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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Bereich des Lesens von
Tonträgern
und insbesondere von analogen phonographischen Platten.
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Üblicherweise
wird das Lesen derartiger Platten mithilfe eines Plattenspielers
oder eines „Pick-Ups" bzw. eines Grammophons
realisiert, der/das eine mit einer Nadel oder einer Spitze gemäß dem Profil
der gravierten Rille versehene mechanische Lesezelle umfasst.
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Während mehr
als einem Jahrhundert, seit dem Auftauchen des Phonographen gegen
1880 und bis zum Auftauchen von Magnetbändern und elektronischen oder
elektro-optischen
Trägern
war das einzige Ton-Aufnahmemittel die Platte mit mechanischer Gravur.
Ein großer
Teil des weltweiten Audio-Erbes wird somit auf Platten mit 16 Umdrehungen,
78 Umdrehungen, 45 Umdrehungen und 33 Umdrehungen und hinsichtlich
der ältesten
auf mit Wachs beschichteten Zylindern aufbewahrt. Um die Nutzung
dieser wertvollen Archive zu ermöglichen,
erschien es not wendig, weniger aggressive Abhörmöglichkeiten als die mechanischer
Zellen zu finden.
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Das
Projekt 21-64984.01 „VISUAL
AUDITOR" der Stiftung
Gebert Rüf
und der Phonétique Nationale
Suisse in Lugano hat die Ausarbeitung einer optischen Leselösung ohne
Kontakt ermöglicht, die
in der Durchführung
einer globalen Aufnahme des Bildes zur Archivierung eines Bildes
der Platten in Form einer fotografischen Folie erfolgt.
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Ein
eine auf einem rotierenden Motor montierte Glasplatte umfassendes
elektro-optisch-mechanisches Lesegerät wird verwendet, um eine Digitalisierung
des Bildes durch eine feste lineare Kamera CCD mit 2048 Pixeln in
der Breite vorzunehmen, die Bilder in regelmäßigen Intervallen aufnimmt
(mit zwischen 25.000 und 200.000 Zeilen pro Rotationsdrehung der
Platte variierenden Frequenzen). Diese mit der Rotation des Films
auf der Glasplatte kombinierte Kamera führt ein rotierendes Scannen
aus und liefert ein rechteckiges Bild eines Rings der Scheibe. Ein
anderer Motor nimmt anschließend
die radiale Verschiebung der Scheibe vor, um zur Akquisition des
folgenden Rings überzugehen.
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Nach
der Digitalisierung wird das Bild der Rillen behandelt und analysiert,
um die Position und die Verschiebungen der Rillen zu bestimmen.
Eine erste Stufe besteht in der Korrektur der Fehler des erworbenen
Bildes. Störungen
des Bildes können
in der Tat aus den verschiedenen Stufen des Akquisitionsprozesses
stammen: Von der Platte selbst (Risse, Kratzer, Staub, usw.), dem
Foto oder dem Scan (Staub, Optik, gestörte Aufnehmer CCD, usw.).
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Anschließend wird
die Position der Rille mithilfe einer einfachen Schwellwertbildung
oder eines ausgefeilteren Verfahrens bestimmt.
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Die
Verschiebung der Rille wird damit in ein Tonsignal umgewandelt.
Dieses Signal wird ebenfalls durch Bandpassfilter bearbeitet, damit
nur die Bandbreite der Originalaufnahme wieder hergestellt wird. Bestimmte
Frequenzgewichtungen können
gemäß dem Typ
der Originalaufnahme (z. B. Egalisierungskurve RIAA) ebenfalls darauf
angewendet werden.
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Diese
bekannte Lösung
erfordert jedoch eine relative komplexe Ausrüstungsstruktur und multiple, mit
der serienmäßigen Digitalisierung
eines Tonarchivfonds, das mehrere zehntausend zu bearbeitende Platten
oder Träger
enthalten kann, wenig kompatible Handhabungen. Diese Technik ist
anfällig
für Unregelmäßigkeiten
der Oberfläche
der Platte, wirkungslos beim Abhören
mit einem herkömmlichen Plattenspieler,
die die Qualität
des durch diese Lösung
des Standes der Technik extrahierten Tons beeinflussen können.
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Der
wesentliche Mangel dieses Systems ist jedoch die grundlegende Begrenzung
bei der Messung der Position der Grenze der Rille. Diese sich in der
Tat an der Oberfläche
der Platte befindende Grenze kann nicht perfekt definiert werden.
Die intermediäre
Tiefenzone ist häufig
informativer. Andererseits ist es wünschenswert, auf einer Oberfläche zu messen
und nicht auf einer Kurve, um Fehler zu begrenzen.
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Da
das Audiosignal als eine Änderung
der Richtung der Rille kodiert ist, muss andererseits die Möglichkeit
gegeben sein, sehr geringe Verschiebungen zu messen. Ein optisches
System, das nur für
die Position der Grenze sensibel ist, wird natürlicherweise durch die Auflösungsbegrenzung
der Optik eingeschränkt.
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Das
eine optische Wiederherstellung des Signals per Analyse des von
den Wänden
der Rille der Platte reflektierten Strahls beschreibende amerikanische
Patent
US4504934 ist
ebenfalls bekannt.
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Dieses
Patent beschreibt ein System auf Laserbasis, das einen die Oberfläche einer
Linse abtastenden Laserstrahl verwendet. Der in einem einzigartigen
Punkt der Rille konvergierende Lichtstrahl wird nur zu einem bestimmten
Zeitpunkt in seine ursprüngliche
Richtung zurückgeschickt.
Die Messung dieses präzisen
Zeitpunktes gewährt
den Zugang zum Winkel des Spiegels, der die Rille bildet.
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Das
europäische
Patent
EP0247810B1 beschreibt
ein optisches System mit sich drehender Platte, das für das Lesen
einer phonographischen Platte mit einem in einer Rille aufgenommenen
Signal bestimmt ist, umfassend:
eine optische Einheit mit einer
optischen Quelle, die ein erstes einfallendes Strahlenbündel bildet,
damit es einen leuchtenden Fleck auf der ersten Wand und ein von
der Wand reflektiertes Bündel
bildet, das einen in einer des Flecks reflektierten proportional
zum aufgenommenen Signal leuchtenden Fleck bildet,
einen optischen
Aufnehmer, der zur Feststellung der Position des reflektierten leuchtenden
Flecks und zur Bildung eines Ausgangssignals proportional zum aufgenommenen
Signal bestimmt ist, eine Verfolgungsstruktur, die zum Hervorrufen
der Verfolgung der Rille durch das Strahlenbündel bestimmt ist, wenn die Platte
sich dreht,
und eine Antriebsstruktur, die zur Verschiebung
der Platte im Verhältnis
der optischen Einheit bestimmt ist.
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Die
Verfolgungseinheit umfasst eine tangentiale Einheit, die eine tangentiale
Feststelleinheit umfasst, die zur Feststellung der Abweichung der
Richtung einer Tangente an der Auskehlung und zur Bildung eines
tangentialen Fehlersignals in Abhängigkeit von dieser Abweichung
bestimmt ist und eine tangentiale Regelungsvorrichtung hat, die
vom tangentialen Fehlersignal gesteuert wird und dazu bestimmt ist,
auf diese Weise dem Strahlenbündel senkrecht
zur Tangente der Auskehlung zu folgen.
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Diese
Lösungen
implizieren eine komplexe Regelung der Lesezelle im Verhältnis zur
Rille der Platte oder des analysierten Trägers.
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Das
amerikanische Patent
US 3.452.163 , das
eine Ausrüstung
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 beschreibt, ist ebenfalls bekannt.
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Die
Patentschrift
US 4.972.344 ,
die eine Ausrüstung
für das
optische Lesen einer phonographischen Platte mit einem Signal beschreibt,
das in einer durch eine Wand gebildeten Rille mit einer durch das
aufgenommene Signal modulierten Position aufgenommen ist, ist ebenfalls
bekannt. Die Ausrüstung
umfasst ebenfalls eine optische Einheit mit einer optischen Quelle,
die einen ersten einfallenden Lichtstrahl auf der Wand hat, um einen
reflektierten Punkt in einer proportional zum reflektierten Signal reflektierten
Position zu liefern. Sie umfasst ebenfalls einen optischen Aufnehmer
zum Aufnehmen der reflektierten Position des reflektierten Punktes
und zum Liefern eines Ausgangssignals proportional zum aufgenommenen
Signal. Die optische Einheit umfasst ebenfalls eine Verfolgungsstruktur,
die die Positionierung der optischen Einheit beim Abschnitt der
zu verfolgenden Rille zulässt,
wenn die Platte sich dreht.
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Bekannt
ist ebenfalls die Zusammenfassung der
japanischen Patentanmeldung 560444128 ,
die ebenfalls eine Ausrüstung
für das
optische Lesen einer phonographischen Platte mit einem in einer
Rille aufgenommenen Signal beschreibt, die durch eine mit einer
vom aufgenommenen Signal modulierten Wand gebildet wird. Die Ausrüstung umfasst
zwei Fotodetektoren, die die Feststellung der Modulationen der Wand
der Rille und die Wiedergabe des aufgenommenen Signals zulassen.
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Die
in diesen letzten drei Patentschriften beschriebenen Ausrüstungen
lassen den Erhalt einer guten Auflösung bei den Verschiebungsmessungen der
Rille nicht zu und implizieren eine komplexe Regelung der Lesezelle
im Verhältnis
zur Rille des Trägers.
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Die
Erfindung zielt auf die Behebung dieser unterschiedlichen Nachteile
ab, indem sie eine Ausrüstung
gemäß Anspruch
1 vorschlägt.
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Bei
einer Platte variiert das genannte Spektrum bevorzugt in einem winkelförmigen Abschnitt, der
in ei ner in einer Variationsebene der lokalen Normalen einer der
Flanken der Rille gestützten
Ebene angeordnet ist.
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Um
die Farben und/oder die Intensität
des Lichts sequenziell zu kodieren, ist das genannte Spektrum darüber hinaus
zeitabhängig
diskret variabel.
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Gemäß einem
einfachen Ausführungsbeispiel
umfassen die genannten Mittel zur Generierung wenigstens eines Strahlenbündels wenigstens
einen Filter, bevorzugt einen dreifarbigen, zum Generieren des genannten
Spektrums geeigneten Filter.
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Gemäß einem
besonderen Ausführungsbeispiel
umfassen die Mittel zum Generieren eine Quelle weißen Lichts,
die eine Zone des Tonträgers
mit mehreren Segmenten der Rille über einen gefärbten Filter beleuchtet,
der eine Farbvariation in einer zur optischen Achse des einfallenden
und zur Ebene der Platte parallelen Strahlenbündels senkrechten Richtung
aufweist.
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Vorteilhaft
wird ebenfalls ein Kondensor zur Fokalisierung des genannten wenigstens
einen Strahlenbündels
auf der Oberfläche
des Tonträgers in
Form eines sich auf mehrere Rillenabschnitte erstreckenden leuchtenden
Flecks verwendet.
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Gemäß unterschiedlichen
Ausführungsmodi wird
der genannte Kondensor durch zwei torische Linsen, einen Spiegel
und eine Linse oder zwei Spiegel gebildet.
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Das
genannte wenigstens eine Strahlenbündel bildet bevorzugt einen
Winkel von 45° mit
der Oberfläche
des Tonträgers
in einer durch die Drehachse der Platte durchtretenden Ebene.
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Das
optische System umfasst auf vorteilhafte Weise einen Spiegel, um
das reflektierte Bündel zum
Bildaufnehmer zurückzuwerfen,
der eine zwei- oder eindimensionale Farbkamera sein kann.
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Um
das empfangene Lichtsignal zu dekodieren, umfasst die Ausrüstung darüber hinaus
einen am Ausgang des genannten Bildaufnehmers angeschlossenen Rechner,
um das Dekodieren des genannten Bildes zu gewährleisten und durch eine Bildbearbeitung
die Wiederherstellung der radialen Verschiebungsgeschwindigkeit
der Zone des Tonträgers in
Abhängigkeit
vom Spektrum des von der genannten Zone reflektierten Lichts durchzuführen.
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Die
Erfindung wird bei der Lektüre
der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
besser verstanden, die einem nicht einschränkenden Ausführungsbeispiel
entspricht, in dem:
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1 eine
schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Ausrüstung darstellt, die gemäß der allgemeinen
Richtung der Rillen betrachtet wird,
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2 eine
schematische Ansicht der Ausrüstung
darstellt, die in einer zur optischen Beleuchtungsachse und zur
allgemeinen Richtung der Rillen parallelen Ebene betrachtet wird,
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3 eine
Ansicht des Verlaufs der Strahlen in einer Ausführung mit einem aus zwei Linsen
gebildeten Kondensor darstellt, die das Bild einer vertikalen Quelle
auf eine horizontale Platte mit einem Einfallswinkel von 45 Grad
und unter Beschränkung
auf den nützlichen
Teil der Linsen projizieren.
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4 eine
Ansicht der von der Vorrichtung mit Linsenkondensoren erhaltenen
Oberfläche
des Tonträgers
darstellt.
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5 eine
schematische Ansicht des Verlaufs der Strahlen in einer Ausführung mit
einem Kondensor darstellt, der aus zwei Parabolspiegeln und einem
ebenen Spiegel gebildet wird, die das Bild einer vertikalen Quelle
auf eine horizontale Platte mit einem Einfallswinkel von 45 Grad
projizieren, indem sie sich auf den nützlichen Teil beschränken.
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Der
dem Wiederaufnahmespiegel, dem Objektiv der Aufnahme und der Kamera
entsprechende Teil wird nicht dargestellt, da er mit dem vorherigen Teil
identisch ist.
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6 eine
perspektivische Ansicht desselben Aufbaus mit Kondensor mit Spiegeln
darstellt.
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Die
Ausrüstung
ist für
das Lesen von phonographischen Platten bestimmt, die eine lateral
gebildete Gravur aufweisen, mit Abweichungen der Position der Flanke
im Verhältnis
zu einer Referenzposition, die vom elektrischen Signal abhängt, das
den Gravurmeißel
steuert. Die Rille weist eine radiale Abweichung auf, deren Geschwindigkeit
proportional zum Niveau des elektrischen Aufnahmesignals ist. Die
Kombination der tangentialen Geschwindigkeiten der Drehung der Platte
und der radialen Geschwindigkeit des Gravurorgans bestimmt einen
lokalen Winkel der Rille. Einfach ausgedrückt: Wenn man sich darauf beschränkt, die
Position der Rille auf einer horizontalen Achse zu messen, die vom
Zentrum der Platte ausgeht, verschiebt sich diese Position kontinu ierlich,
um mit kleinen Variationen, die für das Tonsignal kodieren, der
Spirale zu folgen.
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Die
Tangente des Winkels einer Rille mit dieser horizontalen Achse wird
daher proportional zum auf der Platte eingeschriebenen Tonsignal
variieren. Die Messung dieses Winkels bei der Beleuchtung einer
der Seiten der Rille, die sich wie ein Spiegel verhält, durch
eine strukturierte Öffnung,
erlaubt der erfindungsgemäßen Ausrüstung die
Wiederherstellung der durch den mechanischen Meißel gravierten Toninformation.
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Die
Erfindung besteht in der Kodierung des einfallenden Lichts derart
durch Farben, dass jeder Punkt des Bildes der Rille eine Farbe aufweist,
die von der Farbe des von der Flanke der Rille reflektierten einfallenden
Strahls abhängt.
Diese Farbe hängt nur
vom Winkel der Flanke der Rille mit der Richtung eines vom Zentrum
der Platte kommenden Strahls ab.
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1 stellt
ein Ausführungsbeispiel
dar. Die Platte (1) wird unter einen optischen Kopf mit
einer weißen
elektroleuchtenden Diode (2) platziert, die einen ein optisches
System (3) durchquerendes Strahlenbündel ausgibt. Dieses optische
System (3) wird durch zwei torische Linsen (4, 5)
mit einem Durchmesser von 75 Millimetern und einer Brennweite von 50
Millimetern gebildet, das einen Kondensor bildet. Diese erhebliche
digitale Öffnung
ist in der maximalen Dynamik bestimmend, die ab der Platte dekodiert werden
kann.
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Dieses
optische System lässt
die Projektion eines leuchtenden Flecks gemäß einer Einfallsachse von rund
45° auf
der Oberfläche
der Platte zu. Dieser Fleck wird bestimmt, um mehrere Rillenabschnitte abzudecken.
Der Durchmesser des Flecks ist zwischen 5 und 10 Millimetern inbegriffen.
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Die
Tiefenbeschränkungen
des Felds des umgeschalteten optischen Felds werden gemäß der Schleimpflug
Regel berechnet, was dazu führt,
die Lichtquelle vertikal und den (symmetrischen) Kondensor bei 45°, wobei die
Platte horizontal ist.
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Das
einfallende Strahlenbündel
wird durch einen auf dem einfallenden optischen Weg angeordneten
optischen Filter (9) farblich kodiert. Dieser optische
Filter weist eine kontinuierliche oder diskrete Farbvariation gemäß der allgemeinen
Richtung der Rillen auf. Dieser Filter wird bevorzugt konzipiert,
um eine kontinuierliche Variation des Farbtons gemäß dem Modell
FSI (Farbton, Sättigung,
Intensität)
aufzuweisen.
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Dieser
Filter wird in diesem Beispiel mittels eines Druckers mit Farbsublimierung
auf einem Transparent vom Modell Kodak KDS 8670 Dye Sublimation
Printer realisiert.
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Das
kodierte Strahlenbündel
wird durch die Flanken der in dem auf der Platte gebildeten leuchtenden
Fleck vorhandenen Rillen reflektiert und durch einen Wiederaufnahmespiegel
(8) zu einer Kamera CCD (7) zurückgeworfen,
deren Objektiv auf der Ebene der Platte fokalisiert ist.
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Der
Aufnehmer ist in diesem Beispiel ein Aufnehmer SONY HAD (Handelsname),
der eine mit einem Objektiv f1,8/50 zugeordnete Auflösung von
640 × 480
hat. Das Objektiv ist derart abgeblendet, dass es ein ausrei chend
klares Bild auf den Aufnehmer projiziert. Der Videoausgang ist durch
einen nicht komprimierten Link IEEE 1394 mit einer Dynamik von 8
Bits an einen Computer angeschlossen.
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Der
Bildaufnehmer ist einem Objektiv zugeordnet, wobei die Struktur
ein Aufnahmesystem bildet.
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Die
Klarheit des Bildes kann dank der Anwendung der Scheimpflug Regel,
in der die Ebene der Optik, die Ebene des Aufnehmers und die Ebene der
Platte sich in einer einzigartigen Geraden schneiden, mit einer
offeneren Blende gewährleistet
werden. Dieses Prinzip ist selbstverständlich nur anwendbar, wenn
der Aufnehmer mit dem Einfall der Strahlen kompatibel ist.
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In
diesem Beispiel wird der Träger
periodisch verschoben, um den Erwerb der Struktur der Oberfläche über eine
Platine, die ihrerseits auf einer anderen Platine in Translation
angeordnet ist, in durch einen Computer gesteuerte Rotation vorzunehmen.
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2 stellt
dasselbe Ausführungsbeispiel von
oben gesehen bei 45 Grad in einer zur optischen Achse und zur allgemeinen
Richtung der Rillen parallelen Ebene dar. Um beim Verständnis zu
helfen, werden die Kamera und ihr Objektiv in dem Schema von der
Seite und nicht von hinten dargestellt. Diese Figur zeigt den durch
den Filter (9) gefärbten
Strahl (12), der auf einer Rillenflanke (10) reflektiert
wird, deren Richtung durch die Tangente (11) dargestellt wird,
die zum Wiederaufnahmespiegel (8) zurückkehrt, der ihn zur Kamera
(7) zurücksenden
wird, die ein Objektiv und einen Aufnehmer CCD umfasst.
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Nur
dieser bestimmte Strahl wird durch die Rille an dieser bestimmten
Stelle ausgewählt.
Eine andere lokale Ausrichtung der Rille hätte einen anderen, von einer
anderen Stelle der gefärbten
Maske (9) stammenden Strahl in einer unterschiedlichen
Farbe reflektiert.
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Das
erhaltene Bild wird in 4 wiedergegeben. Die Farbe kodiert
direkt für
die lokale Richtung der Rille, z. B. mit Gelb für eine Verschiebung in einer Richtung
und Blau für
eine Verschiebung in der anderen Richtung. Der gefärbte Filter
(9) stellt hier eine kontinuierliche chromatische Variation
dar, das Grün entspricht
der medianen Referenzposition.
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Es
ist selbstverständlich
möglich,
Filter mit einer mehr oder weniger schnellen winkelförmigen Variation
der Farbe zu realisieren.
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Die
Abweichung zwischen den Rillen liegt in der Größenordnung von 300 Mikron,
und die kleinsten vertikalen Einzelheiten liegen in der Größenordnung
von 50 Mikron. Da sich die Platte mit einer Geschwindigkeit in einer
Größenordnung
von einem Meter pro Sekunde an der Peripherie verschiebt, liegt die
mögliche
Probennahme in der Größenordnung von
20.000 pro Sekunde, d. h. eine Schnittfrequenz in der Größenordnung
von 10 kHz.
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Die
Dekodierung des somit realisierten kolorierten Bildes erfolgt durch
eine Bildbearbeitung, die zur Wiederherstellung der radialen Verschiebungsgeschwindigkeit
in Abhängigkeit
von dem Farbton der Rille führt.
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Nach
dem räumlichen
Filtern zur Reduzierung des Geräuschs
ergibt die kolorimetrische Analyse der Rille durch dieses selbe
Modell in jedem Punkt den Farbton, der es seinerseits ermöglicht,
auf die radiale Verschiebungsgeschwindigkeit zu schließen.
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Die
Position des Filters (9) auf der optischen Bahn während dieser
Umwandlung wird berücksichtigt,
was dazu führt,
den Einfallswinkel gemäß einer Formel
wieder zu finden, die von der Position des Bildpunktes und der Position
auf dem Filter abhängt.
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Die
Software folgt der Spur einer Rille und dekodiert die Rille auf
einer Fraktion des Umfangs.
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In
diesem Beispiel werden die Bilder mittels einer zweidimensionalen
Kamera erhalten, das erhaltene Tonsignal wird mit dem verschmolzen,
das bei den vorherigen Bildern erhalten wird, wobei die winkelförmige Verschiebung
zwischen den Bildern berücksichtigt
wird.
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In
einer anderen Implementierung kann die Verschiebung in der Rotation
derart kontinuierlich sein, dass ein Erwerb durch eine (eindimensionale) Leitungskamera
erlaubt wird, die dann eine Krone der Platte in einer Rotation der
Platine erfasst.
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Das
Signal wird erneut bemustert, um der unterschiedlichen tangentialen
Geschwindigkeit im Zentrum und an der Peripherie der Platte Rechnung zu
tragen, und dann durch einen Wiedergabefilter geschickt, um die
Wirkung der Vor- oder anderen Akzentuierung RIAA zu korrigieren.
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Eine
Abschwächung
der Leuchtkraft des Signals kann als ein Verschluss des Strahlenbündels bei
der Rille interpretiert werden, der z. B. auf ein Staubkorn oder
einen Kratzer zurückzuführen ist.
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Die
Software stellt derartige Störungen
fest und behält
ihre Position bei, was damit eine spätere Wiederherstellung der
fehlenden Teile per Interpolation ermöglicht.
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Die
oben in Einzelheiten beschriebene Erfindung betrifft eine Ausrüstung für das optische
Lesen eines eine Gravierung einer Rille aufweisenden Tonträgers mit
Mitteln zur Generierung wenigstens eines Strahlenbündels, das
eine Variation von Lichtspektren in Abhängigkeit von seinem Einfallswinkel
in einer Zone des Tonträgers
und einen Bildaufnehmer aufweist, der angeordnet ist, um das von
der genannten Zone des Tonträgers
reflektierte Licht aufzunehmen.
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Die
Erfindung verwendet daher vorteilhaft die Deflektometrie zur Identifikation
der lokalen Geometrie einer Rillenflanke der Platte. Durch Zuordnen einer
Art unterschiedlichen (gefärbten
oder anderen) Code zu jeder einfallenden Richtung, können die
aufgenommenen Bilder der Informationen wiederhergestellt werden,
die die Berechnung des Winkels der Normalen dieser Flanke mit einer
durch das Zentrum der Platte hindurchtretenden vertikalen Ebene
auf dem betrachteten Pixel erlauben.
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Diese
Winkel können
nicht auf einem bestimmten Aufnahmepunkt eines lokalisierten Laserstrahls
gemessen werden, sondern auf einer sich auf der Platte erstreckenden
Zone. Somit wird eine Verfolgung der Rille unnötig gemacht oder vielmehr auf die
Analysephase der empfangenen Bilder übertragen. Der Vorteil des
Verfahrens ist besonders offensichtlich bei der Bearbeitung der
fragmentierten Platten, bei denen die Rillen sich aufgrund der Schrumpfung
des Lackes und des Auftretens von Frakturen nicht mehr auf jeder
Seite der Fraktur folgen und damit eine einfache Verfolgung ausschließen.
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Weiterhin
lässt ein
Erfassen von Informationen an der Oberfläche das Messen der Flanke der Rille
in verschiedenen Höhen
und damit die erleichterte Feststellung von Staub und ihrer auf
ein vorheriges mechanisches Lesen zurückzuführende Deformationen zu.
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Diese
Informationen können
eine gefärbte Kodierung
sein: Sofern das reflektierte Strahlenbündel bei seinem Reflektieren
nicht den Farbton ändert, wird
der Code beibehalten, wobei sich der einzige Einfluss auf die Reflektion
aufgrund des Vorhandenseins von parasitären Elementen, wie z. B. Staubkörner, die
das Strahlenbündel
verdunkeln können,
auf die Menge des übertragenen
Lichts bezieht.
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Anstatt
die Platte durch ein einzigartiges farbiges Strahlenbündel zu
einer einzigartigen Zeit zu beleuchten, kann darüber hinaus in Stufen einer
beliebigen Anzahl durch Wechseln des Filters zwischen diesen Stufen
vorgegangen werden.
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Damit
kann das gleichzeitige Kodieren von drei durch den gefärbten Filter
erhaltenen Kanälen mit
dem Vorteil sequenziell gemacht werden, dass die Anzahl von Kanälen problemlos
erhöht
wird, die Wirkung der chromatischen Bildfehler der Optik gemindert
wird und damit eine bessere Präzision
der Digitalisierung des Audiosignals unter dem Vorbehalt einer guten
Neupositionierung der Platte unter der Vorrichtung erlaubt wird.
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In
Wirklichkeit genügen
zwei Filter, um die Ausrichtung eines Lichtstrahls zu kodieren,
der eine beliebige Abschwächung
durch die reflektierende Platte erfahren kann: In einem besonderen
Beispiel wird ein Filter einheitlich sein, und der andere wird eine
monotone Variation der Dichte aufweisen. Die Kombination der mithilfe
dieser beiden Filter erhaltenen unterschiedlichen Bilder wird es
dem Rechner erlauben, die Ausrichtung des reflektierenden Elements
durch die Berechnung eines durch die Reflektivität unveränderlichen Verhältnisses
zu bestimmen.
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Somit
kann man von einem gemäß drei RGB Komponenten
gefärbten
Filter zu zwei oder drei einfarbigen, sequentiell verwendeten Filtern
oder sogar mehr als drei Filtern übergehen.
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Die
zusätzlichen
Filter können
verwendet werden, um die Messgenauigkeit zu erhöhen, indem sie ein schnelles
variierendes winkelförmiges
Variationsprofil aufweisen, und indem sie dieses Profil periodisch
wiederholen. Dann wird die Mehrdeutigkeit der Messung durch die
vorgenannten Maßnahmen aufgehoben.
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Die
Integration aller durch verschiedene Filter durch den Rechner erhaltenen
Bilder erlaubt den Erhalt einer verbesserten Präzision. Anschließend wird
eine Verallgemeinerung dieser Formalismen auf mehrere Messungen
durch Filter und auf mehrere Filter festgestellt.
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Genauer
gesagt können
die mithilfe eines CMG-Druckers
(Cyan, Magenta, Gelb) mit subtraktiver Kodierung auf jedem lokalisierten
Element drei unterschied liche Freiheitsgrade aufweisen, die der lokal
angewendeten Farbmenge entsprechen.
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Die
Analyse der daraus resultierenden Farbe durch eine dreifarbige Kamera
RGB erlaubt es, zu den ursprünglichen
Werten C, M und G über
eine Kalibrierungsmatrix zurückzugehen,
die von dem Spektrum der Beleuchtung, der Sensibilität der Kamera
in jedem Kanal RGB und dem Absorptionsspektrum der Farbstoffe C,
M und G abhängt.
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Ganz
allgemein kann ein Kompositfilter, der z. B. durch eine Überlagerung
von zwei farbigen Filtern produziert wurde, die mit unterschiedlichen Farbstoffen
produziert wurden, mehr als drei Freiheitsgrade aufweisen.
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Auf
die Messung dieser erweiterten Farben oder zusätzlichen Freiheitsgrade kann
man z. B. durch eine multispektrale Kamera zugreifen oder noch einfacher
durch die Anwendung von sukzessiven, vor eine Schwarz-Weiß-Kamera
platzierte Trennfilter. Die Wahl von Lichtquellen mit unterschiedlichen
Emissionsspektren kann z. B. ebenfalls die Messung der n Freiheitsgrade
eines Punktes des Filters zulassen. Die Messung der ursprünglichen Freiheitsgrade
führt zum
Wiederfinden der Farbstoffmenge eines bestimmten, in einer bestimmten
Position des Filters vorhandenen Typs. Die Messung dieser Freiheitsgrade
erlaubt es, die Schnittposition des Lichtstrahls mit dem Filter
wieder zu finden. Die Position auf dem Filter wird auf einzigartige
Weise mit dem Einfallswinkel der gemessenen Beleuchtungsstrahlen
durch das Objektiv und damit mit der lokalen Geometrie der Rille
auf der Platte und damit dem aufgenommenen Signal verbunden.
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Ganz
allgemein wird jede Messung durch eine rot-grün-blaue
(RGB), multispektrale oder Kamera NB durch Lichtveränderung
eine Messung von 1,3 oder n Freiheitsgraden erreichen. Man geht
vom Raum der Messungen zu dem der Freiheitsgrade durch eine lineare
Transformation über,
wenn man davon ausgeht, dass die Messung im Verhältnis zur erhaltenen Beleuchtungsintensität in ihrem
Wellenlängenband
selbst linear ist.
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Der Übergang
von mehreren (p) unterschiedlichen Filtern kann diese Freiheitsgrade
durch p multiplizieren.
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Die
Gruppe dieser n × p
gemessenen Freiheitsgrade wird dann ausgewertet, um den präzisen Einfallswinkel
des Strahlenbündels
unter Berücksichtigung
der durch Staub hervorgerufenen beliebigen Intensitätsreduktionen
wieder zu finden. Die Intensitätsnormalisierung
besteht in der Berechnung eines Vektors, der im Verhältnis zu
Reflektivitätskoeffizienten
der Oberfläche
und der allgemeinen Effizienz der Beleuchtungsoptik für einen
bestimmten Einfallswinkel invariabel gemacht wird, ausgehend von
den in Freiheitsgraden umgewandelten Messungen.
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Diese
Intensitätsnormalisierung
hängt vom Typ
der übernommenen
Kodierung ab: Man kann z. B. durch einen ersten Freiheitsgrad normalisieren, der
einen konstanten, von der Reflektivität und den anderen parasitären Elementen
beeinflussten Wert hat, oder die Norm des Vektors den einheitlichen Freiheitsgraden
wiedergeben oder sogar eine Untergruppe von Freiheitsgraden wählen, die
eine einheitliche Norm haben. Der Normalisierungstyp hängt vom
gewählten
Beleuchtungstyp ab: Es handelt sich um die Trennung der Messung
der Reflektivität
der anderen gemessenen Freiheitsgrade.
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Die
Intensitätsnormalisierung
wird einen Punkt eines Messraums von nxp Dimensionen zu einer Hyperfläche von
n × p – 1 Dimensionen
projizieren, die in diesen Raum eingetaucht ist, so dass sich z.
B. alle durch eine und dieselbe Reflektionsintensitätsvariation
betroffenen Messpunkte auf derselben Projektion wiederfinden. Bei
dieser Normalisierung wird die Intensität des erhaltenen Lichts beibehalten, um
es als Signalverlustindex für
eine spätere
Interpolation zu verwenden.
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Nach
der Normalisierung werden die restlichen Freiheitsgrade n × p – 1 verwendet,
um den Einfallswinkel Alpha des optischen Strahlenbündels in der
Einfallsebene von 45 Grad wieder zu finden.
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Jeder
Winkel Alpha entspricht einem unterschiedlichen Punkt auf einer
sich im Raum der vollständigen
Freiheitsgrade auf der Hyperfläche
der durch die Lichtintensität
standardisierten Freiheitsgrade bewegenden Kurve.
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Diese
Kurve kann eventuell stückweise
diskontinuierlich sein oder einem bevorzugt kontinuierlichen Verlauf
verfolgen.
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Die
Ansätze
vom groben Typ zum feinen (coarse to fine in englischer Sprache),
pyramidalen, die Kodierungen vom hierarchischen Typ, Peano, Hilbert
oder Gray- Code können als
besondere, unterschiedlichen Kurven entsprechende Versionen gesehen
werden.
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Die
Identifizierung der Position auf der Kurve ausgehend von den Freiheitsgradmessungen
ist je nach der gewählten
Kodierung und damit der Form der Kurve ein mehr oder weniger schwieriges
Problem.
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Ein
einfaches Beispiel dieses im Fall eines dreifarbigen Filters allgemeinen
Ansatzes kann eine Kurve sein, die den Messraum RGB mit einer konstanten
Intensität
durchläuft
und damit den Farbton und die Sättigung
frei lässt.
Der Filter selbst wird in CMG gedruckt. Beim Lesen des Bildes wird
eine Messung RGB durch die Kamera zum Raum CMG der Farbstoffe des
Filters unter Berücksichtigung
einer linearen Kalibrationsmatrix, dann in ein gefärbtes Modell,
Sättigung
(F, S, I) und Intensität
und dann in die Position auf der Kurve umgewandelt. Die Intensität wird ignoriert,
was der Umwandlung zur Invariabilität im Verhältnis zur variablen Reflektivität des Trägers entspricht
(Normalisierungsstufe).
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Bei
konstanter Intensität
I befindet sich (F, S) wieder auf einer Fläche im Raum der Freiheitsgrade CMG.
Im Raum (F, S) kann eine durch u parametrierte Kurve (F(u), S(u))
gezeichnet werden, indem Sicherheitsmargen gewahrt bleiben, die
von der Qualität
der Aufnahmekamera und ihrem Geräuschsignalverhältnis in
jeder Komponenten R, G und B abhängen.
Diese Kurve kann komplexer sein als ein Variationssignal des Farbtons
F und kann eine Variation der Sättigung
S umfassen.
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Der
gefärbte
Filter wird in diesem Beispiel als das Ergebnis durch die Funktion
einer monotonen Variation des Parameters u entlang ihrer großen Achse
durch das Umwandeln von F(u) und S(u) in eine Dichte des gemäß u variablen
Farbstoffs C, M und G gedruckt.
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Das
Problem der Dekodierung nach der Normalisierung der in den Freiheitsgrad
zurückgebrachten
Messungen besteht darin, den Wert des Parameters u wieder zu finden,
der die den durch die Intensität
der normalisierten Werte nächsten
Freiheitsgrad ergibt, wobei u sich in direkter Beziehung mit der
Position auf dem Filter befindet und damit mit der Ausrichtung des
auf der Platte aufgenommenen Strahlenbündels.
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Die
Reihenfolge der Änderung
der gefärbten Filter,
die die Spektren winkelförmig
modulieren, der Änderung
der vor eine einfarbige Kamera platzierten Filter, der Änderung
der Lichtquelle ist beliebig, wenn jedes Bild auf dem Computer gespeichert
ist und für eine
spätere
Bearbeitung verfügbar
ist.
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Ebenso
kann die Verschiebung der Platine in Rotation, die in der radialen
Richtung frei gewählt werden
und mit der Reihenfolge der Änderung
der Beleuchtung und der Messung der Spektren vermischt sein.
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Man
kann sich jedoch eine präzise
Messung der Rotation der Platte durch Zurückstellen der erhaltenen Bilder
durch einen Filter mit den mit einem anderen erhaltenen Bildern
sparen, indem man davon ausgeht, dass diese beiden Bilder statistisch
nicht unabhängig
sind, was z. B. durch die Wahl von gemeinsamen Freiheitsgraden erhalten
wird.
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Die
Filteränderung
zum Erhalt der komplementären
Freiheitsgrade kann durch eine mechanische Vorrichtung erhalten
werden oder durch die Verwendung eines vom Rechner gesteuerten Lichtmodulators,
wie z. B. Mikrospiegeln DLP von Texas Instruments, Flüssigkristallelementen
oder jeder anderen räumlichen
Lichtmodulationsvorrichtung, die die Filter ersetzt.
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Weitere
das Spektrum des auf die Platte projizierten Lichts nach dem Einfallswinkel ändernde Mittel
können
in Betracht gezogen werden, wie z. B. Diffraktionsnetze oder Prismen.
Ein divergierendes Strahlenbündel
mit kontinuierlich variierenden Wellenlängen, das aus einem Netz oder
einem Prisma stammt, kann auf dem beleuchteten Teil der Platte durch
u konvergierende optische Elemente konvergierend gemacht werden.
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Der
Kondensor kann durch einen im Handel erhältlichen Videoprojektor ersetzt
werden, auf den ein optisches Element folgt, das das Strahlenbündel zur
Platte konvergierend macht.
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Darüber hinaus
wird erfindungsgemäß bevorzugt
ein Kondensor verwendet, um auf der Platte ein Einfallsstrahlenbündel gemäß einem
Winkel von 45 Grad mit der Normalen der Platte zu produzieren, um
durch eine Flanke der Rille zum Objektiv reflektiert zu werden.
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In
der Richtung der Kodierung durch den oder die Filter muss die winkelförmige Öffnung so groß wie möglich sein.
Das strukturierte Strahlenbündel
muss daher die Form von winkelförmigen
Abschnitten haben, deren Hauptspitze einen Punkt der Scheibe beleuchtet,
wobei die Basis vom Kondensor stammt, wobei diese Abschnitte auf
den 45 Grad Ebenen im Verhältnis
zur Ebene der Platte angeordnet sind. Die farbige Kodierung oder
die strukturierte Lichtvariation erfolgt gemäß dem in diesen Abschnitten
eingeschriebenen Winkel.
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Eine
Ausführung
mithilfe eines strahlenden oder reflektierenden Kondensors mit kreisförmiger Symmetrie
ist insofern eine Annäherung
der gewünschten
Beleuchtungsverteilung, als die Strahlen sich nicht auf parallelen
Ebenen befinden, sondern ausgehend von der Ausgangspupille der letzten
Linse/des Spiegels des Kondensors konvergieren, die entsprechend
verschlossen ist. Die winkelförmige Form
des Strahlenbündels,
das die Platte beleuchtet, wird von der relativen Größe der kleinen
Achse im Verhältnis
zur großen
Achse der Ausgangspupille bestimmt.
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Das
Scheimpflug Prinzip lässt
die Gewährleistung
der Konvergenz der Strahlen auf der geneigten Ebene der Platte zu
(hier um rund 45 Grad). Eine symmetrische Realisierung des Kondensors
ermöglicht
die Begrenzung bestimmter Abweichungen.
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Es
kann eine Version basierend auf Spiegeln oder Katadioptrie des Kondensors
mithilfe von sphärischen,
parabolischen oder torischen Spiegeln im allgemeinen Sinne realisiert
werden, wobei eine oder zwei Linsen durch einen Spiegel ersetzt
wird/werden.
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Der
Vorteil einer ausschließlich
auf Spiegeln basierenden Ausführung
ist der problemlosere Wegfall von chromatischen Abweichungen.
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Im
Fall einer auf Spiegeln basierenden Realisierung kann die Beleuchtung
der Platte ebenfalls durch die Verwendung eines Spiegels außerhalb
der Achse erfolgen („off-axis” in englischer
Sprache), d. h. ein gerades, rechteckiges, aus einem parabolischen
Spiegel ausgeschnittenes Band, indem man sich von der optischen
Achse dieses Spiegels entfernt, um zu verhindern, dass die Beleuchtung
der Platte auf der Rückbahn
des Spiegels platziert wird.
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Die
große
Achse dieses Rechtecks deckt die gesamte Ausgangspupille ab. Die
kleine Achse wird durch die Vorgabe bestimmt, alle Strahlen der
Quelle gemäß einem
begrenzten Winkelintervall auf der Rille in der zu der Richtung
der Kodierung des Tons senkrechten Richtung reflektieren zu lassen.
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Bei
einer derartigen Montage wird die Platte im Fokus des zweiten Spiegels
beleuchtet, wobei dieser ein zum ersten paralleles Strahlenbündel aufnimmt,
das seinerseits durch die Quelle in seinem Fokus beleuchtet wird.
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Die
beiden Fokusse werden auf jeder Seite der die beiden Spiegel verbindenden
Achse durch die Verwendung von Spiegeln vom Typ außerhalb
der Achse verschoben.
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Eine
derartige Montage ist nur für
ein isoliertes Plattenelement verwendbar, da die Achse zwischen
den beiden Konkavitätsspiegeln
gegenüber durch
die Platte erfolgt und damit von dieser verdunkelt wird. In dem
Fall einer realen Platte wird die Montage über einen ebenen Spiegel in
der Nähe
der Oberfläche
der Scheibe zurückgezogen,
was damit verhindert, dass das Licht die Ebene der Platte durchquert.
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Es
kann angemerkt werden, dass das Licht auf diesem Schema nicht perfekt
in Form eines winkelförmigen
Abschnitts auf der Einfallsebene eintrifft. Die Abweichung im Verhältnis zur
Ebene steigt in Abhängigkeit
der Öffnung
des Spiegels und von der Entfernung des Teils der parabolischen
Spiegel von der Achse derselben. Diese Wirkung kann durch den Ersatz
der parabolischen Spiegel durch ihr Analog in Form von Fresnel Spiegeln
verringert werden, wobei ihre makroskopische Form eben ist, während sie
mikroskopische Einzelheiten aufweisen, die das Licht zum Fokus der
Parabel ausrichten.
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Die
erweiterte Lichtquelle wird ausgerichtet, um den Scheimpflug Bedingungen
zu genügen
und ein Bild durch die eintreffenden Strahlen mit einem Einfallswinkel
von 45 Grad auf der Platte zu fokussieren. Dies entspricht einer
Quelle in der vertikalen Ebene.
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Die 5 und 6 stellen
eine Realisierung eines Kondensors mittels zwei parabolischer Spiegel
(13) und (14) dar, die auf ein enges Fenster gemäß einer
kleinen Achse und ein großes
Fenster gemäß einer
großen
Achse reduziert werden, die die Kodierung des strukturierten Lichts
trägt,
sowie einen ebenen Spiegel (15) und einen gefärbten Filter
(9').
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5 ist
eine Ansicht des Kondensors ab einem horizontalen Punkt auf der
Höhe der
Platte, wobei die Platte horizontal ist. Die parabolischen Spiegelteile
(13) und (14) werden in dieser Figur von der Seite
betrachtet.
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6 ist
eine Ansicht des Kondensors in Draufsicht, wobei der Beobachter
leicht erhöht
und neben der Platte (1) platziert wird.
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In
dieser Figur werden die Konkavitäten
der parabolischen Spiegel (13) und (14) unterschieden.
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Diese
parabolischen Spiegelteile werden durch einen Schnitt außerhalb
der Achse des Spiegels in der Richtung der kleinen Achse des rechteckigen
Fensters erhalten. Somit wird ein vom Fokus, in den eine Lichtquelle
(2) platziert wird, ausgehender Strahl in Form einer parallelen
Lage reflektiert, ohne die Lichtquelle bei ihrer Bahn nach dem Reflektieren zu
treffen.
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Die
Strahlenlage trifft dann auf einen Spiegel mit rechteckiger Ebene
(15) in ähnlicher
Form wie der gefärbte
Filter, der oberhalb der Platte und parallel zu dieser platziert
ist. Dieser ebene Spiegel reflektiert das Licht zum zweiten parabolischen
Spiegel (14). Für
eine punktuelle Quelle im Zentrum der optischen Achse können die
parabolischen Spiegel sich in einer beliebigen Entfernung voneinander
befinden.
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Die
gefärbte
Maske (9')
wird auf der optischen Achse platziert, bevorzugt im gleichen Abstand
der Spiegel (13) und (14).
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Die
Strahlenlage wird anschließend
durch ein parabolisches Spiegelelement außerhalb der Achse (14)
wieder aufgenommen, das dafür
sorgt, dass sie in dem Punkt konvergiert, der auf der Platte (1)
im Fokus dieser zweiten Parabel beleuchtet werden soll.
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Die
Verwendung von Spiegeln vom Typ außerhalb der Achse kann ebenfalls
vermieden werden, indem jeder Spiegel leicht gegenüber gedreht wird.
Eine so genannte Z-förmige
Montage, die es ermöglicht,
die Komaabweichungen auszugleichen, ist im Stand der Technik der
Systeme vom Typ Schlieren bekannt, wie z. B. in der Veröffentlichung „Schlieren et
Shadowgraph Techniques, G. S. Settles, ISBN: 3540661557" beschrieben.
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In
den beiden reflektierenden und lichtbrechenden Fällen ist nur ein feines rechteckiges
Band der Ausgangspupille des Kondensors sinnvoll. Die Elimination
des überschüssigen Teils
erlaubt es, den Kondensor ganz nah an die Platte zu platzieren und damit
die stärkste
digitale Öffnung
in der Modulationsrichtung zu haben (die große Achse der rechteckigen Pupille).
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3 stellt
einen Strahlenverlauf des lichtbrechenden Kondensors der auf ihren
nützlichen
Teil reduzierten 1 dar. Die Platte (1)
wird unter einen optischen Kopf mit einer weißen elektrolumineszenten Diode
(2) platziert, die ein ein optisches System (3)
durchquerendes Strahlenbündel
ausgibt. Dieses optische System (3) wird durch zwei torische
Linsen (4, 5) gebildet, die einen Kondensor bilden.
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Zwei
unterschiedliche Punkte (2')
und (2'') der Quelle
werden hier dargestellt, um das Scheimpflug Prinzip darzustellen.
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Der
hier unter der letzten Linse platzierte Filter ist ein Rechteck.
In der Richtung der kleinen Seite ist die Farbe konstant. In der
Richtung der großen Seite
weist die Farbe eine Variation auf.
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Ein
klassischer Mikroskopkondensor weist weder die Geometrie vom Typ
Scheimpflug noch diese digitale Öffnungsasymmetrie
auf. Darüber
hinaus verbietet der Durchmesser des Objektivs eines Mikroskopobjektivs
mit einer ausreichenden digitalen Öffnung in der Modulationsrichtung,
das als Kondensor verwendet wird, die Neigung um 45 Grad. Der erfindungsgemäße spezialisierte
Kondensor weist eine geringe kleine Achse auf und kann damit um
45 Grad geneigt werden.
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Ein
aus zwei Lamellen oder zwei Spiegeln gebildeter Kondensor kann zum
Preis einer geringeren digitalen Öffnung durch eine einzige Linse
oder einen einzigen Spiegel ersetzt werden.
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In
einer Ausführungsvariante
wird eine ausreichende optische Qualität des Kondensors ebenfalls
die Verwendung für
die koaxiale Aufnahme des reflektierten Strahlenbündels durch
Begrenzung der digitalen Öffnung
des Objektivs der Bildaufnahmekamera auf die zentrale Zone erlauben.
Dann kann man eine trennende, halb transparente Klinge zum Trennen
des die Platte beleuchtenden Strahlenbündels des Hinwegs und des Strahlenbündels des
Rückwegs
zur Kamera verwenden, wobei diese trennende Klinge nach dem gefärbten Filter
in der von der Beleuchtungsquelle kommenden Richtung platziert wird.
Der gefärbte
Filter im lichtbrechenden Fall mit der trennenden Klinge wird daher
in das Intervall zwischen den beiden Linsen vor der trennenden Klinge platziert.
Das Aufnahmeobjektiv wird daher aus der reflektierten oder lichtbrechenden,
vom Kondensor verwendeten Fläche
und einer anderen, sekundären Fläche gebildet,
die zur Begrenzung der Abweichungen gewählt wird. Dieser letzte Spiegel
oder dieses letzte lichtbrechende Element ist mit dem Kondensor oder
der Aufnahmeoptik gemeinsam. Damit wird die Verwendung eines Wiederaufnahmespiegels
(8) vermieden.
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Dieser
Wiederaufnahmespiegel kann ebenfalls in einer Montage ohne halb
reflektierende Klinge entfallen, wenn die physische Größe der Ausgangspupille
des Kondensors und der mechanischen Begrenzungen des Systems eine
direkte Sicht der Zone der Platte mit Bildern gemäß einem
symmetrischen Einfall am Beleuchtungsstrahlenbündel im Verhältnis zur
Variationsebene der Normalen der gewählten Flanke der Rille erlauben.
Die Kamera wird daher ohne Reflektion durch den Wiederaufnahmespiegel mit
einem Winkel von ungefähr
45 Grad im Verhältnis zur
Oberfläche
der Platte in der Achse platziert.