DE2431206A1

DE2431206A1 - Vorrichtung zum optischen lesen einer beugungsspur

Info

Publication number: DE2431206A1
Application number: DE2431206A
Authority: DE
Inventors: Claude Bricot; Jean Claude Lehureau
Original assignee: Thomson-Brandt SA
Current assignee: Thomson-Brandt SA
Priority date: 1973-06-29
Filing date: 1974-06-28
Publication date: 1975-01-16
Also published as: FR2235448B1; FR2235448A1; IT1015453B; JPS5039102A; US3971002A

Description

75008 PARIS /Frankreich

Unser Zeichen; T 1615

Vorrichtung zum optischen Lesen einer Beugungsspur

Die Erfindung betrifft das optische Lesen vcn Information, die auf einem biegsamen oder starren Informationsträger gespeichert und längs einer Spur angeordnet ist, welche eine Folge von Beugungselementen enthält.

Im allgemeinen erscheinen die die Spur bildenden Beugungselemente in erhöhter oder vertiefter Form, die durch die übertragung einer Prägung auf einen Informationsträger erhalten werden kann, der einfach lichtdurchlässig oder mit einer reflektierenden Schicht überzogen ist. Die Beugungsspur hat zwar eine im wesentlichen konstante Breite, ihre Beugungselemente haben jedoch eine ungleichmäßige Länge und/oder einen ungleichmäßigen Abstand, so daß auf der Längsachse der Beugungsspur eine rechteckige Kurvenform verstofflicht ist, die für die zu lesende Information kennzeichnend ist. ·

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Bei einer bekannten Ausführungsform erfordert das Lesen der Information eine Lichtquelle, die einem Projektionsobjektiv zugeordnet ist, welches auf -der Oberfläche des Informationsträgers einen Lichtfleck mit der Breite der Spur vergleichbaren Abmessungen bildet. Zum Lesen der gespeicherten Information muß der Lesefleck auf die Spur zentriert sein, und, da keine mechanische Führung vorhanden ist, ist es erforderlich, von einem optischen Meßfühler Gebrauch zu machen, der mit einem Servomotor gekuppelt ist, welcher ständig die Position des Projektionsobjektivs korrigiert. Es ist bekannt, daß es möglich ist, gleichzeitig das Lesen der längs einer Spur eingeschriebenen Information und das Messen ihrer Dezentrierung in bezug auf einen Lesefleck mit Hilfe einer Anordnung von photoelektrischen Wandlern auszuführen, welche mit Übertragungsschaltungen verbunden sind, die durch Summen- und Differenzbildung das Lesesignal und den Augenblickswert der Dezentrierung liefern. Wenn man jedoch einen einzigen Lesefleck verwendet, stellt man fest, daß die Tendenz besteht, daß das Dezentrierungssignal eine ungewollte Vorzeichenumkehr erfährt, durch die der Betrieb der Position&nachregelung instabil gemacht wird. Dieser Nachteil ist auf den Mangel an Homogenität der durch die photoelektrischen Wandler empfangenen Beleuchtungen zurückzuführen. Diese Beleuchtungen ergeben sich nämlich aus der Interferenz der durch die Spur gebeugten Lichtwellen und der aus dem Lesefleck stammenden Lichtwellen. Die festgestellten unregelmäßigkeiten sind außerdem auf die Tatsache zurückzuführen, daß die Spur gewisse Fehler aufweist, wie etwa die Änderung der Tiefe der Gravierung; sie ergeben sich aber auch aufgiund der Unregelmäßigkeiten des Ablaufes der Spur, wenn die Fokussierung des Lichtfleckes in einer Ebene erfolgt, die von der die Spur enthaltenden Fläche abweichen kann.

Damit die Vorrichtung zum optischen Lesen einer Beugungsspur eine größere Toleranz gegenüber den bei dem Verfahren zur Erzeugung des Dezentrierungssignals festgestellten Un-

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regeMäßigkeiten erhält, sieht die Erfindung vor, den Lese fleck zu verdoppeln, so daß gleichzeitig die beiden Ränder der Beugungsspur beleuchtet werden. Es werden zwar zwei voneinander getrennte Beleuchtungsbündel erforderlich, sie können jedoch von demselben Projektionsobjektiv geliefert'werden. Die Erfindung sieht außerdem vor, ein drittes Bündel hinzuzufügen, welches die Spur auf seiner gesamten Breite beleuchtet, damit ohne Verwendung der anderen Bündel die in der Spur enthaltene optische Information entnommen werden kann.

Die Erfindung schafft eine Vorrichtung zum optischen Lesen einer Beugungsspur vorbestimmter Breite, die auf einem Informationsträger eingetragen ist und in einer Lesefläche des Informationsträgers eine Aufeinanderfolge von Beugungselementen enthält, mit einer Strahlungsquelle, die mittels eines optischen Projektionssystems eine konzentrierte Beleuchtung für die Lesefläche erzeugt, und mit photoelektrischen Einrichtungen, die die von der Lesefläche ausgehende Strahlung empfangen. Eine solche Vorrichtung ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Projektionssystem in der Lage ist, in der Lesefläche mindestens zwei Lese flecke zu bilden, die in einer Flucht auf einer Achse liegen, welche die Längsachse der Spur schneidet, daß die Lese flecke die Lesefläche im Verlauf des Lesevorgangs in einem Bereich abtasten, dessen Breite größer ist als die vorbestimmte Breite der Beugungsspur, daß die photoelektrischen Einrichtungen in mindestens zwei Gruppen unterteilt sind, die für die Ausbreitung der den einen bzw. den anderen Lese fleck bildenden Beleuchtungsbündel empfindlich sind, wenn der betreffende Lesepunkt auf eines der Beugungselemente trifft, und daß elektrische Subtraktionseinrichtungen ein Dezentrierungssignal liefern, das von der Amplitudenabweichung der elektrischen Signale abhängig ist, die jeweils von der einen bzw. anderen Gruppe geliefert werden.

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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dar folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Schema einer Vorrichtung zum optischen Lesen einer Beugungsspur unter Verwendung eines einzigen Lesefleckes,

Fig. 2 ein Schema einer erfindungsgemäßen optischen Lesevorrichtung mit zwei Leseflecken,

Fig. 3 eine erläuternde Darstellung, die sich auf die Vorrichtung von Fig. 2 bezieht,

die Fig.

4 und 5 Ausführungseinzelheiten der in Fig. 2 schematisch dargestellten Vorrichtung,

Fig. 6 eine isometrische Ansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 7 eine isometrische Ansicht einer ersten abgewandelten Ausfuhrungsform der Vorrichtung nach der Erfindung, und

Fig. 8 eine isometrische Ansicht einer zweiten abgewandelten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine an sich bekannte Vorrichtung zum optischen Lesen einer Beugungsspur schematisch dargestellt. Fig. 1 zeigt einen lichtdurchlässigen Informationsträger 1, in dessen Oberfläche 2 die vertiefte Prägung einer Beugungsspur 3 gebildet ist, deren Längsachse senkrecht zu der Ebene der Fig. 1 ist. Der Spur wird auf dieser Achse eine Ablaufbewegung mit konstanter Geschwindigkeit verliehen. Die Spur 3 besteht aus Beugungselementen, die eines nach dem anderen mit dem konzentrierten Strahlungsenergiebündel zusammentreffen, welches durch die Kontur 4 begrenzt ist. Beim über-

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queren des Informationsträgers 1 projiziert dieses Bündel einen Lesefleck und, wenn auf seiner Bahn keine Beugungselemente vorhanden sind, bleibt die Strahlungsenergie innerhalb der gestrichelten Kontur 4. Die Wellenfläche 5, die diese nicht gebeugte Energie kennzeichnet, übt auf die beiden seitlichen photoelektrischen Wandler 14 und 15 einen geringen Einfluß aus. Der Differentialverstärker 20 liefert in diesem Fall aufgrund der Gleichheit der ermittelten Beleuchtungen keine Spannung.

Wenn ein Beugungselement 3 durch den Lesefleck beleuchtet wird, wird die Strahlungsenergie gebeugt, was bewirkt, daß sie sich in Austrittsrxchtungen 6 ausbreitet und die empfindlichen Flächen der photoelektrischen Wandler 14 und 15 erreicht. Die Wellenfläche 7 des Strahlungsanteils, der die Ausbreitung erfährt, ist a.uf das Beugungselement 3 zentriert und muß die Wellenfläche 5 des nicht gebeugten Anteils der Strahlung schneiden, solange noch eine Dezentrierung des Beugungselements 3 in bezug auf das Zentrum des Leseflecks vorhanden ist. Daraus folgt, daß die Interferenzfigur der Wellen 5 und 7 auf der Höhe der Wandler 14 und 15 eine Gestalt aufweist, die sich in Abhängigkeit von der Dezentrierung des Lesepunkts gegenüber der Beugungsspur 3 ändert. Die Integration dieser inhomogenen Beleuchtungen durch die Wandler 14 und 15 führt normalerweise dazu, daß an dem Ausgang des Verstärkers 20 eine Differenzspannung erhalten wird, die die Dezentrierung nach Größe und Vorzeichen ausdrückt.

Da es sich jedoch um die Interferenz von zwei Wellenfronten 5 und 7 handelt, kann der Gangunterschied auf der Höhe der Wandler 14 und 15 einen derartigen Wert erreichen, daß der Änderungssinn des Dezentrierungssignals örtlich eine ungewollte Umkehrung zeigen kann. Diese Betriebsanomalie bedingt die Instabilität der Positionsnachregelung, die den Zweck hat, den Lesefleck mit Bezug auf die Beugungsspur 3 zentriert zu halten.

In Fig. 2 ist eine optische Lesevorrichtung nach der Erfindung schematisch dargestellt. Diese Vorrichtung unter-

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scheidet sich von der vorhergehenden durch die Aufspaltung des Lesebündels 4 in zwei getrennte Bündel, die als Umrisse die gestrichelten Linien 9 bzw. die strichpunktierten Linien 8 haben. An der Oberfläche 2 des Informationsträgers 1 erhält man zwei versetzte Leseflecke, die auf die Ränder der Beugungsspur 3 treffen, wenn diese zentriert ist. Zur leichteren zeichnerischen Darstellung sind die Abmessungen der Leseflecke vergrößert worden und die photoelektrischen Wandler 16-17 und 18-19 sind mit unterschiedlichen Abständen' von dem Informationsträger 1 dargestellt worden, obwohl sie vollständig in ein und derselben Erfassungsebene liegen können.

Gemäß Fig. 2 ist eine Gruppe von photoelektrischen Wandlern 16-17 für die Messung der Störungen bestimmt, die in dem Bündel 9 durch das Beugungselement 3 hervorgerufen werden, und eine weitere Gruppe von photoelektrischen Wandlern 18-19 erfüllt dieselbe Aufgabe in bezug auf das Bündel 8.

Die Dezentrierung des Beugungselements 3, wie sie in Fig. dargestellt ist, verlagert es nach außerhalb des durch das Bündel 8 projizierten Lesefleckes. Infolgedessen werden die Wand ler 18 und 19 durch die strichpunktiert dargestellte Wellenfläche 10, die auf diesen Fleck zentriert ist, wenig beeinflußt. Dagegen wird das Bündel 9 durch das Beugungselement 3 nennenswert gebeugt, was zur Folge hat, daß die Wandler 16 und 17 mehr beleuchtet werden.

In Fig. 2 ist zu erkennen, daß die Wellen, deren Wellenflächen 12 und 11 auf das Beugungselement 3 bzw. auf das Zentrum des durch das Bündel 9 projizierten Lesefleckes zentriert sind, praktisch vereinigt sind, was zur Homogenität der durch die Wandler 16 und 17 aufgefangenen Beleuchtungen beiträgt. Unter diesen Umständen liefert der Differentialverstärker 20 eine Dezentrierungsspannung, deren Wert überwiegend von den durch die Wandler 16 und 17 gelieferten Spannungen abhängig ist. Diese Spannung unterliegt

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weniger der oben angegebenen Anomalie. Wenn das Beugungselement 3 außerhalb des durch das Bündel 9 projizierten Lesefleckes liegt und dem Einfluß des anderen Leseflekkes ausgesetzt ist, hängt in analoger Weise die von dem Differentialverstärker 20 gelieferte Spannung überwiegend von der durch die Wandler 18 und 19 aufgefangenen Beleuchtung ab. Aufgrund dieser Tatsache erfolgt das Ausdrücken einer Dezentrierung der Beugungsspur als elektrisches Signal mit einer größeren Toleranz gegenüber der ümkehrungsmöglichkeit, die oben mit 'Bezug auf mit einem einzigen Lesefleck arbeitende optische Lesevorrichtungen genannt wurde.

Fig. 3a zeigt ein sich auf Fig. 2 beziehendes Erläuterungsdiagramm, welches in Abhängigkeit von der Querverschiebung Υ der Beugungsspur gegenüber zwei Leseflecken die Werte I der Spannungen angibt, die an den Plus- und Minuseingängen des Differentialverstärkers 20 anliegen. Die Kurve 21 entspricht der durch die Wandler 16 und 17 gelieferten Spannung; ihr Maximum 22 entspricht der Position der Spur 3, in welcher diese gegenüber dem Lesebündel 9 zentriert ist. Die Kurve 24 bezieht sich auf die von den Wandlern 18 und 19 gelieferte Spannung; ihr Maximum 23 entspricht der Position der Spur 3, in welcher diese gegenüber dem.Lesebündel 8 zentriert ist. Der Schnittpunkt der Kurven 21 und 24 gibt die Zwischenposition der Spur 3 an, in welcher durch die Nachregelung keine Führungskorrektur ausgeführt zu werden braucht. Fig. 3b zeigt das Dezentrierungssignal 25, das man am Ausgang des Verstärkers 20 erhält. Dieses Signal hat einen Wert ΔΙ, der bei dem Hindurchgehen der Spur durch die Zwischenposition das Vorzeichen ändert. Der nutzbare Kachregelbereich erstreckt sich zwischen den Maxima 22 und 23; zwischen diesen Grenzen beobachtet man keine ungewollte Umkehrung der Änderungsrichtung des Signals 25.

Gemäß der Erfindung kann die Verdoppelung des in Fig. 2 dargestellten Lesefleckes mit einer einzigen Lichtquelle und mit einem einzigen Projektionsobjektiv erreicht werden.

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Fig. 4 zeigt ein divergentes Strahlungsenergiebündel 28, welches aus einer nicht dargestellten Lichtquelle stammt, und ein Projektionsobjektiv 26, dessen optische Achse Z in der Ebene der Fig. 4 liegt. Der Teil des Bündels 28, der vor der Ebene von Fig. 4 liegt, fällt direkt auf das Objektiv 26 und bildet auf diese Weise das Bündel 8 von Fig. 2, welches auf die Oberfläche 2 des Informationsträgers 1 geringfügig rechts von der Achse Z fokussiert wird. Der Teil des Bündels 28, der hinter der Ebene von Fig. liegt, durchquert eine strahlenbrechende Schicht 27 mit parallelen Flächen, bevor er das Objektiv 26 erreicht, wo er das Bündel 9 von Fig. 2 bildet, das seinerseits sehr nahe bei der Oberfläche 2 und geringfügig links von der Achse Z fokussiert wird. Da man weiß, daß die Ebene von Fig. 4 von der Längsachse der Beugungsspur durchquert wird, führt das optische System von Fig. 2 zur Entstehung von zwei versetzten Leseflecken, die die Spur einrahmen, wenn diese durch den Schnittpunkt der Oberfläche 2 und der Achse Z hindurchgeht. Verknüpft man die Fig. 2 und miteinander, so erhält man ein vollständiges System mit zwei Leseflecken, dem die Positionsnachregelung hinzugefügt werden kann, die das Dezentrierungssignal auswertet, um beispielsweise die Positionsabwexchungen des Projektionsobjektivs 26 in bezug auf die gelesene Spur zu korrigieren.

Fig. 5 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des optischen Systems von Fig. 4. Bei dem System von Fig. 5 wird zwar ebenfalls eine Schicht 29 mit parallelen Flächen zum Aufspalten des Bündels 28 verwendet sie ist jedoch aus einem doppelbrechendem Material gebildet, und erstreckt sich sowohl vor als auch hinter der Ebene von Fig.5. Das auf "die Schicht 29 auftreffende Bündel 28 ist in einer solchen Richtung linear polarisiert, daß es in zwei Teile zerlegt wird, die mit Polarisationskomponenten unterschiedlich gebrochen werden, welche wie die neutralen Linien der Schicht 29 orientiert sind. Man erhält somit erneut zwei Lese flecke auf der Oberfläche 2. Die Elementarbündel 8 und 9, durch die sie gebildet worden sind, sind aber beiderseits

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der Oberfläche 2 praktisch miteinander vereinigt. Damit die Strahlungsenergieanteile, die in den Bündeln 8 bzw. 9 enthalten sind, getrennt erfaßt werden, ist es erforderlich, die Gruppen von Wandlern mit geeignet orientierten Polarisationsanalysatoren zu versehen.

Fig. 6 ist eine isometrische Ansicht einer Lesevorrichtung nach der Erfindung, bei welcher die Aufspaltung des Lesebündels mittels eines Prismas durchgeführt wird. Die Lesestrahlung 28 wird von einer Quelle 30 geliefert, deren Phasenzentrum geringfügig außerhalb der Achse Z in der Ebene YZ senkrecht zu der Längsachse X.. der Beugungsspur

31 liegt. Eine Sammellinse 34, die ihren Brennpunkt auf der Achse Z in der Höhe des Punktes 0 hat, wandelt die einfallende Strahlung in ein paralleles Bündel um, welches in bezug auf die Achse Z geringfügig geneigt ist. Eine mit zwei Fenstern 36 und 37 versehene Maske 35 ist in der Nähe des Projektionsobjektivs 26 angeordnet, damit von der Ebene XY aus zwei Lichtbündel mit quadratischem Querschnitt begrenzt werden, die aufgrund des Vorhandenseins des Prismas 27 gleiche Neigungen und entgegengesetzte Vorzeichen mit Bezug auf die optische Achse Z des Objektivs 26 haben.

Die Oberfläche 2 des Informationsträgers 1, die in der Brennfläche X-iY., des Objektivs 26 liegt, empfängt aus den Fenstern 36 und 37 kommende Lichtbündel 9 und 8, die derart konzentriert werden, daß die Leseflecke 33 bzw.

32 gebildet werden. Die Leseflecke 33 und 32 liegen in der Richtung Y₁ in einer Flucht und rahmen normalerweise die Achse X₁ der Beugungsspur 31 ein. Die Lichtbündel 8 und 9 durchqueren den Informationsträger 1 und beleuchten in der Erfassungsebene X₂^? 3^uadratische Zonen, die durch die photoelektrischen Wandler 18-19 bzw. 16-17 eingerahmt sind. Die beiden photoelektrischen Wandler 16 und 17 stehen unter dem Einfluß des Bündels 9 und des Lesefleckes 33. Ihre Ausgänge sind mit einer Addierschaltung 40 verbunden. Die beiden photoelektrischen Wandler 18 und 19-stehen unter dem Einfluß des Bündels 8 und des Lesefleckes 32. Sie sind mit einer Addierschaltung 39 verbunden. Die Addierschaltungen

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39 und 40 speisen die Eingänge einer Addierschaltung 38, die die Spannung V liefert, bzw. die Eingänge einer Substrahierschaltung 20, die das Dezentrierungssignal _e liefert.Nichts spricht dagegen, daß jede Gruppe von photoelektrischen Wandlern nur ein einziges Wandlerelement aufweist, welches direkt mit den Eingängen der Schaltungen 20 und 38 verbunden ist. In diesem Fall ist es erforderlich, die zentrale Zone jeder Gruppe abzudunkeln oder von den beiden photoelektrischen Wandlern, aus denen jede Gruppe besteht, schlicht und einfach einen wegzulassen. In Fig. ist ersichtlich, daß die Spur 31 in mehrere äquidistante Teile zerfallen kann, die durch schraffierte, vollkommen glatte Zonen der Oberfläche 2 des Informationsträgers 1 getrennt sind. Dieser Fall ist insbesondere dann gegeben, wenn der Informationsträger 1 eine Platte ist, auf welcher die Spur 31 spiralförmig eingetragen ist; der Krümmungsradius aufeinanderfolgender Spiralwindungen fällt mit der Achse Y₁ zusammen, die den Drehmittelpunkt der Platte trägt.

Der Abstand der beiden Leseflecke in der Leseebene X₁Y₁ wird derart eingestellt, daß ein übergreifen auf den Teil der Spur erfolgt, der zwischen den Lesepunkten in der Richtung X₁ ablauft. Der Abstand kann jedoch keinen Wert erreichen, der so groß ist, daß die Leseflecke auf die benachbarten Spuren übergreifen können. Die Arbeitsweise der Vorrichtung von Fig. 6 ist bereits hinsichtlich der Bildung des Dezentrierungssignals ε beschrieben worden. Dieses Signal ist im wesentlichen Null, wenn die beiden Leseflecke das Beugungselement 3 des gelesenen Teils der Spur 31 symmetrisch einrahmen. Es nimmt einen positiven oder negativen Wert an, je nach der Dezentrierung des Beugungselements in dem einen oder dem anderen Sinn in der Richtung Y₁ der Leseebene. Es ist nicht erforderlich, daß die Linie, die die Zentren der beiden Leseflecke verbindet, senkrecht zu der Längsachse X₁ der Spur ist, damit das Dezentrierungssignal richtig geliefert wird, denn es genügt, daß die Leseflecke nicht in einer Flucht

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auf der Beugungsspur 31 liegen. Der Vorteil der Wahl der Querorientierung der Lichtflecke liegt in der Möglichkeit, eine Feinablesung der gespeicherten Information auszuführen. Unter dem Gesichtspunkt des Lesens der Information sind nämlich die beiden Lichtflecke-einem Lesefleck von langgestreckter Form gleichwertig, dessen schmälste Abmessung in der Ablaufrichtung der Spur 31 liegt. Wenn die Beleuchtung der Oberfläche 2 in einer glatten Zone erfolgt, wobei die Strahlung nicht gebeugt wird, ist die Spannung V niedriger, da keiner der photoelektrischen Wandler beleuchtet wird. Wenn die Beleuchtung der Oberfläche 2 auf ein Beleuchtungselement trifft, so breitet die daraus resultierende Beugung die zu der Erfassungsebene durchgelassene Strahlung aus und die Spannung V nimmt einen höheren Wert an. Die Zunahme der Spannung V erfolgt, wenn das Beugungselement 3 die durch das Objektiv beleuchtete Zone erreicht, und sie wird solange beibehalten, bis das Beugungselement 3 diese Zone verlassen hat.

Fig. 7 zeigt eine isometrische Ansicht einer abgeänderten Ausführungsform der Vorrichtung von Fig. 6.

Bei dieser Ausführungsform bedient man sich zum Lesen einer Beugungsspur 31, die eine Breite L hat, einer Anordnung von drei Leseflecken; einer von ihnen wird zum Lesen der Information verwendet, während die beiden anderen zum Erzeugen des Dezentrierungssignals ε dienen. Wie in Fig. 6 werden die Flecke 53 und 54 auf beide Seiten der Beugungsspur 31 derart projiziert, daß sie teilweise auf dieselbe übergreifen. Vorzugsweise gibt man ihnen in der Ablaufrichtung eine langgestreckte Form, da es lediglich um das Erfassen der Querbewegungen der Spur 31 geht. Der Fleck 55, der zum Lesen der von der Spur getragenen Information bestimmt ist, wird derart projiziert, daß er die Spur 31 vollständig überdeckt. Vorzugsweise gibt man dem Fleck 55 eine langgestreckte Form, die über den gelesenen Spurteil hinausgeht, ohne jedoch die Teile von benachbarten Spuren

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zu erreichen. Die schmale Form des Flecks 55 ermöglicht ein Feinlesen der Information. Zusammenfassend ergibt sich aus diesen verschiedenen Angaben, daß die beleuchtete Zone der Leseebene dem Buchstaben H ähnelt, der mit seinen parallelen Schenkeln in der Richtung der Längsachse X₁ der Spur 31 liegt.

Fig. 7 zeigt, wie diese Fleckenanordnung erhalten werden kann. Das Lesebündel 28 fällt, nachdem es parallel gemacht worden ist, auf eine strahlenbrecheride Schicht 27, welche in der zentralen Zone 43 parallele Flächen und in den Randzonen 42 und 44 nicht parallele Flächen aufweist, die die Aufgabe haben, die Orientierung der parallelen Lichtstrahlen örtlich zu ändern. Das mittlere Bündel hat die Richtung der Achse Z und die beiden anderen Bündel sind in entgegengesetzten Richtungen geringfügig geneigt. Die Bündel werden durch drei rechteckige Fenster 36, 37 und 52 begrenzt, die in der Maske 35 ausgespart sind, welche in der Nähe des Projektionsobjektivs 26 angeordnet ist. Da die Projektion der Flecken 54, 53 und 55 in der Brennfläche X, Y des Objektivs 26 erfolgt und aufgrund der Beugungserscheinungen, die in der Nachbarschaft des Brennpunktes eines Objektivs erzeugt werden, sieht man, daß die große Achse des Fensters 36 zu der Achse Y₁ parallel sein muß, damit die Strahlung, die daraus austritt, zum Entstehen des Fleckes 54 führen kann, dessen große Achse zu der Achse X₁ parallel ist; das gleiche gilt hinsichtlich der Orientierung der beiden rechteckigen Fenster 52 und 37, deren austretende Strahlungen die langgestreckten Flecke 55 und 53 bilden.

Eine Betrachtung der Projektion auf die Erfassungsebene X₂ ^vo der Strahlungen, die zur Entstehung der Flecken 53, 54 und 55 führen, zeigt, daß bei NichtVorhandensein des Beugungselements auf dem Weg der drei Lesebündel 8, 9 und 51 die Strahlungsenergie in der Erfassungsebene X₂ ^Y ₂ ^ⁿ ^rei Zonen projiziert wird, bei welchen es sich um die Pseudobilder der in der Ebene XY liegenden Fenster handelt. Die durch das Bündel 8 beleuchtete Zone wird von den photo-

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elektrischen Wandlern 45 und 46 eingerahmt, damit die ausgebreitete Strahlung empfangen wird, die von dem Zusammentreffen eines Beugungselements der Spur 31 und des Flecks 53 herrührt. Die photoelektrischen Wandler 49 und 50 erfüllen in bezug auf das Bündel 9 und den Fleck 54 dieselbe Aufgabe. Verknüpft man die Spannungen der photoelektrischen Wandler 45, 46, 49 und 50 mit Hilfe der Schaltungen 39,. 40 und 20 miteinander, so erhält man das zum Führen der Lesevorrichtung erforderliche Dezentrierungssignal ε. Die photoelektrischen Wandler 47 und 48, die die durch das Lesebündel 51 beleuchtete Zone einrahmen, dienen zum Lesen der in der Beugungsspur 31 gespeicherten Information. Zu diesem Zweck sind sie mit einer Addierschaltung 38 verbunden, die eine rechteckige Kurvenform V liefert, welche für die Verteilung der Beugungselemente längs der Spur 3'! kennzeichnend ist. Es ist nicht erforderlich, für jedes Lesebündel zwei photoelektrische Wandler vorzusehen. Man kann in jeder Gruppe auch nur einen photoelektrischen Wandler verwenden, dessen zentraler Teil abgedunkelt worden ist, um ihn für den nicht gebeugten Strahlungsanteil unempfindlich zu machen.

Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der Lesevorrichtung nach der Erfindung. Sie unterscheidet sich von den anderen bereits beschriebenen Ausführungsformen durch die Verwendung eines doppelbrechenden Prismas 29. Die Strahlungsquelle 30 und die durch die Linse 34 und den Polarisator 56 gebildete optische Anordnung ermöglichen, eine parallele Lesestrahlung 28 auf das Prisma 29 zu projizieren; die Polarisation P der Lesestrahlung 28 ist in bezug auf die neutralen Linien 64 und 65 des Materials, aus welchem das Prisma 29 gebildet ist, schräg orientiert. Die Austrittsfläche des Prismas 29 liefert zwei geneigte Strahlungen 8 und 9, die das Fenster 57 der Maske 35 durchqueren und danach durch das Projektionsobjektiv 26 in der Leseebene X₁Y₁ konzentriert werden, die die Beugungsspur 31 der Breite L enthält. Aufgrund der Doppel-

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brechung des Prismas 29 erhält man in der Leseebene X₁Y₁ zwei Leseflecken 32,33 und/ da die große Achse des Fensters in der Richtung X liegt, haben diese beiden Flecken ihre große Abmessung in der Richtung Y₁, die die Längsachse der Spur 31 schneidet. Die Flecken 32 und 33 rahmen die Spur 31 ein und können somit sowohl zum Lesen als auch zum Messen ihrer Dezentrierung dienen. Nachdem die beiden Flecke 32 und 33 in die Leseebene projiziert worden sind, beleuchten die Bündel 8 und 9 in der Erfassungsebene X₂ ^Y2 die rechteckigen Zonen 67 und 66, di'e sich in Wirklichkeit stärker überlappen als es Fig. 8 zeigt, in welcher der Abstand der Flecke 32 und 33 übertrieben groß dargestellt ist. Außerhalb dieser Beleuchtungszonen 66 und 67, die bei Nichtvorhandensein von Beugüngselementen auf dem Weg der Bündel 8 und 9 als einzige das Licht empfangen, sind zwei photoelektrische Wandler 60 und 59 angeordnet. Diese Wandler empfangen die gebeugten Strahlungsanteile bei Vorhandsnsein eines Leugungselements und, da diese Anteile gekreuzte Polarisationen haben, sind den Wandlern 60 und 59 Polarisationsanalysatoren 61 und 58 zugeordnet. Der photoelektrische Wandler 60 ist nur für die Ausbreitung des Bündels 9 empfindlich, dessen Polarisationsrichtung 62 durch das doppelbrechende Prisma 29 festgelegt ist, während der photoelektrische Wandler 59 nur für die Ausbreitung des Bündels 8 empfindlich ist, desoen Polarisationsrichtung 63 zu der Richtung 62 senkrecht ist. Aufgrund der Polarisationsanalysatoren 58 und 61 ist es deshalb möglich, über zwei Gruppen von photoelektrischen Wandlern zu verfügen, die für die Beugung empfindlich sind, welche in den Lesebündeln 8 bzw. 9 erzeugt wird. Hinsichtlich der Bildung des Dezentrierungssignals e und des eigentlichen Lesesignals V wird wieder auf dieselbe Verarbeitung der von den Wandlern 59 und 60 gelieferten Signale zurückgegriffen. Es ist zu bemerken, daß der Zwischenraum zwischen den Wandlern 60 und 59 einen photoelektrischen Wandler enthalten kann, der das Lesesignal V direkt liefert, da die Ausbreitung einer Lesestrahlung unter der Einwirkung eines Beugungselements eine Senkung der Lichtintensität

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in der Zone hervorruft, in welcher sich bei Nichtvorhandensein von Beugungselementen die Beleuchtung befindet.

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Claims

Patentansprüche :

Vorrichtung zum optischen Lesen einer Beugungsspur vorbestimmter Breite, die auf einem Informationsträger eingetragen ist und in einer Lesefläche des Informationsträgers eine Aufeinanderfolge von Beugungselementen enthält, mit einer Strahlungsquelle, die mittels eines optischen Projektionssystems eine konzentrierte Beleuchtung für die Lesefläche erzeugt, und mit photoelektrischen Einrichtungen, die die aus der Lesefläche austretende Strahlung empfangen, dadurch gekennzeichnet, daß das Projektionssystem in der Lage ist, in der Lesefläche mindestens zwei Leseflecke zu bilden, die in einer Flucht auf einer Achse liegen, welche die Längsachse der Spur schneidet, daß die Leseflecke die Lesefläche im Verlauf des Lesevorgangs in einem Bereich abtasten, dessen Breite größer ist als die vorbestiramte Breite der Beugungsspur, daß die photoelektrischen Einrichtungen in mindestens zwei Gruppen unterteilt sind, die für die Ausbreitung der den einen bzw. den anderen Lesefleck bildenden BeleuchtungsbünJel empfindlich sind, wenn der betreffende Lesefleck auf eines der Beugungselement^ trifft, und daß elektrische Subtraktionseinrichtungen ein Dezentrierungssignal liefern, das von der Amplitudenabweichung der elektrischen Signale abhängig ist, die jeweils von der einen bzw. anderen Gruppe geliefert werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Projektionssystem ein Projektionsobjektiv, welches einen Teil der von der Strahlungsquelle abgestrahlten Energie auf die Lesefläche konzentriert, eine lichtundurchlässige Maske, die mit mindestens zwei Fenstern versehen ist, welche zwischen der Strahlungsquelle und der Lesefläche die die Flecke bildenden Bündel begrenzen, und optische Einrichtungen aufweist, die mindestens eines der Fleckenbildungsbündel ablenken.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet/ daß die Beleuchtung der Lesefläche durch die Leseflecke und durch einen dritten Lesefleck erfolgt, der auf die Längsachse zentriert ist, daß die photoelektrischen Einrichtungen eine dritte Gruppe enthalten, die für die Ausbreitung des den dritten Lesefleck bildenden Bündels empfindlich ist, und daß zusätzliche elektrische Einrichtungen, die mit der dritten Gruppe verbunden sind, ein Lesesignal liefern, welches die Verteilung der Beugungselemente entlang der Längsachse darstellt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtundurchlässige Maske ein drittes Fenster aufweist, welches zwischen dem ersten und dem zweiten Fenster liegt, und daß das dritte Fenster das den dritten Lesefleck bildende Bündel begrenzt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fenster eine langgestreckte Form haben, und daß die große Achse des dritten Fensters in bezug auf die großen Achsen der beiden anderen Fenster abgewinkelt angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Projektionssystem ein Projektionsobjektiv, welches einen Teil der von der Strahlungsquelle abgestrahlten Energie auf die Lesefläche konzentriert, Polarisationseinrichtungen für die von der Quelle ausgesandte Strahlung und doppelbrechende optische Einrichtungen aufweist, die zwischen der Strahlungsquelle und der Lesefläche angeord · net sind und die Zweiteilung der Fleckenbildungsbündel vornehmen, und daß jeder der Gruppen ein Polarisationsanalysator vorgeschaltet ist, der eine der beiden Polarisationsrichtungen der von den doppelbrechenden optischen Einrichtungen ausgehenden Strahlungen auswählt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6_f dadurch gekennzeichnet, daß das Projektionssystem außerdem eine Maske mit einem darin ausgesparten langgestreckten Fenster aufweist, welches

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zwischen der Strahlungsquelle und der Lesefläche angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die große Achse des langgestreckten Fensters in der Richtung der Längsachse orientiert ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Einrichtungen aus einer Schicht mit parallelen Flächen bestehen.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Einrichtungen aus mindestens einem Prisma bestehen.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 6, 7, 8, und 10, gekennzeichnet, durch elektrische Addiereinrichtungen, die mit den Gruppen verbunden sind und ein Lesesignal liefern, welches die Verteilung der Beugungselemente entlang der Längsachse darstellt.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 6, 7, 8, 9 und 10, gekennzeichnet durch photoelektrische Wandlereinrichtungen, die die in den Fleckenbildungsbündeln enthaltene Strahlung auffangen und ein Lesesignal liefern, welches die Verteilung der Beugungselemente entlang der Längsachse angibt.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spur aus mehreren äguidistanten Abschnitten besteht und daß die Breite des der vorbestimmten Breite hinzugefügten Bereiches kleiner ist als das Doppelte der Teilung der Spurabschnitte.

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