新型全息顯示電子設備：可提供360度全息影像

360度桌面電子全息顯示器的設計原理圖，這種設計理念可以讓幾個人同時享受全息圖的內容。

（圖片來源於：Yongjun Lim，韓國電子通信研究院 5G千兆通信研究實驗室）

引言

最近，韓國研究團隊重新設計了三維全息顯示。在「星球大戰」電影中，原始的特效全息顯示十分引人注目的，但是卻有點模糊。然而，不久的將來，它會變成全彩色、全尺寸的全息影像。

研究簡介

團隊描述了一種新型桌面顯示系統，多個觀看者在桌面周圍走動時，可同時觀看完整的三維影像，具有360度全方位觀看體驗。這項研究發表在本周的光學學會（OSA）的《光學快報》雜誌上。

360度桌面全息顯示電子設備的設計和實現。(a) 系統設計圖 (b) 原型設計 (c) 連接和過濾部件的光學布局 (d) 光學部件的實現。L：鏡頭 BS：分束器 F：濾光器 M：鏡面 C：瞄準儀

（圖片來源於：Yongjun Lim，韓國電子通信研究院 5G千兆通信研究實驗室）

全息技術的挑戰和應對

為了進行一些列可商業化的應用 -- 從醫療到遊戲再到媒體 -- 全息顯示的挑戰相當艱巨。它包括縮小電子設備的尺寸足以放置在桌面上，以及強大地足以渲染海量數據創建任意角度的全環繞三維顯示體驗，而不需要藉助特殊的玻璃或者其他顯示輔助。

韓國電子通信研究院 5G千兆通信研究實驗室 的 Yongjun Lim 解釋道，

「之前，全息顯示系統的研究人員提倡並致力於突破以下限制：合并後空間解析度、商業化速度、空間光調製器。說代表的技術包括空分復用制 （SDM）、時分復用技術（TDM）以及這兩項技術的結合。」

新方案解析

Lim和他的團隊採取不同的方法，他們添加了一個新型的觀察窗設計。為了實現這種觀察窗設計，必須密切關注光學圖像系統。Lim解釋道：

「通過桌面顯示，觀察窗可通過使用放大的虛擬全息圖顯示，但是圖像平面相對於轉動軸是傾斜的，使用兩個拋物鏡面投射。但是，因為拋物鏡面沒有光學平面表面，所以會導致失真。我們需要通過設計非球面透鏡，來解決虛擬失真的問題。」

Lim 進一步說：

「結果，多個觀看者可從圍繞的桌面任何位置，觀察3.2英寸的全息圖，而不會有任何失真。」

在這些進展基礎上，Lim 的團隊希望設計一個關鍵功能，戰略性地定製觀察窗的大小，使它可以和虛擬全息旋轉影像的有效像素尺寸密切關聯。觀察者從這個窗口觀看，他們的眼睛可以接受全息圖像光場，因為系統讓相對於旋轉軸的虛擬全息圖平面發生傾斜。

(a), 觀察實驗設置 (b),(c),(d),(e), 90度區間可以在四個不同的位置獲取的圖片

為了提高觀看體驗，團隊希望設計一個系統，讓觀察者可以每秒20幀的速度，看到在拋物面反射鏡系統的表面旋轉的3.2英寸的三維全息圖片。

測試結果

科學家對於三維模型以及計算機全息圖的系統進行測試，結果是令人充滿希望的。儘管現在，仍然只有一個單綠色。下一步，團隊希望製造全色彩體驗，並且解決四個數字顯微鏡設備的色差和亮度不匹配的問題。

未來展望

Lim 認為：

我們開發了系統的另外一個版本以解決這些問題，並且希望在不久的未來設計下一代模型，包括色彩的增強表達。由於計算機輔助圖像技術的應用，以及最近開發的增強現實或者虛擬現實技術的設備，可視化技術正愈來愈複雜且高度地富有想像力。在不久的未來，高質量全息顯示將問世。

參考資料

【1】Yongjun Lim, Keehoon Hong, Hwi Kim, Hyun-Eui Kim, Eun-Young Chang, Soohyun Lee, Taeone Kim, Jeho Nam, Hyon-Gon Choo, Jinwoong Kim, Joonku Hahn.360-degree tabletop electronic holographic display. Optics Express, 2016; 24 (22): 24999 DOI: 10.1364/OE.24.024999

【2】http://www.osa.org/en-us/about_osa/newsroom/news_releases/2016/full_circle_viewing_360-degree_electronic_hologra/

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