книги из ГПНТБ / Гущо Ю.П. Фазовая рельефография

Ю. П. Гущо

Ф А З О В А Я РЕЛЬЕФОГРАФИЯ

« Э Н Е Р Г И Я » М О СКВА 1974

П Р Е Д И С Л О В И Е

Фазовая рельефография1 как метод записи и воспро­ изведения информации возникла в процессе совершен­ ствования телевидения и электрофотографии более 30 лет назад. Необходимость создания принципиально но­ вых носителей и устройств считывания рельефной запи­ си потребовала значительных научных исследований, что привело к ее выделению к настоящему времени в са­ мостоятельную дисциплину, схожую с телевидением и электрофотографией только в методах записи входного сигнала. Этому выделению способствовало также ее успешное применение в различных областях техники. Значительный вклад в развитие теоретических основ рельефографии и ее практическое применение внесли работы советских авторов.

Методы записи и воспроизведения информации в рельефографии отличаются от других физическими свойствами носителя записи, входной сигнал на котором регистрируется в виде изменений формы его поверхно­ сти. Другая особенность рельефографии связана с тем, что поверхностный рельеф не изменяет амплитуды пада­ ющей на него волны излучения, а приводит только к из­ менению ее фазы. Фазовые изменения излучения не об­ наруживаются обычными средствами восприятия и, в частности, человеческим глазом. Поэтому методы вое-' произведения информации в рельефографии основаны на преобразовании фазовой модуляции считывающего излу­ чения в амплитудную.

Следовательно, фазовая рельефография может быть определена как метод накопления и представления ин­ формации в виде рельефа на носителе, воспроизведение записи с которого осуществляется путем преобразования

1 Ниже наряду с термином «фазовая рельефография» в том же смысле будут использованы более короткие термины: «рельефогра­ фия» и «рельефная запись».

3

фазовых изменений считывающего излучения в ампли­ тудные.

Благодаря высокой плотности записи, использованию носителя, не поглощающего излучения, возможности его многократного применения, отсутствию необходимости применять проявляющие запись вещества и независимо­ му источнику считывающего излучения системы фазовой рельефографнп могут быть применены для самых раз­ личных видов записи и обработки информации: отобра­ жения, регистрации, копирования, голографирования, модуляции, кодирования и т. п. Особенности рельефо­ графии позволяют не только улучшить качественные п эксплуатационные характеристики систем записи и об­ работки информации, но и придать им новые функцио­ нальные возможности. Например, только способ рель­ ефной записи дал возможность технически решить про­ блему воспроизведения телевизионных изображений, графической и знаковой информации в реальном мас­ штабе времени на экране площадью до нескольких десятков квадратных метров.

Применение рельефографии открывает широкие перс­ пективы в области оптической обработки информации, в частности оптической пространственной фильтрации н голографии, где преимущества фазовых дифракционных решеток по сравнению с амплитудными очевидны. Ме­ тод рельефной записи можно использовать для создания усилителей яркости и преобразователей оптических сиг­ налов. Эти средства имеют большую площадь экрана по сравнению с классическими оптоэлектронными система­ ми, выполненными с применением электролюминесцентных слоев, при более широкой полосе спектральных пре­ образований.

Подобно магнитной рельефная запись может найти применение в устройствах ввода — вывода информации и запоминающих устройствах вычислительных машин. При этом значительно увеличивается плотность записи, упрощается воспроизведение и реализуется возможность вывода данных на большой экран.

В основе рельефографии лежит совокупность физиче­ ских явлений и процессов, рассматриваемых в ряде от­ носительно слабо связанных друг с другом фундамен­ тальных и технических дисциплин. Так, образование рельефа на носителе записи подчиняется законам меха­ ники, а анализ и расчет устройств воспроизведения осу­

4

ществляются в рамках оптики и электронной оптики. Явления, связанные с преобразованием входного сигна­ ла в рельеф плотности деформирующих сил, приводящих к образованию поверхностного рельефа, изучаются в электростатике, физике полупроводников, физикохимии полимеров, теплофизике и др.

Отмеченное многообразие физических явлений, повидимому, является основной причиной отсутствия кни­ ги, излагающей предмет фазовой рельефографии в це­ лом, хотя фонд иностранной и отечественной литерату­ ры насчитывает сейчас несколько сотен наименований патентов и журнальных статей. Настоящая книга явля­ ется первой попыткой восполнить этот пробел.

Кроме данных, почерпнутых из советской и зарубеж­ ной периодической литературы и патентов, в значитель­ ной мере в книге использован оригинальный материал по вопросам фазовой рельефографии, которыми автор

иего сотрудники занимались в течение 10 лет.

Вкниге с единой точки зрения рассмотрены все ста­ дии рельефографического процесса: методы записи раз­

личных видов входных сигналов; преобразование их в электростатическое изображение и поле деформирую­ щих сил; проявление рельефа на поверхности носителя; считывание рельефной записи; температурные режимы носителя при ее проявлении. Отдельная глава посвяще­ на исследованию прохождения сигналов через рельефо­ графическую систему в целом. В ней показан метод по­ лучения переходно-передаточной характеристики систе­ мы. С помощью этой характеристики анализируются чув­ ствительность, кривая свечения и светоотдача систем с за­ ряженными и незаряженными деформируемыми слоями. Приведены результаты экспериментального исследова­ ния рельефной записи на масляных, термопластических и гелеобразных слоях и сформулированы требования к этим слоям.

Мы ограничились только общим описанием электрон­ ных и фотопроводниковых входных устройств, не изло­ жив их теории, поскольку часть сведений об этом можно найти в монографиях по телевидению и электрофо­ тографии. Однако в ряде случаев эти вопросы примени­ тельно к рельефографии требуют специального рссмотрения. Сюда относится, например, применение в рельефной записи низкоомных фотопроводников и низковольтных электрооптических устройств и ряд других вопросов.

5

Б книге большое внимание уделено расчету процес­ сов и параметров различных устройств рельефной запи­ си. В ряде случаев расчет дает единственную возмож­ ность количественно оценить взаимосвязь различных электрических параметров устройства. Это объясняется тем, чтосложность и трудоемкость изготовления отдель­ ных элементов не позволяют создавать их набор с моди­ фикацией параметров и, следовательно, эксперименталь­ но оценить их влияние на качественные характеристики данного устройства и системы в целом.

Объем книги не позволяет охватить все проблемы, относящиеся к теории и практике рельефографических систем. Поэтому основное внимание уделено наиболее общим вопросам, позволяющим ознакомить читателей в первую очередь с основами теории и физики процессов рельефной записи и перспективами ее развития, а не с техническими средствами их реализации. Поскольку фазовая рельефография находится в процессе интенсив­ ного развития, такой подход к изложению материала, видимо, следует считать целесообразным.

Фазовая рельефография — сравнительно новая тех­ ническая дисциплина. Поэтому мы стремились изложить материал в книге так, чтобы она была полезна как спе­ циалистам, так и читателям, впервые знакомящимся с физическими основами рельефографин. Материал для первого чтения содержится во введении, гл. 1, в начале каждой последующей главы и в заключении.

Главы 2 и 3 написаны Ю. П. Гущо п П. А. Ионкиным совместно. Материал § 4-3 подготовил О. В. Рожков. Остальные разделы книги написаны Ю. П. Гущо.

Автор признателен М. Г. Арутюнову, Б. И. Белоусо­ ву, С. Г. Гренишнну и В. А. Макарычеву за замечания, позволившие значительно улучшитьрукопись, Л. Н.Арбузкнной и В. В. Курпик, выполнившим все расчеты на ЭВМ.

Автор глубоко благодарен канд. техн. наук М. Г. Рейнбергу, взявшему на себя нелегкий труд по редактированию рукописи.

Особую благодарность автор выражает заслуженно­ му деятелю науки и техники РСФСР проф. П. А. Ионкину за неизменный интерес и поддержку работ в обла­ сти фазовой рельефографин, а также за всестороннюю

помощь автору.

Автор

6

В В Е Д Е Н И Е В-1. ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА

'Принцип рельефной записи был .полностью сформули­ рован в 1940 г. швейцарским физиком Ф. Фишером [Л. 1, 2], хотя отдельные предложения по ее осуществле­ нию делались и раньше |[Л. 3]. Фишер предложил в телевизонной трубке вместо люминесцентного слоя использовать тонкий масляный слой, нанесенный на про­ зрачную металлическую подложку. На поверхность слабопроводящего масла с помощью электронного луча наносят электрические заряды, плотность которых моду­ лируется передаваемым изображением. Заряд на масля­ ном слое индуцирует в металлической подложке заряд противоположного знака. Электростатические силы этих зарядов деформируют свободную поверхность мас­ ла на различную глубину в зависимости от величины плотности зарядов. Полученный таким образом рельеф масляной поверхности с помощью проекционной щеле­

После смерти Фишера работу над развитием его идей проводили в Институте технической физики в Швейца­ рии его бывшие сотрудники Тиман, Бауман, Хетзел, Мает и др. Их многолетние исследования привели к со­ зданию в 1952 г. первого промышленного проектора типа «Эйдофор» [Л. 4, 5].

В 1956 г. One {Л. 6] опубликовал описание оригиналь­ ной рельефографической системы с электронной пушкой, в которой в качестве деформируемой среды была ис­ пользована упругая металлическая пленка. Лаборатор­ ный образец этой системы применен для проецирования на экран черно-белого телевизионного изображения.

В 1957 г. Гленн [Л. 7] предложил вместо масляного слоя использовать термопластический твердый слой.

7

Для изменения формы поверхности термопластика его необходимо подогреть до размягчения. После образова­ ния поверхностного рельефа и охлаждения термопласти­ ческого слоя запись можно либо воспроизвести немед­

[Л. 8], привлек к рельефной записи еще большее внима­ ние специалистов.

Не прекращавшаяся работа швейцарской школы фи­ зиков привела к изобретению в 1959 г. (Л. 9] Мастом, Баумбергером и др. рельефографической системы, где в качестве средства управления применен фотопроводниковый слой в сочетании с электродами специальной структуры, а деформируемая среда представляет собой упруговязкий гелеобразный слой. Наличие оптического входа и выхода позволяет считать эту систему оптиче­ ским преобразователем.

Позднее многие исследователи пытались объединить достоинства фотопроводниковых п деформируемых сло­ ев. Работы велись как с твердыми, так и с жидкими де­ формируемыми слоями в сочетании с фотопроводннковыми носителями скрытых изображений. При этом использовались методы переноса заряда с фотопровод­ ника на деформируемый слой и управления осаждением заряда на поверхность деформируемых слоев с помо­ щью фотопроводпика. В 1963 г. Гепнор и Афтергут [Л. 10] объединили фотопроводннк и термопластик в одни слой. Этот способ записи получил в литературе название фотопластического.

Гундлах и Клаус ;[Л. 11], несколько видоизменив про­ цесс записи на фотопластическнх слоях, предложили так называемую «морозную» запись.

В 1967 г. Гейнор и Свелл |[Л. 12] сообщили об откры­ тии и исследовании фотозарядной рельефной записи, не требующей применения коронирующих устройств.

Гундлахом 1[Л. 13], Кувшинским и Находкиным с со­ трудниками [Л. 14, 15] предложены различные способы фотомеханической записи оптических сигналов на твер­ дых термопластических слоях.

Азовцев, Белоусов, Гущо с сотрудниками [Л. 16— 18] изобрели методы записи с применением металлово­ локонной пластины, в которых устранен эффект обрат­ ной засветки фотопроводниковых слоев при воспронзве-

8

денни информации в системах усиления и преобразова­ ния оптических сигналов.

Кроме записи электрических и оптических сигналов, рядом исследователей предложены системы для регист­ рации сигналов другой физической природы. Так, Андер­ сон [Л. 19] предложил способ записи СВЧ-сигналов на деформируемом носителе; в [Л. 20] описана магнитопла­ стическая запись, в [Л. 21] сообщается о пневмопластической, а в |[Л. 22] об ультразвуковой записи сигналов иа термопластическом слое.

Работы по исследованию различных систем рельеф­ ной записи интенсивно развиваются, поэтому в дальней­ шем можно ожидать появления новых способов записи. На прошедшем в августе 1970 г. Международном конг-" рессе по фотографии значительное количество докладов было посвящено исследованию различных аспектов ре­ льефной записи, что говорит о большом внимании, уде­ ляемом этой проблеме во многих странах. Это подтверж­ дается не только ростом патентной и журнальной лите­ ратуры, но и внедрением рельефографических устройств в практику научных, военных и промышленных примене­ ний.

Значительный вклад в развитие рельефографии внес­ ли советские ученые и инженеры. Большая и успешная работа в области рельефографии ведется в нашей стра­ не в организациях Москвы, Киева, Ленинграда, Вильню­ са, Кишинева и других городов.

Вопросы рельефографии широко освещаются в со­ ветских периодических изданиях. В частности, эти мате­ риалы публикуются в академическом «Журнале научной и прикладной фотографии и кинематографии» (главный редактор чл.-корр. АН СССР К- В. Чибисов, зам. глав­ ного редактора проф. В. И. Шеберстов, ответственный секретарь проф. В. М. Фридкпн), в периодическом сбор­ нике «Способы записи информации на бессеребряных носителях», который издается в Киеве под редакцией проф. Н. Г. Находкина.

Отдельные стороны рельефографии рассматривались и в ряде книг, среди которых следует отметить хорошо подобранный сборник переводных статей под редакцией канд. техн. наук Ю. А. Василевского |[Л. 3], обстоятель­ ную книгу по электрофотографии проф. С. Г. Гренишина [Л. 34] н др.

9