Lentes planas dão nova vida a telas 3D

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/04/2022

A tela gera as imagens 3D usando uma técnica conhecida como campos de luz.
[Imagem: Wen Qiao/Soochow University]

Tela 3D para videoconferência

Uma lente plana permitiu a construção de uma tela 3D de visão livre - sem a necessidade de óculos - com uma distância de visualização significativamente melhor do que tudo o que havia sido demonstrado até agora.

"A maioria das telas 3D de campo de luz tem um alcance de visão limitado, o que faz com que a imagem virtual 3D se degrade à medida que o observador se afasta do dispositivo," explicou o professor Wen Qiao, da Universidade Soochow, na China. "A lente plana nanoestruturada que projetamos tem apenas 100 micrômetros de espessura e tem uma profundidade de foco muito grande, o que permite que uma cena 3D virtual de alta qualidade seja vista de mais longe."

As telas de campo de luz, ou plenópticas, usam um campo denso de raios de luz para produzir vídeos 3D em tempo real, em cores, que podem ser visualizados sem óculos. Essa abordagem permite que várias pessoas visualizem a cena virtual ao mesmo tempo, como um objeto 3D real flutuando à sua frente, um autêntico holograma 3D.

O protótipo apresentado pela equipe apresenta alta eficiência e alta fidelidade de cores em distâncias de visualização de 24 cm a 90 cm, o que já é suficiente para a aplicação principal que a equipe tem em mente.

"Desenvolvemos esta nova tecnologia na esperança de criar telas que possam permitir que as pessoas se sintam como se estivessem realmente juntas durante uma videoconferência," disse Qiao. "Com o desenvolvimento contínuo da nanotecnologia, prevemos que as telas 3D sem óculos se tornarão uma parte normal da vida cotidiana e mudarão a maneira como as pessoas interagem com os computadores".

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Esquema de funcionamento da tela de campo de luz (GDL é a sigla para lente difrativa em escala de cinza).
[Imagem: Fengbin Zhou et al. - 10.1364/OPTICA.439613]

Telas de campo de luz

As telas de campo de luz criam imagens realísticas projetando diferentes visualizações, que permitem que a cena 3D tenha a mesma aparência quando vista de diferentes ângulos. Até agora, o grande fator limitante dessa técnica era a distância focal das lentes usadas para criar cada uma dessas visualizações.

Para superar isso, os pesquisadores projetaram uma nova lente plana difrativa traçando nanoestruturas em uma superfície que funcionam como antenas capazes de focalizar a luz. O entrelaçamento de várias dessas lentes permitiu criar um modulador de visão pixelizada, o componente óptico que cria as várias perspectivas de uma cena em uma tela de campo de luz. Uma tela 3D que cria quatro visualizações, por exemplo, usa quatro dessas lentes, cada uma das quais converge a luz em uma visualização única.

Com a grande vantagem de, em lugar de lentes de vidro grandes e pesadas, todo o trabalho é feito por uma camada com 0,1 milímetro de espessura.

"Como as lentes planas fornecem capacidade superior de manipulação da luz, em comparação com as lentes de vidro tradicionais, elas podem ser usadas para resolver problemas formidáveis, como paralaxe de movimento limitado, diafonia, fadiga visual e distâncias de visualização limitadas em telas 3D," disse Qiao.

Embora o protótipo apresente um ângulo de visão de apenas 9 graus, os pesquisadores afirmam que isso pode ser ampliado para quase 180 graus apenas otimizando o projeto das nanoantenas usadas para fazer as lentes planas. Além de se dedicar a isso, eles planejam melhorar ainda mais a eficiência da tela desenvolvendo um algoritmo mais sofisticado para manipular o feixe de luz em cada píxel.

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