Les chercheurs ont développé un tout nouveau type d'affichage qui crée des images 3D en utilisant un laser pour former de minuscules bulles à l'intérieur d'un "écran" liquide. Au lieu de rendre une scène 3D sur une surface plane, l'affichage lui-même est en trois dimensions, une propriété dite volumétrique. Cela permet aux téléspectateurs de voir une image 3D dans l'affichage en colonnes sous tous les angles sans lunettes ni casques 3D.

Dans le journal de la Optical Society pour la recherche à fort impact, Optique , chercheurs dirigés par Yoshio Hayasaki de l'Université d'Utsunomiya, Japon, ont démontré la capacité de leur affichage à bulles volumétriques à créer des graphiques aux couleurs changeantes.

« Créer un affichage volumétrique en couleur pouvant être mis à jour est un défi car de nombreux pixels tridimensionnels, ou voxels, avec différentes couleurs doivent être formées pour faire des graphiques volumétriques, " a déclaré Kota Kumagai, premier auteur de l'article. "Dans notre vitrine, les voxels de microbulles sont générés en trois dimensions dans un liquide à l'aide d'impulsions laser femtosecondes focalisées. Les graphiques à bulles peuvent être colorés en changeant la couleur de la lumière d'éclairage."

Bien que le nouveau travail soit une preuve de concept, la technologie pourrait un jour permettre des affichages volumétriques en couleur pouvant être mis à jour. Ces types d'affichage pourraient être utilisés pour des expositions d'art ou de musée, où les téléspectateurs peuvent parcourir tout le tour de l'écran. Ils sont également explorés pour aider les médecins à visualiser l'anatomie d'un patient avant une intervention chirurgicale ou pour permettre à l'armée d'étudier le terrain et les bâtiments avant une mission.

"L'affichage à bulles volumétrique est le plus adapté aux installations publiques telles qu'un musée ou un aquarium car, actuellement, la configuration du système est grande et coûteuse, " dit Kumagai. " Cependant, à l'avenir, nous espérons améliorer la taille et le coût de la source laser et des dispositifs optiques pour créer un système plus petit qui pourrait être abordable pour un usage personnel."

Utiliser des lasers pour faire des bulles

Les bulles du nouvel écran sont créées par un phénomène connu sous le nom d'absorption multiphotonique, qui se produit lorsque plusieurs photons d'un laser femtoseconde sont absorbés au point où la lumière est focalisée. L'absorption multiphotonique a permis aux chercheurs de créer des microbulles à des emplacements très précis en déplaçant le foyer de la lumière laser vers diverses parties d'une cuvette remplie de liquide qui agissait comme un "écran". En utilisant une haute viscosité, ou épais, le liquide empêche les bulles, une fois formé, de remonter immédiatement au sommet du liquide.

Les graphiques à bulles sont visibles lorsqu'ils diffusent la lumière d'une source lumineuse externe telle qu'une lampe halogène ou une LED haute puissance. Les chercheurs ont produit des images monochromes en blanc, rouge, bleu et vert en changeant la couleur de la LED d'éclairage. Ils disent que l'éclairage des graphiques avec un projecteur pourrait créer différentes couleurs dans différentes régions de l'image.

Plutôt que de créer chaque bulle une par une, les chercheurs ont utilisé un hologramme généré par ordinateur pour former des motifs 3D de lumière laser qui leur ont permis de contrôler le nombre et la forme des voxels de microbulles. Cette approche a également augmenté la quantité de lumière diffusée par les microbulles, rendre les images plus lumineuses.

Dans le journal, les chercheurs démontrent leur technique en créant une séquence d'images de bulles 2D d'une sirène, un lapin rendu en 3D, et des graphiques dauphins 2D en quatre couleurs différentes. Ils ont également montré que la formation de microbulles dépend de l'énergie d'irradiation du laser et que le contraste pouvait être modifié en changeant le nombre d'impulsions laser utilisées pour irradier le liquide.

"Nos graphiques à bulles ont un grand angle de vision et peuvent être rafraîchis et colorés, " a déclaré Kumagai. " Bien que nos premiers graphiques volumétriques soient à l'échelle des millimètres, nous avons franchi la première étape vers un affichage volumétrique en couleur pouvant être mis à jour."

Les chercheurs développent maintenant un système qui utiliserait un flux à l'intérieur du liquide pour faire éclater les bulles, permettant de modifier ou d'effacer l'image. Ils travaillent également sur des méthodes qui pourraient permettre la formation de graphiques plus grands, ce qui nécessite de surmonter les aberrations sphériques causées par le décalage d'indice de réfraction entre l'écran liquide, le verre contenant le liquide, et aérien.