Голографическое устройство для воспроизведения цвета объекта

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 156345 5 003 Ц 1/2 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТпО изОБРетениям и ОтнРытияПРИ ГННТ СССР ИЗОБРЕТЕНИЯИДЕТЕЛЬСТВУ(54) ГОЛОГРАФИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯВОГИРОИЗВГДВЦИЯ ЦВГТА ОЬЪВКТА( 57) Изобретение относится к голографии и предндзндчецо для воспроизведения цвета несамог.ветящихся и самосветящихся объектов, имитации излучения рдэличцых источников излучения при помощи одного источникаизлучения, воспроизведения цветаобъекта при рдэличцых условиях ос-,вепсенил, иэготовленил образцов цветаизделий, а также длл метрологическо(46 Изобретение относится к голографии, рещаетсл голографйческими сред.ствами и предназначено для воспроизведения цвета несамосветящихся и сайосветящихся объектов, имитации из" мучения различных источников излуче 1 ия при пололи одного источника изйучения, воспроизведения цвета.объекта при различных условиях освещения, изготовления образцов цвета изделий, а также для метрологического обеспечения колориметрических измерений.Целью изобретения является повышение точцогти воспроизведения цвета Объекта.Иа Фиг, 1 представлено голографическое устройство для воспроизведеСПИ САНИ Н АВТОРСКОМУ го обеспечения колоримгтрцчгскцх измерений. Целью иэобретгннл лплчетсл ПОВЬППЕНИЕ. точцостн ВОСЦРОИЭВЕДЕННЛ цвета Объекта, В устройство, годержащее источник излучения, дцсцерги - рующую систему, прострдцг.тцеццьй ФильтрУыпОлненньп 1 В в иде г и цут ного предстдпленнл Функции сцгктрдл ного процускацил или отрджецил объ к та, систему пространственного сонм- псе цил сп ек т раль ных компоце тол д 11 ФУЗНЫй ЭКРДН, ДОЦОЛЦИтЕЛЬНО Вцс.-. дени системд формирования плоскпо Волноиог о Фронта, цнлзпсдричс.гкдл Н 1- тическая Г:истемд, причем дисиергирующдл системд и системд прострдцственцого совмещения спектральных компонент Выполнены в виде идецтнчлограмм сходящегося ципицдрио ВОлнОВОГО Фронта и плогкого опорного волнового Фронта, 3 илнил гвета объекта; на Фиг, 2 иФиг. 3 - схемы записи голограммы сходящегося цилинд 1 нческого Волновогофронта с плоским опорным ВолновымФронтом и ее восстановления плоскимволновым фронтом,источником белогосвета,устройство для вопроиэпеденияцвета объекта (Фиг, ) годержит источник 1 излучения, систему формирования плоского волнового Фронта,состоящую из конденсора 2, точечной диафрагмы 3, коллимдпионногообъектива 4,диспергирующую систему5, пространственный Фильтр 6, нилин"дрическую Оптическую систему (ОС) 7,систему 8 пространственного совке563455 2 ГЙ 2 Г,. зщения спектральных компонент, блок 9 смешения цветов, который может быть пьп 2 олиен как н виде интегрирующей сферы, так и в виде аксикона с проек 1 иониь 2 Й линзойи диффузнь 2 й экран0В качестве источника 1 излучения используется источник белого света со сплошным спектром. Плоскость тела накала источника излучения оптически сопряженаконденсором 2 с1плоскостью точечной диафрагмы 3, расположенной в фокальной плоскости коллимационногс объектива 4. Диспергирующая система 5 представляет собой голограмму цилиндрического волнового Фронта с плоским опорным волновым фронтом и составляет с оптической осью формирующей оптической системы угол ь 2, равный углу паде- НИЯ ПЛОСКОГО ОйОРНОГО ВОЛНОВОГО ,фронта, при записи голограммы образующей диспергирующую систему. Пространственный фильтр 6 расположен в 25 плоскости физической Фокусировки формируемого диспергирующей системой 5 спектра источника излучения. Главные плоскости Н и Н 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 плос" кость совмещена с плоскостью Формирования спектра источника излучения за диспергирующей системой. Это означает, что оптические центры диспергирующей системы и системы пространственного.совмещения спектральных компонент удалены бт соответственно передней и задней главных плоскостей цилиндрической ОС на ее двойные фокусные расстояния Система 8 пространственного сон 50 мещения спектральных компонент представляет собой голограмму цилиндрического волнового фронта с плоским Опорньм ВОлновьи Фронтомр идеитич ную голограмме, используемой в каче 55 стве диспергирующей, и рас 22 оложиа сопряженно по отношению к пей в оптической схеме устроиства, Т, ."т 2 плоскости 2 аии и дифракцио 2 нЙгр в. -туры голограмм (5 и 8) обращены япротивоположные стороны,Входное окно блока 9 .смешенияцветов (входное отверстие интегрирующей сферы или основание аксикона)расположено эа системой простран-ственного совмещения спектральныхгкомпонент, причем расстояние междуними определяется параметрами оптической системы исходя из условияисключения паразитной засветки,ДиФфузный экран 10 совмещен свыходным окном блока 9 смещения цветов (выходное отверстие интегрирую-"щей сферы или выходной зрачок проекционной линзы, расположенной послеаксикона, оптическая ось которогосовпадает с оптической осью проекциОННОЙ ЛЕЮИЭЫ)Голограмму цилиндрического волнового Фронта диспергирующей системы 5записывают с помощью плоского опорного волнового Фронта, Цилиндрическая линза 11 (фиг. 2) от общего сплоским Опорным волновым Фронтомкогерентного, монохроматического источника .(на Фиг. 2 не показан) формирует сходящийся цилиндрический волновой фронт. Интерференционную картину, образующуюся в результате наложения цилиндрического и плоскоговолновых фронтов, регистрируют нафотопластине 5 (8), Углы паденияцилиндрического и плоского волновь 2 хфронтов равны соответственно у ир, При записи голограммы необходимо, чтобы биссектриса между направлениями распространения цилиндрического и плоского волновых фронтовбыла перпендикулярна линии, в которой фокусируются сходящийся цилиндрический волновой фронт.Пространственный фильтр 6 выполней в виде непрозрачного экрана ссилуэтным отверстием, Нижняя частьотверстия ограничена осью абсцисс,верхняя - силуэтным представлениемграфика Функции, левая и праваячасти - границами требуемого интервала длин волн, Для воспроизведенияцнета Объекта пространственный фильтрвыполнен в виде силуэтного представ-ления Функции ц(Л) спектральногопропускаичя чли отражения объекта смасштабо 1, .яным масштабу спектрального раз.к,ж ния излучения диспергирующей си:т мои. Для имитации цветаодного и иу;.иня И, другим источни5 Фронтон ком излучения Б фильтр выполнен ввиде силуэтного представления функции Б (Л)Б (Л), где Б, (Л) и Б(Л)Фуикцйи спектрального распределенияисточников Б и БЛля воспроизведения цвета объекта, соответствующего освещению его источником Б припомощи источника Б пространственныйфильтр выполнен в ниде силуэтного Опредставления функции с(Л) Б,(Л)//Б(Л)Функции Ц(3) спектрального пропускания или отражения объекта и Б(Л)спектрального распределения источникон излучения получают, как и принято в колориметрии, на спектрофотометре или спектрорадиометре,Цилиндрическая ОС 7 асимметричнаотносительно своей оптической осии построена таким образом, чтобыобеспечивать доступ пространственного Фильтра 6 к. плоскости физическойфокусировки спектра, положение, которой определяется конструкциЕй конкретной цилиндрической ОС и не обязательно совпадает с показанным нафиг, 1 положением гипотетическойглавной передней плоскости Н цилиндрической ОС. В простейшем случае 30цилиндрическая ОС представляет собой дна одинаковых прикраевых сегмента цилиндрической линзы,Устройство работает следующим обра зом. 35Плоский нолноной фронт от источни.ка 1 белого цвета, сформированныйконденсором 2, точечной диафраг-.мой 3 и коллимационным объективом 4освещает поверхность диспергирующей 40системы 5. При освещении диспергирующей системы 5, представляющей полученную голограмму, плоским волновымфронтом от источника белого светапод углом ; соответствующим углу 45падения плоского волнового фронта.при записи голограммы, будет иметь.место спектральное разложение линиифокусировки цилиндрического волновогофронта для . различных моиохроматических компонент излучения источникабелого света. Положение линии фокусировки для произвольной монохроматической компоненты Л. полностьюописывается углом дифракции 1, главного луча восстанавливающего пучкаи удалением В. точки фокусировки волнового фронта на главном луче от опЭтического центра голограммы. Данные параметры можно определить, нднример, пользуясь уравнениями дмпаня, с учетом упрощения для плоских опор и го и насстднднлнндющего волновых нкап 1, = ( Л /Л )(н 1 п у + в 1.пу )нЫ , (1) В = (/ Л,) В (2) где Л и В - соответственно длинао Оволны и удаление линии Фокусировки сходящегося цилиндрического волнового фронта при записи голограмм диспергирующей системы 5 и системы 8 пространственного совмещения спектральных компонент, Анализ уравнений (1) и (2) (например численный) показывает, что линии Фокусиронки волновых фронтов для континуума моно- хроматических компонент нидимого спектра образуют цилиндрическую поверхность, которая н первом приближении достаточно точно аппроксимируется плоскостью, параллельной плоскости, проходящей через линии Фокусировки крайних монохромдтическнх компонент рабочего участка спектра источникд излучения, и сдвинутой н сторону изгиба указанной цилиндрической поверхности приблиэительис на половину высоты изгиба, Аппроксимирующая плоскость далее именуется плоскостью Фокусировки спектра. Угол ее наклона ( к нормали к гологрдмме сложным образом зависит от исходных параметров Л, у и у и крайних монокроматических компонент Л р (крайней красной компоненты) н (для крайней Фиолетовой компоненты):(1/Л р)в 1 п Чр " (1/Л 4)впМ гдеи ы находят из (1) и (2),кр +и в общем случае, значительно от-.оличается от 90 (фиг. 3),Для дальнейшего рассмотрения уст"ройства не требуется более подробного анализа расположения плоскостиФокусировки спектра,Поскольку плоскость Фокусировкиспектра в нашем случде совмещена спередней главной плоскостью Н цилин"дрической ОС, это означает, что иэображение спектра в данной системе совмещено с ее задней глднной плоскостью П. Палее, поскольку голограмма (системв Я), 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 В 1, то, как это показано на фиг, 1, удаления иэображений 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 идентичности систем 5 и 8 и размещении системы 8 противоположна системе 5 по ходу излучения, в ее первом порядке дифракции происходят угловое совмещение спектральных компонент и одновременное формирование плоских волновых фронтов для каждой спектральной компоненты, 30Пространственный 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 интен сивностью идентичной монохроматической компоненты в спектре источника 1 излучения, сформированного риспергирующей системой 5,. степенью ослабления ее пространственным фильт ром 6 и дифракционной эффективностью , голограммы системы 8 пространственного совмещения спектральных компонент, установлено входное окно блока 9 смешения цветов. Вблоке смешения цветов монохроматические волновые фронты аддитивно смешиваются, воспроизводя иа выходе равноокрашенный по своему сечению световой поток, цвет которого определяется наличием тех или иных спектральных компонент и их интенсивностые и наблюдается на диффузионном экране 10В отличие от прототипа в пределовжаннам устройстве уч итыв а ется наклавплоскости фокусировки спектра, аскольку в прототипе наклон плоскостифокусировки спектра не учитывается,значение функции рассеивания линиифокусировки спектральной компонентыизменяется от некоторого минимального значения в месте пересечения пространственным фильтром плоскости фокусировки спектра до больших значенийв краях из-за обычной дефокусировки,которая относится к хроматическойаберрации положения,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 одновременнога воздействия на соседние монохроматические компоненты, приводящее к трудно учитываемому отклонению вопроизводимого цвета объекта от требуемого. Благодаря применению ци" линдрической 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, повьппает точность работы.ф о р м у л а изобретенияГолографическое устройство, для воспроизведения цвета объекта, содержащее расположенные последовательно источник излучения, диспергирующую систему, пространственный фильтр, выполненный в виде силуэтного представления функпии ц() спектрального пропускания или отражения объекта с масштабом, равным масштабу спектрального разложения излучения диспергирующей системы, систему пространственного совмещения спектральных комп оне нт, диффузный эк ран, отличающееся тем,что, с целъю повышения точности воспро 156345510 изведения цвета объекта, в устройство введены система формированияплоского волнового фронта, расположеннаяза источником излучения, цилиндрическая оптическая система, главныеплоскости которой расположены симметрично относительно оптически сопряженных в 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 плоскостьюформирования спектра источника излучения эа диспергнрующей системой,при этом диспергирующая система исистема пространственного совмещенияспектральных компонент выполнены ввиде идентичных голограмм сходящегося цилиндрического волнового фронтаи плоского опорного волнового фронта.Лкр и Составитель В, АджаловТехреду Л.Олийнык Корректор Н,.Ревская дактор С, Кулако рои ц. лстяеннс -и злат ль яиц комбинат Патент, г, Уя корол, ул, Гагарина, 1в 11 Зака:з )Чл ВНИИ 1 И 1 1 слярственни 1 1 3 0,3)П изобретениям и 5, Раушская иаб дписиоеоткрытиям нри ГКНТ СССл. 1/