Holografisches Light-Field-3D-Display: Klare, verzerrungsfreie Sicht für AR

• Neue Methode beseitigt visuelle Verzerrungen in 3D-Displays ohne zusätzliche schwere Optik.
• System erzeugt klares 3D-Bild im Raum – geeignet für AR-Anwendungen.

Wir interagieren meist über Tastaturen und 2D-Touchpanels mit digitalen Inhalten. Doch Technologien wie Virtual Reality (VR) und Augmented Reality (AR) versprechen mehr Freiheit von diesen Beschränkungen.

VR/AR-Geräte haben Nachteile: Neigung zu Augenbelastung, Schwindel, Übelkeit durch stereoskopiebasierte Designs. Längere Nutzung verstärkt Übelkeit und Verzerrung – bekannt als VR-Sickness.

Um diese Grenzen zu überwinden, erforschen Forscher in Belgien und Japan eine Kombination aus Holografie und Light-Field-Technologie. Zwar erfordert dies zusätzliche Ausrüstung, doch sie hielten Größe und Kosten niedrig für kommerziellen Erfolg.

Funktionsweise

Objekteigenschaften (Größe, Farbe, Textur, Höhe, Distanz) werden durch das von ihnen in verschiedene Richtungen mit unterschiedlichen Intensitäten gestreute Licht definiert. Menschliche Augen sehen diese modulierten Strahlen und senden Signale ans Gehirn, wo diese Merkmale rekonstruiert werden.

Echte 3D-Displays wie Holografie und Light-Field-Geräte können dieselben modulierten Strahlen ohne physisches Objekt erzeugen. Doch die präzise Rekonstruktion aller Objekteigenschaften ist teuer.

Daher berechneten Forscher zuerst die benötigte Modulation und transformierten die Daten in Lichtsignale per LCD. Diese Signale werden an weitere optische Instrumente wie Strahlkombinatoren, Spiegel und Linsen weitergeleitet.

Sie entwickelten ein holografisches optisches Element mit dünner Photoschicht, das Funktionen mehrerer optischer Module replizieren kann. Es bestehtmostly aus Glas, das Qualität und Leistung des Displays bestimmt.

Um mehrere optische Komponenten in einem Schritt aufzuzeichnen/drucken, entwickelte das Team die Methode „Digitally Designed Holographic Optical Element“ (DDHOE). Sie kann alle Charakteristika verschiedener optischer Komponenten aufzeichnen, ohne dass diese physisch anwesend sein müssen.

Quelle: The Optical Society

Ziel: Hologramm aller Komponentenmerkmale messen und optisch gemeinsam per Laser und LCD rekonstruieren. Die finalen optischen Signale gleichen dem Licht, das von allen tatsächlichen Komponenten gemeinsam moduliert wird. Das aufgezeichnete Hologramm wird schließlich auf die dünne Photoschicht projiziert.

(a) DDHOE Linsenarray, (c) computergenerierte 3D-Szene, (d) finales 3D-Bild | Credit: Boaz Jessie Jackin

Das Team testete die Technik bereits an einem Head-Up Light-Field 3D-Display. Da es ein Durchsicht-System ist, das 3D-Bilder/Videos ausgibt, könnte die Technologie vielfältige AR-Anwendungen haben.

Für Mehrfachansichten auf Glas (Mikrolinsenarray-Film) nutzt das System einen konventionellen 2D-Projektor. Der dünne Film moduliert das Licht vom Projektor und rekonstruiert das Bild 3D im Raum.

Unterschied zu anderen Methoden

Bei traditionellen Techniken streut Licht vom Projektor, bevor es das Mikrolinsenarray trifft. Dies verzerrt das finale 3D-Bild im Raum. Zur Korrektur muss Projektorlicht in parallelen Strahl kollimiert werden.

Für größere Displays muss man Kollimationslinsen vergrößern, was Komponentenkosten erhöht – Hauptgrund, warum diese Techniken keinen kommerziellen Erfolg hatten.

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Die neue Methode integriert Kollimationsfunktionen direkt ins Mikrolinsenarray durch Fertigung mit DDHOE. Das eliminiert schwere Kollimationsoptik. Forscher glauben, ihre Technik wird bald bestehende Modelle mit sperrigen Optikkomponenten ersetzen.