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空中成像技术原理对比

东兴证券研报指出,空中成像(无介质成像)是先进光学成像技术,通过等效负折射率平板透镜将发散光线重新汇聚形成无需介质的实像。主流技术路径包含逆反射悬浮、AI板、光线积分和计算光场。目前商业化以DCT-plate(负折射平板透镜)为核心器件,其加工精度需达到80-120纳米、交互精度需达2毫米,技术壁垒高企。

光场重构——从发散光线到空中实像的核心原理

空中成像的核心原理基于光场重构,通过等效负折射率平板透镜将光源发散的光线重新汇聚,在透镜另一侧形成一个1:1大小的实像。微观结构上,透镜由密密麻麻的晶格和光栅组成,通过排列使光线产生“负折射”现象。具体实现有四种路径:逆反射悬浮(通过反射面重构光线)、AI板(大量反射镜胶合)、光线积分(通过大量折射/反射单元在另一位置重新交汇)、计算光场(将物体离散为光斑点阵,通过衍射和干涉重构)。目前商业化应用最广泛的是基于DCT-plate的光场重构方案,由光源、DCT-plate和交互模组三部分协同完成空中成像。

ASKA3D技术解构——双镜反射与垂直镜结构

日本ASKA3D是全球空中成像领域的标杆产品。其基础原理是通过两个正交镜子反射光线,入射角和出射角相等,从而在板的目标轴上以1:1比例显示实像。结构上采用整齐排列的垂直镜结构,看似简单的双层镜设计,实际需要实现数百微米单位的规则图案成型。ASKA3D提供两类平板透镜:树脂制板成本较低、适合大量生产嵌入;玻璃制板成像质量更优,适合32英寸大型空中显示器。产品无需复杂设置,与电脑简单连接即可使用,水平或垂直放置均可。

全息投影vs空中成像——三大核心差异

空中成像与全息投影存在本质区别。原理层面,全息投影利用光的干涉和衍射,先记录物体光波信息成为全息照片,再衍射再现;空中成像利用光场重构,通过负折射平板透镜精准控制光线入射、折射和反射。介质层面,全息投影需要幕布(水幕、烟雾、全息膜、旋转叶片等)作为承载;空中成像完全无需介质。关键技术层面,空中成像基于微纳结构光场调控,通过无源光波导阵列器件实现实像,并可支持人机互动。精度是核心壁垒——加工精度需达80-120纳米(数十道工艺),交互精度需达2毫米才能实现精准点对点交互。

表格:
空中成像技术核心指标与实现路径
技术指标具体要求技术路径代表厂商
加工精度80-120纳米微纳结构光场调控东超科技、ASKA3D
交互精度2毫米点对点手势识别东超科技、像航科技
亮度补偿≥500 cd/m²高亮显示器各参与者
可视角度±45度防窥设计东超科技
点击阅读报告原文: 新技术前瞻专题系列(五):空中成像行业:风起于青萍之末-241108(25页)
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