24-07-10

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Fisica

 

Holovideo  dinamico in tempo reale  per olografia digitale

Real time Holographic video for Computer Generated Holography

 Luigi Loreti

 Abstract

Viene presentato un nuovo tipo di visore olografico (Holovideo) basato su dispositivo DMD per la visualizzazione di olografia digitale (Computer Generate Holography)  in tempo reale (3DTV). L’utilizzo di micromirror per la visualizzazione di ologrammi dinamici e la generazione degli stessi tramite sintesi permettono la realizzazione di una nuova generazione di display per immagini  tridimensionali. Viene analizzato il problema della sintesi da computer di un ologramma ed il modo con cui questo possa essere visualizzato tramite DMD.

 Introduzione

 La visualizzazione in tempo reale di immagini olografiche è ormai uno dei punti principali della sfida televisiva. Alcune realizzazioni fatte al MIT ne hanno dimostrato la fattibilità, dimostrando la generazione e successiva visualizzazione di piccole immagini tridimensionali, (2,5 cm Mark-I) ed in seguito di immagini più grandi (10 cm Mark-II) usando sistemi basati su modulatori opto-acustici.

La domanda di visori che utilizzano la tecnica olografica per visualizzare immagini  più realistiche e di dimensioni accettabili è sempre più pressante. I vari esperimenti fin qui effettuati hanno mostrato i limiti di tecniche di modulazione di luce coerente tramite sistemi opto-acustici o sistemi a cristalli liquidi, sia per problemi di banda di modulazione sia per problemi di efficienza ottica. L’utilizzo del nuovo dispositivo DMD (Digital Micro Mirror), impiegando la riflessione della luce invece che la trasmissione, permette oltre ad una efficienza maggiore, utilizzando la sua elevata velocità di caricamento delle immagini, anche una modulazione con una banda passate finora impensata ed indispensabile per ottenere immagini olografiche tridimensionali di grandi dimensioni.

Olografia e banda passante

 L’olografia ottica usa il fenomeno fisico dell’interferenza e diffrazione per registrare e ricostruire immagini in tre dimensioni (3D). Per produrre un ologramma una luce coerente (laser) viene utilizzata per illuminare un oggetto. Tale luce riflessa dall’oggetto, in combinazione con un luce non riflessa di riferimento, provoca delle frange di interferenza che vengono registrate su di una pellicola fotografica.

 

Fig. 1 Metodo per formare un ologramma

 Il raggio di riferimento serve per poter registrare non soltanto le informazioni  di ampiezza, come nella normale fotografia, ma anche l’informazione di fase che è associata alla profondità  dell’oggetto illuminato. Per far questo il mezzo di registrazione deve avere una risoluzione sufficiente per registrare le frequenze spaziali di interferenza, tipicamente almeno 1500 linee per millimetro (lp/mm) o più.  Riferendoci alla figura 1, l’angolo di visualizzazione di un ologramma è determinato dall’equazione del reticolo:

 dove fh è la massima frequenza spaziale delle frange dell’ologramma e l è la lunghezza d’onda della luce diffratta.

Secondo il teorema del campionamento (Shannon)  la frequenza minima di campionamento fs  richiesta per generare o trasmettere digitalmente l’ologramma è:

fs =2  fh

quindi il numero N di campioni richiesti per un ologramma unidimensionale (hololinea) di dimensioni d è:

Il numero totale Nt di campioni richiesti per un ologramma con parallasse orizzontale e con una risoluzione di l linee è quindi:

E per un ologramma con completa parallassi ( h v) di dimensioni verticali w si ha:

Per semplicità di realizzazione e per diminuire la quantità di dati, si preferisce utilizzare ologrammi con sola parallasse orizzontale(HPO),  visto anche che la visione stereo è fondamentalmente una visione orizzontale.

Dato un ologramma di dimensioni definite con sola parallasse orizzontale, il numero di campioni è semplicemente la dimensione moltiplicata per i campioni di unità di lunghezza ( pitch).

La relazione tra il minimo pitch e l’angolo di diffrazione è:

 

Per una ololinea di grandezza W  il numero di campioni è quindi:

In pratica, considerando un ologramma di 10 cm di larghezza ed una frequenza spaziale di 1000 lp/mm, occorrono 100 x 2000 = 200.000 campionamenti.

Vediamo ora come è possibile calcolarsi un ologramma e quali sono le informazioni necessarie per poterlo calcolare.

In riferimento alla fig. 1, sull’ologramma si avrà un campo elettrico dato da:

L’espressione per l’intensità totale è:

Quello che interessa calcolare sono le frange utili di interferenza, cioè le informazioni relative alla profondità dell’oggetto esaminato ed è l’oggetto della CGH.

 

Fourier Transform Hologram

 Si richiama qui brevemente la teoria della formazione di un ologramma tramita le trasformata di Fourier.

Immaginiamo (fig. 1) un onda piana che illumina un oggetto bidimensionale con una funzione di trasmissione   t(x,h), posto nel piano focale frontale di una lente. Il piano di osservazione è situato nel piano focale posteriore della lente. Se ignoriamo l’effetto di vignettizzazione della lente dovuta alla sua apertura di dimensioni finite, l’ampiezza complessa del campo ottico nel piano focale posteriore è descritta dalla trasformata di Fourier dell’ampiezza della funzione di trasmissione di ingresso.

 

dove x,h . sono le coordinate spaziali sul piano oggetto, u,v sono le coordinate spaziali nel piano della trasformata di Fourier. La distanza focale della lente è  f, l  è la lunghezza d’onda della luce illuminante. L’ampiezza complessa  Uf(u,v) nel piano dell’ologramma è calcolata, codificata e registrata usando un sistema ottico (film, diapositiva, CCD) . L’oggetto originale potrebbe anche non esistere, nel senso che, data la funzione di trasmissione  t(x,h), si può usare un computer per calcolare la distribuzione del campo ottico nel piano dell’ologramma e quindi codificare e registrare la distribuzione del campo calcolato.

 

 Fig. 1: Setup per la registrazione di un ologramma di Fourier

 Siccome l’ologramma contiene informazioni sulla trasformata di Fourier dell’oggetto originale , la procedura di ricostruzione deve coinvolgere la trasformata inversa di Fourier dell’ologramma registrato. Una lente A, come mostrato in fig. 2, è normalmente usata per fare questa trasformazione che comunque è sempre una trasformata di Fourier ( detta anche trasforma inversa).

 

 

Il processo di creare un  CGH (Computer-Generated Hologram) può essere diviso nei seguenti passi:

1. Scegliere l’oggetto

2. Calcolare ifronti d’onda dell’oggetto sul piano dell’ologramma.

3. Codificare il fronte d’onda calcolato in trasmissione dell’ologramma e produrre un trasparente.

4. Ricostruzione ottica dell’immagine usando l’ologramma  (Optical decoding of

    hologram transmittance)

 

 

Scelta dell’oggetto

 Siccome l’ologramma è calcolato dal computer, tutti  i dati devono essere in forma digitale . L’immagine di ingresso è campionata nello spazio e nell’ampiezza. Per un oggetto con funzione di trasmissione  t(x, y) si può definire una funzione di campionamento spaziale  f(x, y):

 

 dove  X, Y sono i periodi di campionamento nelle direzioni  x  y . L’ampiezza della trasmittanza spaziale campionata è quindi rappresentata da

 

   Questo processo di campionamento è rappresentato in fig.3.

 

 Figura 3 Campionamento spaziale di una immagine

E’ intuitivamente chiaro che se i campioni sono presi abbastanza vicini, l’immagine campionata  diventa una fedele rappresentazione dell’immagine originale. Per una immagine con banda limitata (con spettro spaziale che soddisfa  –BX<fX<BX, –BY<fY<BY)  il periodo di campionamento deve soddisfare il criterio di Nyquist:

 

per preservare completamente l’informazione dell’immagine originale. Periodi di campionamento inferiori a quelli di Nyquist danno la generazione di aliasing nel dominio delle frequenze spaziali.

 Per un dato oggetto, il campionamento spaziale può essere ottenuto usando uno scanner ottico, una camera o dispositivo simile. Alternativamente, si può creare una immagine raster direttamente con un computer. L’immagine campionata  tS(x, y) può  essere rappresentata nel computer come una matrice bidimensionale. Ogni elemento della matrice indica l’informazione dell’ampiezza, mentre gli indici della matrice n, m dell’elemento corrispondono alla locazione spaziale come in fig. 4

 

Fig. 4 Rappresentazione matriciale dell’immagine campionata

 

Calcolo del fronte d’onda dell’oggetto nel piano olografico

Dopo che l’oggetto è stato campionato con il giusto periodo si può calcolare la distribuzione del campo ottico nel piano olografico usando la Trasformata Discreta di Fourier (DFT), che in una dimensione è data da::

 

 dove  x[j] è una sequenza in una dimensione di campionamenti,  X[k] è il suo spettro discreto,  N è il numero di campioni totali nella sequenza e  j, k sono gli indici di campionamento. Uno dei metodi  più veloci per calcolare la TdF è usare l’algoritmo FFT, che richiede che il numero totale di campioni sia una potenza di 2.

  

Codifica del fronte d’onda calcolato in un ologramma di trasmissione.

Il  campo ottico calcolato sul piano dell’ologramma  contiene l’informazione di ampiezza e fase. Per una ricostruzione dell’ologramma tal informazioni debbono essere registrate sul mezzo ottico (lastra fotografica, trasparente, ecc.)   Anche se è possibile produrre una lastra con le desiderate ampiezze e fasi il processo è abbastanza complicato. Molte tecniche sono state sviluppate per codificare la distribuzione del  campo ottico calcolato nell’ologramma.  Queste tecniche permettono la registrazione dell’ampiezza complessa usando solo modulazioni  di ampiezza. Uno dei metodi è quello proposto da  Lee e Burckhardt, che sono delle modifiche del detour-phase encoding introdotto da Lohmann.

Nella tecnica  detour-phase il piano ologramma è diviso in un array 2D di cella  come in fig. 5.

LA cella rappresenta uno schermo scuro con una piccola apertura (subcella)  di dimensioni variabili e posizione variabile nella cella.. L’ologramma è illuminato con una sorgente di luce coerente.

 

 

Fig. 5 Concetto di codifica di un ologramma detour-phase

 

La luce si diffrange ad ogni apertura ed arriva al punto di osservazione da ogni cella con una certa ampiezza e fase. L’ampiezza della luce che arriva è controllata dalle dimensioni dell’apertura (la quantità di luce che passa dentro) ,  mentre la fase dipende dalla locazione relativa  dell’apertura dentro la cella. Quindi l’informazione di ampiezza e sono memorizzate utilizzando solo una modulazione di ampiezza della luce.

Il primo  detour-phase CGH sviluppato da Lohmann fu stampato sulla carta e quindi fotoridotto  da una macchina fotografica. Questa tecnica implica che le dimensioni dell’apertura come anche la sua posizione debbano essere controllate con precisione  – assumendo che ci fosse una distribuzione continua di dimensioni e di posizione. I dispositivi di stampa, comunque, processavano dati discreti, il che portò alla modifica di  Lee and Burckhart.

 

 Fig. 6 Tecnica di codifica di un ologramma

Dopo che la matrice dell’ologramma  U[n,m] è calcolata, ogni elemento della matrice contiene un dato complesso che deve essere codificato. L’elemento  U[n,m] può essere rappresentato come un vettore nel piano complesso , come in fig. 6  Normalmente, solo due vettori base, lungo l’asse reale ed immaginario, rappresentano il valore dell’elemento.

Inoltre, le parti reali ed immaginarie possono avere valori negativi che non possono essere rappresentati da tecniche di modulazione di ampiezza.. Lee introdusse due vettori base addizionali Nel suo schema , i quattro vettori base hanno uno spostamento di fase relativo di  p/ 2  e un valore arbitrario complesso può essere rappresentato dalla somma:

 

 

 

Fig 7  Ritardo di fase relativo tra quattro aperture nello schema di Lee

 

dove  A1, A2, A3, Asono le proiezioni di  U[n,m] nei vettori base e sono presi solo i valori positivi. Due dei coefficienti  Ai sono sempre uguali a 0 per ogni cella  U[n,m].

 Si può immaginare che ogni vettore base corrisponda ad una locazione di una apertura all’interno della cella del  detour-phase hologram  Quindi il ritardo di fase relativo tra i vettori base corrisponde al ritardo di fase dovuto alla differenza di cammino della luce diffratta da differenti aperture, come in fig. 7 

 Per implementare questo schema di codifica  la matrice originale dell’ologramma U con dimensioni NxM è rappresentata da una matrice 4NxM U1 sostituendo  in ogni elemento della matrice di U con quattro proiezioni  A1, A2, A3, A4. La cella dell’ologramma ora occupa 4 elementi della matrice U1 (Fig. 8b). Quando la matrice è stampata, questo fatto deve essere tenuto da conto per far combaciare la dimensione orizzontale e verticale delle celle. Si può farle combaciare ripetendo ogni riga della matrice  U1  quattro volte come in fig. Fig. 8c.  Dopo questa procedura, la matrice può essere stampata con la stessa risoluzione  nella direzione verticale ed orizzontale. Siccome il più delle volte la stampa è binaria (bianco e nero) la seconda dimensione è utilizzata per codificare l’ampiezza. (Fig. 8d.)

Tutti  i valori di ampiezza sono divisi in 5 livelli discreti per la codifica di Lee.

 A differenza di una stampa su pellicola o su carta, nel nostro caso tale informazione sarà utilizzata per caricare una serie di micromirror, per cui la matrice di fig 8d può essere facilmente  essere caricata come immagine sulla matrice di micromirror del DMD.  Tale immagine ha tutte le informazioni di fase ed ampiezza della matrice e quindi dell’ologramma.

 Per rappresentare un numero complesso solo con numeri positivi è sufficiente utilizzare solo tre vettori base, come in fig. 6. Lo schema di codifica di  Burckhart è simile a quello di Lee ma usa soltanto 3 vettori base.

 

 

Fig. 8 Codifica binaria della fase ed ampiezza secondo la tecnica di Lee

a)      Matrice calcolata dell’ologramma

b)      Matrice espansa con codifica di fase usando quattro proiezioni

c)      Matrice espansa con compensansazione delle celle

d)      Matrice espansa con codifica binaria di ampiezza e fase.

  

eDecomposizione spettrale della Luce Diffratta

 

Questa sezione deriva un’espressione per  la relazione tra la luce diffratta da un pacchetto di frange di interferenza e lo spettro delle frange.

Tenendo in conto l’approccio specifico di diffrazione, la derivazione delle espressione è a ritroso: inizia con l’immagine desiderata  e lavora a ritroso per ricavarsi lo spettro delle frange. Inizialmente la luce diffratta è scomposta in una somma di componenti ad onde piane  sul piano dell’ologramma . Ognuna di queste onde piane è diffratta da una particolare componente spaziale del pacchetto di frange.

 

Lo scopo di questa derivazione è quello di determinare quale luce deve essere diffratta da una frangia  per generare una specifica immagine 3D (r).  Per derivare la distribuzione della luce sul piano dell’ologramma ( z=0), consideriamo prima la Trasformata 3D di Fourier di questa immagine:

(B1)

dove

 

  (B2)

sono le coordinate spaziali e le componenti spaziali di frequenza. La trasformata inversa 3D di Fourier relativa è:

 (B3)

Quindi, un oggetto 3D può essere rappresentato come una somma di componenti di frequenze spaziali.

 Ognuna di queste componenti è una onda piana nello spazio con un vettore di propagazione k. Le onde piano sono gli autovettori della propagazione nel vuoto della luce. Per cui, siccome l’immagine è rappresentata come una somma di onde piane, non è necessario applicare la legge della diffrazione per determinare la distribuzione della luce in un particolare piano.

 Per la propagazione nella direzione positiva di z è necessario che :

 

 (B4)

(La lunghezza d’onda della luce nel vuoto è  l.)

 Combinando le ultime due equazioni, la distribuzione della luce che deve essere diffratta dalla frange sul piano dell’ologramma in z=0   è:

e

(B6)

dove uo(x,y) è l’immagine specifica alla distanza z=0 dal piano dell’ologramma e  è la trasformata  di Fourier della specifica immagine

 

Stiamo trattando specificatamente di ologrammi con sola parallasse orizzontale (HPO, horizontal parallax only). Siccome  un singolo ologramma HPO (hololinea) diffrange la luce solo nella direzione x e z, le espressioni precedenti si possono semplificare, eliminando la dipendenza da y:

(B7)

                                                                    Ý                               Ý

                                                                         onda piana       fattore di fase

 

 Notare che queste equazioni sono corrette per tutti i punti ad ogni distanza : zp<0, zp>0, zp=0.  In generale, I punti immagine o elementi giacciono di fronte, dietro o sul piano dell’ologramma.

L’equazione  B7 stabilisce che distribuzione della diffrazione è data  dalla somma pesata delle onde piane. I coefficienti sono la trasformata di Fourier di  uO.  Un fattore di fase addizionale è incluso in ogni componente dell’onda piana. Da segnalare che tale fattore di fase non è dipendente da  x.  Per una data coordinata di x, la sovrapposizione  (nell’equazione B7) usata per costruire  uO usa gli stessi fattori di fase per ogni componente dell’onda piana. Per osservare meglio, consideriamo l’esempio di un punto immagine in  (xp, zp).  La trasformata di Fourier dell’impulso spaziale è:

(B9)

che dà, sul piano dell’ologramma:

. (B10)

 

                                                                                                                Ý                               Ý

                                                                                                      onda piana       termine  di fase

 

In questo casi, i “pesi” sono uniformi, lasciando solo un fattore di fase nella sovrapposizione.  Il ruolo del termine di fase è quello di aggiungere una fase fissa o “spostamento” per ogni onda piana. Rappresenta un componente del secondo ordine dell’onda diffratta, o meglio, una curvatura che è funzione di zp.

 Consideriamo il ruolo che ha il termine di fase nell’equazione B10.

 Dal punto di vista di un singolo campione della frangia ( in una singola locazione  x ), ogni componente spettrale della luce diffratta deve includere una particolare  (x-independente)  spostamento di fase. E per un dato hogel (singolo elemento dell’ologramma) , ogni componente spettrale deve includere tale spostamento di fase.  Come implicato nella dipendenza del termine di fase su  zp, una particolare componente spaziale di frequenza dell’hogel deve includere un differente fattore di fase per posizionare  l’elemento dell’immagine a differenti profondità.  Il calcolo di diffrazione specifica ignora questi termini di fase , aggregando tutte le funzioni diffrattive  dentro una frangia di base. Questo equivale a fissare la curvatura del fronte d’onda a zero indipendentemente da  zp e quindi ridurre la risoluzione dell’immagine.  Comunque, le frange di base sono fatte in modo da diffrangere la luce in un serie di direzioni, non solo in una singola onda piana. Statisticamente, l’effetto del termine di fase è piccolo, in quanto  kx non è determinato ed è indipendente da  zp.  Inoltre, il termine di fase diventa meno importante se luce è utilizzata della luce che sia spazialmente incoerente.

 Le equazioni  B7 e B8 assumono una illuminazione spaziale coerente,  e la sovrapposizione coinvolge la somma di ampiezze complesse di onde piane.  Comunque, nel caso di luce incoerente, l’intensità delle componenti di onde piane si sommano. Quindi, il termine di fase non è più importante nella relazione tra spettro delle frange e diffrazione della luce.

 Fin qui, l’analisi ha dimostrato che una immagine può essere ricostruita da onde piane di diffrazione.

L’ultimo argomento è legare una particolare componente spaziale di frequenza  f ad ogni onda piana diffratta.  La direzione di diffrazione kx è una funzione della direzione in cui la luce è incidente sul pacchetto di frange.  Nella olografia ottica, questo significa il fascio di illuminazione. Nell’Holovideo, questo significa la direzione effettiva della luce incidente sul modulatore del sistema di visualizzazione.

Quando la luce incide sull’ologramma con direzione: è modulata da una frangia con componente spaziale di frequenza f, le condizioni al contorno di eguaglianza di fase richiedo che :  dove è la componente x di direzione del vettore k della luce diffratta del primo ordine. L’esempio del punto immagine (E. B10) diventa:

 

 dove p e il pitch di campionamento della frangia (in campioni per mm) e PHI(f) è il termine di fase rappresentato semplicemente come funzione di f. Finalmente, l’equazione B10 mostra che una sovrapposizione di frequenze spaziali può essere usata per costruire una frangia che diffrange la luce per una data locazione x per formare un immagine punto. Riferendo kx  all’ottica geometrica,  combinata con il criterio di eguaglianza di fase (B11) dà la utile espressione:

 

che è essenzialmente l’equazione del reticolo. Questa equazione serve per determinare quali frequenze spaziali devono essere usate per diffrangere la luce in una particolare direzione.

Questa metodologia è usata per generare le immagini olografiche  nel sistemi Holovideo.

 

Holovideo mark I

 

 

Tre laser (RGB) vengono focalizzati da una lente di Fourier, quindi modulati da tre modulatori opto-acustici, ricombinati e quindi deflessi verticalmente ed orizzontalmente per essere focalizzati sul diffusore di uscita. Il modualatore opto-acustico( AOM) vine controllato da un computer che invia le informazioni delle frange di interferenza calcolate secondo la geometria dell’oggetto da visualizzare Il galvanometro M2 genera la deflessione verticale mentre lo specchio poligonale deflette orizzontalmente i raggi laser sia per compensare lo scorrimento dell’onda acustica nel modulatore opto-acustico, sia sia per simulare una apertura più grande di quella del modulatore (effetto scophony),  generando un raster.  Una lente di demagnificazione permette di riportare le frange di interferenza alla giusta dimensione, essendo ingrandite di circa un fattore dieci dall’AOM.  Il tutto viene focalizzato su di un diffusore verticale per aumentare l’angolo verticale di visione . Si rimanda all’appendice per una più completa descrizione del funzionamento del sistema. Le dimensioni dell’immagine ottenuta sono di 2,5 cm x 2 cm per 10 cm a 40 Hz.

 

Holovideo mark II

 

Nella seconda versione dell’olovideo viene utilizzata una parallelizzazione del percorso dell’ raggio laser, utilizzando AOM a 18 canali e 6 scanner galvanometrici sincronizzati.

Anche qui si rimanda all’appendice per una descrizione del funzionamento.Il setup è molto più complicato, abbandonando l’idea dello scanner poligonale per problemi di velocità, ed utilizzando 5 scanner galvanometrici che in parallelo formano una linea olografica.

Le immagini ottenute sono di  circa 10 cm x 7,5 cm per 15 cm.

Limiti dei sistemi e soluzione

I due sistemi presentano dei limiti dovuti alle dimensioni delle immagini, alla limitatezza della frequenza di modulazione  degli AOM, alla difficoltà di calcolo. E’ chiaro che per poter avere un futuro, questi sistemi devono essere economici, affidabili, semplici e visualizzare immagini almeno della grandezza di un televisore da 30 pollici.

Sono state fatte numerose prove ed esperimenti dall’autore, verificando i limiti di cui sopra, ed arrivando alla conclusione che uno dei limiti principali, la larghezza di banda, può essere risolto con un modulatore spaziale del tipo DMD, utilizzando la sua elevata velocità di caricamento dati.

Come verrà mostrato in seguito, il nuovo sistema utilizza la tecnica della modulazione spaziale sfruttando le caratteristiche del DMD di velocità ed efficienza. Fondamentalmente, vengono utilizzati 800 quadri ognuno composto di 1024x760 pixel. Ognuno di questi, opportunamente demagnificato nella direzione x, rappresenterà una colonna di 800 che andrà a formare  l’ologramma sullo schermo. Un opportuno specchio poligonale rotante direzionerà tale colonna di pixel in sequenza su di uno schermo in modo tale che la velocità di ripetizione sia almeno superiore a 50 hz.. In questo modo verrà formato una immagine di 800.000 pixel per 768 righe.

L’alto numero di pixel nella dimensione orizzontale è necessario per poter ricreare gli effetti di interferenza necessari per generare una immagine olografica.

 

DMD e Olografia 

 

Il Digital Micromirror Device (DMD) può essere considerato un modulatore spaziale a riflessione.

Essenzialmente, un fascio di luce diretto sul dispositivo sarà modulato in funzione del numero di micromirror “accesi”.

In figura viene mostrata la struttura di un pixel. Essenzialmente si tratta di un specchio orientabile posizionato su di una superficie di silico a di una memoria statica. Ogni pixel è indirizzato tramite una cella di questa memoria, che è strutturata in un bus indirizzabile. Al di sotto di ogni micromirror c’è un giogo di deflessione che permette di far muovere il micromirror di un angolo di + o- 10°. Come si vede anche dalla figura relativa, il DMD è organizzato in file e colonne, 1024 x 760. Quando viene illuminato, ogni pixel può riflettere la luce selettivamente e quindi la luce riflessa, raccolta da una lente, può essere proettata per formare una immagine.

 

 

 

 

 

Senza addentrarci nel funzionamento particolareggiato, possiamo dire che un DMD permette la modulazione di un fascio di luce che lo illumina.

Sono stati fatti esperimenti che permettono la visualizzazione di un ologramma generato da Computer utilizzando il DMD.

In particolare, un DMD viene illuminato da una sorgente coerente (laser) tramite un expander.

Sul DMD viene visualizzato un ologramma generato da computer ed è possibile  vedere l’immagine reale tramite uno schermo o l’immagine virtuale guardando direttamente attraverso il DMD.

 

 

I limiti di questo sistema sono evidentemente le dimensioni dell’ologramma, che è di qualche millimetro, dovuto alla grandezza dei micromirror (16 micron) ed al loro limitato numero. Il sistema comunque dimostra la possibilità di utilizzare un DMD come visualizzatore di immagini olografiche. L’idea del nuovo display sfrutta questo principio espandendolo ad un numero elevato di ologrammi elementari che vengono composti. In sostanza, si tratta di generare una immagine che è data dalla unione di molti quadri per aumentare la risoluzione orizzontale, fondamentale per ottenere l’effetto olografico.

Holovisore nuova generazione

Viene proposta quindi una nuova configurazione che permette di moltiplicare la risoluzione del DMD, utilizzando lo stesso in un metodo otticamente multiplexato tramite uno specchio rotativo poligonale.

 

 

 

Una sorgente coerente (laser) illumina un DMD che converge in modo anamorfico (con differente magnificazione orizzontale e verticale), tramite un sistema di lenti, la sua immagine su di uno specchio poligonale rotante. L’immagine è focalizzata su di uno schermo in modo tale che una riga verticale dello schermo corrisponda ad un quadro visualizzato sul DMD. I vari quadri in sequenza sono sincronizzati con la rotazione dello specchio poligonale, in modo da visualizzare successive linee verticali. Un quadro completo quindi è formato da n quadri (n=800) visualizzati come colonne verticali. Ogni colonna quindi è composta di 768 righe di 1024 punti focalizzati in modo che ogni colonna abbia una dimensione orizzontale di 0,5mm e verticale di 350 mm. Si avrà quindi in totale uno schermo della grandezza di 40 cm x  35 cm, composto di 800.000 (800x1024 )pixel orizzontali per 768 righe, risoluzione necessaria per la visualizzazione di un ologramma (ricordiamo che un ologramma ha una risoluzione di circa 1000 linee/mm). Si tratta ora di dover generare un ologramma sequenziale che viene diviso in colonne, ologramma che viene generato tramite computer.

E’ evidente che per un ologramma in colori reali il discorso va moltiplicato per tre, necessitando di tre DMD, tre sorgenti laser (RGB).

 

 


 

 

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Ultimo aggiornamento: 24-07-10