Het netvlies als projectiescherm

000e07
Wie zijn oog op de juiste manier voor de onderzoeksopstelling van dr.ir. Gerard de Wit houdt, krijgt een beetje een Robocop-gevoel. Zichtbaar is een vloeiend bewegend beeld in rood en zwart, dat steeds onderbroken wordt door zwarte horizontale strepen, alsof je door de luxaflex naar een bioscoopscherm kijkt. Zo ongeveer zag de robotagent de wereld.

Maar het is geen minuscuul scherm dat zich ergens in de opstelling bevindt. Het beeld wordt direct door een laser op het netvlies geprojecteerd. De opstelling, door De Wit aan de TU Delft gebouwd voor zijn promotie-onderzoek, is de eerste in zijn soort. Het apparaat zet de deur open naar virtual reality van hoge kwaliteit.

De huidige helmen voor virtual reality bevatten doorgaans een lcd-scherm of mini-beeldbuisjes. De afmetingen daarvan zijn beperkt, net als het aantal beeldpunten per vierkante centimeter. Hoe indrukwekkend het ook is, de wereld van virtual reality is met zijn hoekige vormen verre van realistisch.

Dat komt vooral omdat de beeldpunten zo dichtbij het oog zitten. Daardoor valt op dat het afzonderlijke puntjes zijn. Bovendien zijn de de puntjes opgebouwd uit drie kleine bolletjes in de kleuren rood, groen en blauw, die samen de kleur van het beeldpunt bepalen. Dat valt door iedereen thuis na te gaan door de televisie aan te zetten en de neus tegen het testbeeld aan te drukken.

Topzwaar

De Wit dacht eerst aan variaties op bestaande concepten, met veel lenzen, die de helm topzwaar zouden maken. Toen stuitte hij op onderzoek uit de medische hoek. Bij mensen met suikerziekte ontwikkelen zich veel bloedvaten achter het oog, waardoor hun gezichtsvermogen achteruitgaat. Een in Boston ontwikkeld apparaat tast met een laserstraal het netvlies af en brengt aan de hand van het teruggekaatste licht de groei van de bloedvaten in kaart.

Robocop

Maar als een laserstraal een gezond netvlies aftast, ziet de eigenaar van het oog dat als een bewegende lichtstip. Wanneer je de laserstraal in intensiteit laat variëren, kun je lichte en donkere vlekken op het netvlies projecteren. Heb je die vlekken goed onder controle, dan kun je een foto projecteren en een heleboel foto’s snel achter elkaar maken een film. Het idee was geboren.

De voordelen van laser boven beeldbuis zijn legio. Als het beeld direct op het netvlies geprojecteerd wordt, is de beperking van het aantal puntjes per vierkante centimeter beeldscherm opgeheven. Ook laat licht zich makkelijk mengen, zodat de kleurenbolletjes niet meer naast elkaar hoeven te liggen. Bovendien is het rood, groen en blauw van lasers zuiverder dan dat van lcd’s en beeldbuizen, zodat meer kleuren mogelijk zijn. Dus: meer puntjes, scherpere puntjes, meer kleuren.

Het principe van De Wits opstelling is gelijk aan dat van de televisie. Achterin de beeldbuis zit een elektronenkanon, dat per seconde 15.000 horizontale lijnen op de fosforpuntjes van het scherm schrijft. De laser is een fotonenkanon dat evenzoveel lijnen op de staafjes en kegeltjes van het netvlies schrijft.

Weerbarstig

De praktijk is uiteraard iets weerbarstiger. De elektronen worden in de beeldbuis afgebogen door een magnetisch veld, dat ze zo naar de juiste plek op het scherm stuurt. Lichtdeeltjes worden afgebogen met spiegels. Maar waar vind je een spiegel die 15.000 keer per seconde kantelt?

Bij Philips. De multinational had voor een optische tape-recorder (die er niet kwam) een zogenaamde polygoonspiegel ontwikkeld. Deze ziet eruit als de doos van de Droste-chocoladeflikken, maar dan met tien hoeken en een doorsnede van 11,6 millimeter. Het geheel tolt in vacuüm rond, maximaal 3500 keer per seconde.

Omdat iedere zijkant een spiegeltje is, kantelen er 35.000 spiegeltjes per seconde voorbij, meer dan genoeg dus. Voor de thuistesters: monteer een spiegeltje op de zijkant van de beschuitbus, richt er een zaklantaarn op (niet bewegen), laat de bus rondjes draaien en zie hoe telkens als het spiegeltje voorbijkomt de lichtbundel een streep over de muur trekt. Door de zaklantaarn snel aan en uit te doen, valt een stippellijn te trekken.

Het resultaat in De Wits opstelling is de zwart-rode filmvoorstelling achter luxaflex. Niet echt indrukwekkend voor iets dat juist beoogt superieure kwaliteit te bieden. ‘Dat komt echter niet door de tekortkoming van de methode, maar door de geringe resolutie van het origineel’, legt de onderzoeker uit.

Het origineel is een beeldplaat, bedoeld voor televisie. Een televisiebeeld bestaat uit een kleine zeshonderd lijnen, die uiteindelijk op een beperkt gedeelte van het netvlies terecht komen. Dat oogt goed. Maar als je diezelfde zeshonderd lijnen uitsmeert over het hele netvlies, zoals De Wits laser, dan vallen er gaten: de zwarte lijnen.

Struikelblok

‘Om het hele netvlies te bestrijken, heb je eigenlijk 2000 horizontale lijnen nodig, dus ruim driemaal zoveel als nu’, verklaart De Wit. ‘Je ziet ook dat het contrast van het beeld minder is dan zou moeten. Dat komt door de manier waarop contrast in het televisiebeeld is vastgelegd. Met wat elektronica is dat eenvoudig om te zetten.’

Ook het rood-zwart is niet echt de levensechte kleurenwaaier die De Wit beloofde. ‘Daar ga ik de komende maanden aan werken’, zegt hij. ‘Het probleem is dat ik diodelasers gebruik, omdat die klein zijn. Helaas zijn ze alleen in rood verkrijgbaar, niet in blauw en groen. Maar er wordt in vele laboratoria hard aan gewerkt, zodat het een kwestie van tijd is voor ze op de markt komen.’

Mocht hij niet aan een paar experimentele groene en blauwe diodelasers kunnen komen, dan zal De Wit zijn opstelling uitbreiden met conventionele, grote lasers. De opstelling is momenteel toch veel te groot om in een helm te monteren, dus het formaat doet er niet echt toe. Als het principe maar werkt.

Wanneer de projectie eenmaal geperfectioneerd is, blijft er nog één probleem over. De laserbundel moet recht in de pupil schijnen. Beweegt het oog, dan verschuift de projectie op het netvlies of valt de bundel misschien zels op de iris. De helm moet daarom de beweging van de ogen traceren en daarop inspelen. De Wit: ‘Misschien kun je die oogbeweging dan ook gebruiken om een cursor aan te sturen of keuzes uit een menu te maken.’

Hoewel er nog genoeg struikelblokken te verhelpen zijn, ziet De Wit in de toekomst agenten met virtual reality helm patrouilleren. Een camera op de helm zorgt ervoor dat ze precies hetzelfde zien als wanneer ze gewoon door hun zonnebril keken. Maar de helm staat tegelijk mobiel in verbinding met een centrale computer, die controleert of die auto die in beeld verschijnt soms gestolen is. Dat wordt er dan meteen bij geprojecteerd. Robocop zou er jaloers op zijn.

Eerder verschenen in de Volkskrant, 8 november 1997. Beeld: videostill.