Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СЛОИСТЫЙ ПЛЕНОЧНЫЙ СВЕТОРЕГУЛИРУЮЩИЙ БЛОК
СЛОИСТЫЙ ПЛЕНОЧНЫЙ СВЕТОРЕГУЛИРУЮЩИЙ БЛОК

СЛОИСТЫЙ ПЛЕНОЧНЫЙ СВЕТОРЕГУЛИРУЮЩИЙ БЛОК

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Устройство относится к области голографии. Светорегулирующая пленка построена с возможностью блокирования дифрагированного света нулевого порядка и облегчения пропускания через нее желательной полосы дифрагированного света первого порядка. Светорегулирующая пленка включает в себя передний слой, промежуточный слой и задний слой. Задний слой служит базой, в то время как боковой сдвиг промежуточного слоя приводит к хорошему блокированию света нулевого порядка. Технический результат: получение света, имеющего достаточную когерентность для использования в качестве пучка реконструкции голограммы. 3 с. и 12 з.п. ф-лы, 18 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2145723
Класс(ы) патента: G03H1/22, G03H1/26, G02B27/00
Номер заявки: 96114907/28
Дата подачи заявки: 28.11.1994
Дата публикации: 20.02.2000
Заявитель(и): ВОКСЕЛ (US)
Автор(ы): Харт Стивен Дж. (US); Мэйланд Кен (US)
Патентообладатель(и): ВОКСЕЛ (US)
Описание изобретения: Изобретение относится, в самом общем виде, к созданию способов и устройств для производства голограмм, а более конкретно, касается создания техники последовательного экспонирования на подложке фотопленки множества двухмерных изображений, репрезентативных относительно трехмерной физической системы, для выработки посредством этого голограммы физической системы.
Голограмма представляет собой трехмерную запись, например, запись на фотопленке, физической системы, которая, при ее (записи) воспроизведении, создает истинное трехмерное изображение системы. Голография отличается от стереоскопической фотографии тем, что голографическое изображение обладает полным параллаксом, что дает наблюдателю полный диапазон точек зрения на изображение с любого угла зрения, как по горизонтали, так и по вертикали, и в полной перспективе, то есть предоставляет наблюдателю полный диапазон перспектив изображения с любого расстояния, от близкого до дальнего. Таким образом, голографическое представление изображения имеет значительные преимущества относительно стереоскопического представления этого же изображения. Это особенно верно в отношении медицинской диагностики, где обследование и понимание объемных данных являются важными для проведения надлежащего медицинского лечения.
Несмотря на то, что исследование данных, которые занимают трехмерное пространство, имеет место в различных областях искусства, науки и техники, возможно, наиболее известные примеры относятся к получению медицинских изображений, например, компьютерной осевой томографии (КТ), магнитного резонанса (МР) и других форм сканирования, которые используются для получения множества изображений поперечного сечения частей человеческого тела. Рентгенологи, врачи и пациенты наблюдают эти двухмерные "срезы" для того, чтобы распознать, какие двухмерные данные относятся к трехмерным органам и тканям, представленным этими данными. Интеграция (объединение) большого числа срезов двухмерных данных создает большое утомление для системы зрения человека, даже при относительно простых изображениях. Если обследованный орган или ткань становятся более сложными, то возможность надлежащим образом интегрировать большие объемы двухмерных данных для создания значимых и понятных трехмерных умственных изображений может становиться недостижимой.
В известной голографической технике, использующей малое число наложенных голографических изображений на одной пленочной подложке, существование относительно малого процента ложно экспонируемых и/или проявленных фотографических элементов (вуали) не влияет существенно на качество результирующей голограммы. Напротив, в соответствующих изобретению голограммах, которые обсуждаются далее, обычно используется до 100 и более голограмм, наложенных на одну пленочную подложку; следовательно, наличие малого объема вуали на каждой из голограмм будет создавать серьезный эффект накопления на качество конечного продукта.
Имеется необходимость в создании способа и устройства, которые позволяют записывать большое число, например, многие сотни или больше различных голограмм на одной пленочной подложке, за счет чего облегчается истинное трехмерное голографическое воспроизведение частей человеческого тела и других физических систем, которые в настоящее время рассматриваются (анализируются) в форме срезов дискретных данных.
В настоящем изобретении предлагается способ и устройство для изготовления голограмм, которые позволяют преодолеть ограничения известной до настоящего времени техники.
В соответствии с первым аспектом в настоящем изобретении предлагается блок голографической камеры, содержащий единственный лазерный источник и расщепитель пучка, предназначенный для расщепления лазерного пучка на эталонный пучок и объектный пучок и для направления обоих пучков на пленочную подложку. Блок далее включает в себя пространственный модулятор света, предназначенный для последовательного проецирования множества двухмерных изображений, например, множества срезов данных, содержащих комплект данных сканирования КТ, как в объектный пучок, так и на пленку. Указанным образом на пленке образуется трехмерная голографическая запись каждого двухмерного среза комплекта данных.
В соответствии с другим аспектом в изобретении предлагается производить наложение на пленку полного комплекта данных, состоящего из одной-двух сотен или более индивидуальных двухмерных срезов, который получен в результате наложения (суперпозиции) одной сотни или более индивидуальных, взаимосвязанных голограмм на одну подложку (голограмма-оригинал). В отличие от известной до настоящего времени техники, в которой малое число (например, от одной до четырех) голограмм накладываются на одну подложку, в настоящем изобретении рассматриваются способы и устройства для записи большого числа относительно слабых голограмм, каждая из которых поглощает относительно одинаковое, но в любом случае пропорциональное число фоточувствительных элементов на пленке.
В соответствии со следующим аспектом, в настоящем изобретении предлагается узел копирования (переноса) "эталон-объект", при помощи которого может быть быстро и эффективно воспроизведена вышеуказанная голограмма-оригинал при единственной экспозиции в качестве единственной голограммы.
В соответствии с дальнейшим аспектом, в изобретении предлагается просмотровое устройство для просмотра голограмм, полученных в соответствии с настоящим изобретением. В частности, типичный просмотровый блок в соответствии с настоящим изобретением содержит соответствующим образом закрытое в кожух прямоугольное устройство, содержащее световой источник с широким спектром излучения, например, установленный в блоке источник белого света, коллимирующую линзу (например, Френеля), дифракционную решетку, и подъемные жалюзи (бленду). Коллимирующая линза предназначена для направления белого света коллимированного источника через дифракционную решетку. В контексте настоящего изобретения название "коллимированный свет" относится к свету, в котором все его компоненты имеют одинаковое направление распространения, так что пучок имеет в основном постоянное поперечное сечение на разумной длине распространения (света).
Дифракционная решетка предназначена для пропускания через нее света под углом, который является функцией длины волны каждой световой компоненты. Голограмма также пропускает через себя свет под соответствующими углами, которые являются функциями соответствующих длин волн. За счет инвертирования голограммы ранее ее просмотра удается получить все длины волн, выходящие из голограммы, в основном направленными ортогонально ей.
Далее настоящее изобретение описано со ссылками на приложенные чертежи, на которых одинаковыми позициями обозначены аналогичные элементы.
На фиг. 1 показано типичное устройство для компьютерной осевой томографии (КТ).
На фиг. 2 показано множество двухмерных срезов данных, содержащих данные, такие как полученные при помощи рентгеновских установок, обычно используемых в устройстве КТ фиг. 1, причем эти срезы взаимодействуют в виде комплекта объемных данных.
На фиг. 3 изображен схематически чертеж камерной системы в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 4 приведен схематический чертеж узла расщепителя пучка в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 5A-5D изображены графики, показывающие эффект преобразования Фурье для лазерного пучка, использованного в камерной системе фиг. 3.
На фиг. 6A показана с увеличением часть камерной системы фиг. 3.
На фиг. 6B показан схематически альтернативный вариант пространственного модулятора света, показанного на фиг. 3.
На фиг. 7 показана с увеличением схематически другая часть камерной системы фиг. 3.
На фиг. 8 показана с увеличением схематически часть узла проекции, использованного в камерной системе фиг. 3.
На фиг. 9 изображено с увеличением типичное устройство копирования в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 10A и 10B показаны соответственно ортоскопическое и псевдоскопическое изображения голограммы-оригинала, воспроизведенной в соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения.
На фиг. 11 приведен схематический чертеж устройства для просмотра голограмм.
На фиг. 12 приведен схематический чертеж альтернативного варианта построения "однооперационной" камерной системы в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 13 приведен схематический чертеж альтернативного построения просмотрового устройства, показанного на фиг. 11, выполненного в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 14 схематически показано поперечное сечение первого альтернативного варианта построения слоистой композитной светорегулирующей пленки, которая используется в просмотровом устройстве фиг. 11.
На фиг. 15 приведен вид спереди одного из типовых пленочных листов, показанных на фиг. 14.
На фиг. 16 и 17 представлены схематично виды в поперечном сечении, иллюстрирующие эффект перемещения пленочных листов фиг. 14 для обеспечения прохода света первого порядка через светорегулирующую пленку.
На фиг. 18 схематически показано поперечное сечение второго альтернативного варианта построения слоистой композитной светорегулирующей пленки, которая используется в просмотровом устройстве фиг. 11.
В контексте настоящего изобретения, комплект объемных данных, соответствующий трехмерной физической системе (например, части человеческого тела), закодирован в единственном материале для записи информации, например, в фотографической подложке, посредством чего создается голограмма-оригинал объекта. Голограмма-оригинал может быть использована для создания одной или нескольких копий, которые, при воспроизведении посредством направления через них света от соответствующего светового источника, воссоздают трехмерное изображение объекта, обладающего полным параллаксом и полной перспективой. Таким образом, для определенного комплекта данных, в настоящем изобретении предусматривается множество отдельных взаимосвязанных систем: камерная система для выработки голограммы-оригинала; система копирования для создания копий голограммы-оригинала; и просмотровая система для повторного воспроизведения либо голограммы-оригинала, либо ее копий (в зависимости от особенностей построения камерной системы).
КОМПЛЕКТ ДАННЫХ
Известные в настоящее время формы генерирования (получения) объемных данных, соответствующих физической системе, включают в себя, среди прочего, компьютерную осевую томографию (КТ), магнитный резонанс (МР), трехмерную ультразвуковую технику (УЗТ), позитронную эмиссионную томографию (ПЭТ) и т. п. Хотя здесь описан предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения в контексте медицинских систем формирования изображения, которые обычно используются для обследования внутренних частей человеческого тела (например, мозга, позвоночника и различных других органов и костей), для специалистов в данной области понятно, что настоящее изобретение может быть использовано в сочетании с любым подходящим комплектом данных, описывающим любое трехмерное распределение данных, вне зависимости от того, какую систему, например, цифровую, графическую или другую, представляет этот комплект данных.
Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 1 и 2, на которых показано типичное устройство КТ, содержащее раму 10 и стол 12, что само по себе известно. Стол 12 преимущественно может перемещаться в осевом направлении (по стрелке A фиг. 1) с заранее заданными приращениями. Пациент (не показан) помещается на стол таким образом, чтобы часть тела, подлежащая осмотру, располагалась в пределах периметра рамы 10.
Рама 10 преимущественно содержит множество источников рентгеновского излучения и регистрирующих устройств (оба не показаны), расположенных по ее окружности. По мере осевого перемещения пациента относительно рамы 10 рентгеновские устройства записывают последовательность двухмерных срезов данных 14A, 14B, . ., 14X, образующих трехмерное пространство (объем) 16, содержащих данные, полученные для обследуемой части тела (см. фиг. 2). Индивидуальные срезы данных 14 комбинируются для образования комплекта объемных данных 16, который, в общем, соответствует трехмерному изображению обследуемой части тела. Используемый здесь термин "объем" или "объемное пространство" относится к комплекту объемных данных 16, включающему в себя множество срезов двухмерных данных 14, причем каждый срез содержит конкретные данные, относящиеся к части тела, обследуемой при помощи данного средства.
Типичные комплекты данных содержат порядка от 10 до 70 (для КТ систем) или от 12 до 128 (для МР-систем) двухмерных срезов данных 14. Для специалистов должно быть ясно, что толщина срезов и промежуток между срезами данных 14 могут быть выбраны регулировкой КТ техники, причем типичный диапазон толщин срезов колеблется от 1,5 до 10 мм, и в основном составляет около 5 мм. Толщина среза предпочтительно выбирается таким образом, чтобы только незначительная степень перекрытия (наложения) существовала между каждыми последовательными срезами данных.
В известных в настоящее время КТ сканирующих системах создаются срезы данных, имеющие разрешающую способность, которая определяется, например, матрицей 256 или 512 элементов изображения. Кроме того, каждый адрес в матрице обычно определен двенадцатью битами уровней серого. КТ сканеры обычно калибруются в единицах Хаундсфилда (Houndsfild), в соответствии с которыми воздух имеет плотность минус 1.000 единиц, а вода имеет нулевую плотность. При этом каждый элемент изображения в пределах среза данных может иметь значение уровня серого от минус 1.000 до 3.095 (включительно) в контексте обычных КТ систем. Так как человеческий глаз способен одновременно различать максимум около ста (100) уровней серого между чистым белым и чистым черным, желательно производить манипулирование комплекта данных таким образом, чтобы каждая точка данных в пределах среза имела значение одного (1) из приблизительно пятидесяти (50) - ста (100) уровней серого (из имеющихся в наличии 4.096 значений уровней серого). Процесс переопределения этих уровней серого имеет различные наименования: "отсечение" (в радиологии), "растяжка" (в измерениях на расстоянии/формировании спутниковых изображений) и "фотометрическая коррекция" (в астрономии).
Автор настоящего изобретения пришел к выводу, что оптимальный контраст может быть получен за счет отсечения каждого среза данных в соответствии с его содержанием. Например, в КТ срезе данных, который относится к поперечному сечению кости, которая подлежит обследованию, соответствующие данные имеют обычно значения уровней серого, которые лежат в диапазоне от минус 600 до 1.400. Так как области среза данных, в которых уровни серого имеют значения менее чем минус 600 или более чем 1.400, не относятся к проводимому обследованию, то может быть желательно заменить все значения уровней серого выше 1.400 на высокое значение, соответствующее чистому белому, а для тех точек данных, которые имеют значения уровня серого ниже минус 600, заменить эти значения на низкое значение, соответствующее чистому черному.
В соответствии со следующим примером, нормальные значения уровней серого для мозгового вещества обычно находятся в диапазоне около 40, в то время как значения уровней серого, соответствующие опухолевой ткани, могут быть в диапазоне 120. Если бы эти значения были выражены в диапазоне 4.096 уровней серого, то было бы чрезвычайно трудно для человеческого глаза произвести различие между нормальной и опухолевой тканями. Поэтому может быть желательно заменить все точки данных, имеющие значения уровней серого, например, выше 140, на очень высокий уровень, соответствующий чистому белому, и заменить все точки данных, имеющие значения шкалы серого ниже, например, 30, на очень низкие значения, соответствующие чистому черному. Отсечение указанным образом комплекта данных способствует созданию острой и недвусмысленной голограммы.
В дополнение к отсечению комплекта данных для различных срезов, может быть желательно, при определенных обстоятельствах, осуществлять дифференциальное отсечение в пределах определенного среза, то есть для различных элементов изображения одного и того же среза. Например, некоторые срезы или серии срезов могут описывать сильную опухоль в мозге, которая должна быть подвергнута лучевой терапии, например, путем облучения опухоли одним или несколькими пучками облучения. В тех областях, которые не должны подвергаться облучению, срез может быть отсечен относительно темным образом. В областях, которые будут иметь уровень облучения от слабого до сильного, срез может быть отсечен в некоторой степени светлее. Наконец, в областях, которые в действительности содержат опухоль, срез может быть отсечен самым светлым образом. В контексте настоящего изобретения, результирующая голограмма создает призрачное изображение (фантом) всей головы пациента и более светлую область мозга с более яркими районами, которые являются либо теми районами, которые облучены (если комплект данных получают при проведении облучения), либо которые должны быть облучены.
Дополнительная техника обработки, полезная в контексте настоящего изобретения, предусматривает манипулирование агрегатными (групповыми) уровнями яркости для некоторых или всех срезов, в рамках конкретного комплекта данных, чтобы таким образом снизить различия в агрегатном уровне яркости между срезами и уменьшить необходимость в больших временах экспонирования для некоторых или для всех срезов. Эта техника иногда именуется техникой добавки "астероидов" к определенным срезам данных для усиления их уровня яркости.
Более конкретно, и как это обсуждается далее более подробно, каждый срез, содержащий законченную голограмму, потребляет свою пропорциональную долю имеющихся фоточувствительных элементов в пределах голографической подложки, при обработке голограммы. В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, это достигается координацией различных параметров обработки для каждого среза данных, в том числе, например, отношения световых пучков, уровня агрегатной яркости для определенного среза данных и времени экспонирования, в течение которого каждый определенный срез данных проецируется на пленочную подложку. В качестве общего принципа можно указать, что более яркие срезы данных требуют меньшего времени экспонирования, а относительно слабые срезы данных требуют более продолжительного времени экспонирования. С целью уменьшения времени экспонирования для слабых срезов, агрегатный уровень яркости для определенного слабого среза может быть искусственно усилен путем добавления случайного или другого нерегулярного распределения ярких пятен на срез данных, преимущественно на его крылья, которые будут затем удалены из изображения при его последующем анализе. Альтернативно, участок света объектного лазерного пучка может быть отклонен ранее пропускания через срез данных, например, за счет использования дополнительного расщепителя пучка, при управляемом падении пучка на пленочную подложку. Если необходимо, то отклоненный пучок может быть пропущен через поляризатор переменной интенсивности, который содержит случайное распределение белых пятен, интенсивность которых может быть модулирована для достижения желательной интенсивности "астероида" пучка. Для этого астероид может содержать небольшое распределение ярких пятен, широкое распределение относительно диффузных пятен, или же их комбинацию. В дополнение к этому могут быть использованы регулярные, повторяющиеся геометрические элементы (например, квадрат, треугольник, прямоугольник и т.п.). В соответствии с дополнительным аспектом изобретения, указанный выше поляризатор может содержать поляроидный диск с астероидами, причем этот диск может быть приведен во вращение для модуляции интенсивности астероида. Более того, астероидный диск может быть снабжен заслонкой (затвором) для эффективного шунтирования астероидного пучка для тех срезов, для которых не требуется вводить искусственно повышенный агрегатный уровень яркости. Указанная картина белых пятен со случайным распределением или астероидов, которая искусственно усиливает значение агрегатного уровня серого для среза, позволяет за счет этого сократить время экспонирования для такого среза. Если есть такое желание, то астероиды в дальнейшем могут маскироваться от наблюдения в конечной законченной композитной голограмме.
Следующий шаг в подготовке комплекта данных предусматривает кадрирование (подрезку), при котором районы каждого среза данных или даже целый срез данных, который не подходит для обследования, просто удаляется. Кадрирование ненужных данных также способствует формированию острых, недвусмысленных голограмм.
Более конкретно, каждая точка в объеме эмульсии содержит картину микроскопических полос, соответствующую полному голографическому изображению с единственной точки зрения. Расположенная по другому пути произвольная точка в левом нижнем углу голографической пленки содержит картину интерференционных полос, которая кодирует полное голографическое изображение при рассмотрении изображения из этой конкретной точки. Другая произвольная точка на голографической пленке вблизи от центра пленки содержит картину интерференционных полос, которая представляет полное голографическое изображение, которое видно (которое просматривается) из центра пленки. Такие же феномены остаются верными для любой точки голограммы. Как вкратце обсуждалось ранее, подходящая фотографическая подложка преимущественно содержит объем фотографической эмульсии, который нанесен на поверхность пластиковой, например, триацетатной подложки. Эмульсия обычно содержит очень большое число кристаллов (зерен) галида серебра, которые взвешены в желатиновой эмульсии. Ввиду того, что эмульсия содержит ограниченное количество кристаллов, устранение ненужных данных (кадрирование) внутри среза данных обеспечивает то, что в основном все зерна галида серебра конвертированы (экспонированы) для каждого среза данных в соответствии с нужными данными каждого среза. За счет сохранения (ограничения) числа зерен галида серебра, которые конвертированы для каждого среза данных, большее число срезов данных может быть записано на конкретном куске пленки.
КАМЕРНАЯ СИСТЕМА
После надлежащей подготовки (например, после ограничения или кадрирования) комплекта данных, индивидуальная голограмма каждого соответствующего среза данных накладывается на единственную пленочную подложку для создания голограммы-оригинала. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, создается каждая индивидуальная голограмма, соответствующая определенному срезу данных, причем данные, соответствующие определенному срезу, расположены на различном расстоянии от пленочной подложки, как это объясняется далее более подробно.
Обратимся теперь к фиг. 3 и 4, на которых показана камерная система 300 в соответствии с настоящим изобретением, которая предпочтительно содержит источник лазерного излучения 302, затвор 306, первое зеркало 308, узел расщепления пучка 310, второе зеркало 312, расширитель эталонного пучка 314, коллиматорную линзу 316, держатель пленки (пленочную кассету) 318, третье зеркало 320, расширитель объектного пучка 322, блок формирования изображения 328, блок проекционной оптики 324, рирпроекционный экран, содержащий диффузную (рассеивающую) поверхность 472, имеющую смонтированный на ней поляризатор 327, и блок канала 334. В этом отношении рассеиватель 472 может представлять собой любой обычный рассеиватель, изготовленный, например, из пластика, стекла, пленки и т.п. Более того, если рассеиватель 472 содержит самополяризующийся элемент (например, голографический оптический элемент (ГОЭ), то поляризатор 327 может быть устранен. Блок формирования изображения 328, блок проекционной оптики 324 и рирпроекционный экран 326 преимущественно жестко установлены (смонтированы) в блоке канала 334, так что они могут перемещаться совместно при осевом движении блока канала 334 вдоль линии, показанной стрелкой F. Как далее объясняется более подробно, блок канала 334 преимущественно конфигурирован для повторения относительных положений срезов данных, содержащих сюжет голограммы. В соответствии с преимущественным вариантом, длина полного перемещения блока канала 334 достаточна для соответствия действительному перемещению определенных средств сканирования, использованных при создании комплекта данных, что составляет, например, порядка 6 дюймов (дюйм=25, 4 мм).
Камерный блок 300 показан установленным на жестком столе 304, который предпочтительно изолирован от вибраций окружающей среды. Следует, в частности, иметь в виду, что картина интерференционных полос, созданная за счет взаимодействия между объектным пучком и эталонным пучком, представляет собой статический волновой фронт, в котором закодирована информация о фазе и амплитуде "объекта", который является сюжетом голограммы. Любое относительное перемещение между объектным пучком, эталонным пучком и пленкой, на которой записывается голограмма, будет нарушать статическую интерференционную картину, что приведет к значительному ухудшению записанной голограммы. Таким образом, важно, чтобы весь камерный блок был изолирован от внешних вибраций.
Для достижения изоляции вибраций, стол 304 преимущественно содержит жесткую сотовую столешницу, например, серии RS типа RS-512-18, изготавливаемую фирмой Ньюпорт из города Ирвин в штате Калифорния (США). Стол 304 преимущественно установлен на множестве (например, на четырех) пневматических изоляторах, например, на стабилизаторе 1-2000, который также выпускается фирмой Ньюпорт.
В качестве альтернативы пневматической изоляции камерного блока от внешних вибраций, различные компоненты, входящие в камерный блок (в том числе и стол 304), могут быть изготовлены из жесткого материала и надежно закреплены на столе 304. Такая система высокой жесткости, которая тем не менее подвержена в некоторой степени внешним или внутренним вибрациям, преимущественно перемещается как единое жесткое тело в ответ на такие вибрации, и может быть спроектирована так, чтобы стремиться сгладить относительное перемещение между различными частями системы.
Для компенсации вибраций малой амплитуды, которые неизбежно воздействуют на блок, может быть использована техника, именуемая "блокировкой полосы". Более конкретно, имеющаяся на пленке картина полос, в соответствии с которой записана голограмма, может быть усилена и может наблюдаться при помощи одного или нескольких фотодиодов (так как в типичной картине полос имеются чередующиеся области темных и светлых линий). Для компенсации любого движения картины полос, обнаруженного фотодиодом, может производиться управление длиной пути прохождения эталонного или объектного пучков для поддержания стабильной картины полос. Для этой цели соответствующие компоненты, например, одно из зеркал, которое используется для направления объектного или эталонного пучков, может быть смонтировано на пьезоэлектрическом элементе, который слегка перемещается в определенном направлении в соответствии с сигналом по напряжению, поступающим на этот элемент. Выходной сигнал фотодиода может быть подан на следящий контур, который связан с пьезоэлементом, на котором смонтировано зеркало, и который быстро корректирует длину пути с целью компенсации движения картины полос, которое считано фотодиодом. Таким путем, несмотря на то, что тем не менее существуют малые амплитуды относительного движения между различными компонентами, входящими в камерный блок, они могут быть скомпенсированы описанным образом.
Лазерный источник 302 преимущественно содержит обычный генератор лазерного пучка и представляет собой, например, аргоновый ионный лазер, содержащий эталон для уменьшения ширины полосы излучаемого света, преимущественно типа Innova 306-SF, изготавливаемый фирмой Когерент Инк., Пало Альто, штат Калифорния (США). Специалисты в данной области легко поймут, что лазер 302 преимущественно генерирует монохроматический пучок, имеющий длину волны в диапазоне от 400 до 750 нанометров (нм), а предпочтительней, от 514,5 до 532 нм. Специалисты в данной области могут, однако, понять, что может быть использована любая подходящая длина волны, с которой совместим выбранный фотографический материал, включая длины волн в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах.
Альтернативно, лазер 302 может представлять собой твердотельный, с диодной накачкой с двойной частотой АИГ лазер (лазер на алюмоиттриевом гранате), который преимущественно создает лазерное излучение на длине волны 532 нм. Эти лазеры способны излучать в диапазоне от 300 до 600 милливатт чистого света, требуют воздушного охлаждения, являются чрезвычайно эффективными и обладают высокой стабильностью параметров.
Лазер 302 должен также обеспечивать длину когерентности, которая по крайней мере должна быть равна разнице между полными длинами путей, проходимыми эталонным и объектным пучками, а преимущественно, в два раза превышает эту длину. В иллюстрируемом примере номинальная проектная длина пути, проходимого эталонным пучком, равняется длине пути объектного пучка (приблизительно 292 сантиметра); однако, в результате влияния, среди прочего, геометрии компоновки, конкретного использованного эталонного угла и размера пленки, некоторые компоненты эталонного и объектного пучков могут проходить слегка большую или слегка меньшую длину пути. Следовательно, лазер 302 должен преимущественно иметь длину когерентности, превышающую эту разницу, что составляет приблизительно два (2) метра.
Затвор 306 преимущественно представляет собой обычный электромеханический затвор, например, модели Uniblitz N LCS4Z, изготавливаемый фирмой Винсент Ассошиейтс, Рочестер, штат Нью-Йорк (США). В соответствии с предпочтительным вариантом, затвор 306 может приводиться в действие дистанционно, таким образом, что эталонный пучок и объектный пучок создаются только во время экспонирования пленочной подложки, а в течение остального времени лазерное излучение в системе эффективно (при помощи затвора 306) шунтируется. Специалисты легко поймут, что применение затвора не требуется, если использован импульсный лазерный источник. Более того, может быть желательно встроить несколько затворов, например, затвор для избирательного управления эталонным пучком и другой затвор для отдельного управления объектным пучком, что позволяет производить независимое управление обоими пучками, например, производить независимое измерение и/или калибровку соответствующих интенсивностей эталонного и объектного пучков на поверхности пленки.
Различные зеркала (например, первое зеркало 308, второе зеркало 312, третье зеркало 320 и т.д.), используемые в камерном блоке 300, преимущественно представляют собой обычные поверхностные зеркала, например, зеркало с диэлектрическим покрытием на подложке из пирекса, например, накопительное зеркало 10D20BD. 1, изготавливаемое формой Ньюпорт. Для типичного лазера с диаметром пучка порядка 1,5 миллиметров зеркало 308 должно иметь поверхность диаметром приблизительно 1 дюйм.
Первое зеркало 308 служит для направления пучка источника 402 к блоку расщепления пучка 310. В показанном на чертеже примере первое зеркало 308 изменяет направление пучка 402 на 90 градусов. Однако специалисты легко поймут, что относительное расположение различных оптических компонентов, образующих камерный блок 300, и конкретный путь, проходимый различными пучками, в значительной степени зависят от физических размеров имеющихся в наличии компонентов системы. В рабочей предпосылке желательно, чтобы эталонный пучок и объектный пучок исходили из одного и того же лазерного источника для обеспечения надлежащей корреляции между эталонным и объектным пучками на поверхности держателя пленки 318, и чтобы путь, проходимый эталонным пучком от расщепителя пучка 310 до пленки 319 был приблизительно равен пути, проходимому объектным пучком от расщепителя пучка 310 до пленки 319.
На фиг. 4 показан узел расщепителя пучка 310, который преимущественно содержит переменную (регулируемую) клапанную пластину 404, соответствующие постоянные клапанные пластины 408 и 412, соответствующие расщепляющие пучок кубики 406 и 414, и зеркало 416. В самом общем виде, узел расщепления пучка 310 предназначен для разделения пучка 402 источника излучения на объектный пучок 410 и эталонный пучок 418. Более того, вновь со ссылкой на фиг. 3, блок расщепителя пучка 310 также взаимодействует с блоком формирования изображения 328 и поляризатором 327 для обеспечения чистой поляризации эталонного пучка и объектного пучка в одном поляризационном направлении, то есть для поляризации либо в направлении S, либо в направлении P, что обсуждается далее более подробно, когда они контактируют с типичной пленочной подложкой 319, установленной в держателе пленки 318. За счет обеспечения чистой поляризации в одном и том же направлении эталонного и объектного пучков удается сформировать четкую картину интерференционных полос с малым уровнем шумов.
Обратимся вновь к фиг. 4, на которой пучок 402, генерируемый лазерным источником 302, входит в блок расщепления пучка 310 при относительно чистом поляризованном состоянии, например, в виде S-поляризованного излучения. В контексте настоящего изобретения, название "S-поляризованное излучение" относится к свету, который поляризован с его электрическим полем, колеблющимся в вертикальной плоскости; название "P-поляризованный свет" относится к свету, в котором электрическое поле ориентировано в горизонтальной плоскости. Пучок 402 затем проходит через переменную клапанную пластину 404, на которой он преобразуется в пучок 403, надлежащим образом сформированный и содержащий смесь компонентов S и P поляризованного света. Затем пучок 403 входит в кубик расщепления пучка 406, который расщепляет пучок 403 на первый пучок 405, содержащий P-поляризованный световой компонент пучка 403, и второй пучок 407, содержащий S-поляризованный световой компонент пучка 403. Кубик расщепления пучка 406 преимущественно представляет собой широкополосный расщепитель пучка, например, широкополосный поляризационный расщепитель пучка-деталь N 05FC16PB.3, изготавливаемую фирмой Ньюпорт. Хотя кубик расщепления пучка 406 идеально подходит для пропускания всех (и только их) P-поляризованных компонентов пучка 403, и для отклонения всех (и только их) S-поляризованных компонентов пучка 403, было обнаружено, что такие кубики обычно являются неидеальными расщепителями пучка, не учитывающими малые потери, возникающие в результате отражения от поверхностей расщепителя пучка. Более точно, такие кубики имеют отношение ослабления порядка тысячи к одному, так что ориентировочно 99,9 процента S-поляризованного компонента пучка 403 отклоняется в пучок 407, и приблизительно 90 процентов P-поляризованного компонента пучка 403 проходят через кубик 406. Таким образом, пучок 407 содержит 99,9 процента S-поляризованного компонента пучка 403, и ориентировочно 10 процентов P-поляризованного компонента пучка 403; аналогично, пучок 405 содержит приблизительно 90 процентов P-поляризованного компонента пучка 403 и приблизительно 0,1 процента S-поляризованного компонента пучка 403.
Клапанные пластины 404, 408 и 412 представляют собой полуволновые пластинки для используемой длины волны лазера, например, могут быть деталью N 05RP02, выпускаемой фирмой Ньюпорт. Клапанная пластина 404 преобразует S-поляризованный пучок 402 в пучок с заданным отношением поляризованных компонентов S и P. В преимущественном варианте, переменная клапанная пластина 404 представляет собой слой жидких кристаллов, который изменяет поляризацию входящего пучка в соответствии с приложенным к жидкокристаллическому слою напряжением. Предпочтительная клапанная пластина 404 представляет собой жидкокристаллическую систему управления светом типа 932-VIS, изготавливаемую фирмой Ньюпорт. Клапанная пластина 404 разделяет S-поляризованный пучок 402 на смесь S и P поляризованного света в функции приложенного напряжения. При помощи изменения напряжения на клапанной пластине 404 оператор может управлять отношением интенсивности эталонного пучка к интенсивности объектного пучка (отношением пучков). В предпочтительном варианте, это отношение, измеренное в плоскости пленки 319, приблизительно равно единице.
В любом случае, пучок 405 представляет собой почти полностью чистое P-поляризованное излучение, вне зависимости от напряжения, прикладываемого к пластине 404; пучок 407 содержит идеально чистое S-поляризованное излучение, однако, тем не менее, содержит значительную P-поляризованную компоненту, зависящую от напряжения, приложенного к клапанной пластине 404.
На фиг. 4 показан пучок 405, который проходит через клапанную пластину 408 для преобразования чистого P-поляризованного пучка 405 в чистый S-поляризованный объектный пучок 410. Пучок 407 проходит через клапанную пластину 412 для преобразования в основном S-поляризованного пучка в основной P-поляризованный пучок 409, который затем проходит через расщепляющий кубик 414 для устранения любой посторонней S-компоненты. В частности, 99,9 процента остаточной S-компоненты пучка 409 отклоняются кубиком 414 в виде пучка 415 и выводятся из системы. В контексте настоящего изобретения, любой пучок, который выводится из системы, может быть удобно использован для контроля интенсивности и качества пучка.
Основная P-компонента пучка 409 проходит через кубик 414 и отражается соответствующими зеркалами 416 и 312, в результате чего получают в основном чистый P-поляризованный эталонный пучок 418. Как это обсуждается далее более подробно, путем разделения указанным образом пучка источника 402 на объектный пучок 410 и эталонный пучок 418, оба пучка, и эталонный и объектный, получают чрезвычайно чистую поляризацию, например, порядка одной части примеси на несколько тысяч. Более того, высокая степень поляризационной чистоты достигнута вне зависимости от отношения пучков, которое удобно и точно контролируется при помощи регулировки напряжения, прикладываемого к переменной клапанной пластине 404.
На фиг. 3 и 4 показан пучок 418, который отражается зеркалом 312 и поступает на расширитель пучка 314. Расширитель пучка преимущественно представляет собой обычную положительную линзу 421 и малую апертуру 420. Диаметр пучка 418 при его поступлении на расширитель пучка 314 составляет около 1,5 миллиметра (в основном такой же диаметр, как и при выходе пучка из лазера 302). Положительная линза 421 сводит пучок 418 в возможно меньший фокус, насколько это достижимо практически. Соответствующая положительная линза может представлять собой микрообъектив М-20Х производства фирмы Ньюпорт. Апертура 420 представляет собой точечную апертуру, например, апертуру РН-15 производства фирмы Ньюпорт. При использовании лазеров хорошего качества, которые излучают чистый свет в фундаментальной поперечной электромагнитной моде (ТЕМ00) линзы хорошего качества, такие как линзы 421, могут обычно сфокусировать пучок 418 до диаметра порядка 10-15 микрон. В точке фокуса пучок затем проходит через апертуру 420, которая представляет собой точечную апертуру порядка 15 микрон в диаметре. За счет фокусировки пучка описанным образом осуществляется Фурье-преобразование пучка.
Более конкретно и со ссылкой на фиг. 5A-5D показана TEM00 мода распространения, которой обычно обладает лазерный пучок малого диаметра с гауссовским распределением в направлении, перпендикулярном направлению распространения пучка. Для фиг. 5A это означает, что интенсивность (I) пучка 418 имеет гауссовское (нормальное) распределение в поперечном сечении пучка. Для гауссовского пучка с номинальным диаметром около одного миллиметра небольшой объем (часть) пучка при очень низкой его интенсивности простирается за пределы диапазона один миллиметр.
На фиг. 5B приведено более точное представление показанной на фиг. 5A идеальной картины, иллюстрирующее гауссовское распределение, но также содержащее случайный высокочастотный шум, который неизбежно присутствует в пучке после его прохождения через зеркала, после поляризации и т.п. Следует отметить, что на фиг. 5B показан такой же базовый гауссовский профиль, что и в теоретическом распределении фиг. 5A, но показан также и высокочастотный шум в виде пульсаций пучка.
Известно, что Фурье-преобразование гауссовского распределения с шумами образует тот же самый гауссовский профиль, но с высокочастотными компонентами шума, которые сдвинуты на крылья кривой распределения, как это показано на фиг. 5C. При прохождении пучка с Фурье-преобразованием через апертуру, такую как апертура 420 расширителя пучка 314, высокочастотные крылья отсекаются, после чего получают чрезвычайно чистое, без шумов, гауссовское распределение фиг. 5D. Можно сказать, что фокусирование пучка для приближения его к точечному источнику, с дальнейшим его пропусканием через апертуру, дает эффект сдвига высокочастотного шума на внешние границы пучка, с последующим отсечением шума.
Таким образом, на выходе расширителя пучка 314 получают в основном расходящийся эталонный пучок 423 с гауссовским распределением, без наличия шумов.
В преимущественном варианте осуществления настоящего изобретения, линза 421 и апертура 420 представляют собой единый интегральный оптический компонент, например, пространственный фильтр модели 900 производства фирмы Ньюпорт. Узел расширения пучка 314 преимущественно имеет винт с резьбой, при помощи которого можно точно установить расстояние между линзой 421 и апертурой 420, которое составляет, например, 5 миллиметров; узел также содержит два ортогональных набора винтов для управления горизонтальным и вертикальным положением апертуры относительно фокуса линзы 421.
На фиг. 3 показано также зеркало 312, которое предназначено для направления луча 423 на пленку 319 под заданным углом, который очень близок к углу Брюстера для материала, из которого состоит пленка 319. Специалисты знают, что угол Брюстера часто определяют как арктангенс показателя преломления материала, на который падает луч (в данном случае, пленки 319). Обычные показатели преломления таких пленок находятся в диапазоне около 1,5 ± 0,1. Таким образом, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, зеркало 312 обеспечивает вхождение луча 423 в пленку 319 под углом Брюстера, составляющим около 56 градусов (арктангенс 1,5 = 56 градусов). Специалисты также легко поймут, что P-поляризованный пучок, падающий на поверхность под углом Брюстера, будет иметь минимальное отражение от этой поверхности, в результате чего получают максимальное преломление эталонного пучка 423 в пленке 319, что облегчает получение максимума интерференции с объектным пучком, и минимальное обратное отражение света, которое в противном случае могло бы проникать в пленку по ложному (неправильному) направлению.
Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 4 и фиг. 6-7, на которых показан объектный пучок 410, который после отражения зеркалом 320 направляется в расширитель пучка 322, который по своему построению и функции аналогичен расширителю пучка 314, описанному выше в связи с фиг. 4. Главным образом свободный от шумов расходящийся объектный пучок 411 с гауссовским распределением выходит из расширителя пучка 322 и коллимируется при помощи коллиматорной линзы 434, в результате чего получают коллимированный объектный пучок 436, имеющий диаметр в диапазоне приблизительно 5 сантиметров. Коллиматорная линза 434 представляет собой двояковыпуклую оптическую стеклянную линзу КВХ148, изготовленную фирмой Ньюпорт. Коллимированный объектный пучок 436 подается на блок формирования изображения 328.
На фиг. 7 и 8 показан блок формирования изображения 328, который содержит электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) 444, световой клапан 442, клапанную пластину 463 и кубик 438 расщепления поляризованного пучка. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, кубик расщепления пучка 438 представляет собой кубик с размером стороны приблизительно 5 квадратных сантиметров. Как это обсуждается далее более подробно, пучок 460, представляющий собой P-поляризованный пучок, который содержит данные среза данных, полученные за счет действия устройства формирования изображения 328, выходит из блока формирования изображения 328 и поступает на блок проекционной оптики 324.
Как обсуждалось ранее, для использования в голограмме-оригинале подготавливается комплект данных, содержащий множество двухмерных изображений, соответствующих трехмерному сюжету голограммы. Комплект данных может также храниться в виде электронного файла данных в обычном многоцелевом компьютере (не показан). Компьютер стыкуется с ЭЛТ 444 таким образом, что срезы данных передаются, один за другим, в блок формирования изображения 328.
Более конкретно, первый срез данных проецируется при помощи ЭЛТ 444 на световой клапан 442. Как объяснено далее более подробно, изображение, соответствующее срезу данных, прикладывается к пленке 319 в течение определенного периода времени, достаточного для осуществления пленкой 319 улавливания (записи) картины полос, объединенной с этим срезом данных, за счет чего создается голограмма среза данных в объеме эмульсии на пленке 319. После этого блок канала 334 перемещается по оси и следующий срез данных проецируется на пленку 319 в соответствии с расстоянием (промежутком) между двумя срезами; при этом на пленку 319 накладывается следующая голограмма, соответствующая следующему комплекту данных. Этот процесс последовательно продолжается для каждого среза данных до тех пор, пока число голограмм, наложенных на пленку 319, не будет соответствовать числу срезов данных 14, входящих в конкретный объемный комплект данных 16, который является сюжетом (предметом) голограммы-оригинала, которая должна быть создана.
Более конкретно и со ссылкой на фиг. 7 и 8, ЭЛТ 444 представляет собой обычную ЭЛТ с волоконно-оптической лицевой пластиной, например, типа 41397Т1 производства фирмы Хьюдж Эйркрафт Кампани, Карсбад, штат Калифорния (США). ЭЛТ 444 предназначена для проецирования изображения, соответствующего конкретному срезу данных, на левую сторону светового клапана 442 (фиг.7).
В преимущественном варианте осуществления, световой клапан представляет собой жидкокристаллический световой клапан типа Н4160, изготовленный фирмой Хьюджес Эйркрафт Кампани, Карлсбад, штат Калифорния (США). Показанный на фиг. 8 световой клапан 442 преимущественно содержит фотокатод 454, зеркало 450, зеркальная поверхность которого повернута вправо на фиг. 8, и жидкокристаллический слой 452. Жидкокристаллический слой 452 представляет собой тонкий планарный объем жидкого кристалла, который изменяет поляризацию света, проходящего через него, в функции уровня локального напряжения на жидком кристалле.
Фотокатод 454 представляет собой тонкий, планарный объем фотовольтаического материала, в котором создаются локальные уровни напряжения в функции от падающего на него света. При поступлении от ЭЛТ 444 на фотокатод 454 изображения, соответствующего определенному срезу данных 14, на поверхности фотокатода 454 формируются локальные фотовольтаические потенциалы, которые находятся в прямой связи с распределением света в поперечном сечении приложенного пучка изображения. В частности, генерируемый ЭЛТ 444 пучок соответствует срезу данных, который обычно содержит светлые области, соответствующие изображению костей, мягких тканей и т.п., на темном фоне. Темный фон предсказуемо создает относительно низкие значения шкалы серого, в то время как более светлые области среза данных создают соответственно более высокие значения шкалы серого. На поверхности фотокатода 454 образуется распределение зарядов, соответствующее проецированному изображению.
Статическое, неравномерное распределение зарядов на фотокатоде 454, соответствующее изменениям локальной яркости данных, содержащихся в конкретном срезе данных 14, проходит через зеркало 450 и создает соответствующие локализованные уровни напряжения на поверхности слоя жидких кристаллов 452. Эти уровни локализованного напряжения в слое жидких кристаллов 452 вращают локальный жидкий кристалл пропорционально локальному уровню напряжения, за счет чего изменяется чистый S-поляризованный свет, отклоненный кубиком 438 на зеркальную поверхность 450, и появляются локализованные области поляризованного света, имеющие P-поляризованный компонент, когда свет проходит через слой жидких кристаллов 452 и отражается зеркалом 450. Выходящий пучок 460 имеет (в поперечном сечении) распределение P-поляризованного света в соответствии с распределением напряжения внутри кристаллического слоя 452 и, следовательно, в соответствии с изображением, соответствующим текущему срезу данных 14.
В основном весь (около 99,9%) S-поляризованный свет, образующий пучок 436, отклоняется кубиком 438 на жидкокристаллический слой 452. Этот S-поляризованный свет преобразуется в P-поляризованный свет при помощи жидкокристаллического слоя 452 в соответствии с распределением напряжения на его поверхности, как описано выше. P-поляризованный свет отражается зеркальной поверхностью зеркала 450 назад на кубик 438; при этом P-поляризованный свет легко проходит через кубик 438 в блок проекционной оптики 324.
S-компонент пучка, отраженного зеркальной поверхностью зеркала 450, будет отклоняться на 90 градусов кубиком расщепления пучка 438. Для предотвращения обратного входа в систему этого рассеянного S-поляризованного света, кубик 438 может быть слегка наклонен таким образом, что S-поляризованный свет эффективно выводится из системы.
В поперечном сечении результирующего пучка 460 существует распределение P-поляризованного света, которое прямо соответствует данным, содержащимся в конкретном срезе данных, который в данный момент проецируется ЭЛТ 444 на световой клапан 442. В результате высокого коэффициента ослабления кубика 438, пучок 460 содержит в основном нуль S-поляризации. Следует отметить, что небольшая часть S-поляризованного света, имеющаяся в пучке 436, которая не отражается кубиком 438 в световой клапан 442 (конкретно, пучок 440), может быть выведена из системы известным образом.
Расщепляющий пучок кубик 438 по своей структуре и функции аналогичен кубикам расщепления пучка 406 и 414, описанным в связи с фиг. 4, и преимущественно представляет собой широкополосный расщепитель пучка, например, типа PBS-514.5-200, изготовленный фирмой CVI Корпорейт, Альбукерк, штат Нью Мексике (США). В предпочтительном варианте, светорасщепляющий кубик имеет ширину поперечного сечения, по крайней мере равную размеру изображения, проецируемого ЭЛТ 444 на световой клапан 442, то есть 2 дюйма. Это представляет отличие от кубиков расщепления пучка 406 и 414,
которые преимущественно могут иметь меньшие поперечные сечения, например, полдюйма, что сравнимо с диаметром нерасширенного пучка 402 от лазера 302.
В контексте настоящего изобретения, свет, который выведен или удален из системы, может быть использован самыми разными способами. Например, свет может быть направлен в черный ящик или на черную, преимущественно текстурированную поверхность. Точная форма, в которой происходит шунтирование света, или конкретное местоположение, в котором шунтируется свет, во многом определяется соображением удобства; что важно, так это то, чтобы этот выведенный из системы свет не попадал на пленочную поверхность голограммы (по описанным ранее причинам), и то, чтобы этот свет повторно не поступал в лазерный источник, что могло бы нарушить функционирование лазера и даже вывести его из строя.
Хотя показанная на чертежах проекционная оптика 328 содержит световой клапан 442, может быть использован и любой другой подходящий механизм, который эффективно интегрирует (встраивает) изображение, соответствующее срезу данных, в объектный пучок и хорошо работает в контексте настоящего изобретения. В самом деле, световой пучок 460 при выходе из кубика 438 просто содержит неравномерное распределение P-поляризованного света, интенсивность (сила света) которого изменяется в соответствии с распределением данных в существующем в это время текущем срезе данных 14. Поперечное сечение пучка 460 в основном идентично гипотетическому пучку P-поляризованного света, проходящему через фотографический слайд текущего среза данных.
Более того, любой подходящий механизм может быть использован в дополнение или вместо блока проекционной оптики (ЭЛТ 444) для проецирования данных в объектный пучок (на световой клапан 442). Например, могут быть использованы отражательные, трансмиссионные (в проходящем свете) или трансфлективные (работающие при проходе и отражении света) жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ), светочувствительная панель которых может быть селективно запитана на поэлементном базисе (с изменением информации при переходе от одного элемента изображения к другому), для воспроизведения данных, соответствующих каждому конкретному срезу данных.
Альтернативно, соответствующий пучок, например, лазерный пучок, может быть просканирован в виде растра на задней поверхности светового клапана 442 для воспроизведения (размножения) данных, соответствующих каждому срезу данных.
В соответствии с дальнейшим вариантом осуществления, хотя на фиг. 7 показана ЭЛТ 444, которая примыкает к световому клапану 442, может быть желательно построить проекционный блок таким образом, чтобы ЭЛТ 444 была отделена от светового клапана 442. Такое разделение может быть полезно, например, если диаметр ЭЛТ 444 больше диаметра светового клапана 442, так что проецируемое ЭЛТ 444 изображение желательно проецировать на заднюю поверхность светового клапана 442, например, при помощи расположенной между ними соответствующей линзы. Более того, также может быть желательно использовать волоконно-оптическое соединение между световым клапаном 442 и ЭЛТ 444, вне зависимости от использования промежуточной линзы, и также независимо от величины промежутка между ними.
Более того, проекционная оптика 328 может быть полностью заменена соответствующим пространственным световым модулятором (ПСМ; не показан), который надлежащим образом установлен на пути прохождения объектного пучка. При этом лазерное излучение, образующее объектный пучок, будет проходить через ПСМ, который вводит в объектный пучок информацию, соответствующую конкретному изображению. В зависимости от типа использованного ПСМ, такое построение может быть использовано с применением рассеивателя между ПСМ и держателем пленки 319, или без него.
На фиг. 7 и 8 показана клапанная пластина 463, которая расположена между световым клапаном 442 и расщепляющим пучок кубиком 438. Клапанная пластина 463 служит для корректировки некоторой нежелательной поляризации, которая создается световым клапаном 442.
Более конкретно, световой клапан 442 поляризует свет, который проходит через слой жидких кристаллов 452, в соответствии с локальным распределением напряжения в нем. Приложенное напряжение заставляет жидкий кристалл вращаться, например, по эллипсу, причем величина вращения пропорциональна локализованному уровню напряжения. Таким образом, очень высокое напряжение вызывает значительную величину вращения жидкого кристалла, что приводит к высокой степени нарушения поляризации света, проходящего через повернутые кристаллы. С другой стороны, очень низкое напряжение создает соответственно малую степень вращения светового кристалла, что приводит к соответственно малой величине вращения уровня поляризации. Однако было обнаружено, что очень малая степень вращения (предварительный наклон, поворот) жидкого кристалла существует даже при отсутствии приложенного напряжения. Таким образом, приблизительно один процент S-поляризованного света, проходящего через жидкокристаллический слой 452, преобразуется в P-поляризованный свет, даже внутри локальных областей слоя жидких кристаллов 452, к которым не приложено напряжение. Хотя эта очень малая степень ложной поляризации не ухудшает параметры светового клапана 442 в большинстве 4 контекстов, она может стать проблемой в контексте настоящего изобретения. Например, если один процент чистого S-поляризованного света ложно преобразован в P-поляризованный свет, то коэффициент контраста результирующей голограммы может быть существенно ограничен.
Клапанная пластина 463 компенсирует указанную остаточную поляризацию за счет, например, ввода предварительной поляризации в свет, проходящий через нее, которая (предварительная поляризация) рассчитывается для точного подавления поляризации, наводимой слоем жидких кристаллов 452 в отсутствии приложенного напряжения. За счет устранения этой нежелательной поляризации может быть получен эффективный коэффициент контраста результирующей голограммы, который ограничивается только степенью контроля различных параметров процесса, так же как и собственными возможностями оборудования, входящего в камерный блок 300.
Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 6B, со ссылкой на которую теперь будет описано построение камерного устройства, альтернативного по построению показанному на фиг. 6A. В частности, на фиг. 6B показано, что входящий пучок 410 пропускается через расширитель пучка 322 и коллиматорную линзу 434. После этого коллимированный пучок 436 пропускается через жидкокристаллический дисплей (индикатор)-SLM 1302, в котором изображение, соответствующее срезу данных, встраивается в коллимированный пучок.
В соответствии с альтернативным вариантом, показанным на фиг. 6B, элемент 1302 включает в себя работающий на пропускание многоэлементный ЖКИ (жидкокристаллический индикатор), например, экран с числом элементов изображения 640 х 480. В связи c тем, что работающий на пропускание ЖКИ 1302 обычно создает определенный поворот поляризации проходящего через него света, может быть желательно также пропускать входящий пучок 410 через клапанную пластину 1308 для компенсации указанного поворота.
На выходе ЖКИ 1302 получают коллимированный объектный пучок, который имеет локальные вариации степени поляризации, соответствующие данным, содержащимся в определенном срезе данных, индицируемом при помощи ЖКИ 1302. При этом вариации в поляризации пучка могут быть обычным образом преобразованы в изменения интенсивности, например, за счет использования подходящего выходного поляризатора (анализатора) 1304. В связи с тем, что поляризаторы высокого качества являются достаточно дорогими, преобразование поляризация/интенсивность с успехом может быть осуществлено за счет использования небольшого преобразователя 1306, установленного в объектном пучке ниже по прохождению света относительно проекционного объектива 462 (где пучок имеет относительно малое поперечное сечение).
Имеющиеся в продаже ЖКИ типа SLM обычно предназначаются для использования с неполяризованным светом. Поэтому обычные SLM включают в себя входной поляризатор, при помощи которого неполяризованный входной свет преобразуется в состояние желательной поляризации ранее его модуляции в SLM. Кроме того, имеющиеся в продаже ЖКИ типа SLM обычно вращают плоскость поляризации каждого элемента изображения, и поэтому содержат выходной поляризатор (преобразователь), задачей которого является преобразование соответствующих изменений поляризации в соответствующие изменения интенсивности. В связи с тем, что поляризаторы высокого качества имеют тенденцию к поглощению света и обычно являются относительно дорогостоящими, в контексте настоящего изобретения предпочтительно использование SLM, который не содержит одного входного поляризатора или обоих из них, а также не содержит выходного поляризатора. В самом деле, свет, входящий в SLM, в соответствии с преимущественным вариантом осуществления изобретения обычно при любых обстоятельствах является чисто поляризованным, что делает использование отдельного входного поляризатора для SLM излишним. Более того, выходной сигнал SLM в соответствии с преимущественным вариантом осуществления изобретения зачастую повергается манипуляции, например, путем его подачи на рассеивающий экран или на аналогичное устройство, которое может нарушать состояние поляризации выходного пучка, а затем, если это желательно, указанный пучок может быть повторно поляризован. В связи с указанным нет необходимости пропускать пучок при его выходе с SLM через поляризатор, так как всегда состояние поляризации такого выходного пучка в последующем нарушается и пучок затем повторно поляризуется.
За счет устранения одного входного поляризатора или двух из них и за счет устранения выходного поляризатора SLM могут быть достигнуты два уровня эффективности:
(1) сохраняется интенсивность лазерного излучения, так как нет поглощения излучения света лазерного источника за счет устранения входного/выходного поляризатора; и
(2) устранение избыточных компонентов оборудования снижает стоимость установки.
Показанный на фиг. 6 и 7 блок проекционной оптики 324 преимущественно содержит проекционный объектив 462, зеркало 464 и апертуру 466. Объектив 462 преимущественно представляет собой телецентрический проекционный объектив, оптимизированный для специфических размеров изображения, использованного в световом клапане 442 и на рирпроекционном экране 326. Объектив 462 сводит коллимированный пучок 460 в сходящийся пучок, который после отклонения зеркалом 464 сходится в фокальной точке, после чего он образует расходящийся пучок 470, который эффективно формирует изображение данных, соответствующих текущему срезу данных 14, на проекционном экране 326 и на пленке 319. Пучок 470 проходит через апертуру 466, установленную приблизительно в том месте, где пучок 470 достигает фокальной точки. Апертура 466 преимущественно содержит ирисовую диафрагму типа ID-0,5, изготовленную фирмой Ньюпорт. Следует отметить, что апертура 466 значительно шире, чем диаметр пучка 470 в той точке, где пучок проходит через апертуру 466. Это отличается от точечной диафрагмы, которая имеется в расширителях пучка 314 и 322 и которая предназначена для удаления из пучка высокочастотных компонентов. Высокочастотные компоненты в пучках 460 и 470 являются важными ввиду того, что они могут соответствовать данным, которые относятся к сюжету созданной голограммы. Апертура 466 просто улавливает и шунтирует рассеянный свет и прочий свет с неправильным направлением, который переносится пучком 470 или который как-то еще виден на проекционном экране 326 и не относится к информации, соответствующей данным среза данных 14.
Показанный на фиг. 3, 4 и 6 пучок 470 проецируется и переносит сфокусированное изображение на рирпроекционный экран 326. Экран 326 преимущественно имеет ширину 14 дюймов и высоту 12 дюймов и преимущественно образован из тонкого планарного рассеивающего материала, нанесенного на одну из сторон жесткой прозрачной подложки, например, плоского стекла 472 толщиной 0,5 дюйма. Рассеиватель 472 изготовлен из рассеивающего материала, например, типа Lumiglas-130, изготавливаемого фирмой Стюарт Филмскрин Корпорейшн, Торранс, штат Калифорния (США). Рассеивание пучка 470 рассеивателем 472 таково, что каждая точка внутри пучка 470 может быть видна со всей поверхностной площади пленки 319. Например, произвольная точка Y пучка 470 так рассеивается рассеивателем 472, что объектный пучок в точке Y создает коническое расширение, изображенное конусом Y, на пленке 319. Аналогично, произвольная точка X рассеивателя 472 отбрасывает диффузное коническое расширение X на пленку 319. Это явление имеет место для любой точки в пределах проецируемого изображения при прохождении изображения через рассеиватель 472. В результате каждая точка пленки 319 содержит картину полос, которая кодирует информацию амплитуды и фазы для каждой точки рассеивателя 472.
Так как свет от каждой точки рассеивателя 472 рассеивается на всю поверхность пленки 319, то из этого следует, что каждая точка пленки 319 "видит" каждую и любую точку проецируемого изображения, когда оно появляется на рассеивателе 472. Однако каждая точка пленки 319 "видит" полное изображение, когда оно появляется на рассеивателе 472, со слегка отличающейся перспективой. Например, произвольная точка Z на пленке 319 "видит" каждую точку рассеивателя 472. Более того, произвольная точка W на пленке 319 также "видит" каждую точку на рассеивателе 472, однако с другой перспективой, нежели точка Z. Таким образом, после выхода из рассеивателя 472 и поляризатора 327 диффузное изображение, переносимое объектным пучком 473, поступает (накладывается) на пленку 319.
Известные в настоящее время рассеивающие экраны содержат лист пластика, стекла или другого аналогичного материала, который имеет либо неровную (шершавую) поверхность, либо содержит частицы, за счет чего происходит рассеяние света. В таких рассеивателях происходит простое рассеяние на частицах, поэтому имеется только незначительная возможность контроля степени и направления случайного рассеяния.
Для повышения эффективности рассеивающих экранов, рассеивающий экран 472 может альтернативно содержать голографический оптический элемент (ГОЭ).
Более конкретно, в качестве управляемого рассеивателя может быть использована голограмма, которая осуществляет рассеяние входящего однородного эталонного пучка с получением на выходе любой желательной конфигурации (распределения), причем эта конфигурация может иметь любую желательную степень сложности.
ГОЭ рассеиватель может быть построен путем подачи рассеянного лазерного излучения на голографическую пленочную подложку. Обычный пластиковый рассеивающий экран высокого качества, который сам по себе очень эффективен, может быть использован для проецирования картины рассеяния на голографическую пленку. При этом объектный пучок, который используется для создания ГОЭ, просто получают с выхода обычного рассеивателя высокого качества. За счет записи голограммы такого рассеянного лазерного излучения может быть создан очень эффективный рассеивающий экран. Рассеиватель ГОЭ, будучи голограммой, представляет собой рассеиватель высокого качества, который не имеет ограничений, присущих обычным пластиковым рассеивателям, в особенности не имеет характеристик нежелательного (паразитного) рассеяния, поглощения и деполяризации, присущих обычным рассеивателям.
Поляризатор 327 преимущественно установлен на поверхности рассеивателя 472. Хотя свет (пучок 470), падающий на рассеиватель 472, в основном P-поляризован, рассеиватель 472, по его истинной природе, рассеивает проходящий через него свет и обычно деполяризует некоторую часть света. Поляризатор 327, например, тонкий планарный листовой поляризатор, повторно поляризует свет, так что он имеет в основном чистое P-поляризованное состояние при достижении пленки 319. Следует отметить, что поляризатор 327 расположен после рассеивателя 472, так что неправильно поляризованный рассеивателем 472 свет поглощается. Это обеспечивает высокое процентное содержание объектного пучка, который в основном P-поляризован, для интерференции с эталонным пучком на пленке 319, что дополнительно усиливает контраст каждой голограммы.
Показанный на фиг. 6A рассеиватель 472 может альтернативно представлять собой голографический оптический элемент, сконструированный известным образом для выполнения функции рассеивания. В соответствии с другим альтернативным вариантом, дополнительная линза (не показана) может быть помещена рядом с другими линзами, например, между рассеивателем 472 и блоком формирования изображения 328. За счет использования соответствующей линзы в основном весь свет, выходящий из рассеивателя 472, может выходить в основном ортогонально рассеивателю 472. Поэтому объектный пучок будет встречаться с пленочной подложкой 319 в основном параллельным образом, то есть в основном все компоненты объектного пучка будут входить в пленочную подложку 319 главным образом ортогонально ей.
Кратко вернемся к фиг. 6B; для специалистов понятно, что устройство на жидких кристаллах обычно имеет хороший контраст по оси, с ухудшением контраста по мере удаления от оси ЖКИ устройства. В контексте настоящего изобретения в высшей степени желательно, чтобы составная (композитная) голограмма обладала высоким контрастом при относительно широких углах, как вверх и вниз, так и влево и вправо. Только при таком условии может быть произведен детальный анализ медицинских данных при полном параллаксе под значительными углами смещения от оси и при всех направлениях. Поэтому высокий контраст желателен при углах наблюдения со смещением от оси до 30-40 градусов и более, главным образом во всех направлениях.
В соответствии с альтернативным вариантом осуществления настоящего изобретения, высокий контраст при смещении от оси может быть достигнут на пленочной подложке, с использованием ЖКИ для последовательного проектирования каждого среза данных на пленку. Однако, по причине плохого внеосевого контраста, который имеют обычные ЖКИ, также желательно помещать рассеиватель непосредственно после ЖКИ, то есть со стороны ЖКИ ниже по прохождению света, между ЖКИ и пленочной подложкой. Таким путем высокий контраст по выходной оси ЖКИ может быть рассеян за счет рассеивателя, при проецировании на пленку рассеянного изображения. Вид, в котором комплексный объектный волновой фронт, выходящий из рассеивателя 472 к пленке 319, будет кодироваться в пленке, конкретно в форме статической интерференционной картины, является основой голографического воспроизведения. Специалисты в данной области поймут, что закодированная в пенке картина интерференции (полос) является результатом усиливающей и ослабляющей интерференции между объектным пучком и эталонным пучком. Важно, чтобы объектный и эталонный пучки содержали свет одной и той же длины волны. Хотя два световых пучка с различными длинами волн и могут взаимодействовать, это взаимодействие непостоянно в пределах конкретной плоскости или тонкого объема (например, в пределах "плоскости" записывающей пленки). В этом случае взаимодействие двух длин волн будет скорее переменной функцией времени.
Статическое (неизменное во времени) взаимодействие между объектным и эталонным пучками в соответствии с настоящим изобретением получают в результате монохроматической природы источника эталонного и объектного пучков (то есть при использовании монохроматического лазерного источника 302, содержащего адекватную длину когерентности). Более того, специалисты далее смогут оценить, что максимальное взаимодействие происходит между пучками, находящимися в одном и том же поляризационном состоянии. Соответственно, максимальное взаимодействие между объектным и эталонным пучками может быть достигнуто обеспечением того, что каждый пучок чисто поляризован в том же состоянии поляризации на поверхности пленки 319. Для пленок, используемых в показанной на фиг. 6A конфигурации, автор настоящего изобретения пришел к выводу, что P-поляризованный свет создает лучшие картины полос. Таким образом, для усиления взаимодействия между объектным пучком 470 и эталонным пучком 423, пучок 470 пропускается через поляризационный экран 327, прилегающий к поверхности рассеивателя 472.
Чистый P-поляризованный эталонный пучок 423 проходит через коллиматорную линзу 316 и коллимируется перед входом в пленку 319. Ввиду того, что как эталонный, так и объектный пучки излучаются одним и тем же лазером 302, а также с учетом относительно большой длины когерентности лазера 302 по сравнению с дифференциальным путем, проходимым пучками от лазера до пленки 319, падающие на пленку 319 эталонный и объектный пучки являются взаимно когерентными, монохроматическими (например, 514, 5 нм), P поляризованными с высокой степенью чистоты и, следовательно, высококоррелированными. Дополнительно, эталонный пучок 423 имеет высокую степень организации, являясь в основном лишенным шумов и коллимированным. Объектный пучок 470, с другой стороны, имеет сложный волновой фронт, который содержит данные от текущего среза данных. Эти две волны интенсивно взаимодействуют в объеме эмульсии на пленке 319, создавая статическую картину стоячих волн. Картина стоячих волн содержит высокую степень как усиливающей, так и ослабляющей интерференции. В частности, энергетический уровень E в любой произвольной точке объема эмульсии может быть выражен в следующем виде:
E = [A0Cosβ0+ArCosβr]2,
где A0 и Ar представляют, соответственно, пиковую амплитуду объектного и эталонного пучков в определенной точке, а β0 и βr отображают фазу объектного и эталонного пучков в той же точке. Следует отметить, что так как косинус фазы вероятно может быть как положительным, так и отрицательным в любой заданной точке, то величина энергии E в любой заданной точке может находиться в диапазоне от 0 до 4A2 (A0 = Ar для единичного отношения пучков). Эта усиливающая и ослабляющая волновая интерференция создает четко определенные картины полос.
Для каждого среза данных пленка 319 экспонируется картиной стоячей волны в течение определенного времени экспозиции, достаточного для преобразования этого среза данных пропорционально использованию зерен галида серебра.
После того, как произведено экспонирование пленки 319 интерференционной картиной, соответствующей конкретному срезу данных, блок канала 334 перемещается вперед (или, альтернативно, назад) на определенное расстояние, пропорциональное расстоянию между срезами данных. Например, если производится голограмма одинакового с оригиналом размера по данным КТ, то это расстояние точно соответствует расстоянию перемещения субъекта (например, пациента) за время генерирования срезов данных. Если создаются голограммы меньшего или большего размеров по сравнению с оригиналом, то эти расстояния соответствующим образом изменяются.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, пленка 319 представляет собой голографическую пленку HOLOTEST (торговая марка), например, пленку типа N 8Е 56HD производства фирмы АГФА. Пленка содержит желатиновую эмульсию, нанесенную на пластиковую подложку. Типичная пленка может иметь толщину порядка 0,07 дюйма, причем толщина слоя эмульсии обычно составляет порядка 6 микрон.
В отличие от обычной фотографии, в которой амплитудная информация, содержащаяся в падающем свете, записана в эмульсии пленки, голограмма содержит запись информации как об амплитуде, так и о фазе. Когда голограмма воспроизводится с использованием такой же длины волны света, которая была использована для ее создания, выходящий из пленки свет продолжает распространяться так, как будто бы он был "заморожен" внутри пленки, с практически полным сохранением фазовой и амплитудной информации. Однако механизм, при помощи которого амплитудная и фазовая информация записаны на пленки, понят далеко не полностью.
Как обсуждалось ранее, эталонный пучок и объектный пучок, в соответствии с настоящим изобретением, имеют одну и ту же длину волны и состояние поляризации на поверхности пленки 319. Интерференция между этими двумя волновыми фронтами создает стоячий (статический) волновой фронт, который простирается в толщу эмульсии. В точках внутри эмульсии, в которых объектный и эталонный пучки взаимодействуют конструктивно (с усилением), существует более высокий энергетический уровень, чем тот, который присутствует в любом независимом пучке. В точках внутри эмульсии, в которых объектный и эталонный пучки взаимодействуют деструктивно (с ослаблением), существует уровень энергии, который меньше энергетического уровня, имеющегося по крайней мере в одном из пучков. Более того, мгновенная амплитуда каждого пучка в точке взаимодействия определена как произведение пиковой амплитуды пучка и косинуса его фазы в этой точке. Таким образом, когда голографисты говорят о записи амплитудной и фазовой информации волны, на практике фазовая информация "записана" на основании того факта, что мгновенная амплитуда волны в конкретной точке является функцией фазы в этой точке. За счет записи мгновенной амплитуды и фазы статической интерференционной картины взаимодействия эталонного и объектного пучков в объеме трехмерной пленки, производится запись на пленке 319 "трехмерной картины" объекта, такой как она видна из плоскости пленки. Так как эта запись содержит амплитудную и фазовую информацию, то при воспроизведении голограммы восстанавливается трехмерное изображение.
После осуществления описанным образом записи на пленку 319 каждого среза данных, входящего в комплект данных, пленка 319 извлекается из держателя пленки 318 для последующей обработки.
Как обсуждалось ранее, фотографическая эмульсия, использованная в настоящем изобретении, содержит большое число кристаллов галида серебра, взвешенных в желатиновой эмульсии. Хотя в этом контексте могут быть использованы любые подходящие фотоматериалы, кристаллы галида серебра имеют, как правило, в 1.000 раз большую светочувствительность по сравнению с другими известными фоточувствительными элементами. Результирующее короткое время экспозиции делает галид серебра в высшей степени подходящим для голографических применений, в которых вредные вибрации могут сильно влиять на качество голограмм. Путем сохранения коротких по длительности времен экспозиции для заданного лазерного источника удается минимизировать влияние вибраций.
Как уже также обсуждалось ранее, голограмма, соответствующая каждому из множества срезов данных, последовательно кодируется на пленку 319. После того, как каждый срез, входящий в конкретный комплект данных, записан на пленку, пленка вынимается из камерного блока 300 для обработки. Перед тем, как детально обсудить конкретные операции обработки, полезно рассмотреть фотографическую функцию кристаллов галида серебра.
В обычной фотографии, такой как амплитудная голография, кристалл галида серебра, который экспонирован уровнем пороговой энергии в течение порогового времени экспозиции, становится латентным зерном галида серебра. При последующем погружении в проявитель, латентные зерна галида серебра преобразуются в кристаллы серебра. В этом отношении важно отметить, что отдельное зерно галида серебра несет только двоичные данные; оно может быть либо преобразовано в кристалл серебра, либо остаться зерном галида серебра в течение всего процесса. В зависимости от использованной техники обработки, зерно галида серебра может в конечном счете соответствовать темному району, а кристалл серебра - светлому району, или наоборот. В любом случае, определенное зерно галида серебра либо преобразуется в серебро, либо остается неизменным и, следовательно, оно находится в состоянии "включено" (логический высокий уровень) или "выключено" (логический низкий уровень) в конечном продукте.
В обычной фотографической практике, так же как и при амплитудной голографии, экспонированная пленка погружается в проявляющий раствор (проявитель), который преобразует латентные зерна галида серебра в кристаллы серебра, но который имеет пренебрежимое воздействие на неэкспонированные зерна галида серебра. Затем проявленная пленка погружается в фиксатор, который удаляет неэкспонированные зерна галида серебра, оставляя чистую эмульсию в неэкспонированных районах пленки, и кристаллы серебра в эмульсии в экспонированных областях пленки. Для специалистов в данной области ясно, что преобразованные кристаллы серебра имеют, однако, черный вид и, следовательно, стремятся поглотить рассеянный свет, что ухудшает эффективность результирующей голограммы.
В фазовой голографии, с другой стороны, экспонированная пленка отбеливается для удаления непрозрачного преобразованного серебра, при оставлении в нетронутом состоянии неэкспонированных зерен галида серебра. Таким образом, после отбеливания, пленка содержит области чистой желатиновой эмульсии, не содержащие ни серебра, ни галида серебра (соответствующие экспонированным областям), и области желатиновой эмульсии, содержащей галид серебра (соответствующие неэкспонированным областям). В фазовой голографии учитывается, среди прочего, тот факт, что содержащий серебро желатин имеет коэффициент преломления, который очень сильно отличается от коэффициента преломления чистого желатина и, следовательно, будет производить дифракцию проходящего (через пленку) света соответственно отличающимся образом.
Результирующая отбеленная пленка содержит таким образом картины полос, содержащие чередующиеся линии с высоким и низким коэффициентами преломления. Однако ни один из фотоматериалов не содержит непрозрачных кристаллов серебра, так что только незначительное количество света, использованное для воспроизведения голограммы, поглощается голограммой, в отличие от амплитудной голографической техники, в которой непрозрачные кристаллы серебра поглощают или рассеивают значительное количество света.
Более конкретно, в настоящем изобретении предусматривается схема обработки пленки, состоящая из шести стадий (операций), например, осуществляемая при помощи фотопроцессора Hope RA2016V, изготовленного фирмой Хоуп Индастрис, Уиллоу Гров, штат Пенсильвания (США).
Во время стадии I пленка проявляется в водном растворе проявителя для преобразования зерен латентного галида серебра в кристаллы серебра, который (раствор) может быть приготовлен смешиванием дистиллированной воды (например, 1800 мл), аскорбиновой кислоты (например, 30,0 г), карбоната натрия (например, 40,0 г), гидроокиси натрия (например, 12,0 г), бромида натрия (например, 1,9 г), фенидона (например, 0,6 г), для получения в результате 2 литров проявляющего раствора.
Во время стадии 2 пленка промывается для прекращения процесса проявления стадии I.
На стадии 3 пленка погружается в 8 литров отбеливающего раствора, содержащего дистиллированную воду (например, 7200,0 мл), дихромат натрия (например, 19,0 г) и серную кислоту (например, 24, 0 мл). На стадии 3 из эмульсии удаляются проявленные кристаллы серебра.
На стадии 4 производится промывка пленки для удаления отбеливателя стадии 3.
На стадии 5 пленка погружается в 1 литр раствора стабилизатора, содержащего дистиллированную воду (50, 0 мл), иодид калия (2,5 г) и Кодак PHOTO-FLO (5,0 мл). На стадии стабилизации происходит снижение светочувствительности оставшихся зерен галида серебра для усиления долговременной стабильности в условиях последующего экспонирования.
На стадии 6 пленка сушится при помощи горячего воздуха. Стадия 6 преимущественно осуществляется при 100 градусов по Фарингейту (37, 8 градуса Цельсия); стадии 1 и 3 осуществляются при 86 градусах по Фарингейту (при 30 градусах Цельсия); остальные стадии осуществляются при окружающей температуре.
По завершении обработки пленки 319 полученная голограмма-оригинал может быть использована для создания одной или нескольких копий.
В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения, может быть желательно создать копию голограммы-оригинала и воспроизводить эту копию при наблюдении голограммы вместо непосредственного воспроизведения и наблюдения голограммы-оригинала. На фиг. 10, 10A показан коллимированный пучок PB, воспроизводящий голограмму-оригинал, причем пучок PB направлен на пленку в том же самом направлении (с того же самого направления), что и коллимированный эталонный пучок, использованный для создания голограммы (H1). Это именуется ортоскопическим восстановлением (реконструкцией). Это совместимо со схемой фиг. 3, когда срезы данных, соответствующие изображениям 1002 на фиг. 10, также освещались на пленке с той же стороны пленки, что и эталонный пучок. Однако при рассмотрении наблюдателем 1004 восстановленные изображения появятся на противоположной от наблюдателя стороне пленки. Хотя восстановленные изображения 1002 находятся не точно позади голограммы H1, они будут выглядеть так, будто они там находятся, точно так же, как наблюдаемый объект, расположенный перед зеркалом, кажется находящимся позади зеркала.
На фиг. 10B голограмма H1 инвертирована (повернута) и вновь воспроизведена пучком воспроизведения PB. При такой конфигурации, известной как псевдоскопическая реконструкция, изображение 1002 будет казаться наблюдателю находящимся между наблюдателем и воспроизводимой пленкой. Когда произведено копирование голограммы-оригинала H1 с использованием блока копирования 900, псевдоскопическая реконструкция, объясненная на фиг. 10B, в основном реконструируется (восстанавливается), в том случае, когда голограмма-оригинал, показанная как H1, и голографическая пленка, соответствующая голограмме-копии, установлены в плоскости P между изображениями 1002. В показанном на фиг. 10B построении пленка-копия (плоскость P) показана установленной между изображениями 1002, что позволяет получить голограмму-копию, которая при воспроизведении будет казаться имеющей половину трехмерного изображения, проецируемую вперед от пленки, и половину трехмерного изображения, проецируемую назад (позади) от пленки. Однако, в соответствии с альтернативным вариантом осуществления настоящего изобретения, блок копирования может быть построен таким образом, что плоскость P может занимать любое положение относительно комплекта данных, так что соответствующие части трехмерного изображения могут простираться вне плоскости, в которой установлена пленка, и входит в эту плоскость (быть в ней).
БЛОК КОПИРОВАНИЯ
Показанный на фиг. 9 блок копирования 900 установлен на столе 904 в том же камерном блоке 3, в котором установлен стол 304, показанный на фиг. 3. Блок копирования 900 содержит лазерный источник 824, соответствующие зеркала 810, 812, 820 и 850, кубик расщепления пучка 818, клапанную пластину 816, соответствующие расширители пучка 813 и 821, соответствующие коллиматорные линзы 830 и 832, держатель голограммы-оригинала 834 с соответствующими ножками 836A и 836B, и держатель копии пленки 838, имеющий фронтальную поверхность 840, предназначенную для удержания на месте подложки Н2 копии пленки.
Держатель пленки 838 и, если желательно, соответствующие держатели пленки 834 и 318 оборудованы вакуумными приспособлениями, например, вакуумной линией 842 для создания вакуума между пленкой и пленочным держателем для удержания таким образом пленки на месте. За счет обеспечения тесного контакта между пленкой и ее держателем могут быть в основном устранены влияния вибраций и другие ложные движения пленки, которые могут отрицательно влиять на картины интерференционных полос, записанные на пленке.
Держатели пленки 838 и 318 предпочтительно содержат непрозрачную, неотражающую (например, черную) поверхность для минимизации нежелательного отражения от них света. Держатель пленки 834, с другой стороны, обязательно содержит прозрачную поверхность, ввиду того, что объектный пучок должен проходить через него по пути к держателю пленки 838. Соответственно, непрозрачные держатели пленки, если это желательно, могут иметь вакуумную поверхность для того, чтобы установленная пленка надежно удерживалась вакуумом по всей ее поверхности. Держатель пленки 834, с другой стороны, который является прозрачным, содержит канал по периметру, в котором при помощи вакуума по периметру удерживается пленка. Стекло или другая прозрачная поверхность может быть установлена по периметру канала, причем валик может использоваться для удаления любого воздуха, имеющегося между пленкой и поверхностью стекла.
Несмотря на то, что в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения используется описанная вакуумная техника удержания пленки, любой подходящий механизм удержания пленки может быть соответствующим образом использован в контексте настоящего изобретения, включая использование: электростатического держателя пленки; пары пластин, между которыми вставлена пленка; любого подходящего механизма для закрепления пленки по ее периметру с созданием натяжения ее поверхности: или с использованием воздухонепроницаемой ячейки, в которой сжатый воздух может использоваться для прижатия пленки к поверхности воздухонепроницаемой камеры, причем такая камера дополнительно содержит выпускное отверстие (стравливатель), расположенное на поверхности ячейки напротив удерживаемой пленки, из которого может выходить сжатый воздух.
Показанный на фиг. 9 лазерный источник 834 аналогичен лазеру 302 и создает лазерное излучение с той же длиной волны, что и использованная для создания голограммы-оригинала (например, 514,5 нм). В альтернативном варианте лазерный источник для создания копии может использовать другую, однако определенную, длину волны света, с тем условием, что угол, под которым эталонный источник освещает пленку H1, будет изменен в соответствии с этой длиной волны. Специалисты поймут, что длина волны (λ) освещающего голограмму H1 эталонного пучка пропорциональна синусу угла падения, то есть λ = К sin Θ. Более того, путем изменении параметров процесса обработки пленки для создания усадки или разбухания эмульсии, может производиться дополнительная регулировка соотношения между длиной волны и углом падения в соответствии с соотношением между углом падения и длиной волны эталонного пучка.
Пучок источника 825 от лазера 824 отражается зеркалом 812 через клапанную пластину 816 и в кубик 818. Переменная клапанная пластина (с переменной длиной волны) 816 и кубик 818 функционируют аналогично блоку расщепления пучка 310, обсужденному ранее со ссылкой на фиг. 3. Действительно, в преимущественном варианте осуществления настоящего изобретения, блок расщепления пучка, который практически идентичен расщепителю пучка 310, использован в системе копирования 900 вместо клапанной пластины 816 и кубика 818; однако, из соображений ясности изложения, устройство расщепления пучка на фиг. 9 схематически изображено в виде кубика 818 и клапанной пластины 816.
Кубик расщепления пучка 818 расщепляет пучок источника 825 на S-поляризованный объектный пучок 806 и P-поляризованный эталонный пучок 852. Объектный пучок 806 проходит через клапанную пластину 814, которая преобразует пучок 806 в P-поляризованный пучок, который затем проходит через блок расширителя пучка 813, содержащий точечную диафрагму (не показана); эталонный пучок 852 проходит через аналогичный расширитель пучка 821. Узлы расширения соответствующих пучков 813 и 821 аналогичны по построению и функциям узлу 314, обсужденному выше со ссылкой на фиг. 3.
Объектный пучок 806 выходит из расширителя пучка 813 в виде расходящегося пучка, который отражается зеркалом 850 и коллимируется линзой 832. Эталонный пучок 852 отражается зеркалом 820 и коллимируется линзой 830. Следует отметить, что виртуальные пучки 802 и 856 не существуют в действительности, а просто показаны на фиг. 9 для указания возможного источника, соответственно, объектного и эталонного пучков. Следует отметить, что оба пучка, объектный пучок 806 и эталонный пучок 852, полностью P-поляризованы.
Голограмма-оригинал, созданная при помощи камерного блока 300, как описано ранее, установлена в прозрачном держателе пленки 834 и показана на фиг. 9 как H1. Вторая пленка Н2, идентичная по структуре пленочной подложке 319 ранее ее экспонирования, помещена в держатель пленки 838. Объектный пучок 806 входит в голограмму-оригинал Н1 под углом Брюстера для пленки Н1 (около 56 градусов).
Пленочная подложка Н2 записывает картину стоячих волн, созданную объектным пучком 806 и эталонным пучком 852, аналогично описанному выше для пленки 319 при ссылке на фиг. 3 и 4. Более конкретно, множество изображений, соответствующих каждому срезу данных в комплекте данных, одновременно записываются на пленке Н2. Производится точная запись на пленку Н2 амплитудной и фазовой информации, соответствующей каждому срезу данных, так как эта амплитудная и фазовая информация существуют в плоскости пленки Н2. При последующем воспроизведении голограммы-копии Н2, как это обсуждается далее более подробно, изображение, соответствующее каждому срезу данных, с ненарушенной амплитудной и фазовой информацией, точно воссоздает трехмерную физическую систему, определенную комплектом данных.
Следует иметь в виду, что коллиматорные линзы большого диаметра, такие как коллиматорная линза 316 объектного пучка (фиг. 3) являются достаточно дорогими. Несмотря на то, что в соответствии с показанным на чертежах вариантом осуществления изобретения желательно использовать коллимированный эталонный пучок и коллимированый объектный пучок, в контексте альтернативного варианта осуществления изобретения можно отказаться от одной или двух коллиматорных линз в эталонном и объектном пучке.
Более конкретно, расходящийся эталонный и/или объектный пучок может быть использован в альтернативном варианте настоящего изобретения в отличие от двух коллимированных эталонного и объектного пучков. Однако известно, что использование таких расходящихся пучков может приводить к искажению изображений в плоскости пленки. Однако природа и степень воздействия таких искажений могут быть точно смоделированы и количественно оценены. В этой связи см. статью Эдвина Чемпейна в Журнале Оптического Общества США, январь 1967 г.
В частности, путем оценки (вычисления) степени искажения изображения в плоскости пленки при использовании одного или более расходящихся пучков, можно математически произвести корректировку данных в срезе данных для компенсации такого искажения. Указанным образом может быть получено надлежащим образом реконструированное изображение на поверхности пленки, несмотря на использование неколлимированного эталонного и/или объектного пучков.
Автор настоящего изобретения нашел (применительно к фиг. 9), что эмульсия на пленке для изготовления голограммы в соответствии с настоящим изобретением, может претерпевать небольшие изменения объема в процессе обработки пленки. В частности, эмульсия может иметь усадку или расширение порядка 1% или более, в зависимости от конкретных химических реактивов, использованных при обработке подложки.
Несмотря на то, что такая усадка или расширение имеют незначительное влияние на голограмму-оригинал, это влияние может усиливаться для голограммы-копии. Например, 1% усадка для типичной голограммы размером, например, 10 сантиметров, может быть незаметна для наблюдателя. Однако при копировании голограммы-оригинала (H1) в голограмму-копию (Н2) 1% изменение голограммы-оригинала H1 может проявляться как 1% изменение расстояния между держателями 834 и 838, причем это расстояние обычно намного больше действительного размера голограммы. В самом деле, при расстоянии 14 1/2 дюйма между держателем 834 голограммы-оригинала и держателем 838 голограммы-копии, 1% усадка подложки голограммы H1 может приводить к смещению голограммы-копии из плоскости пленки ориентировочно на 5 миллиметров.
Для корректировки такой усадки/расширения и для обеспечения таким образом точного соответствия положения держателя 838 голограммы-копии Н2 в плоскости пленки голограммы, должно быть соответствующим образом установлено расстояние между держателем 834 голограммы-оригинала и держателем 838 голограммы-копии. В частности, если эмульсия, содержащая голограмму-оригинал H1, имеет усадку, например, на 1%, то расстояние между держателем 834 голограммы-оригинала и держателем 838 голограммы-копии должно быть соответствующим образом уменьшено приблизительно на 1%. Аналогично, если во время обработки произошло расширение эмульсии, содержащей голограмму-оригинал, то указанное расстояние должно быть увеличено.
Более того, расстояние между держателем 834 голограммы-оригинала и держателем 838 голограммы-копии может быть также изменено таким образом, что держатель голограммы-копии врезается (устанавливается) в любое желательное положение в голограмме. В частности, зачастую желательно, чтобы голограмма-копия охватывала плоскость пленки, то есть чтобы приблизительно половина голографического изображения проецировалась вперед от наблюдательного экрана, а вторая половина голограммы проецировалась назад от экрана пленки, что достигается изменением расстояния между держателем 834 голограммы-оригинала и держателем 838 голограммы-копии, причем любая желательная часть голограммы может быть расположена перед плоскостью пленки или позади нее, если это желательно.
В обсуждаемом здесь предпочтительном варианте осуществления изобретения, голограммы-оригиналы H1 создаются в камерном блоке 300, а голограммы-копии Н2 создаются в блоке копирования 900. В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения эти две системы могут быть соответствующим образом объединены. Например, держатель пленки 318 фиг. 3 может быть заменен держателем пленки 834 фиг. 9, при этом последующий держатель пленки Н2 располагают таким образом, что объектный пучок передается через держатель пленки 834 на новый держатель пленки Н2. При таком построении соотношения между держателями пленки H1 и Н2 (фиг. 9) будут в основном воспроизведены в гибридной системе. Для завершения ансамбля дополнительный эталонный пучок поступает на новый держатель пленки Н2 под углом Брюстера. При изменении указанным образом полученная система может эффективно создавать голограммы-оригиналы и голограммы-копии в одном и том же устройстве. Более конкретно, голограмма-оригинал создается описанным со ссылкой на фиг. 3 образом, а вместо использования отдельного устройства копирования, голограмма-оригинал может быть просто извлечена из ее держателя пленки, повернута и использована для создания голограммы-копии. Естественно, исходный объектный пучок должен быть шунтирован и заменен вновь добавленным эталонным пучком, освещающим вновь добавленный держатель пленки Н2.
В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения, в котором голограммы-оригиналы могут создаваться в основном в соответствии с описанной методикой, голограммы-копии могут быть созданы в соответствии с методом, известным как контактное копирование. В этом случае голограмма-оригинал H1 может быть введена в тесный контакт с соответствующим листом пленки, причем к ней прикладывается эталонный пучок, как это известно в контексте создания копий обычных голограмм.
Как обсуждалось ранее, голограмма-оригинал (H1), полученная в соответствии с показанным на чертежах вариантом, приводит к созданию голограммы не в плоскости изображения; описанный здесь блок копирования затем может быть использован для выработки из голограммы-оригинала другой голограммы (Н2) в плоскости изображения. Альтернативно, различные устройства и технологии могут быть использованы для создания голограммы в плоскости изображения в ходе единственной операции.
Более конкретно и со ссылкой на фиг. 3, в соответствии с предпочтительным вариантом, изображения, соответствующие срезам, проецируются с экрана 472 на держатель пленки 319 при различном расстоянии, в диапазоне, например, 14 дюймов. Альтернативно, проекционный блок может быть сдвинут ближе к подложке, так что некоторые из срезов данных (например, половина из них) проецируются на одной стороне пленки, и, после переворота пленки (и вращения на 180 градусов), остальные срезы проецируются на другой стороне пленки. Указанным образом теоретически может быть получена голограмма в плоскости изображения. Однако становится затруднительно приложить эталонный пучок под желательным эталонным углом (например, углом Брюстера) к подложке по причине близости блока проекции к плоскости пленки.
Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 12, на которой рассеивающий экран 1202 может быть преимущественно расположен очень близко к пленке 319, при этом объектный пучок 1204, поступающий на входную сторону экрана 1202, расссеивается на пленке. В соответствии с показанным на фиг. 12 построением, рассеиватель 1202 является преимущественно анизотропным; это означает, что экран 1202 работает как рассеиватель при поступлении на него объектного пучка 1204, но этот же экран позволяет проходить через него эталонному пучку 1206 без изменения (как через прозрачное тело). Подобный селективный по углу рассеиватель может быть изготовлен в виде голографического оптического элемента, который функционирует подобно рассеивателю для объектного пучка и представляет собой прозрачное окно по отношению к эталонному пучку.
Путем надлежащего выбора характеристик и расположения линз изображение на проекционном экране (то есть на рассеивателе 472) может быть сфокусировано на пленке 319. Путем перемещения проекционного блока вдоль блока канала 334, за счет чего меняется расстояние между рассеивающим экраном/блоком линз и плоскостью пленки, может быть сохранено относительное положение срезов данных в комплекте данных. Однако изображение конкретного среза совсем не обязательно будет фокусироваться в плоскости пленочной подложки; скорее изображение каждого среза будет сфокусировано в точке лицевой стороны или позади пленочной подложки, в соответствии с относительным положением конкретного среза данных в комплекте данных. Однако, так как пленочная подложка будет улавливать информацию, касающуюся как фазы, так и амплитуды для каждого среза, то надлежащим образом позиционированное и сфокусированное изображение будет получено для каждого среза данных при воспроизведении готовой голограммы. Более того, за счет надлежащего выбора характеристик указанных выше линз в ходе единственной операции может быть получена голограмма в плоскости изображения.
В соответствии с дальнейшим альтернативным вариантом, для уменьшения размера, веса и стоимости такой проекционной оптики может использоваться ГОЭ.
Более конкретно, такие линзы ГОЭ могут быть сделаны путем создания голограммы точечного источника света, например, сферического облучающего точечного источника. При воспроизведении линзы ГОЭ свет на выходе ГОЭ будет сходиться в точечный источник, что позволяет эффективно сфокусировать свет параллельного пучка в точку. При этом линзы ГОЭ работают оптически эквивалентно обычным стеклянным линзам.
Как обсуждалось ранее, в настоящем изобретении предусматривается для комплекта данных, содержащего N срезов, производить запись N индивидуальных, относительно слабых голограмм на единственной пленочной подложке. В первом приближении, каждый из N срезов будет потреблять (преобразовывать) приблизительно 1/N имеющихся зерен галида серебра, которые поглощаются во время экспонирования.
В начальной точке, общее количество фоточувствительных элементов в пленочной подложке может быть связано при последующем экспонировании пленки, известным фотографическим образом, с известной интенсивностью (силой) света и кривой преобразования, в функции приложенной энергии (интенсивности, умноженной на время), в зависимости от степени преобразования зерен галида серебра в зерна (кристаллы) серебра. В различные временные интервалы степень образования вуали на пленке, то есть степень, на которую зерна галида серебра преобразованы в зерна серебра, измерена простым экспонированием пленки пучком известной интенсивности, проявлением пленки и измерением количества света, который проходит через пленку в функции падающего света. Хотя типичная кривая HD нелинейная, она тем не менее может быть использована в контексте настоящего изобретения для оценки различных уровней вуали в функции приложенной энергии.
В соответствии с настоящим изобретением, кривая HD для конкретной пленки (обычно представляемая изготовителем пленки) может быть использована для определения количества света, выраженного в микроджоулях на квадратный сантиметр, для осуществления предварительного создания определенного уровня вуали на пленке, например, уровня 10% общей способности пленки к образованию вуали, которая определена по кривой HD. После предварительного вуалирования пленки на известную величину, на пленке записывается очень слабая голограмма плоской решетки и замеряется дифракционная эффективность решетки. После этого производится предварительное вуалирование до более высокого уровня различных образцов пленки из того же самого пленочного набора, например, до уровня 20% общей способности к образованию вуали, определенной по кривой HD, и та же самая голограмма накладывается на вуалированную пленку. Опять производится измерение дифракционной эффективности слабой голограммы, и процесс повторяется для различных уровней вуали. Дифракционная эффективность решетки для каждого уровня вуали должна быть в основном функцией уровня предварительного вуалирования, ввиду того, что предварительное вуалирование носит полностью случайный характер и никоим образом не создает картин полос.
Для конкретного пленочного набора способность к экспонированию (площадь под кривой) является эффективной характеристикой для оценки способности пленки к проведению множества экспонирований голограмм. Для комплекта данных, содержащего N срезов, полная способность к экспонированию (площадь под кривой) может быть условно разделена на N равных частей, так что каждый срез данных может потреблять 1/N полной энергии под кривой. Учитывая, что энергия для отдельного среза равна произведению интенсивности падающего света на время экспозиции, и учитывая также, что интенсивность падающего света (например, объектного пучка) определена для каждого среза способом, описанным ниже в связи с определением отношения пучков, можно легко определить время экспозиции для каждого среза.
В соответствии со следующим аспектом изобретения, каждый набор пленок может быть закодирован данными, соответствующими его полной способности к экспонированию и/или его дифракционной инкрементальной эффективности. Аналогично, большинство 35 мм пленок кодируется (сопровождается) определенной информацией, касающейся пленки, например, данными, связанными с характеристиками экспонирования пленки. Аналогичным образом, информация, относящаяся к кривой дифракционной эффективности, может быть приложена к каждому образцу голографической пленки, предназначенной для использования в соответствии с настоящим изобретением, например, напечатана на пленке или вложена в упаковку пленки. Компьютер (не показан), использованный для управления камерным блоком 300, может быть запрограммирован для считывания напечатанной на пленке информации и для ее последующего использования описанным выше образом для подсчета времени экспозиции для каждого среза данных.
Как указывалось ранее, отношение интенсивностей эталонного и объектного пучков в плоскости пленки известно как отношение пучков. В известных голографических техниках стремятся определить отношение пучков без ссылки на состояние поляризации; однако альтернативное определение этого отношения, в особенности в контексте некоторых аспектов настоящего изобретения, предусматривает определение относительных интенсивностей эталонного и объектного пучков (в плоскости пленки), находящихся в определенном общем поляризационном состоянии, то есть либо в общем состоянии P-поляризации, либо в общем состоянии S-поляризации. Более того, интенсивность пучка, использованная в целях определения отношения пучков, может быть альтернативно определена в терминах любой другой желательной характеристики или качества пучка.
Интенсивность пучка может детектироваться (измеряться) на поверхности пленки с использованием фотодиода. В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения, один или несколько фотодиодов могут быть установлены в соответствующем месте в оборудовании, содержащем камерную систему 300, например, в держателе пленки 319. При этом подобный фотодиод может быть установлен, например, по периметру держателя пленки (по бокам пленки), или в самом держателе пленки, позади прозрачной пленки. Альтернативно, один или несколько фотодиодов могут быть установлены на рукоятках или аналогичных рычажных механизмах, которые могут избирательно по желанию вдвигаться или выдвигаться из тракта пучка.
Для объяснения роли отношения пучков в настоящем изобретении, полезно указать, что голография может быть подразделена на воспроизводящую голографию, в которой голограмма предназначена для показа трехмерного изображения выбранного объекта, и на голографические оптические элементы (ГОЭ), в которых производится запись на пленке основной картины голографических полос, и которые поэтому функционируют в качестве оптического элемента, имеющего строго определенные свойства, например, свойства линзы, зеркала, призмы и т. п.
ГОЭ образуются при помощи простых направленных пучков, ведущих к созданию простых повторяющихся картин полос, имеющих тенденцию к подавлению слабых вторичных полос, которые образуются также рассеянным или отраженным светом в эмульсии. Так как в первом приближении вторичные картины полос обычно игнорируются, то обычная голографическая теория утверждает, что для достижения самой сильной интерференции между двумя пучками должно быть использовано отношение пучков, равное единице.
В воспроизводящей голографии, с другой стороны, в то время как эталонный пучок все еще остается простым направленным пучком, объектный пучок может быть чрезвычайно сложным и иметь изменения интенсивности и направления, накладываемые объектом. Дополнительно, объекты обычно имеют определенное число ярких пятен, которые производят диффузию света при очень высоких интенсивностях.
Результирующая картина полос является чрезвычайно сложной, не имеющей простой связи с подлежащим записи объектом. Более того, яркие пятна на объекте действуют подобно вторичным эталонным пучкам, создавая нежелательные картины полос при их взаимодействии с эталонным пучком и друг с другом, в результате чего получают множество наборов шумовых полос, существенно сокращающих относительную силу картины первичных полос. Результирующий "интермодуляционный" шум (часто именуемый шумом с собственным эталоном) вызывает неприемлемую потерю качества изображения, если его не устранять.
Обычная голографическая теория утверждает, что интермодуляционный шум может быть подавлен увеличением относительной силы эталонного пучка по сравнению с объектным пучком, за счет выбора отношения пучков в пределах от 3 до 30, а обычно от 5 до 8. Это приводит к образованию сильных первичных полос и в значительной степени уменьшает вторичные полосы (интермодуляционный шум). Таким образом, существующие голографические техники подсказывают, что в контексте воспроизводящей голографии, отношение пучков выше единицы и преимущественно в диапазоне 5-8 существенно уменьшает интермодуляционный шум.
Дифракционная эффективность голограммы, то есть насколько яркой представляется (кажется) голограмма наблюдателю, также имеет максимум при отношении пучков, равном единице. Если отношение пучков превышает единицу, то дифракционная эффективность падает, что приводит к получению менее ярких голограмм при воспроизведении. Известная голографическая теория, однако, утверждает, что так как интермодуляционный шум падает быстрее дифракционной эффективности при увеличении отношения пучков, то отношение пучков в пределах 5-8 минимизирует интермодуляционный шум (то есть позволяет получить высокое отношение сигнал-шум), позволяя в то же самое время создавать голограммы с разумной дифракционной эффективностью.
В контексте настоящего изобретения, используется очень низкое отношение эталонного пучка к объектному, например, порядка 3:1, и в особенности порядка единицы, что приводит к получению оптимальной (то есть максимальной) дифракционной эффективности для каждой голограммы, связанной с каждым срезом данных в определенном комплекте данных. В контексте настоящего изобретения, однако, интермодуляционный шум (теоретически максимальный при единичном отношении пучков) не создает значительных проблем, сравнимых с проблемами обычной воспроизводящей голографии. Более конкретно, следует вспомнить, что в обычной голографии интермодуляционный шум возникает, среди прочего, от ярких пятен на объекте. В настоящем изобретении "объект" соответствует двухмерному обрезанному гамма-корректированному (что обсуждается далее) срезу данных. Таким образом, по самой природе данных, использованных в контексте настоящего изобретения, получают низкий интермодуляционный шум, что позволяет использовать единичное отношение пучков и получить изображения с максимумом дифракционной эффективности и очень высоким отношением сигнал/шум.
Более того, выбор отношения пучков, близкого к единице или равного единице для каждого среза в комплекте данных, может производиться быстро и эффективно в контексте преимущественного варианта осуществления настоящего изобретения.
Более конкретно, переменная клапанная пластина 404 может быть откалибрована при помощи фотодиода, установленного в тракт прохождения эталонного пучка вблизи пленки 319, при одновременном шунтировании объектного пучка. По мере того, как приложенное к клапанной пластине 404 напряжение возрастает с заданными приращениями от нуля до максимальной величины, производят измерения интенсивности эталонного пучка в функции приложенного напряжения. Так как интенсивность эталонного пучка плюс интенсивность объектного пучка (перед установкой среза данных в объектный пучок) приблизительно равна интенсивности их общего пучка, исходящего из лазерного источника, причем интенсивность общего пучка источника может быть легко определена, то также легко может быть получена (выведена) интенсивность чистого объектного пучка в функции напряжения, приложенного к клапанной пластине 404. Остается определить надлежащее входное напряжение клапанной пластины 404 для получения единичного отношения пучков для конкретного среза.
На фундаментальном уровне, каждый срез данных содержит известное число "элементов изображения" (хотя это и не совсем точно после прохождения через блок формирования изображения 328), причем каждый элемент изображения имеет известное значение уровня серого. Таким образом, каждому срезу данных может быть присвоено определенное значение яркости, например, в процентах чистого белого. Таким образом, конкретный уровень напряжения, необходимый для получения единичного отношения пучков для определенного среза данных, имеющего известное значение яркости, может быть определен выбором единственного значения напряжения, соответствующего значению интенсивности чистого объектного пучка, которое, после умножения на значение яркости, равно значению интенсивности эталонного пучка для этого же уровня напряжения. Это вычисление может быть просто и эффективно произведено при помощи обычного компьютера, запрограммированного в соответствии с установленным здесь соотношением.
Соответственно, каждый срез данных объединен (связан) с величиной напряжения, соответствующей входному напряжению на клапанной пластине 404, необходимому для достижения единичного отношения пучков.
Со ссылкой на фиг. 6A можно указать, что по мере удаления рассеивающего экрана от пленочной подложки распределение интенсивности объектного пучка на пленочной подложке становится более однородным. Обратным образом, при приближении рассеивающего экрана все ближе и ближе к подложке неоднородность распределения объектного пучка на пленочной подложке возрастает, при этом могут наблюдаться локальные области высокой интенсивности и низкой интенсивности в функции определенных данных, которые содержатся в объектном пучке, несмотря на наличие равномерных рассеивателей высокого качества.
Для усиления контроля отношения пучков на поверхности пленки, может быть желательно производить модулирование распределением интенсивности (амплитуды) эталонного пучка, чтобы более точно соответствовать распределению интенсивности объектного пучка на поверхности пленки. Улучшенный контроль отношения пучков на поверхности пленки особенно важен при производстве копии (Н2), однако он может быть также полезен, хотя и в меньшей степени, в контексте получения голограммы-оригинала (H1).
На первом уровне аппроксимирования, распределение интенсивности эталонного пучка по поперечному сечению этого пучка может быть представлено гауссовским распределением (см., например, фиг. 5). Таким образом, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, эталонный пучок на поверхности пленки может иметь главным образом гауссовское распределение интенсивности, при этом отличающееся отношение пучков может наблюдаться скорее ближе к центру пленки, чем на внешних ее краях.
Указанное может быть скорректировано при аппроксимации первого уровня, путем введения фильтра (не показан) в эталонный пучок, причем такой фильтр должен уплощать гауссовское распределение интенсивности в пределах поперечного сечения эталонного пучка. В частности, такой фильтр может быть спроектирован так, чтобы минимально подавлять (например, поглощать, рассеивать или направлять по иному направлению) пучок на внешних краях пленки, и более существенно подавлять пучок вблизи от центра пленки. Указанным образом на поверхности пленки может быть получено главным образом однородное распределение интенсивности эталонного пучка, что приводит к более однородному отношению пучков на поверхности пленки.
В соответствии с альтернативным вариантом осуществления, распределение интенсивности эталонного пучка может быть смоделировано за счет использования SLM или аналогичного устройства, встроенного в эталонный пучок. Распределение интенсивности в пределах объектного пучка на поверхности пленки может быть также измерено или вычислено любым известным образом, например, при помощи видеокамеры или при использовании другого фотовольтаического или фотооптического измерения уровня яркости объектного пучка в различных точках на поверхности пленки. После вычисления распределения интенсивности объектного пучка на поверхности пленки, эта информация может быть направлена на SLM в эталонном пучке, так что SLM будет модулировать эталонный пучок в соответствии с распределением интенсивности объектного пучка в плоскости пленки. Это позволяет существенно улучшить контроль по локализованному отношению пучков вдоль поверхности пленки.
Альтернативно, проекционная оптика эталонного пучка может быть построена таким образом, чтобы расширять поперечное сечение пучка и обрезать периметр пучка с относительно низкой интенсивностью, например, электронным, оптическим или механическим образом, маскируя внешние края пучка и оставляя расширенный участок высокой интенсивности посредине пучка нетронутым.
В другом альтернативном варианте, ЖКИ устройство, SLM устройство или другое аналогично работающее устройство может быть встроено в эталонный пучок, причем такое устройство должно быть построено таким образом, чтобы компенсировать гауссовское или иное распределение интенсивности эталонного пучка, например, затемняя ЖКИ в средине и освещая его по краям (при движении по радиусу), или иным образом уплощая распределение интенсивности эталонного пучка. При этом SLM может иметь характеристики, позволяющие ему работать как фильтру-аподизатору. В качестве дальнейшей альтернативы, в эталонный пучок может быть встроен стеклянный фильтр, который темнее в средине, чем на краях; этот фильтр может использоваться изолированно или в сочетании с SLM для управления распределением интенсивности эталонного пучка.
В еще одном альтернативном варианте, манипулирование распределением интенсивности эталонного пучка может производиться оптически, например, за счет использования линз или комплектов линз для изменения направления участков эталонного пучка, с целью достижения главным образом однородного распределения интенсивности в поперечном сечении пучка.
В следующем альтернативном варианте, распределение интенсивности объектного пучка на поверхности пленки может быть вычислено на базе различных физических и оптических параметров, объединенных с голографической камерой и/или блоком копирования.
Более конкретно, для заданного среза данных, приложенного к рассеивающему экрану 472, распределение интенсивности на входе экрана 472 может быть получено в виде функции данных среза и параметров оптики, использованной для проецирования изображения на экран 472. В сочетании с этим, с учетом, среди прочего, известных оптических свойств рассеивающего экрана 472, расстояния между рассеивателем и плоскостью пленки, а также оптических свойств любого поляризатора или другого элемента, использованного в проекционной оптике, может быть обычным образом подсчитано распределение интенсивности в плоскости пленки, по меньшей мере с разумной степенью приближения.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, каждый срез данных в комплекте данных может быть приготовлен в соответствии с установленной ранее процедурой отсечения. В частности, блок формирования изображения 328 создает изображение, содержащее различные яркостные уровни (уровни серого) в соответствии с величинами данных, приложенных к ЭЛТ 444. Однако известно, что обычные ЭЛТ и обычные световые клапаны не обязательно проецируют изображения, имеющие уровни яркости, которые линейно соответствуют данным изображения. Более того, человеческая перцепция уровней серого не обязательно является линейной. Например, если изображение, имеющее произвольное значение яркости, равное 100, может выглядеть в два раза более ярким по сравнению с изображением, имеющим значение яркости 50, то может потребоваться уровень яркости 200 для того, чтобы изображение выглядело вдвое более ярким по сравнению с изображением, имеющим величину яркости 100.
Так как визуальная система человека обычно воспринимает яркость как экспоненциальную функцию, а ЭЛТ и световые клапаны создают изображения с яркостями, которые не являются ни линейными, ни экспоненциальными по отношению к уровням данных, создающих изображения, то желательно осуществлять гамма-коррекцию срезов данных после их отсечения, то есть после того, как произведена их грубая регулировка по уровням яркости и контраста. За счет гамма-коррекции данных после осуществления отсечения можно получить равномерное распределение действительно наблюдаемых уровней серого в терминах их перцепциальных различий.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, создается гамма-просмотровая таблица путем воспроизведения серий определенных значений уровней серого при помощи блока формирования изображения 328. Преимущественно в выходном тракте блока формирования изображения 328 устанавливается фотодиод (не показан) для измерения действительного уровня яркости, соответствующего известной величине для среза данных. Затем производится серия измерений для различных уровней яркости, соответствующих различным величинам данных уровней серого, и строится гамма-просмотровая таблица для диапазона величин серого, содержащегося в определенном комплекте данных. В зависимости от требуемой степени точности, при помощи фотодиода может производиться измерение любого числа значений уровня серого, что позволяет произвести компьютерную интерполяцию значений уровней яркости, которые не были измерены оптически.
При использовании гамма-просмотровой таблицы данные, соответствующие каждому срезу данных, транслируются (преобразовываются) таким образом, что ступени яркости одинаковой величины для данных соответствуют визуально эквивалентным изменениям в проецируемом изображении, измеренным фотодиодом при создании просмотровой таблицы.
Более того, световой клапан 442, который использован в сочетании с клапанной пластиной 463, как это обсуждалось при ссылке на фиг. 7 и 8, обычно способен создавать самое черное изображение, которое приблизительно в 2000 раз слабее самого яркого белого изображения. Этот уровень контрастного диапазона просто не нужен в связи с тем фактом, что визуальная система человека может различать всего лишь диапазон от 50 до 100 уровней серого в пределах единственного среза данных. Таким образом, максимальное желательное соотношение контрастов (то есть отношение уровня яркости самого черного района на срезе данных и уровня яркости самого светлого района на срезе) должно предпочтительно составлять 100-200:1, что позволяет иметь гибкость на любом конце шкалы яркостей. Так как в результате контрастное отношение для конкретного среза имеет порядок одной десятой от имеющегося контрастного отношения светового клапана, то дальнейший аспект схемы гамма-коррекции, использованной в контексте настоящего изобретения, заключается в определении абсолютно черного, как имеющего уровень яркости, равный нулю. После этого производится соответствующее нахождение наиболее темных представляющих интерес районов на любом слайде, то есть наиболее темных районов, которые могут заинтересовать рентгенолога при просмотре слайда, которые будут именоваться "практически черными". Эти практически черные районы будут отмечены значениями, которые ориентировочно в 100-200 раз слабее чистого белого. Более того, любое значение ниже значения практически черного будет считаться абсолютно черным (имеющим нулевой уровень серого). Эти абсолютно черные (или сверхчерные) районы будут включать в себя все районы среза, которые темнее представляющего интерес наиболее темного района.
Дополнительная операция гамма-коррекции, используемая в настоящем изобретении, предусматривает фиксирование (ограничение) наиболее ярких величин. Специалисты знают, что обычные ЭЛТ и световые клапаны нестабильны в верхней части диапазона яркостей. Более конкретно, увеличение яркостного уровня данных, создающих изображение, в любой определенной комбинации ЭЛТ/световой клапан, выше 90% уровня яркости, может привести к получению изображения с непредсказуемыми уровнями яркости. Таким образом, может быть желательно установить верхний предел уровня яркости для комплекта данных совпадающим с определенным уровнем яркости в блоке формирования изображения 328, например, с уровнем 90% максимальной яркости, создаваемой блоком формирования изображения 328. Таким образом, чистый белый для различных срезов данных будет в действительности соответствовать уровню, который на 10% ниже теоретически достижимого в блоке формирования изображения 328, за счет чего устраняются нелинейности и другие нестабильности, связанные с оптической аппаратурой.
Наконец, если какой-то срез в основном черный или содержит ненужные данные, то он может быть полностью опущен в конечной голограмме, если этого пожелают.
Таким образом, в соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения, интенсивность объектного пучка может управляться в функции одного или нескольких факторов, включая, среди прочего, уровень напряжения, приложенный к клапанной пластине 404, распределение данных для определенного среза данных, осевое положение среза данных относительно держателя пленки, и эффекты гамма-коррекции, произведенной над данными.
Как указывалось ранее, время экспонирования для каждого среза данных может быть определено известным образом в функции от одного или нескольких параметров, в том числе желательного отношения пучков, общего числа срезов в комплекте данных и значения агрегатного уровня серого (уровня яркости) для конкретного среза данных. В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения, относительно яркие срезы требуют относительно более короткого времени экспонирования, в то время как относительно слабые (темные) срезы требуют более длительного экспонирования. Указанным образом каждый срез может поглощать соответствующую (например, пропорциональную) долю фоточувствительных элементов в пленочной эмульсии.
Относительно длительное экспонирование нежелательно по многим соображениям. Например, чем длительнее экспонирование, тем более вероятно появление ложных феноменов, которые могут вредно сказываться на качестве голограммы. Такие вредные эффекты включают в себя, среди прочего, вибрацию, дрейф интенсивности пучка или уход различных параметров проекционной оптики, уход температуры, изменение влажности, длины когерентности лазерного источника и т. п. Поэтому желательно сократить время экспонирования для относительно слабых (темных) срезов.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, предлагается уменьшить время экспонирования для некоторых или для всех срезов, содержащих определенный комплект данных, искусственным подъемом (усилением) на заранее определенную величину агрегатного уровня яркости для одного или нескольких срезов. Это удобно сделать вводом фантомных ярких элементов изображения в срез, при минимальном его повреждении.
Например, в темный район среза, удаленный от имеющих значение данных на срезе, может быть помещен астероид. Указанным образом агрегатный уровень яркости для конкретного среза может быть поднят, без воздействия на уровни яркости элементов изображения, которые содержат полезные данные, введенные в срез.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, предлагается использование указанной выше техники астероидов, при которой фантомные участки яркости могут иметь любую желательную форму или размер, однако преимущественно имеют форму в виде облака, астероида или другую случайную (то есть нерегулярную) форму. В этой связи следует указать, что использование регулярных форм с четкими контрастными краями (например, прямоугольных форм) может иметь нежелательные побочные эффекты. Например, при появлении аналогичных геометрических картин в различных срезах, могут неизбежно появляться ложные слабые или сильные полосы. Это может приводить к наложению спектров, нежелательному интермодуляционному шуму и т.п.
Как это обсуждается далее более подробно, после того, как получена композитная голограмма (голограмма-оригинал), может быть желательно получить копию голограммы-оригинала, причем эта копия должна быть голограммой в плоскости изображения. В этом контексте может быть желательно маскировать различные астероиды так, чтобы они не появлялись в плоскости изображения голограммы-копии. Это может быть осуществлено простым физическим маскированием голографических астероидов, для того, чтобы оптически их изолировать от механизма копирования. В этой связи следует указать, что маскирование голографических астероидов облегчается, если все астероиды для различных срезов в пределах комплекта данных попадают в одну и ту же плоскость, например, в плоскость держателя пленки для голограммы-копии (что обсуждается более подробно далее со ссылками на фиг. 9 и 10). Для облегчения помещения всех астероидов в одну и ту же плоскость, может быть желательно проецирование астероидов на голограмму-оригинал из фиксированного положения для всех срезов; при этом, когда блок камеры перемещается относительно плоскости пленки голограммы-оригинала в процессе производства голограммы-оригинала, может быть желательно удерживать механизм проецирования астероидов (например, поляризатор переменной интенсивности, который обсуждался ранее) в фиксированном местоположении, соответствующем плоскости пленки для Н2 (голограммы-копии), в течение времени производства голограммы-оригинала Н1.
Путем искусственного усиления уровня яркости для слабых срезов в соответствии с указанной техникой астероидов, можно сократить (что желательно) динамический диапазон яркостей для различных срезов, так что при этом диапазон времен экспонирования для различных срезов, образующих конкретный комплект данных, также может быть сокращен.
Для типичного комплекта данных может быть желательно искусственно усиливать уровень яркости только тех срезов данных, которые лежат ниже некоторого заданного порога агрегатной яркости. Альтернативно, может быть также желательно добавлять астероид в более яркие срезы (то есть срезы, имеющие более высокие уровни серого), например, для того, чтобы сохранить относительные агрегатные уровни серого для различных срезов, входящих в комплект данных, или всех срезов данных в конкретном наборе, которые слишком слабые. В этой связи следует указать, что уровень яркости каждого астероида может быть выбран так, чтобы довести каждый срез до желательного уровня серой шкалы.
Можно полагать, что путем добавления астероида к относительно слабому срезу данных можно получить более острую картину полос в пленочной подложке для определенного среза данных и, следовательно, можно добиться более высокого контрастного отношения для каждого среза данных, в результате чего можно получить более острую (четкую) композитную голограмму. Это добавление производится таким образом, что значения уровней серого для различных элементов изображения, содержащих полезные данные, остаются неискаженными. Таким образом, путем добавления астероида в слабый срез данных получают усиление картины полос для этого среза данных, хотя при этом количество света, проходящее через элементы изображения, содержащие относящиеся к делу данные, остается неизменным.
ПРОСМОТРОВОЕ УСТРОЙСТВО
Голограмма-копия Н2 может быть воспроизведена в просмотровом устройстве, таком как просмотровая аппаратура марки VOXBOX, которая изготавливается фирмой Воксел Инк., Лагуна Хилл, штат Калифорния (США). Некоторые характеристики просмотровой аппаратуры марки VOXBOX описаны в патентах США 4.623.214 и 4.623.215, с датой выдачи 18 ноября 1986 года.
Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 11, на которой показано типичное просмотровое устройство 1102, которое содержит кожух 1104 с расположенной в нем внутренней полостью 1106, причем кожух 1104 предотвращает попадание окружающего света в просмотровое устройство.
Просмотровое устройство 1102 содержит далее источник света 1108, например, источник света со сферическим излучением, дефлектор (отражатель) 1132, зеркало 1134, линзу Френеля 1110, дифракционную решетку 1112 и подъемные жалюзи (бленду) 1114, на которых обычно устанавливается голограмма-копия Н2. Подъемные жалюзи 1114 и голограмма Н2 схематически показаны из соображений ясности изложения разделенными в пространстве от дифракционной решетки 1112; в предпочтительном варианте осуществления изобретения, линза Френеля 1110 образует часть лицевой поверхности кожуха 1104, дифракционная решетка 1112 образует тонкий планарный (плоский) лист, прикрепленный к поверхности линзы 1110, а подъемные жалюзи 1114 образуют тонкий планарный лист, прикрепленный к решетке 1112. Голограмма Н2 с возможностью съема закреплена на бленде 1114 при помощи подходящего устройства, например, при помощи зажимов, вакуумного механизма, или любым другим подходящим образом, который позволяет голограмме Н2 тесно прилегать, но с возможностью съема, к поверхности бленды 1114.
Линза Френеля 1110 коллимирует излучаемый световым источником 1108 свет и направляет коллимированный пучок через дифракционную решетку 1112. Желательное фокусное расстояние между источником 1108 и линзой 1110 будет определяться, среди прочего, физическими размерами линзы 1110. Для экономии пространства и создания таким образом более компактного просмотрового блока 1102, свет от источника 1108 изменяет направление при помощи зеркала 1134. Так как источник 1108 может быть помещен поблизости от линзы 1110 для максимального использования пространства, дефлектор (отражатель) 1132 может быть установлен между источником 1108 и линзой 1110 таким образом, что на линзу 1110 попадает только свет, отраженный зеркалом 1134. Как обсуждалось ранее, соотношение между углом и длиной волны соответствует уравнению λ = К sin Θ . В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, фокусное расстояние линзы 1110 составляет приблизительно 12 дюймов.
Дифракционная решетка 1112 содержит голографический оптический элемент (ГОЭ), например, созданный при помощи голографического процесса, аналогичного описанному здесь. Более конкретно, дифракционная решетка 1112 изготовлена с использованием эталонного и объектного пучков, имеющих длину волны и угол падения, которые соответствуют параметрам, использованным при создании голограммы Н2 (в данном случае длина волны равна 514,5 нм). В предпочтительном варианте, дифракционная решетка 1112 является преимущественно фазовой голограммой.
Дифракционная решетка 1112 дифрагирует различные компоненты поступающего от источника 1108 белого света в функции длины волны. Более конкретно, каждая волна света отклоняется на определенный угол при прохождении через дифракционную решетку 1112. Например, синяя компонента белого света будет отклонена на угол P; более длинная длина волны зеленого света будет отклонена на угол Q; и наиболее длинная длина волны красного света будет отклонена на угол R. Если выразить это иным образом, то дифракционная решетка 1112 коллимирует каждую длину волны на определенный единственный угол относительно поверхности решетки. Специалисты, однако, знают, что дифракционная решетка 1112 является неидеальным преломляющим устройством; в ней преломляется только часть (около 50%) падающего света, а остаток непреломленного света проходит через нее как коллимированный белый свет.
Подъемные жалюзи (бленда) 1114 содержат ряд очень тонких угловых (уголковых) оптических планок (створок), которые эффективно улавливают непреломленный свет, выходящий из дифракционной решетки 1112. При этом в основном весь проходящий через жалюзи 1114 свет выходит под углом, например, под углом, под которым свет преломляется решеткой 1112. Конечно, некоторое количество света тем не менее отклоняется жалюзи и выходит под различными произвольными углами.
Более того, геометрия планок, входящих в жалюзи 1114, может быть выбрана таким образом, чтобы получить результирующую голограмму с оптимальным окрашиванием. Более конкретно, геометрия планки может быть выбрана так, чтобы определенная длина волны проходила через жалюзи 1114 в основном без ее изменения (номинальная длина волны), в то время как большие или меньшие (относительно номинальной длины) длины волн будут отсекаться жалюзи. Более того, геометрия планок может быть выбрана так, что свет, который проходит через решетку 1112 без преломления, не проходит непосредственно (прямо) через жалюзи 1114. За счет согласования геометрии планки, непреломленный свет может существенно ослабляться, например, путем его многократного отражения (например, четырехкратного) между смежными планками перед достижением голограммы Н2.
Жалюзи 1114 предпочтительно представляют собой тонкую, планарную (плоскую) пленку для управления светом, изготовленную фирмой ЗМ Кампани. На одной из поверхностей жалюзи 1114 слегка вогнуты; более того, жировое или восковое вещество нанесено на эту поверхность изготовителем. Во избежание повреждения хрупких пластинок может быть желательным прикреплять жалюзи к защитной поверхности, например, к акриловому листу (не показан). Однако ошибочное прикрепление жалюзи 1114 "жирной" стороной к акриловому листу может привести к неоднородному контакту между двумя поверхностями, что приведет к созданию нежелательных оптических характеристик.
Автор настоящего изобретения нашел, что при введении тонкого порошкового вещества с высокой смазывающей способностью (например, талька) в стык между акриловым листом и жалюзи оптические характеристики улучшаются.
Голограмма Н2 показана помещенной на просмотровый экран, например, прикреплением к поверхности жалюзи 1114. Для этого просмотровый экран содержит один или несколько следующих компонентов: линзу 1110, решетку 1112 и подъемные жалюзи 1114. Альтернативно, просмотровый экран может просто содержать тонкий, плоский лист прозрачного материала, например, стекла, на котором могут быть установлены (смонтированы) один или несколько указанных компонентов. В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения, такой просмотровый экран имеет ширину порядка 10-16 дюймов и высоту порядка 14-20 дюймов, а предпочтительней, порядка 14-17 дюймов. Также желательно, чтобы различные создаваемые в соответствии с настоящим изобретением голограммы, а именно голограмма-оригинал H1 и голограмма-копия Н2, имели соответствующие размеры, так чтобы они были меньше или приблизительно такой же ширины, как и просмотровые экраны. В особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения, голограмма-оригинал H1 и голограмма-копия Н2 имеют ширину от 14 до 17 дюймов.
Так как голограмма Н2 создана с использованием такой же длины волны и угла эталонного пучка, что и параметры, использованные при создании решетки 1112, то проходящий через голограмму Н2 свет отклоняется в соответствии с его длиной волны. Конкретно, синий свет отклонен на угол минус P, зеленый свет отклонен на угол минус Q, а красный свет отклонен на угол минус R (вспомним, что голограмма-оригинал H1 была повернута при создании голограммы-копии Н2). Следовательно, все длины волн проходят через голограмму Н2 в основном ортогонально плоскости линзы 1110. В результате, наблюдатель 1116 может видеть восстановленную голограмму из точки зрения, в основном расположенной по оси, ортогональной плоскости голограммы Н2.
Путем согласования длины волны - избирательной способности отклонения дифракционной решетки 1112 с длиной волны - избирательной способностью голограммы Н2, в основном весь свет, преломленный дифракционной решеткой 1112, может быть использован для освещения голограммы. Таким образом, даже при использовании относительно неэффективной дифракционной решетки 1112 удается создать относительно яркое голографическое изображение. Более того, голографическое изображение не обязательно зашумлено паразитным белым светом, который не преломлен решеткой 112, так как в основном весь этот паразитный свет блокируется при помощи жалюзи 1114.
Более того, при помощи установки тонкой планарной (плоской) голограммы, жалюзи и дифракционной решетки на поверхности линзы, что образует часть просмотрового устройства, добиваются того, что пучок воспроизведения, использованный для освещения голограммы, в основном исключительно ограничен коллимированным светом от источника 1108; таким образом, паразитный неколлимированный свет блокируется и не поступает на заднюю поверхность (правая сторона фиг. 11) голограммы Н2.
Альтернативные построения просмотрового блока с использованием светорегулирующей пленки
Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 13, в соответствии с которой в просмотровом блоке 1102 вместо жалюзи 1114 может быть использована светорегулирующая пленка 1310.
Более конкретно, светорегулирующая пленка 1310 включает в себя тонкий пленочный слоистый материал, изготовленный из множества тонких сложенных вместе плоских листов, как это описано далее более подробно. В варианте, показанном на фиг. 14, светорегулирующая пленка 1310 содержит три листа слоистого материала, а именно передний лист 1402, промежуточный лист 1404 и задний лист 1406. Каждый из указанных листов представляет собой тонкую прозрачную пленку с рядом тонких параллельных непрозрачных линий, которые простираются по всей поверхности пленки. Для иллюстрации оптических свойств светорегулирующей пленки 1310 эти листы показаны в поперечном сечении; для большей ясности для иллюстрации типичный лист 1402 показан на фиг. 15 с увеличенной толщиной непрозрачных линий. Соответствующие непрозрачные линии 1402A, 1402B, 1402C и др., показанные на фиг. 15, могут быть видны на фиг. 14 в поперечном сечении. Соответствующие листы 1404 и 1406 аналогичны или идентичны листу 1402.
На фиг. 14 показана светорегулирующая пленка 1310, которую можно рассматривать как световой фильтр, в котором коэффициент заполнения образующего листа (например, листа 1402) является функцией ширины W1 типичной непрозрачной линии (например, линии 1402А) по отношению к ширине W2 расстояния между последовательными линиями. В варианте построения, показанном на фиг. 14, каждый из соответствующих листов 1402 - 1406 обладает коэффициентом заполнения (степенью непрозрачности), составляющим порядка 50%, то есть W1 ориентировочно равна W2.
Качество решетки 112 может быть выражено в терминах способности к избирательному дифрагированию входящего белого света 1408. Как это обсуждалось ранее со ссылкой на фиг. 11, дифракционная решетка 1112 отклоняет свет на угол, который является функцией длины волны. Например, луч красного света 1410 будет отклонен от горизонтали на больший угол, зеленый луч 1412 будет отклонен на меньший угол, а синий луч 1414 будет отклонен на еще меньший угол от горизонтали.
Обычно дифракционные решетки не являются эффективными на 100%. При этом значительное количество непреломленного света неизбежно проходит через решетку 112. В контексте настоящего изобретения непреломленный свет, который проходит через решетку 1112, именуется светом нулевого порядка 14-16, в то время как преломленный свет (например, лучи 1410 -1416) именуется преломленным светом первого порядка.
Для облегчения восстановления (реконструкции) острой голограммы высокого контраста, светорегулирующая пленка 1310 устроена таким образом, чтобы блокировать свет 1416 нулевого порядка, так чтобы он не был виден наблюдателю 1116, и в то же самое время пропускать через себя свет первого порядка. Как это обсуждалось выше со ссылкой на фиг. 11, свет первого порядка, который проходит через светорегулирующую пленку 1310, будет инверсно преломлен голограммой и направлен горизонтально для того, чтобы его мог видеть наблюдатель.
В соответствии с первым вариантом построения, светорегулирующая пленка 1310, показанная на фиг. 14, имеет передний лист 1402, который установлен относительно заднего листа 1406 таким образом, что их соответствующие непрозрачные и прозрачные линии совмещены. С другой стороны, промежуточный (средний) лист 1404 расположен так, что его непрозрачные линии 1404A, 1404B и др., совпадают (совмещены) с прозрачными участками переднего листа 1402 и заднего листа 1406, в то время как непрозрачные участки промежуточного листа 1404 совпадают с прозрачными участками переднего листа 1402 и заднего листа 1406. В результате, большая часть света нулевого порядка, который проходит через решетку 1112, будет блокироваться светорегулирующей пленкой 1310. Однако автор настоящего изобретения наблюдал небольшое количество света нулевого порядка, который в данном примере показан в виде луча 1416A, который неизбежно проходит через светорегулирующую пленку 1310. Этот свет нулевого порядка 1416A, который проходит через светорегулирующую пленку 1310, может быть вызван несколькими причинами, в том числе: вертикальным смещением одного или нескольких листов 1402 - 1406; трещинами или дефектами в непрозрачной области; шириной W1, параллелизмом или неправильным положением одной или нескольких непрозрачных линий, содержащихся в одном или нескольких листах 1402-1406; преломлением света, проходящего через светорегулирующую пленку 1310 и дифракцией света нулевого порядка на одном или нескольких краях непрозрачных линий, имеющихся в светорегулирующей пленке 1310.
Несмотря на то, что вариант исполнения, приведенный на фиг. 14, дает приемлемые результаты, в контексте настоящего изобретения могут быть использованы альтернативные конфигурации светорегулирующей пленки.
Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 16, на которой представлено альтернативное построение светорегулирующей пленки 1610, которая включает в себя передний лист 1602, промежуточный лист 1604 и задний лист 1606, в то время как относительные размеры различных непрозрачных линий, имеющихся в листах 1602-1606, изменены таким образом, что непрозрачные линии 1604A, 1604B и др. "перекрывают" края непрозрачных линий, имеющихся соответственно в переднем и заднем листах 1602 и 1606. Конфигурация, показанная на фиг. 16, главным образом снижает степень преломления света нулевого порядка на непрозрачных линиях светорегулирующей пленки 1610. Альтернативно, может быть использовано множество промежуточных листов, которые имеют главным образом более тонкие (размер W1) непрозрачные линии, причем эти непрозрачные линии промежуточных листов разнесены в различных конфигурациях таким образом, чтобы препятствовать прохождению света нулевого порядка через светорегулирующую пленку. Однако полезность таких построений ограничена тем, что имеется тенденция блокирования прохождения через них света первого порядка, например, тенденция сужения ширины полосы света первого порядка, который проходит через различные слои светорегулирующей пленки.
Более конкретно и со ссылкой на фиг. 17 показано, что даже относительно небольшое перекрытие 1708 ширины непрозрачных линий 1704A и 1704B может в существенной степени уменьшить количество света первого порядка, который проходит через светорегулирующую пленку 1710, для определенных длин волн, причем первое количество определяется путем 1712, а второе - путем 1714.
Со ссылкой на фиг. 14 - 17 можно показать, что вертикальный подъем одного переднего или заднего листа или обоих их них создает тенденцию блокирования длин волн на крайнем конце полосы пропускания, на пропускание которой рассчитана светорегулирующая пленка. Можно также видеть, что вертикальное смещение средних (промежуточных) листов создает тенденцию уменьшения пропускания промежуточных длин волн, которые проходят через светорегулирующую пленку. В идеальном случае светорегулирующая пленка должна быть построена таким образом, чтобы пропускать одинаково хорошо все желательные длины волн первого порядка, при одновременном блокировании света нулевого порядка.
Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 18, на которой показано альтернативное построение светорегулирующей пленки, которая блокирует свет нулевого порядка и пропускает свет первого порядка.
Показанная на фиг. 18 светорегулирующая пленка 1810 содержит передний лист 1802, средний лист 1804 и задний лист 1806. В соответствии с одним из аспектов построения светорегулирующей пленки 1810, задний лист 1806 можно считать базовым, при этом сдвиг переднего листа 1802 приводит к цветовой избирательности, а соответствующий сдвиг промежуточного слоя 1804 обеспечивает хорошее блокирование света нулевого порядка.
Как показано на фиг. 18, главным образом весь свет нулевого порядка 1416, который проходит через решетку 1112, будет блокироваться светорегулирующей пленкой 1810. Кроме того, светорегулирующая пленка 1810 устроена таким образом, что облегчает проход через нее желательной ширины полосы преломленного света первого порядка. Конкретное построение различных листов, которые входят в композитную светорегулирующая пленку 1810, описано в контексте преимущественного варианта построения пленки 1810. Далее будет детально описана методология изготовления светорегулирующей пленки 1810.
Светорегулирующая пленка 1810, показанная на фиг. 18, изготовлена с использованием твердого, плоского просмотрового устройства, которое было обсуждено ранее со ссылкой на фиг. 11 и которое повернуто ориентировочно на 90o таким образом, что просмотровый экран располагается главным образом горизонтально и может наблюдаться оператором в ходе сборки светорегулирующей пленки 1810. Показанная на фиг. 18 решетка 1112 должна быть ориентирована горизонтально по отношению к листам 1802, 1804 и 1806, которые собраны вместе с задним листом 1806 на дне и с передним листом сверху, как это далее обсуждается более подробно.
Операция изготовления начинается с того, что защитный лист стекла 1816, например, стеклянная плита (пластина) 3/8'' располагается горизонтально сверху просмотрового экрана 1818, чтобы избежать повреждения просмотрового экрана при сборке светорегулирующей пленки 1810. После этого может быть желательно нанесение на стекло защитного покрытия, например, тонкого прозрачного полиэфирового листа 1820, чтобы предотвратить любое контактирование клеев, которые используются в процессе сборки, со стеклянным листом 1816.
Для облегчения установки слоистой светорегулирующей пленки 1810 желательно произвести конструирование слоистого материала в виде композита, когда пленка 1810 зажата между соответствующими листами стекла 1822 и 1824. Для этого производят полную очистку заднего листа 1822 и помещают его сверху защитного полиэфирового листа 1820. Соответствующие стеклянные листы 1822 и 1824 имеют толщину порядка от одного до пяти миллиметров, а преимущественно около 2,3 мм.
Желательно, чтобы стеклянный лист 1822 (фиг. 18) представлял собой прямоугольник с размерами 1-7/16'' по высоте и 17-7/16'' по ширине, при этом соответствующие листы пленки 1806, 1804 и 1802 должны иметь постепенно уменьшающиеся прямоугольные размеры, причем наименьший прямоугольный размер должен иметь стеклянный лист 1824. Различные листы должны накладываться друг на друга и могут устанавливаться соответствующим образом оператором во время их сборки.
Первый активный слой светорегулирующей пленки помещают сверху на стеклянном листе 1822. В частности, сверху стеклянного листа 1822 помещают задний лист 1806, причем непрозрачные полосы 1806A, 1806B и им подобные должны идти слева направо, при наблюдении оператором 1116. В преимущественном варианте исполнения соответствующие листы 1802-1806 представляют собой листы, изготовленные из материала Кодак Accumax 2000 AL17. В преимущественном варианте исполнения соответствующие листы 1802-1806 имеют толщины порядка 7 мил, и преимущественно содержат полиэфир, ацетат или иной подходящий прозрачный материал.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, соответствующие непрозрачные линии, имеющиеся на различных листах слоистого материала, имеют ширину (W1, см. фиг. 14) порядка 12 мил, с промежутком между линиями порядка 11 мил, так что коэффициент заполнения различных блокирующих свет пленок лежит в диапазоне от 40% до 60%, а преимущественно, в диапазоне от 50% до 60%. Кроме того, эмульсия, при помощи которой изготовлены непрозрачные линии, может быть заключена в толщине пленки или, альтернативно, может быть нанесена на поверхности пленки с толщиной ориентировочно 6 мкм.
После установки (позиционирования) пленочного листа 1806 сверху на стеклянном листе 1822, пленочный лист 1806 закрепляется на стеклянном листе 1822, например, при помощи нанесения тонкого слоя клея из бутылки Locktite Unlocktite 351 посредством гиподермической иглы, или при помощи любого другого ультрафиолетового клея.
Клей наносят тонким слоем с нижней стороны двух или более углов пленки 1806, после чего на область клея воздействуют ультрафиолетовым излучением, чтобы вызвать отверждение клея и, в результате, закрепить пленочный лист 1806 на стеклянном листе 1822.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения для отверждения клея используют ультрафиолетовую лампу мощностью 100 Вт, например, ручную лампу типа Спектроникс SB 100С.
Средний лист 1804 помещают сверху заднего листа 1806, при этом непрозрачные линии должны идти слева направо. Для того, чтобы надлежащим образом установить средний лист 1804 сверху заднего листа 1806, оператор должен смотреть вниз в направлении пленки, так чтобы его линия взгляда была главным образом ортогональна плоскости пленки. Затем лист 1804 поворачивают до тех пор, пока непрозрачные линии листа 1804 не совпадут с непрозрачными линиями листа 1806, при этом лист 1806 должен быть главным образом спрятан позади листа 1804. После точного совмещения двух листов следует полностью удалить содержащийся между ними воздух, чтобы обеспечить плотный контакт скольжения между двумя пленочными листами. При использовании небольшого переносного микроскопа, например, микроскопа типа Таско 30Х, который указан в каталоге H& R, средний лист 1804 слегка сдвигают в направлении к оператору (вниз на фиг. 18), таким образом, чтобы непрозрачные линии листа 1804 перекрывали непрозрачные линии листа 1806 приблизительно на 50%. При помощи указанного выше микроскопа эта операция может быть произведена визуально с относительной легкостью. При использовании микроскопа в четырех углах композита также легко обеспечить параллельность непрозрачных линий листа 1804 непрозрачным линиям листа 1806 на полной поверхности листа. В этом положении конец 1806 непрозрачной линии листа 1804 расположен ориентировочно на половине расстояния между соответствующими краями 1828 и 1830 смежной непрозрачной линии 1806В листа 1806.
После этого средний лист 1804 временно закрепляют на месте, например, при помощи двух кусочков липкой ленты, установленных на нижнем крае листа 1804, при помощи которых лист 1804 крепится к пленочному листу 1806 и к стеклянному листу 1822.
После этого сверху промежуточного листа 1804 помещают передний лист 1802, таким образом, чтобы непрозрачные линии 1802А, 1802В и др., были совмещены с непрозрачными областями, определяемыми перекрывающимися непрозрачными линиями листов 1804 и 1806. После этого лист 1802 медленно слегка сдвигают в направлении к оператору (вниз на фиг. 18), до тех пор, пока не будет полностью блокирован свет нулевого порядка. Это становится ясно оператору по полной блокировке света нулевого порядка, который проходит через решетку 112 и через различные компоненты, показанные на фиг. 18. Для того, чтобы убедиться, что свет нулевого порядка полностью блокирован, оператор может повернуть уровень яркости лампы в просмотровой аппаратуре до максимального уровня.
В частности, свет нулевого уровня будет полностью блокирован в том случае, когда край 1832 непрозрачной полосы 1802A находится слегка над краем 1834 непрозрачной полосы 1826 (перекрывает его) для любой непрозрачной полосы в соответствующих листах 1802 и 1804. Степень перекрытия между соответствующими краями 1832 и 1834 может быть определена как размер L. В соответствии с предпочтительным вариантом настоящего изобретения, размер L должен быть возможно меньшим, однако при обеспечении полной блокировки света нулевого порядка.
В качестве дополнительной операции для подтверждения того, что лист 1802 установлен надлежащим образом, оператор может наклониться над сборкой, так, чтобы он смотрел на нее вниз и сзади, например, с положения 1814B. Из этого положения оператор может наблюдать отсутствие любой задней подсветки через светорегулирующую пленку композита 1810. Несмотря на то, что задняя подсветка обычно значительно меньше по интенсивности, чем свет нулевого порядка, тем не менее желательно по мере возможности ее блокировать; это можно осуществить за счет сведения к минимуму размера L, при одновременном полном блокировании света нулевого порядка.
После этого закрепляют слой 1802 на слое 1804, например, при использовании нескольких кусочков липкой ленты.
После того, как убедились в блокировке света нулевого порядка, один или оба из листов 1802 и 1804 могут быть слегка сдвинуты для достижения оптимального цветового баланса. Для этого оператор может отойти от сборки и/или слегка над ней наклониться, так чтобы наблюдать сборку из положения 1814A, чтобы "заглянуть" в туннель, ограниченный рядом непрозрачных линий. В показанной на фиг. 18 конфигурации можно наблюдать появление "кометы", которую изобретатель считает отраженным изображением спирали источника света просмотровой аппаратуры.
После этого оператор вытягивает средний слой 1804 на себя (вниз на фиг. 18), при сохранении положения листа 1802 главным образом неизменным. При этой манипуляции эффективно увеличивается размер L, что дополнительно усиливает блокировку света нулевого порядка. Альтернативно, верхний лист 1802 может быть сдвинут вверх на фиг. 18, в дополнение или вместо перемещения листа 1804 вниз, чтобы добиться легкого увеличения размера L без увеличения задней подсветки, наблюдаемой из положения 1814B.
После этого сверху сборки может быть помешена типовая голограмма, для того, чтобы обеспечить надлежащий цвет и блокировку нулевого порядка. Если оператор хочет произвести точную настройку цветового спектра, проходящего через светорегулирующую пленку 1810, он может слегка перемещать вверх и вниз промежуточный слой 1804, при обеспечении полной блокировки нулевого порядка.
После того, как установлены надлежащим образом все три слоя, образующие светорегулирующую пленку 1810, они могут быть скреплены друг с другом в их углах при помощи упоминавшегося ранее ультрафиолетового клея. После этого на сборку сверху помещают стеклянную пластинку 1824 и прижимают бутерброд широким плоским грузом для выдавливания воздуха, который может находиться между различными слоями сборки. Потом по периметру наносят слой УФ цемента, оставляя небольшой зазор по периметру. В этот зазор затем вводят гиподермическую иглу, которая содержит проходную втулку 303 из нержавеющей стали калибра 25.
После этого завершают слой по периметру, полностью его герметизируя при установленной по месту гиподермической игле. После этого на дистальном конце гиподермической иглы закрепляют вакуумный вывод, например, тефлоновый патрубок; после этого к гиподермической игле прикладывают вакуум порядка 25 дюймов давления столба ртути. Это гарантирует выпуск через отверстие иглы остающегося в сборке воздуха.
После полного отвода воздуха из сборки, для размягчения гиподермики может быть использована паяльная лампа; под воздействием тепла происходит оплавление и внутри слоя клея создается герметичная область. В процессе нагрева гиподермическая игла может быть преимущественно захвачена складками канального захвата для обеспечения прочного, легкого, механического герметичного уплотнения. После этого кончик гиподермической иглы может быть отогнут в слой клея, а весь периметр сборки может быть оклеен лентой для создания стабильной, герметичной, механически прочной структуры композитного слоистого материала.
ИЗМЕНЕНИЯ И УЛУЧШЕНИЯ
Когда голограмма (Н2), созданная в соответствии с настоящим изобретением, установлена в просмотровый блок 1102, то можно видеть трехмерное воспроизведение объекта, при котором наблюдателю обеспечен полный параллакс перспектив со всех точек зрения. Автор настоящего изобретения далее нашел, что голограмма может быть извлечена из просмотрового блока, перевернута и вновь установлена в просмотровый блок. Перевернутая голограмма содержит такую же информацию, что и неперевернутая, за тем исключением, что наблюдатель смотрит на голограмму с противоположной стороны; при этом точки, которые были наиболее удалены от наблюдателя, становятся самыми ближними к наблюдателю, и наоборот. Эта характеристика может быть особенно полезной для врача, который планирует предложенное хирургическое вмешательство, так как это позволяет, например, врачу взвесить все за и против проведения операции определенного органа тела, с одного направления наблюдения или с другого.
Автор настоящего изобретения также нашел, что в одном просмотровом блоке можно одновременно просматривать две или более голограммы, если поместить голограмму просто поверх другой голограммы. Это может быть важным в таких обстоятельствах, когда, например, первая голограмма содержит изображение части тела (например, бедро), которое должно быть заменено, а другая голограмма содержит протез бедра. В этом случае врач может увидеть протез в соответствующем контексте, то есть определить, как будет имплантирован протез в трехмерном пространстве в теле пациента.
Более того, может быть желательно перекрывать голограмму координатной решетки, например, трехмерной координатной решетки, голограммой, которую следует оценить. В этом случае координатная решетка может просто содержать голограмму одной или нескольких линеек или других измерительных устройств, которые имеют нанесенные на них пространственно разнесенные метки. Альтернативно, координатная решетка может просто содержать ряд пересекающихся линий или, альтернативно, матрицу точек или других визуальных меток, пространственно разнесенных надлежащим образом, например, линейно, логарифмически и т.п. Указанным образом можно легко подсчитать трехмерные расстояния подсчетом числа координатных меток, в особенности если координатная решетка имеет тот же масштаб, что и размерный масштаб голограммы, или пропорциональный масштаб.
Автор настоящего изобретения также наблюдал очень слабые картины светлых и темных колец при просмотре голограммы в соответствии с настоящим изобретением. Более конкретно, эти кольца кажутся расположенными на большом расстоянии позади просматриваемой голограммы. Автор настоящего изобретения теоретически определил, что эти кольца образуют интерферограмму, которая возникает при съемке "голограммы" рассеивателя 472 одновременно с каждым срезом данных. Для решения этой проблемы рассеиватель 472 слегка сдвигается (например, на 10 мм) относительно его собственной плоскости после записи каждого среза данных. Таким путем изображение, соответствующее каждому срезу данных, продолжает проецироваться на пленку 319, как это и было описано, однако на каждый срез данных проецируется слегка измененная часть рассеивателя 472, что позволяет избежать проецирования одинаковой картины рассеивателя 472 на каждый срез данных.
Имеется также возможность добавлять, например, к одному или нескольким срезам данных, текстовый или графический материал, что позволяет отразить в результирующей голограмме комплекта данных этот материал. Такой материал может содержать данные идентификации (например, ФИО, модель или серийный номер записанного объекта), или содержать чисто графическую информацию (стрелки, символы и т.п.).
В этом отношении интересно отметить, что текст, который просматривается при ортоскопическом наблюдении, будет инвертирован при псевдоскопическом наблюдении той же голограммы; при этом прямой текст вверху ортоскопического вида переместится вниз (перевернутый текст) в псевдоскопическом виде. Поэтому при использовании текста вместе с голограммой может быть желательно ввести одинаковый текст, как прямой текст в верхней части голограммы, так и перевернутый текст в ее нижней части, что позволяет считывать текст вне зависимости от того, просматривается ли голограмма в ортоскопическом или в псевдоскопическом построении.
Более того, текст, который находится в плоскости пленки, будет при воспроизведении в общем случае выглядеть четким, в то время как текст, расположенный вне плоскости пленки, то есть вдоль оси A фиг. 1, в общем случае будет казаться нечетким. Это может оказаться предпочтительным в соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения, ввиду того, что текст "вне плоскости пленки" будет читаемым при просмотре в просмотровом блоке, но не читаемым вне просмотрового блока. В контексте голограмм, используемых для медицинской диагностики, может быть желательно поместить конфиденциальную информацию пациента, например, ФИО пациента, данные его состояния и т.п., вне плоскости пленки, чтобы такая информация могла быть доступна для надлежащего персонала при помощи просмотрового блока, что обеспечивает защиту конфиденциальности пациента.
В дополнение к текстовым или графическим материалам, может быть желательно включать дополнительные изображения, например, часть изображения с особой голограммой, или изображение данных из других голограмм, на голограмму-оригинал. Например, можно представить себе голограмму-оригинал раздробленной кости, содержащую одну сотню или больше срезов. Для нескольких срезов, которые содержат ключевую информацию, может быть желательно отдельно воспроизводить эти данные, отделенные от остальной голограммы, но смежные с ней и находящиеся на определенной глубине по отношению к голограмме.
Как вкратце обсуждалось ранее, когда голограмма, созданная в соответствии с настоящим изобретением, просматривается в просмотровом блоке или в другом просмотровом устройстве, ортоскопический вид голограммы может наблюдаться при нахождении голограммы в первом положении, и псевдоскопический вид может наблюдаться, когда голограмма повернута относительно ее горизонтальной оси. Так как может быть трудно определить невооруженным глазом, соответствует ли определенная ориентация голографической пленки ортоскопическому или псевдоскопическому виду, то может быть желательно помещать соответствующие указания на голографическую пленку для информирования наблюдателя о том, какой вид голограммы может наблюдаться при помещении голографической пленки в просмотровое устройство. Например, может быть желательным помещать метку или другой физический указатель на пленке, например, в верхнем правом углу ортоскопического вида. Альтернативно, небольшая текстовая, графическая или цветовая схема может быть использована для помещения соответствующей информации в угол, вдоль края или в любое подходящее положение на голографической пленке или на ее любом обрамлении, рамке или упаковке.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, может оказаться эффективным отсекать только часть срезов данных и тем не менее добиваться удовлетворительного контраста и компенсации неравномерности по полю (ретуширования). Например, для комплекта со 100 срезами данных, может оказаться возможным вручную производить отсечение, например, каждого десятого среза данных, и производить автоматическое отсечение промежуточных срезов данных с использованием компьютеризованной техники интерполяции.
В соответствии с дальнейшим аспектом настоящего изобретения, возможно выбрать плоскость пленки среди различных плоскостей срезов данных, образующих комплект данных. Более конкретно, каждый срез данных в комплекте данных занимает свою единственную плоскость. В соответствии с преимущественным вариантом осуществления настоящего изобретения, блок канала 334 перемещается вперед или назад таким образом, что срез данных центрируется в пределах объема комплекта данных, соответствующих срезу данных, отцентрированному в пределах пути перемещения блока канала 334. Относительное положение блока формирования изображения 328 и пленки 319 может, однако, варьироваться таким образом, что плоскость пленки 319 располагается вблизи одного или другого конца комплекта данных, если это желательно. При этом результирующая голограмма Н2 будет казаться имеющей большую или меньшую часть голографического изображения, проецируемого на экран наблюдения голограммы или вне него, в зависимости от положения плоскости пленки, которое было выбрано при ее врезке в комплект данных.
В соответствии с дальнейшим аспектом настоящего изобретения, множество различных голограмм может быть воспроизведено на одной и той же пленке. Например, голограмма части тела перед проведением хирургической операции может быть воспроизведена в верхней части пленки, а нижняя часть может быть разбита на два квадранта, один из которых содержит голограмму этой же части тела после проведения хирургической операции в первой перспективе, а другой - вид этой же части после хирургической операции в другой перспективе. Подобные и другие голографические компоновки могут быть с успехом использованы для облегчения проведения эффективного диагностического анализа.
В соответствии с дальнейшим аспектом настоящего изобретения, тракт пучка полностью закрыт соответствующим образом в черном трубопроводе или черной коробке. Это минимизирует возникновение нежелательных отражений. Более того, полный процесс изготовления голограммы-оригинала и голограммы-копии преимущественно осуществляется в помещении, в котором нет паразитного света, который может контактировать с любой пленочной поверхностью. Альтернативно, тракт прохождения любого из пучков в контексте настоящего изобретения может быть выполнен в виде волоконно-оптического кабеля. Надлежащее прохождение света обеспечивается соответствующим выбором волоконно-оптического кабеля, выбором поляризации и поперечной электромагнитной моды (ТЕМ). Использование волоконно-оптического кабеля позволяет обеспечить высокую плотность компоновки системы, а также позволяет полностью устранить множество компонентов системы (например, зеркала). Наконец, волоконно-оптические кабели могут использоваться для компенсации разностной длины пути между эталонным пучком и объектным пучком. В частности, если путь, проходимый одним из пучков, отличается от другого, то волоконно-оптический кабель определенной длины может быть вставлен в более короткий путь для устранения различия длины и, таким образом, установления одинаковых длин путей прохождения.
Вернемся на короткое время к псевдоскопическому виду, показанному на фиг. 10B; при определенных обстоятельствам может быть желательно воспроизводить голограмму-оригинал и осуществлять просмотр трехмерного изображения в свободном пространстве. Например, для хирурга может быть полезно произвести репетицию хирургической техники для определенной части тела до совершения хирургической операции. Для этого в контексте псевдоскопического вида с успехом может быть использован дигитайзер (цифровой преобразователь) с шестью степенями свободы, например Bird (ТМ) N 666102-A, изготавливаемый фирмой Эсеншен Текнолоджи Корпорейшн, Барлингтон, Вермонт.
Более конкретно, дигитайзер с шестью степенями свободы позволяет производить манипуляции в свободном пространстве и сообщать свое положение в компьютер, во многом аналогично тому, как обычная компьютерная мышь сообщает двухмерное положение данных в свой компьютер. При продвижении в голографическом пространстве размер и другие размерные данные могут быть получены в однозначной связи с голограммой.
В связи с фиг. 10B также может оказаться желательным воспроизводить голограмму полностью или частично вне ее плоскости пленки, например, в свободном пространстве, для осуществления разнообразных диагностических и экспериментальных задач. Например, может быть полезно проецировать голографическое изображение части анатомической структуры человека, например, поврежденного бедра, и физически помещать в голографическое пространство протез, предназначенный для замены бедра. Таким образом можно произвести оценку, насколько протез "подходит", и осуществить любую необходимую коррекцию ранее его имплантации.
Дополнительно, может оказаться полезным производить воспроизведение голограммы в свободном пространстве и помещать рассеивающий экран или другую прозрачную или непрозрачную структуру в голографическом пространстве для обеспечения взаимодействия с предметом (сюжетом) голограммы для различных разнообразных диагностических и экспериментальных задач.
Хотя изобретение было описано со ссылкой на чертежи, специалисты поймут, что этим не ограничиваются рамки изобретения. Например, хотя просмотровый блок был описан прямоугольным, для специалистов понятно, что он может иметь любую механическую конфигурацию, которая соответствует задаче удобного размещения различных компонентов просмотрового устройства. Более того, хотя камерный блок и блок копирования показаны как отдельные системы, они с успехом могут быть объединены в единой системе.
Эти и другие изменения в выборе, дизайне и построении различных компонентов и обсуждавшихся в описании изобретения операций могут быть произведены, не выходя за рамки изобретения, установленные приложенной формулой.
Формула изобретения: 1. Слоистый пленочный светорегулирующий блок для использования в устройстве просмотра голограмм, отличающийся тем, что он включает в себя задний пленочный лист, имеющий первую серию чередующихся непрозрачных и прозрачных параллельных линий, промежуточный пленочный лист, расположенный сверху от заднего листа, имеющий вторую серию чередующихся непрозрачных и прозрачных линий, и передний лист, расположенный сверху от промежуточного листа, расположенного между передним и задним листами, имеющий третью серию чередующихся непрозрачных и прозрачных параллельных линий, причем промежуточный, задний и передний листы установлены друг относительно друга таким образом, чтобы главным образом блокировать свет первого порядка от пропускания блоком, с одновременным облегчением пропускания через блок заранее определенной ширины полосы света первого порядка, а задний, промежуточный и передний листы установлены таким образом, что небольшое перемещение промежуточного листа относительно заднего листа в направлении, главным образом ортогональном параллельным линиям, управляет степенью блокировки света нулевого порядка, проходящего через блок.
2. Блок по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере в одной из серий линий ширина каждой из указанных непрозрачных линий главным образом равна ширине каждой из прозрачных линий.
3. Блок по п.1, отличающийся тем, что задний, промежуточный и передний листы установлены таким образом, что сдвиг переднего листа относительно промежуточного листа, а также сдвиг заднего листа вдоль направления, ортогонального параллельным линиям, управляет цветовой избирательностью блока.
4. Блок по п.1, отличающийся тем, что задний, промежуточный и передний листы установлены друг относительно друга таким образом, что сдвиг переднего листа относительно промежуточного листа и относительно заднего листа вызывает соответствующее изменение ширины полосы в ширине полосы света первого порядка, который проходит через блок.
5. Блок по п.1, отличающийся тем, что первая, вторая и третья серии линий выполнены таким образом, что небольшие перемещения промежуточного листа относительно других листов в направлении, ортогональном линиям, управляют цветовой избирательностью блока таким образом, что она главным образом не связана с его способностью блокировать проход света нулевого порядка.
6. Блок по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно включает в себя источник света, предназначенный для освещения блока, и дифракционную решетку, установленную между источником света и блоком.
7. Слоистый пленочный светорегулирующий блок, отличающийся тем, что он включает в себя задний пленочный лист, имеющий первую серию чередующихся непрозрачных и прозрачных параллельных линий, идущих поперек его поверхности, передний лист, имеющий третью серию чередующихся непрозрачных и прозрачных параллельных линий, идущих поперек его поверхности, промежуточный пленочный лист, расположенный между задним пленочным листом и передним пленочным листом, имеющий вторую серию чередующихся непрозрачных и прозрачных параллельных линий, идущих поперек его поверхности, причем первая, вторая и третья серии линий установлены друг относительно друга таким образом, что свет, идущий в направлении, главным образом ортогональном плоскости блока, главным образом задерживается от прохождения через блок, причем свет в пределах определенной заданной ширины полосы пропускается через блок, при этом определенная полоса зависит от определенного заданного угла падения света относительно плоскости блока, а каждая из непрозрачных линий первой серии линий имеет главным образом одинаковую ширину, каждая из непрозрачных линий второй серии линий имеет главным образом одинаковую ширину и каждая из непрозрачных линий третьей серии линий имеет ориентировочно одинаковую ширину.
8. Блок по п.7, отличающийся тем, что коэффициент заполнения по меньшей мере одного из промежуточного, переднего и заднего листов составляет ориентировочно 50%.
9. Блок по п.7, отличающийся тем, что непрозрачные линии по меньшей мере одного из промежуточного, переднего и заднего листов имеют ширину порядка 12 мил (30,48 · 10-5), а соответствующие промежутки между линиями имеют ширину порядка 11 мил (27,94 · 10-5).
10. Блок по п.9, отличающийся тем, что коэффициент заполнения каждого из промежуточного, переднего и заднего листов лежит в диапазоне от 40 до 60%.
11. Блок по п.7, отличающийся тем, что промежуточный, передний и задний листы имеют толщину порядка 7 мил (17,78 · 10-5).
12. Блок по п.7, отличающийся тем, что промежуточный, передний и задний листы содержат полиэфир или ацетат.
13. Способ обработки слоистой композитной светорегулирующей пленки, предназначенной для использования в сочетании со световым источником и дифракционной решеткой, установленной между световым источником и слоистой пленкой, при просмотре голограмм, отличающийся тем, что он включает в себя расположение первого листа светорегулирующей пленки, содержащего первую серию чередующихся непрозрачных и прозрачных параллельных линий, идущих поперек его поверхности, расположение второго листа сверху от первого листа, содержащего вторую серию чередующихся непрозрачных и прозрачных параллельных линий, идущих поперек его поверхности, перемещение второго листа относительно первого листа таким образом, что непрозрачные линии первой серии перекрывают непрозрачные линии второй серии ориентировочно на 50%, расположение третьего листа, имеющего третью серию чередующихся прозрачных и непрозрачных линий, сверху от второго листа, перемещение указанного третьего листа до тех пор, пока свет нулевого порядка не будет блокироваться комбинацией указанных первого, второго и третьего листов, перемещение одного или двух из указанных второго и третьего листов, при поддержании параллельности между указанными первой, второй и третьей сериями линий, для достижения заданной избирательности длины волны света первого порядка, проходящего через указанную слоистую пленку, и после этого предусмотрена подача второго слоя в направлении, главным образом ортогональном указанной второй серии непрозрачных линий, при одновременном поддержании стационарного положения третьего листа, для максимальной блокировки света нулевого порядка.
14. Способ по п.13, отличающийся тем, что он дополнительно предусматривает удаление главным образом всего воздуха, содержащегося между первым и вторым листами, а также между вторым и третьим листами.
15. Способ по п.13, отличающийся тем, что он дополнительно предусматривает совместное закрепление первого, второго и третьего листов после достижения заданной цветовой избирательности и оптимума блокировки света нулевого порядка.