Heads-up displays zijn transparante apparaten die in vliegtuigen en auto's worden gebruikt om informatie zoals kritieke vluchtgegevens of routebeschrijvingen op de voorruit te verstrekken. Een innovatieve, op holografie gebaseerde benadering zou deze heads-up displays binnenkort veel beter afleesbaar maken met een grote eyebox.

Huidige heads-up displays hebben een klein oogje, wat betekent dat de weergegeven informatie geheel of gedeeltelijk verdwijnt als gebruikers hun blik te veel verleggen. "Een heads-up display dat gebruik maakt van onze nieuwe technologie die in een auto is geïnstalleerd, zou een bestuurder in staat stellen de weergegeven informatie te zien, zelfs als hij of zij bewoog of kleiner of langer was dan gemiddeld, " zei onderzoeksteamleider Pierre-Alexandre Blanche van de Universiteit van Arizona, VS.

In het tijdschrift The Optical Society Toegepaste optica , de onderzoekers demonstreren een functioneel prototype heads-up display dat holografische optische elementen gebruikt om een ​​eyebox te krijgen die aanzienlijk groter is dan wat beschikbaar is zonder het holografische element. De onderzoekers zeggen dat hun aanpak in slechts een paar jaar kan worden omgezet in een commercieel product en ook kan worden gebruikt om de grootte van het weergegeven gebied te vergroten.

"Om de grootte van ofwel de eyebox of het weergegeven beeld in een traditioneel heads-up display te vergroten, moet de grootte van de projectie-optiek worden vergroot, relaislenzen en alle bijbehorende optica, die te veel ruimte in beslag neemt in het dashboard, " zei eerste auteur Colton Bigler, een doctoraatsstudent in het laboratorium van Blanche. "In plaats van te vertrouwen op conventionele optica, we gebruiken holografie om een ​​dun optisch element te creëren dat uiteindelijk rechtstreeks op een voorruit kan worden aangebracht."

Hologrammen gebruiken om optica te maken

Dezelfde interacties met laserlicht die worden gebruikt om de hologrammen te maken die creditcards beschermen tegen vervalsing, kunnen ook worden gebruikt om optische elementen zoals lenzen en filters in lichtgevoelige materialen te vervaardigen. Deze holografische elementen zijn niet alleen kleiner dan traditionele optische componenten, maar kunnen ook in massa worden geproduceerd omdat ze gemakkelijk te vervaardigen zijn.

Voor het nieuwe head-updisplay, holografische optische elementen leiden licht van een kleine afbeelding naar een stuk glas, waar het wordt opgesloten totdat het een ander holografisch optisch element bereikt dat het licht extraheert. Het extractiehologram geeft een zichtbaar beeld weer met een groter oogkader dan het originele beeld.

"We werken samen met Honeywell om deze displays voor vliegtuigen te ontwikkelen, maar ze kunnen net zo goed in auto's worden gebruikt, "zei Blanche. "Onze aanpak vereist geen dure apparatuur en er hoeven geen nieuwe materialen te worden ontwikkeld. Verder, het display kan volledig worden geïntegreerd in een standaard autoruit."

Na het uitvoeren van optische simulaties, de onderzoekers creëerden een laboratoriumversie van hun head-up display die een oogdoos creëerde die zeven keer groter was dan de originele afbeelding. Vervolgens maakten ze een werkend prototype dat vluchtinformatie weergaf op een stuk glas dat deel kan uitmaken van de transparante behuizing die de cockpits bedekt. Met behulp van het prototype, ze waren in staat om het oogkader van de originele afbeelding bijna te verdubbelen en toonden aan dat de afbeelding niet verdwijnt totdat de gebruiker voorbij de rand van het hologram kijkt. Ze toonden ook aan dat het gepresenteerde beeld in het verre veld verschijnt, wat betekent dat waarnemers hun focus niet hoeven te veranderen om de weergegeven informatie te zien.

"Het is mogelijk om een ​​veel grotere oogkast te maken door de holografische elementen voor injectie en extractie te vergroten, de enige beperking is de grootte van het glas dat de afbeelding weergeeft, "Vervolgde Blanche. "Ons werk is een goed voorbeeld van hoe holografie kan worden gebruikt om vele soorten optische problemen voor verschillende toepassingen op te lossen. Een vergelijkbare aanpak kan ook nuttig zijn voor augmented reality-headsets, die ook door de computer gegenereerde afbeeldingen samenvoegen met uitzicht op de buitenwereld, maar met een scherm dat dicht bij het oog is."

Hoewel de onderzoekers hun aanpak met één kleur demonstreerden, ze zeggen dat het kan worden uitgebreid om heads-up displays in kleur te creëren. Ze werken er ook aan om dezelfde aanpak te gebruiken om een ​​veel groter beeld te creëren dat wordt geëxtraheerd door het holografische element om de grootte te vergroten, of gezichtsveld, van de weergave.