DE2111188A1

DE2111188A1 - Optische Abtastvorrichtung

Info

Publication number: DE2111188A1
Application number: DE19712111188
Authority: DE
Inventors: Ernest Wildhaber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-03-09
Filing date: 1971-03-09
Publication date: 1971-09-30
Also published as: GB1334754A; US3634696A; FR2084291A5; CA949206A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann, * ' ^IO°

Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr.K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weιckmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 4« 39 21/22 , <983921/22)

Schu/Ni

Ernest Wildhaber, 124 Summit Drive, Rochester, New York 14620, V.St.A.

Optische Abtastvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Abtastung einer Aufzeichnung zur elektrischen Übertragung z.B. zu einem Computer, auf ein Band oder zu einem entfernten Ort.

Die Erfindung bezweckt, die Vorrichtung zu vereinfachen, die Kosten zu verringern, eine hohe Ausgangsgeschwindigkeit zu erreichen, und insbesondere eine äußerst zuverlässige optische Abtastung unter niedrigen Kosten zu erreichen. Andere Ziele und Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den Ansprüchen·

Die Vorrichtung erfordert Zeichen, die aus Markierungen bestehen, die vorzugsweise entsprechend einem BinärsyBtem ausgebildet sind. Solche Zeichen existieren bereits, jedoch werden ;Lm folgenden weitere und vorzugsweise Ausführungeformen beschrieben·

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Im folgenden soll die Erfindung näher anhand von in der Zeichnung dargestellten vorzugsweisen Ausführungsbeispielen erläutert werden. In der Zeichnung zeigen:

Pig, 1 eine vergrößerte Ansicht eines Zeichenraumes einer Ausführungsform;

Pig. 2 eine Möglichkeit, die Buchstaben A - G in einem binären Code aufzuzeichnen;

Pig. 3 Zahlen, die in dieser Weise hergestellt sind;

Pig. 4 die Buchstabierung bzw. die ausgedruckte Form des Wortes ^MEÜBEKA^W mit solchen Zeichen;

Pig. 5 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung, die gemäß der Erfindung konstruiert ist. Der Schnitt ist durch den Rotor und sein Gehäuse entlang einer Ebene gelegt, in der die Linsenmittelpunkte liegen;

Pig. 6 einen axialen Schnitt durch die in Pig. 5 gezeigte Vorrichtung durch die linsenmitten;

Pig. 7 - Pig. 9 eine abgewandelte Ausführungsform, wobei Pig. 7 einen Querschnitt durch den Rotor durch die linsenmitten zeigt, wobei gleichzeitig Einrichtungen dargestellt sind, um eine gerade Abtastlinie zu erhalten; Pig. 8 zeigt einen Axialschnitt durch die Pig. 7; und Pig» 9 zeigt eine Teilansicht der Aufzeichnung, aus der die βohrage Zuführung zu ersehen 1st;

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Fig. 10 und 11 Axialschnitte durch weitere Ausführungsformen j

Fig. 12, 13 und 14 Ansichten eines Zeichenraumes, ähnlich der Fig. 1, wobei verschiedene Abwandlungen der darin aufgezeichneten Markierungen oder Balken dargestellt sind; und

Fig. 15 die Buchstabierung oder die in Markierungen entsprechend der Fig. 13 verschlüsselte Angabe des Wortes "EUREKA".

Der Raum für ein Zeichen oder kurz der Zeichenraum, wie er in Fig. 1 oder etwa in den Fig. 12, 13 und 14 gezeigt ist, ist entsprechend der Fig. 1 in mehrere schmale aufrechtstehende Fächer "bzw. Unterteilungen unterteilt, die mit 1, 2» 3t 4t 5, 6, 7 "bezeichnet sind. Sie besitzen gleiche Breite. Die Markierung bei 7 stellt eine Zeitgabemarkierung von verringerter Länge dar, durch die der Anfang eines Zeichens signalisiert wird. Die Fig. 2-4 zeigen Zeichen, in denen die Markierungen vollständig ihre zugeordneten Fächer ausfüllen.

Fig. 12 zeigt zwei Markierungen b, b ', die in den Zeichenraum eingezeichnet sind. Bei dieser Figur und bei den Fig. 13 und 14 besitzen die Markierungen eine kleinere Breite als ihre Fächer bzw. Unterteilungen.

Die Fig. 13 und 14 zeigen Markierungen, die in alle vorgesehenen Stellen eingetragen sind. In Flg. 13 besitzen die Markierungen alle die gleiche länge, jedoch sind die Markierungen abwechselnd gegeneinander in der Höhe verschoben. So befinden sich die Markierungen 1, 3, 5 in einer hohen

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Stellung, während die Markierungen bei 2, 4, 6 sich, in einer niedrigen Stellung befinden. Hierdurch erhält man eine zusätzliche Bestimmung der Lage der Markierung, was die persönliche Ablesung erleichtert. Die Markierungen in Pig. 14 besitzen eine verschiedene Gesamthöhe. Die längeren Markierungen 2, 4, 6 sind in der Mitte unterteilt, jedoch haben sie dieselbe zusammengerechnete Markierungslänge wie die Markierungen bei 1, 3» 5.

Vorzugsweise werden zwischen 4 und 9 Markierungsräume in einem Zeichen verwandt.

Zur Zeit werden Markierungen der in den Fig. 12 - 14 gezeigten Art gegenüber Markierungen, die über die volle Breite reichen, bevorzugt.

Wendet man sich nunmehr der Vorrichtung zu, so ist aus der Zeichnung ersichtlich, daß ein Rotor 20 mehrere gleiche Linsen 21 trägt, die auf einem Kreis um seine Achse 22 herum angeordnet sind. Die Aufnahme bzw. die Registrierung 24 schmiegt sich eng an eine zylindrische Außenfläche 23 W des Gehäuses 19 an. Die Fläche 23 ist koaxial zu dem Rotor angeordnet. Der Glühfaden einer Glühlampe 25 ist so angeordnet, daß er einen linienartigen Lichtbereich 26 erzeugt, der im folgenden als Lichtlinie bezeichnet werden soll. Diese gerade Lichtlinie ist so eingestellt, daß sie mit der Achse 22 des Rotors zusammenfällt. Die Linsen 21, oder die Linsenanordnungen sind so bemessen, daß sie ein Bild der Lichtlinie 26 auf der Aufzeichnung 24 erzeugen, das angenähert ausgerichtet mit den Markierungen oder den Balken auf der Aufzeichnung ist. Ein schmaler kreisförmiger Abtastschlltz 18 des Gehäuses laßt Licht auf die Abtastlinie fallen, die in einer Ebene senkrecht zu der Rotorachse 22 liegt.

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Wenn sich der Rotor um seine Achse dreht, bewegt sich das Bild der Lichtlinie, der linienartige, stark beleuchtete Bereich, entlang der Abtastlinie von dem einen Ende zu dem anderen Ende, wobei die Zeichen darauf durchlaufen bzw. abgetastet werden. Die Aufzeichnung wird unter einem leichten Winkel gegen die Richtung der Rotorachse 22 im Verhältnis zu der Drehbewegung des Retars zugeführt. Die Zuführrichtung ist für die in den Pig. 7 und 8 gezeigte Ausführungsform in Fig. 9 angedeutet, bei der die Aufzeichnung 45 in der Richtung 53 unter einem Winkel in Bezug auf die Rotorachse 42 zugeführt bzw. vorwärts bewegt wird. Die Richtung 53 ist so gewählt, daß einander gegenüberliegende Enden der Abtastlinie 54 an einander gegenüberliegende Enden aneinandergrenzender Linien 55, 55' der Zeichen reichen.

In Fig. 5 ist der Rotor 20 in einer Drehstellung dargestellt, bei der ein Überwechseln von einer Zeichenlinie zu der nächsten Zeichenlinie stattfindet. Eine der Linsen 21 hat eine Linie vollständig abgetastet, und die andere der beiden Linsen 21 innerhalb des Bereichs der Abtastlinie steht kurz davor, mit der Abtastung der nächsten Linie zu beginnen.

In dem Rotor 20 ist ein halbversilberter, feststehender ebener Spiegel 27 in dem radialen Lichtweg unter einem Winkel hierzu angebracht. Die Hälfte der Oberfläche des Spiegels ist reflektierend ausgebildet, während die andere Hälfte durchsichtig ist. Die beiden Hälften sind eng miteinander verschlungen. So kann z.B. die verspiegelte Oberfläche entlang im dichten Abstand voneinander verlaufender paralleler Linien ausgebildet sein. Der Spiegel 27 reflektiert die Hälfte des von der Linie 26 kommenden Lichtes ohne Verwendung nach aufwärts, und er läßt die Hälfte des Lichtes zu den Linsen 21 und zu der Aufzeichnung durch. Das

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von der Aufzeichnung reflektierte Licht kehrt durch dieselbe Linse 21 zurück, durch die das Licht von der Lichtquelle hindurchtritt. Wenn der Spiegel 27 nicht vorhanden wäre, würde das ganze reflektierte Licht ein Bild des stark beleuchteten Zeichenteiles bei 26 auf der Achse des Rotors -bilden. Der Spiegel 27 läßt lediglich die Hälfte des reflektierten Lichtes zu der Rotorachse durch, ohne daß dieser Teil weiterverwandt wird. Die andere Hälfte dieses Lichtes wird nach abwärts reflektiert, so daß das Bild des beleuchteten Zeichenteiles in dem feststehenden Punkt 28 erscheint. Dieses Bild ist symmetrisch zu dem Bild, das bei 26 gebildet wird, wobei die Spiegeloberfläche die Symmetrieebene bildet. An dem Punkt 28 ist eine Photozelle 30 angebracht. Diese setzt die Lichtänderungen zur Übertragung in Schwankungen des elektrischen Stromes um.

Im Hinblick auf die Lichtkonzentration auf der Aufzeichnung sollte das Licht nur angeschaltet werden, nachdem der Rotor auf Türen gekommen ist. Dies kann automatisch erreicht werden.

Wenn die Zeichenmarkierungen ihren zugeordneten Raum vollständig ausfüllen, wie es anhand der Fig. 1-4 beschrieben wurde, so sollte das Lichtbild auf der Aufzeichnung ganz schmal sein, d.h. ein kleiner Bruchteil der Breite dieses Raumes. Die Markierungen entsprechend den Pig. 12-14 gestatten breitere Lichtbilder. Die Breite sollte vorzugsweise kleiner als die Breite des Raumes zwischen den Markierungen sein. Die vergrößerte Breite ist nützlich für die Herstellung der Drahtwendeln, die in größeren Schraubenwindungen gewickelt werden können,

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Ausführungeform mit gerader Abtastlinie, Fig« 7-9.

Der Rotor 40 enthält mehrere linsen 41, die in einem gleichförmigen Abstand auf einem Kreis um die Eotorachse 42 herum angeordnet sind. Eine lichtlinie 43 ist mit der Rotorachse 42 zusammenfallend angeordnet. Licht von dieser Lichtlinie 43 läuft durch einen feststehenden, ebenen, halbverspiegelten Spiegel 50 und durch eine Linse 41 zu einer großen feststehenden Linse 46 und zu der Abtastlinie 54. An der Abtastlinie 54 wird eine Aufzeichnung 45 vorbeigeführt, wie sie anhand der Fig. 9 beschrieben wurde. Der Brennpunkt der Linse 46 liegt bei 47 auf der Achse 42, so daß Radialstrahlen von dem Punkt 47 zu parallelen Strahlen gemacht werden, nachdem sie durch die Linse 46 gelaufen sind. Die Linsen 41 oder die Linsenanordnungen sind so bemessen, daß sie zusammen mit der beschriebenen Linse 46 ein Bild des Punktes 47 auf der Aufzeichnung 45 bilden. Gegebenenfalls kann eine zusammengesetzte Linse 46 verwandt werden.

Das von dem stark beleuchteten schmalen Zeichenteil reflektierte Licht kehrt durch die Linsen 46, 41 gegen die Achse 42 hin zurück. Die Hälfte des zurückgestrahlten Lichtes wird an dem halbverspiegelten Spiegel 50 reflektiert, so daß ein Bild des beleuchteten Zeichenteils im Punkte 48 anstatt im Punkte 47 gebildet wird. Die Punkte 47 und 48 liegen symmetrisch in Bezug auf die ebene Spiegeloberfläche. Sie besitzen denselben Abstand von dieser Fläche und liegen auf derselben Linie senkrecht zu der Spiegeloberfläche. Ebenso wie der Punkt 47 ist der Punkt 48 gleichfalls feststehend. Eine Photozelle 51 ist an diesem Punkt angeordnet, um die sich ändernde Lichtintensität in einen sich ändernden elektrischen Strom umzusetzen.

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Weitere Aueführungsformen.

Bei den Ausführungsformen der Fig. 10 und 11 wird eine kreisförmige Abtastlinie verwandt. Die Aufzeichnungen 24^f, 24" schmiegen sich eng an zylindrische Oberflächen 23',23" an, die koaxial zu den entsprechenden Rotoren 20', 20" angeordnet sind. Bei der in Pig. 10 dargestellten Ausführungsform wird durch eine Linse 60 und einen Spiegel 61 ein größenmäßig verkleinertes Bild 26i des linienförmigen Bereichs des Lichts, das von der Quelle 25* ausgestrahlt wird, auf

L· der Rotorachse 22* gebildet. Dies ist ein reelles Bild, jedoch könnte es auch mit einer anderen Anordnung aus einem virtuellen Bild bestehen. In allen Fällen scheint das Licht von einem Linienteil zu kommen, der mit der Rotorachse zusammenfällt. Von dem Bild 26i aus läuft das Licht durch die obere Hälfte einer Linse 21* zu der Aufzeichnung 24·¹. Der stark beleuchtete schmale Zeichenstreifen wird durch dieselbe Linse 21^f zurück zu der Rotorachse 22' projiziert. Das Licht, das durch den unteren Linsenteil zurückkehrt, wird an einer feststehenden Ebene und einem undurchsichtigen Spiegel 62 reflektiert, so daß ein Bild in dem feststehenden Punkt 63 anstatt in dem Punkt 26i gebildet wird. Eine Photozelle 30» ist an dem Punkt 63 an-

" geordnet, um die Lichtänderungen als elektrische Impulse zu übertragen.

Der Rotor 20' der Fig. 11 enthält zwei Gruppen von Linsen 21". Eine Lichtlinie 26«, die mit der Rotorachse 22' zusammenfällt, wird von einer Lichtquelle 66 aus mit Hilfe eines sich verjüngenden Lichtrohres 65 erhalten. In diesem Falle kann irgendeine breite Lichtquelle verwandt werden. Die sogenannte Lichtlinie wird dadurch erzeugt, daß sich das Lichtrohr fortschreitend gegen daß Austritteende hin zu einem sehr schmalen Bereich mit einer Höhe verjüng, die

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der Höhe der Zeichen entspricht. Von der lichtlinie 26" aus läuft das licht durch die untere linse 21", die ein Bild der lichtlinie 26" auf der Aufzeichnung abbildet. Das von dem schmalen beleuchteten Bereich der Aufzeichnung ausgesandte licht läuft durch die obere linse 21"u, die das licht auf eine Photozelle 67 projiziert, auf der ein Bild dieses Bereiches abgebildet wird·

Die Photozelle ist an einem Zapfen 68 befestigt, der feststehend gehalten werden kann, während sich der Rotor 20* um ihn herum dreht. Um den beträchtlichen Überhang des Rotors 20" zu neutralisieren, kann eine Gruppe von Rollen 70 vorgesehen sein, die gegen das äußere Ende des Rotors 20" anliegt, um diesen zu stabilisieren. Die Rollen 70, z.B. drei, drehen sich um feststehende Achsen.

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Claims

Patentansprüche

nJ Vorrichtung zur Abtastung von Zeichen, die in einer Linie auf einer Aufzeichnung angeordnet sind, mit einer Fläche zur Anordnung einer Aufzeichnung, mit einer Linse, mit Einrichtungen, um eine Drehbewegung zwischen dieser Oberfläche und der Linse um eine Drehachse zu erzeugen, die in ^ einem Abstand von dieser Oberfläche und der Linse angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet , daS Einrichtungen (26,47,25,61,60,66,65) vorgesehen sind, um konzentriertes Licht von einem schmalen Bereich auszusenden, der sich entlang einer einzigen geraden Linie erstreckt, und daß die Linse (21,41,21»,21") so angeordnet ist, daß sie ein genaues Bild dieses schmalen Bereichs auf der Aufzeichnung (24) abbildet, so daß sich dieses Lichtbild durch die Drehbewegung entlang der Linie von Zeichen bewegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem Rotor, der wenigstens eine Linse enthält, dadurch gekennzeichnet , daß das von dem geraden, linienförmigen W Lichtbereich auf der Aufzeichnung erzeugte Bild durch eine Drehung des Rotors entlang einer Linie der Aufzeichnung führbar ist, daß wenigstens teilweise an dem Rotor vorgesehene Einrichtungen (21,27) vorgesehen sind, um ein Bild des auf die Aufzeichnung pro^izierten beleuchteten Bereichs an einem Punkt auszubilden, der für alle Stellungen des beleuchteten Bereichs entlang der Linie auf der Aufzeichnung gemeinsam ist, und daß Einrichtungen (30,51,3O¹,67) vorgesehen sind, um Lichtschwankungen des Bildes an diesem Punkt (28,43,63) in elektrische Impulse umzusetzen.

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3· Vorrichtung nach Anspruch Z₉ dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Einrichtung zur Abbildung des projezierten, beleuchteten Bereichs auf der Aufzeichnung jeweils die Linse umfaßt, mit deren Hilfe der gerade, linienförmige Iiichfbereich auf der Aufzeichnung abgebildet wird·
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Lichtquelle zur SmiBsion des Lichtes aus einem schmalen Bereich, der sich entlang einer einzigen geraden Linie erstreckt, aus dem faden einer Glühlampe besteht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß ein ebener Spiegel (27,50, 62} näher zu der Drehachse des Rotors als die Linse oder die Linsen in dem Rotor und in dem Strahlengang angeordnet ist, durch den der projizierte beleuchtete Bereich auf der Aufzeichnung in einem gemeinsamen Punkt abgebildet wird, um das Bild an diesem gemeinsamen Punkt auszubilden, und daß an oder in der Nähe dieses gemeinsamen Punktes photoelektrische Einrichtungen angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß. der Spiegel (27,50) aus einem halbverspiegelten Spiegel besteht, der in dem Lichtweg des von der Lichtquelle kommenden Lichtes und in dem Lichtweg des von dem pro^izierten, beleuchteten Bereich kommenden Lichtes angeordnet ist.
7* Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Rotor (20, 40,20·,20"> mehrere Linsen (21,41) trägt, die in einem konstanten Abstand von seiner Achse angeordnet sind.

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8. Vorrichtung naeh einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Aufzeichnung kontinuierlich an einer kreisbogenfö'rmigen Abtastlinie vorbeigeführt wird, deren Mittelpunkt auf der Rotorachse liegt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet , daß eine feststehende linse (46) zwischen der Aufzeichnung (24) und dem Rotor (20,40) angeordnet ist, und daß die Aufzeichnung an einer geraden Abtastlinie (54) vorbeibewegt wird, die in einer Ebene senkrecht zu der Rotorachse liegt.
10. Vorrichtung naeh Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß der Brennpunkt der feststehenden Linse (46) auf der Rotorachse liegt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß das licht von einem geraden, linienförmigen beleuchteten Bereich durch eine erste Linse (21") an dem Rotor (20") auf der Aufzeichnung abgebildet wird, und daß der projizierte, beleuchtete Bereich auf der Aufzeichnung durch eine zweite Linse (21" ) an dem Rotor gegen die Rotorachse hixj4>rojiziert wird, und daß eine photoelektrische Einrichtung (67) vorgesehen ist, auf die das gegen die Rotorachse hin projizierte Licht fällt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die photoelektrische Einrichtung aus einer Photozelle besteht.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet , daß jeweils mehrere erste und zweite Linsen (21",21"_u) an dem Rotor vorgesehen sind, die

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jeweils auf einem ersten bzw. zweiten Kreis um die Rotorachse herum angeordnet sind.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der linienförmige, lichtemittierende Lichfbereich auf der Rotorachse liegt und annähernd der Rotoraehse folgt.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Lichtquelle feststehend angeordnet ist.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der gerade, linienförmige, lichtemittierende Lichtbereich durch das Ende (26") eines sich zu diesem Ende hin stetig verjüngenden Lichtleiters (65) gebildet wird, der hinter einer Lichtquelle (66) angeordnet ist.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Zeichen auf der Aufzeichnung in einer Linie angeordnet sind, daß für die Zeichen entlang dieser Linie jeweils gleiche Räume vorgesehen sind und daß die Zeichen aus jeweils einer veränderlichen Zahl von parallelen Markierungen bestehen, die Seite an Seite angeordnet sind, wobei sich die Markierungen in Stellungen befinden, die aus im gleichen Abstand voneinander angeordneten Markierungsstellungen ausgewählt sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß die im gleichmäßigen Abstand voneinander angeordneten Markierungsstellungen einen geringeren Abstand voneinander aufweisen als ein Drittel der Höhe der Zeichenräume, und daß die Gesamtlänge einer Markierung für

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alle Markierungsstellungen annähernd konstant ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch= gekennzeichnet , daß jedes Zeichen gleichfalls eine Markierung in einer festen Stellung und von einer festen länge enthält, die sich von der Länge der übrigen Markierungen unterscheidet.
20. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 19, dadurch, gekennzeichnet , daß die Gesamtlänge einer Markierung von der Stellung der Markierung in dem Zeichenraum abhängt, so daß die Markierungen in jeder zweiten Stellung in einem Zeichenraum die gleiche Gesamtlänge aufweisen, die verschieden ist von der Gesamtlänge der Markierungen in anderen Stellungen.

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