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A volumetric display for visual, tactile and audio presentation using acoustic trapping

一种通过声波捕获显示视觉、触觉和音频的全息显示技术

摘要

科幻电影描绘的全息系统不仅提供视觉内容，还提供触觉和听觉的三维（3D）内容。基于扫掠体表面1,2、全息术3、光晶体学4、等离子5或双凸透镜6的显示器可以创建 3D 视觉内容，而不需要眼镜或额外的仪器。然而，它们运行缓慢，视觉持久性有限，并且最重要的是，它们还依赖于不能产生触觉和听觉内容的操作原理。在这里，我们提出了多模态声学陷阱显示器（MATD）：一个悬浮的全息显示器，使用声泳作为单一的操作原理，可以同时提供视觉，听觉和触觉内容。我们的系统用声学方法捕获一个粒子，并在快速扫描显示全息时用红色，绿色和蓝色的光对其进行照明以控制其颜色。通过使用带有辅助陷阱的时分复用，幅度调制和相位最小化，MATD 可以同时提供听觉和触觉内容。该系统在垂直和水平方向上的粒子速度分别高达8.75米/秒和3.75米/秒，从而提供了优于其他光学或声学方法的粒子操纵能力。此外，我们的技术为物质的非接触高速操纵提供了机会，并可以应用于计算制造7和生物医学8。

参考文献

  1. Sawalha, L. et al. A large 3D swept-volume video display. J. Disp. Technol. 8, 256–268 (2012).
  2. Langhans, K., Oltmann, K., Reil, S., Goldberg, L. & Hatecke, H. in Lecture Notes in Computer Science Vol. 3805 (ed. Subsol, G.) 22–31 (Springer 2005).
  3. Blanche, P. A. et al. An updatable holographic display for 3D visualization. J. Disp. Technol. 4 424–430 (2008).
  4. Smalley, D. E. et al. A photophoretic-trap volumetric display. Nature 553, 486–490 (2018).
  5. Ochiai, Y. et al. Fairy lights in femtoseconds: aerial and volumetric graphics rendered by focused femtosecond laser combined with computational holographic fields. ACM Trans. Graph. 35, 17 (2016).
  6. Gao, X. et al. High brightness three-dimensional light field display based on the aspheric substrate Fresnel-lens-array with eccentric pupils. Opt. Commun. 361, 47–54 (2016).
  7. Foresti, D. et al. Acoustophoretic printing. Sci. Adv. 4, eaat1659 (2018).
  8. Watanabe, A., Hasegawa, K. & Abe, Y. Contactless fluid manipulation in air: droplet coalescence and active mixing by acoustic levitation. Sci. Rep. 8, 10221 (2018).