Синтез объемных изображений в стекле методом локальной лазерной деструкции тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

На правах рукописи

Левина Элина Юрьевна

СИНТЕЗ ОБЪЕМНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ В СТЕКЛЕ МЕТОДОМ ЛОКАЛЬНОЙ ЛАЗЕРНОЙ ДЕСТРУКЦИИ

01.04.05 - Оптика

Автореферат

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2004

Работа выполнена в Федеральном Государственном Унитарном Предприятии «Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений» (ФГУП «ВНИИОФИ»)

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Ю.М.Золотаревский

Официальные оппоненты: доктор технических

наук, профессор Г.И.Василенко

доктор технических наук, профессор В.И.Телешевский

Ведущая организация: Институт автоматики и

Электрометрии СО РАН

Защита состоится » февраля 2005 г. в 15-00 час. на заседании диссертационного совета Д308.006.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте оптико-физических измерений по адресу: 119361, г. Москва, ул.

Озёрная, 46

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП «ВНИИОФИ».

Автореферат разослан_ М. У// _2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук,

Г.Н.Вишняков

2006-427 05

ШШ6

1.Общая характеристика работы

1.1.Актуальность темы, цель и основные задачи диссертации

Развитие лазерных технологий и их внедрение в различные области науки и техники позволило лазерам войти в повседневный быт человека. В то же время визуальные эффекты, которые сопровождают лазерное излучение, а также различные виды специфического воздействия его на некоторые материалы привлекло внимание дизайнеров и представителей прикладного искусства. В этой области применения лазеров также были получены интересные результаты. Это привело к тому, что использование лазерных технологий в изобразительном искусстве, шоу индустрии и т.п. нашло широчайшее применение.

Одним из наиболее известных применений лазерных технологий в изобразительном искусстве является голография. На заре развития голографии, как метода получения трехмерных изображений, изобразительная голография рассматривалась, как наиболее перспективная область применения. Изобразительная голография достигла высокого технического совершенства, образцы голограмм производят, как правило, неизгладимое впечатление на зрителей.

Одновременно с голографией развивались методы получения двумерных изображений, получаемых методом лазерной гравировки на поверхности. Сущность процесса получения двумерных изображений на поверхности при помощи лазерной маркировки состоит в модификации поверхности материала под воздействием лазерного излучения. Изменение его оптических, химических или геометрических свойств из-за локального разогрева, плавления и частичного испарения обуславливает высокую степень разрешения лазерной маркировки при минимальном термомеханическом воздействии на маркируемое изделие. Эти методы также нашли широкое применение в технологических процессах, для маркировки деталей, для кроя и вырезки различных изделий. Основой развития указанных методов являлось появление компьютерных технологий получения двумерных изображений и создание методов и систем сканирования лазерного луча, управляемых компьютером.

Следующим направлением в получении изображений при помощи лазерных технологий является формирование объемных структур внутри материала, основанное на локальном разрушении его структуры - деструкции. Разрушение твердых материалов, вызванное лучом лазера, исследовалось многими авторами. Несмотря на это, механизм, с помощью которого энергия электромагнитных колебаний превращается в механическое напряжение, не полностью понятен. Внутреннее разрушение описывалось много раз.

РОС. НАЦИОНАЛЬНА)* 1 БИБЛИОТЕКА | С Петербург |

ОЭ по) и*7' }

Впервые наблюдали разрушение такого характера в лазерных стержнях, когда последние работали в качестве генераторов и усилителей.

Сфокусированное лазерное излучение производит в объеме стекла локальное разрушение (пробой), наблюдаемое как маленькая точка-звездочка. Таким образом, в объеме оптического стекла можно сфокусированным лазерным лучом создать микроточку за счет разрушения структуры материала -деструкции. Управляемое компьютером сканирующее устройство перемещает фокус лазерного излучения в трехмерном пространстве внутри стекла так, что точки, возникающие в стекле, образуют рисунок. Этот метод получения трехмерных (3D) изображений известен с середины 80-х годов и составляет суть трехмерной лазерной графики. В 1991-94 годах, когда сложились предпосылки для создания таких установок, было оформлено сразу несколько патентов, как у нас в стране, так и за рубежом, для того чтобы наладить серийный выпуск сувенирных изделий, изготовленных по этой технологии. Создание установок для широкого производства изделий с помощью лазерного пробоя в стекле, потребовало использования достижений не только лазерной техники и оптоэлектроники, но современных методов компьютерной графики, CAD/CAM технологии управления областью воздействия лазерного излучения и т.д. Сейчас сувенирной продукции с элементами объемной лазерной графики достаточно много на рынке, но эти изделия небольшого размера. Как правило, они вписываются в куб объемом 80x50x50 мм3.

Технология создания объемного изображения методом локальной лазерной деструкции обладает наряду с уникальными изобразительными свойствами высокой защищенностью от подделки, т.к. требует для этого наличия такого же производственного оборудования. Поэтому возникла потребность использовать данную технологию для создания наградных элементов, в частности, «Приза премии Правительства Российской Федерации в области качества». «Призы качества» вручаются практически во всех развитых странах мира и в Евросоюзе. Исторически сложилось так, что они выполняются в виде стеклянной стелы с различной гравировкой. В 1995 году была поставлена задача разработать подобное изделие. Нами было предложено использовать для его изготовления технологию объемного лазерного дизайна. Другим важным направлением применения этой технологии является маркировка уникальных изделий из стекла, например, эталонов рефрактометрии, которые представляют собой стеклянные призмы большого размера.

Попытки использовать готовые наработки в данной области окончились неудачей, т.к. существующие установки и технологии не позволяли создавать изделия большого размера с высоким качеством. Это было связано с тем, что, несмотря на распространение этой технологии в то время многие вопросы, связанные с формированием объемных изображений высокого качества в

прозрачном материале большого размера оставались нерешенными. В первую очередь это вопросы, связанные с анализом визуального восприятия объемных изображений, состоящих из локальных разрушений внутренней структуры стекла. Практически эта задача никем не рассматривалась ни в теоретическом, ни в экспериментальном аспекте. Другой круг вопросов связан с повышением качества объемных изображений за счет управления процессом деструкции и улучшения за счет этого визуального эффекта, что особенно важно при создании уникальных изделий. Особую важность представляли вопросы, связанные с контролем качества заготовок, т.к. при изготовлении больших образцов неконтролируемая деструкция стекла при лазерном воздействии приводит к существенным материальным затратам. Все это сделало разработку технологии создания уникальных изделий методом локальной лазерной деструкции внутри стекла актуальной задачей, требующей проведения исследований процесса распространения лазерного излучения, разработки методов компьютерного синтеза объемных изображений и систем управления сканированием лазерным излучением.

1.2.Цель работы

Целью настоящей диссертационной работы является исследование процесса воздействия импульсного лазерного излучения на прозрачный диэлектрик и разработка методов создания объемных изображений, которые сочетали бы в себе высокотехнологичный дизайн с защищенностью от несанкционированного копирования с использованием локальной лазерной деструкции в заготовках стекла большого размера.

Достижение поставленной цели требует решения следующих научно-технических задач:

1. Анализ структуры микровзрыва внутри оптического стекла и определение его оптимальных размеров при создании объемных изображений сложного дизайна для обеспечения наилучшего визуального наблюдения.

2. Разработка методов контроля качества изделий из стекла большого размера для обеспечения возможности формирования внутри него объемных изображений высокого качества.

3. Разработка алгоритмов синтеза объемных компьютерных изображений сложной структуры с использованием современных графических редакторов, которые позволили бы последующую визуализацию объемных форм при помощи локальной лазерной деструкции.

4. Разработка компьютерной автоматизированной лазерной установки для получения объемных изображений в блоках стекла большого размера методом локальной лазерной деструкции.

1.3. Научная новизна работы

1. Разработана модель взаимодействия внешнего излучения с единичным лазерным пробоем, как оптической неоднородности, рассеивающей это излучение. Модель основана на представлении неоднородности в виде вытянутого эллипсоида вращения, поверхность которого рассеивает падающее излучение по закону Ламберта. В рамках выбранной модели определены размеры неоднородностей, при которых они были бы визуально различимы наблюдателем.

2. Проведены экспериментальные исследования для определения зависимости между размером области пробоя и энергией лазерного импульса, генерируемого технологическим YAG-Nd лазером. Экспериментально установлено, что размер области пробоя практически линейно зависит от энергии импульса. По наибольшему диаметру области распыления произведена оценка пороговой плотности мощности, которая для стекла К-8 составила около 10 Гвт/см2.

3. Разработаны интерферометрические методы контроля качества поверхности и определения пространственной неоднородности показателя преломления заготовок стекла большого размера.

4. Разработан и исследован метод цифровой компенсации аберраций, которые вызваны такими факторами, как не плоскостность опорного зеркала, неоднородности внутри стекла и т. д.

5. Разработан интерактивный алгоритм редактирования растрового изображения, полученного автоматически "в векторном графическом редакторе. Алгоритм основан на сравнении локальных опорных сеток с растровым изображением, что позволяет его редактировать и подготавливать в виде, необходимым для создания объемных изображений методом лазерной деструкции.

1.4. Практическая значимость результатов работы.

1. Разработана установка, которая позволяет создавать объемное изображение высокого качества в заготовках стекла большого размера и веса (до 15 кг) методом локальной лазерной деструкции.

2. Разработана и реализована схема автоматизированного интерферометра с полем зрения 25 мм и автоматической компенсацией собственных аберраций для контроля качества поверхности и определения пространственной неоднородности показателя преломления заготовок стекла большого размера.

3. Разработаны методы синтеза объемных изображений различного типа на базе стандартных графических редакторах 3D Studio, 3D Studio Мах, которые позволяют сформировать эти изображения при помощи технологии лазерного пробоя в стекле.

4. Разработанная в диссертации технология изготовления уникальных изделий методом локальной лазерной деструкции в заготовках стекла большого размера и созданная установка, реализующая данный метод, используются для изготовления с 1997 года «Приза премии правительства Российской Федерации в области качества». Этот Приз изготавливается в количестве 12 штук в год согласно постановлению Правительства Российской Федерации от 12 апреля 1996 г. №423 "Об учреждении премии Правительства Российской Федерации в области качества" и ежегодно вручается Председателем Правительства Российской Федерации. Разработанные методы локальной лазерной деструкции используются также для маркировки «Рабочих эталонов 1-го разряда единицы показателя преломления твердых веществ» (рефрактометрических призм).

1.5. Апробация работы

Основные материалы работы докладывались на следующих конференциях, симпозиумах и семинарах в период 1991 - 2004 гг.:

Всесоюзного симпозиума по вычислительной томографии (Звенигород, 1991);

Всероссийский научно-технический семинар "Метрологическое обеспечение в области неразрушающего контроля" (Москва, 2000);

Всероссийский научно-технический семинар "Проблемы метрологического обеспечения в здравоохранении и производстве медицинской техники" (Москва, 2000);

Всероссийская научно-техническая конференция «Обеспечение единства измерений в фотометрии и радиометрии оптического излучения» (Москва, 2001);

Всероссийская научно-техническая конференция "Фотометрия и её метрологическое обеспечение" (Москва, 2004).

1.6. Публикации

Материалы диссертации опубликованы в 10 печатных работах, 3 статьях, опубликованных в научных журналах и тематических сборниках, 1 патенте России.

1.7. Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем составляет 164 страницы печатного текста, включая 51 рисунок.

1.8. Научные положения, выносимые на защиту

1. Оптимальный для зрительного восприятия размер области лазерной деструкции в оптическом стекле составляет 50 мкм. При данном размере каждая область деструкции на расстоянии ~ 35 см визуально различается в отдельности, а их линейная совокупность на расстоянии ~ 1 м воспринимается наблюдателем в виде сплошной линии.

2. Размер области управляемой лазерной деструкции в однородном оптическом стекле линейно зависит от энергии импульса лазерного излучения в диапазоне энергий от 2 мДж до 25 мДж.

3. Неконтролируемая деструкция оптического стекла под действием импульсного лазерного излучения в диапазоне энергий 10-15 мДж начинается при величине неоднородности показателя преломления стекла Дп~20х10'6.

4. При векторном синтезе трехмерных изображений объектов произвольной формы введение локальной опорной сетки с шагом, определяемым параметрами установки, при которых не возникает неконтролируемая деструкция стекла, и сравнение его с расстоянием между координатами вершин растрового представления объекта позволяет определить области редактирования. Это дает возможность сократить время компьютерной подготовки данных для создания изображений методом лазерной деструкции и избежать необходимости изготовления пробных реализаций в стекле, по которым оценивается качество редактирования.

2. Содержание работы

Цель работы и основные задачи, которые были решены при создании технологии изготовления уникальных изделий методом локальной деструкции стекла лазерным излучением, обусловили структуру диссертационной работы.

Работа состоит из четырех глав, Введения и Заключения.

Во введении обоснована актуальность темы, определена цель и задачи диссертационной работы, отмечены научная новизна и практическая значимость диссертации, сформулированы научные положения, выносимые на защиту.

Первая глава является обзорной, в ней проводится анализ методов получения изображений при помощи лазерных технологий и их применение для изготовлений изделий прикладного искусства. Рассмотрены принципы графического компьютерного синтеза изображений, векторное и растровое представление трехмерных образов и методы их редактирования. В

отдельном разделе рассмотрены общие принципы построения станков с числовым программным управлением, которые являются основой для производства изделий методом лазерного пробоя.

Вторая глава посвящена особенностям взаимодействия импульсного лазерного излучения с оптическим стеклом. В первом разделе приведены экспериментальные исследования единичного пробоя и их совокупности. Для исследования формы области разрушения была проведена серия экспериментов, при которых формировался пробой при различных параметрах воздействия. Для анализа геометрических характеристик области пробоя была разработана оптическая система ее освещения и проецирования изображения на ПЗС-матрицу. Телевизионное изображение области разрушения затем вводилось в ЭВМ, и измерением размеров изображения проводились при помощи специальной программы. Анализ изображений различных пробоев показал, что область разрушения имеет сложную форму, напоминающую цветок (рис. I). Имеется тонкий конический канал I, представляющий собой область распыления, от которого отходят сколы 2. Именно эти сколы и наблюдаются невооруженным глазом. В зависимости от энергии импульса могут образовываться одна, две или три группы сколов 3. Перераспределение энергии между областью распыления и сколами приводит к тому, что при снижении энергии диаметр области скола уменьшается, а число групп сколов может возрастать.

Экспериментальные исследования позволили определить зависимость величины размера области пробоя от энергии лазерного излучения, а также экспериментально установить параметры, при которых наступает неконтролируемая деструкция стекла. Мы оценивали пороговую плотность мощности по наибольшему диаметру области распыления. Полученная нами величина для стекла К-8 составила около 10 Гвт/см2.

Для формирования объемного изображения, состоящего из набора единичных пробоев, необходимо установить зависимость между размером области пробоя и энергией в импульсе. С этой целью были проведены экспериментальные исследования, на разработанной нами установке. Учитывая, что указанная зависимость во многом определяется видом материала, нами было выбрано наиболее часто используемое оптическое стекло К8. Размер величины пробоя определялся визуально по размаху лучей в области скола. На рис. 2 приведена зависимость размера области управляемой лазерной деструкции от энергии импульса. Из графика видно, что для стекла К8 в диапазоне энергий от 2 мДж до 24 мДж размер области деструкции практически линейно зависит от энергии импульса.

Кроме того, были проведены исследования полимерного оптического материала на основе метакрилата. Область пробоя в этом материале до значения энергии 30 мДж, доступного в установке, состояла из тонкого

1- область распыления;

2- лепестки первого скола;

3- следующие группы сколов

Рисунок 1. Схема области деструкции.

700 -600 -| 500 -¡•5. 400 -

£ зоо -

I 200 т | 100 -о -

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

и иип [мДж]

Рисунок 2. Зависимость области управляемой лазерной деструкции от

энергии импульса.

канала области распыления и не имела сколов. Пороговая мощность пробоя при визуальной оценке области распыления составляла около 15 Гвт/см2. Наименьшая полученная область разрушения представляла собой конус длиной 400 мкм и диаметром основания 14 мкм, и плохо видна невооруженным глазом. Аналогичная форма области пробоя получалась и в лейкосапфире. Поэтому применение этих материалов для создания трехмерных изображений представляется проблематичным.

Экспериментальные исследования показали, что при уменьшении расстояния между различными элементами пробоя при одинаковой энергии лазерного импульса начинает процесс смыкания трещин, образующихся в зоне пробоя (рис.3). При незначительном превышении энергии возникает разрушение большой зоны, т.е. деструкция заготовки стекла и, как следствие брак в производстве объемного изображения. Аналогичный эффект возникает и при наличии незначительных нарушений однородности стекла.

Для того, чтобы не было разрушения стекла расстояние между «точками» в изображении должно быть на 20-30% больше размеров самого пробоя. Выше было показано, что размер области деструкции практически линейно зависит от энергии импульса лазера. Это дает возможность при построении сложных объемных изображений, управляя энергией лазерного излучения изменять шаг между «точками» в изображении.

Основным требованием к системам формирования изображения методом лазерной деструкции является достижение максимального визуального эффекта для наблюдателя. В основном это определяется долей рассеянного излучения, которое попадает в глаз наблюдателя. При этом возможно два крайних случая.

1 - единичный пробой реализуется таким образом, что его рассеивающие свойства максимальны, а интервал между пробоями выбирается из технологических соображений, чтобы не допустить разрушения стекла.

2 - энергия единичного пробоя выбирается минимально возможная, при которой наступает минимальная деструкция стекла. Объемное изображение при этом формируется за счет большого числа пробоев расположенных близко друг к другу. В данном случае коэффициент экстинкции светорассеивающей среды должен выбираться таким образом, чтобы обеспечить равномерное рассеивание по всему объему стекла. Аналогичная задача решалась нами для создания светорассеивающих осветителей с жидкой рассеивающей средой - насадок медицинского и технического назначения.

Для твердых тел с облаком малых лазерных пробоев показано, что при среднем размере объемного изображения 3-5 см, коэффициент экстинкции К рассеивающей среды должен быть 0.3-0.2 см'1. Это достижимо при размере

■ 'V • V * Щ

■ г. . , Д . V Г •.■••• Л • ;. . ' Л ' н< ^ Т ^ 1 , < $\ ' > Щ

щ

Ч

Рисунок 3. Изображения серий пробоев при различных расстояниях между ними.

рассеивающих центров несколько микрон. Такой размер пробоя можно получить при энергии лазерного излучения менее 1мДж.

Достоинством данного метода является высокая разрешающая способность, что дает возможность выписывать отдельные детали изображения. Однако для этого необходимо существенно, в десятки раз увеличивать число пробоев. Это приводит к существенному увеличению времени работы установки и удорожанию изделия. Представляется целесообразным сочетать достоинства обоих методов формирования объемных изображений, основанных на рассеянии света. Для этого в процесс формирования единичного пробоя при помощи лазерного импульса вводится система управления величиной энергии в каждом импульсе, что позволяет изменять размер пробоя.

Во втором разделе главы проводится теоретический анализ рассеяния внешнего излучения на единичном лазерном пробое при визуальном наблюдении. При этом возникает ряд вопросов, ответ на которые позволяет сформировать оптимальные с точки зрения наблюдателя изображения. Оптическим инструментом, которым анализируется создаваемая картина, является человеческий глаз. Соответственно и критерии подбора оптимальных размеров неоднородностей должны базироваться на условиях формирования изображения оптической системой глаза и особенностях его восприятия. Перечислим основные характеристики глаза, которые могут быть использованы в интересующих нас целях. Зрение человека характеризуется тремя параметрами: визуального наблюдения объемного изображения составленного из отдельных лазерных пробоев: -предельный угол разрешения, -пороговый контраст,

-пороговая яркость, которая вызывает устойчивое световое раздражение при изменениях фона в достаточно широких пределах.

Разрешающая способность глаза достигает предельного значения при освещенности 50 лк и излучении с длиной волны X =0,55 мкм. Предельный угол разрешения при этом составляет ~ Г, т.е. минимальный линейный размер неоднородности, который может быть различим на расстоянии £, = 35 см составляет 100 мкм, а на расстоянии £3= 100 см составляет ¡12 =300 мкм.

Для наблюдения объемных изображений, образованных определенным количеством точек, которые синтезированы методом лазерного пробоя в стекле из дискретных точек, необходимо выполнение определенных условий формирования локальной деструкции, как единичной точки.

На практике наиболее важно подобрать такую мощность лазерного излучения, чтобы с одной стороны каждое локальное разрушение на

расстояниях ~ 30 40 см было хорошо видно невооруженным глазом. С другой стороны, чтобы целостная картина создаваемого изображения не «разваливалась» на отдельные составляющие, т.е. их линейная совокупность на расстоянии ~ 1 м воспринималась наблюдателем в виде сплошной линии.

Учитывая те обстоятельства, что рассеяние на отдельных микрообъектах имеет явную анизотропию, а также что при рассеянии внутри микрообъектов имеет место многократное переотражение, для оценок была использована простейшая модель неоднородности в виде вытянутого эллипсоида вращения с поверхностью, рассеивающей падающее излучение по закону Ламберта. В диссертации рассмотрены две схемы падения излучения на неоднородность. В первом случае внешнее излучение распространяется вдоль оси г, а рассеянное излучение распространяется под углом к падающему. Тогда, если и- нормаль к поверхности эллипсоида в точке (х,у,г) и а - угол между нормалью п и осью г, освещенность элемента АБ с нормалью п равна:

Е = Е-со&а, (1)

где £ - освещенность (поверхностная плотность падающего светового потока) в плоскости (х,у) падающим излучением.

Полагаем, что вся падающая на элемент АБ лучистая энергия рассеивается по закону косинуса, тогда энергетическая яркость вычисляется по формуле:

&S-COS<p

где ср - угол между нормалью п и осью х.

Сила света участка излучающей поверхности равна:

М = В- ¿¡S- cos tp

Чтобы вычислить мощность излучения, рассеянного в телесный угол д<у в положительном направлении оси х со всей освещенной поверхности эллипсоида, необходимо выражение для AI проинтегрировать по AS и помножить на малый телесный угол Асо (ниже мы пренебрежем малыми изменениями угла «р в пределах Асо):

Р= JdS • Д • Дю-cos р = 5-A<uJ<iS-cos <» (3)

Из уравнения нормали к эллипсоиду и самого уравнения для эллипса имеем:

Учитывая далее, что Л5 сол а = ¿еду, и полагая а » Ь, окончательно получаем

12

Рх-£. Д<у

X

Для второго случая, когда рассеянное излучение распространяется в положительном направлении оси х мощность излучения, рассеянного в телесный угол Дй) от всей поверхности эллипса определяется выражением:

рА.Ьа.Ъ1- \\dycE /'-У2-*' , (4)

ф + у(Г+12)

п

а2 -Ь2 _ у _ г где у=—

Полагая у » 1, получаем:

5 2 2

Р~Е Д<у 64—1=--+ —7=)

Чг Г у^у _

На основе последней из полученных формул проведем теперь оценку

плотности мощности излучения, попадающего в зрачок наблюдателя от

§

единичной рассеивающей неоднородности. Полагая, йа = р- имеем:

_ Е-Ъ2, 5 2 2. £ з 4У У У^У _

Из эксперимента известно, что — 3, т.е. у ~ 8. Полагая далее £ = 50 лк =

6

7,3 (здесь мы использовали механический эквивалент света М = —— —), см 683 лм

Ь =50 мкм и Ь = 35см, получаем £) = 6,4-10~" . Эта величина в несколько

см

раз превышает порог отчетливого восприятия светового раздражения, т.е. неоднородность хорошо видна невооруженным глазом.

Проведенная выше оценка интересна в основном с точки зрения сравнения модели с экспериментом и не дает ответа на главный вопрос об оптимальном размере неоднородности. Для этих целей мы используем другое условие, которое вытекает из требований эксперимента. Как уже упоминалось выше, линейная совокупность неоднородностей на расстоянии » 1 м должна наблюдаться в виде сплошной линии. Это означает, что цепочка неоднородностей, попадающих в область ^ с линейным размером ~ 300 мкм должна создавать на поверхности зрачка плотность потока рассеянного излучения При этом по технологии изготовления расстояние между центрами неоднородностей составляет величину и 4Ь. Уменьшить это расстояние не удается, поскольку тогда образуется зона сплошного разрушения.

Полагая, что неоднородности одинаковы и число их, попадающих в линейный размер а2, составляет п = ^> Для плотности мощности рассеянного излучения на поверхности зрачка имеем:

, где ^ _2+ 2

41> ну у у4у

Приравняв в (5) 0г=<3;, для оптимального размера неоднородности Ьор1 получаем:

Ъ^^Л-. (6)

* Ес/^г) У '

Подставляя в (6) численные значения величин, входящих в правую часть формулы, имеем Ь^ в 43 мкм.

Очевидно, что полученное решение справедливо лишь качественно и необходимо сравнение с экспериментом. Такие эксперименты были проделаны и показали, что ¿„^составляет « 50 мкм. Это свидетельствует о вполне удовлетворительном согласии теории и эксперимента и указывает на применимость данной модели для анализа процесса рассеяния излучения на локальной лазерной деструкции в стекле.

Большую роль играет тип материала, в котором формируется пробой. В нашем случае это тип стекла, его однородность, отсутствие свилей и внутренних напряжений. Поэтому необходим контроль качества заготовок, используемых как носитель объемного изображения. При наличии внутренних напряжений, обусловленных сильными неоднородностями показателя преломления внутри стекла возникает неконтролируемое разрушение внутренней структуры стекла, что приводит к необходимости предварительной отбраковки блоков стекла. Как показала практика при изготовлении крупных блоков стекла, которые используются для изготовления Приза премии в области качества, число бракованных заготовок достигает 20-25%. Для контроля качества заготовок стекла были разработаны специализированные интерферометрические стенды, основанные на автоматизированной расшифровке интерферограмм.

При интерференционном контроле качества больших заготовок стекла необходимо компенсировать аберрации, которые вызваны такими ■ факторами, как неплоскостность опорного зеркала, аберрации объектива и т.д. Для этого нами был разработан метод компенсации аберраций при помощи цифровой коррекции. Согласно нему сначала проводится реконструкция распределения фазы волнового фронта при отсутствии исследуемого объекта, несущая в себе информацию об искажениях волнового

фронта, вызванному оптическими элементами интерферометра. Затем проводится реконструкция распределения фазы волнового фронта при наличии исследуемого объекта, несущая в себе информацию о распределении показателя преломления в исследуемом объекте и фазовых искажениях волнового фронта. После этого производится вычитание одного из другого. Таким образом, получается неискаженное распределение оптической длины пути.

Для контроля качества поверхности заготовок стекла была разработана оптическая схема интерферометра, в основе которого лежит интерферометр Майкельсона Автоматизированная расшифровка интерферограмм производится по методу дискретного фазового сдвига, вносимого опорным зеркалом, наклеенным на пьезоэлемент. В результате обработки интерферограмм восстанавливается оптическая разность хода отраженного волнового фронта от передней грани заготовки стекла. Измерения поверхности реальных заготовок показали, что отклонения профиля поверхности не превышают 2-2.5 мкм. Расчет сферической аберрации показывает, что для числовой апертуры объектива, применяемой в нашей установке, она составляет в зависимости от толщины заготовки несколько десятков микрон. Это позволяет сделать вывод, что не плоскостность заготовок практически не оказывает влияния на качество пучка при получении пробоя.

Для контроля неоднородности показателя преломления внутри заготовки стекла был использован интерферометр, схема которого отличается от предыдущей схемы тем, что к нижней грани заготовки стекла на иммерсии приставлено зеркало, которое отражает зондирующий пучок и обеспечивает двукратный проход лучей через исследуемый объект. Влияние искажений вносимых не плоскостностью граней заготовки стекла компенсировалось цифровой коррекцией. На рис.4 в, качестве примера приведены интерферограммы и распределения оптической длины пути после прохождения зондирующего излучения через различные заготовки стекла. Измерения показали, что в тех зонах, где набег фазы составляет более одного микрона, возможна неуправляемая деструкция стекла при лазерном воздействии. При размере заготовки 50 мм изменение показателя преломления составит 20><10"6, что соответствует четвертой категории однородности показателя преломления (ГОСТ 3514-76 «Стекло оптическое бесцветное. Технические условия»).

Интерференционные методы контроля распределения показателя преломления позволяют измерить отклонения распределения показателя преломления с высокой точностью, но требуют специальных условий проведения измерений. В целом ряде случаев необходимо проводить качественную отбраковку заготовок стекла непосредственно при получении партии стекла. Особенно это важно при контроле качества заготовок

Размер ПЗ 25.6x25.6 мм

Рисунок 4. Интерферограммы и распределения оптической длины пути после прохождения зондирующего излучения через различные заготовки стекла.

большого размера, которые используются при изготовлении Приза премии в области качества. С этой целью определяется оптический коэффициент напряжения, который определяет разность оптического хода поляризованных лучей в стекле и характеризует двойное лучепреломление, возникающее при напряжении. Для этого использовался переносной малогабаритный полярископ, который позволял просматривать отдельные участки стекла и определять локальные зоны повышенного напряжения.

Третья глава диссертации посвящена методам компьютерного синтеза изображений различного типа. В процессе разработки алгоритмов были решены вопросы сжатия измерительной информации для ввода ее в графический редактор, формирование, трансформирование и редактирование изображения, переход к дискретному виду и выбор шага дискретизации, который определяется методом лазерного пробоя в стекле, редактирование дискретного изображения с учетом шага дискретизации и т.д. В качестве базового редактора для компьютерной обработки сложной 3D формы был выбран векторный графический пакет 3D STUDIO МАХ (продукт фирмы KINETIX). На его основе были разработаны алгоритмы формирования объемных изображений различных типов наиболее часто встречающихся объектов (архитектурные объекты и объекты произвольной формы). Для формирования плоских образов, портретов и текстов были использованы графические пакеты программ PHOTOSHOP и PHOTOPAINT.

Основной задачей, решаемой на этапе компьютерного синтеза 3D формы, является создание дизайна и подготовка необходимого набора файлов, которые полностью описывают наше объемное изображение, для исполнения программой управления лазерной установки - «GLASS». Этот процесс условно можно разделить на несколько этапов:

Этап 1. Художественная оценка изделия

Этап 2. Расчет основных размеров.

Этап 3. Синтез изображения в графическом редакторе.

Этап 4. Переход к дискретному виду и попиксельное редактирование. В результате, после всех вышеуказанных действий, мы должны получить набор файлов. Исходные изображения объемных объектов для исполнения программой установки «GLASS» могут быть представлены:

1.Объемное изображение по слоям в виде набора монохромных "".BMP файлов. Каждый файл содержит одно сечение. Количество файлов равно количеству сечений трехмерного объекта. Координаты Z слоев перечисляются в отдельном списке, который предоставляется дизайнером. 2.0бъемное изображение, полученное в векторных графических редакторах в формате *.ASC. Файл получен перекодировкой (экспортом) из векторных графических редакторов типа AutoCad, 3D Studio, 3D Studio Мах. Он представляет собой упорядоченный список X,Y,Z координат требуемых точек.

Нетрудно заметить, что в результате синтеза изображений в обоих вариантах построения мы получаем набор дискретных точек в пространстве, т.е. растровое представление. Это, в принципе, позволяет осуществлять изготовление объекта методом лазерного пробоя в стекле. Однако, расстояние между точками при автоматическом получении координат вершин, на которые разбивается синтезированное в векторном представление изображение, практически всегда меньше допустимого для производства на лазерной установке. Оно определяется величиной производной в синтезированном изображении.

Для получения растрового представления, реализация которого возможна методом лазерного пробоя, необходимо сделать изменения в задании синтезированного объекта. Как правило, применяют локальное попиксельное редактирование - прореживание в тех областях объекта, где шаг дискретизации между точек меньше критического. Заметим, что число пикселов для типичного объекта составляет от 10 до 40 тысяч. Поэтому редактирование объекта сложной формы займет много времени. Нами была поставлена задача разработать алгоритм редактирования растрового изображения, который с одной стороны позволил бы ускорить процесс редактирования, а с другой стороны позволил бы использовать векторный редактор для визуализации синтезированного объекта. Для создания растрового изображения, реализация которого была бы возможна при помощи лазерного пробоя, нами был разр'аботан алгоритм локальных опорных сеток. Суть данного метода заключается в том, что объект разбивается на замкнутые области, в которых производная формы, описывающая объект, лежит в заданном диапазоне. В каждой из этих областей объект, заданный в растровом виде сравнивается с некоторым растром с постоянным шагом - локальной опорной сеткой, шаг который соответствует максимуму производной в данной зоне, либо минимальному расстоянию между автоматически выбранными вершинами. Это сравнение выявляет зоны для редактирования. Согласно данному алгоритму производится редактирование всех областей объекта. На практике таких областей получается 20-30 в зависимости от сложности объекта, при этом в редактировании нуждаются только области двух типов:

1. Области объекта, где градиент формы по каждой оси превышает наперед заданную величину. В таком случае, вычисляя частные производные от синтезированной в графическом редакторе формы можно заранее определить области, которые нуждаются в редактировании.

2. Области объекта, где градиент формы по каждой оси не превышает наперед заданную величину, но при автоматическом определении вершин возникают ситуации, когда расстояние между двумя точками пробоя будет меньше критической. В таком случае для выявления этих точек необходимо использовать алгоритм локальных опорных сеток.

Разработанный нами метод позволил сократить время работы по синтезу изображений, а главное избежать необходимости дополнительных затрат связанных с изготовлением пробных реализаций в стекле, по которым оценивают качество редактирования.

Четвертая глава диссертации посвящена структуре комплекса по созданию объемных изображений методом локальной лазерной деструкции в стекле. На рисунке 5 представлена блок схема установки. Ключевыми элементами комплекса по созданию объемных изображений методом локальной лазерной деструкции в стекле являются:

-оптико-электронная система, формирующая локальную деструкцию оптического стекла на базе УАв-Ш лазера.;

-система трехкоординатного перемещения; -комплекс управляющих программ.

Технологический импульсный лазер генерирует оптическое излучение необходимой длины волны. Оптическая подсистема установки обеспечивает ослабление и фокусировку предварительно расширенного коллиматором лазерного пучка внутрь объема заготовки стекла. Максимальная толщина заготовок, которые могут быть использованы в нашей установке, равна 100 мм. Фокусное расстояние объектива, которое должно быть больше рабочего отрезка в воздухе, был выбран равным £>Ь/п = 70 мм. Величина числовой апертуры: №=40/2x70=0,28.

Величина деструкции и форма точки при указанных значениях числовой апертуры и сферической аберрации объектива в совокупности с блоком стекла, как показали результаты исследований, приведенные во второй главе, в основном определяются величиной энергии импульса. Это позволяют формировать объемные изображения высокого качества по всему объему заготовки, размер которой может составлять 450x450x100 мм.

Система трехкоординатного перемещения предназначена для того, чтобы перемещать заготовку стекла таким образом, чтобы обеспечить фокусировку лазерного излучения в любой точке внутри заданного объема. В разработанной нами установке был использован комбинированный метод сканировании: по двум осям (X, У) сканирование осуществлялось за счет перемещения заготовки стекла по заданной программе, а по оси Ъ перемещался объектив, что обеспечивало постоянную фокусировку излучения во всей области формирования объемного изображения. Задача сканирования заготовкой по определенной программе практически полностью совпадает с задачей, которая решается при использовании станков с числовым программным управлением, только вместо резца используется лазер. Поэтому ключевым звеном комплекса является станок с числовым программным управлением (ЧПУ). Станок с ЧПУ должен обеспечивать

Рисунок 5. Блок-схема установки для получения объемных изображений в стекле.

*

движение заготовки стекла большого размера весом до 15кг по двум координатам и системы фокусировки по третьей. Особенностью системы управления является также то, что лазерное излучение должно фокусироваться только в неподвижное стекло, т.е. движение должно осуществляться в «старт-стопном» режиме. Это требует разработки и создания специальной установки с оригинальной подсистемой управления.

Подсистема управления обеспечивает связь контроллера системы трехкоординатного перемещения с затвором лазера и синхронизацию лазерных импульсов и шагов перемещения. Задача подсистемы состоит в том, чтобы при работе лазера с постоянной частотой 10 Гц обеспечить подачу однократного импульса лазера в тот момент, когда заготовка перемещена в нужное положение. Эта подсистема обеспечивает необходимые шаг и точность позиционирования.

Работу подсистем установки координирует комплекс специализированных управляющих программ «GLASS». Для получения объемных изображений в стекле программа обеспечивает выполнение следующих функций:

• Начальная привязка координат установки.

• Перемещение приводов и управление лазером в ручном и автоматическом режимах.

• Создание управляющих файлов программы из набора монохромных BMP файлов, или из текстовых файлов 3D Studio ASC. Кроме того, обеспечивается конвертация PSD файлов.

• Предварительный просмотр результатов выполнения управляющего файла в режиме графической эмуляции.

Разработанная установка имеет следующие технические характеристики.

Технические характеристики

Технологический импульсный YAG-Nd лазер ЛТИ-245

Длина волны излучения: 1,064 мкм.

Энергия импульса: 0,1 Дж.

Частота импульсов: 10 Гц.

Оптическая система:

Коллиматор: 4,5х, апертура 40 мм.

Объектив: фокусное расстояние 70 мм.

Система трехкоординатного перемещения:

Диапазон перемещений: 120x120 мм по осям X и У, 100 мм по оси Z.

Шаг позиционирования: 5 мкм по осям X и У, 3,25 мкм по оси Z.

Точность позиционирования: менее 10 мкм по всем осям.

Габаритные размеры заготовки 450x450x100 мм,

Вес заготовки 15 кг.

3. Заключение

Основные результаты диссертационной работы могут быть представлены в виде следующих выводов:

1. В работе проведены экспериментальные исследования взаимодействия импульсного лазерного излучения, генерируемого технологическим УАС-Ш лазером с оптическим стеклом.

1.1. Для исследования формы области разрушения была проведена серия экспериментов, при которых формировался пробой при различных параметрах воздействия. Для анализа геометрических характеристик области пробоя была разработана оптическая система ее освещения и проецирования изображения на ПЗС-матрицу. Произведена оценка пороговой плотности мощности по наибольшему диаметру области распыления. Полученная нами величина для стекла К-8 составила около 10 Гвт/см2.

1.2. Проведены экспериментальные исследования для определения зависимости между размером области деструкции и энергией в лазерном импульсе, на разработанной нами установке. Учитывая, что указанная зависимость во многом определяется видом материала, нами было выбрано наиболее часто используемое оптическое стекло К-8. Размер области деструкции определялся визуально по размаху лучей в области скола. Экспериментально установлено, что размер области деструкции практически линейно зависит от энергии импульса лазерного излучения.

1.3. Приведены результаты исследований возможности применения полимерного оптического материала на основе метакрилата и лейкосапфира для лазерного дизайна. Было показано, что форма и размер деструкции в данных материалах не позволяет их использовать для формирования объемных изображений.

1.4. Проведен экспериментальный анализ совокупности пробоев для определения величины интервала между элементами пробоя, при которых, с одной стороны не происходит разрушения стекла, а, с другой стороны, сохраняется целостность восприятия изображения. Было показано, что при расстоянии между «точками» в изображении на 20-30% большем, чем размер самой области деструкции отсутствует неконтролируемое разрушение стекла.

1.5. Рассмотрено два способа формирования изображения методом локальной лазерной деструкции, при которых возможно достижение оптимального визуального эффекта для наблюдателя:

-единичный пробой реализуется таким образом, что его рассеивающие свойства максимальны, а интервал между пробоями выбирается из технологических соображений, чтобы не допустить неконтролируемого разрушения стекла.

-энергия импульса лазерного излучения выбирается такого значения, при которой наступает минимальная деструкция стекла. Объемное изображение при этом формируется за счет большого числа «точек» (пробоев) расположенных близко друг к другу.

Показано, что необходимо сочетать достоинства обоих способов формирования объемных изображений, основанных на рассеянии света за счет управления величиной энергии в каждом импульсе, что позволяет изменять размер области деструкции.

2. Проведен анализ визуального восприятия объемного изображения сформированного методом лазерной деструкции в оптическом стекле.

2.1. Определены критерии визуального наблюдения объемного изображения составленного из отдельных лазерных пробоев:

-предельный угол разрешения,

-пороговый контраст,

-пороговая яркость, которая вызывает устойчивое световое раздражение при изменениях фона в достаточно широких пределах.

2.2. Разработана модель взаимодействия внешнего излучения с единичным лазерным пробоем, как оптическая неоднородность, рассеивающая это излучение. Модель основана на представлении неоднородности в виде вытянутого эллипсоида вращения с поверхностью, рассеивающей падающее излучение по закону Ламберта.

2.3. В рамках выбранной модели определен оптимальный для визуального восприятия размер неоднородности, при которых в плане упомянутых выше критериев, каждая в отдельности была бы различима на расстоянии - 35 см и их линейная совокупность на расстоянии ~ 1 м воспринималась наблюдателем в виде сплошной линии.

3. Разработаны методы контроля качества изделий из стекла и специализированные интерферометрические стенды, основанные на автоматизированной расшифровке интерферограмм. Эти методы и приборы позволяют производить отбраковку заготовок стекла для обеспечения возможности формирования в них объемных изображений большого размера.

3.1. Для контроля качества поверхности и определения пространственной неоднородности показателя преломления заготовок стекла был разработан автоматизированный интерферометр по схеме Майкельсона с полем зрения 25 мм.

3.2. Измерения реальных заготовок оптического стекла показали, что в области высокого напряжения стекла, где возможна неконтролируемая

деструкция при лазерном воздействии, изменение показателя преломления составляет Дп = 20*10"6, что соответствует четвертой категории однородности показателя преломления (ГОСТ 3514-76). Данное требование является основным при отбраковке заготовок стекла.

3.3. Разработан метод компенсации аберраций, которые вызваны такими факторами, как не плоскостность опорного зеркала, неоднородности внутри стекла и т.д., при помощи цифровой коррекции.

3.4. Разработаны методики определения оптического коэффициента напряжения с использованием портативного поляриметра. Проведено соответствие интерференционных и поляриметрических методов контроля распределения показателя преломления.

4. Предложены методы синтеза объемных изображений различного типа на базе стандартных графических редакторах различного уровня, которые позволяют сформировать эти изображения при помощи технологии лазерного пробоя в стекле.

4.1. На базе графических пакетов программ PHOTOSHOP и PHOTOPAINT разработаны алгоритмы синтеза простых двумерных объектов различного вида (тексты, портреты и плоские картинки).

Показано, что при работе с художественными картинами или портретами со сложным фоном, выделяя отдельные предметы или группу предметов в слои, можно добиваться имитации большего объёма.

4.2. На базе векторных графических редакторов 3D Studio, 3D Studio Мах разработаны алгоритмы синтеза сложных трехмерных объектов: архитектурные изображения и объекты произвольной формы.

Для объемных изображений архитектурных и линейно упорядоченных форм предложено представлять их по слоям в виде набора монохромных *.ВМР файлов.

Для произвольных объемных изображений, синтезированных в векторных графических редакторах, предложено представлять их в формате *.ASC. Файл получен перекодировкой (экспортом) из векторных графических редакторов типа AutoCad, 3D Studio, 3D Studio Мах в растровое представление, которое может быть реализовано методом лазерного в стекле.

5. Разработан интерактивный алгоритм локальных опорных сеток, предназначенный для редактирования растрового изображения, полученного автоматически в векторном графическом редакторе, который позволяет ускорить процесс редактирования и использовать векторный редактор для визуализации синтезированного объекта после редактирования.

6. Разработана установка, которая позволяет формировать объемное изображение высокого качества, на базе такого явления как лазерный пробой в блоках стекла размером 300*200x100 мм и весом до 15 кг, с точность позиционирования 10 мкм по каждой из осей.

Таким образом, в настоящей работе решена актуальная научно-техническая задача создания объемных высококачественных изображений методом локальной лазерной деструкции в блоках стекла большого размера, имеющая существенное значение для систем отображения трехмерной информации.

4. Список публикаций по теме диссертации

1. Г.О.Асланян, Г.Г.Левин, Э.Ю.Оводкова (Э.Ю.Левина) Использование преобразование Радона для обработки интерферограмм методом преобразования Фурье // Тезисы докладов У Всесоюзного симпозиума по вычислительной томографии , Звенигород, ноябрь 1991 г, 2 с.

2. T.V.Bulygin, E.Y.Ovodkova (E.Y.Levina), M.S.Umansky Correction of aberrations in interferometric systems with computer aided phase reconstruction II Proceelings SPIE Volume 1843 "Analytical Methods for Optical Tomography", November 1991, 3p.

3. Г.Г.Левин, Ф.В.Булыгин, А.А.Романенко, Э.Ю.Оводкова (Э.Ю.Левина) "Устройство для освещения внутренних полостей" // Патент РФ № 1741774 от 13.04.1993 г., приоритет16.04.1990 г.,6 с.

4. Г.Г.Левин, Э.Ю.Левина, М.В.Есин, Е.В.Калинин Компьютерный синтез изображения трехмерного объекта по результатам оптического измерения его формы // Сборник докладов II всероссийского научно-технического семинара "Метрологическое обеспечение в области неразрушающего контроля", Москва, март 2000 г., 1 с.

5. Г.Г.Левин, Г.Н.Вишняков, Е.В.Калинин, Э.Ю.Левина Оптические методы бесконтактной морфометрии биомедицинских объектов // Сборник докладов I всероссийского научно-технического семинара "Проблемы метрологического обеспечения в здравоохранении и производстве медицинской техники", Москва, ноябрь 2000 г., 1 с.

6. Ф.В.Булыгин, Ю.М.Золотаревский, Э.Ю.Левина Особенности лазерного пробоя в оптических материалах при создании трехмерных изображений // Измерительная техника,- 2001.- № 12 - С.23 - 25.

7. Ф.В.Булыгин, Ю.М.Золотаревский, Э.Ю.Левина, Е.В.Русанов Создание трехмерных изображений в стекле с помощью лазерного пробоя // Тезисы докладов 13 Всероссийской НТ конференции «Обеспечение единства измерений в фотометрии и радиометрии оптического излучения», М., 2001, с. 81-82.

8. Ю.М.Золотаревский, А.А.Ковалев, Э.Ю.Левина Оценка оптимального размера неоднородностей, использующихся при создании трехмерных изображений в стекле // Измерительная техника.- 2004.- № 6 - с. 12 - 14.

9. Ю.М.Золотаревский, А.А.Ковалев, Э.Ю.Левина Оценка оптимального размера неоднородностей, образующихся в стекле под действием лазерных импульсов при создании трехмерных изображений II Сборник докладов четырнадцатой научно-технической конференции "Фотометрия и её метрологическое обеспечение", Москва, март 2004 г., 3 с.

10. Э.Ю.Левина Компьютерный синтез изображения трехмерного объекта для лазерного дизайна в стекле // Сборник докладов четырнадцатой научно-технической конференции "Фотометрия и её метрологическое обеспечение", Москва, март 2004 г., 3 с.

II

i

V

РНБ Русский фонд

2006-4 2705

Введение

Глава 1. Использование лазерных технологий и компьютерной графики для отображений визуальной информации.

1.1 .Методы получения объемных изображений и копий предметов.

1.2. Компьютерные методы получения трехмерных изображений.

1.3. Методы изготовления объемного изображения в стекле.

Глава 2. Исследование свойств визуального эффекта лазерного пробоя в стекле.

2.1. Взаимодействие импульсного лазерного излучения со стеклом.

2.2. Оценка оптимального для наблюдения невооруженным глазом размера неоднородностей, образующихся в стекле под действием лазерных импульсов при создании трехмерных изображений.

2.3. Методы контроля качества изделий из стекла для обеспечения возможности формирования в нем объемных изображений большого размера.

2.3.1. Основные характеристики стекла, влияющие на качество лазерного пробоя.

3.3.2. Коррекция аберраций в интерференционных системах с помощью компьютерной реконструкции фазы волнового фронта светового пучка.

2.3.3. Интерферометрические методы контроля качества.

Глава 3. Алгоритмы синтеза трехмерных изображений.

3.1. Методы 3D Дизайна.

3.2. Этапы создания изображений для лазерного дизайна.

3.3. Синтез простых двумерных объектов различного вида.

3.3.1. Формирование изображения текстов.

3.3.2. Формирование изображения двумерных картин: фирменных знаков и эмблем.

3.3.3. Формирование изображения портретов и художественных картин.

3.4. Синтез сложных трехмерных объектов: архитектурные изображения и объекты произвольной формы.

3.4.1. Способы создания трехмерных изображений.

3.4.2. Синтез трехмерного архитектурного изображения.

3.4.3. Синтез трехмерного изображения произвольной формы.

Глава 4. Установка для получения объемных изображений в стекле.

4.1. Состав установки для получения объемных изображений в стекле.

4.2. Технологический импульсный YAG-Nd лазер ЛТИ-245 и оптическая подсистема.

4.3. Система трехкоординатного перемещения (СТМ146).

4.3.1. Устройство двухкоординатного стола.

4.3.2. Модуль интерфейсный.

4.3.3. Организация связи с ЭВМ.

4.4. Описание программы управления установкой для получения объемных изображений в стекле.

4.4.1. Состав и назначение программного обеспечения.

4.4.2. Подготовка и формирование исполнительных файлов в формате псевдокода *.PSD.

4.4.3. Управление перемещением трехкоординатного стола и импульсами лазера на основе данных *.PSD файла и установленных параметров перемещения. 143 Заключение 152 Литература

Развитие лазерных технологий и их внедрение в различные области науки и техники позволило лазерам войти в повседневный быт человека. В то же время визуальные эффекты, которые сопровождают лазерное излучение, а также различные виды специфического воздействия его на некоторые материалы привлекло внимание дизайнеров и представителей прикладного искусства. В этой области применения лазеров также были получены интересные результаты. Это привело к тому, что использование лазерных технологий в изобразительном искусстве, шоу индустрии и т.п. нашло широчайшее применение.

Одним из наиболее известных применений лазерных технологий в изобразительном искусстве является голография. На заре развития голографии, как метода получения трехмерных изображений, изобразительная голография рассматривалась, как наиболее перспективная область применения. Изобразительная голография достигла высокого технического совершенства. Образцы голограмм производят, как правило, неизгладимое впечатление на зрителей. Но, тем не менее, она еще не стала массовой и, тем более, не является частью художественной культуры общества. В настоящее время изобразительные голограммы демонстрируются во многих музеях, продаются как сувенирная продукция и т.п.

Одновременно с голографией развивались методы получения двумерных изображений, получаемых методом лазерной гравировки на поверхности. Сущность процесса получения двумерных изображений на поверхности при помощи лазерной маркировки состоит в модификации поверхности материала под воздействием лазерного излучения. Изменение его оптических, химических или геометрических свойств из-за локального разогрева, плавления и частичного испарения обуславливает высокую степень разрешения лазерной маркировки при минимальном термомеханическом воздействии на маркируемое изделие. Эти методы также нашли широкое применение в технологических процессах, для маркировки деталей, для кроя и вырезки различных изделий. Основой развития указанных методов являлось появление компьютерных технологий получения двумерных изображений и созданием методов и систем сканирования лазерного луча, управляемых компьютером. Лазерная гравировка - наиболее современный и технологичный метод, обладающий исключительно высокой гибкостью, поскольку лазерным лучом можно управлять во времени и в пространстве, а также точно дозировать и регулировать энергию излучения. Использование лазеров с различной длиной волны - 10,6 мкм, 1,06 мкм, 0,51 мкм и др. - определяет широкий круг маркируемых материалов. Таким образом, этот способ позволяет непосредственно получать изображения на металле, пластике, окрашенных материалах и т.д., с высокой точностью, скоростью и качеством.

Следующим направлением в получении изображений при помощи лазерных технологий является формирование объемных структур внутри материала, основанное на локальном разрушении его структуры -деструкции.

Разрушение твердых материалов, вызванное лучом лазера, исследовалось многими авторами. Несмотря на это, механизм, с помощью которого энергия электромагнитных колебаний превращается в механическое напряжение, не полностью понятен. Внутреннее разрушение описывалось много раз, впервые наблюдали разрушение такого характера в лазерных стержнях, когда последние работали в качестве генераторов и усилителей.

Сфокусированное лазерное излучение производит в объеме стекла % локальное разрушение (пробой), наблюдаемое как маленькая точказвездочка. Таким образом, в объеме оптического стекла можно сфокусированным лазерным лучом сформировать микроточку за счет разрушения материала. Управляемый компьютером сканирующее устройство перемещает фокус лазерного излучения в трехмерном пространстве внутри стекла так, что точки, возникающие в стекле, образуют рисунок. Этот метод получения объемных трехмерных (3D) изображений известен с начала 90-х годов и составляет суть трехмерной лазерной графики. Создание установок для широкого производства изделий с помощью лазерного пробоя в стекле, потребовало использования достижений не только лазерной техники и оптоэлектроники, но современных методов компьютерной графики, CAD/CAM технологии управления областью воздействия лазерного излучения и т.д. Сейчас сувенирной продукции с элементами объемной лазерной графики достаточно много на рынке, но эти изделия небольшого размера. Как правило, они вписываются в куб 80x50x50 мм.

Технология создания объемного изображения методом локальной лазерной деструкции обладает наряду с уникальными изобразительными свойствами высокой защищенностью от подделки, т.к. требует для этого наличия такого же производственного оборудования. Поэтому возникла потребность использовать данную технологию для создания наградных элементов, в частности, «Приза премии Правительства Российской Федерации в области качества» и маркировки уникальных изделий из стекла.

Призы качества вручаются практически во всех развитых странах мира и в Евросоюзе. Исторически сложилось так, что они выполняются в виде стеклянной стелы с различной гравировкой. Когда в 1995 году перед нами была поставлена задача, разработать подобное изделие, то было предложено использовать технологию объемного лазерного дизайна. Попытки использовать готовые наработки в данной области окончились неудачей, т.к. существующие установки и технологии не позволяли создавать изделия большого размера с высоким качеством. Это было связано с тем, что, несмотря на широкое распространение этой технологии многие вопросы, связанные с формированием объемных изображений высокого качества в прозрачном материале большого размера оставались нерешенными. В первую очередь это вопросы, связанные с анализом визуального восприятия объемных изображений, состоящих из локальных разрушений внутренней структуры стекла. Практически эта задача никем не рассматривалась ни в теоретическом, ни в экспериментальном аспекте. Другой круг вопросов связан с повышением качества объемных изображений за счет управления процессом деструкции и повышения за счет этого визуального эффекта, что особенно важно при создании уникальных изделий. Особую важность представляли вопросы, связанные с контролем качества заготовок, т.к. при изготовлении больших образцов неконтролируемая деструкция стекла при лазерном воздействии приводит к существенным материальным затратам. Все это сделало разработку технологии создания уникальных изделий, методом локальной лазерной деструкции внутри стекла, актуальной задачей, требующей проведения исследований процесса распространения лазерного излучения, разработки методов компьютерного синтеза объемных изображений и систем управления сканированием лазерным излучением.

Целью настоящей диссертационной работы является исследование процесса воздействия импульсного лазерного излучения на прозрачный диэлектрик и разработка методов создания объемных изображений, которые сочетали бы в себе высокотехнологичный дизайн с защищенностью от несанкционированного копирования с использованием локальной лазерной деструкции в заготовках стекла большого размера. Достижение поставленной цели требует решения ряда основных задач:

1. Анализ структуры микровзрыва внутри оптического стекла и определение его оптимальных размеров при создании 3D изображений сложного дизайна для обеспечения наилучшего визуального наблюдения.

2. Разработка методов контроля качества изделий из стекла большого размера для обеспечения возможности формирования внутри него объемных изображений высокого качества.

3. Разработка алгоритмов синтеза компьютерных 3D изображений сложной структуры с использованием современных графических редакторов, которые позволили бы последующую визуализацию объемных форм при помощи локальной лазерной деструкции.

4. Разработка компьютерной автоматизированной лазерной установки для получения объемных 3D изображений методом локальной лазерной деструкции в заготовках стекла большого размера.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Оптимальный для зрительного восприятия размер области лазерной деструкции в оптическом стекле составляет 50мкм. При данном размере каждая область деструкции на расстоянии ~ 35 см визуально различается в отдельности, а их линейная совокупность на расстоянии ~ 1 м воспринимается наблюдателем в виде сплошной линии.

2. Размер области управляемой лазерной деструкции в оптическом стекле линейно зависит от энергии импульса лазерного излучения в диапазоне энергий от 2 мДж до 25 мДж.

3. Неконтролируемая деструкция оптического стекла под действием импульсного лазерного излучения в диапазоне энергий 10-15мДж начинается при величине неоднородности показателя преломления стекла А п=20х10"6.

4. При векторном синтезе трехмерных изображений объектов произвольной формы введение локальной опорной сетки с шагом, определяемым параметрами установки, при которых не возникает неконтролируемая деструкция стекла, и сравнение его с расстоянием между координатами вершин растрового представления объекта позволяет определить области редактирования. Это дает возможность сократить время компьютерной подготовки данных для создания изображений методом лазерной деструкции и избежать необходимости изготовления пробных реализаций в стекле, по которым оценивается качество редактирования.

Цель работы и основные задачи, которые были решены при создании методов изготовления уникальных изделий методом локальной деструкции стекла лазерным излучением, определили структуру диссертационной работы.

Диссертационная работа состоит из четырех глав, Введения и Заключения.

Первая глава является обзорной, в ней проводится анализ методов получения изображений при помощи лазерных технологий и их применение для изготовлений изделий прикладного искусства. Рассмотрены принципы графического компьютерного синтеза изображений, векторное и растровое представление трехмерных образов и методы их редактирования. В отдельном разделе рассмотрены общие принципы построения станков с числовым программным управлением, которые являются основой для производства изделий методом лазерной деструкции.

Вторая глава посвящена особенностям взаимодействия импульсного лазерного излучения с оптическим стеклом. В первом разделе приведены экспериментальные исследования области единичного пробоя и их совокупности. Определена зависимость величины размера области пробоя от энергии лазерного излучения, а также экспериментально установлены параметры, при которых наступает неконтролируемая деструкция стекла. Во втором разделе главы проводится теоретический анализ рассеяния внешнего излучения на единичном лазерном пробое при визуальном наблюдении. При этом возникает ряд вопросов, ответ на которые позволяет сформировать оптимальные с точки зрения наблюдателя изображения. Оптическим инструментом, которым анализируется создаваемая картина, является человеческий глаз. Соответственно и критерии подбора оптимальных размеров неоднородностей должны базироваться на условиях формирования изображения оптической системой глаза и особенностях его восприятия. Для наблюдения объемных изображений, образованных определенным количеством точек, которые сформированы методом лазерной деструкции в стекле, необходимо выполнение следующих условий. Для практики важно подобрать такую мощность лазерного излучения, чтобы с одной стороны каждое локальное разрушение на расстояниях ~ 30 -f- 40 см было хорошо видно невооруженным глазом, а с другой стороны, чтобы целостная картина создаваемого изображения не «разваливалась» на отдельные составляющие. Эта задача решается в данном разделе.

Большую роль играет тип материала, в котором формируется пробой. В нашем случае это тип стекла, его однородность, отсутствие свилей и внутренних напряжений. Поэтому контроль качества заготовок, используемых как носитель объемного изображения должен быть определенного качества. При наличии внутренних напряжений, обусловленных сильными неоднородностями показателя преломления внутри стекла, при лазерном воздействии возникает неконтролируемое разрушение внутренней структуры стекла, что приводит к необходимости предварительной отбраковки блоков стекла. Как показала практика, при изготовлении крупных блоков стекла, которые используются для изготовления Приза премии в области качества, число бракованных заготовок достигает 20-25%. В третьем разделе данной главы описаны разработанные нами методы контроля качества заготовок и критерии их отбраковки.

Третья глава диссертационной работы посвящена методам компьютерного синтеза изображений различного типа. В процессе разработки алгоритмов были решены вопросы сжатия измерительной информации для ввода ее в графический редактор, формирование, трансформирование и редактирование изображения, переход к дискретному виду и выбор шага дискретизации, который определяется методом лазерной деструкции в стекле, редактирование дискретного изображения с учетом шага дискретизации и т.д. В качестве базового редактора для компьютерной обработки сложной трехмерной (3D) формы был выбран векторный графический пакет 3D STUDIO МАХ (продукт фирмы KINETIX). На его основе были разработаны алгоритмы формирования объемных изображений различных типов наиболее часто встречающихся объектов (архитектурные объекты и объекты произвольной формы). Для формирования плоских образов, портретов и текстов были использованы графические пакеты программ PHOTOSHOP и PHOTOPAINT.

Четвертая глава диссертации посвящена структуре комплекса по созданию объемных изображений методом локальной лазерной деструкции в стекле. Ключевыми элементами комплекса по созданию объемных изображений методом лазерной деструкции в стекле являются: -оптико-электронная система, формирующая локальную деструкцию оптического стекла;

-компьютерные системы трехмерной графики;

-станки с числовым программным управлением.

В главе приводится описание конкретных систем входящих в его состав и основные технические характеристики узлов. Приводится также описание управляющие программы.

В Заключении приводятся выводы и основные результаты работы. Практическое применение результатов работы.

Разработанная в диссертации технология изготовления уникальных изделий с применением метода локальной лазерной деструкции в заготовках стекла большого размера и созданная установка, реализующая данный метод используется для изготовления «Приза премии правительства Российской Федерации в области качества», который выпускается с 1997 года ежегодно по заказам Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии. Этот Приз изготавливается в количестве 12штук, согласно постановлению Правительства Российской Федерации от 12 апреля 1996 г. №423 "Об учреждении премии Правительства Российской Федерации в

11 области качества" и ежегодно вручается Председателем Правительства Российской Федерации. Разработанные методы локальной лазерной деструкции используются также для маркировки «Рабочих эталонов 1-го разряда единицы показателя преломления твердых веществ» (рефрактометрических призм).

Апробация работы

Основные материалы работы докладывались на следующих конференциях, симпозиумах и семинарах в период 1991 - 2004 гг.: Всесоюзного симпозиума по вычислительной томографии (Звенигород, 1991);

Всероссийский научно-технический семинар "Метрологическое обеспечение в области неразрушающего контроля" (Москва, 2000);

Всероссийский научно-технический семинар "Проблемы метрологического обеспечения в здравоохранении и производстве медицинской техники" (Москва, 2000);

Всероссийская научно-техническая конференция «Обеспечение единства измерений в фотометрии и радиометрии оптического излучения» (Москва, 2001);

Всероссийская научно-техническая конференция "Фотометрия и её метрологическое обеспечение" (Москва, 2004).

Основные результаты диссертационной работы могут быть представлены в виде следующих выводов:

1. В работе проведены экспериментальные исследования взаимодействия импульсного лазерного излучения, генерируемого технологическим YAG-Nd лазером с оптическим стеклом.

1.1. Для исследования формы области разрушения была проведена серия экспериментов, при которых формировался пробой при различных параметрах воздействия. Для анализа геометрических характеристик области пробоя была разработана оптическая система ее освещения и проецирования изображения на ПЗС-матрицу. Произведена оценка пороговой плотности мощности по наибольшему диаметру области распыления. Полученная нами величина для стекла К-8 составила около 10 Гвт/см .

1.2. Проведены экспериментальные исследования для определения зависимости между размером области деструкции и энергией в лазерном импульсе, на разработанной нами установке. Учитывая, что указанная зависимость во многом определяется видом материала, нами было выбрано наиболее часто используемое оптическое стекло К-8. Размер области деструкции определялся визуально по размаху лучей в области скола. Экспериментально установлено, что размер области деструкции практически линейно зависит от энергии импульса лазерного излучения.

1.3. Приведены результаты исследований возможности применения полимерного оптического материала на основе метакрилата и лейкосапфира для лазерного дизайна. Было показано, что форма и размер деструкции в данных материалах не позволяет их использовать для формирования объемных изображений.

1.4. Проведен экспериментальный анализ совокупности пробоев для определения величины интервала между элементами пробоя, при которых, с одной стороны не происходит разрушения стекла, а с другой стороны, сохраняется целостность восприятия изображения. Было показано, что при расстоянии между «точками» в изображении на 20-30% большем, чем размер самой области деструкции отсутствует неконтролируемое разрушение стекла.

1.5. Рассмотрено два способа формирования изображения методом локальной лазерной деструкции, при которых возможно достижение оптимального визуального эффекта для наблюдателя:

-единичный пробой реализуется таким образом, что его рассеивающие свойства максимальны, а интервал между пробоями выбирается из технологических соображений, чтобы не допустить неконтролируемого разрушения стекла.

-энергия импульса лазерного излучения выбирается такого значения, при котором наступает минимальная деструкция стекла. Объемное изображение при этом формируется за счет большого числа «точек» (пробоев) расположенных близко друг к другу.

Показано, что необходимо сочетать достоинства обоих способов формирования объемных изображений, основанных на рассеянии света за счет управления величиной энергии в каждом импульсе, что позволяет изменять размер области деструкции. Зависимость размера области пробоя от энергии импульса, которая может использоваться для управления установкой в процессе формирования трехмерного изображения, была получена нами на нашей установке для стекла К8.

2. Проведен анализ визуального восприятия объемного изображения сформированного методом лазерной деструкции в оптическом стекле. 2.1. Определены критерии визуального наблюдения объемного изображения составленного из отдельных лазерных пробоев: -предельный угол разрешения, -пороговый контраст,

-пороговая яркость, которая вызывает устойчивое световое раздражение при изменениях фона в достаточно широких пределах.

2.2. Разработана модель взаимодействия внешнего излучения с единичным лазерным пробоем, как оптическая неоднородность, рассеивающая это излучение. Модель основана на представлении неоднородности в виде вытянутого эллипсоида вращения с поверхностью, рассеивающей падающее излучение по закону Ламберта.

2.3. В рамках выбранной модели определен оптимальный для визуального восприятия размер неоднородности, при которых в плане упомянутых выше критериев, каждая в отдельности была бы различима на расстоянии ~ 35 см и их линейная совокупность на расстоянии ~ 1 м воспринималась наблюдателем в виде сплошной линии.

3. Разработаны методы контроля качества изделий из стекла и специализированные интерферометрические стенды, основанные на автоматизированной расшифровке интерферограмм. Эти методы и приборы позволяют производить отбраковку заготовок стекла для обеспечения возможности формирования в них объемных изображений большого размера.

3.1. Для контроля качества поверхности и определения пространственной неоднородности показателя преломления заготовок стекла был разработан автоматизированный интерферометр по схеме Майкельсона с полем зрения 25 мм.

3.2. Измерения реальных заготовок оптического стекла показали, что в области высокого напряжения стекла, где возможна неконтролируемая деструкция при лазерном воздействии, изменение показателя преломления составляет Дп ~ 20x10"6, что соответствует четвертой категории однородности показателя преломления (ГОСТ 3514-76). Данное требование является основным при отбраковке заготовок стекла.

3.3. Разработан метод компенсации аберраций, которые вызваны такими факторами, как не плоскостность опорного зеркала, неоднородности внутри стекла и т.д., при помощи цифровой коррекции. Новый подход состоит в том, чтобы проводить коррекцию искажений волнового фронта не до процесса реконструкции волнового фронта, а после него. Сначала проводится реконструкция распределения фазы волнового фронта при отсутствии исследуемого объекта, несущая в себе информацию об искажениях волнового фронта. Затем проводится реконструкция распределения фазы волнового фронта при наличии исследуемого объекта, несущая в себе информацию о распределении показателя преломления в исследуемом объекте и фазовых искажениях волнового фронта. После этого производится вычитание одного из другого. Таким образом, получается неискаженное распределение показателя преломления внутри исследуемого объекта.

3.4. С целью качественной оперативной отбраковки заготовок стекла непосредственно при получении партии стекла разработаны методики определения оптического коэффициента напряжения с использованием портативного поляриметра. Проведено соответствие интерференционных и поляриметрических методов контроля распределения показателя преломления.

4. Предложены методы синтеза объемных изображений различного типа на базе стандартных графических редакторах различного уровня, которые позволяют сформировать эти изображения при помощи технологии лазерного пробоя в стекле.

4.1. На базе графических пакетов программ PHOTOSHOP и PHOTOPAINT разработаны алгоритмы синтеза простых двумерных объектов различного вида (тексты, портреты и плоские картинки).

Показано, что при работе с художественными картинами или портретами со сложным фоном, выделяя отдельные предметы или группу предметов в слои, можно добиваться имитации большего объёма. Также разработана методика наложения на предметы и фоны текстуры, что позволяет улучшать художественный вид изображения при реализации его методом лазерного пробоя в стекле.

4.2. На базе векторных графических редакторов 3D Studio, 3D Studio Max разработаны алгоритмы синтеза сложных трехмерных объектов: архитектурные изображения и объекты произвольной формы. Для объемных изображений архитектурных и линейно упорядоченных форм предложено представлять их по слоям в виде набора монохромных *.ВМР файлов. Каждый файл содержит одно сечение. Количество файлов равно количеству сечений трехмерного объекта. Координаты Z слоев перечисляются в отдельном списке.

Для произвольных объемных изображений, синтезированных в векторных графических редакторах, предложено представлять их в формате *.ASC. Файл получен перекодировкой (экспортом) из векторных графических редакторов типа AutoCad, 3D Studio, 3D Studio Мах в растровое представление, которое может быть реализовано методом лазерного пробоя в стекле. Сформированный файл представляет собой упорядоченный список X,Y,Z координат требуемых точек.

5. Разработан интерактивный алгоритм редактирования растрового изображения, полученного автоматически в векторном графическом редакторе, который с одной стороны позволяет ускорить процесс редактирования, а с другой стороны позволяет использовать векторный редактор для визуализации синтезированного объекта после редактирования. Для создания растрового изображения, реализация которого была бы возможна при помощи лазерного пробоя, нами был разработан алгоритм локальных опорных сеток. Согласно этому алгоритму объект разбивается на замкнутые области, в которых производная формы, описывающей объект, лежит в заданном диапазоне. В каждой из областей объект покрывается локальной опорной сеткой, шаг которой соответствует максимуму производной в данной зоне, либо минимальному расстоянию между автоматически выбранными вершинами, который сравнивается с минимальным шагом, требуемый для реализации лазерного пробоя. При несовпадении решеток дизайнер осуществляет локальное редактирование данной зоны в векторном виде. Такое редактирование заключается в сглаживании формы в местах высоких градиентов при сохранении максимума визуального правдоподобия.

6. Разработана установка, которая позволяет формировать объемное изображение высокого качества, на базе такого явления как лазерный пробой в стекле большого размера.

Установка состоит из трех основных подсистем, объединенных комплексом управляющих программ:

- технологический импульсный YAG-Nd лазер ЛТИ-245;

- оптическая подсистема;

- подсистема трехкоординатного перемещения.

Установка позволяет реализовать объемные изображения в заготовках стекла размером 300x200x100 мм и весом до 15 кг, с точностью позиционирования Юмкм по каждой из осей.

Созданная установка с 1997 года используется для изготовления «Приза премии Правительства Российской Федерации в области качества» и для маркировки «Рабочих эталонов 1-го разряда единицы показателя преломления твердых веществ» (рефрактометрических призм).

Заключение.

1. S.A. Benton. Hologram reconsructions with extended incoherent sources // J.Opt.Sor.Amer. - 1969,v.59,p.l545-1547.

2. JI.M. Сороко. Основы голографии и когерентной оптики // М., Наука -1971,616 с.

3. Оптическая голография, т. 1,2, под ред. Г.Колфилда. // М., Мир, 1982, 816 с.

4. Р. Кольер. К. Беркхарт, Л. Лин. Оптическая голография // М., Мир 1973, 686 с.

5. А.с. № 959033 (СССР) Способ записи радужных голограмм // Н.Г. Власов, В.А. Мариновский, Ю.И. Савилова . -1982 г.

6. Y.W. Chang, W.G. Zhu, F.T. Yu. Rainbow holographic aberrations and bandwith reguierements//Appl.Opt. 1983,v.22,p. 164-167.

7. C.P. Grover, R.A. Lessard, P. Tremblay. Lensless one step rainbow holography with a synthesized slit. // Appl. Opt. 1983, v.22, p. 3300-3304.

8. P. Hariharan, W.H. Steel, Z.S. Hegedus. Multicolor holographic imaging with a white-light source // Opt.Lett. 1977, v.l, p. 8-9.9. "Техника-молодежи" // 1996. №5, c.l

9. К. Коффман. Голография в помощь конструкторам. // Автомобильная промышленность США 1989,№5, с. 13-19

10. W.Spierings, E.van Nuyland. The Office Holoprinter at work // "OE Reports" -March 1996, №3, p. 13

11. А.Д. Гальперин, В.П. Смаев. Методы регистрации и тиражирования изобразительных рельефно-фазовых голограмм. // Оптико-механич. Промышленность 1988, № 11, с. 49-57.

12. А.с. № 1596962 (СССР) Способ записи голограмм // Балан Н.Ф. и др. -1987г.

13. Sherstyuk V.P. et. al. Some principles for formation of self-developing dichromate media // proc.SPIE,vol,1238, p.218-223 (1989).

14. В.А. Ванин. Копирование голограмм // Квантовая электроника 1978, т. 5, с.1413-1428

15. Н.М. Smith. Photographic Relief Images // I.Opt.Soc.Amer. 1968, v.58, p.533-539.

16. Высокоэффективные среды для записи голограмм // Под ред. Г.А.Соболева.-JI.: ФТИ 1988, с.21-30.

17. X. Битхер, И. Эпперляйн, А.В. Ельцов Современные системы регистрации информации // Санкт-Петербург, "Синтез" 1992, 328 с.

18. Hill, А.Е. (1973) Continuous uniform excitation of medium pressure C02 laser plasmas by means of controlled avalanche ionization // Applied Physics Letters 22, 670-673.

19. Siegman, A.E. (1986) Lasers // University Science, Mill Valley, CA.

20. Guiliano C.R., Appl. Phys. Lett., 5, 137 (1964) (статья 38).

21. Davit J., Soulie M., Comp/ Rend., 261, 3567 (1965).

22. Avizonis P.V., Farrington Т., Appl. Phys. Lett., 7, 205 (1965).

23. Бадин Дж., Реффи Дж. Динамика разрушения в стеклах, вызванного действием лазерого излучения. // Сборник статей Действие лазерного излучения, под ред. Ю.П.Райзера М.: Мир 1068, с. 361-363.

24. Atwood T.G. et al, в книге Physics of Quantum Electronics // New York -1966.

25. Harper D. W., Brit. Journ. // Appl. Phys., 16, 751 1965, (статья 40).

26. Беликова Е.п., Свириденков Э.Ф. //ЖЭТФ, Письма, 1, 171 1965.

27. Патент №RU2008288 С1 Способ лазерного формирования изобретений в твердых средах. Ошемков С.В. заявл. 23.04.1991.

28. Патент №: 5033569 Способ формирования изображений. Агринский П.В. и др. заявл. 24.03.1992.

29. Патент №5,206,496 (US). Sub surface marking. Clement Robert M. et al -dated 27.03.1993.

30. Патент № US5637244 (US). Method and apparatus for creating an image by a pulsed laser beam inside a transparent material. Erokhin Alexander I. (RU) -date 06.10.1997.

31. Патент № US6664501 Method for creating laser-induced color images within three-dimensional transparent media. Troitski Igor (US) date 16.12.2003.

32. Рекламные материалы фирм LaserGraphicArt, LaserSoft.

33. Шикин E.B., Боресков A.B. Компьютерная графика. Динамика, реалистические изображения. // М.: Диалог-МИФИ 1995.

34. Тыщенко О.Б. Эффективная работа в Adobe Photoshop // Компьютерная хроника 1999, № 11.

35. Зимина JI. Виртуозная работа в 3D Studio Мах 3.0. // М.: Познавательная книга плюс 2000, 192 с.

36. Петров М. CorelDraw 9. Справочник // М.: Лаборатория Базовых Знаний -1999, 464 е.: ил.

37. Борковский А.Б. Англо-русский словарь по программированию и информатике // М.: Рус.яз. 1990, 335 с.

38. Толковый словарь по вычислительным системам. Под ред. В. Иллингуорта и др. Пер. с англ. А.К.Белоцкого и др. - Под ред. Е.К.Масловского. // М.: Машиностроение, 1990. - 560 е.: ил.

39. Эллиот С., Миллер Ф. Внутренний мир 3D Studio МАХ 2. Том 1: Пер с англ./Элиот С., Миллер Ф. и др. // К.: Издательство «Диа Софт» 1998. -848с.

40. Бордмен Т., Хаббелл Д. Внутренний мир 3D Studio МАХ 2. Том 2: Моделирование и материалы: Пер. с англ./Бордмен Т., Хаббелл Д. // К.: Издательство «Диа Софт» 1999. - 368с.

41. Белл Д., 3D Studio МАХ 2.5. Спецэффекты и дизайн.: Пер. с англ. // М.: Диалектика 1998, 464 с.

42. Lynch М. The Key Concepts of Computer Numerical Control // CNC Concepts,1.c., USA-2002, 30р.

43. Ли К. Основы САПР (САД/САМ/САЕ). // СПб.: Питер 2004, 560с.

44. Зильбербург Л.И., Марьяновский С.М., Молочник В.И., Яблочников Г.И. Cimatron компьютерное проектирование и производство // Под общей ред. С.М. Марьяновского. - СПб: КПЦ «Мир» - 1998. - 166с.

45. Калачев О.Н. Компьютерно-интегрированное машиностроение и CAD/CAM Cimatron И Информационные технологии. 1998. № 10, С.43-47,49.

46. Действие лазерного излучения // Сборник статей под ред. Ю.П. Райзера. М., Мир 390 с.

47. Шатилов А.В., Петровский Г.Т. // Оптический журнал, № 2, 1996, стр. 1419.

48. Калом Дж., Вейнант Р. Определение порога разрушения различных стекол под действием лазерного излучения. // Сборник статей Действие лазерного излучения, под ред. Ю.П.Райзера М., Мир. 1068. - с. 361-363.

49. Булыгин Ф.В., Золотаревский Ю.М., Левина Э.Ю. Особенности лазерного пробоя в оптических материалах при создании трехмерных изображений // Измерительная техника.- 2001.- X® 12 С.23 - 25.

50. Справочник конструктора оптико-механических приборов // М.Я.Кругер, В.А.Панов, В.В.Кулагин и др.- Л., Машиностроение 1968.- 760 с.

51. Миннарт М. Свет и цвет в природе. // М., Наука 1969, 360 с. с илл.

52. Рытов С.М., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику. Часть II Случайные поля. // М.: Наука 1978 - 464 с. с илл.

53. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах, Том 1. // М.: Мир 1981 - 274 с.59.0'Нейл Э. Введение в статистическую оптику. // М.: Мир 1966, 254 с.

54. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. // М.: Издательство «Наука» 1970 -856 с. с илл.

55. Марголин И.А., Румянцев Н.П. Основы инфракрасной техники // М.: МО, 1957.-308 с

56. Ю.М. Золотаревский, А.А. Ковалев, Э.Ю. Левина Оценка оптимального размера неоднородностей, использующихся при создании трехмерных изображений в стекле. // Измерительная техника.- 2004.- № 6 с. 12 - 14.

57. T.V.Bulygin, E.Yu.Ovodkova, M.S.Umasky Correction of aberrations in interferometric systems with computer aided phase reconstruction. // Proceelings SPIE Volume 1843 "Analytical Methods for Optical Tomography" -November 1991, p.138-140

58. Г.О.Асланян, Г.Г.Левин, Э.Ю.Оводкова Использование преобразование Радона для обработки интерферограмм методом преобразования Фурье // Тезисы докладов У Всесоюзного симпозиума по вычислительной томографии Звенигород - ноябрь 1991 г, с.55

59. Корженевич Е.Л., Левин Г.Г. Расшифровка электронных спекл-интерферограмм в условиях сильных шумов. // Опт. и спектр. 1996 -т.81, №1, с.149-152.

60. С.В. Кулагин. Оптико-механические приборы // М., Машиностроение -1975.

61. Мальцев М.Д., Каракулина Г.А. Прикладная оптика и оптические измерения. // М.: Издательство «Машиностроение» 1968, 472 с.

62. Creath К. Phase-shifting speckle interferometry // Applied Optics Sept. 1985, Vol. 24, No. 18, p. 3053-3058

63. ГОСТ 3514-74 Стекло оптическое бесцветное. Технические условия

64. Апенко М.И., Дубовик А.С. Прикладная оптика. // М.: Издательство «Наука» 1971,392с.

65. Мизрохи С.В. TURBO PASCAL и объектно-ориентированное программирование. // М.: Финансы и статистика 1992 - 192с.: ил.

66. Павлидис Т. Алгоритмы машинной графики и обработка изображений. // М.: Радио и связь 1988.

67. Гудмэн Дж. Управление памятью для всех. // К.: Диалектика 1995.

68. Данкан Р. Профессиональная работа в MS-DOS // Пер. с англ. М.: Мир, 1993.- 509с., илл.

69. Пономаренко С.И. / Под редакцией д.т.н., проф. О.А. Заикина Adobe Photoshop 3.0 одним взглядом. // СПб.; BHV Санкт-Петербург - 1996. -160 е.: ил.

70. ROM BIOS Справочное руководство // СПб.: Программопродукт 1992., 160с.

71. Э.Ю.Левина Компьютерный синтез изображения трехмерного объекта для лазерного дизайна в стекле // Сборник докладов четырнадцатой научно-технической конференции "Фотометрия и её метрологическое обеспечение" Москва, март 2004 г., с. 122-124

72. Техно логические лазеры: Справочник: В 2 т. Т.1: Расчет, проектирование и эксплуатация / Г.А.Абильсиитов, В.С.Голубев, В.Г.Гонтарь и др. // Под общ. ред. Г.А.Абильсиитова. -М.: Машиностроение, 1991. -432с.

73. Гвоздева Н.П., Коркина К.И. Прикладная оптика и оптические измерения // М., «Машиностроение» 1976. - 383 с.

74. Diehe D. CAD/CAM a la Carte: A modular approach to choosing machining magazine // CNC Machining Magazine 2001,v.5, № 16,