Устройство мультиплексной записи и восстановления изображений Советский патент 1984 года по МПК G03H1/00 

1 Изобретение относится к устройст вам голографической записи и восста изображений и может быть использовано для записи и хранения голографической информации. Известно устройство мультиплексной записи и восстановления изображ ний, с помощью которого на фотоплас тинке с использованием опорного пуч записывается голограмма изображения диапозитива, затем изменяют угол па дения опорного пучка на фотопластин ку и записывают на ней же голограмму изображения другого диапозитива и т.д. При восстановлении записи вы деление изображений осуществляют с помощью восстанавливающего пучка., Если он падает на голограмму под тем же углом, что и опорный пучо,к при записи, то выделяется соответствующее изображение диапозитива ll. Недостаток устройства - малое числе записанных изображений без снижения сигнала к шуму при восстановлении. Для одного опорного пучка записывается одно изображение диапозитива. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уст ройство мультиплексной записи и вос становления изображений, содержащее последовательно расположенные источ ник когерентного излучения, окуляр, объектив, Д1 фузный рассеиватель, диапозитив, держатель с установленной в нем фотоплас1т1нкой, диафрагму и регистратор. Когерентное излучение, расширенное коллимирующей опти ческой системой из окуляра и объектива, параллельным пучком за счет совпадений задней фокальной плоскос ти окуляра с передней фокальной плоскостью объектива освещает диффузный рассеиватель, расположенный вплотную к объективу. Рассеянное излучение освещает диапбзитив И вплотную расположенную к нему фотопластинку. На фотопластинке регистрЩ)уется изображение диапозитива при нескольких одинаковых экспозициях с одним и тем же поперечным смещением фотопластинки между каждыми двумя последовательными экспозициям затем повторяются эти операции с другими диапозитивами на той же не-проявленной фотопластинке с другими величинами смещения между каждыми двумя последовательными экспозиция792ми. После проявления просвечивают фотопластинку и положительную линзу, установленную за ней, когерентным параллельным пучком, а в фокальной плоскости линзы на интерференционную полосу многоэкспозиционной спеклинтерферрограммы устанавливают щелевую диафрагму, с помощью которой фильтруют соответствующее данной интерференционной полосе изображение диапозитива в плоскости изображения линзы, предметной плоскостью для которой является плоскость фотопластинки zl. Недостаток указанного устройства малое число записанных изображений без снижения сигнала к шуму при восстановлении. В известном устройстве, основанном на многоэкспозиционной спекл-интерферометрии, ограниченный динамический диапазон фотоэмульсии пластинки ограничивает число экспозиций и, как следствие последнего, число записанных изображений. Целью изобретения является увеличение числа записанных изображений без снижения отношения сигнала к шуму при восстановлении. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве мультиплексной записи и восстановления изображений, содержащем последовательно расположенные источник когерентного света, окуляр, объектив, диффузный рассеиватель, диапозитив, держатель с установленной в нем фотопластинкой, диафрагму, канал формирования опорного пучка, регистратор, устройство к перемещению и канал формирования восстанавливающего пучка, диффузный рассеиватель расположен в устройстве перемещения и в его поперечной плоскости, при этом диапозитив размещен вплотную к диффузному рассеивателю, а регистратор изображения диапозитива размещен от фотопластинки на расстоянии, равном расстояние от диффузного рессеивателя до фотопластинки при записи, причем диафрагма размещена от фотопластинки на расстоянии L 2 (f+aU где I - расстояние от диффузного рассеивателя до фотопластинки; f - фокусное расстояние объектива; U расстояние между задней фокальной плоскостью окуляра и передней фокальной плоскостью объектива . На чертеже изображена схема устройства. Устройство состоит из установленных последовательно лазера 1, окуляра 2, объектива 3, диффузного рассеивателя 4 с устройством 5 его пе ремещения,диапозитива 6,фотопластинки .7, щелевой диафрагмы 8, регистратора 9 изображений, канала 10 опор ного пучка и канала 11 восстанавливающего пучка, Q - угол освещения фотопластинки 7 опорным пучком из канала 10. Устройство работает следующим образом. Излучение лазера 1 проходит через окуляр 2 и объектив 3. Сходящийся световой пучок освещает вплотную расположенный к объективу 3 диффузньй рассеиватель 4 и диапозитив 6, расположенный вплотную к диффузному рассеивателю 4. Радиус кривизны R светового пучка в плоскости объектива 3 определяется по формуле R /д , где f - фокусное расстоя ние объектива 3 j Л - расстояние меж ду задней фокальной плоскостью окуляра- 2 и передней фокальной плоскостью объектива 3. Рассеянное излу чение за диапозитивом 6 в плоскости .фотопластинки 7 является предметной волной и с помощью опорного плоскопараллельного пучка из канала 10 на фотопластинке 7 записывается голограмма первой экспозиции. Перед вто рой экспозицией диффузный рассеиват 4 с помощью устройства 5 перемещаетс в поперечной плоскости на величину . На эту же величину 8 диффузный рассеиватель 4 перемещается и перед последующими экспозициями. Число экспозиций N для одного диапозитива определяется из условия (Ы-1)8бр, где р - радиус корреляции неоднородностей диффузного расс ивателя 4. Затем повторяется запись для других диапозитивов 6 с другими величинами перемещений диффузного рассеивателя 4 между экспозициями. При восстановлении записи в (+1) порядке дифракции с помощью плоскопараллельного пучка из канала 11 изображения, записанных диапозитивов 6, регистрируются регистратором 9 в плоскости действительного изображения, находящейся на расстоянш от фотопластинки 7, равном расстоянию от диффузного рассеивателя 4 до фотопластинки 7 при записи. Многоэкспозиционная голографйческая интерферограмма локализуется перед плоскостью действительного изображения на расстоянии, равном радиусу кривизны освещающего диффузный рассеиватель 4 сходящегося светового пучка, т.е. на расстоянии от плоскости фотопластинки 7, где - расстояние от плоскости фотопластинки 7 до плоскости действительного изображения. С помощью ц левой .диафрагмы 8, установленной на интерференционную полосу в плоскости действительного изображения выделяется изображение диапозитива 6, которому соответствует эта интерференционная полоса. Для мнсгоэкспозиционной голографической интерферограммы по сравнению с многоэкспозиционной спекл-интерферограммой отсутствует ограничение на число экспозиций из-за ограниченного динамического диапазона фотоэмульсии пластинки, 4to позволяет увеличить число записываемых изображений для одного опорного луча в предлягаемом устройстве. Физическая сущность предлагаемого устройства заключается в следующем, Пусть излучение лазера в плоскости окуляра с фокусным расстоянием имеет единичную амплитуду, тогда комплексная амп.питуда волны непосредст„внно за плрскостью окуляра (х.(У)-1.4Д ч1) где Я -длина имеет вид волны лазера. Если () - плоскость объектива, то комплексная амплитуда поля в плоскости (x.j Vj ) без учета постоянных множителей, не казывающих влияние на результаты расчета, равна -(Щ -( ))е ,-x,Cvy.1-, ;1(у,иЛ dxj,,.), irb4x 4 j . &( . -%и+ЬНь+л+ЪКр Ь+л1Ъ С С Таким образом, непосредственно эй объективом получают сходящуюся волну (на что указывает знак в экспонате) радиуса кривизны R И/д (если й О, т.е. задняя фокальная плоскость окуляра совпадает с передней фокальной плоскостью объектива, получают R ,если отрицательно, то волна будет расходящейся.

При многоэкспоэиционной записи одного диапозитива путем последовательного перемещения диффузного рассеивателя между экспозициями на величину 8 восстановления интерференционная картина в плоскости локализации, находящейся на расстоянии R от плоскости действительного изображения, представляет собой узкие прямые интерференционные полосы, периодически t чередующиеся в направлении смещения диффузного рассеивателя. Период чередования интерференционных полос U к , а ширина интерференционных полос 8 х /ц следовательно промежуток между полосами в N/2 раз шире, чем интерференционная полоса, и в таком промежутке можно еще разместить ( /2 1) интерферен1Ц онньк полос ог других диапозитивов так же,как это выполняется в известном устройстве. Но в нем число экспозиций N мало из-за ма(лости динамического диапазона фотоэмульсии, а в голографии за счет наличия опорного луча это ограничение снимается (аналогом голографии является линейное детектирование с использованием гетеродина, а спеклинтерферометрии - квадратичное детектирование) .

В эксперименте, реализующем предлягаемое устройство, использовался He-Ne лазер на 0,6328 мкм. Б качестве диффузного рассеивателя использовалось матовое стекло из комплекта оптической скамьи с измеренной величиной р 150 мкм. Для проверки работоспособности устройства первоначально было вьтолнено 16 экспозиций с шагом 10 мк, а затем 16 экспозиций с шагами соответственно 7,5 и 5 мкм. При восстановлении интерферограмма локализовывалась в указанном расчетном месте и хорошо выделялась област непрерывающихся интерференционных полос, пригодная для фильтрации с помощью щелевой диафрагмы.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства по сравнению с известными заключается в уве.иичении числа записанных изображеНИИ без сншкения отношения сигнала к шуму при росстановлении. В базовом устроистти .ывлется изоС ражение

диапозитива на фотопластинке в пределах одной области фотопластинки с использованием одного опорного пучка затем изменяют угол падения опорного пучка и в пределах той же области фотопластинки записывается изображен другого диапозитива. Чтобы при восстановлении первым опорным пучком восстановленное второе изображение, рассматриваемое как помеха, не перекрывало первое изображение даже частично, что снижает отношение сигнала к шуму, изменение угла падения опорного пучка при записи второго изображения должно быть достаточным, чтобы помеха даже частично не перекрыла восстанавливаемое изображение.

Таким образом, величина изменения угла падения опорного пучка определяется пространственным размером диапозитива. Число опорных пучков, которы можно использовать для запнси изображения помимо этого ограничивается величиной разрешения фотопластинки, которая не позволяет записать голограмму при больших углах падения опоного пучка. Итак, число записываемых изображений определяется числом опорных пучков, а число последних для эаписи и восстановления без снижения отношения сигнала к шуму, определяется изложенными фактами.

Таким образом, дальнейшее увеличение числа записываемых и восстанавливаемых без снижения отношения сигнала к шуму изображений в пределах одной и той же.области фотопластинки может быть достигнуто, если будет найден метод записи с одним опорным лучом не одного, а нескольких изображений и обеспечены условия выделения этих и зображений без снижения отношения сигнала к шуму при восстановлении исходным опорным пучком. Эта задача и решается предлагаемым устройством.

Физические пределы возможностей предлагаемого устройства заключаются в следующем. Если в качестве диффузного рассеивателя использовать матовое стекло из комплекта оптической скамьи, то измеренный для него радиус корреляции неоднородностей составляет 150 мкм. Для такого радиуса корреляции получено экспериментально число экспозиций для одного диапозитива при величине поперечного смещения О 10 мкм, рпяное 16. Это дает возможность при таких условиях записать максимально без снижения отношения сигнала к шуму при восстановлении еще 7 диапозити вов. Интерферограмма от 9 диапозитива обязательно наложится на какуюиз предыдущих и не обеспечится усл вие чистой фильтрации всех изображ ний. Если базовый объект обеспечивает возможность записи 10 диапози тивов, для которых используется 10 опорных лучей, то следовательно, йрименяя;.предлагаемое устройство, для каждого из опорных лучей можно записать еще 7 диапозитивов, обесп чив при восстановлении фильтрацию без снижения отношения сигнала к шуму, и общее число записанных изображений составит 80. С другой стороны, пространственный размер одного диапозитива южет быть достаточно большим, таким что можно только в базовом устройстве записать и восстановить без снижения отношения сигнала к шуму одно изображение, а предлагаемое устройство обеспечит тогда запись В диапозитивов. В общем число возможно записанных изображений в предлагаемом устройстве определяется радиусом корреляции неоднородностей да1ффузного рассеивателя и минимально возможной величиной поперечного смещения. Таким образом, предлагаемое устройство мультиплексной записи и восстановления изображений позволяет увеличить число записанных и восстановленных изображений без снижения отношения сигнала к шуму.

УСТРОЙСТВО МУЛЬТИПЛЕКСНОЙ ЗАПИСИ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ, содержащее, последовательно расположенные источник когерентного света, окуляр, объектив, диффузный рассеиватель, диапозитив, держатель с установленной в нем фотопластинкой, диафрагму, канал формирования опорного пучка, регистратор, устройство перемещения и канал формирования восстанавливающего пучка, отличающееся тем, что, с целью увеличения числа записанных изображений без снижения отношения сигнала к шуму при восстановлении, диффузный рассеиватель расположен на устройстве перемещения и в его поперечной плоскости, при этом диапозитив размещен вплотную к диффузному рассеивателю, а регистратор изображения диапозитива размещен от фотопластинки на расстоянии, равном расстоянию от диффузного рассеивателя до фотопластинки при записи, причем диафрагма установлена от фотопластинки на расстоянии L 2 расстояние от диффузного рассеивателя до фотопластинки; f - фокусное расстояние объектива; ( - расстояние между задней фокальной плоскостью окуляра и передней фокальной плоскостью объектива.