Файл: Гущо Ю.П. Фазовая рельефография.pdf

Применять его целесообразно, по-видимому, только при численном расчете с помощью ЭВМ. Получить про­ стые расчетные формулы, как это было сделано для слу­ чая поверхностных сил, не удается из-за значительных трудностей как математического характера при попытке упростить переходно-передаточную функцию, так и экс­ периментального при попытке установить плотность сил и их распределение по объему слоя. Однако качествен­ ная картина проявления и стирания рельефа в этом слу­ чае достаточно ясна.

Поясним ее с помощью рис. 3-17, на котором изобра­ жен слой с областью объемного распределения плотно­ сти сил Q.

При таком распределении рельеф на поверхности слоя может образоваться только при перемещении об­ ласти Q, когда ее скорость или скорость ее границ от­ лична от нуля. Причем глубина рельефа благодаря «не­ жесткой связи» поверхностных частиц среды и частиц,

к которым приложены объемные силы, будет всегда меньше расстояния, пройденного областью Q. Если об­ ласть плотности объемных сил неподвижна, рельеф не проявляется. Рельеф проявляется по мере движения области Q к подложке, пока ее удаление от поверхно­ сти невелико. При значительном удалении от поверх­ ности движение этой области сказывается на движении поверхности слоя все слабее и рельеф под действием поверхностного натяжения и упругих сил слоя посте­ пенно стирается. Вид переходной характеристики слоя при действии объемных сил Rp{t) изображен на рис. 3-18. Вид этой характеристики зависит от скорости движения, формы и начального расположения области Q в деформируемом слое.

85

Сравнение переходных характеристик при поверхно­ стном (рис. 3-12) и объемном (рис. 3-18) действии сил показывает, что их характер совершенно различен. При действии постоянных во времени поверхностных сил по­ сле окончания переходного процесса получается устано­ вившийся рельеф. Под действием неубывающей во вре­ мени объемной плотности сил установившийся рельеф получить нельзя. После окончания переходного процес­ са рельеф стирается.

Выше мы рассматривали проявление и стирание рельефа для каждого вида внешнего воздействия раз­ дельно, полагая другие равными нулю. При их совме­ стном действии благодаря линейности задачи (3-1)— (3-7) решения, полученные для каждого вида воздейст­ вия, достаточно сложить.

Г л а в а ч е т в е р т а я

ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ РЕЛЬЕФНОЙ ЗАПИСИ

4-1. Схемы щелевых оптических устройств

Метод воспроизведения изображения с помощью си­ стем щелей был известен задолго до изобретения Фи­ шером рельефной записи. Впервые идея метода была предложена Фуко в 1859 г. и через 5 лет повторно откры­ та Теплером, поэтому этот метод часто называют мето­ дом Фуко—Теплера. Поскольку щелевое оптическое устройство воспроизводит как неровности поверхности, так н внутренние неоднородности, его также называют шлирен-оптикон (от немецкого слова Schlieren — неод­ нородность) .

Щелевые оптические устройства1 можно разделить на две группы в зависимости от того, пропускает или отражает носитель записи считывающий поток света.

Поясним принцип работы щелевой оптики с пропу­ скающим свет носителем записи с помощью рис. 4-1.

Свет от считывающего источника 1 через конденсор 2 попадает на систему щелей 3, расположенных перпен­ дикулярно к плоскости чертежа, и далее с помощью объектива 4 проецируется на систему непрозрачных

1 В дальнейшем щелевые оптические устройства будем для крат­ кости называть щелевой оптикой.

86

стержней 5. Решетки 3 и 5 подобраны так, что световой поток, прошедший через щели 3, полностью перекры­ вается стержнями решетки 5 и на экране 6 просматри­ вается темное поле. Если между объективом 4 и решет­ кой 5 поместить прозрачный плоскопараллельный тон­ кий слой 7, то экран по-прежнему не будет освещен.

Если на поверхности деформируемого слоя 7 создать периодический рельеф, форма которого изменяется

Рис. 4-1. Схема щелевого оптического устройства, работающего на просвет.

в плоскости z, х, попадает в промежутки между стерж­ нями решетки 5 и проецируется объективом 8 на экран.

Качество воспроизведения рельефной записи зависит от периода, формы и глубины рельефа. При записи изо­ бражения устройство управления модулирует какой-ли­ бо параметр фазовой решетки, чаще всего глубину. Если элемент изображения содержит большое число периодов растра, то его можно рассматривать как своего рода фа­ зовую решетку. Яркость элемента с заданной решеткой, которую часто называют несущей, является функцией глубины рельефа.

В рассмотренной оптической схеме градации яркости хорошо передаются на экране только по оси х. Измене­ ния глубины рельефа по оси у отображаются на экране хуже, так как отклоненный дорожками растра луч скользит вдоль стержней выходной решетки. Для обес­ печения одинаковой передачи полутонов по обеим осям необходимо применять более сложные системы щелей, например в виде концентрических окружностей, шах­ матного поля и др.

87

Щелевые оптические схемы с отражающим носите­ лем записи принципиально не отличаются от схем с про­ зрачным носителем. Однако компактность, отсутствие на экране неоднородностей подложки, возможность разде­ ления считывающего и записывающего сигналов и не­ которые другие достоинства обусловливают их широкое применение.

Можно выделить три разновидности схем с отра­ жающим носителем: с отражающим деформируемым

слоем, с отражающей подложкой и с призмой полного внутреннего отражения.

На рис. 4-2 приведена схема, в которой использует­ ся отражающий деформируемый слой. При отсутствии рельефа на поверхности слоя 5 свет, испускаемый ис­ точником 1, пройдет через конденсорную линзу 2, отра­ зится от зеркальных стержней 3 и поверхности 5 и сно­ ва попадет на источник. Фазовая решетка, несущая изо­ бражение, отклоняет лучи света в щели между стерж­ нями 3 и с помощью объективов 4 и 6 проецирует их на экран 7.

Отражающая подложка применена в современном проекторе «Эйдофор», оптическая схема которого пока­ зана на рис. 4-3. Лампа 1, конденсор 2 и диафрагма 3 формируют световой поток, который, пройдя через объ­ ектив 4, попадает под углом 45° на зеркальные стерж­ ни 5, а затем на вогнутое сферическое зеркало 6, по­ крытое масляным слоем 7. Кривизна зеркала 6, центр которой находится на поверхности стержня 5Ь, распо­ ложение и размеры стержней 5 подобраны так, что луч света, отразившись, например, от стержня 5а, попадает на стержень 5с. Световые лучи, отразившись от стерж-

88

ней 5, снова проецируются зеркалом 6 на их зеркаль­ ную поверхность н направляются к источнику. При этом экран 9 остается неосвещенным. При наличии рельефа на поверхности масла 7 часть светового потока попада­ ет в промежутки между стержнями 5 и проецируется объективом 8 на экран.

Пример схемы призматического оптического устрой­ ства изображен на рис. 4-4. Объективы 6 и 9 проециру­ ют светящиеся полосы решетки 4 на непрозрачные

Рис. 4-3. Схема щелевой оптики системы «Эйдофор», работающей по принципу отражения от зеркала под­ ложки.

стержни решетки 11 при помощи призмы полного внут­ реннего отражения 7 так, что экран не освещается. При наличии рельефа па слое 8 часть света через объективы 9 и 12 попадает на экран 14. Таким образом, при счи­ тывании рельефного изображения за свободную поверх­ ность слоя 8 попадаёт минимальное количество света от источника 1 через конденсор 2. Зеркала 3, 5, 10 и 13 служат для поворота светового потока.

Большим достоинством схем воспроизведения рель­ ефной записи с призмой полного внутреннего отражения является доступность свободной поверхности деформи­ руемого слоя для записи внешнего сигнала.

89

Достичь полного отражения светового потока прин­ ципиально невозможно, так как для этого необходимо было бы иметь призму с идеальной сплошной средой и идеальный деформируемый слой. Исследования показы­ вают, что около 1 % света выходит за пределы призмы со стороны слоя 8. В случае применения фотопроводнн-

Рпс. 4-4. Схема призматического щелевого оптического устройства.

кового устройства управления рельефом этот световой поток, если не принять специальных мер, серьезно ме­ шает работе системы.

Другим недостатком призматической оптики являет­ ся наклонное расположение деформируемого слоя по отношению к оптической осп. Чтобы воспроизвести изо­ бражение на экране без искажений, необходимо приме­ нить средства оптической коррекции.

Выше были рассмотрены оптические схемы проекции на экран полутоновых и штриховых изображений, ко­ торые требуют записи в форме фазовой решетки. Отме­ тим теперь некоторые особенности щелевой оптики для индикации двоичных цифровых данных.

Двоичную информацию обычно записывают на слое в виде одиночных ямок, сечение которых показано на рис. 4-5. Для записи 1 можно применить, например, ямку; для представления 0 — недеформировалный уча­ сток. Вследствие несжимаемости деформируемой среды при образовании ямки по ее краям появляются два бу­ горка.

90

Щелевая система для считывания двоичной инфор­ мации [Л. 27] (рис. 4-6) мало отличается от рассмотрен­ ной на рис. 4-1. Обычно выходная решетка имеет вид двух щелей. За решеткой расположены два фотоумножи­

званной, например, пылинкой, неравномерная засветка фотоумножителей приведет к тому, что схема И не сра­ ботает.

Существуют оптические устройства с неподвижным световым лучом, мимо которого протягивают пленку

Рис. 4-6. Схема щелевого оптического устройства для считывания цифровой записи.

с записью, а также устройства со сканирующим лучом, осуществляющим последовательную выборку, и др.

Есть основания считать, что цифровая запись на де­ формируемых носителях со временем выделится в само­ стоятельную область техники построения запоминающих устройств с большой емкостью подобно цифровой маг­ нитной записи. Этому способствует высокая плотность записи, большая скорость считывания и низкая стои­ мость носителя записи как в абсолютном выражении, так и приходящаяся на единицу информации. Рельефо­ графические запоминающие устройства пригодны к ис­ пользованию в полностью оптических вычислительных

91