為(wei) 了解決(jue) 這個(ge) 問題，新加坡科技與(yu) 設計大學 (SUTD) 的一組研究人員使用納米級 3D 打印技術來創建高分辨率光場打印 (LFP)。LFP 包括排列在結構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(ti) 的，這意味著無需佩戴特殊眼鏡即可觀看。圖像在從(cong) 不同角度觀看時會(hui) 改變外觀，這為(wei) 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(ge) 圖案化步驟中製造高分辨率 LFP (light field print)，從(cong) 而避免了進行手動對齊的需要。研究人員的 LFP 的微透鏡和結構色像素在 TPL 係統（Nanoscribe GmbH Photonic Professional GT 係統）中自動對齊，該係統可以定位激光曝光的每個(ge) 體(ti) 積像素，精度高達 10 nm。由於(yu) TPL 是一種增材製造技術，研究人員分別以 20 和 300 nm 的離散切片高度步長製造微透鏡和結構色像素。微透鏡和結構色像素由相同的低折射率材料 IP-Dip 光刻膠 (n ~1.55) 製成。與(yu) 等離子體(ti) 彩色像素不同，研究人員的結構彩色像素不需要額外的金屬沉積，這使得 TPL 係統僅(jin) 用於(yu) 製造 LFP。微透鏡和結構色像素以偽(wei) 隨機排列方式製造在一起，可以最大限度地減少不需要的莫爾圖案，並為(wei) 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，這些圖像在藝術品和安全物品中具有潛在應用。通過使用納米級 3D 打印創建 LFP，該團隊實現了每英寸 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 中的結構色像素由納米柱（直徑約 300nm）製成。也許最顯著的結果是每個(ge) 彩色像素都可以由單個(ge) 納米柱表示，從(cong) 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(ge) 步驟中完全創建多色光場打印 (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(ge) 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(chan) 生超未來的逼真 3D 視覺效果。”

圖4. 用計算機生成的卡通臉的 5 × 5 個(ge) 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(mai) 到。這項研究發表在 Nature Communications 上。