книги из ГПНТБ / Гущо Ю.П. Фазовая рельефография

ван на том, что пробивное напряжение воздушного про­ межутка, разделяющего два электрода, имеет минимум, определяемый произведением давления воздуха на ве­ личину воздушного промежутка. Если напряжение пре­ высит этот минимум, то произойдет разряд таунсендовского типа, в результате которого заряд переносится

е - 5 "

такого разряда обладает пороговой нелинейностью, не­ обходимой в любой системе матричного типа.

Принцип работы устройства матричной записи пока­ зан на рис. 1-4. На двух стеклянных подложках 1 и 2 расположены системы прозрачных взаимно параллель­ ных проводников 3 и 4 (3—система х-электродов, 4— система «/-электродов). Электроды нижней подложки покрыты тонким слоем термопластика 5. Верхняя под­ ложка расположена параллельно слою термопластика и отделена от его поверхности воздушным зазором от 20 до 40 мкм. Эти две системы электродов взаимно перпен­ дикулярны. В их пересечении формируются элементы изображения. При подаче напряжения между электрода­ ми х и у в воздушном зазоре в местах пересечений про­ исходит разряд Таунсенда и заряд переносится на по­ верхность термопластика. Величина заряда в каждой области пересечения электродов регулируется напряже­ нием между электродами х. и у. Если после этого тер­ мопластик нагреть, то он деформируется в соответствии с величиной заряда. Записанная информация фиксиру­ ется в результате охлаждения носителя и сохраняется до нового нагрева.

Наилучшие результаты были получены при плотно­ сти расстановки электродов 20 шт/мм и при толщине электродов 25 мкм. Для обеспечения оптимальных усло-

20

вий записи величины напряжений, прикладываемых к х- и «/-электродам, должны составлять соответственно от —200 до —400 в и от +200 до +400 в. Время записи одной линии изображения—100 мксек. Изображение, составленное из 2 000 линий, записывается за 0,2 сек. Время проявления составляет 0,25 сек, время стирания информаци— 1,0 сек. Длительность всего цикла запи­ си — 1,45 сек.

Вопросы электризации диэлектрических поверхностей с помощью короннрующих устройств подробно рассмот­ рены в {Л. 32, 34].

В заключение отметим, что последовательность пре­ образований тока электронного луча или короны i в плотность рельефа электростатических сил р имеет вид i— уо— ур.

1-2. Запись электромагнитных сигналов

Принципы рельефной записи позволяют регистриро­ вать электромагнитные волны в широком диапазоне длин волн от далекой инфракрасной области до СВЧ и рентгеновского излучения. Существуют несколько спо­ собов записи электромагнитного излучения на деформи­ руемых слоях: контактная фотопластическая, в светочув­ ствительном конденсаторе, фотопластическая, морозная, фотозарядная и фотомеханическая.

В первых двух видах записи деформируемый и чув­ ствительный к излучению слои разделены. В остальных случаях сам деформируемый слой обладает чувстви­ тельностью к излучению. Обычно методы записи с чув­ ствительным деформируемым слоем отличаются боль­ шей разрешающей способностью, но имеют меньшую чувствительность по сравнению с теми способами, в ко­ торых обе функции разделены.

а) Контактная фотопластическая запись

Контактная фотопластическая запись была предло­ жена и впервые исследована Уолкапом [Л. 35]. Ее прин­ цип пояснен на рис. 1-5. На основу 1, покрытую элек­ тропроводящим слоем 2, нанесен термопластик 3. Тер­ мопластик свободной поверхностью накладывают и при­ жимают к фотопроводниковому слою 4, нанесенному на прозрачный электрод 5, который расположен на основе 6. Между электродами 2 и 5 прикладывают напряжение

21

величиной от 600 до 1000 в и одновременно через про­ зрачную подложку 6 и электрод 5 проецируют изобра­ жение на фотопроводнпковый слой. Заряды с электрода 5 натекают на границу раздела слоев 4 и 3, причем их плотность определяется степенью засветки фотопроводникового слоя. После разделения слоев 4 и 3 на поверх­ ности термопластика остается электростатический рель­ еф, соответствующий световому изображению.

В [Л. 3G] для повышения чувствительности записи предложено формировать изображение на термопластическом слое в два этапа (рис. 1-6). Фотопроводнпковый слон 1 находится в контакте с тон­ ким диэлектрическим слоем 2. Диэлектрический слой делают более

зонах фотопроводнпковый слой имеет малое сопротивление, и ток, возникший в этих местах, уменьшает поверхностный заряд. На ди­ электрике образуется скрытое электростатическое изображение.

в контакт с термопластическим слоем 11 (рис. 1-6,6). Оба слоя обла­ дают приблизительно одинаковой толщиной.

Диэлектрический слой изготовляют из материала, размягчающе­ гося при более высокой температуре, чем термопластик. Для 'прояв­ ления скрытого изображения оба слоя нагревают до температуры, при которой способен деформироваться термопластический слон. Во время нагревания к электродам 4 и 12 подключают с помощью клю­ ча 6 источник напряжения 13 встречно по отношению к источнику 7. При наличии электрического поля рельеф поверхности становится значительно глубже. Перед охлаждением термопластический слой может быть отделен от диэлектрика. Светочувствительность, обеспе­ чиваемая данным способом, достигает 160 единиц ASA.

22

Обычно из-за неполного контакта между слоями 4 и 2 (рис. 1-5) существует воздушный промежуток, кото­ рый препятствует прямому переносу заряда с фотопроводинкового слоя на термопластик. Наличие этого про­ межутка является причиной возникновения пробоев, приводящих к неуправляемому осаждению заряда на термопластик. Поэтому для переноса заряда от источни­ ка э. д. с. иногда применяют зарядопередающие жидко­ сти [Л. 37], например силиконовые масла. Слой жидко­ сти помещают между фотопроводником 4 и термопласти­ ком 3. Применение подобных жидкостей способствует равномерному переносу зарядов, предотвращает воз­ можность пробоев и благодаря уменьшению поверхно­ стного натяжения облегчает деформацию термопластиче­ ского слоя. При переносе с зарядопередающей жидко­ стью было получено разрешение около 200 линий/мм.

цезия, находится в контакте со слоем термопластика 2. Фотоэмиссионный слой должен обладать малой работой выхода электронов под воздействием лучистой энергии. Слой 3 служит в качестве осно­ вы пленки. Электроды 4 и 5 используются для подачи напряжения величиной около 1000 в. При облучении слоя 1 модулированным све­ товым потоком из него вылетают электроны, которые образуют скры­ тое изображение на поверхности термопластика. Высокое напряже­ ние необходимо для обеспечения упорядоченного движения электро­ нов в сторону термопластика. При прямом контакте фотоэмиттера с термопластиком фотоэмиттер может загрязняться веществами, со­ держащимися в термопластике. Поэтому в одном из вариантов дан­ ного устройства слои 1 и 2 находятся на небольшом расстоянии друг от друга.

23

Рассмотренные выше системы требуют применения устройств сближения фотопроводннка и деформируемого слоя. Этот недостаток может быть устранен нанесением деформируемого слоя непосредственно на фотопровод­ ник [Л. 10]. Соответствующая схема приведена на рис. 1-8. Поверхность прозрачного слабопроводящего дефор­ мируемого слоя /, нанесенного на фотопроводник 2, рав­ номерно заряжается коронатором 3. При проецировании светового изображения 4 на фотопроводнпк заряды в освещенных местах переходят с электрода 5 па грани­ цу раздела слоев 1 и 2. При этом происходит изменение электрического поля, а следовательно, и электростати­

щью коронатора 3. Дополнительный заряд вследствие изменения поля, вызванного экспонированием, осажда­ ется преимущественно на освещенных участках слоя 1. Усиление достигается и при однократной работе корона­ тора, если совместить во времени процессы зарядки и экспонирования.. .

При контактной фотоп.Тастпческой записи фотопроводниковый слой по отношению к электромагнитному входному сигналу можно рассматривать как двухполюс­ ник. Переменным параметром двухполюсника является его комплексное сопротивление Z [Л. 39]. Изменения Z под действием излучения приводят в конечном итоге к модуляции плотности заряда на поверхности деформи­ руемого слоя. При этих условиях последовательность преобразований в устройстве управления контактной фо-

6) Запись в светочувствительном конденсаторе

Светочувствительным конденсатором называют мно­ гослойный конденсатор, один из слоев которого может изменять электрические свойства под действием света.

Запись оптических сигналов в светочувствительном конденсаторе основана на управлении напряженностью электрического поля на свободной границе деформиру­ емого слоя с помощью фотопроводника — светочувствп-

24

телы-юго слоя конденсатора. Этот принцип позволяет использовать не только высокоомные фотопроводниковые слон, распространенные в электрофотографии [Л. 34], но п ннзкоОмные. При этом в качестве деформируемого слоя может быть использована проводящая среда.

Рассмотрим простейшую схему записи со светочувст­ вительным конденсатором, показанную на рис. 1-9. Фотопроводннковый слой 3 и деформируемый слой 4 нано­ сят па электроды 2 и 5 соответственно, которыми в свою очередь покрывают прозрачные пластины 1 и 6. Между

ности слоя 4 промодулируется благодаря изменению проводимости и диэлектрической

постоянной фотопроводника в соответствии с проециру­ емым изображением. При этом глубина рельефа на каж­ дом участке будет определяться освещенностью элемен­ та изображения. Оптический растр 7, как обычно, необ­ ходим для создания периодической структуры рельефа поля, а следовательно, и рельефа поверхности. В этом устройстве удобно применить призматическую систему считывания информации (ем. § 4-1).

Устройства, содержащие фотопроводниковые слои с электродами, в которых направления электрического поля и падающего света совпадают, принято называть устройствами с продольным полем. Их достоинством является простота изготовления. Однако они требуют применения относительно толстых и высокоомных фотопроводниковых слоев, так как желаемая степень мо­ дуляции потенциала на поверхности фотопроводника, а следовательно, и поля на поверхности деформируемого слоя достигается только при условии перемещения элек­ трических зарядов в фотопроводниковом слое на доста­ точно большую глубину. С другой стороны, значительно увеличивать толщину фотопроводникового слоя нежела­

25

тельно, так как этим исключается возможность исполь­ зования слоев с большим поглощением и большим фото­ эффектом. При этом увеличивается рассеивание опти­ ческого сигнала на участках, которые расположены за полосами оптического растра и должны оставаться тем­ ными.

Помимо этого, толстые слои в ряде случаев трудно изготовлять однородными. Электрическая же неоднород­ ность фотопроводника вносит искажения в поле на по­ верхности деформируемого слоя, в результате чего воз­ никают паразитные деформации .[Л. 50].

Перечисленные недостатки отсутствуют в устройстве (рис. 1-10,а) с поперечным полем (Л. 40], в котором вме-

Рпс. 1-10. Схема записи в светочувствительном конденсаторе с по­ перечным полем.

сто сплошного электрода применена система электродов 2 из двух вставленных друг в друга гребенок, называ­ емая электрическим растром. На гребенки нанесем слой фотопроводника 3, толшину которого можно варьиро­ вать в широких пределах. Каждая гребенка 2 имеет вы­ вод для подачи поперечного по отношению к записыва­ ющему потоку света напряжения. Со стороны входа оп­ тического сигнала перед электрическим растром уста­ навливают нанесенный на подложку 1 оптический растр 7.

Принцип управления полем показан на рис. 1-10,6, где стрелками обозначено направление линий тока или линий электрического поля. Если участки между полоса­ ми оптического растра не освещены, то силовые линии

26

представляют собой прямые, параллельные друг другу. На участках, подвергающихся воздействию оптического сигнала, линии тока концентрируются и создают состав­ ляющие электрического поля, которые идут параллельно зубцам электрического растра. При этом потенциал ос­ вещенных участков фотопроводника изменяется. Расче­ ты показывают (см. § 2-1), что нормальная составляю­ щая электрического поля на поверхности деформируемо­ го слоя 5 существенно зависит от электрического потен­ циала в плоскости фотопроводника. В частности, любые изменения потенциала по направлениям х и у влекут за собой соответствующие изменения нормальной состав­ ляющей электрического поля, которые обнаруживаются в виде рельефа поверхности деформируемого слоя. Для усиления записи, кроме источника 9, включают также «продольный» источник э. д. с. 8.

Считывающий световой поток с помощью призмы 6 направляют на поверхность слоя 4 под углом полного внутреннего отражения. Поэтому при считывании рельефного изображения на фотопроводниковый слой 3 попадает минимальное количество света, способного засветить фотопроводниковый слой. Однако использо­ вание призмы полного внутреннего отражения сопро­ вождается невыгодным наклонным расположением де­ формируемого слоя по отношению к оптической оси считывающего устройства. Для того чтобы рельефное изображение воспроизводить на проекционном экране без искажений, применяют способы оптической кор­ рекции.

Наиболее существенным недостатком систем с про­ дольным и поперечным полем является засветка фото­ проводника излучением от считывающего источника. Данный недостаток устранен в металловолоконных устройствах управления с продольно-поперечным полем [Л. 16—18]. Принципиальная схема подобного устрой­ ства записи изображена на рис. 1-11,о. На прозрачную основу 1, покрытую проводящим слоем 2, наносят де­ формируемый слой 3. На расстоянии 20—30 мкм от свободной поверхности слоя 3 помещают управляющий блок, состоящий из фотопроводнпкового слоя 5, дырча­ тых электродов 6 и 7, стеклянной непрозрачной пласти­ ны 4, пронизанной металлическими волокнами 9, и активного слоя-сопротивления 8. В местах, соответст­ вующих выходу металлических волокон 9 на обе поверх-

27

мости металловолокоиной пластины 4, в проводящих слоях 6 и 7 имеются отверстия (рис. 1-11,6). Фотопроводннковый слой 5 и слой 8, нанесенные на слон 6 и 7, имеют электрические контакты с металлическими во­ локнами 9. Кроме того, слой 5 имеет контакты со слоем 6, а слой 8 со слоем 7. В качестве активного слоя-сопро­ тивления 8 обычно используют фотопроводниковый слой,

*)

Рис. 1-11. Схема записи в светочувствительном конден­ саторе с использованием металловолокоиной шайбы.

сопротивление которого регулируется световым пото­ ком. Другой разновидностью управляемого слоя 8 мо­ жет служить термосопротивление.

Упрощенная эквивалентная схема элемента блока управления приведена на рис. 1-11,в. Если элемент фотопроводника 5, обозначенный через R, не освещен, то ток, протекающий от источника 10 через сопротивле­ ние металлического волокна Дв и активного слоя-сопро­ тивления г, вызовет падение напряжения на сопротив­ лении R. При этом полезная величина напряжения AU на сопротивлении г будет мала. Освещение фотопро-

28

Если во время экспонирования фотопроводникового слоя 5 каким-либо образом изменить сопротивление г, то при этом изменится и величина iS.il. Таким образом, изменение сопротивления г повлечет за собой измене­ ние чувствительности записи. Чувствительность записи можно регулировать облучением слоя 8 от дополнитель­ ного источника света.

В отличие от контактной фотопластической записи при использовании светочувствительного конденсатора изменения входного комплексного сопротивления фото­ проводника Z преобразуются не в изменения плотности заряда, а в изменения напряженности электрического поля Е на свободной поверхности деформируемого слоя. Поэтому последовательность преобразований уст­ ройства управления записью в данном случае имеет вид:

Евх- »Е-+р.

в) Ф отопластическая, «морозная» и ф отозарядная

записи

Метод фотопластической записи был предложен и исследован Гейнором и Афтергутом [Л. 10].

Сущность метода поясним с помощью рис. 1-12. Слой фототермопластика / заряжают равномерно с по­ мощью коронатора или другого зарядного устройства. Слой фототермопластика выполняет функции как чув­ ствительного, так и деформируемого слоев. Одновре­ менно или с задержкой во времени на его поверхность проецируют изображение 3. В местах воздействия све­ та заряды стекают на проводящую подложку 2. Полу­ ченный таким образом электростатический рельеф проявляют путем размягчения слоя. Как обычно, для осуществления полутоновой п штриховой записей необхидмо растрировать либо наносимый заряд, либо опти­ ческое изображение. Последовательность преобразова­ ний данного способа записи лишь незначитлеьно отли­ чается от контактной фотопластической.

Известно несколько способов получения фотолластических слоев. Среди них следует отметить синтез фото-

29