Senda inn spurningu
Sólin Sólin Rís 05:22 • sest 21:31 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 23:11 • Sest 05:11 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 06:38 • Síðdegis: 18:56 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 00:39 • Síðdegis: 12:46 í Reykjavík
Visit the English version

Flokkun:

Náttúruvísindi og verkfræði Eðlisfræði: í daglegu lífi

Hvernig virkar almynd?

Ari Ólafsson

Upplýsingar sem stýra því hvernig almynd eða heilmynd (e. hologram) verður eru skráðar á fínkorna ljósmyndafilmu eða ljósmyndaplötu. Filman eða platan eru í grundvallaratriðum sömu gerðar og þær sem notaðar eru í venjulegri ljósmyndun. Ljósgeisla, annaðhvort með hvítu ljósi eða einlitum leysigeisla (e. laser beam), er beint að filmunni. Þegar um speglunar-almynd er að ræða sést almyndin rétt framan við filmuplanið eða -sléttuna. Ef við erum hins vegar að gera gegnskins-almynd sést hún bakvið filmuna þegar horft er á móti geislanum. Almyndin er þrívíð en sést þó aðeins frá tiltölulega takmörkuðu sjónarhorni.

Í heilmyndun (e. holography) er notuð filma fyrir venjulegar tvívíðar svart-hvítar myndir. Við venjulega tvívíða myndatöku eru skráðar upplýsingar í hvern punkt á filmunni um birtu í einum punkti á fyrirmyndinni. Linsur eru notaðar til að tryggja að á hvern punkt á filmunni komi aðeins geislar frá einum punkti á fyrirmyndinni.


Mynd 1. Afstöðumynd íhluta fyrir skráningu gegnskins-almyndar. Smelltu á myndina til að skoða stærra eintak af henni.

Þegar menn taka almynd er farið öðruvísi að. Lýsingin sem hér fer á eftir á við gegnskins-almynd, en speglunar-almyndir eru tilbrigði við þessa tækni. Afstaða ljósgjafa, fyrirmyndar, filmu og annarra hjálpartækja er sýnd á mynd 1. Leysigeisla er skipt í tvo hluta með geisladeili, í styrkhlutfalli sem hentar uppstillingunni. Báðir geislarnir eru breikkaðir með dreifilinsu eða kúptum spegli. Öðrum geislanum er beint á filmuna, en hinn notaður til að lýsa fyrirmyndina upp. Frá hverjum punkti á fyrirmyndinni dreifist þessi geislun í allar áttir og hluti lendir á filmunni. Í hverjum punkti á filmunni koma því saman tvö framlög, annars vegar frá viðmiðunargeislanum sem kom beint frá ljósgjafa og hins vegar frá öllum punktum á fyrirmyndinni. Mikilvægt er að bæði þessi framlög koma upphaflega frá sama ljósgjafa sem sendir frá sér samfasa (e. coherent) ljós. Þessir geislar mynda saman fyrirbæri sam er kallað víxlmynstur (e. interference pattern).

Bylgjuvíxl (e. wave interference) koma fram þar sem tvær eða fleiri bylgjur mætast. Þetta á við um allar tegundir bylgna, til dæmis bylgjur á vatni, hljóðbylgjur og rafsegulbylgjur eins og ljós. Heildarútslag lokabylgju á hverjum stað verður summa framlaga frá öllum bylgjum sem mætast á þessum stað. Fasamunur (e. phase difference) tveggja bylgna stjórnar hvort víxlin verða styrkjandi (e. constructive) eða eyðandi (e. destructive). Þar sem öldutoppar bylgna mætast fáum við styrkjandi víxl bylgnanna og stórt útslag. En þar sem öldutoppur einnar bylgju mætir öldudal annarrar fáum við eyðandi víxlun og útslagið verður lítið eða ekkert. Þegar við skoðum ljós gefur styrkjandi víxlun ljósan blett og eyðandi víxlun dökkan blett. Almennt einkenni víxlmynstra er að þar skiptast á dökkar og ljósar rákir sem svigna á ýmsa vegu. Litamynstur á olíubrák á vatni er víxlmynstur sem kemur til vegna sampils speglunar frá efra og neðra borði olíufilmunnar. Með einlitum ljósgjafa gefur olíubrákin einlitt mynstur þar sem skiptast á dökkar og ljósar rákir.


Mynd 2. Dæmigert form víxlmynsturs.

Víkjum sú sögunni aftur að mynd 1. Í hvern punkt filmunnar eru skráðar upplýsingar um ljósstyrk og fasa geisla sem speglast hafa frá öllum punktum fyrirmyndarinnar. Fasi hvers hlutgeisla ræðst af fjarlægð milli filmu og upprunapunkts á fyrirmyndinni. Á filmuna eru þannig skráðar upplýsingar um bæði birtu og fjarlægðir. Myndatakan er þó sérlega vandasöm því að órói í lofti eða titringur á speglum eða filmu sem nemur aðeins fjórðungi úr öldulengd þurrkar víxlmynstrið út.

Þegar geisla sem líkist viðmiðunargeislanum er beint að víxlmynstrinu á filmunni "endurfæðast" geislarnir sem mynduðu mynstrið þegar myndin var tekin. Ef við horfum í gegnum filmuna á móti geislanum sjáum við þrívíða mynd af fyrirmyndinni. Ef við færum höfuðið aðeins til og horfum á annan stað á filmunni sjáum við sömu mynd undir svolítið öðru sjónarhorni rétt eins og gerist þegar horft er á fyrirmyndina sjálfa. Þannig mætti klippa filmuna niður í minni búta sem hver um sig sýnir alla fyrirmyndina en takmarkast við þrengra sjónarhorn.

Uppstilling fyrir speglunar-almynd er að sumu leyti einfaldari, þar sem geislinn er fyrst sendur í gegnum filmuna og speglast síðan af fyrirmyndinni aftur til baka á bakhlið filmunnar og víxlast þar við upprunalega geislann. Almyndir af þessu tagi eru oftast með speglunarhúð fyrir eina ákveðna öldulengd sem er þá valin úr þó að hvítt ljós sé notað í upphafi.

Frekara lesefni á Vísindavefnum:

Höfundur

Ari Ólafsson

Ari Ólafsson

dósent emeritus í eðlisfræði við HÍ

Útgáfudagur

4.12.2009

Spyrjandi

Hákon Hjaltalín Magnús, f. 1999

Efnisorð

Tilvísun

Ari Ólafsson. „Hvernig virkar almynd?“ Vísindavefurinn, 4. desember 2009. Sótt 24. apríl 2024. http://visindavefur.is/svar.php?id=53722.

Ari Ólafsson. (2009, 4. desember). Hvernig virkar almynd? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=53722

Ari Ólafsson. „Hvernig virkar almynd?“ Vísindavefurinn. 4. des. 2009. Vefsíða. 24. apr. 2024. <http://visindavefur.is/svar.php?id=53722>.

Chicago | APA | MLA

Þessi síða notar vafrakökur Nánari upplýsingar

Ég samþykki
Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Hvernig virkar almynd?
Upplýsingar sem stýra því hvernig almynd eða heilmynd (e. hologram) verður eru skráðar á fínkorna ljósmyndafilmu eða ljósmyndaplötu. Filman eða platan eru í grundvallaratriðum sömu gerðar og þær sem notaðar eru í venjulegri ljósmyndun. Ljósgeisla, annaðhvort með hvítu ljósi eða einlitum leysigeisla (e. laser beam), er beint að filmunni. Þegar um speglunar-almynd er að ræða sést almyndin rétt framan við filmuplanið eða -sléttuna. Ef við erum hins vegar að gera gegnskins-almynd sést hún bakvið filmuna þegar horft er á móti geislanum. Almyndin er þrívíð en sést þó aðeins frá tiltölulega takmörkuðu sjónarhorni.

Í heilmyndun (e. holography) er notuð filma fyrir venjulegar tvívíðar svart-hvítar myndir. Við venjulega tvívíða myndatöku eru skráðar upplýsingar í hvern punkt á filmunni um birtu í einum punkti á fyrirmyndinni. Linsur eru notaðar til að tryggja að á hvern punkt á filmunni komi aðeins geislar frá einum punkti á fyrirmyndinni.


Mynd 1. Afstöðumynd íhluta fyrir skráningu gegnskins-almyndar. Smelltu á myndina til að skoða stærra eintak af henni.

Þegar menn taka almynd er farið öðruvísi að. Lýsingin sem hér fer á eftir á við gegnskins-almynd, en speglunar-almyndir eru tilbrigði við þessa tækni. Afstaða ljósgjafa, fyrirmyndar, filmu og annarra hjálpartækja er sýnd á mynd 1. Leysigeisla er skipt í tvo hluta með geisladeili, í styrkhlutfalli sem hentar uppstillingunni. Báðir geislarnir eru breikkaðir með dreifilinsu eða kúptum spegli. Öðrum geislanum er beint á filmuna, en hinn notaður til að lýsa fyrirmyndina upp. Frá hverjum punkti á fyrirmyndinni dreifist þessi geislun í allar áttir og hluti lendir á filmunni. Í hverjum punkti á filmunni koma því saman tvö framlög, annars vegar frá viðmiðunargeislanum sem kom beint frá ljósgjafa og hins vegar frá öllum punktum á fyrirmyndinni. Mikilvægt er að bæði þessi framlög koma upphaflega frá sama ljósgjafa sem sendir frá sér samfasa (e. coherent) ljós. Þessir geislar mynda saman fyrirbæri sam er kallað víxlmynstur (e. interference pattern).

Bylgjuvíxl (e. wave interference) koma fram þar sem tvær eða fleiri bylgjur mætast. Þetta á við um allar tegundir bylgna, til dæmis bylgjur á vatni, hljóðbylgjur og rafsegulbylgjur eins og ljós. Heildarútslag lokabylgju á hverjum stað verður summa framlaga frá öllum bylgjum sem mætast á þessum stað. Fasamunur (e. phase difference) tveggja bylgna stjórnar hvort víxlin verða styrkjandi (e. constructive) eða eyðandi (e. destructive). Þar sem öldutoppar bylgna mætast fáum við styrkjandi víxl bylgnanna og stórt útslag. En þar sem öldutoppur einnar bylgju mætir öldudal annarrar fáum við eyðandi víxlun og útslagið verður lítið eða ekkert. Þegar við skoðum ljós gefur styrkjandi víxlun ljósan blett og eyðandi víxlun dökkan blett. Almennt einkenni víxlmynstra er að þar skiptast á dökkar og ljósar rákir sem svigna á ýmsa vegu. Litamynstur á olíubrák á vatni er víxlmynstur sem kemur til vegna sampils speglunar frá efra og neðra borði olíufilmunnar. Með einlitum ljósgjafa gefur olíubrákin einlitt mynstur þar sem skiptast á dökkar og ljósar rákir.


Mynd 2. Dæmigert form víxlmynsturs.

Víkjum sú sögunni aftur að mynd 1. Í hvern punkt filmunnar eru skráðar upplýsingar um ljósstyrk og fasa geisla sem speglast hafa frá öllum punktum fyrirmyndarinnar. Fasi hvers hlutgeisla ræðst af fjarlægð milli filmu og upprunapunkts á fyrirmyndinni. Á filmuna eru þannig skráðar upplýsingar um bæði birtu og fjarlægðir. Myndatakan er þó sérlega vandasöm því að órói í lofti eða titringur á speglum eða filmu sem nemur aðeins fjórðungi úr öldulengd þurrkar víxlmynstrið út.

Þegar geisla sem líkist viðmiðunargeislanum er beint að víxlmynstrinu á filmunni "endurfæðast" geislarnir sem mynduðu mynstrið þegar myndin var tekin. Ef við horfum í gegnum filmuna á móti geislanum sjáum við þrívíða mynd af fyrirmyndinni. Ef við færum höfuðið aðeins til og horfum á annan stað á filmunni sjáum við sömu mynd undir svolítið öðru sjónarhorni rétt eins og gerist þegar horft er á fyrirmyndina sjálfa. Þannig mætti klippa filmuna niður í minni búta sem hver um sig sýnir alla fyrirmyndina en takmarkast við þrengra sjónarhorn.

Uppstilling fyrir speglunar-almynd er að sumu leyti einfaldari, þar sem geislinn er fyrst sendur í gegnum filmuna og speglast síðan af fyrirmyndinni aftur til baka á bakhlið filmunnar og víxlast þar við upprunalega geislann. Almyndir af þessu tagi eru oftast með speglunarhúð fyrir eina ákveðna öldulengd sem er þá valin úr þó að hvítt ljós sé notað í upphafi.

Frekara lesefni á Vísindavefnum:...