TWI376535B - Method, device and use of device for reading out information encoded on light modulators - Google Patents

Description

1376535 101年5月^a修正替換頁 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本案為一種用來從光調變器編碼中讀取資訊的方法與裝置， 並且藉以使用一個光源與一個包含可編碼式畫素之二維編蝎表面 的可控式光調變器。 【先前技術】 通常具有一個m畫素列且每個畫素列包含n個晝素的編碼表 面之二維光調變器，將可以用來記錄電腦所產生的全像影像資 訊。另外，一般業界也經常在所述之光學路徑十使用一個與光調 變器相關之編碼表面相關的xyz三維座標系統，其中χ軸通常是 水平方向軸，y軸則為垂直方向軸，而ζ軸則為指向編碼表面的法 線方向，另外在χ方向的每個晝素列會安排配置11個晝素，而在y 方向則會安排配置m個晝素列。 過去曾經揭露的專利申請文件〇]£ 1〇2〇〇5〇21 155說明了一 種内含-健有主要光源與—個可控式絲變器之發光矩陣的可 控式發光裝置，其巾，光會糊__個成像矩陣*作集合式的成像 以穿越位於至> -個觀察者上的重製矩陣^此時的主要光源可以 是點光源、縣源或其鱗個光_具有至少—個發光元件的區 ^源。而重製矩陣可以是—個包含單—平面顯示、立體顯示或 王像貝_立_示或全像影像_…鶴 重組了Hi光觸11的編碼表面所編碼_成。此時的cgh 源之矩陳，i — 平面中作第二光線分離展開的第二光 "、’平面配置在可控式光調變器之後’並且能在光 1376535 ，ΐιΐ月16日！^替換頁 線傳遞的方向上被看見。所謂的CGH會利用變動的參數來作 碼，這完全依賴於真正的觀察者的位置而定，以使得第二 八 離展開會鄰接於確實的觀察者位置。 、*刀 然而事實上真正關題在於垂直的線光騎產生的光線 展開通常只被用來發射光線，所以相對應的全像影像也只會: 平方向中作資訊相關的展示，即使它在垂直方向中具有常數次 訊。雖然-般來說可用的光調變器通f具有—二維的編碍表面貝 所以光調變器的垂直方向只會以常數資絲編碼。這表示光調辦 器的編碼表面其麵細很小。另—侧於發歧 2 光調變器的最大繞㈣度會由晝素的大小所_而得，所 的可視區域也將會受到相當的限制。 另外，專利申請文件US 5,594,559則說明了一個光調變轉 立體顯示裝置，它們屬於—個包含了編碼後全像影像的立體顯； 益。如此的安排可以讓-個三維的影像藉由具有低空間頻率的相 位分離來作顯示。大多數具有—岐之表面區域和低解析度的平 面先調變ϋ單元會關柱狀區域或—個球狀區域的形式而被單獨 配置在-個虛擬顯示表面。—個三維的物件也將因此而從一 較小繞射階之光調變器的—個相對較大之編碼表面而在一較二 視區域裡被重組完成。 然^管如此還是會發生—_題，雜是即使細變器的 表面只有-點闕雜彎曲也會舞地_大量生產，而且此一 ϋ也^在加人侧的調變器的時候發生，所以整個重組的影像 品貝必然會受到相當的影響。 οΐ光學專刊“(APPHed〇PtiCS)第四冊，第八號，第1489頁至 、(V〇l. 4, Να 8)裡’由二科⑽咖仙τ)、奥井M.)與岡 7 1376535 101年5月16曰修正替換頁 野(Okano F.)所發佈公開的專利申請文件“利用高階繞射來擴大所 取樣的全像影像之觀察區域的方法“以⑽哈職enlargement method for sampled h〇l〇gram that uses high_order diffiacti〇n)裡，說 明了另外一種在光調變器上所編碼之重組資訊作全像影像之可觀 察區域的擴大方法’其中提供了—個由一個統、—個具有全像 影像編碼於其中的絲變η透鏡以及—鑛絲所整合而 成的光圈光罩’而且此-細光罩將配置在全像影像的富利葉平 面中。此時的光圈光罩包含了一個光圈圖像以作時間與空間的控 制，而且透過此-光圈光罩，我們不僅能針對第零繞射階，還^ 針對全像影像的富利葉轉換的其他第—與更高繞射階作空間的發 射傳送’且其組合的肖度會使得重_辦彡像，即重喊的三維 物件’、可以讓觀察者在一個擴大後之可觀察區域裡被觀察得到。 然而此一文件會產生一個問題，那就是在擴Α觀察區域時， 不同的繞射階’特別是不同強度之第零與第—繞射階必需被依序 逐一地過料除與鄰接，這可以藉由將具有可 配置在全像影像的s利好面中來魏。在觀察區射卵= =強度將因此而變得比第零繞射階的明亮度來得較低些。為了能 =一個明亮強度與第零繞射階相同的第—繞射階，發光光束的 ，度就必需也能被依序地受到㈣。另外，擴紐的程式工且也 也就是類似用來切換與控制光圈的相關機制。全像影 “ j重組與縣處理程序必需以極快的速度來完成，以避免 來自閃爍雜訊所產生的重組影像。 【發明内容】 藉由本案所提出之用來從光調變器編碼中讀取資訊的方法與 8 駐 丨i〇i年5月16日修正替換頁 特 ^ β旬^們°糊了—種適合用來擴大觀察區域的方式和形式， 疋备使用於位在讀取裝置之後的光學排列。 可以之用做光調變器編财讀取資訊的方法與裝置 範圍第1項、第2項與第12項所述之方法而 如所述之從光調變器編碼中讀取資訊的裝置，用來讀 之二一法將會使用一個光源與一個包含了-個二維編碼表面 蛛控式光調變器以控制可編碼的晝素，並且依循以下的步驟來 將光靖n的編碼表面分隔成k條水平的輕線，其中每一 條調變線將至少對應到—條水平晝素列； 敕利用㈤70全水平相鄰接的偏移㈣直安排賴魏重新調 正配置成一個階梯狀的形式； 在光峨|§的富师平面裡產生水平階赋偏賴變線的 利葉轉換；以及 利用永遠㈣置單一個光關方式將賴應的富利葉轉換 阳制在個所選疋之單一繞皆中’並且在光調變器的富利葉平 • 面裡阻擋清除其他繞射階的進入。 、在本案所提tB之帛來從光調變II編碼巾讀取資訊的方法與裝 置裡，它主要包含了以下的幾個元件： 一個光源； 具有一個編碼表面的光調變器，其中的編碼表面包含111個晝 素列且每個晝素列内含η個晝素； 一片透鏡；以及 一個光圈光罩。 這些元件會在光學軸裡依照特定的順序隨光學路徑的方向配 9 1376535 101年5月16日修正替換頁 置排列。如申請專利範圍第1項所述之從光調變器編碼中讀取資 訊的方法，以及如申請專利範圍第2項所述之裝置，我們會在此 裝置裡介於光調變器與透鏡之間配置一個稜鏡陣列，以達成k條 調變線的相互水平偏移並進而將編碼表面作分隔，其中所謂的調 變線包含了至少一條畫素列，且在透鏡之後的光圈光罩具有在一 個階梯式偏移配置裡的光圈，它會將每一條調變線的富利葉轉換 限制在每一個選定的繞射階中。 光調變器的編碼表面在X方向包含了 η個晝素，在y方向則 包含了 m個晝素，其中來自於一條調變線的多個晝素列將得到一 個xyz三維的座標系統，此時x軸代表著水平方向，y軸代表著垂 直方向’而z軸代表著裝置的光學軸行進方向。 稜鏡陣列可以包含多個稜鏡，例如三個稜鏡，將會緊鄰在y 方向並且依照不同的傾斜角度而分光展開到不同的傾斜面，例如 -ct，〇°，+α，而所謂的選擇傾斜面將使得所對應之鄰接調變線的角 度範圍0xk能夠鄰接好，讓]^條調變線之階梯式偏移的繞射角其緊 密鄰接可以在水平的x方向中達成。 在上述的每條調變線其角度範圍exk將藉由在X方向中光調變 器之最大繞射角所定義規範。 至於整合後的光調變器配置與稜鏡將因此而做類似於一個具 有η乘以m個晝素之單線光調變器的工作，其中一條調變線將會 包含m/k個晝素列且稜鏡陣列會被用來作空間多工處理例如緊 鄰的角度範圍0xk會被同步地展現出來，但是會被空間展開於單線 光調變器之上。此時的單線光調變器的每一條調變線具有η乘以k 個畫素，其中的那條調變線包含了 m/k個畫素。而η乘以m個晝 素的全部數量將因此而繼續維持。其中的k代表了調變線的數量。 10 1376535 101年5月16日修正替換頁 光調變器將配置在一個光學系統之後且具有一片在χ方向與 y方向上不同焦距的透鏡，其中在X方向裡的相同平面中之光學路 控存在著一個位於透鏡焦距平面裡的光調變器的富利葉轉換，而 在y方向裡則存在著成像平面裡光調變器的成像，它會局部性地 符合富利葉平面且會如同以下的方式而成為濾光平面。 上述的由一平行集合光束所發射出來之光調變器，將會被配 置給一片其x方向焦距為fx且位於光調變器之後相距&的透鏡， 此時在X方向中光調變器的富利葉轉換會被產生於透鏡後方相距 fx的濾光平面中，所以它所包含但不同於其他角度在經過光調變器 直接處理之後的繞射階將會被空間展開在此濾光平面之上。而同 片透鏡其y方向的焦距為尽且fy=fx/2，則介於光調變器與透鏡 之間的距離，以及透鏡與濾光平面之間的距離都將會是2&，而且 其中會在y方向中的濾光平面裡建立一個光調變器 …至於光，罩則是-個位赠光平面中且由一既定之f圈所 ，形的itH其巾每-條調魏只針騎選定的祕階(此時為 第零繞射階，是因為它具紐大的發光強度)作發㈣遞，所以 將會形成-個階梯式偏移矩形光圈的結構。依賴於光調變器的調 校型態以及所制的編碼方式之不同，細也可以使用不同於 零繞射階的其他繞射階。 ' 另外還存在於一種具有擴大倍率大於1之透鏡組的光學系 統:其中在任何情況下都—樣㈣光平面包含了在χ方向= 利葉轉換以及在y方向中光調變器的成像。 田 ”如果使用如巾晴專利範圍第2項所述之從光調魏編碼中於 取貧_裝置’在;^光平財被渡除触束會被指向—個^ 光學排列，特狀—個全像影像_裝置或-個全·像成^ 11 ⑶ 6535 I年5月16日修正替換頁 置’如本案所提出申請專利範圍第12項所述之第四個集合。 士藉由本案所提出申請專利範圍第2項所述之從光調變器編碼 中碩取資訊的裝置，我們可以利用以下的步驟來進行光學排列· ^所選擇之繞射階的垂直方向，特別是第零繞射階，利用一個 靜態折射裝置以產生在垂直方向上依線形排列配置之平行光 分離展開； ^利用一個動態折射裝置在一個垂直光調變器中產生一個擴大 後 維編碼表面；以及 ' 讓此擴大後之二維編碼表面能在一個擴大後可 觀察得到。 傲 •個一維光線擴散器的型式中，稭由一片第二透鏡與一^ 射褒置之助將可以達到在y方向中階梯式偏移的補償，其中第」 透鏡日在X方向中產生一個成像到一個初始平面，此時在 面裡被依空間分離的繞射階將會再度被空間分離一次，然而\ :日寺候因為稜鏡陣财光線的折射，將會使得調校調變線的集乂 =3,的角度範圍^而幅射發散出來，其中光_ 3 ㈣為為+.為將會在X方向中被擴大。 發狀-維的光線擴健顧點在於後續光學 Γ愤猶y方向作光線擴散時，在y方向裡的連續角度^7 會被覆蓋且ey的值至少是七1+~2+心。 y 在另外一種光學排列裡，如要太 。 碑的n ν料…㊉果在摘變裔上作可變的資訊編 馬的話在y方向上我們需要的 本的光線擴散器’其中的鏡子會折射y方二:=:= 得此，轉鏡子在旋轉的輕讓光_器上的碼會隨著變動。 在X方向令所選定的繞射階其角度範圍心，0為方向尹 12 丄：WOW：) 的角声傖狡。 L^i±_5月16日修正 又 yh0y2,0y3會被產生出來，這是因為妒置的嘑弁丰品丄 不同的位置所導致的結果，其中角度範面中 會鄰接在-卿辦式的模式裡。 -θ-^θυ2，θχ3,θ, 式以在二利用轉動此—旋轉鏡子來產生—個掃描的圖形格 組合，一個階梯式偏移角度範圍I θχ2, θχ3的線形 會幾乎緊鄰^ 旋轉鏡子所得到的角度範圍心，‘ b 視區域。、11 ，所以將會在中央區域形成一個矩形的可 利申所提出之另—具體實施範例裡還定義了其他相關的專 詳所提出之具體實施範例中做了如以下章節的 【實施方式】 t圖.1所不的裝置1為本案所提出之從光調變器2編碼中讀取 貢°凡的裝置的具體實施範例概略圖，它主要包含了-個光源3,具 人'扁馬表面4且此編碼表面有m條畫素列5而每條畫素列又内 •含了 η個晝素6的可控式光調變器2，-片透鏡7，以K固光圈 光罩8而所有的上述元件會依循著光學轴1〇上光學路徑的方向 依序前後排列配置。 如本案所提出之具體實施範例所示，介於光調變器2與透鏡7 之間存在著一個用來作為執行將三條調變線12, 13, 14的水平階梯 式偏移9個別分離到相對應之編碼表面 4上的稜鏡陣列11，其中 所5胃的調變線包含了至少一個晝素列5,而且此時光圈光罩8會安 排配置在透鏡7之後，並且給予永遠都限制這三條調變線12, 13, 14的富利葉轉換到所選定之第零繞射階所對應的階梯式偏移光圈 13 1376535 年5月16日修 15, 16, 17 〇 ~~~ 圖.2所示為本案所提出之從光調變器編碼中讀取資訊的梦置 裡光調變器2之編碼表面4的概略圖，它包含了在丫方向中的瓜 條晝素列5以及每條晝素列在χ方向的n個晝素6,其中我們設定 數條晝素列5所形成的調變線12, 13, 14將建立出一個xyz三軸的 立體空間座4示糸統，如圖.1中所示，而此時χ轴代表了水平方向， y軸代表了垂直方向，且ζ軸代表了裝置丨的光學軸1〇的方向。 稜鏡陣列11包含了三個稜鏡21，22, 23,它們緊鄰在y軸且以 不同的傾斜角度-α，0。,+α來發射傳遞不同的傾斜面24, 25, 26，如 圖.3所示，其中所謂的傾斜面24, 25, 26會被選用以使得所對應之 緊4的稜鏡21，22,23其繞射角範圍〜鳥，05(3也會在水平^：方向 上幾乎緊貼靠著調變線12，13, η的階梯式偏移9，如圖4所示。 緊4角度範圍θχ1，θχ2, θχ3, ...，θχιη的最大可能數量將對應到光 调變器2所給定之m條晝素列5的最大值。然而，稜鏡陣列η 在此條件下必須包含报多非常窄小的棱鏡，而且後續配置的折射 系統也將目絲能触詳細崎描。窄小的稜鏡通常會有較大的 繞射效果。所以這也是為什麼細必須絲卿接且配置在階梯 式排列而非對應到m條晝素列5之數量的角度範圍最大值。在圖.i 所不的具體實施範例巾，只制了三個棱鏡21，22,23，也就是說 個稜鏡21會被心疋給三分之一的瓜條畫素列5，其中的三分之 可月b會疋-條調變線12，或如以下所敘述的，也可能包含了一 個全像影像。 每個棱鏡21，22, 23的繞射角度範圍“ θχ3會由χ方向上 光調變器2的最大繞射角所定義。 圖.3所不為本案所提出之從光調變器編碼中讀取資訊的裝置 1376535 I 101年5月16日修正替換頁 ^具體實施範例概略®，在此㈣計算說财，畫素間距為1〇叫 為光調變器2會在波長λ為633 nm的光波下所發散出的繞射角心 為3·6。。此時的繞射角值3.6。也代表著一個繞射階的角度範圍。為^ 了選擇另外一個緊鄰調變線的第零繞射階，鄰接的稜鏡24或26 =個別對光做+3.6。或-3.6。的折射。為了選擇其他剩餘的第零繞 射階’下一個稜鏡則必須對光作7.2。的折射。 ，在圖.3裡所示的稜鏡21具有一個入射光束27與折射角度為§ 的光束33。此時稜鏡角度即為傾斜面24的角度α。光束27進入 #稜鏡21的較低表面並且在離開較高表面時，會以角度§來被折射 而出。介於〇1與δ之間的關係式如以下所示： 8 = arcsin (n-sin α) - α ① •、其中11為稜鏡21的折射率。對於較小的角度α來說，線性近 • 似δ〜(η—丨).01之值將可利用上述的關係式(I)來獲得。 假設折射率η之值為L5，則棱鏡的角度α必需是72。才足以 ，入射光束27折射成3.6。。因為藉由上述的線性近似關係式我們 可以發現，折射角度δ並不會依賴於稜鏡較低表面的傾斜角度， 鲁所叫—繞鑛其肢顧將會以3.6。來作卿。如果t央稜鏡 22其分光角度為〇。，則藉由上述的線性近似關係式，其鄰近的稜 鏡21與23的分光角度將分別是+72。與_72。，而另外一個稜鏡的 刀光角度必然分別是+14,4。與-14,4〇 〇 相對於圖.1所示，棱鏡陣列η將會安排配置在光調變器2之 後，虽然我們也可以將此稜鏡陣列丨1排列在光調變器2之前。 光調變器2與稜鏡陣列u的組合配置也可以想像成一個具有 η X m個畫素之單線光調變n，其中每—條線包含了 η χ k個竺素。 此時的棱鏡陣列Π主要被用來作空間的多卫，也就是分別對應到 15 1376535 I 1〇1年5月16日修正替換頁 4接角度範圍θχ1，Θχ2, θχ3的調變區域12, 13, 14，將會被同步顯示 出來，但是空間分離只會在單線光調變器上。 光調變器2的最大繞射角θχ其值為Vp，其中Ρ為光調變器2 的晝素間距’而λ則為人射光驗長。最大繞射角θχ也會限制一 ，繞射階。在某—個繞射階中，繞糊職式可以藉由對光調變 益2作編碼而得到控制。繞射圖形模式會在較高的繞射階中一再 地被重複。較高的繞射階會同時在兩邊鄰接第零繞射階的角度範 圍θχ。 藉由本案所提出之具體實施範例，來自稜鏡21的繞射階，以 及來自另外的稜鏡22與/或23的繞射階.，彼此重疊的問題將能夠 避免。因為較高的繞射階只是第零繞射階的職性連續而已，並 且不此被帛零制·階賴立控制。料峨鏡22與/或23的較高 繞射階與第零繞射階其重4關題將成制擾。這也是為什麼我 1:、έ 文鏡21，22, 23的第零繞射階來作為後續光學路徑的進 4亍並且阻絕較兩的繞射階。 /上述的具體實施範例如圖.5中的圖.5a與圖.5b所示，而其組 合後的概侧則如圖.6所示。此時光調變器2之後會跟隨著一個 具有透鏡7的光學系統，它會在χ方向(圖5a)和y方向(圖圳中發 2同的，，此在x方向中它與相同平面28會包含一個光調 m的备利葉轉換’而且在y方向中具有—個光調變器2的成 像如此來，$利葉平面與成像平面將同時見在某個偈限區 域裡。 圖.5a所示為x方向。光調變器2會由光束29的平行集合所 發來。具有單位Lx的透鏡7其X方向的焦距為fx且配置在光 調變器2之後相距fx的位置。光調變ϋ 2的富㈣機會在濾光 101年5月16日修正替換頁 I__ν η，夕如a恍只 ^ 28中X方向上’位於透鏡7之後相距fx的地方。至於直接位 it之後且角度不同的繞射階’也將因此在遽光平面2S ，開，.5b所示則^方向。同—片透鏡7在丫方向中 愈透於ϋήΓ、距將為w此時fy=fx/2。因為介於光調變器2 距:^間的距離為2fy ’且介於透鏡7與遽光平面Μ之間的 生在清’所以具倍率為1的_魏2其成像將會產 生在/慮光平面28的y方向上。 後伞=面所述，時出現在某個侷限區域裡的富利葉平面與成 遽光平面t果細料8也被安排在那裡的時候也將可以被稱為 、圖.6所4核所提丨之具财絲例巾，位赠面 ===器所形成的光圈光罩8。在光圈光軍8裡咐票示的數 代表者不同的繞射階：G為第零繞射階，-1, 1，-2, 2與之後 予則為較雨的繞射階。在此圖中光圈光罩 2t If 22 "-1 〇th^ ° 邊—階的繞姆，這細域鏡21的角 二皮Μ勤祕會以—個繞顧作為偏光㈣的 ’它對應著稜鏡23但會以-個繞射階 t，右作修由於透鏡7物_，富職 的繞姆在㈣上分開，賴在y方向上 會糟ί稜鏡21，22,23所成像，但是它們會被配置在之前的地方。 停罩/會错由所給予的光圈15,16,17而形成，以使得每 ^料錢概。域—來财生一個階 有，之結構的結果。這樣做可以達到讓所 ”艾線12, 13, 14的第零繞射階都能被整合緊貼在一起，並且讓 17 101年5月16曰修正替換頁 有”他雜高繞射階都被此賴光罩8所清除。藉由本案所提 之具體實施_，當第零繞射_補償在水平方向上擴大了光 2的可用繞射角度，且導致此-繞射角度範圍為 X- χ1+θχ2+θχ3時’概有效地避免較高繞射階的重疊問題。 我們也可能使用-個具有不同焦距透鏡組的光學系統，它在乂 方向上的擴大鲜參數麟為卜再度重中，在X方向上的富利葉 轉換與在y方向上的光調變器2之成像都會在相同的平面28 之中。

圖·6中所示為如何將緊鄰的角度範圍θχ1，θχ2, θχ3在-階本 ΐίί中作偏移13無論在y方向中的偏移9是否有被補償，也3 哪匕疋如何補償’藉由本案所提出的裝置它都會依賴於後續光与 =列或-個後續光學系統。在濾'光平面28中被過滤後的光可以相 接指向此-後續絲排列，如圖7, 8, 9所示，例如全像影像报 射裝置或全像影像成像裝置。

圖.1所示為本案所&出之具體實施範例裡，在光調變器2上 用來補償|職碼後的第零繞射階並且細在—個後續配置％之 中。如圖.8所示為在—個具有騎裝置4()之階梯式偏移9的補償 且其形式為—維動作之光線擴散器。在關中包含了三個稜鏡21， A 23的稜鏡陣歹u t被安排配置在光調變器2之後。隼合光束 1M9, 20 (如圖中分別以虛線、實線以及軌跡線所標示)分別代表 了第-稜鏡21、第二稜鏡22以及第三稜鏡23之第零繞射階 ，第零繞射階會基於它們的角度、U知來作偏移也因此會^ =利葉與位於透鏡7之後㈣光平面28中在空間上分開。透鏡38 ，將濾光平面以水平方向成像到—個初始平面39。這也是為什麼 已經在遽絲面28中在空間上分開的繞射階會再度在空間上分 1376535 101年5月丨6曰修正替換頁 開。由於光線會在稜鏡陣列11中作折射’來自於稜鏡 的集合光束18:19, 29會幅射到不同的角度θχΐ，θχ2, θχ3，而這些角 度都會緊鄰著水平的方向。光調變器2的繞射角度範圍 θχ=θχ1+θχ2+θχ3也將因此而在水平方向中被擴大。 圖.8所福對應的y方向。在圖中我們發現不會在y 對光線作折射的稜鏡陣列U會配置在光調變器2之後。透鏡7 ^ 將稜鏡2i，22, 23連同調變線12, 13, 14的y象限成像到私平^ 28 ’此時也是前述的空間縣動作發生的地方。透鏡％會 方向中將富利葉轉換作用到初始平面3 9之中。因此，調變線 Μ的富利葉雛都將定位在_的位子上。跡 ’， =發射咖崎《侧肖議 來作X方向上先線會以不同的肖度範圍 叫，如圖有 偏移角度觀 為43,44,45會緊鄰| yl x2，y2，χ3，θβ的個別角度範 的光線擴散器圖偏移型式上。這也是為什麼一維 線擴散器40只會在後續_己置34中。光 向擴散發射光線，我們才能i 角 =散器40在y方 值至少到全 值，則後資訊在丫方向中是—個常數 無論在y方向令的任何40將足以用來補償偏移9， 失。這也是為件麻σ 士 疋會在y光線擴散器4〇裡有所遺 範會被展現㈣^ ^個具有在x方向中之結構的繞射圖形規 就如同具有在y方向中擴展效果的平行透= 工376535

序列一樣的道理。 然而’如果我地要裝置丨來從 列35編碼中讀取資訊，其中在裝置i裡在光學==排 测=y 則—維的祕输㈣必需在 先子W 5 t破-個一維折射旋轉鏡子41 鏡子41會將光調變器2的光線在 ⑥此時的旋轉 卟佔田一祕ΛΛ、丨，A y刀间作祈射。而排列35將合 ，隹的光線擴散器4〇來的更有彈彳生 g 芊構而成域’它包含了在垂直方向中以階梯式的形式所 =而成的小d域。如歸可闕f訊在y方向裡也變得十分結 早4^在Υ方向在—俯變纽，職财以_此—旋轉鏡 來達到所需要的折射；如果我們需要在y方向中架 在 射圖形規範，如圖9中的上本邱觫-m. ^ 以謓U她^ 因為利用透鏡38的幫助可 讀备财轉換也能在y方向裡第零繞射階的旁邊 =，這些較高的繞射階必須在初始平面39 (並未喊在二; 稭由-水平光圈濾光器加以阻隔去除。其側視圖如圖.7所示。 位於初始平面39(並未出現在圖中)上的旋轉鏡子Mx方向 上^-個旋轉轴·來自角度範圍43，h Μ的光束 軸中被折射。 y 圖.10所示為本案所提出之具體實施範例裡，角度範圍43，糾， ?之值分別是θχ1，〜；θχ2,〜2; θχ3, 0y3，當旋轉鏡片不動時它們都 ^被涵蓋的。在义方向中，第零繞射階的角度範圍‘知，^都 =被架構皆至於在y方向t，角度範叫為2,〜則是由減光 平面28裡調變線12, 13, 14的不同位置所產心其值分別是& 20 101年5月16日修正替換頁 ^ ;/必，；θχ3, θγ3的角度範圍％ % &將鄰近於一個階梯式的 •，式。廷就是為什麼旋轉鏡子41會位於一個固定的位置上，且矩 2的角度祀圍ϋ為和座標系統的轴相平行而不能夠涵蓋整個範 圍0 〜圖.11所示為藉由轉動此一旋轉鏡子41所得到的掃描圖形規 其中在階梯式型式中被偏移的角度範圍43, 44, 45會 且藉由轉動此-旋轉鏡子41將會綱度範圍 合_、、=方向上。至於具有相同影線的角度範圍43, 44 45則 二同步地顯示出來。如果光調變器2的内容會隨著旋轉鏡子的轉 =同步地做修正，财訊將關跟著在y方向巾被架構起來。 =相同θγ但不同θχ的角度範圍會在光調變器中的不同時間裡被 ^生出來’如我們在關情示(不同的影線)。也藉由在丫方向中 的折射，一個矩形角度翻46將能夠被涵蓋且如圖u =域所不。至於圖中較高區域36中的附屬區塊47, 48，以及較低 齡，藉由—财的光觀如絲加以隱藏或 如今’藉由本案所提出之具體實施範例和方法，我們可 ，裝置1巾絲在光爾H讀取編碼資訊，其巾編碼 包含一個全像影像。 J以 、包含部份全像縣的細㈣2其編碼表面在垂直方向上 破分割成許多小的全像影像—也就是說類似調變線12, U 盆 中的每個小全像影像都會被編碼在每—條調變線12, 二 =的全像影像丨2, 13, 14其繞射角度θ會被χ與y軸(橫行與直$ 、解析度所限制；且它會與晝素間距ρ成反比：θ〜！小 4的k個小全像影像其繞射肖度u㈣於水平方向，如此^會 21 1376535 101年5月16日修正替換頁 產生一個可視區域且其擴大倍率參數為1ί:θχ=θχ1+θχ2+θ 3+...+0 有兩個方法可以達到重組全像影像4的目的：一是藉由在不 同角度下發射出每一個光調變器2的小全像影像12, 13, 14，，其 中發射角度會隨著所對應於調變線12, 13, 14,…的最大繞射角 ΘΧ2，ΘΧ3, 而一步一步地作改變；或是藉由在一個固定的角度 下’例如在一般的方向(即ζ方向）中’來發射這些小全像影像。全 像影像4的光是由每-個小全像影像12, 13, 14，所繞射而成並 且在某個角度下被折射且透過最大繞射角0χ1，θχ2, θχ3, ^而被 一步一步地擴大。這兩個變數都能藉由稜鏡21，22, 23, ··.來達成， 其中這些稜鏡都是位在光調變器2之前或之後，而每一個所謂的 稜鏡會包含全像影像4的一個小全像影像12, 13, 14，./它們=個 別對應的傾斜面24, 25, 26,…會藉由繞射角θχΐ，θχ2,化3, ·..，而 逐步地被擴大。包含這些稜鏡的光調變器2將接著進行如同一^ k 乘以η個畫素之-維光調變ϋ的動作，然而在垂直方向中個別與 水平方向相鄰接的部份繞射範圍會一個接著一個地安排配置二 階梯式格式裡。 如果在光調變器2中之全像影像4的小全像影像12, 13 14其 繞射角度都彼此婦，則富利葉平S 28㈣重組將’调論 地產生，其巾的纽會在較高繞射階中—再地重複。在

出之方法令的另外-個步驟裡’我們只會從每個小全像影像a U 1^4的重組帽定-個單—的繞射階，例如第零繞射階，它會以」 高的強度發射出來。它可讀由類似象限維度的光圈光罩 = 利葉平面28中來達成，其中光圈光罩8的光圈15, 16, i ^ 排在一階梯式偏移形式中，以對應小全像影像 ^ 轉換的水平魅i錄。 心利茶 22 1376535 i〇i年5月16曰修正替拖苜 f外报重要的—點是，細光罩8為^ =定：ί光圈的靜態濾光器’且永遠保持開啟的狀態。：清楚 地“不=由三科(Mishina)等人所提出之方法，其中針對數個繞射 的可視^域作擴A，制是第零與第—繞射階，將 成’它^要使祕有在富平面中的可控式光圈。 由一個2番’重組影像可以h方向中以靜態(例如藉

中擴散光線的光線擴散器4〇)或動態(例如藉 t zL向中動作的旋轉鏡片41)的方式而被擴大。因 ^王〜像i2,13,14會被加乘起來，並且也可以透過鏡片位 置的不同而對小全像影像12,13,14作不同的編碼，如此經過在— 個擴大後之可視區域裡重組—個二維的全像影像。個別的小全像 影像12, Π，14_序呈現必f在速度触的情形下才能將個別的 小全像影像重組如一個完全的影像重組。 、總之，藉由附屬於裝置i中具有一旋轉鏡子的後續安排配置， 我們將可以使肖個具有有限可視區域的二維光調變器2,在一擴 大的可視區域裡來重組—個—或二維的電腦產生全像影像。、 本案所提出之用來從光調變器編碼中讀取資訊的方法與裝 置’可以藉由光源3以及-個具有二維編碼表面4和可編碼晝素6 的可控式光調找2之助來擴大全像影像重_可視區域，而此 方法包含以下的幾個步驟： 將光調變器2的編碼表面分割成為水平的調變線ι2, ι3, 14， 其中的每一條調變線12, 13, 14會至少對應到—條水平晝素列$ ; 利用-個手動的水平偏移9將垂直排列的調變線12, 13, 14重 新配置到一個階梯式的方式裡； 在光調變S 2的§利葉平面28巾產生水平階梯式偏移調變線 23 1376535 正替換頁 12, 13, 14的富利葉轉換；以及 '------ 將調變線】2,】3,〗4的富利葉光譜利时配—個對 m且在光調變器2的富利葉平面28中阻絕其他的繞射階，， 以限制在一個選定的單一繞射階中。 方法:來從光調變器編碼令讀取資訊的 驟作動ΐ 中的光學排列34,35會依照以下的步 ㈣定的第零繞射階作垂直的折射，藉由折射裝置40, 4】 並對應撕線12, 13, 14以建立平行的垂直斷差. 在一虛擬光調變器中產生一個擴大的編碼表面；以及 域。在擴大的編碼表面上重組編碼資訊到一個擴大後的可視區 方^案Γ所提到的方向f訊“水平，，和‘‘垂直，，，以及X方向愈y 何墙丨本案所細解糊還包含任 置以及使用& 袖朗9G。，或其他任何角度的方法、裝 所未之技術，得由熟習本技術人士據以實施，而其前 _概，纽法提出專利之巾請。惟上狀 ;=:r盖本案所欲保護之專利範圍，因此，提出申請 24 1376535 101年5月16日修正替換頁 【圖式簡單綱】 ~ 本案得以藉由下列圖示及詳細說明，俾得一更深入之了解： 圖.1所示為本案所提出之從光調變器編碼中讀取資訊的裝置 的概略與局部透視圖； & 圖，2所示為本案所提出之從光調變器編碼中讀取資訊的裝置 裡，圖.1所列之光調變器之編碼表面的概略圖； 、 圖.3所示為本案所提出之從光調變器編碼中讀取資訊的裝置 .裡’圖.1所列之具有三個不同傾斜面之棱鏡的棱鏡陣列的概略圖； 魯 圖.4所示為本案所提出之從光調變器編碼中讀取資訊的裝置 裡，圖.1所列之利用棱鏡陣列所產生之調變線的階梯式偏移 略圖； 圖.5所示為本案所提出之從光調變器編碼中讀取資訊的裝置 : 裡，圖.1所列之光學路徑的概略圖，其中 圖.5a所示為在X軸裡某個平面中光調變器的編碼平面上產生 富利葉轉換的光學路徑；以及 圖.5b所不為在y軸裡相同一個平面中光調變器的編碼平面上 • 作成像的光學路徑； 圖.6所示為本案所提出之從光調變器編碼中讀取資訊的裝置 裡J圖.1所列之具有用來發射傳送對應的階梯式偏移調變線‘富 利葉轉換的弟令繞射階的光圈之光圈光罩概略圖； 圖.7所示為本案所提出之從光調變器編碼中讀取資訊的裝置 裡，圖.1所列之X透視裡一個本案之獨創裝置的光學路徑概略圖； 、圖.8所示為本案所提出之從光調變器編碼中讀取資訊的妒置 圖.7所列之y透視裡一個本案之獨創裝置的一維動作光線擴 月文器之概略圖； 25 丄J ^535 圖.9 裡’圖.7 概略圖； _ L101年5月換頁 所不為本案所提出之從光調變器編碼中讀取資訊的 所列之y透視裡一個本案之獨創裝置的一維旋轉鏡^之 圖.10所示為將第零繞射階作發射傳送時，分別對 範為θχ與所產生的不同角度範圍θχ丨，〜，心以及、 又 m yii ^y2y yy3 , 圖.11所示為一藉由轉動旋轉鏡子所產生的折射圖 1 士 Η 谷式，它 j 一 y軸中階梯式偏移角度範圍θχ1, θχ2, θχ3與eyl，、〜的線形 【元件符號簡單說明】 1 裝置(Device) 2 光調變器(Light modulator) 3 光源(Light source) 4 編碼表面(Encoding surface) 5 晝素列(Pixel row) 6 晝素(Pixel) 7 透鏡(Lens) 8 光圈光罩(Aperture mask) 9 偏移(Offset) 10 光學軸(Optical axis) 11 稜鏡陣列(Prism array) 12 第一調變線(First modulator line) 13 第二調變線(Second modulator line) 14 第三調變線(Third modulator line) 15 第一光圈(First aperture) 26 1376535 _ 4 101年5月16日修正替換頁 16 第二光圈(Second aperture) 17 第三光圈(Third aperture) 18 第一集合光束(First bundle of rays) 19 第二集合光束(Second bundle of rays) 20 第三集合光束(Third bundle of rays) 21 第一稜鏡(First prism) 22 第二稜鏡(Second prism) 23 第三棱鏡(Third prism) 鲁 24 第一傾斜面(First inclination) 25 第二傾斜面(Second inclination) 2 6 第三傾斜面(Third inclination) 27 入射光束(Incident beam) - 28 濾光平面(Filter plane) 29 集合光束(Bundle of rays) 3 0中間通過濾光線(Central filter line) 31上方通過濾、光線(Upper filter line) φ 32下方通過濾、光線(Lower filter line) 33 偏光光束(Deflected beam) 34 第一排列(First arrangement) 35 第二排列(Second arrangement) 36 上方邊緣(Upper edge) 37 下方邊緣(Lower edge) 38 第二透鏡(Second lens) 39 出 口平面(Exitplane) 40光線擴散器(DiffUser) 27 1376535 101年5月16日修正替換頁 41 旋轉鏡子(Rotating mirror) 42 旋轉鏡子的旋轉軸(Rotation axis of rotating mirror) 43 第一角度範圍(First angular range) 44 第二角度範圍(Second angular range) 45 第三角度範圍(Third angular range) 46 矩形角度範圍(RectangUiar angUiar range) 47 上方附加物(Upper appendix) 48 下方附加物(Lower appendix) x 水平座標(Horizontal co-ordinate) y 垂直座標(Vertical co-ordinate) z 法線座標(Normal co-ordinate) Θ 繞射角(Diffraction angle) θχ x 方向中的所有角度範圍(Total angular range in the x direction) 〇xk x 方向中的部份角度範圍(partial angular range in the x direction) y 方向中的所有角度範圍(丁0也1 angUiar range in the y direction) 〇yk y 方向中的部份角度範圍(partial angular range in the y direction) fx x 方向上的焦距(F〇cal length in the x direction) fy y 方向上的焦距(Focal length in the y direction) +a 傾斜角度(inciinati〇n angie) -a 傾斜角度(incHnati〇n angie) 28

Claims (1)

1376535 101年6月27曰修正替換頁 ，係利用到一個光源與 器包含具有可編碼畫素 十、申請專利範圍： 1. 一種讀取編碼於光調變器的資訊的方法 一個可控式光調變器，該可控式光調變 的一二維編碼表面，包含以下的步驟： :將絲調變器的該編碼表面分職k條水平的調變線， 其中母-條調變線都對應到至少—個水平的晝素列； —重新安排該調變線，並且依循類似階梯狀的方式相互水 平偏移作一個接著一個的垂直排列；

於該光調變器的-富利葉平面中產生該水平式類似階梯狀 的方式偏移的該調變線的複數個富利葉轉換；以及 -藉由分配固定的-個細並且_光_㈣該富利葉 平面中的其錄射階加以阻絕，將對應的該富繼轉換限制在 一個選定之單一繞射階中。 2· —種讀取編碼於光調變器的資訊的裝置，主要包含： 一個光源； 具有-個編碼表面之該光調魏，其包個晝素列而每 個晝素列具有η個晝素； 一透鏡；以及 一光圈光罩；— 其中這些70件依一個光學路徑上的特定順序被設置，根據 申請專利範圍第1項所述的方法，其特徵在於：一個稜鏡陣列 被設置在該綱«與該透鏡之間，為了實麟編碼表面所分 割成的k條調變線的該水平偏移，其中每一條該調變線包含至 少一個晝素列，而且位於該透鏡之後的該光圈光罩具有以一給 定的類似階梯狀偏移排列的光圈，其限制該調變線的該富利葉 29 1376535 101年6月27日修正替換頁 轉換於一個被選擇的繞射階。 3. 如申請專利範圍第2項所述之裝置，其特徵在於：該光調變器 的該編碼表面在y方向包含〇!個晝素列，且在χ方向包含η個 畫素，其中在一個給定的座標系統中，多個畫素列形成一條調 變線，其中該X方向代表水平方向，y方向代表垂直方向，且Ζ 方向代表該裝置的該光學軸之該方向。 4. 如申請專利範圍第2項所述之裝置’其特徵在於，該棱鏡陣列 可包含多侧f鏡’其鄰接在該y方向，並具有不同傾斜角度 〇°，+α)之不同傾斜面，該傾斜面會被選擇使得鄰接調變線的對儀 應角度範圍(θχ1，ΘΧ2, θα)被鄰接，以使得該偏移k條調變線之該-、、:射角度之一無縫連接能在水平之該χ方向中達成。 5. 如申請專利範圍第2撕述之裝置，其特徵在於每一條調變線： 的《«亥角度範圍(θχ1，θχ2，θχ3)由該X方向中之該光調變器的最大繞 射角所定義。 1 6. 如申叫專利範圍第2-5項中任一項所述之裝置，其特徵在於該 光調變器與該稜鏡陣列的合併排列，因此將如同一個具有讀 以m個畫素之單線光調變器運作，其中一條調變線包含缝個 _ 旦素列且3亥稜鏡陣列作為空間多工，意即，該鄰接的角度範圍 (ΘΧ1，ΘΧ2，ΘΧ3)被㈤時展現，但是在該單線光調變器中於空 分開。 如申明專利範圍第2碩所述之裝置，其特徵在於該光調變器跟 在具有一透鏡的一光學系統之後，該透鏡具有在該X與該y方 向的不同焦距’其令在該χ方向中相同平面裡的該光學路徑上 存在該透鏡的該聚焦平面中的該光調變器的一富利葉轉換，而 30 1376535 101年6月27日修正替換頁 在該y方向中存在該成像平面中的該光調變器之一成像，它們 與該富利葉平面局部地重合，而且其中該富利葉平面與該成像 平面顯示該裝置的一個濾光平面。 8. 如申請專利範圍第7項所述之裝置，其特徵在於由一個平行集 合光束所照射之該光調變器係被分配給一片在該χ方向具有焦 距為fx且被設置在該光調變器之後距離&的透鏡，其中在該X 方向的該光調變器的該富利葉轉換在該透鏡之後距離ζ的該濾 光平面中產生，使在該光調變器之後不同角度的該繞射階在^ 濾光平面中於空間上被分開。 9. 如申請專利制第8項所述之裝置，其特徵在㈣透鏡在該乂 方向具有fy，*且fy=fx/2 ’使得介於該光調變II與該透鏡 之間的距離’及介於該透鏡與該濾光平面之間的距離為，且 其中該光爾㈣—全等成像在該y方向之贿光平面中產 生。 10. 如申請專利範圍第2-5項中任一項所述之震置，其特徵在於該 光圈光罩為一個位於該滤光平面中的一個據光器，而且是由該 給定之光圈所成形，其中只有每一條調變線只發射被選擇之繞 射階，特別是第零繞射階，使得形成類似階梯狀偏移矩形光^ 的結構。 11. 如申請專利範圍第2_5項中任—項所述之裝置，其特徵在於且 有-透鏡的光學纽被提供，該光料統具有—個非i的擴^ 倍率參數’其中在任何狀況中的該相同濾光平面包含在該X方 向的該富利轉換與在·方向的該光調變騎該成像。Z U-種如申請專利翻第2項所述之裝置_途，其特徵在於在 31 1376535 ^ 年6月27日修^替榼百 _'光平騎喊、的統被触 用於一全像影像照射裝置或一全像影像成像裝置。 SIS利範圍第12項所述之用途，其特徵在於 =如申請專利範圍第2項所述之裝置中，其中以下的步驟』 及 零物Ϊ助一偏光裝置垂直偏向該所選擇之繞射階，特別是第 -在-虛擬光調變器中產生-個擴大的二維編碼表面；以 —讓該擴大的二賴碼表面呈現於—擴大的可視區域中。 14·如申請專利細第13柄述之用途，其特徵在於藉由—個 先線擴散器之形式的-偏光裝置與一第二透鏡之助，達成在^ y方向中的該類似階梯狀偏移的一補償，其中該透鏡將在^ 方向的-成像呈現到-個初始平面上，其中在該遽光平面在* 間上分開的魏雜駐在印上分開，其中，因為在該棱ς 陣列=光線之偏光，該調變線的該集合光束輕射至不同的相鄰 角度範圍(θχ1，θΧ2, θΧ3)’且其中遠光調變器的該繞射角度範圍 θχ=θχι+θχ2+θχ3在該X方向被擴大。 15.如申請專利範圍第14項所述之用途，其特徵在於僅在該y方向 擴散的該一維光線擴散器被用於該光學排列，因此，由於該y 方向的該擴散，至少為eyl+ey2+ey3的一連續角度範圍涵 於該y方向。 16.如申請專利翻帛12柄述之用途，其特徵在於適用之光學排 列在該光觀紅進機動式編碼#靖，須在該y方向提供 一個-維旋轉鏡子，其中該鏡子在該y方向上偏向該光調變号 32 1376535 -~~ijilj27曰修正替換頁 =線’使得該旋轉鏡子在旋轉時，該光調變器上面的竭是變 如申請專利範圍第12_16項中任一項所述之用途其特徵在於， 由於在該裝置的該滤光平面中之不同位置，所選擇之該繞射階 的該角度範圍(θχ1，ΘΧ2, ΘΧ3)係鄰接於該X方向，且—角度偏移…^ %2, θγ3)產生於該y方向，其中具有θχΐ，〜〜ς 該角度範圍以一個類似階梯狀的形式鄰接。 如申叫專利範圍第17項所述之用途，其特徵在於一掃瞄圖像藉 由轉動該旋轉鏡子而完成，以便在該y方向中形成該類似階梯 狀偏移角度範圍(0yl，6y2，0y3)的一種線性組合，其中，藉由轉動 5疋轉鏡子，該角度範圍(0yl，0y2，0y3)無縫地鄰接在該y方向 上以使在一中央區域形成一個矩形的可視區域。 33 ^/6535 I 101年5月16日修拖百 七、指定代表圖： (―)本案指定代表圖為：圖.1 。 (二)本代表圖之元件符號簡單說明： 1 裝置(Device) 2 光調變器(Light modulator) 3 光源(Light source) 4 編碼表面(Encoding surface) 5 畫素列(Pixel row)

6 畫素(Pixel) 7 透鏡(Lens) 8 光圈光罩(Aperture mask) 10 光學軸(Optical axis) 11 稜鏡陣列(Prism array) 12 第一調變線(First modulator line) 13 第二調變線(Second modulator line) 14 第三調變線(Third modulator line) 15 第一光圈(First aperture) 16 第二光圈(Second aperture) 17 第三光圈(Third aperture) 21 第一棱鏡(First prism) 22 第二稜鏡(Second prism) 23 第三稜鏡(Third prism) 24 第一傾斜面(First inclination) 25 第二傾斜面(Second inclination) 26 第三傾斜面(Third inclination) 八'本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： 5