Ε.Θ. ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΩΝ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΕΩΝ 6 ου

Transcript

1 E.M.Π.-ΣΧΟΛΗ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΩΝ ΜΗΧ/ΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΩΝ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΕΩΝ ΘΕΡΙΝΟ ΕΞΑΜΗΝΟ 2005 Ε.Θ. ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΩΝ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΕΩΝ 6 ου ιδάσκων: Α. Μ. ΚΟΥΡΝΙΑΤΗ Οµάδα εργασίας: ΜΠΑΚΟΛΑ ΕΛΕΝΗ (Α.Μ ) ΠΑΪΚΑ ΚΑΤΕΡΙΝΑ (Α.Μ ) ΠΑΛΑΙΟΛΟΓΟΥ ΓΑΡΥΦΑΛΙΑ (Α.Μ ) ΠΟΡΙΚΗ ΒΑΣΙΛΙΚΗ-ΓΙΑΝΝΟΥΛΑ (Α.Μ ) ΣΠΑΝΟΥ ΑΝΝΑ-ΜΑΡΙΑ (Α.Μ )

2 ΟΡΙΣΜΟΣ Η ολογραφία είναι η επιστήµη που έχει ως αντικείµενο µελέτης τα ολογράµµατα. Τα ολογράµµατα είναι τρισδιάστατες απεικονίσεις αντικειµένων, που καταγράφονται σε ένα λεπτό φιλµ, δίνοντας την ψευδαίσθηση ότι ίπτανται στο χώρο, ότι έχουν δηλαδή βάθος όπως και τα πραγµατικά αντικείµενα. Με άλλα λόγια, πρόκειται για µία τεχνική "φωτογράφησης" αντικειµένων κατά τρόπο που να δηµιουργείται στον παρατηρητή της εικόνας τρισδιάστατη εντύπωση. Για την κατασκευή ολογραµµάτων χρησιµοποιείται ακτινοβολία Laser και οπτικά εξαρτήµατα σε ειδικές εργαστηριακές διατάξεις. Η ολογραφία µπορεί να περιγραφεί ακόµη και ως ένας συγκεκριµένος τρόπος αποθήκευσης και να αναπαραγωγής ενός συνόλου οπτικών κυµάτων που προήλθαν από ένα τρισδιάστατο αντικείµενο. Το µέσο αποθήκευσης που ονοµάζεται ολόγραµµα δηµιουργείται εκθέτοντας ένα υψηλής ανάλυσης φωτοευαίσθητο υλικό σε φως από laser. Μετά την επεξεργασία του φωτοευαίσθητου υλικού το ολόγραµµα είναι έτοιµο για απεικόνιση. Όταν µια ακτίνα φωτός ακτινοβολεί το ολόγραµµα, κάποιος που κοιτάζει από µπροστά θα δει µια τρισδιάστατη ολογραφική εικόνα του αρχικού αντικειµένου. ΕΙ Η ΟΛΟΓΡΑΜΜΑΤΩΝ Υπάρχουν δύο ειδών ολογράµµατα ανάλογα µε τη διάταξη των οργάνων και τον τρόπο κατασκευής τους: το ολόγραµµα ανάκλασης (REFLECTION) και το ολόγραµµα µεταβίβασης(transmission). Το ολόγραµµα ανάκλασης δηµιουργείται όταν η δέσµη του λέιζερ περνά µέσα από την πλάκα, φτάνει στο αντικείµενο που είναι τοποθετηµένο πίσω σε αυτή, ανακλάται στην επιφάνεια του και επιστρέφει στην πίσω πλευρά της πλάκας. Η µέθοδος της ανάκλασης µπορεί να εφαρµοστεί και µε µία δέσµη φωτεινών ακτινών, χωρίς τη χρήση διασπαστή. Για την κατασκευή ενός ολογράµµατος µεταβίβασης απαιτείται ένας διασπαστής δέσµης (Beam Splitter), ο οποίος διασπά τις φωτεινές ακτίνες που παράγονται από το λέιζερ σε δύο δέσµες. Η µία δέσµη στοχεύει πρώτα στο αντικείµενο και στη συνέχεια ανακλάται

3 και κατευθύνεται στην ολογραφική πλάκα, ενώ η δεύτερη δέσµη προσπίπτει απ ευθείας πάνω στην πλάκα. Οι δύο δέσµες συναντώνται ταυτοχρόνως στην επιφάνεια της πλάκας, προκαλώντας το φαινόµενο της συµβολής κυµάτων και δηµιουργώντας κροσσούς συµβολής, δηλαδή άλλοτε φωτεινά και άλλοτε σκοτεινά σηµεία. Η αίσθηση βάθους στο ολόγραµµα προκύπτει από αυτή τη διαφορά φάσης των δύο κυµάτων. Όταν η πλάκα φωτιστεί, το φως που ανακλάται από τους κροσσούς συµβολής που έχουν τυπωθεί πάνω της, δηµιουργούν την ψευδαίσθηση της τρισδιάστατης εικόνας του αντικειµένου.

4 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑ ΡΟΜΗ Ο Ούγγρος φυσικός Dennis Gabor θεωρείται αυτός που εισήγαγε την θεωρία της ολογραφίας ενώ εργαζόταν σε βρετανικό εργαστήριο το Η ερευνητική του οµάδα προσπαθούσε να βελτιώσει την ανάλυση από εικόνες που παράγονται από µια συσκευή που ονοµάζεται ηλεκτρονικό µικροσκόπιο. Η συγκεκριµένη συσκευή χρησιµοποιεί δέσµες ηλεκτρονίων για να εξετάσει δοµές πολύ λεπτών αντικειµένων όπως µόρια κρυστάλλων. Ο Gabor πρότεινε έναν νέο τρόπο για να αποθηκεύσει και να µεγεθύνει τις χαµηλές ποιοτικά εικόνες που παράγονται από το ηλεκτρονικό µικροσκόπιο. Η µέθοδος του βασίζεται στις οµοιότητες που υπάρχουν µεταξύ των δεσµών ηλεκτρονίων και των δεσµών ορατού φωτός. Και οι δυο τύποι ακτινών έχουν παρόµοια κυµατοειδή χαρακτηριστικά, µια οπτική ιδιότητα που έγινε η αρχή της ιδέας του Gabor. Η διαδικασία αποθήκευσης εικόνων του Gabor βασίστηκε σε τρεις στόχους : Το αντικείµενο που πρόκειται να µελετηθεί, µια συγκεκριµένη πηγή ακτινών, που χρησιµοποιείται για να φωτίσει το αντικείµενο και ένα υλικό αποθήκευσης για να συλλάβει την εικόνα. Στο αρχικό πείραµα χρησιµοποίησε ένα λεπτό κοµµάτι καθαρό film σαν αντικείµενο, µια λάµπα υδραργύρου σαν µια πηγή ακτινών καθώς και ένα γυάλινο πιάτο επιστρωµένο µε φωτοευαίσθητο υλικό που χρησιµοποιείται σαν µέσο αποθήκευσης. Κάτι σαν την διαδικασία φωτογράφησης, ο Gabor χρησιµοποίησε την ακτίνα φωτός από την λάµπα για να φωτίσει το αντικείµενο. Η συγκεκριµένη αναφέρεται σαν ακτίνα αντικειµένου. Κατά την περίοδο έκθεσης των φωτεινών κυµάτων γινόταν αντανάκλαση από το αντικείµενο στο µέσω αποθήκευσης. Σε αντίθεση µε την φωτογραφία ενώ συνεχιζόταν η έκθεση φωτός, ο Gabor έκθεσε ταυτόχρονα το µέσω αποθήκευσης µε µια δεύτερη ακτίνα φωτός, παρόµοια µε την πρώτη µε την διαφορά ότι δεν φώτιζε το αντικείµενο. Αυτή ονοµαζόταν ακτίνα αναφοράς. Η αλληλεπίδραση των δυο ακτινών δηµιούργησε ένα µοναδικό πρότυπο στο φωτοευαίσθητο υλικό κατά την διάρκεια της διαδικασίας έκθεσης. Το πρότυπο δηµιουργήθηκε όταν τα οπτικά κύµατα στην ακτίνα αναφοράς συσχετίστηκαν µε τα οπτικά κύµατα της ακτίνας του αντικειµένου. Αυτά τα πρότυπα ονοµάστηκαν πρότυπα αλληλεπίδρασης. Οι φυσικοί που έχουν µελετήσει τα χαρακτηριστικά των κυµατοµορφών του φωτός γνώριζαν σχετικά µε τα πρότυπα

5 αλληλεπίδρασης αλλά ο Gabor ήταν ο πρώτος που κατάφερε να τα καταγράψει ώστε να συλλάβει και να αναπαράγει οπτικές εικόνες. Αυτές οι καταγραφές ονοµάστηκαν ολογράµµατα Στη συνέχεια, οι επιστήµονες, µε νέες τεχνικές και µεθόδους, πέτυχαν την αναπαραγωγή της εικόνας µε κοινό λευκό φως (αντί λέιζερ), καθώς και την αναπαραγωγή της κίνησης των σωµάτων. Τα τελευταία χρόνια, οι αρχές της ολογραφίας εφαρµόστηκαν µε εντυπωσιακά αποτελέσµατα σε πολλούς κλάδους της επιστήµης. ΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΟΛΟΓΡΑΜΜΑΤΩΝ Για να γίνει ένα ολόγραµµα, η φωτογραφική πλάκα φωτίζεται από µια δέσµη λέιζερ. Παράλληλα. µια δεύτερη δέσµη ακτινών λέιζερ φωτίζει το υπό φωτογράφηση αντικείµενο και το ανακλώµενο φως της πέφτει κι αυτό στη φωτογραφική πλάκα. Το πρότυπο παρεµβολής (η ανάµειξη δηλαδή των δύο ακτινών λέιζερ) αιχµαλωτίζεται έτσι στη πλάκα. Οταν εµφανιστεί το φιλµ (το οποίο είναι λεπτό, διαφανές, µε πάχος µερικά χιλιοστά του χιλιοστοµέτρου) αυτό που φαίνεται είναι ένας ακατανόητος στρόβιλος φωτεινών και σκοτεινών γραµµών. Μόλις όµως το φιλµ φωτιστεί από µια άλλη δέσµη λέιζερ, εµφανίζεται µια τρισδιάστατη εικόνα του αρχικού αντικειµένου. Τα φυσικά φαινόµενα δηλαδή που συνεισφέρουν στην δηµιουργία των ολογραµµάτων είναι η περίθλαση και η συµβολή του φωτός. Σύµφωνα µε αυτά τα φαινόµενα, όταν το φως διέρχεται από πολύ µικρές οπές ή αντανακλάται από µικρά κάτοπτρα, δεν προχωρεί ευθεία, αλλά κάθε οπή ή κάτοπτρο συµπεριφέρεται σαν µία πηγή φωτός, που ακτινοβολεί προς όλες τις κατευθύνσεις. Ένα ολόγραµµα περιέχει δισεκατοµµύρια τέτοιων οπών ή κατόπτρων. Ο συνδυασµός του φωτός που εξέρχεται από τις µικρές αυτές πηγές φωτός, δηµιουργεί την ψευδαίσθηση ότι το αντικείµενο ίπταται στον χώρο. Γενικά, η διαδικασία είναι αρκετά περίπλοκη και περιλαµβάνει ειδικές τεχνικές. Επιγραµµατικά, στην αρχή γίνεται καταγραφή του ολογράµµατος στο εργαστήριο και σε αυτό το στάδιο προκύπτει ολόγραµµα που είναι ορατό µόνο µε ακτινοβολία λέιζερ. Με περαιτέρω επεξεργασία και αφού ολοκληρωθούν ορισµένα ενδιάµεσα στάδια, η διαδικασία ολοκληρώνεται µε την παραγωγή των αντιγράφων, τα οποία είναι ορατά αν φωτιστούν µε κοινούς λαµπτήρες (σποτάκι αλογόνου). Πρέπει να έχουµε υπόψη ότι πάντοτε

6 καταγράφουµε ως ολόγραµµα ένα ή περισσότερα αντικείµενα. Σε συνεργασία µε τον πελάτη καθορίζουµε το µέγεθος, τον τύπο του ολογράµµατος (διαπερατό ή ανακλαστικό), το µέγεθος, την παράσταση που θα περιέχει και τον αριθµό των αντιγράφων που θα παραχθούν. Το κόστος εξαρτάται από όλα τα παραπάνω. ΕΜΦΑΝΙΣΗ Επιγραµµατική περιγραφή της διαδικασίας: - DEVELOPPER, διάρκεια έκθεσης 2 λεπτά - ΑΠΟΣΤΑΓΜΕΝΟ ΝΕΡΟ, ξέπλυµα για 30 δεύτερα - BLEACH (λευκαντής), µέχρι πλήρους λεύκανσης της πλάκας - ΤΡΕΧΟΥΜΕΝΟ ΝΕΡΟ, ξέπλυµα για 5 λεπτά - PHOTO FLOW, διάρκεια έκθεσης 30 δεύτερα για την αποφυγή εµφάνισης στιγµάτων - Στέγνωµα ΠΡΟΒΟΛΗ Τα ολογράµµατα αφού αναρτηθούν στην θέση που επιθυµούµε, φωτίζονται από ορισµένη γωνία µε σποτάκι αλογόνου. Ο φωτισµός µπορεί να είναι επάνω η κάτω από το ολόγραµµα. Αυτό πρέπει να καθοριστεί πριν από την δηµιουργία του. Αφού κατασκευαστεί το ολόγραµµα, η θέση του φωτισµού δεν µπορεί να αλλάξει. ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ-ΟΛΟΓΡΑΦΙΑ Σε µια φωτογραφία, οι αυξοµειώσεις της έντασης του φωτός αποτυπώνονται πάνω στο φιλµ, ενώ το είδωλο σχηµατίζεται από συνηθισµένα φωτεινά κύµατα και είναι "δισδιάστατο". Στο ολόγραµµα χρειαζόµαστε ακτίνες laser, και όχι συνηθισµένο φως, καθώς επίσης δύο οµάδες ακτινών και όχι µία. Μια οµάδα ακτινών ανακλάται από το αντικείµενο και πέφτει πάνω στο φιλµ. Η δεύτερη οµάδα των ακτινών φτάνει στο φιλµ χωρίς να περάσει από το αντικείµενο.

7 Στην περιοχή συνάντησης των δύο οµάδων δηµιουργούνται κροσσοί συµβολής, που αποτυπώνονται πάνω στο φιλµ. Όταν κοιτάζουµε το ολόγραµµα, αυτοί οι κροσσοί δηµιουργούν το τρισδιάστατο είδωλο. Βασική διαφορά τους είναι ότι στην φωτογραφία απεικονίζεται στη φωτογραφική επίστρωση η ένταση της ακτινοβολίας που προκύπτει από κάθε σηµείο του αντικειµένου, ενώ στην ολογραφία απεικονίζεται η συµβολή των κυµάτων δύο φωτεινών δεσµών (των ανακλώµενων κυµάτων από το αντικείµενο και της δέσµης αναφοράς). Ακόµη, αν το ολόγραµµα ενός τριαντάφυλλου για παράδειγµα κοπεί στη µέση και ύστερα φωτιστεί από ένα λέιζερ, το κάθε µισό θα συνεχίσει να περιέχει ολόκληρη την εικόνα του τριαντάφυλλου. Μάλιστα, ακόµα και αν τα δύο µισά ξανακοπούν στη µέση, κάθε κοµµάτι του φιλµ θα περιέχει πάντοτε µια µικρότερη αλλά πλήρη εκδοχή της αρχικής εικόνας. Αντίθετα από την κανονική φωτογραφία δηλαδή, κάθε κοµµάτι του ολογράµµατος περιέχει όλες τις πληροφορίες που διαθέτει το σύνολο. Ι ΕΑΤΟ ΠΑΡΑΘΥΡΟ Το ολόγραµµα δηµιουργεί ένα ιδεατό παράθυρο, µέσα από το οποίο και µόνο φαίνεται το αντικείµενο. Αν κοιτάξουµε έξω από το παράθυρο το αντικείµενο δεν είναι ορατό. Στο παρακάτω σκίτσο το ολόγραµµα φαίνεται ολόκληρο από τη θέση 1. Από τη θέση 3 δεν φαίνεται, ενώ από τη θέση 2 φαίνεται το κάτω µισό. Μπορούµε να κατασκευάσουµε ολογράµµατα που είναι ορατά από όποια θέση και αν τα παρατηρούµε. Το µειονέκτηµα αυτών των ολογραµµάτων είναι ότι δεν είναι πολύ φωτεινά.

8 ΑΡΘΡΟ ΑΠΟ ΤΟ ΙΑ ΙΚΥΟ Ψηφιακές οπτασίες 15 Ιουνίου 2005 Τσιπ µε καθρέπτες προβάλλει τις πρώτες ολογραφικές ταινίες Οι εικόνες αιωρούνται µέσα σε δοχεία µε αγαρόζη ή στοίβες από πλάκες υγρών κρυστάλλων Ντάλας : Η πρώτη ολογραφική τηλεόραση -το τρισδιάστατο αντίστοιχο των ασπρόµαυρων δεκτών της δεκαετίας του δηµιουργήθηκε σε ένα µικρό ιατρικό εργαστήριο στο Πανεπιστήµιο του Τέξας. Οι κινούµενες εικόνες δηµιουργούνται από ένα τσιπ µε καθρέπτες και αιωρούνται µέσα σε δοχεία µε τζελ. Το πειραµατικό σύστηµα ολογραφικής προβολής δηµιουργήθηκε από τον καθηγητή Βιοχηµείας Χάρολντ Γκάρνερ, µε σκοπό να χρησιµοποιηθεί αρχικά για τρισδιάστατες κινούµενες «τοµογραφίες» εσωτερικών οργάνων, εξηγεί ανακοίνωση του Ιατρικού Κέντρου Southwestern του πανεπιστηµίου. Συσκευές ολογραφικού βίντεο θα µπορούσαν να χρησιµοποιούνται σε µία ή δύο δεκαετίες σε µαχητικά αεροσκάφη, σε στρατιωτικά κράνη, σε βιντεοπαιχνίδια, και τελικά στα σπίτια. Το σύστηµα του Γκάρνερ βασίζεται σε ένα µικρό τσιπ της Texas Instruments, κατασκευασµένο από πυρίτιο και καλυµµένο µε περίπου ένα εκατοµµύριο καθρέπτες. Παρόµοια τσιπ χρησιµοποιούνται στους οικιακούς βιντεοπροβολείς. Τα τσιπ αυτά επεξεργάζονται το σήµα του βίντεο και αλλάζουν τη γωνία των καθρεπτών ώστε να ανακλούν κατάλληλα το φως του προβολέα και να σχηµατίζουν την εικόνα στην οθόνη. Στην περίπτωση του ολογραφικού βίντεο, το φως δεν προέρχεται από έναν κανονικό λαµπτήρα, από ένα λέιζερ, δηλαδή από µονοχρωµατικό φως χωρίς διαφορές φάσεις. Επιπλέον, το σήµα του βίντεο περιέχει µια διαδοχή από δύο «συµβολογράµµατα» εικόνες που σε δύο διαστάσεις φαίνονται σαν θόρυβος σε κανονική τηλεόραση, αλλά όταν προβληθούν ταυτόχρονα σχηµατίζουν την ολογραφία. Οι εικόνες αιωρούνται πάνω από τη συσκευή µέσα σε δοχεία που περιέχουν αγαρόζη, ένα διαφανές τζέλ, ή µέσα σε στοίβες από πλάκες υγρών κρυστάλλων. Το πειραµατικό σύστηµα του Γκάρνερ δείχνει πάντως ταινίες αµυδρές και χαµηλής ανάλυσης και σίγουρα απέχει πολύ από την ολογραφική τηλεόραση για οικιακή χρήση. Παρουσιάζει ωστόσο το πλεονέκτηµα ότι δέχεται σήµα από οποιαδήποτε ψηφιακή πηγή και µπορεί να χρησιµοποιηθεί, για παράδειγµα, για το συνδυασµό µαγνητικών και αξονικών τοµογραφιών και τη δηµιουργία τρισδιάστατων ταινιών του ανθρώπινου σώµατος.

9

10

11