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What’s Holography ?

GaborUpatnieksLeithHistory of holography

 

 

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Holography dates from 1947, when British (native of Hungary) scientist Dennis Gabor developed the theory of holography while working to improve the resolution of an electron microscope.Gabor coined the term hologram from the Greek words holos, meaning "whole," and gramma, meaning "message". Further development in the field was stymied during the next decade because light sources available at the time were not truly "coherent" (monochromatic or one-color, from a single point, and of a single wavelength).
This barrier was overcome in 1960 by Russian scientists N. Bassov and A. Prokhorov and American scientist Charles Towns with the invention of the laser, whose pure, intense light was ideal for making holograms.
In that year the pulsed-ruby laser was developed by Dr. T.H. Maimam. This laser system (unlike the continuous wave laser normally used in holography) emits a very powerful burst of light that lasts only a few nanoseconds (a billionth of a second). It effectively freezes movement and makes it possible to produce holograms of high-speed events, such as a bullet in flight, and of living subjects. The first hologram of a person was made in 1967, paving the way for a specialized application of holography: pulsed holographic portraiture.
In 1962 Emmett Leith and Juris Upatnieks of the University of Michigan recognized from their work in side-reading radar that holography could be used as a 3-D visual medium. In 1962 they read Gabor's paper and "simply out of curiosity" decided to duplicate Gabor's technique using the laser and an "off-axis" technique borrowed from their work in the development of side-reading radar. The result was the first laser transmission hologram of 3-D objects (a toy train and bird). These transmission holograms produced images with clarity and realistic depth but required laser light to view the holographic image.


BentonDenisyuk

 

 

Their pioneering work led to standardization of the equipment used to make holograms. Today, thousands of laboratories and studios possess the necessary equipment: a continuous wave laser, optical devices (lens, mirrors and beam splitters) for directing laser light, a film holder and an isolation table on which exposures are made. Stability is absolutely essential because movement as small as a quarter wave- length of light during exposures of a few minutes or even seconds can completely spoil a hologram. The basic off-axis technique that Leith and Upatnieks developed is still the staple of holographic methodology.
Also in 1962 Dr. Yuri N. Denisyuk from Russia combined holography with 1908 Nobel Laureate Gabriel Lippmann's work in natural color photography. Denisyuk's approach produced a white-light reflection hologram which, for the first time, could be viewed in light from an ordinary incandescent light bulb.
Another major advance in display holography occurred in 1968 when Dr. Stephen A. Benton invented white-light transmission holography while researching holographic television at Polaroid Research Laboratories. This type of hologram can be viewed in ordinary white light creating a "rainbow" image from the seven colors which make up white light. The depth and brilliance of the image and its rainbow spectrum soon attracted artists who adapted this technique to their work and brought holography further into public awareness.
Benton's invention is particularly significant because it made possible mass production of holograms using an embossing technique. These holograms are "printed" by stamping the interference pattern onto plastic. The resulting hologram can be duplicated millions of times for a few cents apiece. Consequently, embossed holograms are now being used by the publishing, advertising, and banking industries.
In 1972 Lloyd Cross developed the integral hologram by combining white-light transmission holography with conventional cinematography to produce moving 3-dimensional images. Sequential frames of 2-D motion-picture footage of a rotating subject are recorded on holographic film. When viewed, the composite images are synthesized by the human brain as a 3-D image.
In 70's Victor Komar and his colleagues at the All-Union Cinema and Photographic Research Institute (NIFKI) in Russia, developed a prototype for a projected holographic movie. Images were recorded with a pulsed holographic camera. The developed film was projected onto a holographic screen that focused the dimensional image out to several points in the audience.
Holographic artists have greatly increased their technical knowledge of the discipline and now contribute to the technology as well as the creative process. The art form has become international, with major exhibitions being held throughout the world.


홀로그래피 란 ?


홀로그램(HOLOGRAM)이란 두 개의 레이저광이 서로 만나 일으키는 빛의 간섭효과를 이용하여 3차원 입체 영상을 기록한 결과물이다. 이 결과물을 제작하기 위한 모든 기술적 과정과 원리를 홀로그래피(HOLOGRAPHY)라 한다. 홀로그래피는 1948년 영국의 물리학자 데니스 게이버(Dennis Gabor) 박사가 그 원리를 발견하여 1976년 노벨 물리학상의 영예를 안았고, 1960년대 레이저의 개발로 본격적인 홀로그램의 응용기술이 발전되었다.

일반 사진술은 태양이나 조명에 의해 피사체로부터 반사되는 빛이 렌즈를 통해 맺어지는 피사체의 상, 즉 빚의 강약분포를 2차원으로 기록하는 반면, 홀로그래피는 피사체로부터 반사된 물체파(Objective Wave)와 아무 정보도 갖지 않는 기준파(Reference Wave)를 이용, 두 개의 빛이 만날 때 발생되는 간섭무늬가 기록이 되어 3차원 입체 영상을 재생시켜 볼 수 있는 것이다. 피사체로부터 반사된 빛의 정보를 기록하는 것은 일반 사진과 홀로그램이 같지만 사진은 평면적인 형태만 보여주고, 홀로그램은 피사체의 원근감도 함께 보여줌으로써 사진에서 보다 훨씬 실물에 가까운 영상을 기록할 수 있다.



Hologram 기록 원리

 


홀로그램은 레이저 빛(간섭이 가능한 빛)으로 사진필름에 기록되는 것으로 간섭을 형성할 수 있는 대표적인 두 개의 빛이 필요하다. 하나는 물체로부터 반사되어 나오는 물체파(Object Beam/ 2-3 로 추가 가능) 와 직접 기록 사진 필름면으로 비추는 기준파(Reference Beam)의 두 개의 빛이 필요하며 이 두 개의 빛이 만나서 간섭이 생기면 그 간섭 무늬를 기록한 것이 홀로그램 이다.


펄스(Pulse Laser hologram)
펄스 레이저 홀로그램은 기존의 홀로그램과 달리 움직이는 물체를 홀로그램으로 제작 할 수 있는 레이저 기술으로서 인물 이나 동물들의 움직임 분만 아니라 순간적으로 날아가는 총알까지도 입체적으로 기록할 수 효과적인 홀로그램이다.


디지털(Digital Hologram)
디지털 홀로그램은 컴퓨터 그래픽을 홀로그램으로 제작하는 기술로서 3차원 컴퓨터 그래픽이미지를 사용하여 현실세계에 없는 가상의 이미지를 홀로그램으로 만들 수 있다.
ex) 예술적 차원, 상업적 차원, 디자인 , 광고 , 등 응용분야가 다양.



스테레오 타입의 홀로그래피 (stereoHologram)
연속 촬영된 사진을 기록하는 것으로 적용이 자유롭다. 특히 애니메이션 화 할 수 있으며 기존의 1:1 의 크기 개념에서 벗어나 다양한 크기의 확대 축소가 가능하다.


Multiplex Hologram (멀티플랙스)
Hologram 영상을 허공에 띄워주는 기법으로, 360도 육안 관찰이 가능해서 마치 실물이 허공에 존재하는 듯한 착각이 들도록 해준다.
ex) 특수영화 재현, 알렉산더가 제작한 5분간의 짧은 홀로그램피 영화는 터미네이터를 제치고 아카데미 기술상을 받음.


Embossed Hologram(엠보싱 홀로그램)
주로 Sticker나 Stamping 형태로 사용되며 현재 연구되고 있는 위조나 복제 방지를 위한 마지막 대안으로 각광 받고 있다. 가격이 매우 저렴하므로 일회성 상품이나 인쇄매체에 적용가능
ex)인쇄매체, 화폐, 신용카드, 순정부품, 상품권, 유가증권, 서적(도서인지 등),


HOE(회절격자)
가상의 Hologram Pattern 무늬를 컴퓨터로 설계하여 소자 형태로 제작, 기존의 광학계에 적용 광학계를 축소 해주고 해상도를 높여 주기도 하고 3차원 Display나 Hologram Memory 개발을 위한 소자로 많은 각광을 받고 있는 최첨단 소자이다.
ex)산업적 측면, 광학부품(CD나 DVD Pick Up, LCD 확산판, 디지털 카메라 렌즈, 휴대폰 카메라, Relay Lens), HUD, 3차원 TV



홀로그래피의 역사적 고찰

 

 

홀로그래피의 기초가 되는 이론적 원리는 1816년 아우구스트 프레넬(Auguste Fresnel)이 1802년 토마스 영(Thomas Young)의 회절과 간섭현상에 관한 이론을 이어 받아 지속적인 연구결과이다. 그와 같은 시기인 1816년에는 니세포르 니옙스(Nicephore Nicpce)는 최초의 사진술 실험을 하게 되었으며 1856년에는 스코트 아쳐(Scott Archer)에 의해서 유리판 위에 빛에 의해서 반응을 일으키는 감광유제를 제작하는 방법을 개발했다. 이 발명은 후에 데니슈크(Denisyuk) 타입의 반사식 홀로그램을 가능하게 만들었다. 홀로그래피의 실체적 원리는 1940년 후반에 이미 예상되었다.

입체영상 재생의 돌파구를 마련한 사람들은 휴겐, 영과 프레넬 그리고 게이버 순으로 연구한 업적들로 나열된다. 이러한 발명의 흐름을 이해할 때 테크놀로지의 역사는 현재의 문화가 그것을 필요로 하는 요구가 새로운 발명으로서 탄생되는 것임을 알 수 있다. 최초의 홀로그래피는 영국의 런던에 위치한 임패리얼 칼리지(Imperial College)의 연구원이었던 헝가리 태생, 데니스 게이버(Dr. Dennis Gaber)박사에 의해서 고안되었고 제작되었다. 홀로그래피의 이론은 1948년 전자 현미경 이미지의 질을 개선시키기 위한 그의 연구서 "재생 파면에 의한 이미지의 형성(Image Formation by Reconstructed Wavefronts)"에 처음 언급되었다.



반사식홀로그램 발명자인 러시아 과학자 유리 데니슈크와 이주용


이로 인해 데니스 게이버 박사는 빛의 간섭현상(Phenomenon of Interference)이 이미지의 재생에 커다란 위력이 있음을 깨달은 최초의 사람이 되었다. 그는 X-선과 같은 짧은 파장으로 이미지를 조사해서 영상을 저장시키고 다시 장파장 광을 사용해서 영상을 재생시키는 연구에 많은 관심을 가지고 있었다. 이러한 방법으로 게이버 박사는 전자 현미경의 이미지를 개선시키고 확대시킬 수 있다는 사실을 알았다. 그러나 이러한 실험에 있어서 가장 큰 문제로 봉착되는 것은 적절한 광원을 얻지 못했다는 것이다. 게이버 박사의 초기 홀로그램은 미숙한 결과였으며 상을 확인할 수 있는 광원으로는 아주 조심스럽게 광원으로부터 나오는 빛을 필터로 정제해서 사용할 수밖에 없었다. 위의 이론을 발표해서 게이버 박사는 1971년 노벨 물리학상을 수상했다.

1960년 레이저가 발명되면서 그의 실험은 차츰 활발해지긴 했지만 레이저의 질이 깨끗하지 못했던 이유로 오늘날 제작된 홀로그램과는 질적으로 차이가 있었고 또한 3차원 입체를 저장할 수 있는 능력도 없었다. 이러한 입체영상의 실험은 1950년 당시 매우 소수의 과학자들에 의해서 계속적으로 연구되었다. 레이저가 발명된 1960년대에 접어들면서 게이버 박사와 유사한 실험을 했던 소련 과학자 데니슈크(Denisyuk), 미시간 대학의 에밋 릿츠(Emmett Leith)와 쥬리스 업파닠크스(Juris Upatnieks)는 새로운 빛인 레이저를 적용한 최초의 실체적 홀로그램을 제작했다. 그후 수년후 과학저널이 실험에 대한 이론을 게재하게 되면서 이 시대에 가장 위대한 발명으로 도약을 맞게 된다.



레이저 투사식 홀로그램 발명자인 미시건 대학의 에밋릿츠 박사


등록 허가를 받은 유수한 연구소에서는 입체 텔레비전(현실화되지 못했지만)에서부터 항공기 날개의 정밀점검(현재 간섭계의 원리로 적용)을 하기 위한 방법까지, 모든 분야에서 연구개발이 시작되었다. 이 시기에 필름 판이나 유리판 한 장을 사이에 두고 3차원 입체영상을 재현해 내는 마술의 경이에 모든 사람이 놀라 와했다. 홀로그래피의 역사적인 발전에 관한 가장 일반적인 중요성은 초기의 홀로그램은 상을 관찰하기 위해서 레이저 광을 필요로 했던 것에 반해서 오늘날은 일반적인 광원 하에서 관찰이 가능한 것이 과학적인 발전에 획기적인 도약이 되었다. 실제로 레이저를 통해서 관찰이 가능한 투사식 홀로그램과 백색광원 하에서 관찰이 가능한 반사식 홀로그램의 두 종류의 홀로그램은 서로 독자적으로 거의 동시에 개발되어 졌다.

초기의 미국은 투사식 홀로그램을 선호했는데 그 이유는 방대한 연구소에 적용되기에 매우 적합했고 기술면에서도 대다수 이러한 테크닉을 보여주었기 때문이다. 그 이후에는 반사식 홀로그램이 점차로 대중화되기 시작했고 기술도 거의 완벽에 가까운 훌륭한 결과의 영상을 얻게 되었다. 1960년대 후반 이후부터는 홀로그래피 연구소가 점차로 소규모로 축소되기 시작했고 정부의 보조금이 최악인 상태가 되었다. 초창기부터 이 분야에 연구를 시작했던 사람들은 과학분야와 연계해서 실용성에 바탕을 둔 연구를 해 왔다. 1960년대 후반까지는 홀로그램을 제작하기 위한 장비들의 가격은 소규모 개인연구자들에게 커다란 부담이었다. 홀로그래피 기술은 전문적인 광학연구소에서 발표되었다. 그러므로 단순한 홀로그램을 제작하기 위해서 필요한 고가의 장비를 기부 받았다.



래인보우홀로그램 발명가인 MIT 공과대학 Spatial Imaging Group 의 밴톤박사와 호주의 홀로그램 아티스


과학자, 레이저의 선구자 로이드 크로스(Lloyd Cross)가 미시간 대학의 에밋 릿츠(Emmett Leith), 쥬리스 업파니크(Juris Upatnieks)와 연계되어 연구했고, 유수한 예술가들과 그룹을 형성해 작업을 했던 일들이 홀로그래피의 모든 현상들을 변화시켰다. 그들은 정부나 홀로그래피 연구에 관련된 방대한 보조금에 수혜를 받을 수 없었지만, 여타의 연구소에서 제작된 홀로그램보다 더 좋은 질을 제작했다. 경제적인 어려움에서도 그들이 극복할 수 있었던 것은 홀로그래피의 기초원리를 단순하게 이해시키는 방법에 그 비밀이 있었다. 따라서 홀로그래피 연구실을 저가의 비용으로 설치할 수 있는 다양한 방법이 가능하게 되었다. 홀로그래피의 기술이 점차로 단순화되어짐에 따라 일반인들에게도 쉽게 교육할 수 있게 되었다.

로이드 크로스(Lloyd Cross)는 1971년 여러 예술가들과 샌프란시스코 홀로그래피 학교를 설립했다. 이 교육기관을 통해서 관심을 가진 많은 사람들은 과학적인 교육배경이 없이도 훌륭한 결과를 제작해 낼 수 있었다. 따라서 개인이 직접 운영할 수 있는 소규모 홀로그래피 연구소를 설립하게 되었다. 예술가들은 대규모의 과학연구소에서 작업하던 형태에서 소규모의 연구소로 옮겨 창작작업을 하기 시작했다. 이러한 소규모 연구소에서 홀로그램을 제작하게 되는 동기가 이 분야에 커다란 발전을 하게 되었고 한편 예술가들은 새로운 예술적 매체의 도구로서 적용해서 표현의 가능성을 확장시키는 중요한 역할을 하고 있다. 뿐만 아니라 홀로그램은 상품 가치로서 등장하게 되어 상업적 차원으로 발전되어 개발되고 있으며 오늘날의 발전된 컴퓨터와 영상의 디지탈방식을 도입한 새로운 기록방식의 홀로그래피가 개발되고 있다.