Hologramme

---

Contexte

Un hologramme est une surface plane qui, sous un éclairage approprié, semble contenir une image tridimensionnelle. Un hologramme peut également projeter une image tridimensionnelle dans l'air, une image réaliste qui peut être photographiée bien qu'elle ne puisse pas être touchée. Parce qu'ils ne peuvent pas être copiés par des moyens ordinaires, les hologrammes sont largement utilisés pour empêcher la contrefaçon de documents tels que les cartes de crédit, les permis de conduire et les billets d'entrée. Le mot hologramme vient des racines grecques holos signifiant entier et gramma message de sens. Le processus de fabrication d'un hologramme s'appelle l'holographie. Lorsqu'un hologramme est réalisé, la lumière d'un laser enregistre une image de l'objet souhaité sur un film ou une plaque photographique.

Il existe essentiellement deux types d'hologrammes. Un hologramme de réflexion est visualisé lorsqu'il est éclairé de l'avant, tandis qu'un hologramme de transmission est visualisé en projetant une lumière à travers lui par l'arrière. Un hologramme en relief est fabriqué en soutenant un hologramme de transmission avec une substance semblable à un miroir, ce qui lui permet d'être vu lorsqu'il est éclairé de face. Des hologrammes peuvent également être réalisés pour montrer des objets en mouvement; ces séquences, appelées stéréogrammes, durent généralement de trois à 20 secondes.

Bien qu'un hologramme soit une image visuelle d'un objet physique, il est assez différent d'une photographie. Par exemple, lorsqu'un objet est photographié, chaque portion de la photo contient une image de la portion correspondante de l'objet original. Chaque section d'un hologramme, cependant, contient une image complète de l'objet original, vue d'un point de vue qui correspond à la position de la section sur l'hologramme. Ainsi, si la plaque transparente contenant un hologramme de transmission est cassée, chaque pièce pourra toujours projeter l'intégralité de l'image, quoique d'un point de vue différent. L'utilisation d'un morceau près du haut de la plaque holographique produira une image vue du dessus, tandis que l'utilisation d'un morceau près du bas de la plaque créera l'impression de regarder vers le haut vers l'objet.

Une autre propriété intéressante des hologrammes est qu'ils préservent les propriétés optiques des objets tels que les lentilles. Par exemple, pensez à faire un hologramme d'une loupe placée devant un papillon. Lors de la visualisation de l'image holographique de ces objets, un observateur constatera que les parties du papillon vues à travers l'image de la loupe seront agrandies.

Il a été démontré que les emballages holographiques augmentent les ventes de certains produits. Les hologrammes de projection sont particulièrement accrocheurs et sont utilisés dans les salons professionnels et les magasins de détail. Ils peuvent être utilisés pour afficher des objets extrêmement délicats ou précieux. Un exemple classique était l'image d'une main ornée de diamants projetée sur le trottoir devant la bijouterie Cartier à New York en 1970. Non seulement elle a attiré l'attention des passants, mais elle a également attiré les équipes de télévision. En fait, il a même été attaqué par un piéton brandissant un parapluie qui pensait que c'était « l'œuvre du diable ». Dans un autre cas, plutôt que de manipuler à plusieurs reprises le crâne fragile de l'homme Lindow âgé de 2 300 ans, les chercheurs ont étudié son image holographique. Le département des sciences médico-légales de Scotland Yard a utilisé cette image holographique pour construire un modèle physique des restes de l'homme préhistorique. Comme encore une autre application de l'holographie, l'ancien entraîneur de football des Chicago Bears, Mike Ditka, a affiché un portrait holographique de lui-même dans son restaurant pour créer une image quelque peu personnelle lorsqu'il ne pouvait pas être là en personne.

Les hologrammes peuvent être fabriqués à la maison par des amateurs pour un investissement modeste en équipement. Le processus nécessite un laser et une table d'isolation pour empêcher le mouvement de l'équipement pendant l'exposition du film. Les hologrammes sont également produits commercialement et peuvent être reproduits en grande quantité. En utilisant des illustrations de stock, un hologramme principal pour la production de masse peut être créé pour aussi peu que 2 500 $, tandis que l'utilisation d'œuvres d'art personnalisées peut coûter entre 5 000 et 10 000 $. La reproduction de l'image coûte de 1 à 4 cents par pouce (2,5 cm), selon le volume; cela représente une diminution de 40 % depuis que les hologrammes en relief ont été commercialisés pour la première fois à la fin des années 1970. Les hologrammes finis peuvent être attachés à d'autres objets sous forme d'étiquettes sensibles à la pression (0,5 à 1,5 cents chacune) ou par marquage à chaud (2 à 5 cents chacune). Une fois l'œuvre d'art finalisée, il faut environ trois mois pour créer et reproduire un lot d'hologrammes commerciaux. On estime que plus de 200 millions de dollars d'hologrammes en relief ont été fabriqués en 1995.

Historique

Le premier hologramme a été réalisé en 1947 par Dennis Gabor, un scientifique d'origine hongroise qui travaillait à l'Imperial College de Londres. Gabor tentait d'affiner la conception d'un microscope électronique. Il met au point une nouvelle technique, qu'il décide de tester avec un faisceau lumineux filtré avant de l'essayer avec un faisceau d'électrons. Gabor a fabriqué un hologramme de transmission en filtrant soigneusement sa source lumineuse, mais le processus n'est devenu pratique que lorsque la technologie a fourni un moyen de produire une lumière cohérente, une lumière composée d'une seule fréquence et d'une seule longueur d'onde. La production d'hologrammes a décollé avec l'invention du laser en 1960, car un laser génère une lumière d'une seule couleur (fréquence) et produit des ondes qui se déplacent en phase les unes avec les autres.

En 1962, en utilisant un laser pour reproduire l'expérience d'holographie de Gabor, Emmett Leith et Juris Upatnieks de l'Université du Michigan ont produit un hologramme de transmission d'un train jouet et d'un oiseau. L'image était claire et tridimensionnelle, mais elle ne pouvait être visualisée qu'en l'éclairant avec un laser. La même année, Uri N. Denisyuk de l'Union soviétique a produit un hologramme à réflexion qui pouvait être vu avec la lumière d'une ampoule ordinaire. Une autre avancée est survenue en 1968 lorsque Stephen A. Benton a créé le premier hologramme de transmission qui pouvait être vu à la lumière ordinaire. Cela a conduit au développement d'hologrammes en relief, permettant de produire en masse des hologrammes à usage courant.

Près d'un quart de siècle après avoir réalisé le premier hologramme, Gabor a reçu le prix Nobel de physique pour cette réalisation en 1971. L'année suivante, Lloyd Cross a réalisé le premier enregistrement d'un hologramme en mouvement en imprimant des images séquentielles d'un film ordinaire sur film holographique.

Matières premières

Les hologrammes réalisés par des individus sont généralement exposés sur un film photographique à très haute résolution recouvert d'une émulsion aux halogénures d'argent. Les hologrammes fabriqués pour la production en série sont exposés sur une plaque de verre prétraitée à l'oxyde de fer puis recouverte de résine photosensible. Le matériau photorésistant réagira chimiquement à la longueur d'onde spécifique de la lumière qui sera utilisée pour créer l'hologramme. En raison de leur disponibilité à un coût relativement faible, les lasers hélium-néon sont le plus souvent utilisés par les particuliers qui fabriquent leurs propres hologrammes. Les fabricants d'hologrammes commerciaux utilisent différents types de laser tels que le rubis, l'hélium-cadmium ou l'ion krypton-argon.

Après exposition, le film ou la plaque de résine photosensible est traité dans des révélateurs chimiques comme ceux utilisés en photographie. Le nickel et l'argent sont tous deux utilisés pour créer les masters de production qui seront utilisés pour tamponner plusieurs copies des hologrammes sur un film de polyester ou de polypropylène. L'aluminium est utilisé pour créer le revêtement réfléchissant au dos des hologrammes en relief.

Conception

Un objet physique en trois dimensions peut être utilisé pour créer un hologramme. L'image holographique est normalement de la même taille que l'original Objet . Cela peut nécessiter la construction d'un modèle à l'échelle détaillé du sujet réel dans une taille adaptée à l'image holographique. En variante, l'œuvre d'art qui doit être reproduite sous forme d'hologramme peut être générée par ordinateur, auquel cas un logiciel contrôle l'exposition au laser du fichier d'image, un pixel à la fois. (Les pixels sont les points individuels qui composent une image graphique sur un écran d'ordinateur ou une impression.)

Le processus de fabrication

Divers manuels sont disponibles qui expliquent aux holographes amateurs comment faire des hologrammes à la maison. Les étapes suivantes décrivent la production de masse commerciale d'une image holographique d'un objet réel en trois dimensions.

Maîtrise

• 1 Un laser est utilisé pour éclairer l'objet physique, la lumière réfléchie tombant sur la plaque de résine photosensible. Simultanément, un faisceau de référence du laser tombe également directement sur la plaque de résine photosensible. Les motifs d'interférence de ces deux faisceaux lumineux réagissent avec le revêtement photosensible pour enregistrer une image holographique de l'objet. Les temps d'exposition courants sont compris entre une et 60 secondes. En photographie, un léger mouvement de l'objet ou du film produit une image floue. En holographie, cependant, la plaque exposée sera vierge (ne contiendra aucune image) si pendant l'exposition il y a un mouvement aussi petit qu'un quart de la longueur d'onde de la lumière laser (les longueurs d'onde de la lumière visible vont de 400 à 700 milliardièmes de mètre ).

  Une plaque de résine photosensible typique a une zone de travail carrée de 15,24 cm (6 po); un espace supplémentaire d'un demi-pouce (1,25 cm) sur deux bords permet de serrer la plaque en position. Comme de nombreux hologrammes sont plus petits que cela, plusieurs images différentes peuvent être « groupées » (regroupées) sur une même plaque, tout comme de nombreuses photographies individuelles sont exposées sur un même rouleau de film.

• 2 La plaque sur laquelle l'hologramme original est enregistré est appelée le maître. Après avoir été exposé, le master est traité dans un bain chimique à l'aide de révélateurs photographiques standard. Avant de procéder à la production, le master est inspecté pour confirmer que l'image a été correctement enregistrée. En raison des réactions chimiques provoquées par le laser et le révélateur sur la résine photosensible, la surface de la plaque développée ressemble à la surface d'un disque phonographique; il y a environ 15 000 rainures par pouce (600 par cm), atteignant une profondeur d'environ 0,3 micron (1 micron est un millième de millimètre).

Electroformage

• 3 Le maître est monté dans un gabarit (cadre) et pulvérisé avec de la peinture argentée pour obtenir une bonne conductivité électrique. Le gabarit est descendu dans un réservoir avec une réserve de nickel. Un courant électrique est introduit et le maître est plaqué de nickel. Le gabarit est retiré du réservoir et lavé avec eau déminéralisée. La fine couche de nickel, appelée cale principale en métal, est décollée de la plaque principale. Il contient une image négative de l'hologramme maître (le négatif est en fait une image miroir de l'hologramme original).

  En utilisant des procédés similaires, plusieurs générations de cales sont créées. Ceux fabriqués à partir de la cale principale en métal sont connus sous le nom de « grands-mères » et ils contiennent des images positives de l'hologramme d'origine. A ce stade, de nombreuses copies de l'image originale sont "combinées" (dupliquées en rangées) sur une cale qui peut être utilisée pour imprimer plusieurs copies avec une seule impression. Les générations successives de cales sont appelées « mères », « filles » et « cales d'emboutissage ». Étant donné que ces générations alternent entre les images négatives et positives de l'original, les cales d'estampage sont des images négatives qui seront utilisées pendant les cycles de production réels pour imprimer les hologrammes du produit final.

Gaufrage

• 4 cales d'estampage sont montées dans les machines à gaufrer. Un rouleau de film polyester (ou un matériau similaire) qui a été lissé avec un revêtement acrylique est passé dans la machine. Sous une chaleur et une pression intenses, la cale presse l'image holographique sur le film, à une profondeur de 25 millionièmes de millimètre. Le film gaufré est enroulé sur un rouleau.

  

Métallisation

• 5 Le rouleau de film gaufré est chargé dans une chambre d'où l'air est retiré pour créer un vide. La chambre contient également du fil d'aluminium, qui est vaporisé en le chauffant à 2 000 °F (1 093 °C). La feuille est exposée à l'aluminium vaporisé lorsqu'elle est enroulée sur un autre rouleau et, au cours du processus, elle est recouverte d'aluminium. Après avoir été retiré de la chambre à vide, le film est traité pour restaurer l'humidité perdue dans les conditions de vide chaud. Une couche supérieure de laque est appliquée sur le film pour créer une surface pouvant être imprimée avec de l'encre. Le rouleau de film, qui peut mesurer jusqu'à 2,3 m (92 pouces), est découpé en rouleaux plus étroits.

Conversion

• 6 Selon le type de film utilisé et le type de produit fabriqué, une ou plusieurs étapes de finition peuvent être effectuées. Par exemple, le film peut être laminé sur du carton pour lui donner de la résistance. Le film est également découpé dans les formes souhaitées pour le produit final et peut être imprimé avec des messages. Un adhésif sensible à la chaleur ou à la pression est appliqué au dos des hologrammes qui seront apposés sur d'autres objets ou utilisés comme autocollants.

Finition

• 7 Les hologrammes sont soit attachés à d'autres produits, soit comptés et emballés pour l'expédition.

Le futur

Aujourd'hui, l'utilisation la plus courante des hologrammes concerne les produits de consommation et le matériel publicitaire. Il existe également des applications inhabituelles. Par exemple, dans certains avions militaires, les pilotes peuvent lire leurs instruments tout en regardant à travers le pare-brise en utilisant un affichage holographique projeté devant leurs yeux. Les constructeurs automobiles envisagent des écrans similaires pour leurs voitures.

Les hologrammes peuvent être créés sans lumière visible. Les ultraviolets, les rayons X et les ondes sonores peuvent tous être utilisés pour les créer. L'holographie par micro-ondes est utilisée en astronomie pour enregistrer les ondes radio de l'espace lointain. L'holographie acoustique peut regarder à travers des objets solides pour enregistrer des images, tout comme l'échographie est utilisée pour générer des images d'un fœtus dans l'utérus d'une femme. Les hologrammes réalisés avec des ondes courtes telles que les rayons X peuvent créer des images de particules aussi petites que des molécules et des atomes.

Les téléviseurs holographiques peuvent projeter des artistes dans les maisons des téléspectateurs au cours de la prochaine décennie. Les systèmes de communication à fibre optique pourront transmettre des images holographiques de personnes à des domiciles éloignés d'amis pour des visites réalistes. Tout comme la technologie du CD-ROM utilisait des méthodes optiques pour stocker de grandes quantités d'informations informatiques sur un disque relativement petit, les systèmes de stockage de données holographiques en trois dimensions révolutionneront davantage les capacités de stockage. On estime que cette technologie stockera une quantité d'informations équivalente au contenu de la Bibliothèque du Congrès dans un espace de la taille d'un morceau de sucre.