Растровые оптические системы

класс оптических систем, включающих Растр, т. е. совокупность большого числа мелких оптических элементов (малых отверстий, линзочек, решёток, призм, зеркал и пр.), расположенных на общей поверхности и действующих как единое оптическое устройство. Каждый малый элемент Р. о. с. участвует в создании лишь одного элемента, формируемого системой изображения. Р. о. с. отличаются друг от друга параметрами элементов, способом их укладки на общей поверхности и формой этой поверхности, которая может быть плоской, конической, цилиндрической, сферической и т.д. Применяются также многоплоскостные Р. о. с. и пространственные Р. о. с. (их элементы сложно размещены в пространстве).

По типу растра различают нерегулярные и регулярные Р. о. с. Последние могут быть: линейными, с элементами растра в виде параллельных линий; радиальными, элементы которых лучами расходятся из общего центра; кольцевыми. в которых элементы расположены в виде концентрических зон; сотовыми; рядовыми, элементы которых размещены в шахматном порядке.

На практике чаще всего используют Р. о. с. с постоянным периодом следования элементов на общей плоскости (т. н. растры постоянного шага).

К основным свойствам Р. о. с. относятся: фокусирующее (свет от точечного источника собирается растром в точку, линию или некоторую пространственную зону); множащее, которое позволяет осуществить многократное повторение одних и тех же изображений; анализирующее, которое заключается в разложении изображения на отдельные изображения (рис. 1); интегрирующее, которое обеспечивает восстановление целостного (часто — объёмного) изображения объекта из его элементарных изображений (рис. 2). Нормальное воспроизведение оптического изображения с помощью Р. о. с. возможно путём его двукратного преобразования — анализирования с последующим синтезированием (интегрированием) из полученных элементов. Это можно, например, осуществить в простейшей Р. о. с.: сочетании растра с диффузно отражающим экраном, которое обеспечивает вначале прямое, а затем обратное прохождение лучей (анализ, а затем синтез пространственного изображения). От свойств экрана, помещенного в фокальной плоскости растра, в значительной мере зависят особенности Р. о. с. Комбинируя различные типы растров и экранов, можно получить огромное разнообразие Р. о. с.

Р. о. с. применяют для многих целей, в том числе и тех, осуществления которых можно добиться с помощью обычных оптических систем, но которые проще и легче достигаются средствами растровой оптики. В то же время Р. о. с. позволяют решать задачи, недоступные для традиционных оптических методов. Они употребляются в полиграфии (на анализирующем свойстве Р. о. с. основаны Автотипия,Глубокая печать,Фототипия), в текстильной промышленности, в измерительной технике (т. н. растровый мерительный инструмент). Но наиболее широко распространены Р. о. с. в прикладной оптике. Их используют для киносъёмки, в том числе высокоскоростной киносъёмки (См. Высокоскоростная киносъёмка), в цветной фотографии (См. Цветная фотография)и цветном телевидении (См. Цветное телевидение). С помощью Р. о. с. воспроизводят Стереоскопическое изображение, наблюдаемое без специального индивидуального вспомогательного устройства — Стереоскопа. С этой целью применяют т. н. линзово-растровую плёнку и растровые экраны (См. Растровый экран) для стереопроекции (см. Интегральное стереокино,Стереоскопическое кино) и стереоскопического телевидения (См. Стереоскопическое телевидение). Множащее свойство Р. о. с. позволяет осуществить беспараллаксное (см. Параллакс) размножение оптических изображений. Благодаря их интегрирующему свойству стало возможным восстановление объёмного изображения объекта методом интегральной фотографии (см. Липмановская фотография). Известны и многие др. Р. о. с. специального назначения.

Лит.: Валюс Н. А., Растровые оптические приборы, М., 1966.

Ю. А. Дудников.

Рис. 1. Анализирующее свойство растровой оптической системы (в данном случае — растра с расположенным в его фокальной плоскости экраном): растр разбивает изображение объекта на дискретный ряд элементарных изображений.

Рис. 2. При обратном ходе лучей света от каждого элементарного изображения, полученного в результате анализирования, через многие смежные элементы растра возникает множество подобных друг другу пространственных изображений объекта (интегрирующее, или синтезирующее, свойство растровой оптической системы).

РАСТРОВЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ - оптические системы, содержащие большое число мелких элементов в виде малых отверстий, линзочек, зеркал, призм и др., расположенных на общей поверхности (растр) и действующих как единое оптическое устройство. Растровые оптические системы различаются элементами, способом их укладки на поверхности и формой поверхности. Используются в полиграфии, высокоскоростной киносъемке, объемной фотографии и т. д.

РАСТРОВЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

- класс оптич. систем, составным элементом к-рых является растр. Наличие растра образует в системе множество входных и выходных зрачков, смежно расположенных и действующих совместно в формировании оптич, изображения. Такие системы обладают рядом специфич. свойств, таких, как множащее, интегрирующее, анализирующее.

Простейшую Р. о. с. представляет комбинация растра R и установленного за ним диффузно отражающего экрана E (рис. 1). Элементы растра - отверстия или линзы - создают на экране множество более или менее совершенных изображений объекта. Это - первичное множащее свойство Р. о. с. Обратный ход лучей от изображений, полученных на экране, восстанавливает естеств. форму объекта в предметном пространстве. Синтезирование целостного пространственного образа объекта лучами от каждого элементарного изображения представляет интегрирующее свойство Р. о. с. В предметном пространстве восстанавливается не одно изображение, а множество ему подобных - это вторичное множащее свойство Р. о. с.

Рис. 1. Простейшая растровая оптическая система: R- растр, E- экран.

Осн. свойства Р. о. с. наиб. полно проявляются при формировании пространственных изображений в интегральной фотографии, являющейся как бы лучевым аналогом голографии. На первой стадии получают интегральное изображение объекта А В (рис. 2) через ячеистый (линзовый) растр R₁, элементы к-рого выполнены в виде цилиндриков с передними сферич. основаниями, фокусирующими изображения объекта на противоположных сторонах этих цилиндров, покрытых с наружной стороны фотоэмульсией. При съёмке на слое фотоэмульсии образуется большое число микроизображений объекта в виде матрицы, наз. аспектрограммой. Эти изображения и т. д. не совсем идентичны, они фиксируют объект с несколько разных точек зрения и поэтому различаются парал-лактич. сдвигами разноудалённых точек объекта. Если осветить полученную на растре матрицу изображений с тыльной стороны, то обратный ход лучей через линзы растра воссоздаёт действительное изображение трёхмерного объекта в предметном пространстве. Разноудалённые точки объекта АВ можно увидеть на продолжении лучей от точек А, В из положений O₁, O₂ и т. д. Однако наблюдаемая пространственная картина объекта при этом оказывается инвертной (с вывернутым рельефом) - выступающие детали объекта углублены, и наоборот. Получение правильного рельефа пространственного изображения осуществляется во второй стадии процесса оптич. перекопирования микроизображений аспектрограммы через линзы первого растра R₁ нa аналогичный второй растр R₂, как это показано в верх. части рис. 3. За линзами растра R₂ получается обращённая аспектрограмма с микроизоб-ражениями рассматривая к-рую через этот растр после удаления от него растра R₁, как это показано на ниж. части рис. 3, можно увидеть из точек мнимое пространственное изображение объекта АВ с уже правильно восстановленным рельефом. Ячеистый растр здесь применяется для разграничения полей микроизображений, регистрируемых на аспектрограмме.

Рис. 2. Получение интегрального изображения объекта АВ с помощью ячеистого растра R₁.

Рис. 3. Оптическое перекопирование микроизображений аспектрограммы.

Рис. 4. Растровая оптическая система с записью аспектрограммы объекта АВ с помощью полевой диафрагмы.

Разделение полей микроизображений во время записи (съёмки) аспектрограммы можно осуществить также с помощью полевой диафрагмы, ограничивающей ноле зрения растровой системы в предметном пространстве. Такой диафрагмой может являться входной зрачок объектива, работающего совместно с Р. о. с. Рис. 4 иллюстрирует принцип работы Р. о. с. при записи многомерной информации об объекте АВ через разл. участки входного зрачка съёмочного объектива. Когда открыт небольшой участок О₁ входного зрачка объектива, лучи от объекта АВ, проходящие этот участок, рисуют изображение объекта А'В' так же, как и при полном открытом зрачке, однако, проходя через элементы растра, они засвечивают не всю поверхность светочувст-вит. слоя фотопластинки Р, атолько отд. точки на ней. Так, луч 1 от точки x объекта, создавший изображение х' фиксируется на светочувствит. слое в точке Если же будут открыты участки зрачка О₂ или О ₃,то лучи от точки x объекта, создавая ту же точку изображения x', зафиксируются в светочувствит. слое соответственно в точках и . Т. о., при перемещении открытого участка зрачка на фотогр. материале фиксируется ряд последоват. кадров изображения объекта. Это позволяет осуществлять фоторегистрацию (киносъёмку) движущихся объектов или совмещать на одной и тон же фотопластине разнородные изображения, раздельно фотографируемые при разл. местоположениях открытого участка в зрачке. Выборка каждого отд. изображения из полученного на фотоматериале смешанного интегрированного кадра возможна после проявления фотопластины, установки её в прежнее положение и освещения со стороны входного зрачка через те участки, к-рые были открыты при фотогр. записи изображения. Возможное число раздельно различимых изображений в смешанном кадре наз. ёмкостью Р. о. с.; в совр. растрах эта величина доходит до 1000.

Рис. 5. Принципиальная схема для параллельной обработки многомерной информации: R - растр; P- фотопластинка; УТ - управляемый транспарант; О- объектив; E- экран; ФП - фотоприёмник.

В сочетании с управляемыми транспарантами и матричными твердотельными фотонриёмниками Р. о. с. дают возможность производить разнообразную параллельную обработку массивов многомерной информации (рис. 5). Ряд страниц информации, последовательно записанных через растр на пластинке Р, воспроизводится через тот же растр R объективом О на экране Е, выполненным, напр., в виде матрицы фотоприёмников. Если при этом во входном зрачке объектива находится управляемый транспарант УТ, с помощью к-рого можно делать прозрачными разл. участки зрачка, то, открывая эти участки, можно в разл. порядке проецировать записанные страницы на экран для считывания. Можно одновременно проецировать неск. страниц информации на экран, если одновременно открыто неск. светлых клапанов транспаранта; модулируя соответствующим образом светопропускание транспаранта, можно задавать режимы обработки информации (сложение, вычитание и т. п.).

Принцип действия Р. о. с. применим и к электронным, рентг. и др. пучкам лучей. На рис. 6 представлена схема электронной растровой системы, используемой для формирования цветного изображения на экране телевнз. трубки. Пучки электронов от электронных пушек К₁, К₂, K₃ проходят через щели растра R₁; пространственно разделяясь, попадают на участки экрана с люминофорами соответственно красного, зелёного и синего свечения. Аддитивно смешиваясь, эти свечения образуют на нек-ром расстоянии цветное изображение. Если перед экраном установить второй растр R₂, то он пространственно разделит пучки лучей, исходящих от разных по цвету элементов экрана, создавая зоны в точках 1, 2, 3, а также в точках 1', 2', 3' и т. д., из к-рых можно видеть соответственно только красное, зелёное или синее изображение. Если же пушками K₁, K₂, K₃. проецировать на экран не цветные, а стереоскопические изображения, то из точек 1, 2, 3 и т. д. можно будет видеть соответственно разл. ракурсы пространственного изображения и т. о. наблюдать на экране объёмное изображение.

Рис. 6. Схема электронной растровой системы.

Др. разнообразные структуры Р. о. с. позволяют осуществлять фокусирование, коллимацию, дефлекти-рование, спектральную и селективную фильтрацию световых пучков и т. п. Интересной особенностью Р. о. с. является то, что при записи дискретизованных изображений через линзовый растр со щелевой решёткой в его фокальной плоскости (рис. 7) можно получать

Рис. 7.

Дифракция на входной апертуре диафрагмированного линзового растра R₁ с линзами диаметром а, R₂ - щелевой растр со щелью b; Р - фотопластинка; d - кружок дифракционного рассеяния; 1- распределение интенсивности дифракционного рассеяния в фокальной плоскости линзового растра. более высокое разрешение, чем это следует из дифракц. теории, за счёт пропускания через механич. щели только центр, части дифракц. картины (диска Эйри), а это позволяет получать большие плотности записи оптич. информации на перемещаемом фотоматериале.

Лит.: Валюс Я. А., Растровая оптика, М.-Л., 1949, его же, Растровые оптические приборы, М., 1966; Дудников Ю. А., Рожнов Б. К., Растровые системы для получения объемных изображений, Л., 1986. Я. А. Валюс,