobai das Licht, welches auf den oberen Teil auftrifft,in einer Richtung und das Licht, welches auf den unteren Teil auftrifft, in entgegengesetzter dichtung abgelenkt wird.

13. Gerät nach einem der Ansprüche 9-12, dadurch gekennzeichnet, da3 die Lichtausrichteinrichtung (98) zwischen der ersten Mehrprismenschiene (74) und einer zweiten Mehrprismenschiene (84) angeordnet ist, wodurch die Begrenzungen der ersten ' Speichervorrichtung oder-kammer (66) und der zweiten Speichervorrichtung oder -kammer (63) gebildet werden.

14. Gerät nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden- Enden der Ausrichteinrichtung (98) eine Lichtquelle (95) angeordnet ist.

Rei/Gr.

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