Лекція 16

§3. Проявлення (візуалізація) зображення

Класичний електростатичний спосіб проявлення полягає в тому, що електричне поле прихованого електростатичного зображення притягує і утримує на поверхні дрібні (діаметром декілька мікрометрів) зафарбовані на та еелктрично заряджені частинки тонера. Існує два методи візуалізації – сухе проявлення з використанням суспензії проявного пігменту в сильно ізолюючій неполярній органічній рідині.??

Сухе проявлення здійснюється різними способами: каскадне, аерозольне проявлення механічним або електромагнітним пензлем. Основою сухого проявлення є взаємодія протилежно заряджених двох частинок, які контактують і труться одна до одної (трибоелектричний???? ефект).

Зчеплення між тонером і світлочутливим шаром обумовлене як кулонівськими силами, так і силами Ван-дер-Ваальса. Сухі проявники бувають однокомпонентними, двокомпонентними. Останні складаються з крупнозернистого носія (частинок діаметром d_A=0,1÷1 мм) та з порошку тонера з діаметром частинок d=1÷20 мкм. Носіями-частинками можуть служити покриті пластмасою скляні кульки або полімерні кульки з металевим ядром чи без нього, кварцовий пісок.

Як проявляючи порошки використовуються природні й синтетичні смоли (каніфоль, асфальт), а також пігменти.

Під час переміщення тонера поверхнею експонованого електрофотографічного шару частинки пігменту осаджуються на заряджені протилежним знаком ділянки, на які не діяло світло. Такий процес відбувається завдяки тому, що сили електростатичної взаємодії між прихованим зображенням і пігментом більші, ніж між пігментом і носієм.

а) двокомпонентний тонер;

б) однокомпонентний тонер.

1- носій;

2- частинки пігменту;

3- магнітний пігмент;

4- пігмент;

5- зв’язуюче.

Однокомпонентні проявники не мають носіїв. Вони складаються з полімерного зв’язуючого, в яке вводяться барвники, магнітні пігменти (d_В=2÷30 мкм) та інші додатки.

Електрофотографічні процеси знайшли широке застосування в копіювально-розмножувальній техніці та в швидкому виводі інформації з комп’ютера на матеріальний носій (плівку, папір та ін.), рентгенографії, для мікрошліфування, для реєстрації інформації в спектральній оптичній апаратурі.

 

Рельєфографія

Удосконалення електрофотографії та телебачення привело до виникнення рельєфографії. Принцип рельєфного запису був розроблений у 1940 році. Люмінесцентний шар телевізійної трубки замінений шаром масла, яке наносилось на прозору електропровідну пластину. Під дією електронного променя на поверхні пластинки виникають електричні заряди, густина яких залежить від яскравості ділянок зображення, що передається. Заряди на поверхні масляного шару ініціюють виникнення в електропровідній підкладці зарядів протилежного знаку. Під дією електричних сил, які виникають, поверхня масла деформується на різну глибину залежно від величини заряду, виникає рельєф.

Особливість рельєфного запису полягає в тому, що утворений рельєфний шар не змінює амплітуди променя, яке падає на нього, лише фазу, тому око не може побачити утворене зображення. Для візуалізації необхідно спеціальні технічні засоби, які перетворюють фазову модуляцію в амплітудну.

 

§4. Метод фотопластичного запису зображення

Метод полягає в створенні електростатичного зображення на поверхні термопластичного шару електронним променем. Для запобігання розсіювання електронів запис повинен проводитись у вакуумі.

Термопластичний матеріал складається з трьох шарів: основи, провідного шару, підшару і термопластичного шару.

 

1- термопластичний шар;

2- підшар;

3- провідний шар;

4- основа.

 

До основи ставлять такі ж вимоги, як і до традиційних фотоматеріалів, але , крім того, її температура плавлення вища за температуру плавлення термопластика з доброю провідністю.

Такі властивості забезпечують швидке охолодження і затвердіння термопластичного шару , тобто гарантують швидке формування мікрорельєфу (~0,005 с).

Провідний шар сприяє перетворенню потенціального рельєфу в механічний, полегшує розігрівання термопластичного шару, повинен бути оптично прозорим і мати електроопір.

Його товщину ~1-100Å, формують з металів Cr, Ni, Sn,Au, оксидів та солей напиленням.

Термопластичний матеріал виготовляється з композиції сумісних полімерів. Робоча температура розм’якшення у межах 60º-150ºС. Товщина у межах розм’якшення 20-25 мкм.

Загальним для різним способів фототермопластичного (ФТП) запису є наявність локалізованих електростатичних сил, які формують поверхневий рельєф. При зчитуванні записаної інформації рельєф змінює фазу пропущеного або відбитого зчитувального світлового пучка.

Для якісного запису одношарові ФТП-матеріали повинні забезпечувати повільну релаксацію прихованого зображення як під часу самого запису, так і в процесі проявлення, тобто мати довготривалу пам’ять.

 

§5. Оптичний запис на фототермопластичних плівках

Цей метод поєднує електрофотографічний принцип запису з термопластичним способом візуалізації електрофотографічного зображення. Якщо у звичайній електрофотографії зображеннявізуалізується нанесенням пігменту на заряджені поверхні, то при фото термопластичному процесі воно проявляється нагріванням, що призводить до утворення механічного рельєфу, як і на термопластичних плівках.

Особливі вимоги ставлять до фотопровідності шару, який повинен мати термопластичність і фотопровідність. Для цього використовують різні полімери, які поєднують як термопластичні так і фотопровідні властивості – введення органічних фотопровідних барвників або полімерів з провідниковими властивостями.

Фото термопластична плівка рівномірно заряджається за допомогою коронного розряду до певного постійного заряду, позитивного, стійкішого до атмосферного впливу.

 

1- фототермопластичний шар;

2- напівпровідниковий шар;

3- струмопровідна підкладка.

Цей заряд створює такої ж величини заряд протилежного знаку.

У процесі запису зображення під дією світла виникає фотопровідність і заряди повністю або частково (залежно від інтенсивності) нейтралізується. Воно залишається лише на ділянках, де світло не діяло. Створюється електричний потенціальний рельєф прихованого зображення, яке після нагрівання, що виконує роль проявлення, і наступного охолодження – фіксування – перетворюється у механічний рельєф.

Залежно від інтенсивності діючого світла утворюється різний за глибиною рельєф: глибокі канавки в темних місцях оптичного зображення, ділянки з нульовою глибиною відповідають світлим місцям.

 

Фотографічні властивості ФТП-матеріалів

Фототермопластичні матеріали мають унікальні властивості: запис в реальному масштабі часу, високу роздільну здатність (R=4000 мм^-1), світлочутливість S=2÷20 лк^-1с^-1, можливість стирати і перезаписувати зображення.

Сенситометричні характеристики ФТП-матеріалів для реєстрації оптичних зображень визнаються традиційним фотометодом по утвореному зображенню.

Фотовластивості ФТП-матеріалів задаються через побудову характерної кривої D=f(lgH)/

Основні сенситометричні характеристики ФТП-процесу залежать від частоти (ν) зображення, що реєструється. Світлочутливість (S) ФТП-матеріалів визначається за критеріями: D_0+0,2, відношенням сигнал/шум.

Основні структометричні характеристики ФТП-матеріалів: оптична та ефективна ЧКХ, спектр шуму (D₀), спектр порогового контрасту.

ФТП-матеріали мають вищу роздільну здатність (R) та пороговий контраст при високій світлочутливості (S), ширший діапазон спектральної чутливості, велике число циклів перезапису.

 

§6. Евапорографія

Це процес мікрорельєфного запису зображень, який базується на випаровуванні деяких речовин під дією енергії ІЧ-випромінювання. Він найдоцільніший для реєстрації інформації в повній темноті без штучного освітлення, тобто в променях власного або відбитого теплового випромінювання навколишніх предметів. Для сонячного (денного) світла межа ІЧ-випромінювання припадає приблизно на довжину хвилі λ=3,5 мкм. Межа можливої реєстрації у відбитих променях будь-яких об’єктів визначається цією довжиною хвилі. Крім того, всі тіла мають власне теплове випромінювання, що можна реєструвати відповідним приймачем. Воно збільшується зі зміною довжини хвилі.

Для лазерного мікрозапису інформації, наприклад, в оптичних дисках пам’яті, використовують випаровування тонкого (20 нм) шару металу з прозорої підкладки під дією рухомого сфокусованого променя малопотужного безперервно випромінюючого лазера або імпульсного лазерного випромінювання.

Такий метал повинен мати низьку температуру плавлення і випаровування та незначну теплопровідність (Ві, Те …).

Замість металу може бути барвник зі значним поглинанням у зоні випромінювання лазера.

Може використовуватися у медичній діагностиці.

 

§7. Напівпровідникові фотографічні процеси

Сучасна традиційна галогеносрібна фотографія має обмежену можливість сенсибілізації світлочутливих шарів до довгохвильової (ІЧ) частини спектра, межа якої ~1,3 мкм. Причиною цієї межі є вуалююча дія фонового теплового випромінювання.

Для подолання труднощів фотографування в ІЧ променях необхідно вибрати принципово інші шляхи, створення фотографічної системи з керованою чутливістю.

Оскільки фонове теплове випромінювання усунути неможливо, треба зменшити час дії. Це досягається через надання матеріалу нової властивості – керовано надавати і вилучати світлочутливість. Тоді неосвітлені ділянки зображення отримують меншу, ніж в некерованій системі, дозу радіації. Усунення дії фонового випромінювання не є безмежною. Найкраще відношення сигнал/фон досягається тоді, коли інтервал включення чутливості збігається з часом експонування. Однією з систем з керованою світлочутливістю є напівпровідникова фотографія.

Напівпровідникові фотопроцеси базуються на внутрішньому фотоефекті з наступним переміщенням нерівноважних носів струму у внутрішніх і зовнішніх електричних полях. Процеси відрізняються від сучасної електрофотографії, оскільки остання відображає утворення електростатичного прихованого зображення і, відповідно, його візуалізацію методами такого ж типу. Це вимагає високоомних шарів, тобто електрофотографія здійснюється на фото чутливих діелектриках.

У напівпровідникових системах можна використовувати різні типи реєстрації і менш високоомні напівпровідники.

Напівпровідникові процеси знайшли застосування у високошвидкісній ІЧ фотографії.

Системи з керованою чутливістю:

- керування здійснюється електричним полем (або струмом);

- фоточутливість виникає при встановленні контакту між двома частинами системи (контактно-сенсибілізаційне керування);

- керування чутливістю здійснюється рівномірним освітленням середовища додатковим джерелом світла (світлокеровані системи).