Künstliche Schichtmaterialien könnten die Möglichkeiten der Holografie erweitern
Holografische Displays stehen an der Spitze der 3D-Visualisierungstechnologie und können äußerst realistische Szenen mit voller Bewegungsparallaxe erzeugen. Diese scheinbare Verschiebung des holografischen Bildes in einer Weise, die nachahmt, wie Objekte in der realen Welt aus verschiedenen Blickwinkeln wahrgenommen würden, lässt sie so erscheinen, als ob sie tatsächlich in drei Dimensionen existieren würden. Die holografische Technologie ist vielversprechend für eine breite Palette von Anwendungen, darunter erweiterte und virtuelle Realität, medizinische Bildgebung, interaktive Displays und 3D-Kartierung. Dieser Bereich stößt aber auf eine grundlegende Forschungshürde. Hologramme enthalten weitaus mehr Details und Komplexität, als die heutigen räumlichen Lichtmodulatoren darstellen können. Diese Einschränkung ist darauf zurückzuführen, dass diese Geräte aufgrund ihrer geringen Größe und niedrigen Auflösung nur eingeschränkt in der Lage sind, detaillierte Bilder zu verarbeiten. Grundsätzlich haben räumliche Lichtmodulatoren nicht genug Platz oder Bandbreite, um die komplizierten Details in Hologrammen genau wiederzugeben, was die Qualität der erzeugten 3D-Bilder beeinträchtigt. Um die Möglichkeiten holografischer Displays voll ausschöpfen zu können, müssen effizientere Verfahren entwickelt werden, die die breiten und detaillierten Lichtmuster – die große optische Ausdehnung – bewältigen können, die für die Erzeugung realistischer holografischer 3D-Bilder unerlässlich sind. Durch diese Verbesserung würde das Bildmaterial für die betrachtende Person noch realistischer und lebensechter werden.
Metaoberflächen erlauben breitere Blickwinkel in der Holografie
„Für die Entwicklung hochwertiger holografischer 3D-Videodisplays sind drei Komponenten entscheidend: ein optisches System, das Weitwinkelaufnahmen darstellen kann, ein räumlicher Lichtmodulator mit hoher Bandbreite und schnelle Algorithmen zur Erzeugung von Computerhologrammen“, kommentiert Luis Sanchez-Soto, Koordinator des EU-finanzierten Projekts HoloWS. „HoloWS hat sich darauf konzentriert, ein System zu entwickeln, das einen breiteren Blickwinkel bietet.“ Zu diesem Zweck haben Forschende an einem neuartigen Ansatz gearbeitet, der darauf abzielt, die Einschränkungen von räumlichen Lichtmodulatoren zu überwinden und wirklich immersive holografische 3D-Displays zu erreichen. Das Verfahren nutzt eine auf der Metaoberfläche basierende Wellenfrontkontrolle, die im Wesentlichen eine erhebliche Erweiterung des Sichtfeldes über das hinaus ermöglicht, was herkömmliche Fourier-basierte Hologramm-Displays bieten. Diese Einschränkung stellt seit langem eine Herausforderung auf dem Gebiet der Holografie dar. Auf Metaoberflächen beruhende Wellenfrontkontrolle ist eine fortgeschrittene optische Technologie, die die Eigenschaften von Lichtwellen – wie ihre Richtung, Phase und Amplitude – mithilfe ultradünner, technischer Oberflächen manipuliert. Diese sogenannten Metaoberflächen bestehen aus winzigen, künstlich strukturierten Einheiten, die das Verhalten der vorbeiziehenden Lichtwellen auf bestimmte Weise verändern können.
Den Weg für Durchbrüche bereiten
Auf dem Gebiet der holografischen Displays müssen noch erhebliche Fortschritte erzielt werden, um tatsächlich fotorealistische holografische 3D-Videodisplays zu erreichen. Die Entwicklung eines HoloWS-Produktsystems mit hoher räumlicher Bandbreite ist jedoch ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zu diesem Ziel. Dieses Produkt mit räumlicher Bandbreite spiegelt den Kompromiss zwischen der Größe des darstellbaren Bildes und seiner Auflösung wider. Die im Projekt erzielten Fortschritten versprechen neue Möglichkeiten für größere und weitwinklige holografische Displays, die die derzeitigen Grenzen von räumlichen Lichtmodulatoren überwinden. „Es wird erwartet, dass unsere Arbeit eine Welle innovativer Forschung in Bereichen wie holografische Head-up-Displays und holografische Beleuchtung basierend auf komprimierter Sensorik auslösen wird“, betont Sanchez-Soto. „Wir sind bestrebt, die holografischen Rendering-Algorithmen weiter zu verfeinern und die Forschung auf interaktive Anwendungen und größere Anzeigeformate auszuweiten.“
Schlüsselbegriffe
HoloWS, holografische Displays, Bild, Metaoberfläche, Bandbreite, Wellenfrontkontrolle, räumliche Lichtmodulatoren