Holografische Displays könnten eines Tages herkömmliche XR-Displaytechnik ablösen. Ihr Vorteil: Sie sind relativ simpel gebaut, flexibler im Einsatz und nehmen wenig Raum ein. Facebook-Forscher wollen jetzt eine wichtige Hürde auf dem Weg zu holografischen Displays genommen haben.

Holografische Displays setzen auf einen programmierbaren Lichtmodulator (Spatial Light Modulator oder SLM), über den sich die visuellen Eigenschaften einer separaten Lichtquelle präzise steuern lassen. Das Problem ist, dass man sich bei SLM-gestützten optischen Systemen zwischen einem weiten Sichtfeld und einer großen Eyebox entscheiden muss.

Mit Eyebox ist der räumliche Bereich gemeint, in dem das Auge das Bild erkennt. Ist dieser Bereich groß, bleibt das Bild auch dann bestehen, wenn die VR- oder AR-Brille leicht verrutscht oder nicht perfekt sitzt.

Ein schlechter Kompromiss

Bei holografischen Displays schließen sich ein weites Sichtfeld und eine große Eyebox gegenseitig aus, schreiben die Forscher.

Würde man ein Sichtfeld von 120 Grad anpeilen, käme man auf eine Eyebox von gerade mal einem Millimeter. Das Bild würde in diesem Fall selbst beim Drehen des Augapfels verschwinden. Würde man das System auf eine Eyebox mit einem Umfang von zehn Millimetern optimieren, käme man auf ein Sichtfeld von knapp 13 Grad.

Um beide Mindestwerte zu erreichen (120 Grad Sichtfeld, Eyebox von einem Zentimeter Umfang), bräuchte man ein holografisches Display, das mit 32.500 mal 32.500 Bildpunkten auflöst. Das existiert noch nicht und würde gegenwärtige Rechner ohnehin überfordern.

Das Licht wird gestreut

Die Bemühungen der Facebook-Forscher und Wissenschaftler der University of California, Berkeley konzentrieren sich nun darauf, die Faktoren Sichtfeldweite und Eyebox voneinander zu entkoppeln.

Hierfür schalteten sie eine Streumaske vor den Lichtmodulator. Das zusätzliche Element streut das Licht weiter, als der Modulator allein es könnte und sorgt so für ein weiteres Sichtfeld bei einer vergleichsweise großen Eyebox. Eyetracking wird nicht benötigt.

Facebook Holographic Display Research Etendue Vergleich

Die Maske streut das Licht des Modulators und erlaubt so ein weiteres Sichtfeld bei gleichbleibender Eyebox. | Bild: Facebook Research

Damit das gestreute Bild dennoch als Einheit wahrgenommen wird, entwickelten die Forscher einen Algorithmus, der die Streuung auf SLM-Ebene vorkompensiert.

Dass die Idee funktioniert, demonstrieren die Entwickler mittels optischer Simulationen sowie einem ersten Prototyp, der auf einem Tisch Platz findet.

Facebook Holographic Display Research Etendue Prototyp

Der experimentelle Versuchsaufbau funktioniert für VR und AR gleichermaßen. | Bild: Facebook Research

Noch sind viele Hürden zu nehmen

Der Prototyp liefert den Machbarkeitsnachweis, aber längst kein fertiges Produkt. Noch muss viel passieren, bis die Technik das volle Farbspektrum und mehrere Fokusebenen unterstützt, in einer Brille Platz findet und der Korrekturalgorithmus effizient genug rechnet, resümieren die Forscher.

Die Forscher denken als Nächstes darüber nach, die Streumaske in einen bestehenden Brillenprototyp mit holografischem Displays zu verbauen, der sich durch seine geringe Größe und ein weites Sichtfeld auszeichnet und stellen ein Konzept für die Integrierung der Technologie in eine Brille mit Sonnenbrillenfaktor vor.

Die wissenschaftliche Arbeit mit dem Titel “High Resolution Étendue Expansion for Holographic Displays“ist frei im Internet zugänglich. Weitere interessante Displayforschung findet ihr in den weiterführenden Links.

Quelle: Facebook Research, via: Road to VR, Titelbild: Facebook

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