빛과 홀로그래피

1. 1 빛과홀로그래피 옥광호 본 교재는 한국예술종합학교 미술원 조형예술과 빛과 홀로그래피 과목의 강의를 위하여 3D 영상기술인홀로그래피, 특히 예술분야에의 응용가능성이 가장 높은 디스플레이 홀로그램의 제작에 대한 실제적이면서 구체적인 내용을 기술하고자 합니다. 또한 차세대미디어로 디스플레이분야에서의 광 응용기술을 바탕으로 한 영상기술 (3D영상기술)이 세계적으로 각광받고 있는 시대적 흐름과 산업화 추세에 따라서 3차원영상, 광 정보처리의 기초가 되는 홀로그래피의원리습득과 응용을 통한 예술분야에서의 실습의 장이 되었으면 합니다. 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

2. 2 빛과홀로그래피 -목차- 4. 홀로그램의 분류 5. 레인보우 홀로그램 6. Pseudocolor레인보우 홀로그램 7. 디지털 스테레오그램 8. 도트 매트릭스 홀로그램 9. 엠보스드 홀로그램 4장 기록재 4-1 실버할라이드 4-2 포토폴리머 4-3 D.C.G 4-4 포토레지스트 5장 레인보우 홀로그램 H1 5-1 SET UP 5-2 OPTICS 5-3 촬영공정 1장 홀로그래피 1. 홀로그래피의 개요 2. 포토그래피와 홀로그래피의 비교 3. 홀로그래피의 시각적 속성 4.예술에의 접목 2장 빛과 레이저 1. 빛의 성질 2. 빛의 간섭 3. 빛의 회절 4. 레이저의 원리 5. 레이저의 구조 6. 레이저의 종류 3장 홀로그램의 제작 1. 기본공정 2. H1 SET UP 3. H2 SET UP 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

3. 3 빛과홀로그래피 6장 레인보우 홀로그램 H2 6-1 SET UP 6-2 OPTICS 6-3 촬영공정 6-4 현상 7장 홀로그램의 응용(HOE) 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

4. 4 빛과홀로그래피 제 1장 홀로그래피( Holography ) 1. 홀로그래피의 개요 홀로그래피란 1948년 헝가리출신 영국 물리학자인 Dennis Gabor가 전자현미경의 분해능력을 향상시키기 위한 실험중 개발된 일종의 사진술로서, Hologram은전체(완전한)라는 뜻의 Holos와 메시지라는 뜻의 Gramme로 만들어진 합성어 로서 전체를 기록하는 방법(또는 완전한 메시지)이라는 의미를 가지고 있다. 1960년에 Laser 광선이개발된 이후 비약적으로 발전한 3차원의 기록이 가능한 차세대 미디어기술이다. 2. 포토그래피와 홀로그래피의 비교 인간이 손으로 그리는 그림 이후의 영상기술이 사진술(Photography)이기에 사진과 홀로그램을 통해 포토그래피와 홀로그래피를 비교하고자 한다. 사진술과 비교는 하지만 홀로그래피는 사진술과는 다른 광학적 원리와 물리적 특성을 가지고 있다. 가장 분명한 차이점은 영상의 “차원(Dimension)” 과 “깊이(Depth)” 이다. - 사진(포토그래피)은 물체의 각점에서의 광의 세기를 기록하여 그 명암상을 만들기 때문에 입체감이 없으나, 홀로그래피는 진폭과 위상의 양 성분을 간섭무늬로 기록하기 때문에 완전한 입체상을 얻을 수 있다 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

5. 5 빛과홀로그래피 • 3. 홀로그래피의 시각적속성 • 입체감 ( 3 Dimensional)--------패럴렉스(Parallax:시차) , 프로젝션 이미지( Projection image ) • 컬러 (Color of light) • 동적 이미지 (Stereogram) • 가. 패럴렉스(시차) • - 사진을 한쪽에서 다른 한쪽으로 봐도 그림의 주위를 살피거나 깊이를 느낄수 가 없다. 그러나 홀로그램은 이미지의 • 다른쪽 면을, 심지어는 뒷부분까지도 볼 수 있다. 약5~6cm 떨어져 있는 인간의 눈은 각각의 눈이 사물을 개별적으 • 로 포착해 정보를 뇌로보내고 우리의 뇌는 자동적으로 이미지의 차원과 깊이를 만들어 내는데 홀로그램은 이를 • 충분히만족시킨다. • 현재 나와 있는 입체영상을 볼 수 있는 장치들 , 렌티큘라(Lenticular), 입체 안경식3D (Parallax barrier, 셔터방식 • 등)들도눈의 시차를 이용한 영상합성 3D를 제공하나 홀로그램만큼 완벽하지는 못할 것 이다. • 나. 프로젝션 이미지 • 홀로그램은 필름의 사이즈에 따라 1 미터 이상 영상이 돌출되어 “ 공중에 떠 있는듯한 효과 “를 연출할 수 있다. • 다. 컬러 • 홀로그램은 색이 아닌 빛(파장)의 재생이므로 가시광선의 스펙트럼으로 FULL COLOR 를 감상할 수 있다. • 라. 동적 이미지(스테레오그램) • 유사한 다수의 그림을, 각도를 달리하여 연속적 촬영, 움직이는 영상을 연출할 수 있다. 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

6. 6 빛과홀로그래피 마. 제작환경 레이저를 광원으로 하여 진동이 억제된 광학 테이블 위에서 광학 옵틱스(OPTICS)들을 정밀히 제어하여 제작된다. 레이저실 및 촬영실은 적정온도( 섭씨 22도 )와 습도(RH 55% )를 유지하여야 하며 특히 촬영 시에는 진동이 극도로 억제되어야 한다. 4. 예술에의 접목 빛의 공간연출이 가능한 홀로그램은 3차원의 기록이 가능한 미디어기술로서 광학적 응용분야가 다양하지만 영상으로서 심미적이고 3차원적인 특징이 있다. 그러나 홀로그램 그 자체는 연장이지 작품의 최종목적이 아니다. 도구는 사용자의 의식과 의도, 그 작품을 만나는 사람의 사고의 깊이와 경험에 따라 창조적으로 이용될 수 있다. 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

7. 7 빛과홀로그래피 제 2 장 빛 과 레이저 “빛은 홀로그램을 만드는 매체 , 홀로그램을 조각하는 도구이다. “ 1. 빛 의 성질 가. 파 ( WAVE ) 이론 -- 빛(LIGHT) 은 파 (전자기파 ) 의 성질을 가진다 (파동성) 우리가 실제로 볼 수 없고 그 간접적인 효과만 관찰할 수 있는 빛에 대한 현재까지의 우세한 이론중의 하나가 빛이 파 의 성질을 가진다는 것이다. 파장(람다:) 산 진폭 위상 (파의 진행방향) 골 1 주파수 나. 광파의 성질 : 파장은 빛의 컬러를 진폭은 빛의 세기를 위상은 광의 경로를 나타낸다. 다. 전자기파는 주파수들의 연속적인 범위를 보인다. (주파수 또는 진동수란 1초에 한 점을 지나는 파 꼭대기의 수를 말한다.) 빛의 주파수는 초당 약 400 ~ 800 트릴리온(TRILLION :10 의 -14성)의 파를 달린다. 그러므로 파장이 짧을수록 주파수는 높다 ( 단파장 = 고주파수) 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

8. 8 빛과홀로그래피 블루 (BLUE)파장 --단파장 , 고주파주 레드(RED) 파장 -- 장파장 , 저주파수 밝음 + 0 어둠 어둠 _ 밝음 빛의 진행은 밝고 어둠의 연속적인 반복이나 그속도가 빠르므로 우리는 밝음만 인지한다. ON ON ON ON 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

9. 9 빛과홀로그래피 파장(nm) 0 400 500 600 700 라. 가시광선의 파장 파장 (nm) 컬러 RED 650 RED 600 ORANGE GREEN 570 YELLOW 520 GREEN 470 BLUE BLUE 430 VILLET 2. 빛의 간섭(두 파의 간섭) 가. 원리 : 빛은 파 (wave) 라고 했다. 두개의 파동이 만나면 그림과 같이 간섭에 의해 새로운 파동이 만들어진다 . 파1 + 파2 (보강간섭) 파 1 = 파 2 파1 + 파2 (상쇄간섭) 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

10. 10 빛과홀로그래피 나. 수면파의간섭 -- 물결통 실험 수면파(물결)는 물표면에 막대기를 진동시켜 쉽게 발생 시킬 수 있다. 왼편 그림처럼 동시에 같은 진동수의 두 파를 발생시키면 각기 다른 위치에 중심을 갖는 동심원의 원형파가 되어서 퍼져 나간다. 두 파동이 어우러져 나타나는 무늬는 그림에서 보는 것 처럼 지역에 따라 진동이 크게 일 어나기도 하고(보강간섭), 적게 일어나기도 한다(상쇄간섭). 두 파동의 진동수가 동일 하고 막대기가 물을 쳐주는 박자의 차이가 시간이 가도 변함이 없으면(가간섭성을 가졌다면) 보강간섭이나 소멸간섭의 위치가 변하지 않고 일정한 형태를 계속 유지 할 것이다. 한편 두 파의 진동수가 다르거나 그 위상차이(박자의 차이) 제멋대로라면 공간에 형성되는 물결이 출렁거리는 정도가 시간에 따라 계속 바뀌게 되어 간섭이 일어나지 않는다. 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

11. 11 빛과홀로그래피 다. 간섭현상의 예 1) 2 개의 슬릿(slit) 에 의 한 간섭(위상자법) 옆 그림과 같이 단색광을두갈래로 나누어 광로를 다르게 두면 위상차이가 생겨 스크린에 간섭무늬가 나타난다. 이때의 가변요소로는 파장, 슬릿의 폭, 슬릿간거리, 슬릿과스크린의 거리가 있다. 슬릿 1 슬릿 2 • 브래그의조건(BRAGG CONDION) • 두빔의간섭에 의한 결과물로 프린지(Fringe)가 기록제에 생기는데 • Fringe 의 간격을 나타내는 조건이 있다. • 이를 브래그의 조건이라 하고 공식은 다음과 같다. • D =  / ( 2 SIN (/2)) • D = 프린지간격  = 두빔의 입사각의 각도 • 입사각과회절각은비례하나 • 입사각의크기와프린지간격(pitch 거리) 는 반비례함 스크린 입사각(  ) 이 공식에서 알 수 있듯이 두 광선 사이의 각도가 커짐에 따라 프린지의 간격은 축소됨을 알 수있다. Grating Pitch 거리 한국예술종합학교 Korea National University of Arts 이는 홀로그래픽 광학소자 (HOE)에서 그레이팅(grating ) 피치(pitch)를 조율하는 기본공식이다.

12. 12 빛과홀로그래피 2) 박막 간섭 (예) 물위에 기름을 떨어뜨리면 얇은 막이 형성되고 기름표면에서 반사된 빛과 물표면에서 반사된 빛은 광로차가 있어 위상차가 주어지므로 입사광(혹은 반사광)의 각도에 따라 간섭무늬가 주어진다. 3. 빛의 회절 가. 보통 우리는 빛이 직선으로 진행한다고 생각한다. 빛이 Object와 만나면 그림자가 생긴다. 빛이 직선으로 갈수록 그림자도 더 뚜렷하다. 그러나 그림자의 가장자리를 가까이서 보면 그곳이 흐리다는 것을 알 수 있다. 이는 빛이 Object 의 가장자리 주위에서 약간 휘기 때문이다. 이렇게 빛이 모서리 주위에서 구부러지는 것을 “회절” 이라고 한다. 나. 작은 구멍에 의한 회절 작은 구멍은 회절현상 때문에 가장자리 쪽을 향해 휘는 새로운 일련의 파들에 대한 포인트 소스(Point source)로서 작용한다. 구멍의 크기는 회절의 양을 결정한다. 구멍이 작을수록 휘는 빛이 더 많다. 큰 구멍일수록 휘는 빛이 더 적다. 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

13. 13 빛과홀로그래피 4. 레이저의 원리 가. 빛의 발생원리 빛은 높은 에너지 준위 ( 準 位 )로부터 낮은 에너지 준위 ( 準 位 )까지의 전자들의 운동으로 생긴다. 나. 전자의 바닥 상태에서 더 높은 에너지로의 점프 전 자 E 4 더 높은 에너지 E 3 E 2 바닥 상태 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

14. 14 빛과홀로그래피 다. 자발 방출 E 4 E = E 4 - E 3 E 3 더 높은 에너지 E = E 3 - E 2 E 2 에너지 레벨 E4 는 불안정한 상태이다. E 4상태로 점핑한 전자는 짧은 수명을 가지고 E3로 떨어지며 빛을 방출한다. 이를 자발 방출이라하며 일반적인 빛의 발생원리를 보여준다. 라. 비간섭적(Incoherent)& 간섭적(Coherent)빛 일반광== 비 간섭적 레이저 == 간섭적 모든 타입의 빛은 가시적이라는 것 이외에 한가지 공통점이 있는데 “비 간섭적” 이란 것이다. 태양광이나 백열등에서 발생하는 가시광선들은 각각의 파장이 다르기 때문에 파의 산과 골이 같은 장소에 위치해 있지않다. 이런 것을 “위상”이 다르다고 표현한다.(이는 연못에 한움큼의 돌을 던졌을 때 각각 다른 크기의 물결파를만들어 내는 것을 볼 수 있는 것에 비유할 수 있다.) 각각 다른 시간으로 다른 진동수를 방출하는 것이다. 이런 비 간섭적인 빛은 홀로그램에 사용될 수가 없다. 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

15. 15 빛과홀로그래피 전자기장의 적절한 진동수를 자극하여 빛을 내는 방법이 있다. 이 과정에 의해 유도된 방출은 그것을 자극하는 에너지 때문에 같은 진동수와 위상을 가진다. 이 자극에 의한 방출이 이제 더 많은 원자들의 방출을 유도한다면 새로 생긴 것이나 오래 된 두 개의 파들은 위상이 같아질 것이며 둘 다 같은 진동수가 될 것이다. 그 결과 빛의 증폭은 증가된다. 이를 “ 간섭적 방사 “ 라하고 이러한 빛을 만들어내는 장치가 “ 레이저 “ 이다. 레이저는 같은 파장의 빛을 순간적(PULSED) 혹은 연속적( CONTINEOUS WAVE )으로 방사한다. 해 비 간섭적인 파 비 간섭광 레이저 간섭적인 파 간섭광 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

16. 16 빛과홀로그래피 마. 레이저의 특성 직진성. 집광성. 간섭성. 단색성 바. 헬륨 네온(HeNe )레이저 의 작동원리 동력공급 헬륨원자 자극 헬륨원자와 네온원자 충돌 레이저 튜브 들뜬상태의 네온원자 E1 으로 추락 붉은색의 광자 방출 E 2 E 2 네온원자 더 높은 에너지대로 상승 E 1 E 1 헬륨네온 레이저는 유리튜브에 헬륨과 네온의 두 가스를 정확하게 채운 것이다. 튜브는 봉해져 있는데 양끝이 투명하게 되어 있고 양쪽 끝에는 거울이 달려있다. 발생된 빛의 대부분은 튜브의 양 측면으로 도망간다. 그러나 아주 작은 양의 빛은 두개의거울 사이에서 이리저리 순환 하기시작한다. 파장의 정확히 배수로 거울이 떨어져 있기 때문에 각각의 파장은 그 다음의 파장의 꼭대기에 걸쳐서 (보강간섭)진폭이 크게 증가한다. 정확한 길이의 파장들만이 두 거울 사이에서 증폭된다.(63nm) 최종적으로 빛은 거울이 완전히 반사시킬 수 없어서 빠져나갈 정도로 충분히 밝아지며 우리는 간섭적인 광선, 단일 진동수의 광선을 보게 되는 것이다. 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

17. 17 빛과홀로그래피 • 2-5 레이저의 구조 • 헬륨네온 레이저 헬륨네온 유리관 양극 전체 반사거울 부분 반사거울 음극 • 아르곤이온 레이저 파장선택 프리즘 에탈론 플라즈마 튜브 전체 반사거울(High Reflector) 부분 반사거울(Output Coupler) 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

18. 18 빛과홀로그래피 6. 레이저의 종류(홀로그래피용) • 가. 홀로그래피용 레이저의 필수요소 • 1) Beam mode--------- TEM00 TEM 00 TEM00 가우시안 에너지 Maximum TEM 01 빔 에너지 Outer TEM multi Outer 센터 TEM multi 2) 폴라라이즈드빔(Polarized Beam) 최소 수직:수평 빔 100 : 1 (도트 매트릭스 제외) 3) 과열 방지 & 저 진동 설계 과열되면 레이저내의 렌즈나 미러 등의 변형으로 인한 빔의 성질이 변함 진동시가간섭빔이 “위상안(In Phase)” 에 있는상태에서 위상밖(Out Of Phase) 상태로 되어 간섭이 안됨. 레이저의 파장이 극히 짧은 거리인 만 큼 극도의 저 진동이 요구됨 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

19. 19 빛과홀로그래피 • 나. 헬륨네온 레이저(HeNe laser) • 특징 : 홀로그래피에 가장 일반적인 레이저(할인점 바코드에 사용되는 레이저), 가격이 비교적 저렴( 수백$ ~ ) • 파장대: 632.8 nm(red) • 활성매체: Ne • 수명: 약 15,000 시간 , 공냉식 • 다. 아르곤이온 레이저 (Ar Ion laser) • 특징 : 고출력 , 긴 간섭거리 • 파장대: 454.5 ~ 528.7nm (주 파장대514.5 488 457.9 nm:녹색) • 파장변조용 프리즘 장착가능(Prism wavelength selector) • 폴라리제이션비 : 100:1 혹은 그 이상 • 에탈론(Etalon)장착 가능 • 에탈론------가간섭거리(Coherent length)증가 (레이저파워 30% 이상 감소),유전체 코팅이 되어 있음. • 에탈론의역활 레이저 빔의 모드의 종모드(Longitudinal mode) 제거 가능 SIingle종 모드 추출 대역폭 (Band width) 감소 가간섭거리(Coherenence length)증가 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

20. 20 빛과홀로그래피 튜브 수명:약 2,400 시간 전압 : 208 VAC 이상 3상 전압 필요 냉각식: 수냉식(분당 3 갈론 이상 순환 필요) 가격: 30,000 $ 이상 (튜브가격 13,000 ~ 15,000 $) 라. 헬륨 카드륨( He cd)레이저 특징 : 가장 안정적인 레이저 ,전세계 홀로그래퍼8명중 7명이 선택 ,엠보스드 홀로그램에 애용 파장대: 주파장대 441.6 325.0 353.6 nm 활성매체 : 카드뮴 가간섭거리: 30cm 전압 : 표준 117 VAC 냉각식: 팬에 의한 공냉식 최소유지 가동시간 : 1회(2~4 시간) / 달 수명 : 4,000 시간이상 열과 온도 및 습도에 의한 이온(Ion) 레이저들의 단점이 없어 가장 안정적인 촬영 성공율을보인다. 이밖에 크립톤 이온 레이저, 루비 레이저 (펄스 레이저), 엔디야그(Nd: YAG)레이저 등이 있다. 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

21. 21 빛과홀로그래피 제 3 장 홀로그램의 제작 및 종류 1. 기본 공정(Process) --- 기록 및 재생 H 1 (마스터) 촬영 H 1 1차 현상 H 2 (카피) 촬영 H 2최종 현상 재생 기록 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

22. 22 빛과홀로그래피 2. H1 SET UP Collimating 미러 Beam splitter 레이저 Spacial filter 미러 Spacial filter 감광재( H1) 피사체 단일파장의 같은 위상을 가진 빔이 발진되어 빔 스프리터를 통해 2개의 빔으로 나뉘고 한쪽은 감광재를 직접 비추고 (참조광: Reference beam) 한쪽은 피사체에 반사되어 감광재에 도달한다.(Object beam) 이 두빔은 간섭현상을 일으켜 감광재에 피사체가 프린지(Fringe)형태로 기록된다. 이를 H1 이라고 한다. 1차 현상과정을 거쳐 기록 되었을 당시와 같은 조건의 레퍼런스 빔을 비추면 이미지가 재생된다. H1 은 레이저 광선만으로 피사체를 볼 수있고 백색광(WHITE LIGHT)으로는 정확한 재생이 안 된다. 이는 기록 당시와 같은 광으로 간섭패턴을 회절 시켜야 이미지가 정확히 재생이 되기 때문이다. 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

23. 23 빛과홀로그래피 3. H2 SET UP 미러 Collimating 미러 Beam splitter 레이저 Spacial filter Spacial filter 미러 감광재(H1) H 2 H1 을 레이저로 비춘 상태에서 피사체가 놓였던 반대편으로 180도 회전 시키면 이미지가 맻히는데 이 위치에 H2 를 놓고 레이저 광을 비추어 촬영한다. 2차 현상과정을 거치면 비로서 백색광으로 볼 수 있는 홀로그램이 완성된다. 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

24. 24 빛과홀로그래피 4. 홀로그램의 분류 가. 기록형태에 다른 분류 1) IN- LINE 홀로그램(데니스가버 홀로그램) Reference beam 레이저 이전의 덜 간섭적인 광원과 시간에 대한 해상력이 덜한 필름사용 Object Plate holder Reference beam과 Object beam이 일직선. 3차원적 홀로그램에는 적합하지 못하다. 2) OFF -AXIS 홀로그램(리이스 와 우파트닉스 가 개발--LEITH & UPATNIEKS) Reference beam 실상(리얼 이미지) 과 허상(버츄얼 이미지) 분리 가능 Object beam 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

25. 25 빛과홀로그래피 나. 재생 방식에 따른 분류 1) 트랜스미션(Transmission) 홀로그램 R.B 조명 O.B H1 H 2 RB와 OB를 같은 방향에서 조사 2) 리플렉션(Reflection) 홀로그램 --------- 리프만, 데니스윅 홀로그램 조명 R.B O.B H1 H 2 RB와 OB를 다른 방향에서 조사 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

26. 26 빛과홀로그래피 다. 기록 매질 두께 에 따른 분류 1) 플레인(Plane) 홀로그램 --- 일반형 홀로그램 기록재의 두께가 간섭무늬 간격에 비해 얇은 홀로그램 ---- THIN 홀로그램 : 표면요철 (Surface relief)로 기록 ----포토레지스트 2) 볼륨(Volume) 홀로그램 ---ㅡ체적형 홀로그램 기록재의 두께에 대한 간섭무늬 간격과의 비가 10 이상인 홀로그램 , 즉 기록재가 두꺼운 홀로그램 ---- THICK 홀로그램 : 굴절율 변화로 기록(Volume 홀로그램)--- 표백한 실버할라이드, D.C.G, 포토폴리머 라. 기록방식에 따른 분류 1) 진폭형 홀로그램(앰플리튜드홀로그램 : Amplitude) 일반적으로 H 1 촬영 , 현상, 정착과정을 거친 홀로그램. 이 홀로그램을 현미경으로 보면 밝고 어두운 무늬로 이루어진 간섭무늬( Fringe)를 볼 수 있다. ---- 표백 전의 실버할라이드 홀로그램 2) 위상 홀로그램(페이즈홀로그램 : Phase) 표백과정을 거친 실버할라이드 홀로그램 표백 후 빛을 받은 은염 부분과 빛에 노출되지 않은 젤라틴 부분과의 굴절율 차이가 생겨 위상차에의한 회절현상이 생김 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

27. 27 빛과홀로그래피 5. 레인보우 홀로그램 보통의 트랜스미션 홀로그램은 백색광으로 보면 이미지가 재현되어야 할 곳에 여러 색깔이 뒤엉킨 애매모호한 얼룩이 생긴다. 사실 백색광 아래서의 모든 파장들은 하나하나가 약간씩 다른 위치에서 회절 하여 얼룩이 된다. 1969년 폴라로이드사의 스티브벤튼은이 문제를 해결할 수 있는 방법을 발표하였다. 레인보우 홀로그램이라 이름 지어진 이 홀로그램에서 H1 마스터를 실린드리컬 렌즈로 좁고 수평의 슬릿(Slit)으로 비춤 으로서수평 패럴렉스(Parallax)는 보존되고 수직 패럴렉스는 소멸된다. RED ORANGE YELLOW GREEN BLUE VIOLET 백색광 아래서 홀로그램을 보면 두 눈이 동시에 한 개의 슬릿을 통해 이미지의 일정한 부분을 효과적으로 보기 때문에 이미지는 뚜렷하고 선명하게 남아 있는다. 고개를 위 아래로 끄덕임에 따라서 이미지의 색깔은 스펙트럼 전체 에 걸쳐서 변화하는 모습이 된다.(따라서 무지개 홀로그램이 라고 하는 것이다.) 홀로그램은 우리의 수평적인 두 눈이 보통은 놓치지 않는 수직의 패럴랙스를 희생시키면서 백색광을 선택적으로 여과한다. 무지개 이미지는 보통 매우 밝으며 특히 표백 되었을 때 더욱 밝다. 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

28. 28 빛과홀로그래피 6. Pseudocolor레인보우 홀로그램 Object의 색깔을 변화시키는 복합노출을 이용한 홀로그램이다. 레인보우 홀로그램에서 이미지의 색깔은 보는 지점에 따라 변한다. 보통의 홀로그램에서는 전체의 이미지가 한 특정한 지점에서 일정한 색으로 나타난다. 그러나 개별적인 오브젝트가 여러가지 색을 띄는 홀로그램을 만든다 는 것도 멋질것이다. 복합적인 색을 내는 프세도칼라 레인보우 홀로그램은 여러 색을 나타내고자 하는 개별적인 오브젝트의 마스터들을 서로 분리시켜 제작 함으로서 만든다. RED 마스터 오브젝트 빔 GREEN O.B R.B 45 도 슬릿 0.5mm BLUE O.B 30도 9도 15 도 6 도 H 1 H2 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

29. 29 빛과홀로그래피 • 7. 디지털 스테레오그램(Digital sterogram) • 촬영공정 디지털 카메라 투과형 액정 TFT 모니터와 연결 홀로그램 촬영 시 공간 변조기 SLM(spacial light modulator)역할 PC 에 화상 데이터 입력 피사체 촬영(동화상 & 연속촬영) 필림 레이저 액정 모니터 모터 컨트롤 플레이트 홀더 자동촬영 프로그래밍 스크린 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

30. 30 빛과홀로그래피 8. Dot matrix(Digital) 홀로그램 가. 도트매트릭스 홀로그래피는 1980년대 중반 Advanced digital holographics, inc의 프랭크 데이비스에 의해 개발되었다. 기본원리는 처음 둘로 갈라진 레이저빔을결합하여 작은 간섭패턴(홀로그래픽 도트)들을 만드는 것이다. 교차하는 레이저빔의 각도와 방위를 조절하여 간섭패턴을 변화하는 것이 이 기술의주요 광학 원리이다. 이 시스템은 일반 피사체를 사용하지 않고 감광재에 회절격자 (diffraction gratings)들의패턴을 기록한다. 텔레비젼스크린의 픽셀이나 사진의 도트처럼 그레이팅들은 모여서 이미지를 형성한다. 컴퓨터로 디자인된 artwork를 이러한 그레이팅들로 옮기는 장비를 "도트매트릭스" 홀로그램 머신(그림)이라 하고 , 엠보스드홀로그램의 마스터링 공정을 쉽게 할수있도록디자인 되었다. 이방법의 가장큰 장점은 완전 디지털 이라는 것이다. 컴퓨터가 홀로그램 이미지의 각 픽셀을 제어한다. 시스템은 스퀘어인치당 5,000 도트까지의 해상력을 가진다. 나. 주요 이점 1) Brightness : 형광등 아래서도 밝기와 컬러가 뛰어나다. 2) 광 시야각(Wide viewing angle) : 어느 각도에서도 관찰이 용이 3) 키네틱 효과(Kinetic effects) : 컬러와 이미지의 동적인 효과가 좋다. 4) 디자인의 다양화 : 어떠한 2차원 디자인도 도트매트릭스용으로 디지탈화 되며, 많은 상업적 디자인 소프트웨어 프로그램( 포토샵, 코렐드로등)들이 디지털 파일을 만들기 위해 사용 가능하다. 5) One step mastering 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

31. 31 빛과홀로그래피 9. 엠보스드 홀로그램(Embossed hologram) 가. 오늘날 제품으로 대량 생산 되는 홀로그램은 거의 엠보스드 홀로그램이라고 해도 과언이 아니다. Embossed hologram란 대량생산을 위한 제작과정으로 분류된 홀로그램기술 을 일컫는 통칭이다. 신용카드, 지폐 등에서 쉽게 볼 수있는홀로그램이 바로 엠보스드 홀로그램이다. 나. EMBOSSED HOLOGRAM 제작공정 1) 2D 3D 디자인 도안 (Artwork) 2) 포토레지스트플레이트(Photoresist plate)로 레인보우 트랜스미션(Rainbow transmission)촬영 3) 에칭(Etching) 현상 4) 포토레지스트 위에 도전층 코팅(실버 스프레이 ,진공증착, 무전해니켈등) 5) 포토레지스트Metal master로 도금 (Electroforming) 6) Metal master분리 7) Metal stamper도금 8) Recombining master 제작 9) Film상에 Embossing 10) 제품화를위한 후 가공 처리 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

32. 32 빛과홀로그래피 마스터 촬영 복제를 위해 표면이 요철 (relief) 형태로 이루어진 유리 마스터제작 도금 기계작업에 맞는 내구성을 지니기 위해 유리 마스터를 금속성 마스터로 전환 롤 엠보싱 금속 마스터를 엠보싱롤에장착 . 적정한 열과 압력으로 마스터의 요철형태를 PET나 OPP, PVC 등의 필름상에 인각 점, 접착 홀로그램 필름을 점착 또는 접착하여 스티커 또는 스탬핑 포일(금박, 은박과 동일한 홀로그램 박) 등의 제작을 위한 가공 컷팅, 슬리팅을 통한 홀로그램 스티커 라벨 또는 홀로그램 스탬핑 포일 등의 제품완성. 별도의 후 가공등을 통하여 다양한 제품 적용이 가능함. 후 가공 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

33. 33 빛과홀로그래피 제 4 장 기록재료(Recording materials) 1. 실버할라이드(Silver halide) 실버할라이드는사진용으로 플레이트나 필름 위에 코팅 되어었다. 그러나 그것들은 원래 홀로그래픽 용으로 만들어 진 것은 아니다. 포토그래픽과 홀로그래픽과의가장 큰 차이점은 해상력(Resolving power)이다. 밀리미터당 50~100라인 인 포토그래픽에 비해 홀로그래픽용 은 1250~5000 라인이 요구된다. 또 하나의 차이점은 ASA number로 표현되는 감광도이다. 일반적인 포토그래픽 필름은 ASA 120~400 이다. 노출은 보통 1초의 100분의 1로 측정되는데 실버할라이드홀로그래픽용은표준필름에 비해 훨씬 감도가 떨어진다. 그러므로 감광도가 스퀘어 센티미터당 마이크로 줄(Micro-joules)로 표현된다, 감광시간은 레이저에 따라 초나 분 단위까지 측정된다. 불행히도 세계적으로 홀로그램업계의 실버할라이드 필름의 수요는 줄어들었다. AGFA와 ILFORD같은 메이저 생산업체가 생산을 완전히 중단했다. 현재의 주요 생산업체는Slavich(리투아니아), HRT(독일), Eastman kodak (미국), Fuji(일본) 정도이다. 특징 : 하이퀄리티, 대형 사이즈 홀로그램 제작가능(디스플레이용) 진폭, 위상홀로그램. 흡수 홀로그램. 수용성 현상작업 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

34. 34 빛과홀로그래피 2. 포토 폴리머 포토폴리머는 빛에 반응하는 플라스틱 합성물로서 플렉시블한(Flexible)플라스틱Plastic)) 필름 위에 투명한 에멀젼으로 되어있다 실버할라이드 에서 요구되는 화학작용이 필요 없다 • 대신 레이저빔에최초 노출되는동안포토폴리머에멀젼 안에서 실시간으로 홀로그램이 기록되고 자외선광으로"정착“ • 된다. • 홀로그래픽이미지 의 컬러는기록하는레이저빔의 색과 비슷할 것이다. • 전형적으로 포토폴리머필름은아르곤 이온 레이저(514.5 nm)를 사용하여 이미지가 그린톤이 된다. • 몇몇 홀로그램 업체에서는 그린색의 새로운 Diode pumped solidstate laser(532 nm ) 를 사용하기도 한다. • 제작사는 Polaloid사와 Dupont사 이며, 폴라로이드사는 생산 중단한 것으로 알려져 있다. • 듀폰사의Omnidex706 홀로그래픽레코딩 필름은 H1홀로그램을 바로 기록할 수 있고, 마스터 홀로그램으로부터 • 콘택트 카피로 H2를 기록할 수 있다. • 특징 : 볼륨 홀로그램으로 해상도가 뛰어나다. 사이즈가 제한적 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

35. 35 빛과홀로그래피 3. D.C.G • 특징 : 높은 분해능 과 밝기 . • HOE 제작이나 액서사리에 주로 사용. 크기가 가장 작다. • 감광도가 낮고 특히 온.습도에 약하다 4. 포토레지스트 엠보스드 홀로그래피가 복제용으로 표면요철 홀로그램을 요구하기 때문에 포토레지스트는레코딩/마스터링용으로 현재 가장 많이 쓰이는 홀로그램 기록재료이다. 이미지가 일단 포토레지스트에멀젼에 기록이 되면 기계적 대량생산에 들어간다. • 특징 : 표면 요철. 반도체 공정에 형상기억용으로 사용 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

36. 36 빛과홀로그래피 제 5 장 레인보우 홀로그램 H1 1. SET UP Beam splitter Collimating mirror 레이저 Shutter Spatial filter Mirror Spatial filter H1 Object Photodetector 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

37. 37 빛과홀로그래피 • 2. OPTICS • 가. Beam splitter • 레이저빔을참조광(REFERENCE BEAM)과 물체광(OBJECT BEAM)으로 나눠주는 • 콤퍼넌트가변형의경우 빔 비율 조정 시 편광상태가 달라진다. • 나. 브리스터앵글(Brewster angle) 부분 P-폴라라이즈드 분리되는 두 빔의 편광상태가 다름. 33.6도 완전 S-폴라라이즈드 전자기파가 매질의 경계면에 입사하면 부분적으로 반사되고 굴절되어 침투한다. 그 입사하는 파의 세기에 대한 반사파의 세기의 비를 반사율, 굴절하는 파의 세기의 비를 투과율이라 한다. 이 반사율과 투과율은 파의 편광상태에 따라 달라진다. 한편 특정한 편광의 파동에 대해 반사율이 거의 “0”이 되는 입사각이 존재한다. 이 각을 브리스터각(Brewster angle)이라 한다. 다. Spatial filter 점과 선으로 보이는 레이저빔을 현미경의 대물렌즈와 핀홀을 이용 공간으로 퍼트리는 옵틱스 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

38. 38 빛과홀로그래피 핀홀/대물렌즈selection guide 대물렌즈 핀홀 (D-um) E.F.L (F-mm) 최대 입사빔 사이즈(mm) 핀홀 지름 (um) M-5X M-10X M-20X M-40X M-60X 50 25 10 5 5 30.0 14.8 7.5 4.3 2.9 9.5 7.5 4.8 3.7 3.0 40.0 18.7 9.5 5.4 3.7 라. Collimating mirror 초점거리를 가진 오목미러. 구면광(Spherical wave)를 평면광(Plane wave)으로 바꿔준다. F.L F.L F.L D:직경 F:초점거리 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

39. 39 빛과홀로그래피 • 마. 렌즈의 수차 • 렌즈는 빛이 통과하는 과정에서 이미지가 정확히 초점을 맺지 못하는 현상이 발생하고 이를 “수차”라 한다. • 1) 수차의 원인 • 가) 렌즈의 구면형태 • 나) 렌즈구경의 유한성 • 2) 수차의 종류 • 가) 구면 수차 : 렌즈가 곡면을 이룸에 따라 주변부의 곡률이 달라지게 되어 일어나는 수차 • 가장 대표적인 수차. • 현미경이나 접사 촬영시렌즈의 주변부가 초점을 맺지 못하는 것이 구면 수차 임. • 나) 색 수차 : 빛의 파장에 따라 굴절률이 달라서 초점 면 안팎에 초점을 맺는 현상 • 다) 코마 수차 • 라) 비점 수차 • 마) 상면 만곡 • 바) 상의 왜곡 : 광각, 망원렌즈에서 술통 형으로 상이 휘어져 보이는 현상 • 3) 수차의 보정 • 사진의 경우: 조리개를 조임. • 홀로그램 : 렌즈구면의 최적 설계, 여러 개의 렌즈 조합등… • 이러한 렌즈의 수차를 이해하는 것이 실제 홀로그램 제작 시 이미지형상의 조율에 도움이 됨 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

40. 40 빛과홀로그래피 바. Photodetector 사진의 경우에는 필름에 적정한 광량을 조정하기 위해 조리개와 셔터를 조절한다든지 ND 필터 등을 사용하고 홀로그램의 경우에는 레퍼런스빔과오브젝트빔의 비율을 조정하고 감광시간을 조절하여 적정노출을 한다. 이때 레이저빔의 광량을 체크하는 것이 광 검출기(Photo detector) 이고 사진의 노출계의 개념으로 이해하면 쉬울 것이다. 노광시간을계산하는 공식은 다음과 같다. T(시간) = E(에너지:광량) / I (광의세기) 사. 셔터(Shutter) 레이저 빔을 차단하여 노광시간을조절. 카메라의 셔터와 같은 개념. 3. 촬영 공정 가. 진행 확인 절차 1) 안전등 촬영은 안전등 아래서 진행된다. EX) 적색 감광성의 아그파8E75의 경우 녹색계통의 아그파 GV 505 안전등 사용 2) 레이저 설치 감광재에 맞는 레이저를 설치한다. 3) 오브젝트 설치 ,고정 이 과정은 단순해 보이나 상당히 중요한 과정으로 극도의 진동방지가 필요하다. 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

41. 41 빛과홀로그래피 4) 플레이트 홀더 설치 5) 콜리메이팅미러 설치 (레퍼런스 빔 각도 조절) 6) 빔 스프리터 설치 7) 거리 측정(가 간섭거리 이내) 8) 오브젝트 미러 설치 9) 스페셜 필터 설치 10) 광 비율 조정(레퍼런스빔 : 오브젝트 빔) 11) 감광재 설치(H1) 12) 노광시간계산 13) 안정 14) 노광 15) 현상 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

42. 42 빛과홀로그래피 제 6 장 레인보우 홀로그램 H2 1. SET UP Collimating mirror Cylindrical lens Beam splitter 레이저 Shutter Mirror Wave plate Spatial filter Mirror H1 H2 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

43. 43 빛과홀로그래피 2. OPTICS • Cylindrical lens • 레인보우 홀로그램의 수평 패럴렉스(Horizontal Parallax)를 위한 슬릿(Slit) 형성 Plano convex cylinder lens • 쿼츠 웨이브 플레이트(Quartz waveplates---  /4 &  / 2 ) • B.S에 의해 나눠지며 달라지는 레퍼런스빔과 오브젝트빔의편광상태를조절. • 폴라라이저(Polarizers) • 레이저 빔의 편광상태 최종확인 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

44. 44 빛과홀로그래피 3. 촬영공정 가. Cylindrical lens설치 나. H1 설치 H1 30cm 30cm 플레이트 회전 리얼 이미지(프세도스코픽:Pseudoscopic) 버츄얼 이미지(오소스코픽:Orthoscopic) 다. H2 플레이트 홀더 설치( 이미지의 Depth) H1 H2 H2 한국예술종합학교 Korea National University of Arts 30cm 30cm

45. 45 빛과홀로그래피 H1 H2 30cm H2 20cm H1 H2 H2 30cm 40cm 라. 레퍼런스미러 설치(간섭각 조정) 마. 거리 측정(가간섭거리) 바. 레퍼런스빔스페셜휠터 설치 사. 빔 비율 조정 아. Wave plate설치 자. 폴라라이저설치, 편광상태 조정 차. H2 필름 장착 카. 노광시간계산 타. 안정 파. 촬영 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

46. 46 빛과홀로그래피 4. 현상과정(Chemical process) 가. 현상(Development) 필름에 맺혀진 잠상이 가시화되도록 필름에 작용하는 약품으로 빛에 의해 노출된 은 입자를 금속성의 검은 은염으로 변하게 한다. 사용액: D-19 (KODAK) 짧은 시간 현상으로 높은 콘트라스트를 제공하는 대용량 현상약품. 나. 중간 정지(Stop bath) 초산은 필름과 인화지의 현상작용을 정지시킨다. 초산인 중간 정지액은농축액으로 제조 되어 있어, 사용할 때는 물로 희석하여야 한다. 다 .정착(Fixer) 정착액은 필름이나 인화지 유제의 할로겐화은을 제거(빛에 의해 노출되지 않은 은입자를 제거)하는 작용을 하는 약산성 화합물이다. 정착액은 분말이나 액체로 되어 있다. 분말 정착액은 티오 황산나트륨을 사용하고, 용액의 정착액은 티오 황산암모늄을 사용한다. 후자의 정착액은 빠른 정착 효과가 있기 때문에 Rapid Fixer 라 부른다. 사용액:. KODAK Rapid Fixer Hardning Fixer 로써 급속필름 정착용으로 사용하며 필름 1 : 3, 인화지 1 : 7로 희석하여 사용한다 라. 표백(Bleach) 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

47. 47 빛과홀로그래피 마. 포토플로 사용액: KODAK Photo-Flo 200 린스, 또는 수세시에 사용하여 물의 표면장력을 감소시켜 필름이나 인화지 표면에 물방울 자국이 남지 않게 해 줄 뿐 아니라 에멀젼면의리터칭이나 수정이 용이하게 한다 바. 스퀴즈(Squeegee) 사. 드라이(Dry) 한국예술종합학교 Korea National University of Arts

48. 빛과홀로그래피 한국예술종합학교 Korea National University of Arts