ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.07.2024
Просмотров: 142
Скачиваний: 0
В-2. СТРУКТУРА СИСТЕМ ФАЗОВОЙ РЕЛЬЕФОГРАФИИ
В состав типовой системы фазовой рельефографии входят: I) устройство управления зиписыо *; 2) носитель записи с деформируемым слоем; 3) устройство воспро изведения; 4) устройство проявления (рис. В-1).
Функция устройства управления сводится к регистра ции на деформируемом слое входного сигнала какой-ли бо физической природы в виде рельефа поверхности.
Устройства управления можно классифицировать по многим признакам [Л. 23]. Однако наиболее удобно де лить устройства управления по физической природе входного сигнала.
Входные сигналы, применяемые в рельефографии, и соответственно устройства управления, преобразующие их в поверхностный рельеф, можно разбить на: 1) элек
трические; |
2) |
электромагнитные; 3) механические; |
4) магнитные. |
перечисленные четыре разновидности |
|
На рис. |
В-1 |
|
сигналов проклассифицированы более детально. С по мощью устройства управления входной сигнал для по лучения рельефа поверхности прежде всего необходимо преобразовать в рельеф плотности поверхностных или объемных сил, т. е. силовой рельеф. Создание силового рельефа во всех устройствах управления является необ ходимым этапом при преобразовании входного сигнала
врельеф поверхности.
Вслучае использования твердых термопластических пли фотопластнческпх материалов необходимо предус мотреть устройство для размягчения деформируемого слоя. Процесс преобразования силового рельефа в по верхностный, совершающийся при размягчении слоя, на зывают проявлением. Известны два метода проявления: тепловой и в среде растворителя.
Наиболее распространен метод теплового проявле ния, который осуществляют электрическим нагревом проводящей подложки, потоком лучистой энергии и на гретой струей газа или жидкости. Тепловое проявление имеет значительные преимущества по сравнению с при емами обработки экспонированных слоев в фотографии,
вчастности, осуществляется намного быстрее и легче поддается автоматизации.
1 Далее в основном употребляется более короткий термин «устройство управления».
10
Рмс. В-1. Структура систем фазовой рельефогозфии.
Носитель записи имеет обычно многослойную струк туру, необходимой частью которой является деформиру емый слой. К настоящему времени изучено большое чис ло уже известных и специально созданных материалов, используемых в деформируемых слоях. Их можно разде лить на три группы: 1) слабопроводящие и проводящие жидкости; 2) гели и упругие металлические пленки; 3) твердые термопластики. Жидкие, гелеобразные слои и металлические пленки, как правило, применяют для оперативной обработки информации с периодом цикла запись — стирание от сотых долей секунды до несколь ких секунд. Твердые термопластики можно использовать как для оперативного, так и для долговременного хране ния информации. Время цикла запись — стирание в этом случае регулируют устройствами проявления и стира ния.
Воспроизведение рельефной записи осуществляют оптическим излучением или корпускулярным потоком1. Независимо от физической структуры регистрирующей среды и способа образования информации носитель за писи при воспроизведении сигналов управляет одним из двух параметров излучения: амплитудой или фазой световой волны. В первом случае имеют дело с ампли тудной, а во втором — с фазовой модуляцией. Возможен
исмешанный способ амплитудно-фазовой модуляции.
Вбольшинстве классических информационных систем используют принцип амплитудной модуляции, при кото ром носитель записи (фотопленка, печатный лист, элек трофотографический слой) управляет световым потоком благодаря поглощению части его световой энергии.
Врельефографии применяется фазовая модуляция потока излучения носителем записи. При фазовой мо дуляции, основанной на явлениях преломления (рефрак ции) и дифракции, поток излучения не поглощается записывающей средой, а только изменяет свою простран ственную фазу. При этом среда, граничащая со свобод ной поверхностью деформируемого слоя, должна отли чаться от него коэффициентом преломления. В зависи мости от величины сигнала (глубины рельефа) лучи от считывающего источника излучения преломляются или дифрагируют на различный угол.
1 Наряду с термином «воспроизведение» мы далее будем поль зоваться и термином «считывание».
12
)
Объекты, управляющие фазовыми параметрами из лучения, принято называть фазовыми объектами. Для воспроизведения информации с фазового объекта при меняют различные методы, сущность которых сводится к преобразованию фазовой модуляции в амплитудную.
Известны четыре метода воспроизведения рельефной записи: щелевой оптики, фазоконтрастной оптики Цернике, проекционной оптики, электронного считывания.
При использовании оптического излучения нз их чис ла применяют главным образом щелевой и фазоконт растный методы1. В настоящее время в большинстве устройств воспроизведения используют щелевую проек ционную оптику, с помощью которой при отсутствии рельефа на поверхности носителя записи получают тем ное поле.
■При очень глубоких канавках или при так называ емой «морозной» записи рельефа можно применять и обычную проекционную оптику.
Оптические устройства с когерентными источниками света используют для восстановления голограмм, запи санных на деформируемых носителях в виде фазовых дифракционных решеток. В идеальной фазовой косину соидальной решетке свет не поглощается. Яркость изо бражений, восстановленных по фазовой голограмме, значительно выше, чем по амплитудной. Деформируемые слои не подвержены усадке при хранении и допускают многократное использование в отличие от фотографиче ских эмульсий.
Поэтому голограммы, записанные на деформируемом слое, не искажаются при хранении, могут быть стерты и нанесены вновь.
Известен также метод воспроизведения записи с фа зового объекта корпускулярным потоком. При этом в рельефографип, как и в электронной микроскопии, для считывания записи применяют электронный поток, уп равление которым основано на использовании зависи мости угла отражения электронов от наклона стенки канавки рельефа.
На основе классификационной схемы рис. В-1 с уче том сказанного можно построить обобщенный функци-
1 Оба эти метода являются частным случаем так 'Называемого метода пространственной фильтрации [Л. 81].
13
опальный оператор системы фазовой рельефографии:
5(л% у, z, |
1)-*р(х, |
у, |
z, t)~+t,(x, |
у, z, t) *FвЫХ (х, у, z, t), |
|||
|
|
Т(х, у, |
z, |
t |
|
|
|
|
|
t)— [ |
|
|
|
||
где |
S —уравнение |
входного |
сигнала; |
р — уравнение |
|||
плотности |
сил; Г — уравнение |
процесса |
размягчения |
||||
слоя; |
£ — уравнение поверхности деформируемого |
слоя; |
|||||
^вых — уравнение выходного светового потока; х, |
у, z — |
||||||
пространственные координаты; t — время.
Задача отыскания функций, связывающих плотность сил и рельеф поверхности, а также рельеф поверхности и выходной световой поток, является достаточно общей проблемой для всех систем рельефной записи. Вид связи между входным сигналом и рельефом поля сил отлича ет, как правило, одно устройство управления от другого. Преобразование входного сигнала в рельеф плотности сил может содержать одни или несколько промежуточ ных этапов.
Анализ любой системы или ее части основывается на определении такой ее характеристики, которая наи более просто и вместе с тем полно устанавливала бы связь между ее выходным и входным сигналами.
В линейных системах такой характеристикой обычно служит либо коэффициент передачи, либо переходная функция.
Коэффициент передачи имеет определенный смысл лишь в том случае, когда выходной сигнал отличается от входного по величине и фазе, но не по форме. При прохождении через линейную систему при всех условиях не меняет свою форму гармонический сигнал. Коэффи циент передачи в этом случае определяют как отноше ние комплексных амплитуд гармонического сигнала на выходе и входе системы. Зависимость модуля коэффици ента передачи и фазы от частоты называют амплитудно-
частотной и фазо-частотной характеристиками соответ ственно.
Если входной сигнал имеет сложную форму, то, раз ложив его на сумму гармонических по Фурье, с по мощью известного коэффициента передачи легко опре делить выходной сигнал и в этом случае.
Переходной функцией называют выходной сигнал, обусловленный подачей на вход системы единичного сту-
14
пенчатогй сигнала. С помощью интеграла свертки по известной переходной функции можно рассчитать выход ной сигнал при воздействии на вход системы сигнала сколь угодно сложной формы.
Сигналы в системах рельефографии зависят, как правило, от времени t п пространственных координат х, у, z. С одной стороны, входной сигнал всегда имеет определенный момент времени включения. Поэтому связь между выходным и входным сигналами по време ни удобно устанавливать с помощью переходной функ ции. С другой стороны, по координатам эти сигналы обычно имеют периодический характер, поэтому в этом случае удобнее для применения оказывается передаточ ная функция. Следовательно, в общем случае для анали за линейной системы фазовой рельефографии или ее ча сти полной характеристикой является переходно-переда точная функция (переходная по времени и передаточная по координатам).
Системы фазовой рельефографии в общем случае не линейны, так как нелинейны переход от плотности заря да или распределения потенциала к плотности деформи рующих сил и переход от поверхностного рельефа к ос вещенности. Поэтому указанные выше характеристики системы можно применять лишь в тех пределах, в кото рых систему можно считать линейной.
В случае нелинейных систем функциональную связь между входным п выходным сигналами необходимо оп ределять для каждого вида входного сигнала. Это озна чает, что при изучении нелинейных систем приходится ограничиваться разработкой методики расчета характе ристики вход — выход для одного, по возможности наи более общего вида входного сигнала.
Г л а в а п е р в а я
МЕТОДЫ РЕЛЬЕФНОЙ ЗАПИСИ
1-1. Запись электрических сигналов
а) Запись электронны м лучом
'Запись электронным лучом лежит в основе действия устройств накопления и отображения информации, использующих масляные и твердые термопластические слои. В стадии разработки находятся системы с жидки ми термопластиками1 [Л. 24, 25] и упругой металличе ской пленкой [Л. 6] в качестве носителей.
Принцип записи можно пояснить с помощью рис. 1-1. Электронный луч 1, модулированный по интенсивности,
Рис. 1-1. Механизм термопла стической записи электронным лучом.
— длина зоны нагревания; s2 — длина зоны охлаждения термопла стика; v — скорость перемещения
носителя |
записи; %— период |
фазо |
|
вой решетки; |
cl —толщина |
термо |
|
пластика; |
£(.v, |
0 — уравнение де- |
|
Фосмнруемой поверхности. |
|
||
создает на поверхности или в объеме деформируемого слоя 2 рельеф электрических зарядов, которые индуци руют в проводящем слое 4 заряды противоположного знака. Электрические силы взаимодействия этих зарядов способны деформировать поверхность слоя 2. Если при меняется твердый термопластический слой, то для про явления записи его необходимо размягчить одним из из вестных способов. Основа 3 придает носителю механиче скую прочность.
1 Термопластики, поддерживаемые в жидком состоянии натреванием.
16
До настоящего времени нет вакуумно-стойких носи телей, поэтому для удаления выделений газообразных продуктов из них все вакуумные камеры снабжены не прерывно откачивающими устройствами.
Своеобразный способ записи электронным лучом предложен One [Л. 6] (рис. 1-2). Тонкая металлическая упругая проводящая плен ка 1 наложена па систему диэлектрических опорных стержней 2, рас положенных на изоляционной подложке 3. Электронным лучом 4, мо дулированным по интенсивности, электрический заряд сквозь плен ку 1 наносят на поверхность слоя 3. В пленке 1 наводится заряд
Рис. 1-2. Механизм записи |
Рис. 1-3. Запись электронным |
|
электронным |
лучом на гибкой |
лучом «на прострел» из элек |
металлической |
пленке. |
тронно-лучевой трубки. |
противоположного знака. Под |
действием сил притяжения зарядов |
|
в слоях 1 и 3 пленка деформируется. Поскольку пленка способна отражать световые лучи, то модулированный рельеф ее поверхности можно преобразовать с помощью щелевой оптики в градации ярко сти на экране. Время образования рельефа на металлической пленке составляет меньше 1 мксек, в то время как для масляных и термо пластических слоев оно имеет величину порядка сотых долей се кунды.
На рис. 1-3 изображена схема устройства [Л. 23], в котором электронный луч 7 используют для'электризации диэлектрического слоя /, внешнего по отношению к объему трубки. В экранную часть трубки вмонтирована вакуумно-плотная пластина 6, прозрачная для электронов с высокой энергией. Обычно такое окно для быстрых электронов изготовляют нз алюминиевой фольги толщиной не сколько микрон. Электронный поток ускоряют напряжением около 50 кв. Носитель записи состоит из диэлектрического слоя 1, дефор мируемого высокоомного слоя 2, проводящего деформируемого слоя 3 н металлического электрода 4, нанесенного на подложку 5. Для размягчения деформируемых слоев, если это необходимо, можно использовать нагреватель. Электронный луч 7 создает в диэлектри ческом слое 1 рельеф электрических зарядов, поле которых образует модулированную плотность электростатических сил на границе раз дела слоев 2 и 3. Образованный рельеф на поверхности слоя 3 мо жет быть считан щелевой оптикой «а -просвет или на отражение. Если слой 2 изготовлен из термопластического материала, считывание можно осуществить после разделения слоев 2 и 3.
2— 509