Исследователи из Института передовых технологий Samsung создали голографический экран с fps до 30 кадров в секунду. На таком мониторе можно будет смотреть реалистичное трехмерное видео в офисе и дома.
Голографическим технологиям уже больше 70 лет. Однако до сих пор эта технология не особенно продвинулась — например, нет голографических дисплеев, о которых писали фантасты еще полвека назад. Главным образом, по трем причинам: узкий угол обзора голографии, слишком громоздкая оптика и высокие требования к производительности оборудования, которое генерирует голограмму.
Photo: Jungkwuen An et al. / Nature Communications, 2020
В основе технологии — такое физическое явление, как дифракция света. С ее помощью исследователи добились создания объемных изображений. К слову, внутри у голографического дисплея — традиционная оптическая схема, которая известна ученым многие десятки лет. Просто раньше поместить ее внутрь смартфона или монитор было невозможно. Всегда приходилось выбирать из двух зол: нужный размер экрана или достаточный угол обзора. Например, монитор диаметром 10 дюймов имел угол обзора — 0, 25 градуса. При увеличении угла до удобных 30 градусов, монитор должен быть уже < 0,1 дюйма.
Перед физиками из Samsung стояла задача увеличить угол обзора. Нужных результатов удалось достичь при помощи модулей преобразования света. Для конструкции использовали три пучка света — от красного, зеленого и синего лазеров. Они необходимы для получения цветного изображения. Свет попадает на жидкокристаллический экран — модуль, отклонения которого меняют направление световых лучей и создают объемную картинку.
Photo: Jungkwuen An et al. / Nature Communications, 2020
Обычный модуль может отклонять на относительно большие углы только короткие пучки. В противном случае, его размер будет слишком большим, так что его не получится встроить в обычный дисплей. Чтобы решить эту проблему, физики из Samsung после модуля установили волноводы. Волноводы удлиняют пучки диаметром 14 х 140 мм до 140 х 230 мм. Как результат, итоговое изображение на мониторе сформировано пространственным модулятором света, который преобразовывает пучки в заданное изображение.
Прототип дисплея Samsung.
Photo: Jungkwuen An et al. / Nature Communications, 2020
Помимо сложностей с габаритами генерирующей голограмму схемы, ученые решили задачу длительных вычислений, которые требуют больших мощностей. Так, для создания реалистичной картинки нужно понимать, что будет на сетчатке глаза наблюдателя, так что необходимо отслеживать положение глаз относительно монитора. Полученные сведения должны служить обратной связью для голографической системы. От скорости обработки системой кадров зависит fps. Ускорить процесс удалось за счет параллельных вычислений для обоих глаз. И еще важный момент — систему можно подключить к любому современному смартфону.
В будущем конструкцию планируют довести до размеров, подходящих для встраивания в мобильные устройства.
