211service.com
Een stap in de richting van holografische videoconferenties
Onderzoekers hebben een grote stap gezet in de richting van een holografisch videoconferentiesysteem waarmee mensen met elkaar kunnen communiceren alsof ze zich in dezelfde kamer bevinden. Ze hebben een 3D-kleurenscherm ontwikkeld dat elke twee seconden wordt vernieuwd en hebben het gebruikt om livebeelden van een onderzoeker in Californië naar medewerkers in Arizona te sturen. De onderzoekers hopen de komende jaren een systeem te ontwikkelen dat op standaard videosnelheden ververst en kan concurreren met andere 3D-schermen.
Videohologram: Dit scherm kan het beeld elke twee seconden verversen.
Holografie zorgt voor de beste 3D-schermen omdat het het dichtst in de buurt komt van hoe we onze omgeving zien, zegt Nasser Peygambarian , leerstoel fotonica en lasers aan de Universiteit van Arizona. Een hologram is een scherm dat een optisch effect, diffractie genaamd, gebruikt om het licht te produceren dat van een object in de afbeelding zou zijn gekomen als het fysieke object zich voor de kijker zou bevinden. Holografische beelden lijken te projecteren in de ruimte voor het scherm. Door rond een holografisch beeld te lopen, is het mogelijk om objecten erin vanuit verschillende hoeken te zien.
Hologrammen hebben geen bril nodig om te bekijken, en in tegenstelling tot andere 3D-systemen zonder bril, kunnen meerdere mensen ze tegelijkertijd gebruiken zonder op een bepaalde plaats te hoeven staan. Maar de ontwikkeling van holografische displays is achtergebleven bij die van andere 3D-systemen vanwege de moeilijkheid om holografische materialen te maken die snel kunnen worden herschreven om het beeld te vernieuwen.
Het eerste holografische videoscherm werd in 1989 gemaakt in het Media Lab van MIT. Het volume van het hologram was slechts 25 kubieke millimeter, kleiner dan een vingerhoed. Sindsdien hebben onderzoekers geprobeerd praktische holografische systemen te ontwikkelen, maar zijn ze tegen beperkingen aangelopen bij het opschalen van deze displays naar grotere formaten. Een grote uitdaging was de poging om dure optische componenten te elimineren zonder de verversingssnelheid op te offeren.
Een paar bedrijven verkopen 3D-schermen voor medische en ontwerptoepassingen, maar veel van deze systemen produceren geen echte hologrammen en zijn vaak duur, niet in de laatste plaats omdat ze in kleine hoeveelheden worden geproduceerd. Sommigen hebben lasers nodig, sommigen hebben krachtige computers nodig om te werken, of veel schermen op elkaar gestapeld, zegt Jennifer Colegrove , directeur displaytechnologieën bij het onderzoeksbureau DisplaySearch. Ze merkt op dat dergelijke volumetrische displays in 2010 $ 5 miljoen aan inkomsten zullen genereren, een klein stukje van de 3D-beeldschermmarkt van $ 1 miljard. Ondanks hun kosten, zegt ze, zijn deze schermen nog steeds primitief en missen ze een combinatie van beeldkwaliteit, snelheid en schermgrootte.
In samenwerking met Nitto Denko Technisch , de in Californië gevestigde onderzoeksafdeling van een Japans bedrijf, Peyghambarian, heeft gewerkt aan het verbeteren van de verfijning en verversingssnelheid van holografische schermen. De nieuwe schermen verversen aanzienlijk sneller dan eerdere systemen en zijn de eerste die worden gecombineerd met een realtime camerasysteem om livebeelden te tonen in plaats van vooraf opgenomen beelden. De nieuwe displays zijn gebaseerd op een systeem van composietmaterialen dat is ontwikkeld door Nitto Denko Technical. In 2008 produceerden de groepen een vier-bij-vier-inch rood holografisch display dat elke vier minuten kon worden herschreven. Door de materialen te verbeteren die zijn gebruikt om het scherm te maken en het optische systeem dat wordt gebruikt om de afbeeldingen te coderen, hebben ze nu een holografisch kleurenscherm gedemonstreerd dat elke twee seconden wordt vernieuwd. Dit werk wordt vandaag beschreven in het tijdschrift Natuur .
De sleutel tot de technologie is een lichtgevoelig polymeercomposiet, gelaagd op een 12-inch-bij-12-inch substraat en ingeklemd tussen transparante elektroden. De composiet is gerangschikt in regio's die hogels worden genoemd en die het holografische equivalent van pixels zijn. Het schrijven van gegevens naar de hogels is complex en veel verschillende verbindingen in het composiet spelen een rol. Wanneer een hogel wordt verlicht door een interferentiepatroon dat wordt geproduceerd door twee groene laserstralen, absorbeert een verbinding die sensibilisator wordt genoemd licht en worden positieve en negatieve ladingen in de sensibilisator gescheiden. Een polymeer in de composiet dat veel meer geleidend is voor positieve ladingen dan negatieve, trekt de positieve ladingen weg.
Deze ladingsscheiding genereert een elektrisch veld dat op zijn beurt de oriëntatie van rode, groene en blauwe kleurstofmoleculen in het composiet verandert. Deze verandering in oriëntatie verandert de manier waarop deze moleculen licht verstrooien. Het is deze verstrooiing die een 3D-effect genereert. Wanneer de hogel wordt verlicht met licht van een LED, zal deze het licht verstrooien om één visueel punt in het hologram te vormen.
Het schrijven van de gegevens naar het holografische display nam vroeger enkele minuten in beslag. Een deel van de manier waarop de Nikko Denko-onderzoekers het proces versnelden, was om de viscositeit van de kleurstofmaterialen te verlagen, zodat ze sneller van positie kunnen veranderen. De beweging van de kleurstofmoleculen in de composiet is analoog aan de beweging van vloeibare kristallen in een conventioneel beeldscherm, zegt Joseph Perry , hoogleraar scheikunde aan Georgia Tech. Een manier om de snelheid van het scherm verder te verhogen zou kunnen zijn om deze materialen meer als vloeibare kristallen te maken, die niet alleen met videosnelheden kunnen schakelen, maar ook sneller dan het menselijk oog kan detecteren.
Een andere snelheidsboost kwam van het gebruik van een snellere laser om de gegevens te schrijven. Om dit te laten werken, moesten de onderzoekers de laser ook koppelen aan polymeren in het display die konden reageren op deze snellere pulsen, waarbij ladingen werden gescheiden om de elektrische velden met minder vertragingstijd te genereren. Nog een vooruitgang ten opzichte van eerder werk, heeft het bedrijf een volledige set kleurstofmoleculen ontwikkeld voor rood, groen en blauw.
Om de relatieve snelheid van het systeem te demonstreren, gebruikte de groep het als een telepresence-systeem, vergelijkbaar met de holografische communicatie die wordt gebruikt in sci-fi-films zoals Star Wars — maar veel ruiger. Meerdere camera's namen beelden op van een medewerker van Nitto Denko; deze beelden werden verwerkt om de gegevens te creëren om elke hogel te schrijven, en verzonden naar de groep in Arizona, waar het holografische scherm een 3D-projectie van hun Californische medewerker liet zien. Wat we nu kunnen laten zien, is als een langzame film, zegt Peyghambarian. Om een holografisch videosysteem te maken, moeten ze de verversingssnelheid van het scherm verhogen tot ten minste 30 frames per seconde.
De universiteit en de Nitto Denko-groepen werken samen met Michael Bove bij MIT over het verbeteren van de getrouwheid van de afbeeldingen. Wat ze rapporteren werkt prachtig, zonder veel rekenwerk, zegt Bove. In de hoop de beelden duidelijker te maken, heeft Bove een systeem ontwikkeld om holografische video zeer snel weer te geven op een gewone grafische computerchip.