研究人员开发手机用超薄交互全息显示屏

发布时间：2020-12-01 19:20:42来源：IEEE电气电子工程师

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三星的研究人员表示，未来，一款超薄交互式全息显示屏，可以集成到移动设备中，支持办公或家用，可以从多个角度提供高分辨率的、真实度极高的4K3D视频。

传统的全息图是一种照片，当被照亮时，基本上就像观察3D场景的2D窗口。每幅全息图的像素将光波散射到它们身上，使光波相互作用，产生一幅具有深度错觉的图像。

全息术通过使用激光束将图像编码到记录介质（如胶片或平板）上来创建静态全息图。通过一种被称为空间光调制器的装置从激光发射相干光，这种装置可以主动地操纵光波的振幅或相位等特性，科学家们可以产生全息视频。

全息视频显示可以创建真实的3D图像，人们不会感到眼睛紧张，不像传统的三D显示，创造了使用二维图像的深度幻觉。然而，由于各种原因，创建一个商业上可行的全息视频显示器已经被证明是一个挑战。

首先，静态全息图可以将大量数据编码到感光薄膜上，从而产生从大角度观看的大图像，全息视频显示受到像素大小和像素数的限制。因此，它们通常仅限于小图像或窄视角。以前，能够完全高清晰度分辨率的全息视频显示器可以在10英寸显示器中提供0.25度的视角，也可以在0.1英寸显示器中提供30度的视角。

另一个问题是如何产生全息视频显示器所需的相干光。它通常需要复杂、笨重的光学元件，因此很难用薄平板显示器进行全息照相。更重要的是，全息视频中的海量数据需要巨大的计算能力。

但三星公司的研究人员说，他们已经开发出一种可以从大角度观看的薄全息视频显示器的方法。研究小组于11月10日在《自然通讯》杂志上在线详述了他们的发现。

“我有信心在不久的将来，我们可以将全息显示屏作为一种产品，”韩国水原三星高级技术研究所的光学工程师、高级研究人员Hong-SeokLee说。

新显示器的一个主要特点是配备了一个光束偏转器的特殊背光，它可以倾斜来自激光二极管的相干光束的角度。这使显示器的视角扩大了30倍，而不增加所需的像素数。此外，研究人员使用了一个相对纤细的几何相位透镜，而不是用一个体积庞大的透镜来收集显示器像素上的散射光。研究人员说，结果是显示器的光学元件只有1厘米厚。

为了实时生成高质量的全息视频，三星团队采用了许多方法来减少所需的计算量。例如，他们使用尽可能少的比特来表示每个像素，并用简单的查找表代替复杂的数学运算。

总而言之，样机显示屏的尺寸为10.1英寸，在1米的视距下，视角为15度。他们开发的单芯片全息视频处理器可以每秒进行大约1400亿次运算，以每秒30帧的速度生成4K分辨率的全息彩色图像。

研究人员指出，他们的全息视频处理器被设计成嵌入智能手机应用处理器中。他们现在正在努力缩小这个系统的规模，使之更加适合移动电话。

“我想每个人都在期待什么时候它能应用在在日常生活中，”Lee说。“我可以告诉你，这不会花很长时间了。”

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