Hologramm

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Hintergrund

Ein Hologramm ist eine flache Oberfläche, die bei richtiger Beleuchtung ein dreidimensionales Bild zu enthalten scheint. Ein Hologramm kann auch ein dreidimensionales Bild in die Luft projizieren – ein lebensechtes Bild, das fotografiert werden kann, obwohl es nicht berührt werden kann. Da sie nicht mit gewöhnlichen Mitteln kopiert werden können, werden Hologramme häufig verwendet, um die Fälschung von Dokumenten wie Kreditkarten, Führerscheinen und Eintrittskarten zu verhindern. Das Wort Hologramm kommt von den griechischen Wurzeln holos Bedeutung ganz und Gramma Bedeutung Nachricht. Die Herstellung eines Hologramms wird als Holographie bezeichnet. Wenn ein Hologramm erstellt wird, zeichnet Licht von einem Laser ein Bild des gewünschten Objekts auf einem Film oder einer fotografischen Platte auf.

Grundsätzlich gibt es zwei Arten von Hologrammen. Ein Reflexionshologramm wird betrachtet, wenn es von vorne beleuchtet wird, während ein Transmissionshologramm betrachtet wird, indem ein Licht von der Rückseite durch es hindurch scheint. Ein geprägtes Hologramm wird durch Hinterlegen eines Transmissionshologramms mit einer spiegelähnlichen Substanz hergestellt, die eine Betrachtung von vorne ermöglicht. Es können auch Hologramme erstellt werden, die sich bewegende Objekte zeigen; Diese Sequenzen, Stereogramme genannt, sind typischerweise drei bis 20 Sekunden lang.

Obwohl ein Hologramm ein visuelles Bild eines physischen Objekts ist, unterscheidet es sich stark von einem Foto. Wenn beispielsweise ein Objekt fotografiert wird, enthält jeder Teil des Fotos ein Bild des entsprechenden Teils des Originalobjekts. Jeder Abschnitt eines Hologramms enthält jedoch ein vollständiges Bild des ursprünglichen Objekts, das aus einem Blickwinkel betrachtet wird, der der Position des Abschnitts auf dem Hologramm entspricht. Wenn also die transparente Platte, die ein Transmissionshologramm enthält, zerbrochen ist, kann jedes Stück immer noch das gesamte Bild projizieren, wenn auch aus einem anderen Blickwinkel. Die Verwendung eines Stücks von der Oberseite der holografischen Platte erzeugt ein Bild von oben gesehen, während die Verwendung eines Stücks von der Unterseite der Platte den Eindruck erweckt, nach oben in Richtung des Objekts zu schauen.

Eine weitere interessante Eigenschaft von Hologrammen ist, dass sie die optischen Eigenschaften von Objekten wie Linsen bewahren. Ziehen Sie zum Beispiel in Erwägung, ein Hologramm einer Lupe zu erstellen, die vor einem Schmetterling platziert wird. Beim Betrachten des holographischen Bildes dieser Objekte wird ein Beobachter feststellen, dass die Teile des Schmetterlings, die durch das Bild der Lupe gesehen werden, vergrößert werden.

Es hat sich gezeigt, dass holografische Verpackungen den Verkauf bestimmter Produkte steigern. Projektionshologramme sind ein besonderer Blickfang und werden auf Messen und im Einzelhandel eingesetzt. Sie können verwendet werden, um äußerst empfindliche oder wertvolle Gegenstände zu präsentieren. Ein klassisches Beispiel war ein Bild einer diamantverzierten Hand, die 1970 über den Bürgersteig vor dem Cartier-Juweliergeschäft in New York City projiziert wurde. Es erregte nicht nur die Aufmerksamkeit der Passanten, sondern zog auch Fernsehnachrichtenteams an. Tatsächlich wurde es sogar von einem regenschirmschwingenden Fußgänger angegriffen, der dachte, es sei das "Werk des Teufels". In einem anderen Fall untersuchten die Forscher, anstatt wiederholt den zerbrechlichen Schädel des 2.300 Jahre alten Lindow-Mannes zu hantieren, dessen holografisches Bild. Das Forensic Science Department von Scotland Yard verwendete dieses holografische Bild, um ein physisches Modell der Überreste des prähistorischen Menschen zu erstellen. Als eine weitere Anwendung der Holografie zeigte der ehemalige Fußballtrainer der Chicago Bears, Mike Ditka, ein holografisches Porträt von sich selbst in seinem Restaurant, um ein etwas persönliches Bild zu schaffen, wenn er nicht persönlich vor Ort sein konnte.

Hologramme können von Bastlern zu Hause für eine bescheidene Investition in die Ausrüstung hergestellt werden. Der Prozess erfordert einen Laser und einen Isoliertisch, um eine Bewegung der Ausrüstung während der Belichtung des Films zu verhindern. Hologramme werden auch kommerziell hergestellt und können in großen Mengen reproduziert werden. Mit Stock-Artworks kann ein Master-Hologramm für die Massenproduktion für nur 2.500 US-Dollar erstellt werden, während die Verwendung von benutzerdefinierten Artworks zwischen 5.000 und 10.000 US-Dollar kosten kann. Die Reproduktion des Bildes kostet je nach Volumen 1 bis 4 Cent pro Zoll (2,5 cm); dies entspricht einem Rückgang von 40 % seit der Markteinführung geprägter Hologramme in den späten 1970er Jahren. Fertige Hologramme können als Haftetiketten (je 0,5 bis 1,5 Cent) oder durch Heißprägung (je 2 bis 5 Cent) an anderen Objekten angebracht werden. Sobald das Kunstwerk fertiggestellt ist, dauert es ungefähr drei Monate, um einen Stapel kommerzieller Hologramme zu erstellen und zu reproduzieren. Es wird geschätzt, dass 1995 geprägte Hologramme im Wert von mehr als 200 Millionen US-Dollar hergestellt wurden.

Verlauf

Das erste Hologramm wurde 1947 von Dennis Gabor, einem in Ungarn geborenen Wissenschaftler, der am Imperial College of London arbeitete, hergestellt. Gabor versuchte, das Design eines Elektronenmikroskops zu verfeinern. Er entwickelte eine neue Technik, die er mit einem gefilterten Lichtstrahl testen wollte, bevor er sie mit einem Elektronenstrahl versuchte. Gabor stellte ein Transmissionshologramm her, indem er seine Lichtquelle sorgfältig filterte, aber der Prozess wurde nicht praktikabel, bis die Technologie eine Möglichkeit bot, kohärentes Licht zu erzeugen – Licht, das aus einer einzigen Frequenz und einer einzigen Wellenlänge besteht. Die Hologrammproduktion begann mit der Erfindung des Lasers im Jahr 1960, da ein Laser Licht von einer einzigen Farbe (Frequenz) erzeugt und Wellen erzeugt, die sich phasengleich ausbreiten.

Im Jahr 1962 produzierten Emmett Leith und Juris Upatnieks von der University of Michigan mit einem Laser zur Nachbildung von Gabors Holografie-Experiment ein Transmissionshologramm einer Spielzeugeisenbahn und eines Vogels. Das Bild war klar und dreidimensional, konnte aber nur durch Beleuchten mit einem Laser betrachtet werden. Im selben Jahr produzierte Uri N. Denisyuk aus der Sowjetunion ein Reflexionshologramm, das mit dem Licht einer gewöhnlichen Glühbirne betrachtet werden konnte. Ein weiterer Fortschritt kam 1968, als Stephen A. Benton das erste Transmissionshologramm schuf, das bei normalem Licht betrachtet werden konnte. Dies führte zur Entwicklung von geprägten Hologrammen, die die Massenproduktion von Hologrammen für den allgemeinen Gebrauch ermöglichten.

Fast ein Vierteljahrhundert, nachdem er das erste Hologramm erstellt hatte, wurde Gabor 1971 für diese Leistung der Nobelpreis für Physik verliehen. Im folgenden Jahr machte Lloyd Cross die erste Aufnahme eines bewegten Hologramms, indem er aufeinanderfolgende Einzelbilder von gewöhnlichen Bewegtbildfilmen aufdruckte holographischer Film.

Rohstoffe

Von Einzelpersonen angefertigte Hologramme werden normalerweise auf einem fotografischen Film mit sehr hoher Auflösung belichtet, der mit einer Silberhalogenidemulsion beschichtet ist. Für die Massenproduktion hergestellte Hologramme werden auf einer mit Eisenoxid vorbehandelten Glasplatte belichtet und anschließend mit Fotolack beschichtet. Das Photoresistmaterial reagiert chemisch auf die spezifische Wellenlänge des Lichts, das verwendet wird, um das Hologramm zu erzeugen. Aufgrund ihrer relativ geringen Verfügbarkeit werden Helium-Neon-Laser am häufigsten von Personen verwendet, die ihre eigenen Hologramme erstellen. Kommerzielle Hologrammhersteller verwenden verschiedene Lasertypen wie Rubin, Helium-Cadmium oder Krypton-Argon-Ionen.

Nach der Belichtung wird der Film oder die Photoresistplatte in chemischen Entwicklern, wie sie in der Fotografie verwendet werden, verarbeitet. Sowohl Nickel als auch Silber werden verwendet, um die Produktionsmaster herzustellen, die verwendet werden, um mehrere Kopien der Hologramme auf Polyester- oder Polypropylenfolie zu stempeln. Aluminium wird verwendet, um die reflektierende Beschichtung auf der Rückseite von geprägten Hologrammen zu erzeugen.

Design

Ein dreidimensionales, physisches Objekt kann verwendet werden, um ein Hologramm zu erstellen. Das holografische Bild hat normalerweise die gleiche Größe wie das Original Objekt. Dies kann die Konstruktion eines detaillierten maßstabsgetreuen Modells des tatsächlichen Objekts in einer für das holographische Bild geeigneten Größe erfordern. Alternativ kann das als Hologramm zu reproduzierende Kunstwerk computergeneriert werden, wobei in diesem Fall eine Software die Laserbelichtung der Bilddatei pixelweise steuert. (Pixel sind die einzelnen Punkte, die ein grafisches Bild auf einem Computerbildschirm oder Ausdruck umfassen.)

Der Herstellungsprozess
Prozess

Es stehen verschiedene Handbücher zur Verfügung, die Amateur-Holographen erklären, wie man zu Hause Hologramme erstellt. Die folgenden Schritte beschreiben die kommerzielle Massenproduktion eines holographischen Bildes eines tatsächlichen, dreidimensionalen Objekts.

Meistern

• 1 Ein Laser wird verwendet, um das physische Objekt zu beleuchten, wobei das reflektierte Licht auf die Fotolackplatte fällt. Gleichzeitig fällt auch ein Referenzstrahl des Lasers direkt auf die Fotolackplatte. Die Interferenzmuster dieser beiden Lichtstrahlen reagieren mit der lichtempfindlichen Beschichtung, um ein holographisches Bild des Objekts aufzuzeichnen. Übliche Belichtungszeiten liegen zwischen einer und 60 Sekunden. Bei der Fotografie führt eine leichte Bewegung des Objekts oder des Films zu einem unscharfen Bild. Bei der Holographie ist die belichtete Platte jedoch leer (enthält überhaupt kein Bild), wenn während der Belichtung eine Bewegung von nur einem Viertel der Wellenlänge des Laserlichts stattfindet (Wellenlängen des sichtbaren Lichts reichen von 400 bis 700 Milliardstel Meter ).

  Eine typische Photoresistplatte hat einen quadratischen Arbeitsbereich von 6 Zoll (15,24 cm); ein zusätzlicher 1/2 Zoll (1,25 cm) Platz an zwei Kanten ermöglicht das Festklemmen der Platte. Da viele Hologramme kleiner sind, können mehrere unterschiedliche Bilder auf einer Platte „geclustert“ (geclustert) werden, so wie auf einer Filmrolle zahlreiche Einzelaufnahmen belichtet werden.

• 2 Die Platte, auf der das Originalhologramm aufgezeichnet ist, wird als Master bezeichnet. Nach der Belichtung wird der Master in einem chemischen Bad mit fotografischen Standardentwicklern verarbeitet. Bevor mit der Produktion fortgefahren wird, wird der Master überprüft, um sicherzustellen, dass das Bild ordnungsgemäß aufgezeichnet wurde. Aufgrund der chemischen Reaktionen, die durch den Laser und den Entwickler auf dem Fotolack verursacht werden, ähnelt die Oberfläche der entwickelten Platte der Oberfläche einer Schallplatte; es gibt ungefähr 15.000 Rillen pro Zoll (600 pro cm), die eine Tiefe von ungefähr 0,3 Mikrometer erreichen (1 Mikrometer ist ein Tausendstel Millimeter).

Galvanoformung

• 3 Der Master wird in eine Schablone (Rahmen) montiert und mit Silberfarbe besprüht, um eine gute elektrische Leitfähigkeit zu erreichen. Die Vorrichtung wird zusammen mit einem Vorrat an Nickel in einen Tank abgesenkt. Ein elektrischer Strom wird eingeführt und der Master wird mit Nickel galvanisiert. Die Schablone wird aus dem Tank genommen und mit gewaschen entionisiertes Wasser. Die dünne Nickelbeschichtung, die als Metall-Master-Shim bezeichnet wird, wird von der Master-Platte abgezogen. Es enthält ein Negativbild des Masterhologramms (das Negativ ist eigentlich ein Spiegelbild des Originalhologramms).

  Mit ähnlichen Verfahren werden mehrere Generationen von Shims erstellt. Diejenigen, die aus dem Metall-Master-Shim hergestellt wurden, sind als "Großmütter" bekannt und enthalten positive Bilder des ursprünglichen Hologramms. In diesem Stadium werden zahlreiche Kopien des Originalbildes auf einer Unterlegscheibe "kombiniert" (in Reihen dupliziert), die verwendet werden kann, um mehrere Kopien mit einem einzigen Abdruck zu drucken. Aufeinanderfolgende Generationen von Unterlegscheiben sind als "Mütter", "Töchter" und "Stamper Shims" bekannt. Da diese Generationen zwischen negativen und positiven Bildern des Originals wechseln, sind die Stempelscheiben negative Bilder, die während der tatsächlichen Produktionsläufe verwendet werden, um die Hologramme des Endprodukts zu drucken.

Prägung

• 4 Stamper Shims werden in Prägemaschinen montiert. Eine Rolle Polyesterfolie (oder ein ähnliches Material), die mit einer Acrylbeschichtung geglättet wurde, wird durch die Maschine geführt. Unter intensiver Hitze und Druck presst die Unterlegscheibe das holografische Bild bis zu einer Tiefe von 25 Millionstel Millimetern auf den Film. Die geprägte Folie wird auf eine Rolle zurückgespult.

  

Metallisieren

• 5 Die Rolle der geprägten Folie wird in eine Kammer geladen, aus der die Luft entfernt wird, um ein Vakuum zu erzeugen. Die Kammer enthält auch Aluminiumdraht, der durch Erhitzen auf 2.093 °C (2.093 °C) verdampft wird. Beim Aufwickeln auf eine weitere Rolle wird das Blech dem verdampften Aluminium ausgesetzt und dabei mit Aluminium beschichtet. Nach dem Entfernen aus der Vakuumkammer wird der Film behandelt, um den Feuchtigkeitsverlust unter den heißen Vakuumbedingungen wiederherzustellen. Auf die Folie wird eine Decklackschicht aufgetragen, um eine mit Tinte bedruckbare Oberfläche zu schaffen. Die Filmrolle, die bis zu 2,3 ​​m breit sein kann, wird in schmalere Rollen geschnitten.

Konvertieren

• 6 Je nachdem, welche Art von Folie verwendet wurde und welche Art von Produkt hergestellt wird, können ein oder mehrere Veredelungsschritte durchgeführt werden. Zum Beispiel kann der Film auf Karton laminiert werden, um ihm Festigkeit zu verleihen. Die Folie wird auch in gewünschte Formen für das Endprodukt geschnitten und kann mit Botschaften bedruckt werden. Auf der Rückseite von Hologrammen, die auf andere Gegenstände geklebt oder als Aufkleber verwendet werden, wird wärmeempfindlicher oder druckempfindlicher Klebstoff aufgetragen.

Abschluss

• 7 Die Hologramme sind entweder an anderen Produkten angebracht oder werden gezählt und für den Versand verpackt.

Die Zukunft

Heute werden Hologramme am häufigsten in Konsumgütern und Werbematerialien verwendet. Es gibt auch einige ungewöhnliche Anwendungen. In einigen Militärflugzeugen können Piloten beispielsweise ihre Instrumente ablesen, während sie durch die Windschutzscheibe schauen, indem sie eine holografische Anzeige verwenden, die vor ihre Augen projiziert wird. Automobilhersteller erwägen ähnliche Displays für ihre Autos.

Hologramme können ohne sichtbares Licht erstellt werden. Ultraviolett-, Röntgen- und Schallwellen können alle verwendet werden, um sie zu erzeugen. Mikrowellen-Holographie wird in der Astronomie verwendet, um Radiowellen aus dem Weltraum aufzuzeichnen. Akustische Holographie kann durch feste Objekte blicken, um Bilder aufzunehmen, ähnlich wie Ultraschall verwendet wird, um Bilder eines Fötus im Mutterleib einer Frau zu erzeugen. Hologramme, die mit kurzen Wellen wie Röntgenstrahlen erstellt wurden, können Bilder von Partikeln erzeugen, die so klein wie Moleküle und Atome sind.

Holografische Fernsehgeräte können Künstler innerhalb des nächsten Jahrzehnts in die Häuser der Zuschauer projizieren. Glasfaser-Kommunikationssysteme werden in der Lage sein, holografische Bilder von Menschen an entfernte Häuser von Freunden für realistische Besuche zu übertragen. So wie die CD-ROM-Technologie optische Verfahren verwendet, um große Mengen von Computerinformationen auf einer relativ kleinen Platte zu speichern, werden dreidimensionale holographische Datenspeichersysteme die Speicherkapazitäten weiter revolutionieren. Es wird geschätzt, dass diese Technologie eine Menge an Informationen speichern wird, die dem Inhalt der Library of Congress in einem Raum von der Größe eines Zuckerwürfels entspricht.