From: Michael Lestinsky (Lestinsky_at_urz.uni-heidelberg.de)
Date: 10. Sep 1998
Hallo Liste,
wie auf dem Treffen am 9.9. versprochen, hier mal eine
Kurzbeschreibung ueber das Prinzip von Holographie:
Bei der herkoemmlichen Photographie/Bildern wird ja das Bild aus genau
einem Punkt aus, der Linse, aufgenommen. Die dreidimmensionale
Wahrnehmung beruht darauf, das man ein Bild aus 2 (!!!) Richtungen
sieht, dadurch, dass die Augen einen gewissen Abstand voneinander
haben. (Kann man durch zuhalten des einen Auges ausprobieren, dadurch
ist das Schaetzen von Entfernungen sehr viel schwerer, und nur noch
anhand der Groesse von Objekten abzuschaetzen)
Auf einem herkoemmlichen Bild ist dies nicht darstellbar, da aufgrund
der unterschiedlichen Winkel (Auge1-Objekt Auge2-Objekt) zwei leicht
gegeneinander verzerrte Bilder ueberlagert werden, welche ohne
weiteres von den Augen nicht getrennt werden kann.
Wie ist es nun moeglich auf einem 2-dimensionalen Blatt/Folie/Schirm
den Eindruck raeumlicher Tiefe zu suggerieren?
1. "3-D-Brille"
Es werden tatsaechlich zwei gegeneinander verzerrte Bilder
abgedruckt, jedoch eines in rot, das andere in gruen, die 3-D-Brille
filtert dann auf dem einen Auge den Rotanteil, auf dem anderen den
Gruenanteil weg => man sieht wieder das Bild aus 2 verschiedenen
Blickwinkeln und kann dadurch raeumliche Tiefe warnehmen
2. "3-D-Brille" (moderner und elektronisch)
Anders als die Herkoemmliche Brille erhaelt man hier 2, idR,
LCD-mini-Monitore vor die Augen, auf beiden sind die Bilder aus
verschiedenen Blickwinkeln => s.o.
3. "3-D-Brille" (antiquiert)
Dieses Verfahren ist aus dem 19. Jh bereits bekannt (seit
dem entstehen der Photographie). Hier erzeugt man wieder 2 Bilder
(hier jetzt Photographien) aus verschiedenen Blickwinkeln, platziert
sie auf einem Brillenaehnlichen Gestell, so das das eine Auge das eine
Bild, das andere Auge das andere Bild sieht. => s.o.
4. "3-D-Brille" (polarisiert)
Elektromagn. Wellen wie Licht haben eine
Polarisationsrichtung, wenn man die Polarisationrichtung ebenso wie
die rot-gruen-"Kanaele" in 1. verwendet, muesste sich theoretisch auch
auf diesem Weg ein 3D-Bild erzeugen lassen (keine Ahnung, ob das
technisch machbar ist, und ob es tatsaechlich genutzt wird)
5. "Das Magische Auge..."
Keine Ahnung, wie das Funktioniert, ich kann in diesen
Bildern absolut nichts erkennen :-(
6. "Holographie"
Bei der gewöhnlichen Photographie wird das vom Gegenstand
reflektierte Licht auf den Film abgelichtet, der die resultierende
Intensietaetsverteilung registriert; somit entsteht ein 2D-Bild.
Beim erzeugen eines Hologramms wird ein Laserstrahl in 2 Teile
aufgespalten, einen "Referenzstrahl" und einen
"Gegenstandsstrahl". Der Referenzstrahl wird direkt auf die
Photoplatte gestrahlt, der Gegenstandsstrahl wird auf den
abzulichtenden Gegenstand gestrahlt, das reflektierte Licht
interferiert dann mit dem Referenzstrahl auf der Photoplatte. Da jetzt
aber von jedem Punkt des Gegenstands aus eine Kugelwelle reflektiert
wird (Huygens'sches Prinzip) treffen auf der Photoplatte reflektierte
Gegenstandteilstrahlen aus vielen Richtungen und vor allem
Entfernungen ein. Aufgrund der unterschiedlichen Weglaengen, die die
einzelnen Teilstrahlen zurueckgelegt haben kommt es dann zu
Interferenzeffekten (-> Phasendifferenz), welche dann in einem
Interferenzmuster auf der Photoplatte in einer photochemischen
Reaktion aufgezeichnet werden. Wenn man nun die Photoplatte entwickelt
und mit einem (monochromatischen) kohaerenten Licht bestrahlt, dann
reflektiert das Interferenzmuster auf der Photoplatte abhaengig vom
Betrachtungswinkel wieder 2 gegeneinander verzerrte Bilder.
Das Problem bei der Erzeugung von Hologrammen ist:
a) Laser: er muss hochstabil und unheimlich monochromatisch sein,
b) Photoplatte: IIRC muss die Platte bis zu 1000 Zeilen pro Millimeter
aufloesen koennen, sonst kann das Interferenzmuster nicht
aufgezeichnet werden.
c) Optik: muss ebenfalls hochpraezise sein.
die Wellenlaenge von sichtbarem Licht betraegt 300(blau)-700(rot)
nanometer. Wenn also ein Strahl um eine halbe wellenlaenge gegen den
naechsten verschoben ist, dann erhaelt man "destruktive Interferenz"
(~Subtraktion der Intensitaeten, Ausloeschung), bei natuerlichen
Vielfachen der ganzen Wellenlaenge erhaelt man "Konstruktive
Interferrenz" (~Addition der Intensitaeten)
Daher ist die Kohaerenzlaenge des Lasers ein ganz entscheidender
Punkt, die typische Belichtungsdauer fuer die Photoplatte wird wohl
einige Sekunden bis Minuten dauern, innerhalb dieser Zeit darf sich
die Phasenbeziehung der einzelnen Wellenzuege nicht aendern.
In z.B. 10 Sekunden legt ein Lichtstrahl eine Strecke von 3 Mio.
Kilometern zurueck, auf dieser Laenge muss der Laser kohaerent sein.
(=> Teuer!)
Weitere Literatur:
Optik, Laser, Wellenmechanik, Interferenz, Holographie:
- Paul A. Tipler, "Physik", Spektrumverlag, Kapitel 33.11:
Holographie, Kap.33: Interferenzen)
- Gehrtsen, Physik, Springer Verlag
- Bergmann & Schaefer, Band 5 (?) Optik
Dreidimensionale Wahrnehmung:
- vermutlich jedes gute Buch ueber 1. Gehirn und 2. das Auge,
- evtl. Biologiebuch.
im Interent sind mir keine weiteren Quellen bekannt.
So, das wars erstmal, mehr weis ich jetzt auch so spontan nicht. Wenn
Ihr weitere Quellen wisst: her damit!
Bye
Michael
-- Michael Lestinsky PGP-key on request, subj: "get pgp-key" Lestinsky_at_urz.uni-heidelberg.de http://home.pages.de/~M.Lestinsky
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