ปัจจุบันมีการใช้ภาพโฮโลแกรมมากขึ้น บางคนถึงกับเชื่อว่าในที่สุดอาจเข้ามาแทนที่วิธีการสื่อสารที่เรารู้จัก ชอบหรือไม่ แต่ตอนนี้มีการใช้งานอย่างแข็งขันในหลากหลายอุตสาหกรรม ตัวอย่างเช่น เราทุกคนต่างคุ้นเคยกับสติกเกอร์โฮโลแกรม ผู้ผลิตหลายรายใช้เพื่อป้องกันการปลอมแปลง ภาพด้านล่างแสดงสติกเกอร์โฮโลแกรมบางส่วน การใช้งานเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากในการปกป้องสินค้าหรือเอกสารจากการปลอมแปลง
ประวัติศาสตร์การศึกษาภาพสามมิติ
ภาพสามมิติที่เกิดจากการหักเหของแสงเริ่มมีการศึกษาเมื่อไม่นานนี้ อย่างไรก็ตาม เราสามารถพูดถึงการมีอยู่ของประวัติศาสตร์การศึกษาได้แล้ว Dennis Gabor นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ กำหนดภาพสามมิติครั้งแรกในปี 1948 การค้นพบนี้มีความสำคัญมาก แต่ความสำคัญที่ยิ่งใหญ่ในขณะนั้นยังไม่ชัดเจน นักวิจัยที่ทำงานในช่วงทศวรรษ 1950 ประสบปัญหาการขาดแหล่งกำเนิดแสงที่สอดคล้องกัน ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่สำคัญมากสำหรับการพัฒนาภาพสามมิติ เลเซอร์ตัวแรกถูกสร้างขึ้นในปี 1960 ด้วยอุปกรณ์นี้ สามารถรับแสงที่มีความเชื่อมโยงกันเพียงพอ Juris Upatnieks และ Immet Leith นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน ใช้เพื่อสร้างโฮโลแกรมชุดแรก ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา ได้ภาพสามมิติของวัตถุ
ในปีต่อๆ มา การวิจัยยังคงดำเนินต่อไป เอกสารทางวิทยาศาสตร์หลายร้อยฉบับที่สำรวจแนวคิดของภาพสามมิติได้รับการตีพิมพ์ และหนังสือหลายเล่มได้รับการตีพิมพ์เกี่ยวกับวิธีการนี้ อย่างไรก็ตาม งานเหล่านี้ส่งถึงผู้เชี่ยวชาญ ไม่ใช่ผู้อ่านทั่วไป ในบทความนี้เราจะพยายามบอกทุกอย่างในภาษาที่เข้าถึงได้
โฮโลแกรมคืออะไร
สามารถเสนอคำจำกัดความต่อไปนี้ได้: ภาพสามมิติเป็นภาพถ่ายสามมิติที่ได้จากการใช้เลเซอร์ อย่างไรก็ตาม คำจำกัดความนี้ไม่น่าพอใจนัก เนื่องจากมีภาพถ่ายสามมิติหลายประเภท อย่างไรก็ตาม มันสะท้อนให้เห็นสิ่งที่สำคัญที่สุด: โฮโลแกรมเป็นวิธีการทางเทคนิคที่ให้คุณ "บันทึก" การปรากฏตัวของวัตถุได้ ด้วยความช่วยเหลือของมันทำให้ได้ภาพสามมิติที่ดูเหมือนวัตถุจริง การใช้เลเซอร์มีบทบาทสำคัญในการพัฒนา
ภาพสามมิติและการใช้งาน
การศึกษาภาพสามมิติช่วยให้เราชี้แจงประเด็นต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายภาพแบบเดิมๆ ได้อย่างชัดเจน ในฐานะที่เป็นทัศนศิลป์ การถ่ายภาพสามมิติสามารถท้าทายภาพหลังได้ เนื่องจากช่วยให้คุณสะท้อนโลกรอบตัวคุณได้อย่างแม่นยำและถูกต้องมากขึ้น
บางครั้งนักวิทยาศาสตร์ก็แยกแยะยุคต่างๆ ในประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติด้วยวิธีการการเชื่อมต่อที่เป็นที่รู้จักในบางศตวรรษ ตัวอย่างเช่น เราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับอักษรอียิปต์โบราณที่มีอยู่ในอียิปต์โบราณ เกี่ยวกับการประดิษฐ์แท่นพิมพ์ในปี 1450 เนื่องจากความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่สังเกตเห็นในสมัยของเรา วิธีสื่อสารใหม่ ๆ เช่น โทรทัศน์และโทรศัพท์ ได้เข้ามาเป็นส่วนสำคัญ. แม้ว่าหลักการโฮโลแกรมจะยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นเมื่อนำมาใช้ในสื่อ แต่ก็มีเหตุผลที่เชื่อได้ว่าอุปกรณ์ที่อิงตามหลักการนี้ในอนาคตจะสามารถแทนที่วิธีการสื่อสารที่เรารู้จักหรืออย่างน้อยก็ขยาย ขอบเขต
วรรณกรรมไซไฟและงานพิมพ์กระแสหลักมักแสดงภาพโฮโลแกรมในสภาพแสงที่ผิดเพี้ยน พวกเขามักจะสร้างความเข้าใจผิดเกี่ยวกับวิธีการนี้ ภาพปริมาตรที่เห็นเป็นครั้งแรกนั้นชวนให้หลงใหล อย่างไรก็ตาม คำอธิบายทางกายภาพของหลักการของอุปกรณ์นั้นน่าประทับใจไม่น้อย
รูปแบบการรบกวน
ความสามารถในการมองเห็นวัตถุนั้นขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าคลื่นแสงที่หักเหหรือสะท้อนจากพวกมันเข้าตาเรา คลื่นแสงที่สะท้อนจากวัตถุบางอย่างมีลักษณะเป็นรูปร่างของหน้าคลื่นที่สอดคล้องกับรูปร่างของวัตถุนี้ รูปแบบของแถบสีเข้มและสีอ่อน (หรือเส้น) ถูกสร้างขึ้นโดยคลื่นแสงสองกลุ่มที่เชื่อมโยงกัน นี่คือวิธีการสร้างโฮโลแกรมเชิงปริมาตร ในกรณีนี้ แถบเหล่านี้ในแต่ละกรณีเป็นการรวมกันที่ขึ้นอยู่กับรูปร่างของหน้าคลื่นของคลื่นที่มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันเท่านั้น เช่นภาพเรียกว่าการรบกวน สามารถแก้ไขได้ เช่น บนจานถ่ายภาพ หากวางไว้ในที่ที่มีการรบกวนของคลื่น
โฮโลแกรมหลากหลาย
วิธีการที่ให้คุณบันทึก (ลงทะเบียน) หน้าคลื่นที่สะท้อนจากวัตถุ แล้วคืนค่าเพื่อให้ผู้สังเกตเห็นว่าเขาเห็นของจริงและเป็นภาพสามมิติ นี่เป็นเอฟเฟกต์เนื่องจากภาพที่ออกมาเป็นแบบสามมิติในลักษณะเดียวกับของจริง
โฮโลแกรมมีหลายประเภทที่ทำให้สับสนได้ง่าย ควรใช้คำคุณศัพท์สี่หรือห้าคำเพื่อกำหนดสายพันธุ์เฉพาะอย่างชัดเจน เราจะพิจารณาเฉพาะคลาสหลักที่ใช้โดยโฮโลแกรมสมัยใหม่เท่านั้น อย่างไรก็ตาม ก่อนอื่นคุณต้องพูดถึงปรากฏการณ์คลื่นเช่นการเลี้ยวเบนเล็กน้อยก่อน เธอเป็นผู้อนุญาตให้เราสร้าง (หรือสร้างใหม่) หน้าคลื่น
การเลี้ยวเบน
ถ้าวัตถุใด ๆ อยู่ในเส้นทางของแสงก็จะทำให้เกิดเงา แสงโคจรรอบวัตถุนี้ เข้าสู่พื้นที่เงาบางส่วน เอฟเฟกต์นี้เรียกว่าการเลี้ยวเบน มันอธิบายโดยธรรมชาติของคลื่นของแสง แต่มันค่อนข้างยากที่จะอธิบายอย่างเคร่งครัด
แสงทะลุผ่านพื้นที่เงาได้เฉพาะในมุมที่เล็กมากเท่านั้น เราจึงแทบไม่สังเกตเห็นมัน อย่างไรก็ตาม หากมีสิ่งกีดขวางเล็กๆ มากมายในเส้นทาง ระยะห่างระหว่างความยาวคลื่นแสงเพียงไม่กี่คลื่น เอฟเฟกต์นี้จะสังเกตเห็นได้ชัดเจนมาก
หากการล้มของหน้าคลื่นตกลงบนสิ่งกีดขวางขนาดใหญ่ชิ้นเดียวส่วนที่เกี่ยวข้องจะ "หลุดออก" ซึ่งในทางปฏิบัติไม่ส่งผลกระทบต่อพื้นที่ที่เหลือของหน้าคลื่นนี้ หากมีสิ่งกีดขวางเล็กๆ มากมายในเส้นทาง มันจะเปลี่ยนเนื่องจากการเลี้ยวเบนเพื่อให้แสงที่กระจายไปด้านหลังสิ่งกีดขวางจะมีหน้าคลื่นที่แตกต่างกันในเชิงคุณภาพ
การเปลี่ยนแปลงนั้นรุนแรงจนแสงเริ่มกระจายไปทางอื่น ปรากฎว่าการเลี้ยวเบนทำให้เราเปลี่ยนหน้าคลื่นเดิมให้แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ดังนั้นการเลี้ยวเบนจึงเป็นกลไกที่เราได้รับหน้าคลื่นลูกใหม่ อุปกรณ์ที่ก่อตัวในลักษณะข้างต้นเรียกว่าตะแกรงเลี้ยวเบน มาคุยกันให้ละเอียดกว่านี้
ตะแกรงเลี้ยวเบน
นี่คือจานเล็ก ๆ ที่มีเส้นบาง ๆ ขนานกันเป็นเส้นตรง แยกจากกันเป็นร้อยหรือพันมิลลิเมตร จะเกิดอะไรขึ้นหากลำแสงเลเซอร์มาบรรจบกับตะแกรงระหว่างทาง ซึ่งประกอบด้วยแถบสีเข้มและสว่างที่ไม่ชัดหลายแถบ ส่วนหนึ่งจะตรงผ่านตะแกรงและส่วนหนึ่งจะงอ ดังนั้นจึงมีการสร้างคานใหม่สองอันซึ่งออกจากตะแกรงในมุมหนึ่งไปยังลำแสงเดิมและตั้งอยู่ทั้งสองด้าน ถ้าลำแสงเลเซอร์หนึ่งมี ตัวอย่างเช่น หน้าคลื่นแบน ลำแสงใหม่สองอันที่ด้านข้างของลำแสงเลเซอร์ก็จะมีหน้าคลื่นแบนเช่นกัน ดังนั้นการผ่านลำแสงเลเซอร์ตะแกรงเลี้ยวเบนเราสร้างคลื่นหน้าใหม่สองอัน (แบน) เห็นได้ชัดว่าการเลี้ยวเบนตะแกรงเป็นตัวอย่างที่ง่ายที่สุดของโฮโลแกรม
การลงทะเบียนโฮโลแกรม
แนะนำหลักการพื้นฐานของการถ่ายภาพสามมิติควรเริ่มต้นด้วยการศึกษาหน้าคลื่นสองระนาบ การทำงานร่วมกันจะสร้างรูปแบบการรบกวนซึ่งถูกบันทึกบนแผ่นภาพถ่ายที่วางอยู่ในที่เดียวกับหน้าจอ ขั้นตอนนี้ของกระบวนการ (ครั้งแรก) ในการถ่ายภาพสามมิติเรียกว่าการบันทึก (หรือการลงทะเบียน) ของโฮโลแกรม
การบูรณะภาพ
เราจะถือว่าหนึ่งในคลื่นระนาบคือ A และที่สองคือ B คลื่น A เรียกว่าคลื่นอ้างอิง และ B เรียกว่าคลื่นวัตถุ นั่นคือ สะท้อนจากวัตถุที่มีภาพคงที่. อาจไม่แตกต่างจากเวฟอ้างอิงแต่อย่างใด อย่างไรก็ตาม เมื่อสร้างโฮโลแกรมของวัตถุจริงสามมิติ จะเกิดคลื่นแสงที่สะท้อนจากวัตถุที่ซับซ้อนมากขึ้น
รูปแบบการรบกวนที่แสดงบนฟิล์มถ่ายภาพ (นั่นคือ ภาพของตะแกรงเลี้ยวเบน) เป็นโฮโลแกรม สามารถวางในเส้นทางของลำแสงหลักอ้างอิงได้ (ลำแสงเลเซอร์ที่มีหน้าคลื่นแบน) ในกรณีนี้ หน้าคลื่นลูกใหม่ 2 หน้าจะเกิดขึ้นทั้งสองด้าน อย่างแรกคือสำเนาที่ถูกต้องของด้านหน้าของคลื่นของวัตถุ ซึ่งแพร่กระจายไปในทิศทางเดียวกับคลื่น B สเตจด้านบนนี้เรียกว่าการสร้างภาพใหม่
กระบวนการโฮโลแกรม
รูปแบบการรบกวนที่สร้างขึ้นโดยสองคนคลื่นที่เชื่อมโยงกันของระนาบหลังจากบันทึกลงบนจานภาพถ่ายแล้ว มันเป็นอุปกรณ์ที่ช่วยให้ในกรณีที่มีการส่องสว่างของคลื่นลูกใดคลื่นหนึ่งเหล่านี้ เพื่อคืนค่าคลื่นระนาบอื่น กระบวนการโฮโลแกรมจึงมีขั้นตอนดังต่อไปนี้: การลงทะเบียนและ "การจัดเก็บ" ที่ตามมาของด้านหน้าวัตถุคลื่นในรูปแบบของโฮโลแกรม (รูปแบบการรบกวน) และการฟื้นฟูหลังจากเวลาที่คลื่นอ้างอิงผ่านโฮโลแกรม
เวฟหน้าเป้าหมายสามารถเป็นอะไรก็ได้จริงๆ ตัวอย่างเช่น มันสามารถสะท้อนจากวัตถุจริงบางอย่างได้ หากในเวลาเดียวกัน มันสอดคล้องกับคลื่นอ้างอิง รูปแบบการรบกวนเกิดขึ้นจากหน้าคลื่นสองหน้าใดๆ ที่มีความเชื่อมโยงกัน รูปแบบการรบกวนเป็นอุปกรณ์ที่ช่วยให้ เนื่องจากการเลี้ยวเบนสามารถแปลงแนวหน้าเหล่านี้เป็นอีกรูปแบบหนึ่งได้ ที่นี่เป็นกุญแจสำคัญสำหรับปรากฏการณ์โฮโลแกรมที่ถูกซ่อนไว้ Dennis Gabor เป็นคนแรกที่ค้นพบที่พักแห่งนี้
การสังเกตภาพที่เกิดจากโฮโลแกรม
ในยุคของเรา อุปกรณ์พิเศษ โปรเจ็กเตอร์โฮโลแกรม กำลังเริ่มถูกใช้เพื่ออ่านโฮโลแกรม ช่วยให้คุณสามารถแปลงภาพจาก 2D เป็น 3D อย่างไรก็ตาม ในการดูโฮโลแกรมอย่างง่าย ไม่จำเป็นต้องใช้โปรเจ็กเตอร์โฮโลแกรมเลย มาพูดคุยกันสั้น ๆ เกี่ยวกับการดูภาพดังกล่าวกัน
ในการสังเกตภาพที่เกิดจากโฮโลแกรมที่ง่ายที่สุด คุณต้องวางมันให้ห่างจากดวงตาประมาณ 1 เมตร คุณต้องมองผ่านตะแกรงเลี้ยวเบนในทิศทางที่คลื่นระนาบ (สร้างใหม่) ออกมาเนื่องจากเป็นคลื่นระนาบที่เข้าตาผู้สังเกต ภาพโฮโลแกรมจึงแบนราบด้วย ดูเหมือนว่าเราจะเหมือน "ผนังตาบอด" ซึ่งส่องสว่างอย่างสม่ำเสมอด้วยแสงที่มีสีเดียวกับการแผ่รังสีเลเซอร์ที่สอดคล้องกัน เนื่องจาก "กำแพง" นี้ไม่มีคุณลักษณะเฉพาะ จึงไม่สามารถระบุได้ว่าอยู่ไกลแค่ไหน ดูเหมือนว่าคุณกำลังดูกำแพงที่ขยายออกไปซึ่งตั้งอยู่ในระยะอนันต์ แต่ในขณะเดียวกัน คุณจะเห็นเพียงส่วนหนึ่งของกำแพง ซึ่งคุณสามารถมองเห็นผ่าน "หน้าต่าง" เล็กๆ ซึ่งก็คือโฮโลแกรม ดังนั้น โฮโลแกรมจึงเป็นพื้นผิวที่ส่องสว่างสม่ำเสมอซึ่งเราไม่สังเกตเห็นสิ่งใดที่ควรค่าแก่ความสนใจ
Diffraction grating (โฮโลแกรม) ช่วยให้เราสังเกตเอฟเฟกต์ง่ายๆ ได้หลายอย่าง นอกจากนี้ยังสามารถแสดงให้เห็นได้โดยใช้โฮโลแกรมประเภทอื่นๆ เมื่อผ่านตะแกรงเลี้ยวเบนลำแสงจะถูกแยกออกและเกิดคานใหม่สองอัน ลำแสงเลเซอร์สามารถใช้ส่องตะแกรงเลี้ยวเบนได้ ในกรณีนี้ การแผ่รังสีควรมีสีแตกต่างจากที่ใช้ระหว่างการบันทึก มุมดัดของลำแสงสีขึ้นอยู่กับว่ามีสีอะไร หากเป็นสีแดง (ความยาวคลื่นที่ยาวที่สุด) แสดงว่าลำแสงดังกล่าวโค้งงอมากกว่าลำแสงสีน้ำเงินซึ่งมีความยาวคลื่นสั้นที่สุด
ผ่านตะแกรงเลี้ยวเบน คุณสามารถข้ามการผสมของสีทั้งหมดนั่นคือ สีขาว ในกรณีนี้ ส่วนประกอบสีแต่ละส่วนของโฮโลแกรมนี้จะงอในมุมของมันเอง เอาต์พุตเป็นสเปกตรัมคล้ายกับที่สร้างโดยปริซึม
การเลี้ยวเบนตะแกรงสโตรก
สโตรกของตะแกรงเลี้ยวเบนควรชิดกันมากเพื่อให้เห็นการโค้งงอของรังสีได้ ตัวอย่างเช่น หากต้องการดัดลำแสงสีแดง 20 องศา ระยะห่างระหว่างจังหวะจะต้องไม่เกิน 0.002 มม. หากวางไว้ใกล้กันมากขึ้น ลำแสงจะเริ่มโค้งงอมากยิ่งขึ้น ในการ "บันทึก" ตะแกรงนี้ จำเป็นต้องใช้จานถ่ายภาพ ซึ่งสามารถบันทึกรายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ ดังกล่าวได้ นอกจากนี้ จำเป็นต้องให้จานยังคงนิ่งสนิททั้งในระหว่างการสัมผัสและระหว่างการลงทะเบียน
ภาพอาจเบลออย่างเห็นได้ชัดแม้เคลื่อนไหวเพียงเล็กน้อย และมากจนแยกไม่ออกโดยสิ้นเชิง ในกรณีนี้ เราจะไม่เห็นรูปแบบการรบกวน แต่จะเห็นเพียงแผ่นกระจก สีดำหรือสีเทาสม่ำเสมอทั่วทั้งพื้นผิว แน่นอน ในกรณีนี้ เอฟเฟกต์การเลี้ยวเบนที่เกิดจากตะแกรงเลี้ยวเบนจะไม่ถูกทำซ้ำ
ส่งและโฮโลแกรมสะท้อนแสง
การเลี้ยวเบนของตะแกรงที่เราพิจารณาแล้วเรียกว่าการถ่ายทอด เนื่องจากมันทำหน้าที่ในแสงที่ลอดผ่านเข้าไป หากเราใช้เส้นตะแกรงที่ไม่ใช่แผ่นใส แต่บนพื้นผิวของกระจก เราก็จะได้ตะแกรงเลี้ยวเบนแสงสะท้อน มันสะท้อนแสงสีต่าง ๆ จากมุมที่ต่างกัน ดังนั้นจึงมีโฮโลแกรมขนาดใหญ่สองประเภท - แบบสะท้อนแสงและแบบส่งผ่าน อันแรกถูกสังเกตในแสงสะท้อน ในขณะที่อันหลังถูกสังเกตในแสงที่ส่องผ่าน
