hologramm

Mis on hologramm?

Uus Websteri sõnastik: -- laserivalguse abil tekitatud kolmemõõtmeline kujutis

Eesti Entsüklopeedia 3., lk. 467: -- holo- (täis-) ja grapho (kirjutan), interferentsmenetlus esemete ruumkujutise salvestamiseks ja nähtavaks muutmiseks

Mis on kolmemõõtmeline ehk ruumkujutis?

Inimese ruumitaju põhineb kolmel geomeetrilisel nähtusel:

perspektiiv tähendab seda, et vaatenurk esemele sõltub sellest, kui kaugelt teda vaadatakse.
Sama suured esemed (inimesed, puud, majad) paistavad eri kaugustel erineva nurga all -- mida lähemal ese asub, seda suurem on vaatenurk ja seda suurem ta paistab olevat. Teades esemete tegelikku kuju ja suurust, hindab inimene kolmandat mõõdet (dimensiooni) näiva suuruse ning kujumuutuse abil.
parallaks tähendab vaatesuuna muutumist erinevatest ruumipunktidest vaatamisel.
Kui inimene liigub (liigutab pead), muutub vaatesuund esmetele seda rohkem, mida lähemal on ese. Võrreldes vaateväljas olevate esemete omavahelist nihkumist, hindab inimene -- jällegi kogemustest lähtuvalt -- nende ruumilist paiknemist.
binokulaarne nägemine tähendab eseme(te) vaatlemist üheaegselt kahest erinevast punktist, näiteks kahe silma abil.
Asudes teineteisest 6 - 8 cm kaugusel, näevad silmad ümbritsevat maailma pisut erinevalt (esemed on parallaktilises nihkes). Inimese nägemismeel, tema aju "pilditöötluskeskus" muudab need kaks tasapinnalist pilti ühtseks ruumiliseks kujutiseks.

Ajaloo algaegadest peale on inimene püüdnud tema poolt nähtavat maailma kujutada, et seda teistele edasi anda või tuleviku tarbeks säilitada. Veel enne sõna- ja kirjakunsti teket püüti esemeid joonistada, tekitada nende võimalikult täpset kujutist. Ruumilise kujutise -- skulptuuri -- kõrval tekkis ja arenes tasapinnaline kujutis -- pilt, maal, gravüür, foto. Ja otsekohe märkas inimene nende ebatäielikkust: kujutis polnud ruumiline. Et saada täielikku ruumilist kujutist -- hologrammi -- tuleb täita ülal toodud kolm geomeetrilist nõuet.

Esimesena allutas inimene perspektiivi. See juhtus umbes 15. sajandil. Perspektiivi on lihtne paberile panna, tuleb vaid esemed joonistada õige suurusega ja pisut kohendada nende kuju. Lihtne küll, aga mitte triviaalne.

Ruumitaju kolmas element -- binokulaarne nägemine -- alistati möödunud sajandil. Selleks valmistatakse stereopaar -- kaks sama objekti fotot või joonist, mis on pildistatud (graafiliselt konstrueeritud) kahest lähestikku asuvast punktist. Stereopaari kahel komponendil on motiiv kujutatud parallaktilise nihkega ja kui vaadata ühe silmaga üht, teisega teist kujutist, õnnestub ruumitaju "ära petta".

Probleemiks on see, kuidas sundida kumbagi silma vaatama just oma pilti. Tunneme kolme meetodit:

stereoskoobis vaadatakse stereopaari binokli sarnase aparaadiga, millesse pannakse kummagi silma ette õige pilt. Teatud pingutusega on võimalik stereopaari vaadata ka ilma abivahenditeta, juhtides ühe silma ühele, teise teisele pildile.
anaglüüfil kujutatakse nihkes pildid samal väljal, aga silmade ette pannakse prillid, mille kumbki klaas lubab näha vaid üht nendest. Levinuim anaglüüf on kahevärviline: üks silm vaatab rohelist, teine punast kujutist. Stereokinos ja -televiisoris kasutatakse polaroidprille ning kujutist-anaglüüfi vaadatakse kord ühes, kord teises suunas polariseeritud valguses.
stereofotol on pildid trükitud ribadena ja neid varjab "ribakardin", mille vahelt üks silm näeb üht, teine teist fotot. Et neid pilte (postkaart, kirjamark) vaadatakse tavaliselt kindlalt kauguselt, on stereograafiline efekt tugev. Lähemalt või kaugemalt vaadates näeme tasapinnalist, ebateravat kujutist.

Parallaksi allutamine on traditsioonilises kunstis ning fotograafias võimatu. Võimaldab ju ruumis liikumine heita pilk neile esemeile, mis enne olid lähemal asuvate asjade varjus, tasapinnalisele pildile on nad aga kantud nii, nagu nad antud punktist paistavad. Parallaksi saab edasi anda vaid pildiseeria abil (kinos, televiisoris) -- nii arvati kuni selle sajandi kuuekümnendate aastateni, mil leiutati laserholograafia.

Mis on hologramm?

Füüsikalis-keemilise poole pealt on hologramm foto ( fotograph -- valguskujutis). Ta tekitatakse hõbedasooli sisaldavas emulsioonis valguse toimel, lagundades soola molekuli ja eraldades sellest ilmuti abil metallilise hõbeda. Pärast soolajääkide väljapesemist (kinnitamist) jäävad emulsiooni sisse hõbedaterakesed, mille optilised omadused erinevad emulsiooni omast. Tavafotol on läbipaistev emulsioon kantud valgele paberile, mille taustal metalliline hõbe tundub mustana. Tekib mustvalge pilt, kus mustad kohad tähistavad pildistamise hetkel heledamalt valgustatud alasid (negatiiv). Et saada õiget pilti, tuleb negatiiv uuesti pildistada; tulemust võime vaadata nii peegeldunud (foto) kui läbivas valguses (slaid).

Tavafoto pildistamisel lähtume geomeetrilise optika põhiseadusest -- valguse sirgjoonelisest levimisest. Objektilt lähtuvad valguskiired juhitakse fotoaparaadi objektiivi abil filmilindile, kuhu jäädvustub varjatud kujutis. Film töödeldakse ja saadakse tasapinnalised fotod.

Hologrammi pildistamisel jäädvustatakse fotoemulsioonis mitte eseme kujutis, vaid sellelt lähtuv valguslaine. See saab võimalikuks tänu laservalguse eripärale, mida füüsikas nimetatakse koherentsuseks. Kui tavalise valgusallika aatomid kiirgavad valgust juhuslikult, kõikvõimalikes suundades ja erinevate laineomadustega, siis laseri valgus on kogu aeg ühesugune. Vee pinnal levivate lainetega võrreldes on laserikiir nagu merelaine, tavavalgus aga nagu virvendus porilombis. Esemelt peegeldunud lainete kuju sõltub nii eseme pealelangevast valgusest (lainest) kui eseme enda kujust ja värvusest.

Loomulikult ei saa ruumis tohutu kiirusega levivat valguslainet kinni püüda. Seetõttu kasutatakse muusikas hästi tuntud nippi -- tekitatakse nn. seisevlaine, kus osakeste (näiteks pillikeele või trumminaha) võnked sõltuvad nede ruumilisest asukohast, jäädes ajas muutumatuks. Selleks tuleb liikuv laine kokku juhtida samasuguse nn. tugilainega. Kohtades, kus lained liituvad samas faasis (lainehari kohtub laineharjaga), tekib intensiivne võnkumine; seal, kus kokku saavad lainehari ja -org, võnkumine samahästi kui puudub.

Siin peitub hologrammi pildistamise idee: esemelt hajunud valgus tuleb kokku juhtida laserist otse tuleva valgusega. Lainete kohtumispiirkonnas tekib seisev valguslaine -- osas ruumipunktides on valgus intensiivsem, osas punktides nõrgem. Kus need punktid asuvad, sõltub ainuüksi hajunud lainest (laserivalgus on kogu aeg ühesugune). Seega kannab seisevlaine täielikku infot esemelt tuleva valguse kohta. Sellesama valguse, mis meie silma sattudes tekitab kujutise vaadeldavast esemest.

Edasi on vaid tehnika küsimus. Paneme seisevlaine piirkonda fotoemulsiooni, see säritub neissamus valguspunktides. Kui saadud pilt ilmutada, tekib fotoplaadile mitte midagi ütlev muster. Aga niipea, kui seda mustrit tugikiire suunast valgustada, taastub ruumis endine, objektilt lähtuv laine.

Miks? Tugivalgus hajub nendes samades punktides, kuhu on koondunud emulsiooni jäänud hõbeda aatomid, st seal, kus seisevlaine intensiivsus oli suurem. Tekib tohutu hulk punktikujulisi valgusallikaid, mis kõik kiirgavad laineid. Nagu ütleb laineoptika alus -- Huygens-Fresnel'i printsiip, kujuneb nende lainete liitumise -- interferentsi -- käigus uus valguslaine. Et hõbedaterad-valgusallikad paiknevad vastavalt pildistatavale lainele, taastuv endine valguslaine.

See ongi hologramm, täielik kujutis. Sattudes hologrammist kiirguvasse valgusvälja, näeme täpselt seda sama, mida näeme eset vaadates. Olemas on ruumnägemise kõik komponendid -- nii perspektiiv, parallaks kui binokulaarsed efektid.