Summary
동적 홀로그램 3D의 제작을 위해 초미세 입자 실버 할로일화물 홀로그램 에멀젼에 동일한 밝기, 투명도 및 균일 한 색상을 보여주는 매우 사실적인 풀 컬러 아날로그 홀로그램 세트를 기록하는 프로토콜을 제시합니다. 표시.
Abstract
이 백서는 Fantatrope, 동적 홀로그램 3D 디스플레이의 제작을위한 동일한 밝기, 투명성 및 균일 한 색상을 제시 열두 매우 사실적인 풀 컬러 아날로그 홀로그램 세트를 기록하는 방법을 보여줍니다, 에 대한 필요없이 특별한 보기 보조 장치. 이 방법은 3D 프린터 기술, 3개의 저전력 레이저(적색, 녹색 및 파랑)를 갖춘 단일 빔 풀 컬러 Denisyuk 광학 설정 및 특별히 설계된 이소 팬크로매틱 고감도 은 할로그램 홀로그램 에멀젼의 사용을 포함합니다. 어떤 확산없이 아날로그 홀로그램을 기록. 순환 애니메이션은 3D 컴퓨터 그래픽 프로그램으로 만들어지며 다양한 요소가 3D 로 인쇄되어 홀로그램모델을 형성합니다. 홀로그램은 풀 컬러 홀로그램 설정으로 기록되고 두 개의 간단한 화학 욕조를 사용하여 개발됩니다. 에멀젼 두께 변화를 방지하기 위해 홀로그램은 광학 접착제로 밀봉됩니다. 결과는 이 프로토콜로 기록된 모든 홀로그램이 동일한 특성을 제시하여 Fantatrope에서 사용될 수 있음을 확인합니다.
Introduction
3차원(3D) 디스플레이는 중요한 연구주제인 1,2,3 및 현재 대부분의 접근법은 시각적 인 불편함과 피로를 유발하는 입체 원리4를 사용한다5,6. 판타지로프는 특별한 시청 보조장치7없이짧은 애니메이션을 풀 컬러로 표시 할 수있는 편리한 새로운 유형의 동적 홀로그램 3D 디스플레이입니다. 판타지로프는 애니메이션의 여러 단계에 해당하는 12개의 풀 컬러 홀로그램 시리즈를 사용합니다. 이 장치에 사용되는 모든 홀로그램은 매우 사실적이어야하며 동일한 밝기, 투명도 및 균일 한 색상을 표시해야합니다. 하나의 고품질 풀 컬러 홀로그램의 기록은 숙련 된 실무자도 어렵게 남아 있습니다. 기록 기술과 홀로그램 자료의 선택은 중요한 핵심 포인트이지만, 성공적으로 홀로그램을 기록하는 데 중요한 몇 가지 더 많은 세부 사항이 있습니다.
이 프로토콜의 경우, 12개의 서로 다른 이미지의 순환 시퀀스가 먼저 3D 컴퓨터 그래픽 프로그램으로 만들어지며 모든 요소가 3D 로 인쇄되어 홀로그램 모델이 됩니다. 이 홀로그램은 1963년 유리 데니스육이 도입한 단일 빔 방법8로 기록되어 180° 전체 시차로 매우 사실적인 홀로그램을 기록할 수 있습니다. Denisyuk 풀 컬러 설정은 흰색 레이저 빔을 얻기 위해 결합 된 세 가지 레이저 (빨간색, 녹색 및 파란색)를 사용합니다. 실버 할로니드 에멀젼은 기록 재료9의 최선의 선택이며 몇 가지 실버 할로히드 풀 컬러 에멀젼만 사용할 수 있습니다9,10. 또한 흐림 없이 청색 파장을 기록하기 위해 10,000선/mm 이상의 해상도를 가진 이소 팬크로매틱 에멀젼이 필요합니다.
이 프로토콜에서 홀로그램 세트는 4 인치 x 5 인치 플레이트에 기록되며, 확산없이 풀 컬러 아날로그 홀로그램을 기록하기 위해 특별히 설계된 재료를 사용하여 색상 홀로그래피에 사용되는 모든 일반적인 가시 레이저에 대해 이소판색으로 만들어집니다 (재료 표참조). 입자는 너무 미세 (4 nm) 어떤 가시 파장 도 확산 없이 내부에 기록 될 수 있다11. 또한, 각 홀로그램은 궁극적 인 에멀젼을 위해 개발 된 안전한 비 염색 화학 공정을 사용하여 개발됩니다.
이 상세한 프로토콜은 전체 색상 Denisyuk 홀로그램 기록과 관련된 많은 일반적인 함정을 피하기 위해 아날로그 홀로그래피 분야의 새롭고 숙련 된 실무자를 돕기위한 것입니다; 또한 신뢰할 수 있고 재현 가능한 결과를 얻기 위해 궁극적 인 은 할로니드 홀로그램 재료 및 화학 물질을 사용하는 방법을 배우는 방법을 제공 할 수 있습니다.
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Protocol
주의: 레이저12 및 화학 제품을 사용할 때안전 고글, 안경, 장갑 및 실험실 코트와 같은 개인 보호 장비사용을 포함하여 모든 적절한 안전 관행을 따라야 합니다.
1. 콘텐츠 제작
- 무료 오픈 소스 3D 소프트웨어 도구 집합인 블렌더와 같은 3D 컴퓨터 그래픽 프로그램을 사용하여 장면(캐릭터 및 배경)의 다양한 요소를 모델링합니다.
- 3D 컴퓨터 그래픽 프로그램으로 12프레임 순환 애니메이션을 만듭니다.
- 3D 인쇄 및 다른 요소를 페인트합니다.
- 융합된 증착 모델링(FDM) 흑백 3D프린터(13)를사용하여 동일한 스케일로 문자 및 배경을 인쇄하고, 백색 폴리락트산(PLA) 필라멘트를 사용한다.
- 사포를 사용하여 인쇄 결함을 제거합니다.
- 아크릴 페인트로 다른 요소를 손으로 페인트.
주의: 불쾌한 냄새를 피하려면 실외에서 페인트칠하거나 환기를 사용하십시오.
- 녹음 상자를 설정합니다. 단단한 나무 상자에 배경을 고정하여 움직임을 피하고 다른 3D 인쇄 문자를 차례로 내부에 배치하여 다른 4 인치 x 5 인치 홀로그램을 기록 할 수 있습니다.
참고 : 홀로그램 녹화 중에 움직임을 피하기 위해 응력없이 접착제 또는 플라스틱을 사용하여 개별 요소를 단단히 부착하십시오.
2. 홀로그램 녹음
- 광학 테이블에서 Denisyuk 단일 빔 풀 컬러 광학 설정9,10을 조립하여 홀로그램을 기록합니다.
참고 : 다른 홀로그램을 기록하기 위해, 사용되는 세 RGB 레이저는 빨간색 HeNe, 633 nm, 20 mW; 녹색 다이오드 펌핑 솔리드 스테이트(DPSS), 532 nm, 100 mW를 20 mW로 조정; 파란색 DPSS 473 nm 50 mW 20 mW로 조정. 공간 필터는 40x, 0.65 NA 무채색 현미경 대물및 10 μm 핀홀을 갖추고 있습니다.- 3개의 레이저 빔(적색, 녹색 및 파란색)을 X-큐브 프리즘과 결합하여 동일한 공간 필터를 통과하는 흰색 레이저 빔을 가져옵니다.
참고: 빨간색과 파란색 레이저에 두 개의 거울을 사용하여 4도의 자유도를 얻고 세 개의 빔을 완벽하게 정렬합니다. - 1m 의 거리와 45 °의 각도에서, 발산 빔으로 기록 상자를 조명.
- 큐브에서 세 레이저의 거리를 조정하여 오브젝트 평면에 투영된 유사한 빔 지름을 얻습니다.
참고: 레코딩 박스는 넓고 깨끗하며 균일한 흰색 빔으로 조명되어야 합니다.
- 3개의 레이저 빔(적색, 녹색 및 파란색)을 X-큐브 프리즘과 결합하여 동일한 공간 필터를 통과하는 흰색 레이저 빔을 가져옵니다.
- 파워 미터를 사용하여 색상 균형을 조정하고 노출 시간을 결정합니다.
- 홀로그램 플레이트의 위치에서 각 레이저의 강도를 수평으로 측정합니다(재료 표참조). 플레이트 재료는 이소판색이므로 3 개의 레이저에 대해 색상 균형을 동일하게 조정하십시오.
참고 : 사용되는 파워 미터는 633 nm 빨간색 레이저의 전력을 직접 판독 할 수 있습니다. 473 nm 파란색 및 532 nm 녹색 레이저의 경우 보정 계수(파란색의 경우 x0.4, 녹색의 경우 x0.6)를 적용해야 합니다. - 다음 공식에 따라 홀로그램을 기록하기 전에 노출 시간을 결정합니다.
(1) - 여기서 t는 노출 시간(들), H의 민감도(J/cm2) 및 E의 레이저 세기(W/cm2)이다. E는 파워 미터가있는 홀로그램 플레이트의 위치에서 측정됩니다.
참고: 여기에 사용된 재료의 감도는 풀 컬러(RGB) 홀로그램에 대해 레이저당 200 μJ/cm2입니다. 파워 미터로 측정된 홀로그램 플레이트의 위치에서 각 레이저의 강도는 레이저당 17 μW/cm²이고 노출 시간은 공식 1에 따라 12s입니다.
- 홀로그램 플레이트의 위치에서 각 레이저의 강도를 수평으로 측정합니다(재료 표참조). 플레이트 재료는 이소판색이므로 3 개의 레이저에 대해 색상 균형을 동일하게 조정하십시오.
- 셔터로 레이저 빔을 닫습니다.
참고: 타이머가 있는 전자 셔터를 사용하여 노출 시간을 정확하게 제어합니다. - 접시를 준비한다.
주의: 장갑을 사용하여 플레이트 가장자리를 다루고 언제든지 에멀젼과 피부접촉을 허용하지 마십시오.- 교대를 피하기 위해 냉장고에서 홀로그램 플레이트를 제거하고 기록하기 전에 1 시간 동안 실온 (20-25 °C)에 보관하십시오.
참고: 여기에 사용된 플레이트는 4°C에서 냉장 보관해야 합니다. - 내부 반사를 피하기 위해 검은색 마커로 플레이트의 위쪽 가장자리를 어둡게 합니다.
- 교대를 피하기 위해 냉장고에서 홀로그램 플레이트를 제거하고 기록하기 전에 1 시간 동안 실온 (20-25 °C)에 보관하십시오.
- 녹색 안전 표시등 아래에 기록 플레이트를 설정합니다.
- 에멀젼 면을 결정하기 위해 플레이트에 불어. 증기는 유리 면에만 나타납니다.
- 기록 상자에 홀로그램 플레이트 에멀젼 면을 아래로 놓습니다. 녹화하기 전에 5분 동안 안정화되도록 합니다.
- 셔터를 열어 기록 플레이트를 노출하고, 이전에 수식 1로 계산한 시간 동안.
- 기록된 플레이트를 빛으로부터 멀리 떨어진 닫힌 상자에 보관하십시오.
(1)3. 홀로그램 개발
참고 : 홀로그램은 궁극적 인 에멀젼을 위해 개발 된 안전하고 비 염색 화학 공정으로 개발되었습니다.
- 플레이트가 노출되면 4 인치 x 5 인치 플레이트에 대한 개발자의 100 mL을 준비하십시오. 개발자를 1부 개발자의 비율로 증류수 또는 탈염수 10개 부품(1:10)에 혼합합니다.
참고: 개발자는 산화를 방지하기 위해 밀폐된 병에 농축 용액을 비축하고 있으며 가공 직전에 증류수 또는 탈염수로 희석해야 합니다. - 개발자를 22°C로 정확하게 가열합니다.
참고: 개발자가 제대로 작동하려면 수온이 20°C 이상이어야 합니다. 반복을 위해 온도계로 개발 하기 전에 온도를 제어합니다. - 녹색 안전 등에서, 트레이에 노출 된 플레이트를 배치하고 신속하게, 에멀젼 측면을 위로, 개발자에 천천히 동요 4 분 정확하게. 개발이 끝나면 플레이트는 옅은 노란색 / 주황색을 얻습니다.
참고: 플레이트가 개발자와 완전히 연관된 후 몇 초 후에 개발 프로세스가 표시됩니다. 개발 중 일정한 온도를 유지하기 위해 뚜껑이 있는 절연 트레이를 사용하십시오. 검은 밀도를 얻기 위해 추가 개발이 필요하지 않습니다. - 개발자를 제거하고 물이 싱크대에 오버 플로우 할 수 있도록 30 s에 대한 흐르는 수돗물에서 트레이에 접시를 씻어.
- 정상적인 빛 아래에서, 개발 된 플레이트를 트레이에 놓고 플레이트가 완전히 투명해질 때까지 교반없이 빠르게 에멀젼 면을 위로 침수시하십시오. 표백 과정은 플레이트가 완전히 잠긴 후 몇 초 후에 볼 수 있게 됩니다.
참고 : 일반적인 표백 시간은 실온 (20-25 °C)에서 3 내지 5 분입니다. - 표백제를 제거하고 트레이에 있는 접시를 흐르는 수돗물 아래에서 2분 동안 세척하여 물이 싱크대에 넘치게 합니다.
참고 : 플레이트가 표백 후 젖은 상태로 남아있을 때 홀로그램은 할로겐 스팟으로 전송하여 관찰 할 수 있습니다. 홀로그램이 성공하면이 이미지가 매우 강하게 나타납니다. - 트레이에 접시를 놓고, 에멀젼 면을 위로, 1 분 동안 교반하지 않고 습윤제 의 일부 방울로 탈염 또는 증류수 용액에 담급니다.
- 트레이에서 접시를 꺼내 15-20 분 동안 수직으로 건조시면 됩니다.
- 12개의 홀로그램 각각에 대해 이러한 작업을 반복합니다. 기록하기 전에, 기록 상자에 다른 물체를 매우 정밀하게 배치하기 위해, 기록 위치에서 이전의 투명 홀로그램을 교체하여 홀로그램 양파 스킨 방법을 적용하고, 레이저에서 동시에 두 이미지를 관찰 조명을 사용하여 새 캐릭터가 잘 배치되어 있는지 확인합니다.
참고: 어니언 스키닝은 일반적으로 스톱 모션 애니메이션에서 두 개의 서로 다른 프레임을 동시에 확인하는 데 사용되는 프로시저입니다.
4. 홀로그램 밀봉
참고 : 홀로그램은 광학 자외선 (UV) 접착제를 사용하여 홀로그램에 밀봉 된 두 번째 깨끗한 유리 판에 의해 보호됩니다.
- 메스를 사용하여 가장자리 주위에 5mm의 에멀젼을 긁어냅니다.
참고: 플레이트가 여전히 젖으면 이 작업이 더 쉽습니다. - 1 mL의 UV 접착제와 같은 크기의 깨끗한 유리 판 (4 인치 x 5 인치)에 홀로그램을 적층.
참고 : 라미네이션을 용이하게하기 위해 접착제, 홀로그램 및 깨끗한 유리 판을 오븐에서 30 °C에서 10 분 동안 예열하십시오. - 홀로그램의 깨끗한 유리 면을 햇빛에 노출; UV 접착제는 5 분 이내에 경화됩니다.
참고 : UV 램프를 사용할 수도 있지만 강한 자외선 노출은 피해야합니다. - 밀봉 된 홀로그램을 물과 비누로 씻고 티슈 페이퍼로 말린 다음 매트 한 검은 색 스프레이 페인트로 뒷면을 검게 합니다.
5. 판타트로프 조립 및 작동
- 판타트로프의 정기적으로 배치된 프레임에서 12개의 홀로그램을 연대순으로 장착합니다.
참고: Gentet 등. 20197은 판타트로프의 제조 및 작동을 설명합니다. - 판타트로프를 일정한 속도로 회전시킵니다. 회전 속도와 동기화된 RGB LED 스트로브 라이트는 다양한 프레임을 연달아 비추어 이미지의 빠른 연속을 만들어 내고 움직임의 환상을 연출합니다.
참고: 초당 한 턴의 회전은 유체 모션의 감각을 얻기에 충분합니다.
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Representative Results
3D 콘텐츠가 생성되고 12개의 이미지의 주기적 시퀀스가 상상되었고, 다른 요소들이 3D 인쇄및 페인팅되었습니다(그림1). Denisyuk 단일 빔 풀 컬러 광학 설정홀로그램을 기록하기 위해 조립되었다(그림 2). 기록 후, 홀로그램을 개발하고 밀봉(그림 3)동일한 밝기, 투명도 및 균일 한 색상을 보여주는 180 ° 풀 시차와 열두 매우 사실적인 풀 컬러 아날로그 홀로그램의 세트를 얻기 위해(그림 4). 연대순으로 장착된 12개의 홀로그램이 장착된 Fantatrope는 성공적으로 작동되었으며 특별한 시청 보조 장치 없이도 다이내믹 3D 디스플레이의 효과를 생성했습니다(비디오1).
그림 1: 3D 콘텐츠. (A)컴퓨터가 생성된 문자와 배경입니다. (B)전체 순환 시퀀스입니다. (C)3D 인쇄 문자 와 배경 도장 후, 녹음 상자에 고정. 이 수치는 Gentet 등 에서 수정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 회로도 단일 빔 풀 컬러 Denisyuk 광학 홀로그램 설정. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: 홀로그램 플레이트의 개발 및 밀봉. (A)개발 후 옅은 오렌지 색의 접시. (B)표백 후 소음이 거의 없는 투명 플레이트. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4: 최종 홀로그램. (A)180 ° 전체 시차 홀로그램 중 하나의 세 가지 보기. (B)동일한 밝기, 투명도 및 균일 한 색상을 보여주는 12 홀로그램의 최종 세트. 이 수치는 Gentet 등 에서 수정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
비디오 1: 연대순으로 장착된 12개의 홀로그램으로 판타트로프를 작동시킵니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
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Discussion
전통적으로 스톱 모션 필름은 인형이나 점토 모델을 사용합니다. 움직임을 피하고 홀로그램 녹화 시 밝은 이미지를 얻으려면 3D 인쇄 문자 와 배경 세트가 선택됩니다. 또한, 다른 요소는 단단히 상자에 스트레스없이 부착된다. 레코딩 중에 요소가 구속조건으로 고정되거나 이동하면 최종 홀로그램에 검은색또는 프린지가 표시됩니다. 3D 프린팅은 아날로그 홀로그래피용 오리지널 모델을 만들기 위한 매우 흥미로운 새로운 도구입니다.
코베스트로 Bayfol HX20014와같은 광중합체 필름의 주요 장점은 실버 할로나이드 재료에 비해 건식 가공입니다. 여기에 사용되는 재료는 습식 처리가 필요하지만 빠르고 간단하며 무독성 제품을 사용합니다. 또한 훨씬 더 높은 감도 (200 μJ /cm2 대 20 mJ / cm2)를가지고 있으며, 그 결과 단축 된 노출 시간은 진동 및 운동 문제를 피하기 위해 아날로그 홀로그램에서 밝은 홀로그램을 기록하는 것이 바람직합니다. 또한, 많은 사용자, 특히 취미 또는 학교, 저전력 레이저 (미만 20 mW); 고감도 기록 자료는 노출 시간이 짧은 고품질 홀로그램을 얻는 데 중요한 요소입니다. 기판 재료는 최종 홀로그램 품질을 결정하는 데 중요하며, 유리는 기계적으로 안정적이고 광학적으로 비활성이기 때문에 이를 위한 최선의 선택임을 입증합니다.
이 절차에 기록 된 각 홀로그램은 무독성 및 비 염색 화학 목욕으로 개발됩니다. 안전하고 사용하기 쉬운 이러한 화학 물질은 일반적으로 홀로그래피에 사용되는 위험하고 독성이 있으며 환경적으로 유해한 화학 물질과 매우 다릅니다. 특히, 권장 공정15는25년 전 러시아 슬라비치 PFG-03C 홀로그램에멀젼(16)에대해 확립되었으며, 포름알데히드 나 카테콜 과 같은 화학 물질을 사용하며, 이는 안전하지 않고 지저분하며 다루기 어렵다. 또한 U04 플레이트는 제조 공정 중에 미리 경화되며 위험한 경화 욕조가 필요하지 않습니다. 대부분의 다른 은 할로겐 홀로그램 물질은 트리에탄올라민(TEA)17 또는 경화 전 목욕전(16)의 과민성 용액으로 노출되기 전에 처리되어야 하며, 플레이트를 손상시킬 위험이 높다.
기록하는 동안, 중력에 의한 더 나은 안정성을 위해 물체와 홀로그램 플레이트를 수평 위치에 배치하는 것이 바람직하다. 타이머가 있는 전자 셔터를 사용하면 노출 시간을 정밀하게 제어하고 반복을 허용하는 것이 중요합니다. 10% 과다 노출은 유백색 홀로그램을 생성할 수 있고, 노출 시간의 10% 부족은 희미한 홀로그램을 생성할 수 있습니다. 실온이나 습도가 변화함에 따라 홀로그램이 기록되는 젤라틴이 팽창하거나 줄어들 수 있습니다. 그런 다음 홀로그램의 색상과 재구성 각도가 변경됩니다. 따라서 색상 변환에 영향을 줄 수 있는 에멀젼 두께 변화를 방지하기 위해 각 홀로그램은 광학 접착제를 사용하여 홀로그램에 밀봉된 두 번째 깨끗한 유리 판에 의해 보호되어야 합니다.
이 프로토콜은 밝고, 화려하고, 투명하고, 균일한 홀로그램을 얻을 수 있게 해주며, 매우 반복가능합니다. 열두 홀로그램은이 방법에 따라 며칠에 걸쳐 기록되었으며, 그들은 모두 동일한 최종 특성을 제시하여 Fantatrope에서 사용할 수 있습니다. 이 프로토콜을 사용하면 아날로그 풀 컬러 홀로그래피 분야의 모든 실무자가 신뢰할 수 있고 재현 가능한 결과를 얻을 수 있습니다.
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Disclosures
필립 겐테, 김영희, 김광지, 이승현은 이해상충이 없다고 선언한다. 이브 젠테는 여기에 사용되는 에멀젼의 제조 업체입니다.
Acknowledgments
본 연구는 2019년 광운대학교 연구보조금에 의해 수행되었다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Black marker | Monami | Magic Cap | |
| FDM monochrome 3D printer | Anet | A8 | |
| Holographic bleach | Ultimate Holography | BLEACH-1L | Non-toxic |
| Holographic developer | Ultimate Holography | REV-U08-1.2 | Non-toxic |
| Holographic plates | Ultimate Holography | U04P-VICOL-4X5 | Light-sensitive |
| Laser (DPSS 532 nm 100 mW) | Cobolt | Samba | Follow safety practices |
| Laser (DPSS 473 nm 50 mW) | Cobolt | Blue | Follow safety practices |
| Laser (HeNe 633 nm 21 mW) | Thorlabs | HNL210L | Follow safety practices |
| Laser power meter | Sanwa | LP1 | |
| Matte black spray paint | Plasti-kote | 3101 | |
| Microscope objective | Edmund Optics | 40X 0.65 NA | |
| Pinhole | Edmund Optics | 10 μm | |
| Spatial Filter Movement | Edmund Optics | 39-976 | |
| UV glue | Vitralit | 6127 | Use gloves |
| Wetting agent | Kodak | Photo-Flo | |
| White PLA filament | Hatchbox | PLA-1KG1.75-BLK | |
| X-cube | Edmund Optics | 54-823 |
References
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