ПОРТАТИВНЫЙ ПЕРЕНОСНОЙ ПРОЕКЦИОННЫЙ АППАРАТ ЧТЕНИЯ МИКРОФИШ Российский патент 2008 года по МПК G03B21/10 G02B27/18 H04N5/74 

Область техники

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к проекционным системам чтения микрофиш.

Уровень техники

Широко известные проекционные системы для чтения изображений с микрофиш включают в себя узел осветителя с лампой накаливания, узел линзового конденсора, одного или нескольких репродукционных объективов, откидного зеркала и экрана, на которое проецируется изображение кадра с микрофиши. Однако в таких системах необходимый для просмотра кадр на микрофише выбирается перемещением подвижной каретки в горизонтальной плоскости по двум взаимно перпендикулярным направлениям.

В проекционных системах требуется также выполнение следующих основных требований:

1. За одно перемещение каретки с микрофишей должно быть отображено большее количество кадров с микрофиши на экране.

2. Разрешающая способность репродукционных объективов должна быть не менее 100 лин/мм.

Были предложены различные варианты решения этих проблем.

В одном из первых аналогов была предложена оптическая система чтения кадров на микрофише, содержащая источник излучения, конденсор, зеркало, изламывающее оптическую ось на 90 градусов, устройство для установки микрофиши, объектив и систему зеркал для проекции изображения микрофиши на экран. В данной оптической системе обеспечивается изменение оптических путей во время проекции изображения с кадра микрофиши [1]. Сменный кожух обеспечивает наблюдение изображения на встроенном экране или проекцию изображения на внешний экран, стену или потолок. Перемещающиеся линзы, формирующие изображение, имея универсальную систему фокусировки, обеспечивают возможность переменного увеличения для всех позиций микрофиши.

Недостатком аналога является то, что для смены кадра на микрофише требуется механическое перемещение микрофиши относительно оптической оси объектива.

Известно устройство для считывания изображения с ленты микрофильма и проекции данного изображения на экран. Устройство содержит в себе лампу накаливания, рефлектор, первую конденсорную линзу, зеркало, вторую конденсорную линзу, проекционный объектив и узел установки микрофиши [2]. Изображение с микрофильма отображается при помощи проекционного объектива. В данном аналоге имеется автоматический режим контроля фокусировки.

Недостатком данного аналога является то, что для смены кадра на микрофише требуется механическое перемещение микрофиши относительно оптической оси объектива.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве прототипа, является оптическая система читального аппарата [3].

В этом прототипе рассматривается устройство чтения микрофиш, содержащее источник излучения с параболическим отражательным зеркалом, конденсор, зеркало, первую и вторую стеклянные пластины, проекционный объектив и экран, а также устройство установки и перемещения микрофиши. Оптический модуль направляет излучение от источника света через микрофишу на отражающую сторону экрана. Проекционный объектив размещен между микрофишей и фокусом конденсора на заданном удалении от конденсора. Это расстояние выбирается, исходя из требуемого увеличения и достижения максимальной эффективности использования светового потока всей оптической системой.

Оптический блок прототипа спроектирован таким образом, чтобы фокус конденсора располагался на оптической оси системы между экраном и блоком проекционного объектива.

Для увеличения количества полезной энергии, передаваемой от источника света на экран, между источником излучения и конденсором установлена корректирующая линза. Линза имеет квадратное отверстие, которое позволяет без ограничений пропускать центральную часть пучка, достаточную для освещения краев экрана. Помимо этого, по краю линза обладает светопреломляющими свойствами для того, чтобы направить на экран существенную часть светового потока, который в противном случае не попадал бы в пределы экрана.

Недостатками прототипа являются:

1) сложность изготовления и крепления корректирующей линзы с квадратным отверстием, причем затруднено позиционирование и контроль положения корректирующей линзы в приборе из-за жестких требований к ее поперечному положению и к развороту;

2) наличие механических перемещений микрофиши в горизонтальной плоскости по двум взаимно перпендикулярным направлениям для смены кадра на микрофише;

3) большие габариты оптической системы;

4) стационарность аппарата, построенного по данной схеме.

Сущность изобретения.

Целями настоящего изобретения являются:

- улучшение качества изображения на экране аппарата;

- уменьшение количества механических перемещений микрофиши в горизонтальной плоскости по двум взаимно перпендикулярным направлениям;

Поставленные цели достигаются путем:

- введения акустооптического дефлектора (АОД) для уменьшения количества механических перемещений микрофиши в горизонтальной плоскости по двум взаимно перпендикулярным направлениям;

- повышения разрешающей способности проекционных объективов до 100 лин/мм.

Описание изобретения и прилагаемых фигур.

Основные принципы, используемые для решения проблем, рассматриваемых в настоящем изобретении, иллюстрируются прилагаемыми фигурами.

На фиг.1 - фиг.2 показаны компоновочная и оптическая схемы проекционного аппарата чтения микрофиш по патенту прототипа.

На фиг.3 показана схема портативного переносного проекционного аппарата чтения микрофиш в соответствии с заявляемым изобретением.

На фиг.4 представлен вариант исполнения акустооптического дефлектора.

На фиг.5 показана схема, поясняющая процесс сканирования кадров на микрофише за 1 цикл перемещения микрофиши.

На фиг.6 приведен график типовой модуляционной функции для проекционных объективов с кратностями увеличения 24, 42, 48 крат.

Ниже приведено подробное описание предлагаемых решений поставленных проблем и принципов функционирования, представленных на фигурах устройств.

Вся конструкция читального аппарата по патенту прототипа представлена на фиг.1. Читальный аппарат состоит из основания 1, на который устанавливается оптический блок 2. Между стеклянными прижимными пластинами 3 и 4 устанавливается микрофиша 5. Верхняя прижимная пластина 4 является подвижной и приподнимается, позволяя тем самым устанавливать или вынимать микрофишу. Обе пластины совместно могут перемещаться в заданной плоскости. Читальный аппарат имеет кожух 6, крепящийся к основанию с помощью двух кронштейнов и имеющий на передней панели проекционный экран 7.

На фиг.2 представлен оптический блок 2 читального аппарата, изображенного на фиг.1. Этот блок проецирует изображение с микрофиши на экран с тыльной стороны. В соответствии с прототипом оптический блок содержит определенное количество компонентов. Среди этих компонентов можно выделить источник излучения 9, установленный в цоколе 8, параболическое отражательное зеркало 10, используемое для использования всего светового потока, излучаемого в сферу, корректирующую линзу 11, а также зеркало 12, которое меняет направление распространения излучения с горизонтального на вертикальное для подсветки микрофиши. Дополнительные зеркала (не показаны) применяются для изменения направления распространения излучения внутри корпуса при переносе изображения на экран. Необходимо выделить конденсор 13 и проекционный объектив 14.

В соответствии с предлагаемым изобретением портативный переносной проекционный аппарат чтения микрофиш содержит установленные вдоль оптической оси источник света с отражательным зеркалом, первую и вторую линзу конденсора, разрезной теплофильтр, поворотное зеркало, третью линзу конденсора, акустооптический дефлектор, формирующую линзу, первую и вторую прижимные стеклянные пластины, проекционный объектив, откидывающееся поворотное зеркало и экран для наблюдения, устройство перемещения микрофиши с двумя прижимными стеклянными пластинами, а также дополнительно установлены электрически связанные между собой электронный коммутатор, ультразвуковой генератор, устройство управления и кнопочный переключатель для управления отклонением света с помощью АОД (фиг.3).

Согласно заявляемому изобретению (фиг.3) излучение от источника света 16, отражаясь от отражательного зеркала 15, используемого для увеличения использования светового потока, излучаемого в сферу, направляется на первую и вторую линзы 17 и 18 конденсора. На пути оптического излучения установлен разрезной теплофильтр 19, который предохраняет оптическую систему и микрофишу 24 от нагрева ИК-излучением. Далее излучение отражается от поворотного зеркала 20 и направляется через третью линзу конденсора 21 на АОД 22, за которым установлена формирующая линза 23. Микрофиша 24 установлена между первой 25 и второй 26 прижимными стеклянными пластинами. Широкопольный репродукционный объектив 27 создает изображение на экране 29 с определенного изображения на кадре микрофиши, с помощью светового пучка, прошедшего через АОД 22. Зеркало 28 служит для уменьшения габаритов оптической системы. Коммутатор 30, ультразвуковой генератор 31 и блок управления 32, кнопочный переключатель 33 служат для управления работой АОД 22.

Для уменьшения угла между оптической осью системы и излучением, отклоненным с помощью АОД 22, используется формирующая линза 23. Это позволяет, в первую очередь, снизить требования, предъявляемые к широкопольному репродукционному объективу 27, а также достичь максимальной эффективности использования светового потока всей оптической системой.

Основным элементом портативного переносного проекционного аппарата чтения микрофиш согласно изобретению является акустооптический дефлектор 22, предназначенный для управления угловым положением оптического луча в пространстве. В состав АОД (на фиг.3 не показаны) входят: светозвукопровод, пьезоэлектрический преобразователь, устройство согласования пьезопреобразователя с ВЧ трактом, защитный кожух. АОД выполнен на кристалле парателлурита TeO₂ (фирмы «Photon» http://www.sigma-optic.ru/aoustr.html). Основные технические параметры АОД представлены в таблице 1.

Представленный на фиг.4 вариант исполнения акустооптического дефлектора представляет собой восьмигранную призму 22 с четырьмя пьезопреобразователями 22', подключенными через коммутатор 30 к ультразвуковому генератору (УЗГ) 31 и устройству управления 32. В зависимости от того, на какой из пьезопреобразователей подается звуковое колебание от УЗГ, сканирование кадров на микрофиши происходит в горизонтальной плоскости по двум взаимно перпендикулярным направлениям, а также в диагональных направлениях.

На фиг.5 поясняется процесс работы портативного переносного проекционного аппарата чтения микрофиш по сканированию кадра микрофиши. Излучение 36, прошедшее через АОД, подсвечивает определенный кадр 34 микрофиши 24. В поле зрения 35 репродукционного объектива одновременно попадает несколько кадров микрофиши. Стрелками показаны возможные отклонения светового пучка АОД за 1 цикл перемещения микрофиши в горизонтальной плоскости в двух взаимно перпендикулярных направлениях, а также в диагональных направлениях. Следующий цикл перемещения каретки с микрофишей 24 осуществляется после того, как все кадры просмотрены. При работе номер кадра на микрофише задается кнопочным переключателем 33 (фиг.3), а его сдвиг от одного положения до другого положения вне поля зрения осуществляется устройством перемещения микрофиш либо вручную либо автоматическим с помощью шаговых двигателей (на чертеже не показаны).

Таким образом, в прототипе для отображения каждого изображения внутри кадра микрофиши необходимо постоянное ее перемещение, а в заявляемом изобретении - в пределах одного кадра на микрофиши ее механические перемещения не нужны, т.к. сдвиги по диагонали и горизонтальные перемещения изображений внутри кадра осуществляются за счет АОД, что значительно упрощает поиск требуемого изображения внутри кадра.

Таблица 1
Технические характеристики АОД.Техническая характеристикаЕдиница измеренияPhoton-2201Акустическая мода-6 от оси [110], медленная сдвиговая волнаМакс.длина волнынм514Время заполнениямкс15Оптическая апертуранм10Центральная частотаМГц85ПолосаМГц35Дифракционная эффективность в полосе%>50Скорость акустической волным/с651Входной импедансОм50Число разрешимых положений-525

Таким образом, в заявляемом портативном переносном проекционном аппарате чтения микрофиш нет необходимости в постоянном перемещении (вручную или автоматически) микрофиши для смены изображений внутри одного кадра.

В заявляемом портативном переносном проекционном аппарате чтения микрофиш благодаря наличию АОД можно дискретно изменять угол сканирования определенного кадра изображения на микрофише как путем изменения частоты управляющего воздействия, так и за счет особенности геометрической формы АОД.

Для определения связи между частотой управляющего воздействия и углом сканирования рассмотрим следующий пример (сканирование в горизонтальной плоскости по двум взаимно перпендикулярным направлениям).

Пусть расстояние d между двумя соседними кадрами микрофиши в горизонтальной плоскости составляет 12,5 мм (например, при типоразмере кадра микрофиши 105×148 мм) (фиг.5). Расстояние а по оптической оси от плоскости микрофиши до главной плоскости линзы 9 составляет 240 мм (фиг.3). Тогда угол сканирования θ определяется из соотношения:

sinθ=arctg(d/a)=0,052

С другой стороны,

sinθ=λ/Λ_зв,

где λ - средняя длина волны излучения - 0.514·10^-3 мм;

Λ_зв - длина звуковой волны.

Тогда Λ_зв=λ/sinθ=9,8·10^-3 мм.

Частота управляющего воздействия определяется из выражения:

f_зв=V_зв/Λ_зв.

f_зв=651/9,8·10^-6≈65 МГц.

В случае сканирования в горизонтальной плоскости по диагональным направлениям частота управляющего воздействия изменится. Приведем соответствующие выкладки.

Расстояние d' (фиг.5)между двумя соседними кадрами микрофиши в диагональной плоскости будет уже составлять

sinθ≈tg(d′/a)=0,073.

Тогда Λ_зв=λ/sinθ=7,05·10^-3 мм.

Частота управляющего воздействия при этом равна:

f_зв=V_зв/Λ_зв,

f_зв=651/7,05·10^-6≈92,3 МГц.

Качество изображения на экране зависит от разрешающей способности применяемых проекционных объективов. Для этого случая специально были разработаны проекционные объективы с разными кратностями увеличения и соответствующей разрешающей способностью. На фиг.6 приведен график типовой модуляционной функции для проекционных объективов с кратностями увеличения 24, 42, 48 крат,

где 37 - график модуляционной функции с кратностью увеличения 24 крат;

38 - график модуляционной функции с кратностью увеличения 42 крат;

39 - график модуляционной функции с кратностью увеличения 48 крат;

К - относительный контраст;

R_N - измеренные значения визуальной разрешающей способности.

В результате измерений данных объективов были получены следующие значения визуальной разрешающей способности в лин/мм для соответствующих значений относительного контраста:

Кратность увеличения объективаИзмеренное значение визуальной разрешающей способности R_изм [лин/мм]Измеренное значение визуально наблюдаемого контраста К, отн.ед.24 крат100 - требуемое значение0,25530 - максимальное значение0,0242 крат100 - требуемое значение0,4510 - максимальное значение0,0248 крат100 - требуемое значение0,45550 - максимальное значение0,02

Для достижения поставленных целей в соответствии с заявляемым изобретением применялись следующие технические решения и были получены следующие результаты:

1. Улучшение качества изображения на экране достигается путем применения проекционных объективов с визуальной разрешающей способностью до 100 лин/мм.

2. Уменьшение количества механических перемещений микрофиши в горизонтальной плоскости по двум взаимно перпендикулярным направлениям достигается путем применения быстродействующего акустооптического дефлектора, выполненного в виде 8-гранной призмы с числом пьезопреобразователей равным 4.

Список литературы

1. William T. Link. Microfiche reader assembly and method, Patent USA No 4,334,742 of Jun.15, 1982.

2. Masaaki Kuriyama. Microfilm image processing apparatus automatic focus control capabilites. Patent USA No 5,005,967 of Apr.9, 1991.

3. William T. Link. Optical arrangement for use in a microfiche reader and method, Patent USA No 4,334,743 of Jun. 15, 1982 - прототип.

Портативный переносной проекционный аппарат чтения микрофиш содержит установленные вдоль оптической оси источник света с отражательным зеркалом, первую и вторую линзы конденсора, поворотное зеркало, третью линзу конденсора, первую и вторую прижимные стеклянные пластины, проекционный объектив, откидывающееся зеркало и экран для наблюдения, а также устройство перемещения микрофиш. Между второй линзой конденсора и поворотным зеркалом установлен разрезной теплофильтр. Между третьей линзой конденсора и первой прижимной стеклянной пластиной установлены акустооптический дефлектор и формирующая линза акустооптического дефлектора. Введены электрически связанные между собой электронный коммутатор, ультразвуковой генератор и устройство управления. Акустооптический дефлектор выполнен в виде 8-гранной оптически прозрачной призмы с числом пьезопреобразователей равным 4, подключенным через коммутатор к ультразвуковому генератору таким образом, что сканирование кадров на микрофише происходит в горизонтальной плоскости по двум взаимно перпендикулярным направлениям и по диагональным направлениям. Проекционные объективы имеют разрешающую способность не менее 100 лин/мм. Технический результат - улучшение качества изображения на экране аппарата и уменьшение количества механических перемещений микрофиши в горизонтальной плоскости. 6 ил., 2 табл.

Портативный переносной проекционный аппарат чтения микрофиш, содержащий установленные вдоль оптической оси источник света с отражательным зеркалом, первую и вторую линзы конденсора, поворотное зеркало, третью линзу конденсора, первую и вторую прижимные стеклянные пластины, проекционный объектив, откидывающееся зеркало и экран для наблюдения, а также устройство перемещения микрофиш, отличающийся тем, что между второй линзой конденсора и поворотным зеркалом установлен разрезной теплофильтр, между третьей линзой конденсора и первой прижимной стеклянной пластиной установлены акустооптический дефлектор и формирующая линза акустооптического дефлектора, а также дополнительно установлены электрически связанные между собой электронный коммутатор, ультразвуковой генератор и устройство управления, причем акустооптический дефлектор выполнен в виде 8-гранной оптически прозрачной призмы с числом пьезопреобразователей, равным 4, подключенными через коммутатор к ультразвуковому генератору таким образом, что сканирование кадров на микрофише происходит в горизонтальной плоскости по двум взаимно перпендикулярным направлениям и по диагональным направлениям, а проекционные объективы имеют разрешающую способность не менее 100 лин/мм.