СПОСОБ ЗАПИСИ РАДУЖНЫХ ГОЛОГРАММ Российский патент 1995 года по МПК G03H1/20 G03H1/24 G09F19/12 G09F19/20 

Изобретение относится к оптической голографии и предназначено для получения изобразительных, кодирующих и рекламных голограмм, восстанавливаемых в белом свете.

Известен способ записи радужных голограмм, заключающийся в том, что записываемый объект освещают когерентным излучением через участок матового стекла, имеющего вид узкой вертикальной щели, освещенный участок матового стекла перефокусируют за плоскость голограммы, направляют на регистрирующую среду опорное волновое поле так, что угол схождения объектного и опорного волновых полей лежит в горизонтальной плоскости, и производят запись радужной голограммы [1]
Недостатками этого способа являются ограниченная область применения, включающая в себя только запись фазовых объектов или объектов типа транспаранта, и ограниченный угол обзора восстановленного изображения, определяемый апертурой оптической системы, которая осуществляет перефокусировку освещенного участка матового стекла за плоскость голограммы.

Наиболее близким к изобретению является способ записи радужных голограмм [2] заключающийся в том, что объект записывают по внеосевой схеме на вспомогательную голограмму (при этом расстояние между объектом и регистрирующей средой равно расстоянию между наблюдателем и радужной голограммой при восстановлении радужного изображения объекта), восстанавливают действительное изображение записанного объекта в области регистрирующей среды, ограничивают спектр пространственных частот объектного волнового поля щелевой диафрагмой, направляют когерентное объектному опорное волновое поле со сходящимся волновым фронтом на регистрирующую среду и производят запись радужной голограммы. На стадии восстановления радужную голограмму освещают с помощью источника белого света (например, лампы накаливания) с расходящимся волновым фронтом, сопряженным со сходящимся опорным при записи радужной голограммы.

Недостаток способа ограниченный угол обзора восстановленного изображения, определяемый апертурой вспомогательной голограммы и тем, что при ее записи расстояние между объектом и регистрирующей средой должно быть тем же, что и расстояние между радужной голограммой и наблюдателем изображения, восстановленного с нее.

Технический результат, достигаемый в результате использования способа, заключается в том, что он обеспечивает увеличение угла обзора изображения, восстановленного с радужной голограммы, записанной данным способом.

Указанный технический эффект достигается тем, что согласно способу записи радужных голограмм, заключающемуся в том, что объект записывают по внеосевой схеме на вспомогательную голограмму, восстанавливают по внеосевой схеме на вспомогательную голограмму, восстанавливают действительное изображение записанного объекта в области регистрирующей среды, ограничивают спектр пространственных частот объектного волнового поля щелевой диафрагмой, направляют на регистрирующую среду когерентное объектному опорное волновое поле и производят запись радужной голограммы, направляют на регистрирующую среду при записи радужной голограммы опорное волновое поле с расходящимся волновым фронтом, радиус кривизны которого R_о выбирают из соотношения
где l расстояние между объектом и регистрирующей средой при записи вспомогательной голограммы;
l^' расстояние между наблюдателем и радужной голограммой на стадии восстановления.

Изобретение может быть использовано в области рекламы (оформление витрин, рекламные проспекты и т.п.), а также в качестве надежной защиты от подделки документов и ценных бумаг, что особенно актуально в настоящее время. Расширению области применения изобретения способствует разработанная техника массового тиражирования радужных голограмм методом тиснения на фольге или полимерной пленке, т.е. изобретение является промышленно применимым.

На фиг. 1-3 приведены оптические схемы, поясняющие оптимальный вариант реализации предлагаемого способа записи радужных голограмм. На фиг.1 представлена оптическая схема записи вспомогательной голограммы; на фиг.2 оптическая схема записи радужной голограммы; на фиг.3 схема восстановления изображения при освещении радужной голограммы белым светом, где 1 диффузно-отражающий объект, 2 вспомогательная голограмма, 3 среднее направление распространения когерентного излучения, освещающего объект, 4 среднее направление распространения опорного волнового поля при записи вспомогательной голограммы, 5 среднее направление распространения волнового поля, освещающего вспомогательную голограмму при ее восстановлении, 6 щелевая диафрагма, 7 радужная голограмма, 8 среднее направление распространения опорного волнового поля при записи радужной голограммы, 9 действительное изображение объекта, 10 изображение объекта, восстановленное в белом свете, 11 действительное изображение щелевой диафрагмы, восстановленное в белом свете, 12 источник белого света.

Способ, реализуемый на приведенных схемах, заключается в следующем.

Диффузно-отражающий объект 1, записываемый на вспомогательную голограмму 2, освещают когерентным излучением по направлению 3 (фиг.1). На вспомогательную голограмму направляют опорное волновое поле по направлению 4, образующему угол α со средним направлением объектного волнового поля. Объект помещают как можно ближе к регистрирующей среде, но так, чтобы его задевало опорное излучение. Исходя из геометрических соображений, минимальное расстояние l от объекта до регистрирующей среды можно записать так:
l OA+OB= + (a+b)
(1) где a максимальный размер объекта в направлении, перпендикулярном оптической оси и параллельном плоскости оптической схемы;
b действующий размер вспомогательной голограммы, измеренный в том же направлении, что и размер a;
α максимальный угол схождения объектного и опорного полей.

Максимальное значение угла α ограничено предельным разрешением ν регистрирующей среды:
sin( α /2) λ ν /2, (2) где λ длина волны когерентного излучения, используемого при записи вспомогательной голограммы. Тогда выражение для l можно записать в виде
l (3)
С вспомогательной голограммы 2 восстанавливают действительное изображение 9 объекта (фиг.2). Для этого ее освещают волновым полем (сопряженным с опорным) по направлению 5. Спектр пространственных частот объектного волнового поля ограничивают с помощью щелевой диафрагмы 6, расположенной вплотную к вспомогательной голограмме так, чтобы щель была перпендикулярна плоскости, проходящей через направление распространения опорного волнового поля и оптическую ось. Действительное изображение 9 объекта записывают на радужную голограмму 7, для чего регистрирующую среду помещают вблизи этого изображения и освещают по среднему направлению 8 опорным волновым полем с pасходящимся волновым фронтом.

Радужные голограммы предназначены для восстановления изображения с помощью источника белого света обычно с небольшими угловыми размерами и с волновым фронтом с большим радиусом кривизны. На стадии восстановления (фиг.3) радужную голограмму освещают белым светом от источника 12. В этом случае в отличие от прототипа восстанавливающее волновое поле не является сопряженным с опорным при записи радужной голограммы. Радиус кривизны расходящегося опорного волнового фронта выбирают таким, чтобы восстановленное изображение 11 щелевой диафрагмы 6, размытое в радугу, было отнесено на расстояние l^' от радужной голограммы, равное расстоянию между радужной голограммой и наблюдателем восстановленного изображения объекта. Математически эо описывается следующим образом.

Известно соотношение, описывающее построение восстановленного с голограммы действительного изображения [3]
+ (4) где Z_R, Z_c, Z₁, Z_r координаты действительного изображения, восстанавливающего источника, предмета и опорного источника соответственно, отложенные по оптической оси. Это выражение записано при условии, что изображение восстанавливают излучением той же длины волны, что и при записи голограммы. Хотя в белом свете присутствуют и другие длины волн, это не оказывает существенного влияния на вычисления. Так как обычно волновой фронт источника белого света имеет большой радиус кривизны, то членом можно пренебречь. Тогда с учетом разных знаков координат точек, расположенных по разные стороны от голограммы, для предлагаемого способа записи радужных голограмм можно записать
где R_o радиус кривизны опорного волнового фронта при записи радужной голограммы; l расстояние между объектом и регистрирующей средой при записи вспомогательной голограммы, определяемое по формуле (3); l^'- расстояние между наблюдателем и радужной голограммой при ее восстановлении. Так как l^' > l (фиг.2,3), то >0 поэтому <0 т.е. опорный волновой фронт расходящийся. Таким образом, радиус кривизны расходящегося опорного волнового фронта при записи радужной голограммы определяют по формуле
. (5)
При восстановлении изображения источником белого света с радиусом кривизны, много большим R_o, само изображение объекта (вблизи плоскости голограммы), практически не претерпевает искажений, а изображение щелевой диафрагмы увеличено. Таким образом, угол обзора увеличивают за счет того, что при записи вспомогательной голограммы объект максимально приближен к регистрирующей среде, и на нее записывают больше информации об объекте, чем в обычном случае, когда объект помещен на таком расстоянии от регистрирующей среды, с которого потом наблюдатель рассматривает изображение объекта при восстановлении радужной голограммы.

Приведем пример расчета оптической схемы. Пусть заданы условия (фиг.1): a 5 см, b 12 см, ν 1000 л/мм. Тогда рассчитанное по формуле (3) минимальное расстояние от объекта до вспомогательной голограммы при ее записи l 11 см. Пусть наблюдатель рассматривает изображение объекта, восстановленное радужной голограммой, на расстоянии l^' 30 см. Тогда пo формуле (5) , откуда I R_o I=17 см. При этом угол обзора увеличен в = 1,7 раза. Длина изображения щели равна b· 20 см вместо длины щели 12 см в обычном случае, когда ее определяет размер b вспомогательной голограммы. Предлагаемый способ реализован на установке УИГ-2М. Параметры оптической схемы аналогичны рассчитанным в приведенном примере. В качестве регистрирующей среды использованы фотопластинки ПФГ-01 ( ν1000 л/мм).

Использование: в области рекламы для оформления витрин, рекламных проспектов, в качестве защиты от подделки документов и ценных бумаг. Сущность изобретения: в двухступенчатом методе записи радужной голограммы на второй ступени процесса опорное волновое поле, направленное на вспомогательную голограмму, формируют с радиусом кривизны, связанным с расстоянием между объектом и регистрирующей средой для записи вспомогательной голограммы и расстоянием между наблюдателем и радужной голограммой определенной формулой. Это обеспечивает увеличение угла обзора изображения, восстановленного с радужной голограммы. 3 ил.

СПОСОБ ЗАПИСИ РАДУЖНЫХ ГОЛОГРАММ, включающий запись объекта на вспомогательную голограмму по внеосевой схеме, восстановление действительного изображения записанного объекта в области расположения регистрирующей среды, ограничение спектра пространственных частот объектного волнового поля щелевой диафрагмой, направление на регистрирующую среду когерентного объектному опорного волнового поля и запись радужной голограммы на регистрирующей среде, отличающийся тем, что при записи радужной голограммы на регистрирующую среду направляют опорное волновое поле с расходящимся волновым фронтом, радиус кривизны R₀ которого выбирают из соотношения

где l расстояние между объектом и регистрирующей средой при записи вспомогательной голограммы;
l′ расстояние между наблюдателем и радужной голограммой на стадии восстановления.