Рассматриваются экраны для проекции цветных плоских, стереоскопических и объемных изображений, изготавливаемые голографическим методом - путем интерференции когерентных световых пучков. В зависимости от вида сечения трехмерной функции рассеяния голографического экрана (ГЭ) в плоскости расположения глаз зрителя, параллельной экрану, можно выделить три типа ГЭ: зонально-фокусирующие неизображающие экраны, точечно-фокусирующие изображающие экраны и комбинированные линейно-фокусирующие экраны, обладающие изображающими свойствами только в горизонтальном направлении. Для проекции цветных изображений применяют ГЭ двух типов: однорешеточные и трехрешеточные. В однорешеточных ГЭ, где на каждого зрителя работает всего одна интерференционная решетка, совмещение цветовых составляющих достигается благодаря пространственному разнесению цветоделенных изображений, проецируемых в трех монохроматических линиях излучения разного цвета. В трехрешеточннх ГЭ, в которых на каждого зрителя приходится три решетки, обеспечивающие формирование изображения соответствующих цветовых составляющих (для изображающих ГЭ) а направление световых пучков в зону видения, возможно совмещение разноцветных изображений для натуральных цветных объектов благодаря выбору необходимой дифрагирующей силы каждой решетки при ее записи.

1. Вступление

Все изображения, проецируемые на экраны, можно разделить нa три основных типа: трехмерные, параллакснне и плоские. Трехмерные

Если глубина трехмерного изображения значительно меньше расстояния до наблюдателя, то такому изображению можно условно сопоставить большое число плоских разноракурсных изображений, каждому из которых соответствует зона видения D s D t , где s и t - горизонтальная и вертикальная координаты в плоскости наблюдения. При наблюдении реальных предметов D s ® ¥ и D t ® 0, т.е. количество ракурсов "m" по вертикали и "n" по горизонтали стремится к бесконечности. У трехмерных изображений, получаемых с радужных голограмм /1/ вертикальный параллакс отсутствует, т.е. D t ® h_щ, где h_щ - высота апертуры формирующего объектива или вспомогательной голограммы, сравнимая со зрачком глаза.

Для плавного оглядывания при перемещении в ограниченной зоне видения высотой h, шириной b не требуется бесконечно большого числа ракурсов, поскольку размер зрачки глаза d_Г является конечной величиной и в пределах зрачка осуществляется интегрирование всех попавших в него ракурсов. Поэтому можно считать, что если в зоне видения создано количество ракурсов по вертикали и горизонтали,

Здесь К_b, К_Г - численные коэффициенты, определяемые степенью интегрирования изображения в пределах зрачка глаза. Если в пределах зрачка ракурсы не различаются, то К_b = К_Г = 1.

Например, при d_Г = 5 мм, h x b = 100 х 200 мм, m = 20, n = 40. Всего в такой зоне можно насчитать m·n = 800 |ракурсов, но практически для условий визуального восприятия эта величина может быть значительно снижена без ущерба для плавности оглядывания.

Экран для проекции объемных изображений должен обладать тремя основными свойствами: сепарацией, мультипликацией и трансформацией изображений. Сепарация обеспечивает несмешивание и раздельное наблюдение подаваемых на экран разноракурсных изображений. Кстати, именно благодаря естественной сепарации мы видим объемными окружающие нас предметы. Наш зрительный орган приспособлен для восприятии и каждый данный момент двух сепарированных разноракурсных изображений какого-либо предмета, обладающих разными параллаксами. Наличие двух изображений на сетчатках левого и правого глаза в сочетании с аккомодационным усилием хрусталика и конвергенционным усилием глазной мышцы, а также с быстрыми движениями глазного яблока (оглядаванием) и перемещениями головы зрителя приводит к формированию в мозгу человека и восприятию объемного образа.

Непрерывная или точечная сепарация в заданном направлении осуществляется в случае, если перемещая точечную диафрагму в этом направлении, мы сможем увидеть через нее (как в камере обскуре) плавное изменение параллаксов объемной сцены. Поскольку при визуальном наблюдении вместо точечной диафрагмы используется зрачок глаза, обладающий конечными размерами, то размер этого зрачка определяет допустимый размер шага между соседними ракурсами, при котором оглядывание может считаться практически плавным. При отсутствии вертикального параллакса сепарация по горизонтали должна оставаться точечной, а по вертикали - может отсутствовать. Это так называемая линейная сепарация, поскольку зоны, из которые виден

Проиллюстрируем свойства сепарации и мультипликации примером проекции на экран. Пусть объектив Л_II даст на экране изображение точки А. Сепарация заключается в том, что точка А будет видна из двух зон З₁, отстоящих на какое-то расстояние "s ". Например, это могут быть зоны расположения левого и правого глаз зрителя, а "s " - может равняться глазной базе человека (60 -70 мм). Тогда, если в плоскость экрана перенесены, например, двумя объективами два разноракурсных изображения стереопары, то благодаря сепарации зритель увидит стереоэффект, поскольку правый глаз не видит левого изображения, а левый - правого.

Мультипликация состоит в том, что аналогичная зона З₂ возникнет на расстояний s ₀ от первой. Например, это может быть зона повторного наблюдения тех же ракурсов первым зрителем или зона видения второго зрителя. В последнем случае расстояние между зонами s ₀ равно расстоянию между зрителями в ряду, обычно равному 500 - 600 мм.

Если объект содержит более одного параллакса, необходимо, чтобы экран обладал свойством сепарации и подавал разноракурсные изображения в различные участки пространства, согласованные о расположением глаз зрителя в зоне видения. К числу сепарирующих экранов относится линзо-растровый экран. Линзо-растровый экран обладает следящим свойством; если на него спроецировать 3 изображения объективами Л₁, Л₂, Л₃, то их будет видно из определенных зон 1, 2, 3, соответственно. Трудность в изготовлении оптически качественных мелкоструктурных растров, обусловливающая сложность согласования и точного совмещения двух линзовых растров, не позволяет добиться качественной сепарации и значительной глубины объемной сцены.

Присутствие линейчатой или радиальной структуры ведет к дискретизации изображения но полю экрана, а также к нежелательным эффектам типа муара при неточной юстировке двух растров друг относительно друга. Требовательность к точной настройке усложняет эксплуатацию проекционных систем, содержащих линзо-растровые экраны.

Хорошую сепарацию может обеспечить страдательный многозеркальный экран /2/. Однако ввиду сложности в трудоемкости механической набивки огромного количества микрозеркал (10⁶ – 10⁷) под разными углами к поверхности, количество зрителей и размеры полезной площади таких экранов невысоки. Кроме того, на этих экранах не удается избежать заметной граница областей между стыкуемыми фрагментами.

С сентября 1976 года, когда в лабораторий стереометодов НИКФИ был впервые изготовлен голографический экран размером 50х60

см /3/ и успешно продемонстирована проекция объемных изображений на голографический экран /4/, происходило интенсивное выяснение возможностей применения ГЭ в различных областях науки и техники. Выяснилось, например, что нельзя изготовить ГЭ, через которые можно было бы смотреть как в окно, неограниченно близко приближаясь к экрану и наблюдая объемное изображение в любом (до 180°) угле зрения. Также невозможно осуществить увеличение реальных микрообъектов, типа навесных микросхем в 10⁴ - 10⁵ раз и показать их оператору с сохранением объема.

2. Свойства и типы топографических экранов

В общем виде голографические экраны можно описать как голографические оптические элементы (ГОЭ) с заданной функцией рассеяния /5/. За основу классификации голографических экранов следует брать именно трехмерную функцию рассеяния ГЭ, поскольку она показывает, как преобразуется гомоцентрический монохроматический пучок в результате дифракции на ГЭ. Удобно рассматривать форму сечения трехмерной функции рассеяния в плоскости расположения глаз зрителя, параллельной ГЭ.

Исторически первым был предложен голографический экран Д. Габора /6/, сечение функции рассеяния которого имеет вид прямоугольника, составляющего основную часть зону видения. Луч, идущий от каждой точки проекционного объектива в сторону ГЭ, преобразуется каждой точкой экрана в веер лучей, заполняющих этот прямоугольник. Поскольку свет подается с двух объективов с малыми выходными зрачками, отстоящими на глазную базу, образуются две заполненные лучами пирамиды с верхним основанием в зоне видения и с

Опорный пучок r, сходящийся в точку О_П, освещает фотопластинку. Одновременно фотопластинка освещается от прямоугольного рассеивателя Р сигнальным пучком S. Проекция стереопары на экран Габора (рис.1б) осуществляется в следующем порядке. Вблизи центра проекции O_П размещаются два объектива, переносящие изображения J_Л и J_п в плоскость экрана. Благодаря тому, что зрачки объективов разнесены по углу, зоны П и Л, откуда видны, соответственно, правое и левое изображения, также будут разнесена

по углу. Поскольку при записи в каждую точку экрана попадали лучи от всех точек рассеивателя, при проекции из каждой точки зоны будет виден весь экран. Если угловое расстояние d q между объективами выбрано надлежащим образом,

d q = b_Г/ℓ_Э (2)

где b_Г - глазная база зрителя, то расположенный на определенном расстоянии от экрана ℓ_Э наблюдатель сможет увидеть на экране стереопару. Свобода перемещения в зоне определяется размерами рассеивателя, а также зрачка проекционного объектива. По горизонтали она равна:

(3)

где b₀ - горизонтальный размер зрачка проекционного объектива;

ℓ_П - проекционное расстояние (объектив-экран);

b_P - горизонтальный размер рассеивателя.

(4)

где h_Р - высота рассеивателя при записи;

h₀ - высота зрачка проекционного объектива.

Если нужна зона большой высоты, а апертура объектива мала, то ничто не мешает выбрать h_Р достаточно большим. Тогда при ℓ_Э » ℓ_П, h₀ << h_P.

Другая ситуация со свободой перемещения в горизонтальном направлении. Если D b < b_Г, то при некотором положении глаз экран будет казаться темным. Если D b > b_Г, то при пересечении осевой линии одним глазом пропадет стереоэффект, поскольку оба глаза разместятся в зоне видения одного изображения. Следовательно, оптимальное значение свободы перемещения по горизонтали равно

D b = b_Г (6)

(7)

В первоначальной схеме экрана Д.Габора множество рассеивателей находилось при записи таким образок, что при проекции зоны располагались попеременно и вплотную: зона для левого глаза следовала за зоной для правого глаза. Тогда при смещении в сторону на расстояние более b_Г зритель видел псевдоскопическое изображение.

Ослабить этот недостаток можно, уменьшив число рассеивателей при записи ГЭ до одного на каждое зрительское место, увеличив число ракурсов и, соответственно, количество проекционных объективов до 3 - 4 и разнеся их на угловое расстояние d q согласно (2). Тогда соответствующие зоны заполнятся разноракурсными изображениями. Недостатки этой схемы - скачкообразность перехода мевду ракурсами и нарушение оптимальности свободы перемещения D b для ближних и дальних рядов зрителей; зритель ближний сможет видеть

Голографический экран, предложенный В.Г.Комаром /7/, имеет сечение функции рассеяния в виде d -функции, и поэтому называется точечно-фокусирующим экраном.

В отличие от экрана Д.Габора точечно-фокусирующий экран обладает свойством трансформации внеэкранного изображения. Это свойство эквивалентно изображающим свойствам оптических элементов /8/.

Если сечение функции рассеяния имеет вид линии /9/, то такой экран называется линейно фокусирующим или комбинированным, в том смысле, что он обладает в одном направлении свойством трансформации изображения, а в другом - этим свойством не обладает. На рис.2 показана проекция на линейно-фокусирующий экран, у которого линия источника расположена в вертикальной плоскости, проходящей через центр ГЭ, и имеет ограниченную длину. В этом случае горизонтальный размер зоны определяется по формуле:

b = b₀·ℓ_Э/ℓ_П (8)

и вертикальный - по формуле (4).

По горизонтали такой экран способен сепарировать любое число разнесенных по углу падения на экран изображений J'₁, ...., J'_n, причем каждое сепарированное изображение будет видно только из одной точки зоны "b". По вертикали же сепарация внутри зоны D h отсутствует, следовательно, глаз видит все время одно изображение Поэтому на линейно-фокусирующий экран можно проецировать изображение только без вертикального параллакса или объемные с небольшим выходом во внеэкранное пространство.

точечно-фокусирующим сказывается при проекции многоракурсных стереоизображений без вертикального параллакса, поскольку он создает зону видения любой нудной высоты даже при использовании проекционного объектива со зрачком небольшой высоты. Например, при высоте зрачка объектива менее 100мм можно получать зону видения высотой 100 мм на любом заданном расстоянии от ГЭ. С точечно-фокусирующими ГЭ такая возможность неосуществима.

Пусть стереоголограмма СГ восстанавливает 9 разноракурснвх изображений, причем каждое изображение видно только из соответствующей щели J_щ1,......, J_щэ, расположенной под определенным углом с осью. Разместим в плоскости щелей проекционный объектив Л_П достаточно большой апертуры, чтобы охватить все щели. Объектив перенесет все изображения в плоскость ГЭ. Голографический экран сформирует изображения щелей J'_щ1,......,J'_щэ в зоне видения. Зона видения будет иметь вид, показанный на рис.3б. Свобода расположения зрителя по вертикали обеспечивается выбором достаточной высоты h при записи. Зритель, перемещаясь горизонтально в зоне видения, будет видеть ту пару ракурсов, которая

Если ширина зоны b равна, например, 180 мм, то ширина одной щели должна составлять 20 мм, чтобы избежать неплотного заполнения зоны и отсутствия темных промежутков. Практически скачкообразность ракурсов при такой щели не будет заметна, однако, уменьшив щель до 5 мм (и соответственно, взяв больше ракурсов), можно добиться полной плавности оглядывания.

h_щ ³ d_Г·ℓ_П/ℓ_Э (9)

где h_щ - высота щели при записи радужной голограммы.

h₀ = h_щ (10)

Рассмотрим, какова будет резкость изображения в вертикальном направлении. Если изображение А' точки А сфокусировано объективом на расстояние z' от экрана, то наблюдаемое изображение А" будет удалено от экрана на расстояние

(11)

Размер вертикального отрезка на плоскости ГЭ, образованного лучами, сходящимися в точку А', равен

(12)

Если считать h_щ/ℓ_П << 1 и z'/ℓ_П << 1, то глубина резкости изображения, сформированного объективом, будет значительной, и для оценки достаточно рассмотреть размытие d у точки 0, находящейся в плоскости ГЭ, на расстоянии Z" от экрана при наблюдении с апертурой d_Г.

Рис.4. Проекция радужных голограмм на линейно-фокусирующий ГЭ а) план; б) вид сбоку. Для простоты расчетов неаксиалъностью схемы пренебрегаем.

d у = d_Гz"/ℓ_Э (13)

Если учесть угловое разрешение глаза d a _Г, то размытие изображения не должно превышать величины

d у £ (ℓ_Э – z")d a _Г (14)

Сравнивая (13) и (14), находим максимально допустимый предэкранный выход

(15)

Для типичных d_Г, d a _Г величина выхода для экранов с ℓ_Э

ℓ_Э << d_Г/d a _Г » 10 м (16)

(z")_max » d a _Г·ℓ²_Э/d_Г (17)

высота зоны видения будет слишком мала. Для таких изображений можно изготовить экран со вторичными центрами фокусирования, состоящими из набора "К" точек, расположенных по вертикали и отстоящих на расстоянии

t = ℓ_Э·h_щ/ℓ_П (18)

Запись линейно-фокусирующего ГЭ осуществляется по схеме, показанной на рис.5. Расходящийся лазерный пучок освещает одномерный рассеиватель Р (для повышения светосилы можно в качестве рассеивателя использовать цилиндрический мелкоструктурный растр с шагом менее 4 мм, который фактически служит одномерным рассеивателем). Далее свет собирается цилиндрической линзой в непрерывно светящуюся линию, которая и является сигнальным источником при записи. Одновременно на фотопластинку подается токоцентрический пучок, сходящийся в центре проекции O_П.

Аналогичная схема мокет быть использована для записи точечно-фокусирующих ГЭ, сигнальный источник которых состоит из вертикально расположенных с шагом t светящихся точек. В этом случае мелкоструктурный растр заменяется на специально подобранный растр с шагом t и фокусным, расстоянием, равным фокусу цилиндрической линзы:

(19)

где b_Ц, b_Э - ширина цилиндрической линзы и ГЭ, соответственно.

m, n - количество ракурсов по вертикали и горизонтали;

- прямоугольные функции

s , t - координаты в плоскости вторичной зоны фокусирования, параллельной ГЭ;

D b, D h - ширина и высота вторичной зоны фокусирования ГЭ для одного ракурса;

s _j - горизонтальная координата центра зрительского места

- того зрителя, где

b_Г - глазная база;

d (s -s _j) - дельта-функция Дирака;

i - номер одного из центров во вторичной зоне фокусирования многоточечно-фокусируйщего ГЭ, 1 < i < К;

t - расстояние между центрами во вторичной зоне МФГЭ по вертикали.

3. Проецирование цветных изображений на голографические экраны

Принципиальная схема проекция цветных изображений на ГЭ показана на рис.6. Особенности проекции цветных изображений на ГЭ обусловлены дифракционной природой действия ГЭ. Вследствие этого приходится выделять три-четыре спектральные составляющие и

Например, для голографической съемки и проекции можно использовать либо два лазера: аргоновый (454 а 514 нм) и криптоновый (568 и 647 нм), либо комплект лазеров на красителях с оптимально выбранным для проекции с ртутно-кадмиевой лампой сочетанием длин волн 435, 509, 578 и 644 нм. Изображения с выбранными из этого набора, например, тремя цветовыми составляющими R, G, B преобразуются одним или тремя объективами а изображении J', которые подаются на ГЭ. Голографический экран должен объединить эти цветовые составляющие в единое цветное изображение J" и размножить изображение в соответствии с числом зрителей N.

Простая на первый взгляд схема проекции натурального цветового изображения на ГЭ показана на рис.7. Практически эту схему осуществить

очень сложно. Поскольку в натуральном объекте цветовые составляющие пространственно совмещены, при переносе объективом в районе ГЭ они останутся совмещенными. Далее голографический экран должен отобрать и направить в зону видения излучение трех длин волн l _R, l _G, l _B, для чего должен содержать три соответствующие дифракционные решетки. Для того, чтобы в зону видения не попало излучение промежуточных длин волн, расположенных между тремя основными составляющими, ГЭ должен обладать свойством спектральной селективности.

Рис.8. Сравнение действия цветных ГЭ, имеющих одну (а) в три (б) решетки,

Если голографический экран состоит из решетки, то единственный способ объединить разноцветные изображения зоны видения, это разнести по углу зрачки проекционных объективов, отвечающих за формирование изображений R, G и B - составляющих. Найдем угол y _i(х,у) между лучом, соединяющим центр проекции, и нормалью к ГЭ в каждой его точке (х,у):

где i = R, G, В; y '_рез(x,y) - угол дифрагированного пучка с нормалью к ГЭ; 1/d(x,у) - дифргирующая сила /11/ в каждой точке ГЭ,

l ₀ - длина волны при записи ГЭ;

j , j ' - углы сигнального и предметного пучков с нормалью к фотопластине при записи ГЭ.

Будем предполагать, что однорешеточный ГЭ не имеет угловой и спектральной селективности, а вертикальный размер объектива h₀ << ℓ_П. Тогда формула (20) справедлива не только для центра проекции, но и для всех лучей, выходящих из проекционного объектива в направлении ГЭ. Это, в принципе, позволяет обеспечить слитное результирующее изображение зоны видения, расположенной под углом y '_рез(х,у), при условии правильного выбора проекционных расстояний R, G, В составляющих.

где ¦ ₀ = ℓ_S·ℓ_r/(ℓ_S+ℓ_r)

ℓ_S и ℓ_r - расстояния до сигнального и опорного источников при записи ГЭ,

то для обеспечения постоянного расстояния ℓ_э зрительской зона от ГЭ необходимо расположить объектива Л_R, Л_G, Л_B на разных расстояниях от ГЭ;

ℓ_i = ℓ_{Э¦ i}/(ℓ_Э + ¦ _i) (24)

Если принять ℓ_Э = ℓ, ℓ_GЭ = ℓ_Э; l _G = l ₀, то

При типичных значениях l _G = 0,55 мкм, l _B = 0,48 мкм; ¦ ₀/ℓ_Э = ½ получаем:

Указанной трудности удается избежать при использовании трехрешеточного ГЭ (рис.8б). Каждая из трех решеток записана так, чтобы переносить изображение зрачка объектива Л_П в соответствующем цвете точно в место расположения зрительской зоны. Поэтому разномасштабность изображений отсутствует. Однако при дифракции цветовых составляющих на "чужих" решетках возникают паразитные и изображения, на которые расходуется 2/3 дифрагированного света. Кроме того, результирующая дифракционная эффективность каждой цветовой составляющей несколько ниже, чем при использовании одно-решеточного ГЭ. Например, для красной длины волны

h _R рез = h _R(1 - h _G)(1 - h _B) (28)

где h _i - дифракционная эффективность красной длины волны на i-той решетке.

Таким образом, при больших значениях h _G и h _B результирующая дифракционная эффективность резко падает.

Устранение разномасштабности приводит к необходимости голографической печати цветоделенных объемных изображений с подобными тремя объективами при условии сохранения сквозного масштаба увеличения от объекта оригинала до экранного изображения строго равным единице. В противном случае экранные изображения А_R, A_G, А_B, каждой точки объекта, выходящей за плоскость ГЭ, не будут совпадать, что может привести к ограничению слитно передаваемой глубины наблюдаемого цветного объемного изображения.

Запись каждой из трех решеток лучше всего осуществлять именно на той длине волны, которая используется для проекции. Тогда хроматические аберрации и разномасштабность будут минимальны. Однако практически иногда приходится изготавливать все три решетки на одной длине волны l ₀ (рис.9). В этом случае, чтобы обеспечить одинаковость фокусных расстояний ГЭ и углов дифракции

Рис.9. Схема записи трехрешеточного ГЭ на одной длине волны l ₀.

приходится при изготовлении каждой решетки специально выбирать расстояния источников и углы между сигнальным и опорным пучками. Например, при l _G = l ₀; ℓ_G = ℓ_ЭG, надо выбрать

При условии j '_G = 0; j '_B = 0; j '_R = 0; y ' = 0

где y - угол оси объектива с нормалью к голограмме.

При проекции цветных изображений на ГЭ могут возникать хроматические аберрации - размытие точечного изображения в спектрально окрашенное пятно. Причины хроматических аберраций - различие в углах отклонения разных длин волн на дифракционных решетках ГЭ. При этом величина хроматического размытия изображения точки пропорциональна расстоянию точки от плоскости ГЭ;

- несовмещение цветоделенных изображений, создаваемых в районе ГЭ разными объективами.

4. Связь угла поля зрения экранного изображения с шириной носителя

Повышения плотности записи информации на ленточном носителе можно достичь за счет уменьшения ширины носителя. Вместе с тем, чем уже используемая лента, тем проще и дешевле лентопротяжка, проекционная аппаратура, тем меньше расход сырья носителя. Добиваясь уменьшения ширины носителя, важно не допустить снижения угла поля зрения на голографическом экране и сохранить горизонтальный

Рис.10. Схема проекции с небольшого носителя на ГЭ

tg(a /2) = b_Э/2ℓ_Э (34)

b_Э = b_Kℓ_П/ℓ¦ (35)

b_Э = bℓ_П/b₀ (36)

¦ ₀/ℓ_П << 1 (37)

Последняя зависимость для стандартных кадров на 70 мм, 35 мм и 16 мм пленки показана на рис.11. При расчете предполагалось, что b = b₀. Из кривых следует, что для обеспечения угла поля зрении 30° необходимо использовать объективы с фокусным расстоянием не более 100 мм для 70 мм пленки, 40 мм для 35 мм кинопленки и 14 мм для 16 мм кинопленки.

К чему приводит это требование? Если, например, необходимо обеспечить зону видения не менее h = 100 мм по вертикали и b = 200 мм по горизонтали, то для проекции с 70 мм пленки на точечно-фокусирующий ГЭ придется использовать объектив со зрачком h₀ = 100 мм и b₀ = 200 мм. Светосила такого объектива

Рис.11. Связь фокусного расстояния проекционного объектива с углом поля зрения экранного изображения,

35 мм и 16 мм пленки требуемая светосила составит 1:0,18 и 1:0,085, соответственно. Это уже выходит за пределы возможностей оптической техники. С другой стороны, если говорить о проекции на малый экран 300х400 мм, то использование 70 мм пленки нерационально ввиду сложности и высокой стоимости кинопроекционного механизма. Здесь необходимо использовать 16 мм и в крайнем случав 35мн киноплёнку.

Противоречие можно разрешить только путем отказа от одного большого объектива, применив вместо него мультиплеты малых объективов. Например, вместо одного объектива о диаметром зрачка 200 мм, фокусным расстоянием 150 мм, можно взять расположенные в линейку и состыкованные вплотную 9 объективов диаметром 30 мм с тем же фокусным расстоянием. Из-за малого зрачка объектива высота зоны видения будет явно недостаточной, Ее можно растянуть только при условии отказа от части вертикального параллакса изображения. Если гочечно-фокусирующий ГЭ изготовить с сигнальным источником в виде набора К=h/h₀ точек, расположенных по вертикали на расстоянии "h₀" высоты проекционного объектива, то требуемая общая высота зоны видения "h" будет при проекции обеспечена. Внутри каждой горизонтальной полоски высотой h₀ параллакс будет плавно меняться, а при выходе глаз выше или ниже полоски, будет меняться скачком.

5. Проекция многоракурсных изображений на голографический экран

Чтобы проиллюстрировать свойства и принцип действия различных типов ГЭ, рассмотрим типичные схемы проекции многоракурсных изображений на голографический экран.

расположению глаз зрителя и помогает обеспечить достаточную ширину зоны видения с помощью триплета простых объективов, избежав использования уникального светосильного объектива. Такое расположение пленки помогает развести по горизонтальному углу различные ракурсы, естественным образом используя широкую базу вдоль направления протяжки. С этой целью запись 9 стереоголограмм Фурье осуществляется через триплет объективов Фурье Л_Ф по методу стройной экспозиции, открывая при каждой экспозиции треть поверхности зрачка каждого объектива триплета.

части и освещает три участка на голограмме Г, восстанавливая 9 изображений "J" при помощи объектива Л_Ф . Каждый объектив восстанавливает по 3 изображения, расположенных в одном месте, но идущих под разными углами. Изображения J увеличиваются стилетом проекционных объективов Л_Ф и проецируются в плоскость точечно-фокусирующего ГЭ. Экран формирует в зонах видения З₁ и 3₂ изображения зрачков проекционного объектива, состоящие из 9 вертикальных полосок шириной примерно 20 мм каждая, высотой гнездо меньше диаметра проекционного объектива (например, 60 мм).

Недостаток этой схемы проекции - малая высота зоны видения при довольно значительной светосиле проекционных объективов. Кроме того, изображение одноцветное, что ограничивает использование такого рода стереопроекторов нехудожественными целями.

Цветное многоракурсное киноизображение в увеличенной высоте зоны видения позволяет наблюдать схему проекции, представленную ни рис.13. Голограммы сфокусированных изображений восстанавливаются с кинопленки трехцветным пучком таким образом, чтобы ракурсы одного цвета попали в соответствующие проекционные мультиплетные объективы – Л_R, Л_G, Л_G. Объектива разнесены по вертикали на такое расстояние, что изображения их зрачков, создаваемые линейно-фокусирующим однорешеточным ГЭ в зонах ведения на трех длинах волн, сливается в одно трехцветное изображение. Расстояние объектив-ГЭ выбирается в соответствии с формулами (24) и (23).

Если три цветовых составляющих невозможно разделить по направлению, то необходимо использовать проекцию на трехрешеточный ГЭ. В этом случае три цветовых составляющих (рис.14) проецируются одним мультиплетом в одном направлении. Благодаря дифракции каждой цветовой составляющей на "своей" дифракционной решетке образуется истинная зона ведения R + G + В и еще четыре ложных, в которых не хватает одной или двух составляющих. Схема проекции годится лишь для небольшого числа зрителей, так как ложные зоны видения будут мешать задним рядам зрителей.

- проекция ведется на линейно-фокусирующий трехрешеточный ГЭ.

- три цветоделенные составляющие записываются на голограмму каждая отдельно;

- для проекции R, G, В составляющих используются

Рис.14. Проекция цветных голографических изображений на трехрешеточный ГЭ.

- снижение светосилы объективов в горизонтальном направлении при обеспечении базиса зрения и оглядывания по горизонтали достигается за счет горизонтального расположения лентопротяжки;

- на каждом участке поверхности носителя записывается n изображений, принадлежащих различным ракурсам, где n - число ракурсов, наблюдаемых в зоне видения;

- каждый из трех объективов представляет собой мультиплет с невысоким зрачком и сравнительно небольшой светосилы. Составные субобъективы со срезанными сегментами располагаются вплотную.

6. Заключение

В работе дана классификация ГЭ, приводятся примеры их применения. ГЭ индивидуального пользования на 1 - 5 зрителей могут найти массовое применение для проекции цветных многоракурсных изображений. ГЭ группового пользования на 10 - 30 зрителей полезны при проекции трехмерных изображений в учебном процесге. Уникальные большие ГЭ коллективного пользования на аудиторию 50 -200 человек предназначены для профессионального театрального голографического кинематографа.

Чтобы ускорить массовое использование голографических экранов, предстоит решить ряд проблем, среди которых можно упомянуть следующие:

- разработка методов и устройств для изготовления безаберрационных ГЭ;

- нахождение оптимальных схем проекции цветных изображений на ГЭ;

- создание теории, связывающей информационные характеристики экранного и проецируемого изображения;

- разработка схем проекции на ГЭ, использующих голографическую оптику;

- разработка ГЭ для цветной телевизионной стереопроекции в немонохроматическом излучении;

- создание и испытание серии ГЭ с размерами 30х40, 50х60, 60х80 см;

- разработка методов и средств контроля оптических и светотехнических параметров ГЭ;

1. Н.Г.Власов, Р.В.Рябова, С.П.Семенов. Журнал научн. и прикл. фот. в кинемат., т.22, вып.5, стр.384 - 385, 1977.

2. М.С.Иванов, Техника кино и телевидения, № 12, стр.9 – 11, 1973.

3. В.Г.Комар и др. Техника кино и телевидения. № 1, сгр.15 - 17, 1978.

4. А.С.Блохин и др. Техника кино и телевидения, № 11, стр.38 - 40, 1977.

5. В.И.Мандросов. Исследование некоторых методов голографии в отображающих системах. Автореферат НИКФИ, 1974.

6. Д.Габор. Патент США 3479111 от 24.08.67.

7. В.Г.Комар. Техника кино и телевидения, № 4, стр.31 - 39; № 5, стр.34 - 44, 1975.

8. И.П.Налимов. Техника кино и телевидения, № 5, стр.91 - 92, 1977.

9. П.М.Копылов, Л.Н.Тачков. Телевидение и голография, изд. "Связь", М., стр.168, 1976.

10. A.A.Friesem. Патент США 3823412 от 09.07.74.

11. И.П.Налимов. Материалы I Всесоюзной школы по голографии, Л., стр.295 - 321, 1971.