Способ записи отражательных голограмм при пространственно-некогерентном освещении объекта и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК G03H1/06 

2, Устройство для записи отражательных голограмм при пространственно- нек о г ере нт ном освещении объекта, содержащее последовательно расположенные вдоль оптической оси затвор, фоторегистрирующую среду и отражатель, отличающееся тем, что, с целью упрощения процесса записи, отражающая поверхность отражателя выполнена гладкой,а фоторегистрирующая среда расположена с зазором по отнощению к этой поверхности, не

превьш1ающим половину длины когерентности излучения.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что, с целью увеличения дифракционной эффективности записываемых голограмм, на оптической оси между объектом и фоторегистрирующей средой до или после затвора установлено спектрально-селектирующее зеркало, выполненное для одной или нескольких длин волн.

1. Способ записи отражательных голограмм при пространственно-некогерентнбм освещении объекта, включающий формирование стоячих волн при отражении рассеянного объектом излучения от отражателя и запись стоячих волн в объеме фоторегистрирующей среды, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса записи, формируют наложенные одна на другую стоячие волны, соответствующие расположению в пространстве и яркости точек объекта. (Л Ф«г.|

Изобретение относится к области голографии и может быть использовано как средство записи объемных изображений в изобразительной технике, в т.ч. для производства голографических портретов, в медико-биологичес ких, физических, океанологических исследованиях, в голографической интерферометрии и неразрушающем контроле, в голографическом кинематографе и телевидении.

Известны способ записи отражательных голограмм (цветной фотографии Липпманна) и устройство для его осуществления.

Способ включает в себя освещение объекта белым светом, формирование его плоского изображения на поверхности ртутного зеркала и захшсь картины стоячих волн в фотоэмульсии, на несенной на эту поверхность lj .

Устройство для осуществления этого способа содержит последрвательно расположенные, вдоль оптической оси объектив, формирукщий плоское изображение объекта на поверхности ртутного зеркала, и кассету, содержащую ртутное зеркало и расположенную на его поверхносри фоторегистрирующую среду DjНедостатками способа и устройства являются потери при записи информации о глубине объекта и сложность его реализации.

Наиболее близкими к предлагаемым являются способ записи отражательных голограмм при пространственно-некогерентном освещении объекта и устройство для реализации этого способа.

Способ включает в себя формирование стоячих волн при отражении рассеянного объектом излучения от отражателя и запись стоячих волн в объем фоторегистрирующей среды 2j .

Устройство для осуществления способа содержит последовательно расположенные вдоль оптической оси затвор фоторегистрирующую среду и отражатель. Луч света,-рассеянный в заданном направлении и проходящий через фоторегистрирующую среду, отражают строго антипараллельно направлению его распространения с помощью отражательного элемента, при этом в участке фоторегистрирующей среды, ограниченном размерами отражательного элемента, формируется и записывается стоячая волна, соответствующая данному направлению рассеяния. Такие локальные стоячие волны формируют для всехнаправлений рассеяния. Отражательными элементами являются уголковые отражатели. Фоторегистрирующую среду располагают, в контакте с отражателем, чтобы избежать наложения на один участок фоторегистрирующей среды стоячих волн, соответствующих разным направлениям, а также из-за малой длины когерентности света при немонохроматическом освещении. Восстанавливают изображение, освещая картину стоячих волн белым светом из точечного источника. При брэгговском отражении света от стоячих волн вое3.1 производятся направление, интенсивность и спектральный состав всех лучей, участвовавших в процессе записи что и позволяет наблюдать восстановленное изображение 2 . Недостатком известного решения яв ляется сложность его реализации, обусловленная следующими причинами. Во-первых, требуется использование отражателя сложной формы, состоящего из множества мельчайших уголковых отражателей. Размеры и количество уголковых отражателей определяются полным числом разрешимых точек в записываемом изображении. Для записи изображения, соответствующего телеви зионному стандарту и содержащего око ло 600 элементов разрешения в каждом направлении, потребуется 360000 уголковых отражателей размером 0,1 мм «0,1 мм. Изготовление такого отражателя связано с техническими трудностями. Во-вторых, необходимо расположение фоторегистрирующей сре ды в контакте с отражателем, что создает трудности при смене фоторегистрирующей среды. Недостатком является также сложность получения голограмм крупных объектов, так как это требует увели чения размерив отражателя и фоторегистрирующей среды. Кроме того, при использовании полихроматического освещения (излучение тепловых и газ разрядных источников, естественное освещение) из-за наложения стоячих волн для различных спектральных ком понент контраст картины стоячих вол падает, что приводит к уменьшению дифракционной эффективности. Цель изобретения - упрощение про цесса записи, а также увеличение дифракционной эффективности записываемых голограмм. . Указанная цель достигается тем, чго согласно способу записи отражательных голограмм при пространствен но-некогерентном освещении объекта, включающему формирование стоячих волн при отражении рассеянного объе том излучения от. отражателя и запис стоячих волн в объеме фоторегистрирующей среды, формируют наложенные одна на другую стоячие волны, соответствующие расположению в простран стве и яркости точек объекта. Эта цель достигается также тем, что в устройстве для осуществления .24 способа, содержащем последовательно расположенные вдоль оптической оси затвор, фоторегистрирующую среду и отражатель, отражающая поверхность отражателя вьтолнена гладкой, а фоторегистрирующая среда расположена с зазором по отношению к этой поверхности, не превышающим половину длины когерентности излучения. С целью зшеличения дифракционной эффективности записьшаемых голограмм на оптической оси между объеютом и фоторегистрирующей средой до или после затвора установлено спектрально-селектирующее зеркало, выполненное для одной или нескольких длин волн. Использование спектрально-селектирующего зеркала обусловило возрастание ди)ра1(ционнс эффективности голограмм (вследствие увеличения контраста стоячих волн),и обеспечение возможности установки фоторегистриРЗ щей среды с выбранной величиной зазора по отношению к поверхности отражателя (вследствие увеличения длины когерентности излучения). Для получения голограмм, дающих одноцветное восстановленное изображение, спектрально-селектируницее зеркало выполняют для одной длины волны. Для записи голограмм, дающих цветное , восстановлеиное изображение, спектрально-селектирукщее зеркало выполняют для нескольких длин волн, соответствующих, например, краснсму, синему и зеленому цветам. На фиг. 1 схематически показан процесс осуществления способа; на фиг. 2 - cK&ta предлагаемого устройства; на фиг. 3 и 4 - схемы двух вариантов установки спектрально-селактирующего зеркала в устройстве. Способ осуществляется следукщим образом. Объект 1 освещается пространственно-некогерентньи излучением 2. При этом объект (а также трехмерное изображение, сформированное оптической системой) I можно рассматривать как набор независимых точечных излучателей, испускакшфсс сферические волны. Пусть точка 3 на поверхности объекта - произвольно выбранный излучатель. Сферическую волну, испускаемую зтой точкой, отражают гладкой отражающей поверхностью 4 и формируют в объеме фоторегистрирующей среды 5 {стоячую волйу 6. (На фиг. 1 показаны {волновые поверхности стоячей волны 6 соответствующие ее пучностям). Кривизна волновых поверхностей этойстоячей волны сохраняет информацию |О расположении в пространстве точки 3, а амплитуда соответствует яркости излучателя. Стоячие волны одно временно формируются для всех точек объекта (например, точкам 7 и 8 соот ветствуют на фиг. 1 стоячие волны 9 и 10), причем эти волны накладываю ся друг на друга, Сформированная таким образом картина стоячих волн, со ответствующих расположению в простра стве и яркости точек объекта, записы вается в объеме фоторегистрирующей среды. Полученная голограмма освещается на этапе восстановления световой волной из точечного источника. При брэгговском отражении этой волны от системы стоячих волн, записанных на голограмме, восстанавливается объемное изображение объекта. Способ реализуется в устройстве (фиг. 2), содержащем оптическую систему 11, затвор 12, фоторегистрирую.щую среду 5, отражатель 4 с гладкой отражающей поверхностью. Оптическая система 11 формирует трехмерное изображение 13 записываемого объекта 1 в заданном масштабе и HS. заданном расстоянии по отношени к фоторегистрирующей среде 5. В качестве этой оптической системы может быть использован фотообъектив, обеспечивающий малую глубину резкости, или телескопическая система из двух объективов. Затвор 12 задает время экспозиции. Он помещается на оптичес кой оси перед фоторегистрирующей сре дой до или после объектива. Отражатель 4 с гладкой отражающей поверхностью помещается позади фоторегистрирующей среды таким образом, чтобы расстояние между его поверхностью и передней (по ходу лучей) поверхнос тью фоторегистрирующей среды не превышало половины длины когерентности излучения. В качестве отражающей поверхности может быть использована зеркальная поверхность различной фор мы (сферическая, гиперболическая, . плоская). Форма поверхности выбирается такой, чтобы компенсировать аберрации cиcтe в l, формирующей трехмерное изображение. Полихроматическое излучение обладает малой длиной когерентности. Так, для естественного освещения она порядка микрона. В этом случае в устройстве устанавливается спектрально-селектирующее зеркало 14, которое увеличивает длину когерентности. Спектрально-селектирующее зеркало может быть изготовлено голографическим -способом. Представляя собой отражательную голограмму, этот оптический элемент одновременно действует в устройстве как светофильтр со спектральной шириной, определяемой толщиной голограммы, и как зеркало (например,сферическое). Для записи цветных голограмм используется спектрально-селектирующее зеркало, селектирующее длины волн, соответствующие красному, зеленому и синему цветам. Спектрально-селектирующее зеркало может также участвовать в формировании трехмерного изображения и как самостоятельная оптическая система, и в сочетании с оптической системой 11. Последнее предпочтительнее, так как обеспечивает более гибкое управление масштабом записываемого объемного изображения. В схеме устройства, изображенного на фиг. 3, спектрально-селектирующее зеркало 14 установлено наклонно по отношению к оптической оси устройства. При этом на формирование изображения и запись голограммы идет весь световой поток, попавший в апертуру устройства и отр 1женный спектрально-селектирующим зеркалом 14. Однако необходимость работать с пуч-. ками света, наклоненными к оси спектрально-селектирующего зеркала, ведет к ухудшению качества изображения. Этот недостаток устранен в устройстве, изображенном на фиг. 4. Здесь свет от объекта 1 проходит через оптическую систему 11, затвор 12 полупрозрачное зеркало 15, отражается спектрально-селектирующим зеркалом 14, установленным перпендикулярно оптической оси, затем отражается полупрозрачным зеркалом 15 и формирует трехмерное изображение 13 объекта 1. Однако при этом используется только четвертая часть светового потока. Тем не менее схема на фиг. 4 является оптимальной, поскольку обеспечивает наилучшее качество изображения . Предлагаемые способ и устройство для записи отражательных голограмм 7.11 по сравнению с известными способами и устройствами обеспечивают: устранение технических трудностей, связанных с изготовлением отражателя сложной формы и расположением фоторегистрирующей среды в контакте с поI верхнрстью отражателя; возможность записи в выбранном масштабе на голограммы заданных разП15 10

Фмг. 12 28 меров объектов или сцен произвольной протяженности; независимость дифракционной эффективности голограмм от длины когерентности излучения, освещающего объект, ЧТО позволяет использовать излучение тепловых и газоразрядных источников, а также естественное освещение; получение цветных отражательных голограмм в белом свете.

/

0

D eФигЛ