Wetenschap
Onderzoekers gebruiken het smartphonescherm om 3D-gelaagde holografische beelden te creëren
Of augmented- en virtual reality-displays nu worden gebruikt voor gaming, onderwijs of andere toepassingen, het integreren van 3D-displays kan een meer realistische en interactieve gebruikerservaring creëren.
"Hoewel holografische technieken een zeer realistisch ogende 3D-weergave van objecten kunnen creëren, zijn traditionele benaderingen niet praktisch omdat ze afhankelijk zijn van laserbronnen", zegt onderzoeksteamleider Ryoichi Horisaki van de Universiteit van Tokio in Japan. "Lasers zenden coherent licht uit dat gemakkelijk te controleren is, maar ze maken het systeem complex, duur en mogelijk schadelijk voor de ogen."
In Opticabrieven beschrijven de onderzoekers hun nieuwe methode, die gebaseerd is op computer-gegenereerde holografie (CGH). Dankzij een nieuw algoritme dat ze ontwikkelden, konden ze alleen een iPhone en een optische component, een zogenaamde ruimtelijke lichtmodulator, gebruiken om een 3D-kleurenbeeld te reproduceren dat uit twee holografische lagen bestond.
"Wij geloven dat deze methode uiteindelijk nuttig zou kunnen zijn voor het minimaliseren van de optica, het verlagen van de kosten en het verminderen van de potentiële schade aan de ogen in toekomstige visuele interfaces en 3D-weergavetoepassingen", zegt Otoya Shigematsu, de eerste auteur van het artikel. "Meer specifiek heeft het het potentieel om de prestaties van close-eye-displays te verbeteren, zoals die worden gebruikt in geavanceerde virtual reality-headsets."
Een meer praktische aanpak
Hoewel CGH algoritmen gebruikt om beelden te produceren, is doorgaans coherent licht van een laser nodig om deze holografische beelden weer te geven. In een eerdere studie toonden de onderzoekers aan dat spatiotemporeel onsamenhangend licht dat wordt uitgezonden door een witte chip-on-board lichtgevende diode zou kunnen worden gebruikt voor CGH. Deze opstelling vereiste echter twee ruimtelijke lichtmodulatoren (apparaten die de golffronten van licht controleren), wat onpraktisch is vanwege de kosten.
In de nieuwe studie ontwikkelden de onderzoekers een goedkopere en praktischere, onsamenhangende CGH-methode. "Dit werk sluit aan bij de focus van ons laboratorium op computationele beeldvorming, een onderzoeksveld dat zich toelegt op het innoveren van optische beeldvormingssystemen door optica te integreren met de informatiewetenschap", aldus Horisaki. "Wij richten ons op het minimaliseren van optische componenten en het elimineren van onpraktische vereisten in conventionele optische systemen."
De nieuwe aanpak laat het licht van het scherm door een ruimtelijke lichtmodulator gaan, die meerdere lagen van een 3D-kleurenbeeld presenteert. Hoewel dit misschien eenvoudig lijkt, was het zorgvuldig modelleren van het incoherente lichtvoortplantingsproces vanaf het scherm nodig en het vervolgens gebruiken van deze informatie om een nieuw algoritme te ontwikkelen dat het licht dat van het scherm van het apparaat komt coördineerde met een enkele ruimtelijke lichtmodulator.
Holografische afbeeldingen van een smartphone
"Holografische displays die licht met lage coherentie gebruiken, kunnen realistische 3D-weergaven mogelijk maken en tegelijkertijd de kosten en complexiteit verminderen", aldus Shigematsu. "Hoewel verschillende groepen, waaronder de onze, holografische displays hebben gedemonstreerd met behulp van licht met lage coherentie, hebben we dit concept tot het uiterste doorgevoerd door een smartphonedisplay te gebruiken."
Om de nieuwe methode te demonstreren, creëerden de onderzoekers een tweelaagse optische reproductie van een 3D-kleurenbeeld door één holografische laag op het scherm van een iPhone 14 Pro weer te geven en een tweede laag op een ruimtelijke lichtmodulator. Het resulterende beeld was aan elke kant enkele millimeters groot.
De onderzoekers werken nu aan het verbeteren van de technologie, zodat deze grotere 3D-beelden met meer lagen kan weergeven. Extra lagen zouden ervoor zorgen dat afbeeldingen er realistischer uitzien door de ruimtelijke resolutie te verbeteren en objecten op verschillende diepten of afstanden van de kijker te laten verschijnen.