REALHOLO – Phasenmodulierendes Mikrospiegel-Array für echte holografische Mixed-Reality-Displays

Die Verschmelzung von realer und virtueller Welt zu Mixed-Reality- oder auch „Augmented Reality“- Umgebungen rückt in greifbare Nähe. Sie erfordert ein natürliches visuelles Erlebnis ohne Einschränkungen in der Tiefenwahrnehmung und ohne physiologische Nebenwirkungen für den Nutzer. Das Fraunhofer IPMS trägt zur Realisierung dieses ehrgeizigen Ziels bei, indem es fortschrittliche MEMS-basierte-Flächenlichtmodulatoren (SLM) als Kernkomponente von 3DDisplays entwickelt, die eine echte Holografie mit perfekt realistischen Bildern ermöglichen sollen. Dabei stützt sich das Institut auf seine jahrzehntelangen Erfahrungen bei der Entwicklung von SLM für andere Anwendungen. Die Arbeiten finden innerhalb des von der EU geförderten Projekts REALHOLO statt, in dem ein holografisches Demonstratorsystem in Zusammenarbeit mit sieben weiteren Partnern aus sechs verschiedenen Ländern entwickelt wird.

Die Schlüsselkomponente eines echt holografischen 3D-Displays ist ein Flächenlichtmodulator (SLM), wobei die Anforderungen an das Bauelement bei dieser Anwendung sehr herausfordernd sind. Ein Flächenlichtmodulator oder auch Mikrospiegel-Array genannt (MMA-SLM) moduliert die Phase des einfallenden kohärenten Lichts mit vielen Millionen individuell ablenkbarer Pixel bei Bildwiederholraten von mehreren kHz. Die Pixel dürfen nur wenige Mikrometer groß sein und müssen trotzdem einen Hubbereich von etwa 350 nm haben, innerhalb dessen jedes Pixel sehr präzise auf eine von vielen Ablenkungsstufen (Strahlablenkung) eingestellt werden muss. Um dies umzusetzen, hat das Fraunhofer IPMS ein innovatives MEMS-Aktorenkonzept entwickelt, das eine Auflösung von 8 Bit zum Ziel hat. Der MEMS-basierte SLM wird zusätzlich optische Eigenschaften aufweisen, die derzeit verfügbaren flüssigkristallbasierten Systemen/ Elementen weit überlegen sind.

Im Rahmen von REALHOLO wird das Fraunhofer IPMS diesen neuen Typ von SLM erforschen, optimieren sowie eine Fertigungstechnologie dafür entwickeln. Um alle Pixel individuell auslenken zu können, wird das MMA auf einer aktiven CMOS-Mixed-Signal-Schaltung gefertigt, die hinsichtlich eines sehr geringen Stromverbrauchs und einer hohen Datenbandbreite optimiert wird. Mit diesem innovativen MEMS -basierten-SLM werden das Fraunhofer IPMS und REALHOLO den Weg für Mixed-Reality-Umgebungen sowie für Virtual- und Augmented-Reality-Systeme ebnen. Holografische Displays mit Fraunhofer IPMS-Mikrospiegelarrays werden dem Nutzer ein bestmögliches Erlebnis bieten, ohne physiologische Nebenwirkungen wie Augenermüdung, Fehleinschätzungen, Schwindel oder Übelkeit, die von alternativen und intermediären Technologien wie stereoskopischem 3D bekannt sind. Das geforderte natürliche Seherlebnis kann nur mit echten holografischen Displays erreicht werden, ein Prinzip, das schon auf Basis verfügbarer Komponententechnologien von einem REALHOLO-Partner demonstriert wurden.

Das Projekt wird durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union unter der Fördervereinbarung Nr. 101014977 gefördert. Es ist eine Initiative der Photonics Public Private Partnership.