Hologram

Achtergrond

Een hologram is een plat oppervlak dat, onder de juiste verlichting, een driedimensionaal beeld lijkt te bevatten. Een hologram kan ook een driedimensionaal beeld in de lucht projecteren - een levensecht beeld dat kan worden gefotografeerd, hoewel het niet kan worden aangeraakt. Omdat ze niet met gewone middelen kunnen worden gekopieerd, worden hologrammen veel gebruikt om vervalsing van documenten zoals creditcards, rijbewijzen en toegangsbewijzen te voorkomen. Het woord hologram komt van de Griekse wortels holos betekenis geheel en gramma betekenis bericht. Het proces van het maken van een hologram wordt holografie genoemd. Wanneer een hologram wordt gemaakt, legt het licht van een laser een afbeelding van het gewenste object vast op film of een fotografische plaat.

Er zijn in principe twee soorten hologrammen. Een reflectiehologram wordt bekeken wanneer het vanaf de voorkant wordt verlicht, terwijl een transmissiehologram wordt bekeken door er vanaf de achterkant een licht doorheen te laten schijnen. Een hologram met reliëf wordt gemaakt door een transmissiehologram te ondersteunen met een spiegelachtige substantie, waardoor het vanaf de voorkant kan worden bekeken. Er kunnen ook hologrammen worden gemaakt die bewegende objecten laten zien; deze sequenties, stereogrammen genoemd, zijn meestal drie tot twintig seconden lang.

Hoewel een hologram een ​​visueel beeld is van een fysiek object, verschilt het nogal van een foto. Wanneer bijvoorbeeld een object wordt gefotografeerd, bevat elk deel van de foto een afbeelding van het corresponderende deel van het originele object. Elke sectie van een hologram bevat echter een compleet beeld van het oorspronkelijke object, gezien vanuit een uitkijkpunt dat overeenkomt met de positie van de sectie op het hologram. Dus als de transparante plaat met een transmissiehologram wordt gebroken, kan elk stuk nog steeds het hele beeld projecteren, zij het vanuit een ander gezichtspunt. Het gebruik van een stuk van dichtbij de bovenkant van de holografische plaat zal een beeld produceren zoals van bovenaf gezien, terwijl het gebruik van een stuk van dichtbij de onderkant van de plaat de indruk zal wekken omhoog te kijken naar het object.

Een andere interessante eigenschap van hologrammen is dat ze de optische eigenschappen van objecten zoals lenzen behouden. Overweeg bijvoorbeeld om een ​​hologram te maken van een vergrootglas dat voor een vlinder wordt geplaatst. Bij het bekijken van het holografische beeld van die objecten, zal een waarnemer ontdekken dat de delen van de vlinder die door het beeld van het vergrootglas worden gezien, worden vergroot.

Van holografische verpakkingen is aangetoond dat ze de verkoop van bepaalde producten verhogen. Projectiehologrammen zijn bijzonder opvallend en worden gebruikt op beurzen en winkels. Ze kunnen worden gebruikt om uiterst delicate of waardevolle voorwerpen tentoon te stellen. Een klassiek voorbeeld was een afbeelding van een met diamanten versierde hand die in 1970 over het trottoir buiten de juwelierszaak Cartier in New York City werd geprojecteerd. Het trok niet alleen de aandacht van mensen die er langs liepen, het trok ook televisienieuwsploegen aan. Het werd zelfs aangevallen door een met een paraplu zwaaiende voetganger die dacht dat het 'het werk van de duivel' was. In een ander geval bestudeerden onderzoekers het holografische beeld ervan, in plaats van herhaaldelijk de fragiele schedel van de 2.300 jaar oude Lindow-man te hanteren. De Forensic Science Department van Scotland Yard gebruikte dit holografische beeld om een ​​fysiek model te construeren van de overblijfselen van de prehistorische mens. Als nog een andere toepassing van holografie toonde voormalig Chicago Bears-voetbalcoach Mike Ditka een holografisch portret van zichzelf in zijn restaurant om een ​​enigszins persoonlijk beeld te creëren wanneer hij er niet persoonlijk bij kon zijn.

Hologrammen kunnen door hobbyisten thuis worden gemaakt tegen een bescheiden investering in apparatuur. Het proces vereist een laser en een isolatietafel om beweging van de apparatuur te voorkomen terwijl de film wordt belicht. Hologrammen worden ook commercieel geproduceerd en kunnen in grote hoeveelheden worden gereproduceerd. Met behulp van voorraadillustraties kan een masterhologram voor massaproductie worden gemaakt voor slechts $ 2.500, terwijl het gebruik van aangepaste illustraties $ 5.000 tot $ 10.000 kan kosten. Het reproduceren van de afbeelding kost 1 tot 4 cent per inch (2,5 cm), afhankelijk van het volume; dit komt neer op een afname van 40% sinds het begin van de jaren zeventig voor het eerst met reliëfhologrammen op de markt werd gebracht. Afgewerkte hologrammen kunnen aan andere objecten worden bevestigd als drukgevoelige etiketten (0,5 tot 1,5 cent per stuk) of door middel van hot stamping (2 tot 5 cent per stuk). Zodra het kunstwerk klaar is, duurt het ongeveer drie maanden om een ​​batch commerciële hologrammen te maken en te reproduceren. Geschat wordt dat in 1995 voor meer dan $ 200 miljoen aan hologrammen met reliëf werd vervaardigd.

Geschiedenis

Het eerste hologram werd in 1947 gemaakt door Dennis Gabor, een in Hongarije geboren wetenschapper die aan het Imperial College of London werkte. Gabor probeerde het ontwerp van een elektronenmicroscoop te verfijnen. Hij bedacht een nieuwe techniek, die hij besloot te testen met een gefilterde lichtstraal voordat hij het probeerde met een elektronenstraal. Gabor maakte een transmissiehologram door zijn lichtbron zorgvuldig te filteren, maar het proces werd pas praktisch toen technologie een manier bood om coherent licht te produceren - licht dat bestaat uit een enkele frequentie en een enkele golflengte. De productie van hologrammen kwam op gang met de uitvinding van de laser in 1960, aangezien een laser licht genereert met een enkele kleur (frequentie) en golven produceert die in fase met elkaar reizen.

In 1962 produceerden Emmett Leith en Juris Upatnieks van de Universiteit van Michigan een transmissiehologram van een speelgoedtrein en een vogel, met behulp van een laser om Gabors holografie-experiment na te bootsen. Het beeld was helder en driedimensionaal, maar kon alleen worden bekeken door het met een laser te belichten. Datzelfde jaar produceerde Uri N. Denisyuk van de Sovjet-Unie een reflectiehologram dat kon worden bekeken met licht van een gewone gloeilamp. Een verdere vooruitgang kwam in 1968 toen Stephen A. Benton het eerste transmissiehologram maakte dat in gewoon licht kon worden bekeken. Dit leidde tot de ontwikkeling van hologrammen met reliëf, waardoor het mogelijk werd om hologrammen in massa te produceren voor algemeen gebruik.

Bijna een kwart eeuw nadat hij het eerste hologram had gemaakt, ontving Gabor in 1971 de Nobelprijs voor natuurkunde voor deze prestatie. Het jaar daarop maakte Lloyd Cross de eerste opname van een bewegend hologram door opeenvolgende frames van gewone bewegende beelden op holografische film.

Grondstoffen

Hologrammen die door individuen zijn gemaakt, worden gewoonlijk belicht op fotografische film met een zeer hoge resolutie die is bedekt met een zilverhalogenide-emulsie. Hologrammen gemaakt voor massaproductie worden belicht op een glasplaat die is voorbehandeld met ijzeroxide en vervolgens bedekt met fotoresist. Het fotoresistmateriaal zal chemisch reageren op de specifieke golflengte van het licht dat zal worden gebruikt om het hologram te creëren. Vanwege hun beschikbaarheid tegen relatief lage kosten, worden helium-neonlasers het meest gebruikt door personen die hun eigen hologrammen maken. Commerciële hologramfabrikanten gebruiken verschillende lasertypes zoals robijn, helium-cadmium of krypton-argon-ion.

Na belichting wordt de film of fotoresistplaat verwerkt in chemische ontwikkelaars zoals die in de fotografie worden gebruikt. Zowel nikkel als zilver worden gebruikt om de productiemasters te maken die zullen worden gebruikt om meerdere kopieën van de hologrammen op polyester- of polypropyleenfilm te stempelen. Aluminium wordt gebruikt om de reflecterende coating op de achterkant van reliëfhologrammen te creëren.

Ontwerp

Een driedimensionaal, fysiek object kan worden gebruikt om een ​​hologram te maken. De holografische afbeelding is normaal gesproken even groot als het origineel object. Dit kan de constructie van een gedetailleerd schaalmodel van het werkelijke onderwerp vereisen in een formaat dat geschikt is voor het holografische beeld. Als alternatief kan het kunstwerk dat als hologram moet worden gereproduceerd, door de computer worden gegenereerd, in welk geval software de laserbelichting van het afbeeldingsbestand regelt, pixel voor pixel. (Pixels zijn de afzonderlijke punten waaruit een grafische afbeelding op een computerscherm of uitdraai bestaat.)

Het fabricageproces

Er zijn verschillende handleidingen beschikbaar die amateur-holografen uitleggen hoe ze thuis hologrammen kunnen maken. De volgende stappen beschrijven de commerciële massaproductie van een holografisch beeld van een echt, driedimensionaal object.

Masteren

• 1 Een laser wordt gebruikt om het fysieke object te verlichten, waarbij het gereflecteerde licht op de fotoresistplaat valt. Tegelijkertijd valt ook een referentiebundel van de laser direct op de fotoresistplaat. De interferentiepatronen van deze twee lichtbundels reageren met de fotogevoelige coating om een ​​holografisch beeld van het object op te nemen. Gebruikelijke belichtingstijden zijn tussen de één en 60 seconden. Bij fotografie resulteert een lichte beweging van het object of de film in een wazig beeld. Bij holografie is de belichte plaat echter blanco (bevat helemaal geen afbeelding) als er tijdens de belichting beweging is die zo klein is als een vierde van de golflengte van het laserlicht (golflengten van zichtbaar licht variëren van 400 tot 700 miljardste van een meter ).

  Een typische fotoresistplaat heeft een vierkant werkgebied van 15,24 cm; een extra halve inch (1,25 cm) ruimte aan twee randen zorgt ervoor dat de plaat op zijn plaats kan worden geklemd. Omdat veel hologrammen kleiner zijn dan dit, kunnen verschillende afbeeldingen op één plaat worden "gebundeld" (geclusterd), net zoals talloze individuele foto's worden belicht op één filmrol.

• 2 De plaat waarop het originele hologram is vastgelegd, wordt de master genoemd. Na te zijn belicht, wordt de master in een chemisch bad verwerkt met behulp van standaard fotografische ontwikkelaars. Alvorens tot productie over te gaan, wordt de master geïnspecteerd om te bevestigen dat het beeld correct is vastgelegd. Vanwege de chemische reacties die worden veroorzaakt door de laser en de ontwikkelaar op de fotoresist, lijkt het oppervlak van de ontwikkelde plaat op het oppervlak van een grammofoonplaat; er zijn ongeveer 15.000 groeven per inch (600 per cm), die een diepte bereiken van ongeveer 0,3 micron (1 micron is een duizendste van een millimeter).

Electroforming

• 3 De master wordt in een mal (frame) gemonteerd en met zilververf gespoten om een ​​goede elektrische geleiding te verkrijgen. De mal wordt samen met een voorraad nikkel in een tank neergelaten. Een elektrische stroom wordt geïntroduceerd en de master wordt gegalvaniseerd met nikkel. De mal wordt uit de tank gehaald en gewassen met gedeïoniseerd water. De dunne, nikkelcoating, die de metalen master-shim wordt genoemd, wordt van de masterplaat afgepeld. Het bevat een negatief beeld van het masterhologram (het negatief is eigenlijk een spiegelbeeld van het originele hologram).

  Met behulp van vergelijkbare processen worden verschillende generaties shims gemaakt. Die gemaakt van de metalen master-shim staan ​​bekend als 'grootmoeders' en bevatten positieve afbeeldingen van het originele hologram. In dit stadium worden talrijke kopieën van de originele afbeelding "gecombineerd" (in rijen gedupliceerd) op één schijf die kan worden gebruikt om meerdere exemplaren met één afdruk af te drukken. Opeenvolgende generaties shims staan ​​bekend als 'moeders', 'dochters' en 'stamper shims'. Omdat deze generaties wisselen tussen negatieve en positieve afbeeldingen van het origineel, zijn de stempelshims negatieve afbeeldingen die tijdens de daadwerkelijke productieruns zullen worden gebruikt om de uiteindelijke producthologrammen af ​​te drukken.

Embossing

• 4 Stamper-shims worden gemonteerd in embossingmachines. Door de machine wordt een rol polyesterfilm (of een soortgelijk materiaal) die is gladgestreken met een acrylcoating, geleid. Onder intense hitte en druk drukt de shim het holografische beeld op de film, tot een diepte van 25 miljoenste millimeter. De reliëffilm wordt teruggespoeld op een rol.

  

Metalliseren

• 5 De rol reliëffolie wordt in een kamer geladen waaruit de lucht wordt verwijderd om een ​​vacuüm te creëren. De kamer bevat ook aluminiumdraad, dat wordt verdampt door het te verwarmen tot 2.000 ° F (1.093 ° C). De plaat wordt blootgesteld aan het verdampte aluminium terwijl het op een andere rol wordt gewikkeld en tijdens het proces wordt het bedekt met aluminium. Nadat hij uit de vacuümkamer is verwijderd, wordt de film behandeld om het vocht dat verloren is gegaan onder de hete vacuümconditie te herstellen. Een toplaag van lak wordt op de film aangebracht om een ​​oppervlak te creëren dat kan worden bedrukt met inkt. De filmrol, die zo breed als 92 in (2,3 m) kan zijn, wordt in smallere rollen gesneden.

Converteren

• 6 Afhankelijk van welk type folie is gebruikt en wat voor product er wordt gemaakt, kunnen er één of meerdere afwerkingsstappen worden uitgevoerd. De film kan bijvoorbeeld op karton worden gelamineerd om hem sterkte te geven. De film wordt ook in de gewenste vormen gesneden voor het eindproduct en kan worden bedrukt met berichten. Hittegevoelige of drukgevoelige lijm wordt aangebracht op de achterkant van hologrammen die op andere objecten worden geplakt of als stickers worden gebruikt.

Afwerking

• 7 De hologrammen zijn ofwel bevestigd aan andere producten of worden geteld en verpakt voor verzending.

De Toekomst

Tegenwoordig worden hologrammen het meest gebruikt in consumentenproducten en reclamemateriaal. Er zijn ook enkele ongebruikelijke toepassingen. In sommige militaire vliegtuigen kunnen piloten bijvoorbeeld hun instrumenten lezen terwijl ze door de voorruit kijken met behulp van een holografisch scherm dat voor hun ogen wordt geprojecteerd. Autofabrikanten overwegen soortgelijke displays voor hun auto's.

Hologrammen kunnen worden gemaakt zonder zichtbaar licht. Ultraviolette, röntgen- en geluidsgolven kunnen allemaal worden gebruikt om ze te creëren. Microgolfholografie wordt in de astronomie gebruikt om radiogolven vanuit de verre ruimte vast te leggen. Akoestische holografie kan door vaste objecten kijken om beelden op te nemen, net zoals echografie wordt gebruikt om beelden van een foetus in de baarmoeder van een vrouw te genereren. Hologrammen gemaakt met korte golven zoals röntgenstralen kunnen afbeeldingen maken van deeltjes zo klein als moleculen en atomen.

Holografische televisietoestellen kunnen binnen tien jaar artiesten in de huizen van kijkers projecteren. Glasvezelcommunicatiesystemen zullen holografische beelden van mensen naar verre huizen van vrienden kunnen verzenden voor realistische bezoeken. Net zoals cd-rom-technologie optische methoden gebruikte om grote hoeveelheden computerinformatie op een relatief kleine schijf op te slaan, zullen driedimensionale holografische gegevensopslagsystemen de opslagcapaciteit verder revolutioneren. Geschat wordt dat deze technologie een hoeveelheid informatie zal opslaan die gelijk is aan de inhoud van de Library of Congress in een ruimte ter grootte van een suikerklontje.