DE2421707A1

DE2421707A1 - Elektro-optischer banddetektor

Info

Publication number: DE2421707A1
Application number: DE2421707A
Authority: DE
Inventors: George N Kaposhilin; Andre F Marion
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1973-05-17
Filing date: 1974-05-04
Publication date: 1974-11-28
Also published as: IT1013160B; FR2230037B1; US3838291A; CA1007322A; GB1465580A; FR2230037A1; DE2421707B2; CH577225A5; ZA741422B; AU6845174A; GB1465579A; BR7404005D0

Description

Hewlett-Packard Company
1501 Page Mill Road
Palo Alto
California 94304
USA

Case 799 29. April 1974

ELEKTRO-OPTISCHER BANDDETEKTOR

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrooptischen Banddetektor für einen Bandtransportmechanismus mit einer an diesem befestigten Lichtquelle zur Erzeugung eines Lichtstrahls.

Bestimmte bekannte Informationsspeichersysteme benutzen Bänder für die Speicherung der Information, die z.B. in digitaler Form erfolgen kann. Solche Bänder sind zum Schütze und zur Erleichterung der Aufbewahrung in Kassetten oder Patronen angeordnet. Die das Band enthaltende Patrone kann sich innerhalb eines Gehäuses oder Rahmens befinden, der die Einrichtungen zum Bandantrieb, zur Übertragung der Information auf das Band und zur Bereitstellung der für den Betrieb des Informationssystems erforderlichen Energie enthält. Da sich das Band innerhalb elidier Kassette und die Kassette sich innerhalb eines tragen- äeh Gestells befindet, ist der Anwender mit verschiedenen Problemen konfrontiert. Es kann z.B. notwendig sein, die genaue Position des Bandanfangs oder des Bandendes oder eine andereibestimmten Stelle entlang des Bandes herauszufinden, festzustellen, ob die schon auf dem Band befindliche Information geschützt werden muß, oder festzustellen ob sich im Gehäuse bzw. Gestell eine Patrone befindet.

Bei bekannten Vorrichtungen werden photo^elektrische Detektoren für Bandanfang und -ende und sperrige mechanische

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Schalter benutzt, um die Anwesenheit bzw. Abwesenheit einer Patrone anzuzeigen und die ^ei-eits auf dem Band gespeicherte Information zu schützen. Solche mechanischen Schalter stellten sich als unzulängliche Lösung heraus, da sie sich abnutzen, Staub und Schmutz anziehen, schlechte elektrische Kontakte herstellen und für zuverlässiges Arbeiten eine regelmäßige Wartung erfordern.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Banddetektor der eingangs genannten Art zu schaffen, der die oben genannten Überwachungsvorgänge ohne mechanischen Schalter ausführen kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden nur elektro-optische Einrichtungen benutzt, die billig, wirksam, zuverlässig und insgesamt sehr kompakt sind. Die Hauptelemente der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind eine Lichtquelle, Optiken für die Steuerung der von der Lichtquelle kommenden Lichtstrahlen, ein mit diesen Lichtstrahlen zusammenwirkendes Band, ein Prisma zum Ablenken der Strahlen, Photodetektoren zum Empfang der Strahlen und ein Verschluß. Die Lichtquelle, die z.B. eine Leuchtdiode sein kann, erzeugt Strahlen, die zunächst durch eine Optik gehen, die sie in drei voneinander getrennten Strahlen aufteilt. Der mittlere Strahl geht durch ein erstes kleines Loch in dem Band, der obere Strahl geht über und der untere Strahl geht unter dem Band an diesem vorbei. Diese drei Strahlen treffen auf ein dreieckiges, mit einer Optik versehenes Ablenkprisma, das sie um 180° gegen das Band ablenkt. Bei der Rückkehr geht der mittlere Strahl durch ein zweites kleines Loch in dem Band und die anderen beiden Strahlen gehen wie bereits vorher oberhalb und unterhalb des Bandes an diesem vorbei. Schließlich trifft jeder Strahl auf einen von drei Photodetektoren, die in der

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Nähe der Lichtquelle längs einer vertikalen Achse nebeneinander angeordnet sind. Der mittlere Strahl tastet die Position des Bandes ab, der obere Strahl zeigt an, daß ein gelöschtes Band fertig für die Aufnahme ist, und der untere Strahl zeigt die Anwesenheit einer Patrone innerhalb des das Informationssystem enthaltenden Gestells an.

sind

Die Lichtquelle und die drei Photodetektoren_Azusammen innerhalb eines Gehäuses angeordnet, welches für jedes dieser vier Elemente eine eigene Öffnung hat. Die Anschlüsse dieser Elemente sind mit einer gedruckten Schaltungsplatte verbunden, die an der Rückseite des Gehäuses angebracht ist und die Öffnungen nach einer Seite hin verschließt. Das in der Patrone befindliche Band ist vor dem Lichtquellengehäuse zwischen dem Gehäuse und dem Prisma angeordnet. Das Prisma ist auf der Grundplatte der Bandpatrone befestigt, welche sich ihrerseits innerhalb des Gestells befindet, das die Einrichtungen zur Aufnahme und Wiedergewinnung der Information enthält. Prisma und Lichtquellengehäuse befinden sich auf gleicher Ebene und haben ungefähr die gleiche Höhe.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die Vorderseite des Gehäuses mit Lichtquelle, Photodetektoren, strahlbildender Optik, gedruckte Schaltungsplatte, Prisma;

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Gehäuse;

Fig. 3 eine Frontansicht des Prismas mit Eingangs- und Ausgangslinsen;

Fig. 4 den an der Kassettenwand befestigten Verschluß; Fig. 5 eine Einzelansicht des Verschlusses;

Fig. 6 einen Schnitt durch die Lichtquelle und das auf der Grundplatte stehende Prisma sowie die Position von Gehäuse und Prisma zueinander;

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Fig. 7 einen Schnitt durch den Photodetektor sowie die Position von Gehäuse, Prisma und Bandkassette zueinander;

Fig. 8 ein am Banddeckel befestigtes Prisma; Fig. 9 eine Kassette mit Prisma; und

Fig. 10 die Draufsicht auf Gehäuse, Prisma, Band und Kassette.

Figuren 1 und 2 zeigen einen rechteckigen Gehäuseblock 10, der aus undurchsichtigem Kunststoff, z.B. schwarzem Delrin oder aus Metall hergestellt ist und eine Lichtquelle 11, drei Photodetektoren 12 und ein strahlerzeugendes Linsenteil 13 vor der Lichtquelle aufweist. Die Gesamtabmessungen des gezeigten Gehäuses können z.B. 16 χ 13 χ Ii. nun sein. Die Vorderseite 14 des Gehäuses 10 ist auf ein Band 21 und auf ein Prisma 30 gerichtet und hat auf ihrer rechten Seite eine runde Öffnung 15 für die Lichtquelle 11 und auf der linken Seite drei eliptische Öffnungen 16 für die drei Photodetektoren 12. Die Rückseite des Gehäuses wird durch

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eine gedruckte Schaltungsplatte 20 abgeschlossen ,/der die Elektroden^der elektrischen Komponenten im Gehäuse verbunden sind.

Die Öffnungsfläche 17 der Öffnung 16 für die Lichtquelle 11 hat im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von 7 mm und ist trichterförmig, um die Divergenz der Lichtstrahlen zu unterstützen. Diese öffnung 17 ist um eine Stufe 18 gegenüber der Vorderseite 14 des Gehäuses rückversetzt, könnte aber auch in der gleichen Ebene liegen . Vor die Lichtquelle ist in diese Stufe ein Linsenteil 13 eingesetzt, das zwei Linsen 51 und 52 zur Erzeugung zweier getrennter Lichtstrahlen enthält. Das Linsenteil 13 ist mit dem Gehäuse 10 verkittet. In der dargestellten Ausführungsform ist die Lichtquelle 11 selbst wahlweise ungefähr 4 mm hinter der Gehäusevorderfläche angeordnet. Die drei Photodetektoröffnungen 12 sind «tigefähr 2 mm hoch und sind nahe bei einander (hier 1 mm)

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auf einer senkrechten Geraden angeordnet. Die öffnungen 12 haben eliptische Form, könnten aber auch eine andere Form haben, z.B. kreisförmig o-ier quadratisch. Die Photodetek-' toren werden in diesen öffnungen gehalten und Idegen mit ihren Vorderflächen ungefähr in der gleichen Ebene wie die Vorderfläche 14 des Gehäuses 10. Die Lichtquelle 11 liegt rechts neben dem mittleren Photodetektor, könnte aber auch links von ihm angeordnet sein. Die Lage der äußeren Photodetektoren hängt von der Breite des Bandes 21 ab, da die äußeren Lichtstrahlen über bzw. unter dem Band vorbeigehen müssen. Eine übliche Bandbreite ist 3,8 mm, und bei dieser Breite hat sich als wünschenswert ergeben, als Abstand der Detektoren ungefähr 2,5 mm oder mehr zu wählen.

Die Lichtquelle 11 im Brennpunkt des mittleren Linsenteils ist eine Leuchtdiode, die im Infrarotbereich bei ungefähr 700 nm arbeitet, da Galliumarsenid-Leuchtdioden in diesem Bereich den besten Wirkungsgrad haben. Eine typische Lichtquelle hat ungefähr 4 bis 5 mm Durchmesser. Die Lichtquelle 11 ist kreisförmig, könnte aber auch eine andere, z.B. quadratische Form haben. Die Lichtquelle 11 paßt in die Lichtquellenöffnung 15 und liegt im dargestellten Ausführungsbeispiel ungefähr 4 mm hinter der Gehäuse-Vorderfläche.

Die Lichtquelle 11 kann aus einer Gleichspannungsquelle oder aus einer pulsierenden Spannungquelle betrieben werden. Die Verwendung einer pulsierenden Quelle hat allerdings eine Reihe von Vorteilen. Zum Beispiel wird die kurzzeitige Ausgangslichtstärke erhöht, kann pulsierendes Licht leicht vom Umgebungslicht unterschieden werden, lassen sich Pulssignale vom Photodetektor leichter verstärken und verarbeiten, und schließlich kann der Energiebedarf wesentlich gesenkt werden.

Die drei Photodetektoren 12 sind von konventioneller Bauart und müssen im gleichen Wellenlängenbereich arbeiten wie die

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Lichtquelle 11, bei der oben beschriebene Lichtquelle also im Bereich von 700 nm. Die in der dargestellten Ausführungsform benutzten Photodetektoren 12 haben einen Durchmesser von ungefähr 3 mm und passen in die Photodetektoröffnungen 12 in der Gehäusevorderseite. Der mitteleiE Photodetektor spricht auf unmittelbar von der Bandmitte kommende Lichtstrahlen an, während die äußeren Photodetektoren auf Lichtstrahlen ansprechen, die von oberhalb bzw. unterhalb des Bandes kommen. Der Abstand zwischen der Geraden, auf der die Photodetektoren angeordnet sind, und der Lichtquelle bestimmt den Abstand zwischen zwei kleinen Löchern im Band und außerdem den Abstand zwischen Eingangs- und Ausgangslinsen am Prisma.

Die gedruckte Schalungsplatte 20 ist z.B. aus Fiberglas hergestellt, schließt die Öffnungen, in denen sich die Photodetektoren und die Lichtquelle befinden,nach hinten ab und nimmt die Anschlüsse dieser Einheiten auf. Zur Befestigung der Schaltungsplatte 20 am Gehäuse 10 kann eine Kunststoffschraube verwendet werden.

Das von der Lichtquelle angeordnete Linsenteil 13 aus Glas oder Kunststoff erzeugt zwei äußere Lichtstrahlen 20 und 22, die zueinander parallel sind und oberhalb bzw. unterhalb des Bandes 21 an diesem vorbeilaufen. Ein von der Mitte der Lichtquelle kommender Mittelstrahl 24 verjüngt sich jedoch in Richtung auf ein erstes kleines Loch 25 in dem Band 21, das zwischen Gehäuse 10 und Prisma 30 hindurchläuft. Das Band 21 ist ein gewähnliches Aufnahme band, das in einer handelsüblichen, vorzugsweise durchscheinenden Kassette 50 untergebracht ist. Die Kassette 50 könnte jedoch auch aus undurchsichtigen Materialien hergestellt sein und ein Fenster haben, durch welches die Lichtstrahlen hindurchgehen.

Zwei kleine Durchgangslöcher 25 und 26 befinden sich in dem Biänd 21 entlang dessen Längsachse oder auf einer

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anderen Geraden längs das Bandes an einer Stell§_:, deren Lage man zu kennen wünscht, z.B. am Anfang oder am Ende des Bandes. Wie bereits erwähnt, ist der Abstand zwischen den kleinen Löchern 25 und 26 der gleiche wie der Abstand zwischen den Photodetektoren 12 und der Lichtquelle 16. Die Linie, auf der sich die kleinen Löcher 25 und 26 befinden, kann in der Mitte oder an einer anderen Stelle des Bandes liegen, jedoch muß sie sich auf gleicher Höhe mit dem mittleren Photodetektor befinden, da das durch das zweite Loch 26 zurückkehrende Licht von diesem Photodetektor aufgenommen werden muß.

Wie in Figur 1 gezeigt ist, befindet sich in kurzem Abstand vom Gehäuse 10(im dargestellten Ausführungsbeispiel ungefähr 5 mm) und unmittelbar vor diesem ein dreieckiges Prisma 30, das auf einer Grundplatte 31 der Bandkassette 50 steht. Ein solches Prisma könnte auch an die Deckplatte· 36 der Kassette angegossen sein, wie in Figur 8 dargestellt ist. Das in Figur 1 dargestellte Prisma 30 ist aus einem gut-lichtdurchlässigen Material, z.B. Glas oder. Acrylharz hergestellt und muß eine ausreichende Höhe haben, um die Lichtstrahlen von der Lichtquelle 11 aufzufangen. Diese Lichtstrahlen treten zunächst in die Basis 32 des Prismas ein, welche auf das Band 21 und die Lichtquelle 11 gerichtet ist. Das Prisma 30 nimmt die Lichtstrahlen von der Lichtquelle auf, lenkt sie um 180 ab und wirft sie zurück gegen das Band 21 und das Gehäuse 10. Von den auf die Basis 32 des Prismas auftreffenden Lichtstrahlen sind nur der obere und der untere zueinander parallel und ausgerichtet. Der Mittelstrahl 24 der sich auf das erste Loch 25 zu verjüngt, erweitert sich wieder, wenn er das Prisma 30 erreicht. Aus diesem Grund ist an der Basis 32 des Prismas 30 in Höhe des Mittelstrahls 24 eine Linse 33 angeordnet, um einen gerichteten Mittelstrahl zu erzeugen. So sind die drei Lichtstrahlen zueinander parallel,

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wenn sie das Prisma passieren. Linsen 3 4 sind an der Stelle angeordnet, wo die Lichtstrahlen die Basis 32 des Prismas wieder verlassen, um jeien Strahl auf die Fläche eines der Photodetektoren 11 zu bünieln.

In Figuren 4 und 5 ist ein flacher, rechteckiger Verschluß

40 dargestellt, der aus Metall oder aus für das Licht der Lichtquelle 11 undurchsichtigem Kunststoff hergestellt ist. Eine, der unteren Ecken des Verschlußes 40 ist weggeschnitten, um dem mittleren und dem unteren Lichtstrahl zu ermöglichen, den mittleren bzw. unteren Photodetektor zu erreichen. An der anderen unteren Ecke befindet sich eine U-förmige Klammer 41, die durch Biegung des Unterteils des Verschlusses 40 in Form eines "U" hergestellt werden kann.

Der manuell betätigte Verschluß ist auf der Innenseite der Kassattenwand 43 zwischen dem Gehäuse 10 und dem Prisma 30

angeordnet, während die U-förmige Klammer 41 unter der Kassettenwand 43 her um diese herumgebogen ist und sich

fest in eine Ausnehmung 42 drückt, die sich außen an der Kassettenwand 43 befindet. Die Länge der Ausnehmung legt den Verschiebeweg des Verschlußes 40 fest, da die Klammer

41 nur innerhalb der Ausnehmung 42 bewegbar ist.Bfei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel kann der Verschluß 40 innerhalb der Ausnehmung 42 an eine Stelle geschoben werden, wo er den oberen, von oberhalb des Bandes 21 kommenden Lichtstrahl 22 an einem Auftreffen auf den oberen Photodetektor, der "Datenschutzdetektor" genannte wird, hindert, während er den Durchgang des mittleren und unteren Strahls erlaubt.

Um information aufzunehmen oder wiederzugewinnen, berührt ein Aufnahme- und Wiedergabekopf das Band durch eine Öffnung in der Vorderwand der Kassette. Um das Band zu drehen, hält ein Reibrad das Band gegen ein innerhalb der I&ssette befindliches Antriebsrad durch eine öffnung

in der gleichen Kassettenwand. Eine Gleich- oder Wechselspannungsquelle ähnlich derjenigen in üblichen Bandaufnahmegeräten versorgt das System mit Betriebsenergie.

Das vorstehend beschriebenen Banddetektorsystem arbeitet folgendermaßen: Die Lichtquelle erzeugt drei Lichtstrahlen. Der obere Strahl, Datenschutzstrahl genannt, geht oberhalb des Bandes an diesem vorbei, trifft auf das Prisma und kehrt zum Lichtquellengehäuse zurück, wobei er das Band wiederum an dessen Oberseite passiert. Der obere Strahl wird dann von dem oberen Photodetektor wahrgenommen, jedoch nur wenn der Verschluß seinen Weg nicht unterbricht. Die Stellung des manuell betätigten Verschlusses dient damit zur Anzeige, ob das Band für eine Aufnahme verfügbar ist oder nicht. Wenn sich der Verschluß vor dem oberen Photodetektor befindet, erreicht ihn kein Lichtstrahl, und dies zeigt an, daß die Datei geschützt werden muß und keine Aufnahme auf dem Band gemacht werden sollte.

Der Mittelstrahl, Bandanfangs- oder Bandendstrahl genannt, wird nach Durchgang durch das erste Loch auf dem Band vom Prisma umgelenkt und geht zurück durch das zweite Loch zum Gehäuse, wo er von dem mittleren Photodetektor wahrgenommen wird. Da die beiden Löcher immer an einer bekannten Stelle auf dem Band angeordnet sind, z.B. am Band anfang, zeigt ein Signal vom mittleren Photodetektor an, daß sich das Band in dieser Stellung befindet, also z.B. am Anfang.

Der untere Strahl, Kassettenprüfstrahl genannt, geht unter dem Band her, trifft auf das Prisma, wird umgelenkt und geht wiederum unter dem Band her zum Gehäuse. Dort wird er vom unteren Photodetektor wahrgenommen, jedoch nur wenn die Kassette sich im Informationssystem befindet, denn das Ablenkprisma ist innerhalb der Kassette angebracht.

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Claims

1. Elektro-optischer Banddetektor für einen Bandtransportmechanismus mit einer an diesem befestigten Lichtquelle zur Erzeugung eines Lichtstrahles, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von am Transportmechanismus befestigten Photodetektoren (12) und einen optischen Reflektor (30), der das von der Lichtquelle (11) kommende Licht zu den Photodetektoren reflektiert, wobei ein erster Teil (24) des Lichtstrahls zur Anzeige des Vorliegens einer ersten Bedingung durch ein Loch (25) im Band (21) und ein zweiter Teil(22) des Lichtstrahls zur Anzeige einer zweiten Bedingung über den Rand des Bandes geleitet wird.

2. Detektro nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Band in einer Kassette (50) befindet, und daß der Reflektro (30) in der Kassette angeordnet ist, daß die erste Bedingung eine vorbestimmte Stelle in dem Längenbereich des Bandes (21) anzeigt, und daß die zweite Bedingung die Anwesenheit der Kassette im Bandtransportmechanismus anzeigt.

3. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Teil (23) des Lichtstrahls über den anderen Rand des Bandes zur Anzeige einer dritten Bedingung geleitet wird.

4. Detektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle ein Linsenteil (13) für die Aufspaltung des Lichtstrahls in drei Teile (22, 23, 24) aufweist.

5. Detektor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Reflektor ein Prisma (30) mit einer Richtlinse (34) ist, mit der die Teile (22, 23, 24)

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des reflektierten Lichtstrahls auf die Photodetektoren (12) gerichtet werden.

6. Detektor nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (21) in einer Kassette (50) enthalten ist, daß der optische Reflektor (3 2) in der Kassette angeordnet ist, daß die erste Bedingung eine vorbestimmte Stelle im Längenbereich des Bandes anzeigt, daß die zweite Bedingung die Anwesenheit der Kassette im Bandtransportmechanismus anzeigt und daß die dritte Bedingung anzeigt, ob auf das Band aufgenommen werden kann.

7. Detektor nach Anspruch 6 gekennzeichnet durch einen Verschluß an der Kassette (50) der in eine Stellung bewegbar ist, in welcher er den dritten Teil (22) des Lichtstrahls, der der Aufstellung der dritten Bedingung dient, unterbricht.

8. Detektor nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch g ekennzeichnet , daß in dem Band (21) entlang einer Längsachse des Bandes zwei Löcher (25, 26) vorgesehen sind, von denen das eine dem Durchlaß des ersten Teils (24) des Lichtstrahls zum optischen Reflektor (30) und das zweite dem Durchlaß des ersten Teils des Lichtstrahls vom optischen Reflektor zu einem Photodetektor dient.

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