Holografische video dichterbij

Hologrammen op credit cards zijn inmiddels gemeengoed. Maar de techniek gaat verder en een bewegend hologram is geen verre toekomstdroom meer.

"De mens is stereohongerig.' Stephen Benton, hoogleraar ruimtelijke beeldvorming van het Media Lab van het Massachusetts Institute of Technology (MIT), heeft bijzonder hoge verwachtingen van holografie: het opnemen en weergeven van driedimensionale beelden met behulp van fotografisch vastgelegde interferentiepatronen.

Benton kan het weten, want hij is de uitvinder van het in 1969 bij Polaroid ontwikkelde regenbooghologram, dat bij belichting met een gewone witte lichtbron een scherp beeld geeft en waarvan de kleur afhankelijk is van de plaats waar men het bekijkt. Doch wie de hologrammen in Bentons half verduisterde kantoor ziet hangen - vier hoog in het naar Jerome B. Wiesner en door I.M. Pei ontworpen media-faculteitsgebouw van het MIT in Cambridge (Mass.) - denkt al gauw dat er op het gebied van de holografie maar weinig veranderd is.

Niets blijkt minder waar te zijn. Benton: "Kijk maar eens goed om je heen, je ziet steeds meer hologrammen: op credit cards en pasjes, op de omslagen van tijdschriften, op de nieuwe CD van Prince, zelfs op bonbons en snoepjes. Betaalde je tien jaar geleden voor een hologram nog een paar honderd dollar, nu kosten ze hooguit vijftig dollarcent.'

Bij het vervaardigen van een hologram wordt gebruik gemaakt van twee lichtbundels waarvan de fase zowel in tijd als plaats coherent is (zoals laserlicht). De ene straal belicht het voorwerp, de andere een lichtgevoelige plaat. Zodra het licht het voorwerp raakt, wordt de lichtstraal gereflecteerd en ontstaat er een golffront dat de oppervlakte-eigenschappen van het object weergeeft. Die informatie wordt met behulp van een referentiebundel op de lichtgevoelige laag geprojecteerd. Bij uitlichting van het hologram met laserlicht of gewoon licht wordt het geholografeerde voorwerp in drie dimensies "gereconstrueerd'.

In het verleden waren hologrammen voornamelijk monochroom. Soms worden langs chemische weg "pseudokleuren' aangebracht. Onderzoekers van de Universiteit van Oxford zijn er echter in geslaagd om "echte' kleurenhologrammen te maken door met laserlicht van verschillende golflengten (voor rood, groen en blauw resp. 647 uit een Kryptonlaser en 528 en 458 nanometer uit een Argonlaser) opnamen in drie primaire kleuren te maken en deze als een sandwich samen te voegen.

In Nederland worden volgens een soortgelijk procede hologrammen vervaardigd door het in Eindhoven gevestigde Dutch Holographic Laboratory (DHL) van Walter Spierings, een bedrijf dat hologrammen maakt voor AT&T en Motorola in de Verenigde Staten, voor Bayer AG, Philip Morris, Citibank en Siemens in Duitsland en voor Philips, Akzo, PTT en de Staatsdrukkerij in Nederland. Hoewel levensechte vierkleurenopnamen zijn gemaakt van de Amerikaanse honkbalspeler Ricky Henderson, worden de meeste kleurenhologrammen bij DHL met de computer vervaardigd. Bij deze techniek - Multiple Photo Generated Holography (MPGH) - berekent de computer honderdvijftig verschillende camera-opstellingen van hetzelfde voorwerp. Van elke opname wordt een dia gemaakt. Met behulp van laserlicht worden de dia's via een transparant matglas op een lichtgevoelige plaat geprojecteerd. Bij de belichting wordt de holografische plaat volledig afgedekt, met uitzondering van één smalle strook die na iedere opname met behulp van een transportband en een stappenmotor drie millimeter wordt verschoven, net zolang tot de hele plaat is belicht. Het resultaat is een hologram dat net als een luxaflexgordijn uit een reeks van (in dit geval vertikale) stroken bestaat die alle informatie van het computergegenereerde voorwerp bevatten. Op de Floriade in Zoetermeer is een voorbeeld van deze opname-techniek te zien: een hologram van melkpakken dat in opdracht van verpakkingsfabrikant Tetrapak is gemaakt.

Houdbaarheid

In de Verenigde Staten wordt niet alleen naar de kwaliteit, maar ook naar de houdbaarheid van hologrammen gekeken. Om hologrammen tientallen jaren te kunnen bewaren dient de emulsie van de lichtgevoelige film verbeterd te worden, zo vindt men bij het Media Lab. Normale fotografische film is minder geschikt voor holografie omdat de korrel te groot is en dicht bij elkaar staande lijnen en punten niet gescheiden kunnen worden weergegeven. Een transmissiehologram (lichtbron achter het hologram) heeft doorgaans een oplossend vermogen van tweeduizend lijnen per millimeter. Voor een reflectiehologram (lichtbron vóór het hologram) zijn zelfs vijfduizend lijnen per millimeter vereist. Fotografische emulsies met een kleinere korrel bestaan, maar zijn minder gevoelig (de gevoeligheid van de film is evenredig met het kwadraat van de korrelgrootte).

Een ideaal lichtgevoelig materiaal voor holografie is dichomaat-gelatine. Hiervan worden vaak kleine hologrammen gemaakt die men als hangertjes kan kopen. Een nadeel is dat ze tussen glasplaten verzegeld moeten worden, omdat het interferentiepatroon bij vochtopname verloren gaat. Ook wordt nog veel met tamelijk kwetsbare lichtgevoelige zilverhaliden gewerkt. Veelbelovend is evenwel een nieuw foto-polymeer van Du Pont. Hoewel de lichtgevoeligheid nog wel een factor tien zou kunnen worden verbeterd, lijkt dit materiaal zeer geschikt als fotografisch "papier' voor een toekomstige holografische printer. Met zo'n printer wordt het afdrukken van hologrammen kinderspel: je laadt de printer met de onbelichte fotopolymeerfilm, je start het computerprogramma met een klik op de muis en uit de machine rolt een kant-en-klare driedimensionale afdruk.

Holoprinter

De half-automatische holoprinter van DHL komt dicht in de buurt van dit ideaal. Het principe van deze machine - onder andere in gebruik bij de Kunsthochschule für Medien in Keulen - is gebaseerd op de eerder beschreven Multiple Photo Generated Holography-methode. Een computer genereert honderdvijftig verschillende aanzichten van een voorwerp, waarvan evenveel dia's worden gemaakt die met behulp van laserlicht op een fotogevoelige laag worden geprojecteerd. Dat laatste gebeurt volautomatisch: wel moet de emulsie nog handmatig ontwikkeld worden, maar met de nieuwe fotopolymeer van Du Pont is zelfs dat niet meer nodig.

Op het in februari gehouden congres SPIE Electronic Imaging in San Jose (Cal.) demonstreerde DHL een geheel nieuwe printer, waarbij diaprojector en matglas zijn vervangen door een experimenteel LCD-scherm van Philips. Het voordeel van zo'n scherm is dat de computergegenereerde beelden met behulp van laserstralen rechtstreeks kunnen worden opgenomen. Dit nieuwe apparaat herinnert enigszins aan de elektronische fotozetmachine, waarbij de te zetten teksten via een beeldbuis en een lens direct op lichtgevoelig papier of film kunnen worden geprojecteerd.

De holografische industrie heeft echter nog meer verrassingen in petto. Holografische televisie bijvoorbeeld. Tot nu toe leek dat alleen al vanwege de hoge lijndichtheid onmogelijk: via de ether of de kabel zou dan 100.000 maal zoveel informatie moeten worden verzonden als met de huidige technieken. En dan nog zou het beeldscherm niet veel groter zijn dan tien bij tien centimeter. Bij het Media Lab zijn op een klein scherm (55 mm bij 35 mm) 's werelds eerste holografische videobeelden te zien. Toegegeven: het nog wel een zeer rudimentaire vorm van 3D-televisie. De oorspronkelijke beelden worden door een parallelle computer (een Connection Machine met 16.000 processoren) gecreëerd en daarna lijn voor lijn door een akoestisch-optische modulator (AOM, een tellurium dioxide-kristal) geleid. Hierdoor veranderen de beeldlijnen van gedaante: met behulp van een geluidssignaal en een laserstraal ontstaat er een interferentiepatroon. Het nadeel van deze modulatie is echter dat het patroon longitudinaal (de lengterichting volgend) gaat "trillen' en deze beweging met behulp van een draaiende polygonale spiegel moet worden gecorrigeerd voordat een galvanoscanner de 192 horizontale beeldlijnen op een display projecteert. Een beter alternatief is helaas niet voorhanden. Met behulp van een stuurhendeltje (joystick) kan men de bewegingen van de animaties al wel beïnvloeden. Een vorm van interactieve holografie.

Hoewel deze technologie nog in de kinderschoenen staat (de lijndichtheid is vergeleken met conventionele televisie onvoldoende) heeft projectleider Benton met holografische video zeer gerichte toepassingen op het oog. De medische wetenschap heeft behoefte aan levensechte driedimensionale doorsneden van het lichaam. Met behulp van informatie uit moderne medische scanners (CT, NMR) hoopt Benton medische animaties van o.a. de bloedsomloop te kunnen maken.

Tekening: De in de tekst beschreven electro-optische installatie voor holografische videobeelden.