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Erwachet! 1981
g81 8. 4. S. 12-15

Dreidimensionale Fotografie

Vom „Awake!“-Korrespondenten in Großbritannien

BESUCHER der Ausstellung, die im März 1977 von der königlichen Akademie der Künste in London veranstaltet wurde, bewunderten ein neuartiges Wunderwerk der Fotografie, das als „Holographie“ bezeichnet wird. Es wurde ein dreidimensionales Bild eines Telefons gezeigt, in der Luft schwebend und so realistisch, daß man dir verziehen hätte, wenn du versucht hättest, nach dem Hörer zu greifen.

Die Ausstellung, durch die der Öffentlichkeit die Technologie und die Vorzüge der Laserstrahlen nahegebracht werden sollten, wurde passenderweise als „Light Fantastic“ bezeichnet. Den Besuchern wurde klar, daß man durch die Holographie nicht ein Bild auf einer Fläche, sondern ein Bild erhält, das in allen drei Dimensionen in den Raum projiziert wird. Du kannst es aus unterschiedlichen Blickwinkeln betrachten, um verschiedene Teile davon zu sehen.

Vielleicht hast du das Wort „Holographie“ oder „Hologramm“ schon in Verbindung mit dem Einsatz der Laserstrahlen für Unterhaltungszwecke gehört. Bei Laser-Lightshows begleiten wirbelnde, blitzende und sich schlängelnde mehrfarbige Laserstrahlen die Musik, und manchmal wird das dreidimensionale Bild der Holographie für besondere Effekte verwendet.

Wie es funktioniert

Für den Vorgang wird das Wort „Holographie“ verwendet, weil die Vorsilbe „holo“ soviel wie „ganz“ oder „völlig“ bedeutet. Bei der Holographie entsteht ein weitaus umfassenderes Bild als mit einer normalen Kamera.

Wir können das der Holographie zugrunde liegende Prinzip verstehen, wenn wir sie mit der Aufzeichnung und Wiedergabe des Schalls vergleichen. Betrachte das Beispiel eines Sinfonieorchesters, das klassische Musik spielt. Die Töne, die von den verschiedenen Instrumenten erzeugt werden, vereinigen sich zu einem komplexen Klangbild. Dieses Klangbild kann natürlich in verschlüsselter Form auf einer Schallplatte (durch Veränderungen in den Rillen) aufgezeichnet werden. Beim Abspielen der Schallplatte wird ein Klangbild erzeugt, das die Originaltöne, die von dem Orchester stammen, nachahmt. Die ursprünglichen Schallwellen werden reproduziert.

In ähnlicher Weise werden bei der Holographie Lichtwellen für eine spätere Wiedergabe aufgezeichnet. Wollen wir uns einmal ansehen, wie das möglich ist.

Was ist unentbehrlich, um eine Person, eine Szene oder einen Gegenstand sehen zu können? Da wir im Dunkeln nichts sehen können, brauchen wir Licht von der Sonne oder einer anderen Quelle. Selbst die winzigsten Teile eines Objekts, das wir betrachten, reflektieren das Licht, aber in unterschiedlicher Stärke und Farbe. Dadurch entsteht eine Gesamtheit von Lichtstrahlen, die vom Objekt ausgehen, ähnlich wie der Schall, der vom Orchester ausgeht. Das Objekt sehen wir, sobald diese Gesamtheit von Lichtwellen unser Auge erreicht und vom Gehirn ausgewertet wird.

Nehmen wir an, die Gesamtheit der Lichtwellen, die von einem Freund ausgehen, der dir gegenübersitzt, wird aufgezeichnet, ähnlich wie der Schall auf einer Schallplatte. Dein Freund steht auf und geht weg. Ließe man diese Lichtaufzeichnung „abspielen“, würde dieses Gesamtbild reproduziert werden, und für das Auge und das Gehirn hätte es den Anschein, die Person würde wiederauftauchen. Da das reproduzierte Licht eine Nachahmung des Originals ist, sieht man das Bild in allen drei Dimensionen — genauso wie die Person.

Das ist der Hauptunterschied zwischen Fotografie und Holographie. Bei der Fotografie entsteht ein zweidimensionales Bild von einer Szene oder einer Person, wohingegen die Holographie die ursprüngliche Gesamtheit der Lichtwellen selbst reproduziert.

Wie ein Hologramm entsteht

Die Aufzeichnung der Lichtwellen bezeichnet man als „Hologramm“. Das verwendete Material gleicht im wesentlichen dem Film einer normalen Kamera, hat aber eine bessere Qualität und besteht gewöhnlich aus einer beschichteten Glasplatte.

Abbildung 1 zeigt, wie die Aufzeichnung vor sich geht. Zunächst wird das Lichtbündel eines Lasers durch einen Spezialspiegel in zwei Teilbündel zerlegt. Ein Teilbündel (das „Referenzbündel“) trifft direkt auf die Fotoplatte, wohingegen das andere Teilbündel das zu holographierende Objekt beleuchtet. Die vom Objekt reflektierten Lichtstrahlen treffen in ihrer Gesamtheit ebenfalls auf der Hologrammplatte auf. Somit kommt das Licht aus zwei Richtungen auf der Platte an und bewirkt eine sehr detaillierte Aufzeichnung.

Abbildung 2 zeigt, wie die Wiedergabe erfolgt. Die Platte wird zuerst entwickelt (wie bei der normalen Fotografie), und das Objekt wird entfernt. Nun richtet man einen Lichtstrahl auf die Platte. Das Licht tritt hindurch, wird aber dabei durch die Beschichtung der Platte verändert. Demzufolge ist das heraustretende Licht ein genaues Duplikat des ursprünglichen Lichtes, das vom Objekt kam, und somit scheint der Gegenstand wiederaufzutauchen. Für den Betrachter ist die Hologrammplatte so etwas wie ein Fenster, durch das er den Gegenstand in allen drei Dimensionen sieht. Schaut er aus verschiedenen Richtungen durch das „Fenster“, kann er das Objekt in verschiedenen Winkeln wahrnehmen. Ja, das Bild wirkt so realistisch, daß der Betrachter versucht ist, danach zu greifen und es zu berühren.

Interessante Eigenschaften

Hologramme und die Bilder, die sie erzeugen, haben viele kuriose und faszinierende Eigenschaften. Die Hologrammplatte entspricht dem Filmnegativ in der Fotografie. In mancher Hinsicht ist sie aber völlig anders. Wenn du beispielsweise Schwarzweißnegative gegen das Licht hältst, kannst du das Bild sehen (in umgekehrter Form — die dunklen Stellen hell und die hellen Stellen dunkel). Halte aber die Hologrammplatte gegen das Licht, und du wirst nichts entdecken können, was einem Bild auch nur ähnelt. Lediglich unter dem Mikroskop kann man die Merkmale sehen, aber selbst dann nur als ein Durcheinander von Linien, Klecksen und Wirbeln.

Wird bei einem gewöhnlichen Negativ ein Teil beschädigt oder abgeschnitten, dann wird dieser Teil auf den Papierabzügen des Negativs verdorben sein oder völlig fehlen. Doch zerbrich einmal die Hologrammplatte, und du wirst ein wahres Wunder erleben! Aus jeder beliebigen Scherbe kann das gesamte Bild wiederhergestellt werden. Je nach Größe der Scherbe wird die Qualität zwar etwas beeinträchtigt, aber das Bild wird immer vollständig sein.

Der dreidimensionale Charakter eines Bildes zeigt sich in mehrfacher Hinsicht. Wenn du die Blickrichtung durch das „Fenster“ (die Hologrammplatte aus Glas) änderst, verändert sich die Perspektive des Bildes genauso wie in der Wirklichkeit. Wird der Blick auf das Objekt durch einen Gegenstand im Vordergrund des Bildes behindert, dann kannst du den Kopf zur Seite bewegen und daran vorbeisehen. Du würdest auch feststellen, daß sich die Brennweite deiner Augen verändert, je nachdem, ob du nahe oder ferne Teile des Bildes ansiehst, und als Kurzsichtiger brauchst du vielleicht deine Brille.

Ein interessanter Effekt tritt auf, wenn ein Diamantring holographisch aufgenommen wird. Die Facetten des abgebildeten Diamanten reflektieren abwechselnd das Licht, je nachdem, wie der Betrachter seinen Kopf bewegt — genauso wie ein echter Diamant.

Kurz gesagt, hat die Wiedergabe alle optischen Eigenschaften des Originalobjekts.

Einige Entwicklungen

Obwohl das Grundprinzip der Holographie schon seit über 30 Jahren (erfunden von Dennis Gabor im Jahre 1948) bekannt ist, konnten erst durch die Erfindung des Lasers in den 60er Jahren die Möglichkeiten der Holographie zufriedenstellend demonstriert werden. Ein Laser ist eine Quelle reinen, regelmäßigen oder „kohärenten“ Lichts, das im allgemeinen für die holographische Aufzeichnung dreidimensionaler Gegenstände nötig ist. Bei der praktischen Anwendung der Holographie hat der Einsatz von Lasern jedoch Nachteile. Sie sind teuer und in manchen Fällen schädlich. Könnte man ihren Einsatz irgendwie einschränken?

Eine entscheidende Verbesserung machte der russische Forscher Yu. N. Denisyuk. Er hatte die bemerkenswerte Idee, die Holographie mit einer Art der Farbfotografie zu kombinieren, die 1891 von dem französischen Physiker Gabriel Lippmann erfunden wurde. Dann braucht man bei der Aufzeichnung (Abb. 1) immer noch Laser, aber bei der Wiedergabe (Abb. 2) kann der Laser durch eine gewöhnliche Glühbirne ersetzt werden. Verwendet man bei der Aufzeichnung entsprechend den drei Grundfarben (Rot, Blau und Gelb) drei Laser, dann wird im Hologramm ein Farbbild gespeichert.

Es gibt eine Methode, bei der man völlig ohne Laserlicht auskommt. Dabei wird das Hologramm aus einer Vielzahl normaler Fotografien angefertigt. Zum Beispiel kann eine normale Filmkamera von einer Person, die auf einer sich langsam drehenden Scheibe sitzt, Hunderte von Bildern machen, um die Person aus allen Blickrichtungen aufzunehmen. Die Bilder werden dann in einem einzigen Hologramm vereinigt, mit dem ein dreidimensionales Bild erzeugt werden kann. Dieses Verfahren hat es ermöglicht, im Hologramm bis zu einem gewissen Grad Bewegungen festzuhalten; man kann sehen, wie eine Person ihre Hand bewegt oder lächelt. Es ist noch wie in den ersten Tagen des Films, aber diesmal dreidimensional.

Praktische Anwendungen

Es ist faszinierend, Hologramme herzustellen und zu betrachten. Aber welche praktischen Anwendungen hat die Holographie?

Man mag gleich an dreidimensionale Filme denken, die die Wirklichkeit optimal wiedergeben würden. Obwohl es möglich wäre, ein solches System zu schaffen, sind wir jetzt noch weit davon entfernt. Das Problem besteht in der ungeheuren Informationsfülle der Hologrammplatte. Eine Hologrammplatte von 200 × 200 mm hat ein Informationspotential, das 300 000mal so groß ist wie das eines stehenden Fernsehbildes. Kein gegenwärtiges Fernsehsystem hat annähernd die Fähigkeit, eine solche Informationsfülle zu verarbeiten.

Gegenwärtig dient die Holographie Ausstellungs- und Werbezwecken. Eine Firma, die für einen Großteil der Werbeflächen in der Londoner U-Bahn verantwortlich ist, interessiert sich für die Verwendung von Hologrammen für die Werbung. Künftig wird der Vertreter zur Veranschaulichung sperriger oder schwerer Produkte vielleicht Hologramme bei sich haben.

Schätze in den Museen könnte man durch holographische Nachbildungen ersetzen. Dieses Verfahren wurde in der UdSSR angewandt, und das Hermitage-Museum (Leningrad) stellt jetzt eine Bibliothek von Hologrammen zusammen, die an andere Museen verliehen werden können. Zweifellos wird in der nahen Zukunft die Herstellung dreidimensionaler Porträts eine wichtige Anwendung sein.

Die Holographie hat auch einige wichtige Anwendungsbereiche in Industrie und Forschung gefunden. Zum Beispiel kann man bei der Herstellung von Automobilmotoren — um höchst präzise Zylinder zu erzielen — von einem vollkommenen Muster ein Hologramm anfertigen. Das holographische Bild wird dann mit den gefertigten Zylindern zur Deckung gebracht; jeglicher Fehler oder Defekt wird sofort am Rand sichtbar. Man kann damit Ungenauigkeiten von weniger als einem tausendstel Millimeter aufspüren.

In der Forschung gibt es Vorgänge, die für das Auge zu schnell ablaufen. Man kann sie mit pulsierenden Lasern aufnehmen. Die Lichtpulse sind extrem kurz. Ein Rubinlaser beispielsweise kann einen Lichtblitz erzeugen, der nur 0,00000003 Sekunden dauert. Der Lichtblitz hält eine Phase fest, die weniger als eine millionstel Sekunde andauert, oder fängt die Bewegung eines extrem schnellen Objekts ein. Die aufgenommene Phase wird im holographischen Bild reproduziert. Vibrationen des Objekts, sei es eine Maschine oder ein Musikinstrument, können erforscht werden, und diese Methode bietet die Möglichkeit, schnelle chemische Reaktionen zu analysieren.

Verglichen mit der normalen Fotografie, ist die Holographie immer noch ein ziemlich teures und mühseliges Unterfangen. Sie ist auch noch Einschränkungen unterworfen, zumindest was die Größe der Hologramme betrifft, die man heute anfertigen kann. Die Holographie ist nicht zu einem Ersatz für die Fotografie, sondern zu einer fortgeschrittenen Form der Fotografie für Spezialgebiete geworden. Sie stellt eine weitere Anwendung der Naturgesetze — eigentlich Gesetze des Schöpfers — dar und dient dem Menschen zum Nutzen und zur Freude. Durch eine Verbesserung des Verfahrens und durch Senkung der Kosten wird die Holographie zweifellos mehr Einfluß auf unser Leben nehmen als bisher.

[Diagramme auf Seite 13]

(Genaue Textanordnung in der gedruckten Ausgabe)

Abbildung 1

Reines Licht vor einem Laser

Spiegel, der den Lichtstrahl zerlegt

Referenzbündel

Auf der Platte treffen Lichtwellen aus zwei Richtungen auf.

HOLOGRAMM

Glasplatte

Dreidimensionales Objekt

Transparente fotografische Emulsion

[Diagramm]

Abbildung 2

Vom Laser

HOLOGRAMM

Dreidimensionales Bild

Das AUGE sieht ein dreidimensionales Bild. Es entspricht genau dem dreidimensionalen Objekt.

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