Fortschritt in der Holographie

Fata Morgana auf dem Smartphone

Von Manfred Lindinger
Aktualisiert am 12.11.2020
 - 12:58
Tanzende Elfe in 3D: Das Hologramm und die Hand haben den gleichen Abstand zum Display.
3D-Videos auf dem Smartphone? Was lange eine Vision war, könnte bald Wirklichkeit werden. Südkoreanische Forscher haben ein Display entwickelt, das bewegte Hologramme in Echtzeit generiert.

Hologramme, jene täuschend echten dreidimensionalen Projektionen von Objekten, die im Raum zu schweben scheinen, schimmern auf Kreditkarten, Geldscheinen und auf Reisepässen, wo sie als Sicherheitsmerkmale dienen. Man kennt sie außerdem von Glaskästen in Museen, in denen sich naturgetreu aussehende dreidimensionale Objekte oder Personen zu befinden scheinen. Und schon bald könnten bewegte Hologramme auch auf den Displays von Smartphones, Computern und Fernsehern flimmern. Südkoreanische Wissenschaftler von der Firma Samsung Electronics haben nun die Voraussetzung dafür geschaffen.

Wie Hong-Seok Lee vom Samsung Advanced Institute of Technology in Suwon und seine Kollegen in „Nature Communications“ berichten, haben sie einen flachen Bildschirm entwickelt, der bewegte computergenerierte 3D-Hologramme erzeugt, die direkt vor den Augen des Betrachters auftauchen. Die Videos können zudem unter einem größeren Blickwinkel betrachtet werden, als es bisher möglich war.

Die Holographie, 1947 vom ungarischen Ingenieur und Nobelpreisträger Dennis Gabor erfunden, beruht auf der Idee, mit sich überlagernden Lichtstrahlen ein naturgetreues räumliches Abbild eines dreidimensionalen Objekts zu erzeugen. Dazu bestrahlt man den Gegenstand üblicherweise mit Laserlicht. Wenn man die reflektierte Lichtwelle anschließend mit einem zweiten Laserstrahl der gleichen Wellenlänge überlagert, entsteht ein Interferenzbild, das alle wichtigen Informationen – codiert in der Phase und der Intensität des Lichtmusters – über die dreidimensionale Gestalt des Objekts enthält. Wird das auf einem lichtempfindlichen Film festgehaltene Interferenzbild beleuchtet, erhält man ein einfarbiges räumliches Abbild des ursprünglichen Objekts – das Hologramm. Verwendet man rotes, grünes und blaues Laserlicht lassen sich farbige 3D-Bilder erzeugen.

Mittlerweile benötigt man keine Laserstrahlen mehr. Hologramme lassen sich inzwischen auch mit nichtkohärentem Licht, mit Hilfe eines Computers und eines speziellen Displays generieren. Aufgrund der Leistungsfähigkeit moderner Prozessoren sind auch bewegte Hologramm-Bilder und Videos möglich. Bislang kann man die meisten Video-Hologramme nur direkt von vorne oder nur unter einem kleinen Blickwinkel betrachten. Für größere Betrachtungswinkel wären viele Bildpunkte erforderlich, da man für jede Winkeleinstellung ein neues Bild erzeugen müsste. Die Rechenleistung eines handelsüblichen Computers würde dabei schnell an ihre Grenzen geraten. Zudem sind die entwickelten holographischen Displays noch zu sperrig, um sie in handelsübliche Smartphones einzubauen. Diese technischen Hürden haben die südkoreanischen Forscher nun offenkundig überwinden können.

Virtuelle Welten entfliehen dem Bildschirm

Die virtuellen 3D-Videos, die auf dem 25 Zoll großen und einen Zentimeter dicken Display von Hong-Seok Lee und seinen Kollegen erscheinen, bleiben auch noch unter einem Blickwinkel von 30 Grad sichtbar und scharf. Möglich geworden ist das durch zahlreiche technische Verbesserungen.

So ist der LCD-Bildschirm mit einer beweglichen Hintergrundbeleuchtung ausgestattet, dessen weißes Licht – erzeugt von einer roten, grünen und blauen Laserdiode – so abgelenkt wird, dass es ins Auge des Betrachters fällt. Ein Sensor erfasst gleichzeitig die Blickrichtung der Augen. Großflächige Linsen sorgen für die nötige Schärfe der 3D-Bilder, die von einem schnellen Videoprozessor generiert und angesteuert werden.

Das Resultat ihrer langjährigen Forschungen demonstrieren die Wissenschaftler mit einem 3D-Video von einer Wasserschildkröte, die durch eine Unterwasserwelt schwimmt. Die Korallen am Grund erscheinen so, als würden sie sich etwa zehn Zentimeter hinter dem Bildschirm befinden, während die Schildkröte und die Fische hingegen vor dem Display auf den Betrachter zu oder von ihm wegschwimmen (siehe Video). Jede Szene besteht aus mehr als acht Millionen Voxeln (Volumenpixeln). Pro Sekunde werden 30 Einzelbilder erzeugt. Ein weiterer Pluspunkt: Die Bewegungen der Schildkröte lassen sich über eine Tastatur steuern.

Noch ist der gesamte experimentelle Aufbau zu voluminös für eine praktische Anwendung (siehe Abbildung). Die Forscher um Lee wollen nun den Aufbau so weit verkleinern, dass er in ein Smartphone oder einen Laptop passt. Die Darstellung von realistischen dreidimensionalen Videos könnte dadurch bald mit einem handelsüblichen elektronischen Gerät möglich werden.

Quelle: F.A.Z.
Manfred Lindinger - Portraitaufnahme für das Blaue Buch "Die Redaktion stellt sich vor" der Frankfurter Allgemeinen Zeitung
Manfred Lindinger
Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.
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