Способ записи отражательных голограмм при пространственно- некогерентном освещении объекта и устройство для его осуществления

 

1. Способ записи отражательных голограмм при пространственно-некогерентнбм освещении объекта, включающий формирование стоячих волн при отражении рассеянного объектом излучения от отражателя и запись стоячих волн в объеме фоторегистрирующей среды , отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса записи , формируют наложенные одна на другую стоячие волны, соответствующие расположению в пространстве и яркости точек объекта. (Л Ф«г.|

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СО,ИЦЪ

РЕСПУБЛИН ае а»

g g G 03 Н 1/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

7 0

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИИ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3424161/18-25 (22) 17.02.82 (46) 23.09.84 Бюл. У 35 (72) 10.А. Быковский, А.М. Зарубин и А.И.Ларкин (71) Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерно-физический институт (53) 772.99(088.8) (56) 1..Сороко Л.М. Основы голографии и когерентной оптики. М., "Наука", 1970, с. 469.

2. Патент США У 3.520.584, кл. С 03 H 1/00, 350-3.5, 1970 (прототип) . (54) СПОСОБ ЗАПИСИ ОТРАЖАТЕЛЬНЫХ

ГОЛОГРАММ ПРИ ПРОСТРАНСТВЕННО-НЕКОГЕРЕНТНОМ ЪСВЕЩЕНИИ ОБЪЕКТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ записи отражательных голограмм при пространственно-некогерентнОм освещении объекта, включающий формирование стоячих волн при отражении рассеянного объектом излучения от отражателя и запись стоячих волн в объеме фоторегистрирующей среды, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса записи, формируют наложенные одна на другую стоячие волны, соответствующие расположению в пространстве и яркос- ® ти точек объекта.

ll

2, Устройство для записи отражательных голограмм при пространственно-некогерентном освещении объекта, содержащее последовательно расположенные вдоль оптической оси затвор, фоторегистрирующую среду и отражатель, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения процесса за-. писи, отражающая поверхность отражателя выполнена гладкой, а фоторегистрирующая среда расположена с зазором по отношению к этой поверхности, не б

l 5012 превышающим половину длины когерентности излучения.

3. Устройство по и. 2, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения дифракционной эффективности записываемых голограмм, на оптической оси между объектом и фоторегистрирующей средой до или после затвора установлено спектрально-се.лектирующее зеркало, выполненное для одной или нескольких длин волн. б

Изобретение относится к области голографии и может быть использовано как средство записи объемных изображений в изобразительной технике, в т.ч. для производства голографичес-, 5 ких портретов, в медико-биологичес" ких, физических, океанологических исследованиях, в голографической интерферометрии и неразрушающем контроле, в голографическом кинематографе и телевидении.

Известны способ записи отражательных голограмм (цветной фотографии

Диппманна) и устройство для его осуществления. 15

Способ включает в себя освещение объекта белым светом, формирование его плоского изображения на поверхности ртутного зеркала и запись картины стоячих волн в фотоэмульсии, на- >0 несенной на эту поверхность (f) .

Устройство для осуществления этого способа содержит последовательно расположенные. вдоль оптической оси объектив, формирующий плоское изображение объекта на поверхности ртутного зеркала, и кассету, содержащую ртутное зеркало и расположенную на его поверхности фоторегистрирующую сред у 11) . ЗО

Недостатками способа и устройства являются потери при записи информации о глубине объекта и сложность его реализации.

Наиболее близкими к предлагаемым являются способ записи отражательных голограмм при пространственно-некогерентном освещении объекта и устройство для реализации -этого способа.

Способ включает в себя формирование стоячих волн при отражении рассеянного объектом излучения от отражателя и запись стоячих волн в объеме фоторегистрирующей среды (2) .

Устройство для осуществления способа содержит последовательно расположенные вдоль оптической оси затвор, фоторегистрирующую среду.и отражатель. Луч света, рассеянный в заданном направлении и проходящий через фоторегистрирующую среду, отражают строго антипараллельно направлению его распространения с помощью отражательного элемента, при этом в участке фоторегистрирующей среды, ограниченном размерами отражательного элемента, формируется и записывается стоячая волна, соответствующая данному направлению рассеяния. Такие локальные стоячие волны формируют для всех направлений рассеяния. Отражательными элементами являются уголковые отражатеЛи. Фоторегистрирующую среду. располагают в контакте с отражателем, чтобы избежать наложения на один участок фоторегистрирующей среды стоячих волн, соответствующих разным направлениям, а также из-за малой длины когерентности света при немонохроматическом освещении. Восстанавливают изображение, освещая картину стоячих волн белым светом иэ точечного источника. При брэгговском отражении света от стоячих волн вос111501.2 4 производятся направление, интенсивность и спектральный состав всех лу; чей, участвовавших в процессе записи, что и позволяет наблюдать восстановленное изображение (21 .

Недостатком известного решения является сложность его реализации, обусловленная следующими причинами.

Во-первых, требуется использование отражателя сложной формы, состоящего 10 из множества мельчайших уголковых отражателей. Размеры и количество уголковых отражателей определяются полным числом разрешимых точек в записываемом изображении. Для записи изображения, соответствующего телевизионному стандарту и содержащего.около 600 элементов разрешения в каждом направлении, потребуется 360000 уголковых отражателей размером 20

0,1 мм» 0,1 мм. Изготовление такого отражателя связано с техническими трудностями. Во-вторых, необходимо расположение фоторегистрирующей среды в контакте с отражателем, что 25 создает трудности при смене фоторегистрирующей среды.

Недостатком является также сложность получения голограмм крупных объектов, так как это требует увели- З0 чения раэмеррв отражателя и фоторегистрирующей среды. Кроме того, при использовании полихроматического освещения (излучение тепловых и газоразрядных источников, естественное освещение) из-за наложения стоячих волн для различных спектральных компонент контраст картины стоячих воли падает, что приводит к уменьшению дифракционной эффективности.

Цель изобретения — упрощение процесса записи, а также увеличение дифракционной эффективности записываемых голограмм. укаэанная цель достигается тем, 45 что согласно способу записи отражательных голограмм при пространственно-некогерентном освещении объекта, включающему формирование стоячих волн при отражении рассеянного объек 50 том излучения от. отражателя и запись стоячих волн в объеме фоторегистрирующей среды, формируют наложенные одна на другую стоячие волны, соответствующие расположению в простран- 55 стве и яркости точек объекта, Эта цель достигается также тем, что в устройстве для осуществления способа, содержащем последовательно

1 расположенные вдоль оптической оси затвор, фоторегистрирующую среду и отражатель, отражающая поверхность отражателя выполнена гладкой, а фоторегистрирующая среда расположена с зазором по отношению к этой поверхности, не превышающим половину длины когерентности излучения.

С целью увеличения дифракционной эффективности записываемых голограмм на оптической оси между объектом и фоторегистрирующей средой до или после затвора установлено спектраль- . но-селектирующее зеркало, выполненное для одной или нескольких длин волн.

Использование спектрально-селектирующего зеркала обусловило возрастание дифракционной эффективности голограмм (вследствие увеличения контраста стоячих волн) .и обеспечение возможности установки фоторегистрирующей среды с выбранной величиной зазора по отношению к поверхности отражателя (вследствие увеличения длины когерентности излучения).

Для получения голограмм, дающих одноцветное восстановленное изображение, спектрально-селектирукицее sepкало выполняют для одной длины волны.

Для записи голограмм, дающих цветное восстановленное изображение, спектрально-селектирующее зеркало выполняют для нескольких длин волн, соответствующих, например, красному, синему и зеленому цветам.

На фиг. 1 схематически показан процесс осуществления способа; на фиг. 2 — схема предлагаемого устройства; на фиг. 3 и 4 — схемы двух вариантов установки спектрально-селектирующего зеркала в устройстве.

Способ осуществляется спедукнцим образом.

Объект 1 освещается пространственно-некогерентнвм излучением 2. При этом объект (a также трехмерное изображение, сформированное оптической системой), можно рассматривать как набор независимык точечных излучателей, испускающих сферические волны.

Пусть точка 3 на поверхности объекта — произвольно выбранный излучатель. Сферическую волну, испускаемую этой точкой, отражают гладкой отра» жающей поверхностью 4 и формируют в объеме фоторегистрирующей среды 5.1115012

45! стоячую волну 6. (Ba фиг. 1 показаны волновые поверхности стоячей волны 6. соответствующие ее пучностям). Кри визна волновых поверхностей этой, стоячей волны сохраняет информацию 5 расположении в пространстве точ3, а амплитуда соответствует яркости излучателя. Стоячие волны одновременно формируются для всех точек объекта (например, точкам 7 и 8 соот- 10 ветствуют на фиг. 1 стоячие волны

9 и 10), причем эти волны накладываются друг на друга. Сформированная таким образом картина стоячих волн, соответствующих расположению в простран 15 стве и яркости точек объекта, записы- - вается в объеме фоторегистрирующей среды. Полученная голограмма освещается на этапе восстановления световой волной из точечного источника.

При брэгговском отражении этой волны от системы стоячих волн, записанных на голограмме, восстанавливается объемное изображение объекта.

Способ реализуется в устройстве (фиг. 2), содержащем оптическую систему 11, затвор 12, фоторегистрирую.щую среду 5, отражатель 4 с гладкой отражающей поверхностью.

Оптическая система 11 формирует трехмерное изображение 13 записываемого объекта 1 в заданном масштабе и нг. заданном расстоянии по отношению к фоторегистрирующей среде 5. В качестве этой оптической системы может З5 быть использован фотообъектив, обеспечивающий малую глубину резкости, или телескопическая система из двух объективов. Затвор 12 задает время экспозиции. Он помещается на оптичес40 кой оси перед фоторегистрирующей средой до или после объектива. Отражатель 4 с гладкой отражающей поверхностью помещается позади фоторегистрирующей среды таким образом, чтобы расстояние между его поверхностью и передней (по ходу лучей) паверхностью фоторегистрирующей среды не превышало половины длины когерентности излучения. В качестве отражающей поверхности может быть использована зеркальная поверхность различной формы (сферическая, гиперболическая, плоская). Форма поверхности выбирается такой, чтобы компенсировать аберрации системя, формирующей трехмерное изображение. Полихроматическое излучение обладает малой длиной когерентности. Так, для естественного освещения она порядка микрона. В этом случае в устройстве устанавливается спектрально-еелектирующее зеркало 14, которое увеличивает длину когерентности. Спектрально-селектирующее зеркало может быть изготовлено голографическим -способом. Представляя собой отражательную голограмму, этот оптический элемент одновременно действует в устройстве как светофильтр со спектральной шириной, определяемой толщиной голограммы, и как зеркало (например, сферическое). Для,записи цветных голограмм используется спект- рально-селектирующее зеркало, селектирующее длины волн, соответствующие красному, зеленому и синему цветам. Спектрально-селектирующее зеркало может также участвовать в формировании трехмерного изображения и как самостоятельная оптическая система, и в сочетании с оптической системой 11. Последнее предпочтительнее, так как обеспечивает более гибкое управление масштабом записываемого объемного изображения.

В схеме устройства, изображенного на фиг. 3, спектрально-селектирующее зеркало 14 установлено наклонно по отношению к оптической оси устройства. При этом на формирование изображения и запись голограммы идет весь световой поток, попавший в апертуру устройства и отраженный спектрально-селектирующнм зеркалом 14.

Однако необходимость работать с пуч-. ками света, наклоненными к оси спектрально-селектирующего зеркала, ведет к ухудшению качества иэображения.

Этот недостаток устранен в устройстве, изображенном на фиг. 4. Здесь свет от объекта 1 проходит через оптическую систему 11, затвор 12 полупрозрачное зеркало 15, отражается спектрально-селектирующим зеркалом 14, установленным перпендикулярно оптической оси, затем отражается полупрозрачным зеркалом 15 и формирует трехмерное изображение 13 объекта 1. Однако при этом используется только четвертая часть светового потока. Тем не менее схема на фиг. 4 является оптимальной, поскольку обеспечивает наилучшее качество изображения.

Предлагаемые способ и устройство для записи отражательных голограмм

7 1115012 8 по сравнению с известными способами меров объектов или сцен произвольной и устройствами обеспечивают: протяженности; устранение технических трудностей, независимость дифракционной зффексвязанных с изготовлением отражателя тивности голограмм от длины когерентсложной фор и расположением ф торе- 5 ности излучения, освещающего объект, гнстрирующей среды в контакте с по- !что позволяет использовать излучение

;" верхностью отражателя; тепловых и газоразрядных источников, а также естественное освещение; возможность записи в выбранном получение цветных отражательных масштабе на голограммы заданных раз- 1О голограмм в белом свете.

1115012

Составитель В.Аджалов

Ф

Редактор Т.Кугрышева Техред А.Ач Корректор Г.Огар

Заказ 6767/33 Тираж 463 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий l13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная, 4