Некоторые соображения о цветной голографии

Supported by http://www.holography.ru
Sogokon'A

Некоторые соображения о цветной голографии

Post by Sogokon'A »

Давайте вспомним очень старый и хорошо забытый метод цветной фотографии и постараемся применить его к голографии. Речь идет об автохромной фотопроцессе, который в 1902 году изобрел Алфеус Хьятт Веррил. Суть метода заключается в том, что на позитивную черно-белую фотоэмульсию наносится маска из окрашенных зерен крахмала, выполняющих роль фильтров http://home.bway.net/jscruggs/auto.html. Братья Люмьер поставили этот метод на промышленную основу и составляли конкуренцию фирме Кодак, выпускавшей оборудование и пластинки для липпмановской фотографии. В тридцатые годы прошлого столетия эти методы потеснил хорошо нам известный трехслойный фотопроцесс.
Рассмотрим толстую голографическую эмульсию, на поверхности которой расположен мозаичный RGB фильтр (см. рис1). Пусть со стороны фильтра на нее падают плоские волновые фронты от совмещенных красного, зеленого и синего лазеров. Будем считать, что фильтры идеальны, т.е. пропускают излучение только «своих» лазеров и спектры сенсибилизаторов не перекрываются. Тогда интерференционная картина в толще эмульсии будет иметь такой вид, как показано на рис.1. Видим, что примерно в половине объема эмульсии интерференционная структура отсутствует.
pic1.JPG
pic1.JPG (55.07 KiB) Viewed 5072 times
Такого допустить мы, естественно, не можем, и начнем приближаться к реальности: сделаем спектральные характеристики наших фильтров совпадающими с характеристиками сенсибилизаторов. Тогда в ячейках «а» запишется по две решетки, а ячейки «в» останутся равномерно засвеченными. Заметим, что запись двухцветных голограмм не встречает особых трудностей, и они даже пользуются коммерческим успехом. Неприятности начинаются при добавлении третьего цвета. Поэтому, если в спектре пропускания красного светофильтра устроить небольшую загогулину в синей части спектра, то и в ячейках «в» тоже запишется по две решетки. Хочу обратить ваше внимание на то, что в теории воспроизведения цвета показано, что для достижения максимального цветового охвата, базовый красный цвет должен содержать небольшое количество синего. Возможно это не случайное совпадение.
Таким образом, применив мозаичный фильтр, мы структурировали объем регистрирующего слоя так, что в каждой ячейке записано только по две решетки. Это аналогично чересстрочной развертке, применяемой в цветных телевизорах и мониторах.
На стадии восстановления изображения наличие фильтра предотвращает дифракцию и рассеяние света на «чужих» решетках, так как каждая элементарная ячейка освещается только «своим» светом.
Поскольку технология получения красно-зеленых голограмм уже многими отработана, то можно пойти еще на одно упрощение, а именно: вместо красного и зеленого светофильтров поставить один желтый. Желтый светофильтр пропустит красный и зеленый луч лазера, и в соответствующих ячейках будет записано две решетки. А в спектре пропускания синего фильтра сделать небольшую «красную загогулину» для того, чтобы в местах пересечения красного пучка с синим, тоже записалось по две решетки. Следует заметить, что путем изменения соотношения площадей, занятых фильтрами, можно дополнительно регулировать цветовой баланс восстановленного изображения.
На рис.2 показана работа мозаичного фильтра в случае записи денисюковских голограмм. Наличие фильтра приводит к повышению контрастности «своей» решетки при записи, и предотвращает дифракцию и рассеяние на «чужих» решетках при восстановлении.
pic2.JPG
pic2.JPG (43.07 KiB) Viewed 5069 times
Теперь рассмотрим где и как расположить, и как изготовить этот мозаичный фильтр.
1. Можно поступить очень просто: найти старинное описание и максимально точно воспроизвести технологию нанесения крахмального слоя. Не знаю как сейчас, а 25 лет назад на Кузнецком мосту в Москве была шикарная научно-техническая библиотека, которую я частенько посещал. И там мне удалось полистать мудрую книжицу под названием «Как сделать хороший автохром», изданную еще в начале 20 века. В ней очень подробно описана технология приготовления автохромной эмульсии в условиях домашней кухни. Но на ксерокопирование этой книги у меня банально не хватило денег…
2. Учитывая, что голографическая эмульсия имеет значительно большую толщину, чем фотографическая, применявшаяся в автохромном процессе, то можно попробовать зерна крахмала (а лучше, какого-нибудь окрашенного полимера, с показателем преломления равным показателю преломления желатины) расположить прямо в эмульсионном слое (рис.3). Для начала можно попробовать порошок для цветного ксерокса.
3. На мой взгляд, наилучшее место для фильтра – это подслой. На тонкий, хорошо задубленный слой можно с помощью струйного принтера (или иным способом, например, шелкографии) нанести мозаичный RGB или yellow-blue фильтр. А затем полить эмульсию. Технология нанесения люминофора на экраны телевизионных трубок вполне может сработать здесь без особого напряга.
Кстати, этот пункт можно рассматривать как современную реализацию автохромного фотопроцесса.
pic3.JPG
pic3.JPG (47.36 KiB) Viewed 5070 times
Для проверки работоспособности идеи предлагаю следующий эксперимент. Печатаем мозаичный фильтр на прозрачной пленке струйным или лазерным принтером. Вырезаем образец, размером в полпластинки и приклеиваем его к стеклянной подложке. Полпластинки для того, чтобы увидеть разницу между изображением, полученным с фильтром и без оного. У большинства струйных принтеров пленка с одной стороны шероховатая. Поэтому к стеклу ее нужно приклеить именно шероховатой стороной, чтобы клей работал и как иммерсия. Поскольку фильтр поглотит часть излучения, то пластинку нужно экспонировать дважды: одну часть с нормальной экспозицией, а вторую с коррекцией на поглощение фильтра. В результате получится четыре изображения, а сравнивать между собой мы будем только два – нормальная экспозиция без фильтра и нормальная экспозиция с фильтром. Учитывая то, что в данном случае фильтр отстоит от эмульсии на значительном расстоянии, то угол обзора восстановленного изображения через фильтры будет ограничен. Для начала размер ячеек фильтра можно взять 1х1мм, и потом плавно уменьшать (или увеличивать), в зависимости от того, что покажет эксперимент. Можно сделать фильтр в виде полосок, например, вертикальных, как на мультиплексе.
Еще одно замечание. Перед тем, как печатать фильтр, нужно проверить пленку на предмет вращения плоскости поляризации. Лавсановая пленка ведет себя как анизотропный кристалл.
К сожалению, у меня нет возможности осуществить этот эксперимент. Но многим участники форума эта задача по плечу, а некоторые могут выполнить его просто играючись. Результаты могут быть впечатляющими. А если нет, то будет добросовестно отработана очередная ступенька бесконечного процесса познания.

P.S. Все о чем говорилось выше, справедливо и для липпмановской фотографии.
holos

Некоторые соображения о цветной голографии

Post by holos »

Очень любопытно. Но реально сделать такую мозаику достаточно трудно. Когда я работал в НИИ, соседи делали трехцветные фильтры для ж-к дисплеев методом фотолитографии (я им часто писал спектры фильтров и ламп подсветки на своем КСВУ). Размер ячеек был две-три сотни микрон. Получалось очень прилично. Вот сейчас бы такую применить.
Насчет согласования фильтров со спектральной чувствительностью фотоэмульсии вижу проблемы. Спектр чувствительности фотоэмульсии состоит не из отдельных пиков, а представляет собой достаточно своеобразную кривую. Привожу ее еще раз. Выбрать здесь отдельно что-то для красного, что-то для синего трудно.
sensitivity PFG-03c.jpg
sensitivity PFG-03c.jpg (68.04 KiB) Viewed 5015 times
Для голограмм диффузных объектов появляются дополнительные трудности. Отраженный от объекта свет уже не будет идти к «своим» фильтрам, а рассеется по всей поверхности пластинки и цвета перемешаются.

Что же касается синего цвета, для него вообще не нужны сенсибилизаторы, так как само бромистое серебро эмульсии чувствует его вполне сносно. Проблема в другом – светорассеяние на короткой длине волны достаточно велико и снижает контраст изображения. К тому же, запись синим лазером снижает ДЭ зеленых и красных голограмм при любом способе записи – одновременном или последовательном, каким-то образом разрушая центры скрытого изображения. Вот отделить запись синим лазером от записи красным и зеленым лазерами было бы очень полезно. И, если, для пропускающих голограмм это сделать еще возможно, полив двухслойную эмульсию и отгородив синечувствительный слой от красно-зеленого специальным слоем-фильтром (как в цветной фотопленке) то для отражающих голограмм этот номер не пройдет: пучки-то на пластинку идут с обеих сторон.
Sogokon'A

Некоторые соображения о цветной голографии

Post by Sogokon'A »

holos wrote:Очень любопытно. Но реально сделать такую мозаику достаточно трудно. Когда я работал в НИИ, соседи делали трехцветные фильтры для ж-к дисплеев методом фотолитографии (я им часто писал спектры фильтров и ламп подсветки на своем КСВУ). Размер ячеек был две-три сотни микрон. Получалось очень прилично. Вот сейчас бы такую применить.
Братья Люмьер и фирма Кодак до 30 годов прошлого века выпускали вот такие растры
http://www.photodrom.com/p/book/history/histcam17.htm
Конечно, было бы не плохо пойти в магазин и купить. Но можно просто напечатать на принтере.
holos wrote:Насчет согласования фильтров со спектральной чувствительностью фотоэмульсии вижу проблемы. Спектр чувствительности фотоэмульсии состоит не из отдельных пиков, а представляет собой достаточно своеобразную кривую. Привожу ее еще раз. Выбрать здесь отдельно что-то для красного, что-то для синего трудно.
Длины волн для записи выбираются исходя из спектральной чувствительности эмульсии и наличия соответствующих лазеров. Это аксиома. А вот критерии выбора спектров пропускания фильтров несколько иные: они в первую очередь должны хорошо «отсекать соседей»,
holos wrote:Для голограмм диффузных объектов появляются дополнительные трудности. Отраженный от объекта свет уже не будет идти к «своим» фильтрам, а рассеется по всей поверхности пластинки и цвета перемешаются.
А нам и не нужно чтобы они шли к своим фильтрам. Это хорошо, что они рассеиваются, перемешиваются и «размазываются». В каждой элементарной ячейке под фильтром будет содержаться вся информация об объекте.
holos wrote:Проблема в другом – светорассеяние на короткой длине волны достаточно велико и снижает контраст изображения. К тому же, запись синим лазером снижает ДЭ зеленых и красных голограмм при любом способе записи – одновременном или последовательном, каким-то образом разрушая центры скрытого изображения. Вот отделить запись синим лазером от записи красным и зеленым лазерами было бы очень полезно.
Именно ради этого все и делается! Именно из-за этого весь сыр-бор! Кто «съедает» скрытое изображение красного и зеленого изображения? Синий пучок, причем опорный!!! Рассеянный от объекта в 10-100 раз слабее. Поэтому, поставив на пути синего красный фильтр, мы в 10-100 раз уменьшаем «съедающее» действие синего на красную решетку. Аналогичная ситуация с зеленым.
А вот за синим фильтром картина совсем интересная: синий свет получает в свое распоряжение все светочувствительные центры слоя и ему не нужно «сражаться» с сенсибилизаторами красного и зеленого, отбирая у них уже активированные кристаллы.
Поэтому у синего пучка появляется шанс записать добротную, без всяких «примесей» решетку. Рассеянный красный и зеленый не в счет, так как они в 10-100раз слабее, чем соответствующие опорные.
На стадии восстановления белым светом, если условия освещения соответствуют условиям записи, фильтры «пресекают поползновения» к дифракции и рассеянию на «чужих» решетках. Это должно повысить контрастность восстановленного изображения. Вспомните защитное действие зеленых фильтров, которые стояли на экранах осциллографов с зеленым свечением люминофора. В таком же режиме будут работать фильтры и здесь.

Пока я не вижу причин, по которым эта идея может не работать. Нужен эксперимент.
Gall

Некоторые соображения о цветной голографии

Post by Gall »

Верно ли, что после записи голограммы фильтр больше не нужен и его можно снять с пластинки?
Sogokon'A

Некоторые соображения о цветной голографии

Post by Sogokon'A »

Если у Вас есть возможность поставить фильтр на стадии записи и снять после обработки, сделайте это. И сравните качество восстановленного изображения с фильтром и при его отсутствии. Это будет очень важный и полезный эксперимент. Вообще говоря, я возлагаю очень большие надежды на этот фильтр при восстановлении изображения. Но вы уже второй человек, который предлагает убрать его после проявления. Я не буду возражать, если это приведет к повышению качества изображения. А пока очень сомневаюсь…
Игорь

Некоторые соображения о цветной голографии

Post by Игорь »

А какого размера будет элемент фильтра?.. В статье сказано про 1х1 мм. Но это чудовищно много. Тогда пиксельная структура на голограмме будет видна невооружённым глазом. Нужно минимум в двое меньше. А лучше в четверо.
Итак, решили, что единичный элемент фильтра - это 250х250мкм. Но тогда все рассуждения и картинки в статье в корне неверны! Толщина эмульсии ПФГ-03Ц 10мкм. Т.е. размер ячейки много больше толщины эмульсии. Вот наглядно, какое там соотношение:

ннннннннннннннннннннннннн

Для ПФГ-03М (а она, как видно по кривым чувствительности, не сильно хуже 03Ц) это соотношение ещё "круче":

нннннннннннннннннннннннннннннннннннн

Под каждым фильтром будет формироваться ровно одна голограмма, записаная только тем светом, который прошёл через него. Так что всё на много проще: ставим стандартную сетку фильтров (от LCD, например) и получаем матрицу совершенно независимых голограмм, записаных каждая своим цветом. Как и на мониторе, при взгляде с расстояния цвета смешиваются, создавая единое цветное изображение.

Светофильтр после записи можно будет спокойно убрать в случае голограммы Денисюка. Если же делать пропускающую, то он должен будет остаться.
Sogokon'A

Некоторые соображения о цветной голографии

Post by Sogokon'A »

Вот так выглядит увеличенный в 300 раз порошок для цветного ксерокса. можно попробовать внедрить его в эмульсию. К стати, все приведенные ранее соображения справедливы и для БХЖ.
105_0505c.jpg
105_0505c.jpg (142.61 KiB) Viewed 4940 times
Игорь

Некоторые соображения о цветной голографии

Post by Игорь »

Зачем пытаться внедрить непонятно что с неизвестно каким результатом, когда просто прикрепив сверху на эмульсию обычную сетку светофильтров можно получить весьма предсказуемый результат?..
al_gont

Некоторые соображения о цветной голографии

Post by al_gont »

Тема интересная...
Позвольте несколько мыслей:
Думаю, таким образом не очень хорошо писать однопучковую голограмму Денисюка - ведь объект будет освещен не чистым пучком света, а "сеткой", что может быть заметно на голограмме (это похоже на то, как если записывать голограмму пучком без пространственного фильтра). Хотя это, конечно же, не критично, но лучше дополнительно подсвечивать объект.
И еще одно опасение - не станут ли непрозрачные для данной длины волны участки на фильтре вести себя как дифракционная решетка? Это особенно может проявиться, если внедрять порошок в эмульсию - частички порошка меньше... В результате опроный пучок будет представлять собой нечто трудноописуемое :)
Игорь

Некоторые соображения о цветной голографии

Post by Игорь »

al_gont wrote:И еще одно опасение - не станут ли непрозрачные для данной длины волны участки на фильтре вести себя как дифракционная решетка? Это особенно может проявиться, если внедрять порошок в эмульсию - частички порошка меньше... В результате опроный пучок будет представлять собой нечто трудноописуемое :)
С порошком - может быть, а вот с сеткой фильтров это исключено (см. выше соотношение размеров фильтра и толщины эмульсии).

Для Денисюка дополнительная подсветка, конечно, потребуется. Но это не такая уж большая проблема. Даже на своей любительской установке простейшей конструкции я периодически делаю дополнительную подсветку с помощью белых картонных коробок, отражающих к объекту свет, выходящий за края фотопластинки.
Locked