Neuer Drucker erzeugt mithilfe von Lasern äußerst realistische, farbenfrohe Hologramme

Von The Optical Society, 1. November 2019

Der neue Drucker verwendet Dauerstrichlaser mit geringer Leistung, um Hologramme auf einem von den Forschern entwickelten hochempfindlichen Fotomaterial zu erstellen. Bildnachweis: C Yves GENTET

Forscher haben einen neuen Drucker entwickelt, der digitale 3D-Hologramme mit einem beispiellosen Detaillierungsgrad und realistischen Farben erzeugt. Mit dem neuen Drucker könnten hochauflösende Farbnachbildungen von Objekten oder Szenen für Museumsausstellungen, Architekturmodelle, Kunst oder Werbung erstellt werden, für die keine Brille oder spezielle Sehhilfen erforderlich sind.

„Unser 15-jähriges Forschungsprojekt zielte darauf ab, einen Hologrammdrucker zu bauen, der alle Vorteile früherer Technologien bietet und gleichzeitig bekannte Nachteile wie teure Laser, langsame Druckgeschwindigkeit, begrenztes Sichtfeld und ungesättigte Farben beseitigt“, sagte Forschungsteamleiter Yves Gentet von Ultimative Holographie in Frankreich. „Dies haben wir durch die Entwicklung des CHIMERA-Druckers erreicht, der kostengünstige kommerzielle Laser und Hochgeschwindigkeitsdruck verwendet, um Hologramme mit hochwertigen Farben zu erzeugen, die einen großen Dynamikbereich abdecken.“

In der Fachzeitschrift „Applied Optics“ der Optical Society (OSA) beschreiben die Forscher den neuen Drucker, der Hologramme mit weiten Sichtfeldern und voller Parallaxe auf einem von ihnen entwickelten speziellen Fotomaterial erzeugt. Vollparallaxenhologramme rekonstruieren ein Objekt so, dass es in alle Richtungen sichtbar ist, in diesem Fall mit einem Sichtfeld von 120 Grad.

Der Drucker kann Hologramme aus computergenerierten 3D-Modellen oder aus Scans erstellen, die mit einem speziellen, von den Forschern entwickelten Scanner erfasst wurden. Die hochwertigen Hologramme können sogar als Master zur Herstellung holografischer Kopien verwendet werden.

Bei der Entwicklung des neuen Hologrammdruckers untersuchten die Forscher sorgfältig zwei zuvor entwickelte holografische Druckertechnologien, um deren Vor- und Nachteile zu verstehen.

„Die Unternehmen, die an der Entwicklung der ersten beiden Druckergenerationen beteiligt waren, sahen sich schließlich mit technischen Einschränkungen konfrontiert und mussten schließen“, sagte Gentet. „Unsere kleine, selbstfinanzierte Gruppe stellte fest, dass es entscheidend war, ein hochempfindliches Fotomaterial mit sehr feiner Körnung zu entwickeln, anstatt wie bei früheren Systemen ein kommerziell erhältliches starres Material zu verwenden.“

Forscher haben ein neues System entwickelt, das Hologramme wie das hier gezeigte mit einem beispiellosen Detaillierungsgrad und realistischen Farben druckt. Bildnachweis: C Yves GENTET

Der CHIMERA-Drucker verwendet rote, grüne und blaue, handelsübliche Dauerstrichlaser mit geringer Leistung und Verschlüssen, die die Belichtung für jeden Laser innerhalb von Millisekunden anpassen. Die Forscher entwickelten außerdem ein spezielles mechanisches Antivibrationssystem, um zu verhindern, dass sich die holografische Platte während der Aufnahme bewegt.

Hologramme werden erstellt, indem kleine holografische Elemente, sogenannte Hogels, nacheinander mit drei räumlichen Lichtmodulatoren und einem speziell entwickelten optischen Vollfarbdruckkopf aufgezeichnet werden, der die 120-Grad-Parallaxe ermöglicht. Nach dem Drucken werden die Hologramme in chemischen Bädern entwickelt und zum Schutz versiegelt.

Die Hogelgröße kann zwischen 250 und 500 Mikrometer umgeschaltet und die Druckrate von 1 bis 50 Hertz (Hz) eingestellt werden. Wenn beispielsweise eine Hogelgröße von 250 Mikrometern verwendet wird, beträgt die maximale Druckgeschwindigkeit 50 Hz. Bei dieser Geschwindigkeit würde der Druck eines 30 mal 40 Zentimeter großen Hologramms 11 Stunden dauern, etwa die Hälfte der Zeit, die bei früheren Systemen auf Basis gepulster Laser erforderlich wäre.

Die Forscher nutzten die neue Technologie, um Hologramme mit einer Größe von bis zu 60 x 80 Zentimetern (24 x 31 Zoll) zu drucken, die Objekte in verschiedenen Farben zeigten, darunter Spielzeuge, einen Schmetterling und ein Museumsobjekt.

„Das neue System bietet ein viel größeres Sichtfeld, eine höhere Auflösung und eine deutlich bessere Farbwiedergabe und einen deutlich besseren Dynamikumfang als frühere Systeme“, sagte Gentet. „Das von uns entwickelte vollfarbige holografische Material sorgt für verbesserte Helligkeit und Klarheit, während die stromsparenden Dauerstrichlaser das System benutzerfreundlich machen.“

Die Forscher sagen, dass es mit der Verbesserung der Technologie, insbesondere der 3D-Software, möglich sein könnte, ihren Hologramm-Druckansatz auf medizinische oder andere fortschrittliche Anwendungen auszudehnen.

Referenz: „CHIMERA, eine neue Holoprinter-Technologie, die kontinuierliche Laser mit geringer Leistung und schnelles Drucken kombiniert“, von Yves Gentet und Philippe Gentet, Applied Optics, 58, 34, G226-G230 (2019).DOI: 10.1364/AO.58.00G226