Голографічний телевізійний пристрій

Изобретение относится к голографическому телевидению и может быть использовано для получения объемных изображений высокой четкости путем их восстановления по сформированным и переданным по стандартным телевизионным каналам голограммам. Известно голографическое телевизионное устройство [1], содержащее лазер, светоделитель, опорный канал, предметный канал с блоком подсветки объекта, блок формирования голограмм в виде многоканального приемного блока, в который входят линзы, фотоприемники и линии задержки. Недостатком известного устройства является невозможность уменьшения избыточности голографической информации до величины, обеспечивающей передачу ее по стандартным радио- и телевизионным каналам. В результате передаются только низкие пространственные частоты, зафиксированные на голограмме, что не позволяет получать качественные изображения, восстановленные по таким голограммам. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является голографическое телевизионное устройство [2], содержащее лазер, светоделитель, предметный канал с блоком подсветки объекта, включающий оптически последовательно соединенные дефлектор, набор световодов и расположенных на отрезке прямой линии рассеивающих линз; опорный канал, включающий сферическое зеркало и набор световодов; блок формирования голограмм в виде многоканального приемного блока, включающий расположенные на отрезках прямой линии микрообъективы и фотоприемники, линии задержки; блок воспроизведения переданных голограмм. Недостатком известного устройства, принятого за прототип, является ограниченная возможность по дальности голографирования сцены, так как она зависит от задержки опорных колебаний, определяемой длиной световодов в опорном канале, а также большими энергетическими потерями при вводе и управлении отклонением лазерных пучков в систему световодов опорного канала и блока подсветки. Кроме того, при развертке телевизионного сигнала с помощью линий задержки возникает трудность для поддержания заданных значений временных задержек за счет различных наводок и шумов в самих линиях задержек. Все эти факторы приводят к недостаточно высокому качеству голографических телевизионных изображений, на которые могут накладываться искажения, возникающие как в процессе формирования голограмм, так и в процессе передачи их по каналам связи. В основу изобретения поставлена задача создания голографического телевизионного устройства, в котором, введение дополнительного генератора высокой частоты, блока накачки и набора зеркальных отражателей в предметный канал с соответствующими соединениями, телескопического объектива, квантового усилителя и пространственного фильтра в опорный канал с соответствующими соединениями, линейки усилителей промежуточной частоты, линейки пиковых детекторов, линейки ключевых элементов и оперативного запоминающего устройства в блок формирования голограмм с соответствующими соединениями обеспечивает выделение опорных сигналов из части излучения, рассеянного объектом, отсутствие зависимости контраста формируемой интерференционной структуры голограммы от расстояния до голографируемой сцены и от перемещения объектов в объеме голографируемой сцены и уменьшение пространственного спектра, исключая перекрытие изображений, восстановленных по сформированным голограммам, за счет чего повышается качество изображений. Поставленная задача решается тем, что в голографическом телевизионном устройстве, содержащем оптически связанные лазер, предметный канал, выход которого оптически сопряжен с объектом, опорный канал, блок формирования голограмм, вход которого оптически сопряжен с объектом. блок воспроизведения голограмм и блок синхронизации, при этом предметный канал включает в себя последовательно расположенные дефлектор, первый набор световодов и линейку неэквидистантно расположенных рассеивающих линз, опорный канал включает в себя второй набор световодов, блок формирования голограмм включает в себя последовательно оптически расположенные линейку микрообъективов, входы которой образуют вход блока формирования голограмм, и линейку фо топриемников, входы которой соединены с выходами световодов из второго набора, а вход блока воспроизведения голограмм подключен к выходу блока формирования голограмм, согласно изобретению, вход опорного канала оптически сопряжен с объектом, в предметный канал устройства дополнительно введены генератор высокой частоты, снабженный блоком управления, блок накачки и набор зеркальных отражателей, в которые помещены световоды из первого набора, свернутые в спираль и оптически сопряженные с выходом блока накачки, при этом выход генератора высокой частоты подключен к управляющему входу дефлектора; в опорный канал устройства дополнительно введены последовательно расположенные телескопический объектив, вход которого является входом опорного канала, квантовый усилитель, пространственный фильтр и окуляр, выход которого сопряжен с входами световодов из второго набора, а в блок формирования голограмм дополнительно введена последовательно электрически соединенные линейка усилителей промежуточной частоты, линейка пиковых детекторов, линейка ключевых элементов и оперативное запоминающе устройство, выход которого является выходом блока формирования голограмм, а выходы блока синхронизации подключены соответственно к входам лазера, блока управления генератором высокой частоты, блока накачки, квантового усилителя, линейки ключевых элементов и оперативного запоминающего устройства. На чертеже приведена структурная схема заявляемого устройства. Топографическое телевизионное устройство содержит лазер 1, предметный канал 2, выход которого оптически сопряжен с объектом, опорный канал 10, блок формирования голограмм 16, входы которых оптически сопряжены с объектом, блок воспроизведения голограмм 29 и блок синхронизации 38, при этом предметный канал 2 включает в себя последовательно расположенные дефлектор 3, первый набор световодов 6 1...n, свернутых в спираль и помещенных в набор зеркальных отражателей 71...n, и линейку неэквидистантно расположенных рассеивающих линз 91...n. В предметный канал также введены генератор высокой частоты 5, снабженный блоком управление 4и, и блок накачки 8, при этом выход, генератора высокой частоты 5 подключен к управляющему входу де флектора 3, а световоды из первого набора 6 1...n, оптически сопряжены с набором зеркальных отражателей 71...n и с выходом блока накачки 8. Опорный канал 10 включает в себя последовательно расположенные телескопический объектив 11, вход которого является входом опорного канала, квантовый усилитель 12, пространственный фильтр 13 и окуляр 14, выход которого сопряжен с входами световодов из второго набора 151...m. Блок формирования голограмм 16 включает в себя последовательно оптически расположенные линейку микрообъективов 171...m, входы которой образуют вход блока формирования голограмм 16, и линейку фотоприемников 181...m, входы которых соединены с выходами световодов из второго набора 151...m. Вы ходы фотоприемников 181...m последовательно электрически соединены с линейкой усилителей промежуточной частоты 19, линейкой пиковых детекторов 201...m, выполненных на диодах 211…m, и конденсаторах 221...m, линейной ключевых элементов 231...m и 241...m и оперативным запоминающим устройством, включающим в себя быстродействующий аналого-цифровой преобразователь 25, динамическую память 26, быстродействующий цифроаналоговый преобразователь 27 и передающую систему 28, вы ход которой является выходом блока формирования голограмм 16. Блок воспроизведения голограмм 29 включает в себя приемное устройство 30, вход которого электрически соединен с видеоусилителем 31, электронно-лучевой трубкой 32, на вход которой подключен генератор развертки 33, при этом экран электронно-лучевой трубки 32 оптически сопряжен со светосильным объективом 34 и реверсивным регистрирующим материалом 35, восстанавливающим лазерным пучком 36 и корректирующим голографическим фильтром 37. Выходы блока синхронизации 38 подключены соответственно ко входам лазера 1, блока управления генератором высокой частоты 4, блока накачки 8, квантового усилителя 12, линейки ключевых элементов 23 1...m и 241...m и оперативного запоминающего устройства, состоящего из блоков 25, 26, 27. Заявляемое устройство работает следующим образом. Излучение лазера 1 подают на акустооптический дефлектор 3 предметного канала 2 и с помощью блока управления 4 генератора ультравысоких частот 5 последовательно отклоняют лазерный луч и освещают входные торцы световодов из набора 61...n. При этом каждый из световодов набора 61...n на определенном участке сворачивают в спираль и с помощью блока накачки 8 и цилиндрических отражателей 71...n облучают све товым излучением, обеспечивающим усиление лазерного излучения в этих участках световодов. Излученные из выходных торцов световодов набора 61...n зондирующие сигналы проходят через линейку микрообъективов 91...n , которые обеспечивают требуемый угол освещения голографируемого объекта (на чертеже не показан). Совокупность расположенных на отрезке прямой микрообъективов 91...n, излучающих последовательно зондирующие сигналы, обеспечивает формирование излучения со сканирующим фазовым центром волны. Так как в течение длительности зондирующего импульса входные торцы набора световодов 6 1...n облучают поочередно, то из выходных торцов световодов последовательно излучают зондирующие сигналы длительностью где t3 - длительность зондирующего сигнала, излучаемого каждым световодом; tимп - длительность зондирующего импульса; n - число световодов в набора 61...n. Рассеянное на голографируемом объекте излучение подают одновременно на линейку микрообъективов 171...m блока формирования голограмм 16. Линейку микрообъективов 171...m располагают перпендикулярно к линейке рассеивающих линз 91…n и падающее на микрообъективы 171...m излучение фокусируют на фотоприемниках 181…m. Одновременно на линейку фотоприемников 181...m подают через световоды из второго набора 151...m опорное излучение. Опорный канал 10 формируют путем деления рассеянного объектом излучения по фронту волны с помощью телескопической системы, состоящей из объектива 11 и окуляра 14. Рассеянное на голографируемом объекте излучение подают на объектив 11 опорного канала 10, усиливают энергетически квантовым усилителем 12, который кроме усиления энергетически слабых колебаний, рассеянных объектом, позволяет изменением коэффициента его усиления регулировать соотношение интенсивности опорного и предметного пучков. Затем принятое излучение фильтруют диафрагмой пространственного фильтра 13 от высоких пространственных частот и с помощью окуляра 14 подают на вход набора световодов 151...m. Наличие в опорном канале 10 нелинейного активного элемента усилителя 12 позволяет производить смещение частоты излучения на некоторую .постоянную величину dw o = w o - w r где w o - частота предметного излучения; wr - частота излучения в опорном канале. Поле сфокусированных опорных пучков, подаваемых на линейку фотоприемников 181...m, расположенных вдоль оси m, можно представить в виде где Аr, w r , Фr - амплитуда, частота и фаза опорной волны. Поле, рассеянное объектом голографирования, и принятое линейкой фотодетекторов 18 1...m, при излучении, синтезируемом вдоль оси n набора световодов 61…n, можно представить в виде где Аo, w o , Фo - амплитуда, частота и фаза предметной волны; rr @ ro - расстояние от устройства до объекта. Размер сфокусированного пятна опорного пучка определяется спектром пространственных частот голограммы и должен быть меньше половины пространственного периода, соответствующе го наивысшей пространственной частоте его. При скорости считывания голографической информации вдоль оси m равной U, и скорости переключения излучающи х элементов вдоль оси n, равной V, интенсивность синтезированной голограммы точки (Хо, Yo) объекта задается выражением При сканировании предметным лучом переменный ток, возникающий в цепи фотоприемников, пропорционален только последнему члену уравнения голограммы (4), так как два первых члена, соответствующие прямому пучку в восстановленной голограмме, не изменяются во времени, а, следовательно, и не передаются. Единственный изменяющийся во времени сигнал обусловлен взаимодействием узкого опорного пучка с предметным пучком при его сканировании по осям n иm. При движении сканирующего предметного пучка вдоль оси m со скоростью U и вдоль оси n со скоростью V ток на выходе каждого детектора пропорционален интенсивности соответствующей точки (m, n ) голограммы при изменении ее от геометрического центра (m = Ut, n = Vt ), интерференционной структуры, образованной рассеянной предметной волной и осевой сфокусированной опорной волной. Если угловое отклонение предметного пучка достаточно малое, то есть расстояние от точки (Хо, Yo) объекта до каждой точки на осях mи n значительно превосходят размеры объекта и голограммы и 2p / l o @ 2p / l 1 = K, Тогда где h - квантовый вы ход детектора; е - электронный заряд; hn - энергия фотонов; Z - импеданс открытого пространства. Из этого выражения следует, что при синтезировании голограммы на разностной частоте dw o = wo - w r много большей пространственной частоты голограммы, ее спектр сдвигается на величину dw o . Это позволяет улучшить разрешающую способность голограмы вдоль каждой оси по сравнению с регистрируемой голограммой при dw o = 0, что позволяет увеличить пространственное разнесение Габоровских составляющих в восстановленном изображении, избежав при этом перекрытия восстановленных изображений. Таким образом, в результате сканирования фазовых центров излучение зондирующи х сигналов в предметном канале на каждом, фотоприемнике 181...m формирует одну строку голограммы, а совокупность электрических сигналов с выхода все х фотоприемников 181...m образует голограмму. Электрические сигналы с выходов фотоприемников 181...m подают через линейку усилителей промежуточной частоты 191...m к линейке пиковых детекторов 201...m, выполненных на диодах 211...m и конденсаторах 221...m. К выходу пиковых детекторов 201...m подключают электронные 231...m и аналоговые 241...m ключи. Электрические сигналы с помощью конденсаторов 221...m накапливают и запоминают, затем через аналоговые ключи 24 1...m последовательно подключают на вход быстродействующего аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 25, преобразуют и х в цифровой код, а затем записывают в динамическую память 26. При считывании информации электрический сигнал выводят через цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 27 и подают на передающее устройство 28. С помощью радиоприемного устройства 30 принимают переданные сигналы и подают на вход усилителя 31 блока воспроизведения голограмм 29. В результате чего при одновременной развертке электронного луча, производимой с помощью генератора развертки 33 на экране электронно-лучевой трубки 32 формируют одну строку голограммы. По окончании этого процесса конденсаторы 221...m разряжают через электронные ключи сброса заряда 231...m и система приходит в готовность для формирования следующей строки голограммы. Согласованную работу всех узлов системы обеспечивает синхронизатор 38, выходы которого электрически соединены со входами лазера 1, блока управления 4, генератора УВЧ5, импульсного блока накачки 8, квантового усилителя 12, электронных 231...m и аналоговых 241...m ключей, АЦП 25, динамической памяти 26, ЦАП 27 и генератора развертки 33, электронно-лучевой трубки 32. Электрические сигналы, пропорциональные интерференционному рельефу голограммы, разворачивают на экране электронно-лучевой трубки 32 с помощью разверток по строке и по кадру и за тем с помощью объектива 34 проецируют на неподвижный фотохромный материал 35 и производят его экспонирование. Под действием излучения люминофора фотохромный материал окрашивается и образует изображение голограммы. Изображение с полученной голограммы восстанавливают с помощью лазера 36 и корректирующего голографического фильтра 37, с помощью которого компенсируют фазовые набеги в наборе световодов 61...n и 151...m.