Способ воспроизведения цвета на основе полихроматической акустооптической фильтрации широкополосного излучения
COLOR REPRODUCTION METHOD BASED ON POLYCHROMATIC ACOUSTO-OPTIC FILTERING OF BROADBAND RADIATION

Изобретение относится к технологиям автоматического воспроизведения (репродукции) излучения требуемого цвета.
Технологии, методы и приборы для воспроизведения цвета широко используются в спектроскопии для анализа спектральных свойств различных объектов, в колориметрии для спектральной калибровки источников и приемников излучения, в биомедицине для исследования спектральной чувствительности и цветовых нарушений зрительного аппарата и многих других областях.
Известны методы и устройства, в которых воспроизведение цветовых координат х, у, заданных внутри цветового пространства CIE 1931, осуществляется сочетанием нескольких световых пучков, имеющих различные спектры излучения. Такие пучки могут быть сформированы за счет применения нескольких светодиодных [RU94037473 A1] или лазерных [A. Neumann, J. J. Wierer, W. Davis, Y. Ohno, S. R. J. Brueck, J.Y. Tsao. Four-color laser white illuminant demonstrating high color-rendering quality. // Optics Express, 2011. V. 19(S4). P. A982-A990] источников или выделения из широкополосного излучения нескольких узких спектральных интервалов [US9507200 B2]. Воспроизведение заданного цвета в таких устройствах может быть реализовано за счет механического переключения светофильтров [RU94037473 A1], последовательной спектральной перестройки жидкокристаллического фильтра [US9507200 B2], одновременной регулировки мощности излучения нескольких источников [RU2476765 C2, RU2470496 C2, A. Neumann, J. J. Wierer, W. Davis, Y. Ohno, S. R. J. Brueck, J.Y. Tsao. Four-color laser white illuminant demonstrating high color-rendering quality. // Optics Express, 2011. V. 19(S4). P. А982-А990]. Пространственное объединение световых пучков от источников излучения может осуществляться с помощью светоделителей, зеркал и других компонентов. Для воспроизведения цветовых координат в пределах всего цветового пространства требуется большой набор таких компонентов с соответствующими спектральными характеристиками. Таким образом, все известные решения имеют недостатки: наличие спектрального или механического сканирования, ограниченное число спектральных каналов, сложность сборки и юстировки, значительные габариты и пр.
Наиболее близким к предлагаемому методу является способ формирования цвета на основе одновременного управления интенсивностью излучения нескольких светодиодных источников [RU2476765 C2] и пространственного совмещения световых пучков от этих источников. К недостаткам такого способа управления относятся ограниченное число спектральных каналов и, как следствие, невозможность воспроизведения цвета с произвольными цветовыми координатами в пределах всего цветового пространства CIE 1931; низкая интенсивность ввиду отсутствия возможности формирования направленного пучка с высокой эффективностью; наличие многокомпонентной оптической системы, необходимой для сопряжения различных источников излучения.
Задачей изобретения является устранение недостатков известных решений.
Техническим результатом изобретения является возможность быстрой, высокоточной и автоматической репродукции цвета по заданным в цветовом пространстве координатам в пределах всего цветового пространства CIE 1931 с использованием одного широкополосного источника излучения без механического или спектрального сканирования.
Для решения указанной технической задачи с достижением указанного технического результата применяется способ, состоящий в формировании коллимированного пучка широкополосного электромагнитного излучения видимого диапазона известного спектрального состава, выделении из него нескольких спектральных интервалов, число и положения которых и коэффициент пропускания для которых обеспечивают заданные цветовые координаты, пространственном совмещении отфильтрованных пучков и их одновременной регистрации одним цветным приемником излучения. Многооконная спектральная фильтрация осуществляется за счет его дифракции Брэгга, с помощью АО фильтра, работающего в полихроматическом режиме за счет одновременного возбуждения нескольких акустических волн, параметры (количество, частоты и амплитуды) которых определяют число и положения выделяемых спектральных каналов и коэффициент пропускания в них. Приемником излучения может быть глаз наблюдателя или цветная (RGB) матрица.
Изобретение поясняется чертежом.
1
2
N
На Фиг. 1 показана структурная схема, поясняющая описанный метод, где 1 - широкополосный источник света, 2 - коллимирующая оптическая система, 3 - АО фильтр-полихроматор, 4 - формирующая оптическая система, 5 - приемник излучения. Спектры показывают спектральный состав I(λ) излучения до и после АО фильтра-полихроматора, настроенного на длины волн L, λ…λ.
Изобретение может быть реализовано на основе устройства, состоящего из оптически связанных и расположенных последовательно элементов: широкополосного источника света 1; коллимирующей оптической системы 2, обеспечивающей светоэнергетическое сопряжение источника света 1 и АО фильтра-полихроматора 3, формирующей оптической системы 4 и приемника излучения 5.
Отличием изобретения является то, что многооконная спектральная фильтрация осуществляется с помощью АО фильтра 3, работающего в полихроматическом режиме за счет одновременного возбуждения нескольких акустических волн, параметры (количество, частоты и амплитуды) которых определяют число и положения выделяемых спектральных каналов, и коэффициент пропускания в них. Это позволяет исключить необходимость применения, синхронизации и сопряжения нескольких источников излучения. В результате устройство на основе предлагаемого метода отличается компактностью, простотой сборки и юстировки, возможностью совмещения с различными широкополосными источниками излучения, отсутствием подвижных элементов, полным программным управлением и возможностью работы в автоматическом режиме репродукции излучения заданного цвета по его цветовым координатам.
В предпочтительном варианте осуществления реализуется вариант схемы, заключающийся в использовании АО фильтра-полихроматора 3 на основе расположенной между двумя скрещенными поляризаторами кристаллической АО ячейки, в которой реализуется широкоапертурная геометрия анизотропной АО дифракции и которая работает в режиме многочастотной генерации - одновременном возбуждении нескольких звуковых волн различных частот и амплитуд.
Система работает следующим образом.
По заданным цветовым координатам излучения, которое необходимо репродуцировать, производят расчет количества спектральных каналов, их положения и коэффициент пропускания в каждом из них. Устанавливают широкополосный источник света 1 с известным спектром электромагнитного излучения видимого диапазона, Направляют пучок, сформированный оптической системой 2, на АО фильтр-полихроматор 3. Исходя из требуемого количества спектральных каналов, их положения и коэффициентов пропускания в каждом из них, рассчитывают частоты и амплитуды ультразвуковых волн, которых подаются на АО фильтр-полихроматор 3. После многочастотной АО дифракции на выходе АО фильтра-полихроматора 3 появляются несколько отфильтрованных пучков, которые с помощью оптической системы 4 совмещают и направляют на цветной приемник излучения 5, который позволяет его зарегистрировать и оценить его цвет визуально (при регистрации глазом) или на основе цифровой обработки (при регистрации цифровым матричным приемником).
В ходе предварительной настройки системы производится спектральная калибровка АО фильтра-полихроматора 3 для определения зависимостей выделяемой длины волны от частоты подаваемого ультразвука и эффективности дифракции от мощности подаваемого ультразвука.
В альтернативной реализации системы АО фильтр-полихроматор 3 реализован на основе одиночной кристаллической ячейки, за которой для пространственного совмещения отфильтрованных пучков устанавливается диспергирующий элемент-компенсатор в виде ячейки такой же формы и из такого же материала, что и АО фильтр, развернутой относительно него на 180° в плоскости АО взаимодействия.