Устройство для оптико-электрического преобразования информации на ленточном электростатическом носителе Советский патент 1986 года по МПК G03G15/00 

1

Изобретение относится к устрой- ствам для получения электрографических изображений и может быть использовано для нанесения изображений на ленточный электростатический

носитель.

Цель изобретения - повыкение

качества преобразования при нанесении информации на ленточный электростатический носитель.

На фиг. 1 изображена структурная схэма устройства; на фиг. 2 - сканирующий оптический узел и узел волоконно-оптического геометрического преобразователя , на фиг. 3 - ленточ- ный носитель, разрез на.фиг, 4 - временные диаграммы сигналов в некоторых точках устройства.

На чертеже обозначены ленточный носитель 1, лентопротяжньш механизм 2 подачи ленточного носителя с электроприводом 3, блок 4 электризации и записи информации, заряжающие электроды 5, оптический узел 6, обеспечивающий проецирование оптического изображения 7 объекта передачи с необходимым временем экспозиции (посредством щелевой диафрагмы 8 с электромеханическим затвором и объектива 9), блок 10 считывания информации сканирующий оптический узел 11, узел 12 источника света, узел 13 волоконно-оптического геометрического преобразователя, привод 14, светопроницаемый токопроводящий электрод 15, конденсатор 16, усилитель 17, сопротивление 18, блок 19 формирования управляющих сигналов, импульсньй высоковольтный генератор 20, источник 21 стабилизирова нного напряжения, фокусирующий объектив 22, зеркала 23 и 24, развязьгоанщая цепочка 25 (КС-цепочка), токопроводящий слой 26, фотополупроводниковый слой 27 и диэлектрическая основа 28.

Оптико-геометрический преобразователь имеет сканирующий оптический узел 11 и узел 13 волоконно- оптического геометрического преобразователя.

Принцип действия устройства заключается в следующем.

На внешней поверхности заряжен- нрго (например, в электрическом поле отрицательного коронного раз

ряда) и проэкспонированного носителя образуется сравнительно тонкий слой (рубашка) отрицательных ионов. Па считывающем.токопроводящем электроде.

j

0 5

0

5

0

5

222

размещенном вблизи этой поверхности ленточного носителя, индуцируются электрические заряды, величина которых соответствует зарядовому распределению ленточного носителя, причем в воздушном микрозазоре образуется сильное и неоднородное электрическое поле, а такую структуру в целом принято рассматривать как ЩПИ-конденсатор с неоднородным или многослойным диэлектриком.

При оптико-электрическом считывании электростатических изображений за счет последовательного освещения элементарных участков носителя на считывающем электроде освобождается такое же количество ранее связанных и индуцированных зарядов, какое нейтрализуется на ленточном носителе при его сканировании сфокусированным лучом лазерного и.сточника света. При этом мгновенное значение сигнального тока зависит от величины исходного потенциала того участка светочувствительного слоя носителя, на котором в данньи момент времени находится сканирующее световое пятно ,

При одновременном действии интенсивного светового потока и сильного электрического поля в воздушном микрозазоре возникают ионизационные явления, которые могут усилиться, если на считывающий электрод задать - дополни Гельный потенциал от внешнего источника стабилизированного напряжения. При этом за счет отрыва и направленного перемещения лишних электронов от отрицательных ионов, расположенных на поверхности носителя, создается дополнительная составляющая сигнального тока, что способствует увеличению разрешающей способности и чувствительности;

В блоке 4 электризации и записи информации установлен проекционный объектив со щелевой дифрагмой и электромеханическим затвором, предназначенным для экспонирования оптического изображения объекта передачи на предварительно заряженньй (очув- ствленный) в поле коронного разряда (с помощью заряжающих электродов, подключенных к импульсному высоковольтному генератору) ленточньм носитель. Носитель должен быть выполнен в виде гибкой диэлектрической основы с токопроводящим зазем- .ленным слоем, на который нанесен

3

светочувствительньй фотополупроводниковый слой.

Построчное считывание записанного на носителе электростатического зарядового распределения эффективно, т.е. с высокой четкостью и чувствительностью реализуется при плоскостном оптико-электрическом сканировании поверхности носителя. Сканирующий световой луч, проходя через то- копроводящий электрод и воздушный микрозазор,.последовательно освещает элементарные участки поверхности фотополупроводникового слоя носителя. При этом заряд считываемого участк а поверхности носителя, ограниченного площадью сканирующего светового пятна, нейтрализуется за счет изменения сопротивления элементарного объема фотополупроводникового слоя и проте- кания в нем фототока, перемещения в малом по величине воздушном зазоре освобождающихся с поверхности носителя в вытягивающем электрическом поле элементарных зарядов. Одновре- менно ранее связанные посредством электростатического поля зарядового рельефа носителя и индуцированные на токопроводящем электроде заряды освобождаются и, протекая во входной цепи видеоусилителя, образуют сиг- на льньй ток. На входе усилителя 17 формируется аналоговый электрический сигнал, соответствующий зарядовому распределению вдоль считываемой строки записанного на носителе изображе- ния, т.е. видеосигнал. Кадровая развертка реализуется в устройстве за счет равномерного линейного перемещения носителя в направлении, перпендикулярном относительно линейного считывающего торца узла 13 воло- (сонно-оптического преобразователя посредством лентопротяжного механизма.

Устройство работает следующим образом.

После включения устройства его блок 19 посредством подачи соответствующих управляющих сигналов (фиг.Дв включает электропривод 3 лентопро- . тяжного механизма 2, генератор 20 и блок 4 электризации и записи информации. На заряжающие электроды 5 блока 4 при этом подается импульсное напряжение размахом 5-10 кВ. При перемещении носителя 1 в блок 4 его фотополупроводников ый слой 27 (фиг.3) в начале равномерно заряжается в попе коронного разряда, создаваемого

0 5 о .

5,

0

5

0

122 « между заряжающими электродами 5 и заземленным металлическим слоем 26 носителя 1 (фиг. 4а). Затем данный участок носителя 1 размещается в зоне записи оптического изображения блока 4, где посредством оптического узла 6 осуществляется проецирование и экспонирование одного кадра изображения 7 объекта передачи, т.е. с помощью затвора 8 и объектива 9 на фотополупроводниковом сло е 27 формируется электростатический зарядовый рельеф, представленньй в виде потенциального распределения фрагмента строки (фиг. 4). Запись исходного изображения осуществляется за счет локальных изменений величин прово- димостей его засвечиваемых участков и перераспределения электростатических зарядов. После этого данный участок ленточного носителя 1 перемещается для считывания в блок 10,. а в блоке 4 электризации и записи информации осуществляется предварительная зарядка и запись последующих кадров изображения 7 объекта передачи.

Далее подключается блок 10 считывания, и преобразование записанного на носителе кадра изображения в видеосигнал осуществляется следующим образом. Когерентный монохроматический световой поток высокой интенсивности от источника узла 12 направляется фокусирующим объективом 22 и зеркалами 23 и 24 через световод узла 13 волоконно-оптического геометрического преобразователя (типа кольцо-строка), электрод 15 и воздушный- микрозазор на поверхность носителя 1. При этом происходит быстрая засветка и фоторазрядка элементарного участка слоя 26 носителя 1, площадь которого ограничена сканирующим световым пятном. Часть элементарного заряда стекает с освещенного участка слоя 27 через его объем на заземленный металлический слой 26 вследствие изменения проводимости слоя. В объеме слоя происходит перераспределение и рекомбинация связанных ранее носителей зарядов. Одновременно другая часть электростатических зарядов с поверхности носителя 1 перемещается через малый воздушный зазор на электрод 15 под действием вытягивающего электрического поля, создаваемого источником 21 стабилизированного напряжения, и образуется сигнальный ток. Одновременно происходит изменение на- пряженцости электростатического поля в зазоре, и индуцированные на электроде 15 и связанные ранее элек- тростатическим полем зарядового рельефа носителя 1 элементарные заряды стекают с электрода 15 через конденсатор 16, сопротивление 18 нагрузки, включенное на входе усили- теля 17.

В этом случае в тракте считывания образуется сигнальньй ток, а напряжение на сопротивлении 18 являетс видеосигналом, соответствующим очи- тываемому зарядовому распределению носителя 1 (фиг. ,8) .

Строчное сканирование осуществляется за счет равномерного вращения приводом 14 сканирующего оптичес- кого узла 11. Сканирующий световой луч, направленный вдоль вспомогательной оптической оси узла 11 на кольцевой торец узла 13, проходит через световод, электрод 15 и воз- душный микрозазор на носитель 1. Кадровая развертка считьшаемой строк обеспечивается за счет линейного равномерного перемещения ленточного носителя 1 лентопротяжным механизмом 2 относительно установленного неподвижно блока 10считывания информации. Величина воздушного микрозазора в зоне считывания уста навливается в прделах 5-50 мкм, а апертура светового луча согласуется с апертурой световодов узла 13. Аналогичным образом производится считьгаание последующих кадров изображения, записанных на ленточном носителе 1, а сформиро- ванньй видеосигнал (фиг. 4г.) подается на выход устройства. В процессе считьгеания электростатическое изображение стирается, и цикл зарядка-запись-считывание может многократно повторяться на каждом из участков носителя 1.

При работе устройства обеспечивается увеличение разрешающей способности при считывании электростатичес ких изображений при необходимой высокой чувствительности и заданном отношении сигнал/шум на выходе устройства.

В устройстве применен типовой ла- зерный источник света с фокусирующим объективом 22, имеющий мощность- излучения не менее 2 мВт. Причем

оптическая ось лазера узла 12 совмещена с главной осью узла 13 волоконно-оптического геометрического преобразователя, которьй выполнен идентично преобразователю типа кольцо-с.тро- ка. Преобразователь состоит из параллельного набора отрезков волоконных световодов с одинаковыми диаметрами, коэффициентом светопередачи и длиной предварительно собранных в виде полого цилиндра. При этом на входном торце преобразователя узла 13 центры отполированных торцов волокон, собранных в кольцо5 совпадают с окружностью, длина которой соответствует ширине ленточного носителя 1. Другой торец преобразователя узла 13 развернут в отрезок прямой, т.е. в строку, длина которой также соответствует ширине носителя. Эти торцы волокон также отполированы, и на них нанесен методом вакуумного напыления светопроницаемый токопроводящий электрод 15. Он соединен через соответствующую КС-цепочку с входом усилителя 17 и потенциальным выводом источника 21 стабилизированного напря- ;кения. Линейный выходной торец преобразователя узла 13 размещен в непосредственной 6jni3ocTn (с микрозазором 8-30 мкм) от поверхности носителя 1. При сканировании кадра носителя 1, перемещаемого лентопротяжным механизмом 2 под электродом 15, формируется электрический сигнал изображения, т.е. видеосигнал.

Число элементов разложения в считываемой строке определяется количеством волоконных световодов преобразователя узла 13. Остальные параметры разложения (частота, длительность элементов, строк, кадров) задаются скоростью сканирования, т.е. скоростью .вращения привода 14, на валу которого установлен сканирующий оптический узел 11. При этом узел 11 представляет собой полую цилиндрическую муфту с размещенными на ней двумя зеркалами 23 и 24, установленными под углом 90 относительно друг друга и соответственно под углами 45 к главной и вспомогательной оптическим осям узла 11. Центр зеркала 23 совмещен с главной оптической осью узла 11, с оптическими осями лазера узла 12, обт екти- ва 22 и с осью вращения привода 14.

Вспомогательная ось, с которой совмещен центр зеркала 24, совпадает при вращении узла 11 с центрами входных торцов волокон преобразователя узла 13. При этом кольцевой торец преобразователя узла 13 расположен в плоскости переднего фокуса объектива 22, чем достигается после двухкратного отражения от зеркал 23 и 24 последовательньм ввод сфокусиро- ванного лазерного луча в волоконные световоды. Таким образом, с помощью узла 11 осуществляется высокоскоростное сканирование узконаправленного когерентного светового луча и повышенными линейностью и то 1ностью позиционирования при произвольной ширине ленточного носителя 1.

Использование изобретения повышает качество преобразования изо- бражения.

Формул а изобретения

Устройство для оптико-электричес- кого преобразования информации на ленточном электростатическом носител содержащее лентопротяжньй механизм подачи ленточного носителя с электроприводом, усилитель, блок электриза- ции и записи информации, включающий заряжающие электроды, блок формирования управляющих сигналов и блок считывания информации, включающий соединенный с приводом оптико-геометрический преобразователь и узел источника света, расположенные на одной оптической оси,, отличающееся тем, что, с целью повьщ1ени качества преобразования, в него введены источник стабилизированного на

5

0

5

5

пряжения, импульсньш высоковольтньм генератор, развязьшающая цепочка, узел источника света выполнен в ви- j де когерентного лазерного источника светового луча, блок электризации и записи информации снабжен проекционным объективом с диафрагмой и электромеханическим затвором, его заряжающие электроды расположены вблизи поверхности ленточного носителя, вьшолненного в виде гибкой диэлектрической основы с токопроводящим слоем с нанесенным на нем светочувствительным фотополупроводниковым слоем, при этом выход источника стабилизированного напряжения соединен .лерез развязывающую цепочку с входом усилителя, который выходом подключен к входу блока формирования управляющих сигналов, соединенного первым выходом с входом привода блока считывания, второй выход блока формирования управляющих сигналов соединен с входом когерентного лазерного источника светового луча, третий его выход связан с входом электропривода лентопротяжного механизма подачи ленточного носителя, причем первьй синхронизирующий выход блока формирования управляющих сигналов непосредственно, а второй его синхронизирующий выход через импульсной высоковольтньш генератор с соответствующими входами блока электризации и записи информации, причем оптическая ось проекционного объектива, диафрагмы и электромеханического затвора блока электризации и записи информации перпендикулярна поверхности ленточного носителя.

НаП

Изобретение позволяет повысить качество преобразования в устройстве для оптико-электрического преобразования информации на ленточном электростатическом носителе. Устройство содержит ленточньй носитель 1 с электроприводом 3, лентопротяжньй механизм 2 подачи носителя 1, усилитель 17, блок 4 электризации и записи- информации с заряжающими электродами 5, блок 19 формирования управляющих сигналов. Блок 10 считывания информации включает привод 14, оптико-геометрический преобразователь 7 13, узел источника света, выполненный в виде когерентного лазерного источника 12 светового луча. Блок 4 имеет проекционный объектив 9 с электромеханическим затвором 8. Электроды 5 расположены вблизи поверхности носителя 1, выполненного в виде гибкой диэлектрической основы с токо- проводящим слоем с нанесенным на нем светочувствительным слоем. Источник 21 стабилизированного напряжения соединен через развязывающую цепочку 25 с входом усилителя 17, который выходом подключен к входу блока 19, соединенного первым выходом с вхо- . дом привода 14. Второй выход блока 19 соединен с входом источника 12, третий его выход связан с входом электропривода 3. Первый синхрони- . зирующий выход блока 19 непосред- ств.енно, а второй его синхронизирующий выход через импульсньй высоковольтный генератор 20 связаны с соответствующими входами блока 4. Оптическая ось объектива 9, диафрагмы и затвора 8 блока 4 перпендикулярна поверхности носителя 1. 4 ил. СД

i -.y. -; ,

Фиг.З

27 -26

,

iU«

г UK

VM

ф«. ВНИИПИ Заказ 8528/50 Тираж 447 Подписное

Филиал ППП Патент, г. Ужгород,ул.Проектная,4