Forscher haben eine neue Methode entwickelt, um äußerst realistische holografische Bilder mithilfe von „Holobricks“ anzuzeigen, die zusammengestapelt werden können, um großformatige Hologramme zu erzeugen.
Die Forscher von der University of Cambridge und Disney Research entwickelten einen Holobrick-Proof-of-Concept, der Hologramme zu einem großen nahtlosen 3-D-Bild zusammenfügen kann. Dies ist das erste Mal, dass diese Technologie demonstriert wurde und öffnet die Tür für skalierbare holografische 3-D-Displays. Die Ergebnisse werden in der Zeitschrift veröffentlicht Licht: Wissenschaft & Anwendungen.
Mit der Entwicklung der Technologie wollen die Menschen hochwertige visuelle Erlebnisse, von hochauflösendem 2-D-Fernsehen bis hin zu holografischer erweiterter oder virtueller Realität in 3-D und großen echten 3-D-Displays. Diese Displays müssen einen erheblichen Datenfluss unterstützen: Bei einem 2-D-Full-HD-Display beträgt die Informationsdatenrate etwa drei Gigabit pro Sekunde (Gb/s), aber ein 3-D-Display mit der gleichen Auflösung würde eine Rate von drei Terabit pro Sekunde, die noch nicht verfügbar ist.
Holographische Displays können qualitativ hochwertige Bilder für eine echte visuelle 3-D-Wahrnehmung rekonstruieren. Sie gelten als die ultimative Anzeigetechnologie, um die reale und die virtuelle Welt für immersive Erlebnisse zu verbinden.
„Die Bereitstellung eines angemessenen 3-D-Erlebnisses mit der aktuellen Technologie ist eine große Herausforderung“, sagte Professor Daping Chu vom Department of Engineering in Cambridge, der die Forschung leitete. „In den vergangenen zehn Jahren haben wir mit unseren Industriepartnern daran gearbeitet, holografische Displays zu entwickeln, die die gleichzeitige Realisierung großer Abmessungen und großer Sichtfelder ermöglichen, die mit einem Hologramm mit einem großen optischen Informationsgehalt abgeglichen werden müssen .“
Der Informationsgehalt aktueller Hologramminformationen ist jedoch aufgrund ihres begrenzten Raumbandbreitenprodukts viel größer als die Anzeigefähigkeiten aktueller Lichtmaschinen, die als räumliche Lichtmodulatoren bekannt sind.
Bei 2-D-Displays ist es Standardpraxis, kleine Displays zusammenzufügen, um ein großes Display zu bilden. Der hier untersuchte Ansatz ist ähnlich, jedoch für 3-D-Anzeigen, was zuvor noch nicht geschehen ist. „Das Zusammenfügen von Teilen von 3-D-Bildern ist nicht trivial, da das endgültige Bild aus allen Winkeln und allen Tiefen als nahtlos betrachtet werden muss“, sagte Chu, der auch Direktor des Center for Advanced Photonics and Electronics (CAPE) ist. „Ein direktes Kacheln von 3-D-Bildern im realen Raum ist einfach nicht möglich.“
Um dieser Herausforderung zu begegnen, entwickelten die Forscher die Holobrick-Einheit, die auf grob integrierten holografischen Displays für winklig gekachelte 3-D-Bilder basiert, ein Konzept, das vor etwa sieben Jahren am CAPE mit Disney Research entwickelt wurde.
Jeder der Holobricks verwendet einen räumlichen Lichtmodulator mit hoher Informationsbandbreite zur Informationsübermittlung in Verbindung mit einer grobintegrierten Optik, um die winklig gekachelten 3-D-Hologramme mit großen Sichtbereichen und Sichtfeldern zu bilden.
Ein sorgfältiges optisches Design stellt sicher, dass das holografische Streifenmuster die gesamte Fläche des Holobricks ausfüllt, sodass mehrere Holobricks nahtlos gestapelt werden können, um ein skalierbares, räumlich gekacheltes holografisches 3-D-Bild zu bilden, das sowohl einen weiten als auch einen großen Sichtfeldwinkel bietet Größe.
Der von den Forschern entwickelte Proof-of-Concept besteht aus zwei nahtlos gekachelten Holobricks. Jeder vollfarbige Baustein hat 1024 × 768 Pixel, mit einem Sichtfeld von 40° und 24 Bildern pro Sekunde, um gekachelte Hologramme für vollständige 3-D-Bilder anzuzeigen.
„Es gibt noch viele Herausforderungen, um ultragroße 3-D-Displays mit weiten Betrachtungswinkeln herzustellen, wie beispielsweise eine holografische 3-D-Wand“, sagte Chu. „Wir hoffen, dass diese Arbeit einen vielversprechenden Weg zur Lösung dieses Problems bieten kann, basierend auf der derzeit begrenzten Anzeigefähigkeit von räumlichen Lichtmodulatoren.“
Holobricks: Modulare grobintegrale holografische Displays, Licht: Wissenschaft & Anwendungen (2022). DOI: 10.1038/s41377-022-00752-7 , www.nature.com/articles/s41377-022-00742-7