Holograafiline ekraan

Holograafiline ekraan ehk hologrammekraan (inglise keeles holographic screen) on läbipaistvast materjalist pind, millele on võimalik projitseerida kujutis videoprojektori abil. Selle tulemusena jääb vaatlejale mulje, et kujutis hõljub õhus. Efekt saavutatakse läbipaistval materjalil mikroläätsede abil, mis pinnale langevat valgust vastavalt muundavad ja suunavad. Holograafiliseks ekraaniks võib nimetada nii seda valgust muundavat spetsiaalset kilet kui ka kogu ekraanisüsteemi koos kile aluseks oleva materjaliga (nt klaas) ja/või puutetundliku kihiga. Interaktiivsete, puutetundlike holograafiliste ekraanide puhul on pealmiseks kihiks puutetundlik materjal, mis võimaldab reageerida kasutaja tegevusele.

Holograafilised ekraanid erinevad oma läbipaistvuse, rakendusviisi, projitseerimise suuna, interaktiivsuse, võimaliku vaatenurga ja suuruse poolest.

Ajalugu
Holograafilise ekraani areng on saanud toimuda tänu tehnoloogia arengule mitmes eri valdkonnas. 

Üheks oluliseks vahendiks on videoprojektor, mis aja jooksul on võimaldanud projitseerida järjest teravamaid pilte, kasutades järjest võimsamaid lampe. Samuti on neil järjest rohkem sisseehitatud pilditöötlusvõimalusi. Kuigi tagantpoolt  toodi pilt ekraanile juba CRT-kuvarites, mis leiutati 1869. aastal, siis esimest korda suudeti tagantpoolt kujutis otse läbipaistmatule ekraanile piisava selgusega projitseerida 1930. aastatel. Kuni sinnamaale ja edasi toimus areng selles suunas, et muuta kujutist teravamaks ja tugevamaks et paremini läbi ekraanimaterjali kumada. Samuti  Pildi kuvamine läbipaistvale materjalile on aga alguse saanud viimastel aastakümnetel, mida on jõuliselt toetanud materjaliteaduse ja mikrotehnoloogia kiire areng.

Tööpõhimõte
Holograafilised ekraanid võivad olla mõeldud projitseerimiseks kas eest- või tagantpoolt, kuid mõlemal juhul on põhimõte sama – spetsiaalselt töödeldud polümeeri pinnale projitseeritakse valgus, mis selles materjalis enamjaolt neeldub. Selles seisnebki antud ekraanitüübi seos holograafiaga – valgus sunnitakse mingis vaatleja jaoks läbipaistvas aines peatuma(neelduma), mistõttu näeb vaatleja seda osa pinnast vastavat värvi. Samas holograafia põhiomadused sellisel ekraanil siiski puuduvad – tegu on füüsilise objektiga, mille on mass ja mis avaldab vastupanu. Hologramm see-eest koosneb ainult valgusest.

Holograafilise ekraani efekti tekitab spetsiaalse kile struktuur, mis kujutab endast kilesse kuumtöödeldud suurt hulka mikroläätsi, mis valguse kiles suurel arvul kordi peegelduma sunnivad (tekib täieliku sisepeegelduse lähedane olukord ja läätse langenud valgus ei pääse sealt enam välja). Samas ei muutu see pind täiesti läbipaistmatuks vaid jääb siiski poolläbipaistvaks. Pind, mida parasjagu ei valgustata jääb vaatlejale endiselt peaaegu täielikult läbipaistvaks ja selle tulemusel näeb vaatleja enda ees, justkui õhus, vaid kujutist. Seega on holograafiline ekraan seda kvaliteetsem, mida läbipaistvam see on valgustamata olekus ja mida läbipaistmatum valgustatud olekus. Firmad toodavad erineva läbipaistvusega holograafilisi kilesid, seejuures erinevad läbipaistvusastmed, pildi kontrastsused ja teravused saavutatakse polümeeri keemilise koostise varieerimisel.

Selleks, et holograafilisel ekraanil jääks näha ainult kujutised soovitud esemetest ja mitte taust, siis tuleb ekraanil kujutatav meedia jäädvustada mustal taustal. Kuna projitseerimisel musta osa ei valgustata või valgustatakse minimaalselt, siis jääbki sel juhul tulemusel taust läbipaistvaks. Samas on võimalik holograafilisel ekraanil kuvada lisaks spetsiaalselt filmitud meediale ka tavapärast pilti, sealhulgas kasutada seda näiteks arvutiekraani laiendusena. Selline kasutusviis, kus kõik värvid peaksid olema võimalikult loomulikud, toimib kõige paremini juhul, kus holograafilise ekraani taustal on vaatleja jaoks must pind, kuna sel juhul paistavad läbipaistvad või läbipaistvamad osad (mis kujutataval pildil on mustad või tumedamad) vaatlejale endiselt musta värvi või tumedamad.

Omadused
Kuna pind ise on läbipaistev, siis on pärast pinnale projitseerimist kujutist näha mõlemalt poolt ekraani. Sellele vaatamata toodetakse holograafilisi kilesid eest- ja tagantpoolt projitseerimiseks ka eraldi, et tagada parem pildi kvaliteet mõlemas olukorras. Eelistatum ongi tagantpoolt projitseerimise variant, kuna sel juhul ei varja ekraani kasutaja ekraanile langevat valgust, mis on eriti oluline just interaktiivsete ekraanide puhul. Samas tuleb tagantpoolt projitseerimise puhul valida selline projektori asend, mille korral sellest lähtuv valgus ei pimestaks vaatlejat. Kuna see välistab projektori paiknemise otse ekraani taga, on tarvis kasutada projektorit, mis võimaldab likvideerida suure nurga all projitseerimisest tingitud pildi moonutatuse. Lisaks võib teatud juhtudel olla efekti loomiseks tarvis paigutada projektor vaatleja jaoks varjatult.

Teiseks tehnoloogia oluliseks eeliseks on see, et kuna holograafilises kiles toimuv efekt on puhtalt optiline, siis ei vaja ekraan täiendavaid toitejuhtmeid ja kuna pilt projitseeritakse ekraanile samuti eemalt, puudub vajadus ka signaalijuhtmete järele. Täielik juhtmevabadus võimaldab ekraani mugavalt paigutada eri kohtadesse, kuhu juhtmete vedamine oleks keeruline.

Rakendusviisid

Ainult holograafilise kilena
Holograafilist kilet on võimalik kasutada täiesti iseseisvana sellele kujutise projitseerimiseks. Sel viisil saab ekraani näiteks panna rippuma õhku, kinnitades ekraani ülemisest servast, pingutada kile kahe pinna vahele või kasutada raamituna. Sellise rakendusviisi puudusteks on, et kile üksinda on kergesti kahjustatav, see võib voltuda ja selle tulemusena pilti moonutada, välitingimustes võib ainult kile liikuda tuule mõjul ja samuti on seda raske kasutada puutetundlikuna, kuna ekraani puudutamisel puudub kindel toetuspind ja ekraan võib eest liikuda, mis muudab sellel olevat pilti. Samas võimaldab selline variant paigaldada holograafilist ekraani kohtadesse, kuhu massiivse klaaspaneeli paigaldamine oleks keeruline või ebaotstarbekas. Näiteks kõrged kohad või suured ajutised pinnad. Ajutise kasutamise puhul annab ainult kile kasutamine eelise transpordi osas, kuna seda on võimalik kompaktselt kokku rullida, samas kui suure klaaspaneeli transport oleks keeruline.

Kasutusvõimalused
Ekraanid kontsertidel, festivalidel jne lavade kohal. Annab mitmeid eeliseid võrreldes tavalise ekraaniga. Esiteks, kui ekraan on lava ees, siis võib tagantpoolt projitseerimise puhul olla projektor laval, mis ei muuda selle paigutamist keeruliseks. Samas ei varja ekraan midagi laval toimuvast. Ekraanile on võimalik ilma taustata siis kuvada näiteks laulusõnu või muid mustreid.
Teine oluline kasutusala on suurtes mõõtmetes, näiteks teatrites, kontsertidel, muuseumides, lõbustusparkides efekti loomiseks, kus koos on päriselt laval olevad asjad ja inimesed ning neile lisaks kujutuvad sinna väga tõetruult ka seal tegelikult mitte olevad esemed ja inimesed. Selle efekti võimalikult usutavaks saavutamiseks tõmmatakse enamasti kile lavale 45-kraadise nurga all ja projitseeritakse sellele alt või ülevalt ja vahel ka peegli abil. See muudab projektorist pärit valgusvoo kõige vähem nähtavaks ning kile läbinud valgus ei jõua publiku vaatevälja. Sellist efekti on võimalik kasutada meelelahutuseks paljudes kohtades: mustkunstietendustes, keeruka tehnilise lahendusega teatrietendustes või hoopis animeerides reaalseid esemeid. Varem oli võimalik teatrites sellise efekti saamiseks kasutada poolpeegeldavat klaasplaati kahe 45-kraadiselt asetseva samasuguse ruumi vahel ja neid ruume erinevalt valgustades. Sõltuvalt sellest, kas ruum oli valgustatud või mitte, publik kas nägi või ei näinud klaasi taga asuvas ruumis olevaid esemeid. Ja ruumide valgustatusega sai reguleerida kas publik nägi esimeses, teises või mõlemas ruumis olevaid esemeid. Sel juhul võib klaasi taga olevaid esemeid lugeda tegelikeks ja peegeldust lisatud kujutiseks. Kasutades samas olukorras holograafilist ekraani, on võimalik efekt saavutada palju lihtsamalt, kuna pole vaja tekitada kahte ideaalselt kokku sobivat ruumi ning puudub ka valgustuse täpne reguleerimise vajadus. Samuti sõltub efekt vähem vaatenurgast. Lisaks on võimalik tekitada veelgi keerulisemaid efekte ja kasutada eellindistatud materjale.

Klaasil või kahe klaasikihi vahel
Tootjad toodavad holograafilist kilet ka isekleepuva küljega, mis võimaldab kasutajal seda hõlpsasti lõigata sobivasse suurusse ja kanda erinevatele pindadele. Mõned kiled võivad olla ka taaskleebitavad, mis võimaldab neid korduvalt paigaldada ja siis taas eemaldada.
Holograafilise kile kandmine jäigale, kuid siiski läbipaistvale materjalile, eelkõige klaasile, annab mitmeid eeliseid. Sel meetodil realiseeritud holograafilist ekraani on võimalik kasutada ilma ekraanile lisatoestust lisamata, mis lisab ekraanile efekti, kuna puuduvad läbipaistmatud kilet toestavad raamid. Lisaks on selliseid ekraane lihtsam hooldada ja nad on vastupidavamad kahjustustele. Samuti välistab kile paigaldamine jäigale pinnale selle kortsumise ja/või lainetamisele, mis moonutab lõplikku pilti. Jäiga pinnana realiseeritud holograafilist ekraani on võimalik kasutada ka koos puutetundliku kihiga, sel juhul peab viimane olema mingil viisil ühendatud arvutiga, et puuteekraanilt saadud infot töödelda ja sellele reageerida. Suuremale klaaspinnale on võimalik lisada ka väiksemaid holograafilise kile väljalõikeid, mis tekitavad omamoodi efekti, kuna siis üle kogu pinna projitseeritud valgus saab nähtavaks vaid neis üle kleebitud osades. Ülejäänud osa kilega mittekatmine väldib selle läbipaistmatuks muutumist.

Kasutusvõimalused
Ekraanid koduses majapidamises tavapärastel sisustuselementidel. Näiteks interaktiivsed klaaslauad, dušikabiinid, pildi kuvamine akendel, klaasustel.
Interaktiivsed klaaslauad ja tahvlid presentatsioonideks kontorites ja konverentsisaalides.
Interaktiivsed poodide vaateaknad, mida saab kasutada nii reklaamiks kui ka meelelahutuseks. Näiteks kasutatakse virtuaalseid mannekeene, kes ilmuvad klaaspinnale ja võivad möödujate tähelepanu võita, neid juhendada ja/või lõbustada.

Tulevik
Holograafilise ekraani tehnoloogia on küll võrdlemisi lihtne ja ka taskukohane, kuid sellegipoolest pole see kuigi laialt levinud ja ka tootjaid on võrdlemisi vähe. Põhjuseks võivad olla see, et sageli ei ole tarvis projitseerida läbipaistvale pinnale ja nii tagant kui eest on võimalik projitseerida ka muudele pindadele (levinuim valge ekraan). Seega ei ole kindel, kas holograafilised ekraanid sellisel kujul leiavad tulevikus laialdasemat kasutust või mitte. Samas aga on võimalikud mitmed täiendused ja alternatiivsed lähenemised ekraani kasutamisele, mis võivad selle muuta laialdasemalt kasutatavaks:
Materjali ja projitseerimisvõimaluste täiustamine viisil, mis tähendaks, et eraldi, ekraanist kaugele projektorit pole tarvis. Selle saavutamiseks on kaks võimalust. Esiteks saab integreerida protsessori ekraani paneeli servadesse, raami või toestuse taha ja projitseerida kas otse materjali sisse või väga terava nurga all. Teine võimalus on välja arendada peaaegu läbipaistev materjal, mis võimaldab juba ise pilti tekitada. 
Võimalik on kasutada mitut holograafilist ekraani üksteise taga väikeste vahedega, et luua tõetruu kolmemõõtmeline kujutis, mida oleks ilma lisavarustuseta võimalik vaadelda iga nurga alt. See tehnoloogia eeldab aga spetsiaalseid materjali ja projitseerimismetoodikat, kuna eri osa valguseid peab peatuma kindlatel eri ekraanikihtidel. Seni on sellist tehnoloogiat holograafias testitud minimaalselt. Samas on aga võimalik holograafilise kile tükke paigutada erinevalt (mitte üksteise taha), et tekitada kokku huvitavaid kujundeid projitseerides eri pindadele eraldi kolmemõõtmelises ruumis.
Lisaks on välja tuldud ideega kasutada sarnast tehnoloogiat spetsiaalsetel prillidel, mille poolläbipaistvatele prilliklaasidele kuvatakse kujutis, mis liitub vaatleja jaoks reaalses maailmas nähtuga. Üks sellise toote prototüüpe on Microsoft HoloLens.

Vaata ka
Kuvar
Microsoft HoloLens

Viited

Optika