Holographie ermöglicht Miniaturprojektor mit Zoom

Wer kleine, flexible Projektoren bauen will, die ihre Bilder in unterschiedlichen Entfernungen an die Wand werfen, kam bislang nicht um ein Zoom-Objektiv herum. Durch verschiebbare Linsen lassen sich Projektionen stufenlos in der Größe ändern oder auch Unterschiede im Abstand ausgleichen. Doch künftige ultrakleine Projektoren, etwa am Mobiltelefon, könnten auf solche Objektive verzichten, berichtet jetzt ein polnisch-japanisches Forscherteam: Es wandelte die Methoden digitaler Holographie zu einer raffinierten Zoomfunktion für zweidimensionale Bilder. Nötig ist nur ein Laser und ein Flüssigkristall-Bildschirm, heißt es im Fachblatt „Optics Express“. Zwar hat der erste Prototyp noch etwa die Größe einer langen Zigarettenschachtel. Doch technisch ausgereift und deutlich kleiner soll er in fünf bis zehn Jahren marktreif sein.

„In normalen Projektoren nimmt das Zoom-Objektiv viel Platz ein – nimmt man es heraus, wird das System klein und kostengünstig“, erklärt Tomoyoshi Shimobaba von der japanischen Universität Chiba. Gemeinsam mit Michal Makowski, Physiker an der Technischen Universität Warschau, bediente sich Shimobabas Team der Holografie. Auf diese Weise ließen sich technische Komponenten vermeiden, auf welche Entwickler linsenfreier Zoomtechniken bisher zurückgriffen. „Holografische Projektion ist eine attraktive Technik, weil sie von Natur aus keine Objektive benötigt“, berichtet das Forscherteam.

Monochromes Bild einer Dame mit Hut in neun verschiedenen Vergrößerungen.
Projiziertes Bild in neun Vergrößerungen

Während bei herkömmlichen Hologrammen zunächst ein reales dreidimensionales Vorbild abgetastet und als Interferenzmuster gespeichert wird, können digitale Hologramme sogar komplett im Computer entstehen. Das gilt besonders für einfache und geometrisch fassbare Formen. Ein so berechnetes Interferenzmuster lässt sich dann auf einem Bildschirm umsetzen – entsprechend ist es relativ einfach, ein solches Bild größer oder kleiner zu rechnen. Shimobaba und seine Kollegen verbesserten die numerische Methode für skalierte Fresnel-Beugung, mit der solche Bildvergrößerungen berechnet werden, um Berechnungszeit einzusparen, ohne dabei an Bildqualität zu verlieren. Vor allem galt es, Effekte zu vermeiden, die bei der Signalverarbeitung zu Verzerrungen in den vergrößerten Hologrammen führen.

Die Forscher projizierten das Bild des räumlichen Lichtmodulators mithilfe von rotem Laserlicht aus einer Punktquelle über ein Spiegelsystem an die Wand.
Aufbau des Projektors

Werden diese Bilder dann an die Wand projiziert, zeigt die holografische Projektion wieder ihre Stärken. „Sie erzeugt Bilder mit hohem Kontrast und erstellt Farbbilder mit nur einem räumlichen Lichtmodulator“, so das Team. Solche Lichtmodulatoren sind elektronische Komponenten, die den Pixeln einer Leuchtfläche gezielt unterschiedliche Intensitäten, aber auch unterschiedliche Phasen aufprägen können – ideal für ein holografisches Display. Ihr Bild – das berechnete Interferenzmuster – projizierten die Forscher mithilfe von rotem Laserlicht über einen Lichtleiter und ein Spiegelsystem an die Wand.

Der Prototyp des neuen Zoomsystems kann ein monochromes Bild ohne Objektiv problemlos neunmal vergrößern. Dabei ist das große Bild derzeit sichtbar dunkler, weil sich dieselbe Lichtmenge auf entsprechend mehr Fläche verteilt. Als nächstes will das Team seine Rechenmethode verfeinern und die Technik auf Farbbilder anwenden. Zudem sollen die Systemmaße von derzeit 16 mal 8 mal 4 Zentimeter deutlich schrumpfen. „Bisher nutzen wir handelsübliche Komponenten. Wenn wir sie aber anpassen, können wir wohl den kleinsten Projektor entwickeln, weil unsere Technik vom Prinzip her die einfachste ist“, meint Shimobaba.