Forskare har utvecklat en helt ny typ av display som skapar 3D -bilder med hjälp av en laser för att bilda små bubblor inuti en flytande "skärm". Istället för att återge en 3D -scen på en plan yta, displayen i sig är tredimensionell, en egendom som kallas volymetrisk. Detta gör det möjligt för tittarna att se en 3D -bild i pelarskärmen från alla vinklar utan några 3D -glasögon eller headset.

I The Optical Society's journal for high impact research, Optica , forskare under ledning av Yoshio Hayasaki vid Utsunomiya University, Japan, visade förmågan hos deras volymetriska bubbeldisplay att skapa färgbar grafik som kan ändras.

"Att skapa en uppdaterad volymfärg i full färg är utmanande eftersom många tredimensionella pixlar, eller voxels, med olika färger måste bildas för att göra volymetrisk grafik, "sa Kota Kumagai, tidningens första författare. "I vår display, mikrobubblans vokaler genereras tredimensionellt i en vätska med hjälp av fokuserade femtosekundlaserpulser. Bubblergrafiken kan färgas genom att ändra belysningsfärgens färg. "

Även om det nya verket är ett bevis på koncept, tekniken kan en dag tillåta fullfärgsuppdaterbara volymetriska skärmar. Dessa typer av skärmar kan användas för konst- eller museiutställningar, där tittarna kan gå hela vägen runt displayen. De utforskas också för att hjälpa läkare att visualisera en patients anatomi före operationen eller för att låta militären studera terräng och byggnader inför ett uppdrag.

"Den volymetriska bubbeldisplayen är mest lämpad för offentliga faciliteter som ett museum eller ett akvarium eftersom, för närvarande, systeminstallationen är stor och dyr, "sa Kumagai." Men i framtiden, Vi hoppas kunna förbättra storleken och kostnaden för laserkällan och optiska enheter för att skapa ett mindre system som kan vara överkomligt för personligt bruk. "

Använda laser för att göra bubblor

Bubblorna för den nya displayen skapas av ett fenomen som kallas multiphotonabsorption, som uppstår när flera fotoner från en femtosekundlaser absorberas vid den punkt där ljuset är fokuserat. Multiphotonabsorption gjorde det möjligt för forskarna att skapa mikrobubblor på mycket exakta platser genom att flytta laserljusets fokus till olika delar av en vätskefylld kyvett som fungerade som en "skärm". Med en hög viskositet, eller tjock, vätska förhindrar bubblor, en gång bildat, från att omedelbart stiga till toppen av vätskan.

Bubblergrafiken är synlig när de sprider ljus från en extern ljuskälla, till exempel en halogenlampa eller högeffekts-LED. Forskarna producerade monokromatiska bilder i vitt, röd, blått och grönt genom att byta färg på den lysande lysdioden. De säger att belysning av grafiken med en projektor kan skapa olika färger i olika delar av bilden.

Istället för att skapa varje bubbla en efter en, forskarna använde ett datorgenererat hologram för att bilda 3D-mönster av laserljus som låter dem styra antalet och formerna på mikrobubblorna. Detta tillvägagångssätt ökade också mängden ljus som sprids från mikrobubblorna, gör bilderna ljusare.

I tidningen, forskarna demonstrerar sin teknik genom att skapa en sekvens av 2D -bubbelbilder av en sjöjungfru, en 3D -gjord kanin, och 2D -delfingrafik i fyra olika färger. De visade också att bildning av mikrobubblor beror på laserns bestrålningsenergi och att kontrasten kan modifieras genom att ändra antalet laserpulser som används för att bestråla vätskan.

"Vår bubbelgrafik har en bred betraktningsvinkel och kan uppdateras och färgas, "sa Kumagai." Även om vår första volymetriska grafik är på skalan på millimeter, vi uppnådde det första steget mot en uppdaterbar volymfärg i fullfärg. "

Forskarna utvecklar nu ett system som skulle använda en ström inuti vätskan för att spränga bubblorna, så att bilden kan ändras eller rensas. De arbetar också med metoder som kan tillåta bildandet av större grafik, som kräver att man övervinner sfäriska aberrationer som orsakas av brytningsindexets olikhet mellan vätskeskärmen, glaset som håller vätskan, och luft.