Tredimensjonal fotografering

Av «Våkn opp!»s korrespondent i Storbritannia

DE SOM i mars 1977 besøkte det engelske kunstakademi i London, Royal Academy of Arts, fikk se demonstrasjoner av en ny og fascinerende form for fotografering, et fotografisk mirakel fra det 20. århundre som kalles «holografi». På utstillingen ble det vist fram et frittsvevende, tredimensjonalt bilde av en telefon. Bildet trådte fram i rommet og var så realistisk at du fikk lyst til å prøve telefonen.

Utstillingen, som var lagt opp med tanke på å imponere publikum med laserlysets store anvendelsesmuligheter innen vitenskap og underholdning, hadde det passende navnet «Det fantastiske lyset». Noe de besøkende ble klar over, var at når en gjør bruk av holografi, får en ikke et bilde på et flatt papir. I stedet projiseres et bilde i fullstendig tredimensjonal form i rommet. Du kan faktisk betrakte det projiserte objektet fra forskjellige vinkler og se forskjellige deler av det.

Du har kanskje hørt ordene «holografi» og «hologram» i forbindelse med den senere tids bruk av laserlys i underholdningsøyemed. I lysshow der en gjør bruk av laserstråler, blir virvlende, lynende, dansende flerfargede laserstråler styrt av musikk, og av og til projiseres tredimensjonale bilder ved hjelp av holografi for å oppnå spesielle effekter.

Virkemåte

Ordet «holografi» brukes for å beskrive metoden, for prefikset «holo» betyr «hel» eller «fullstendig». Når en gjør bruk av holografi, tar en et bilde på en mye mer fullstendig måte enn en kan gjøre ved hjelp av et vanlig fotoapparat.

Vi kan forstå det grunnleggende prinsippet bak holografi ved å sammenligne det med opptak av lyd og avspilling av slike opptak. Tenk for eksempel på et symfoniorkester som spiller et stykke klassisk musikk. De tonene som de forskjellige musikkinstrumentene frembringer, skaper et komplisert lydmønster som strømmer ut fra orkestret. Dette mønstret kan selvsagt tas vare på ved hjelp av et opptak som «lagrer» lyden i kodet form (ved variasjoner i rillene hvis opptaket blir gjort på en grammofonplate). Når opptaket spilles, frembringes et lydmønster som svarer til de opprinnelige tonene som kom fra orkestret. De identiske lydbølger er blitt gjenskapt.

Holografi virker på lignende måte. Det lages et opptak av lysbølger som senere kan rekonstrueres. La oss undersøke hvordan det er mulig.

Hva er først og fremst betingelsen for at vi skal kunne se et annet menneske eller en gjenstand? Fordi vi ikke kan se i mørket, forstår vi at lys er nødvendig, lys som enten kommer fra solen eller fra en annen kilde. Ja, alle deler av en gjenstand vi ser på, reflekterer lyset, men de reflekterer varierende mengder og forskjellige farger. Et komplisert mønster av lys dannes og går ut fra gjenstanden i likhet med lyden som går ut fra orkestret. Vi ser gjenstanden når dette mønstret når øynene våre og tolkes av hjernen.

Sett nå at det mønster av lysbølger som stråler ut fra en venn av deg som sitter rett overfor deg, stanses og registreres eller «lagres» i likhet med den lyden som «lagres» på en grammofonplate. Vennen din reiser seg og går. Ved «avspilling» av dette «lysopptaket» fremtrer nøyaktig det samme lysmønster. Når så dette mønstret når ditt øye og disse signalene tolkes av din hjerne, ser det ut som om vennen din kommer til syne igjen. Og siden det gjenskapte lyset er en nøyaktig kopi av det opprinnelige (akkurat som lyden fra en grammofonplate er en kopi av det opprinnelige), fremtrer bildet i full tredimensjonal form, nøyaktig lik personen.

Dette er den viktigste forskjellen mellom fotografi og holografi. Fotografi er en metode for fremstilling av et flatt bilde av et objekt, i likhet med et maleri, mens holografi rekonstruerer selve det opprinnelige mønster av lysbølger.

Hvordan et hologram blir laget

Den platen som registrerer og «lagrer» lysbølgene, kalles «hologram». Den ligner filmen i et vanlig kamera, men er av bedre kvalitet og har vanligvis form av en fotografisk plate laget av glass.

Figur 1 viser hvordan opptaket blir gjort. En ekspandert lysstråle fra en laser blir først delt i to ved hjelp av et spesielt speil. Den ene strålen (som kalles «referanselyset») sendes direkte mot den fotografiske platen. Den andre lysstrålen belyser det objektet som det skal gjøres et hologramopptak av. Det kompliserte mønster av reflektert lys fra objektet når den fotografiske platen. Derved oppfanger platen lys fra to retninger, og det resulterer i at et svært detaljert mønster blir registrert på platen.

Figur 2 viser hvordan fremvisning foregår, slik at et tredimensjonalt bilde dannes. Platen må først fremkalles (som en vanlig fotografisk film), og gjenstanden må fjernes. En eneste lysstråle rettes nå mot platen. Lysstrålen går gjennom platen, men når den gjør det, modifiseres den av det registrerte mønster i platen. Resultatet er at det lys som avgis, svarer nøyaktig til det lyset som opprinnelig kom fra objektet, og det ser ut som om objektet dukker opp igjen. Den fotografiske platen er som et vindu, og når en ser gjennom den, ser en et bilde av objektet i full dybde. Ved å se gjennom «vinduet» i forskjellige retninger ses objektet fra forskjellige vinkler. Bildet er så realistisk at en kan føle seg fristet til å rekke ut hånden og forsøke å ta på gjenstanden. Men naturligvis er det ingenting der!

Interessante egenskaper

Hologrammer og de bilder de frembringer, har mange forunderlige og fascinerende egenskaper. Den fotografiske platen, som kalles hologram når den er fremkalt, tilsvarer det negativet en får når en fremkaller en vanlig film. Men hologrammet og negativet er ganske forskjellige i visse henseender. Hvis du for eksempel holder noen svart-hvittnegativer opp mot lyset, legger du merke til at de inneholder bildet (egentlig i motsatt form — de mørke feltene er lyse, og de lyse feltene mørke). Hvis du holder hologrammet opp mot lyset, vil du se at det på ingen måte ligner noe bilde. Bare under et mikroskop kan du se hvordan de viktige informasjonene er registrert, men selv da bare som et høyst uregelmessig, uforståelig mønster av linjer, klumper og ringer.

Hvis en del av et vanlig negativ blir skadd eller skåret bort, vil naturligvis den delen av bildet bli ødelagt eller mangle på kopier som blir laget av dette negativet. Men hvis du knuser hologrammet, kommer du til å bli overrasket. En hvilken som helst av bitene er tilstrekkelig til å gi en rekonstruksjon av hele objektet! Kvaliteten vil riktignok være en del redusert, avhengig av bitens størrelse. Men bildet vil alltid være fullstendig!

Det er flere trekk ved tredimensjonale bilder som lages ved hjelp av hologrammer, som gjør dem svært naturtro. Hvis du forandrer din stilling i forhold til «vinduet» (hologrammet), forandrer bildets perspektiv seg nøyaktig slik det ville forandre seg hvis du så på det opprinnelige objektet. Hvis noe i forgrunnen er i veien for noe som ligger bak, kan du ved å flytte hodet til siden se forbi hindringen og se det som ligger bak. Du oppdager også at øynene fokuseres når du ser på nære og fjerne punkter i bildet. Ja, hvis du er nærsynt, vil det hjelpe at du tar på deg brillene!

Når en lager et hologram av en diamantring, oppnås en interessant effekt. I det holografiske bildet funkler diamanten. Du ser lysglimt som reflekteres fra de forskjellige fasettene, og disse forsvinner og kommer til syne i samsvar med dine hodebevegelser — akkurat som om du så den virkelige diamanten!

Rekonstruksjonen har kort sagt alle de synlige egenskaper som den virkelige tingen har.

Noen utviklingstrekk

Selv om holografiens grunnleggende prinsipper har vært kjent i over 30 år (holografi ble oppfunnet av Dennis Gabor i 1948), var det ikke før laseren ble oppfunnet i 1960-årene, at holografiens muligheter fullt ut kunne bli demonstrert. En laser er en lyskilde som sender ut koherent lys, det vil si rent lys der lysstrålene har samme bølgelengde og samme fase. Vanligvis er denne form for lys nødvendig under opptak av hologrammer, som gir tredimensjonale bilder av objektet. Men når en tenker over hvilke praktiske anvendelser holografi kan få, forstår en at lasere har visse ulemper. De er kostbare og i noen tilfelle farlige. Er det mulig å begrense bruken av dem på noen måte?

Et større fremskritt i denne forbindelse ble gjort av den russiske forskeren Ju. N. Denisjuk. Han fikk den gode idé å kombinere holografi med en form for fargefotografering som var blitt oppfunnet av den franske fysikeren Gabriel Lippmann i 1891. Når en gjør bruk av Denisjuks forslag, kan laserne under fremvisning (figur 2) erstattes av en vanlig lyspære. Under opptak (figur 1) må imidlertid lasere likevel anvendes. Og hvis en under opptak gjør bruk av tre lasere som svarer til de tre primærfargene (rødt, grønt og blått), vil hologrammet gi en rekonstruksjon i farger.

Ved å gjøre bruk av en helt spesiell teknikk som er kjent som «multipleksteknikken», kan en helt unngå å bruke lasere. Denne metoden består i å lage hologrammet av et stort antall vanlige fotografier. En person sitter for eksempel på en plattform som roterer langsomt, mens et vanlig filmkamera tar flere hundre bilder, som derved viser personen sett fra alle vinkler. Bildene blir deretter satt sammen til et enkelt hologram som et tredimensjonalt bilde kan rekonstrueres ved hjelp av. Denne teknikken har gjort det mulig å fange opp en viss bevegelse. En kan se at en person beveger hånden eller smiler. Det er nesten som i filmens første tid, men nå er «filmen» tredimensjonal!

Praktisk anvendelse

Det er fascinerende å fremstille og betrakte hologrammer, men hvor finner holografi praktisk anvendelse?

Rent umiddelbart tenker en kanskje på tredimensjonale filmer og tredimensjonalt fjernsyn. Ved hjelp av holografi ville disse mediene gi en høyst naturtro gjengivelse. Selv om det kanskje i prinsippet er mulig å lage et slikt system, er det for øyeblikket langt fram. Problemet ligger i de enorme mengder informasjon som hologrammet inneholder. Et hologram som måler 20 × 20 centimeter, rommer over 300 000 ganger så mye informasjon som et eneste fjernsynsbilde. De fjernsynssystemer vi har i dag, kan på ingen måte behandle slike enorme mengder informasjon.

I dag blir holografi brukt innen reklame. Et firma som har ansvaret for mange av reklameplakatene på undergrunnsbanen i London, har gitt uttrykk for at det er interessert i å bruke hologrammer i reklameøyemed. Og det kan godt være at framtidens salgsrepresentanter kommer til å ha med seg hologrammer av uhåndterlige eller tunge produkter.

I museer kan verdifulle utstillingsgjenstander erstattes av holografiske kopier. Sovjetunionen har gjort- et banebrytende arbeid med denne teknikken, og Eremitasjen i Leningrad holder nå på med å lage et bibliotek av hologrammer med tanke på utlån til andre museer. Produksjon av tredimensjonale portretter vil uten tvil bli en viktig anvendelse av holografi i nær framtid.

Holografi har også funnet anvendelse innen industri og forskning. Når en for eksempel skal lage sylindere til bilmotorer, som krever en høy grad av presisjon, kan det lages et hologram av et perfekt prøveeksemplar. Det holografiske bildet blir så projisert nøyaktig over de enkelte sylinderne på produksjonslinjen. Eventuelle sprekker og defekter fremtrer straks som et karakteristisk frynsete mønster. Avvik i formen på mindre enn en mikron kan avsløres. (En mikron er en milliondel av en meter!)

Under forskning kan en bruke en pulset laser for å holografere bevegelser som foregår for raskt til at øyet kan oppfange dem. En pulset laser som er koblet på det holografiske kameraet omtrent som en blitz på et vanlig kamera, sender ut lyspulser som varer bare en brøkdel av et sekund. En rubinlaser kan for eksempel sende ut en puls som varer bare 0,00000003 sekund! Lysglimtet fanger effektivt opp noe som skjer i løpet av mindre enn en milliondel av et sekund, og fanger opp et bilde av et objekt som beveger seg svært raskt, slik at det «fryser» objektets bevegelser. Denne øyeblikkssituasjonen gjenskapes i det holografiske bildet. Objekter som vibrerer, for eksempel deler av maskiner eller musikkinstrumenter, kan studeres, og denne metoden gjør det også mulig å analysere kjemiske reaksjoner som foregår svært raskt.

Holografi er fortsatt en temmelig kostbar og tungvint operasjon sammenlignet med vanlig fotografi. Foreløpig er det også begrenset hvor store hologrammer en kan lage. Holografi har altså ikke erstattet fotografi, men har snarere vist seg å være en avansert form for fotografi som kan brukes på visse spesialfelt. Holografi utnytter naturlovene — lover som Skaperen har laget — på en annen måte til gagn og glede for menneskene. Etter hvert som denne teknikken forbedres og kostnadene blir lavere, vil det uten tvil bli flere måter å bruke holografi på, slik at den kommer til å berøre vårt liv i langt høyere grad enn i dag.

[Tegninger på side 13]

(Se den trykte publikasjonen)

Figur 1

Lys fra laser (koherent lys)

Speil som splitter lysstrålen

Lysstråle

Et mønster av lysbølger overføres til platen fra to retninger

HOLOGRAM

Glassplate

Tredimensjonalt objekt

Gjennomsiktig fotografisk emulsjon

Figur 2

Laserstråle

HOLOGRAM

Tredimensjonalt bilde

Øye: ser tredimensjonalt bilde identisk med objektet