Forskare har utvecklat en 3D-fullfärgsvisningsmetod som använder en smartphoneskärm snarare än en laser för att skapa holografiska bilder. Med vidareutveckling kan det nya tillvägagångssättet vara användbart för skärmar med utökad eller virtuell verklighet.
Oavsett om förstärkta och virtuella verklighetsskärmar används för spel, utbildning eller andra applikationer, kan 3D-skärmar skapa en mer realistisk och interaktiv användarupplevelse.
"Även om holografitekniker kan skapa en mycket verklig 3D-representation av objekt, är traditionella tillvägagångssätt inte praktiska eftersom de förlitar sig på laserkällor", säger forskargruppsledaren Ryoichi Horisaki från Tokyos universitet i Japan. "Lasrar avger sammanhängande ljus som är lätt att kontrollera, men de gör systemet komplext, dyrt och potentiellt skadligt för ögonen."
I Optics Letters , beskriver forskarna sin nya metod, som är baserad på datorgenererad holografi (CGH). Tack vare en ny algoritm som de utvecklade kunde de bara använda en iPhone och en optisk komponent som kallas rumslig ljusmodulator för att återge en 3D-färgbild som bestod av två holografiska lager.
"Vi tror att den här metoden så småningom kan vara användbar för att minimera optiken, minska kostnaderna och minska den potentiella skadan på ögonen i framtida visuella gränssnitt och 3D-visningsapplikationer", säger Otoya Shigematsu, tidningens första författare. "Närmare bestämt har den potential att förbättra prestandan för skärmar för nära ögat, till exempel de som används i avancerade virtual reality-headset."
Ett mer praktiskt tillvägagångssätt
Även om CGH använder algoritmer för att producera bilder, krävs vanligtvis koherent ljus från en laser för att visa dessa holografiska bilder. I en tidigare studie visade forskarna att rumsligt inkoherent ljus som emitteras från en vit chip-on-board lysdiod kunde användas för CGH. Den här inställningen krävde dock två rumsliga ljusmodulatorer – enheter som styr ljusets vågfronter – vilket är opraktiskt på grund av deras kostnader.
I den nya studien utvecklade forskarna en billigare och mer praktisk osammanhängande CGH-metod. "Detta arbete ligger i linje med vårt laboratoriums fokus på beräkningsavbildning, ett forskningsfält som är dedikerat till att förnya optiska bildsystem genom att integrera optik med informationsvetenskap", säger Horisaki. "Vi fokuserar på att minimera optiska komponenter och eliminera opraktiska krav i konventionella optiska system."
Den nya metoden skickar ljus från skärmen genom en rumslig ljusmodulator, som presenterar flera lager av en 3D-bild i fullfärg. Även om detta kan tyckas enkelt, krävde det att noggrant modellera den osammanhängande ljusutbredningsprocessen från skärmen och sedan använda denna information för att utveckla en ny algoritm som koordinerade ljuset som kom från enhetens skärm med en enda rumslig ljusmodulator.
"Holografiska skärmar som använder lågkoherens ljus kan möjliggöra realistiska 3D-skärmar samtidigt som de potentiellt minskar kostnader och komplexitet", säger Shigematsu. "Även om flera grupper, inklusive vår, har demonstrerat holografiska skärmar med lågkoherens ljus, tog vi detta koncept till det extrema genom att använda en smartphone-skärm."
För att demonstrera den nya metoden skapade forskarna en tvålagers optisk reproduktion av en fullfärgs 3D-bild genom att visa ett holografiskt lager på skärmen på en iPhone 14 Pro och ett andra lager på en rumslig ljusmodulator. Den resulterande bilden mätte några millimeter på varje sida.
Forskarna arbetar nu med att förbättra tekniken så att den kan visa större 3D-bilder med fler lager. Ytterligare lager skulle få bilder att se mer realistiska ut genom att förbättra den rumsliga upplösningen och låta objekt visas på flera olika djup, eller avstånd, från betraktaren.
Mer information: Otoya Shigematsu et al, Datorgenererad holografi med vanlig display, Optics Letters (2024). DOI:10.1364/OL.516005
Journalinformation: Optikbrev
Tillhandahålls av Optica
