Media-security

ИССЛЕДОВАНИЕ ШУМОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗОНАЛЬНО-ФОКУСИРУЩИХ ГОЛОГРАФИЧЕСКИХ ЭКРАНОВ

Ю.Н.Овечкис, А.Х.Шакиров

Проведен экспериментальный сравнительный анализ шумовых характеристик зонально-фокусирущих голографических экранов (ЗФГЭ). представляющих собой обычную голограмму Френеля рассеивателя в одном случае и голограмму сфокусированного изображения в другом. Показано, что второй вид записи ЗФГЭ предпочтителен и обеспечивает существенное увеличение отношения сигнал/шум с ростом дифракционной эффективности голограммы.

Зонально-фокусирущие голографические экраны (ЗФГЭ) предназначены для формирования пространственно-ограниченных зон видения, в которые фокусируется световой поток, отраженный (прошедший) от экрана /1/. Запись таких экранов обычно осуществляют с помощью рассеивателя, размеры и расположение которого относительно голограммы соответствуют расположению зоны видения при проекции /1/.

Однако, голограммы рассеивающего объекта обладают значительными интермодуляционными шумами, которые увеличиваются с ростом дифракционной эффективности /2/. Это приводит к тому, что при проекции изображения свет рассеивается вне зоны видения, уменьшая там самим "полезную" яркость изображения. В случае проекции стереоскопических изображений на ЗФГЭ наличие шумов уменьшает коэффициент сепарации экрана, характеризующего качество разделения изображений для левого и правого глаза. Эти факторы препятствуют получению ЗФГЭ с высокой яркостью изображения.

Известно, что интермодуляционные шумы голограмм сфокусированного изображения слабо зависят от дифракционной эффективнос-

Рис.1. Схема записи фрагмента ЗФГЭ.

D - делительный кубик;

З₁, З₂ - поворотные зеркала;

К - коллиматор.

ти /3/. Поэтому при записи ЗФГЭ целесообразно использовать методы получения именно таких голограмм. В работе предлагается и исследуется схема записи ЗФГЭ, в которой изображение рассеивателя фокусируется в плоскость голографической фотопластины, а зона видения формируется апертурой используемого объектива. Аналогичная по функционированию схема записи использовалась ранее в работах по изготовлению синтезированных суперпозиционных голограмм, формирующих разноракурсные изображения и совокупность зон видения каждого из них /4/.

Экспериментальные исследования шумовых характеристик фрагментов ЗФГЭ проводились по схеме, приведенной на рис.1а. Изображение рассеивателя P формировалось в плоскости голограммы Г с помощью объектива О (f=50 мм; 1:1,4). Вблизи выходного зрачка объектива на расстоянии 500 мм от голограммы располагался тест-объект Т (рис.16), представлявший собой прозрачную пластину (40´ 40 мм²), на которую нанесено непрозрачное кольцо Æ _{внешний} = 20 мм, Æ _внутр. = 10 мм). Коллимированный опорный пучок света падал на голограмму под углом 35°. Угол светорассеяния используемого рассеивателя составлял 30°, что обеспечивало равномерность освещения тест-объекта в пределах кольца.

Для сравнения, записывались также голограммы Френеля рассеивателя, формирующего зону видения ЗФГЭ (рис.1 в). При этом рассеиватель Р устанавливается вместо объектива в непосредственной близости от тест-объекта Т, а конденсорная линза Л фокусировала падающий на нее пучок света в центр фотопластины.

Интенсивность опорных и предметных пучков света при записи голограмм выравнивалась. Таким образом, интермодуляционные шумы в обоих видах голограмм были максимальными.

Голограммы записывались на стандартных пластинах ПЭ-2 с обработкой в проявителе ГП-2. Путем изменения времени экспонирования варьировалась дифракционная эффективность (ДЭ) голограмм.

Измерение отношения сигнал/шум проводилось по восстановленному действительному изображению тест-объекта. Для этого с помощью фотоэлемента Æ 2 мм (ФД-3) в 4-5 точках вблизи границы кольца измерялась освещенность светлого и темного поля.

Рис.2. Зависимость отношения сигнал/шум (S/N) от дифракционной эффективности (η).

1 - голограммa сфокусированного изображения;

2 - голограмма Френеля.

Рис.3. Зависимость уровня шума (в условных единицах) от дифракционной эффективности при различных плоскостях фокусировки рассеивателя от голограммы.

L_p - расстояние от изображения рассеивателя до голограммы,

Усредненные величины определяли характеристики, соответственно, сигнала и шума восстановленного изображения.

Зависимость S/N от ДЭ для обоих видов голограмм представлена на рис.2. Нетрудно видеть, что при ДЭ, равной 20-30%, использование предложенной схемы записи позволяет получать существенно большие значения S/N, чем при записи обычных голограмм Френеля. Следует отметить, что для отдельных ярких точек (например, бликов) отношение S/N достигало 1000.

Низкие величины S/N при малых ДЭ объясняются, по-видимому, наличием светорассеяния в фокусирующей оптике, которая отсутствует в схеме на рис.3 в.

Для оценки точности фокусировки, необходимой для достижения низкого уровня шума, снимались также зависимости его уровня от ДЭ при различных расстояниях от голограммы до изображения рассеивателя (рис.3). Как следует из графиков, расфокусировка в 15 мм не приводит к существенному изменению шумовых характеристик. Дальнейшее удаление плоскости изображения рассеивателя от голограммы вызывает резкое увеличение уровня шума.

Таким образом, проведенные исследования подтвердили целесообразность использования предложенной схемы записи зонально-фокусирующих голографических экранов с фокусировкой рассеивающего элемента в плоскость фотопластины. Данная схема применима - также для записи специальных голографических элементов, собирающих световой поток в заданные области пространства.

Л и т е р а т у р а

1. Налимов И.П. Цветные голографические экраны. Материалы Х Всесоюзной школы по голографии, М., 1978, с.5-41.

2. Локшин В.И., Семенов Г.Б. Дифракционная эффективность и отношение сигнала к шуму фазовых голограмм диффузных объектов.

Материалы IV Всесоюзной школы по голографии, Л., 1973, с.313-322.

3. Клименко И.С. Голография сфокусированных изображений и спекл-интерферометрия. М., Наука. 1985, с.50.

4. Налимов И.П., Овечкис Ю.H., Шакиров А.Х. Принцип записи и наблюдение стереоголограмм. Материалы Х Всесоюзной школы по голографии, Л., 1978, т.2, с.126-139.