Установка записи мультиплексных голограмм и способ записи мультиплексных голограмм Российский патент 2023 года по МПК G03H1/26 G02B5/32 

Изобретение относится к способам и устройствам для голографии, способным осуществлять мультиплексную запись с высокой плотностью, и может быть использовано для записи мультиплексных голограмм при формировании виртуальной, дополненной или расширенной реальности (VR/AR/XR), в частности, с помощью контактных линз и иных устройств, расположенных вблизи глаза (near eye display).

Из уровня техники известна установка записи/воспроизведения голограммы, в которой голограмму формируют путем интерференции объектного излучения, несущего информацию, со сферическим опорным излучением и мультиплексируют посредством сдвига сферического опорного излучения (см. публикацию JP2018137030A, кл. G03H1/04, G03H1/22, G11B7/0065, G11B7/007, G11B7/09, G11B7/24044, G11B7/24073, опубл. 2018-08-30). В известном решении используют множество направляющих канавок позиционирования в виде концентрических окружностей на носителе записи. Основными недостатками известного решения являются запись голограмм только в определенных позиционированных местах на носителе информации, а также сложная система маркеров.

Из уровня техники известна установка записи голограмм с угловым мультиплексированием, содержащая источник когерентного излучения, опорный канал, объектный канал со светоделительным узлом и держатель заготовки голограммы, выполненный с возможностью плоскопараллельного перемещения в плоскости записи и наклона указанной плоскости с заготовкой к оси падающего излучения для обеспечения мультиплексирования (см. публикацию JP2006154603A, кл. G03H1/26; G11B7/0065; G11B7/135, опубл. 2006-06-15). В известном устройстве излучение в объектном канале модулировано информацией, подлежащей записи, а излучение в опорном канале представляет собой световой пучок цилиндрической формы. Основным недостатком известного решения является ограниченность функциональных возможностей устройства записью исключительно голограмм, формирующих изображение на бесконечности (что существенно осложняет его использования в контексте VR/AR/XR систем), а также монохромность формируемого изображения.

Из уровня техники известна установка и способ мультиплексирования голограмм по углу и длине волны, которые могут быть использованы, в частности, для проектирования сканирующего лазерного носимого головного дисплея (см. публикацию US10133075B2, кл. G02B 27/01, G03H 1/26, G02B 5/32, G03H 1/00, G03H 1/02, опубл. 2018-11-20). Основным недостатком известного решения является ограниченный угол записи и считывания информации из-за eyebox (типичное положение глаз пользователя, при котором наблюдается виртуальное изображение). К тому же для использования голограмм для трех разных длин волн необходима слоистая структура носителя информации, при этом голограмма может быть записана только на отражение.

Из уровня техники известна система отображения изображения с использованием мультиплексных голограмм, включающая в себя первый и второй источники излучения, пространственные модуляторы для модуляции и последующей фокусировки излучения от первого и второго источников (см. публикацию US11347057B2, кл. G02B27/01, G02B5/32, опубл. 2022-05-31). Основным недостатком известного решения является двухкоординатная запись голограмм без возможности уплотнения записи информации, к тому же голограмма работает только на отражение.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является установка записи голограмм в заготовку с угловым мультиплексированием, содержащая источник когерентного излучения, опорный канал, объектный канал с пространственным модулятором и держатель заготовки голограммы, выполненный с возможностью изменения угла записи (см. публикацию EP1507178A1, кл. G03H1/04; G03H1/26; G03H1/28; G11B7/0065; G11B7/135; G11C13/04; опубл. 2005-02-16). Известная установка снабжена системой управления, которая устанавливает стандартный угол записи голограммы на заготовке и управляет устройством изменения угла записи. Основным недостатком известного решения является ограниченность функциональных возможностей устройства записью исключительно голограмм, формирующих изображение на бесконечности (что делает невозможным его использования в контексте VR/AR/XR систем), а также монохромность формируемого изображения.

Технической проблемой является устранение указанных недостатков и создание установки и способа записи мультиплексных голограмм, в частности, на контактных линзах, обеспечивающих возможность использования трехцветного когерентного излучения, записи и считывания голограмм на пропускание в широком угловом диапазоне между опорным и объектным лучами (от 2 до 88 град), а также угловое мультиплексирование вращением заготовки голограммы на 360 градусов вокруг её оси симметрии.

Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей записанных голограмм, в частности, расширении поля зрения с сохранением виртуального изображения при различном положении проекционного устройства (или на разных фокусных расстояниях) и глаз пользователя, а также упрощении и облегчении проекционной системы, в которой они могут использоваться.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается в части устройства тем, что в установке записи мультиплексных голограмм, содержащей источник когерентного излучения, опорный канал, объектный канал, пространственные фильтры и держатель заготовки голограммы, объектный канал оснащён, по меньшей мере, двумя пространственными фильтрами и выполнен с возможностью формирования и последующего совмещения, по меньшей мере, двух расходящихся пучков излучения со сферическим волновым фронтом и различными фокусными расстояниями, соответствующими различным длинам оптических плеч от указанных пространственных фильтров объектного канала до держателя заготовки голограммы. Держатель заготовки голограммы выполнен с возможностью вращения. Опорный канал предпочтительно снабжён пространственным фильтром, установленным таким образом, чтобы обеспечить возможность записи голограммы в расходящихся пучках излучения. Опорный канал может быть образован входной, средней и выходной частями, причём выходная часть опорного канала выполнена с возможностью варьирования угла наклона опорного пучка к заготовке голограммы и/или выполнения записи голограммы как на пропускание, так и на отражение. При этом средняя часть опорного канала может быть выполнена на основе светоделителей, а выходная часть образована группой пространственных фильтров, соответствующих различным углам наклона опорного пучка к заготовке голограммы. В альтернативном варианте средняя часть опорного канала может быть выполнена в виде оптоволокна, а выходная часть смонтирована на подвижной консоли и снабжена пространственным фильтром. Источник когерентного излучения выполнен в виде трёх лазеров с излучением в красной, зелёной и синей областях спектра, излучение которых объединено с возможностью направления в опорный и объектный каналы. Опорный и объектный каналы предпочтительно выполнены с возможностью управления поляризацией и мощностью соответствующих пучков излучения в каждом из указанных каналов. Выходная часть опорного канала может быть снабжена сканирующими узлами на основе подвижных зеркал.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается в части способа тем, что предлагаемый способ записи мультиплексных голограмм, заключается в направлении когерентного излучения в опорный и объектный каналы и записи голограммы в заготовке из фоторефрактивного материала, установленной в держателе заготовки голограммы, при этом в объектном канале одновременно формируют, а затем совмещают, по меньшей мере, два расходящихся пучка излучения со сферическим волновым фронтом и различными фокусными расстояниями, соответствующими различным длинам оптических плеч от указанных пространственных фильтров объектного канала до голограммы. В ходе записи голограммы предпочтительно вращают держатель с установленной в нём заготовкой голограммы.

На фиг. 1 представлена общая схема предлагаемой установки записи мультиплексных голограмм на пропускание;

на фиг. 2 - схема восстановления для голограмм, записанных согласно фиг. 1;

на фиг. 3 - представлена общая схема предлагаемой установки записи мультиплексных голограмм на отражение;

на фиг. 4 - схема восстановления для голограмм, записанных согласно фиг. 3;

на фиг. 5 - схема источника излучения на основе трех лазеров;

на фиг. 6 - предлагаемая установка записи мультиплексных голограмм со средней частью опорного канала на основе светоделителей;

на фиг. 7 - предлагаемая установка записи мультиплексных голограмм со средней частью опорного канала в виде оптоволокна;

на фиг. 8 - предлагаемая установка записи мультиплексных голограмм с выходной частью опорного канала со сканирующим узлом на основе подвижных зеркал;

на фиг. 9 - траектория движения объектного луча по заготовке голограммы в ходе сканирования (вид А по фиг. 8).

На чертежах позициями обозначены:

Х - опорный канал;

У - объектный канал;

I - первый пучок объектного канала;

II - второй пучок объектного канала;

III - ось вращения держателя;

11, 12 - плоские зеркала;

21, 22, 23 24, 25, 26, 27, 28, 29, 210, 211 - поляризационные (полуволновые) пластины;

31, 32, 33, 34 - поляризационные светоделительные кубы;

41 - заглушка;

51, 52, 53 - затвор;

61, 62, 63, 64 - дихроичные зеркала;

71, 81, 91 - лазеры;

101, 102 - расширители лазерного пучка;

111, 112, 113, 114, 115 - пространственные фильтры;

121 - заготовка голограммы;

131 - глаз;

141, 142 - плоскости виртуального изображения;

151 - оптоволокно;

161 - оптическая система;

162 - коллимирующая оптическая система;

171 - неполяризационный светоделительный куб;

181 - диафрагма;

191, 192 - сканирующие зеркала;

201 - проекционное устройство;

211 - держатель заготовки голограммы.

Предлагаемая установка записи мультиплексных голограмм (фиг. 1, фиг. 3, фиг. 6-8) состоит из держателя 211 заготовки голограммы 121 (стекло, пленка или готовое изделие, например, контактная линза, содержащие фоторефрактивный материал), источника когерентного излучения в виде одного или нескольких (фиг. 5) лазеров, опорного канала и объектного канала. Объектный канал оснащён двумя (или более) пространственными фильтрами 111, 112 (фиг. 1) для обеспечения возможности формирования и последующего совмещения двух расходящихся пучков излучения со сферическим волновым фронтом. Указанные пучки должны иметь различные фокусные расстояния, соответствующие различным длинам оптических плеч от указанных пространственных фильтров объектного канала до держателя заготовки голограммы. В более сложном случае аналогичным образом в объектном канале может быть сформировано большее количество расходящихся пучков для формирования большего количества голограмм с различными фокусными расстояниями.

Для обеспечения возможности записи мультиплексной голограммы под разными углами на носителе типа контактной линзы держатель 211 выполняют с возможностью вращения вокруг оси III. Ось III может совпадать с оптической осью выходной части объектного канала Y (после неполяризационного светоделительного куба 171), совпадать с оптической осью опорного канала X (изображено пунктиром на фиг. 1) или быть расположена под углом и к одной, и к другой. Держатель 211 имеет возможность вращаться пошагово, с постоянной или с переменной скоростью.

Запись двухфокусной голограммы на пропускание (фиг. 1) происходит следующим образом.

Первая часть излучения от источника (лазера 81) отражается с помощью поляризационного светоделительного куба 31 и формирует опорный канал X, проходит через расширитель лазерного пучка 101 отражается от плоских зеркал 11 (угол от нормали к зеркалу) и попадает в пространственный фильтр 113 в виде линзы и точечного отверстия в непрозрачном барьере (пинхола - pin-hole). Излучение от пространственного фильтра 113 в виде расходящегося (в соответствии с расстоянием до голограммы) пучка со сферическим волновым фронтом направляют на заготовку голограммы 121, выполненную из фоторефрактивного материала и установленную в держателе 211. Голограмма может быть записана и в отсутствии пространственного фильтра 113 в опорном канале - в этом случае её восстановление должно происходить с использованием параллельного пучка излучения.

Вторая часть излучения, прошедшая через поляризационный светоделительный куб 31 напрямую, формирует объектный канал Y. Излучение в объектном канале проходит через расширитель лазерного пучка 102, поляризационную (полуволновую) пластину 24 и поляризационный куб 33, который разделяет объектный канал на два пучка - I и II, соотношение мощностей излучения в которых регулируется пластиной 24 (путём вращения вокруг её оптической оси). Поляризацию указанных пучков согласовывают с помощью поляризационных (полуволновых) пластин 25 и 26 путём их вращения вокруг собственных оптических осей. Излучение пучков I и II поступает на входы пространственных фильтров 111 и 112, формирующих расходящиеся пучки излучения со сферическим волновым фронтом, которые затем объединяют с помощью неполяризационного светоделительного куба 171 и направляют на заготовку голограммы 121, установленную в держателе 211. В заготовке голограммы опорный и два объектных пучка, падающие с одной стороны, интерферируют между собой и формируют фазовую решетку от трех источников излучения с одной длиной волны (мультиплексную голограмму).

Дистанция виртуального изображения, формируемого впоследствии голограммой, задается расходящимися пучками в объектном канале Y с различными длинами оптических плеч (например, для пучка I длина плеча может составлять 0.5 м, а для пучка II - 2 м) от указанных пространственных фильтров 111 и 112 объектного канала Y до держателя 211. Угол падения α’ от нормали при этом может варьироваться в диапазоне углов 0° - 88° и зависит от проектной схемы восстановления. Для кругового (осесимметричного) мультиплексирования голограмм в процессе записи держатель 211 вращают вокруг оси III с постоянной скоростью.

Восстановление полученной голограммы (фиг. 2) производят следующим образом.

Глаз 131 (или камеру) располагают на заданном проектном расстоянии (например, максимально близко) к записанной голограмме (в случае голограммы, расположенной в контактной линзе, её надевают непосредственно на глаз). Изображение проецируют на голограмму 121 с помощью проекционного устройства 201, установленного под тем же углом α’ (в случае совпадения длины волны восстанавливающего и записывающего излучения), под которым падал опорный пучок при записи. Поскольку голограмма записана на несколько дистанций виртуального изображения, первая плоскость виртуального изображения 141 восстанавливается соответственно на видимом расстоянии 0.2-1 м, а вторая плоскость виртуального изображения 142 восстанавливается на расстоянии 1-3 м. Виртуальное изображение в плоскости 141 будет появляться только в том случае, если глаз 131 человека будет сфокусирован на соответствующем более близком расстоянии, а виртуальное изображение в плоскости 142 будет при этом не четким и размытым. При переводе взгляда и фокусировании на более дальней дистанции, будет наоборот восстанавливаться виртуальное изображение в плоскости 142, а более близкое изображение будет размываться. Таким образом, с помощью одной процедуры записи можно сформировать голограмму, которая будет работать при фокусировании взгляда на любых предметах реальности, находящихся на различной дальности от 0.2 до 3 м (в случае записи двух голограмм) и более (в случае трех и более голограмм).

Аналогично, если в ходе записи ось III держателя 211 совпадала с оптической осью опорного канала X, то в ходе восстановления проекционное устройство 201 будет расположено под углом объектного канала Y (на чертежах не показано), с помощью записанной голограммы можно будет эффективно восстанавливать изображение при любом взаимном расположении проекционного устройства 201 и глаза в пределах диапазона от 0.2 до 3 м. При этом если в ходе записи заготовка голограммы 121 в держателе 211 поворачивалась вокруг своей нормали, то полученная в итоге контактная линза будет восстанавливать изображение при любом угловом положении на глазу пользователя.

Запись двухфокусной голограммы на отражение (фиг. 3) производят аналогичным образом за исключением того, что излучение опорного и объектного каналов Y в этом случае падает на заготовку голограммы 121 с разных сторон.

Излучение опорного канала X проходит через расширитель лазерного пучка 101 отражается от плоских зеркал 11 и попадает в пространственный фильтр 113. Излучение от пространственного фильтра 113 попадает на заготовку голограммы с обратной стороны (по сравнению со случаем на фиг. 1). При этом указанный пространственный фильтр 113 устанавливают на том же расстоянии, на котором впоследствии планируется расположить проекционное устройство 201.

Излучение объектного канала Y проходит через расширитель лазерного пучка 102, проходит через поляризационную (полуволновую) пластину 24 и поляризационный светоделительный куб 33, который разделяет объектный канал Y на два пучка - I и II, соотношение мощностей излучения в которых регулируется пластиной 24. Поляризацию указанных пучков согласовывают с помощью поляризационных (полуволновых) пластин 25 и 26. Излучение пучка I и II поступает на входы пространственных фильтров 111 и 112, формирующих расходящиеся пучки излучения со сферическим волновым фронтом, которые затем объединяют с помощью неполяризационного светоделительного куба 171 и направляют на заготовку голограммы 121, установленную в держателе 211. В заготовке голограммы 121 опорный и два объектных пучка, падающие с разных сторон, интерферируют между собой и формируют фазовую решетку от трех источников с одной длиной волны (мультиплексная голограмма).

Дистанция виртуального изображения, формируемого впоследствии голограммой, задается длинами оптических плеч пучков (например, для пучка I длина плеча может составлять 0.5 м, а для пучка II - 2 м) от указанных пространственных фильтров 111 и 112 объектного канала до держателя 211. Угол падения α’ от нормали при этом может варьироваться в диапазоне углов 0° - 88° и зависит от проектной схемы восстановления. Для записи голограммы под требуемым углом используют возможность произвольного поворота заготовки голограммы 121 в держателе 211 вокруг оси III.

Восстановление полученной голограммы (фиг. 4) производят следующим образом.

Записанную голограмму 121 устанавливают в носимом оптическом устройстве, располагаемом в непосредственной близости к глазу 131 (например, в оправе очков). Изображение проецируют на голограмму 121 с помощью проекционного устройства 201, установленного под тем же углом α’ (в случае совпадения длины волны восстанавливающего и записывающего излучения), под которым падал опорный пучок при записи (расположенного, например, в дужке указанных очков). Поскольку голограмма записана на несколько дистанций, первая плоскость виртуального изображения 141 восстанавливается на видимом расстоянии 0.2-1 м, а вторая плоскость виртуального изображения 142 восстанавливается на расстоянии 1-3 м. Виртуальное изображение в плоскости 141 будет появляться только в том случае, если глаз 131 человека будет сфокусирован на соответствующем более близком расстоянии, а виртуальное изображение в плоскости 142 будет при этом не четким и размытым. При переводе взгляда и фокусировании на более дальней дистанции, будет наоборот восстанавливаться виртуальное изображение в плоскости 142, а более близкое изображение будет размываться. Таким образом, с помощью одной процедуры записи можно сформировать голограмму, которая будет работать при фокусировании взгляда на любых предметах реальности, находящихся на различной дальности от 0.2 до 3 м (в случае записи двух голограмм) и более (в случае трех и более голограмм).

Для записи не монохромной, а многоцветной голограммы необходима более сложная схема источника излучения, включающая несколько лазеров: 71 (с рабочей длиной волны 450-480 нм, например, 457 нм), 81 (с рабочей длиной волны 510-550 нм, например, 532 нм) и 91 (с рабочей длиной волны 630-780 нм, например, 633 нм) (фиг. 5).

Излучение от каждого из лазеров 71, 81, 91 проходит через затвор 51, 52, 53 и попадает на поляризационную (полуволновую) пластину 21, которая регулирует поляризацию и распределяет мощность лазерного излучения на объектный канал Y и опорный канал X, через поляризационный светоделительный куб 31. Луч, отраженный в кубе 31, попадает на поляризационную (полуволновую) пластину 22 и отражается от плоского зеркала 11. Путём вращения поляризационной (полуволновой) пластины 22 вокруг её оптической оси можно изменять соотношение мощностей излучения каждого из лазеров 71, 81, 91 в опорном X и объектном Y каналах. Для обеспечения независимого изменения мощности в каналах X, Y, излучение объектного канала Y направляют через поляризационный светоделительный куб 32, а избыточная часть излучения отражается в заглушку 41, а прошедшее излучение попадет на поляризационную (полуволновую) пластину 23. Поляризация от каждого канала согласовывается с помощью полуволновых пластин 28 и 23.

Лазер 71 формирует излучение с длиной волны в красной области спектра 630-780 нм, лазер 81 формирует излучение с длиной волны в зеленой области спектра 510-550 нм. Объединение излучения от лазеров 81 и 71 обеспечивается дихроичными зеркалами 62 и 64, которые подобраны таким образом, чтобы пропускать излучение с длиной волны больше 600 нм и отражать излучение меньше 600 нм (или наоборот). Лазер 91 формирует излучение с длиной волны в синей области спектра 450-480 нм. Итоговое объединение опорного X и объектного Y каналов обеспечивается дихроичными зеркалами 61 и 63.

Описанный многоцветный (трехволновой) источник излучения встраивается в предлагаемую установку (фиг. 1, фиг. 3, фиг. 6-8) вместо единичного лазерного источника и светоделительного куба 31. С помощью такого источника может быть записана трехцветная голограмма, позволяющая восстанавливать изображение, по сути, во всём видимом диапазоне спектра.

Другим вариантном мультиплексирования (фиг. 6), который может быть реализован с помощью предлагаемого изобретения, является одновременная запись нескольких голограмм под различными углами. Для этого в опорном канале X выделяют входную, среднюю и выходную части (узлы), причём выходную часть опорного канала X выполняют с возможностью варьирования угла наклона опорного пучка к заготовке голограммы 121 и/или выполнения записи голограммы как на пропускание, так и на отражение.

Для обеспечения такой возможности средняя часть опорного канала X (на чертежах выделено пунктиром) может быть выполнена на основе светоделителей 34, а выходная часть образована группой пространственных фильтров 113, 114. 115, соответствующих различным углам наклона опорного пучка к заготовке голограммы 121.

Такая схема (фиг. 6) работает следующим образом.

Излучение опорного канала, проходит через расширитель лазерного пучка 101 отражается от плоских зеркал 11 и попадает в систему распределения энергии, включающую поляризационные (полуволновые) пластины 27, 29, 210, 211 и поляризационные светоделительные кубы 34.

Лазерное излучение прошедшее через поляризационную (полуволновую) пластину 211 падает на пространственный фильтр 113, который расположен под углом записи голограммы α’. Излучение прошедшее через пространственный фильтр 113 в виде расходящегося пучка направляется на заготовку голограммы 121.

Лазерное излучение прошедшее через поляризационную (полуволновую) пластину 210 падает на пространственный фильтр 114, который расположен под углом записи голограммы α’’. Излучение прошедшее через пространственный фильтр 114 в виде расходящегося пучка направляется на заготовку голограммы 121.

Оставшееся лазерное излучение с помощью зеркала 12 падает на пространственный фильтр 115, который расположен под углом записи голограммы под углом записи α’’’. Излучение прошедшее через пространственный фильтр 115 в виде расходящегося пучка направляется на заготовку голограммы 121.

Излучение объектного канала Y проходит через расширитель лазерного пучка 102, поляризационную (полуволновую) пластину 24 и поляризационный куб 33, который разделяет объектный канал Y на два пучка - I и II, соотношение мощностей излучения в которых регулируется с помощью пластины 24. Поляризацию указанных пучков согласовывают с помощью поляризационных (полуволновых) пластин 25 и 26. Излучение пучков I и II поступает на входы пространственных фильтров 111 и 112, формирующих расходящиеся пучки излучения со сферическим волновым фронтом, которые затем объединяют с помощью неполяризационного светоделительного куба 171 и направляют на заготовку голограммы 121, установленную в держателе 211.

В заготовке голограммы 121 три опорных (под углами α’, α’’, α’’’) и два объектных (с различными оптическими плечами) пучка интерферируют между собой и формируют фазовую решетку от множества источников (мультиплексную голограмму). Таким образом, в заготовке голограммы 121 одновременно формируется несколько фазовых решеток, соответствующих различным углам наклона опорного канала. Такая голограмма может быть использована для эффективного восстановления изображения при работе с проектором, расположенным в широком диапазоне углов к голограмме, и обеспечивает возможность восстановления изображения при фокусировке взгляда на широком диапазоне дистанций.

В другом варианте (фиг. 7) средняя часть опорного канала X (на чертежах выделено пунктиром) может быть выполнена в виде оптоволокна 151, а выходная часть смонтирована на подвижной консоли и снабжена пространственным фильтром 113.

Такая схема (фиг. 7) работает следующим образом.

Излучение опорного канала X проходит через расширитель лазерного пучка 101 отражается от плоского зеркала 11, после чего оптическая система (например, линза или объектив) 161 вводит лазерное излучение в оптоволокно 151. Вышедшее из оптоволокна 151 излучение попадает на коллимирующую оптическую систему 162, после чего поляризационная (полуволновая) пластина 27 согласовывает поляризацию с объектным каналом Y. Пространственный фильтр 113 жестко закреплен совместно с поляризационной (полуволновой) пластиной 27 и коллимирующей оптической системой 162 на подвижной консоли. Указанная консоль может быть установлена под различными углами записи в диапазоне Δα (например, от 40° до 65°). При этом выходная часть пространственного фильтра 113 в пределах угла Δα находится на фиксированном расстоянии до оптического центра заготовки голограммы 121.

Также подвижная консоль может быть выполнена с возможностью размещения с противоположной относительно объектного канала Y (с пучками I и II) стороны держателя 211 для записи голограммы на отражение.

Излучение объектного канала Y проходит аналогично вышеописанным вариантам. В результате в заготовке голограммы 121 опорный и два объектных (с различными оптическими плечами) пучка излучения интерферируют между собой и формируют фазовую решетку от трех источников. При этом подвижная консоль обеспечивает возможность легкой перенастройки предлагаемой схемы под любой планируемый угол последующего восстановления, соответствующий углу размещения проекционного устройства 201 и углу падения на голограмму.

Ещё одним вариантом модернизации (фиг. 8) предлагаемой установки является формирование схемы записи голограммы большой площади за счёт снабжения выходной части опорного канала X сканирующим узлом на основе подвижных зеркал.

Такая схема (фиг. 8) работает следующим образом.

Излучение опорного канала X проходит через расширитель лазерного пучка 101 отражается от плоских зеркал 11 и поступает в пространственный фильтр 113. Излучение от пространственного фильтра 113 попадает на заготовку голограммы 121.

Излучение объектного канала Y проходит через расширитель лазерного пучка 102 и поступает на поляризационную (полуволновую) пластину 24, а затем на вход поляризационного светоделительного куба 33. Куб 33 разделяет объектный канал на два пучка - I и II, соотношение мощностей излучения в которых регулируется пластиной 24. Поляризацию указанных пучков согласовывают с помощью поляризационных (полуволновых) пластин 25 и 26. Излучение пучков I и II поступает на входы пространственных фильтров 111 и 112, формирующих расходящиеся пучки излучения со сферическим волновым фронтом, которые затем объединяют с помощью светоделительного куба 34. Для формирования значительного фокусного расстояния (до 15 м и более) для пучка II после пространственного фильтра 112 могут быть установлены оптическая система 161 и диафрагма 181.

Объединенное вновь излучения канала Y поступает на сканирующее зеркало 191, которое выполняет сканирование в горизонтальном направлении. Отраженное от зеркала 191 излучение поступает на зеркало 192, которое выполняет сканирование в вертикальном направлении. Сканирующие зеркала 191 и 192 синхронизованы таким образом, чтобы сканировать всю площадь заготовки голограммы 121, и описывают траекторию движения, например, представленную на фиг. 9. Сканирование происходит непрерывно.

Записанная таким образом голограмма, по существу, может иметь значительные геометрические размеры (до 300 мм на 300 мм и более) и при этом обеспечивает возможность восстановления, по меньшей мере, на двух дистанциях.

Все вышеописанные варианты являются примерами осуществления предлагаемого изобретения, не ограничивающими объём притязаний согласно формуле. Возможны и иные варианты компоновки предлагаемой установки записи мультиплексных голограмм, подходящей под тот или иной случай последующего практического применения. При этом предлагаемое решение позволяет формировать в дополненной реальности с помощью полученных голограмм виртуальные изображения, способные к восстановлению в широком диапазоне расстояний аккомодации глаза пользователя.

Изобретение относится к способам и устройствам для голографии, способным осуществлять мультиплексную запись с высокой плотностью. Установка записи мультиплексных голограмм содержит источник когерентного излучения, опорный канал, объектный канал, пространственные фильтры и держатель заготовки голограммы. Объектный канал оснащён по меньшей мере двумя пространственными фильтрами и выполнен с возможностью формирования и последующего совмещения по меньшей мере двух расходящихся пучков излучения со сферическим волновым фронтом и различными фокусными расстояниями, соответствующими различным длинам оптических плеч от указанных пространственных фильтров объектного канала до держателя заготовки голограммы. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности записанных голограмм, в частности расширить поля зрения с сохранением виртуального изображения, а также упростить и облегчить проекционную систему, в которой они могут использоваться. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Установка записи мультиплексных голограмм, содержащая источник когерентного излучения, опорный канал, объектный канал, пространственные фильтры и держатель заготовки голограммы, отличающаяся тем, что объектный канал оснащён по меньшей мере двумя пространственными фильтрами и выполнен с возможностью формирования и последующего совмещения по меньшей мере двух расходящихся пучков излучения со сферическим волновым фронтом и различными фокусными расстояниями, соответствующими различным длинам оптических плеч от указанных пространственных фильтров объектного канала до держателя заготовки голограммы.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что держатель заготовки голограммы выполнен с возможностью вращения.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что опорный канал снабжён пространственным фильтром, установленным таким образом, чтобы обеспечить возможность записи голограммы в расходящихся пучках излучения.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что опорный канал образован входной, средней и выходной частями, причём выходная часть опорного канала выполнена с возможностью варьирования угла наклона опорного пучка к заготовке голограммы и/или выполнения записи голограммы как на пропускание, так и на отражение.

5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что средняя часть опорного канала выполнена на основе светоделителей, а выходная часть образована группой пространственных фильтров, соответствующих различным углам наклона опорного пучка к заготовке голограммы.

6. Установка по п.4, отличающаяся тем, что средняя часть опорного канала выполнена в виде оптоволокна, а выходная часть смонтирована на подвижной консоли и снабжена пространственным фильтром.

7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что источник когерентного излучения выполнен в виде трёх лазеров с излучением в красной, зелёной и синей областях спектра, излучение которых объединено с возможностью направления в опорный и объектный каналы.

8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что опорный и объектный каналы выполнены с возможностью управления поляризацией и мощностью соответствующих пучков излучения в каждом из указанных каналов.

9. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выходная часть опорного канала снабжена сканирующим узлом на основе подвижных зеркал.

10. Способ записи мультиплексных голограмм, заключающийся в направлении когерентного излучения в опорный и объектный каналы и запись голограммы в заготовке из фоторефрактивного материала, установленной в держателе заготовки голограммы, отличающийся тем, что в объектном канале одновременно формируют, а затем совмещают по меньшей мере два расходящихся пучка излучения со сферическим волновым фронтом и различными фокусными расстояниями, соответствующими различным длинам оптических плеч от указанных пространственных фильтров объектного канала до голограммы.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что в ходе записи голограммы вращают держатель с установленной в нём заготовкой голограммы.