左侧的图像展示了显示设备和所成的3D人像，信号光和照明光从人像左侧的镜头射出。右侧的图像是该3D人像的特写。图片来源：D E Smalley等/ Nature。

美国研究人员已经开发出了一种能够与物体共享空间的多色3D图像的技术。这项工作还处于初期研究阶段，但与目前用于制作3D图像的全息技术相比，它拥有几个潜在的优势。

科学家们早已发明了几种能够产生3D图像的技术。最广为人知的也是应用最广泛的是全息摄影术，在这种全息摄影术中，2D表面发射出的光线以一种特殊方式被发送到眼睛，使得大脑将这种光线重建，显示为3D物体。但是这种视觉错觉只适用于相当窄的视角范围。犹他州杨百翰大学的Daniel Smalley表示：“像从前那种全息图和全息显示器是基于二维调制的，我们必须一直盯着屏幕才能看到全息图像。”

然而，在立体显示器中，光来自用户眼睛所看到图像的位置。这种新型立体显示器较之全息图有几个优点。由于这种3D图像不依赖于人眼的光学错觉，所以它不受视角的影响。Smalley表示：“你甚至能够平躺在地上，看到显示屏上出现了什么。”此外，至少在原理上可能将图像显示在观看者或其他实体对象的周围。

铁蓝色

但是，尽管研究人员已经开发了几种体显示技术，但是都有所限制。例如，日本庆应义塾大学的研究人员开发了一种技术，激光在空气中产生明亮的等离子体，但是等离子体的颜色是由空气的等离子体频率决定的，所以虽然能够得到任何想要的图像，但是颜色都是铁蓝色。

在新的研究中，Smalley及其同事利用光电效应将微米级的微粒限制在光学陷阱中。这一技术的原理是激光能够不均匀地加热粒子周围的介质以施加用于保持粒子的辐射压力。为了捕捉这些粒子，研究人员使用人眼几乎不可见的405 nm激光。然后根据需要在相同的光路上传送红光、绿光和蓝光，并且这些光线从粒子中散射出去。当眼睛看到这种更强的光线时，来自颗粒的散射光使研究人员能够创造出任何所选择颜色的亮点。

研究人员通过调整捕捉光学陷阱的位置最小值来移动粒子，同时连续地散射光线在空气中显示出毫米尺度下的简单的线图像，保证在用肉眼观察时图像不闪烁。这些图像的大小和复杂性受到研究人员在快速移动粒子时保证光子不飞出陷阱的限制。研究人员设法制作了更复杂且更大的图像，其中包括空间分辨率为1600dpi的5cm高的地球视图。这是通过收集持续发光几十秒的光线完成的。研究人员指出，通过同时捕获和散射来自多个粒子的光，能够实时生成更复杂的图像，例如每个粒子只需要在一个平面或一条线上进行扫描。

困难依然存在

英国德比大学的Barry Blundell谨慎地表示：“体显示技术已经研究了100多年，目前这些研究人员采用了一种相当新颖的方法来研究体显示技术。”然而，他认为这项技术还有很多工作要做：“目前一张全息图需要耗时40秒，要想在1/30秒内展示出一张图像并将多幅图像合并为一系列动画，必须要走很长的路。”

该技术在《自然》杂志中有报道。

来源： https://physicsworld.com/a/display-creates-3d-images-can-viewed-many-angles/

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