Способ оптической записи и воспроизведения информации на люминисцентном фотографическом материале

 

Область использования: оптическая запись , хранение и воспроизведение информации . Сущность изобретения: при записи экспонируют люминесцентный фотографический материал активным линейно поляризованным оптич.излучением в соответствии с информационным сигналом. При воспроизведении информации материал облучают неполяризованным излучением другого спектрального состава, модулируют воспроизведенный оптич.информ. сигнал по поляризации . Из фотоэлектр, зарегистрированного сигнала выделяют периодич. информационный сигнал.1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л G 11 В 7/00, G 03 С 1/52

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАЧИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

С) О

ОО

I С)

13>

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4884336/10 (22) 21.11.90 (46) 23.10,92. Бюл. М 39 (71) Московское научно-производственное объединение "НИОПИК" (72) В.M.Êîçåíêîâ и А.А.Панкратов (56) 1. Барачевский B,А, "Фотохромизм и его применение", М„"Химия", 1977, 2. Гренишин С.Г. и др; Тезисы докладов

IV Всесоюзной конференции. "Бессеребрянные и необычные фотогоафические процессы", г. Суздаль, 28 февр. - 2 марта 1986, т. 2, с. 191 — прототип, (54) СПОСОБ ОПТИЧЕСКОЙ ЗАПИСИ И

ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ НА

ЛЮМИНЕСЦЕНТНОМ ФОТОГРАФИЧЕСКОМ МАТЕРИАЛЕ

В

Изобретение относится к методам оптической записи и воспроизведения информации и может быть использовано для записи как оптических изображений, так и электрических сигналов, например, звука на бессеребрянных фотографических материалах, Известен способ оптической записи и воспроизведения информации, основанный на использовании, в частности, фотохромных материалов. Эти материалы испытывают под воздействием оптического излучения фотохимические превращения, приводящие к изменениям спектра поглощения, сохраняющимся после выключения .экспонирующего излучения. Воспроизведение записанной таким образом информации осуществляется адсорбционным способом путем визуального или электронного измерения пространствейной модуляции интенсивности считывающего излучения. Практическому широкому применению этого способа препятствует низ Ы 1770980 А1 (57) Область использования: оптическая запись, хранение и воспроизведение информации, Сущность изобретения: при записи экспонируют люминесцентный фотографический материал активным линейно поляризованным оптич.излучением в соответствии с информационным сигналом. При воспроизведении информации материал облучают неполяризованным излучением другого спектрального состава, модул ируют воспроизведенный оптич.информ, сигнал по поляризации; Из фотбэлектр. зарегистрированного сигнала выделяют периодич, информационный сигнал. 1 ил. кая светочувствительность материалов на основе фотохромных реакций, Наиболее близким по технической сущности является способ повышения светочувствительности люми несцентных фотографических. материалов путем уменьшения влияния фотоновой люминесценции на стадии воспроизведения. Он основан на возможном различии времени затухания люминесценции t I M вещества, которое образует изображение и t @ примеси, образующий фон. Способ заключается в первоначальном экспонировании фотографического материала активирующим излучением, несущим информацию, и последующей его равномерной засветке коротким импульсным излучением длительностью порядка tP Mдругого спектрального состава, поглощаемым продуктами фотохимической реакции, возникающими при первоначальном экспонировании, причем

1770980 наблюдение воспроизводимого в свете люминесценции изображения производится с задержкой во времени на величину т Цм после окон ания возбуждающего импульса, Данный способ позволяет уменьшить влияние фоновой люминесценции, однако отличается сложностью, так как требует применения импульсных источников считывающего излучения и электрических схем синхронизации и применении только к л юминесцентным фотографическим .материалам, в которых выполняется условие

t дюм > т люм по длительности свечения люиз <Ьам минесценции, Цель изобретения — повышение светочувствительности люминесцентного фотографического материала и улучшения достоверности воспроизводимой информации.

Поставленная цель достигается тем, что при записи информации материал экспонируют линейно поляризованным излучением

npvf воспроизведении осуществляют фильтрацию воспроизведенного оптического информационного сигнала по поляризации, а из фотоэлектрически зарегистрированного сигнала выделяют периодический информационный сигнал. Известно, что свойство оптической аниэотропии характерно для большинства веществ и сред как природноlo,: так и искусственного происхождения.

Отдельные индивидуальные молекулы являются анизотропными, то есть обладают собственными осцилляторами поглощения и излучения, которые чаще всего можно считать линейными. Вероятность поглощения е света такими молекулами пропорцио.нальна квадрату произведения е=- fFt I é! cos О, (1) где Š— вектор напря>кенности электрического поля возбуждающего свата;

„7- вектор дипольного момента перехода при поглощении;

O- угол между ними.

Люминесценция молекул также анизотропна. На этом и основан способ записи и воспроизведения оптической информации на люминесцентных материалах, заключающийся в следующем.

Изотропный в исходном состоянии спой люминесцентного фотоматериала с хаотически (изотропно) распределенными по оринтации в нем светочувствительными молекулами (А)

Саx(x ó) = Саy(x,y) = С (2) и молекулами люминесцирующих примесей ния (Ц и квантового выхода фотохимической

30 реакции исходных молекул (А).

С"Рх(х,у) = С"Ру(х,у) = С"Р (3) первоначально экспонируется линейно поляризованными светом с интенсивностью ! х(х,у), несущим информацию о регистрируемом объекте.

Здесь С x,у, С х,у объемные концентрации молекул, ориентированных вдоль осей X, Y ортогональной системы координат, лежащих в плоскости люк инесцентного материала и предполагается, что вектор поляризации записывающего излучения, падающего вдоль оси Z параллелен оси X.

При этом в cooTsGTGTBNM c(t) преимущественно возбуждаются и вступают в фотохимическую реакцию только те молекулы А, осциллятор поглощения которых имеет направление, близкое к направлению вектора электрического поля записывающего излучения.

Образовавшиеся в результате фотохимической реакции люминесцирующие молекулы В также имеют преимущественную ориентацию:

C õ(õ y) Са k x I бб„(х y) (4)

Сву(х,y) = Са k у 3 x(x,y) (5) где k x,y — коэффициенты, зависящие от анизотропных свойств (вероятности поглощеТаким образом, всю совокупность способных люминесцировать под воздействием считывающего излучения молекул, находящихся в экспонированном слое люминесцентного материала можно представить состоящей из двух частей . полностью хаотически (по ориентации) расположенных молекул примесей и преимущественно ориентированных (в соответствии с ориентацией вектора поляризации записывающего излучения) молекул фотопродукта (В), несущих информацию об записанном обьекте.

В то время как концентрация первь.х постоянна по поверхности слоя и не зависит от энергии облучения при записи, концентрация последних однозначно связана с ней.

Чем выше локальная по поверхности энергия облучения при записи, тем выше концентрация молекул (В) и, следовательно, тем больше локальная ориентационная анизотропия слоя при воспроизведении.

На стадии воспроизведения записанной информации люминесцентный фотоматериал подвергается воздействию неполяризованного света, поглощаемого молекулами (В) (и примесями), в результате чего возбуждается их люминесценция.

Свет, излучаемый экспонированным фотоматериалом, является частично поляризо! с.70ч80

"ху= k xy k (10) а их разность равна

Cà (kx ky) (счит = сопз ванным и его можно представить как совокупность неполяризованного излучения хаотически ориентированного ансамбля молекул люминесцирующей примеси

1 (,у) — 1 у(х,у) 2 Р С Р t (7) и частично поляризованный люминесценции молекул В. образующих изображение!

"Ру(х,у) = kBу С 1 «(х,у) чит (9) где k, k", — константы. характеризующие люминесцирующую способность молекул (В) и примеси, а! " — интенсивность источника сета, вызывающего свечение материала и

Полная интенсивность свечения компонент, поляризованных в направлении осей

X u Y в некоторой точке записанного изображения (х,у) соответственно будет: ьпр Спр сч т +

+ kxС !х (ху) „„)= л C Р счет +

Сз )Об (, ) счит

Ix(x,у)-ly(x,y)=C I 6х(х.у} I "" (kx-ку)=

= k t х(х,у) (12) Таким образом, информация о записанном изображении в данном способе представлена в виде разности интенсивностей свечения компонент, поляризованный в на. правлении осей Х и Y. не зависящий от интенсивности фона.

Для ее измерения частично поляризованное люминесцентное излучение от экспбнированного фотоматериала пропускается через поляризатор, вращающийся с круговой частотой в.

Интенсивность света на выходе данного поляризатора в каждый момент времени 1 определяется выражением:

t(x,уд)=! х(х,у) cos2 an + ly(x,у) stn ак =".I

2 — - - — cos (2ол ) =

ly (х,у ) Первое слагаемое, являющееся суммой полезного слабого сигнала и сильного фона, не зависит от времени, тогда как вторая, несущая только информацию о записанном на материале объекте, моделирована с частотой — 2а, т.е. при этом осуществляется фильтрация информационного сигнала по поляризации, Далее световые сигналы с помощью фотоэлемента превращаются в электрические и с помощью традиционных радиоэлектрических методов иэ фотоэлектрически зарегистрированного сигнала выделяется переменная составляющая информационный сигнал, которая по величине может быть в 10 — 10 раэ меньше постоянной

2 4 составляющей.

Пример, Реализация способа оптической записи и воспроизведения информации обеспечивается устройством, один из вариантов которого схематически представлен на чертеже. Принцип его работы основан на методе вращающегося поляризатора. Устройство содержит люминесцентный фотоматериал 1, на который воздействует излучение записывающего источника 2, длина волны которого лежит в области чувствительности фотоматериала 1, и излучение воспроизводящего источника 3. длина волны излучения которого лежит в области возбуждения люминесценции фотопродукта, возникающего на стадии запи-. си. Зеркало 4 служит для совмещения пучков записывающего и воспроизводящего излучений на поверхности материала 1, а фильтр 5 на входе фотоприемника 6 обеспечивает попадание в фотоприемник только воспроизводящего излучения, Модулятор 7 управляет пространственным распределением интенсивности записывающего излучения в соответствии с запоминающей информацией, Поляризатор 8 служит для получения линейного поляризованного записывающего излучения, Поляризатор 9 установлен перед фотоприемником 6 и вращается с помощью устройства 10 с частотой а . Электрический сигнал. снимае-. мый с фотоприемника 6, через частотно селективный фильтр 11 на регистрирующее устройство 12.

При записи информации получение записывающего источника 2, проходя через модулятор 7 и поляризатор 8, воздействует

1770980 на фотоматериал 1., создавая в нем пространственно модулированный по концентрации частично ориентированный ансамбль способных люминесцировать молекул (В).

При воспроизведении записанной информации неполяризованное излучение считывающего источника 3 проходит через тот же участок материала 1, вызывая частично поляризованную люминесценции, величина анизотропии которой модулируется B соответствии с записанной информацией.

Вследствие вращения поляризатора 9 на фотоэлемент 6 падает пульсирующий световой поток. вызывая в его цепи пульсирующий фототок, из которого с помощью частично селективного фильтра 11.переменная составляющая с частотой 2в, ее амплитуда модулируется- в соответствии с записанной на фотоматериале 1 информа. цией. Выделенная таким образом информация, регистрируется в устройстве 12, в качестве которого может быть фотопленка, ЭВМ, электронно-лучевая трубка и т,д..

В качестве люминесцентного фотографического материала в эксперименте использовался фотохромн ый материал (ФХМ), представляющий собой твердый 5 -ный (по .:весу) раствор 1,3,3-триметил-б -8-динитроnv ðo(èHäoëèí-2,2-(2Н-1)-бензопирана в полиметилметакрилате, нанесенный слоем толщиной 15 мкм на стеклянную подложку. Такой материал, изотропный в исходном состоянии, был прозрачен в видимой области спектра и интенсивно поглощал излучения с Л 390 нм, окрашиваясь в фиолетовый цвет с максимумом поглощения при Лmax 545 нм. Окрашенная форма ФХМ люминесцировала красным цветом (Л mane 580 HM) под действием видимого излучения.

Данный ФХМ использовался длля оптической записи и воспроизведения информации как по абсорбционному, так и люминесцентному принципам считывания (см.табл и цу).

Источником излучения для записи и воспроизведения являлась ртутная лампа

ДРШ-250. При этом для записи использовались светофильтры УФС и ВС-7 (2,axò " 365 нм) с поляризатором — призмой Глана, а при воспроизведении применялись светофильтры ОС-11+ПС-7+СЗС-21 (Ли, "546 нм). На блюдение воспроизводимого изображения осуществлялось либо через те же светофильтры (для абсорбцинного способа), либо через интерференционный светофильтр с, Л glpu 585 +.10 HM (для люминесцентного способа-прототипа и заявленного способа), I

Перед записью информации образец

ФХМ равномерно засвечивался неполяри.зованным УФ-излучением в течение 2 сек., что было эквивалентно наличию в ФХМ лю5

10 минесцирующих примесей, по спектральным (nvv ) и временным (тл „) характеристикам тождественных характеристикам молекул, формирующих изображение, При этом импульсный люминесцентный способ (прот тип) не имел преимущества перед традиционным люминесцентн ым способом. считывания.

В таблице приведены результаты эксперимента для различных способов записи и

15 считывания,,Д, 1Уффон - вРемл пРеДваРительнОй Равномерной засветки ФХМ неполяризованным

УФ-излучением для формирования "фонового" поглощения и люминесценции ("при20 меси" );

t axe — время экспонирования ФХМ записывающим излучением, необходимое дпя получения контраста в изображении К=2;

К= ()абс или он

1 из из из

1 фон

1фогн азиз — интенсивности считывающего или воспроизводящего излучения в области фона и изображения, cooTBGicTBBHHo npu абсорбционном или люминесцентном способах воспроизведения, Из таблицы видно, что предлагаемый способ позволяет значительно сократить время записи информации (повысить светочувствительность) по сравнению с извест40 ными способами даже при использовании одного и того же фотографического материала, Способ позволяет реглстрировать оптические сигналы (изображения), интенсив45 ность которых может быть не только соизмерима, но и меньше интенсивности фонового излучения т.е. улучшить достоверность воспроизведения информации, что в свою очередь, позволяет уменьшить по50 требляемую мощность источника записи, то есть повысить "эффективную" светочувствительность реального люминесцентного фотоматериала и (или) снизить требования на отбор и очистку используемых при их изго55 товлении подложки, пленкообразующих компонент, светочувствительных и других веществ с целью снижения уровня люминесцирующих при считывании фона. 770980

)0 шийся тем, что, с целью повышения светочувствительности люминесцентного фотографического материала и улучшения достоверности воспроизведения информа5 ции, при записи информации материал экспонируют линейно поляризованным излучением, при воспроизведении осуществляют фильтрацию воспроизведенного оптического информационного сигнала на

10 поляризации, а из фотоэлектрически зарегистрированного сигнала выделяют периодический информационный сигнал. из зкс. с.

Способ воспроизведения

Способ записи

Поляризация записывающего изл чения фон., сек, 15 2

Абсорбционный

1,0 естествен ная 1,0

Люминесцентный неполяризованный (прототип) естествен ная

2,0

0,3

Люминесцентный поляризованный (заявляемым) 1,0 линейная

Составитель В. Козенков

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор М. Ткач редактор Т. Иванова

Заказ 3744 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 э

Формула изобретения

Способ оптической записи и воспроизведения информации на люминесцентн фотографическом материале, при которо-: процессе записи экспониру;от материал актиничным оптическим излучением в соответствии с информационным сигналом, а при воспроизведении информации проэкспонированный материал облучают неполляризованным оптическим излучением другого спектрального состава и фотоэлектрически регистрируют воспроизведенный с .материала оптический сигнал, о т л и ч а юабсорбционныи неполяризованный неполяризованная люминесценция поляризованная люминесценция