Голографическое устройство для воспроизведения цвета объекта Советский патент 1991 года по МПК G03H1/26 

Изобретение относится к голографии, решается голографйческими сред- .ствами и предназначено для воспроизведения цвета несамосветящихся и самосветящихся объектов, имитации излучения различных источников излуче- йия при помощи одного источника излучения, воспроизведения цвета.объек- ta при различных условиях освещения, изготовления образцов цвета изделий, а также для метрологического обеспечения колориметрических измерений.

Целью изобретения является повышение точности воспроизведения цвета Объекта.

. На фиг. 1 представлено топографическое устройство для воспроиаведе-

ния гзета объекта; на фиг. и фиг. 3 - схемы записи голограммы сходящегося цилиндрического волнового фронта с плоским опорным волновым фронтом и ее восстановления плоским волновьм фронтом источником белого света.

Устройство для вопроизведения цвета объекта (фиг, 1) содержит источник 1 излучения, систему формирования плоского волнового фронта, состоящую из конденсора 2, точечной диафрагмы 3, коллимационного объектива 4, диспергирующую систему 5, пространственный фильтр 6, цилиндрическую оптическую систему (ОС) 7, систему 8 пространственного совмеСл

о

ел ел

пения спектральных компонент, блок 9 смешения цветов, который может быть выполнен как в виде интегрирующей сферы, так и н виде аксикона с про- екционный линзой, и диффузный эк ра н 10.

В качестве источника I излучения используется источник белого света со сплошным спектром. Плоскость тела накала источника излучения оптически сопряжена - конденсором 2 с плоскостью точечной диафрагмы 3, расположенной в фокальной плоскости коллимационного.- объектива А. Диспергирующая система 5 представляет собой голограмму цилиндрического волнового фронта с плоским опорным волновым фронтом и составляет с оптической осью формирующей оптической системы угол V2 равный углу падения плоского опорного волнового фронта, при записи голограммы обра- Зующей диспергирующую систему. Пространственный фильтр 6 расположен в плоскости физической фокусировки формируемого диспергирующей системой 5 спектра источника излучения. Главные плоскости Н и Н1 цилиндрической ОС 7 расположены симметрично относительно оптически сопряженных с ней диспергирующей системы и системы пространственного совмещения спектральных компонент так, что их оптические центры лежат на оптической оси цилиндрической оптической системы, а ее передняя главная плоскость совмещена с плоскостью формирования спектра источника излучения за диспергирующей системой. Это означает, что оптические центры диспергирующей системы и системы пространственного совмещения спектральных компонент удалены от соответственно передней и задней главных плоскостей цилиндрической ОС на ее двойные фокусные расстояния

2С., и 2f 7.

Система 8 пространственного сов мещения спектральных компонент пред ставляет собой голограмму цилиндрического волнового фронта с плоским опорным полнояым фронтом, идентичную голограмме, используемой в качестве диспергирующей, и расположона сопряжении по отношению к ней R оптической гхемр устройства. Т i PI-ГЬ плоскости ч.чписи дифракционно i pvi

to

15

20

25

30

35

40

45

50

55

туры голограмм {5 и 8) обращены и противonоложные стороны.

Входное окно блока 9 смешения цветов (входное отверстие интегрирующей сферы или основание аксикона) расположено за системой пространственного совмеще.ния спектральных компонент, причем расстояние между ними определяется параметрами оптической системы исходя из условия исключения паразитной засветки.

Диффузный экран 10 совмещен с выходным окном блока 9 смешения цветов (выходное отверстие интегрирую- щей сферы или выходной зрачок проекционной линзы, расположенной после аксикона, оптическая ось которого совпадает с оптической осью проекционной линзы).

Голограмму цилиндрического волнового фронта диспергирующей системы 5 записывают с помощью плоского опорного волнового фронта. Цилиндрическая линза 11 (фиг. 2) от общего с плоским опорным волновым фронтом когерентного, монохроматического источника .(на фиг. 2 не показан) формирует сходящийся цилиндрический волновой фронт. Интерференционную картину, образующуюся в результате Наложения цилиндрического и плоского волновых фронтов, регистрируют на фотопластине 5 (8). Углы падения цилиндрического и плоского волновых1 фронтов равны соответственно ц; и lf)j. При записи голограммы необходимо, чтобы биссектриса между направлениями распространения цилиндрического и плоского волновых фронтов была перпендикулярна линии, в которой фокусируются сходящийся цилиндрический волновой фронт.

Пространственный фильтр 6 выполнен в ВИДР непрозрачного экрана с силуэтным отверстием. Нижняя часть отверстия ограничена осью абсцисс, верхняя - силуэтным представлением графика функции, левая и правая части - тряпицами требуемого интервала длин волн. Для воспроизведения цвета объекта пространственный фильтр выполнен в виде силуэтного представления функции I(A) спектрального пропускания или отражения объекта с масштабом, мвным масштабу спектрального рлз тожо шя излучения диспергирующей с-иг1 мой. Для имитации цвета

ОДНОГО ЧЧ) /,РИИЯ fi, ДРУГИМ ИГТОЧНИком излучения Я фильтр выполнен в виде силуэтного представления функции S,()G1(), где ) и Г,г(А) функции спектрального распределения источников В и Sj. Для воспроизведения цвета объекта, соответствующего освещению его источником S., при помощи источника R. пространственный фильтр выполнен в виде силуэтного представления функции (Д) Б,(Л)/

ЛЧ().

функции 1/(Д) спектрального пропускания или отражения объекта и S(A) спектрального распределения ис-точни- ков излучения получают, как и принято в колориметрии, на спектрофотометре или спектрорадиометре.

Цилиндрическая ОС 7 асимметрична относительно своей оптической оси и построена таким образом, чтобы обеспечивать доступ пространственного фильтра 6 к плоскости физической фокусировки спектра, положение.которой определяется конструкцией конкретной цилиндрической ОС и не обязательно совпадает с показанным на фиг. положением гипотетической главной передней плоскости Н цилиндрической ОС. В простейшем случае цилиндрическая ОС представляет собой два одинаковых прикраевых сегмента цилиндрической линзы.

Устройство работает следующим обра зом.

Плоский волновой фронт от источника белого цвета, сформированный конденсором 2, точечной диафрагмой 3 и коллимационным объективом 4 освещает поверхность диспергирующей системы 5. При освещении диспергирующей системы 5, представляющей полученную голограмму, плоским волновым фронтом от источника белого света под углом Ц, соответствующим углу падения плоского волнового фронта при записи голограммы, будет иметь место спектральное разложение линии фокусировки цилиндрического волнового фронта для различных монохрома т.и- ческих компонент излучения источника белого света. Положение линии фокусировки для произвольной монохроматической компоненты Л- полностью описывается углом дифракции главного луча восстанавливающего пучка и удалением R. точки фокусировки волнового фронта на главном луче от оптического центра голограммы. Данные

параметры можно определить, например, пользуясь уравнениями Шампаня, г учетом упрощения для плоских опорного и восгтананлияающрго нолнопых фронтов

sin у. ( А ;/Л0)( sin v, sinyj) - (l)

Ri Ue/Ai)(2)

где А0 и В0 - соответственно длина волны и удаление линии фокусировки

сходящегося цилиндрического волнового фронта при записи голограмм диспергирующей системы 5 и системы 8 пространственного совмещений спектральных компонент. Анализ уравнений

(l) и (2) (например численный) пока1 зывает, что линии фокусировки вол-новых фронтов для континуума монохроматических компонент видимого спектра образуют цилиндрическую гюверхность,, которая в первом приближении достаточно точно аппроксимируется плоскостью, параллельной плоскости, проходящей через линии фокусировки крайних монохроматических

компонент рабочего участка спектра источника излучения, и сдлинутой в сторону изгиба указанной цилиндрической поверхности приблизительно на половину высоты изгиба. Аппроксимирующая плоскость далее именуется плоскостью фокусировки спектра. Угол ее наклона J. к нормали к голограмме сложным образом зависит от исходных параметров Д0 , ц, и 2и крайних

монохроматических компонент Л р (крайней красной компоненты) и А $ (для крайней фиолетовой компоненты):

tgc( )1sin d/Ajf) - sinV$ ША кр7 со8 Фк|Г- П7л« Г- cosy/

где v и у находят из (1 ) и (2 }, н в общем случае, значительно от-, личается от 90° (фиг. 3).

Для дальнейшего рассмотрения устройства не требуется более подробного анализа расположения плоскости фокусировки спектра.

Поскольку плоскость фокусировки

спектра в нашем случае совмещена с

передней главной плоскостью Н цилин- дрической ОС, это означает, что изображение спектра в данной системе мещено с ее задней гллнной плоскостыо Н. Далее, поскольку голограмма (система 8), выполняющая функцию системы пространственного совмещения спектральных компонент, по условию оптически сопряжена в цилиндрической ОС 7 с голограммой - диспергирующей системой 5 и симметрична ей в цилиндрической ОС, что практически обеспечивается небольшими размерами голограмм по сравнению с удалениями линий фокусировки монохроматических компонент R,, то, как это показано на фиг. 1, удаления изображений линий фокусировки монохроматических компонент спектра от голограммы (системы 8) равны удалениям самих линий фокусировки от голограммы (системы 5), а углы падения главных лучей на голограмму (систему 8) равны углам их дифракции на голограмме (системе 5). Таким образом, при идеи тичности систем 5 и 8 и размещении системы 8 противоположно системе 5 по ходу излучения, в ее первом поряд ке дифракции происходят угловое совмещение спектральных компонент и одновременное формирование плоских волновых фронтов для каждой спектральной компоненты.

Пространственный фильтр 6 селективно диафрагмирует спектр, изменяя спектральный состав исходного излучения.

По направлению распространения совокупности плоских монохроматических фронтов, сформированных системой 8 пространственного совмещения спектральных компонент, имеющих интенсивность, определяемую интенсивностью идентичной монохроматической компоненты в спектре источника 1 излучения, сформированного диспергирующей системой 5, степенью ослабления ее пространственным фильтром 6 и дифракционной эффективностью Д. голограммы системы 8 пространственного совмещения спектральных компонент, установлено входное окно блока 9 смешения цветов. В блоке сме шения цветов монохроматические волновые фронты аддитивно смешиваются, воспроизводя на выходе равноокрашен ный по своему сечению световой поток, цвет которого определяется наличием тех или иных спектральных компонент и их интенсивностью и наблюдается на диффузионном экране 10.

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

В ОТЛИЧИР от прототлча п предложенном устройстве учитывается наклон плоскости фокусировки спектра. Поскольку в прототипе наклон плоскости фокусировки спектра не учитывается, значение функции рассеивания линии фокусировки спектральной компоненты изменяется от некоторого минимального значения в месте пересечения пространственным фильтром плоскости фокусировки спектра до больших значений в краях из-за обычной дефокусировки, которая относится к хроматической аберрации положения.

I

Кроме того, точность воспроизведения цвета объекта, при прочих равных условиях, находится в прямой зависимости и от линейного размера спектра разложения освещающего излучения. Увеличение линейного размера спектра разложения позволяет обеспечить независимость воздействия на каждую монохроматическую спектральную компоненту спектра без одновременного воздействия на соседние монохроматические компоненты, приводящее к трудно учитываемому отклонению вопроизводимого цвета объекта .от требуемого. Благодаря применению цилиндрической ОС предлагаемого типа удается сильно растянуть спектр, исключив при этом виньетирование пучков спектральных компонент за счет оптического сопряжения в цилиндрической ОС систем 5 и 8, что обеспечивает возможность селективного воздействия на произвольную спектральную компоненту и, соответственно, повышает точность работы.

Формула изобретения

Топографическое устройство для воспроизведения цвета объекта, содержащее расположенные последовательно источник излучения, диспергирующую систему, пространственный фильтр, выполненный в виде силуэтного представления функции ц( Л ) спектрального пропускания или отражения объекта с масштабом, равньм масштабу спектрального разложения излучения диспергирующей системы, систему пространственного совмещения спектральных компонент, диффузный экран, отличающееся тем, что, с целью повышения точности воспро91

изведения цвета объекта, в устройство введены система формирования плоского волнового фронта, расположенная за источником излучения, цилиндрическая оптическая система, главные плоскости которой расположены симметрично относительно оптически сопряженных в ней диспергирующей системы и системы пространственного совмещения спектральных компонент так, что нх оптические центры лежат на

6345510

оптической оси цилиндрической оптической системы, а ее передняя главная плоскость совмещена с плоскостью формирования спектра источника нч лучения за диспергирующей системой, при этом диспергирующая система и система пространственного совмещения спектральных компонент выполнены в

... виде идентичных голограмм сходящегося цилиндрического волнового фронта и плоского опорного волнового фронта.

Изобргтение относится к голо- гра)ии и предназначено для воспроизведения цвета нгсамосветящихся и самосветящихся объектов, имитации излучения различных источников излучения при помощи одного источника излучения, воспроизведения цвета объекта при рпзл1гчньгх условиях ос-г вешения, изготовления образцов цвета изделий, а также для метрологического обеспечения колориметрических измерений. Целью изобретения нвлчется повышение точности воспроизведения цвета объекта. В устройство, содержащее источник излучения, диспергирующую систему, пространственный фильтр, выполненный в виде сипу-п- ного представления функции сп ктрального пропускания или отражения оГч.ск- та, систему пространственного гопмо- шсяип спектральных компонентов, диффузный -экран, дополнительно виг-- дены система формирования плоского волнового фронта, цилиндрическая оптическая с-истема, причем диспергирующая система и система пространственного совмещения спектральных компонент выполнены в виде идентичных голограмм сходящегося цилиндрического волнового фронта и плоского опорного волнового фронта. 3 ил. е из (Л с

fl&tie./

фие.2

/

Фиг. З