Создан ультратонкий 3D-дисплей с широким углом обзора
Ученые разработали сверхтонкий 3D-дисплей с широким углом обзора, четким изображением и выразительной глубиной. Новинка преодолевает обычные для систем без 3D-очков трудности и обещает стать прорывом в создании детализированных интерактивных систем в здравоохранении, образовании и развлечениях.
«Толщина нового дисплея всего 28 мм, что намного тоньше традиционных систем направленной подсветки, которые обычно превышают 500 мм. Эта компактность в сочетании со значительным повышением разрешения представляет собой важный шаг на пути к практическому применению данной технологии в реальных устройствах», — пояснил руководитель исследовательской группы Сюй Лю из Чжэцзянского университета.
Результаты испытаний 32-дюймового прототипа опубликованы в журнале Optica, и они впечатляющие: угол обзора больше 120°, объем изображения 720×400×1000 мм.
«Наш 3D-дисплей сохраняет резкость изображения по всей глубине сцены, что помогает пользователю точнее воспринимать объем и пространственные отношения. Это, например, может помочь врачам в реальном времени легко различать сложные анатомические структуры, такие как опухоли или переломы», — сказал Жэнмао У из Чжэцзянского университета, соавтор статьи.
a) Архитектура системы отображения светового поля. Система 3D-дисплея состоит из сверхтонкого и большого TFDB, двух DBHM, ЖК-панели и OLLA.
b) Схема воксельной конструкции. Узконаправленный луч перенаправляется OLLA для формирования компактных вокселей.
c и d) Сравнение 3D-дисплея с рассеивающей подсветкой и предлагаемого 3D-дисплея с направленной подсветкой.
Как устроено 3D без очков
Технология трехмерных дисплеев светового поля формирует изображение, используя направленную подсветку для точного управления световыми лучами. Такая конструкция позволяет каждому глазу видеть немного разную картинку, создавая естественное ощущение глубины без необходимости надевать специальные очки. Качество трехмерного эффекта зависит от точности формирования вокселей — трехмерных пикселей, из которых складывается изображение, — а также от их количества и размера: чем воксели меньше и точнее, тем детальнее и реалистичнее получается глубина сцены.
«В дисплеях светового поля, где используются дифракционные решетки или цилиндрические линзовые массивы, размер вокселя фундаментально ограничен углом рассеяния подсветки. Наша система обеспечивает гораздо более высокую точность формирования вокселей по сравнению с существующими 3D-дисплеями на рассеивающей подсветке, достигая лучшей миниатюризации вокселей и существенного увеличения разрешения», — отметил Синьчжу Сан из Пекинского университета почт и телекоммуникаций, внесший ключевой вклад в работу.
Главная инновация дисплея — оптика свободной формы, передовые оптические элементы, которые используют поверхности произвольной формы для прецизионного управления светом. Это обеспечило необходимую гибкость проектирования для создания сверхтонкой, но при этом большой по площади системы. Каждый светоформирующий канал дисплея объединяет светодиод, апертуру и линзу свободной формы. Разработчики скомпоновали эти каналы в единую матрицу большой площади. Кроме того, в дисплее используется модуль из двух слоев микротреугольных призм, который значительно улучшает равномерность освещенности, сохраняя при этом направленные свойства света.
Очевидные преимущества перед обычными дисплеями
Производительность прототипа оценили с помощью 50-миллиметрового объектива с фиксированным фокусом и диафрагмой f/2.8 — такая настройка часто используется для моделирования восприятия глубины и резкости человеческим глазом. На дисплей вывели изображение астронавта в открытом космосе. Он выглядел объемным в непрерывном диапазоне глубины 1 метр с углом обзора более 120°.
Новинку сравнили также с аналогами и выяснили, что воксели у нее в шесть раз меньше, а эффективность визуализации (по сути, КПД преобразования двухмерного изображения в трехмерное) — на два порядка выше.
В настоящее время исследователи работают над дальнейшим уменьшением толщины и веса устройства, одновременно повышая его оптическую эффективность. Для коммерциализации разработки не помешает еще уменьшить воксели, увеличить их плотность и оптимизировать форму.
