Een stap in de richting naar holografische videoconferenties

Holografie is een manier om een driedimensionale afbeelding van een object te maken, met gebruik van een plat vlak van een fotografische film, of een ingegraveerd structuur. Momenteel is het zo bij een hologram dan men de afbeelding uit verschillende hoeken moet bekijken om de indruk van een ruimtelijk driedimensionaal beeld te verkrijgen. Dit beeld bestaat uiteraard echter niet maar wordt gepresenteerd door plaatsen waar licht aanwezig is en door plaatsen waar geen licht aanwezig is. Het resultaat kan alleen vanuit een beperkte hoek worden waargenomen. Tot nu toe zijn hologrammen vrij primitief uitgewerkt, zo zijn er nagenoeg geen hologrammen waarvan het beeld kan veranderen. Dus eenmaal het beeld er op 'gedrukt' is dit permanent. Het zijn dus steeds afbeeldingen en nooit video's. Maar sinds recent is dit gaan veranderen en heeft men toch methode's gevonden om een film in driedimensionale beelden te gaan opnemen en weergeven. Maar ook hiervoor werden hologrammen veelvuldig gebruikt, voornamelijk om de echtheid van een object te waarborgen. Zo komen hologrammen voor op bankpasjes, banknbiljetten, softwareverpakkingen, etc. Deze methode wordt toegepast omdat het namaken van een hologram een moeilijke aangelegenheid is. Deze techniek bij deze hologrammen is al relatief oud, namelijk bedacht een Poolse natuurkundige Mieczyslaw Wolfke in 1920 een methode voor het opsplitsen van het beeldvormingsproces in twee afzonderlijke fasen. Later werd zijn idee dan nog verder uitgewerkt om met behulp van een speciaal soort licht een voorwerp in drie dimensies op een gevoelige plaat vast te leggen.

Wetenschappers van de University of Arizona zijn al een hele tijd bezig met de ontwikkeling van een nieuwe methode om drie dimensionale beelden te gaan weergeven. En onlangs hebben ze een grote doorbraak gerealiseerd tijdens de ontwikkeling van hun holografisch videoconferentie-systemen. Zo'n holografisch videoconferentie-systeem laat toe om met iemand te gaan communiceren en daarbij de indruk te hebben dat deze andere persoon naast u in dezelfde ruimte staat, terwijl hij zich mogelijks aan de andere kant van de wereld bevindt. Ze hebben een full-color, 3-D display ontwikkeld die elke twee seconden zijn beeld kan vernieuwen en tijdens testen slaagden ze erin om live beelden van één van de onderzoekers te verzenden van California naar andere medewerkers aan dit project in Arizona. In de komende jaren hopen de onderzoekers hun technologie verder te gaan optimaliseren zodat ze klaar zijn om de concurrentie aan te gaan met de andere technieken voor 3-D display's. Volgens de onderzoekers van dit project is holografie het meest geschikt voor 3-D display's omdat holografie het dichtst aanleunt bij hoe we een omgeving waarnemen. Bij een hologram wordt er gebruik gemaakt van een optisch effect, namelijk diffractie, om de display dezelfde lichtstralen te laten produceren als die lichtstralen die van een object zouden komen wanneer het vlak voor je zou staan. En dus een holografisch afbeelding schept de illusie dat het object in de lucht geprojecteerd wordt in plaats van op een scherm. En dus door rond dit 'in de lucht geprojecteerd beeld van het object' te wandelen kan men het object vanuit verschillende hoeken aanschouwen.

Dit project gaat er dus om een live een afbeeldingen snel genoeg te kunnen projecteren als een hologram zouden men een drie dimensionaal beeld krijgt van een film. En in tegenstelling tot andere technieken om drie-dimensionale beelden weer te geven is er bij een hologram geen speciaal brilletje nodig om het 3-D beeld te kunnen zien. En meerdere mensen kunnen een hologram op hetzelfde moment aanschouwen zonder dat zij de afbeelding vanuit een specifieke hoek moeten bekijken. Maar de ontwikkeling van toestellen om holografische afbeeldingen weer te geven gaat trager vooruit dan de ontwikkeling van de technologie voor de andere technieken voor 3-D display's. Namelijk zit de moeilijk hem in het vinden van geschikte holografische materialen waarmee de afbeelding snel genoeg vernieuwd kan worden, zodat men een bewegend beeld ziet. De allereerste holografische display werd voor het eerst gebouwd door MIT's Media Lab in 1989. De grootte van hun hologram was 25 kubieke millimeters, het was dus een zeer kleine display. Sinds deze mijlpaal hebben vele onderzoekers gezocht naar manieren om praktische holografische systemen te gaan bouwen maar veelal stelden ze verschillende limitaties vast voor het verder 'up-scallen' van deze display tot grotere formaten. En één van de allergrootste limitaties was het elimineren van de dure optische componenten zonder het vermogen om het beeld voldoende snel te vernieuwen op te offeren.

Enkele bedrijven verkopen 3-D display's voor medische - en design doeleinden, maar vele van deze display's creëren geen echte hologrammen. En ook deze display's zijn vrij duur en deels is dit te wijten aan dat ze maar in beperkte oplages geproduceerd worden. Bij sommige van deze display's is er een laser nodig tijdens het productieproces, bij andere berust de werking op super-krachtige computers en bij nog andere bestaan de display's uit vele afzonderlijke display's die boven elkaar gestapeld worden. En ondanks de hoge kost zijn deze display's en hun werking nog vrij primitief en kunnen ze geen al te uitstekende beeldkwaliteit gaan afleveren. Peyghambarian, de in California gebaseerde onderzoeksinstelling van een Japans bedrijf heeft in samenwerking met Nitto Denko Technical sterk gewerkt aan dergelijke display's om deze te gaan verbeteren. Deze verbeteringen hebben als doel om de display's te gaan verfijnen zodat ze sneller hun beeld kunnen vernieuwen. En het resultaat beaamd aan de doelstelling, namelijk kan hun nieuwe 3-D display veel sneller een nieuwe beeld weergeven dan de voorgaande. En hierdoor is dit de eerste holografische display waarmee live beelden kunnen weergegeven worden. Bij de vorige versies dienden alle beelden op voorhand opgenomen te worden vooraleer men deze kon gaan weergeven. Deze nieuwe holografische display's zijn gebouwd uit een nieuw soort composiet materiaal, speciaal ontwikkeld door Nitto Denko Technical. In 2008, produceerde deze groep een scherm van 10 op 10 centimeters groot, waarmee een holografisch beeld in rood weergegeven kon worden en elke 4 minuten kon men het beeld ervan vernieuwen. Om bewegende beelden weer te geven is 4 minuten nog een veel te lange tijd maar door de gebruikte materialen en het optisch systeem dat de beelden gaat coderen te gaan verbeteren kon men nog wat vooruitgang maken. En deze nieuwe display, die men onlangs demonstreerde, was in staat om een full-color beeld te gaan weergeven waarvan het beeld elke twee seconden kon vernieuwd worden. Twee seconden is nog steeds een te lange tijd voor bewegende beelden maar in vergelijking met vier minuten is dit toch al een sterke verbetering.

Het cruciale element bij hun technologie is het composiet materiaal waaruit de display gebouwd is. Dit materiaal is een licht-responsieve polymeercomposiet gelaagde op een substraat van 30 op 30 centimeter. Dit composiet op het substraat wordt dan tussen twee doorzichtige elektrodes gestoken. Het composiet materiaal is opgedeeld in verschillende "hogels", wat het holografisch equivalent is van een pixel. Om data naar een hogel toe te sturen is een vrij complex systeem en vele verschillende componenten van het composiet spelen een rol. Namelijk wanneer een hogel wordt verlicht door een interferentie patroon dat afkomstig is van twee groene laser stralen, een component genaamd een sensibilisator gaat dit licht van de lasers gaan absorberen. In de sensibilisator worden er dan positieve en negatieve ladingen van elkaar afgezonderd. Eén van de polymeren waaruit het composiet is opgebouwd is veel sterker geleidt voor positieve ladingen dan voor de negatieve. Hierdoor worden alle positieve ladingen weggevoerd. En het afzonderen van de positieve ladingen zorgt dan dat er een elektrisch veld gaat ontstaan. En dit elektrisch veld verandert de oriëntatie van een rood, groen en een blauw gekleurde moleculen in het composiet. De verandering van de oriëntatie van deze gekleurde molecules zorgt ervoor dat de wijze waarop lichtstralen weerkaatsten op dit materiaal gaat veranderen. En het is dit weerkaatste licht die het drie dimensionale effect genereert. Er zitten dus LED's in deze display die de hogels belichten en deze lichtstralen worden dan op de welbepaalde wijze's weerkaatst door de hogels.

Het schrijven van de data over de afbeelding naar een holografische display neemt een bepaalde tijd in beslag. Om deze tijd zoveel mogelijk te gaan beperken zochten de onderzoekers van Nikko Denko naar manieren om de viscositeit van de gekleurde materialen in de hogels te gaan verlagen zodat deze sneller van oriëntatie kunnen gaan veranderen. De beweging van de gekleurde moleculen in het composiet materiaal in analoog aan de manier waarop vloeibare kristallen zich verplaatsen in conventionele display's. En manier om de snelheid van deze holografische display's verder te gaan verhogen zou eventueel zijn door deze materialen meer op vloeibare kristallen te doen gelijken. Een andere potentiële manier om hun snelheid verder te gaan verhogen was door de snelheid van de lasers te gaan opdrijven die de data naar het composiet materiaal overbrengen. En om dit te doen moesten de onderzoekers de laser gaan koppelen met polymeren in de display zelf die in staat waren om te reageren op deze snellere pulsen, de elektrische ladingen te gaan opsplitsen om deze elektrische velden te verkrijgen. Al dit om zo snel mogelijk het gewenste elektrische veld te gaan opwekken. Om deze technologie op de markt te gaan brengen moet er nog veel werk gebeuren en verdere verbeteringen gevonden te worden. Maar momenteel is het resultaat al een mooi begin en ziet het er veelbelovend uit.

Geschreven door Emile Glorieux, Bron [technologyreview]