为了解决这个问题，新加坡科技与设计大学 (SUTD) 的一组研究人员使用纳米级 3D 打印技术来创建高分辨率光场打印 (LFP)。LFP 包括排列在结构色像素阵列顶部的微透镜阵列。当 LFP 被普通白光照射时，显示 3D 图像。3D 图像是自动立体的，这意味着无需佩戴特殊眼镜即可观看。图像在从不同角度观看时会改变外观，这为 LFP 提供了特殊的 3D 视觉效果。

在这项研究中，研究人员使用双光子聚合光刻 (two-photon polymerization lithography, TPL) 在一个图案化步骤中制造高分辨率 LFP (light field print)，从而避免了进行手动对齐的需要。研究人员的 LFP 的微透镜和结构色像素在 TPL 系统（Nanoscribe GmbH Photonic Professional GT 系统）中自动对齐，该系统可以定位激光曝光的每个体积像素，精度高达 10 nm。由于 TPL 是一种增材制造技术，研究人员分别以 20 和 300 nm 的离散切片高度步长制造微透镜和结构色像素。微透镜和结构色像素由相同的低折射率材料 IP-Dip 光刻胶 (n ~1.55) 制成。与等离子体彩色像素不同，研究人员的结构彩色像素不需要额外的金属沉积，这使得 TPL 系统仅用于制造 LFP。微透镜和结构色像素以伪随机排列方式制造在一起，可以最大限度地减少不需要的莫尔图案，并为安全应用编码秘密信息。更重要的是，研究人员的 LFP 同时显示高空间分辨率 (29–45 m) 和高角度分辨率 (~1.6°) 图像，具有平滑的运动视差，肉眼看起来没有像素化，即使是近距离。

图1. 光场打印设计LFP示意图

更重要的是，需要高分辨率 LFP 来显示超逼真的 3D 图像，这些图像在艺术品和安全物品中具有潜在应用。通过使用纳米级 3D 打印创建 LFP，该团队实现了每英寸 25,400 点 (dpi) 的最大像素分辨率，超过了消费类喷墨打印机的像素分辨率 ~1,200 dpi。LFP 中的结构色像素由纳米柱（直径约 300nm）制成。也许最显着的结果是每个彩色像素都可以由单个纳米柱表示，从而以最大分辨率生成 LFP。

这项研究的首席研究员、SUTD 副教授 Joel Yang 表示：“这可能是第一次使用 3D 打印在一个步骤中完全创建多色光场打印 (LFP)，而无需使用染料，无需手动将微透镜对准彩色像素。打印件在单个 LFP 中嵌入多达 225 帧，以前所未有的分辨率生成平滑的观看过渡。这些效果将导致 2D 打印件产生超未来的逼真 3D 视觉效果。”

图4. 用计算机生成的卡通脸的 5 × 5 个透视图编码的光场打印。

图5. 在不同焦距下捕获的光场打印外观。

该团队预计，当纳米技术允许更大的可扩展性和吞吐量时，高分辨率 LFP 将更容易在市场上买到。这项研究发表在 Nature Communications 上。