Сканирующее устройство для передачи факсимиле через волоконную оптику

Сканирующее устройство для передачи факсимиле через волоконную оптику

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик ()i 625639

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К ПАТЕМоУ (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 0710.69 (21) 1365490/18-10 (23) Приоритет — (32) 08.10.68 (31) 43-74068 (ЗЗ) Япония (43) Опубликовано 250978. Бтоллетень ¹35 (45) Дата опубликования описания 11.08.78

Х (51) М. Кл

8 02 В 5/14

Н 01 J 31/10

Государственный комнтет

Соввта Инннотров СССР ао делам кэоорвтоннй н открытнй (ЬЗ} УЙК 621. 397. .334 (088.8) (72) Авторы изобретения

Иностранцы

Каору Томик, Еиити Миязакн и Тецухико Томики (Япония) Иностранная фирма Мацусита Электрик инд Ко, Лтд (Япония) Pl) Заявитель (54) СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ

ФАКСИМИЛЕ ЧЕРЕЗ ВОЛОКОННУЮ ОПТИКУ

Изобретение относится к электронно-оптической технике н может быть использовано для передачи изображений, в частности для передачи факсимиле через элементы волоконной оптики, используемые в сочетании с электроннолучевюж трубками и фотоэлементами.

Известные оптико-электронные устройства с элементами волоконной оптики, применяемыми в качестве развертывающих устройств в сочетании с электроннолучевыми трубками, фотоэлементами и другими приспособлениями, не обеспечивают высокого качества передачи изображений из-за неполного использования светового потока, отраженного оригиналом (факсимиле) и проходящего через волокна световолоконной детали, и малых размеров оригинала, проецируемого на мишень трубки.

Цель изобретения — повышение качества передаваемого изображения с одновременным повышением разрешающей способности при высоком коэффициенге использования света.

Система передачи изображений, точ- нее средства развертывания для нее, содержит элемент волоконной оптики, состоящий нз пучка обычных оптических волокон. Каждое оптическое волокно содержит сердцевину из какого-либо прозрачного материала, окруженную оболочкой из другого прозрачного материала с меньшим показателем преломления. Оболочка может быть еще покрыта слоем материала, поглощающего свет. Внешний диаметр отдельного волокна обычно устанавливается в зависимости от желаемой разрешающей способности. Элемент волоконной оптики может быть выполнен вакуумплотным.

На фиг. 1 и 2 изображен вариант исполнения элемента волоконной оптики, виды сбоку и спереднт на фиг. 3— схема прохождения света в одиночном

20 оптическом волокнет на фиг. 4 — график прохождения света в одиночном оптическом волокнет на фиг. 5 — схема, поясняющая выбор величины углов между осями волокон и необходимыми плос25 костями; на фиг. 6 и .7 — модифицнро" ванные варианты элемента волоконной онтикит на фиг. 8-13 — варианты исполнения системы передачи изображений с использованием элементов волокон30 ной оптики.

625639

Элемент 1 волоконной оптики, собранный иэ некоторого числа оптических волОкон, может иметь различную конфигурацию для наиболее эффективного использования входящего света. выходная поверхность световолоконного элемента выполнена s виде двух пересекающихся плоскостей 2 и 3, образующих соответственно углы ос и /Ь с плоскостью, перпендикулярной к осям волокон. Позицией 4 обозначен оригинал, на который должен быть спроецирован сает, исходящий из элемента.

Оригинал расположен непосредственно на плоскости 3 или вблизи нее, причем он частично выступает за края этой плоскости. Угол о4 обеспечивает 15 прохождение максимального количества света через волокна к оригиналу, а угол /Ь подбирается в зависимости от желаемого направления света, отраженного от оригинала, .т.е. в зази- 20 симости от того, должен ли исходящий свет отражаться в направлении, перпендикулярном к осям волокон, или в каком-либо другом направлении.

Хотя плоскость 3, лежащая против р оригинала 4, показана иа чертеже как имеющая равномерный наклон относительно плоскости, перпендикулярной к осям волокон, оиа может иметь и другую форму, например выпуклую или вогнутую, так как оригинал образует угол /Ь с плоскостью элемента 1, перпендикулярной к осям волокон, На фиг. 3 показан способ определения угла 0 . Для простоты здесь показано только одно оптическое волокно. Оптическое волокно состоит из сердцевины 5 с показателем преломления ?f и оболочки 6 с показателем преломления ?? меньшим чем Н Свет, по мере его распространения внутрй сердцевины, претерпевает полное многократное отражение от границы с оболочкой. Если волокно должно заканчиваться под углом ос к плоскости, перпендикулярной к оси волокна, то из- 45 лучение отраженное от границы сердцевины под некоторым углом 8,», будет распространяться тремя путями: первая часть I излучения выходит иэ сердцевины через ее концевую плос- 60 кость? вторая часть lI полностью отра-. жается обратно от концевой плоскости и третья часть Gl выходит наружу через стенку оболочки после полного отражения от концевой плоскости. Сле- щ дует заметить, что имеется еще и другая часть излучения, которая отражается от другой стенки и выходит из концевой плоскости на конце волокна.

Таким образом, если предположить, что излучение в конечном счете, отражается от границы сердцевины в указанной выше точке, то оно достигает концевой плоскости. Учитывая излучемйе, отражен. ное от другой стенки, можно полагать, что концевая плоскость волокна нак- @? лонена под углом aà или — а . Если принимать во внимание угол + ж то пределы углов 9 для трех укаэайных выше составляющих света можно выразить следующим обраэомг

11.1, 1я - х + я ? \7 — )

К х -1 1 1, — я ф, Д в,Я ф. б Qh tf

Ц1,) .1 Ng вйЕ)?? — -26Cч, Аналогичные выражения можно получить, принимая в расчет угол -са

Если угол + Ж увеличить до некоторого значения, то появится четвертая составляющая (IV) иэлучения, которая выходит иэ волокна через стенку оболочки волокна. Значение угла 9 в этом случае будет?

11

8» LM- a-si?? п1

Для того, чтобк большая часть выходящего излучения направлялась на участок оригинала, выступающий эа край элемента, угол 8 должен иметь значение 8wN««a.

Эта особая часть исходящего излучения обозначается здесь как t Таким образом, излучение, распространяющееся внутри сердцевины, к концу волокна претерпевает повторные полные отражения от границы сердцевины под углом 9й" sag

Следовательно, полезную часть энергии составляет излучение,,оказавшееся в зоне, обозначенной I на фиг. 4. Таким образом; угол а должен, во-первых, допускать перенос . наибольшей части входящего излучения отдельнымн волокнами, во-вторых, сводить к минимуму рассеяние излучения, излучаемого волокнами по направлению к оригиналу, в-третьих, направлять излучение, отраженное от оригинала, в желаемую сторону и не пропускать отраженное излучение обратно в волокна.

На фиг. 5 показан способ определения угла /Ь > причем во внимание принята та часть излучения, которая распространялась в волокне в направлении, параллельном оси волокна, так как эта часть излучения составляет наибольшую его долю на выходе.

Поскольку конец волокна срезан нод углом ж к(плоскости, пересекающей ось волокна, луч, исходящий из конца волокна, преломляется на его концевой плоскости. Угол 6, под которь?м преломляется исходящйй луч, может быть выражен следующим образом:

Sesig (N1 () Если излучение, отраженное от оригинала 4, направляется нод углом

62 >6 39 к оси волокна, ro угол / можно найти нз выражения

Ь-3 -1

/5=1.ц+ где S-si (>sin )- .

) Для сравнения рассматривают два типичных случая направления излучения, отраженного от оригинала перпендикулярно к оси волокна, причем в одном случае предполагают угол, равным нулю градусов, а в другом случае предполагают, что этот угол находится в зоне I (см.фиг.4). Когда рассеянное излучение попадает на входной конец оптического волокна, выходной конец которого составляет О" с плоскостью, пересекающей ось во- 15 локна, и если оригинал помещен на плоскости, параллельной плоскости выходного торца, то излучение, ис» ходящее из волокна, падает на оригинал в виде кольца. Размер кольца иэ- 20 меняется в зависимости от, так называемой, числовой апертуры используемого волокна. Если, однако, оригинал помещен под углом к плоскости выходного конца волокна, с тем чтобы на« правлять излучение, отраженное от оригинала, в определенную сторону, то излучение, спроецированное на оригинал с выходного конца волокна, падает на оригинал в виде овала.

Если угол са., находящийся в зоне1 (см.фиг.4), установлен на выходном конце волокна, то излучение исходящее из конца волокна, имеет большую направленность для направления g, чем когда о О. Если отраженное излучение должно быть ориентировано в том же направлении, как и в случае, а » О, то угол между оригиналом и осью пучка излучения; падающего на оригинал, соответственно увеличива- 40 ется. Это значит, что излучение, падающее на оригинал, образует на нем меньшую площадку, чем в случае, когда аС 0.

Отсюда понятно, что большая часть входящего излучения может быть использована для развертывания оригинала без ухудшения разрешающей способности при применении элемента волоконной оптики предлагаемой конфигурации. Отчасти это происходит потому, что излучение, направленное на 50 оригинал, занимает на нем меньшую площадь, а отчасти потому, что излучение. волокон эффективно направлено на оригинал за счет придания некоторого угла с6 выходным концом отдельных волокон. Поэтому разрешающая способность может быть значительно. увеличена, если использовать волокно со сравнительно малой числовой апертурой, обеспечивающей повышенную на-. правленность света.

На фиг. б показана другая форма рлемента волоконной оптики/причем оригинал помещается параллл .но .кнм волокон, т.е./Ь=LR..

На рис. 7 показана дальнейшая модификация формы элемента волоконной оптики, в котором оригинал 4 помещен под прямым углом к осям волокон, т,е. /Ь = О. Эти модификации формы элемента волоконной оптики практически не изменяют результатов, так как элемент волоконной оптики должен только иметь наклон на входной стороне.

Рассматривают варианты исполнения системы передачи иэображений с использованием элементов волоконной оптики.

Элемент 1 волоконной оптики (см. фиг ° 8) является фронтальной частью колбы 7, содержащей электронный прожектор 8 и отклоняющую катушку 9 обычной конструкции. К лицевой стороне колбы 7 прикреплена волоконная пластинка, состоящая нз элемента soлоконной оптики, имеющего выходной конец, расположенный под углом относительно оригинала 4 и прикрепленного к лицевой стороне колбы 7. Волоконная пластинка внутри покрыта люминофором, с которым соединен металлический электрод (на чертеже не показан) . Пучок электронов, испускаемый электронным прожектором 8, бомбардирует люминофорное покрытие, которое возбуждается и люминесцирует.

Излучение исходящее при этом от люминофорного покрытия, вводится в оптические волокна, вследствие чего оригинал 4 облучается. Положение, в котором люминофорное покрытие возбуждается электронным пучком, определяется тем условием, чтобы свет освещал плоскость 2.

Пучок электронов отклоняется в одном направлении, н излучение отдельных волокон направляется на оригинал 4, который движется в направлении, показанном стрелкой. При этом свет отражается от движущегося оригннала и распределение его интенсивности соответствует распределению контрастов изображений, имеющихся на оригинале. Отраженная энергия затем направляется на преобразующие фотоэлементы 10.

Волоконно-оптическая трубка такого типа может найти применение при записи иэображений, если сигналы изображения будут поданы на электронный прожектор. В этом случае излучение распространяется двумя путями: один аналогичен пути света для передачи, другой проходит в волокне на стороне угла Ь от кромки, где поверх= ности 2 и 3 соприкасаются.

На фиг. 9 приведен вариант испольэования элемента волоконной оптики для однонаправленной развертывающей ! передающей трубки, в которой волоконная пластинка I, пристроена к головке передающей трубки. К внутренней стороне волоконной пластинки 1 прик625639 реплен прозрачный электрод 11, на внутренней поверхности которого нанесен фотопроводящий слой 12. Источник света 13 служит для облучения оригинала 4. Свет, отраженный от оригинала вводится в отдельные волокна пластийки 1 в направлении, противоположном показанному на фиг . 8. Свет, прошедший через волокна и прозрачный электрод 11, падает на фотопроводящий слой 12 и изменяет его сопротивление. Путем развертывания фотопроводящего слоя электронным пучком, )О испускаемым электронным прожектором

8, можно получить сигналы изображения и передавать их через конденсатор 14..Ñêîíñòðóèðîâàííàÿ таким образом трубка для передачи изображений работает аналогично видикону и поэтому используемая в ней волоконная пластинка применима также к диссектору с полупрозрачным фотокатодом или к ортикону с переносом изоб-20 ражения, или даже к способу импульсного развертывания с микрофотопроводящими элементами, расположенными в виде решетки. Хотя в трубке, изображенной на фиг. 9, используется линейный элемент волоконной оптики в сочетании с электроннолучевой трубкой однонаправленного развертывания, практическое применение может также найти элемент линейно-кругового преобразования вместе с электроннолучевой

30 трубкой с круговой разверткой. Элемент волоконной оптики может быть использован для линейно-кругового преобразования в сочетании с фотоэлементов 15 и с трубкой 16 для раз- 6 вертывания бегущим лучом (см.фиг.10).

Трубка 17 расположена так, что оригинал 4 облучается в направлении, противоположном показанному на фиг.5.

Свет, излучаемый трубкой 16 фокуск- 40 руется на оригинале 4 линзой 17, а затем отраженный от него свет направляется через элемент 1 волоконной оптики к фотоэлементу 15 который помещен против выходного конца элемента 1. Выходной конец элемента волоконной оптики может иметь такую фор- 45 му и расположение, чтобы соответствовать форме приемника света фотоэлемента 15 или любого другого фотоэлектрического преобразователя. Волокна на выходном конце элемента 1 не 6бя- 50 зательно должны быть расположены одинаково с волокнами на входном конtie. Кроме того часть поверхности элемента, соприкасающаяся с оригиналом, не обязательно должна быть образована оптическими волокнами. В противном случае он должен быть затенен рт падающего на него излучения.

На фиг. 1 1 дан вариант использования элемента волоконной оптики совместно с механическим развертывающим устройством. Свет от источника 18 вводится в одиночное волокно 19 и по нему передается на воспринимающую свет поверхность элемента 1 волоконной оптики, которая в данном случае имеет форму окружности. Свет, переданный по отдельным волокнам, облучает оригинал 4 аналогично случаю, изображенному на фиг. 5. Свет, отраженный от оригинала, направляется на фотоэлементы 20, помещенные напротив выходного конца элемента 1 для преобразования его в электрические сигналы. Одиночное волокно 19

s этом случае вращается вокруг оси, проходящей через среднюю точку окружности, образованной входными концами волокон элемента 1, так, что входной конец элемента. развертывается по кругу с помощью развертывающего волокна 19. Поэтому выходные концы элемента 1 должны развертываться линейно в соответствии с развертыванием на входной стороне. Воспринимаю= щая излучение поверхность элемента 1, соприкасаясь с лицевой стороной колбы электроннолучевой трубки, может действовать аналогично, если пучок электронов отклоняется по окружности.

На фиг. 12 показана модификация варианта, представленного на фиг. ll °

Здесь свет от источника Й1 падает на линейную сторону элемента 1 волоконной оптики, и одиночное волокно 19 воспринимает свет с круговой стороны элемента ° Свет, исходящий из кругового выходногО конца элемента волоконной оптики, передается на фотоэлемент 22 через волокно 19, вращающееся в соответствии с волокнами элемента 1, которые расположены по окружности.

Представленное здесь устройство может быть приспособлено к головке передающей телевизионной трубки, аналогично устройству, представленному на фиг.9.

Если теперь желательно облучать с достаточной равномерностью плоскость 2, то следует уделять особое внимание обеспечению достаточной точности механического изготовления и устойчивости отклоняющего устройства: неправильное облучение выходной поверхности может отрицательно влиять на Разрешающую способность или на величину отношения сигнала к шуму. Чтобы выполнить это требование, необходимо надежно зафиксировать положение, в котором облучается слой люминофора. Как показано на фиг. 13, световые детекторы 23 помещены на концевой поверхности волоконной плас т инки 1 так, чтобы излучение, переданное с волоконной пластинки, проходило между ними. Электрические сигналы, возникающие в световых детекторах 23, подаются на разностный детектор 24, с помощью которого определяется интенсквность отдельных порций излучения. Разность электрических сигналов, обнаруженная разностным детектором 25, подается на

625639

УйЯ-(a-si0 ) и, схему коррекции 26, которая направляет сигналы коррекции положения пуча на отклоняющие катушки 9 с тем, чтобы скорректировать разницу интенсивностей на волоконной пластинке 1.

Предлагаемый элемент волоконной оптики найдет широкое применение в. тех случаях, когда требуется передача иэображений с большой скоростью и с высокой разрешающей способностью при высоком коэффициенте использования света. 10

Формула изобретения

Сканирующее устройство для пере- l5 дачи факсимиле через волоконную оптину, содержащее выполненную иэ множества оптических волокон световолоконную деталь, используемую в сочетании с электроннолучевой трубкой, например, типа диссектор, ортнкон, видикон и другими и фотоэлементом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества передаваемого изобретения с одновременным повышением разрешающей способности при высоком коэффициенте использования света, выходная поверхность световолоконной детали выполнена в виде расположенных под углом одна к другой двух смежных плоскостей, одна из которых параллельна плоскости оригинала,а другая наклонена к плоскости, перпендикулярной к оси волокон, на угол, обеспечивающий прохождение максимального количества света через волокна к оригиналу.

625639

Составитель 8, Ванторин

Редактор Т. Иванова Техред Е.Давидович Корректор Л. Василина

Заказ 5650/54 Тираж 621 Подписное

ЦИИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035 Иосква Ж-35 Раушская наб. д . 4j5

Филиал ППП ™ Патент, г. Ужгород, Ул. Проектная, 4