新发明将任何智能手机或电视显示器转变为全息投影仪

科学家们开发出了一种利用移动设备发出的“非相干光”创建 3D 全息图的方法——将 iPhone 14 Pro 变成投影仪。

研究人员利用普通智能手机屏幕发出的光创建了全息图，有效地将 iPhone 变成了全息投影仪。

科学家使用一种名为空间光调制器 (SLM) 的设备将 iPhone 14 Pro 上显示的 2D 图像转换为 3D 全息图。他们在 4 月 2 日发表在《光学快报》杂志上的一项研究中详细介绍了他们的发现。

研究人员采用了一种被他们称为“级联全息图”的技术，通过这种技术，来自静态图像的光线被反复修改以创建多层 3D 图像。

在这项研究中，级联从 iPhone 上显示的静态彩色图像开始。从它发出的光波通过 SLM 进行细化，SLM 是一种用于控制和调整光波的相位（定时）、幅度（强度或亮度）和偏振（方向）的装置。使用 SLM，科学家们逐步细化和分层光波，以逐步构建 3D 图像。

为了实现全息效果，科学家们必须确定根据 iPhone 屏幕上显示的图像创建 3D 全息图所需的具体光线调整。

这涉及从所需的输出开始逆向工作，以确定从 iPhone 显示屏到 SLM 的每一步光的相位和振幅所需的具体调整，以准确地重新创建全息图。

他们使用彩色图像传感器在两个关键点捕获图像。第一个点位于傅立叶变换透镜 (FTL) 的焦点处，这是一种特殊类型的光学透镜，旨在将光线精确聚焦成清晰的图像。 

相关：使用新的钠离子电池技术，电动汽车充电可能需要几秒钟

第二个记录点设置为距焦点 0.6 英寸（1.5 厘米）。这使得传感器能够记录深度变化，展示全息显示器投影 3D 图像的能力。

科学家在论文中表示，这项研究是独一无二的，因为它展示了如何利用智能手机和笔记本电脑等日常设备的“不相干”光来创建全息显示器。非相干光是指没有一致相位或波长的光源。

传统上，计算机生成全息术 (CGH) 需要“相干”光源，例如激光，它们具有均匀的相位和波长，更容易精确控制。这使得它们非常适合生成清晰、高分辨率的全息图。

然而，研究人员表示，激光价格昂贵，并且可能对眼睛有害，这使得它们在日常场景中不切实际。它们还可能引入“散斑噪声”等视觉伪像——图像中的随机、颗粒状干扰，会降低视觉质量和清晰度。 

“我们的方法不使用激光，从而消除了散斑噪声，”该研究的主要作者、东京大学信息科学与技术研究生院副教授Ryoichi Horisaki告诉《Live Science》。

非相干光不太适合全息术，因为它的波不同步，难以控制。然而，通过使用级联全息图，该团队将 iPhone 发出的混乱光波结构化，形成精确的 3D 图像。

他们表示，这种方法可以为使用广泛使用的设备开发全息显示器提供“一种更具成本效益且不太复杂的方法”。未来它还可以用于为增强和虚拟现实 (AR/VR) 设备创建界面。 

“我们的方法对于紧凑、经济且安全的近眼显示器（包括智能眼镜）的应用具有优势，”Horisaki 说。