Onderzoekers hebben een volledig nieuw type display ontwikkeld dat 3D-beelden maakt door een laser te gebruiken om kleine belletjes in een vloeibaar "scherm" te vormen. In plaats van een 3D-scène op een plat oppervlak weer te geven, het display zelf is driedimensionaal, een eigenschap die volumetrisch wordt genoemd. Hierdoor kunnen kijkers vanuit alle hoeken een 3D-beeld in het zuilvormige display zien zonder een 3D-bril of headset.

In het tijdschrift The Optical Society voor high impact research, optiek , onderzoekers onder leiding van Yoshio Hayasaki van Utsunomiya University, Japan, demonstreerde het vermogen van hun volumetrische bubbelweergave om verwisselbare kleurenafbeeldingen te creëren.

"Het creëren van een full-color bijwerkbaar volumetrisch display is een uitdaging omdat veel driedimensionale pixels, of voxels, met verschillende kleuren moeten worden gevormd om volumetrische afbeeldingen te maken, " zei Kota Kumagai, eerste auteur van het artikel. "In onze tentoonstelling de microbubbelvoxels worden driedimensionaal gegenereerd in een vloeistof met behulp van gefocuste femtoseconde laserpulsen. De bubbelafbeeldingen kunnen worden gekleurd door de kleur van het verlichtingslicht te veranderen."

Hoewel het nieuwe werk een proof of concept is, de technologie kan op een dag full-color bijwerkbare volumetrische displays mogelijk maken. Dit soort displays kan worden gebruikt voor kunst- of museumexposities, waar kijkers helemaal rond het scherm kunnen lopen. Ze worden ook onderzocht om artsen te helpen de anatomie van een patiënt te visualiseren voorafgaand aan een operatie of om het leger terrein en gebouwen te laten bestuderen voorafgaand aan een missie.

"De volumetrische bellendisplay is het meest geschikt voor openbare voorzieningen zoals een museum of een aquarium omdat, momenteel, de systeemconfiguratie is groot en duur, "zei Kumagai. "Echter, in de toekomst, we hopen de omvang en kosten van de laserbron en optische apparaten te verbeteren om een ​​kleiner systeem te creëren dat mogelijk betaalbaar is voor persoonlijk gebruik."

Lasers gebruiken om bellen te maken

De bubbels voor het nieuwe scherm worden gecreëerd door een fenomeen dat bekend staat als multiphoton-absorptie, die optreedt wanneer meerdere fotonen van een femtoseconde laser worden geabsorbeerd op het punt waar het licht wordt gefocust. Dankzij multifotonabsorptie konden de onderzoekers microbellen op zeer precieze locaties creëren door de focus van het laserlicht te verplaatsen naar verschillende delen van een met vloeistof gevulde cuvette die als een "scherm" fungeerde. Met behulp van een hoge viscositeit, of dik, vloeistof voorkomt de bubbels, eenmaal gevormd, van onmiddellijk naar de top van de vloeistof stijgen.

De bubbelafbeeldingen zijn zichtbaar wanneer ze licht verstrooien van een externe lichtbron, zoals een halogeenlamp of high-power LED. De onderzoekers maakten monochrome afbeeldingen in wit, rood, blauw en groen door de kleur van de oplichtende LED te veranderen. Ze zeggen dat het verlichten van de afbeeldingen met een projector verschillende kleuren kan creëren in verschillende delen van het beeld.

In plaats van elke bubbel één voor één te creëren, de onderzoekers gebruikten een door de computer gegenereerd hologram om 3D-patronen van laserlicht te vormen waarmee ze het aantal en de vormen van de microbubbelvoxels konden bepalen. Deze benadering verhoogde ook de hoeveelheid licht die door de microbellen werd verstrooid, waardoor de beelden helderder worden.

In de krant, demonstreren de onderzoekers hun techniek door een reeks 2D-bubbelbeelden van een zeemeermin te maken, een 3D-gerenderd konijntje, en 2D-dolfijnafbeeldingen in vier verschillende kleuren. Ze toonden ook aan dat de vorming van microbellen afhangt van de stralingsenergie van de laser en dat het contrast kan worden gewijzigd door het aantal laserpulsen dat wordt gebruikt om de vloeistof te bestralen te veranderen.

"Onze bubbelafbeeldingen hebben een brede kijkhoek en kunnen worden opgefrist en gekleurd, " zei Kumagai. "Hoewel onze eerste volumetrische afbeeldingen op de schaal van millimeters zijn, we hebben de eerste stap gezet in de richting van een updatebaar volumetrisch full-color display."

De onderzoekers ontwikkelen nu een systeem dat een stroom in de vloeistof zou gebruiken om de bellen te doen barsten, waardoor de afbeelding kan worden gewijzigd of gewist. Ze werken ook aan methoden waarmee grotere afbeeldingen kunnen worden gemaakt, die het overwinnen van sferische aberraties vereist die worden veroorzaakt door de brekingsindex-mismatch tussen het vloeistofscherm, het glas dat de vloeistof vasthoudt, en lucht.