Зеркальная голография — это метод создания трехмерных изображений путем управления движением зеркальных бликов на двумерной поверхности. Изображение состоит из множества зеркальных точек и выглядит как трехмерная поверхность , состоящая из световых точек. В отличие от обычных голограмм волнового фронта , зеркальные голограммы не зависят от волновой оптики, фотографических носителей или лазеров.
Принцип работы основан исключительно на геометрической оптике : точечный источник света создает блеск на изогнутой зеркальной (блестящей) поверхности; кажется, что этот блеск распространяется по поверхности при движении глаза или источника света. Если это движение проективно согласуется с бинокулярным неравенством , зритель будет воспринимать — через стереопсис — иллюзию, что блеск возникает на другой глубине, чем поверхность, которая его производит. Зеркальная голограмма содержит множество таких изогнутых поверхностей, все из которых встроены в основную поверхность. Каждый из них излучает блеск, и мозг объединяет множество трехмерных сигналов для восприятия трехмерной формы.
Зеркальная голография восходит к попыткам Ганса Вейля в 1930-х годах и, таким образом, имеет более длительную историю, чем обычная голография волнового фронта . Ганс Вейль в 1934 году подал в Соединенном Королевстве патент на технику зеркальной голографии. [1] В патенте отмечается, что царапины на блестящей поверхности создают блики, видимые только с определенных точек зрения, в зависимости от ориентации царапины; эту анизотропию можно использовать для создания разных изображений для разных зрителей. Вейль понимал, что это можно использовать для создания 3D-изображений, но неясно, знал ли он, как это сделать, особенно учитывая, что современные методы требуют большого количества вычислений. Сам патент ограничен прямыми отражающими поверхностями, которых недостаточно для создания 3D-изображений.
В 1970-х годах Габриэль Либерман обнаружил, что царапина в форме дуги окружности порождает блики, движение которых примерно соответствует бинокулярному несоответствию. Его работа 1980 года «Мировой мозг» [2] состоит из полукруглых дуг, обработанных на станке с ЧПУ, которые создают голографический эффект. Явление было независимо открыто в 1990-х годах Уильямом Бити [3], который популяризировал метод изготовления рисованных голограмм с помощью компаса (чертеж) . [4] Это явление стало известно как скретч-голография.
Бити установил связь между скретч-голографией и обычной голографией волнового фронта, указав, что дуга окружности аппроксимирует увеличенную радужную голограмму Бентона, состоящую из одной точки. Это объясняет, почему изображения скретч-голограммы подвержены отвлекающим искажениям и коллапсу изображения глубины за пределами очень узкого поля зрения — круговые дуги являются довольно плохим приближением к полосам радужной голограммы.
Бити также отметил, что радужная голограмма одной точки представляет собой прямоугольное сечение вложенных парабол. [5] Если бы кто-то рассматривал эту геометрию как трехмерную отражающую поверхность под коллимированным светом, можно было бы наблюдать движение бликов, соответствующее горизонтальному параллаксу. Повседневным примером является параболическое зеркало Френеля, используемое во многих солнечных плитах. На плитах с тонким узором Френеля легко различимо голографическое изображение световой полосы изменяющейся глубины. [6]
В 2008 году Брэнд продемонстрировал форму зеркальной голографии без искажений. Вместо царапин в нем используются очень тонкие зеркала или рефракторы с двойной изогнутой поверхностью, каждое из которых спроектировано с помощью вычислений так, чтобы создавать параллакс без искажений в широком поле зрения. Метод Брэнда рассматривает пучок световых лучей, которые необходимо доставить к зрителю, когда зритель, источник света, голограмма и голографическое изображение движутся относительно друг друга. С помощью закона отражения или закона Снеллиуса это определяет набор дифференциальных или интегральных уравнений, которые связывают положение и нормаль каждой точки на оптической поверхности. [7] Уравнения определяют расслоение возможных оптических поверхностей; голограмма представляет собой пересечение этого слоения и тонкой оболочки, соответствующей поверхности хозяина. Солнечные плиты представляют собой одно из таких слоев; голограммы не царапаются, отсюда и их искажение. Одним из интересных свойств подхода слоения является то, что он дает решения для неплоских голографических поверхностей и нетрадиционной геометрии просмотра. Бренд представил голограммы с 3D-сценами, анимацией и сверхшироким полем зрения. [8] [9] [10] Большую коллекцию можно увидеть в Музее математики в Нью-Йорке.