為了解決這個問題，新加坡科技與設計大學 (SUTD) 的一組研究人員使用納米級 3D 打印技術(shù)來創(chuàng)建高分辨率光場打印 (LFP)。LFP 包括排列在結(jié)構(gòu)色像素陣列頂部的微透鏡陣列。當 LFP 被普通白光照射時，顯示 3D 圖像。3D 圖像是自動立體的，這意味著無需佩戴特殊眼鏡即可觀看。圖像在從不同角度觀看時會改變外觀，這為 LFP 提供了特殊的 3D 視覺效果。

在這項研究中，研究人員使用雙光子聚合光刻 (two-photon polymerization lithography, TPL) 在一個圖案化步驟中制造高分辨率 LFP (light field print)，從而避免了進行手動對齊的需要。研究人員的 LFP 的微透鏡和結(jié)構(gòu)色像素在 TPL 系統(tǒng)（Nanoscribe GmbH Photonic Professional GT 系統(tǒng)）中自動對齊，該系統(tǒng)可以定位激光曝光的每個體積像素，精度高達 10 nm。由于 TPL 是一種增材制造技術(shù)，研究人員分別以 20 和 300 nm 的離散切片高度步長制造微透鏡和結(jié)構(gòu)色像素。微透鏡和結(jié)構(gòu)色像素由相同的低折射率材料 IP-Dip 光刻膠 (n ~1.55) 制成。與等離子體彩色像素不同，研究人員的結(jié)構(gòu)彩色像素不需要額外的金屬沉積，這使得 TPL 系統(tǒng)僅用于制造 LFP。微透鏡和結(jié)構(gòu)色像素以偽隨機排列方式制造在一起，可以最大限度地減少不需要的莫爾圖案，并為安全應用編碼秘密信息。更重要的是，研究人員的 LFP 同時顯示高空間分辨率 (29–45 m) 和高角度分辨率 (~1.6°) 圖像，具有平滑的運動視差，肉眼看起來沒有像素化，即使是近距離。

圖1. 光場打印設計LFP示意圖

更重要的是，需要高分辨率 LFP 來顯示超逼真的 3D 圖像，這些圖像在藝術(shù)品和安全物品中具有潛在應用。通過使用納米級 3D 打印創(chuàng)建 LFP，該團隊實現(xiàn)了每英寸 25,400 點 (dpi) 的最大像素分辨率，超過了消費類噴墨打印機的像素分辨率 ~1,200 dpi。LFP 中的結(jié)構(gòu)色像素由納米柱（直徑約 300nm）制成。也許最顯著的結(jié)果是每個彩色像素都可以由單個納米柱表示，從而以最大分辨率生成 LFP。

這項研究的首席研究員、SUTD 副教授 Joel Yang 表示：“這可能是第一次使用 3D 打印在一個步驟中完全創(chuàng)建多色光場打印 (LFP)，而無需使用染料，無需手動將微透鏡對準彩色像素。打印件在單個 LFP 中嵌入多達 225 幀，以前所未有的分辨率生成平滑的觀看過渡。這些效果將導致 2D 打印件產(chǎn)生超未來的逼真 3D 視覺效果?！?/p>

圖4. 用計算機生成的卡通臉的 5 × 5 個透視圖編碼的光場打印。

圖5. 在不同焦距下捕獲的光場打印外觀。

該團隊預計，當納米技術(shù)允許更大的可擴展性和吞吐量時，高分辨率 LFP 將更容易在市場上買到。這項研究發(fā)表在 Nature Communications 上。