Volumendisplay erzeugt dreidimensionale Bilder

Jan Oliver Löfken

Leuchtendes 3D-Bild eines kleinen Sauriers, der aus einem Ei steigt

Dan Smalley Lab/Brigham Young University

Im ersten Teil der Star-Wars-Reihe aus dem Jahr 1977 projizierte der Roboter R2D2 einen dreidimensionalen Hilferuf von Prinzessin Leia vor den Augen von Luke Skywalker und Obi-Wan Kenobi. Die Projektion ließ sich von allen Seiten betrachten. Damit unterscheidet sie sich grundlegend von herkömmlichen 3D-Filmen, die mit Spezialbrille nur unter einem bestimmten Blickwinkel einen räumlichen Eindruck vermitteln. Doch Wissenschaftler setzten nun die Science-Fiction-Idee mit einem volumetrischen Display in die Realität um. Wie sie in der Fachzeitschrift „Nature“ berichten, fingen sie dazu ein winziges Kügelchen in einer sogenannten optischen Falle ein. In hoher Taktrate mit sichtbarem Licht beleuchtet, entstand ein von allen Seiten sichtbares, dreidimensionales Bild.

In ihren Experimenten hielten Daniel Smalley von der Brigham Young University im US-amerikanischen Provo und seine Kollegen das wenige Mikrometer durchmessende Kügelchen aus Zellulose mit Laserstrahlen fest, die für das menschliche Auge nicht sichtbar sind. Ein als Photophorese bekanntes Phänomen ermöglichte es den Wissenschaftlern, das Kügelchen mit einer Geschwindigkeit von bis zu knapp zwei Metern pro Sekunde kontrolliert durch einen etwa einen Deziliter großen Raumbereich zu steuern. Denn aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen der angestrahlten, wärmeren Seite und der abgeschatteten, kühleren Seite des Kügelchens, bewegte es sich von der Lichtquelle weg.

Gleichzeitig beleuchtete das Team das Kügelchen mit schnell getakteten Laserpulsen im sichtbaren Bereich, sodass es wahlweise rotes, grünes oder blaues Licht reflektierte. Mit einer Taktrate von 13 Bildern pro Sekunde baute sich so fast flackerfrei ein dreidimensionales Bild auf, etwa von einer Spirale oder einem Schmetterling. Jeder Bildpunkt maß dabei etwa zehn Mikrometer – genug, um selbst detaillierte Strukturen darzustellen. „Dieses Display funktioniert wie ein 3D-Drucker für Licht“, erklärt Smalley. „Mit kleinen Partikeln drucken wir quasi ein Objekt in den freien Raum.“

Mit ihrem Prototyp dieses volumetrischen Displays konnten die Forscher das Kügelchen eine gute Stunde in der optischen Falle festhalten. In weiteren Versuchen wollen sie mehrere Kügelchen zeitgleich bewegen und kontrolliert in verschiedenen Farben beleuchten. Parallel planen Smalley und seine Kollegen, die Taktrate der Laserbeleuchtung zu erhöhen. Damit ließen sich dann nicht nur einzelne Farbbilder, sondern ganze volumetrische Filmsequenzen wie in Star Wars realisieren.

Quelle: https://www.weltderphysik.de/gebiet/technik/news/2018/volumendisplay-erzeugt-dreidimensionale-bilder/