Miniaturprojektor mit Zoom: Die Holografie macht es möglich

Chiba (Japan)/Warschau (Polen) - Wer kleine, flexible Projektoren bauen will, die ihre Bilder in unterschiedlichen Entfernungen an die Wand werfen, kam bislang nicht um ein Zoom-Objektiv herum. Es sind dessen gegeneinander verschiebbare Linsen, die die Projektion stufenlos in der Größe ändern lassen 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 Holografie 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, Professor für Ingenieurwesen an der japanischen Chiba University. Gemeinsam mit Michal Makowski, Physiker an der Technischen Universität Warschau, griff Shimobabas Team zur Holografie. Auf diese Weise ließen sich technische Komponenten vermeiden, auf welche bisherige Entwickler linsenfreier Zoomtechniken zurückgriffen, schreibt das Team: „Holografische Projektion ist eine attraktive Technik, weil sie von Natur aus keine Objektive benötigt“.

Während bei herkömmtlichen 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 Kollegen nutzten für die Berechnung der Projektion die sogenannte skalierte Fresnel-Beugung, eine numerische Methode, und modifizierten die Standardformeln zur Größenänderung, um Berechnungszeit einzusparen, ohne an Bildqualität zu verlieren. Vor allem Alias-Effekte galt es zu vermeiden, die beim Signalbearbeiten zur Verzerrung führen können.

Werden diese Bilder dann an die Wand projiziert, zeigt die holografische Projektion wieder ihre Stärken, so das Team: „Sie erzeugt Bilder mit hohem Kontrast und erstellt Farbbilder mit nur einem räumlichen Lichtmodulator (SLM)“. SLMs 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 Laserlicht (671 Nanometer) 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 x 8 x 4 Zentimeter deutlich schrumpfen, sagt Shimobaba: „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.“