专利名称:全息电影摄影机的制作方法
本发明涉及工程光学领域中的全息电影摄影机。
三维图象的电影不仅在科学研究和工业生产中具有重大的应用价值，而且还具有巨大的艺术价值。
普通的电影摄影机只能获得二维的图象。利用体视效应产生的立体感，只是人主观视觉效应中的产物，而并非图象本身具有三维信息。为了获得三维图象，就必须依赖全息照相术。为了制作全息电影，全息电影摄影机必须能以每秒大于24幅的重复频率，连续工作一段时间。为此，在全息电影摄影机中作为相干光源的脉冲激光器，必须能以每秒大于24次的重复频率，连续输出具有良好相干性的激光脉冲虽然YAG倍频激光器可以以每秒几十次的重复频率连续输出具有相当可观能量的激光脉冲。但是，若要求这些光脉冲始终保持单纵模和单横模的特征，在技术上是十分困难的。而单纵模和单横模是激光器能够用于全息照相的必要条件。特别是对于大景深的物场，光脉冲必须有足够大的相干长度，才能实施全息照相。在这种情况下，技术难度就更大。例如，若记相干长度为L，光的波长为λ，谱线宽度为△λ，则三者之间有如下的函数关系L= (λ2)/(Δλ) 或Δλ= (λ2)/(L)若取相干长度L为1米，光的波长为0.53微米，代入即得Δλ= (λ2)/(L) = (0.532)/10 =0.2809×10-6
对于每秒以24次重复频率连续工作的YAG倍频脉冲激光器来说，要求谱线宽度△λ始终满足上列要求，是很困难的。
虽然利用现有技术可以使红宝石脉冲激光束具有比较大的相干长度，但是由于红宝石激光晶体导热性能差，红宝石激光器难以在每秒24次的重复频率条件下连续工作。根据现阶段国内外的技术水平，即使在良好的冷却条件下，红宝石脉冲激光器的重复频率，也只能达到每秒1至3次。这与全息电影摄影机对激光光源重复频率的要求，相差甚远。
也正因为这样，迄今为止，在国际上尚未出现可以推广应用的全息电影摄影机。
本发明的目的，在于提供一种具有实用价值的全息电影摄影机。根据本发明提供的全息电影摄影机，不仅结构简单，工作稳定可靠，而且可以对大景深的物场拍摄高质量的全息图。此外，这种全息电影摄影机还具有外光路简单、操作简便、造价低廉和便于工业生产的特点。
附图1是光学谐振子通道的空间布置示意图。
附图2是多通道组合激光器的横截面图。
附图3是全息电影摄影机的示意图。
本发明提供的全息电影摄影机，由三个部分组成，即激光光源、全息摄影光路系统和同步送片系统。其中的激光光源，是一个多通道组合式激光器。上述多通道组合式激光器，有若干个光谐振子通道。每个光谐振子通道，都有相同的结构，亦即，都有自己的光学谐振腔，激光工作物质、泵浦系统和Q开关，都能独立地发射模式良好的激光脉冲，每一个光谐振子通道的中心轴线，均相互平行，并且等间隔地排列在同一个圆柱面上，如附图1所示。其中的PQ为圆柱面的中心轴线，四个光谐振子通道分别用a、b、c、d来表示。这些光谐振子通道的中心轴线，彼此相互平行，並且等间隔地分布在同一个圆柱面上。这些子通道具有相同的光学结构。例如，分布在α通道上的光学另件，其中的1为选模标准具，2为激光工作物质，3为Q开关，4为全反射介质膜片。各子通道的泵浦系统(包括泵浦闪光灯、聚光系统、储能系统及控制储能系统工作的电源等)，在附图1中均未画出来。附图1中的Q开关3，也可以是染料Q开关或电光Q开关。当多通道组合式激光器的通道数增加时，结构形式仍然一样。附图2是具有16个通道的组合式激光器的横截面图，截面通过激光工作物质2的中部并垂直圆柱面的中心轴线PQ。其中的2是激光工作物质，5是泵浦闪光灯，6是椭圆反光腔，7是冷却液。
上述多通道组合式激光器，各子通道发射光脉冲的时机，均由同一个泵浦控制器控制。当各子通道均采用染料调Q时，泵浦控制器根据事先编排的时间顺序，依次向各子通道提供点燃泵浦闪光灯的高压触发电脉冲，使多通道组合式激光器中的各子通道，依次按一定的时间顺序发射激光脉冲。当各子通道均采用电光Q开关时，泵浦控制器除了按事先编排好的时间顺序，依次向各子通道提供点燃闪光灯的高压触发电脉冲，还要依次向各子通道中的电光Q开关，提供经过适当延时的调Q电脉冲信号。此外，泵浦控制器还要向全息照相光路系统中的同步传动系统和同步送片系统，提供同步传动的电脉冲信号。
上述全息电影摄影机中的全息照相光路系统，系由同步回转系统、光轴平移光路和普通全息照相光学系统三个部分所组成。其中的同步回转系统，系由同步电机和由同步电机带动的同步转盘所组成。同步转盘的回转轴，与多通道组合式激光器的圆柱中心线重合。光轴平移光路是两片相互平行放置的反射镜。这两片反射镜均固定在同步转盘上，一片与同步转盘的回转轴倾斜成45°角，另一片与某一子通道的中心轴线倾斜成45°角。该子通道发射的光脉冲穿过同步转盘的通光孔而进入光轴平移光路。经平移后，上述光脉冲的光轴与同步转盘的回转轴重合。普通全息照相光学系统的光轴，也与同步转盘的回转轴重合。上述同步回转系统放置在多通道组合式激光器的输出端，以便使某一子通道发射的光脉冲，经光轴平移光路后，能够耦合到普通全息照相光路系统中去，以实施脉冲全息摄影。泵浦控制器在编排各子通道发射光脉冲的时间顺序时，应与各子通道在圆柱面上的排列顺序相一致，使光脉冲能够沿着圆周一个接一个地依次发射。同步回转系统中的同步电机，应根据泵浦控制器传输来的电脉冲控制信号，使同步转盘依次定位转动，以求把每一子通道发射的光脉冲，都能依次耦合到普通全息照相光路中去。
上述全息电影摄影机中的同步送片系统，系由同步回转系统、暗盒和底片所组成。暗盒有两个，一个储存未曝光的底片;另一个储存已曝光的底片。由同步回转系统来带动。同步回转系统可以是旋转节奏由泵浦控制器控制的步进电机，也可以是一个由前述全息照相光路系统中的同步回转系统直接带动的传动系统。不管采用那一种，同步送片系统中的同步回转系统，均能根据泵浦控制器的控制信号，使暗盒同步定位转动，以实施同步分幅脉冲全息摄影。
附图3是一种全息电影摄影机的示图。其中的K是多通道组合式激光器。通道数为48，圆柱直径为φ500;激光工作物质为红宝石，外形尺寸为φ6×80;调Q方式为染料调Q(也可以是电光调Q)。圆柱面的中心轴线，如图中的点划线所示。图中的27，是多通道组合式激光器的储能电源。它有48组独立的储能电容器和相应的充电系统及放电系统。每一组放电系统，都对应一个光谐振子通道中的泵浦闪光灯。但是，上述储能电源的工作节奏，由泵浦控制器控制。亦即，泵浦控制器不仅要向48组相互独立的储能系统提供充电启动信号，还要按事先编排的时间顺序向48组相互独立的放电回路，提供点燃闪光灯的触发信号，如果采用电光晶体调Q，则还需向电光晶体提供经过适当延时的调Q电脉冲信号。此外，泵浦控制器还要向步进电机8的电源9，步进电机24的电源25，分别提供同步转动的基准信号。
附图3中的10和11是传动齿轮;12是轴承支座，13是同步转盘，14和15是固定在同步转盘13上的反射镜。同步转盘13的回转轴与多通道组合式激光器之圆柱面中心线重合，48个子通道的中心轴线，等间隔地分布在上述圆柱面上。在同一个圆柱横截面上，任意两相邻子通道的中心轴线所张的圆心角，均为7.5°。反射镜14和15的镜面彼此平行，其中14放置在子通道α的光路上，15放置在同步转盘13的回转轴线上，两者均与轴线倾斜成45°角。这样子通道α中发射的光脉冲，经反射镜14和15的反射后，其光轴便被平移到与同步转盘13的回转轴重合的位置上;这个位置也就是附图3中普通全息照相光学系统在进行全息照相时对入射光束所要求的位置。在附图3中普通全息照相光路系统，由序号16至22的另件或组件所组成。对于不同的被摄物，普通全息照相光路系统的另件个数和布局。可以是各不相同的。为了能把每一个子通道发射的光脉冲都能够同步地耦合到普通全息照相光学系统中去，步进电机8必须能使同步转盘13同步定位旋转。亦即，在某一子通道α发射光脉冲之前，同步转盘13须使反射镜14定位于全息照相的耦合光路上，当α通道的光脉冲发射后，又迅速定位旋转，转动到邻近一个子通道b的耦合光路上，等待子通道b发射光脉冲;其余的，依次类推。
附图3中的同步送片系统，由底片28，暗盒23，步进电机24和步进电机的电源25所组成。同步送片系统工作时，步进电机24根据泵浦控制器所提供的同步基准信号，应能使暗盒同步定位转动，满足分幅全息照相的要求。为了每秒获得24幅全息图，附图3中的48通道组合式脉冲红宝石激光器，采用液氮冷却。这样，每一个光谐振子通道，均能以2秒一次的重复频率连续工作。在编排各子通道发射光脉冲的时间顺序时，应取任意两相邻子通道光脉冲的分离时间均等于1/24秒。
附图3中的K，也可以采用YAG晶体为激光工作物质。这时，在同步转盘13的光路上，可以放置倍频晶体，以输出波长为0.53微米的光脉冲，用来实施全息照相。在这种情况下，激光器可以不用液氮冷却，改用一般的冷却液，如水。由于采用了多通道组合式激光器，故可以使每一个子通道的工作重复频率大大降低，有利于光脉冲模式的改善和相干性的提高，也有利于全息图质量的提高。
权利要求
1.一种由激光光源、全息照相光路系统和同步送片系统所组成的全息电影摄影机，其特征是其中所述的激光光源是一个多通道组合式激光器，它有若干个激光谐振子通道，每个子通道的结构均相同都有自己的独立的光学谐振腔、激光工作物质、泵浦系统和Q开关，都能独立地发射激光脉冲；在空间位置上，这些子通道的光轴彼此相互平行，并环绕一条中心轴线，等间隔地排列在同一圆柱面上；但是各子通道发射光脉冲的时机，均由同一个泵浦控制器控制，泵浦控制器根据各子通道光轴在圆柱面上的排列顺序，来确定发射光脉冲的时间顺序，以便光脉冲环绕圆柱面一个接一个地发射，泵浦控制器还要向全息照相光路系统中的同步传动系统和同步送片系统，根据各子通道发射光脉冲的时间序列，提供同步定位转动的电脉冲信号；全息照相光路系统，系由同步回转系统、光轴平移光路和普通全息照相光学系统三个部分组成，同步回转系统的回转轴，与多通道组合式激光器诸子通道中心轴线所分布的圆柱面中心轴线重合，光轴平移光路固定在同步回转系统的转盘上，它可以将一个子通道发射的光脉冲平移至沿回转轴方向传播，並耦合到普通的全息照相光路中去，同步回转系统根据泵浦控制器传输来的同步定位转动的电脉冲信号，带动光轴平移光路同步定位转动，依次把各子通道发射的光脉冲，通过平移而耦合到普通全息照相光路中去；同步送片系统，由底片、暗盒、步进电机和步进电机的电源所组成，步进电机根据泵浦控制器传输来的同步定位转动的电脉冲信号，带动暗盒同步定位转动，以实现分幅全息照相的要求。
2.一种由权利要求
1所述的全息电影摄影机，其特征是所述的多通道组合式激光器，其通道数为48，圆柱直径为φ500，激光工作物质为红宝石，采用液氮冷却，重复频率为2秒1次。
3.一种由权利要求
1所述的全息电影摄影机，其特征是所述的多通道组合式激光器，其通道数为48，圆柱直径为φ500，激光工作物质为YAG並经晶体倍频，输出0.53μ的脉冲激光。
专利摘要
本发明提出的是一种全息电影摄影机。它涉及工程光学领域中的全息电影摄影技术。主要由激光电源、全息摄影光路系统和同步送片系统所组成。它具有结构简单、工作稳定可靠，而且可以对大景深的物场拍摄高质量的全息图，外光路也很简单、操作简便、造价低廉和便于工业生产等特点。
文档编号G03H1/04GK87105747SQ87105747
公开日1988年11月2日 申请日期1987年8月18日
发明者王其祥 申请人:华东工学院弹道研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan