книги из ГПНТБ / Гущо Ю.П. Фазовая рельефография
.pdfЮ. П. Гущо
Ф А З О В А Я РЕЛЬЕФОГРАФИЯ
« Э Н Е Р Г И Я » М О СКВА 1974
535 Г 9S_
9 f f
Гущо Ю. П.
Г 98 Фазовая рельефография. М., «Энергия», 1974.
168 с. с нл.
В кинге рассматриваются вопросы фазовой рсльефографни, ис пользующей достижения оптики, механики сплошных сред, электро статики. теплофизики и фотополупроводннковой техники. Рассмотрены классификация и физические принципы построения рельефографических устройств, теория и методы расчета их элементов. Уделено значитель ное внимание теоретическому и экспериментальному исследованию пе реходно-передаточных характеристик различных систем фазовой рельефографни в целом.
Книга рассчитана на научных работников, инженеров, аспирантов и студентов старших курсов вузов, занимающихся вопросами передачи, записи, обработки и отображения информации.
|
30401-230 |
214-74 |
535 |
|
Г |
051(01)-74 |
|||
|
|
|||
© |
Издательство «Энергия», |
1974 г. |
Юр и й П е т р о в и ч Г у що
ФАЗОВАЯ РЕЛЬЕФОГРАФИЯ
Редактор М. Г. Рейнберг Редактор издательства Н. Б. Фомичева
Обложка художника Л. Л. Иванова Технический редактор М. П. Осипова Корректор Г. Г. Желтова
Сдано в набор 26/XI |
1973 г. |
|
Подписано к печати 30/V 1974 г. |
Т-09759 |
|
Формат 84x10878а- |
Бумага типографская № 2 |
|
Уел. печ- л. 8,82. |
Уч.-пзд. л. |
9,46 |
Тираж 4 000 экз. |
Зак. 509. |
Цена 47 коп. |
Издательство «Энергия». Москва, М-114, Шлюзовая наб.. 10.
Московская типография № 10 Союзполнграфпром а при Государственном комитете Совета Министров СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
Москва. М-114, Шлюзовая наб., 10.
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
вой оптики Фуко—Теплера |
преобразуют в градации |
яркости на экране. |
_ |
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
ленно, |
либо сохранить на |
неопределенно долгий срок, |
как в |
технике магнитной |
записи. Патент на цветную |
запись |
и воспроизведение, |
выданный Гленну в 1959 г. |
[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