10.2.5. Восстановление голографическими средствами

В некоторых применениях, требующих хранения довольно большого числа изображений, необходимо, чтобы система обладала способностью восстановления. Оптические системы восстановления использовались и раньше, но их надежность во многих случаях

оставляла желать лучшего Числа, записанные на кадрах в виде двоичных изображений, занимают небольшой участок на кадре, но они очень неустойчивы к воздействию царапин и частиц пыли. В результате возможны потери битовой информации и, следовательно, неправильная адресация.

Рис. 16. Запись адресуемого кадра на длине волны и считывание на длине волны

Для увеличения надежности система восстановления должна быть защищена от этих воздействий. Простой путь решения проблемы царапин и пыли состоит в записи кадра в виде сильно избыточной голограммы.

Помимо избыточности, характеристики голограммы должны удовлетворять следующим двум требованиям:

1) восстановленное изображение должно оставаться стационарным в направлении движения, в то время как голографический кадр движется по отношению к системе считывания (это необходимо для снижения требуемой полосы частот);

2) длины волн записи и считывания должны различаться, чтобы можно было проводить запись в коротковолновом диапазоне в соответствии со спектральной характеристикой среды, а считывать с помощью длинноволнового источника, например лазерного диода

на арсениде галлия. На рис. 16 показано, каким способом можно удовлетворить этим условиям.

Предположим, что объект состоит из линейной цепочки тесно расположенных точек, которые соответствуют всем возможным двоичным цифрам огромнейшего числа адресов на кадре. Выбор любого конкретного числа определяется включением (или выключением) соответствующих точечных источников во время экспонирования. Такой принцип работы позволяет использовать линейную цепочку фотодиодов (например, типа Reticon или ПЗС), помещенных в плоскость восстановленного изображения с целью получения сигнала, пригодного для электронной обработки.

Голограмма, удовлетворяющая первому из двух вышеприведенных условий, должна иметь структуру полос Фраунгофера в направлении движения и структуру Френеля в ортогональном направлении. Для считывания такой голограммы необходимо иметь когерентный источник света. Очень удобен для этой цели маленький лазерный диод на арсениде галлия Если в качестве среды для записи применяется фоторезист а источником света является -лазер на длине волны то в считываемом изображении могут возникнуть различные аберрации типа аберраций Зайделя.

Вообще говоря, если записывать голограммы на одной длине волны, а считывать на другой, то в результате возникает целый ряд аберраций волнового фронта, которые могут быть представлены в виде суммы различных аберраций Зайделя, известных из классической оптики. Для уменьшения этих аберраций до незначительной величины требуется приложить много усилий.

Тафт в сотрудничестве с автором [3] предложили метод записи голограмм Френеля малых объектов с низкими аберрациями, причем запись и считывание происходит при различных длинах волн. Геометрические параметры записи вычисляют из рассмотрения желаемой конфигурации считывания и разности длин волн между записью и считызанием. Понятие записи требует конфигурации, в которую включены точечный объект и точечный источник опорного пучка, причем они расположены на перпендикуляре к плоскости голограммы, как показано на рисунке. Эти источники являются когерентными и испускают свет с длиной волны k.

Восстановление осуществляется с помощью параллельного пучка света с длиной волны перпендикулярно падающего на голограмму, С помощью подробного анализа можно показать, что если для длины волны требуется фокусное расстояние голограммы и если то расстояния из рис. 16 можно определить

путем одновременного решения двух уравнений:

где расстояние по нормали к плоскости голограммы от точечного опорного источника до голограммы, расстояние от точки на объекте до плоскости голограммы.

Если таким образом записать голограммы, то восстановленные изображения не будут содержать аберраций Зайделя, вызываемых различием в спектре записывающего и считывающего света, причем длины волн могут различаться более чем вдвое. Были получены дифракционно-ограниченные восстановленные изображения для малых объектов (цепочка из 11 точечных объектов, разделенных десятью точечными промежутками, перекрываемая линейной цепочкой детекторов длиной

С таких голограмм восстанавливаются изображения, которые движутся, когда голограмма перемещается в системе считывания. Для того чтобы избавиться от влияния движения голограммы, на пути опорного пучка ставится цилиндрическая линза, согласующая кривизну волновых фронтов опорного и объектного пучков, что приводит к появлению прямых полос в меридиональной плоскости. Голограммы, содержащие информацию в системе прямых полос, обеспечивают стационарное считывание. Однако пространственная частота прямых полос изменяется в соответствии с френелевским распределением, поскольку в направлении, перпендикулярном полосам, цилиндрическая линза мощность не рассеивает. Цилиндрическую линзу необходимо также использовать и при считывании с целью фокусировки коллимированной составляющей в точки, расположенные на той же плоскости, на которой фокусируются сходящиеся лучи составляющей от голограммы Френеля. Таким образом, для считывания стационарного изображения можно использовать линейную цепочку диодов, а другой такой же цепочкой, но повернутой на 90° относительно первой, удобно считывать положение голограммы вдоль оси у. Другая голограмма, на которой записан один точечный объект, применяется в такой же схеме, но с одной линейной цепочкой диодов для определения положения голограммы вдоль оси х.

Таким образом, набор из двух голограмм обеспечивает точное определение положения изображения по осям а также порядкового номера адреса для каждого кадра.

10.2.6. Заключение

Применение фазовых голограмм сфокусированного изображения в системах с дисплеями позволяет получать цветные или черно-белые дисплеи с большей яркостью и более высоким разрешением,

чем соответствующие фото- и кинопроекционные системы. Стоимость копий голограмм ниже, чем стоимость копий обыкновенных фото- и кинопленок, поскольку первые прессуются на прозрачной основе, а во вторых используется более дорогая структура, включающая эмульсию, покрывающую прозрачную основу и требующую химической обработки. Копии голограмм более долговечны, чем цветные пленки, так как в голограммах информация записана в виде поверхностного рельефа материала, а пленки содержат красители, которые постепенно обесцвечиваются при тех значениях интенсивности считывающего света, которые обычно используются в диапроекторах.

В новой системе восстановления и корректировки положения изображений, согласованной с методом прессовки голограмм, для повышения надежности используются голограммы с высокой избыточностью.

ЛИТЕРАТУРА