Hareketli Hologram Ekranda Kullanılmak Üzere Ultra Gerçekçi Tam Renkli Analog Hologramları Kaydetme

Dinamik holografik 3D'nin üretimi için ultra ince taneli gümüş-halide holografik emülsiyonlar üzerinde aynı parlaklığı, şeffaflığı ve homojen renkleri gösteren ultra gerçekçi tam renkli analog hologramları kaydetmek için bir protokol sıyoruz. Görüntü.

Bu kağıt, bir Fantatrope, dinamik holografik 3D ekran, gerek kalmadan imalatı için aynı parlaklık, şeffaflık ve homojen renkler sunan on iki ultra-gerçekçi tam renkli analog hologramlar bir dizi kaydetmek için bir yöntem göstermektedir özel görüntüleme yardımcıları. Bu yöntem, 3D yazıcı teknolojisi, üç düşük güçlü lazer (kırmızı, yeşil ve mavi) ile tek ışınlı tam renkli Denisyuk optik kurulum ve özel olarak tasarlanmış bir izo-pankromatik yüksek duyarlı gümüş-halide holografik emülsiyon içerir herhangi bir difüzyon olmadan analog hologramlar kayıt. Döngüsel bir animasyon 3D bilgisayar grafik programı ile oluşturulur ve farklı öğeler hologramlar için modeller oluşturmak için 3D yazdırılır. Hologramlar tam renkli holografik kurulum ile kaydedilir ve iki basit kimyasal banyo kullanılarak geliştirilmiştir. Herhangi bir emülsiyon kalınlığı varyasyonları önlemek için, hologramlar optik tutkal ile mühürlü. Sonuçlar, bu protokolle kaydedilen tüm hologramların Fantatrope'da kullanılmasını sağlayan aynı özellikleri kullandığını doğrulamaktadır.

Üç boyutlu (3D) ekranlar önemli bir araştırma^konusu1^,2,3 ve mevcut yaklaşımların çoğu görsel rahatsızlık ve yorgunluk neden stereoskopik ilke⁴ kullanın^5,6. Fantatrope özel görüntüleme^{yardımcıları}7 gerek kalmadan tam renkli kısa bir animasyon gösterebilirsiniz dinamik holografik 3D ekran uygun yeni bir türüdür. Fantatrope, animasyonun farklı aşamalarına karşılık gelen on iki tam renkli hologramdan oluşan bir seri kullanır. Bu cihazda kullanılan tüm hologramlar ultra gerçekçi olmalı ve aynı parlaklık, saydamlık ve homojen renkleribraz etmelidir. Tek bir yüksek kaliteli tam renkli hologram kaydı deneyimli uygulayıcılar için bile zor olmaya devam etmektedir. Kayıt tekniği ve holografik malzeme seçenekleri önemli önemli noktalar olmakla birlikte, bu tür hologramları başarıyla kaydetmek için çok önemli olan birkaç ayrıntı daha vardır.

Bu protokol için, on iki farklı görüntüden oluşan döngüsel bir dizi ilk olarak bir 3D bilgisayar grafik programı ile oluşturulur ve tüm öğeler hologram modelleri olmak üzere 3D yazdırılır. Bu hologramlar, Yuri Denisyuk tarafından 1963 yılında tanıtılan ve 180° tam paralaks ile ultra gerçekçi hologramların kaydedilmesine olanak sağlayan tek ışın yöntemi⁸ ile kaydedilir. Bir Denisyuk tam renkli kurulum beyaz bir lazer ışını almak için kombine üç farklı lazerler (kırmızı, yeşil ve mavi) kullanır. Gümüş-halide emülsiyonları kayıt malzemesi en iyi seçimdir⁹ ve sadece birkaç gümüş-halide tam renkli emülsiyonlar mevcuttur^9,10. Ayrıca mavi dalga boyunu bulanıklık olmadan kaydetmek için 10.000'den fazla hat/mm çözünürlüğe sahip izo-pankromatik emülsiyon gereklidir.

Bu protokolde, hologramseti 4 inç x 5 inç plakalar üzerinde kaydedilir, herhangi bir difüzyon olmadan tam renkli analog hologramlar kaydetmek için özel olarak tasarlanmış bir malzeme kullanılarak ve renk holografisinde kullanılan tüm ortak görünür lazerler için İzopanchromatic yapılır (Malzeme Tablosubakınız). Tane o kadar incedir (4 nm) herhangi bir görünür dalga boyu herhangi bir difüzyon olmadan içinde kaydedilebilir¹¹. Ayrıca, her hologram nihai emülsiyonlar için geliştirilen güvenli, lekesiz kimyasal bir süreç kullanılarak geliştirilmiştir.

Bu ayrıntılı protokol analog holografi alanında yeni ve deneyimli uygulayıcıları tam renkli Denisyuk hologramları kayıt ile ilgili birçok ortak tuzaklar önlemek için yardımcı olmak için tasarlanmıştır; aynı zamanda güvenilir ve tekrarlanabilir sonuçlar elde etmek için nihai gümüş-halide holografik malzeme ve kimyasalların nasıl kullanılacağını öğrenmek için bir yaklaşım sağlayabilir.

DİkKAT: Lazer^{ler 12} ve güvenlik gözlükleri, gözlükler, eldivenler ve laboratuvar önlükleri gibi kişisel koruyucu ekipmanların kullanımı da dahil olmak üzere kimyasal ürünler kullanılırken tüm uygun güvenlik uygulamaları izlenmelidir.

1. İçerik oluşturma

1. Blender, ücretsiz ve açık kaynak 3D yazılım araç seti gibi 3D bilgisayar grafik programları ile sahnenin farklı öğeleri (karakter ve arka plan) modelleyin.
2. 3B bilgisayar grafik programı yla 12 karelik döngüsel animasyon oluşturun.
3. 3B baskı ve farklı öğeleri boya.
   1. Beyaz polilaktik asit (PLA) filamenti ile erimiş biriktirme modelleme (FDM) tek renkli 3D yazıcı¹³kullanarak karakterleri ve arka planı aynı ölçekte yazdırın.
   2. Yazdırma hatalarını ortadan kaldırmak için zımpara kağıdı kullanın.
   3. Akrilik boya ile farklı elemanları elle boyayın.
      DİkKAT: Hoş olmayan kokuları önlemek için, açık havada boyayın veya havalandırma kullanın.
4. Kayıt kutusunu ayarlayın. Hareket önlemek için sert bir ahşap kutu arka plan düzeltmek ve farklı 4 inç x 5 inç hologramların kaydedilmesine izin vermek için birbiri ardına farklı 3D baskılı karakterleri birbiri ardına yerleştirin.
   NOT: Hologram kayıt sırasında hareket ten kaçınmak için, stres uygulamadan tutkal veya plastik kullanarak tek tek elemanları sıkıca takın.

2. Hologram kaydı

1. Optik bir tabloda, hologramları kaydetmek için Denisyuk tek ışınlı tam renkli optik kurulum^9,10'u monte edin.
   NOT: Farklı hologramları kaydetmek için kullanılan üç RGB lazeri kırmızı HeNe, 633 nm, 20 mW; yeşil diyot pompalı katı hal (DPSS), 532 nm, 100 mW 20 mW'a ayarlanmış; ve mavi DPSS 473 nm 50 mW 20 mW'a ayarlanır. Uzamsal filtre 40x, 0.65 NA akromatik mikroskop hedefi ve 10 μm iğne deliği ile donatılmıştır.
   1. Aynı uzamsal filtreden geçen beyaz bir lazer ışını elde etmek için 3 lazer ışınını (kırmızı, yeşil ve mavi) X-cube prizması ile birleştirin.
      NOT: Dört serbestlik derecesi elde etmek ve üç ışını mükemmel bir şekilde hizalamak için kırmızı ve mavi lazerler için iki ayna kullanın.
   2. 1 m mesafeden ve 45°'lik bir açıyla, kayıt kutusunu farklı ışınla aydınlatın.
   3. Nesne düzlemine yansıtılan benzer ışın çaplarını elde etmek için üç lazerin küpten uzaklığı ayarlayın.
      NOT: Kayıt kutusu geniş, temiz ve homojen bir farklı beyaz kiriş ile aydınlatılmalıdır.
2. Renk dengesini ayarlamak ve pozlama süresini belirlemek için bir güç ölçer kullanın.
   1. Holografik plakanın konumunda her lazerin yoğunluğunu yatay olarak ölçün (bkz. Malzeme Tablosu). Plaka malzemesi isopankromatik olduğundan, 3 lazeriçin renk dengesini eşit olarak ayarlayın.
      NOT: Kullanılan güç ölçer, 633 nm kırmızı lazerin gücünün doğrudan okunmasını sağlar. 473 nm mavi ve 532 nm yeşil lazerler için bir düzeltme katsayısı (mavi için x0.4 ve yeşil için x0.6) uygulamak gerekir.
   2. Hologramı kaydetmeden önce pozlama süresini aşağıdaki formüle göre belirleyin:
      (1)
   3. t maruz kalma süresi (ler), H malzemenin hassasiyeti (J/cm²⁾ve E lazeryoğunluğu (W/cm²⁾olduğu yerde. E, holografik plakanın bir güç ölçerle konumunda ölçülür.
      NOT: Burada kullanılan malzemelerin hassasiyeti lazer başına 200 μJ/cm² olup, tam renkli (RGB) hologramı kullanılır. Güç ölçer ile ölçülen holografik plaka pozisyonundaki her lazerin yoğunluğu lazer başına 17 μW/cm², pozlama süresi ise formüle göre 12 s'dir (1).
3. Lazer ışınını deklanşörle kapatın.
   NOT: Pozlama süresini tam olarak kontrol etmek için zamanlayıcılı elektronik bir deklanşör kullanın.
4. Tabakları hazırlayın.
   DİkKAT: Plaka kenarlarını eldivenkullanarak kullanın ve herhangi bir zamanda emülsiyonla cildin temasını izin vermeyin.
   1. Bir kaymayı önlemek için holografik plakaları buzdolabından çıkarın ve kayıttan önce 1 saat oda sıcaklığında (20-25 °C) saklayın.
      NOT: Burada kullanılan plakalar 4 °C'de soğutulmalıdır.
   2. İç yansımayı önlemek için plakanın üst kenarını siyah bir işaretle koyulayın.
5. Kayıt plakasını yeşil bir güvenlik ışığıaltında ayarlayın.
   1. Emülsiyon tarafını belirlemek için plakaya üfle. Buhar sadece cam tarafta görünür.
   2. Holografik plaka emülsiyon tarafını kayıt kutusuna yerleştirin. Kayıt yapmadan önce 5 dakika stabilize edin.
6. Daha önce formülle hesaplanan süre boyunca kayıt plakasını ortaya çıkarmak için deklanşörü açın (1).
7. Kaydedilen plakayı ışıktan uzakta kapalı bir kutuda saklayın.

3. Hologram gelişimi

NOT: Hologramlar nihai emülsiyonlar için geliştirilen güvenli ve lekesiz kimyasal proses ile geliştirilmiştir.

1. Plaka açığa çıktıktan sonra, 4 inç x 5 inç plaka için 100 mL geliştirici hazırlayın. Geliştiriciyi 1 parça geliştirici ile 10 parça damıtılmış veya mineralize su (1:10) oranında karıştırın.
   NOT: Geliştirici oksidasyonu önlemek için kapalı bir şişede konsantre bir çözelti içinde stoklanır ve işleme hemen önce distile veya demineralize su ile seyreltilmesi gerekir.
2. Geliştiriciyi tam olarak 22 °C'ye ısıtın.
   NOT: Geliştiricinin düzgün çalışması için su sıcaklığı 20 °C'ye eşit veya daha büyük olmalıdır. Tekrarlar için, bir termometre ile geliştirmeden önce sıcaklığı kontrol edin.
3. Yeşil bir safelight altında, tepsiye maruz plaka yerleştirin ve hızlı bir şekilde batırın, emülsiyon tarafı yukarı, geliştirici içine ve tam olarak 4 dakika boyunca yavaş yavaş ajite. Geliştirme sonunda, plaka soluk sarı/ turuncu renk elde eder.
   NOT: Geliştirme işlemi, plaka tamamen geliştirici ile kapsandıktan birkaç saniye sonra görünür hale gelir. Geliştirme sırasında sabit bir sıcaklığı korumak için kapaklı yalıtımlı bir tepsi kullanın. Siyah yoğunluk elde etmek için daha fazla gelişme gerekli değildir.
4. Geliştiriciyi çıkarın ve suyu lavaboya taşmasına izin vererek 30 s'lik musluk suyunun altındaki tepsisinde plakayı yıkayın.
5. Normal ışık altında, geliştirilen plakayı tepsiye yerleştirin ve plaka tamamen saydam hale gelene kadar ajitasyon olmadan hızlı bir şekilde emülsiyon tarafı kadar ağartıcıya batırın. Beyazlatma işlemi plaka tamamen batırıldıktan birkaç saniye sonra görünür hale gelir.
   NOT: Tipik beyazlatma süresi oda sıcaklığında 3 ila 5 dakikadır (20-25 °C).
6. Çamaşır suyunu çıkarın ve suyu lavaboya taşmasını sağlayarak 2 dakika boyunca akan musluk suyunun altındaki tepsisinde tepside yıkayın.
   NOT: Plaka beyazlattıktan sonra hala ıslak durumdayken, halojen nokta ile iletim ile bir hologram gözlemlenebilir. Hologram başarılı olduğunda, bu görüntü çok güçlü görünecektir.
7. Tepsiye plaka yerleştirin ve 1 dakika boyunca ajitasyon olmadan ıslatma maddesi bazı damla ile demineralize veya distile su çözeltisi içine, emülsiyon tarafı kadar batırın.
8. Tepsiden tabağı çıkarın ve 15-20 dk dikey olarak kurutun.
9. 12 hologramın her biri için bu işlemleri tekrarlayın. Kayıt yapmadan önce, farklı nesneleri büyük bir hassasiyetle kayıt kutusuna yerleştirmek için, önceki saydam hologramı kayıt konumunda değiştirerek holografik soğan-deri yöntemi uygulayın ve her iki görüntüyü de lazer altında aynı anda gözlemleyin yeni karakterin iyi konumlandırılmış olup olmadığını kontrol etmek için aydınlatma.
   NOT: Soğan kaplamagenellikle aynı anda iki farklı kare görmek için stop-motion animasyon kullanılan bir işlemdir.

4. Hologram sızdırmazlık

NOT: Hologramlar, optik ultraviyole (UV) tutkal kullanılarak holograma kapatılmış ikinci bir temiz cam plaka ile korunur.

1. Kenarları etrafında emülsiyon 5 mm kazımak için bir neşter kullanın.
   NOT: Plaka hala ıslakken bu işlem daha kolaydır.
2. Hologramı 1 mL UV tutkalile eşit büyüklükte (4 inç x 5 inç) temiz bir cam plakaya laminatın.
   NOT: Laminasyonu kolaylaştırmak için, tutkal, hologram ve temiz cam plakayı 30 °C'de 10 dk ısıtın.
3. Hologramın temiz cam tarafını güneş ışığına maruz bırak; UV tutkal 5 dakika içinde sertleşir.
   NOT: UV lambası kullanmak da mümkündür, ancak güçlü UV ışınlarına maruz kalmaktan kaçınılmalıdır.
4. Mühürlü hologramı su ve sabunla yıkayın, kağıt mendille kurulayın ve mat siyah sprey boya ile arkasını karartın.

5. Fantatrope montaj ve çalışma

1. Fantatrope'un düzenli olarak yerleştirilmiş çerçevelerine kronolojik sırada 12 hologram monte edin.
   NOT: Gentet ve ark. 2019^7, Fantatrope'un üretimini ve çalışmasını tanımlar.
2. Fantatrope'u sabit hızda döndürün. Döndürme hızıyla senkronize edilmiş bir RGB LED flaş ışığı, hızlı bir görüntü arka arkaya oluşturmak ve hareket yanılsaması yaratmak için farklı kareleri art arda aydınlatır.
   NOT: Saniyede bir dönüş sıvı hareket duygusu almak için yeterlidir.

3D içerik oluşturuldu ve on iki görüntüden oluşan döngüsel bir dizi hayal edildi ve farklı öğeler daha sonra 3D baskılı ve boyanmıştı (Şekil 1). Hologramları kaydetmek için denisyuk tek ışınlı tam renkli optik kurulum monte edilmiştir (Şekil 2). Kayıttan sonra hologramlar geliştirildi ve mühürlendi (Şekil 3) 180° tam paralakslı on iki ultra gerçekçi tam renkli analog hologram seti elde etmek için, aynı parlaklık, saydamlık ve homojen renkleri göstererek(Şekil 4). Kronolojik sırada monte on iki hologramile Fantatrope başarıyla işletilen ve herhangi bir özel görüntüleme yardımcıları gerek kalmadan dinamik bir 3D ekran etkisi oluşturuldu(Video 1).

Şekil 1: 3D İçerik. (A) Bilgisayar oluşturulan karakter ve arka plan. (B) Tam döngüsel sıra. (C) 3D baskılı karakter ve arka plan boyama sonra, kayıt kutusuna sabit. Bu rakam Gentet ve ark. 2019^7'dendeğiştirilmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: Şematik tek ışınlı tam renkli Denisyuk optik holografik kurulum. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3: Holografik plakaların geliştirilmesi ve sızdırmazlığı. (A) Geliştirme den sonra soluk turuncu renkli plaka. (B) Ağartma sonrası neredeyse hiç gürültü olmayan şeffaf plaka. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 4: Son hologramlar. (A) 180° tam paralakslı hologramlardan birinin üç farklı görünümü. (B) Aynı parlaklığı, şeffaflığı ve homojen renkleri gösteren on iki hologramın son seti. Bu rakam Gentet ve ark. 2019^7'dendeğiştirilmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Video 1: Fantatrope kronolojik sırayla monte edilmiş 12 hologramile kullanımda. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayınız.

Geleneksel olarak, stop-motion film kuklalar veya kil modelleri kullanır. Hareket ten kaçınmak ve hologram kaydı sırasında parlak bir görüntü elde etmek için, 3D baskılı karakterler ve arka planlar kümesi seçilir. Ayrıca, farklı unsurlar sıkıca ve kutusunda stres olmadan eklenir. Bir öğe kayıt sırasında kısıtlamayla sabitlenirse veya hareket ederse, son hologramda siyah veya saçaklı görünür. 3D baskı analog holografi için orijinal modeller oluşturmak için çok ilginç yeni bir araçtır.

Covestro Bayfol HX200¹⁴gibi fotopolimer filmlerin gümüş-halide malzemeler üzerindeki en büyük avantajı kuru işlemedir. Burada kullanılan malzeme ıslak işleme gerektirir, ancak hızlı ve basit kalır ve toksik olmayan ürünler kullanır. Ayrıca çok daha yüksek hassasiyete sahiptir (200 μJ/cm² karşı 20 mJ/cm²⁾ve titreşim ve hareket problemlerini önlemek için analog holografide parlak hologramların kaydedilmesi için oluşan kısaltılmış maruzkalma süresi tercih edilir. Ayrıca, birçok kullanıcı, özellikle hobi veya okullar, düşük güç lazerler (az 20 mW) var; son derece hassas kayıt malzemesi kısa pozlama süresi ile yüksek kaliteli bir hologram elde etmek için önemli bir faktördür. Substrat malzemesi de son hologram kalitesini belirlemede önemlidir, ve cam mekanik olarak kararlı ve optik inaktif olduğu için bunun için en iyi seçim olduğunu kanıtlıyor.

Bu işlemde kaydedilen her hologram toksik olmayan ve lekelenmeyen kimyasal banyolar ile geliştirilmiştir. Güvenli ve kullanımı kolay olan bu kimyasallar, genellikle holografide kullanılan tehlikeli, zehirli ve çevreye zararlı olanlardan çok farklıdır. Özellikle, önerilen süreç¹⁵, Rus Slavik PFG-03C holografik emülsiyon için 25 yıl önce kurulan¹⁶, formaldehit veya catechol gibi kimyasallar kullanır, hangi güvensiz, dağınık ve kullanımı zor. Ayrıca, U04 plakaları üretim sürecinde önceden sertleştirilmiş tir ve herhangi bir tehlikeli sertleştirme banyosu gerektirmez. Diğer gümüş-halide holografik malzemelerin çoğu trietanolamine bir hiper-duyarlılaştırıcı çözeltisi ile maruz kalmadan önce tedavi edilmelidir (TEA)¹⁷ veya sertleştirme öncesi banyo¹⁶ onların hassasiyetini artırmak için, plaka zarar yüksek bir risk ile.

Kayıt sırasında, yerçekimi nedeniyle daha iyi bir stabilite için nesneyi ve holografik plakayı yatay bir konuma yerleştirmek tercih edilir. Zamanlayıcılı elektronik bir deklanşör kullanmak, pozlama süresini tam olarak kontrol etmek ve tekrara izin vermek için önemlidir. %10 aşırı pozlama sütlü hologram üretebilir ve %10'luk bir maruz kalma süresi eksikliği loş bir hologram üretebilir. Oda sıcaklığı veya nem değiştikçe, hologramların kaydedildiği jelatin şişebilir veya küçülebilir. Hologramların renkleri ve rekonstrüksiyon açıları daha sonra değiştirilir. Bu nedenle, renk yorumunu etkileyebilecek emülsiyon kalınlığı varyasyonlarını önlemek için, her hologramın optik tutkal kullanılarak holograma kapatılmış ikinci bir temiz cam plaka ile korunması gerekir.

Bu protokol parlak, renkli, saydam ve homojen hologramların elde edilmesine izin verir ve son derece tekrarlanabilir. On iki hologram bu yöntemi takip ederek birkaç gün içinde kaydedildi ve hepsi fantatrope'da kullanılmalarını sağlayan aynı son özellikleri sundular. Bu protokolü kullanarak, analog tam renkli holografi alanında her uygulayıcısı güvenilir ve tekrarlanabilir sonuçlar elde edebilirsiniz.

Philippe Gentet, Lyoung-Hui Kim, Kwang-Jib Kim ve Seung-Hyun Lee çıkar çatışmaları olmadığını beyan ederler. Yves Gentet burada kullanılan emülsiyon üreticisidir.

Bu araştırma 2019 yılında Kwangwoon Üniversitesi Araştırma Bursu tarafından yürütülmüştür.