TW200900887A - Device for generating holographic reconstructions with light modulators - Google Patents

Description

200900887 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明為-件利賴絲產生全像重建的裝置，包含： —至少一像素化調光器，能至少由-光源所照射， ——聚焦式光學元件陣列，其中各光學元件會指雜該調光 器^組可編觸像素，而域光學元件能將辆投影至該調 光益後方之-影像面内，以便形成光源影像，以及 -—控鮮元’該單元能連接雌調絲，並以電腦程式的 協助’為該調光器之像素化編碼面計算出全像碼。 在本發明背景中，「像素化調光器」—詞不應被理解為—具由斷續 +式可，元件所排顺成的調光器。其也是—具包含連續編碼面的 狀™彻所要壬現m就可將該編碼面正常地分割為斷 而且 絲元件」-詞不應被理解為傳統玻璃透鏡，而且也不庫 由傳統玻璃透鏡所組成，而是能更廣義的理解該元件i 而且 ^或繞縣學元件，也能由折射魏縣學元件所組成， 该光學元件能滿足同樣的功能。 【先前技術】 在文件W0 2006/119920 A1說明了一個能產生圖像之全像重 建的裝置’尤其是指能產生三度空間景象的裝置。 例如倘若—電腦產生的全像圖資訊能儲存在該像素化調光器 200900887 ^而且此用充分的相干光來照射該調光器的話，就能在一重建 個—度空間景象的重建。然而，由於該調光器内 的f象圖會有__，所料想得_週離連態也會以 ^ &射卩自數型㈣現。按照所制之全像編碼法，也會在一 ' '内出現不想得到的區域，因此該繞射階數必須濾除。 排除擾動、VO㈣數的傳統方式，是使用—濾波單元，例如使用能 慮除此類痛卩冑數的4f _。該濾波單元能標定尺寸，故只有小 於、兀射P白數、或等同於一繞射階數的區域才可通過。 例^此類方_用於文件DE 10 2005 023 743 A1。該文件說 Γ產生!象之全像重建的全像投影裝置與方法，是_一度空間 與二度空間可編碼調絲、上述裝置由-歧所組成、-聚焦式 光二系、、4娜應之調光器、―投影系統、與—濾波孔徑，而該 孔徑排列於該調絲、細及該投影I統之間，而且位在該光源影 像的影像面内。 …该聚焦光學系統表示該調絲的絲照明祕，*且也是該 ，源的光學影像系統，該系統能將光源成像至該光學照明系統的 象面”中同時會在该光源的影像面内產生該調光器的傅立 轉換。 〃 —该投純置由-㈣單元馳成，該控鮮元不但能對該調 光讀動態編碼，而且也能追蹤該可視區域，使該全像重建能重 建於-變動的觀察者位置。為了達成此目標，必須提供連接至該 200900887 控制單元之一位置偵測系統。根據該觀察者的實際位置，調整該 調光器的編碼，使該三度空間景象的重建’能出現在一水平、垂 直與/或軸向位置内，並能在水平方向與/或在垂直方向上，以 一角度所替換與/或轉向。 以上描述之該投影裝置的尺寸關係可以調整，而能以一種較 大、且觀察者方便使用的直視裝置形式出現，例如對角線為2〇英 于大j、為典型桌上型監視器的顯示器，故可在該調光器上執 仃-濾、波程序’而其巾要為該整具調結以及i波單元的相干 照明提供單一光源。該備有2〇英时顯示幕的直視装置是由該光 源、-聚焦式光學系統、該對應調光器一投影系統、與一滤波 孔徑所組成’該舰孔徑於該調絲與該投影系統之間:且 位在該統影像之影像_。該缝孔獅—孔道触成，該孔 道只能讓該調絲所要求之—傅立葉轉換繞射階數通過。該投影 系統會將該孔徑投影至睛間代表峨察面㈣—平面。該2 平面内的觀察者能在—可龍_，看見該全像鱗，而該職 區域會對應於該傅立葉頻譜之一繞射階數。 / 除了該·孔徑外，該對應之濾波單元至少還需要兩 =中至片的大小和代表該顯示幕的該調光器相同。這 表不例如在該全像編碼之2Q料顯示面板内 ； 必須至少有40公分。 ㈣鏡的直徑 由於通常只有在焦距與孔徑之比例大於一的時候，透鏡才會 8 200900887 呈現一適當影像品質，且由於鶴波會在該光源影像的位置上出 現，此處為該第-透鏡之聚焦面以内，故本例要求_光器面板 丽之-濾波器單it (即第1透鏡、濾波孔徑、與第二寬透鏡） 的厚度’實際上要大於4G公分。在裝有—調光器面板以作為一榮 幕的該直視裝置内，倘若使用大型顯示幕時（例如對角線為洲英 忖），提供-片達該螢幕大小的寬透鏡將會十分複雜，此外，如同 描述一樣，該濾波單元的厚度會很大。 設計-件包含如·述尺权該光學元件的全像直視裝置時 會有一個問題，就是體積很大而且很重，這是所不希望的結果。 顯示全侧時還有另―_題，由於商_光輯用料尺 寸的關係，Μ能提供非常小的可職射角，該缝反而會形成 一較小的觀測視窗。 θ 乂 按照文件US 3, 633, 989所_之顯示全像方式，是採用_ 全像圖（只有水平視差），其中一全像圖編碼只能在—度空間執 行。該-度空間全像關數值能單出，且通f ”入:調 器之個別财。在本射，為了提高該繞㈣度，以並排方式排 列之多重像素所編碼的全像醜值，通魏用排胁數列以L 像素來進行彼此編碼。 勺 在該調光器内使用一度空間全像編碼時，只可能發生—声办 間全像重建。因此由該調光器之—度如胸全像軸= 光波，會延伸於該可視區域的水平方向上。 Λ 200900887 【發明内容】 口此本發明的目標是要提供能以調光器產生全像重建的一 t置’ 4上述裝置，—方面至少能避免在該光學系統上使用 p貝勺配i而且另—方面可提高使用於該可視區域的繞射角 度。在該軸向上應儘量讓該裝置的尺寸保持最小。 為達上述目的，本案提出一種以調光器產生全像重建之裝 置，其由下列元件所組成： 至像素化調光器，能至少由一光源所照射， κ 了 “、、式光予元件陣列’其中各光學元件會指定給該調光 tr組可編碼的像素’而且該光學元件能將光源投影至該調 光碰方之-影像面内’以便形成光源影像，以及 -7制單元，該單元能連接魏調光器，並叫腦程式的 協助’為該調光器之像素化編碼面計算出全像碼。 列包—__會衫給該調光器，該陣 u 、且分布於接近該光源影像之影像面 孔徑陣列内會形成孔， 士思' 頻譜的定義續m周先益全像編碼所產生繞射 立葉轉換之-繞射階數。 ^小於、或等於該傅 包含-光學射線加I魏之絲 照明該調光器。 亥凋先态之前，以 10 200900887 位於該光學射線加寬系統與該聚焦式光學元件陣列之間的一 具動態快門調節器。 包含許多光源之-光源陣列可配置於該調光器前方，可作為 該調光器的另一項照明。 ’~ 該裝置可由-光源_敝成，其巾第—光學元件陣列為_ 光學射線加寬系統，以及含有多個球面光學元件之第二光學元件 陣列，例如球面透鏡形式，以作為該觀察者的螢幕。 一電源供應單元會指定給該光源、或該第—光源陣列。 使用於該調光器編碼之該控制單元是一控制系統的一部分， 該控似統由控繼光源_的單元、與/或控制該濾波孔徑陣 列之單it、以賴_贿者真錄置之位置_單元所組成。 該位置偵測單元能至少由信號連接該兩單元。 …可選擇將該兩單元連接至—賴錢，該替換裝置能替代該 兩單元之各辦面、該光源_的絲、與/域表該移動零件 之5亥滤波孔辦列㈣波孔徑，而麟來自該位置侧單元之信 號做出反應。然而，鄕—與第二光學元件_也是—種可被取 代的設計。 該光源_與該濾波孔徑_可被設計成靜態料、或被設 计成可由该控制系統所調整的動態光學零件。 例如該調光n的像素化編碼面的像素為—方型設計。 該第一光學元件_表示鞠光器之-個光學酬系統，也 11 200900887 通過 是該光源_之-個光學成像系統，該成像系統能將該光源陣列 成像於《焦面之内，而該聚焦面能做為該調光器的傅立葉面， 其中該光_列的影像與該調光器之_部分像素的傅立葉轉換 相互-致，故可使光線能經由該調光器而照射出來，而且並中飞 濾波孔徑_配置於靠近該聚焦面附近，能讓所指定的繞射魏 該滤波孔徑陣列會顯示出格狀排列的孔徑，該孔徑只讓該傅 立葉轉換之蚊繞射階數通過，或只讓該傅立轉換 繞射階數通過。 奇疋 、包含特定二度空間球面透鏡之該第二投影光學元件，能將該 濾波孔徑陣列的孔徑投影至—_時可作為該觀察面的第二平面 内。光學元件錢波孔徑為相互湖，使所有孔㈣影像會在該 觀察面内重疊，而形成一觀察視窗。 θ 该第-光學树陣列為—個二度空間排列的球面透鏡，該透 鏡配置於該光源陣列的點光源後方。 …该第-光學元件陣狀單—球面透鏡的尺寸關、以及該第 二光學树陣狀單—球面透鏡的財範圍，通常是在大約三至 十公分之間。 — 該濾波孔徑陣列之孔徑大小和該調光器之像素_ ρ有關， 而且和該第一光學元件陣列之透鏡的焦距有關。 該濾波孔徑陣列可以是一個快門調節器，其可控開口的尺寸 12 200900887 為该快門調節器之單—像素或數個像素大小。 碼的電腦程式可 按照本發明，該控制單元内調光器之像素編 改編為該裝置的設計。 ' =_全像圖’則可在該調光器之單—列或多列中相 I、水平排列的鄰近像素中，進行該全像圖值的編碼。 t ^統中，尤其在該控制單^，有可能只在—度空間内 像編碼，其中寫人該調光器之—組行或—組列 彼此均有關聯性。 =第-光學元件陣列可以是含有柱狀透鏡之—雙凸透鏡陣 透鏡是由線狀光源·射，而且縫定為含有狹缝孔徑之 -濾波孔徑陣列。 ^調光器之充分相干照明必須只在該組部份列雜成的區域 μ元成。

為I追_鮮者的可視_，可制—觀#代該孔徑位 之動I、决門S周節盗，以作為—濾波孔徑陣列。 该光轉舰組成—鄰近排列之賴、，該光源能接續地個別 〜其中上述排列能在一特定時間間隔内，對一特定垂直段落 進行照明，而該控儀統能控制該時間間隔。 η為了放大域齡者所使_該可涵域，尤其是在垂直方 向上’就賴伽發散透鏡，財體發散透鏡也有—發散透 、兄車歹】的形式’籍散透鏡陣顺直接配置於該濾波孔徑陣列後 13 200900887 方。 由於在光學上必須依照該調光器所使用之該設計和編碼方 式，故必須制含有圓觀敗—度空間狹縫濾波孔徑陣列或二 度空間濾波孔徑陣列。 、、靜〜方式°又相子匕也遮罩形式的該濾波孔徑陣列。 為I、敬可視區域’或者定期掃描—特定可視顧，就要提供- 動心遽波孔么陣列’利用該控制系統之可控替換裝置的協助就能 實現該目標。 I慮波孔彳工陣列可為—快速切換振幅調節式調光器，其中該 個別像素的透光度發生變動時，會引起—濾波效應，其中能作為 孔從使用之該啟動像素的尺寸，大致上會符合該靜態濾波孔徑陣 列的開孔大小。 以摘缝波孔徑陣列所排列之該光源陣列，可以是一種快 速切換振幅調節式調光n，而用—絲就可完全照射該調光器， 其中該個聰素透光度的變化會造成光束的通過，其巾能作為光 束通道孔彳i使用之像素’其尺寸會符合該靜態n陣列之光源直 徑的大小。 以下將利用一些實施例與圖面協助，以便更詳細地描述本發 明，其中： 圖1概要顯示根據本發明產生全像重建之一裝置的侧視圖或 上視圖； 圖2 顯示含有方形像素之二度空間可編碼像素化調光器之編 14 200900887 碼平面的細節； 圖3 圖3a 圖3b 圖4 要』不根據本發明產生全像重建之不同裝置的側視 圖，其中 颂不對本發明極重要之裝置零件的排列，以及 顯不—度空間可編碼像素化調光器之編碼面的細節； 概要顯示根據圖！與圖3a，包含—可調式濾波孔徑陣列 與—可調式光_列之本發明而產生全像重建之—裝置 的側視圖； 圖5 圖6 圖7 圖8 圖8a 圖8b 概要顯示根_ 3a之包含„散射透鏡陣列的本發明產生 全像重建之一裝置的側視圖； 概要顯示根據本發明之該裝置的部份4f排列； 6，在相單位圓上之聚集像素的兩像素相位； 7、^ ^像素之兩個振幅—相位位置圖，根據圖6與圖 ，该聚集像素由兩個像素所組成，其中 顯示在濾、波前，該位置之振_«性，以及 顯示藉由一雙凸透鏡陣列的據波後，依位置而定的振幅。 實 施方式】 目所纟且成： 外框3之该裝置至少由以下項 包含多光源41之一光源陣列4， 15 200900887 於該光源陣列4後 至少一像素化調光器2,該調光器配置 方 -一聚焦式透鏡陣列％光學元件陣列）， 指定至該調編之-組可編碼像㈣，且其:該=: 將該光源陣列4之個別光源41投影至該調光器2後方之 像面6，以至形成光源影像42，以及 如 -一控制單“，該㈣單元要連接至該調光器2，並以電腦 程式的協助，算細細2之像素化編碼面⑵的全像編石馬。 根據本發明，-濾、波孔徑陣列δ要指枚該調光器2，該陣列 許多孔# 81域在接近飾綠像42之該影像面6，該孔徑幻 會形成於該缝孔徑_8之内，而會讓職侧譜之—特定繞 繼數通過，或賴繞_譜之部分較繞射_财，其中^ 繞射頻譜是由該調光器的全像編碼所產生。 Λ 根據圖1，本發明裝置1進—步由含有一光學射線加寬系統 12之-光源1卜以及含有多個球面透鏡⑶的一個第二透鏡陣列 13(光學树_所組成，以作為該觀察者14的螢幕而代替一光 源陣列4。—電源供應單元15會指定給該光源η，或指定給無關 於該先源11之該第一光源陣列4。根據圖1，可為該調光器2編 碼之該控制單元7為—控㈣統16的—部分，該控·統進一步 由控制該柄期4之單元17、與控_濾波細翔8之單元 18、與偵測該觀察者14位置之位置偵測單元19所組成。該位置 16 200900887 偵測單元19至少會以信號連接至單元17與單元ι8。單元17與單 元18要連接至一替換裝置20,該裝置能替代其各自平面内的可移 動零件，例如該光源陣列4之光源4卜與/或該遽波孔徑陣列8 之濾波孔徑81，或該透鏡陣列5(光學元件陣列）之透鏡51，以便 能對來自該位置偵測單元19的信號做出反應。 圖1顯示在-全像編碼調光器2上執行濾波的過程，根據本 發明’該調光器構成該裝置i的―部分，且該光源陣列4連_ 第-透鏡陣列5(光學元件_)、_波孔徑陣列8、與該第^透 鏡陣列13(光學元件陣列），而使用於該裝置内。 ，"1项妒170益z炙像素化編碼面22，J：中并声 ::之該像素21，會配置在顯示於圖丨之該取座標系: 且:二Γ4;於此，'表示兩鄰近像素21— 轴^ 心，胁繼1辦術配置於該 明丰r 先件陣列5代表該調光器2之—光~ 明系統，也是該光科列4 先予知 陣列4投影料w ⑽統’ _統會將該光源 立化U像面），該聚焦面會作為_光哭_ 立葉面，其中該光源陣 尤。。的傅 像素的傅立荦轉換致 會與賴光器2之個別部分 f轉換-致，而光線會透過該調光器射出 被特疋繞射階數通過之該濾波孔 ,、中能 附近的位置。Μ δ θ配置於接近該聚焦面 慮波·陣列8有呈現格狀排列之赌81，該孔 17 200900887 讓該傅立葉轉換之蚊繞働數通過，或讓該傳立葉轉換 之口 P分特定繞射階數通過。包含該二 一、 _ 一度工間排列之球面透鏡131 投影透鏡陣列13(光學元件陣列），會將該孔㈣投影至 面61内，該第二平面可同時作為該觀察面，其中該個別孔 靖的影像會重疊於―可麵域内。在該觀察㈣、以及與該傅 一=，之__-致的該可視區域内，—觀察者14能看見該 —度二間景象之全像重建9。 y °亥弟一光學几件陣列5可以是一片二度空間排列的球面透鏡 :亥透鏡配置於該光源陣列4之點光源41後方，其中會提供由 U組成之-個二度空間濾波孔徑陣列8、以及—個第二光學 =1_過_列4、5、6、與13之行列的該裝 置1剖面圖。 例如该第一光學元件陣列5之單—透鏡.以及該第二光學 林陣列13之單-球面透鏡131的尺寸，通t會介於三至十公分 的範圍内。 在Z方向上’由於有該陣列4、5、6、與13的濾波，該裝置 厚度'、會適度增加’而且甚小於與寬透鏡排列有_的尺寸， 在先前技術章節中曾描述過該寬透鏡。 ★此處之該濾波孔㈣列8為包含小鋼口（即孔徑81)之二 2 M。狀刀布。如圖2所不，該孔徑81的大小與該調光器2的 素門距P有關，而且無第—光學元件陣列5之透鏡5丨的焦距 18 200900887 錢，該树_會決定該傅立葉面内之繞射階 範圍以内，一特定值會介 圍。在該 4、 丨於〇.1 _與0.2 mm之間。 波孔k物8也能作為具備可控開口之 該可控開口的尺寸為該快 卩 、Π凋即态， 、凋即益之一個像素或數個像素的大 為該控制單S7之調光器2的像素21進行 。 式，可改編為該裝置之設計。 ’’、、、电恥程 相較於圖1，圖3盥f /、 、’、s小之彳σ式’綱要地顯示根據本發 明之該裝置1所產生的全像f g rb ^ ， ；王像重建9卜其中該裝置由—光源陣列 43、第一光學元件陣列5、一，本„„ 9 千〜ΰ 凋先态23、以及一濾波孔徑陣列8 所組成，而該濾波孔徑陣列配置於該調光器23的後方，並位於該 光源影像42之影像面6之内。 人 如圖3與3b所示’為了降低所要求之全像_計算時間，先 前顯示全像圖之技術僅水平視差）全侧，其中該全像 圖僅在-度空間編碼’例如在7方向。彼_立計算求出的振幅 值與相位值通常會寫入該調光器23的個別列中。在該調光器23 内使用-度㈣之24、25、26、27崎全像編销&可能會發 生一度空間的全像重建。例如由於該調光器23之一度空間Hp〇全 像圖而造成§玄光波的繞射，只會在該平面βΐ之可視區域内的水平 方向上延伸。 於此，如圖1所示，該第一光學元件陣列5與7或該第二光 19 200900887 學元件陣列13，可為包含柱狀透鏡之雙凸透鏡陣列，該透鏡由線 狀光源41所照射、且指定給含有狹縫孔徑82的一個濾波孔徑陣 列8。對ΗΡ0全像圖而言，圖1顯示該裝置！的上視圖。然而，通 常也可能僅利用VP0 (只有垂直視差）全像圖，其中所有内容的角 度都會偏轉卯度。 為了放大繞射駿並且放大該平面61的可用視區，例如在一 個ΗΡ0全像圖内，有可能會糊一全像圖的多顺合來代替多行 組合，以便對一複雜全像圖數值進行編碼。 例如在雜制早元7執行計异听，一複數可能是由多個相值 所表示，其中會在該水平方向上計算該—度空間排_複全像圖 數值，即在y方向上計算，而形成—複數之該相值，會在該垂直 方向上，以像素方式排列於彼此的上方。為了達成此目標，由列 ^25、26、與27所形成之—群組找只需要—相干照射即可。 :-嶋23之列24、25、26、與27所形成之—群㈣為相干 ::出就會該各謝’於該垂直方向上(例如. 先％上出現-條不敎發生酿礙，其中±述_ 成 並導致該預期重建的偏差。 ’、、、角度， 圆如顯示，如果列24、25 算僅會財料絲虹^ ^目干騎，該全像計 _列8 _釘，執行魏朗程；每—慮波孔 干照射列24、25、26、27所开獻 =异都是相 手、，且28廷樣就有可能對全 20 200900887 像值進行觸’並且會在水平方__狀像素、以及在垂直 方向排列於彼此之下的像素内，執行此處之該全像值的編碼。 根據圖1 ’當-4f排列型態之濾波單元至少需要兩個彼此依 序配置之光學元件陣列5與13的排列，而該第—光學耕陣列5 可達到-傅立葉轉換、且該第二絲元件陣列13則達到—逆轉換 時’如圖3、4、5所示’該裝置之實施例並非必然對該影像面6 產生-逆轉換，其中少數調光器列24、25、26、27為相干性相加。 如圖3a、4、5所示，該控制單元7只會在該水平方向上，利用一 度空間傅立葉轉換，計算該調光器23上之複振幅值與複相位值。 如同調光器列24、25、26、27的相干性相加，在垂直方向上，該 β像面6之㈣職信號本身會被轉換（或不期望出現之部分會 被遽除）’ *且並^是其傅立葉機。然而，如圖4卿，一觀察 者14必雜在該平面61 _可樞域巾遞直鷄，以使其能 看見及最初鍵9卜或因此由多健直位置處看見替換重建犯。 為達到此目；^ ’光線必須從該影像面6傳遞至該相應之垂直位置。 圖5頒不1务散透鏡陣列53，該透鏡陣列配置於該影像面6的後 方而且5亥透鏡陣列可加寬光線於垂直方向傳遞的角度大小。 然而，為該觀察者14調整該平面61内之可視區域所優先考 慮的方法，可以是—個動祕Η，以取代該紐孔彳辨列8内部 之孔從81或82的位置。結合該調光器2與23之數值調整（例如 田利用-相位編碼法時，可替—整列加人—特定相位補償），或結 21 200900887 用一 源陣列4 ’就可達到該目標。這樣的好處是可以利 用一具切換速率較慢的調光器2。 例如參照圖4，後方亦可為—弁 源她之該單元！7的控制下，其中能在控制該光 相互切換。在—特定間_ 41可進打彼此 -特定垂直區域。 场心㈣方位標以所指定之 ^摘示可用該方向標記F，來替換該影像面以滤波孔 先崎82，其中_、波細她也可以是—侧態調 f 5朗可·㈣之發親鏡52，為賴察者14放大該 r 52的=可用視區的上述可能性，其中該整片平行方位發散透 彳^散透物53，該陣列可直接配置纖波孔 一根據本發明’該裝置（結合一光源陣列4，可為一全像圖之單 一區域’濾除不希望出現之繞射階數，其中必須凝聚足夠之一光 ^41以照射該全侧。這種情纖可_侧波裝置，並配 在-大型全像螢幕13的前方。按照使用於該調光器2與烈之 ^十與編碼方式’可選擇使用一度空間方向（最好是狹缝型）之 U孔徑陣列8 ’或選擇二度空間渡波孔徑陣列δ (最好是 徑）。 靜態形態 該濾波孔徑_ 8可以為—孔徑遮罩之 22 200900887 衣置1的另-種實施例’即能為該觀察者追蹤該平面w ，疋可視區域、或做疋期掃描者，就是經由該控制系統Μ之 可控替換裝置2G而形成該濾波孔徑陣列8的動態設計。 例如4濾波孔徑陣列8可以是一種快速切換振幅調節調光 2，其中個別像錢像素群組的透光度變動會影響—毅結果。 月b做為孔# 81使狀該像素或像鱗_尺寸大約是該孔徑幻 的開孔大小。由於湘彼此不相干之光·射猶波孔徑陣列8 之個別濾波ϋ單元，所以該驗孔徑_ 8不會產生新的繞射結 構。 與該濾波孔徑_ 8相同之該光轉削可以是—個快速切 :式振幅調節調光器，其中個別像素或像素群組的透光度變動會 導致光線的通過，而且能作為光線通道孔洞之_像素或像素群 組的尺寸，大約是該靜態光鱗狀光源41的直徑大小。 以_U田述之s亥濾波孔徑陣列之建議應用就是要濾除像素中的 角度相依相位移’該相位移是在多個鄰近相位像素内進行複全像 值編碼時所不希望發生、但卻又無法避免的現象。由於代表一全 像圖數值的像素會以麟方式洲，而不是彼此制在後方，所 以除了會在編程中出現這種不希望發生的相位移外，也會造成預 期出現的相位移。現在以一實施例來做解釋，其中該光學元件陣 列5、陣列13、以及該濾波孔徑陣列8可理解為構成—4f遽波排 列，且其中可僅利用兩相鄰像素的相位值，就能對一複全像值進 23 200900887 行編碼。 圖6顯示-個部分4f排列31的軸向區域，其包含一調光器 2、-配置於本實施例後方之第—聚焦式光學元件陣列5、以及— 個第二聚減光學元餅列13，光學元件陣列配置 於後方、且在該第二聚焦式光學單元陣列之後，會提供該調光器2 之濾、波像素資訊以作為ϋ，其中包含該孔徑81之濾波孔徑 陣列8可配置於兩個光學元件陣列5與陣列13之間。 、該第-光學元僻列5是由縣光學元件51之綠式透鏡組 成’而該第二光學元件陣列13也由做為光學元件131(球面透鏡） 之聚焦式透鏡所組成，其中兩慨學元㈣列是用雙凸透鏡陣列 形式所設計。 為了该複全像值的兩相編碼，兩像素291與292分別會形成 一組或形成料像素29，其中聚集像素29的尺寸與該透鏡51的 大小相同。如圖6,該透鏡51之尺寸的標準值為6Q _，孔徑81 的尺寸為10 μιη，該調光器2與該濾波孔徑陣列8之間的距離、以 及該出口 30與該濾波孔徑陣列8之間的距離均為lmi。這些尺寸 要特定規定，以便能與先前技術所用之直視裝置的尺寸做比較。 圖7顯示僅利用含有軸lm (虛部）與恥（實部）之該相位 單位圓293的兩個相位值，對一複全像值所進行的編碼，其中按 照一相位平行四邊形295，必須加入該像素291的相位2911、以 及該像素292的相位2921，以便能形成該聚集像素29之一合成複 24 200900887 ，294 ’其巾該合雜會呈現獨於1、以及 幅值。這贿會在圖触範繼。的細振 〇. 3 eH ^ 素 32(Macrc Pixel)之複值 「L lr d · 1所代表的兩相，其中以值「Q. 3」表示該振幅，以值 」表不她。根據目7，該複值可㈣編碼相值 之該像素291、以及〜―〇 m之該像素胸 ，、的振幅相等而且其值為Γ1」，該像素291之像素相位29ΐι 如」，而該像素撕之像素相位2921為「_〇 17地。 t了顯示麵解—像素之她外，如絲傾斜歧照射兩像素 才由於5亥像素是以並排方式配置，兩像素之間也會發生另一個 额射角相依的相位移。此額外的相位移會竄改該希望之複值， 各像素群組之4f濾」皮會濾、除此相位移，因此事實上，聚集像素 32 9在„亥#系統的出口處，呈現該希望之相位與振幅。 ▲在:像面6内進行濾波前後的比較結果顯示於圖他，而所要 比車,!!疋$4f排列31内部的實際濾波以及計算紐，其中將該 調2之像素291與292的編碼濾除前的數值、以及將該雙凸 透叙排列光學το件陣列13正後方該出口 3{)濾除後的數值，均可 利用有關振幅與相位的直線來表示，上述直線會以幾乎平行於該 $座標㈣態繪出。目8b是有關魏波料像素29以及該理 二複值聚集像素32之間的合成振幅擾動與合成相位擾動，其中些 4之偏差可加以忽略，根據本發明之該裝置1的功能，以及利用 龟月甸程式所計异的該複值之間，會有極高的一致性。 本案所揭露之技術，得由熟習本技術人士據以實施，而其前 25 200900887 所未有之作法亦具備專利性，爰依法提出專利之申請。惟上述之 實施例尚不足以涵蓋本案所欲保護之專利範圍，因此，提出申請 專利範圍如附。 26 200900887 【圖式簡單說明】 以下將利用一些實施例與圖面協助，以便更詳細地描述本發明 其中： 圖1概要顯7F轉本發喊生全像重建之—裝置的侧視圖或 上視圖； 圖2顯示含有方形像素之二度空間可編碼像素化調光器之編 碼平面的細節； 圖3概要顯不根據本發明產生全像重建之不同裝置的侧視 圖，其中 圖3a絲貝示對本發明極重要之裝置零件的排列，以及 圖3b顯示—度空間可編碼像素化調光器之編碼面的細節； 圖4概要顯示根據圖j與目加，包含一可調式滤波孔徑陣列 與—可調式光源_之本發明而產生全像重建之一裝 的側視圖； 圖5概要顯示根_ 3a之包含—散射透鏡陣列的本發明產生 全像重建之一裝置的側視圖； 圖6概要顯示根據本發明之該裝置的部份4f排列； ^辭根顧6，在相單位圓上之聚集像素的兩像素相位； 如—聚雜素之_振幅-相位位置圖，根_ 6鱼圖 7’該聚練素φ兩個像細域，其巾 ’、 圖％顯示在滤波前，該位置之振幅的相關性，以及 27 200900887 圖8b顯示藉由一雙凸透鏡陣列的濾波後，依位置而定的振幅。 元件符號簡單說明： 1裝置 2第一調光器 21像素 22編碼面 23第二調光器 24第一行 25第二行 26第三行 27第四行 28群組 29聚集像素 291第一像素 2911 像素相位 292第二像素 2921 像素相位 293單位圓 294合成相位 295相位平行四邊形 3 外框 28 200900887 4 第一光源陣列 41光源 42光源影像 43第二光源陣列 5第一光學元件陣列 51透鏡 52發散透鏡 53發散透鏡陣列 6影像面 61可視區平面 7控制單元 8濾波孔徑陣列 81第一孔徑 82第二孔徑 9重建 91重建 92替換重建 93放大重建 10 xyz座標系統 11光源 12光學射線加寬系統 200900887 13第二光學元件陣列 131球面透鏡 " 14觀察者 ' 15電源供應單元 16控制系統 17控制光源陣列單元 18控制濾波孔徑陣列單元 19位置偵測系統 20替換裝置 30出口 31部分4f排列 32理想複值聚集像素

Ini虛部 Re實部 30

Claims (1)

1. 200900887 十、申請專利範圍： 1· 一種以調光器（2, 23)產生全像重建之裝置（1)包含： -至少一像素化調光器（2，23)，由至少一光源（11，41)所照 射； --聚焦式光學元件陣列（5)，其中各光學元件(51)會指定給 該調光器（2, 23)之一組(28; 29)可編碼像素（21; 24, 25, 26, 27; 291，292)，而且該光學元件（51)能將該光源（11， 41)投影至該光源(2，23)後方之一影像面（6)内，以便形 成光源影像(42);以及 •1工制早元（7) ’其能連接至该调光盗（2，23)，並以電腦程 式的協助，算出該調光器（2，23)之像素化編碼面（22)的 全像碼(Holographic Code); 其特徵在於：指定一濾波孔徑陣列（8)給該調光器（2，23)， 該陣列配置了許多孔徑⑻，82)、且位於接近該光源影像(42) 之影像面⑹附近、同flf會在魏波隸陣列⑻内形成孔徑 ⑻，82)，而使孔徑能讓該調光器（2, 23)之全像編碼所產生 之繞射光綱特定區域通過，上述特定區域之大小會小於傅立 葉轉換之一繞射階數、或等於傅立葉轉換的一繞射階數。 .如申請專利顧第1項所述之以調光生全《建之裝置， 其特徵為包含一光學射線加寬系統⑽的光源⑻，且該對 200900887 焦光學元件陣列⑸會配置於該調光器（2, 23)的前方，以昭射 該調光器（2，23)。 3. 如申請專利範圍第！項所述之以調光器產生全像重建之裝 置，其特徵為，位於該光學射線加寬系統(⑵與該對焦光學元 件陣列（5)間之一動態快門調節器。 4. 如申請專利範圍第i項所述之以調光器產生全像重建之裝 置’其特徵為包含許多光源⑷)之—辆_⑷會配置於該 調光器（2, 23)的前方，以照射該調光器（2, 23)。 5. 如申請專利範圍第【項所述之以調光器產生全像重建之裝 置’其特徵為由包含許多球面透鏡（131)的_彳目第二光學元件 陣列⑽所城’該球面光學元件會形成纖察者⑽的榮 幕’而且配置於該濾波孔徑陣列（8)的後方。 6. 如申明專利範圍第1項至第4項所述之以調光器產生全像重建 之裝置，其特徵為提供一電源供應單元（15)給該光源（丨丨）或該 第一光源陣列(4)。 7. 如申請專利範圍第1項至第6項所述之以調光器產生全像重建 32 200900887 之裝置，其特徵為能對調光器（2, 23)進行編碼之該控制單元 (7)為一控制系統（16)的一部分，該控制系統的組成包括該光 源陣列（4)之一單元（17)、與/或控制該濾波孔徑陣列（幻與 /或該第一光學元件陣列（5)與/或該第二光學元件陣列 (13)之一單疋（18)、與偵測該觀察者（14)之實際位置之一位置 偵測單元（19)。 8. 如申請專利範圍第7項所述之以調光器產生全像重建之裝 置，其特徵為該位置_單元⑽至少應以域連接至單元 (17)與單元（18)。 9. 如申請專利範圍第8項所述之以調光器產生全像重建之裝 置’其特徵為單元（17)與單元⑽可選擇連至一替換裝置 ⑽，該裝置能替代各單元各自平面内的移動式零件，㈣光 源陣列(4)之光源(41)、與/或該遽波孔徑陣列⑻的濾波孔 控（81)”或該第—光學元鱗列⑸與/或該第二光學 凡件陣列（13) ’以對來自該位置偵測系統⑽的信號進行反 應。 〇. 士申#專利|&圍第1項至第9項所述之以調光器產生全像重建 之裝置’其特徵為該陣列（4, 8)可設計為靜態光學零件，也 33 200900887 可設計為動態光學零件，並受該控制系統(⑹的控制。 η. 第1項至第1Q項所述之以調光器產生全像重 建之農置，、特徵為該第—光學元件_⑸表示該調光哭 (2, 23)之-光學照明系統，而且也表示該光源陣列⑷之二 光學投影紐統能_統_⑷縣至該對焦面 内’而該對焦面也會形成該影像面⑹，也能被當作該調光哭 (2, 23)的傅立葉面，其中該光源陣列⑷的影像與該調柄 «，⑼之個別部份像素⑵；24,沾，％，2?; 291，卿 的傳立葉轉換—致，光線能透過該調光器射出，且其中能讓該 特疋、VO射數或物分鱗定繞射階數通過之該濾波孔徑陣 列⑻要配置在靠近該影像面⑹的位置。 12. 如申請專利範圍第u項所述之以調絲產生全像重建之襄 置’其特徵為魏波孔徑_⑻會㈣錄遮罩形式之格狀 排列的孔徑(81，82)所呈現，而僅讓該傅立葉轉換之特定繞射 階數通過、或讓部分該傅立葉轉換之特定繞射階數通過。 13. 如申請專利範圍第【項至第5項所述之以調光器產生全像重建 之裝置其4寸徵為包含該二度空間排列之球面透鏡（⑶）之該 第二投影光學元件陣列⑽’能將該濾'波孔徑陣列⑻的孔 34 200900887 徑⑻，82)投影至該可視區域所指定、且同時可作為該觀察 面之-平面（61)内’其中該光學元件與濾波孔#為相互排列， 使該平面(61)内所有孔徑⑻，82)的影像重疊，並形成一個 觀察視窗。 R如申請專概圍第n賴述之以調絲產生全像重建之裝 置，其特徵為該第-光學元件_⑸為二度空間球面透鏡 ⑼排列，該透鏡配置_第—光源陣列⑷的點光源⑷） 之後。 15.如申請專利範圍第12項所述之以調光器產生全像重建之裝 82)尺寸與該調 =⑵的像她_關，而且也和該第-光學元件陣列⑸ 之透鏡(51)焦距有關。 16. 圍第1項至第15項所述之以調光器產生全像重 可控開，為—快_器，其 :為：門調節器之一個像素、或數個像素大 十為一繞射階數、或-繞射階數的部分大小。 17.如先前申請專利 範圍中至少-項所述之以調光器產生全像重 35 200900887 器（2)之像素 編為該裝置（1)的設 建之裝置，細徵為能為該控制單元⑺_光 (21，29)作全像編碼的電腦程式，係可改 計。 18.=:專:範圍中至少-項所述，光器產生全像重 衣置Ά徵為鮮-絲元件_⑸為—含有柱狀透 ^之雙凸透物，該賴鱗_侧， 狹缝孔徑⑻，82)之濾波孔徑陣列⑻。 9.如切憎專·騎述之以調絲產生全像重建之裝置，並 特徵為在該控制系統⑽内，尤其是在該控制單元⑺内，只 空間方向上執行一全像編碼，其中可寫入該調光器 )之一纽仃或-_之該數值彼此财關聯性。 2〇·如申請專利範圍第19項所述之以調光器產生全像重建之裝 置’其特徵為只有由數列(24, 25, 26, 27; 291，292)所組成 之該&(28, 29)，才需要調光n⑽之充分相干照明。 '申明專利範圍第16至第2〇項所述之以調光器產生全像重建 之4置’其特徵為為了追蹤該平面（6!)之可視區域到該觀臾者 ⑽，要使用能替代該孔徑⑻，82)位置之—動態快門霄 36 200900887 器’以作為該濾波孔徑陣列（8)。 22.如先$申請專利範圍中至少一項所述之以調光器產生全像重 建之裝置’其特徵為該光源陣列（4)是由相鄰光源（41)排列所 組成’該光源可接續地個別點亮，其中上述排列能在由該控制 系統（16)所控制之一特定區間内照亮一垂直區域。 23·如申請專利範圍第1至第22項所述之以調光器產生全像重建 之裝置’其特徵為要提供發散透鏡(52)，以便能為垂直方向之 雜察者(14)放大該平面（6⑽可職區，其中該整片平行 方向發散透鏡(52)也有發散透鏡陣列（53)之形式，該發散透鏡 陣列是直接配置於該濾波孔徑陣列之後。 24.如申請專利範圍第i項所述之以調光器產生全像重建之裝 置’其特徵為可依則於該絲(2, 23)的設計與編碼方式， 而遠擇使用-度空間狹縫濾波孔徑陣列、或選擇使用含有圓形 孔徑之二度空間濾波孔徑陣列（8)。 瓜如申請專利範圍第24項所述之以調光器產生全像重建之裝 置，其特徵為該濾波孔徑_⑻為靜態方式，而且其型態為 一孔徑遮罩。 37 200900887 26. 如先前申請專利範圍中至少一項所述之以調光器產生全像重 建之襄置，其特徵為為了追縱該平面（61)的可視區域、或定 期掃描該平面（61)之一特定可視區域，利用該控制系統（16) 之可控替換裝置(2〇)的協助能達成一動態濾波孔徑陣列（8)。 27. 如先鈾申請專利範圍中至少一項所述之以調光器產生全像重 建之裝置，其特徵為該濾波孔徑陣列（8)為一快速切換式振幅 調節調光器，其中個別像素的透光度變化會造成一濾波效應， 且其中該啟動之像素可作為孔徑（81，82)，而其尺寸大致符 合該靜態濾波孔徑陣列之孔徑（81，82)的開口大小。 28. 如申請專利範圍第1至第27項所述之以調光器產生全像重 建之政置，其特徵在於與該濾、波孔徑陣列（8) —致的該光源陣 列（4)是一種快速切換振幅調節調光器，而— （ 昭 整件調光器，其中個別像素的透光度變化會導致光束的^過，且 ^中作為光束通道開口之像素尺寸大約是該靜態光源陣列之光源 (41)的直徑大小。 38