Способ записи отражательных голограмм при пространственно некогерентном освещении объекта и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНИХШИЦЪФПаниуиРЕСПУБЛИК ае аи зЕЮ 6 03 Н 1/06 и ,г л-,.3 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 7 0 Ш У ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерно-физическийинститут(прототип),(54) СПОСОБ ЗАПИСИ ОТРАЖАТЕЛЬНЫХ ГОЛОГРАММ ПРИ ПРОСТРАНСТВЕННО-НЕКОГЕРЕНТНОМ ЪСВЕЩЕНИИ ОБЪЕКТА И УСТРОЙ. СТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ записи отражательных голограмм при пространственно-некогерентнОм освещении объекта, включающий формирование стоячих волн при отражении рассеянного объектом излучения от отражателя и запись стоячих волн в объеме фоторегистрирующей среды, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения процесса записи, формируют наложенные одна на другую стоячие волны, соответствующие р расположению в пространстве и яркос- ф ти точек объекта.112, Устройство для записи отражательных голограмм при пространственно"некогерентном освещении объекта, содержащее последовательно расположенные вдоль оптической оси затвор, фоторегистрирующую среду и отражатель, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения процесса за-. писи, отражающая поверхность отражателя выполнена гладкой,а фоторегистрирующая среда расположена с зазором по отношению к этой поверхности, не 15012превышающим половину длины когерентности излучения. 3, Устройство по и. 2, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения дифракционной эффективности записываемых голограмм, на оптической оси между объектом и фоторегистрирующей средой до или после затвора установлено спектрально-се.лектирующее зеркало, выполненное для одной или нескольких длин волн.Изобретение относится к области голографии и может быть использовано как средство записи объемных изображений в изобразительной технике, в т.ч, для производства голографичес 5 ких 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 Диппманна) и устройство для его осуществления. 15Способ включает в себя освещение объекта белым светом, формирование его плоского изображения на поверхности ртутного зеркала и запись картины стоячих волн в фотоэмульсии, на несенной на эту поверхностьУстройство для осуществления этого способа содержит последовательно расположенные, вдоль оптической оси объектив, формирующий плоское изображение объекта на поверхности ртутного зеркала, и кассету, содержащую ртутное зеркало и расположенную на его поверхности фоторегистрирующую среду Я.ЗОНедостатками 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 объемефоторегистрирующей среды 2,Устройство для осуществления способа содержит последовательно расположенные вдоль оптической оси затвор,фоторегистрирующую среду.и отражатель. Луч света, рассеянный в заданном направлении и проходящий черезфоторегистрирующую среду, отражаютстрого антипараллельно направлениюего распространения с помощью отражательного элемента, при этом в участке фоторегистрирующей среды, ограниченном размерами отражательного элемента, формируется и записываетсястоячая волна, соответствующая данному направлению рассеяния. Такие локальные стоячие волны формируют длявсех направлений рассеяния. Отражательными элементами являются уголковые отражатеЛи. Фоторегистрирующуюсреду располагают в контакте с отражателем, чтобы избежать наложенияна один участок фоторегистрирующейсреды стоячих волн, соответствующихразным направлениям, а также из-замалой длины когерентности света принемонохроматическом освещении. Восстанавливают изображение, освещаякартину стоячих волн белым светом иэточечного источника. При брэгговскомотражении света от стоячих волн вос111501.2 4способа, содержащем последовательно 1расположенные вдоль оптической оси затвор, фоторегистрирующую среду и отражатель, отражающая. поверхность отражателя выполнена гладкой, а фото- регистрирующая среда расположена с зазором по отношению к этой поверхности, не превышающим половину длины когерентности излучения.С целью увеличения дифракционной эффективности записываемых голограмм на оптической оси между объектом и фоторегистрирующей средой до или после затвора установлено спектраль-, но-селектирующее зеркало, выполненное для одной или нескольких длин волн.Использование спектрально-селектирующего зеркала обусловило возрастание дифракционной эффективности голограмм (вследствие увеличения контраста стоячих волн),и обеспечение возможности установки фоторегистрирующей среды с выбранной величиной зазора по отношению к поверхности отражателя (вследствие увеличения длины когерентности излучения).Для получения голограмм, дающих одноцветное восстановленное изображение, спектрально-селектирукицее зеркало выполняют для одной длины волны.Для записи голограмм, дающих цветноевосстановленное изображение, спектрально-селектирующее зеркало выполняют для нескольких длин волн, соответствующих, например, красному, синему и зеленому цветам.На фиг. 1 схематически показанпроцесс осуществления способа; нафиг. 2 - схема предлагаемого устройства; на фиг, 3 и 4 - схемы двух вариантов установки спектрально-селек" тирующего зеркала в устройстве.Способ осуществляется спедукнцимобразом.Объект 1 освещается пространственно-некогерентнвм излучением 2. При этом объект (а также трехмерное изображение, сформированное оптической системой), можно рассматривать как набор независимык точечных излучателей, испускающих сферические волны.Пусть точка 3 на поверхности объекта - произвольно выбранный излучатель. Сферическую волну, испускаемую этой точкой, отражают гладкой отражающей поверхностью 4 и формируют в объеме фоторегистрирующей среды 5стоячую волну 6, (На фиг. 1 показаныволновые поверхности стоячей волны 6 соответствующие ее пучностям). Кривизна волновых поверхностей этой, стоячей волны сохраняет информацию 5расположении в пространстве точ 3, а амплитуда соответствует яркости излучателя. Стоячие волны одновременно формируются для всех точекобъекта (например, точкам 7 и 8 соот О ветствуют на фиг. 1 стоячие волны 9 и 10), причем эти волны накладывают.ся друг. на друга. Сформированная таким образом картина стоячих волн, соответствующих расположению в простран 15 стве и яркости точек объекта, записы- . вается в объеме фоторегистрирующейсреды. 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 нг. заданном расстоянии по отношению к фоторегистрирующей среде 5. В качестве этой оптической системы может З 5 быть использован Фотообъектив, обеспечивающиймалую глубину резкости, или телескопическая система из двух объективов. Затвор 12 задает время экспозиции. Он помещается на оптичес 40 кой оси перед фоторегистрирующей средой до или после объектива. Отражатель 4 с гладкой отражающей поверхностью помещается позади фоторегистрирующейсреды таким образом, чтобырасстояние между его поверхностью и передней (по ходу лучей) паверхностью фоторегистрирующей среды ие превышало половины длины когерентностиизлучения. В качестве отражающей поверхности может быть использована зеркальная поверхность различной формы (сферическая, гиперболическая,плоская). Форма поверхности выбирается такой, чтобы компенсировать аберрации системы, формирующей трехмерное изображение. Полихроматическое излучение обладает малой длиной когерентности. Так, для естественного освещения она порядка микрона. В этом случае в устройстве устанавливается спектрально-еелектирующее 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 спект- рально-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 отраженный спектрально-селектирующнм зеркалом 14.Однако необходимость работать с пуч-. ками света, наклоненными к оси спектрально-селектирующего зеркала, ведет к ухудшению качества иэображения. 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 используетсятолько 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 голограмм7 1115012 8 по сравнению с известными способами меров объектов или сцен произвольной и устройствами обеспечивают: протяженности;устранение технических трудностей, независимость дифракционной зффексвязанных с изготовлением отражателя тивности голограмм от длины когерентсложной формы и расположением фоторе 5 ности излучения, освещающего об ект, гнстрирующей среды в контакте с по- что позволяет использовать излучениеверхностью отражателя; тепловых и газоразрядных источников,а также естественное освещение;возможность записи в выбранном получение цветных отражательных масштабе на голограммы заданных раз голограмм в белом свете.1115012 г едактор Т,каз Патент", г,ужгород, ул.Проектная Фипиа Составитель В.Аджаловва Техред А,Ач 67/33 Тираж 463 ВНИИПИ Государственного ко по делам изобретений и о 113035, Москва, Ж, Раув