DE2746054A1 - Vorrichtung zum speichern von daten mittels laserstrahl - Google Patents

Vorrichtung zum speichern von daten mittels laserstrahl

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DE2746054A1
DE2746054A1 DE19772746054 DE2746054A DE2746054A1 DE 2746054 A1 DE2746054 A1 DE 2746054A1 DE 19772746054 DE19772746054 DE 19772746054 DE 2746054 A DE2746054 A DE 2746054A DE 2746054 A1 DE2746054 A1 DE 2746054A1
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film
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collecting surface
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James Cleary Mcgroddy
James Alden Van Vechten
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Description

Anmelderin: International Business Machined Corporation, Armonk, N.Y. 1Ο5θ4 Vorrichtung zum Speichern von Daten mittels Laserstrahl
Die Erfindung betrifft eine im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebene Art einer Vorrichtung zum Speichern von Daten mittels Laserstrahl.
Es ist bekannt (IBM Technical Disclosure Bulletin, Seite 1592, Vol. 9, Nr. 11, vom April 1967), eine Überzugsschicht einer auf einem Substrat befindlichen lichtabsorbierenden Schicht durch Laserstrahlen an ausgewählten Stellen zum Verdampfen zu bringen. Das Überzugsmaterial verdampft zuerst und schlägt sich an einem benachbarten Papier nieder, das mittels eines Toners oder anderer Entwicklungsmittel entwickelt werden kann.
Es ist auch bekannt (IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 15, Nr. 2, Juli 1972, Seite 367), ein endloses Nylonband mit einer Chemikalie zu imprägnieren, die elektrochemisch farbreversibel ist. Mittels Schreib- und Referenzelektroden wird hierbei ein Matrixdruck erzielt.
Durch die US-Patentschrift 3 293 652 ist es bekannt, ein Informationsmuster in Form von Löchern zu erzeugen, durch Lochen eines Papieres an ausgewählten Stellen durch Laserbestrahlung, die ein Verdampfen, Verbrennen oder Zerstören des Papieres an den datenspeichernden Stellen hervorruft. Tintenpunkte werden an der Oberfläche des Blattes erzeugt, die dem Laserstrahl abgewandt ist.
Durch die US-Patentschrift 2 350 382 ist es bekannt, ein perforiertes Band durch eine kunststoffähnliche oder wachsähnliche Flüssigkeit zu ziehen, zum Zwecke des Ausfüllens der Perforation. Ausgewählte, mit dem Badmaterial ausgefüllte ._...
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Löcher werden entsprechend den zu speichernden Daten durch Entfernen der Flüssigkeit gespeichert.
Durch die US-Patentschrift 3 787 210 1st es bekannt, maschinenlesbare oder visuell lesbare Daten auf einen Film mittels Laserstrahl aufzuzeichnen. Hierbei wird der überzug eines Substrates durch Fokussierung des Laserstrahles auf ausgewählte Stellen abgeschmolzen.
Schließlich ist es durch die US-Patentschrift 2 384 515 bekannt, Daten in Form elektrischer Signale auf einem bewegten endlosen Band aufzuzeichnen. Dieses bewegte Band weist nahe benachbarte Lücken auf, die in einem Flüssigkeitsbad durch einen Flüssigkeitsfilm gefüllt werden können. Dieser Film ist entsprechend den aufzeichnenden Daten aus bestimmten Lücken zu entfernen. Die filmbildende Flüssigkeit ist farbig, um auf dem Medium ein unterscheidbares Muster zu erstellen. Das Entfernen des Filmes kann mechanisch durch Druckluft oder elektrisch durch einen elektrisch geladenen Griffel, der über die Aufzeichnungsfläche geführt wird, ausgeführt werden.
Es ist die Aufgabe der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung, eine Vorrichtung zum Speichern von Daten mittels Laserstrahl anzugeben, wobei die gespeicherten Daten auf einfache Weise visuell sichtbar gemacht werden können, und zwar sowohl vorübergehend, als auch permanent.
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I
Weitere Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen zu
entnehmen.
Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend anhand von in den Figuren veranschaulichten Ausführungsbeipielen beschrieben.
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- 6 Es zeigen:
Fig. 1A ein Schema einer Laserstrahl-Schreibstation
einer Anzeigestation und einer Druckstation,
Fig. 1B den Endlos-Gitterriemen von Fig. 1A in vergrößerter Darstellung,
Fig. 2 ein Schema eines Endlos-Gitterriemens von
zylindrischer Form und
Fign. 3A und 3B zwei Ansichten eines Schemas einer Schreibstation mit einer Mehrzahl von Lasern, die um Achsen rotieren, die nicht senkrecht zur Bewegungsrichtung des Endlos-Gitterriemens verlaufen.
Die AusfUhrungsform 10 enthält den Endlos-Gitterriemen 12, welcher in der durch den Behälter 16-1 begrenzten Kammer 16 durch Antriebs- und FUhrungsrollen 14-1, 14-2 ... 14-5 kontinuierlich bewegt wird. Der Riemen 12 durchläuft das im unteren Teil des Behälters 16-1 angeordnet« Tintenreservoir | 18 und nimmt hierbei in den Lücken 12-1, 12-2, ... 12-n j (Fig. 1B) Tinte auf. In der Schreibstation richtet der Laser 20 durch das Fenster 20-2 einen Laserstrahl 20-1 gegen den Riemen 12. Der Laser 20 ist so programmiert, um die Laserstrahlenergie in Übereinstimmung mit dem Durchgang der Lücken 12-1 am Fenster 20-2 zu liefern.
Der Laser 20 ist so angeordnet, um aufeinanderfolgende Informationszeilen auf den Riemen 12 zu schreiben. Alternativ kann der Laser 20 wie ein Strahltaster zusammen mit einem Modulator ausgeführt sein, so daß irgendein Muster innerhalb eines diskreten Feldes auf dem Endlos-Gitterriemen 12 ge-
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schrieben werden kann, in Übereinstimmung mit einem programmierten Verfahren. Das Programm des Lasers 20 wird in Übereinstimmung mit der Antriebssteuerung 20-3 Über die Verbindung 2O-3A für den Riemen 12 und in elektrischer Synchronisation über die Verbindung 2O-3B mit der Strahlsteuerung 20-4 für den Laser 20 Ober die Verbindung 2O-4A ausgeführt.
iDer Tintenfilm 18-1 an einer Lücke 12-1 des Riemens 12 kann
von demselben auf zwei unterschiedliche Arten entfernt werden. !Bei einer Art ist der Tintenfilm in der Lücke dünn, weil er !mehr am Riemen festhält, als gegenüber sich selbst. Folglich ist der physikalische Mechanismus für die Entfernung des [Tintenfilmes in einem Durchstechen des Filmes mittels des [Laserstrahls zu sehen und in einem anschließenden Verkleinern
des Filmes in der Lücke in Folge seines eigenen inneren Spanjnungsmusters.
Bei der anderen Art werden abgeplattete Tröpfchen aus den Lücken des Riemens durch Laserimpulse ausgetrieben. Dies wird erreicht, indem entweder Tinte auf Papier übertragen wird oder eine öffnung geöffnet wird, um Licht oder Tintennebel passieren zu lassen. In diesem Falle ist die Tinte und das Riemenmaterial so zu wählen, daß die Tinte an sich selbst besser haftet als am Riemen. Somit ist der Film dicker im zentralen Teil einer Lücke als am Rand, an dem er durch den Riemen zurückbehalten wird. Ferner sollten die Laser- und Flüssigfceitscharakterlstika so gewählt werden, daß das Laserlicht Ln einer so kurz wie möglichen Eindringungsentfernung in dem rintenfilm absorbiert wird.
Die Darstellung der geschriebenen Information in der Anzeigetation 22 wird entsprechend dem Schreibverfahren und den Erordemissen der Anzeige koordiniert. Für ein kontinuierliches chreiben mittels Laserstrahl, mit einer Geschwindigkeit aus-
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reichend für eine kontinuierliche und vorgegebene Bewegungsgeschwindigkeit des Endlos-Gitterriemens 12 wird der geschrie-j bene Bereich der Anzeigestation 22 dargeboten, und durch die Lampe 24, die Linse 26, durch die Fenster 27 und 28 in der Kammer 16 und 16-1 auf den Schirm 30 mittels Lichtstrahlen 30-1, 30-2 und 30-3 projiziert. Wenn der Film etwas weniger als vollständig transparent ist, besteht das ρrojizierte Bild im wesentlichen aus dunklen und hellen Bereichen des Schirmes, entsprechend den undurchstochenen und durchstochenen Lücken. Dadurch werden weiße Buchstaben auf schwarzem Untergrund erzeugt. Alternativ können durch geeignete Programmierung der Schreibstation dunkle Buchstaben auf hellem Untergrund erzeugt werden.
In der Druckstation 35 befindet sich der Tintennebelerzeuger 36, mit angeschlossener Schaltung 38 durch den auf dem bewegten von der Vorratsrolle 42 abgezogenem und von den Antriebs- und Führungsrollen 44-1 und 44-2 angetriebenem und geführtem Papier 40 das Tintenmuster erzeugt wird. Der Tintennebelstrom 39 wird durch das in der Kammer 16 angeordnete Fenster 39-1 über die beschriebenen Felder des Riemens 12 dem Papier 40 zugeführt. Das Papier bewegt sich synchron mit der Darstellung der Tinte auf dem Papier. Die beschriebenen Maschen des Gitters dienen als ein Griffel für das Drucken, da der Tintennebelstrom das Papier nur über jene Lücken erreicht, die geöffnet sind.
Die Erfindung beinhaltet eine neue Druck- und Anzeigetechnologie, die mit niedrigem Aufwand bei niedrigerer Energie und einfachem Aufbau ausführbar ist. Diese Technik enthält einen Endlos-Gitterriemen, der über FUhrungs- und Treibrollen durch ein Tintenbad in dem unteren Teil einer Kammer hindurch bewegt wird. Nach dem Passieren des Tintenbades ist jede Gitterlücke dieses Riemens von einem Tintenfilm bedeckt. Die
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Gittergröße beträgt für einen anzeigeorientierten Gebrauch
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ungefähr 0,13 mm . Jedoch kann für höhere Druckqualitäten eine kleinere Gittergröße vorgesehen werden.
Die Laservorrichtung verflüchtigt wahlweise Tinte von dem Gitterriemen, um ein Loch von wenigen um Durchmesser in der ausgewählten Lücke des Gitters zu erzeugen. Durch Durchstechen des Filmes verflüchtigt ein Punkt der Lücke im Zentrum mit
geringer Längsdimensionen. Die Oberflächenspannung öffnet !dann die gesamte Lücke.
Da die Information vom Riemen genommen werden kann, durch wahlweises Offnen der Gitterpunkte, wird der Endlos-Gitterriemen durch eine Station bewegt, in der das Bild auf einen Anzeigeschirm projiziert wird, und zwar im Maßstab 1:1.
Es sind einfache Mittel verfügbar, um das Abtasten des Gitters in der Schreibstation durch den Laserpunkt zu erzielen. Eine Laserquelle mit angeschlossener Fokussierungsoptik ist, wie in Fig. 2 dargestellt, verwendbar. Der Endlos-Gitterriemen 100 kann örtlich in eine zylindrische Form gebracht werden, so daß eine Laserquelle und angeschlossene Fokussierungsoptik den Riemen durch einfache Rotationsbewegung abtasten kann, wobei der Brennpunkt konstant auf den Riemen gehalten wird. Die Schreibstation kann mehrere Laserstrahlquellen enthalten, die auf eine zylindrische Oberfläche fokussiert sind, zur Errichtung eines Musters von Öffnungen im Tintenfilm eines Gitterriemens, der teilweise zylindrisch geformt ist. Die Wand 104 enthält das Fenster 105 und umgibt die Laserstrahlquelle 102. Die Kammerwand 106 hält den Tintenvorrat. Der Gitterriemen 100 ist wirklich kreisbogenförmig geformt, so daß der Lichtfleck im Brennpunkt verbleibt, wenn er den Riemen abtastet, wobei er Im Synchronismus mit der Abtastbewegung moduliert 1st.
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Als Alternative für die Verformung des Riemens Ist eine lineare Faseroptikfläche möglich, wobei die Quellenenden der Fasern in einem Kreisbogen angeordnet sind und die emittierenden Enden der Fasern in einer geraden Linie ausgerichtet sind und auf die Lücken des Riemens weisen.
Als Schreibmittel ist eine Mehrzahl von Lasern, wie in Fign. 3/. und 3B dargestellt, verwendet.
Die Fig. 3 veranschaulicht schematisch wie die Schreibstation ausgebildet sein kann, um den Riemen mit einer Mehrzahl von Lasern abzutasten, von denen beispielsweise der Laser 108 um eine Achse rotiert, die nicht senkrecht zur Bewegungsrichtung des Riemens verläuft. Der Riemen 110 wird über die gesteuerten Rollen 112 und 114 angetrieben und über die Trommel 116 geführt. Die gesamte Anordnung der Fig. 3A ist innerhalb des Gehäuses 118 der Fig. 3B angeordnet, welche die Wände 120 und 122 aufweist. Auf diese Weise ist die Anzahl der für das Abtasten benötigten Laser weit geringer als die Anzahl der Lücken einer einzigen Zeile. Diese Anordnung ist besonders geeignet für die Verwendung von Halbleiter- und anderenMiniaturfestkörper-Laserquellen. Somit sind die Laser 108 innerhalb der Trommel 116 angeordnet, deren Achse 117 um einen Winkel von der Senkrechten 119 auf die Bewegung des Riemens 116 abweicht. Eine schnelle Rotation verursacht, daß die einzelnen Laser diagonale Zeilen des Gitters abtasten. Durch geeignete Justierung der Rotation zwischen der Rotationsgeschwindigkeit der Trommel 116 und der Translationsgeschwindigkeit des Gitterriemens 110 ist es möglich, beispielsweise einen Riemen mit 1000 Lücken über seine Breite mit einem Satz von 20 bis 50 einzelnen Lasern 108 abzutasten.
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Das Einschreiben von Zeicheninformation auf den Riemen erfordert nur geringe Energie» weil es lediglich notwendig ist, ein kleines Loch im Tintenfilm im Zentrum einer Gittermasche zu erzeugen, wobei die Oberflächenspannung die übrige Arbeit durchführt. Wenn es erforderlich ist, ein Ein- um großes Loch durchzustechen, um den Tintenfilm eines Gitters aufzu-
—9 brechen, beträgt die erforderliche Energie 10 Joules pro
Gitterpunkt, d.h. eine qualitativ hochwertige Anzeige mit
10 Punkten erfordert für das Schreiben lediglich eine Energie in der Größenordnung von 1O~ Joules.
Die zwei Arten für das Entfernen des Tintenfilmes von den Lücken des Riemens werden weiter unten genauer beschrieben. Bei einer dieser Arten wird eine Lücke durch den Brennpunkt des Laserstrahles verflüchtigt. Bei dieser Art sollte die Tinte und das Riemenmaterial so gewählt sein, daß die Tinte an dem Riemen besser anhaftet als an sich selbst, so daß der Tintenfilm in der Lücke des Riemens dünn ist. Solch eine Filmdicke kann in der Größenordnung von 10 cm liegen und der Laser ist auf einen Fleck in der Größenordnung von 10 cm im Durchmesser zu fokussieren. Somit liegt das zu verflüchtigende Tintenvolumen in der Größenordnung von 10 Joules pro cm und die Laserenergie für das öffnen der Lücke be-
—9
trägt ungefähr 10 Joules. Somit könnte ein 0,1 Watt Laser
10 öffnungen pro Sekunde herstellen, was ausreichend ist, um eine 5 χ 10 Punktanzeige in 1/20 Sekunde auszuführen. Hierbei sollte die Absorptionslänge des Laserstrahles ungefähr gleich sein der Dicke des Filmes.
Für einige Flüssigkeiten ist es bei dieser ersten beschriebenen Wirkungsart nicht erforderlich, so viel Energie zu liefern wie notwendig 1st, um das kleine Tintenvolumen zu verflüchtigen. Die Erhitzung der Flüssigkeit in einem kleinen Bereich verursacht das Aufbrechen des Filmes und somit
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das öffnen der gesamten Lücke. Die Flüssigkeit sollte so gewählt sein, daß die Oberflächenspannung bei einer Temperaturerhöhung rasch abnimmt, so daß die Absorption des Laserlichtes eine örtliche Erweichung des Filmes verursacht, die ausreicht für ein Zerspringen unter der Wirkung der Oberflächenspannung des restlichen Filmes.
Bei der anderen Art des Entfernens der Flüssigkeit aus der Lücke werden abgeplattete Tröpfchen aus den Lücken des Gitterriemens ausgetrieben, und zwar durch Laserimpulse, um entweder Tinte auf das Papier zu übertragen oder eine öffnung zu bilden für ein Passieren von Licht oder Tintennebel. Bei dieser Art sollte die Tinte und das Riemenmaterial so gewählt sein, daß die Tinte an sich selbst besser haftet als an dem Riemen, so daß der Film in der Lücke dick ist. Der Laser und die Flüssigkeit sollten so gewählt sein, daß das Laserlicht in einer so kurz wie möglichen Entfernung innerhalb des Tintenfilmes absorbiert wird. In diesem Falle wird das Laserlicht auf einer Seite des Tintenfilmes absorbiert. Die Reaktionskraft der sich verflüchtigenden Moleküle der Tinte wirken gegen den verbleibenden Tropfen. Wenn diese Kraft die Oberflächenspannung der Flüssigkeit gegenüber dem Riemenmaterial überschreitet, die den Tropfen im Mittelpunkt der öffnung zu halten versucht, wird der Tropfen aus der öffnung getrieben und vom Riemen getrennt. Er fliegt dann frei durch den Raum und schlägt entweder auf dem zu bedruckenden Papier oder in einer Tintenauffangblende auf, wobei letztere die Tinte zum Tintenreservoir zurückführt. Da die Kraft auf den Tintenfilm durch das Druckdifferential zwischen den zwei Seiten des Riemens beeinflußt werden kann, kann die Laserenergie, die erforderlich ist für die Verschiebung des Tropfens, im Prinzip willkürlich klein gehalten werden. In der Praxis
—9
ist ein Minimum von ungefähr 10 Joules pro Tropfen zu verwenden, um ein unbeabsichtigtes Verschieben von Tropfen zu vermeiden.
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Der beschriebene Riemen wird in die Anzeigestation bewegt, um die in dem Muster offener und geschlossener Lücken enthaltene Information zwecks Anzeige zu projizieren.
Zwei Alternativen sind verfügbar für das Drucken der gespeicherten Information. Wenn die Information zum Zwecke der Anzeige weiß auf schwarz gedruckt ist, d.h. durch Aufbrechen von Feldern zur Erzeugung leuchtender Zeichen in der Projektion, dann ist schwarz auf weiß Drucken erreicht, durch Passieren eines Aerosols oder Tintennebels durch geöffnete Löcher auf das Papier, das synchron mit dem Endlos-Gitterriemen durch die Durckstation bewegt wird. Wenn die Information für die Anzeigein scharζ auf weiß geschrieben ist, kann die Tinte durch geeignete Kombination elektrischer und magnetischer Felder und von pneumatischem Druck nur von den Lücken des Gitters, in denen der Tintenfilm nicht ausgebrochen ist, auf das Papier in der Druckstation übertragen werden.
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Claims (12)

  1. patentansprUche
    (λ.) Vorrichtung zum Speichern von Daten mittels Laserstrahl j zum Zwecke einer anschließend visuell lesbaren Darstellung der Daten, dadurch gekennzeichnet, daß der in seiner Auslenkung und Stärke gesteuerte Laserstrahl (20-1) gegen eine endlose, umlaufende Auffangfläche (12 bzw. 102 bzw. 110) mit einer Mehrzahl von Lücken (12-1m 12-2...12-n) von regelmäßiger geometrischer Form gerichtet ist, daß diese Auffangfläche in eine in einer Kammer (16 bzw. 106 bzw. 118) befindlichen Flüssigkeit eintaucht, die in den Lücken einen stabilen Film (18-1) erzeugt und daß eine Steuerschaltung (20-3) vorgesehen ist, für die Steuerung der Umlaufbewegung der Auffangfläche (12) an der Laserstrahlquelle (20) vorbei, in Übereinstimmung mit dem Laserstrahl (20-1), zwecks Entfernen des Filmes (18-1) aus ausgewählten Lücken (12-1, 12-2...12-n) entsprechend den zu speichernden Daten, wobei die Laserstrahlquelle (20) in Umlaufrichtung der Auffangfläche (12 bzw. 100 bzw. 110) gesehen, nach dem die Flüssigkeit enthaltenden Kammerabschnitt (18) angeordnet ist und daß in der genannten Richtung gesehen,
    nach der Laserstrahlquelle (20) eine Anzeigestation (22) ι
    und eine Druckstation (35) für die in der Auffangfläche
    (12) gespeicherten Daten angeordnet sind.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Adhäsion zwischen der Flüssigkeit und der Auffangfläche (12 bzw. 100 bzw. 110) größer ist als die Kohäsion der Flüssigkeit.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl (20-1) fokussiert ist, um in den in den Lücken (12-1, 12-2...12-n) befindlichen Flüssigkeit!
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    film (18-1) einzudringen, wodurch der Film (18-1) gelocht wird und hydrodynamische Kräfte sein gänzliches Entfernen aus den ausgewählten Lücken (12-1, 12-2.. .12-r}) hervorrufen.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohäsion der Flüssigkeit größer ist als die Adhäsion zwischen ihr und der Auffangfläche (12 bzw. 100 bzw. 110) . I
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl (20) so fokussiert ist, daß er nur
    teilweise in den Flüssigkeitsfilm (1u-1) eindringt, und1 daß eine gegenwirkende Verdampfungskraft das gänzliche ! Entfernen des Filmes (18-1) aus den ausgewählten Lücken (12-1, 12-2...12-n) hervorruft.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigestation (22) eine Lampe (24) aufweist, um Lichtstrahlen (30-1, 30-2, 30-3) durch die durch Entfernen des Flüssigkeitsfilmes (18-1) gebildeten öffnungen in der Auffangfläche (12 bzw. 100 bzw. 110) geger einen Schirm (30) zu richten.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckstation (35) Tinte (39) durch die von den Flüssigkeitsfilm (18-1) freigelegten Lücken (12-1, 12-2...12-n) der Auffangfläche (12 bzw. 100 bzw. 110) hindurch auf das zu bedruckende Papier (40) gerichtet wird.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstation (35) eine Aerosolnebelquelle (36) enthält.
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  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsfilm (18-1) in den Lücken (12-1, 12-2..12-n) ein Tintenfilm ist, und daß in der Druckstation (35) der in ausgewählten Lücken (12-1, 12-2... 12-n) befindliche Tintenfilm auf das zu bedruckende Papier (40) übertragen wird.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangfläche ein endloses Band (12) verkörpert das in einem Gehäuse (16) über Führungs- und Antriebsro len (14-1 bis 14-5) geführt ist.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Endlosband (110) in einem bestimmten Bereich kreisbogenförmig geführt ist und daß im Mittelpunkt dieses Kreisbogens die Laserstrahlquelle (102) samt Fokussierungsoptlk drehbar gelagert ist.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Endlosband (110) an einer Trommel (116) anliegt, deren Achse (117) um einen bestimmten Winkel (Θ) gegenüber der Senkrechten (119) auf die Bewegungsbahn des Endlosbandes (110) im Bereich der Trommel (116) versetzt ist.
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