無介質裸眼看3D,這樣的空氣成像技術你見過嗎?

2020-12-05 經濟日報

當黑科技遇上音樂,會擦出怎樣的火花?曾經轟動一時的鄧麗君全息演唱會,很多人或仍記憶猶新:穿越時光的隧道,當溫柔甜美的「鄧麗君」再次從舞臺中央款款走來,淺吟低唱,那一刻多少人淚溼衣襟。

事實上,時隔多年再現的「鄧麗君」正是全息成像技術的應用。

令人著迷的全息技術

作為光顯示的最高級表現形態,全息技術自上世紀40年代出現,經過七十年的發展,目前在現實生活中正得到日益廣泛的應用。

不過,這種全息成像技術要借用一種介質來實現3D效果。即,將投影機的光線投影到一層薄薄的水霧或紗幕上,因為周圍的背景環境漆黑一片,遠遠看去就好像是在空氣中成像的。

看起來很美,卻也危機暗藏:屏幕依賴、錯覺虛像、無穿透性、無交互性……「很長一段時間以來,業內尚未實現『去屏化』、『可交互』的全息影像顯示效果,全息投影仍需藉助特定材質、有形的屏幕呈現影像,這就帶來顯示效果差、光汙染嚴重、受環境影響較大等弊端。」安徽省東超科技有限公司聯合創始人韓東成說。

全息成像技術是否可以脫離介質?2015年,美國一家公司發布了一段演示其3D投影技術的概念視頻:一條巨鯨從體育館中一躍而出,在木地板上激起層層浪花。

雖然這一視頻事後證明只是特效,卻無意中改變了兩個人的命運。

「傳統顯示日漸成熟,空中顯示一定是未來顯示技術發展的趨勢和方向。」2016年8月,還是中科大在讀研究生的韓東成和範超,成立東超科技,將創業的方向瞄準了空中成像技術。

尋找負折射率材料

這一突然的舉動在外人看來有些瘋狂甚至自不量力,韓東成卻不以為然。

「一個企業只有具備核心技術才可能獲得長久發展。論資金、論實力,東超科技確實無法與老牌顯示企業LG等相抗衡,若想嶄露頭角只能彎道超車。」學以致用,這對曾經睡在上下鋪的兄弟,決定向新型顯示技術發起進攻。

成像離不開光線的反射、折射。通常我們所見到的大多數透明介質,例如水、玻璃、晶體等材料,光線經過這些正折射率材料後會沿著原來的方向發散出去。人們常見的筷子插入水中像斷了一樣就是這種現象。

但負折射率材料對光線的作用與普通介質則不同,光線在經過這些材料折射後會沿相反的方向進行偏折,因此有很好的匯聚作用。

「如果我們能找到實現負折射率的材料,是不是就能實現空氣成像了?」機緣巧合,一次實驗中從事理論物理研究的範超發現,x射線入射晶體時,晶格晶面的微觀結構會對x射線進行反射,反射光線出射後相互衍射會發生布拉格衍射。

受這一現象啟發,二人決定通過改造玻璃的微觀結構,進而實現裸眼3D效果。這便是後來東超科技自主研發的可交互全息空氣影像技術。

該技術通過光場重構原理,藉助一塊特殊的玻璃——等效負折射率平板透鏡,將發散的光線在微觀結構裡多次振蕩、反射、折射,並重新匯聚成實像,再結合體感交互裝置,實現人與實像的直接交互。

「我們可以根據場景需要,設置不同的影像呈現角度,無需任何介質承載,且成的像為實像,區別於現在任何的全息呈現的虛像。」韓東成稱。

在韓東成提供的視頻中,隔著一塊其貌不揚的玻璃,手指輕輕滑動,肉眼可見的懸浮「地球」便可隨之旋轉。

「我們是國內唯一一家能夠自主生產和掌握等效負折射率平板透鏡核心技術的公司,目前國際上只有兩家公司在做,除了我們,還有一家外國公司。」堅定方向,圍繞空氣成像技術進行重點攻關,如今東超科技的產品已運用在軍工顯示、展覽展示、戶外媒體、家居領域等,並與中科院合肥物質研究院籤訂產學研合作協議,獲得了多項國家發明和實用新型專利。

不一樣的視覺體驗

不過,正當這位90後帶領著他的團隊正欲將其核心技術量產時,「禍從天降」——今年2月,國外某公司對東超科技擁有的幾項核心專利提出無效宣告請求。突然飛來的「橫禍」,擾亂了原有計劃,也讓韓東成在剛剛過去的幾個月度日如年。

好在時光不負情深。7月3日,國家知識產權局發文並公告第40689、40679 號無效宣告請求審查決定書,據該決定書內容顯示,安徽省東超科技有限公司涉案兩件專利「201721714921.X,單排多列等效負折射率平板透鏡」和 「201720919002.X,一種實現空氣成像的光學平板結構」被宣告維持專利權有效。

「現在工廠已經建好,我們計劃今年下半年進行等效負折射率平板透鏡的量產。」韓東成告訴記者,此前由於日本公司的壟斷,國內銷售的同類產品多為其代理產品或小範圍改進,售價高達數十萬元每平米。他們的產品價格僅為其三分之一左右,未來量產後成本有望降至每平米萬元以內。從電腦到手機,從玻璃硬屏到柔性顯示,人類對視覺體驗的追求從未停止。根據《中國顯示屏行業分析報告》,到2020年全球顯示產業產值將達到1400億美元。

韓東成期待著,這塊特殊玻璃能夠早日大規模應用於戶外媒體、展覽展示、車載、教育、信息安全、軍工、家電、醫療等B端領域,也能夠應用於家庭安全密碼鎖、早教機器人等C端產品,帶給更多的人不一樣的視覺體驗。

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