СТЕНД ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА РАДУЖНЫХ МУЛЬТИПЛЕКСНЫХ ГОЛОГРАММ Российский патент 2003 года по МПК G03H1/08 

Изобретение относится к технологии изготовления радужных голограмм, которые могут быть использованы в печатной продукции, различных документах, ценных бумагах и других материалах, например, таких как банкноты, чеки, кредитные карточки, марки.

В настоящее время известно несколько способов производства голограмм, с которых восстанавливается объемное изображение, в том числе составных голограмм, а также радужных мультиплексных голограмм. При этом важной задачей является повышение качества восстанавливаемого с голограмм данных типов изображений, а также уменьшение времени производства этих голограмм, поскольку производство таких голограмм связано с регистрацией большого количества ракурсов реального или синтезированного на компьютере объекта.

Известен стенд для записи мультиплексных голограмм, в котором сама голограмма записывается в виде набора щелей, причем в каждую щель записывается определенный ракурс объекта [1]. Данный стенд для записи мультиплексных голограмм работает следующим образом: в предметной ветви при помощи линз (цилиндрических и сферических) и набора из двух клиньев, названных в [1] анаморфотным компонентом, изображения ракурсов предмета, записанные на фотографический фильм (пленку, содержащую кадры с ракурсами объекта и перемещающуюся в процессе записи мультиплексной голограммы), пишутся в виде набора щелей на "голографический фильм" (мультиплексную голограмму), причем каждому ракурсу объекта соответствует своя щель. В опорной ветви щель создается при помощи стеклянной палочки. Недостатком данного стенда для записи мультиплексных голограмм является растрированность получаемой голограммы, что отрицательно сказывается на качестве восстанавливаемого с голограммы объемного изображения. Также в данном случае в качестве транспаранта, используемого для вывода ракурсных изображений объекта, используется фотографический фильм (пленка с заснятыми на нее ракурсами объекта). Данный способ вывода информации занимает много времени и имеет определенные сложности при позиционировании каждого кадра пленки. В данном стенде не рассмотрена возможность записи радужных мультиплексных голограмм.

Известен стенд для записи мультиплексных голограмм, в котором сама голограмма записывается в виде набора щелей, причем в каждую щель записывается определенный ракурс объекта [2]. Данный стенд для записи мультиплексных голограмм работает следующим образом. В предметной ветви при помощи линз (цилиндрических) изображения ракурсов предмета, записанные на фотографический фильм (пленку, содержащую кадры с ракурсами объекта и перемещающуюся в процессе записи мультиплексной голограммы), пишутся в виде набора щелей на "голографический фильм" (мультиплексную голограмму), причем каждому ракурсу объекта соответствует своя щель. В опорной ветви щель создается с помощью набора цилиндрических линз (см. Фиг.6 из [2]). Недостатком данного стенда для записи мультиплексных голограмм является растрированность получаемой голограммы, что отрицательно сказывается на качестве восстанавливаемого с голограммы объемного изображения. Также в данном случае в качестве транспаранта, используемого для вывода ракурсных изображений объекта, используется фотографический фильм (пленка с заснятыми на нее ракурсами объекта). Данный способ вывода информации занимает много времени и имеет определенные сложности при позиционировании каждого кадра пленки. В данном стенде не рассмотрена возможность записи радужных мультиплексных голограмм.

Известен стенд для записи мультиплексных голограмм, в котором сама голограмма записывается в виде набора щелей, причем в каждую щель записывается определенный ракурс объекта [3]. Данный стенд для записи мультиплексных голограмм работает следующим образом. В предметной ветви при помощи линз (цилиндрических и сферических) изображения ракурсов предмета, записанные на фотографический фильм (пленку, содержащую кадры с ракурсами объекта и перемещающуюся в процессе записи мультиплексной голограммы), пишутся в виде набора щелей на "голографический фильм" (мультиплексную голограмму), причем каждому ракурсу объекта соответствует своя щель. В опорной ветви щель создается с помощью набора цилиндрических линз (см. Фиг.4 из [3]). Недостатком данного стенда для записи мультиплексных голограмм является растрированность получаемой голограммы, что отрицательно сказывается на качестве восстанавливаемого с голограммы объемного изображения. Также в данном случае в качестве транспаранта, используемого для вывода ракурсных изображений объекта, используется фотографический фильм (пленка с заснятыми на нее ракурсами объекта). Данный способ вывода информации занимает много времени и имеет определенные сложности при позиционировании каждого кадра пленки. В данном стенде не рассмотрена возможность записи радужных мультиплексных голограмм.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению, выбранным в качестве прототипа, является стенд для записи голографических стереограмм с использованием ЖК-индикатора в качестве транспаранта, стоящего в параллельном пучке лучей [4].

Данный стенд состоит из двух устройств: устройства для записи составной мастер-голограммы (Фиг. 1, стр.64) и устройства для записи голографической стереограммы (Фиг. 2, стр.164). Устройство для записи составной мастер-голограммы работает следующим образом. Излучение, вышедшее из лазера, делится светоделительным элементом на две ветви - опорную и объектную. В объектной ветви излучение отражается от зеркала, проходит через телескопическую систему, подсвечивает ЖК-индикатор, на который из компьютера последовательно выводятся ракурсные изображения объекта. ЖК-индикатор проецируется проекционным объективом на диффузный экран. В опорной ветви излучение отражается от зеркала, проходит через телескопическую систему и падает на светочувствительную среду для записи мастер-голограммы, диафрагмируясь перед этим щелевой диафрагмой в плоскости светочувствительной среды для записи мастер-голограммы, записывается интерференционная картина, полученная от излучения от диффузного экрана и от излучения, прошедшего через опорную ветвь. Устройство для записи голографических стереограмм работает следующим образом. Излучение, вышедшее из лазера, делится светоделительным элементом на две ветви - опорную и восстанавливающую. В восстанавливающей ветви излучение отражается от зеркала, проходит через телескопическую систему и падает на мастер-голограмму. В плоскости восстановленного с мастер-голограммы изображения помещается светочувствительная среда для записи голографической стереограммы. В опорной ветви излучение отражается от зеркал, проходит через телескопическую систему и падает на светочувствительную среду для записи голографической стереограммы. Таким образом производится запись голографических стереограмм.

В данном стенде присутствуют следующие недостатки:
1. Применение ЖК-индикатора в качестве устройства для вывода информации о ракурсе объекта записи приводит к ухудшению качества восстанавливаемого с голограммы изображения за счет возникновения паразитной интерференционной картины в ЖК-индикаторе из-за того, что стекла, ограничивающие ЖК-слой, не могут быть выставлены параллельно друг другу, а имеют некоторый клин, что связано с технологией изготовления ЖК-транспарантов. Паразитная интерференционная картина записывается на голограмму вместе с основным изображением.

2. Коэффициент пропускания ЖК-индикаторов обычно не превышает τ=50%, что значительно увеличивает энергетические потери схемы, что приводит при прочих равных условиях к увеличению времени экспонирования светочувствительного материала, то есть к увеличению времени производства голограммы.

3. При освещении параллельным пучком ЖК-транспаранта присутствуют значительные энергетические потери, которые обусловлены дифракцией на структуре ячеек ЖК-транспаранта.

4. Не описана возможность производства радужных мультиплексных голограмм на данном стенде.

Технической задачей настоящего изобретения является улучшение качества восстанавливаемого с радужной мультиплексной голограммы изображения и уменьшение временных затрат на ее производство.

Сущность изобретения заключается в том, что для улучшения качества восстанавливаемого с радужной мультиплексной голограммы изображения предлагается использование в стенде для записи голограмм устройства, состоящего из набора микрозеркал (DMD), управляемого от компьютера. Каждое микрозеркало представляет собой прямоугольное зеркало размерами приблизительно 15х15 мкм, которое подвешивается на оси, расположенной по диагонали зеркала. На зеркало во время работы DMD подается потенциал (предположим "+"). Вращение зеркала вокруг оси производится за счет попеременного электростатического притяжения зеркала с положительным потенциалом и двух электроконтактов, расположенных по второй диагонали зеркала, на которые по нужному для вывода изображения закону попеременно поддается отрицательный потенциал. Каждое микрозеркало имеет свою ось поворота и свои управляющие контакты, что позволяет выводить на DMD изображения с высоким качеством. Известно, что паразитная интерференция, присущая ЖК-транспарантам, у данного типа приборов практически отсутствует, что позволяет повысить качество восстанавливаемого с радужной мультиплексной голограммы изображения. Использование подсветки DMD сходящимся пучком лучей, формируемым последовательно расположенными друг за другом микрообъективом и объективом, позволяет сократить дифракционные потери и, тем самым, уменьшить время производства голограммы. Использование оптической системы, состоящей из цилиндрической линзы, микрообъектива и зеркального объектива в опорной ветви (при записи голограммы Лейта) и в восстанавливающей ветви (при записи радужной мультиплексной голограммы), позволяет использовать излучение с плоским волновым фронтом как при записи голограммы Лейта, так и при записи радужной мультиплексной голограммы, что позволяет избежать появления геометрических искажений в восстановленном с радужной мультиплексной голограммы изображении.

Отличительные признаки отсутствуют в устройстве-прототипе и поэтому данное техническое решение соответствует критерию "новизна".

Стенд для производства радужных мультиплексных голограмм состоит из лазера 1, зеркала 2, светоделительного кубика 3, зеркала 4, микрообъектива 5, объектива 6, устройства, состоящего из набора микрозеркал, управляемого от компьютера (DMD) 7, диффузного экрана 8, зеркала 9, цилиндрической линзы 10, микрообъектива 11, зеркального объектива 12, фильтрующих излучение точечных диафрагм 13 и 14, перемещающейся полевой диафрагмы 15, светочувствительной среды для записи составной голограммы Лейта 16, светочувствительной среды для записи радужной мультиплексной голограммы 17, проекционного объектива 18, зеркала 19, управляющего компьютера 20 и устройства управления для DMD 21.

Стенд для производства радужных мультиплексных голограмм состоит из двух устройств: устройства для записи составной голограммы Лейта и устройства для записи радужных мультиплексных голограмм.

Фиг. 1. Схема записи составной голограммы Лейта (первый этап записи радужной мультиплексной голограммы).

Фиг. 2. Схема записи радужной мультиплексной голограммы (второй этап записи радужной мультиплексной голограммы).

Фиг. 3. Принципиальная схема для экранировки излучения при записи составной голограммы Лейта.

Устройство для записи составной голограммы Лейта показано на фиг.1. Данное устройство работает следующим образом. Излучение, выходящее из лазера 1, отражается от зеркала 2, делится светоделительным кубиком 3 на две части (ветви). В первой ветви (объектной) излучение отражается от зеркала 4, преобразовывается микрообъективом 5 и объективом 6 в сходящийся пучок лучей, точка схода которых лежит на пересечении первой поверхности объектива 18 и оси системы. Подсвечиваемый сходящимся пучком лучей DMD 7, управляемый компьютером 20 посредством устройства управления для DMD 21, проецируется объективом 18 на экран 8 с нужным увеличением. Во второй ветви излучение отражается от зеркала 9 и преобразуется системой, состоящей из цилиндрической линзы 10, микрообъектива 11, зеркального объектива 12 в щель, длина которой L равна диаметру объектива 12 (но не менее 100 мм), а ширина b=5-13 мм. Данная система является телескопической. Интерференционная картина записывается на светочувствительную среду для записи голограммы Лейта 16, предварительно экранируемую перемещающейся полевой диафрагмой 15. Светочувствительная среда для записи составной голограммы Лейта 16 отстоит от плоскости диффузного экрана 8 на расстояние А=250-300 мм. В итоге составная голограмма Лейта представляет собой набор щелей, количество которых зависит от количества цветов, воспроизводимых затем с радужной мультиплексной голограммы, а каждая щель делится на части вдоль длинной стороны щели, в зависимости от количества ракурсов объекта, необходимых для записи радужной мультиплексной голограммы, определяемых по методике, приведенной в [4].

Устройство для записи радужной мультиплексной голограммы показано на фиг.2. Данное устройство работает следующим образом. Излучение, выходящее из лазера 1, отражается от зеркала 2, делится светоделительным кубиком 3 на две части - опорную и восстанавливающую ветви. В опорной ветви излучение отражается от зеркала 4 и проходит через микрообъектив 5, поставленный с таким расчетом, чтобы область засветки на светочувствительной среде для записи радужной мультиплексной голограммы 17 превышала размер голограммы в 1,5-2 раза (что обеспечивает равномерную засветку в области формирования изображения). Затем излучение направляется зеркалом 19 на светочувствительную среду для записи радужной мультиплексной голограммы 17. Восстанавливающая ветвь представляет собой подобие опорной ветви в схеме записи составной голограммы Лейта, то есть является телескопической системой, состоящей из цилиндрической линзы 10, микрообъектива 11, зеркального объектива 12, которая преобразует излучение в щель, длина которой L равна диаметру объектива 13 (но не менее 100 мм), а ширина b зависит от количества щелей, записанных в составной голограмме Лейта (от требуемого количества цветов на радужной мультиплексной голограмме). Данный пучок подсвечивает составную голограмму Лейта, повернутую на 180^o, с которой восстанавливаются изображения ракурсов в плоскость светочувствительной среды для записи радужной мультиплексной голограммы 17, где и производится запись радужной мультиплексной голограммы.

Перемещающаяся полевая диафрагма 15 представляет собой прямоугольную диафрагму размерами около 8х5 мм. В процессе записи голограммы Лейта данная диафрагма перемещается, как показано на фиг.3. После каждого перемещения на неэкранируемую диафрагмой область светочувствительной среды для записи составной голограммы Лейта 16 записывается один из ракурсов объемного объекта, после чего прямоугольная диафрагма перемещается, открывает другую область светочувствительной среды для записи составной голограммы Лейта 16 и производится запись следующего ракурса объекта. В результате получается составная голограмма Лейта, представляющая собой щель шириной около 8 мм и длиной, определяемой как произведение количества ракурсов на 5 мм. Затем производится запись такого количества щелей, какое количество цветов требуется в итоговой радужной мультиплексной голограмме, причем каждая щель представляет собой записанный набор ракурсов объекта соответствующего цвета.

Литература
1. Ming-Wen Chang, Chih-Ying Huang, Yu-Chun Chang "Complete optical system design for making multiplex holograms", SPIE, Vol.3010, p.308-320, 1997.

2. Патент US 5216528 "Three-dimensional multiplex hologram", Jun.1, 1993.

3. Патент US 4364627 "Method and system for constructing a composite hologram", Dec.21, 1982.

4. Nam Kim, Eun-Seok Kirn, Man-Seok Kim, Taig-Youn Cho "Enlargement of holographic stereograms for an architectural perspective presentation", SPIE, Vol.3293, p.162-168, 1998.1

Изобретение относится к технологии изготовления радужных голограмм. Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для записи голограмм Лейта в опорном пучке перед микрообъективом установлена цилиндрическая линза, а после микрообъектива стоит зеркальный объектив, который формирует вместе с микрообъективом и цилиндрической линзой телескопическую систему. В устройстве для записи голограмм Лейта пространственный модулятор света выполнен в виде DMD-структуры. В устройстве для записи радужных мультиплексных голограмм в восстанавливающем пучке перед микрообъективом установлена цилиндрическая линза, после микрообъектива установлен зеркальный объектив, причем цилиндрическая линза, микрообъектив и зеркальный объектив вместе образуют телескопическую систему. Технический результат - улучшение качества изображений. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Стенд для получения радужных мультиплексных голограмм, содержащий устройство для записи голограмм Лейта, включающее лазер, светоделитель, разделяющий пучок лазерного излучения на предметный и опорный пучки, зеркало, микрообъектив, точечную диафрагму, установленные в опорном пучке, зеркало, микрообъектив, точечную диафрагму и объектив, пространственный модулятор света, проекционный объектив и диффузор, установленный в предметном пучке, перемещающуюся полевую диафрагму и пластинку с фоточувствительным материалом, установленные вплотную друг другу, и устройство для записи радужных мультиплексных голограмм, включающее лазер, светоделитель, разделяющий пучок лазерного излучения на восстанавливающий и опорный пучки, зеркало, микрообъектив, точечную диафрагму, объектив и голограмму Лейта, установленные в восстанавливающем пучке, зеркало, микрообъектив, точечную диафрагму и объектив, установленные в опорном пучке, и пластинку с фоточувствительным материалом, отличающийся тем, что в устройстве для записи голограмм Лейта в опорном пучке перед микрообъективом установлена цилиндрическая линза, а после микрообъектива стоит зеркальный объектив, причем цилиндрическая линза, микрообъектив и зеркальный объектив вместе образуют телескопическую систему, пространственный модулятор света выполнен в виде DMD-структуры, а в устройстве для записи радужных мультиплексных голограмм в восстанавливающем пучке перед микрообъективом установлена цилиндрическая линза, после микрообъектива установлен зеркальный объектив, причем цилиндрическая линза, микрообъектив и зеркальный объектив вместе образуют телескопическую систему. 2. Стенд для получения радужных мультиплексных голограмм по п. 1, отличающийся тем, что в устройстве для записи голограмм Лейта объектив формирует сходящийся во входном зрачке проекционного объектива пучок излучения. 3. Стенд для получения радужных мультиплексных голограмм по п. 1, отличающийся тем, что в устройстве для записи голограмм Лейта перемещающаяся полевая диафрагма представляет собой прямоугольную диафрагму, перемещающуюся в одном направлении для получения набора голограмм, каждая из которых представляет собой голограмму отдельных ракурсов объекта, в результате чего получается щель, представляющая собой набор голограмм отдельных ракурсов.