Способ оптической записи и воспроизведения информации на люминисцентном фотографическом материале Советский патент 1992 года по МПК G11B7/00 G03C1/52 

(Л

С

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 не- поляризованным излучением другого спектрального состава, модулируют воспроизведенный оптич.информ. сигнал по поляризации. Из фотоэлектр, зарегистрированного сигнала выделяют периодич. информационный сигнал.1 ил.

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 бессе- ребрянных фотографических материалах.

Известен способ оптической записи и воспроизведения информации, основанный на использовании, в частности, фотохром- ных 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 пространственной модуляции интенсивности считывающего излучения. Практическому широкому применению этого способа препятствует низкая светочувствительность материалов на основе фотохромных реакций.

Наиболее близким по технической сущности является способ повышения светочувствительностилюминесцентныхфотографических материалов путем уменьшения влияния фотоновой люминесценции на стадии воспроизведения. Он основан на возможном различии времени затухания

люминесценции Тлюм вещества, которое

образует изображение и tftSK примеси, образующий фон. Способ заключается в первоначальном экспонировании фотографического материала активирующим излучением, несущим информацию, и последующей его равномерной засветке коротким импульсным излучением длительностью порядка тЙюм другого спектрального состава, поглощаемым продуктами фотохимической реакции, возникающими при первоначальном экспонировании, причем

vi

VJ

О Ю 00 О

наблюдение воспроизводимого в свете люминесценции изображения производится с задержкой во времени на величину

t $юм после окончания 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 люминесцентным фотографическим материалам, в которых выполняется условие

t/jiow т$юм по длительности свечения люминесценции,

Цель изобретения - повышение свето- чувств итольности люминесцентного фотографического материала и улучшения достоверности воспроизводимой информации.

Поставленная цель достигается тем, что при записи информации материал экспонируют линейно поляризованным излучением при воспроизведении осуществляют фильтрацию воспроизведенного оптического информационного сигнала по поляризации,а из фотоэлектрически зарегистрированного сигнала выделяют периодический информационный сигнал. Известно, что свойство оптической анизотропии характерно для большинства веществ и сред как природного, так и искусственного происхождения Отдельные индивидуальные молекулы являются анизотропными, то есть обладают собственными осцилляторами поглощения и изл/чения, которые чаще всего можно считать линейными. Вероятность поглощения Ј света такими молекулами пропорциональна квадрату произведения

Ј-1Е 21/г 2со520,

(D

где Е - вектор напряженности электрического поля возбуждающего света;

/Т- вектор дипольного момента перехода при поглощении;

Э- 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 слой люминесцентного фотоматериала с хаотически (изотропно) распределенными по ори- энтации в нем светочувствительными молекулами (А)

Сах(х,у)Сау(х,у) Са.(2) и молекулами люминесцирующих примесей

Спрх(х,у) Спру(х,у) Спр (3) первоначально экспонируется линейно поляризованными светом с интенсивностью ° х(х,у), несущим информацию о регистрируемом объекте.

Здесь Сах.у; Спрх,у - объемные концентрации молекул, ориентированных вдоль осей X, Y ортогональной системы координат, лежащих в плоскости люминесцентного материала и предполагается, что вектор поляризации записывающего излучения, падающего вдоль оси Z параллелен оси X.

При этом в соответствии с (1) 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:

Са kax 1°6х(х,у) (4) 25Сву{х,у) Са kay l°6x(x,y) (5)

Свх(х,у)

где kax,y - коэффициенты, зависящие от анизотропных свойств (вероятности поглощения (1) и квантового выхода фотохимической

реакции исходных молекул (А).

Таким образом, всю совокупность спр- собных 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 первых 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 поляризованным и его можно представить как совокупность неполяризованного излучения хаотически ориентированного ансамбля молекул люминесцирующей примеси

1прх(х,уНпру(х.у) 5 1пр кпр Спр 1СЧИТ (7)

и частично поляризованный люминесценции молекул В. образующих изображение

,в r-a io6

Г3х(х.у) квхСаГх(х,у)1счит (8) lnpy(x,y) kByCalo6x(xiy)tC4MT (9)

где kB, knp, - константы, характеризующие люминесцирующую способность молекул (В) и примеси, а 1СЧИТ - интенсивность источника сета, вызывающего свечение материала и

kx,y kax.ykB

Полная интенсивность свечения компонент, поляризованных в направлении осей X и Y в некоторой точке записанного изображения (х,у) соответственно будет:

Ix(x,y)knp Спр I

|СЧИТ

об/.

+

kx Ca lx°°(x,y) i

СМИТ

гчл Л л |

ly(x.y)knP С пр . . об /.. .

+ ky Ca 1обх(х,у) 1СЧИТ

а их разность равна

1х(х,уШх. 1обх(х.у) r T{kx-ky) k 1обх(х.у)(12)

где k Ca,(kx-ky)iC4MT const.

Таким образом, информация о записанном изображении в данном способе представлена в виде разности интенсивностей свечения компонент, поляризованный в направлении осей X и Y, не зависящий от интенсивности фона.

Для ее измерения частично поляризованное люминесцентное излучение от экспонированного фотоматериала пропускается через поляризатор, вращающийся с круговой частотой О). Интенсивность света на выходе данного поляризатора в каждый момент времени t определяется выражением:

I(x,y,t)lx(x,y) cos2 an + ly(x,y) sin2 an. - С.У)+ у(х.у) 2

+ М.у)-АЈм1-. cos (2ол)

5const + JLlC2 2«l.,xoe(Xiy) (13)

Первое слагаемое, являющееся суммой полезного слабого сигнала и сильного фона, не зависит от времени, тогда как вторая,

10 несущая только информацию о записанном на материале объекте, моделирована с частотой - 2ш , т.е. при этом осуществляется фильтрация информационного сигнала по поляризации.

15 Далее световые сигналы с помощью фотоэлемента превращаются в электрические и с помощью традиционных радиоэлектрических методов из фотоэлектрически зарегистрированного сигнала выделяется

20 переменная составляющая информационный сигнал, которая по величине может быть в 102 - Ю4 раз меньше постоянной составляющей.

Пример. Реализация способа оптиче25 ской записи и воспроизведения информации обеспечивается устройством, один из вариантов которого схематически представлен на чертеже. Принцип его работы основан на методе вращающегося

30 поляризатора. Устройство содержит люминесцентный фотоматериал 1, на который воздействует излучение записывающего источника 2, длина волны которого лежит в области чувствительности фотоматериала 1.

35 и излучение воспроизводящего источника 3, длина волны излучения которого лежит в области возбуждения люминесценции фо- толродукта, возникающего на стадии записи. Зеркало 4 служит для совмещения

40 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

45 управляет пространственным распределением интенсивности записывающего излучения в соответствии с запоминающей информацией, Поляризатор 8 служит для получения линейного поляризованного за50 писывающе.го излучения. Поляризатор 9 установлен перед фотоприемником 6 и вращается с помощью устройства 10 с частотой ш . Электрический сигнал, снимаемый с фотоприемника 6, через частотно

55 селективный фильтр 11 на регистрирующее устройство 12.

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

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 люминесценцию, величина анизотропии которой модулируется в 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 2ft), ее амплитуда модулируется- в соответствии с записанной на фотоматериале 1 информацией. 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 фотохромный материал (ФХМ), представляющий собой твердый 5%-ный (по весу) раствор 1,3,3-триметил-6-8-динитро- пиро(индолин-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 А 390 нм, окрашиваясь в фиолетовый цвет с максимумом

поглощения при A max 545 нм. Окрашенная форма ФХМ люминесцировала красным цветом ( Атаке 580 нм) под действием видимого излучения.

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

Источником излучения для записи и воспроизведения являлась ртутная лампа ДРШ-250. При этом для записи использовались светофильтры УФ С и ВС-7 (А акт1 365 нм) с поляризатором - призмой Глана, а при воспроизведении применялись светофильтры ОС-11+ПС-7+СЗС-21 (Аиз 546нм). Наблюдение воспроизводимого изображения осуществлялось либо через те же светофильтры (для абсорбцинного способа), либо через интерференционный светофильтр с Алю73Г585 ±10 нм (для люминесцентного способа-прототипа и заявленного способа).

Перед записью информации образец ФХМ равномерно засвечивался неполяризованным УФ-излучением в течение 2 сек., что было эквивалентно наличию в ФХМ люминесцирующих примесей, по спектральным ( Алюм ) и временным (гЛюм) характеристикам тождественных характеристикам молекул, формирующих изображение. При этом импульсный

люминесцентный способ (протртип) не имел преимущества перед традиционным люминесцентным способом считывания.

В таблице приведены результаты эксперимента для различных способов записи и

считывания,

где время предварительной равномерной засветки ФХМ неполяризованным УФ-излучением для формирования фонового поглощения и люминесценции (примеси);

tM33Kc время экспонирования ФХМ записывающим излучением, необходимое для получения контраста в изображении

фон, из - интенсивности считывающего или воспроизводящего излучения в области фона и изображения, соответственно при абсорбционном или люминесцентном способах воспроизведения,

Из таблицы видно, что предлагаемый способ позволяет значительно сократить время записи информации (повысить светочувствительность) по сравнению с извест ными способами даже при использовании одного и того же фотографического материала.

Способ позволяет регистрировать оптические сигналы (изображения), интенсивность которых может быть не только соизмерима, но и меньше интенсивности фонового излучения т.е. улучшить достоверность воспроизведения информации, что в свою очередь, позволяет уменьшить потребляемую мощность источника записи, то есть повысить эффективную светочувствительность реального люминесцентного фотоматериала и (или) снизить требования на отбор и очистку используемых при их изготовлении подложки, пленкообразующих компонент, светочувствительных и других веществ с целью снижения уровня люми- несцирующих при считывании фона.

Формула изобретения Способ оптической записи и воспроизведения информации на люминесцентн- фотографическом материале, при которо- процессе записи экспонируют материал ак- тиничным оптическим излучением в соответствии с информационным сигналом, а при воспроизведении информации проэкс- понированный материал облучают неполля- ризованным оптическим излучением другого спектрального состава и фотоэлектрически регистрируют воспроизведенный с материала оптический сигнал, отличаю0

щ и и с я тем, что, с целью повышения светочувствительности люминесцентного фотографического материала и улучшения достоверности воспроизведения информации, при записи информации материал экспонируют линейно поляризованным излучением, при воспроизведении осуществляют фильтрацию воспроизведенного оптического информационного сигнала на поляризации, а из фотоэлектрически зарегистрированного сигнала выделяют периодический информационный сигнал.