Nanophotonisches Element schrumpft VR-Brille
Auf beliebigen Untergründen anbringbar, sagen Wissenschaftler der University of Rochester
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Funktionsprinzip der völlig neu konzipierten Datenbrille (Grafik: rochester.edu) |
Rochester (pte003/05.05.2021/06:00)
Wer eine Datenbrille trägt, um virtuelle und erweiterte Realität (VR und AR) zu nutzen möchte nicht aussehen wie die Stubenfliege Puck im Biene-Maja-Zeichentrickfilm. Die Brille soll elegant aussehen und möglichst klein sein. Mit der heutigen Technik lassen sich diese Wünsche nur eingeschränkt erfüllen.
[b]Ein ganzer Wald von winzigen Strukturen[/b]
Forscher am Institut für Optik der University of Rochester https://www.rochester.edu/ im US-Bundesstaat New York wollten sich damit nicht abfinden. Deshalb entwickelten sie völlig neue optische Elemente. Herzstück ist ein nanophotonisches optisches Element, das sie als Metaoberfläche bezeichnen. Sie besteht aus einem ganzen Wald von nanometergroßen silbrigen Strukturen, die aus einer hauchdünnen Metallfolie herauszuwachsen scheinen. Diese wiederum klebt auf dem frei geformten Brillenglas und fungiert als Reflektor, die die Lichtstrahlen, die aus einem winzigen Projektor kommen, umlenkt und direkt ins Auge des Brillenträgers projiziert.
[b]Vergleich mit winzigen Funkantennen[/b]
Nick Vamivakas, Professor für Quantenoptik und Quantenphysik, vergleicht die nanoskaligen Strukturen mit kleinen Funkantennen. „Wenn wir sie mit der richtigen Wellenlänge beleuchten, beginnen alle diese Antennen zu oszillieren und senden ein neues Licht aus, das das Bild liefert." Es handelt sich eigentlich um flache Optiken, die die gleichen Eigenschaftenn haben wie klassische, die gekrümmt sind.
„Diese optischen Komponenten können auf beliebigen Untergründen angebracht werden und klassische Optiken und Spiegel ersetzen, sagt Jannick Rolland, Brian J. Thompson Professor für Optische Technik und Direktor des Center for Freeform Optics.
[b]Elektronenstrahl fräst die Strukturen heraus[/b]
Die Forscher stellten die Metaoberfläche mit einer Technik namens Elektronenstrahl-Lithographie her, die in der Halbleitertechnik eingesetzt wird, um feinste Strukturen aus einer ebenen Oberfläche herauszuarbeiten. Da es sich beim Rochester-Projekt um einen gekrümmten Untergrund handelt musste das Verfahren in einem aufwändigen Prozess angepasst werden.
Das eigentliche Fokussiergerät misst etwa 2,5 Millimeter. Das ist 10.000 Mal größer als die kleinste der Nanostrukturen, aus der die Freiformoptik besteht. Es galt, die optischen Eigenschaften des Brillenglases, also der frei geformten Fläche, und die der Metaoberfläche so zu kombinieren, dass die Bilder präzise ins Auge des Brillenträgers gelenkt werden. Insgesamt kann die Datenbrille mit dieser Technik deutlich kompakter gebaut werden.
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