способ освещения объекта

Формула изобретения

СПОСОБ ОСВЕЩЕНИЯ ОБЪЕКТА, заключающийся в том, что формируют освещающее волновое поле, расширяя спектр его пространственных частот по одному направлению и ограничивая по другому с помощью диффузного рассеивателя, например матового стекла, экранированного щелевой диафрагмой, формируют опорное волновое поле, направляют освещающее и опорное волновые поля на регистрирующую среду так, чтобы угол между направлениями их распространения находился в одной плоскости с направлением, по которому ограничивают спектр пространственных частот освещающего излучения, получают голограмму освещающего излучения и освещают ее источником белого света, отличающийся тем, что голограмму освещающего излучения получают при отсутствии объекта, перед голограммой или за ней помещают объект и освещают голограмму и объект источником белого света.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к прикладной оптике, а точнее к оптической голографии, и предназначено для создания оптических дисплеев нового типа. Область применения витринная реклама, музейная техника, получение новых цветовых эффектов в кино и телевидении, а также неразрушающий контроль качества материалов и изделий.

Известны способы освещения объекта, по которым формируют освещающее волновое поле и направляют его на объект. В зависимости от назначения и области применения объекта используют различные устройства для формирования освещающего волнового поля. Однако они все не обеспечивают возможности наблюдения освещенного объекта в радужных цветах, что необходимо, например, для рекламы изделий. Такой эффект обеспечивает голография. Яркие, светящиеся сочными красками голографические изображения приковывают взгляды прохожих и превращают их в потенциальных клиентов.

Известен способ освещения объекта [1] применяемый для получения радужных голограмм диффузно отражающих объектов. Как известно, спектр пространственных частот диффузно отражающих объектов весьма широк (белый шум) и заполняет всю частотную плоскость. Способ-аналог заключается в том, что посредством получения вспомогательной френелевской голограммы диффузно отражающего объекта и экранированием ее щелевой диафрагмой ограничивает по одному направлению спектр пространственных частот объектного волнового поля, перезаписывают его на новую радужную голограмму. направляя восстановленное объектное и опорное волновые поля на регистрирующую среду таким образом, чтобы угол между направлениями их распространения находился в одной плоскости с направлением, по которому ограничивают спектр пространственных частот объектного волнового поля, получают голограмму и освещают ее источником белого света.

Недостаток способа-аналога заключается в сложном двухступенчатом процессе получения радужного изображения и соответственно в большем времени, затрачиваемом для этого.

Известен одноступенчатый (непосредственный) способ получения радужного изображения фазовых объектов и объектов типа транспарантов [2] принятый за прототип. Такой термин применяется к объектам, которые изменяют только фазу освещающего излучения, оставляя его амплитуду постоянной. К объектам названного типа относятся прозрачные предметы типа стеклянных и хрустальных изделий, пропускающие освещающее излучение без диффузного рассеяния, зеркально отражающие изделия, а также объекты типа диапозитивов, нанесенные на основу, в которой отсутствует диффузно рассеивающий противоореольный или противоскручивающий слой. Эти объекты характеризуются узким спектром пространственных частот, не позволяющим наблюдать их целиком при однонаправленном освещении и тем более изменять направление наблюдения. В быту для их освещения обычно применяют многонаправленное освещение, например, через матовое стекло, чем расширяют спектр пространственных частот и обеспечивают возможность одновременного наблюдения всего объекта и параллакса при изменении направления наблюдения. В способе-прототипе операции, необходимые для формирования освещающего излучения и ограничения спектра пространственных частот излучения, прошедшего через записываемый на голограмму объект (или отразившегося от записываемого на голограмму объекта), совмещены. Способ-прототип заключается в том, что формируют освещающее волновое поле, расширяя спектр его пространственных частот по одному направлению и ограничивая по другому направлению с помощью, например, матового стекла, экранированного щелевой диафрагмой, формируют объектное волновое поле, направляя освещающее излучение на записываемый объект, формируют опорное волновое поле, направляют объектное и опорное волновые поля на регистрирующую среду таким образом, чтобы угол между направлениями их распространения находился в одной плоскости с направлением, по которому ограничивают спектр пространственных частот освещающего излучения, получают голограмму и освещают ее источником белого света.

Недостаток способа-прототипа заключается в том, что получают не сам объект, окрашенный в радужные цвета, а только его изображение. В результате для каждого конкретного объекта необходимо записывать свою голограмму, что приводит к значительным затратам как времени, так и средств при широком круге наблюдаемых объектов.

Целью изобретения является обеспечение возможности наблюдения объекта, окрашенного в радужные цвета.

Цель достигается тем, что согласно способу освещения объекта, заключающемуся в том, что формируют освещающее волновое поле, расширяя спектр его пространственных частот по одному направлению и ограничивая по другому с помощью, например, матового стекла, экранированного щелевой диафрагмой, формируют опорное волновое поле, направляют освещающее и опорное волновые поля на регистрирующую среду таким образом, чтобы угол между направлениями их распространения находился в одной плоскости с направлением, по которому ограничивают спектр пространственных частот освещающего излучения, получают голограмму и освещают ее источником белого света, голограмму освещающего излучения получают при отсутствии объекта, а объектное волновое поле формируют перед наблюдением радужного изображения, помещая объект в области расположения голограммы.

На фиг.1 представлена принципиальная оптическая схема записи освещающего волнового фронта, предназначенная для его последующего восстановления с сохранением первоначального направления распространения; на фиг.2 принципиальная оптическая схема записи освещающего волнового поля, предназначенная для его последующего восстановления с изменением направления распространения на сопряженное (обратное); на фиг.3 оптическая схема восстановления освещающего излучения в белом свете и получения объекта, окрашенного в радужные цвета.

На фиг.1 в плече формирования освещающего волнового поля расположены матовое стекло 1 с узкой горизонтальной щелью 2, объектив (линза) 3 большого диаметра, регистрирующая среда 4, изображение узкой горизонтальной линии 5. В плече формирования опорного волнового поля расположены короткофокусный объектив (линза), объектив (линза) 7 большого диаметра, изображение 8 точечного опорного источника, созданного микрообъективом 6 и построенного линзой 7. На фиг.3 показаны источник 9 белого света голограммы 10, возможные положения 11 объекта, восстановленное изображение 12 щели, размытое в радугу и образующее зону наблюдения.

Согласно изобретению освещающее волновое поле на фиг.1 и 2 формируют, расширяя спектр его пространственных частот по одному направлению и ограничивая по другому с помощью, например, матового стекла 1, экранированного щелевой диафрагмой 2. Как и в способе-прототипе, некоторый энергетический выигрыш можно получить, направляя лазерное излучение на цилиндрическую линзу, фокусирующую его на матовом стекле в узкую горизонтальную линию 2. Описание традиционной для всех способов получения голограмм операции разделения когерентного лазерного излучения на две части, одна из которых предназначена для формирования освещающего и объектного волнового поля, а другая для формирования опорного волнового поля, для краткости изложения опущено. Объективом (линзой) 3 большого диаметра переотображают линию 2 за регистрирующую среду 4 в положение 5 на таком расстоянии от нее, на котором впоследствии находятся от голограммы глаза наблюдателя. Для индивидуального наблюдения это 30-40 см (расстояние наилучшего зрения), для выставок 1 м, для витринного дисплея 1-2 м. Согласно фиг.1 опорное волновое поле формируют при помощи короткофокусного микрообъектива (линзы) 6, создавая при помощи его точечный источник, расположенный вблизи микрообъектива и на таком расстоянии от регистрирующнй среды, на котором впоследствии располагается от голограммы восстанавливающий источник белого света. Как известно, от угловых размеров восстанавливающего источника зависит разрешение восстановленного изображения. Как показывают общеизвестные расчеты и практика, разрешение, достаточное для визуального наблюдения, достигается при расстояниях 1-3 м.

Согласно фиг. 2 освещающее волновое поле формируют только при помощи экранированного узкой горизонтальной щелью 2 матового стекла или каким-либо его эквивалентом. Опорное волновое поле формируют при помощи микрообъектива (линзы) 7 большого диаметра, создающего изображение 8 этого источника на таком расстоянии от регистрирующей среды, на котором впоследствии находится от голограммы источник восстанавливающего белого света. После формирования освещающего и опорного волновых полей направляют их на регистрирующую среду 4 таким образом, чтобы угол между направлениями их распространения находился в одной плоскости с направлением, по которому ограничивают спектр пространственных частот освещающего излучения. Так, если освещенный участок на матовом стенке вытянут в горизонтальном направлении, угол между направлениями распространения освещающего и опорного волновых полей должен находиться в вертикальной плоскости.

Согласно изобретению после формирования освещающего и опорного волновых полей голограмму 10 освещающего излучения получают в отсутствии объекта, чье радужное освещение требуется получить, и освещают ее источником 9 белого света. Фактически обе оптические схемы на фиг.1 и 2 тождественны по конечному результату: когда освещают полученную согласно им голограмму 10 источником 9 белого света (фиг.3), то без помощи каких-либо дополнительных оптических элементов получают восстановленное волновое поле, формирующее действительное изображение радуги 12. В схеме фиг.2 требования к качеству объектива (линзы) большого диаметра несколько снижены, так как она предназначена только для построения изображения точечного источника. Далее согласно способу перед наблюдением объекта, окрашенного в радужные цвета, его помещают вблизи голограммы 10 в положение 11, перенося таким образом информацию о нем в восстановленное освещающее излучение. Выбор между положениями до и после голограммы вопрос дизайна.

В зависимости от геометрической формы объекта и пространственного распределения по нему показателя преломления часть радуги, соответствующая некоторому конкретному месту объекта, смещается от своего первоначального положения и глаза наблюдателя в плоскости 12 видят объект, цвета которого изменяются подобно цветам радуги при перемещении головы наблюдателя в вертикальном направлении. Если наблюдатель выходит из зоны видения (радуги), то цветная окраска пропадает, но сам объект остается видимым в связи с тем, что он освещается также и пучком нулевого порядка дифракции освещающего излучения на голограмме иди другими посторонними источниками. Таким образом, предголограммное пространство используется стопроцентно, что является еще одним преимуществом изобретения по сравнению с аналогом и прототипом.

Сравним области применения аналога и прототипа с данным способом. На голограммы, в том числе и радужные, безусловно предпочтительнее записывать драгоценности, уникальные изделия и исторические реликвии, тиражируя таким образом их трехмерные изображения. Однако, если конечная цель получение цветного изображения с цветами, изменяющимися подобно цветам радуги, то предпочтительнее данный способ, так как согласно ему одна голограмма позволяет получать названный эффект на объектах различного типа, т.е. голограмма пригодна для наблюдения широкого класса объектов, кроме создания дисплеев различного типа. Данный способ может найти применение в неразрушающем контроле, так как раковины, несплошности, инородные включения, пустоты, области с концентрацией наблюдения выделяются цветом от бездефектных областей и легко определяются визуально.

На предприятии были собраны и испытаны схемы, в которых был реализован заявляемый способ. В качестве исследуемых объектов использовались многогранные стеклянные предметы (стаканы, рюмки) или объекты с криволинейной поверхностью (флаконы). Голограмму записывали с помощью лазера ЛГ-38. При освещении источником белого света наблюдали объекты, окрашенные во все цвета радуги.