УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЦВЕТНЫХ ГОЛОГРАММ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1997 года по МПК G03H1/00 

Изобретение относится к лазерной технике и может быть применено для массового получения голограмм во встречных пучках в нестационарных условиях.

По первому варианту известно устройство для изготовления голограмм, содержащее источники когерентного светового излучения, покрытие со светочувствительным слоем, расположенное между указанными источниками и голографируемым объектом [1]
Недостатки указанного устройства заключаются в том, что голограммы, изготовленные с его применением, требуют наличия точно подогнанных дополнительных оптических элементов, усложняющих конструкцию и также делающими невозможным массовое изготовление качественных цветных голограмм в нестационарных условиях.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности признаков является устройство для записи голограмм, содержащее источник когерентного светового излучения, конструктивно соединенный с основанием, на котором расположено покрытие с фоточувствительным слоем, находящееся между указанным источниками и голографируемым объектом [2]
Недостатками данного технического решения являются следующие. Невозможность получения с его помощью качественных голограмм во встречных пучках в передвижных условиях и массового получения голографических отпечатков. Как показал опыт промышленной эксплуатации устройства-прототипа, при вертикальной установке лазера качество полученных голограмм является достаточно низким за счет попадания бликов от источника, служащего для восстановления голограммы. Если в прототипе использовать мастер-голограмму, то в результате прохождения света лазера через голограмму и мастер-голограмму свет от последней отражается и создает паразитные интерференционные полосы на поверхности голограммы, которые в максимальной степени проявляются при угле между лучом лазера и фоточувствительной пластиной именно в 90^o. Недостатком известных способов является также тот, что для получения большого количества голограмм требуются стеклянные пластины, которые занимают значительный объем и имеют большой вес. Размер снимаемого объекта ограничен у прототипа форматом фоточувствительной пластины, которая при достижении размера более 200х200 мм при толщине 2-3 мм не обеспечивает требуемой неподвижности за счет собственных больших амплитудных колебаний, вызываемых резонансными частотами.

По второму варианту известно устройство для получения голограмм, содержащее источники когерентного светового излучения, покрытие со светочувствительным слоем, расположенное между указанными источниками и голографируемым объектом [1]
Недостатки указанного устройства заключаются в том, что голограммы, изготовленные с его применением, требуют наличия точно подогнанных дополнительных оптических элементов, усложняющих конструкцию и делающими невозможным массовое изготовление качественных цветных голограмм в нестационарных условиях.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности признаков по второму варианту является устройство для записи голограмм, содержащее источник когерентного светового излучения, конструктивно соединенный с основанием, на котором расположено покрытие с фоточувствительным слоем, находящееся между указанным источниками и голографируемым объектом [2]
Недостатками данного технического решения являются следующие. Невозможность получения с его помощью качественных голограмм во встречных пучках в передвижных условиях и массового получения голографических отпечатков. Как показал опыт промышленной эксплуатации устройства-прототипа, при вертикальной установке лазера качество полученных голограмм является достаточно низким за счет попадания бликов от источника, служащего для восстановления голограммы. Если в прототипе использовать мастер-голограмму, то в результате прохождения света лазера через голограмму и мастер-голограмму свет от последней отражается и создает паразитные интерференционные полосы на поверхности голограммы, которые в максимальной степени проявляются при угле между лучом лазера и фоточувствительной пластиной именно в 90^o. Недостатком известного устройства является также то, что для получения большого количества голограмм требуются стеклянные пластины, которые занимают значительный объем и имеют большой вес. Размер снимаемого объекта ограничен у прототипа форматом фоточувствительной пластины, которая при достижении размера более 200х200 мм при толщине 2-3 мм не обеспечивает требуемой неподвижности за счет собственных больших амплитудных колебаний, вызываемых резонансными частотами.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение как по первому, так и по второму вариантам, является устранение перечисленных недостатков, что дает возможность с применением данного устройства повысить качество голограмм, увеличить их яркость и улучшить контрастность цветов, кроме того, расширяются функциональные возможности устройства путем обеспечения получения не только непосредственно голографических изображений объектов, но и массовое изготовление цветных голографических отпечатков, а также решается задача обеспечения получения цветного голографического изображения объектов, имеющих размеры большие, чем в прототипе, при это повышается быстродействие устройства и производительность труда.

По первому варианту указанные задачи решаются тем, что в устройстве для получения голографических изображений, содержащем источник когерентного светового излучения, конструктивно соединенном с основанием, на котором расположено покрытие с фоточувствительным слоем, находящееся между указанным источником и голографируемым объектом, голографируемый объект выполнен в виде прижимного стекла с нанесенной на него мастер-голограммой, покрытие с фоточувствительным слоем выполнено в виде фоточувствительной пленки, контактирующей своей поверхностью с указанным прижимным стеклом с возможностью создания в месте контакта разрежения воздуха, при этом указанная фоточувствительная пленка выполнена с возможностью перемещения вместе с мастер-голограммой в заданную точку с последующим автоматическим возвратом последней в исходную точку, а источник когерентно излучения выполнен в виде лазера, излучающего свет в красной, зеленой и синей частях спектра, который расположен по отношению к фоточувствительной пленке под углом, значения которого находятся в диапазоне ±10^o от угла Брюстера.

По второму варианту указанные задачи решаются тем, что в устройстве для получения голографического изображения, содержащем источник когерентного светового излучения, конструктивно соединенном с основанием, на котором расположено покрытие с фоточувствительным слоем, находящееся между указанным источником и голографируемым объектом, голографируемый объект выполнен в виде прижимного стекла с нанесенной на него мастер-голограммой, покрытие с фоточувствительным слоем выполнено в виде фоточувствительной пленки, контактирующей своей поверхностью с указанным прижимным стеклом с возможностью создания в месте контакта разрежения воздуха, при этом указанная фоточувствительная пленка выполнена с возможностью перемещения вместе с мастер-голограммой в заданную точку с последующим автоматическим возвратом последней в исходную точку, а источник когерентно излучения выполнен в виде трех лазеров, излучающих свет, соответственно, в красной, зеленой и синей частях спектра и расположенных с возможностью поочередного освещения ими голографируемого объекта под углом, значения которого находятся в диапазоне ±10^o от угла Брюстера. Как показали многочисленные эксперименты как по первому, так и по второму варианту, в случае засветки фоточувствительного слоя под углами, лежащими в диапазоне ±10^o от угла Брюстера (значение которого равно примерно 31^o), отраженный свет практически весь поглощается, что соответственно сводит на нет яркость паразитных интерференционных полос на голограмме, а также интерференционных полос, образующихся в местах контакта пленки и прижимного стекла, кроме того, яркость голограммы в данном диапазоне углов оказывается максимальной.

Преимуществами заявленного технического решения как по первому, так и по второму варианту по сравнению с известными являются следующие. При использовании пленочной основы резонансная частота может быть больше за счет увеличения толщины контактного стекла мастер-голограммы, что в свою очередь резко снижает амплитудные колебания фоточувствительной пленки и позволяет вести съемку объектов большего размера, чем в прототипе.

Кроме того, у прототипа фоточувствительная пластина лежит на трех опорах эмульсионным слоем вниз, что затрудняет быструю съемку, так как необходимо довольно значительное время (до нескольких минут) отстойки фотопластины перед экспозицией для устранения пластичности фотоэмульсии в опорных точках, которая происходит за счет ее деформации под действием собственного веса. В предлагаемых вариантах эмульсионная либо чистая сторона фоточувствительной пленки прижимается к мастер-голограмме всей плоскостью, а не в трех точках, благодаря чему время, затраченное перед экспозицией, определяется лишь временем вакуумного прижима фотопленки к прижимному стеклу (мастер-голограмме) и составляет несколько секунд.

Следует также отметить, что так как в прототипе для съемки используется непосредственно сам голографируемый объект, то это приводит к тому, что в ряде случаев невозможно наладить массовое производство голограмм из-за ограниченного времени работы с самим объектом (например, при съемке редких или уникальных музейных экспонатов). При этом прототип также не позволяет производить массовое размножение информации, которая не может быть записана на мастер-голограмме.

На фиг. 1 изображено устройство для получения голографического изображения по первому варианту; на фиг. 2 по второму варианту.

Устройство на фиг. 1 содержит основание 1, на котором располагается прижимное стекло 2 с возможностью горизонтального перемещения, выполненное в виде мастер-голограммы. С основанием 1 шарнирно соединены стойки 3, к вершинам которых жестко крепится источник когерентного светового излучения в виде лазера 4, излучающего свет в красной, зеленой и синей частях спектра с расширителем 5 посредством, например, пластины 6. Стойки 3 могут быть выполнены в виде "телескопа", увеличивая или уменьшая длину которых можно регулировать угол между когерентным световым пучком, излучаемым лазером 4 и мастер-голограммой 2, а также расстояние между ними. Болты 7 служат для фиксации стоек 3. С прижимным стеклом 2 контактирует покрытие с фоточувствительным слоем 8, выполненное в виде фоточувствительной пленки. Указанный контакт создается за счет разрежения воздуха между ними с помощью вакуумнасоса 9, подсоединенного с помощью шланга 10, который практически полностью гасит вибрацию от вакуум-насоса 9. Мастер-голограмма 2 помещается в толстостенный стакан 2-1, например, стеклянный, внутренние размеры которого чуть больше, чем размеры самой мастер-голограммы 2, но высота внутренней стенки точно соответствует толщине мастер-голограммы 2 для того, чтобы надежно "держать" разрежение воздуха. В нижней части толстостенного стакана 2-1 имеется отверстие со штуцером для откачки воздуха, к этому штуцеру и присоединяется шланг 10. Фоточувствительная пленка 8 может передвигаться вдоль мастер-голограммы 2 путем перемотки, например, с бобины 11 на бобину 12 с помощью электродвигателя 13, вал которого кинематически соединен с бобиной 12. Перемещение и возврат мастер-голограммы 2 осуществляется по направляющим 14. В конце рабочего хода стакан 2-1 с мастер-голограммой 2 расположен концевой выключатель 15, включенный в цепь управления электродвигателя вакуум-насоса 9 и электродвигателя 13 (на чертеже не показано). Возврат мастер-голограммы 2 в исходное положение производится с помощью груза 16, который крепится к стакану 2-1 с помощью тросика 17. Вместо груза 16 может быть использована, например, пружина.

С помощью устройства, изображенного на фиг. 1, заявленный способ реализуется следующим образом.

Фоточувствительная пленка 8 с бобины 11 пропускается через основание 1 и закрепляется на бобине 12, соприкасаясь при этом своей поверхностью с мастер-голограммой 2. После этого включается вакуум- насос 9, создающий разрежение в стакане 2-1 и соответственно между фоточувствительной пленкой и мастер-голограммой 2, в результате чего пленка плотно прижимается к стеклу и создается надежный контакт по всей поверхности. Этот процесс длится всего несколько секунд, при этом, как показывает опыт эксплуатации промышленной установки, после создания указанного разрежения контакт "пленка-поверхность" оказывается абсолютно равномерным без всяких воздушных зазоров. После этого включается лазер 4. Световой пучок от лазера 4, проходит сквозь фоточувствительную пленку 8 и отражается от мастер-голограммы 2. Эта отраженная объектная волна встречается с прямой опорной волной, формируя интерференционное поле, которое регистрируется на фоточувствительной пленке 8. Устанавливая угол " " в диапазоне от 21 до 41^o удается получить голограмму объекта с мастер-голограммы наилучшего качества и яркости. После окончания экспозиции лазер 4 отключается, и включается электродвигатель 13, который начинает вращать бобину 12 и соответственно перемещать фоточувствительную пленку 8 вместе с мастер-голограммой 2 и стаканом 2-1 по направляющим 14 (вакуум-насос работает). После того как фоточувствительная пленка 8 вместе с мастер-голограммой 2 достигают концевого выключателя 15, последний под механическим воздействием толстостенного стакана 2-1 срабатывает и выключает вакуум-насос 9 и электродвигатель 13 одновременно. При этом бобина 12 останавливается, а разрежение между фоточувствительной пленкой 8 и мастер-голограммой 2 пропадает, так как вакуум-насос отключен, после чего под действием груза 16 стакан 2-1 с мастер-голограммой возвращается в исходное состояние. Далее процесс повторяется.

Устройство на фиг. 2 содержит основание 1, на котором располагается прижимное стекло 2 с возможностью горизонтального перемещения, выполненное в виде мастер-голограммы. С основанием 1 шарнирно соединены стойки 3, к вершинам которых жестко крепится жесткая пластина 6, в которой имеется отверстие для установки расширителя 5. На пластине 6 расположен диск 6-1 с отверстиями, для крепления в них источников когерентного светового излучения в виде лазеров 4-1, 4-2 и 4-3, излучающих свет соответственно красного, синего и зеленого диапазонов. Диск 6-1 соединен с пластиной 6 с помощью оси вращения 6-2 и может фиксироваться с помощью болта 6-3. Стойки 3 могут быть выполнены в виде "телескопа", увеличивая или уменьшая длину которых можно регулировать угол между когерентным световым пучком, излучаемым лазером 4, и мастер-голограммой 2, а также расстояние между ними. Болты 7 служат для фиксации стоек 3. С прижимным стеклом 2 контактирует покрытие с фоточувствительным слоем 8, выполненное в виде фоточувствительной пленки. Указанный контакт создается за счет разрежения воздуха между ними с помощью вакуум- насоса 9, подсоединенного с помощью шланга 10, который практически полностью гасит вибрацию от вакуум-насоса 9. Мастер-голограмма 2 помещается в толстостенный стакан 2-1, например, стеклянный, внутренние размеры которого чуть больше, чем размеры самой мастер-голограммы 2, но высота внутренней стенки точно соответствует толщине мастер-голограммы 2 для того, чтобы надежно "держать" разряжение воздуха. В нижней части толстостенного стакана 2-1 имеется отверстие со штуцером для откачки воздуха, к этому штуцеру и присоединяется шланг 10. Фоточувствительная пленка 8 может передвигаться вдоль мастер-голограммы 2 путем перемотки с бобины 11 на бобину 12 с помощью электропривода, вал которого кинематически соединен с бобиной 12. Перемещение и возврат мастер-голограммы 2 осуществляется по направляющим 14. В конце рабочего хода стакан 2-1 с мастер-голограммой 2 расположен концевой выключатель 15, включенный в цепь управления электродвигателя вакуум-насоса 9 (на чертеже не показано). Возврат мастер-голограммы 2 в исходное положение производится с помощью груза 16, который крепится к ней с помощью тросика 17. Вместо груза 16 может быть использована, например, пружина.

С помощью устройства, изображенного на фиг. 2, заявленный способ реализуется точно так же как в первом варианте, за исключением того, что экспозицию проводят поочередно каждым из лазеров 4-1, 4-2 и 4-3.

Использование: в лазерной технике, в частности, для массового получения пленочных голограмм в нестационарных условиях. Сущность изобретения: когерентный световой пучок красного, синего и зеленого диапазонов пропускают сквозь фоточувствительную пленку. Отражаясь от мастер-голограммы, он формирует интерференционное поле, которое регистрируется на фоточувствительной пленке. Располагая лазер под углом к фоточувствительной пленке, удается достичь высокого качества и яркости цветовых голограмм. Во втором варианте используют три лазера различных цветовых диапазонов. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для получения цветных голограмм, содержащее источник когерентного светового излучения, конструктивно соединенный с основанием, на котором расположено покрытие с фоточувствительным слоем, находящееся между указанным источником и голографируемым объектом, отличающееся тем, что голографируемый объект выполнен в виде прижимного стекла с нанесенной на него мастер-голограммой, покрытие с фоточувствительным слоем выполнено в виде фоточувствительной пленки, контактирующей своей поверхностью с указанным прижимным стеклом с возможностью создания в месте контакта разрежения воздуха, при этом указанная фоточувствительная пленка выполнена с возможностью перемещения вместе с мастер-голограммой в заданную точку с последующим автоматическим возвратом последней в исходную точку, а источник когерентного светового излучения выполнен в виде лазера, излучающего свет в красной, зеленой и синей частях спектра, который расположен по отношению к фоточувствительной пленке под углом, значения которого находятся в диапазоне ± 10^o от угла Брюстера. 2. Устройство для получения цветных голограмм, содержащее источник когерентного светового излучения, конструктивно соединенный с основанием, на котором расположено покрытие с фоточувствительным слоем, находящееся между указанным источником и голографируемым объектом, отличающееся тем, что голографируемый объект выполнен в виде прижимного стекла с нанесенной на него мастер-голограммой, покрытие с фоточувствительным слоем выполнено в виде фоточувствительной пленки, контактирующей своей поверхностью с указанным прижимным стеклом с возможностью создания в месте контакта разрежения воздуха, при этом указанная фоточувствительная пленка выполнена с возможностью перемещения вместе с мастер-голограммой в заданную точку с последующим автоматическим возвратом последней в исходную точку, а источник когерентного светового излучения выполнен в виде трех лазеров, излучающих свет соответственно в красной, зеленой и синей частях спектра и расположенных с возможностью поочередного освещения ими голографируемого объекта под углом, значения которого находятся в диапазоне ± 10^o от угла Брюстера.