СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТРАЖАТЕЛЬНЫХ ГОЛОГРАММ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1999 года по МПК G02B5/18 

Изобретение относится к голографии и может быть использовано для перевода многоракурсных стереоскопических фотоизображений объектов в голографические.

В настоящее время известны способы получения многих типов голограмм (голограмм Френеля, Фраунгофера, Фурье) и многих видов голограмм (пропускающих, отражательных, радужных, мультиплексных и др.) [1, 2].

Ближайшим аналогом предлагаемого способа является способ, описанный в [3].

Наиболее близким является способ получения отражательных голограмм малых объектов (предметов), включающий в себя съемку объекта в некогерентном свете через мелкоструктурный линзовый растр, состоящий из большого количества сферических линз, преобразование полученных первичных многоракурсных фотографических изображений в голографическое с помощью двух световых пучков с плоским фронтом, создаваемых лазерным источником света, один из которых, опорный, направляют непосредственно на голографическую пластину (пленку), а другой, предметный, через пластину (пленку) с первичными многоракурсными фотографическими изображениями и мелкоструктурный линзовый растр на противоположную сторону голографической пластины (пленки) и фотообработку голографической пластины (пленки) [4].

При освещении полученной голограммы восстанавливающим пучком света в направлении противоположном, при котором производилось голографирование, воспроизводят трехмерное голографическое изображение.

Вместо линзового растра, состоящего из большого количества сферических линз, при реализации способа можно использовать мелкоструктурный линзовый растр, состоящий из большого числа цилиндрических линз. Получаемое при этом голографическое изображение будет иметь множество горизонтальных или вертикальных ракурсов и изменяться при смещении глаз наблюдателя в горизонтальном или в вертикальном направлении по отношению к голограмме.

Недостатком способа являются высокие требования, предъявляемые к длине когерентности излучения лазера, используемого при получении голограмм, так как длина когерентности
L = λ²/Δλ,
(где λ - - длина волны излучения, Δλ - - спектральная ширина линии излучения)
при получении голограмм должна превышать разность хода между предметным и опорным пучками света.

Кроме того, при получении цветных голограмм необходимо использовать не только цветные фотоматериалы, но и лазеры с излучением в красной, зеленой и синей частях спектра, имеющие также большую длину когерентности. В целом установки для получения голограмм с многоракурсных фотографических изображений получаются достаточно сложными и дорогостоящими.

Целью изобретения является снижение требований к длине когерентности источника световых пучков, используемых для получения монохромных и цветных голограмм, вплоть до обеспечения возможности использования нелазерных источников света.

Поставленная цель достигается тем, что для формирования опорного и предметного пучков света используют пропускающую дифракционную решетку, устанавливаемую перед голографической пластиной или пленкой, причем для формирования опорного светового пучка используют световой пучок нулевого порядка дифракции, а для формирования предметного светового пучка - световой пучок минус первого порядка дифракции, который направляют через голографическую пластину или пленку, мелкоструктурный линзовый растр и пластину или пленку с первичными многоракурсными фотографическими изображениями и возвращают к противоположной стороне голографической пластины или пленки через пластину или пленку с первичными многоракурсными фотографическими изображениями и мелкоструктурный линзовый растр с помощью плоского зеркала, устанавливаемого в задней фокальной плоскости мелкоструктурного линзового растра.

На фиг. 1 изображена оптическая схема съемки объекта (предмета) в некогерентном свете через мелкоструктурный линзовый растр, а на фиг. 2 показана схема преобразования полученных первичных многоракурсных фотографических изображений в голографические изображения, реализующие способ.

На фиг. 1, 2 обозначены: 1 - источник некогерентного света, 2 - фотографируемый объект (предмет), 3 - мелкоструктурный линзовый растр, 4 - фотографическая пластина или пленка для получения первичных многоракурсных фотографических изображений, 5 -источник световых пучков для преобразования фотографических изображений в голографические, 6 - пропускающая дифракционная решетка, 7 - голографическая пластина или пленка, 8 - фотографическая пластина или пленка с первичными многоракурсными фотографическими изображениями, 9 - мелкоструктурный линзовый растр, 10 - отражающее плоское зеркало.

Съемка объекта (предмета) в некогерентном свете через мелкоструктурный линзовый растр осуществляется известным методом.

Пучок света от источника некогерентного света 1 (фиг. 1) освещает фотографируемый объект 2. Лучи света, отражаясь от объекта 2, проходят через мелкоструктурный линзовый растр 3, состоящий из большого количества линз, которые создают на фотографической пластине или пленке 4 изображения различных поверхностей объекта. Под каждой линзой мелкоструктурного линзового растра 3 на фотографической пластине или пленке 4 формируется только часть изображения объекта 2.

Каждый малый элемент поверхности объекта 2 фокусируется на фотографической пластине или пленке 4 под несколькими линзами. При этом изображения под разными линзами будут отличаться друг от друга ракурсами.

В целом на фотографической пластине или пленке 4 регистрируются в виде отдельных фрагментов многоракурсные стереоскопические изображения.

Перевод полученных после фотографической обработки первичных многоракурсных стереоскопических изображений в голографическое изображение осуществляется с помощью схемы фиг. 2.

Пучок света источника световых пучков 5 расщепляется пропускающей дифракционной решеткой 6 и попадает на голографическую пластину или пленку 7. При этом пучок света нулевого порядка дифракции выполняет роль опорного пучка, а пучок света минус первого порядка дифракции, распространяющийся вдоль оси голографической пластины или пленки 7, выполняет роль предметного пучка.

Пучки света других порядков дифракции отражаются от поверхностей оптических элементов и не проходят через оптическую схему.

Предметный пучок минус первого порядка дифракции проходит через мелкоструктурный линзовый растр 9, фотографическую пластину или пленку с первичными многоракурсными изображениями 8, отражается от отражающего зеркала 10, расположенного в задней фокальной плоскости мелкоструктурного линзового растра и далее, распространяясь в обратном направлении, через фотографическую пластину или пленку с первичными многоракурсными изображениями 8 и мелкоструктурный линзовый растр 9, попадает на другую сторону голографической пластины или пленки 7.

На голографической пластине или пленке 7 формируется голографическое изображение объекта.

После фотообработки голографической пластины или пленки 7 полученная отражательная голограмма объекта восстанавливается пучком некогерентного света в направлении, противоположном тому, в котором производилось голографирование.

Фактически при использовании предложенной схемы на голографической пластине или пленке кроме отражательной голограммы объекта формируются пропускающие голограммы опорного пучка света с плоским фронтом, которые не оказывают существенного влияния на воспроизведение отражательной голограммы объекта.

Анализ оптической схемы реализации способа показывает, что предложенный способ, в случае получения голограмм малых объектов, например, ювелирных украшений, позволяет существенно уменьшить разность хода между опорным и предметным пучками света, ограничив ее примерно двойной толщиной голографической пластины или пленки, фотопластины или пленки с первичными многоракурсными фотографическими изображениями и мелкоструктурного линзового растра, и, тем самым, снизить требования к длине когерентности источника пучков света.

По сравнению с известными оптическими схемами, реализующими способы получения голограмм, описанные в прототипе и аналогах, в схеме, реализующей предложенный способ, исключается светоделительная пластина, обычно устанавливаемая на выходе источника световых пучков с целью формирования от одного источника опорного и предметного пучков света и существенно увеличивающая разность хода между предметным и опорным пучками света.

С целью дальнейшего уменьшения разности хода между опорным и предметным пучками света светочувствительную эмульсию для получения голограммы наносят на дифракционную решетку и используют мелкоструктурный линзовый растр в виде плоского голографического оптического элемента. При этом фотоэмульсию для изготовления первичных многоракурсных фотографических изображений можно наносить на плоскую сторону мелкоструктурного линзового растра или на плоский голографический оптический элемент, выполняющий его роль.

После получения первичных многоракурсных фотографических изображений на него может быть нанесено отражающее покрытие, выполняющее роль плоского отражательного зеркала. В этом случае двойная толщина элементов оптической схемы, реализующей способ, может не превышать единиц миллиметров.

Это позволяет использовать для получения голограмм недорогих лазеров с малой длиной когерентности и даже ламп с разреженными газами, излучающими свет в виде узких спектральных линий, фаза которого может не меняться на расстоянии ≈ 10⁵ λ ≈ 1 см. Некоторые из таких ламп, например ртутно-кадмиевая лампа, имеющая линейный спектр, содержащий линии красного, желтого, зеленого и синего излучения, могут быть использованы для получения и восстановления цветных голограмм.

При получении голограмм сравнительно больших объектов восстановленное с помощью мелкоструктурного растра по схеме фиг. 2 объемное изображение будет отстоять от мелкоструктурного линзового растра на значительном расстоянии. Поэтому голографическая пластина или пленка не может быть расположена в непосредственной близости от мелкоструктурного линзового растра, и разность хода между опорным и предметным пучками света окажется значительной.

В этом случае для формирования опорного пучка можно использовать часть предметного пучка с плоским фронтом, пришедшего через пластину или пленку с первичными многоракурсными фотографическими изображениями, расположенными в плоскости пластины или пленки по псевдослучайному закону, мелкоструктурный линзовый растр с линзами, расположенными по тому же псевдослучайному закону, голографическую пластину или пленку и отражающую дифракционную решетку, расположенную за голографической пластиной пленкой.

Схема получения голограммы объекта в этом случае будет иметь вид фиг. 3. На ней обозначены: 5 - источник световых пучков для преобразования первичного многоракурсного фотографического изображения в голографическое изображение, 11 - фотографическая пластина или пленка с многоракурсными фотографическими изображениями, расположенными по пластине по псевдослучайному закону, 12 - мелкоструктурный линзовый растр с линзами, расположенными в плоскости растра по тому же псевдослучайному закону, 7 - голографическая пластина пленка, 13 - отражающая дифракционная решетка.

Из схемы видно, что в ней опорный пучок создается за счет части предметного пучка, не прошедшего первичные многоракурсные изображения, и линзы мелкоструктурного растра.

В результате разность хода между опорным и предметным пучками света в основном будут определяться лишь суммарной толщиной дифракционной решетки и голографической пленки.

Однако в этом случае качество получаемого голографического изображения будет несколько ухудшаться из-за отсутствия ряда первичных многоракурсных изображений и линз мелкоструктурного линзового растра, но не настолько, как это имело бы место в случае распределения отсутствующих многоракурсных стереоскопических изображений по регулярному закону.

Схема фиг. 3 близка к схеме фиг. 2. Но метод получения опорного пучка света оказывается различным.

С целью обеспечения возможности получения с применением предложенного способа цветных голограмм при использовании нелазерных источников света, например ламп с разреженными газами, содержащими линии красного, зеленого, синего и др. излучения, цветные голограммы получают методом многократной экспозиции, путем последовательной установки на выходе источника излучения света соответствующих узкополосных фильтров и одновременной замены дифракционных решеток для обеспечения совмещения дифрагируемых пучков света для различных длин волн.

Источники информации
1. Оптическая голография/Под ред. Г. Колфида. - М.: Мир, 1982.

2. М. Милер. Голография. - Л.: Машиностроение, 1979.

3. В.Г. Комар, О.В. Серов. Изобразительная голография. - М.: Искусство, 1987, с. 31 - 34.

4. В.Г. Комар, О.В. Серов. Изобразительная голография. - М.: Искусство, 1987, с. 149.

Способ предназначен для перевода многоракурсных стереоскопических фотоизображений в голографические. Для формирования опорного светового пучка используют пучок нулевого порядка дифракции, а для предметного - пучок минус первого порядка дифракции, который направляют через голографическую пластину или пленку, мелкоструктурный линзовый растр и пластину или пленку с первичными многоракурсными фотографическими изображениями и возвращают к противоположной стороне голографической пластины или пленки с помощью плоского отражающего зеркала, установленного в задней фокальной плоскости мелкоструктурного линзового растра. Для формирования опорного пучка может быть использована часть предметного пучка, прошедшего пластину или пленку с первичными многоракурсными фотографическими изображениями, расположенными по псевдослучайному закону, мелкоструктурный линзовый растр с линзами, расположенными по тому же псевдослучайному закону, голографическую пластину или пленку и расположенную за ней отражающую дифракционную решетку. Обеспечивается снижение требований к длине когерентности источников света. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ получения отражательных голограмм, содержащий предварительную съемку объекта в некогерентном свете через мелкоструктурный линзовый растр, преобразование полученных первичных многоракурсных фотографических изображений в голографическое с помощью двух световых пучков с плоским фронтом, один из которых, являющийся опорным, направляют на одну из сторон голографической пластины или пленки, а другой, предметный, через пластину или пленку с первичными многоракурсными фотографическими изображениями и мелкоструктурный линзовой растр на противоположную сторону голографической пластины или пленки, а также фотообработку голографической пластины или пленки, отличающийся тем, что для формирования опорного и предметного пучков света используют пропускающую дифракционную решетку, устанавливаемую перед голографической пластиной или пленкой, причем для формирования опорного светового пучка используют световой пучок нулевого порядка дифракции, а для формирования предметного светового пучка - световой пучок минус первого порядка дифракции, который направляют через голографическую пластину или пленку, мелкоструктурный линзовой растр и пластину или пленку с первичными многоракурсными фотографическими изображениями и возвращают к противоположной стороне голографической пластины или пленки через пластину или пленку с первичными многоракурсными фотографическими изображениями и мелкоструктурный линзовой растр с помощью плоского отражающего зеркала, устанавливаемого в задней фокальной плоскости мелкоструктурного линзового растра. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют мелкоструктурный голографический растр в виде единого плоского голографического оптического элемента. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что светочувствительную эмульсию для получения отражательных голограмм наносят на дифракционную решетку. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что фотоэмульсию для изготовления первичных многоракурсных фотографических изображений наносят на плоскую сторону линзового растра, на которую после фотообработки наносят отражательное покрытие. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что цветные голограммы получают методом многократной экспозиции путем последовательной установки на выходе источника света соответствующих узкополосных фильтров и одновременной замены дифракционных решеток, обеспечивающих совмещение дифрагируемых пучков света для различных длин волн. 6. Способ получения отражательных голограмм, содержащий предварительную съемку объекта в некогерентном свете через мелкоструктурный линзовой растр, преобразование полученных первичных многоракурсных фотографических изображений в голографическое с помощью двух световых пучков с плоским фронтом, один из которых, являющийся опорным, направляют на одну из сторон голографической пластины или пленки, а другой, предметный, через пластину или пленку с первичными многоракурсными фотографическими изображениями и мелкоструктурный линзовой растр на противоположную сторону голографической пластины или пленки, а также фотообработку голографической пластины или пленки, отличающийся тем, что для формирования опорного пучка используют часть предметного пучка, прошедшего пластину или пленку с первичными многоракурсными фотографическими изображениями, расположенными в плоскости пластины или пленки по псевдослучайному закону, мелкоструктурный линзовой растр с линзами, расположенными в плоскости линзового растра по тому же псевдослучайному закону, голографическую пластину или пленку и отражающую дифракционную решетку, расположенную за голографической пластиной или пленкой.