книги из ГПНТБ / Гущо Ю.П. Фазовая рельефография

В частном случае при Юм = сор формулу (6-10) можно записать проще:

(6- 11)

Применение полученных в этом параграфе выраженнй'для расчета тех пли иных параметров или характе­ ристик системы РЗС зависит от ее конкретного назна­ чения. В следующих двух параграфах мы рассмотрим применение этих выражении для расчета оптимального континуума геометрических, электрических и механиче­ ских параметров деформируемого слоя для систем РЗС.

6-3. Расчет оптимального континуума параметров

деформируемого слоя системы РЗС с помощью формулы

чувствительности (6-5)

Данный расчет по формуле чувствительности (6-5) целесообразно проводить для тех систем РЗС, в кото­

А, = 40-10-6 м.

Значения щ и а0, не влияющие на определение опти­ мального континуума параметров слоя, для определен­ ности положим равными единице.

120

Задавая шаг изменения величин xs; хуц G; ц; d, оп­ ределим такой набор этих пяти параметров, чтобы вели­ чина Л0 оказалась наибольшей. Набор параметров, при

влияние изменения каждого из этих пяти параметров на величину Л0 можно с помощью формулы (6-5). При этом другие параметры слоя целесообразно взять из опти­ мального континуума. В качестве примера на рис. 6-2 изображен график зависимости А0 от толщины слоя d. Из рассмотрения графика следует, что чувствительность записи быстро растет с увеличением d только до значе­ ний d = K/2.

6-4. Расчет оптимального континуума параметров

деформируемого слоя системы РЗС с помощью формулы

среднего коэффициента светоотдачи

Результаты этого расчета применимы для систем РЗС, регистрирующих и отображающих входные сигна­ лы в реальном масштабе времени. Типичный представи­ тель систем РЗС этого вида-—проектор «Эйдофор».

Для масляных деформируемых слоев характерны

xvi = 10_7ч-10~10 сим/м.; ху2=0; а=0,03 н/м; G = 0;

р= 0,1ч-5 н-сек/м2; d— (5ч-200) • Ю-0 м; А,=200-10_6 м; /от= 0,02 сек.

Коэффициент в формуле (6-10), равный /шсХ ХооОфмакс/фмако и не влияющий на подбор оптимально­ го континуума параметров деформируемого слоя, при­ мем равным единице.

'Задавая шаг изменения величин xs; х»уц ц и d, опре­ делим такой набор значений этих четырех параметров, при котором величина рор оказалась бы наибольшей.

Для того чтобы запись в новом цикле начинать на выровненную поверхность, необходимо в расчеты ввести условия

121

где р(Дт) —значение светоотдачи, вычисленной по фор­

тельности собственно деформируемого слоя при умень­ шении его толщины. Для найденного набора оптималь­ ных параметров светоотдача максимальна при d = = 15,5 мкм, что составляет около 0,1 от периода электри­ ческого растра X. Светоотдача для данного континуума параметров перестает зависеть от d при увеличении по­ следней свыше 120 мкм. Ее значение при этом равно

0,6 рср.маис-

6-5. Светоотдача, кривая свечения и чувствительность систем РНС

Как и для систем РЗС, светоотдачу систем РНС при заданной глубине синусоидальной фазовой решетки можно рассчитать с помощью выражений (4-12) или (4-15). В этом случае расчет р также сводится к вычис­ лению глубины рельефа А.

Определим зависимость глубины рельефа синусои­ дальной фазовой решетки от времени для систем РНС

122

от потенциала на управляющей плоскости к плотности сил (см. § 2-6) с помощью формул (2-42), (3-9) и (3-23)

получим следующие выражения, описывающие кривую

123

на рис. 6-5. Как видно из графика, чувствительность гелеобразного слоя имеет оптимум, зависящий от отно­ шения d/l. С уменьшением d при /= const чувствитель­ ность слоя уменьшается. Однако вершима частотной ха­

систем РНС вычисляют, как и для систем РЗС, по фор­ мулам (6-7) и (6-8) с заменой А на Лнз и Л0 на /10ц3:

Как и для систем РЗС, для систем РНС с помощью полученных в этом параграфе выражений можно опре­ делить оптимальный континуум параметров деформиру­ емого слоя или всей системы записи в целом.

124

6-6. Динамическая поверхность проявления

Выше было показано, что выходные характеристики системы фазовой рельефографип зависят от вида ее кривой свечения A(t). Эти кривые для различных режи­ мов проявления и стирания записи можно рассчитать пли снять экспериментально.

'На кривой свечения можно выделить два характер­ ных момента времени (см. рис. 3-10): время /0, при ко­ тором глубина канавки максимальна, и условное время

ter, соответствующее моменту стирания записи, напри­ мер, на условном уровне 0,1 Дс.

Если построить семейство кривых A( t ) для различ­ ных температур проявления Т, то можно получить зави­ симость A{t, Т), которая в геометрической интерпрета­ ции представляет собой поверхность, изображенную на рис. 6-6. Эта функция двух переменных полностью опи­ сывает динамику процесса образования и стирания рельефа, поэтому графическое представление Д(£, Т)

называют динамической поверхностью проявления.

На рис. 6-6 показаны три важнейшие характеристики этой поверхности: t0{T), tC7{T) и Ло(М-

Кривая оптимальных режимов проявления U(T) де­ лит плоскость времени и температуры проявления на зоны проявления и стирания записи. Для твердых носи-

125

телей записи по этой кривой может быть определен ре­ жим оптимального проявления (Го, /о) - В случае систем с жидкими носителями, в которых заданной величиной является длительность кадра, для данной длительности кадра по этой кривой можно определить наилучший тем­ пературный режим масла. С помощью зависимости М П можно найти время стирания записи при задан­ ной температуре стирания. Пространственная кривая чувствительности /10(Ф) позволяет оценить изменение глубины канавки для всех возможных режимов проявле­ ния и определить нанвысшую чувствительность носителя записи.

Итак, динамическая поверхность проявления в наи­ более простой форме отражает поведение выходного па­ раметра записи на деформируемом слое в зависимости от режима проявления пли стирания. В сочетании с мо­ дуляционными характеристиками эта поверхность по­ зволяет полностью оценить возможности рассматрива­ емого носителя записи. Под модуляционными характе­

или магнитное поле, световой поток и т. д.), полученно­ го для нескольких характерных режимов проявления.

Из сказанного следует, что испытывать и сравнивать

разрабатываемые слои различных видов можно по четы­ рем характеристикам1: 1) /о(П'> 2) /от(П; 3) Л0(^о);

4)A (S).

При применении твердых деформируемых слоев тем­

пература проявления в ряде случаев не является посто­ янной величиной. Однако динамическая поверхность проявления сохраняет смысл и в этих случаях. При этом на оси температур необходимо откладывать эффектив­ ное или максимальное значение температуры проявле­ ния.

Таким образом, динамическая поверхность проявле­ ния является универсальным инструментом при анализе, расчете и сравнении носителей рельефной записи неза­ висимо от метода получения поверхностного рельефа и свойств деформируемого слоя.

Вопросы экспериментального ее определения будут рассмотрены в гл. 7.

1 В дальнейшем эти четыре характеристики будем называть

внешними характеристиками деформируемого слоя.

126

Г л а в а с е д ь м а я

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВНЕШНИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ДЕФОРМИРУЕМЫХ СЛОЕВ

7-1. Общие замечания

Экспериментальные исследования в рельефографын развиваются в трех направлениях.

Первое направление составляют опыты по изучению новых видов рельефографических систем пли их компо­ нент. Подавляющее большинство результатов этих иссле­ дований отражено в патентной литературе.

Второе направление связано с изучением физико-хи­ мических, теплофизических и других свойств материалов для деформируемых слоев, а также характеристик уст­ ройств управления и считывания. Обычно методика этих исследований известна и может быть прямо применена в рельефографии.

Третье направление, которому в основном и посвя­ щена настоящая глава, связано с изучением внешних характеристик деформируемых слоев.

Как п в теории, в экспериментальных исследованиях в качестве входного сигнала рассматривается либо плот­ ность заряда, внесенного в деформируемый слой, либо потенциал, распределенный па управляющей плоскости, расположенной вне слоя. Однако в отличие от теории, которая позволяет модели жидкого, упруговязкого и твердого термопластического слоев сводить к частным случаям одной модели Фойта, при экспериментах физи­ ческое состояние деформируемого слоя сильно сказы­ вается на методике снятия его внешних характеристик. Экспериментальное получение этих характеристик, как уже отмечалось, связно с регистрацией температурного режима и изменений рельефа поверхности или свето­ отдачи.

В настоящее время применяют три способа регистра­ ции изменений рельефа поверхности или светоотдачи.

Наиболее совершенный из них, хотя и самый трудо­ емкий, основан на применении двухлучевого интерфе­ ренционного микроскопа МИИ-4. Этот метод позволяет снимать форму рельефа в динамическом режиме син­ хронно с режимом теплового проявления, например, с помощью киноаппарата. Синхронная регистрация из­ менений формы поверхности п температурного режима

127

деформируемого слоя позволяет наиболее полно проана­ лизировать динамику проявления и стираниязаписи.

Поскольку фокусное расстояние выходного объектива МИИ-4 равно нескольким миллиметрам, наблюдать поверхность непосредственно в момент записи очень трудно. Поэтому применять двухлучевой микроскоп для снятия динамики поверхностных изменений удобно толь­ ко в случаях заранее заряженных термопластических слоев с последующим импульсным тепловым проявле­ нием.

Другой способ регистрации основан на применении контактного профплографа-профнлометра М201 с корун­ довой иглой в качестве датчика профиля канавки. Он пригоден лишь для снятия рельефа на затвердевшем термопластике. Достоинство этого способа заключается в простоте и удобстве получения профилограммы на са­ мопишущей приставке.

Наконец, третий способ основан на использовании оптического устройства считывания. Его применяют главным образом для регистрации изменений рельефа жидких и гелеобразных слоев.

В термопластической записи нанесение потенциаль­ ного рельефа и проявление можно разделить во време­ ни. Условия записи на жидких и гелеобразных слоях не позволяют наблюдать изменение рельефа на слое с по­ мощью микроскопа н тем более профилографа. Поэто­ му в данном случае считывать запись приходится с по­ мощью щелевого оптического устройства, используя пря­ молинейный участок характеристики светоотдачи, на котором глубина канавок при заданной периодичности прямо пропорциональна освещенности экрана.

Важным достоинством третьего способа считывания является получение полной переходно-передаточной функции между входным сигналом (заряд, напряжен­ ность поля и др.) и выходным (освещенность экрана).

7-2. Внешние характеристики термопластических слоев

Внешние характеристики термопластика мы снимали, используя описанную выше установку для теплового проявления микрорельефа.

Рассмотрим методику получения внешних характе­ ристик на примере термопластика, изготовленного из пластифицированного полистирола, которому присуща

128

хорошая повторяемость результатов при многократных циклах «запись — стирание» информации1.

Раствор исследуемого термопластика наносили на поверхность датчика температуры, просушивали в тече­ ние 2 ч на воздухе и затем выдерживали около 6 чв ва­ куумном эксикаторе. Толщину и равномерность слоя из­ меряли на двухлучевом микроскопе МИС-11.

Далее на поверхность термопластика наносили элек­ трический заряд в виде десяти потенциальных полос с последовательно убывающей плотностью заряда. По­ тенциальный рельеф записывали в вакууме,расфокуси­ рованном электронным лучом через щель постоянной ширины при ускоряющем напряжении 15- кв. Плотность

стекла составляла 0,5 мм. Как уже упоминалось, тепло­ вая постоянная датчика такой толщины равна тепловой

применить к используемой в настоящее время термопла­ стической пленке.

При толщине термопластика 10 мкм перепад темпе­ ратуры между свободной поверхностью светомодулиру­ ющего слоя п проводящим слоем незначителен. Поэтому величины температуры датчика и свободной поверхности слоя считали одинаковыми.

Термопластический слой был исследован в диапазоне температур от 65 до 210°С и плотности заряда от 0,8 до

0,2 мкк/смг.

1 Зависимости механических и электрических параметров этого -

материала от температуры приведены на рис. 3-3 н 3-4.