company_banner

В Samsung разработали компактный голографический дисплей

    Photo by Justin Peralta on Unsplash

    Исследователи из Института передовых технологий Samsung создали голографический экран с fps до 30 кадров в секунду. На таком мониторе можно будет смотреть реалистичное трехмерное видео в офисе и дома.

    Голографическим технологиям уже больше 70 лет. Однако до сих пор эта технология не особенно продвинулась — например, нет голографических дисплеев, о которых писали фантасты еще полвека назад. Главным образом, по трем причинам: узкий угол обзора голографии, слишком громоздкая оптика и высокие требования к производительности оборудования, которое генерирует голограмму.

    Фотография голографического изображения, поддерживаемого реальной рукой.
    Photo: Jungkwuen An et al. / Nature Communications, 2020


    В основе технологии — такое физическое явление, как дифракция света. С ее помощью исследователи добились создания объемных изображений. К слову, внутри у голографического дисплея — традиционная оптическая схема, которая известна ученым многие десятки лет. Просто раньше поместить ее внутрь смартфона или монитор было невозможно. Всегда приходилось выбирать из двух зол: нужный размер экрана или достаточный угол обзора. Например, монитор диаметром 10 дюймов имел угол обзора — 0, 25 градуса. При увеличении угла до удобных 30 градусов, монитор должен быть уже < 0,1 дюйма.

    Перед физиками из Samsung стояла задача увеличить угол обзора. Нужных результатов удалось достичь при помощи модулей преобразования света. Для конструкции использовали три пучка света — от красного, зеленого и синего лазеров. Они необходимы для получения цветного изображения. Свет попадает на жидкокристаллический экран — модуль, отклонения которого меняют направление световых лучей и создают объемную картинку.

    Оптическая система для получения голографического изображения.
    Photo: Jungkwuen An et al. / Nature Communications, 2020


    Обычный модуль может отклонять на относительно большие углы только короткие пучки. В противном случае, его размер будет слишком большим, так что его не получится встроить в обычный дисплей. Чтобы решить эту проблему, физики из Samsung после модуля установили волноводы. Волноводы удлиняют пучки диаметром 14 х 140 мм до 140 х 230 мм. Как результат, итоговое изображение на мониторе сформировано пространственным модулятором света, который преобразовывает пучки в заданное изображение.


    Прототип дисплея Samsung.
    Photo: Jungkwuen An et al. / Nature Communications, 2020


    Помимо сложностей с габаритами генерирующей голограмму схемы, ученые решили задачу длительных вычислений, которые требуют больших мощностей. Так, для создания реалистичной картинки нужно понимать, что будет на сетчатке глаза наблюдателя, так что необходимо отслеживать положение глаз относительно монитора. Полученные сведения должны служить обратной связью для голографической системы. От скорости обработки системой кадров зависит fps. Ускорить процесс удалось за счет параллельных вычислений для обоих глаз. И еще важный момент — систему можно подключить к любому современному смартфону.

    В будущем конструкцию планируют довести до размеров, подходящих для встраивания в мобильные устройства.

    Selectel
    ИТ-инфраструктура для бизнеса

    Комментарии 24

      +5

      Это стерео-экран, а не голографический.

        +21

        Перевод ужасен (и не отмечено, что это перевод) и автор вообще не понимает сути происходящего, я чуть мозг не сломал при прочтении. Сначала я перешёл по ссылке на N+1, там написано чуть поприличнее, но это только на первый взгляд.
        Прочитал оригинальную статью и наконец что-то понял. Разница между оригинальной статьей и этой — колоссальная.


        Они реально сделали голограмму!
        Поскольку пиксели крупные, ими не получится сделать голограмму с хорошим углом обзора. (собственно, для голограммы с углом обзора в 45-60 градусов понадобится размер пикселя порядка размера волны).
        Вместо уменьшения пикселя придумали хак — делают голограмму, которая работает только для пары узких направлений. Если я правильно понял, они доворачивают лучи так, чтобы эти два направления были направлениями в глаза наблюдателя.
        В конце статьи они пишут, что проверили, и в каждый глаз приходит именно голограмма — глазу надо фокусироваться ближе или дальше, чтобы чётко увидеть изображение.
        Ещё что круто — они смогли сделать это независимо для R,G,B диодов, так что итоговое изображение цветное.

          +1

          Из этого перевода вообще ничего не понятно. Спасибо что немного пояснил. На сколько я помню, для создания голограмм используются голографические фотопленки. Если обычные пленки имеют зернистость 100 зёрен на миллиметр, то голографические 1000. Я все жду, когда же плотность пикселей на экране достигнет такой же величины. Сейчас на моем телефоне примерно 15 точек на мм. Видимо не дождусь (

            0
            Проблема в генерации сигнала для этих пикселей, а не в плотности пикселей. Пиксели можно делать меньше длины волны света, тут нет особой проблемы, а вот где взять столько данных? И как их передавать?
              +3
              бывают вот такие дисплеи www.panelook.com/TVT0130PA-PCB-1-30-inch-240-320-250nits-7pins-SPI-I-F-ST7789VW-IPS-LCD-MODULE-detail_108509.html
              Если не врут, размер пикселя около 8 мкм, и это не предел.
              Проблема в том, что если длина волны света 0,5 мкм, разрешение дисплея даже 4х4 см составит 80000х80000 = 6,4 млрд точек. Статическую картинку такого размера просчитать наверное можно. Но вот как ее обновлять на дисплее? И от статической голограммы интереса немного (на пленке проще), а в реальном времени это точно не обсчитать.
                –1
                Можно попробывать обновлять кластерами по 10000 пикселей, наверно.
                  +2
                  Не забывайте, что дисплею надо хранить минимум 6.4 ГБ информации и обновлять по ней все эти точки с высокой частотой.
                  А обновлять эту память что по 1 точке, что по 10000 — проще завести второй буфер, заполнять его, а потом единичным импульсом переключить.
                    0
                    Не, может я недостаточно точно высказался. Все 10000 — одного состояния.
                      0
                      ЖК дисплеи высокого разрешения устроены так, что картинку нужно постоянно регенрировать, поэтому у них потребление довольно большое. Их нельзя, как сегментные ЖК, «переключить» в нужное состояние. Значит все эти гигабайты информации нужно постоянно гонять от памяти к пикселям. Причем не по дифференциальной паре, как в ethernet или usb, а по здоровенной решетке параллельных проводов. Даже если по 80000 линий за раз обновлять, все равно много. И второй вопрос что на один кадр нужно 6 гигабайт быстрой, очень быстрой опреативки. Не то чтобы невозможно в принципе, но пока что крайне сложно.
                        –1

                        Похоже, его идея в том, чтобы запараллелить квадрат 100*100 px и завести на один пиксель буфера.
                        То есть, физических пикселей будет в 10К больше, чем логических. Соответственно, пересылать/регенерировать/обсчитывать надо в 10К меньше информации.

                          +1
                          Вряд ли. Если параллелить 100х100 пикселей, чем это будет отличаться от одного большого?
                            –1

                            Так размер зерна физической пиксельной решетки будет удовлетворять требованиям аппаратуры, при этом логическое разрешение будет относительно вменяемым.


                            Или этот неправильно понимает физику процесса, и действительно необходимо иметь именно такое количество независимых пикселей?

                              0
                              Если разбить реальную голограмму, записанную на стеклянной фотопластинке, то каждый ее кусочек будет всегда показывать весь объект целиком, только качество мелких деталей снизиться. Возможно и тут также.
                                +2
                                Посмотрите дифракционную картину чего-нибудь. Требование элемента изображения это именно минимальный элемент дифракционной картины. Скажем, для точки — толщина одного из колец.
                                Иначе бы и на обычных дисплеях делали голограммы низкого разрешения. Уж разбить большой пиксель на несколько маленьких нарисованной решеткой не проблема ни разу.
                                  0

                                  Да, вы правы, как-то не подумалось.

                    –1
                    Процессором — не обсчитать. А специализированной электроникой (хотя бы на базе FPGA) — может, и можно. Ещё нужно разработать интерфейс для передачи результатов вычислений на соответствующие матрицы, формирующие изображение.
                      +1
                      И еще один вопрос — зачем. Кроме «ого» сложно что-то придумать. Подготовка изображений для таких вещей тоже усложняется, просмотр — усложняется. Может для каких-то архитектурных презентаций будет круто, но сейчас это делается «в железе», что еще круче, я считаю. Наверное для каких-нибудь промышленных дизайнеров будет чуть удобнее промежуточный этап перед созданием прототипа. Вот и всё, что удалось придумать. Польза примерно как от стерео-телевизоров.
                        0
                        Даже так, проще VR. Разрешение больше, а проблем меньше.
                          0
                          Да, возможно.
                          0

                          Наверно, для медицины, хирургии.

                            0
                            1. Я когда читал — сразу представил новый шаг для автомобильных фар — например информация для других участников движения (хотя если представить что будет у всех, то сильно перегрузит информацией).
                            2. Еще как вариант — для вывода информации пилотам истребителей или тем же водителям авто (альтернатива проекции на лобовом стекле).
                            3. Опять же пример из фантастики — голограмма лектора в центре полукруглой/круглой аудитории.
                            4. Более броская реклама — пример из «особого мнения».
                              0
                              Не забывайте, что голограмму видно только когда вы смотрите на экран, висеть в пространстве над ним как в фильмах она не будет. Иначе говоря, экран это «окошко», через которое ее рассматривают.
                                0
                                Не забываю, потому и припомнил «особое мнение».
                                0
                                Не очень понял про фары. Перед машиной? Мне кажется, что в автомобиле уже есть достаточно сигналов, видимых другим участникам. Можно добавить еще целую кучу — место есть. Но, скорее всего, будут добавлять что-то невидимое для для электронных помощников и роботов-водителей.

                                Пилотам/водителям не нужно столько информации, чтобы в трехмерной проекции было. У них довольно просто все. Тем более, что внимание не должна отвлекать вся эта свистопляска, там чем проще — тем лучше.

                                Лектор мне тоже не нравится. Его проще на экране показывать, особых преимуществ трехмерность не дает. Это именно как развлечение — «ну прикольно же, у тебя в комнате типа актеры находятся». Но как в таким случае отображать фон места действия? Хорошо будет работать для тематических фильмов с фантастическим антуражем, но не более того.

                                Рекламные технологии — самое первое, что приходит на ум. Но тут, как я понял, голография «индивидуальная» — всего два луча, которые направляются в глаза, то есть нужно не просто больше проекторов (для улицы, например), но и очень серьезную систему отслеживания. Моргать по очереди разным людям оно не имеет права — чтоб не пугать и не мешать перемещаться, должно работать постоянно, как обычный рекламный баннер или телевизор. Но пока вне домашних развлечений, это первый способ окупить, так как реклама чаще всего пытается создать вау-эффект.

                      Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                      Самое читаемое