Голограмма

<час />

Фон

Голограмма - это плоская поверхность, которая при правильном освещении кажется содержащей трехмерное изображение. Голограмма также может проецировать в воздух трехмерное изображение - реалистичное изображение, которое можно сфотографировать, хотя к нему нельзя прикоснуться. Поскольку их невозможно скопировать обычными средствами, голограммы широко используются для предотвращения подделки таких документов, как кредитные карты, водительские права и входные билеты. Слово голограмма происходит от греческих корней holos . означает целое и грамма смысл сообщения. Процесс изготовления голограммы называется голографией. Когда создается голограмма, свет лазера записывает изображение желаемого объекта на пленку или фотопластинку.

Есть два основных типа голограмм. Отраженная голограмма просматривается при освещении спереди, в то время как пропускающая голограмма просматривается при пропускании света через нее с обратной стороны. Тисненая голограмма создается путем покрытия пропускающей голограммы зеркальным веществом, которое позволяет видеть ее при освещении спереди. Также можно сделать голограммы, показывающие движущиеся объекты; эти последовательности, называемые стереограммами, обычно имеют продолжительность от 3 до 20 секунд.

Хотя голограмма - это визуальное изображение физического объекта, она сильно отличается от фотографии. Например, когда объект фотографируется, каждая часть фотографии содержит изображение соответствующей части исходного объекта. Однако каждый участок голограммы содержит полное изображение исходного объекта, рассматриваемого с точки зрения, соответствующей положению участка на голограмме. Таким образом, если прозрачная пластина, содержащая пропускающую голограмму, сломается, каждая деталь все равно сможет проецировать все изображение, хотя и с другой точки зрения. Использование части около верхней части голографической пластины создаст изображение, видимое сверху, в то время как использование части около нижней части пластины создаст впечатление смотрящего вверх на объект.

Еще одно интересное свойство голограмм заключается в том, что они сохраняют оптические свойства таких объектов, как линзы. Например, рассмотрите возможность создания голограммы увеличительного стекла, помещенного перед бабочкой. При просмотре голографического изображения этих объектов наблюдатель обнаружит, что части бабочки, видимые через изображение увеличительного стекла, будут увеличены.

Доказано, что голографическая упаковка увеличивает продажи некоторых продуктов. Особенно привлекают внимание проекционные голограммы, которые используются на выставках и в розничных магазинах. Их можно использовать для демонстрации очень хрупких или ценных предметов. Классическим примером является изображение руки, украшенной бриллиантами, которое проецировалось на тротуар возле ювелирного магазина Cartier в Нью-Йорке в 1970 году. Оно не только привлекало внимание проходящих мимо людей, но и привлекало группы телевизионных новостей. Фактически, на него даже напал пешеход с зонтиком, который подумал, что это «работа дьявола». В другом случае исследователи вместо того, чтобы постоянно обращаться с хрупким черепом 2300-летнего человека из Линдоу, изучили его голографическое изображение. Отдел судебной медицины Скотланд-Ярда использовал это голографическое изображение для создания физической модели останков доисторического человека. В качестве еще одного применения голографии бывший футбольный тренер Chicago Bears Майк Дитка показал свой голографический портрет в своем ресторане, чтобы создать несколько личный образ, когда он не мог быть там лично.

Голограммы могут быть изготовлены в домашних условиях любителями при скромных вложениях в оборудование. Для этого процесса требуется лазер и изолирующий стол, чтобы предотвратить перемещение оборудования во время экспонирования пленки. Голограммы также производятся серийно и могут воспроизводиться в больших количествах. Используя стандартные изображения, голограмма-оригинал для массового производства может быть создана всего за 2500 долларов, в то время как использование нестандартной графики может стоить от 5000 до 10000 долларов. Стоимость воспроизведения изображения от 1 до 4 центов за дюйм (2,5 см) в зависимости от объема; это представляет собой снижение на 40% с тех пор, как тисненые голограммы впервые появились на рынке в конце 1970-х годов. Готовые голограммы могут быть прикреплены к другим объектам в виде чувствительных к давлению этикеток (от 0,5 до 1,5 цента каждая) или путем горячего тиснения (от 2 до 5 центов каждая). После того, как работа будет завершена, потребуется около трех месяцев, чтобы создать и воспроизвести серию коммерческих голограмм. По оценкам, в 1995 году было изготовлено тисненых голограмм на сумму более 200 миллионов долларов.

История

Первая голограмма была сделана в 1947 году Деннисом Габором, ученым венгерского происхождения, работавшим в Имперском колледже Лондона. Габор пытался усовершенствовать конструкцию электронного микроскопа. Он разработал новую технику, которую решил протестировать с фильтрованным световым лучом, прежде чем опробовать ее с электронным лучом. Габор создал пропускающую голограмму, тщательно отфильтровав свой источник света, но этот процесс не стал практичным, пока технология не предоставила способ получения когерентного света - света, который состоит из одной частоты и одной длины волны. Производство голограмм началось с изобретения лазера в 1960 году, когда лазер генерирует свет одного цвета (частоты) и генерирует волны, которые движутся синхронно друг с другом.

В 1962 году, используя лазер для воспроизведения эксперимента Габора с голографией, Эммет Лейт и Юрис Упатниекс из Мичиганского университета создали трансмиссионную голограмму игрушечного поезда и птицы. Изображение было четким и трехмерным, но его можно было увидеть только при освещении лазером. В том же году Ури Денисюк из Советского Союза создал отражательную голограмму, которую можно было увидеть при свете обычной лампочки. Дальнейшее развитие произошло в 1968 году, когда Стивен А. Бентон создал первую трансмиссионную голограмму, которую можно было рассматривать в обычном свете. Это привело к развитию тисненых голограмм, что сделало возможным массовое производство голограмм для общего использования.

Спустя почти четверть века после того, как он сделал первую голограмму, Габор был удостоен Нобелевской премии по физике за это достижение в 1971 году. В следующем году Ллойд Кросс сделал первую запись движущейся голограммы, запечатлев на ней последовательные кадры с обычной кинопленки. голографическая пленка.

Сырье

Голограммы, сделанные людьми, обычно экспонируются на фотопленке с очень высоким разрешением, покрытой эмульсией галогенида серебра. Голограммы, предназначенные для массового производства, экспонируются на стеклянной пластине, предварительно обработанной оксидом железа, а затем покрытой фоторезистом. Материал фоторезиста будет химически реагировать на определенную длину волны света, которая будет использоваться для создания голограммы. Из-за их доступности и относительно низкой стоимости гелий-неоновые лазеры чаще всего используются людьми, которые делают свои собственные голограммы. Производители коммерческих голограмм используют различные типы лазеров, такие как рубиновый, гелий-кадмиевый или криптон-аргон-ионный.

После экспонирования пленка или пластина фоторезиста обрабатываются в химических проявителях, подобных тем, которые используются в фотографии. И никель, и серебро используются для изготовления мастеров, которые будут использоваться для штамповки нескольких копий голограмм на полиэфирной или полипропиленовой пленке. Алюминий используется для создания отражающего покрытия на обратной стороне тисненых голограмм.

Дизайн

Трехмерный физический объект можно использовать для создания голограммы. Голографическое изображение обычно того же размера, что и оригинал. объект. Это может потребовать создания подробной масштабной модели реального объекта с размером, подходящим для голографического изображения. В качестве альтернативы произведение искусства, которое должно быть воспроизведено в виде голограммы, может быть сгенерировано компьютером, и в этом случае программное обеспечение управляет лазерной экспозицией файла изображения, по одному пикселю за раз. (Пиксели - это отдельные точки, составляющие графическое изображение на экране компьютера или распечатке.)

Производственный
процесс

Доступны различные руководства, которые объясняют голографам-любителям, как сделать голограммы в домашних условиях. Следующие шаги описывают коммерческое массовое производство голографического изображения реального трехмерного объекта.

Мастеринг

• 1 Для освещения физического объекта используется лазер, отраженный свет падает на пластину фоторезиста. Одновременно опорный луч лазера также падает прямо на пластину фоторезиста. Интерференционные картины этих двух световых лучей вступают в реакцию с фоточувствительным покрытием и записывают голографическое изображение объекта. Обычно время выдержки составляет от одной до 60 секунд. В фотографии небольшое движение объекта или пленки приводит к нечеткому изображению. В голографии, однако, экспонированная пластина будет пустой (не содержать изображения вообще), если во время экспонирования будет движение на четверть длины волны лазерного света (длины волн видимого света находятся в диапазоне от 400 до 700 миллиардных долей метра). ).

  Типичная пластина фоторезиста имеет квадратную рабочую область 6 дюймов (15,24 см); дополнительное пространство в полдюйма (1,25 см) на двух краях позволяет закрепить пластину в нужном положении. Поскольку многие голограммы меньше этого размера, несколько разных изображений могут быть «сгруппированы» на одной пластине, так же как многочисленные отдельные фотографии экспонируются на одном рулоне пленки.

• 2 Пластина, на которой записана оригинальная голограмма, называется мастером. После экспонирования мастер обрабатывается в химической ванне с помощью стандартных фотографических проявителей. Перед тем, как приступить к производству, мастер осматривается, чтобы убедиться, что изображение было правильно записано. Из-за химических реакций, вызываемых лазером и проявителем на фоторезисте, поверхность проявленной пластины напоминает поверхность грампластинки; на дюйм (600 на см) приходится около 15 000 канавок, глубина которых составляет около 0,3 микрона (1 микрон составляет тысячную долю миллиметра).

Электроформование

• 3 Мастер устанавливается в приспособление (раму) и покрывается серебряной краской для достижения хорошей электропроводности. Приспособление опускается в резервуар вместе с запасом никеля. Подается электрический ток, и мастер покрывается гальваническим покрытием никелем. Приспособление вынимается из резервуара и промывается деионизированная вода. Тонкое никелевое покрытие, которое называется металлической эталонной шайбой, снимается с эталонной пластины. Он содержит негативное изображение голограммы-оригинала (негатив фактически является зеркальным отображением исходной голограммы).

  Используя аналогичные процессы, создается несколько поколений регулировочных шайб. Те, которые сделаны из металлической мастер-шайбы, известны как «бабушки», и они содержат позитивные изображения исходной голограммы. На этом этапе многочисленные копии исходного изображения «комбинируются» (дублируются рядами) на одной прокладке, которая может использоваться для печати нескольких копий с одного слепка. Последовательные поколения прокладок известны как «матери», «дочери» и «прокладки штамповки». Поскольку эти поколения чередуют негативные и позитивные изображения оригинала, прокладки штампа представляют собой негативные изображения, которые будут использоваться во время фактических производственных циклов для печати голограмм конечного продукта.

Тиснение

• В тиснительных машинах устанавливаются 4 регулировочные шайбы. Рулон полиэфирной пленки (или аналогичного материала), на которую нанесено акриловое покрытие, пропускается через машину. Под воздействием сильного тепла и давления прокладка прижимает голографическое изображение к пленке на глубину 25 миллионных долей миллиметра. Пленка с тиснением перематывается на рулон.

  

Металлизация

• 5 Рулон пленки с тиснением загружается в камеру, из которой удаляется воздух для создания вакуума. В камере также есть алюминиевая проволока, которая испаряется при нагревании до 2 000 ° F (1093 ° C). Лист подвергается воздействию испаренного алюминия, когда его перематывают на другой рулон, и в процессе он покрывается алюминием. После извлечения из вакуумной камеры пленка обрабатывается для восстановления потери влаги в условиях горячего вакуума. На пленку наносится верхнее покрытие лака, чтобы создать поверхность, на которую можно печатать чернилами. Рулон пленки, ширина которого может достигать 92 дюймов (2,3 м), нарезают на более узкие рулоны.

Преобразование

• 6 В зависимости от того, какой тип пленки использовался и какой продукт производился, можно выполнить один или несколько этапов отделки. Например, пленка может быть ламинирована на картон для придания ей прочности. Пленку также разрезают на формы, необходимые для конечного продукта, и на ней можно печатать сообщения. Термочувствительный или чувствительный к давлению клей наносится на обратную сторону голограмм, которые будут прикреплены к другим объектам или использованы в качестве наклеек.

Завершение

• 7 Голограммы либо прикрепляются к другим товарам, либо подсчитываются и упаковываются для отправки.

Будущее

Сегодня голограммы чаще всего используются в потребительских товарах и рекламных материалах. Есть и необычные приложения. Например, в некоторых военных самолетах пилоты могут читать по приборам, глядя через лобовое стекло, используя голографический дисплей, проецируемый перед их глазами. Производители автомобилей рассматривают аналогичные дисплеи для своих автомобилей.

Голограммы можно создавать без видимого света. Для их создания можно использовать ультрафиолет, рентгеновские лучи и звуковые волны. Микроволновая голография используется в астрономии для записи радиоволн из глубокого космоса. Акустическая голография может просматривать твердые объекты для записи изображений, так же как ультразвук используется для создания изображений плода в утробе женщины. Голограммы, сделанные с помощью коротких волн, таких как рентгеновские лучи, могут создавать изображения частиц размером с молекулы и атомы.

Голографические телевизоры могут проецировать исполнителей в дома зрителей в течение следующего десятилетия. Системы оптоволоконной связи смогут передавать голографические изображения людей в далекие дома друзей для реалистичных посещений. Подобно тому, как технология CD-ROM использовала оптические методы для хранения больших объемов компьютерной информации на относительно небольшом диске, системы хранения трехмерных голографических данных еще больше революционизируют емкость хранения. Предполагается, что эта технология будет хранить объем информации, эквивалентный содержимому Библиотеки Конгресса, в пространстве размером с кубик сахара.