Heads-up-skärmar är genomskinliga enheter som används i flygplan och bilar för att tillhandahålla information som kritiska flygdata eller köranvisningar på vindrutan. Ett innovativt holografibaserat tillvägagångssätt kan snart göra dessa heads-up-skärmar mycket lättare att se med en stor ögonlåda.

Aktuella heads-up-skärmar har en liten ögonlåda, vilket innebär att den visade informationen helt eller delvis försvinner om användarna flyttar blicken för mycket. "En heads-up-display som använder vår nya teknik installerad i en bil skulle göra det möjligt för en förare att se den visade informationen även om han eller hon rörde sig eller var kortare eller längre än genomsnittet, " sa forskargruppsledaren Pierre-Alexandre Blanche vid University of Arizona, USA.

I tidskriften The Optical Society Tillämpad optik , forskarna demonstrerar en funktionell prototyp av heads-up-display som använder holografiska optiska element för att uppnå en ögonlåda som är väsentligt större än vad som är tillgängligt utan det holografiska elementet. Forskarna säger att deras tillvägagångssätt kan förvandlas till en kommersiell produkt på så lite som några år och kan också användas för att öka storleken på det visade området.

"Att öka storleken på antingen ögonboxen eller den visade bilden i en traditionell heads-up-display kräver att storleken på projektionsoptiken ökar, relälinser och all tillhörande optik, som tar för mycket plats i instrumentpanelen, " sa första författaren Colton Bigler, en doktorand i Blanches laboratorium. "Istället för att förlita sig på konventionell optik, vi använder holografi för att skapa ett tunt optiskt element som i slutändan kan appliceras direkt på en vindruta."

Använda hologram för att göra optik

Samma laserljusinteraktioner som används för att skapa hologrammen som skyddar kreditkort från förfalskning kan också användas för att tillverka optiska element som linser och filter i ljuskänsliga material. Dessa holografiska element är inte bara mindre än traditionella optiska komponenter utan kan massproduceras eftersom de är lätta att tillverka.

För den nya head-up-displayen, holografiska optiska element omdirigerar ljus från en liten bild till en glasbit, där det är instängt tills det når ett annat holografiskt optiskt element som extraherar ljuset. Extraheringshologrammet presenterar en synlig bild med en större ögonboxstorlek än originalbilden.

"Vi arbetar med Honeywell för att utveckla dessa displayer för flygplan, men de kan lika gärna användas i bilar, Blanche sa. "Vårt tillvägagångssätt kräver ingen dyr utrustning och inga nya material behöver utvecklas. Vidare, displayen kan integreras helt i en vanlig bilvindruta."

Efter att ha utfört optiska simuleringar, forskarna skapade en laboratorieversion av sin head-up-display som skapade en ögonlåda sju gånger större än originalbilden. De gjorde sedan en fungerande prototyp som visade flyginformation på en glasbit som kan vara en del av det genomskinliga höljet som täcker cockpits. Med hjälp av prototypen, de kunde nästan dubbla ögonrutan på originalbilden och visade att bilden inte försvinner förrän användaren tittar bortom kanten på hologrammet. De visade också att den presenterade bilden visas i det bortre fältet, vilket innebär att observatörer inte behöver ändra fokus för att se den visade informationen.

"Det är möjligt att skapa en mycket större ögonlåda genom att öka storleken på de holografiska elementen för injektion och extraktion, den enda begränsningen är storleken på glaset som visar bilden, Blanche fortsatte. "Vårt arbete är ett bra exempel på hur holografi kan användas för att lösa många typer av optiska problem för olika tillämpningar. Ett liknande tillvägagångssätt kan också vara användbart för augmented reality-headset, som också sammanfogar datorgenererade bilder med vyer av omvärlden men med en display som ligger nära ögat."

Även om forskarna visade sitt tillvägagångssätt med en färg, de säger att den skulle kunna utökas för att skapa heads-up-skärmar i fullfärg. De arbetar också med att använda samma tillvägagångssätt för att skapa en mycket större bild som extraheras av det holografiska elementet för att öka storleken, eller synfält, av displayen.