Das holografische 3D-Display ist eine wichtige Technologie mit hervorragenden Anwendungsaussichten. Allerdings ist der Betrachtungswinkel holografischer 3D-Displays derzeit durch bestehende Strategien begrenzt. Diese große Herausforderung muss bewältigt werden, bevor holografische 3D-Displays in großem Umfang eingesetzt werden können.
In einem neuen Artikel veröffentlicht in Licht: Fortschrittliche Fertigungentwickelte ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Professor Qiong-Hua Wang von der Beihang-Universität ein neues holografisches 3D-Display mit einem größeren Betrachtungswinkel.
Es gibt viele Methoden, den Betrachtungswinkel des holografischen 3D-Displays zu erweitern. Typische Ansätze umfassen die Verwendung von Zeit- oder räumlichen Multiplexverfahren auf Basis räumlicher Lichtmodulatoren (SLMs). Diese Methoden weisen jedoch Einschränkungen auf, wie z. B. hohe Anforderungen an die Bildwiederholfrequenz von SLM, erhöhte Kosten und Komplexität des Systems.
Ein anderer Ansatz besteht darin, das Volumen-Speckle-Feld zu steuern, um ein holografisches 3D-Bild zu erzeugen. Mit dieser Methode kann ein Betrachtungswinkel des Displays von 60° erreicht werden. Darüber hinaus wurden auch aperiodische Photonensiebe mit ultrahoher Kapazität und Metaoberflächengeräte mit Subwellenlängenmodulationsfähigkeit verwendet, um den Betrachtungswinkel holografischer Anzeigesysteme zu vergrößern.
Diese Methoden haben sich bei der Erweiterung des Betrachtungswinkels holografischer 3D-Displays als vielversprechend erwiesen. Es müssen jedoch noch Herausforderungen angegangen werden, beispielsweise der Bedarf an Hochgeschwindigkeits-SLMs und die Nachfrage nach kompakten Systemen. Um holografische 3D-Displays mit größeren Betrachtungswinkeln und geringeren Kosten zu entwickeln, ist weitere Forschung erforderlich.
Flüssigkristallgeräte haben neue Möglichkeiten für die Entwicklung holografischer 3D-Displays eröffnet. Diese Geräte bieten die Vorteile der Polarisationsselektivität und der einstellbaren Spannung, mit denen sich der Betrachtungswinkel holografischer 3D-Displays erweitern lässt.
Beispielsweise haben Forscher Dammann-Gitter auf Flüssigkristallpolymerbasis verwendet, um den Betrachtungswinkel holografischer 3D-Displays in der Nähe des Auges zu erweitern. Andere Forscher haben Flüssigkristalllinsen verwendet, um holografische Zoom-Displays zu realisieren. Im Jahr 2022 wurde ein abstimmbares Flüssigkristallgitter in einem holografischen Anzeigesystem verwendet, und der Betrachtungswinkel des Systems erreichte 57,4°.
Allerdings erreichte die Beugung von Bildpunkten im zuvor vorgeschlagenen System nicht vollständig den maximalen Beugungsbereich des SLM. Das bedeutet, dass es bei dieser Technologie noch Raum für Verbesserungen gibt.
Es wird ein holografisches 3D-Anzeigesystem mit großem Betrachtungswinkel vorgeschlagen. Der Kern dieses Systems besteht aus den SLMs, auf denen ein großformatiges Hologramm geladen ist, und einem Flüssigkristallgitter. Um den Betrachtungswinkel zu vergrößern, wird ein maximales Beugungsmodulationsschema vorgeschlagen.
Für ein 3D-Objekt kann der maximale Beugungsstreifen jedes Bildpunkts ermittelt werden, indem der effektive Sichtbereich des rekonstruierten Bildes unter der Bedingung der begrenzten Beugung des SLM bestimmt wird. Darauf aufbauend wird die Berechnungsmethode für großformatige Hologramme vorgeschlagen. Flüssigkristallgitter haben eine spezielle Struktur, die eine sekundäre Beugung des rekonstruierten Bildes ermöglichen kann, um die kontinuierliche Erweiterung des holographischen Betrachtungswinkels zu realisieren.
Das vorgeschlagene maximale Beugungsmodulationsschema ermöglicht eine erhebliche Vergrößerung des Betrachtungswinkels des Systems. Der vorgeschlagene Ansatz hat einen guten Anzeigeeffekt und breite Anwendungsaussichten.
Zusammenfassend wird ein holographisches 3D-Anzeigesystem mit großem Betrachtungswinkel vorgeschlagen. Die Methode umfasst zwei Schlüsselkomponenten: SLMs und Flüssigkristallgitter. Indem der maximale Beugungswinkel des SLM als begrenzter Beugungsmodulationsbereich jedes Bildpunkts angenommen wird, kann das großformatige Hologramm des Objekts erhalten werden. Das Flüssigkristallgitter wird dann verwendet, um eine sekundäre Beugungsmodulation am rekonstruierten Bild durchzuführen, was die kontinuierliche Erweiterung des holographischen Betrachtungswinkels ermöglicht.
Theoretische und experimentelle Ergebnisse zeigen, dass das vorgeschlagene System einen großen Betrachtungswinkel von 73,4° erreicht. Dies ist eine deutliche Verbesserung gegenüber dem zuvor vorgeschlagenen holografischen 3D-Anzeigesystem, das Betrachtungswinkel von weniger als 60° aufweist. Das vorgeschlagene System soll die Anwendung holographischer 3D-Displays in einem breiten Spektrum von Bereichen wie Bildung, Unterhaltung und Medizin fördern.
Mehr Informationen:
Di Wang et al., Holographisches 3D-Anzeigesystem mit großem Betrachtungswinkel basierend auf maximaler Beugungsmodulation, Licht: Fortschrittliche Fertigung (2023). DOI: 10.37188/lam.2023.018