СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРЕХМЕРНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ ОБЪЕКТА Российский патент 1996 года по МПК G02B27/22 G03B35/08 

Изобретение относится к способу фотографической регистрации и визуального воспроизведения трехмерного объекта с помощью источника когерентного света.

Известны способы этого типа, которые называют голографическими способами /1/. На светочувствительной пластинке регистрируют интерференционные полосы между эталонным пучком и рассеянным светом, идущим от данного объекта. При воспроизведении голограмму освещают когерентным источником и наблюдают изображение этого объекта, видимое за голограммой. В этом случае поле зрения объекта зависит от угла наблюдения и от расстояния, на котором его рассматривают.

Известен способ получения голограммы без использования специального опорного луча /2/.

Действительно, опорный луч образуется путем отражения от объекта когерентных лучей, падающих на участки объекта, удаленные по отношению к голографической пластине. Однако в данном случае речь идет о голограмме, тогда как заявленное изобретение основывается на некоторых особенностях спеклов. Подобный спекл не может быть получен облучением всего объекта когерентным излучением. Главная особенность пластины, содержащей такой спекл, состоит в том, что вся информация об объекте заключена в каждом отдельно взятом элементе спекла.

Это дает возможность разместить на печатной плате информацию с повышенной плотностью, что реализуется предлагаемым способом, при котором пучком когерентного света освещают часть объекта, регистрируют рассеянный от объекта свет на светочувствительной пластинке, а для визуализации полученного изображения освещают первую поверхность пластинки пучком когерентного света и наблюдают трехмерное изображение со стороны второй поверхности пластинки.

Освещаемая площадь объекта может иметь размер порядка 10^-7м².

Изобретение описано ниже более подробно с помощью чертежей.

Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение расположения источника когерентного света, объекта и фотографической пластинки во время регистрации.

Фиг. 2 изображает фотографическую пластину после снимка объекта.

Фиг. 3 представляет собой схематическое изображение расположения источника когерентного света, фотографической пластинки и наблюдателя при визуальном воспроизведении объекта.

Согласно фиг. 1 источник когерентного света 1 представляет собой лазер, который излучает тонкий пучок 2 к объекту 3, изображение которого должно быть зарегистрировано. Диаметр пучка 2 намеренно очень мал, например, несколько десятых миллиметра и, следовательно, он освещает очень узкий элемент объекта 3. Фотографическая пластинка 4 установлена для приема света, отраженного от объекта 3. Экран 5 служит для предотвращения прямого прохождения света между лазером 1 и фотографической пластинкой 4.

В зависимости от шероховатости элемента объекта, на который попал пучок 2, более или менее значительное количество энергии когерентного пучка рассеивается к другим частям объекта и в окружающую среду. В этом случае отмечают, что фотографическая пластинка получила отпечаток согласно очень необычному варианту. В самом деле, отмечают (см. фиг. 2) более или менее затемненные пятна переменных размеров и с распределением, которое априори кажется случайным. Это явление называют спекл.

Необходимо отметить, что существует принципиальное различие между классическими голограммами и спеклами согласно настоящему изобретению. В самом деле, до настоящего времени пытались максимально сделать равномерным пучок, освещающий объект, для освещения одинаковым образом всех его элементов. Здесь же, напротив, стремятся сконцентрировать максимально падающий пучок и получить распределение интенсивности, которое максимально гетерогенно. Следовательно, уже не весь объект получает падающий свет, а его очень малая часть.

Взяв фотографическую пластину 4, на которую произведен снимок, как это показано на фиг. 2, и освещая эту пластинку 4 источником когерентного света 6, наблюдатель 7 отмечает, что свет дифрагирует после прохождения через пластинку и воспроизводит весь трехмерный объект. В противоположность голограммам поле зрения объекта не зависит от угла наблюдения и от расстояния, с которого его рассматривают. Каково бы ни было направление, выбранное для рассмотрения, всегда получают видение всего комплекса. Кроме того, в зависимости от расстояния наблюдения по отношению к пластинке 4 отмечают, что поле зрения объекта изменяется (оно увеличивается или сужается), что невозможно сделать с обычными голограммами. Кроме того, замечают, что наблюдаемое изображение не меняет свой внешний вид, когда закрывают половину фотопластинки или больше.

Эти исключительные свойства могли бы быть пояснены с помощью теории векторной дифракции.

Изучение под микроскопом контраста прозрачности между пятнами (см. фиг. 2) позволило обнаружить, что внутренняя структура темных и светлых элементов является аналогом местных микроголограмм. Эти микроголограммы образуют непрерывную и изменяющуюся последовательность по всей чувствительной поверхности пластинки.

Как и классические голограммы, микроголограммы образуют непрерывную сеть темных и светлых кривых, которые налагаются друг на друга в пятнах спекла. Разумеется, эти кривые есть не что иное как регистрация непрерывных интерференционных полей, связанных одновременно с элементом поверхности, на котором сконцентрирован падающий лазерный пучок в момент регистрации, и с пространственным объектом, который получает и повторно излучает когерентный свет. Число этих вторичных источников очень значительно и меняется в зависимости от числа микроскопических неровностей рассматриваемой поверхности. Следовательно, можно заключить, что факт концентрирования пучка когерентного света на крошечную произвольную часть поверхности объекта приводит к тому, что окружающее пространство одновременно освещается множеством источников когерентного света, имеющих квази-точечный характер, эквивалентные интенсивности излучения которых почти идентичны. Этот принципиальный факт позволяет в значительной степени понять, почему можно регистрировать одновременно спекл, созданный всеми источниками, и все голограммы, которые поступают от всех возможных оптических сочетаний.

Полученное таким образом кодирование представляет собой значительный выигрыш по отношению к теперешнему уровню техники, и этот выигрыш равен по крайней мере 100.000 в порядке величины. Способ согласно изобретению обладает значительными техническими преимуществами и позволяет, в частности, избавиться от проблем вибрации, природной конвекции и стабильности механических держателей. Необходимо также подчеркнуть, что не нужно эталонного пучка, как в голографической технике.

И наконец, и это кажется очень важным, это явление, как кажется, обладает всеми свойствами, присущими естественному видению.

Таким образом, способ согласно изобретению пригоден для многочисленных случаев применения, как научных, так и промышленных или художественных.

Использование: в способах фотографической записи и визуального воспроизведения трехмерного объекта с помощью источника когерентного света /1/. Сущность изобретения: проецируют для фотографической записи узкий пучок когерентного света на указанный объект так, что он освещает только часть поверхности объекта /3/. Затем помещают светочувствительную пластинку для записи /4/ таким образом, что на нее падает рассеянный свет, поступающий от указанного объекта, а для визуального воспроизведения освещают первую поверхность указанной пластинки пучком когерентного света и наблюдают изображение со стороны второй ее поверхности. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ получения трехмерного изображения объекта, при котором пучком когерентного излучения освещают объект, регистрируют рассеянный от объекта свет на светочувствительной пластинке, а для визуального воспроизведения изображения освещают первую поверхность пластинки пучком когерентного излучения и наблюдают трехмерное изображение со стороны второй поверхности пластинки, отличающийся тем, что когерентным излучением освещают небольшую часть объекта. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что площадь освещаемой части объекта составляет 10^- 7 м².