Инженеры разработали новый оптический элемент, способный улучшить качество голографических изображений

Голографические изображения обладают реальной глубиной, поскольку они трехмерны, в то время как мониторы лишь имитируют глубину на двухмерном экране. В результате мы получаем дисплей виртуальной и дополненной реальности, который может быть по-настоящему захватывающим — таким, при котором вы можете нормально двигать головой и не терять голографические изображения из виду. «Чтобы получить аналогичные ощущения при использовании монитора, вам придётся сидеть прямо перед экраном кинотеатра», — говорит Феликс Хайде, доцент кафедры информатики и старший автор статьи, опубликованной 22 апреля в журнале Nature Communications.

И вам не нужно будет носить экран перед глазами, чтобы получить этот захватывающий опыт. Оптические элементы, необходимые для создания таких изображений, крошечные и потенциально могут поместиться в обычные очки. Дисплеи виртуальной реальности, использующие монитор, как это делают современные дисплеи, требуют полноценной гарнитуры. К тому же они, как правило, громоздки, поскольку должны вмещать экран и оборудование, необходимое для его работы.

«Голография может облегчить использование дисплеев виртуальной и дополненной реальности, сделать их носимыми и ультратонкими, — говорит Хайде. Они могут изменить то, как мы взаимодействуем с окружающей средой: от получения указаний во время вождения, наблюдения за пациентом во время операции до доступа к инструкциям по сантехнике во время домашнего ремонта».

Одна из самых важных проблем — это качество. Голографические изображения создаются с помощью небольшого устройства, похожего на чип, которое называется пространственным модулятором света. До сих пор эти модуляторы могли создавать либо маленькие и чёткие, либо большие и нечёткие изображения. Такой компромисс между размером и чёткостью изображения приводит к узкому полю зрения, слишком узкому, чтобы дать пользователю возможность погрузиться в атмосферу. «Если смотреть в сторону углов дисплея, то всё изображение может исчезнуть», — говорит Натан Мацуда, соавтор статьи.

Хайде, Мацуда и Этан Тсенг, докторант факультета информатики, создали устройство, позволяющее улучшить качество изображения и потенциально решить эту проблему. Вместе с коллегами они создали второй оптический элемент, работающий в тандеме с пространственным модулятором света. Их устройство фильтрует свет от пространственного модулятора света, чтобы расширить поле зрения, сохраняя при этом стабильность и точность изображения. Оно создаёт более крупное изображение с минимальным снижением качества.

Качество изображения было основной проблемой, препятствующей практическому применению голографических дисплеев, говорит Мацуда. «Исследование ещё на один шаг приблизило нас к решению этой проблемы», — сказал он.

По словам Хайде, новый оптический элемент похож на очень маленький кусок матового стекла, изготовленный на заказ. Ключевым моментом является рисунок, вытравленный на матовом стекле. Разработанная с помощью искусственного интеллекта и оптических технологий, вытравленная поверхность рассеивает свет, создаваемый пространственным модулятором света, очень точно, перемещая некоторые элементы изображения в частотные диапазоны, которые не так легко воспринимаются человеческим глазом. Это улучшает качество голографического изображения и расширяет поле зрения.

Тем не менее, на пути создания работающего голографического дисплея остаются препятствия. По словам Хайде, качество изображения ещё не идеально, а процесс изготовления оптических элементов нуждается в усовершенствовании. «Для того чтобы сделать это осуществимым, необходимо объединить множество технологий, — говорит Хайде. — Но это исследование показывает нам путь вперёд».