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Lesevorrichtung zum optischen Abtasten von auf einem
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beweglichen plattenförmigen Träger aufgezeichneten Informationen.
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Die Erfindung betrifft eine Lesevorrichtung der im Oberbegriff des
Hauptanspruchs angegebenen Art.
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Solche Lesevorrichtungen, auch kurz optische Abtaster genannt, dienen
dem Auslesen von Audio- und/oder Video-Informationen, die auf einer Audio- bzw.
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Videoplatte gespeichert sind. Sie sind grundsätzlich auch zum Auslesen
anderer optisch lesbarer Daten für die Datenverarbeitung geeignet. Das Prinzip der
Speicherung und des Auslesens optisch lesbarer Daten ist allgemein erläutert in
Philips tech. REVIEW Volume 40, 1982, No. 6-, Seiten 151-155.
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Als Datenträger werden üblicherweise plattenförmige, rotierende Aufzeichnungsträger,
sogenannte Bildspeicher- oder Videoplatten;verwendet. Anwendbar sind jedoch auch
andere Speichermedien, soweit diese eine Licht reflektierende Fläche zur Speicherung
optisch lesbarer Daten aufweisen.
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Diese Lesevorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Abtastkopf
mit einer Lichtquelle, in der Regel einem Laserlicht erzeugenden Halbleiter, sowie
einer Optik, welche ein oder mehrere Lichtflecke auf der Trägerfläche erzeugt. Der
Abtastkopf weist ferner
Mittel, z.B. Strahlenteiler, zur Trennung
des reflektierenden Lichtes vom ausgesendeten Licht sowie Detektionselemente zur
Umwandlung des reflektierten Lichtes in elektrische Größen auf.
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Da die Spurendichte außerordentlich hoch ist, muß der Abtastkopf der
Spur mit großer Präzision, nämlich einer Toleranz von + 0,1 pm, der aufgezeichneten
Spur folgen.
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Diese Genauigkeit ist durch mechanische Präzision nicht erreichbar,
da allein die durch Exzentrizität des Aufzeichnungsträgers und des Wiedergabegerätes
bedingten Abweichunge#n ein Mehrfaches des oben angegebenen Toleranzbereiches (bis
300 um) betragen.
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Es sind darum Regeleinrichtungen notwendig, welche den Abtastkopf
gesteuert von der aufgezeichneten Spur nachführen.
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Bei diesen Regeleinrichtungen liefern die Detektionselemente außer
den Informationen ein Spursteuersignal, aus welchem eine Stellgröße zur Auslenkung
bzw.
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Nachführung des Tastkopfes in der gewünschten Richtung hergeleitet
wird. Zweckmäßigerweise ist zwischen den Detektionselementen und der das Steuersignal
in eine Stellgröße umwandelnden Schaltung ein Tiefpaßfilter vorgesehen, mit welchem
die Steuersignale von hochfrequenten Schwingungen und Störimpulsen befreit werden,
welche andernfalls eine unerwünschte Auslenkung des Abtastkopfes zur Folge hätten.
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Als Detektionselemente eignen sich symmetrisch zur Mittellage des
reflektierten Lichtstrahles, also der Spurabbildung, angeordnete Fotodioden, deren
Ausgangssignale mit einem Differenzverstärker zur Erzeugung
eines
dem Spursteuersignales entsprechenden Differenzsignales verarbeitbar sind. Ein Spursteuersignal
und damit ein Differenzsignal ergibt sich bei einer Verschiebung der Spurabbildung
zur Symmetrielinie der Fotodioden, so daß ein Differenzsignal gebildet wird, mit
welchem der Radialantrieb des Abtastkopfes zur Spurhaltung ansteuerbar ist (vergl.
hierzu auch DE-OS 31 11 714 und 31 21 013).
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Voraussetzung für eine exakte Steuerung ist, daß sich die Informationselemente,
nämlich die Pits, welche die Spur darstellen, bei Spurmittellage auf den symmetrisch
zur Spurabbildung angeordneten Empfangsdioden als Lichtspots gleicher Intensität
abbilden.
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Diese Voraussetzung ist bei Asymmetrien im optoelektrischen Kreis,
also z.B. bei verschmutzten oder gealterten Fotodioden bzw. unsymmetrischer Abstrahlung
der Lichtquelle, nicht mehr erfüllt. Das hat zur Folge, daß ein von Null verschiedenes
Spursteuersignal erzeugt wird, obwohl der Abtastkopf der Informationsspur entspricht.
Das hieraus resultierende radiale Fehlersignal steuert über den Radialantrieb den
Abtastkopf so nach, daß verursacht durch das fehlerhafte Differenzsignal, eine optimale
Spurhaltung bzw. ein optimales Auslesen der Information nicht mehr gewährleistet
ist. Dieser Fehler konnte bisher nur durch einen vom Service durchzuführenden Neuabgleich
korrigiert werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die Lesevorrichtung
der im Oberbegriff angegebenen Art eine Schaltung zu schaffen, welche den oben erläuterten,
Asymmetrien im optoelektrischen Kreis
kor-rigierenden Abgleich automatisch
durchführt.
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Gelöst wird diese Aufgabe mit den im Kennzeichnen des Anspruchs 1
angegebenen Maßnahmen, mit welchen ein dentatsächlichen Verhältnissen nicht. entsprechendes
radiales Fehlersignal detektiert und derart kompensiert wird, daß der Abtastkopf
auf eine Spurlage zurückgestellt wird, welche den Verhältnissen entspräche, wenn
keine Asymmetrien im elektrooptischen Kreis aufgetreten wären.
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Nach dem Grundgedanken der Erfindung wird dem Tastkopf eine niederfrequente
Schwingung geringer Amplitude überlagert und mittels der symmetrisch zur Spurabbildung
angeordneten Fotoelemente ein Summensignal gebildet. Dieses Summensignal hat bei
symmetrischen Bedingungen im elektrooptischen Kreis den Wert Null bezüglich dieser
niederfrequenten Schwingung, bei unsymmetrischen Bedingungen, also z.B. bei Verschmutzung
nur einer Fotodiode, einen von Null verschiedenen Wert.
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Damit kann aus dem Summensignal ein Kennsignal hergeleitet werden,
welches vorzeichenrichtig zum Ausgleich oben-erläuterter Asymmetrien dem auf den
Abtastkopf wirkenden elektromechanischen Wandler zuführbar ist.
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Mit Anspruch 2 sind die Maßnahmen gekennzeichnet, welche der phasenrichtigen,
also der vorzeichenrichtigen, Korrektur dienen.
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Die Amplitude der der Tastkopfbewegung überlagerten Schwingung muß
unter einem Auslenkungswert bleiben, der für ein sicheres Auslesen der Information
unbedenklich ist. Dieser Wert liegt beispielsweise in der Größenordnung von + 0,05
um, wobei Generatorschwingungen von
600 Hz geeignet sind.
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Zur Einhaltung dieses Grenzwertes ist eine automatische Amplitudenregelung
vorgesehen, die Gegenstand des Anspruches 3 ist.
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Im übrigen sind der Stand der Technik und der Gegenstand der Erfindung
schematisch nachstehend anhand zeichnerischer Darstellungen im einzelnen erläutert.
In der Zeichnung zeigen Figur 1 Blockschaltbild einer bekannten Regelschaltung zur
Regelung des Abtastkopfantriebes, Figur 2 vergrößerte Darstellung einer Spur mit
in der Spur gelegenen Pits sowie den Detektionselementen im Bereich eines Pits,
Figur 3 Blockschaltbild der erfindungsgemäß gestalteten Regelschaltung zur Regelung
des Abtastkopfantriebes, Figur 4a vergrößerte Spurdarstellung gemäß Figur 2 mit
Detektionselementen bei radialer Auslenkung,
jedoch symmetrischen
Bedingungen im elektrooptischen Kreis sowie einem Spannungszeitdiagramm zur Darstellung
der an den Fotoelementen entstehenden Spannungen, Figur 4b Spurdarstellung mit Detektionselementen
bei Unsymmetrien im elektrooptischen Kreis ohne radiale Auslenkung mit Spannungszeitdiagramm
zur Darstellung der an den Fotoelementen entstehenden Spannungen und Figur 4c vergrößerte
Spurdarstellung mit Detektionselementen bei Unsymmetrien im elektrooptischen Kreis
und radialer Vorauslenkung mit Spannungszeitdiagramm zur Darstellung der an den
Fotoelementen entstehenden Spannungen.
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Der mechanische Aufbau dieses Abtastkopfes entspricht im übrigen der
Darstellung in der Patentanmeldung P 33 24 861.3-53.
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Figur 1 zeigt eine an sich bekannte Anordnung, während mit Figur 3
die bekannte Anordnung mit erfindungsgemäßer Regelschaltung gezeigt ist. Gleiche
Teile sind in beiden Figuren mit identischen Ziffern bezeichnet.
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Schematisch dargestellt mit einem Kreis ist der Abtastkopf 11, der
in seinem Inneren die Lichtquelle und die Optik zur Erzeugung des Lichtbündels und
damit des Lichtfleckes auf der Trägerfläche aufweist. Im Abtastkopf untergebracht
ist ferner ein Strahlenteiler zur Trennung des reflektierten Lichtes vom ausgesendeten
Lichtes sowie eine Baugruppe, bestehend aus Halbleitersegmenten, nämlich den symmetrisch
zur fehlerfreien Spurabbildung angeordneten Fotodioden A,B,C,D in dem Detektionselement
27, welche das reflektierte Licht in elektrische Signale umwandeln. Der Abtastkopf
wird von einem Träger 13 gehalten, welcher um die Drehachse 14 mittels des radialen
Feinantriebes 26 verschwenkbar ist. Mit diesem läßt sich der Abtastkopf 11 gegen
die Wirkung elastisch federnder Rückstellglieder, nämlich der Federn 18 und 18'
verschwenken. Die symmetrisch ausgebildeten und vorgespannten Federn 18 und 18'
sind zwischen den Halterungen 19 und dem Gehäuse des Abtastkopfes 11 eingespannt.
Zwischen den Enden der Halterungen 19 und den Federn 18 bzw. 18' sind druck- bzw.
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zugempfindliche piozoelektrische Wandler 20 und 21 vorgesehen.
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Durch Anlegen einer Spannung an den Wandler 20 läßt sich eine willkürliche
Dickenänderung des Wandlers und damit eine willkürliche Auslenkung des Kopfes 11
erreichen. Diese Eigenschaft wird dazu ausgenutzt, den Abtastkopf 11 und damit sein
optisches System gesteuert auszulenken.
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Plattenförmige Informationsträger der hier in Betracht kommenden Art
sind in der Regel kreisscheibenförmig ausgebildet, wobei die Informationen in Spuren,
d.h.
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zentrisch bzw. spiralförmig zum Plattenmittelpunkt, auf dem Träger
angebracht sind.
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Der Abtastkopf muß, um ein einwandfreies Auslesen der Information
zu gewährleisten, dieser Spur mit hoher Genauigkeit folgen. Um dies zu gewährleisten,
ist eine Regelschaltung notwendig, welche in Form von Fotodioden ausgebildete Detektionselemente
27 besitzt, die beim Auftreffen des dem Auslesen dienenden reflektierten Lichtstrahles
ein Spursteuersignal erzeugen. Dieses Spursteuersignal wird aus den von den Fotodioden
A,B,C,D, die beidseitig der Spurabbildung angeordnet sind, erzeugten Signalen gebildet,
welche den Eingängen des Differenzverstärkers 28 zugeführt werden. Das an seinem
Ausgang gebildete Differenzsignal wird über einen Tiefpaßfilter 30 als radiales
Fehlersignal dem radialen Feinantrieb 26 zugeleitet. Mit dem Tiefpaß filter 30 werden
die im Signal enthaltenen höherfrequenten Anteile unterdrückt und insbesondere kurze
Störimpulse von dem Radialantrieb ferngehalten, so daß diese keine Radialkorrektur
des Abtastkopfes 11 bewirken. Gesteuert vom radialen Fehlersignal erzeugt der radiale
Feinantrieb 26 eine Stellgröße, mit welcher der den Abtastkopf 11 tragende Hebelarm
13 um den Drehpunkt 14 so verschwenkt wird, daß der Abtastkopf 11 in der gewünschten
Richtung der Spur nachgeführt wird.
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In an sich bekannter Weise sind die Fotodioden A,B,C,D derart angeordnet
und geschaltet, daß die am Ausgang des Differenzverstärkers 28 gebildete Differenzspannung
Null ist, wenn die Dioden A bis D Licht gleicher Lichtintensität empfangen, also
symmetrisch zur Spurabbildung gelegen sind. Bei Verschiebung der Spurabbildung wird
folglich ein Differenzsignal erzeugt, das über den Regelkreis ~Tiefpaß 30, radialer
Feinantrieb 26, Detektionselemente 27" eine Nachführung des Abtastkopfes zur Spurhaltung
bewirkt.
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Diese Art der Regelung und Nachführung des Abtastkopfes ist bekannt
und mit den Figuren 1 und 2 veranschaulicht.
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Das Differenz- und damit Fehlersignal UTE ergibt sich aus folgender
Beziehung : UDiff. UTE = (UA + Uc) - (UB + UD) Wie die Spurinformation tatsächlich
mittels der Detektionselemente A, B, C, D 27 gebildet wird, macht ausführlicher
Figur 2 deutlich.
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Bei einer Verschiebung der Spurabbildung in X- oder Y-Richtung zu
den Detektionselementen 27 entsteht ein Fehlersignal UTE 0, mit welchem der Abtastkopf
mittels des Radialantriebes 26 zum Zwecke der Spurhaltung nachgesteuert wird. Das
geschieht deshalb, weil in diesem Fall die Detektionselemente A und C bzw. B und
D mehr Licht empfangen, so daß die Summe aus den Spannungen UA +Uc die Summe der
Spannungen UB + UD übersteigt. Voraussetzung hierfür ist natürlich, daß sich die
Informationselemente 38, welche die Informationsspur bilden, als Lichtintensitätsspots
auf den Detektionselementen abbilden.
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Bei Asymmetrien im optoelektrischen Kreis, also z.B. bei verschmutzten
oder gealterten Segmenten A, B, C, D des De
tektionselementes 27
bzw. unsymmetrische Abstrahlung der Laser-Lichtquelale entsteht am Ausgang des Differenzverstärkers
28 ein Signal, welches nicht der tatsächlichen Spurenlage bezüglich des Detektionselementes
entspricht.
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Die Folge is-t, daß das radiale Fehlersignal über den Radialantrieb
26 den Abtastkopf 11 so nachsteuert, daß,dur.ch das fehlerhafte Differenzsignal
verursacht, eine optimale Spurhaltung bzw. ein optimales Auslesen der Information
nicht mehr gewährleistet ist.
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Solchen Fehlauslenkungen wirkt der aus den Detektionselementen 27,
dem Operationsverstärker 29, dem Bandpaß 31, dem Gleichrichter 32, dem Verstärker
34 und dem Wandler 20 gebildete zweite Regelkreis in folgender Weise entgegen.
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Mittels des Operationsverstärkers 29, an dessen beiden Eingängen die
Summenspannung der Fotodiode A + C einerseits und B + D andererseits liegt, wird
ein Summensignal gebildet, aus welchem ein Korrektursignal
hergeleitet
wird, das der Ansteuerung des vorzugsweise piezoelektrischen Wandlers 20 zur radialen
Lagekorrektur des Abtastkopfes 11 dient.
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Zu diesem Zweck wird der Abtastkopf 11 mittels des Wandlers 20, der
von einem Generator mit einer Schwingungsfrequenz von 600 Hz angesteuert wird, in
Schwingungen versetzt. Die Folge ist, daß auch die Fotodioden Ausgangssignale mit
dieser Frequenz erzeugen. Die Anordnung und Schaltung der Fotodioden A bis D hat
zur Folge, daß nur bei Unsymmetrien im optoelektrischen Kreis ein von Null verschiedenes
Summensignal am Ausgang des Operationsverstärkers 29 erscheint. Auch dieses Summensignal
hat die gleiche Frequenz wie die Generatorfrequenz. Es wird über ein Bandpaßfilter
31 geführt, dessen Mittenfrequenz als Kennsignal der Frequenz des Generators 35,
also z.B.einer Frequenz von 600 Hz, entspricht. Mit dem Bandpaßfilter werden höher-oder
niederfrequente Störschwingungen unterdrückt. Nach Passieren des Bandpaßfilters
31 wird das so entstandene Kennsignal mit dem Gleichrichter 32 gleichgerichtet,
der folglich ein dem absoluten Betrag des Korrektursignales entsprechendes Signal
liefert. Dieses Signal wird dem ersten Eingang des Operationsverstärkers 34 zugeführt.
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Um das Vorzeichen des Korrektursignales zu ermitteln, wird das Summensignal
vor Gleichrichtung mit dem Generatorsignal in einem Phasendetektor 33 verglichen.
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Die Phasenlage zwischen Kennsignal und Generator signal kennzeichnet
die Richtung der durchzuführenden Korrektur, damit liegt am Ausgang des Phasendetektors
ein dem Vorzeichen des Kennsignales entsprechendes Signal, das dem zweiten Eingang
des Operationsverstärkers 34 zugeführt
wird. Am Ausgang dieses
Operationsverstärkers 34 erscheint folglich ein vorzeichenrichtiges Korrektursignal,
jedenfalls dann, wenn Asymmetrien im elektrooptischen System auftreten, welches
zur Korrektur dem Wandler 20 zugeführt wird. Ist dagegen das Kennsignal nach dem
Bandpaßfilter 31 Null, erzeugt der Operationsverstärker 34 kein Korrektursignal,
so daß eine radiale Lagekorrektur des Abtastkopfes 11 nicht stattfindet.
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Damit die mechanische Amplitude des mit der Wobbel-Frequenz von z.B.
600 Hz schwingenden Abtastkopfes 11 unter einem vorbestimmten Maximalwert bleibt,
ist ein Regelkreis bestehend aus Abtastkopf 11, Feder 18', Wandler 21, Bandpaß 37,
automatischer Amplitudenregelung 36, Generator 35, Wandler 20 und Feder 18 vorgesehen.
Die Schwingungen, deren Frequenz der Wobbel-Frequenz des Generators 35 von z.B.
600 Hz entsprechen, des Wandlers 20 werden über die elastische Feder 18 auf den
Abtastkopf 11 übertragen, dessen Auslenkungen wiederum über die zweite Feder 18'
auf den als Empfänger dienenden Wandler 21 gelangen. Seine Ausgangsspannung wird
über das Bandpaßfilter 37, welches nur Schwingungen mit einer Frequenz von 600 Hz
passieren läßt, der Schaltung 36 zugeführt, welche ein Signal zur Amplitudenregelung
des Generators 35 liefert. Die Regelung ist hierbei derart, daß eine max.
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vorgesehene Amplitude, welcher einer mechanischen Maximalamplitude
des Abtastkopfes entspricht, nicht überschritten wird. Diese Maximalamplitude muß
unter einem Wert bleiben, der ein sicheres Auslesen der Informationen gewährleistet.
Bei einem bei CD-Platten üblichen Spurenabstand von etwa 1,6 um darf die mechanische
Amplitude des Abtastkopfes einen Wert von + o,o5 um nicht überschreiten.
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In Figur 4a sind die Verhältnisse analog zur Darstellung gemäß Figur
2 bei einer radialen Aus lenkung jedoch symmetrischen Bedingungen im elektrooptischen
Kreis veranschaulicht. Die Summe der Spannungen aus UA+c und UB+D ist unabhängig
von der radialen Auslenkung 0, was ein Kriterium dafür ist, daß.im elektrooptischen
Kreis keine Unsymmetrie auftritt.
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Anders ist der Fall bei den mit den Figuren 4b und 4c veranschaulichten
Verhältnissen.
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Bei der Darstellung gemäß Figur 4b ist der Abtastkopf bezüglich der
Spur nicht radial ausgelenkt, wegen Verschmutzung eines Detektionselementes, hier
des Elementes B, ist jedoch eine Unsymmetrie im elektrooptischen Kreis aufgetreten.
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Die Folge ist, wie das Diagramm veranschaulicht, daß die Summe aus
den Spannungen UA+C und UB+D von 0 verschieden ist, was ein Kriterium für Unsymmetrie
im elektrooptischen Kreis ist.
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Auch bei radialer Auslenkung, jedoch Unsymmetrie im elektrooptischen
Kreis, ergibt sich ein von 0 verschiedenes Summensignal, wie das Diagramm gemäß
Figur 4c deutlich zeigt.
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