Мобильная голографическая камера для записи цветных голограмм
УДК 778 38
МОБИЛЬНАЯ ГОЛОГРАФИЧЕСКАЯ КАМЕРА ДЛЯ ЗАПИСИ ЦВЕТНЫХ ГОЛОГРАММ
© 2009 г. И. Женте*; М. К. Шевцов**, канд. физ.-мат. наук ** Голографическая лаборатория, Бордо, Франция ** ВНЦ “Государственный оптический институт им. С. И. Вавилова”, Санкт-Петербург ** Е-mail: yves.gentet@wanadoo.fr, ms@vs2037.spb.edu
Для записи цветных голограмм музейных объектов по методу Ю.Н. Денисюка была разработана и изготовлена голографическая камера, позволяющая вести съемку вне голографической лаборатории. Камера размером 30×40×50 см и массой 12 кг представляет собой лазерный прожектор “белого” света, способный обеспечить запись цветных голограмм размером до 30×40 см на фотопластинках лабораторного изготовления “Ultimate”. Камера не требует массивного виброустойчивого стола, водяного охлаждения, большой электрической мощности, что является важным условием для работы непосредственно в музеях или месте нахождения объектов съемки.
Ключевые слова: голографическая камера, галогенидосеребряная эмульсия, спектральная сенсибилизация, цветная голограмма.
Коды OCIS: 090.0090
Поступила в редакцию 04.02.2009
Введение
Метод регистрации объемных изображений в когерентном свете, предложенный Ю.Н. Денисюком в 60-е годы прошлого столетия, сразу получил широкое распространение в связи с возможностью наблюдения изображений в белом свете. Чтобы продемонстрировать уникальную способность голограмм восстанавливать близкое к реальности по своим оптическим свойствам объемное изображение, в качестве объектов для записи голограмм часто использовались музейные объекты. Предполагалось, что практическое применение изобразительная голография найдет в музейном деле при создании оптических копий произведений искусства. Многие музеи мира предоставляли свои объекты для записи голограмм, которые демонстрировались на передвижных выставках. Это позволяло широкой публике знакомиться как с новым направлением оптической науки, так и с культурным и историческим наследием. Однако все голограммы были монохромными и записывались исключительно в лабораторных условиях.
Голографические камеры для работы в музеях
Для регистрации голограмм обычно использовались лазеры, генерирующие в красной области спектра (He-Ne или Kr), которые располагались на тяжелых виброустойчивых плитах. В виду низкой чувствительности фотоматериалов обеспечить стабильность условий во время записи голограмм (до нескольких минут) удавалось только в лабораторных условиях.
Известен опыт компании “Союз” (Москва), которая в начале 90-х годов успешно продемонстрировала работу мобильной установки по записи монохромных голограмм Денисюка на фотопластинках ПФГ-03 с помощью Не-Neлазера (40 мВт), оснащенного оптоволоконной системой. Объект помещался на горизонтальный металлический диск диаметром 50 см, установленный на автомобильной камере и имеющий вертикальную штангу высотой около 2 м, на конце которой крепился конец оптоволокна. С помощью этой установки были записаны голограммы уникальных объектов в
30 “Оптический журнал”, 76, 7, 2009
музеях Сергиева Посада и Суздаля размером до 30×40 см, но монохромные.
Снижение массы голографической установки, увеличение размеров голограмм до 60×80 см, расширение круга объектов для съемки удалось достичь за счет создания малогабаритных мобильных голографических камер на основе импульсных Nd:YAG-лазеров, работающих на второй гармонике основного излучения [1, 2]. Запись мастер-голограммы пропускающего типа осуществляется непосредственно на месте, где находится объект, а отражательная копия уже изготавливается в лабораторных условиях. Такая техника позволяет повысить яркость голограмм, привнести дополнительные эффекты, записывать голограммы живых и динамических объектов. В отличие от голограмм Денисюка, они имеют ограниченный угол обзора, а изображение объекта, восстановленное голограммой, теряет свой истинный цвет, что во многих случаях является неприемлемым.
Мобильная голографическая камера для записи цветных голограмм Денисюка с археологических объектов была изготовлена в лаборатории биофизики университета Мюнстера (Германия). Все лазеры, элементы схемы и объект располагались на небольшой платформе. Для записи голограмм использовались следующие лазеры: гелий-неоновый, непрерывный Nd-YAG и аргоновый с воздушным охлаждением, что позволяло на фотопластинках ПФГ-03Ц записать голограммы размером до 9×12 см с невысоким качеством с точки зрения яркости и насыщенности цветов, особенно в синей области.
Разработка мобильной камеры для цветной голографии Денисюка
Для записи цветных голограмм Денисюка непосредственно в стенах музеев авторами была разработана и изготовлена мобильная голографическая камера. Начало работ относится к 1995 году и связано с разработкой и совершенствованием галогенидосеребрянной эмульсии для голографии. Голографический материал получил название “Ultimate” и в настоящее время имеет три модификации: “Ultimate 08”, “Ultimate 15” и “Ultimate 25” в соответствии с размером микрокристаллов галогенида серебра [3]. Фотоматериал сенсибилизируется к определенной зоне спектра в зависимости от длины волны записи – монохромный вариант, или к трем зонам спектра (красной, зеленой и синей) одновременно – цветной вариант. Энергетическая
7 8 9
4 He-Ne 1
5 YAG 2 6 Ar 3
10 11 12
13
15 14
Рис. 1. Оптическая схема мобильной камеры для цветной голографии. 1–3 – лазеры, 4–6 – аттенюаторы, 7–10 зеркала, 11, 12 – смесители пучков, 13 – пространственный фильтр, 14 – фотопластинка, 15 – объект.
чувствительность фотоматериала находится в диапазоне от 3 до 300 мкДж/см 2 в зависимости от размеров микрокристаллов галогенида серебра, и для цветной голографии Денисюка она составляет в настоящее время около 100 мкДж/см2 на каждый цвет, что примерно на порядок превышает чувствительность аналогичных промышленных фотоматериалов, например, ПФГ-03Ц (около 1 мДж/см2). Это явилось существенным шагом к снижению требований к стабильности схемы при съемке и позволило обойтись без тяжелого виброустойчивого стенда.
Оптическая схема камеры соответствует классической схеме записи голограмм Ю.Н. Денисюка с “белым” источником света, который образован тремя непрерывными когерентными лазерами (рис. 1): полупроводниковым (λ = 639 нм) и твердотельными с диодной накачкой компании “Coherent” (λ = 532 нм) и “Cobolt” (λ = 473 нм) с мощностью 25, 120 и 70 мВт соответственно. Лазеры отличаются своей компактностью, долговечностью, стабильностью, низким потреблением электрической энергии – около 500 Вт и отсутствием водяного охлаждения. С помощью интерференционной оптики излучение от трех лазеров сводится в один “белый” пучок света, который, проходя пространственный фильтр, освещает фотографическую пластинку и объект. Выходные мощности излучения для всех лазеров регулируются аттенюаторами и в выходном пучке составляют около 25 мВт для каждой длины волны, что обеспечивает согласование с равной чувствительностью фотоматериала “Ultimate” в трех зонах спектра. Плотность мощности излучения на поверхности фотопластинки размером 30×40 см составляет 7 ± 1 мкВт/см2 на каждой длине волны, что соответствует времени экспо-
“Оптический журнал”, 76, 7, 2009
31
зиции около 20 с при чувствительности материала 150 мкДж/см2, причем разница в освещенности в центре и на краях фотопластинки составляет не более 25%. Компактность лазеров и рациональное построение оптической схемы (рис. 2) позволили разместить все элементы установки, включая электронные блоки, в одном корпусе размером 30×40×50 см, а масса камеры составила 12 кг. Внешний вид камеры и фотография голограммы, записанной на ней, показаны на рис. 3.
Результаты
Испытания показали, что вся установка обладает достаточной стабильностью для записи высококачественных цветных голограмм, и квалифицированным специалистам позволяет
Лазер G Лазер B Лазер R
БП
(а)
(б) Пластинка
Объект
Рис. 2. Схема размещения лазеров, оптических элементов и электронных блоков в мобильной камере для цветной голографии. а – вид сверху, б – вид сбоку.
(а) (б)
(в)
Рис. 3. Мобильная камера записи цветных голограмм Ю.Н. Денисюка. а – внешний вид камеры в рабочем состоянии, б – проверка качества записанной голограммы в лазерном свете, в – полноцветная голограмма бабочек (32×43 см), записанная с помощью мобильной камеры по методу Ю.Н. Денисюка.
32 “Оптический журнал”, 76, 7, 2009
Применение цветных голограмм Денисюка в музейном деле
№ Области применения цветных голограмм Денисюка 1 Архивное хранение голограмм наиболее ценных музейных объектов 2 Демонстрация голограмм, когда оригиналы отсутствуют или слишком хрупкие или ветхие для их
демонстрации 3 Запись голограмм археологических объектов прямо на месте их находки 4 Запись голограмм объектов до и после их реставрации для проведения сравнительного анализа, а
также наблюдения изменений, происходящих с объектом, с течением времени с высокой точностью 5 Обмен голограммами объектов между музеями 6 Обеспечение других музеев, коллекционеров и любителей искусства голограммами, которые
“видели” оригинал и могут “воспроизвести” свет, исходивший от них 7 Создание тематических коллекций голограмм объектов, которые находятся в разных странах мира 8 Организация передвижных экспозиций музейных объектов 9 Привлечение публики в музеи демонстрацией голограмм наиболее известных и ценных объектов 10 Изготовление подарков и сувениров с использованием цветных голограмм музейных объектов
обойтись без традиционной тяжелой виброустойчивой плиты. Во время записи голограмм камера устанавливается на обычный стол в затемненном помещении. Такие условия можно создать непосредственно в музее или ином месте съемки голограмм объектов. Цветные голограммы размером 32×43 см, записанные с помощью мобильной голографической камеры на фотоматериале “Ultimate”, отличаются высокой яркостью, прозрачностью и восстанавливают полноцветное изображение в свете “лазерного прожектора”. Поскольку использование камеры ориентировано на работу в музеях, в таблице приведены
возможные применения цветных голограмм Денисюка в музейном деле.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шевцов М.К., Корнев А.Ф., Покровский В.П., СтупниковВ.К.Портативная голографическая камера “GREEF” и ее практическое применение // Оптический журнал. 2006. Т. 76. № 7. С. 45–48.
2. www.museum-holography.com
4. Женте И., Шевцов М.К. Цветная голография с использованием фотоматериала “Ultimate” // Труды 4-ого международного форума “ХОЛОЭКСПО-2007”, М., 2007. С. 58–59.
“Оптический журнал”, 76, 7, 2009
33
МОБИЛЬНАЯ ГОЛОГРАФИЧЕСКАЯ КАМЕРА ДЛЯ ЗАПИСИ ЦВЕТНЫХ ГОЛОГРАММ
© 2009 г. И. Женте*; М. К. Шевцов**, канд. физ.-мат. наук ** Голографическая лаборатория, Бордо, Франция ** ВНЦ “Государственный оптический институт им. С. И. Вавилова”, Санкт-Петербург ** Е-mail: yves.gentet@wanadoo.fr, ms@vs2037.spb.edu
Для записи цветных голограмм музейных объектов по методу Ю.Н. Денисюка была разработана и изготовлена голографическая камера, позволяющая вести съемку вне голографической лаборатории. Камера размером 30×40×50 см и массой 12 кг представляет собой лазерный прожектор “белого” света, способный обеспечить запись цветных голограмм размером до 30×40 см на фотопластинках лабораторного изготовления “Ultimate”. Камера не требует массивного виброустойчивого стола, водяного охлаждения, большой электрической мощности, что является важным условием для работы непосредственно в музеях или месте нахождения объектов съемки.
Ключевые слова: голографическая камера, галогенидосеребряная эмульсия, спектральная сенсибилизация, цветная голограмма.
Коды OCIS: 090.0090
Поступила в редакцию 04.02.2009
Введение
Метод регистрации объемных изображений в когерентном свете, предложенный Ю.Н. Денисюком в 60-е годы прошлого столетия, сразу получил широкое распространение в связи с возможностью наблюдения изображений в белом свете. Чтобы продемонстрировать уникальную способность голограмм восстанавливать близкое к реальности по своим оптическим свойствам объемное изображение, в качестве объектов для записи голограмм часто использовались музейные объекты. Предполагалось, что практическое применение изобразительная голография найдет в музейном деле при создании оптических копий произведений искусства. Многие музеи мира предоставляли свои объекты для записи голограмм, которые демонстрировались на передвижных выставках. Это позволяло широкой публике знакомиться как с новым направлением оптической науки, так и с культурным и историческим наследием. Однако все голограммы были монохромными и записывались исключительно в лабораторных условиях.
Голографические камеры для работы в музеях
Для регистрации голограмм обычно использовались лазеры, генерирующие в красной области спектра (He-Ne или Kr), которые располагались на тяжелых виброустойчивых плитах. В виду низкой чувствительности фотоматериалов обеспечить стабильность условий во время записи голограмм (до нескольких минут) удавалось только в лабораторных условиях.
Известен опыт компании “Союз” (Москва), которая в начале 90-х годов успешно продемонстрировала работу мобильной установки по записи монохромных голограмм Денисюка на фотопластинках ПФГ-03 с помощью Не-Neлазера (40 мВт), оснащенного оптоволоконной системой. Объект помещался на горизонтальный металлический диск диаметром 50 см, установленный на автомобильной камере и имеющий вертикальную штангу высотой около 2 м, на конце которой крепился конец оптоволокна. С помощью этой установки были записаны голограммы уникальных объектов в
30 “Оптический журнал”, 76, 7, 2009
музеях Сергиева Посада и Суздаля размером до 30×40 см, но монохромные.
Снижение массы голографической установки, увеличение размеров голограмм до 60×80 см, расширение круга объектов для съемки удалось достичь за счет создания малогабаритных мобильных голографических камер на основе импульсных Nd:YAG-лазеров, работающих на второй гармонике основного излучения [1, 2]. Запись мастер-голограммы пропускающего типа осуществляется непосредственно на месте, где находится объект, а отражательная копия уже изготавливается в лабораторных условиях. Такая техника позволяет повысить яркость голограмм, привнести дополнительные эффекты, записывать голограммы живых и динамических объектов. В отличие от голограмм Денисюка, они имеют ограниченный угол обзора, а изображение объекта, восстановленное голограммой, теряет свой истинный цвет, что во многих случаях является неприемлемым.
Мобильная голографическая камера для записи цветных голограмм Денисюка с археологических объектов была изготовлена в лаборатории биофизики университета Мюнстера (Германия). Все лазеры, элементы схемы и объект располагались на небольшой платформе. Для записи голограмм использовались следующие лазеры: гелий-неоновый, непрерывный Nd-YAG и аргоновый с воздушным охлаждением, что позволяло на фотопластинках ПФГ-03Ц записать голограммы размером до 9×12 см с невысоким качеством с точки зрения яркости и насыщенности цветов, особенно в синей области.
Разработка мобильной камеры для цветной голографии Денисюка
Для записи цветных голограмм Денисюка непосредственно в стенах музеев авторами была разработана и изготовлена мобильная голографическая камера. Начало работ относится к 1995 году и связано с разработкой и совершенствованием галогенидосеребрянной эмульсии для голографии. Голографический материал получил название “Ultimate” и в настоящее время имеет три модификации: “Ultimate 08”, “Ultimate 15” и “Ultimate 25” в соответствии с размером микрокристаллов галогенида серебра [3]. Фотоматериал сенсибилизируется к определенной зоне спектра в зависимости от длины волны записи – монохромный вариант, или к трем зонам спектра (красной, зеленой и синей) одновременно – цветной вариант. Энергетическая
7 8 9
4 He-Ne 1
5 YAG 2 6 Ar 3
10 11 12
13
15 14
Рис. 1. Оптическая схема мобильной камеры для цветной голографии. 1–3 – лазеры, 4–6 – аттенюаторы, 7–10 зеркала, 11, 12 – смесители пучков, 13 – пространственный фильтр, 14 – фотопластинка, 15 – объект.
чувствительность фотоматериала находится в диапазоне от 3 до 300 мкДж/см 2 в зависимости от размеров микрокристаллов галогенида серебра, и для цветной голографии Денисюка она составляет в настоящее время около 100 мкДж/см2 на каждый цвет, что примерно на порядок превышает чувствительность аналогичных промышленных фотоматериалов, например, ПФГ-03Ц (около 1 мДж/см2). Это явилось существенным шагом к снижению требований к стабильности схемы при съемке и позволило обойтись без тяжелого виброустойчивого стенда.
Оптическая схема камеры соответствует классической схеме записи голограмм Ю.Н. Денисюка с “белым” источником света, который образован тремя непрерывными когерентными лазерами (рис. 1): полупроводниковым (λ = 639 нм) и твердотельными с диодной накачкой компании “Coherent” (λ = 532 нм) и “Cobolt” (λ = 473 нм) с мощностью 25, 120 и 70 мВт соответственно. Лазеры отличаются своей компактностью, долговечностью, стабильностью, низким потреблением электрической энергии – около 500 Вт и отсутствием водяного охлаждения. С помощью интерференционной оптики излучение от трех лазеров сводится в один “белый” пучок света, который, проходя пространственный фильтр, освещает фотографическую пластинку и объект. Выходные мощности излучения для всех лазеров регулируются аттенюаторами и в выходном пучке составляют около 25 мВт для каждой длины волны, что обеспечивает согласование с равной чувствительностью фотоматериала “Ultimate” в трех зонах спектра. Плотность мощности излучения на поверхности фотопластинки размером 30×40 см составляет 7 ± 1 мкВт/см2 на каждой длине волны, что соответствует времени экспо-
“Оптический журнал”, 76, 7, 2009
31
зиции около 20 с при чувствительности материала 150 мкДж/см2, причем разница в освещенности в центре и на краях фотопластинки составляет не более 25%. Компактность лазеров и рациональное построение оптической схемы (рис. 2) позволили разместить все элементы установки, включая электронные блоки, в одном корпусе размером 30×40×50 см, а масса камеры составила 12 кг. Внешний вид камеры и фотография голограммы, записанной на ней, показаны на рис. 3.
Результаты
Испытания показали, что вся установка обладает достаточной стабильностью для записи высококачественных цветных голограмм, и квалифицированным специалистам позволяет
Лазер G Лазер B Лазер R
БП
(а)
(б) Пластинка
Объект
Рис. 2. Схема размещения лазеров, оптических элементов и электронных блоков в мобильной камере для цветной голографии. а – вид сверху, б – вид сбоку.
(а) (б)
(в)
Рис. 3. Мобильная камера записи цветных голограмм Ю.Н. Денисюка. а – внешний вид камеры в рабочем состоянии, б – проверка качества записанной голограммы в лазерном свете, в – полноцветная голограмма бабочек (32×43 см), записанная с помощью мобильной камеры по методу Ю.Н. Денисюка.
32 “Оптический журнал”, 76, 7, 2009
Применение цветных голограмм Денисюка в музейном деле
№ Области применения цветных голограмм Денисюка 1 Архивное хранение голограмм наиболее ценных музейных объектов 2 Демонстрация голограмм, когда оригиналы отсутствуют или слишком хрупкие или ветхие для их
демонстрации 3 Запись голограмм археологических объектов прямо на месте их находки 4 Запись голограмм объектов до и после их реставрации для проведения сравнительного анализа, а
также наблюдения изменений, происходящих с объектом, с течением времени с высокой точностью 5 Обмен голограммами объектов между музеями 6 Обеспечение других музеев, коллекционеров и любителей искусства голограммами, которые
“видели” оригинал и могут “воспроизвести” свет, исходивший от них 7 Создание тематических коллекций голограмм объектов, которые находятся в разных странах мира 8 Организация передвижных экспозиций музейных объектов 9 Привлечение публики в музеи демонстрацией голограмм наиболее известных и ценных объектов 10 Изготовление подарков и сувениров с использованием цветных голограмм музейных объектов
обойтись без традиционной тяжелой виброустойчивой плиты. Во время записи голограмм камера устанавливается на обычный стол в затемненном помещении. Такие условия можно создать непосредственно в музее или ином месте съемки голограмм объектов. Цветные голограммы размером 32×43 см, записанные с помощью мобильной голографической камеры на фотоматериале “Ultimate”, отличаются высокой яркостью, прозрачностью и восстанавливают полноцветное изображение в свете “лазерного прожектора”. Поскольку использование камеры ориентировано на работу в музеях, в таблице приведены
возможные применения цветных голограмм Денисюка в музейном деле.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шевцов М.К., Корнев А.Ф., Покровский В.П., СтупниковВ.К.Портативная голографическая камера “GREEF” и ее практическое применение // Оптический журнал. 2006. Т. 76. № 7. С. 45–48.
2. www.museum-holography.com
4. Женте И., Шевцов М.К. Цветная голография с использованием фотоматериала “Ultimate” // Труды 4-ого международного форума “ХОЛОЭКСПО-2007”, М., 2007. С. 58–59.
“Оптический журнал”, 76, 7, 2009
33