La holografia com a base per reconstruir imatges 3D

Tot i que la majoria de la interacció amb el contingut digital encara està restringit als teclats i a les panells tàctils en 2D, les tecnologies de Realitat Augmentada i Realitat Virtual, i virtualment de realitat, (AR / VR) cada vegada estan més aprop de superar aquesta limitació.

Els dispositius d'AR/VR, poden tenir els seus propis inconvenients, com ara una tendència a induir malalties com a conseqüència del moviment visual o altres trastorns visuals amb un ús prolongat a causa dels seus dissenys estereoscòpics. Una solució és adaptar l'holografia o tecnologia de camp lleuger als dispositius. Tanmateix, això requereix d'una òptica addicional que augmentaria la mida, el pes i el cost d'aquests dispositius, reptes que fins ara han impedit que aconsegueixin un èxit comercial.
Ara, un grup d'investigadors del Japó i Bèlgica han començat a explorar una combinació d'holografia i tecnologies de camp lleuger com una forma de reduir la mida i el cost dels dispositius d'AR/VR més respectuosos amb la salut de la gent.
Els objectes que es veuen al voltant, dispersen la llum en diferents direccions a diferents intensitats d'una manera definida per les característiques i propietats de l'objecte, incloent la mida, el gruix, la distància, el color, la textura. La llum modulada [dispersa] és rebuda per l'ull humà i les seves característiques són reconstruïdes dins del cervell.

Els dispositius capaços de generar la mateixa llum modulada, sense l'objecte físic present, es coneixen com les pantalles 3D, que inclouen holografies i pantalles de camp de llum. La reproducció fidel de totes les característiques de l'objecte, l'anomenada "modulació", és molt costosa. La modulació requerida es calcula numèricament per primera vegada i després es converteix en senyals de llum mitjançant un dispositiu de cristall líquid (LCD). Aquestes senyals de llum són recollides per altres components òptics com lents, miralls, combinadors de feix, etc.
Els components òptics addicionals, que solen ser de vidre, tenen un paper important perquè determinen el rendiment final i la mida del dispositiu de visualització. Aquí és on els elements òptics hologràfics poden marcar una gran diferència. Un element òptic hologràfic és una fina capa de pel·lícula fotogràfica fotosensible al material, que pot replicar les funcions d'un o més components òptics addicionals. No són voluminosos ni pesats, i es poden adaptar en factors de forma més petits.
Enregistrar o fabricar un holograma que pugui replicar la funció d'un component òptic, requereix que un component òptic en particular estigui físicament present durant el procés de gravació. Aquesta gravació és un procés analògic que es basa en làsers i enregistrament de pel·lícules; no s'utilitzen senyals digitals ni informació.
La gravació de múltiples components òptics requereix que tots estiguin presents en el procés d'enregistrament, cosa que el fa complex i, en la majoria dels casos, impossible de fer.
Es va decidir imprimir/gravar l'holograma de manera digital, anomenant a la solució com un "element òptic hologràfic dissenyat digitalment" (DDHOE). Utilitzen un procés d'enregistrament hologràfic que no requereix que cap dels components òptics estigui físicament present durant l'enregistrament, però es poden registrar totes les funcions dels components òptics.

La idea és computar digitalment l'holograma de totes les funcions òptiques [que s'han d'enregistrar] i reconstruir-les conjuntament utilitzant un LCD i un làser. Aquesta senyal òptica reconstruïda s'assembla a la llum que, d'una altra manera, es modula per tots aquests components òptics, la llum reconstruïda s'utilitza per a registrar l'element òptic hologràfic final, ja que la llum reconstruïda tenia totes les funcions òptiques, l'holograma gravat en la pel·lícula fotosensible serà capaç de modular una llum amb totes aquestes funcions. Així, totes les òptiques addicionals necessàries poden ser substituïdes per una única pel·lícula hologràfica.
Pel que fa a les aplicacions, els investigadors ja han posat a prova la DDHOE en una pantalla de 3-D en capçalera de camp lleuger. El sistema és transparent, per la qual cosa és adequat per a aplicacions de realitat augmentada.
Aquest sistema utilitza un projector de 2-D disponible comercialment per mostrar un conjunt d'imatges multi-vista en un full de matriu de microlents, que generalment són de vidre o plàstic. El full rep la llum del projector i la modula per reconstruir les imatges en 3D en l'espai, de manera que un visualitzador que mira a través de la matriu de les micro-lents percep la imatge en 3-D.
Una gran dificultat per superar el seu enfocament és que la llum d'un projector de 2-D es divideix i s'ha de col·limar en un feix paral·lel abans d'arribar a la matriu per tal de reconstruir amb precisió les imatges 3D en l'espai.

Com que les pantalles es fan més grans, la lent colimadora també hauria d'augmentar la seva grandària, la qual cosa comporta una lent voluminosa i gruixuda. Per tant, el sistema que consumeix una longitud llarga de trajectòria òptica i, a més, la fabricació de la lent colimadora resulta costosa, és el coll d'ampolla principal que impedeix que aquest sistema aconsegueixi una aplicació comercial.

Font: Optical Society of America