211service.com
Ett steg mot holografisk videokonferens
Forskare har tagit ett stort steg mot ett holografiskt videokonferenssystem som skulle låta människor kommunicera med varandra nästan som om de befann sig i samma rum. De har utvecklat en 3D-skärm i fullfärg som uppdateras varannan sekund, och de har använt den för att skicka livebilder av en forskare i Kalifornien till medarbetare i Arizona. Under de kommande åren hoppas forskarna kunna utveckla ett system som uppdateras med standardvideohastigheter och som kan konkurrera med andra 3D-skärmar.
Video hologram: Denna skärm kan uppdatera bilden varannan sekund.
Holografi ger de bästa 3D-skärmarna eftersom det är närmast hur vi ser vår omgivning, säger Nasser Peygambarian , ordförande för fotonik och lasrar vid University of Arizona. Ett hologram är en display som använder en optisk effekt som kallas diffraktion för att producera ljuset som skulle ha kommit från ett objekt i bilden om det fysiska objektet var framför betraktaren. Holografiska bilder verkar projicera ut i utrymmet framför displayen. Genom att gå runt en holografisk bild är det möjligt att se objekt i den från olika vinklar.
Hologram kräver inga glasögon för att se, och till skillnad från andra glasögonfria 3D-system kan flera personer använda dem samtidigt utan att behöva stå på en viss plats. Men utvecklingen av holografiska displayer har släpat efter andra 3D-system på grund av svårigheten att skapa holografiska material som snabbt kan skrivas om för att uppdatera bilden.
Den första holografiska videoskärmen gjordes på MIT:s Media Lab 1989. Volymen på hologrammet var bara 25 kubikmillimeter, mindre än en fingerborg. Sedan dess har forskare försökt utveckla praktiska holografiska system men har stött på begränsningar när det gäller att skala upp dessa skärmar till större storlekar. En stor utmaning har varit försöket att eliminera dyra optiska komponenter utan att offra uppdateringsfrekvensen.
Ett fåtal företag säljer 3D-skärmar för medicinska och designapplikationer, men många av dessa system producerar inte äkta hologram, och de tenderar att vara dyra, inte minst för att de produceras i små mängder. Vissa behöver lasrar, andra behöver kraftfulla datorer för att fungera, eller många skärmar staplade tillsammans, säger man Jennifer colegrove , chef för bildskärmsteknologier på industriforskningsföretaget DisplaySearch. Hon noterar att under 2010 kommer sådana volymetriska skärmar att generera 5 miljoner dollar i intäkter, en liten del av marknaden för 3D-skärmar på 1 miljard dollar. Trots deras kostnader, säger hon, är dessa skärmar fortfarande primitiva och saknar en kombination av bildkvalitet, hastighet och skärmstorlek.
I samarbete med Nitto Denko teknisk , den Kalifornien-baserade forskningsgrenen av ett japanskt företag, Peyghambarian har arbetat för att förbättra sofistikeringen och uppdateringshastigheten för holografiska skärmar. De nya displayerna uppdateras betydligt snabbare än tidigare system och är de första som kombineras med ett realtidskamerasystem för att visa livebilder snarare än de som spelats in i förväg. De nya displayerna är baserade på ett kompositmaterialsystem utvecklat av Nitto Denko Technical. År 2008 producerade grupperna en fyra tum gånger fyra tum röd holografisk display som kunde skrivas om var fjärde minut. Genom att förbättra materialen som används för att göra displayen och det optiska systemet som används för att koda bilderna har de nu demonstrerat en holografisk fullfärgsskärm som uppdateras varannan sekund. Detta arbete beskrivs idag i tidskriften Natur .
Nyckeln till tekniken är en ljuskänslig polymerkomposit skiktad på ett 12-tums x 12-tums substrat och inklämt mellan transparenta elektroder. Kompositen är arrangerad i regioner som kallas hogels som är den holografiska motsvarigheten till pixlar. Att skriva data till hogels är komplext, och många olika föreningar i kompositen spelar en roll. När en hoegel belyses av ett interferensmönster som produceras av två gröna laserstrålar, absorberar en förening som kallas sensibilisator ljus, och positiva och negativa laddningar i sensibilisatorn separeras. En polymer i kompositen som är mycket mer ledande till positiva laddningar än negativa drar bort de positiva laddningarna.
Denna laddningsseparation genererar ett elektriskt fält som i sin tur ändrar orienteringen av röda, gröna och blå färgämnesmolekyler i kompositen. Denna förändring i orientering förändrar hur dessa molekyler sprider ljus. Det är denna spridning som genererar en 3D-effekt. När hoegeln belyses med ljus från en LED kommer den att sprida ljuset för att utgöra en visuell punkt i hologrammet.
Att skriva data till den holografiska displayen brukade ta flera minuter. En del av sättet som Nikko Denko-forskarna påskyndade processen var att minska viskositeten hos färgämnena så att de kan ändra position snabbare. Rörelsen av färgämnesmolekylerna inuti kompositen är analog med rörelsen av flytande kristaller i en konventionell display, säger Joseph Perry , professor i kemi vid Georgia Tech. En väg för att ytterligare öka hastigheten på skärmen kan vara att göra dessa material mer som flytande kristaller, som kan växla inte bara med videohastigheter utan snabbare än det mänskliga ögat kan upptäcka.
En annan ökning av hastigheten kom från att använda en snabbare laser för att skriva data. För att detta skulle fungera var forskarna också tvungna att para ihop lasern med polymerer i displayen som kunde svara på dessa snabbare pulser, separera laddningar för att generera de elektriska fälten med kortare fördröjningstid. I ett annat framsteg jämfört med tidigare arbete har företaget utvecklat en komplett uppsättning färgämnesmolekyler för rött, grönt och blått.
För att demonstrera systemets relativa hastighet använde gruppen det som ett telenärvarosystem som liknar den holografiska kommunikationen som används i sci-fi-filmer som t.ex. Stjärnornas krig – men mycket hackigare. Flera kameror spelade in bilder av en anställd på Nitto Denko; dessa bilder bearbetades för att skapa data för att skriva varje hogel och skickades till gruppen i Arizona, där den holografiska displayen visade en 3D-projektion av deras Kalifornien-samarbetspartner. Nu är det vi kan visa som en långsam film, säger Peyghambarian. För att göra ett holografiskt videosystem måste de öka skärmens uppdateringshastighet till minst 30 bilder per sekund.
Universitets- och Nitto Denko-grupperna arbetar med Michael Bove vid MIT om att förbättra bildernas trohet. Det de rapporterar fungerar vackert, utan mycket beräkning, säger Bove. I hopp om att göra bilderna tydligare har Bove utvecklat ett system för att rendera holografisk video mycket snabbt på ett vanligt datorgrafikchip.