CN103365195B - 全息成像装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全息成像装置及方法，其中全息成像装置包括一全息组件及至少一发光二极管或至少一有机发光二极管，且此发光二极管可设置在邻近全息组件周缘任一侧及/或邻近上侧面或下侧面的任一面的任一位置。其中全息组件包含至少一穿透式全息组件或至少一反射式全息组件。通过发光二极管发出的光线使穿透式全息组件或反射式全息组件产生全息影像。且可搭配控制电路电性控制各发光二极管的发光模式，借以相应形成多样化且变化性高的静态或动态的全息影像。

Description

全息成像装置及方法

技术领域

本发明涉及全息成像技术领域，具体涉及一种将发光二极管或有机发光二极管设在穿透式全息组件或反射式全息组件的任一侧，可形成清晰明亮的静态或动态的全息成像装置及方法。

背景技术

全息术(holography)为英国科学家D.Gaber在1948年提出的三维空间立体影像的摄影技术，此技术有别于传统的摄影技术(imagingtechnique)，在传统摄影术中的相片只记录原本影像的强度分布，而影像不同位置的光程差(opticalpaths)的所有信息便不存在，因此只能形成二维平面的影像。Holo-为希腊字前缀全部(whole)之意，graphy则为希腊字记录(recording)之意，「holography」意指来自物体(object)光波(lightwave)的相位(phase)与振幅(amplitude)信息的全部记录。

全息术的实践包含「全息片(holograms)拍摄(recording)」与「三维立体影像重建(reconstruction)」两个步骤，请一并参阅图1及图2，其中图1为公知全息片拍摄的架构示意图，图2为公知三维立体影像重建的架构示意图。如图1所示，来自同调镭射光源91的光线911经面镜92反射成为参考光921，与源自物体93的物体光931重叠产生干涉条纹，利用曝光方式记录在感光平板(photographicplate)94，经显影、定影等程序处理获得全息片。如图2所示，将经由图1所示的全息片拍摄架构所获得的全息片95置在原本感光平板94的位置，并使用相同参考光921入射，则观察者96可观察到重建的三维物体影像97。

在前述技术中根据图1所示的拍摄架构区分，当参考光921与物体光931从感光平板94同侧入射进行记录时，重建参考光921入射全息片95，在全息片95同一侧获得三维立体影像97，此种全息片95则称为穿透式全息片(如图2所示)；若当参考光921与物体光931从感光平板94不同侧入射进行记录时，重建参考光921入射穿透全息片95，在全息片95另一侧获得三维立体影像(图未示)，此种全息片称为反射式全息片。

利用此概念，适用于白光底下方便做观赏的各类型白光全息片被提出，例如：彩虹全息片、Lippmann全息片、复合式彩虹全息片和压印式全息片。此外，全息片也被使用于衍射光学组件的用途，称之为全息光学组件。而随着技术的进步，全息片不受限于传统感光材料与曝光记录方式的限制，还可以计算机产生全息片(computergeneratedhologram)、数字全息片(digitalhologram)或空间光调制器(spatiallightmodulator)等诸多方式加以实现。

欲清楚观赏全息片的必要条件为适当的光源和正确的视角，两者缺一不可。因此，在光线不足的黑暗的环境中或不佳的观察位置，观察者便无法对全息片进行观赏，此为有待解决的技术课题。

发明内容

有鉴于公知技术的各项问题，本发明提出一种全息成像装置及方法，以作为改善上述缺点的实现方式与依据。

本发明的其一目的在于：提供一观察者在大的角度范围皆可观看全息影像的全息成像装置及方法。

本发明的另一目的在于：提供一可形成清晰明亮的影像，且无论在明环境或暗环境中，影像皆可被观看的全息成像装置及方法。

本发明的再一目的在于：提供一可形成多样化且变化性高的静态或动态影像的全息成像装置及方法。

根据本发明的目的，提出一种全息成像装置，其包含一全息组件及至少一发光组件。此发光组件设置在全息组件周缘的至少一侧边及不高于全息组件下侧面的任意位置的其中之一位置或其组合，且此发光组件与全息组件选择性地彼此贴设或与全息组件保持一默认距离设置，并使发光组件朝向全息组件配置，以令发光组件发出的光线以远离发光组件的方向行进并入射全息组件，且光线产生衍射现象而在全息组件对应发光组件的另一侧形成一影像。

优选的，前述的发光组件包含至少一光产生单元及一均光单元，且光产生单元设置在均光单元邻近全息组件的一面上或埋设在均光单元内，并朝向全息组件配置，以使光产生单元发出的光线入射全息组件。

优选的，前述的全息成像装置还可包含一反射单元，且此反射单元设置在均光单元远离全息组件的一侧，以全反射光产生单元发出的光线入射全息组件。

优选的，当前述的发光组件与全息组件保持默认距离设置时，发光组件与全息组件之间为一空气层、一胶层或一真空层。

优选的，前述的全息组件包含至少一穿透式全息单元，且当此穿透式全息单元为若干个时，以叠设方式组合。

优选的，穿透式全息单元可为一穿透式全息片、一数字式全息片或一空间光调制器。

优选的，前述的全息成像装置还包含一控制电路与光产生单元电性连接，此控制电路用以驱动光产生单元产生一发光模式。此光产生单元包含一白光发光二极管、一红光发光二极管、一绿光发光二极管、一蓝光发光二极管与一有机发光二极管其中之一或其组合，且发光模式为各光产生单元以一预定顺序及频率发光或闪烁。

根据本发明的目的，再提出一种全息成像装置，其包含一全息组件及至少一发光组件。此发光组件设置在邻近全息组件周缘的至少一侧及不低于全息组件上侧面的任意位置的其中之一位置或其组合，且此发光组件与全息组件选择性地彼此贴设或与全息组件保持一默认距离设置，并使此发光组件朝向全息组件配置，以令发光组件发出的光线以远离发光组件的方向行进并入射全息组件，且此光线产生衍射现象而在全息组件对应发光组件的一侧形成一影像。

优选的，前述的至少一发光组件包含至少一光产生单元及一均光单元，且光产生单元设置在均光单元邻近全息组件的一面上或埋设在均光单元内，并朝向全息组件配置，以使光产生单元发出的光线入射全息组件。

优选的，前述的全息成像装置还可包含一反射单元，此反射单元设置在全息组件相对于光产生单元的另一侧，以全反射光产生单元的光线入射全息组件。

优选的，当前述的发光组件与全息组件保持默认距离设置时，发光组件与全息组件之间为一空气层、一胶层或一真空层。

优选的，全息组件包含至少一反射式全息单元，且当此反射式全息单元为若干个时，以叠设方式组合。

优选的，全息组件可为一反射式全息片、一数字式全息片或一空间光调制器。

优选的，前述的全息成像装置还包含一控制电路与光产生单元电性连接，此控制电路用以驱动光产生单元产生一发光模式。此光产生单元包含一白光发光二极管、一红光发光二极管、一绿光发光二极管、一蓝光发光二极管与一有机发光二极管其中之一或其组合，且发光模式为各光产生单元以一预定顺序及频率发光或闪烁。

此外，本发明还提出一种全息成像方法，其包含下列步骤：

设置至少一发光组件在邻近一全息组件周缘的至少一侧及不高于全息组件下侧面任意位置的其中之一位置或其组合，并使发光组件与全息组件选择性地彼此贴设或与全息组件保持一默认距离设置，且朝向全息组件配置；及

驱动发光组件发出的一光线入射全息组件，且光线产生衍射现象而在全息组件对应发光组件的另一侧形成一全息影像；其中，此全息组件包含至少一穿透式全息单元，且当此穿透式全息单元为若干个时，以叠设方式组合。

优选的，前述的至少一发光组件包含至少一光产生单元及至少一均光单元，且光产生单元设置在均光单元邻近全息组件的一面上或设置在均光单元内，并朝向全息组件配置，以使光产生单元发出的光线入射全息组件。

优选的，前述的驱动步骤通过一控制电路驱动光产生单元产生一发光模式，使各光产生单元以一预定顺序及频率发光或闪烁，光产生单元包含一白光发光二极管、一红光发光二极管、一绿光发光二极管、一蓝光发光二极管与一有机发光二极管其中之一或其组合。

此外，本发明还提出一种全息成像方法，其包含下列步骤：

设置至少一发光组件在邻近一全息组件周缘的至少一侧及不低于全息组件上侧面任意位置的其中之一位置或其组合，并使发光组件与全息组件选择性地彼此贴设或与全息组件保持一默认距离设置，且朝向全息组件配置；及

驱动发光组件发出的一光线入射全息组件，且光线产生衍射现象而在全息组件对应发光组件的一侧形成一全息影像；其中，此全息组件包含至少一反射式全息单元，且当此反射式全息单元为若干个时，以叠设方式组合。

优选的，前述的至少一发光组件包含至少一光产生单元及至少一均光单元，且光产生单元设置在均光单元邻近全息组件的一面上或设置在均光单元内，并朝向全息组件配置，以使光产生单元发出的光线入射全息组件。

优选的，前述的驱动步骤通过一控制电路驱动光产生单元产生一发光模式，使各光产生单元以一预定顺序及频率发光或闪烁，光产生单元包含一白光发光二极管、一红光发光二极管、一绿光发光二极管、一蓝光发光二极管与一有机发光二极管其中之一或其组合。

承上所述，依本发明的全息成像装置及方法，其可具有一或多个下述优点：

(1)此全息成像装置及方法，可通过发光组件达到在无光环境下，也能观见穿透式、反射式或数字式全息片的影像。

(2)此全息成像装置及方法，可通过均光单元达到均光效果，并且可进一步通过反射单元的设置，使光线能全反射进入全息组件，达到最佳的光使用效率。

(3)此全息成像装置及方法，透过不同视角的全息片组合，以及不同色光或不同排列顺序及不同入射角度的发光二极管或有机发光二极管的组合，并通过控制电路驱动各发光二极管依不同频率或顺序发出色光或白光，即能相应形成多样化且变化性高的静态或动态的全息影像。

附图说明

图1为公知全息片拍摄的架构示意图；

图2为公知三维立体影像重建的架构示意图；

图3为本发明的全息成像方法的第一实施例流程图；

图4为本发明的全息成像装置第一实施例的第一态样示意图；

图5为本发明的全息成像方法的第二实施例流程图；

图6为本发明的全息成像装置第二实施例的第一态样示意图；

图7为本发明的全息成像装置第一实施例的第二态样示意图；

图8为本发明的全息成像装置第一实施例的第三态样示意图；

图9为本发明的全息成像装置第一实施例的第四态样示意图；

图10为本发明的全息成像装置第二实施例的第二态样示意图；

图11为本发明的全息成像装置第二实施例的第三态样示意图；

图12为本发明的全息成像装置第二实施例的第四态样示意图；

图13为本发明的全息成像装置第一实施例的第五态样示意图；以及

图14为本发明的全息成像装置第一实施例的第六态样示意图。

附图标记说明：

1、4：全息组件；11：第一穿透式全息单元；12：第二穿透式全息单元；13：第三穿透式全息单元；2：发光组件；21：光产生单元；22：均光单元；3：反射单元；41：第一反射式全息单元；42：第二反射式全息单元；43：第三反射式全息单元；91：同调镭射光源；911：光线；92：面镜；921：参考光；93：物体；931：物体光；94：感光平板；95：全息片；96：观察者；97：物体影像；H：默认距离；以及S11、S12、S21、S22：步骤。

具体实施方式

请参阅图3，其为本发明的全息成像方法的第一实施例流程图。第一实施例包含下列步骤：

(S11)设置至少一发光组件在邻近一全息组件周缘的至少一侧及不高于全息组件下侧面任意位置的其中之一位置或其组合，并使发光组件与全息组件选择性地彼此贴设或与全息组件保持一默认距离设置，且朝向全息组件配置；及

(S12)驱动发光组件发出的一光线入射全息组件，且光线产生衍射现象而在全息组件对应发光组件的另一侧形成一全息影像。

请一并参阅图3及图4，其中图4为本发明的全息成像装置第一实施例的第一态样示意图。图4中，全息成像装置包含全息组件1及一发光组件2，且发光组件2设置在不高于全息组件1下侧面的任意位置，且发光组件2与全息组件1保持一默认距离H设置。发光组件2包含若干个光产生单元21及均光单元22，且光产生单元21埋设在均光单元22，使光产生单元21发出的光线入射全息组件1，而在全息组件1对应于光产生单元21的另一侧形成全息影像。

在本实施例的第一态样中，光产生单元21以三个红光发光二极管表示，但并不以此为限，其也可为白光发光二极管、绿光发光二极管、蓝光发光二极管与有机发光二极管其中之一或其组合，且光产生单元21的数量也可视设计需要增减。并且，在本态样中，还设有一控制电路(图未示)与各光产生单元21电性连接，通过控制电路驱动各光产生单元21产生以一预定顺序及频率发光或闪烁的一发光模式，进而使全息影像呈现动态效果。此控制电路可为不同尺寸的芯片，利用芯片控制各光产生单元21的发光频率或顺序为公知，非本发明所请求保护的技术，且以下也是一样，故不在此赘述。

此外，本第一态样中的全息组件1以单片的第一穿透式全息单元11表示，且此第一穿透式全息单元11为穿透式全息片，但并不以此为限，其也可为不同数量的穿透式全息片，或不同数量的数字式全息片或空间光调制器。且前述的默认距离H依据穿透式全息片的尺寸或种类而加以界定，也不为所限。

在本态样中，均光单元22以导光板表示，但并不以此为限，其也可为光子晶体层或扩散膜、折射率渐变式薄膜、单一折射率薄膜或表面高低起伏微结构薄膜，且此处的单一折射率薄膜可为空气层薄膜、介质层薄膜、胶层薄膜或真空层薄膜。发光组件2与全息组件1间的默认距离H以大于0表示(即二者非为彼此贴设)，则发光组件2与全息组件1之间以空气层表示，但并不以此为限，二者之间也可为胶层或真空层；或者发光组件2与全息组件1间的默认距离H也可等于0表示(即二者彼此贴设)。

此外，在本实施例中，进一步在发光组件2对应全息组件1的另侧设有一反射单元3，借以将发光组件2所发出的光线完全反射而入射于全息组件1，使发光组件2发出的光线达到最佳的使用效率。其中，反射单元3以镀铝层表示，但并不以此为限，也可为其他具有全反射效能的薄膜。

在此需特别说明，由于本态样的光产生单元21以不同色光组合的发光二极管表示，并可具有相同(或不同)频率或顺序的发光或闪烁效果，且发光二极管具有发光角度大的特性，因此无需令光产生单元21与穿透式的全息组件1呈特定角度，就能令光产生单元21发出的光线入射全息组件1，而在全息组件1的另侧形成可在大角度范围观看的全息影像。并且，发光二极管也具有亮度极佳的特性，可使所形成的全息影像清晰明亮；再者，通过发光二极管在穿透式的全息组件1下方(背面)发出光线，使人员在暗环境下也能清楚观看全息影像；此外，在不同位置布设发光二极管，通过发光二极管发出的光线，可使人员眼睛不必移动位置(或移动人员的位置，以下雷同不再赘述)即可看到特定的静态或动态且多变化的全息影像。

请参阅图5，其为本发明的全息成像方法的第二实施例流程图。第二实施例包含下列步骤：

(S21)设置至少一发光组件在邻近一全息组件周缘的至少一侧及不低于全息组件上侧面任意位置的其中之一位置或其组合，并使发光组件与全息组件选择性地彼此贴设或与全息组件保持一默认距离设置，且朝向全息组件配置；及

(S22)驱动发光组件发出的一光线入射全息组件，且光线产生衍射现象而在全息组件对应发光组件的一侧形成一全息影像。

请一并参阅图5及图6，其中图6为本发明的全息成像装置第二实施例的第一态样示意图。图中，全息成像装置包含全息组件4及发光组件2，发光组件2设置在不低于全息组件4上侧面的任意位置，且发光组件2与全息组件4彼此未贴靠设置，并相距一默认距离H，但并不以此为限，此默认距离H也可等于0表示(即二者彼此贴设)。

发光组件2包含若干个光产生单元21及均光单元22，且光产生单元21埋设在均光单元22内，以使光产生单元21发出的光线入射全息组件4。并且，光产生单元21所发出的光线，经由全息组件4反射并产生衍射现象，而在全息组件4对应于光产生单元21的同侧形成全息影像。

与第一实施例相同，光产生单元21不限定为红光发光二极管、白光发光二极管、绿光发光二极管、蓝光发光二极管与有机发光二极管其中之一或其组合，且光产生单元21的数量也可视设计需要增减；均光单元22也不限定为导光板、光子晶体层或扩散膜、折射率渐变式薄膜、单一折射率薄膜或表面高低起伏微结构薄膜；发光组件2与全息组件4可互不贴靠(如图6所示)，二者相距默认距离H，但默认距离H的距离不为所限，或视设计需求而相互贴靠，即默认距离H等于0(图未示)。

并且，也可以更进一步设有一控制电路(图未示)与各光产生单元21电性连接，通过控制电路驱动各光产生单元21产生以一预定顺序及频率发光或闪烁的一发光模式。

此外，本第一态样中的全息组件4以单片的第一反射式全息单元41表示，且此第一反射式全息单元41为反射式全息片，但并不以此为限，其也可为不同数量的反射式全息片，或不同数量的数字式全息片或空间光调制器。

此外，在本实施例中，进一步在全息组件4对应发光组件2的另侧设有一反射单元3，借以将发光组件2所发出的光线完全反射而入射在全息组件4，使发光组件2发出的光线达到最佳的使用效率。其中，反射单元3以镀铝层表示，但并不以此为限，也可为其他具有全反射效能的薄膜。

通过发光二极管在反射式的全息组件4上方(正面)发出光线，使人员在暗环境下也能清楚观看全息影像；且在不同位置布设发光二极管，通过发光二极管发出的光线，可使人员眼睛不必移动位置(或移动人员的位置，以下类同不再赘述)即可看到特定的静态或动态且多变化的全息影像。

请一并参阅图4、图7至图9，其中图7至图9分别为本发明的全息成像装置第一实施例的第二态样示意图、本发明的全息成像装置第一实施例的第三态样示意图及本发明的全息成像装置第一实施例的第四态样示意图。第二态样至第四态样与第一态样大致相同，均是将发光组件2设置在全息组件1的一侧，并在全息组件1对应发光组件2的另一侧形成全息影像。

其中，第二态样与第一态样的差异仅在于全息组件1由第一穿透式全息单元11、第二穿透式全息单元12及第三穿透式全息单元13叠设而成，各穿透式全息单元11、12、13分别具有不同(或相同)视角，光产生单元21设置在均光单元22内，且均光单元22对应全息组件1的另侧设有反射单元3。

通过这样的配置，光线经过叠设的第一穿透式全息单元11、第二穿透式全息单元12及第三穿透式全息单元13，分别在全息组件1的另侧形成有层次的多层全息影像。

第三态样与第一态样大致相同，二者的差异仅在于第三态样的全息组件1呈曲面，而非限定为平面。此态样中，全息组件1以曲面状的穿透式全息片表示，发光组件2沿全息组件1的曲面设置。根据前述的第一实施例的第一态样及第二态样的揭示，全息组件1也可不限定为一片或多片穿透式全息单元，因此，也可配置如第四态样的多层式全息组件1(如图9所示)。

第四态样的全息组件1由第一穿透式全息单元11、第二穿透式全息单元12及第三穿透式全息单元13叠设而成，且第一穿透式全息单元11、第二穿透式全息单元12及第三穿透式全息单元13呈曲面，且第三态样及第四态样所指的曲面也不限定为波浪状或圆形或椭圆形等非平面形状配置。

此外，第一实施例的第二态样至第四态样还可在发光组件2对应于全息组件1的另侧设有反射单元3，借以全反射光产生单元21发出的光线，使光线入射全息组件1，以达到最佳的光使用效率。第一实施例的第二态样至第四态样的成像步骤均与第一实施例相同，在此不再赘述。

请一并参阅图6、图10至图12，其中图10至图12分别为本发明的全息成像装置第二实施例的第二态样示意图、本发明的全息成像装置第二实施例的第三态样示意图及本发明的全息成像装置第二实施例的第四态样示意图。

第二态样与第一态样大致相同，二者的差异仅在于第二态样的全息组件4由第一反射式全息单元41、第二反射式全息单元42及第三反射式全息单元43叠设而成，且各反射式全息单元41、42、43分别具有不同(或相同)视角，光产生单元21设置在均光单元22对应全息组件4的一侧。

通过这样的配置，光产生单元21发出的光线经过叠设的第一反射式全息单元41、第二反射式全息单元42及第三反射式全息单元43加以反射并产生衍射现象，而分别在全息组件4的同侧形成有层次的多层全息影像。且本态样还可通过控制电路(图未示)电性控制各光产生单元21以固定(或不固定)的频率闪烁或仅发光但不闪烁或顺序发光等，并依据设计产生不同色光或发光模式，而产生多变化的动态或静态的多层全息影像。

在第二实施例的各态样中，全息组件4均不限定为平面，也可为曲面配置，且全息组件4也不限定为一个(如图11所示的第三态样)或多个反射式的全息单元所叠设而成(如图12所示的第四态样)；而其发光组件2的数量、色光及种类均可视需求设计，以利用不同色光及不同发光顺序或闪烁速率等变化，形成可在无光环境下辨识的动态或静态的全息影像。并且通过全息片与发光二极管的薄型化，此全息成像装置可覆设在物品的壳体、或大面积配置以形成动态或静态立体图像的广告牌等，也可将两个独立的穿透式的全息组件1夹合一发光组件2，使两面都能成像，或贴合两个独立的反射式的全息组件4，并在外部覆设发光组件2，也能达到两面成像的效果。

请参阅图13及图14，其分别为本发明的第一实施例的第五态样示意图及本发明的第一实施例的第六态样示意图。在本实施例的第五态样及第六态样中，发光组件2设置在穿透式的全息组件1的下方，并进一步将全息组件1及发光组件2封装，以形成一灯泡型的全息成像装置。其中，穿透式的全息组件1不限定为平面(如图13所示)或曲面(如图14所示)。

以上所述仅为举例性说明，而非为限制性说明。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本发明的权利要求范围中。

Claims (5)

1.一种全息成像装置，其特征在于，包含：

一全息组件；及

至少一发光组件，设置在所述全息组件周缘的至少一侧边及不高于所述全息组件下侧面的任意位置的其中之一位置或其组合，且所述至少一发光组件与所述全息组件选择性地彼此贴设或与所述全息组件保持一默认距离设置，并使所述至少一发光组件朝向所述全息组件配置，以令所述至少一发光组件发出的一光线以远离所述至少一发光组件的方向行进并入射所述全息组件，且所述光线产生衍射现象而在所述全息组件对应所述至少一发光组件的另一侧形成一影像，所述至少一发光组件包含至少一光产生单元及一均光单元，且所述至少一光产生单元设置在所述均光单元邻近所述全息组件的一面上或埋设在所述均光单元内，并朝向所述全息组件配置，以使所述至少一光产生单元发出的所述光线入射所述全息组件。

2.如权利要求1所述的全息成像装置，其特征在于，还包含一反射单元，所述反射单元设置在所述至少一光产生单元远离所述全息组件的一侧，以全反射所述至少一光产生单元发出的所述光线入射所述全息组件。

3.如权利要求1所述的全息成像装置，其特征在于，还包含一控制电路与所述至少一光产生单元电性连接，且所述控制电路用以驱动所述至少一光产生单元产生一发光模式；

其中，所述至少一光产生单元包含一白光发光二极管、一红光发光二极管、一绿光发光二极管、一蓝光发光二极管与一有机发光二极管其中之一或其组合，且所述发光模式为各所述至少一光产生单元以一预定顺序及频率发光或闪烁。

4.如权利要求1所述的全息成像装置，其特征在于，还包含一反射单元，所述反射单元设置在所述全息组件相对所述至少一光产生单元的另一侧，以全反射所述至少一光产生单元的所述光线入射所述全息组件。

5.如权利要求1所述的全息成像装置，其特征在于，还包含一控制电路与所述至少一光产生单元电性连接，且所述控制电路用以驱动所述至少一光产生单元产生一发光模式；

其中，所述至少一光产生单元包含一白光发光二极管、一红光发光二极管、一绿光发光二极管、一蓝光发光二极管与一有机发光二极管其中之一或其组合，且所述发光模式为各所述至少一光产生单元以一预定顺序及频率发光或闪烁。