устройство для сканирования оригинала и анализа цвета

Формула изобретения

Устройство для сканирования оригинала и анализа цвета, содержащие последовательно расположенные и оптически связанные объектив и световолоконный жгут, оптический выход которого разделен на оптические каналы, два фотоприемника, два светофильтра, блок управления, при этом оптический выход объектива оптически связан с оригиналом, оптический выход первого оптического канала связан с оптическим входом первого светофильтра, а оптический выход второго оптического канала оптически связан с вторым светофильтром, отличающееся тем, что оптический выход первого светофильтра оптически связан через введенную первую жидкокристаллическую ячейку на основе холестерических жидких кристаллов с оптическим входом первого фотоприемника, а оптический выход второго светофильтра оптически связан через введенную вторую жидкокристаллическую ячейку на основе холестерических жидких кристаллов с оптическим входом второго фотоприемника, при этом оптический выход третьего оптического кнала связан с оптическим входом введенного третьего фотоприемника через введенную и последовательно расположенную на одной оптической оси объектива третью кристаллическую ячейку на основе холестерического жидкого кристалла, разделяющую световую волну на отраженные и проходящие световые волны, четвертую жидкокристаллическую ячейку на основе нематического жидкого кристалла, анализатор и третий светофильтр, при этом на пути отраженной световой волны введено зеркало, оптически связанное с оптическим входом четвертой жидкокристаллической ячейки на основе нематического жидкого кристалла, причем все жидкокристаллические ячейки электрически связаны с блоком управления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к полиграфии, в частности к устройствам считывания цветного оригинала с одновременным цветоделением.

Известны устройства считывания цветных оригиналов, установленных на вращающемся цилиндре оригиналодержателе, содержащие оптическую систему с объективом, светофильтрами, световолоконным жгутом, разделенным по меньшей мере на три оптических жгута, фотоприемниками [1]

Недостатком известных устройств являются невозможность без замены светофильтров анализировать цвета оригинала в различных колориметрических системах.

В предлагаемом устройстве этот недостаток устраняется за счет использования в качестве светофильтров жидкокристаллических ячеек на основе холестерических жидких кристаллов, спектральное пропускание которых регулируется с помощью электрических сигналов. Таким образом, достигается возможность регулировать кривую спектрального пропускания оптических светофильтров и анализировать цвет в различных колориметрических системах.

На чертеже изображено устройство для сканирования оригиналов и анализа цвета.

Оно содержит двигатель 1 для вращения барабана 2 с установленным оригиналом изображения, объектив 3, блок управления 4, световолокно 5, жидкокристаллическую ячейку на основе холестерического жидкого кристалла (ХЖКЯ) 6, светофильтр 7, фотоприемник 8, ХЖКЯ 9, светофильтр 10, фотоприемник 11, объектив 12, ХЖКЯ 13, зеркало 14, жидкокристаллическую ячейку на основе нематического жидкого кристалла (НЖКЯ) 15, анализатор 16, светофильтр 17, фотоприемник 18.

Устройство работает следующим образом.

При вращении двигателем 1 барабана 2 с установленным оригиналом изображения объектив 3 формирует изображение фрагмента оригинала на торце световолокна 5, которое на втором своем конце разделяется по меньшей мере на три световолоконных жгута по числу анализируемых цветов. Торцы трех световолоконных жгутов образуют начало оптических каналов, два из которых имеют одинаковую структуру и состоят из последовательно расположенных на оптической оси ХЖКЯ 6 и 9, светофильтров 7 и 10, фотоприемников 8 и 11.

Холестерический жидкий кристалл получают при смешивании эфиров холестерина или иных стероидов или при добавлении оптически активных добавок к нематической матрице [2] Основная структурная особенность ХЖК состоит в том, что в направлении, ортогональном директору, образуется надмолекулярная пространственная спираль, обладающая равновесным шагом P₀ (расстояние, на котором директор поворачивается на 360^o). В планарной структуре, где направление директора параллельно слою ЖК, направление оси спирали ортогонально этому слою. Основные оптические свойства такой структуры следующие [3]

1. При падении неполяризованного света на слой ХЖК существует область селективного отражения, спектральная область которой определяется шагом надмолекулярной спирали P₀ и углом падения где _max длина волны середины области селективного отражения, средний показатель преломления ХЖК. Значения _max находятся в диапазоне 250-100000 нм, зависит от состава ХЖК и перекрывает видимую область спектра.

2. Полуширина области селективного отражения в толстом слое ХЖК (толщина много больше P₀) определяется величиной анизотропии показателя преломления Dn = n_// - n(n_// и n) показатели преломления вдоль и поперек длинных осей молекул).

3. В пределах области селективного отражения одна циркулярная компонента естественного света отражается, а другая проходит сквозь слой ХЖК, не взаимодействуя с ним. Таким образом, слой ХЖК является селективным циркулярным поляризатором.

4. Подбором состава ХЖК можно сделать шаг спирали P₀ и соответственно длину волны селективного отражения чувствительными к внешним воздействиям, например к электрическому полю.

Уникальные оптические свойства указанных планарных структур ХЖК применяются при создании электрически управляемых светофильтров с полосой спектрального пропускания (отражения), управляемой электрическим полем. В частности, комбинация из двух светофильтров, один из которых на основе ХЖК, а второй неперестраиваемый, позволяет осуществлять плавную электрически управляемую настройку устройства для сканирования оригиналов и анализа цвета на один из основных (или базовых) цветов. При этом неперестраиваемые светофильтры 7, 10, 17 отсекают нежелательные спектральные компоненты. Так, если один из двух идентичных каналов на чертеже, например состоящие из элементов 6, 7, 8, предназначен для анализа синей области спектра, то, изменяя напряжение на ХЖКЯ, можно варьировать сине-зеленую границу области спектрального пропускания ХЖКЯ 6, отсекая светофильтром 7, нежелательную, в данном случае желто-красную область спектра.

Поскольку наиболее распространенными в прикладных задачах являются колоримичетрические системы RGB и CMYK, соответственно описывающие красно-зелено-синий и голубо-пурпурно-желто-черный цвета, возникает необходимость реализовывать в одном из каналов считывания регистрацию как основного, так и дополнительного цвета. В цветовых системах RGB и CMYK цвета синий и голубой, красный и желтый отличаются лишь шириной спектрального диапазона и для этих цветов переход из одной колоримитрической системы в другую может быть осуществлен изменением полосы пропускания ХЖКЯ 6 и 9. Цвета же зеленый и пурпурный являются дополнительными, поэтому для их регистрации используются свойства ХЖК отражать и пропускать свет с противоположными направлениями вращения плоскости поляризации. Световая волна, выходящая из торца третьего световолоконного жгута, фокусируется объективом 12 и разделяется с помощью ХЖКЯ 13 на отраженную и проходящую компоненты с противоположными направлениями вращения плоскости поляризации и спектральным составом, охватывающим соответственно зеленый и пурпурный цвета. Отраженная ХЖКЯ 13 компонента направляется зеркалом 14 на последовательно расположенные жидкокристаллическую ячейку на основе нематического жидкого кристалла (НЖКЯ) 15, анализатор 16, светофильтр 17 и регистрируется фотоприемником 18. Проходящая через ХЖКЯ 13 компонента попадает на те же оптические элементы. НЖКЯ 15 на основе электрически управляемого двупреломления преобразует падающее на нее излучение в линейно поляризованное с направлениями плоскости поляризации, ортогональными для отраженной и проходящей через ХЖКЯ 13 компонентами [4] Подавая напряжение на НЖКЯ, 15 можно добиться такого поворота плоскости поляризации для одной из компонент, чтобы она совпадала с осью пропускания анализатора 16. Таким образом, добиваются прохождения через описанный оптический тракт излучения, соответствующего зеленому либо пурпурному цветам. Применение описанного устройства позволяет оперативно производить настройку пропускания светофильтров на выбранную колорометрическую систему, а также осуществлять адаптивную настройку на реальные полиграфические красители.

Источники информации

1. Патент СССР N 1304048, кл. H 04 N 1/04, БИ N 13, 1987.

2. Carol P. Cholesteric Liguid Crystals, Ovum Lgd. 1973.

3. Беляков B.A. Сонин A.C. Оптика холестерических жидких кристаллов. - М. Наука, 1982.

4. Беляев С.В. Современное состояние и перспектива применения жидкокристаллических элементов. Изв. АН СССР, сер. Физическая, 1989, т. 53, N 10, с. 2001 2015.