DE2732188A1 - System zur automatischen korrektur des formfaktors - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. Dipl -Chem. Dipl.-Ing. E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser2 732188 Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

THOMSON - BRANDT H. Juli 1977

173t Bd. Haueemann

75OOB PARIS / Frankreich

Unser Zetohen: T 2235

System zur automatischen Korrektur des Formfaktors

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Demodulation der Trägerwelle, die sich bei dem Lesen eines Informationsträgers ergibt. Sie betrifft insbesondere die Einrichtungen zum Wiederherstellen von Fernsehsignalen, wenn diese optisch oder magnetisch auf einem Träger in einer Technik aufgezeichnet worden sind, die aus einer Winkelmodulation einor Rechteckwelle besteht.

Bei der Umsetzung der verschiedenen Bestandteile eines Fernsehsignals auf optischem oder magnetischem Wege wird von einer Multiplexierungstechnik Gebrauch gemacht, bei

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welcher die ungleichmäßige zeitliche Anordnung der Halbperioden einer Rechteckträgerwelle dazu dient, die gewünschten Modulationen auszudrücken. In einem typischen Fall beim Fernsehen kann dieses Modulationsgemisch sich in eine Frequenzmodulation durch das die Leuchtdichte darstellende Signal, zu welcher eine Impulsdauermodulation hinzukommt, die auf die Wiedergabe der Farbartsignale abzielt, wenn es sich um Farbfernsehen handelt, und das das Fernsehbild begleitende Tonsignal aufgliedern.

Als Ergebnis des magnetischen, mechanischen oder optischen Lesens eines Informationsträgers ergibt sich ein Signalgemisch, das nacheinander wieder in Form gebracht und demoduliert werden muß. Das Wiederinformbringen besteht darin, dem Lesesignal eine Rechteckform zu geben. Nach dem Wiederinformbringen wird das Signal an eine Schaltungsanordnung angelegt, die einen Frequenzdiskriminator enthält. Dieser Diskriminator dient zwar zur Wiedergabe des Leuchtdichtesignals, in der Praxis stellt man jedoch fest, daß diese Wiedergabe häufig zu wünschen übrig läßt. Aus mehreren Gründen weist das Lesesignal nach dem Wiederinformbringen einen fehlerhaften Formfaktor auf. Infolgedessen wird die Qualität des auf dem Schirm eines Fernsehempfängers wiedergegebenen Bildes durch Intermodulationserscheinungen beeinträchtigt, deren Umfang die Schätzung überschreitet, die auf der Basis von an dem Eingang des Frequenzdemodulator ausgeführten Spektralmessungen gemacht werden kann. Die Erfahrung hat aber gezeigt, daß die festgestellten Fehler wenig störend sind, wenn der Formfaktor

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des zu demodulierenden Signals einen Mittelwert aufweist, der nahe bei 0,50 liegt.

Die Erfindung schafft ein System zur automatischen Korrektur des Formfaktors der Rechteckwelle, die durch Amplitudenbegrenzung der Signale erzeugt wird, welche sich beim Lesen eines Informationsträgers ergeben, das gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß es Einrichtungen zur Entnahme der mittleren Amplitude der Rechteckwelle und Spannungsvergleichseinrichtungen mit einem mit dem Ausgang der Entnahmeeinrichtungen verbundenen ersten Eingang und mit einem mit einer Bezugsspannungsquelle verbundenen zweiten Eingang enthält, wobei die die Rechteckwelle aus den Lesesignalen erzeugenden Einrichtungen einen Formfaktoreinstelleingang haben, der über eine Regelschleife, die bestrebt ist, den Formfaktor im wesentlichen gleich 0,5 zu halten, mit dem Ausgang der Vergleichseinrichtungen verbunden ist.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Einrichtung zum optischen Lesen der

auf einem Träger angebrachten Information,

die Fig. 2 und 3 Erläuterungsdiagramme,

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Fig. 4 ein erstes Beispiel des Formfaktorkorrek-

tursystems, und

Fig. 5 weitere Beispiele des Formfaktorkorrek-

tursystems.

Fig. 1 zeigt die Hauptelemente einer optischen Leseeinrichtung zum Lesen einer Aufzeichnung 1, die mit der Geschwindigkeit ν abgespielt wird und deren Fläche 2 eine Prägung aufweist, die aus mikroskopischen Vertiefungen besteht. Die mikroskopischen Vertiefungen 3 bilden eine Kette von Beugungselementen, die längs einer Spur verteilt sind, deren Breite ausreichend klein ist, um durch Beugung eine Winkelausweitung der Lesestrahlung zu erzeugen. Die Lesestrahlung ist in einem Bündel 4 enthalten, dessen Konvergenzpunkt in der Fläche 2 in dem Schnittpunkt mit der optischen Achse 19 eines Objektivs 5 liegt. Zur punktförmigen Beleuchtung der Spur werden eine Strahlungsquelle 8, eine Linse 7 und eine halbreflektierende dünne Platte oder Schicht 6 benutzt. Der Konvergenzpunkt der von der Linse 7 ausgehenden Strahlung ist durch das Objektiv 5 mit dem oben genannten Schnittpunkt konjugiert. Die Erfassung der in die Fläche 2 der Aufzeichnung 1 eingeschriebenen Information erfolgt durch ein Paar Photodetektorelemente 10 und 11, die auf einem Träger 12 so angeordnet sind, daß sie von der Lesestrahlung nach Reflexion an der Fläche 2, erneuter Durchquerung des Objektivs 5 und Durchlassung durch die halbreflektierende Schicht 6 einen mehr oder

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- ir -

weniger großen Bruchteil auffangen. Elektrische Schaltungen 14 und 13 gestatten das Anlegen der durch die Photodetektoren 11 und 10 gelieferten Signale an die komplementären Plus- und Minuseingänge eines Differenzverstärkers 15. Dieser als Amplitudenbegrenzer benutzte Verstärker liefert eine Rechteckwelle, deren vierte durch die Versorgungsspannungen des Verstärkers 15 festgelegt sind. Die von dem Verstärker 15 gelieferte Rechteckwelle enthält an ihren Flanken die Information in einer Form, die an die Kette von mikroskopischen Vertiefungen von ungleichmäßiger Breite und ungleichmäßigem Abstand erinnert, welche zu ihrer Speicherung gedient hat. Ein Demodulator 16 empfängt die Rechteckwelle aus dem Verstärker 15 und gibt an dem Ausgang 17 das gewünschte Modulationssignal ab, z. B. das Leuchtdichtesignal eines auf dem Informationsträger 1 aufgezeichneten Fernsehprogramms. Bei der in Fig. 1 dargestellten Lesebetriebsart handelt es sich um die Δ -Differenzbetriebsart, die auch als "symmetrische¹¹ Betriebsart bezeichnet wird. Eine Einstellschraube 18 und die Schaltung 13, die einen einstellbaren Übertragungsfaktor hat, gestatten, das Photodetektorpaar 10,11 in bezug auf die Achse 19 zu zentrieren und die Werte der erfaßten Signale zu egalisieren. Wenn diese Einstellungen passend vorgenommen worden sind, stellt man fest, daß die Demodulation der Rechteckwelle mit einem geringen Intermodulationsgrad prfolgt. Eine weitere Art der Erfassung, die Σ-Zentralbetriebsart, besteht darin, die aus den Photodetektoren 10 und 11 stammenden Signale

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parallel zu machen, um sie an einen der Komplementäreingänge des Verstärkers 15 anzulegen, dessen anderer Eingang eine Bezugsspannung empfängt. Ohne weitere Vorsichtsmaßnehmen führt die Σ-Zentralbetriebsart zu ausgeprägteren Intermodulationseffekten, die eng von den Kenndaten der auf dem Aufzeichnungsträger 1 angebrachten Prägung abhängig sind.

Um die Störung genauer zu verstehen, die durch die Intermoduiationseffekte verursacht wird, muß man beachten, daß die Kette von mikroskopischen Vertiefungen 3, die der Aufzeichnungsträger 1 trägt, tatsächlich eine mehr oder weniger getreue Wiedergabe der Rechteckträgerwelle ist, die die Information enthält.

In Fig. 2 ist die Multiplexierungstechnik dargestellt, die zum Aufzeichnen von Fernsehsignalen benutzt wird. In dem in Fig. dargestellten Beispiel erfolgt die Multiplexierung eines Leuchtdichtesignals Y und eines Zusatzsignals A, welches ein Hilfsträger sein kann, der durch ein begleitendes Tonsignal S oder durch abwechselnde Farbartkomponenten R-Y und B-Y moduliert ist. Das Diagramm in Fig. 2 a zeigt die Multiplexierungstechnik. Eine Hauptträgerwelle 20 wird durch das Leuchtdichtesignal Y frequenzmoduliert. Die Welle 20 enthält überlagert ein Zusatzsignal A, das durch die Kurve 21 gestrichelt dargestellt ist. Bei Verwendung einer Begrenzungsschaltung, deren Kippschwellenwerte durch die Linien 22 und 23 dargestellt sind, kann die Welle 20 in eine Rechteckschwingung 24 gemäß Fig. 2b umgewandelt werden, welche die Amplitude W dieser Welle

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in Abhängigkeit von der Zeit t angibt. Die gestrichelten Linien 25 markieren die Lage der Flanken der Rechteckwelle 24 bei NichtVorhandensein einer Modulation durch das Zusatzsignal A.

Die Mechanismen des AufZeichnens und Lesens der Trägerwelle, die auf der vorstehend beschriebenen Modulationsteclmik basieren, sind in Fig. 3 dargestellt. Fig. 3a zeigt die Rechteckwelle 24 mit ihrem räumlichen Verlauf längs der Achse vt, wobei diese Einheit die übliche Abszisse entlang der Spur ist, die der in Fig. 3b dargestellte Aufzeichnungsträger trägt. Jede negative Halbwelle der Rechteckwelle 24 ist auf der Fläche 2 des Aufzeichnungsträgers 1 durch eine mikroskopische Vertiefung 3 materialisiert. Die positivien Halbwellen der Rechteckwelle 24 sind durch zwischengeschaltete Bereiche materialisiert, die bis an die Fläche 2 reichen. Bei dem Lesen der auf dem Aufzeichnungsträger 1 angebrachten Information erhält man Signale, deren Konfiguration durch die angewandte Art des Lesens beeinflußt wird. Bei Anwendung der Δ-Differenzerfassungsart hat das Lesesignal vor der Begrenzung die Form einer in Fig. 3c dargestellten Welle 26. Wenn die Positionsund Empfindlichkeitseinstellungen der Photodetektoren in geeigneter Weise vorgenommen worden sind, erfolgen die Nulldurchgänge der Welle 26, wenn die Leseachse 19 genau durch die Mitte der mikroskopischen Vertiefungen 3 und durch die Mitte der zwischengeschalteten Bereiche hindurchgeht. Die vertikalen Hilfslinien materialisieren diese Übereinstimmung zwischen dem Schnitt in Fig. 3b und

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dem Diagramm in Fig. 3c. Nach der Begrenzung ergibt die Welle 26 eine Rechteckwelle 27, die in Fig. 3d dargestellt ist. Daraus folgt, daß, wenn die Begrenzung bei dem Nulldurchgang erfolgt, die übergänge der Welle 27 in bezug auf die mikroskopischen Vertiefungen 3 und auf die zwischengeschalteten Bereiche des Aufzeichnungsträgers 1 zentriert bleiben.

Bei Anwendung der Σ-Zentrallesebetriebsart hat das Lesesignal das Aussehen der in Fig. 3e dargestellten Kurve Wenn man das Lesesignal 28 mit einem Kippschwellenwert begrenzt, der durch die strichpunktierte Linie 29 in Fig. 3e dargestellt ist, ergibt sich eine P.echteckwelle 30, die in Fig. 3f dargestellt ist. Der Wert des Form-

faktors r» der Welle 30 kann wesentlich von dem Wert b

des Formfaktors der Welle 24 abweichen, von welcher das Aufzeichnungs-Leseverfahren ausgeht. Dagegen kommt der Formfaktor der Welle 27 dem der Welle 24 viel näher, was die Überlegenheit der Differenzlesebetriebsart zeigt. Es kann sogar noch hinzugefügt werden, daß die Ungleichheit, die zwischen dem Profil der Prägung, das in Fig. 3b dargestellt ist, und der Kurve 24 vorhanden sein kann, praktisch keine Rückwirkung auf den Formfaktor der Welle 27 hat.

Die Erfahrung zeigt, daß die auf dem Bildschirm eines Fernsehempfängers aufgrund eines Differenzlesevorganges wiedergegebenen Bilder weniger mit Intermodulationsfehlern behaftet sind, selbst wenn die gelesenen Aufzeich-

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nungen relativ gegensätzliche Kenndaten haben. Diese Überlegenheit des mit symmetrischer Erfassung arbeitenden Systems kann der Tatsache zugeschrieben werden, daß der Formfaktor der Rechteckwelle, die der Demodulationsschaltung zugeführt wird, im Mittel einen Wert von etwa 0,5 aufweist. Gleichwohl kann diese Bedingung aus zahlreichen Gründen nicht erfüllt werden, von welchen der Abgleichfehler eines Lesesystems der symmetrischen Bauart, die Tatsache, daß das optische Lesen einer Aufzeichnung mit einem System mit zentraler Öffnung erfolgt, oder die Wahl eines nichtoptischen Leseverfahrens genannt seien.

Deshalb kann ein System zu Lesen einer magnetischen Aufzeichnung ein Lesesignal liefern, dessen Formfaktor im Mittel ziemlich weit von dem optimalen Wert 0,5 abweicht.

Infolgedessen stellt sich in der Praxis das Problem, auf den Formfaktor eines Lesesignals ungeachtet von dessen Ursprung einzuwirken, damit es an dem Eingang einar DemodulationsSchaltung einen Formfaktor aufweist, der im Mittel auf 0,5 gehalten wird.

Fig. 4 zeigt das Blockschaltbild eines Systems zur automatischen Korrektur des Formfaktors eines Lesesignals, das aus einer Welle besteht, deren Halbwellen schräge Flanken haben, was aufgrund des endlichen Wertes der Band breite der optischen, elektrischen oder magnetischen Lese- systerne immer der Fall ist. In dem Fall von Fig. 4 ist das Lesesystem durch das Rechteck 31 materialisiert, wäh-

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rend die Demodulatorschaltung durch das Fechteck 16 materialisiert ist. Ihr Ausgang 17 ist beispielsweise mit einem Fernsehempfänger verbunden.

In dem Rahmen 32 sind Amplitudenbegrenzungseinrichtungen angeordnet, beispielsweise in Form eines Differenzverstärkers 34, der durch eine elektrische Quelle 35 gespeist wird. In dem Rahmen 33, der Einrichtungen enthält, welche die automatische Korrektur des Formfaktors gestatten, ist eine Spannungsvergleichsschaitung 37 dargestellt, von welcher ein Eingang den Mittelwert der von der Begrenzeranordnung 32 gelieferten Rechteckwelle empfängt. Der Mittelwert wird mit Hilfe der Schaltung 38 entnommen, bei welcher es sich beispielsweise um eine Integrierschaltung handelt. Das Potentiometer 36, welches durch die Quelle 35 gespeist wird, liefert eine einstellbare Bezugsspannung, die an dem zweiten Eingang der Vergleichsschaltung 37 anliegt. Die von der Vergleichsschaltung 37 gelieferte Spannung wird durch eine Gegenkopplungsschleife 39 zu dem Steuereingang der Begrenzeranordnung 32 zurückgeführt. Der Schleifer des Potentiometers 36 wird so eingestellt, daß der Formfaktor der von dem Verstärker 34 gelieferten Rechteckwelle einen Mittelwert hat, welcher im wesentlichen gleich 0,5 ist. Wenn V die Versorgungsspannung des Verstärkers 34 ist und wenn die Rechteckwelle zwischen den Werten 0 und V schwingt, muß der Schleifer des Potentiometers 36 so eingestellt werden, daß die Span-

V
nung s geliefert wird, d.h. auf die Mitte, wenn das Poten-

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-μ.

tiometer die Spannung V empfängt und wenn es ein lineares Potentiometer ist.

Wenn der Fonnfaktor von dem Wert 0,5 abweicht, ändert sich der von der Integrierschaltung 38 gelieferte Mittelwert. Die AusgangsSpannung der Vergleichsschaltung 37 ändert sich in einer Richtung, so daß der Begrenzungsschwellenwert der Begrenzungsanordnung 32 seinen Wert ändert. Oa das Lesesignal Halbwellen aufweist, deren Flanken geneigt sind, verursacht die Verschiebung des Begrenzungsschwellenwertes eine automatische Korrektur des Fonnfaktors der begrenzten Rechteckwelle. Bezüglich der Integrierschaltung 38, die den Mittelwert der Rechteckwelle auswählt, ist zu erkennen, daß die Gleichstromkomponente dieser Welle übertragen werden muß und dabei die WechselStromkomponenten unterdrückt werden müssen. Zu diesem Zweck wird, wenn man sich einer Integrierschaltung bedient, die Zeitkonstante in bezug auf die längste Periode der begrenzten Rechteckwelle ausreichend groß gewählt. Da die automatische Korrektur dazu neigt, die Winkelmodulation der Rechteckwelle zu beeinflussen, kann es vorteilhaft sein, die Zeitkonstante der Integrierschaltung 38 derart einzustellen, daß auf den Eingang der Vergleichsschaltung 37 nicht die Schwankungen des Formfaktors rückwirken, die bei der Winkelmodulation unvermeidbar sind, Das führt zur Wahl einer Zeitkonstante, die wenigstens gleich der längsten Periode der in Fig. 2a dargestellten Hilfsträgerwelle 21 ist.

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- Vt-

Wie den auch sei, die Tatsache, daß eine Zeitkonstante gewählt wird, die eine Abflachung des HiIfsträgers verursacht, hindert nicht daran, die in Fig. 2a dargestellte Hauptträgerwelle 2 in geeigneter Weise zu demodulieren. Die passende Demodulation des Hilfsträgers bleibt möglich, da das Lesesignal an dem Eingang der Begrenzungsschaltung 32 intakt ist.

Das vorstehend beschriebene System zur automatischen Formfaktorkorrektur kann bei jeder Art des Lesens benutzt werden, vorausgesetzt, daß das erhaltene Lesesignal Halbwellen mit geneigten Flanken enthält, die sich für die Änderung des Formfaktors in einem Bereich eignen, der den gewünschten Wert O,5 enthält.

Fig. 5 zeigt zwei weitere Ausführungsformen, die insbesondere zum optischen Lesen in der symmetrischen Betriebsart geeignet sind. Es sind die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1 und 4 benutzt worden. In einer dieser Ausführungsformen sind den Photodetektoren 10 und 11 Verstärker 41 und 42 nachgeschaltet, die die erfaßten Signale den Plus- und Minuseingangen des Verstärkers 34 zuführen. Der Verstärker 41 ist ein Verstärker mit einstellbarer Verstärkung und er empfängt an einem Verstärkungssteuereingang das Korrektursignal, das durch die Gegenkopplungsschleife 44 übertragen wird. Im Gegensatz zu dem, was sich in Fig. 4 abspielt, ändert das von dem Verstärker 37 gelieferte Korrektursignal nicht die Höhe des Begrenzungsschwellenwertes. Das Korrektursignal beeinflußt den Wert eines der

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- v-

beiden erfaßten Signale im Sinne einer Erhöhung oder einer Verringerung, was darauf hinausläuft, für einen ausgeglichenen Betrieb mit symmetrischer Erfassung zu sorgen.

Bei der anderen Ausführungsform, die in Fig. 5 dargestellt ist, ist der Träger 12 der Photodetektoreiemente 10 und in der Richtung der gelesenen Spur in bezug auf die Achse 19 des Lesebündels 9 verschiebbar. Ein Motor 40 bewirkt unter der Steuerung der Gegenkopplungsschleife 43 diese Verschiebung. Die automatische Korrektur des Formfaktors erfolgt deshalb durch Nachzentrieren der Photodetektoren. Es sei daraufhingewiesen, daß die in Fig. 5 dargestellten Ausführungsformen vorteilhaft sind, denn sie sind der Betriebsart des symmetrischen Lesens zugeordnet, die ihrer Natur nach einen Formfaktor von etwa 0,5 ergibt.

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Claims (8)

1. Patentanwälte

   öpl.-tng. Dipl-Chem. Dipl.-liig.

   E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser- 70910a

   Ernsbergerstrasse 19

   8 München 60

   THOMSON - BRANDT H. Juli 1977

   173» Bd. HauBStnann

   75008 PARIS / Frankreioh

   Unser Zeichen; T 2233

   PATENTANSPRÜCHE ;

   . Iy System zur automatischen Korrektur des Formfaktors einer Rechteckwelle, die durch Amplitudenbegrenzung der Signale erzeugt wird, welche sich beim Lesen eines Informationsträgers ergeben, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Entnahme der mittleren Amplitude der Rechteckwelle und durch SpannungsVergleichseinrichtungen, von welchen ein erster Eingang mit dem Ausgang der Entnahmeeinrichtungen und ein zweiter Eingang mit einer BezugsSpannungsquelle verbunden ist, wobei die Einrichtungen, die aus den Lesesignalen die Rechteckwelle erzeugen, einen Formfaktoreinstelleingang haben, der über eine Regelschleife, welche bestrebt ist, den Formfaktor 5m wesentlichen gleich 0,5 zu halten, mit dem Ausgang der Vergleichseinrichtungen verbunden ist.
2. 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahmeeinrichtungen eine Integrierschaltung enthalten, die eine Zeitkonstante hat, welche wenigstens gleich der längsten Periode der Rechteckwelle ist.

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   ORIGINAL INSPECTED
3. 3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante wenigstens gleich der Periode der niedrigsten Wechselstromkomponente ist, die in dem Spektrum der Rechteckwelle enthalten ist.
4. 4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechteckspannung durch einen Differenzverstärker erzeugt wird, von welchem der eine Eingang die Lesesignale empfängt und der andere Eingang den Einstelleingang darstellt.
5. 5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das für einen optischen Laser vorgesehen ist, welcher zwei Photodetektorelemente enthält, die in der Abspielrichtung des Informationsträgers aufeinander folgen, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechteckwelle durch einen Differenzverstärker erzeugt wird, dessen Eingänge die Lesesignale aus dem einen bzw. aus dem anderen Photodetektorelement empfangen.
6. 6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Photodetektorelemente mit dem Differenzverstärker über einen Übertragungskanal mit einstellbarem Übertragungsfaktor verbunden ist, wobei der Übertragungskanal einen übertragungsfaktorsteuereingang hat, der den Einstelleingang darstellt.
7. 7. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß elektromechanisch Einrichtungen die Verschiebung der

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   Photodetektorelemente in der Abspielrichtung bewirken und über einen Steuereingang verfugen, der den Einstelleingang darstellt.
8. 8. System nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Photodetektorelemente derart angeordnet sind, daß sie die auf dem Informationsträger angebrachte Information in der symmetrischen Lesebetrieb^art lesen.

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