DE1280581B - Verfahren, Aufzeichnungstraeger und Vorrichtung zum Speichern von Informationen - Google Patents

Verfahren, Aufzeichnungstraeger und Vorrichtung zum Speichern von Informationen

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DE1280581B
DE1280581B DEE27710A DEE0027710A DE1280581B DE 1280581 B DE1280581 B DE 1280581B DE E27710 A DEE27710 A DE E27710A DE E0027710 A DEE0027710 A DE E0027710A DE 1280581 B DE1280581 B DE 1280581B
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Description

DEUTSCHES W7WW> PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
DeutscheKl.: 42 h-38
Nummer: 1280581
Aktenzeichen: P 12 80 581.1-51 (E 27710)
1 280 581 Anmeldetag: 2.September 1964
Auslegetag: 17. Oktober 1968
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Speichern von Informationen, bei dem die Informationen zum Hineinlesen nach einem Binärkode verschlüsselt, als optisch auswertbare Bits aufgezeichnet und zum Herauslesen optisch ausgewertet und entschlüsselt werden. Die Erfindung betrifft außerdem einen Aufzeichnungsträger für die Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Durchführen desselben.
Es ist bekannt, daß die theoretische Informationsmenge, die auf einer gegebenen Fläche eines photographischen Films gespeichert werden kann, größer ist als die auf den meisten anderen Medien speicherbare Informationsmenge. Dies ist in dem sehr hohen erreichbaren Auflösungsvermögen lichtempfindlicher Schichten begründet. Jedoch ist bei allen bekannten, photographische Filme benutzenden Speicherverfahren die pro Flächeneinheit gespeicherte Informationsmenge um viele Größenordnungen geringer als der theoretische Grenzwert. Diese Beschränkung rührt einmal von der Schwierigkeit her, eine sehr kleine Fläche mechanisch oder optisch zu orten, und zum anderen von der Möglichkeit, falsche Bitsignale durch Einfluß von Staub oder Schmutzteilchen sowie Kratzern auf dem Film zu erhalten.
Bei der herkömmlichen photographischen Informationsspeicherung sucht man diese Nachteile dadurch zu vermeiden, daß man jeden einzelnen Bit des Binärkodes so groß vorsieht, d. h. jedem einzelnen Bit so viel Aufzeichnungsfläche zuteilt, daß jeder Bit für sich einwandfrei geortet und mit ausreichender Sicherheit von Fehlstellen des photographischen Materials, wie Kratzern, Staubteilchen od. dgl., unterschieden werden kann. Dies bringt eine Flächenvergeudung mit sich, da man bei Ausnutzung des Auflösungsvermögens bekannter photographischer Filme in der großen, für einen einzigen Bit verwendeten Fläche eine Vielzahl von kleinen Bits unterbringen könnte. Bei den meisten photographischen Informationsspeicherverfahren werden nur einige wenige Linien pro Millimeter benutzt, obwohl bestimmte Filme mehr als tausend Linien pro Millimeter auflösen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Speichern von Informationen zu schaffen, bei dem unter voller Ausnutzung des Auflösungsvermögens des Aufzeichnungsträgers oder eines Informationsspeichers eine hohe Informationsdichte erzielbar ist, während gleichzeitig die Möglichkeit, durch Staub oder Schmutzteilchen sowie Kratzer falsche Bitsignale zu bekommen, ausgeschaltet ist.
Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe dadurch Verfahren, Aufzeichnungsträger und
Vorrichtung zum Speichern von Informationen
Anmelder:
Eastman Kodak Company,
Rochester, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter:
Dr.-Ing. W. Wolff, Η. Bartels,
Dipl.-Chem. Dr. J. Brandes und Dr.-Ing. M. Held, Patentanwälte, 7000 Stuttgart-N, Lange Str. 51
Als Erfinder benannt:
Robert Lewis Lamberts,
so George Clinton Higgins,
Rochester, N. Y. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 3. September 1963
(306057)
gelöst, daß als Bits der verschiedenen Bitstellen verschiedene Beugungsgitter verwendet werden, deren Beugungsbilder zum Herauslesen der Informationen dienen.
Dem Fachmann ist bekannt, daß, wenn man paralleles, monochromatisches Licht durch ein Beugungsgitter schickt und es auf einen Schirm wirft, man ein zentrales, helles Abbild zusammen mit auf beiden Seiten auftretenden Lichtstreifen (Spektral- oder Beugungslinien verschiedener Ordnung) erhält, mit zwischen ihnen befindlichen dunklen Zwischenräumen. Je kleiner die Gitterkonstante (d. h. je mehr Gitterstriche pro Längeneinheit), um so mehr auseinandergespreizt und um so schärfer begrenzt sind die Beugungslinien. Die Beugungslinien eines Gitters sind genau gleich denen eines anderen Gitters, abgesehen von der Größe der seitlichen Versetzung. Folglich nimmt bei monochromatischer Beleuchtung der Spreizwinkel der Beugungslinien aller Ordnungen zu, wenn die Gitterkonstante abnimmt. Daraus geht hervor, daß die Beugungslinien erster Ordnung von Beugungsgittern verschiedener Gitterkonstanten an
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verschiedenen Stellen auftreten, an denen sie bei einer bestimmten Beleuchtungswellenlänge eine bestimmte Gitterkonstante kennzeichnen.
Bei der Erfindung macht man sich das hohe Auflösungsvermögen von Filmen dadurch zunutze, daß man als Bit jeder Bitstelle ein Gitter mit der betreffenden Bitstelle eigentümlicher Gitterkonstante aufzeichnet. Da für das Herauslesen der so gespeicherten Informationen die Beugungsbilder der Gitter herangezogen werden, ergibt sich zunächst einmal der Vorteil der Unempfindlichkeit gegen Kratzer, Staubteilchen od. dgl., da von derartigen Fehlererscheinungen nur dann Beugungsbilder erzeugt werden könnten, die zu einer falschen Auswertung der Informationen führen könnten, falls diese Erscheinungen periodisch mit der Frequenz der Gitterstriche auftreten sollten, was praktisch unmöglich ist.
Es ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß eine weit größere Informationsdichte oder Speicherdichte erreicht werden kann, als dies bei den bekannten Verfahren möglich ist, wo die Bits in bekannter Weise als Hell-Dunkel-Unterschiedlichkeiten auf dem Film aufgezeichnet werden. Bei den bekannten Verfahren muß, wie bereits oben angedeutet, jedem einzelnen Bit des Binärkodes so viel Aufzeichnungsfläche zugeteilt werden, daß jeder einzelne Bit noch mit Sicherheit geortet werden kann. Bei Verwendung eines bekannten, sechs Bitstellen oder sieben Bitstellen aufweisenden Binärkodes muß demgemäß zum Aufzeichnen einer jeden Informationseinheit das Sechs- oder Siebenfache dieser Mindestfläche benötigt werden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren dagegen können die einzelnen Gitter aller Bitstellen des Kodes auf ein und demselben Flächenstück übereinanderliegend aufgezeichnet werden, so daß also für eine Informationseinheit nur die Mindestfläche zur Verfügung gestellt werden muß, die auf dem Film gerade noch geortet werden kann und demgemäß bei den bekannten Verfahren für eine einzige Bitstelle benötigt wird.
Bei der Erfindung wird also ein zusammengesetztes Muster aus einer Vielzahl verschiedener Gitter aufgezeichnet, beispielsweise auf photographischen Film aufbelichtet, wobei jedes Gitter zum Kennzeichnen einer Information einem bestimmten Bit einer bestimmten Bitstelle entspricht. Wenn das Bild eines solchen zusammengesetzten Musters mit Licht beleuchtet wird, dann wird für jedes Gitter eine Beugungslinie erhalten. Da das zusammengesetzte Gittermuster aus der Summe der regelmäßigen Gitter verschiedener Gitterkonstanten besteht, kann das Vorhandensein oder das Fehlen einer bestimmten Beugungslinie erster Ordnung das Vorhandensein oder Fehlen eines bestimmten zugehörigen binären Bit anzeigen.
Die gemäß dem erfinderischen Verfahren benutzten Beugungsgitter können sich hierbei entweder in der Gitterkonstante oder in der Richtung ihrer Striche voneinander unterscheiden. Bei Verwendung von Beugungsgittern, die sich in der Gitterkonstante unterscheiden, empfiehlt es sich, monochromatisches Licht zu benutzen, so daß die Beugungslinien erster Ordnung bei den verschiedenen Gittern in Abhängigkeit von der Gitterkonstante an verschiedenen Stellen liegen. Bei Verwendung von Beugungsgittern, die sich durch die Richtung ihrer Striche unterscheiden, kann auch weißes Licht benutzt werden, da durch die Verschiedenheit der Strichrichtung in verschiedene Richtungen abgebeugte Beugungslinien entstehen. Es können aber auch Gittermuster mit sowohl verschiedenen Strichrichtungen als auch verschiedenen Gitterkonstanten benutzt werden, so daß dann, z. B. bei Benutzung von monochromatischem Licht, sich noch weitere Variationsmöglichkeiten ergeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zum Speichern von Informationen in entsprechend ausgebildeten Speichern und auf Aufzeichnungsträgern verwendet werden. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet des erfinderischen Verfahrens besteht in der Ausbildung hierzu geeigneter Aufzeichnungsträger. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht ein Aufzeichnungsträger zur Durchführung des erfinderischen Verfahrens darin, daß er als Aufzeichnungen mehrere Beugungsgitter aufweist. Hierbei kann als Aufzeichnungsträger ein lichtempfindliches Material zum Aufbelichten und Entwickeln des zusammengesetzten Gittermusters vorgesehen sein.
Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu schaffen. Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung zunächst dadurch gelöst, daß zum Herstellen von Gittermustern, die sich aus verschiedenen Gittern, z. B. verschiedener Gitterkonstante oder verschiedener Strichrichtung, zusammensetzen, auf Bitsignale ansprechende optische und elektronische Mittel vorgesehen sind, die für jedes Bitsignal einer bestimmten Bitstelle ein dieser zugeordnetes Gitter erzeugen.
Weiterhin ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zum Herauslesen der auf einem Aufzeichnungsträger aufgezeichneten Informationen ein optisches System vorgesehen ist, das die Beugungslinien erster Ordnung der auf dem Aufzeichnungsträger enthaltenen Gittermuster abbildet.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine schematisch vereinfachte perspektivische Ansicht einer optischen Einrichtung, in der ein photographisches Strichgitter als Beugungsgitter verwendet wird,
Fig. 2 eine schematisch vereinfachte perspektivische Ansicht einer optischen Einrichtung, in der ein photographisches Strichgitter mit örtlich sich ändernder Lichtundurchlässigkeit als ein zusammengesetztes Beugungsgitter verwendet wird,
F i g. 3 bis 5 Darstellungen von Beugungslinien nullter Ordnung und einer Reihe von Beugungslinien erster Ordnung, in denen die Lage der Beugungslinien erster Ordnung einzelner Beugungsgitter verschiedener Gitterkonstante gezeigt ist,
F i g. 6 eine Darstellung einer Information, die einmal auf herkömmliche Weise durch Schwarzweiß-Bits auf einem Film aufgezeichnet ist, einmal durch ein Gittermuster gemäß der Erfindung auf einem Film aufgezeichnet ist,
Fig. 7 bis 9 schematisch vereinfachte perspektivische Ansichten verschiedener Vorrichtungen zum Aufzeichnen von Informationen auf Filmen in Form von Gittermustern,
F i g. 10 eine Darstellung von Beugungslinien erster Ordnung, wie man sie von gegeneinander verdrehten Beugungsgittern bei Beleuchtung mit monochromatischem Licht erhält,
Fig. 11 eine schematisch vereinfachte perspektivische Ansicht einer optischen Einrichtung zum Ablesen eines auf einem Film angeordneten zusammen-
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gesetzten Musters mit örtlich sich ändernder Licht- steht. Daher zeigen die Beugungslinien erster Ordnung
undurchlässigkeit, maßgeblich an, aus Gittern welcher Gitterkonstanten
F i g. 12 eine schematisch vereinfachte perspek- das Gittermuster gebildet wird,
tivische Ansicht einer kohärent beleuchteten op- Für die in den F i g. 3 bis 5 dargestellten Beugungstischen Einrichtung zum Erzeugen eines zusammen- 5 bilder werden beispielsweise Gitter mit 70, 80, 90, gesetzten Musters mit örtlich sich ändernder Licht- 100, 110, 120 und 130 Strichen pro Millimeter beundurchlässigkeit, nutzt, die alle innerhalb einer Oktave liegen (d. h.
F i g. 13 eine schematisch vereinfachte perspektivi- deren Gitterkonstante sich um weniger als den
sehe Ansicht einer anderen kohärent beleuchteten Faktor 2 unterscheiden). Wenn, z. B. für einen
Ausführungsform der optischen Einrichtung gemäß io dualen 6-Bit-Kode mit einer Synchronisiermarke, das
Fig. 11. Gittermuster sieben Beugungsgitter verschiedener
Wie in F i g. 1 dargestellt, kann ein photographi- Gitterkonstanten aufweist, dann entstehen sieben
sches Strichgitter 10 als Beugungsgitter verwendet Beugungslinien erster Ordnung, wie in F i g. 3 darge-
werden, um Beugungslinien nullter und erster stellt. F i g. 4 zeigt, daß das Gitter mit 120 Strichen
Ordnung zu erzeugen. Man erreicht dies durch Be- 15 pro Millimeter nicht aufgezeichnet wurde. F i g. 5
leuchten eines Schlitzes 12 in einer Maske oder Platte zeigt in ähnlicher Weise, daß das Gitter mit 90 Strichen
13 durch eine monochromatische Lichtquelle 11, pro Millimeter nicht aufgezeichnet wurde. In entspre-
wenn der Schlitz 12 von einer Linse 14 an der Stelle chender Weise kann jede beliebige Kombination von
der Beugungslinie nullter Ordnung abgebildet wird. Beugungslinien erster Ordnung erhalten werden, die
Das photographische Gitter 14 ist so bei der Linsen- ao entsprechend der Kombination der Gitterkonstanten
öffnung angebracht, daß die Beugungslinien erster der Gitter, aus denen das Gittermuster besteht, be-
und höherer Ordnung neben dem Abbild des Schlitzes stimmte Abstände zur Spektrallinie nullter Ordnung
auftreten. Wenn man einen lichtelektrischen Bauteil haben.
15 an die Stelle der Beugungslinien erster Ordnung Der obere Teil von F i g. 6 zeigt die Größe und die
bringt, kann man feststellen, ob ein Gitter bestimmter as Anordnung von herkömmlichen hellen und dunklen
Gitterkonstante in der Linsenöffnung vorhanden ist Kodebits für eine Aufzeichnungsdichte von ungefähr
oder nicht. Man kann leicht einsehen, daß hierbei 150 000 Bits pro cm2. Da die Größe eines einzelnen
Staub, Schmutz oder Kratzer auf dem Gitter 10 nur Bits hierbei 10 Mikron in der Höhe und 30 Mikron
in sehr beschränktem Umfang schädlich sind. in der Breite beträgt, muß, um einwandfreies Heraus-
In F i g. 2 ist eine ähnliche Einrichtung dargestellt, 30 lesen zu ermöglichen, jede Veränderung der Filmbei der ein Gittermuster 20 eine Vielzahl von Gittern bewegung innerhalb ganz enger Toleranzgrenzen von verschiedener Gitterkonstanten aufweist. Wenn das wenigen Mikrons gehalten werden. Der untere Teil zusammengesetzte Gittermuster 20 in der Linsen- von F i g. 6 zeigt das entsprechende Gittermuster für öffnung angebracht ist, dann erscheint eine Reihe von gleiche Aufzeichnungsdichte. Aus letzterem ist offen-Beugungslinien erster Ordnung entsprechend der An- 35 sichtlich, daß die Anforderungen an die Genauigkeit zahl Gitter gleicher Gitterkonstante, aus der das der Filmführung für das zusammengesetzte Gitterzusammengesetzte Gittermuster besteht. Wie in muster sehr viel geringere sind und daß damit F i g. 2 dargestellt, kann eine Reihe von lichtelek- Schmutz oder Kratzer auf dem Gittermuster nur irischen Bauteilen 21 an den Stellen angebracht einen viel kleineren Störeffekt ergeben,
werden, in denen Beugungslinien erster Ordnung auf- 40 In F i g. 7 ist eine Vorrichtung zum Aufzeichnen treten, um die Anzahl der auftretenden Beugungs- von Informationen mittels Gittermuster dargestellt, linien, die durch das Gittermuster 20 erzeugt werden, Ein bandförmiger Streifen 25, der mit einer Komin eine entsprechende Anzahl elektrischer Signale zu bination von Öffnungen 26, die sich quer über den verwandeln. Nach den Beugungsgesetzen ist der Ab- Streifen 25 erstrecken und eine Information entstand zwischen der Beugungslinie nullter Ordnung, 45 halten, gelocht ist, wird an einer Lichtquelle 27 und d. h. dem unmittelbaren Abbild des Schlitzes, und der einer Anzahl lichtelektrischer Bauteile 28 vorbeibe-Beugungslinie erster Ordnung abhängig von der wegt. Jede der Öffnungen 26 einer Querreihe überGitterkonstante des zugehörigen Gitters. trägt Licht auf einen zugehörigen lichtelektrischen
In den meisten Fällen, in denen ein binärer 6-Bit- Bauteil 28, welcher der Reihe nach einen elektrischen Kode zur Kodedarstellung einer Information ver- 50 Oszillator 29, mit dem der lichtelektrische Wandler wendet wird, wird gewöhnlich ein zusätzlicher Bit bei verbunden ist, einschaltet. Jeder der Oszillatoren 29 jeder Kombination der digitalen Bits als Synchroni- erzeugt eine Anzahl von Ausgangssignale versiermarke aufgezeichnet. Daher können bei diesem schiedener, vorbestimmter Frequenz. Die Frequenzen, besonderen Kodesystem höchstens sieben Bits oder die von den Oszillatoren 29 erzeugt werden, können mindestens zwei Bits aufgezeichnet werden, die eine 55 entweder ohne Rücksicht auf das Auftreten von bestimmte Information beinhalten. Wenn das Ver- Beugungslinien zweiter Ordnung gewählt werden, hältnis zwischen größter und kleinster Gitterkon- oder sie können so gewählt werden, daß sie innerhalb stante kleiner ist als 2, dann ist ausgeschlossen, daß einer Oktave liegen, so daß, wie es oben beschrieben Beugungslinien zweiter Ordnung in den Bereich der ist, Beugungslinien zweiter Ordnung vermieden Beugungslinien erster Ordnung fallen. Die Beugungs- 60 werden. Die Oszillatoren sind mit einem Kathodenlinien zweiter Ordnung können aber auch dadurch strahlrohr 30 verbunden, dessen Schirmbild durch ausgeschaltet werden, daß solche Gitterkonstanten die Wechselsignale der Oszillatoren moduliert wird, gewählt werden, daß die Beugungslinien zweiter Bekanntlicherweise kann auf dem Schirm eines Ordnung zwischen den Beugungslinien erster Kathodenstrahlrohres dadurch eine Information aufOrdnung zu liegen kommen. Gewöhnlich sind jedoch 65 gezeichnet werden, daß man die Stärke des Elekdie Beugungslinien zweiter Ordnung in der Intensität tronenstrahles verändert, wodurch eine Intensitätsnicht stark genug, um einen lichtelektrischen Bauteil veränderung des Lichtpunktes auf dem Schirm der so stark zu beeinflussen, daß ein falsches Signal ent- Röhre erzeugt wird. Wenn diese Intensitätswechsel in
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Abhängigkeit von einer Information erfolgen, dann wird eine Intensitätsmodulation erhalten. Eine solche Modulation kann dazu benutzt werden, eine Reihe von Lichtpunkten, die um gleiche Abstände, die gleichen Zeitperioden entsprechen, gegenseitig versetzt sind, auf dem Schirm des Kathodenstrahlrohres zu erzeugen. Dies kann dadurch erreicht werden, daß Sägezahnschwingungen dem Kathodenstrahlrohr zugeführt werden und die Intensität der sich ergebenden Kurve in gleichmäßigen Intervallen erhöht wird.
Da die Oszillatoren 29 eine Kombination verschiedener Frequenzen erzeugen, abhängig davon, welche von ihnen eingeschaltet sind, entsteht auf dem Schirm des Kathodenstrahlrohres 30 eine Anzahl von Lichtpunkten gemäß der algebraischen Summe der von den eingeschalteten Oszillatoren erzeugten Frequenzen. Eine zylindrische Linse 31 ist optisch auf die auf dem Schirm des Kathodenstrahlrohres 30 erscheinende Kurve ausgerichtet, um die Reihe von Lichtpunkten in ein Linienmuster überzuführen, welches ein Gittermuster darstellt, das von einer Linse 32 auf einem lichtempfindlichen Material, z. B. einem Filmstreifen 33, abgebildet wird.
Abhängig von der Größe des verwendeten Filmes und von der Größe des abgebildeten Gittermusters kann der Filmstreifen 33 entweder fortlaufend oder schrittweise, abhängig von der Größe des Gittermusters, längs einer Richtung bewegt werden, oder es kann ein optisches System verwendet werden, das eine Vielzahl solcher Gittermuster nacheinander in Zusammenhang mit der Längsbewegung des Filmes versetzt abbildet.
Bei der beschriebenen Vorrichtung kann der Filmstreifen 33 auch innerhalb des Kathodenstrahlrohres 30 angeordnet sein und unmittelbar durch den Elektronenstrahl belichtet werden.
Beim Entwickeln des Filmes erhält man ein Bild eines zusammengesetzten Musters örtlich veränderlicher Lichtundurchlässigkeit, das eine Vielzahl von Gittermustern umfaßt, von denen jedes aus Beugungsgittern verschiedener, von der Frequenz des sie erzeugenden Oszillators abhängender Gitterkonstanten gebildet wird. Es dürfte jedem Fachmann klar sein, daß die Oszillatoren 29 auch von Signalen geschaltet werden könnten, die auf einem Magnetband, einem photographischen Film, Lochkarten od. dgl. gespeichert sind, oder auch von Signalen, die von einem Rechenautomaten oder einer anderen Signale erzeugenden Einrichtung stammen. Wenn die Information auf dem Informationsträger, von dem die Signale stammen, nicht zum Schalten der Oszillatoren geeignet ist, dann kann eine Matrizenschaltung verwendet werden, um diese Signale in eine Kombination von Signalen zu überführen, die zum Schalten der Oszillatoren benutzbar ist.
Die einzelnen Gitter der Gittermuster sind nach der obigen Beschreibung alle in gleiche Richtung gerichtet. Es ist aber auch möglich, die einzelnen Gitter winklig zueinander anzuordnen, so daß die Beugungslinien erster Ordnung in entsprechenden Winkellagen liegen. Bei einem solchen System gibt es für jede Winkellage eine lineare Anzeigestelle, an der der Anwesenheit oder Abwesenheit einer Beugungslinie erster Ordnung bestimmt werden kann, so daß das winklig ausgerichtete Gittermuster nicht mit monochromatischem Licht beleuchtet werden müßte.
Wenn, wie in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, sieben Bits benötigt werden, um eine Infor-
mation darzustellen, dann sind hierfür sieben Winkellagen auf dem Filmstreifen 33 notwendig. Dieses Prinzip kann auch bei zusammengesetzten Gittermustern dazu angewendet werden, um eine größere Aufzeichnungsdichte für Informationen zu erhalten. Um ein winklig ausgerichtetes, zusammengesetztes Gittermuster zu erhalten, kann der Filmstreifen 33 nach jeder Belichtung mit einem auf dem Schirm des Kathodenstrahlrohres 30 erscheinenden Gittermuster um einen bestimmten Winkel gedreht werden, wodurch eine Anzahl von sich radial erstreckenden, zusammengesetzten Gittermustern erzielt wird, die in der Drehachse des Filmstreifens übereinanderliegen. Wenn ein winklig ausgerichtetes, zusammengesetztes Gittermuster aus vier zusammengesetzten Gittern, von denen jedes um einen bestimmten Winkel gedreht ist, von einer punktförmigen Lichtquelle, z. B. einer Quecksilberdampflampe, beleuchtet ist, dann kann man die in Fig. 10 gezeigte Beugungsbilder erhalten.
In den F i g. 8 und 9 ist eine optische Platte 40 dargestellt, die eine Reihe von Zonen verschiedener Übertragungseigenschaften aufweist und die von einer Linse 41 auf einem Filmstreifen 42 abgebildet wird. Die Platte 40 weist eine aus einer Anzahl von Gitterschablonen 43 verschiedener Gitterkonstanten gebildete Reihe oder eine Anzahl von Gliedern wellenförmiger Oberfläche auf. In jedem Falle hat jede Gitterschablone oder jedes Glied eine solche vorbestimmte Ubertragungseigenschaft, daß, wenn es beleuchtet wird, es ein linienförmiges Lichtmuster überträgt, bei welchem die Linien gleiche gegenseitige Abstände haben. Bei dieser Vorrichtung wird jede Gitterschablone 43 durch eine eigene Blitzlampe 44 mit einem Kondensorsystem 45 beleuchtet, von denen lediglich drei in der Zeichnung dargestellt sind.
Die Blitzlampen 44 werden von einem ihnen zugeordneten lichtelektrischen Bauteil gesteuert, der in derselben Weise angeordnet sein kann, wie es in F i g. 7 dargestellt ist, um von jedem Kodebit in einem Lochstreifen oder einem anderen Signalträger ein Signal zu gewinnen. Die Blitzlampen können auch von Signalen geschaltet werden, die direkt von einem Signalerzeuger, wie er oben erwähnt ist, auf die Lampen übertragen werden. Das Licht, das durch jede einzelne der Gitterschablonen 43 hindurchgeht, tritt als linienförmiges Lichtmuster aus. Die Linien haben gleiche gegenseitige Abstände entsprechend des sie erzeugenden Gitters. Diese Lichtmuster wird von der Linse 41 verkleinert abgebildet. Die einzelnen Gittermuster können übereinanderliegend abgebildet werden, indem man sich die Bewegung des Film zunutze macht, indem man das oberste Gittermuster zuerst belichtet und die darauffolgenden Belichtungen so lange verzögert, bis der Film sich in eine Stellung bewegt hat, in der das nächste Gittermuster abgebildet wird. Wenn das latente Filmbild entwickelt wird, dann erscheint ein zusammengesetztes Gittermuster, das aus einer Vielzahl von übereinandergelegten Gittern besteht und eine örtlich veränderliche Lichtundurchlässigkeit aufweist. Das Gittermuster setzt sich aus den Gitterschablonen 43 zusammen, die tatsächlich beleuchtet wurden.
An Stelle des Übereinanderlegens mit Hilfe der Filmbewegung kann eine zylindrische Linse 47 und eine Maske mit einer Schlitzblende 48 im optischen System angeordnet werden, wie es in Fi g. 9 gezeigf^
ist. Diese Ausführung erlaubt es, alle aus einer Kombination der Gitterschablonen 43 bestehenden Gittermuster gleichzeitig zu belichten. In der Richtung, in welcher die zylindrische Linse 47 keine Wirkung hat, d. h. in waagerechter Richtung, werden die Gitterschablonen 43 auf dem Film 42 von der Objektivlinse 41 abgebildet. In der anderen Richtung, d. h. in senkrechter Richtung, werden die Abbilder jeder der Gitterschablonen 43 auseinandergezogen und alle übereinandergelegt. Zum Erzielen von optischer Wirksamkeit und Gleichmäßigkeit bilden die Linsen 47 und 41 den Schlitz 48 auf dem Film in senkrechter Richtung ab, und die Linse 47 bildet die Gitterschablonen 43 in der öffnung der Linse 41 in der gleichen Richtung ab. Da die Gitterschablonen 43 in senkrechter Richtung nicht in einem scharfen Brennpunkt liegen, ist es möglich, mit diesem System jede Art von Gitterschablonen zu benutzen, sowohl veränderlicher Ubertragungseigenschaften als auch veränderlicher Fläche. Derselbe Effekt kann dadurch erreicht werden, daß das Licht von den Gitterschablonen 43 reflektiert wird, als auch dadurch, daß das Licht durch die Gitterschablonen hindurchgeschickt wird.
In Fig. 11 ist eine Vorrichtung gezeigt zum Anzeigen der Anwesenheit von Beugungslinien erster Ordnung. Grundsätzlich kann die Anwesenheit oder Abwesenheit von Beugungslinien erster Ordnung, die von einem Gittermuster erzeugt werden, dadurch festgestellt werden, daß lichtelektrische Bauteile an den Stellen angebracht werden, an denen Beugungslinien erster Ordnung auftreten, wie es in den F i g. 1 und 2 dargestellt ist. Bei Verwendung kleiner Codeflächen ist es jedoch notwendig, ein System zum Beleuchten lediglich eines zusammengesetzten Gittermusters auf dem Film zu einer bestimmten Zeit vorzusehen. Ein solches System weist einen Schlitz 50 in einer Maske oder Platte 51 auf, der von einer Hochdruck-Quecksilberdampflampe 52 beleuchtet ist, deren Lichtbogen durch eine Linse 53 in den SchlitzSO projiziert wird. Der Schlitz wird dann durch eine Linse 54 als reelles Raumbild 55 abgebildet, und dieses Bild wird danach von einer Linse 56 auf eine Reihe von lichtelektrischen Bauteilen 57, die hinter dem Filmstreifen
58 in der Brennebene der Linse 56 angebracht sind, projiziert. Die Linse 56 bildet außerdem einen Schlitz
59 in einer Maske oder Platte 60 auf dem Filmstreifen ab, so daß die tatsächlich beleuchtete Fläche ein verkleinertes Abbild des Schlitzes 59 ist und der Filmfläche entspricht, die abgelesen werden soll. Da das reelle Bild 55 zusammen mit dem Schlitz 59 eine kleine Lichtquelle in der zugehörigen Gegenstandsebene der Linse 56 darstellt, wird ein kohärentes Beleuchtungssystem für das Gitter auf dem Film 58 gewonnen, wie unten beschrieben. Eine zylindrische Linse, die nicht dargestellt ist, kann hinter dem Film angebracht werden, um das Licht längs den Beugungslinien erster Ordnung zu konzentrieren und es dadurch wirksamer auf die lichtelektrischen Bauteile zu werfen.
Beim Abbilden eines Gittermusters ist es möglich, daß ein beträchtlicher Gewinn an Bildschärfe und Schärfentiefe erzielt wird durch Anwendung kohärenter Beleuchtung an Stelle der meist verwendeten inkohärenten Beleuchtung. In Fig. 12 ist ein einfaches optisches System mit kohärenter Beleuchtung dargestellt, um ein zusammengesetztes Muster aus einer besonderen Kombination von Gittern bestimmter Gitterkonstanten von einem zusammengesetzten Gittermuster zu erzielen, das die Gesamtkombination derselben Beugungsgitter aufweist. Ein Schlitz 65 in einer Maske 66 wird durch eine punktförmige Lichtquelle 67 beleuchtet, und der beleuchtete Schlitz wird von einer Linse 68 in der Öffnung einer Objektivlinse 69 abgebildet. Wenn ein Gittermuster 70, das die Summe von Gittern sieben verschiedener Gitterkonstanten bildet, unmittelbar hinter die Linse 68 gelegt wird, dann wird ein Linienspektrum 71 in der ίο Öffnung des Objektivs 69 erzeugt, das eine Beugungslinien nullter Ordnung und eine Reihe von sieben Beugungslinien erster Ordnung, wie es in Fig. 12 dargestellt ist, aufweist. Es kann theoretisch gezeigt werden, daß, wenn diese Beugungslinien alle innerhalb der Linsenöffnung liegen, kein Verlust an Qualität eines Bildes 72, das von dem Objektiv 69 gezeichnet wird, eintritt, vorausgesetzt, daß das Objektiv im wesentlichen frei ist von Aberrationen.
Das Bild 72, das von dem Objektiv 69 entworfen ao ist, ist eine verkleinerte Nachbildung des Gittermusters 70, das auf ein lichtempfindliches Material aufgeworfen werden kann. Es hat sich gezeigt, daß durch ein solches optisches System annehmbare Bilder erzielt werden können über einen Schärfentiefenbereich von mindestens 0,05 mm, eine Schärfentiefe, die entschieden über die eines herkömmlichen optischen Systems hinausgeht, das eine Bildschärfe ergibt, wie sie für diese Art von Informationsaufzeichnung benötigt wird. Da durch das Unterdrücken eines Beugungslinienpaares erster Ordnung auf dem Linienspektrum 71 das zugehörige Gittermuster auf dem Bild 72 verschwindet, kann durch geeignetes Ausblenden von Beugungslinien erster Ordnung aus der öffnung des Objektivs 69 durch geeignete Blenden- oder Ver-Schlußmittel, die auf elektrische Signale ansprechen, jede Kombination von Gittern verschiedener Gitterkonstante erhalten werden. Wesentlich ist hierbei jedoch, daß jeder verwendete Verschlußmechanismus so konstruiert ist, daß er die durch ihn hindurchgehenden Lichtwellen nicht verzerrt.
In der eben beschriebenen Vorrichtung, ebenso wie in der in F i g. 7 beschriebenen, erzeugt das Muster, das entweder von den Gitterschablonen 43 oder von dem Kathodenstrahlrohr 30 entworfen wird, ein zusammengesetztes Gittermuster auf dem lichtempfindlichen Material oder dem Film, das örtlich versetzte Stellen verschiedener Lichtdurchlässigkeit aufweist. Die gleichen Vorrichtungen können jedoch auch benutzt werden, um ein Phasengittermuster auf einem Film mit veränderlicher Dicke zu erzeugen, wodurch bei Beleuchtung eine entsprechende Anzahl von Beugungslinien erster Ordung erzeugt werden.
In F i g. 13 ist ein kohärentes optisches System gezeigt, das insofern eine Abwandlung der in F i g. 12 gezeigten Vorrichtung darstellt, als eine Reihe von verschiedenen Beugungsgittern 75, wie sie bei den F i g. 8 und 9 beschrieben sind, benutzt werden, von denen jedes einzelne Beugungsgitter kohärent beleuchtet ist. Eine zylindrische Linse 76 ist vor einem Schlitz 77 in einer Maske 78 so angeordnet, daß eine Linse 79 den Schlitz 77 in einer Abmessung auf den Beugungsgittern 75 abbildet. Der Schlitz 77 ist von einer punktförmigen Lichtquelle 80 beleuchtet. Die übrigen Teile der Vorrichtungen können die gleichen sein, wie in F i g. 8 beschrieben, und eine Linse 81 zum Abbilden der Gitter 75 auf einem Filmstreifen 82 aufweisen, oder die Vorrichtungen können durch das Vorhandensein einer zylindrischen Linse, wie es
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Claims (19)

in Fig. 9 gezeigt ist, abgewandelt werden. Da der Schlitz 77 auf den Beugungsgittern 75 abgebildet ist, beleuchtet nur ein Teil des Schlitzes jedes einzelne Beugungsgitter. Eine Anzahl von Verschlußmechanismen, die nicht gezeigt sind, können längs des Schlitzes 77 angebracht sein, um die Beleuchtung einer jeden beliebigen Kombination von Beugungsgittern 75 zu steuern. Da ein schmaler Schlitz Verwendung findet, wird lediglich eine Bewegung von einigen tausendstel Millimetern benötigt, um jedes der Beugungsgitter 75 zu verdunkeln, so daß diese Verschlußbetätigung mechanisch ausgeführt werden kann. Es hat sich gezeigt, daß eine Information als Gittermuster aufgezeichnet werden kann, das aus mehreren auf ein lichtempfindliches Material aufbelichteten Beugungsgittern besteht, von denen jedes eine vorbestimmte eigene Gitterkonstante aufweist, von denen jede den Bits einer bestimmten Bitstelle zugeordnet ist. Zum Herauslesen der Information, die auf ao solche Weise auf einem photographischen Film aufgezeichnet ist, wird das Gittermuster als Beugungsgitter benutzt, um eine Reihe von Beugungslinien erster Ordnung zu erzeugen, die einer bestimmten Kombination von Bits entsprechend der aufgezeichneten Information entsprechen. Dies hat den Vorteil, daß das Bild, das einer bestimmten Information entspricht, eine ihm eigentümliche Form hat und von einem Schmutzteilchen oder einem Kratzer auf dem Film unterschieden werden kann. Weiterhin, da die Gittermuster übereinander angeordnet sind, ist die Fläche, die von einer bestimmten Information eingenommen ist, größer als bei der herkömmlichen Aufzeichnung eines einzelnen Bits. Daher ist bei dem oben beschriebenen Gegenstand das Problem der Ortsbestimmung einer bestimmten Fläche auf dem Film sehr vereinfacht. Bei verschiedenen Anwendungen kann man sich die kohärente Beleuchtung zunutze machen und mit ihrer Hilfe Kopien der zusammengesetzten Gittermuster anfertigen mit ganz geringern Verlust an Qualität. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht in folgendem: Bei der bekannten Darstellung von Informationen durch Bits, die als durchsichtige Flecken in der Größe von z. B. 10X30 Mikron auf einem Film vorgesehen sind, muß jedes aus sieben Bits bestehende Zeichen durch eine optische Vorrichtung so vergrößert werden, daß die Bilder der Bitstellen so weit auseinanderliegen, daß an diesen Bildstellen verschiedene lichtelektrische Bauteile angeordnet werden können. Dies hat aber den Nachteil, daß, wenn die Führung des Filmes nicht genau ist, schon eine Verschiebung um die Größe eines Bits, also um weniger als 30 Mikron, genügt, um eine vollständig falsche Information durch die lichtelektrischen Bauteile aufzunehmen. Demgegenüber werden durch das erfindungsgemäße Verfahren die Beugungsstrahlen der verschiedenen Gitter um bestimmte Winkel abgelenkt, so daß man durch eine Anordnung der lichtelektrischen Bauteile in einem entsprechenden Abstand von dem Gittermuster einen Abstand der Beugungslinien erhält, der eine Anordnung von lichtelektrischen Bauteilen nebeneinander ermöglicht. Eine seitliche Verschiebung des Filmes hat dann eine gleiche Verschiebung des Beugungsbildes zur Folge, so daß eine falsche Information erst dann entstehen kann, wenn der Film seitlich um eine Strecke verschoben wird, die etwa in der Größenord- nung des Radius der lichtempfindlichen Fläche des lichtelektrischen Bauteiles liegt. Diese Strecke ist um Zehner-Potenzen größer als die zulässige Verschiebung bei Verwendung der bekannten Bits. Dadurch wird also das Orten der einzelnen Bits wesentlich vereinfacht. Auch werden an die Führung des Filmes keine so hohen Anforderungen gestellt, so daß man mit einer verhältnismäßig einfachen Filmführung sicher falsche Informationsübertragungen vermeiden kann. Wegen dieser verhältnismäßig großen Unempfindlichkeit gegen Verschiebungen der Gittermuster muß keine bestimmte gegenseitige Anordnung der einzelnen Gitter eines zusammengesetzten Gittermusters eingehalten werden. Außer in übereinanderliegender Anordnung, bei der alle Gitter eines zusammengesetzten Gittermusters dasselbe Flächenstück des Aufzeichnungsträgers einnehmend übereinanderliegen, können die einzelnen Gitter auch seitlich versetzt oder in Richtung der Gitterstriche versetzt angeordnet werden. Werden die einzelnen Gitter auf derselben Fläche übereinanderliegend angeordnet oder sind sie in Gitterrichtung versetzt, so ergibt sich keine Seitenabweichung für die Beugungslinien. Werden die einzelnen Gitter eines zusammengesetzten Gittermusters seitlich nebeneinander angeordnet, so ergeben sich seitliche Verschiebungen der einzelnen Beugungslinien, die aber, wie aus dem vorher Gesagten hervorgeht, um Zehner-Potenzen geringer sind als der Radius der lichtempfindlichen Fläche der lichtelektrischen Bauteile, so daß für das Herauslesen der Informationen alle derartigen Versetzungen bedeutungslos sind. Patentansprüche:
1. Verfahren zum Speichern von Informationen, bei dem die Informationen zum Hineinlesen nach einem Binärkode verschlüsselt, als optisch auswertbare Bits aufgezeichnet und zum Herauslesen optisch ausgewertet und entschlüsselt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Bits der verschiedenen Bitstellen verschiedene Beugungsgitter verwendet werden, deren Beugungsbilder zum Herauslesen der Informationen dienen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Beugungsgitter verwendet werden, deren Gitterkonstanten sich um weniger als den Faktor 2 voneinander unterscheiden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Beugungsgitter verwendet werden, deren jedes mehr als 20 Striche pro Millimeter aufweist und die sich voneinander um mindestens zwei Striche pro Millimeter unterscheiden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Beugungsgitter verwendet werden, die sich durch die Richtung ihrer Striche unterscheiden.
5. Aufzeichnungsträger zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er als Aufzeichnungen mehrere Beugungsgitter aufweist.
6. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein aus Beugungsgittern mit verschiedenen Gitterkonstanten zusammengesetztes Gittermuster vorgesehen ist, von denen jedes Gitter einem Bit einer Bitstelle entspricht.
7. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beugungsgitter sich überdeckend angeordnet sind.
8. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen von Gittermustern, die sich aus verschiedenen Gittern zusammensetzen, auf Bitsignale (26) ansprechende optische und elektronische Mittel (28,29,30; 41,44, 45; 65 bis 70) vorgesehen sind, die für jedes Bitsignal einer bestimmten Bitstelle ein dieser zugeordnetes Gitter erzeugen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Bitsignale (26) auswertende Einrichtungen (28, 29) zum Erzeugen von den einzelnen Bits einer Bitstelle zugeordneten Ausgangssignalen verschiedener Frequenz vorgesehen sind, daß auf diese Signale ansprechende elektronische Einrichtungen (30) vorgesehen sind, die den Ausgangssignalen zugeordnete Gittermuster erzeugen, und daß photographische Einrichtungen (31, 32, 33) zum Aufzeichnen dieser Gittermuster vorgesehen sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als elektronische Einrichtungen zum Erzeugen von Ausgangssignalen bestimmter Frequenz eine Anzahl elektrischer Oszillatoren (29) vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß als elektronische Einrichtung zum Erzeugen von Gittermustern ein Kathodenstrahlrohr (30) vorgesehen ist, dessen Schirmbild von den Ausgangssignalen modulierbar ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die photographische Einrichtung zum Abbilden des Schirmbildes eine auf das Schirmbild optisch ausgerichtete zylindrische Linse (31) aufweist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Anzahl der Bitstellen entsprechende Anzahl von optischen Gitterschablonen (43) vorgesehen ist, die beim Be- oder Durchleuchten ein Bild eines Beugungsgitters mit einer zugehörigen Bitstelle entsprechenden Gitterkonstanten erzeugen und daß zum Steuern der Beleuchtung (44) der einzelne Gitterschablonen diesen zugeordnete, auf Bits der entsprechenden
Bitstelle ansprechende Steuermittel vorgesehen sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System zum gleichzeitigen Aufzeichnen mehrerer Gitter eine Schlitzblende (48) und eine zylindrische Linse (47) aufweist.
15. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit Aufzeichnungsträgern nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herauslesen der auf einem Aufzeichnungsträger (20; 58) aufgezeichneten Informationen ein optisches System (12,14; 50,53,54,56,. 59) vorgesehen ist, das die Beugungslinien erster Ordnung der auf dem Aufzeichnungsträger enthaltenen Gittermuster abbildet.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anzeigen des Vorhandenseins von Beugungslinien erster Ordnung lichtelektrische Bauteile (57) vorgesehen sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß als optisches System eine erste Schlitzblende (50) und eine erste Linse (53) vorgesehen sind, die die Beleuchtung (52) in der ersten Schlitzblende (50) abbildet, daß eine zweite zur ersten senkrechte Schlitzblende (59) und eine zweite zwischen erster und zweiter Schlitzblende angeordnete Linse (54) vorgesehen sind, die ein reelles Bild (55) der ersten Schlitzblende (50) bildet, das zum kohärenten Beleuchten des Aufzeichnungsträgers (58) in Zusammenwirkung mit der zweiten Schlitzblende (59) auf die lichtelektrischen Bauteile (57) von einer dritten Linse (56) projiziert wird, die die zweite Schlitzblende (59) auf dem Aufzeichnungsträger (58) abbildet.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Aufzeichnungsträger (58) und den lichtelektrischen Bauteilen (57) eine zylindrische Linse zum Konzentrieren der kohärenten Beleuchtung vorgesehen ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtelektrischen Bauteile zum Anzeigen der Beugungsbilder von Gittern mit verschiedener Strichrichtung auf einer gebogenen Linie angeordet sind.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
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