Name: recording ultra-realistic full-color analog holograms for use in a moving hologram display
Uploaded: 2020-01-14T14:00:00
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La présente recherche a été menée par la subvention de recherche de l'Université de Kwangwoon en 2019.

CAUTION : Toutes les pratiques de sécurité appropriées doivent être suivies lors de l'utilisation de lasers12 et de produits chimiques, y compris l'utilisation d'équipements de protection individuelle tels que des lunettes de sécurité, des lunettes, des gants et des blouses de laboratoire.
1. Création de contenu
<ol><li>Modélisez les différents éléments de la scène (caractère et arrière-plan) avec des programmes d'infographie 3D tels que Blender, un ens...

<ol>
	<li>Geng, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+display+technologies.">Three-dimensional display technologies.</a> Advances in Optics and Photonics. 5 (4), 456-535 (2013).</li><li>Lim, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=360-degree+tabletop+electronic+holographic+display.">360-degree tabletop electronic holographic display.</a> Optics Express. 24 (22), 2499 (2016).</li><li>Sugie, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-performance+parallel+computing+for+next-generation+holographic+imaging.">High-performance parallel computing for next-generation holographic imaging.</a> Nature Electronics. 1 (4), 254 (2018).</li><li>Ogle, K. 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H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultimate+04+the+new+reference+for+ultra-realistic+color+holography.">Ultimate 04 the new reference for ultra-realistic color holography.</a> 2017 International Conference on Emerging Trends &amp; Innovation in ICT (ICEI). , 162-166 (2017).</li><li>International Electrotechnical Commission. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=IEC+60825-1:+2014.+Safety+of+laser+products-Part+1:+Equipment+classification+and+requirements.">IEC 60825-1: 2014. Safety of laser products-Part 1: Equipment classification and requirements.</a> IEC Geneva. 3, (2014).</li><li>Kun, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reconstruction+and+development+of+a+3D+printer+using+FDM+technology.">Reconstruction and development of a 3D printer using FDM technology.</a> Procedia Engineering. 149, 203-211 (2016).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Covestro Deutschland AG, Bayfol HX200 Datasheet. , (2018).</li><li>Bjelkhagen, H. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silver+Halide+Recording+Materials+for+Holography+and+Their+Processing.">Silver Halide Recording Materials for Holography and Their Processing.</a> Springer Series in Optical Sciences. 66, (1993).</li></ol>

Traditionnellement, le film stop-motion utilise des marionnettes ou des modèles en argile. Pour éviter le mouvement et obtenir une image lumineuse au moment de l'enregistrement de l'hologramme, un ensemble de caractères imprimés en 3D et des arrière-plans sont choisis. En outre, les différents éléments sont attachés fermement et sans stress dans la boîte. Si un élément est fixé avec contrainte ou se déplace pendant l'enregistrement, il apparaîtra noir ou frangé dans l'hologramme final. L'impression 3D est...

Les affichages tridimensionnels (3D) sont un sujet de recherche important1,2,3 et la plupart des approches actuelles utilisent le principe stéréoscopique4 qui cause l'inconfort visuel et la fatigue5,6. Le Fantatrope est un nouveau type pratique d'affichage 3D holographique dynamique qui peut montrer une courte animation en couleur sans avoir besoin d'aides spéciales à la visualisation7. Un Fantatrope utilise une série de douze hologrammes en couleur correspondant aux différentes phases d'une animation. Tous les hologrammes utilisés dans cet appareil doivent être ultra-réalistes et présenter la même luminosité, la transparence et les couleurs homogènes. L'enregistrement d'un seul hologramme couleur de haute qualité reste difficile, même pour les praticiens expérimentés. Bien que les choix de la technique d'enregistrement et du matériel holographique soient des points clés importants, il y a plusieurs autres détails qui sont cruciaux pour enregistrer avec succès de tels hologrammes.
Pour ce protocole, une séquence cyclique de douze images différentes est d'abord créée avec un programme d'infographie 3D et tous les éléments sont imprimés en 3D pour devenir des modèles hologrammes. Ces hologrammes sont enregistrés avec la méthode à faisceau unique8 introduite par Yuri Denisyuk en 1963 qui permet l'enregistrement d'hologrammes ultra-réalistes avec un parallaxe complet de 180 degrés. Une configuration en couleur Denisyuk utilise trois lasers différents (rouge, vert et bleu) combinés pour obtenir un faisceau laser blanc. Émulsions d'halogénure argentée sont le meilleur choix de matériel d'enregistrement9 et seulement quelques émulsions en couleur d'argent-halogénure sont disponibles9,10. En outre, pour enregistrer la longueur d'onde bleue sans flou, une émulsion iso-panchromatique avec une résolution de plus de 10.000 lignes/mm est nécessaire.
Dans ce protocole, l'ensemble d'hologrammes sont enregistrés sur des plaques de 4 pouces x 5 pouces, à l'aide d'un matériau spécialement conçu pour l'enregistrement des hologrammes analogiques en couleur sans aucune diffusion et est fait isopanchromatique pour tous les lasers visibles communs utilisés dans l'holographie de couleur (voir tableau des matériaux). Le grain est si fin (4 nm) que toute longueur d'onde visible peut être enregistrée à l'intérieur sans aucune diffusion11. En outre, chaque hologramme est développé à l'aide d'un processus chimique sûr et non taché développé pour les émulsions ultimes.
Ce protocole détaillé est destiné à aider les praticiens nouveaux et expérimentés dans le domaine de l'holographie analogique pour éviter de nombreux pièges communs associés à l'enregistrement des hologrammes Denisyuk en couleur; il peut également fournir une approche pour apprendre à utiliser les matériaux holographiques d'argent-haïde ultimes et les produits chimiques pour obtenir des résultats fiables et reproductibles.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Black marker</td>
			<td>Monami</td>
			<td>Magic Cap</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FDM monochrome 3D printer</td>
			<td>Anet</td>
			<td>A8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Holographic bleach</td>
			<td>Ultimate Holography</td>
			<td>BLEACH-1L</td>
			<td>Non-toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Holographic developer</td>
			<td>Ultimate Holography</td>
			<td>REV-U08-1.2</td>
			<td>Non-toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Holographic plates</td>
			<td>Ultimate Holography</td>
			<td>U04P-VICOL-4X5</td>
			<td>Light-sensitive</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser (DPSS 532 nm 100 mW)</td>
			<td>Cobolt</td>
			<td>Samba</td>
			<td>Follow safety practices</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser (DPSS 473 nm 50 mW)</td>
			<td>Cobolt</td>
			<td>Blue</td>
			<td>Follow safety practices</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser (HeNe 633 nm 21 mW)</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>HNL210L</td>
			<td>Follow safety practices</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser power meter</td>
			<td>Sanwa</td>
			<td>LP1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matte black spray paint</td>
			<td>Plasti-kote</td>
			<td>3101</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope objective</td>
			<td>Edmund Optics</td>
			<td>40X 0.65 NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pinhole</td>
			<td>Edmund Optics</td>
			<td>10 &#956;m</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spatial Filter Movement</td>
			<td>Edmund Optics</td>
			<td>39-976</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV glue</td>
			<td>Vitralit</td>
			<td>6127</td>
			<td>Use gloves</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wetting agent</td>
			<td>Kodak</td>
			<td>Photo-Flo</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>White PLA filament</td>
			<td>Hatchbox</td>
			<td>PLA-1KG1.75-BLK</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>X-cube</td>
			<td>Edmund Optics</td>
			<td>54-823</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

recording ultra-realistic full-color analog holograms for use in a moving hologram display

Cet article démontre une méthode pour enregistrer un ensemble de douze hologrammes analogiques ultra-réalistes en couleur présentant la même luminosité, transparence et couleurs homogènes pour la fabrication d'un Fantatrope, un affichage 3D holographique dynamique, sans avoir besoin de aides à l'écoute spéciales. La méthode comprend l'utilisation de la technologie d'imprimante 3D, d'une configuration optique Denisyuk couleur à faisceau unique avec trois lasers de faible puissance (rouge, vert et bleu) et d'une émulsion holographique iso-panchromatique à haute sensibilité à l'halogénure d'argent spécialement conçue pour l'enregistrement d'hologrammes analogiques sans aucune diffusion. Une animation cyclique est créée avec un programme d'infographie 3D et différents éléments sont imprimés en 3D pour former des modèles pour les hologrammes. Les hologrammes sont enregistrés avec une configuration holographique en couleur et développés à l'aide de deux bains chimiques simples. Pour éviter toute variation de l'épaisseur de l'émulsion, les hologrammes sont scellés avec de la colle optique. Les résultats confirment que tous les hologrammes enregistrés avec ce protocole présentent les mêmes caractéristiques, qui leur permettent d'être utilisés dans le Fantatrope.

Le contenu 3D a été créé et une séquence cyclique de douze images a été imaginée, et les différents éléments ont ensuite été imprimés et peints en 3D (Figure 1). Une configuration optique couleur à faisceau unique Denisyuk a été assemblée pour enregistrer des hologrammes (Figure 2). Après l'enregistrement, les hologrammes ont été développés et scellés (Figure 3) pour obtenir un ensemble de douze hologrammes analogiques ultra-réalistes en couleur ...

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Recording Ultra-Realistic Full-Color Analog Holograms for Use in a Moving Hologram Display

Nous présentons un protocole pour enregistrer un ensemble d'hologrammes analogiques ultra-réalistes en couleur, montrant la même luminosité, transparence et couleurs homogènes, sur des émulsions holographiques d'argent-halogénure ultra-fine pour la fabrication d'une 3D holographique dynamique Affichage.

Enregistrement ultra-réaliste Full-Color Analog Holograms pour une utilisation dans un affichage Hologramme en mouvement

This paper demonstrates a method to record a set of twelve ultra-realistic full-color analog holograms presenting the same brightness, transparency and ...

L’enregistrement d’un seul hologramme analogique de haute qualité reste difficile même pour les praticiens expérimentés. Ce protocole donne plusieurs points clés cruciaux et des détails pour enregistrer avec succès de tels hologrammes. Ce protocole permet d’obtenir un ensemble d’hologrammes en couleur ultra-réalistes présentant la même luminosité, la même transparence et des couleurs homogènes avec l’utilisation du matériau holographique ultime et des produits chimiques.Ce protocole détaillé est destiné à aider les praticiens nouveaux et aussi expérimentés dans le domaine de l’holographie analogique afin d’éviter de nombreux pièges communs associés à l’enregistrement d’hologrammes en couleur. Cette démonstration visuelle de cette méthode est essentielle pour mettre en évidence tous les détails qui permettent d’avoir des résultats reproductibles et d’obtenir de bons hologrammes. Pour commencer, modélisez les différents éléments de la scène avec le programme d’infographie 3D Blender, un ensemble d’outils logiciels 3D libres et open source.Créez une animation cyclique à 12 images. Imprimez les caractères et l’arrière-plan à la même échelle à l’aide d’une imprimante 3D monochrome de modélisation de dépôt fusionnée avec un filament d’acide polylactique blanc. Utilisez du papier de verre pour éliminer les défauts d’impression.Peindre à la main les différents éléments avec de la peinture acrylique. Installez la boîte d’enregistrement et fixez l’arrière-plan dans une boîte rigide en bois pour éviter le mouvement. À l’aide de colle ou de plasticine, fixez fermement le caractère imprimé 3D à l’intérieur de la boîte sans appliquer de stress.Sur une table optique avec projecteur vert, assemblez une configuration optique denisyuk en couleur pour enregistrer les hologrammes. Utilisez un laser au néon à hélium rouge de 633 nanomètres et 20 milliwatts, un nanomètre à l’état solide à diode verte à 532 nanomètres et 20 milliwatts, ainsi qu’un 473 nanomètres à l’état solide à diode bleue et 20 milliwatts. Placez deux miroirs pour les lasers rouges et bleus pour obtenir quatre degrés de liberté.Combinez les trois faisceaux laser avec un prisme en cubes X pour obtenir un faisceau laser blanc qui passe à travers le même filtre spatial. D’une distance d’un mètre et d’un angle de 45 degrés, illuminez la boîte d’enregistrement avec les poutres divergentes. Utilisez les miroirs rouges et bleus pour obtenir un faisceau blanc homogène projeté sur le plan de l’objet.À l’aide d’un compteur de puissance, mesurer l’intensité de chaque laser horizontalement à la position de la plaque holographique. Déterminer le temps d’exposition en fonction du manuscrit. Fermez le faisceau laser avec un obturateur.L’obturateur électronique avec une insurrable est capable de contrôler le temps d’exposition avec précision. Pour préparer les assiettes sous un feu vert, retirer les plaques holographiques du réfrigérateur et les conserver à température ambiante dans une boîte noire fermée pendant une heure avant l’enregistrement. Assombrissez le bord supérieur de la plaque avec un marqueur noir pour éviter la réflexion interne.Ensuite, configurer la plaque d’enregistrement. Souffler sur la plaque pour déterminer le côté émulsion sans que la vapeur n’apparaisse. Placez le côté émulsion de plaque holographique vers le bas sur la boîte d’enregistrement.Laissez-le se stabiliser pendant cinq minutes avant l’enregistrement. Ouvrez l’obturateur pour exposer la plaque d’enregistrement pour la quantité calculée de temps d’exposition. Ensuite, gardez la plaque enregistrée dans une boîte fermée loin de la lumière.Sous la lumière normale, mélanger 10 millilitres de développeur avec 90 millilitres d’eau distillée ou déminéralisée dans un plateau. Chauffer le développeur à 22 degrés Celsius précisément dans un four à micro-ondes et vérifier avec un thermomètre. Sous un feu vert, placez la plaque exposée dans le plateau et submergez-la rapidement côté émulsion vers le haut dans le développeur et agitez lentement pendant quatre minutes précisément.Retirez le développeur et lavez la plaque dans son plateau sous l’eau courante du robinet pendant 30 secondes, ce qui permet à l’eau de déborder dans un évier. Sous la lumière normale, la plaque a une couleur jaune pâle ou orange. Placez la plaque développée dans le plateau avec de l’eau de Javel et submergez-la rapidement côté émulsion vers le haut sans agitation.Gardez la plaque dans l’eau de Javel jusqu’à ce qu’elle devienne entièrement transparente. Retirer l’eau de Javel et laver la plaque dans son plateau sous l’eau courante du robinet pendant deux minutes, ce qui permet à l’eau de déborder dans un évier. Remplissez ensuite le plateau d’une solution d’eau déminéralisée ou distillée avec quelques gouttes d’agent mouillant et submergez la plaque dans le côté émulsion du plateau vers le haut sans agitation pendant une minute.Ensuite, retirez la plaque du plateau et séchez-la verticalement pendant 15 à 20 minutes. L’hologramme est visible sous l’éclairage de la lumière blanche. Pour placer l’objet suivant dans la boîte d’enregistrement avec une grande précision, utilisez une méthode holographique de peau d’oignon sous un safelight vert en remplaçant l’hologramme transparent précédent à sa position d’enregistrement et en observant les deux images en même temps sous l’illumination laser pour vérifier que le nouveau caractère est bien positionné.Pendant que la plaque est encore humide, utilisez un scalpel pour gratter cinq millimètres de l’émulsion autour des bords. Chauffer un millilitre de colle UV, l’hologramme et une plaque de verre propre de taille égale dans un four à 30 degrés Celsius pendant 10 minutes. Laminer l’hologramme sur la plaque de verre propre à l’aide d’une colle.Exposez le côté verre propre de l’hologramme à la lumière du soleil et la colle UV durcit dans les cinq minutes. Ensuite, lavez l’hologramme scellé avec de l’eau et du savon, séchez-le avec du papier de soie. Noircissez le dos de celui-ci avec de la peinture en aérosol noir mat.Montez les 12 hologrammes dans l’ordre chronologique dans les cadres régulièrement placés dans le cylindre de la Fantatrope. Faites pivoter le Fantatrope graduellement jusqu’à ce qu’il atteigne une vitesse constante de deux tours par seconde. Une lumière stroboscopique À LED RGB synchronisée avec la vitesse de rotation illumine avec succès les différents cadres pour créer une succession rapide d’images et produire l’illusion du mouvement.Dans ce protocole, une configuration optique en couleur à faisceau unique Denisyuk a été assemblée pour enregistrer des hologrammes analogiques. Après enregistrement, les hologrammes ont été développés, blanchis et scellés pour obtenir un ensemble de 12 hologrammes analogiques en couleur ultra-réalistes avec un 180 degrés montrant la même luminosité, la transparence et les couleurs homogènes. Le Fantatrope avec les 12 hologrammes analogiques en couleur montés dans l’ordre chronologique a été actionné avec succès.Il a généré l’effet d’un écran 3D dynamique sans avoir besoin d’aides spéciales de visualisation. Lorsque la vitesse de rotation du cylindre s’est accélérée, le caractère est apparu comme s’il était en mouvement. Pour obtenir des résultats reproductibles, illuminez la plaque avec trois faisceaux homogènes, utilisez un paramètre pour déterminer le temps d’exposition et respecter les mêmes temps de développement et la même température pour chaque plaque.Pour éviter toute variation d’image et d’épaisseur, les hologrammes sont scellés avec de la colle. Les hologrammes scellés peuvent être retournés et utilisés comme des maîtres pour enregistrer des hologrammes flottants H2 avec la même configuration. L’enregistrement d’hologrammes présentant la même luminosité, la même transparence et les mêmes couleurs homogènes permet la création du phototrope, le premier affichage holographique dynamique.Les plaques holographiques ultimes sont développées avec un processus chimique sûr et non soudé, mais emploient l’équipement protecteur personnel comme des lunettes, des verres, des gants, et des manteaux de laboratoire en utilisant des lasers, de la colle, et de la peinture.

Research

JoVE Journal

Engineering

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