TWI406115B - 產生三維場景的全像重建的全像顯示裝置及方法 - Google Patents

Description

產生三維場景的全像重建的全像顯示裝置及方法

本案為一種全像顯示裝置，尤指包含第一電子式定址空間光調變器與第二電子式定址空間光調變器，並且可透過一個或多個虛擬觀察員視窗來看見全像重建之全像顯示器裝置。

電腦產生的影像全像圖(Computer－generated video holograms,CGHs)是由一個或更多的空間光調變器(spatial light modulators,SLMs)所編譯而成；空間光調變器可包括電子或光學可控制的元件。這些元件根據影像全像圖來對全像圖值進行編碼，藉此達到調變光的振幅及相位之目的。電腦產生的影像全像圖是可以被計算出來的，例如通過同調光線追蹤、通過模擬受到場景反射的光以及參考波之間的干擾，或者通過傅立葉(Fourier)或菲涅耳(Fresnel)轉換。一個理想的空間光調變器是能表現任意複數的數值，即分別控制進入光波的相位及振幅。然而，典型的空間光調變器只能控制振幅或相位其中一種特性，並且帶有影響其他特性的不良效應。調變光的振幅及相位具有幾種不同的方式，例如利用電子式定址液晶空間光調變器、光學式定址液晶空間光調變器、磁光空間光調變器、微鏡裝置或者聲光調變器。光的調變可為空間上連續的或由個別可定址元件所構成，可為一維或二維排列、二進制、多階層或連續。

在本發明中，專有名詞"編碼"意指提供空間光調變器控制值來對全像圖編碼，使得三維場景可以透過空間光調變器來進行重建。所以"空間光調變器編碼全像圖"是指全像圖在空間調變器上進行編碼。

相較於純自動式立體顯示板，觀察員透過影像全像圖可觀察到三維場景光波波前的光學重建。三維場景是在延伸於觀察員的眼睛及空間光調變器之間或者甚至空間光調變器之後的空間進行重建。空間光調變器也能利用影像全像圖進行編碼，使得觀察員能在空間光調變器之前觀察到重建的三維場景物件，而在空間光調變器上或其後方觀察到其他物件。

空間光調變器的元件是光傳輸性較佳的元件，其射線所產生的干擾至少在一定義的位置，並且超過幾毫米的空間同調性長度。這可提供全像重建至少在一個維度具有足夠的解析度。這類型的光將稱為"充份同調光"。

為了保證足夠的時間同調性，由光源發射的光譜必需限制於一個適當狹窄的波長範圍內，也就是必需接近單色。高亮度發光二極體(LEDs)的光譜頻寬是足夠狹窄來確保全像重建的時間同調性。在空間光調變器上的繞射角度與波長成比例，意指只有一個單色光源將導致目標點的重建強烈。寬闊的光譜則導致寬闊的目標點以及模糊的目標重建。雷射源的光譜可以被當作為單色的。發光二極體(LED)的光譜線寬是充份狹窄的，能幫助較佳的重建。

空間同調性與光源的橫向寬度有關。習用的光源，像是發光二極體(LEDs)或者冷陰極發光燈(CCFLs)，如果它們的發射光是通過充份狹窄的縫隙也可以滿足這些需求。雷射光源的光可視為從繞射限制的點光源所發射，根據模型的的純度、將產生目標的尖銳重建，即每一個目標點被重建為繞射限制的點。

從空間非同調光源所產生的光是橫向延伸，並且會造成重建目標模糊。模糊的情況是由重建在既定位置的目標點寬闊大小所決定。為了在全像圖重建上使用空間非同調光源，必須在亮度和利用孔徑限制光源橫向寬度之間找到一個折衷點。較小的光源，會得到比較好的空間同調性。

如果從直角於縱向延展的觀點來觀察，直線光源可被視為點光源。因此，光波就能在那個方向進行同調傳播，並且非同調於其他方向。

一般而言，全像圖藉由波在水平和垂直方向的同調超重疊來全像地重建場景。上述的影像全像圖被稱做全視差全像圖。重建的物件可被視為在水平和垂直方向的移動視差，如同真實物件。然而，較大的可視角度需要在空間光調變器的水平和垂直方向具有高的解析度。

通常，空間光調變器的需求會因為限制於僅具水平視差(HPO)的全像圖而減少。全像重建僅發生於水平方向，在垂直方向不會有全像重建。這將導致重建物件具有水平移動視差。透視圖並不會在垂直移動上改變。僅具水準視差的全像圖需要空間光調變器在垂直方向的解析度會少於全視差的全像圖。僅具垂直視差(VPO)的全像圖是同樣可以如此的但較為罕見。全像重建只發生在垂直方向，會產生具有垂直移動視差的重建物件。而在水平方向不會有移動視差。由於左眼和右眼觀察到的透視圖不同，因此透視圖必須分別地產生。

討論相關的技術

典型地，用於產生三維圖像的裝置較缺乏緊密，即需要複雜及龐大的光學系統，使其無法使用在可攜式裝置，或在手持式裝置，例如手機。以US4,208,086為例，用於產生較大三維圖像的裝置長度是以公尺為單位。以WO 2004/044659(US2006/0055994)為參考，用於重建影像三維圖像的裝置具有超過10公分的厚度。因此，上述的習用裝置對於手機或其他可攜式、手持式或較小的顯示裝置具有過厚的厚度。

在WO 2004/044659(US2006/0055994)之中提及藉由充份同調光的繞射重建三維場景的裝置；裝置包括點光源或直線光源、用於對焦光線的透鏡以及空間光調變器。相較於習用的全像顯示，空間光調變器於傳輸模式至少在一個"虛擬觀察員視窗"重建三維場景(關於虛擬觀察員視窗的描述及相關的技術請參考附件I及II)。每一個虛擬觀察員視窗是設置於靠近觀察員的眼睛，並且大小上受到限制，所以虛擬觀察員視窗是於單一的繞射階級，因此每一個眼睛可以看見三維場景在圓錐狀重建空間的完整重建，圓錐狀的重建空間是延展於空間光調變器表面及虛擬觀察員視窗之間。為了讓全像重建沒有干擾，虛擬觀察員視窗的大小必需不超過重建的一個繞射階級週期性間隔。然而，這必需至少足夠大，能讓觀察員經由視窗看見三維場景的完整重建。另一個眼睛能經由相同的虛擬觀察員視窗，或是由第二個光源所產生的第二個虛擬觀察員視窗來進行觀察。此時，典型上較大的可見區域會限制於局部設置的虛擬觀察員視窗。習用的解決方法是在由習用高解度空間光調變器表面所產生的微小化大區域進行重建，以減低至虛擬觀察員視窗的尺寸大小。這將產生由於幾何上原因而較小的繞射角度，以及利用消費者層級的計算設備，即足夠實現高品質即時全像重建的光調變器解析度。

然而，已知產生三維圖像的方法，呈現出由於較大的空間光調變器表面區域，因而需要一個體積大、容量大、重量重及昂貴的透鏡來聚焦的缺點。因此，裝置將有大的厚度及重量。另一個缺點，是當使用這樣大透鏡時，由於邊緣的色差將嚴重地減低重建的品質。在US 2006/250671提及一個改進包括透鏡狀陣列的光源改進方法，雖然它是應用於大範圍影像全像圖中，於此作為一個參考。

在US2004/0223049中提到了產生三維影像的手機。然而，所提及的三維影像是利用自動立體顯示所產生。利用自動立體顯示產生三維圖像的一個問題是在典型上觀看者察覺圖像是在顯示器內部，而觀看者的眼睛傾向於集中在顯示器的表面上。在許多實例中，觀看者眼睛的焦點及三維圖像的察覺位置之間的不同，將可能造成使用者不舒服的現象。在利用全像技術產生三維圖像的實例中，這些問題將不會發生，或是大大地減少。

在第一方面，提供了一個全像顯示裝置，包含第一電子式定址空間光調變器與第二電子式定址空間光調變器，該成對允許獨立地調變相位與振幅，其中可透過一個或多個虛擬觀察員視窗來看見全像重建。全像重建可經由一個或二個虛擬觀察員視窗看見。顯示器以背光及微透鏡陣列照亮。全像顯示器裝置可令光源為發光二極體。

全像顯示裝置可讓一個電子式定址空間光調變器調變相位，以及另一個電子式定址空間光調變器調變振幅。全像顯示裝置可讓一個電子式定址空間光調變器調變相位與振幅的一組合，以及另一個電子式定址空間光調變器調變相位與振幅的另一不同組合。

全像顯示裝置可讓電子式定址空間光調變器之間不具中間光學。

電子式定址空間光調變器可形成具有一很小或最小間隔的相鄰層。電子式定址空間光調變器可為固定且實體上直接或間接的連接。

全像顯示裝置可讓光源為固定且實體上直接或間接連接電子式定址空間光調變器。

全像顯示裝置可使得電子式定址空間光調變器具有有關於虛擬觀察員視窗的排列像素。

從第一電子式定址空間光調變器至第二電子式定址空間光調變器的光的繞射符合菲涅耳(Fresnel)繞射法則，但是不包含夫朗 和斐(Fraunhofer)繞射法則。

考慮在一二維剖面中，全像顯示裝置可使得由第一電子式定址空間光調變器的每一個像素所傳送的強度大於90%入射在第二電子式定址空間光調變器對應的像素上。

全像顯示裝置可在符合菲涅耳繞射法則下，但是不包含夫朗和斐繞射法則，減少第一電子式定址空間光調變器中的像素孔徑的方式來最小化串音。

隔離層可分隔電子式定址空間光調變器來最小化電磁場，防止一個電子式定址空間光調變器不良影響鄰近的電子式定址空間光調變器的效能。透鏡陣列可被設置在電子式定址空間光調變器之間，以最小化串音。可利用減小第一電子式定址空間光調變器中的像素孔徑以將串音減至最小。符合夫朗和斐繞射法則下，可減小第一電子式定址空間光調變器中的像素孔徑來最小化串音。光纖面板可被設置在電子式定址空間光調變器之間，以最小化串音。

全像顯示裝置可利用空間或時間多工進行舖置虛擬觀察員視窗。

全像顯示裝置可使得顯示器為可操作的，以對於觀察員的左眼接著右眼，在一包含全像的媒介上以時間序列地重新編碼全像圖。

全像顯示裝置可使得顯示器不需要任何的投影透鏡而產生聚焦在一螢幕上的一二維圖像，且無關於螢幕離在光學遠場中的裝置的距離。

全像顯示裝置可使用光束分光鏡來將全像圖像傳送至觀察員的每一個眼睛。

全像顯示裝置可使得電子式定址空間光調變器是設置在光源的30mm範圍之內，且置於可攜式盒中。

全像顯示裝置可存在了一光束指向元件用以追蹤虛擬觀察員視窗，光束指向元件由等向主體材料內部的液晶區域所組成，其中，區域與矩陣之間的介面是稜形，或是球的部分形狀，或是圓柱的部分形狀，且液晶的方向使用外加電場方式控制，以變化光束指向元件的局部折射或繞射屬性。

全像顯示裝置可讓電子式定址空間光調變器、光源及與光源排列的透鏡陣列全部置於可攜式盒內，且在其中，光源經由透鏡陣列放大10至60倍。

全像顯示裝置可以背光及微透鏡陣列照亮。微透鏡陣列可在顯示器的小區域上提供局部同調性，此區域是對於使用在重建一重建物件之給定點的資訊進行編碼的顯示器的唯一部份。顯示器可包含反射式偏光片。顯示器可包含稜鏡光學膜。

在另一方面，提供了一個產生全像重建的方法，包含使用如文中所述的全像顯示裝置的步驟。

利用"空間光調變器編碼全像圖"意指全像圖是在空間光調變器上進行編碼。

A.紅外線有機發光二極體顯示器與光學式定址空間光調變器的緊密結合

這個實施例提供光學式定址空間光調變器與可在光學式定址空間光調變器上寫入圖樣的紅外線發射顯示器的緊密結合，這樣的結合能夠在適當的照明條件下產生三維圖像。

光學式定址空間光調變器包括感光器層與位於在傳導性電極之間的液晶(LC)層。當電壓加至電極，入射在感光器層上的光圖樣將轉換至用於調變讀取光束的液晶層。在習用技術中，入射光圖樣是由電子式定址空間光調變器(EASLM)所調變的寫入光束所提供。電子式定址空間光調變器是由光源照射並且成像到光學式定址空間光調變器上。通常，寫入光束是非同調的，可避免斑點圖樣現象，而讀取光束是同調性的，具有產生繞射圖案的能力。

光學式定址空間光調變器相較於電子式定址空間光調變器的優點是光學式定址空間光調變器可具有連續、非像素或非圖樣式的結構，而電子式定址空間光調變器則為像素結構。像素在光的空間分配上產生銳邊：此銳邊相當於高空間頻率。

高空間頻率會導致在光學遠場裡廣角繞射的特性。因此，電子式定址空間光調變器會產生在光學遠場中不希望出現的光學繞射加工品，必須使用如空間濾波等已知的技術來消除。在光學處理程序中，進行空間濾波需要增加額外的步驟，這會讓裝置變的較厚而且會造成光的浪費。光學式定址空間光調變器類型的裝置優點是能夠在光學式定址空間光調變器中允許連續的圖樣產生。連續的圖樣可讓光強度，具有較少的陡峭變化在任何給定方向轉換至光束傳播的方向。因此，較少的陡峭變化擁有能比電子式定址空間光調變器裝置所產生的像素邊緣低的高空間頻率的濃度。在包含光學式定址空間光調變器的裝置中，較低濃的高空間頻率可促使光學處理較為容易，並且比包含電子式定址空間光調變器的裝置更具效率。此外，相較於電子式定址空間光調變器，光學式定址空間光調變器裝置可為雙穩態裝置。因此，光學式定址空間光調變器可比電子式定址空間光調變器裝置具有較低的電源需求，這可增加可攜式裝置或手持式裝置的電池壽命。

在這個實施例介紹不需要成像光學的緊密裝置。光學式定址空間光調變器利用紅外線有機發光二極體顯示器寫入。有機發光二極體顯示器是直接連接光學式定址空間光調變器，形成不具成像光學的緊密裝置。有機發光二極體可以是可舖置的型式，以組成有機發光二極體陣列。光學式定址空間光調變器可由多個較小的可舖置型光學式定址空間光調變器所組成。

有機發光二極體顯示器與光學式定址空間光調變器的緊密組合可以是透明。透明的有機發光二極體顯示器是目前已知的，例如在之後的"有機發光二極體材料"章節中所描述的內容。在一個例子中，有機發光二極體顯示器與光學式定址空間光調變器的緊密組合是從對邊至三維圖像所形成的邊進行照射，可見光經由有機發光二極體與光學式定址空間光調變器向觀察員傳送。更好的方法是有機發光二極體顯示器發出紅外線來寫入至光學式定址空間光調變器的紅外線感應感光器層。因為人類的眼睛對紅外線不敏感，所以觀察員看不見任一種從紅外線寫入光束產生的光。

另一個例子，有機發光二極體顯示器與光學式定址空間光調變器的緊密組合可讓寫入光束與讀取光束在光學式定址空間光調變器的對邊上為入射的。在另一個例子，有機發光二極體顯示器與光學式定址空間光調變器的緊密組合可讓反射層是在光學式定址空間光調變器的邊上，此為有機發光二極體顯示器的對邊，使得三維圖像可從光學式定址空間光調變器的相同邊觀察到，也就是有機發光二極體顯示器所在的邊，照射源也如同有機發光二極體顯示器一樣，位於光學式定址空間光調變器的同邊上：這是反射顯示器的例子。

包括紅外線有機發光二極體的陣列的實施例中，紅外線發射有機發光二極體允許對由光學式定址空間光調變器所傳送的可見光的振幅、相位或振幅及相位的組合進行控制，促使全像圖在光學式定址空間光調變器中產生。光學式定址空間光調變器可包含一對透明隔板，在隔板上塗有兩種電力導電膜，如同參考資料中US4,941,735所描述的內容。連續或不連續的感光膜可塗至其中一個導電膜上。

雙穩態鐵電式液晶或一些其它型式的液晶，可限制在另一個導電膜與感光膜之間。起動電壓可加至導電膜。在光學式定址空間光調變器中，光學式寫入光束可利用逐一像素的方式程式或啟動光學讀取光束的偏化。寫入光束可利用個別起動光學式定址空間光調變器的感光區來程式光學式定址空間光調變器。光學式定址空間光調變器被程式的區域，可藉由寫入光束的起動，旋轉閱讀光束的偏化。

圖一描述一種實施例。10是照明裝置，用於提供平面區域的照明，其中照明是具有充份的同調性以便能夠產生三維圖像。在US 2006/250671提及一個用於大區域影像全像圖的照明裝置例子，其中一個例子是在圖四中。如同10的裝置可為白光光源陣列的形式，例如冷陰極螢光燈或發出的光線入射在聚焦系統上的白光發光二極體，其中聚焦系統可為緊密的，如透鏡狀陣列或微透鏡陣列。或者，用於10的光源可由紅、綠及藍雷射所組成，或是發出充份同調性光的紅、綠及藍發光二極體所組成。然而，具有充份空間同調性的非雷射光源(例如：發光二極體，有機發光二極體，冷陰極螢光燈)是更佳的。雷射光源的缺點，像是在全像重建上造成雷射斑點、相對上較為昂貴以及所有關於傷害全像顯示觀看者或是進行全像顯示裝置組裝工作人員的眼睛等可能的安全問題。元件10－13的厚度全部可約為數公分，或是更低。元件11可為色彩過濾器陣列，使得彩色光線(例如紅色、綠色及藍色光)的像素是射向元件12，儘管如果使用彩色光源，色彩過濾器是不需要的。元件12是在透明基板上的紅外線有機發光二極體陣列。紅外線有機發光二極體陣列將使得每一個紅外線有機發光二極體在元件13的方向發射的光，平行且符合從唯一對應的色彩像素發出的光。元件13為光學式定址空間光調變器。關於光學式定址空間光調變器，紅外線有機發光二極體陣列提供寫入光束；元件11發射的彩色光束為讀取光束。位於點14離包括緊密全像圖產生器15的裝置一些距離的觀看者，可從15的方向觀看到三維圖像。元件10、11、12及13是配置成實體連接(真實上連接)，每一個形成結構的一層，使得整體為單一、統一的物件。實體連接可為直接的。或是間接的，如果有薄的中間層，覆蓋在相鄰層之間的膜。實體連接可限制在確保正確的相互組合排列的小區域中，或是可延伸至較大的區域，甚至層的整個表面。實體連接可由層與層的黏接來實現，例如藉由使用光學傳送膠黏劑的方式，以便形成緊密的全像圖產生器15，或是藉由其它任何的方式(參考概要製造程序部份)。

元件10可包含一個或兩個稜鏡光學膜來增加顯示器的亮度：這樣的膜是已知的，例如在US 5,056,892與US 5,919,551中所描述的內容。元件10可包含偏光元件，或是偏光元件的集合。線性偏光薄片是其中一個例子。另外一個例子是反射式偏光片，可傳送一個線性偏化狀態，並且反射正交線性偏化狀態－這樣的薄片是已知的，例如在US 5,828,488中所描述的內容。另一個例子是反射式偏光片，可傳送一個圓形偏化狀態，並且反射正交圓形偏化狀態－這樣的薄片是已知的，例如在US 6,181,395中所描述的內容。元件10可包含聚焦系統，此聚焦系統可為緊密的，例如透鏡狀陣列或微透鏡陣列。元件10可包含其它在背光科技的領域中已知的光學元件。

圖四是習用技術側視圖，指出垂直聚焦系統1104的三個聚焦元件1101、1102、1103，採用圓柱形透鏡水平排列於陣列中的形式，參照於參考資料WO 2006/119920。並以水平線光源LS2幾近準直的光束通過照明單位的聚焦元件1102至觀察員平面OP為例。根據圖四，許多的線光源LS1,LS2,LS3是一個個上下排列。每一個光源發射的光，在垂直方向是充份空間同調性的，在水平方向是空間非同調性的。這個光會通過光調變器SLM的傳輸元件。這個光因為全像圖編碼的光調變器SLM的元件，僅在垂直方向的繞射。聚焦元件1102在觀察員平面OP以數個繞射階級(只有一個是有用的)成像光源LS2。由光源LS2所發射的光束是作為只通過聚焦系統1104的聚焦元件1102的例子。在圖四中，三個光束顯示第一繞射階級1105、第零繞射階級1106及負一繞射階級1107。與單一點光源相比，線光源允許非常高的光強度產生。使用多個已增加效率與針對重建三維場景的每一個部分進行線光源排列的全像區域可提升有效的光強度。另一個優點，不採用雷射，多個分隔的(例如在可為遮光器一部份的槽闌之後)常見光源可產生充份的同調光。

B.兩對有機發光二極體與光學式定址空間光調變器的組合的緊密組合。

在更進一步的實施例中，可使用兩對有機發光二極體與光學式定址空間光調變器的組合的緊密組合，以連續及緊密的方式來調變的振幅及相位。因此，由振幅與相位組成的複數可以逐一像素的方式在傳送光中編譯。

這個實施例包含第一由紅外線有機發光二極體陣列及光學式定址空間光調變器配對的緊密組合及第二由紅外線有機發光二極體陣列及光學式定址空間光調變器配對的緊密組合。

第一對調變傳送光的振幅，第二對調變傳送光的相位。也可以第一對調變傳送光的相位，第二對調變傳送光的振幅。每一個紅外線有機發光二極體陣列與光學式定址空間光調變器的緊密組合可如同在A部份所描述的。兩對紅外線有機發光二極體陣列與光學式定址空間光調變器的緊密組合是由紅外線過濾器所分離，紅外線過濾器會吸收紅外線而不處理可見光。

在第一步驟中，第一紅外線有機發光二極體陣列寫入圖樣，以提供在第一光學式定址空間光調變器中的振幅調變。在第二步驟中，第二紅外線有機發光二極體陣列寫入圖樣，以提供在第二光學式定址空間光調變器中的相位調變。紅外線濾光片阻止紅外線的洩漏從第一緊密組合一對紅外線-有機發光二極體陣列與光學式定址空間光調變器到第二緊密組合一對紅外線-有機發光二極體陣列與光學式定址空間光調變器.紅外線過濾器也預防從第二對紅外線有機發光二極體陣列與光學式定址空間光調變器的緊密組合的紅外線洩漏至第一對紅外線有機發光二極體陣列與光學式定址空間光調變器的緊密組合。然而，紅外線過濾器傳送從第一對紅外線有機發光二極體陣列與光學式定址空間光調變器的緊密組合的可見光，以作為第二對紅外線有機發光二極體陣列與光學式定址空間光調變器的緊密組合中的讀取光束。由第二光學式定址空間光調變器傳送的光已在振幅與相位進行調變，因此當觀看者觀看包含這兩個緊密組合對的裝置所發射的光時，觀察員可觀察到三維圖像。

基於習用相位與振幅的調變技術促進複數數值的表現，有機發光二極體顯示器與光學式定址空間光調變器兩者都具有高解析度。因此，這個實施例可應用於產生全像圖像，使得觀看者可看到三維圖像。

在圖二中，顯示一個實施的例子。20是照明裝置，用於提供平面區域的照明，並且照明具有充份的同調性，能夠產生三維圖像。如在US 2006/250671中提供了關於大區域影像全像圖的實例即為一個例子。這類型的裝置如同20可採用白色光源陣列的形式，例如冷陰極螢光燈或發出的光線入射在聚焦系統上的白光發光二極體，其中聚焦系統可為緊密的，如透鏡狀陣列或微透鏡陣列。或者，用於20的光源可由紅、綠及藍雷射所組成，或是發出充份同調性光的紅、綠及藍發光二極體所組成。然而，具有充份空間同調性的非雷射光源(例如：發光二極體，有機發光二極體，冷陰極螢光燈)是更佳的。雷射光源的缺點，像是在全像重建上造成雷射斑點、相對上較為昂貴以及所有關於傷害全像顯示觀看者或是進行全像顯示裝置組裝工作人員的眼睛等可能的安全問題。

元件20－23、26－28的厚度全部可約為數公分，或是更低。元件21可包含色彩過濾器陣列，使得彩色光線(例如紅色、綠色及藍色光)的像素是射向元件22，儘管如果使用彩色光源，色彩過濾器是不需要的。元件22是在透明基板上的紅外線有機發光二極體陣列。紅外線有機發光二極體陣列將使得每一個紅外線有機發光二極體在元件23的方向發射的光，平行且符合從唯一對應的色彩像素發出的光。元件23為光學式定址空間光調變器。關於光學式定址空間光調變器，紅外線有機發光二極體陣列提供寫入光束；元件21發射的彩色光束為讀取光束。元件26是紅外線過濾器，只傳送可見光而中斷紅外線光，使得元件22所發射的紅外線光不影響元件27。元件27是光學式定址空間光調變器。元件28是在透明基板上的紅外線有機發光二極體陣列。紅外線有機發光二極體陣列將使得每一個紅外線有機發光二極體在元件27的方向發射的光，平行且符合從唯一對應的色彩像素發出的光。關於光學式定址空間光調變器27，紅外線有機發光二極體陣列28提供寫入光束；元件26發射的彩色光束為讀取光束。關於傳送光，元件23調變振幅，元件27調變相位。也可以元件27調變振幅，元件23調變相位。因為從透明基板28上紅外線有機發光二極體陣列來的光是發射在元件26的方向，元件26可吸收紅外線光，防止元件28的光至光學式定址空間光調變器23。這樣的設定，兩個有機發光二極體陣列22及28放出的光線，在實質上為相反的方向，確保兩個光學式定址空間光調變器23及27可放置在接近的位置。將光學式定址空間光調變器23及27靠近能夠減少光學耗損及因光束分歧而產生的像素串音問題：當光學式定址空間光調變器23及27是非常靠近的，可實現通過光學式定址空間光調變器的彩色光線光束的非重疊傳播的較佳近似值。圖二元件27及28的次序可以相反，但是這不認為是理想對於實現通過光學式定址空間光調變器23及27的彩色光線光束之間低串音及高傳輸目標的設定。

元件20可包含一個或兩個稜鏡光學膜來增加顯示器的亮度：這樣的膜是已知的，例如在US 5,056,892與US 5,919,551中所描述的內容。元件20可包含偏光元件，或是偏光元件的集合。線性偏光薄片是其中一個例子。另外一個例子是反射式偏光片，可傳送一個線性偏化狀態，並且反射正交線性偏化狀態－這樣的薄片是已知的，例如在US 5,828,488中所描述的內容。另一個例子是反射式偏光片，可傳送一個圓形偏化狀態，並且反射正交圓形偏化狀態－這樣的薄片是已知的，例如在US 6,181,395中所描述的內容。元件20可包含聚焦系統，此聚焦系統可為緊密的，例如透鏡狀陣列或微透鏡陣列。元件20可包含其它在背光科技的領域中已知的光學元件。

位於點24離包括緊密全像圖產生器25的裝置一些距離的觀看者，可從25的方向觀看到三維圖像。元件20、21、22、23、26、27及28是配置成實體連接(真實上連接)，每一個形成結構的一層，使得整體為單一、統一的物件。實體連接可為直接的。或是間接的，如果有薄的中間層，覆蓋在相鄰層之間的膜。實體連接可限制在確保正確的相互排列的小區域中，或是可延伸至較大的區域，甚至層的整個表面。實體連接可由層與層的黏接來實現，例如藉由使用光學傳送膠黏劑的方式，以便形成緊密的全像圖產生器15，或是藉由其它任何的方式(參考概要製造程序部份)。

在圖二中，理想情況下有機發光二極體陣列22及28放出的光線是相當準直的。然而，實際有機發光二極體放出的光線可能為不準直，例如朗伯(Lambertian)(完全擴散)分配的光。當有機發光二極體的光放射並不是十分準直時，有機發光二極體可以盡可能的靠近對應的光學式定址空間光調變器。在這樣的情況，入射在光學式定址空間調變器表面的強度將變化至近似入射角餘弦的平方。在45°或60°的入射光將導致強度僅為垂直入射光的二分之一或是四分之一。因此，假如有機發光二極體是充份相間隔地隔開，可見光像素充份細小，並且足夠靠近光學式定址空間光調變器，幾何效應將導致橫越光學式定址空間光調變器空間上產生的電位差發生重大變化，甚至是在有機發光二極體光放射分配為朗伯(Lambertian)的限制情況下。入射的紅外線強度在有機發光二極體的光垂直入射的光學式定址空間光調變器的點之間可能不會降至零，這可能導致裝置可實現的對比減低。但是如果能簡化裝置結構，減少的對比是可接受的。

在圖二中，理想情況下有機發光二極體陣列22及28放出的 光線是相當準直的。然而，實際有機發光二極體放出的光線可能為不準直，例如朗伯(Lambertian)(完全擴散)分配的光。當有機發光二極體的光放射是不準直時，有機發光二極體的幾何光分配可利用布拉格(Bragg)過濾器全像光學元件來進行修正，例如在US 5,153,670中所描述的內容。布拉格過濾器全像光學元件可造成光準直，或是比起沒有使用此元件具有較佳的準直性。圖八顯示了布拉格過濾器全像光學元件的作用實例。在圖八中，80是有機發光二極體陣列，81是全像光學元件布拉格過濾器，包含布拉格平面，例如布拉格平面84，而82為光學式定址空間光調變器。在有機發光二極體陣列80中的一個單一有機發光二極體83，發射的紅外線的分佈是如85所示意的分佈。由有機發光二極體陣列80所發射的光線86，在全像光學元件81中經歷散射，接著近似正交的入射在光學式定址空間光調變器82上。在這個方法中，改進入射在光學式定址空間光調變器82上的紅外線的準直性是可以實現的。

另一個實施例如圖五所示。57是照明裝置，用於提供平面區域的照明，並且照明具有充份的同調性，能夠產生三維圖像。如在US 2006/250671中提供了關於大區域影像全像圖的實例即為一個例子。這類型的裝置可採用白色光源陣列的形式，例如冷陰極螢光燈或發出的光線入射在聚焦系統上的白光發光二極體，其中聚焦系統可為緊密的，如透鏡狀陣列或微透鏡陣列50。或者，用於57的光源可由紅、綠及藍雷射所組成，或是發出充份同調性光的紅、綠及藍發光二極體所組成。然而，具有充份空間同調性的非雷射光源(例如：發光二極體，有機發光二極體，冷陰極螢光燈)是更佳的。雷射光源的缺點，像是在全像重建上造成雷射斑點、相對上較為昂貴以及所有關於傷害全像顯示觀看者或是進行全像顯示裝置組裝工作人員的眼睛等可能的安全問題。

元件57可包含一個或兩個稜鏡光學膜來增加顯示器的亮度：這樣的膜是已知的，例如在US 5,056,892與US 5,919,551中所描述的內容。元件57可包含偏光元件，或是偏光元件的集合。線性偏光薄片是其中一個例子。另外一個例子是反射式偏光片，可傳送一個線性偏化狀態，並且反射正交線性偏化狀態－這樣的薄片是已知的，例如在US 5,828,488中所描述的內容。另一個例子是反射式偏光片，可傳送一個圓形偏化狀態，並且反射正交圓形偏化狀態－這樣的薄片是已知的，例如在US 6,181,395中所描述的內容。元件57可包含其它在背光科技的領域中已知的光學元件。

元件57、50－54的厚度全部可約為數公分，或是更低。元件51可包含色彩過濾器陣列，使得彩色光線(例如紅色、綠色及藍色光)的像素是射向元件52，儘管如果使用彩色光源，色彩過濾器是不需要的。

元件52是在透明基板上的紅外線有機發光二極體陣列。紅外線有機發光二極體陣列將使得對於每一個色彩像素，一個包含二種紅外線有機發光二極體的唯一成對在元件53的方向發射的光，會平行且符合從它們所對應的色彩像素發出的光。第一種的紅外線有機發光二極體發射第一波長的紅外線。第二種的紅外線有機發光二極體發射第二波長的紅外線，第二波長與第一波長是不相同的。元件53是光學式定址空間光調變器。元件54是另一光學式定址空間光調變器。關於光學式定址空間光調變器，紅外線有機發光二極體陣列提供寫入光束；元件51發射的彩色光束為讀取光束。光學式定址空間光調變器53是由有機發光二極體陣列52發射的兩個紅外線波長中的第一波長所控制。光學式定址空間光調變器53對於有機發光二極體陣列52所發射的兩個紅外線波長的第二波長不敏感，並且會將有機發光二極體陣列52發射的兩個紅外線波長的第二波長傳送。光學式定址空間光調變器54是由有機發光二極體陣列52發射的兩個紅外線波長中的第二波長所控制。光學式定址空間光調變器54對於有機發光二極體陣列52所發射的兩個紅外線波長的第一波長是不敏感的，或者可利用光學式定址空間光調變器53的吸收及/或來防止第一紅外線波長的光到達光學式定址空間光調變器54，藉由它的吸收，在緊密的全像圖產生器55中，並不一定需要對於第一紅外線波長不敏感的光學式定址空間光調變器54。或者也可使用發射兩種不同波長的單一種有機發光二極體，兩種不同波長的相對強度是由一個參數所決定，像是橫越有機發光二極體的電壓。兩種不同波長的放射可利用時間多工進行控制。

對於傳送光，元件53調變振幅，元件54調變相位。也可以元件54調變振幅，元件53調變相位。這樣的設定，有機發光二極體陣列52發射具有兩種不同波長的光，確保兩個光學式定址空間光調變器53及54可放置在非常接近的位置。將光學式定址空間光調變器53及54靠近能夠減少光學耗損及因光束分歧而產生的像素串音問題：當光學式定址空間光調變器53及54是非常靠近的，可實現通過光學式定址空間光調變器的彩色光線光束的非重疊傳播的較佳近似值。

位於點56離包括緊密全像圖產生器55的裝置一些距離的觀看者，可從55的方向觀看到三維圖像。元件57、50、51、52、53及54是配置成實體連接(真實上連接)，每一個形成結構的一層，使得整體為單一、統一的物件。實體連接可為直接的。或是間接的，如果有薄的中間層，覆蓋在相鄰層之間的膜。實體連接可限制在確保正確的相互排列的小區域中，或是可延伸至較大的區域，甚至層的整個表面。實體連接可由層與層的黏接來實現，例如藉由使用光學傳送膠黏劑的方式，以便形成緊密的全像圖產生器55，或是藉由其它任何的方式(參考概要製造程序部份)。

在光學式定址空間光調變器執行振幅調變處，在典型的設定中，入射的讀取光學光束將會藉由將光束通過線性偏光片來達到線性偏化。振幅調變是由在施加電場中液晶的旋轉所控制，其中電場是由感光層所產生，影響光的偏化狀態。在這樣的裝置中，離開光學式定址空間光調變器的光會通過另一個線性偏光片，可因光的偏化狀態改變而減少強度，如同它通過光學式定址空間光調變器時一樣。

在光學式定址空間光調變器執行相位調變處，除非它們已處於定義的線性偏化狀態，在典型的設定中，入射的讀取光學光束將會藉由將光束通過線性偏光片來達到線性偏化。相位調變是由施加電場的應用所控制，其中電場是由感光層所產生，影響光的相位狀態。在相位調變的一個例子中，使用向列型相位液晶，光軸方向是間隔固定的，但是雙折射是施加電壓的函數。在相位調變的例子中，使用鐵電性液晶，雙折射是固定的，但是光軸的方向是由施加電壓所控制。在相位調變實作中，使用其中任一種方法，輸出光束對於由施加電壓控制的輸入光束而言具有相位差。可執行相位調變的液晶元件的其中一個例子為Freedericksz元件排列，在其中使用了具有正介電質異方向性的向列型液晶的反平行排列區域，如同在US 5,973,817所描述的內容。

C.緊密型光源與電子式定址空間光調變器的緊密組合。

這個實施例提供電子式定址空間光調變器與充份同調性緊密型光源的緊密組合，這組合能夠在適當的照明情況下產生三維圖像。

在這個實施例中，描述了不需要成像光學的電子式定址空間光調變器與緊密型光源的緊密組合。這個實施例提供了一個光源或多個光源、聚焦方法、電子式定址空間光調變器(EASLM)及非必要的分光鏡元件的緊密組合，此組合能夠在適當的照明情況下產生三維圖像。

在圖十一中為一個實施例。110是照明裝置用於提供平面區域的照明，其中照明是具有充份的同調性以便能夠產生三維圖像。在US 2006/250671提及一個用於大區域影像全像圖的照明裝置例子，其中一個例子是在圖四中。如同110的裝置可為白光光源陣列的形式，例如冷陰極螢光燈或發出的光線入射在聚焦系統上的白光發光二極體，其中聚焦系統可為緊密的，如透鏡狀陣列或微透鏡陣列。或者，用於110的光源可由紅、綠及藍雷射所組成，或是發出充份同調性光的紅、綠及藍發光二極體所組成。紅色，綠色及藍色發光二極體可成為有機發光二極體(OLEDs)。然而，具有充份空間同調性的非雷射光源(例如：發光二極體，有機發光二極體，冷陰極螢光燈)是更佳的。雷射光源的缺點，像是在全像重建上造成雷射斑點、相對上較為昂貴以及所有關於傷害全像顯示觀看者或是進行全像顯示裝置組裝工作人員的眼睛等可能的安全問題。

元件110的厚度可約為數公分，或是更低。在較佳實施例中，元件110－113全部厚度會低於三公分，以便提供充份同調性的緊密光源。元件111可為色彩過濾器陣列，使得彩色光線(例如紅色、綠色及藍色光)的像素是射向元件112，儘管如果使用彩色光源，色彩過濾器是不需要的。元件112是電子式定址空間光調變器。元件113是非必要的光束分光鏡元件。位於點114離包括緊密全像圖產生器115的裝置一些距離的觀看者，可從115的方向觀看到三維圖像。

元件110可包含一個或兩個稜鏡光學膜來增加顯示器的亮度：這樣的膜是已知的，例如在US 5,056,892與US 5,919,551中所描述的內容。元件110可包含偏光元件，或是偏光元件的集合。線性偏光薄片是其中一個例子。另外一個例子是反射式偏光片，可傳送一個線性偏化狀態，並且反射正交線性偏化狀態－這樣的薄片是已知的，例如在US 5,828,488中所描述的內容。另一個例子是反射式偏光片，可傳送一個圓形偏化狀態，並且反射正交圓形偏化狀態－這樣的薄片是已知的，例如在US 6,181,395中所描述的內容。元件110可包含其它在背光科技的領域中已知的光學元件。

電子式定址空間光調變器是空間光調變器的一種，在其中元件陣列中的每一個元件可利用電子式進行定址。每個元件對入射的光進行一些作用，例如用來調變它所傳送的光的振幅，或者調變它所傳送的光的相位，或者調變它所傳送的光的振幅及相位的組合。在US 5,973,817中提供了一個電子式定址空間光調變器的例子，此例子為相位調變電子式定址空間光調變器。液晶電子式定址空間光調變器為電子式定址空間光調變器的一個例子。磁光電子式定址空間光調變器為電子式定址空間光調變器的另一個例子。

元件110，111，112及113是配置成實體連接(真實上連接)，每一個形成結構的一層，使得整體為單一、統一的物件。實體連接可為直接的。或是間接的，如果有薄的中間層，覆蓋在相鄰層之間的膜。實體連接可限制在確保正確的相互組合排列的小區域中，或是可延伸至較大的區域，甚至層的整個表面。實體連接可由層與層的黏接來實現，例如藉由使用光學傳送膠黏劑的方式，以便形成緊密的全像圖產生器115，或是藉由其它任何的方式(參考概要製造程序部份)。

圖四是習用技術側視圖，指出垂直聚焦系統1104的三個聚焦元件1101、1102、1103，採用圓柱形透鏡水平排列於陣列中的形式。並以水平線光源LS2幾近準直的光束通過照明單位的聚焦元件1102至觀察員平面OP為例。根據圖四，許多的線光源LS1,LS2,LS3是一個個上下排列。每一個光源發射的光，在垂直方向是充份空間同調性的，在水平方向是空間非同調性的。這個光會通過光調變器SLM的傳輸元件。這個光因為全像圖編碼的光調變器SLM的元件，僅在垂直方向的繞射。聚焦元件1102在觀察員平面OP以數個繞射階級(只有一個是有用的)成像光源LS2。由光源LS2所發射的光束是作為只通過聚焦系統1104的聚焦元件1102的例子。在圖四中，三個光束顯示第一繞射階級1105、第零階級1106及負一階級1107。與單一點光源相比，線光源允許非常高的光強度產生。使用多個已增加效率與針對重建三維場景的每一個部分進行線光源排列的全像區域可提升有效的光強度。另一個優點，不採用雷射，多個分隔的(例如在可為遮光器一部份的槽闌之後)常見光源可產生充份的同調光。

通常，全像顯示用來在虛擬觀察員視窗中重建波前。波前是一個實際物體會產生的東西，如果它存在的話。當觀察員的眼睛是位於可能為多個虛擬觀察員視窗(VOWs)中的一個虛擬觀察員視窗時，他會看見重建的物件。如圖六A所示，全像顯示由下列構成要素所組成：光源，透鏡，空間光調變器及非必要光束分光鏡。

為了幫助空間光調變器與可顯示全像圖像的緊密型光源的緊密組合產生，單一光源及圖六A的單一透鏡可由光源陣列及透鏡陣列或透鏡狀陣列分別取代，如圖六B所示。在圖六B中，光源照射空間光調變器，並且透鏡成像光源至觀察員平面。空間光調變器編碼全像圖像且調變進入的波前，使得波前可重建在虛擬觀察員視窗中。非必要光束分光鏡元件可使用來產生數個虛擬觀察員視窗，例如一個用於左眼的虛擬觀察員視窗與一個用於右眼的虛擬觀察員視窗。

假設使用光源陣列與透鏡陣列或是透鏡狀陣列，陣列中的光源必須分隔，使得通過透鏡陣列或是透鏡狀陣列全部透鏡的光同時至虛擬觀察員視窗。

圖六B的裝置適合採用可應用於緊密全像顯示的緊密設計。這樣的全像顯示可適用於行動應用，例如在行動電話或個人數位助理中。典型地，這樣的全像顯示將有一英吋或幾英吋等級的螢幕尺吋。全像次顯示螢幕的尺吋可小至一公分。適合的元件將在下面作詳細描述。

1)光源/光源陣列固定的單一光源可使用於簡單的情況下。如果觀察員移動，觀察員可被追蹤，顯示器可進行調整以使得產生的圖像可讓在新位置的觀察員看得見。此時，要不是沒虛擬觀察員視窗的追蹤，就是追蹤是在空間光調器之後使用光束指向元件來進行。

可設定的光源陣列可藉由以背光照亮的液晶顯示器(LCD)來實現。為了產生點或線光源的陣列，只有適當的像素是切換到傳送狀態。這些光源的孔徑必須足夠小，以保證提供充份空間同調性予目標全像重建。點光源的陣列可與包含二維排列透鏡的透鏡陣列一起使用。線光源的陣列是較推薦與包含平行排列圓柱形透鏡的透鏡狀陣列一起使用。

較好的是將有機發光二極體顯示器作為光源陣列。身為自發光裝置，比起液晶顯示器大部分產生的光會由如色彩過濾器等元件吸收或是為處在非充份傳遞狀態下的像素，能具有更好的緊密性及更好的省電效果。然而，液晶顯示器可能比有機發光二極體顯示器更具有整體價格優勢，即使有機發光二極體顯示器能比液晶顯示器以更有效率的方式提供光線。當以有機發光二極體顯示器作為光源陣列時，只有切換至其上的像素需要在眼睛位置產生虛擬觀察員視窗。有機發光二極體顯示器可具有二維排列的像素或是一維排列的線光源。每一個點光源的發光區域或是每一個線光源的寬度都需要足夠的小，來保證提供充份空間同調性於目標的全像重建。同樣的，點光源的陣列較適合與包含二維排列透鏡的透鏡陣列一起使用。線光源的陣列是較適合與包含平行排列圓柱形透鏡的透鏡狀陣列一起使用。

2)聚焦方法：單一透鏡，透鏡陣列或透鏡狀陣列聚焦工具成像一個光源或多個光源至觀察員平面。當空間光調變器是非常靠近聚焦工具時，在空間光調變器中編碼的資訊的傅立葉轉換是在觀察員平面中。聚焦工具包含一個或數個聚焦元件。空間光調變器與聚焦工具的位置是可以交換的。

對於電子式定址空間光調變器與充份同調性的緊密型光源的緊密組合，薄的聚焦工具是必要的：習用具有凸面的折射透鏡是過厚的。取而代之的是使用繞射或全像透鏡。繞射或全像透鏡可具有單一透鏡、透鏡陣列或透鏡狀陣列的功能。這樣的材料是存在的，如由Physical Optics Corporation,Torrance,CA,USA所提供的表面起伏全像產品。或者是使用透鏡陣列。透鏡陣列包含二維排列的透鏡，每一個透鏡分配至光源陣列的一個光源。另一個選擇是使用透鏡狀陣列。透鏡狀陣列包含一維排列的圓柱形透鏡，每一個透鏡有一個在光源陣列中的對應光源。如上所述，如果使用光源陣列與透鏡陣列或是透鏡狀陣列，陣列中的光源必須分隔，使得通過透鏡陣列或是透鏡狀陣列全部透鏡的光同時至虛擬觀察員視窗。

通過透鏡陣列或是透鏡狀陣列的透鏡的光對於任何其它的透鏡是非同調的。因此，在空間光調變器上編碼的全像圖是由次全像圖所組成，每一個次全像圖對應至一個透鏡。每一個透鏡的孔徑必須足夠大，以保證重建物件的解析度足夠。可以使用孔徑與全像圖編碼區域典型尺寸幾乎一樣大的透鏡，如在US2006/0055994中所描述的例子。也就是說每一個透鏡的孔徑是一或數毫米。

3)空間光調變器全像圖是在空間光調變器上編碼。通常，對於全像圖的編碼是由複數的二維陣列所組成。因此，理想上空間光調變器應該能夠調變通過空間光調變器每一個像素的局部光光束的振幅及相位。然而，一般的空間光調變器只能調變振幅或是相位，而不能獨立進行調變。

振幅調變空間光調變器可與軌跡相位編碼組合使用，例如布克哈特(Burckhardt)編碼。它的缺點是需要三個像素來編碼一個複數，並且重建的物件亮度較低。

相位調變空間光調變器可產生較高亮度的重建。舉例而言，可使用所謂的2相位編碼，利用兩個像素來編碼一個複數。

儘管電子式定址空間光調變器具有明顯邊緣的特性，這將導致不希望的較高繞射階級在它們的繞射圖樣中，可藉由使用柔軟孔徑來減少或排除這些問題。柔軟孔徑是不具尖銳傳送截止的孔徑。柔軟孔徑傳送方法的一個例子是具有高斯圖形。高斯圖形是已知對於繞射系統有幫助的。理由是高斯函數的傅立葉轉換為高斯函數本身的數學結果。因此，相較於利用具有在本身傳送圖形中尖銳截止的孔徑進行傳送，除了橫向比例參數之外，光束強度波形函數的繞射是不改變的。可使用高斯傳送圖形的薄片陣列。當這些被提供與電子式定址空間光調變器孔徑排列在一起，與具有在光束傳送圖形中尖銳截止的系統相比，將得到無較高繞射階級或大量減低的較高繞射階級系統。高斯過濾器或柔軟孔徑過濾器會抑制繞射加工品為高空間頻率。高斯器過濾或柔軟孔徑過濾器會最小化在對於左右眼的虛擬觀察員視窗之間的串音。

4)光束分光鏡元件虛擬觀察員視窗會限制在空間光調變器編碼資訊的傅立葉轉換的一個週期性區間。使用現有最大解析度的空間光調變器，虛擬觀察員視窗的大小為10毫米的層級。在一些情況下，對於應用在沒有追蹤的全像顯示中時，這可能會是太小的。空間多工的虛擬觀察員視窗是這個問題的一個解決方法：產生多個虛擬觀察員視窗。在空間多工的例子中，虛擬觀察員視窗會在空間光調變器上不同的位置同時產生。這可由光束分光鏡來實現。舉例而言，空間光調變器上的一組像素編碼虛擬觀察員視窗1的資訊，另一組像素編碼虛擬觀察員視窗2的資訊。光束分光鏡會區分這二組的光，使得虛擬觀察員視窗1與虛擬觀察員視窗2會並列在觀察員平面。可由無接縫配置虛擬觀察員視窗1與虛擬觀察員視窗2來產生較大的虛擬觀察員視窗。多工也可以用來產生左右眼的虛擬觀察員視窗。在這樣的情況下，並不需要無接縫並置，且在對於左眼的一個或數個虛擬觀察員視窗與對於右眼的一個或數個虛擬觀察員視窗之間可具有間隔。必需要小心虛擬觀察員視窗的較高繞射階級並不會與其它的虛擬觀察員視窗重疊。

分光鏡元件的一個簡單例子是包含黑色條紋的視差屏障，其中黑色條紋之間具有透明區域，如在US2004/223049中所描述的內容。另一個例子是雙凸透鏡狀薄片，如在US2004/223049中所描述的內容。分光鏡元件的另一個例子是透鏡陣列與稜鏡遮蔽物。在緊密的全像顯示中，典型地可能會希望具有分光鏡元件，然而典型10毫米大小的虛擬觀察員視窗僅足夠提供一眼，這並不符合一般觀看者具有兩個眼睛，並且相隔約為10公分。然而，可以使用時間多工來作為空間多工的另一個選擇。在缺少空間多工的情況下，將不需要再使用分光鏡元件。

空間多工也可使用在彩色全像重建的產生。對於空間色彩多工，像素會進行分群，每一群包含紅色，綠色及藍色色彩元素。這些群是空間上分隔在空間光調變器，並且同時照射紅色，綠色及藍色光。每一群會利用針對目標對應的色彩元素計算的全像圖編碼。每一群重建它的全像目標重建的色彩元素。

5)時間多工在時間多工的情況下，虛擬觀察員視窗會在空間光調變器上相同的位置相繼產生。這可由交替光源的位置與同時重編碼空間光調變器來實現。光源的交替位置必須使得觀察員平面中的虛擬觀察員視窗是無接縫並置的。如果時間多工是足夠快的，即完整週期大於25Hz，眼睛將會看見連續擴展的虛擬觀察員視窗。

多工也可以用來產生左右眼的虛擬觀察員視窗。在這樣的情況下，並不需要無接縫並置，且在對於左眼的一個或數個虛擬觀察員視窗與對於右眼的一個或數個虛擬觀察員視窗之間可具有間隔。這樣的多工可為空間或時間多工。

空間與時間的多工也可以結合。舉一個例子，三個虛擬觀察員視窗是為空間多工，用以產生對於一個眼睛的放大虛擬觀察員視窗。這個放大的虛擬觀察員視窗是時間多工，以產生對於左眼的放大虛擬觀察員視窗以及對於右眼的放大虛擬觀察員視窗。

必需要小心虛擬觀察員視窗的較高繞射階級並不會與其它的虛擬觀察員視窗重疊。

對於放大虛擬觀察員視窗的多工是較建議與空間光調變器的重編碼一起使用，因為它提供了具對於觀察員移動，視差連續變化的放大虛擬觀察員視窗。簡單而言，沒有重編碼的多工，會在放大的虛擬觀察員視窗的不同部份，提供重覆的內容。

時間多工也可使用在彩色全像重建的產生。對於三個色彩元素的時間色彩多工，會依序在空間光調變器上編碼。這三個光源會與空間光調變器上的重編碼同時切換。如果完整週期的重覆是足夠快的，即大於25Hz，眼睛會看見連續的色彩重建。

6)不想要的較高繞射階級的處理

如果較大的虛擬觀察員視窗是由較小的虛擬觀察員視窗拼湊而成的，虛擬觀察員視窗的較高繞射階級，將可能在其它虛擬觀察員視窗中產生擾亂串音，除非有執行避免此問題的步驟。舉一個例子，如果每一個虛擬觀察員視窗都是位於空間光調變器編碼資訊的傅立葉轉換的第零繞射階級中，虛擬觀察員視窗的第一繞射階級將可能與鄰近的虛擬觀察員視窗重疊。這樣的重疊可能會導致擾亂的背景，如果不想要的圖像強度超過需求圖像強度的約5%時，這將可能會變的特別的明顯。在這樣的情況，會傾向於補償或抑制較高的繞射階級。

如果照射空間光調變器的角度是不變的話，可以使用固定的角過濾器。這要不是全像顯示不具追蹤功能就是光束分光鏡元件(例如光束指向元件)是位於空間光調變器之後的狀況。固定的角過濾器可為布拉格濾波器(Bragg filter)或是法布立-培若定規具(Fabry Perot Etalon)。

在空間光調變器產生具不想要的繞射階級的幾何光強度分配上，可使用布拉格過濾器成像光學元件來對幾何光強度分配作修正，例如在US 5,153,670中所描述的內容。布拉格過濾器全像光學元件可造成與沒使用此元件時不同的光強度分配。圖七顯示了布拉格過濾器全像光學元件的功能。在圖七中，70是空間光調變器，71是全像光學元件布拉格過濾器，包含布拉格平面，例如布拉格平面74。在空間光調變器70上的單一元件73提供如圖中75的繞射光強度分配。由空間光調變器70繞射的光線76，在全像光學元件71中經歷散射，接著在不同於70與71之間的原始傳播的方向傳送。如果光線76傳送的方向在70與71之間為不想要的第一階級繞射光，可以容易看見布拉格過濾器71成功改變這些光至不同的方向，可使它不會造成不想要且可能妨礙觀看者的光學加工品，典型的觀看者將會位於接近垂直於70的方向。

在專利申請號DE 10 2006 030 503中提及用於抑制繞射階級的可調式法布立－培若定規。所提到的是介於兩個塗上部分反射塗層的共面玻璃薄片之間的液晶層。對於每一個塗層光束的反射，光束是部分反射及部分傳送。傳送光束的干擾以及它們之間的相位差將決定干擾是否為建設性或者為破壞性，如在法布立－培若定規具標準中所描述的內容。給定一個波長，干擾及傳送會隨著光束的入射角而改變。

給定一個光傳播方向，干擾可藉由改變液晶對於給定光的傳送方向的折射率來作調整。折射率是由施加於液晶層的電場來作控制。因此，在法布立－培若定規具的所有限制中，角傳送特性是能夠被調整的，並且繞射階級可依需求選擇傳送或為反射。例如，如果法布立－培若定規具是設定為第零階級最佳傳送及第一階級最佳反射，可能還是會有一些不想要的第二階級與較高階級的傳送。在法布立－培若定規具的所有限制中，這裝置可幫助對於特定繞射階級進行固定或依序選擇，根據需求為傳送或為反射。

空間過濾器可使用在繞射階級的選擇。空間過濾器可設置在空間光調變器與虛擬虛擬觀察員視窗之間，並且包含透明與不透明區域。這些空間過濾器可用來傳送需要的繞射階級，並且阻礙不想要的繞射階級。這些空間過濾器可為固定的或是可設定的。例如：設置在空間光調變器與虛擬觀察員視窗之間的電子式定址空間光調變器可作為可設定式空間過濾器。

7)眼部追蹤在具有眼部追蹤的電子式定址空間光調變器與充份同調性的緊密型光源的緊密組合中，眼部位置偵測器可偵測觀察員的眼部位置。所以，一個或數個虛擬觀察員視窗可自動地設置在眼部位置，使得觀察員可透過虛擬觀察員視窗看到重建的物件。

然而，因為額外裝置需求與影響效能的電力需求限制，追蹤並不是都能實踐的，尤其對於可攜式裝置或是手持式裝置。沒有追蹤，觀察員必須自行調整顯示器的位置。這是很容易可以做到的，因為在較佳的實施例中，緊密顯示器是可能包含在個人數位助理或行動電話中的手持式顯示器。個人數位助理或行動電話的使用者，通常會垂直地觀看顯示器，對於調整虛擬觀察員視窗來對應使用者眼部的位置，並不會有太大的幫助。大家都知道，手持式裝置的使用者會傾向自己改變手上裝置的方向，以獲得最理想的觀看狀態，如同在WO01/96941中所描述的內容。因此，在這樣的裝置中，並不需要使用者眼部追蹤及複雜且不緊密如包含掃描鏡的追蹤光學。但是眼睛追蹤可以應用在其它的裝置中，如果對於裝置而言，額外需求的設備與電源不會造成過度的負擔。

在沒有追蹤的情況下，電子式定址空間光調變器與充份同調性緊密型光源的緊密組合，需要足夠大的虛擬觀察員視窗來簡化顯示器的調整。較好的虛擬觀察員視窗大小應該是眼睛瞳孔大小的數倍。這可由使用小間距空間光調變器的單一較大虛擬觀察員視窗來完成，或是由使用大間距空間光調變器的數個較小虛擬觀察員視窗拼湊而成。

虛擬觀察員視窗的位置是由光源陣列中的光源位置來決定。眼部位置偵測器偵測眼部的位置，並且設定光源的位置，以讓虛擬觀察員視窗適合眼部的位置。在US2006/055994與US2006/250671中描述了這種類型的追蹤。

另一種方式，當光源位於是固定的位置時，虛擬觀察員視窗可被移動。光源追蹤需要對於光源的光入射角變化相對不敏感的空間光調變器。如果光源是為了移動虛擬觀察員視窗位置而移動，由於在緊密組合中可能有異常光傳播情況，這樣的設定將可能很難實現緊密型光源與空間光調變器的緊密組合，在這樣實例中，在顯示器中具有固定的光路徑及作為顯示器中最後光學元件的光束指向元件，將會有所幫助。

圖二十及二十一中顯示了光束指向元件。這個光束指向元件在顯示器的輸出端變化光束的角度。它可具有對於x與y追蹤可控制稜鏡及對於z－追蹤可控制透鏡的光學特性。例如，圖二十及二十一的光束指向元件的任一個或兩個都可應用於單一裝置內。光束指向元件是可控制繞射元件或是可控制折射元件。可控制折射元件可包含填滿液晶的凹洞陣列，液晶是嵌入在具有等向性線電偶極子電化率張量矩陣中。凹洞具有稜鏡或透鏡的形狀。電場控制液晶的有效折射率且因此幫助光束指向。電場可在元件間變化，用以產生在元件間變化的光束指向特性。如圖二十所示，電場是施加在透明的電極之間。液晶具有單軸折射特性，並且可被選擇，以使得垂直它的光軸折射率等同於主體材料或"矩陣"的折射率。其餘的設定，可從習用技術中獲得。主體材料具有等向折射率。如果液晶的光軸是沿著z方向排列，如圖二十所示的適當電場應用，沿著z方向傳播的平面波，當它通過光束指向元件時並不會有折射發生，因為它並沒有遇到任何垂直於它的波映廷向量(Poynting vector)的折射率變化。然而，如果施加電場在電極上，使得液晶的光軸是垂直於z方向，沿著z方向傳播被偏化平行於光軸的平面波，當它通過光束指向元件時，將遭遇最多的折射，因為沿著它的(系統可提供的)偏化的方向，它經歷最多可能的折射率變化。折射的程度將可在這兩個極端例子之間，藉由選擇施加在主體材料的適當電場而進行調整。

如果凹洞是稜形，而不是透鏡形狀，那麼將可完成光束指向。圖二十一顯示對於光束指向合適的稜形。如果液晶的光軸是沿著z方向排列，如圖二十一所示的適當電場應用，沿著z方向傳播的平面波，當它通過光束指向元件時並不會有折射發生，因為它並沒有在它的偏化方向遇到任何的折射率變化。然而，如果電子領域是應用橫越電極如此的液晶光軸是與z方向垂直的，平面波傳播沿著z方向這個是被偏化平行於光軸將經驗最多的折射因為它通過光束指向元件，因為它經驗最多可能的折射率系統可提供變化垂直的它的波映廷向量(Poynting vector)。

然而，如果施加電場在電極上，使得液晶的光軸是垂直於z方向，沿著z方向傳播被偏化平行於光軸的平面波，當它通過光束指向元件時，將遭遇最多的折射，因為它經歷最多垂直它的(系統可提供的)波映廷向量(Poynting vector)的可能折射率變化。折射的程度將可在這兩個極端例子之間，藉由選擇施加在主體材料的適當電場而進行調整。

8)範例接著將描述一個電子式定址空間光調變器與充份同調性緊密型光源的緊密組合的例子，此組合能夠在適當的照明情況下產生三維圖像，並且可設置於個人數位助理或行動電話中。電子式定址空間光調變器與充份同調性緊密型光源的緊密組合包含作為光源陣列的有機發光二極體顯示器、電子式定址空間光調變器與透鏡陣列，如圖十二所示。

取決於虛擬觀察員視窗(在圖十二中以OW代表)的位置需求，會啟動有機發光二極體顯示器中的特定像素。這些像素照射電子式定址空間光調變器，並且藉由透鏡陣列成像在觀察員平面。透鏡陣列的每個透鏡至少一個像素在有機發光二極體顯示器中被啟動起來。在繪圖給定的尺寸大小，如果像素間距為20μm，可追蹤到帶有400μm橫向增量的虛擬觀察員視窗。這樣的追蹤是準連續的。

有機發光二極體像素是具有部分空間同調性的光源。部分的同調性會產生目標點的模糊的重建。在繪圖給定的尺寸大小，如果像素寬度為20微米，在距離顯示器100毫米的目標點會產生帶有100微米的橫向模糊的重建。這對於人類視覺系統的解析度是足夠的。

通過透鏡陣列的不同透鏡的光，並沒有明顯的共同同調性。同調性的需求是限制至透鏡陣列的每一個單一透鏡。因此，重建目標點的解析度是由透鏡陣列的間距來決定。對於人類視覺系統而言，典型的透鏡間距將為1毫米階級，以保證充份解析度。如果有機發光二極體間距是20微米，這表示透鏡間距與有機發光二極體間距的比值為50：1。如果每一個透鏡僅有單一個有機發光二極體被照亮，這表示每50^2＝2,500有機發光二極體中，僅有一個有機發光二極體將被照亮。因此，此顯示器將為低功率顯示器。在此所指的全像顯示與傳統有機發光二極體顯示器之間的差異是前者集中光於觀看者的眼睛，反之後者發射光至2π球面度。傳統的有機發光二極體顯示器實現約1,000cd/m^2的發光度，(發明者於實作中計算)，反之在實務上，照射型有機發光二極體應能實現1,000cd/m^2發光度的數倍。

虛擬觀察員視窗是限制在空間光調變器中編碼資訊的傅立葉頻譜的一個繞射階級。如果空間光調變器的像素間距是10μm，並且需要兩個像素來編碼一個複數，即如果在相位調變電子式定址空間光調變器上使用2相位編碼，在500nm的波長，虛擬觀察員視窗會有10mm寬的寬度。虛擬觀察員視窗可利用空間或時間多工，將數個虛擬觀察員視窗舖置成放大的虛擬觀察員視窗。在空間多工的情況下，需要額外的光學元件，如光束分光鏡。

彩色全像重建可由時間多工來實現。彩色有機發光二極體顯示器的紅色，綠色及藍色像素是利用具有對紅色，綠色及藍色光學波長計算的全像圖的空間光調變器的同步重編碼來相繼地啟動。

顯示器可包含眼部位置偵測器，用以偵測觀察員的眼睛位置。眼部位置偵測器連接控制有機發光二極體顯示器的像素活動的控制單位。

在空間光調變器上編碼的全像圖的計算最好是由外部的編碼單元來執行，因為它需要較高的計算能力。顯示資料會接著送至個人數位助理或行動電話，以顯示全像產生的三維圖像。

對於實務上的例子，可使用由Sanyo(RTM)Epson(RTM)Imaging Devices Corporation of Japan所製造的2.6英吋螢幕尺吋XGA液晶顯示器電子式定址空間光調變器。次像素的間距為17μm。如果這是使用於紅綠藍全像顯示的建構，利用全像圖的振幅調變編碼，在距離電子式定址空間光調變器0.4m的地方，觀察視窗根據計算為1.3mm寬。對於單色的情況，觀察視窗根據計算為4mm寬。如果使用相同的設定，但是改用2相位編碼的相位調變，觀察視窗根據計算為6mm寬。如果使用相同的設定，但是改用基諾形式(Kinoform)編碼的相位調變，觀察視窗根據計算為12mm寬。

此外，仍具有其它種高解析度的電子式定址空間光調變器。Seiko(RTM)Epson(RTM)Corporation of Japan已發表單色電子式定址空間光調變器，例如D4：L3D13U 1.3英吋螢幕尺寸且像素間距為15μm的面板。此公司也發表了同類型的面板D5：L3D09U－61G00，具有0.9英吋螢幕尺寸及10μm的像素間距。於西元2006年12月12日，此公司公告發表同類型的面板L3D07U－81G00，具有0.7英吋螢幕尺寸及8.5μm的像素間距。如果D4：L3D13U 1.3英吋面板用於建構單色的全像顯示，並採用全像的布克哈特(Burckhardt)振幅調變編碼，則距離電子式定址空間光調變器0.4m的位置，虛擬觀察員視窗可計算出為5.6mm寬。

D.成對的電子式定址空間光調變器的緊密組合

在另一個實施例中，可以依序及緊密的方式，利用二個電子式定址空間光調變器的組合來調變光的振幅及相位。所以，包含振幅及相位的複數，可以逐一像素的方式，編碼於傳送光中。

這個實施例包含二個電子式定址空間光調變器的緊密組合。第一個電子式定址空間光調變器調變傳送光的振幅，第二個電子式定址空間光調變器調變傳送光的相位。也可以第一個電子式定址空間光調變器調變傳送光的相位，第二個電子式定址空間光調變器調變傳送光的振幅。每一個電子式定址空間光調變器都可如C部份所描述一樣。除了採用二個電子式定址空間光調變器之外，整體的配置可如同C部份所描述的一樣。任何相當於是幫助振幅及相位的獨立調變的其它種二個電子式定址空間光調變器調變特性的任意組合都是可能的。

在第一步驟中，第一電子式定址空間光調變器利用圖樣編碼，以進行振幅調變。在第一步驟中，第二電子式定址空間光調變器利用圖樣編碼，以進行相位調變。從第二電子式定址空間光調變器所傳送的光已經於振幅及相位上進行調變，因此，當觀察員觀察裝置這二個電子式定址空間光調變器的裝置所發射的光時，可觀察到三維圖像。

基於習用相位與振幅的調變技術促進複數數值的表現，電子式定址空間光調變器可具有高解析度。因此，此實施例可用於產生全像圖來使得三維圖像可由觀察員觀察到。

圖十三為一個實施例。130是照明裝置，用於提供平面區域的照明，其中照明是具有充份的同調性以便能夠產生三維圖像。在US 2006/250671提及一個用於大區域影像全像圖的照明裝置例子，其中一個例子是在圖四中。如同130的裝置可為白光光源陣列的形式，例如冷陰極螢光燈或發出的光線入射在聚焦系統上的白光發光二極體，其中聚焦系統可為緊密的，如透鏡狀陣列或微透鏡陣列。或者，用於130的光源可由紅、綠及藍雷射所組成，或是發出充份同調性光的紅、綠及藍發光二極體所組成。紅、綠及藍發光二極體可為有機發光二極體(OLEDs)。然而，具有充份空間同調性的非雷射光源(例如：發光二極體，有機發光二極體，冷陰極螢光燈)是更佳的。雷射光源的缺點，像是在全像重建上造成雷射斑點、相對上較為昂貴以及所有關於傷害全像顯示觀看者或是進行全像顯示裝置組裝工作人員的眼睛等可能的安全問題。

元件130可包含一個或兩個稜鏡光學膜來增加顯示器的亮度：這樣的膜是已知的，例如在US 5,056,892與US 5,919,551中所描述的內容。元件130可包含偏光元件，或是偏光元件的集合。線性偏光薄片是其中一個例子。另外一個例子是反射式偏光片，可傳送一個線性偏化狀態，並且反射正交線性偏化狀態－這樣的薄片是已知的，例如在US 5,828,488中所描述的內容。另一個例子是反射式偏光片，可傳送一個圓形偏化狀態，並且反射正交圓形偏化狀態－這樣的薄片是已知的，例如在US 6,181,395中所描述的內容。元件130可包含聚焦系統，此聚焦系統可為緊密的，例如透鏡狀陣列或微透鏡陣列。元件130可包含其它在背光科技的領域中已知的光學元件。

元件130的厚度可約為數公分，或是更低。在較佳的實作中，元件130－134的厚度全部是小於3公分的，以提供充份同調性的緊密光源。元件131可為色彩過濾器陣列，使得彩色光線(例如紅色、綠色及藍色光)的像素是射向元件132，儘管如果使用彩色光源，色彩過濾器是不需要的。元件132是電子式定址空間光調變器。元件133是電子式定址空間光調變器。元件134是非必要的光束分光鏡元件。對於傳送光，元件132調變振幅而元件133調變相位。或是，由元件133調變振幅而元件132調變相位。將電子式定址空間光調變器132及133靠近能夠減少光學耗損及因光束分歧而產生的像素串音問題：當電子式定址空間光調變器132及133是非常靠近的，可實現通過電子式定址空間光調變器的彩色光線光束的非重疊傳播的較佳近似值。位於點135離包括緊密全像圖產生器136的裝置一些距離的觀看者，可從136的方向觀看到三維圖像。

元件130、131、132、133及134是配置成實體連接(真實上連接)，每一個形成結構的一層，使得整體為單一、統一的物件。實體連接可為直接的。或是間接的，如果有薄的中間層，覆蓋在相鄰層之間的膜。實體連接可限制在確保正確的相互排列的小區域中，或是可延伸至較大的區域，甚至層的整個表面。實體連接可由層與層的黏接來實現，例如藉由使用光學傳送膠黏劑的方式，以便形成緊密的全像圖產生器136，或是藉由其它任何的方式(參考概要製造程序部份)。

在電子式定址空間光調變器執行振幅調變處，在典型的設定中，入射的讀取光學光束將會藉由將光束通過線性偏光片來達到線性偏化。振幅調變是由在施加電場中液晶的旋轉所控制，施加電場會影響光的偏化狀態。在這樣的裝置中，離開電子式定址空間光調變器的光會通過另一個線性偏光片，可因光的偏化狀態改變而減少強度，如同它通過電子式定址空間光調變器時一樣。

在電子式定址空間光調變器執行相位調變處，除非它們已處於定義的線性偏化狀態，在典型的設定中，入射的讀取光學光束將會藉由將光束通過線性偏光片來達到線性偏化。相位調變是由電場的應用所控制，電場會影響光的相位狀態。在相位調變的一個例子中，使用向列型相位液晶，光軸方向是間隔固定的，但是雙折射是施加電壓的函數。在相位調變的一個例子中，使用鐵電性液晶，雙折射是固定的，但是光軸的方向是由施加電壓所控制。在相位調變實作中，使用其中任一種方法，輸出光束與為施加電壓函數的輸入光束會具有相位差。可執行相位調變的液晶元件的其中一個例子為Freedericksz元件排列，在其中使用了具有正介電質異方向性的向列型液晶的反平行排列區域，如同在US 5,973,817所描述的內容。

用於緊密全像顯示的緊密組合，包含兩個以小分隔或最小分隔方式結合的電子式定址空間光調變器。較佳的實施方式是兩個空間光調變器具有相同數量的像素。因為兩個電子式定址空間光調變器對於觀察員來說並不是等距離的，兩個電子式定址空間光調變器的像素間距可能需要稍稍的不同(但會仍舊大概相同)，來補償不同距離對於觀察員所造成的影響。已通過第一空間光調變器的像素的光，會通過第二空間光調變器對應的像素。因此，光是會經由兩個空間光調變器來調變，並且可獨立地實現複雜的振幅與相位調變。舉一個例子，第一空間光調變器進行振幅調變，而第二空間光調變器進行相位調變。同樣地，任何相當於是幫助振幅及相位的獨立調變的其它種二個空間光調變器調變特性的任意組合都是可能的。

必需注意，通過第一空間光調變器的像素的光，只能通過第二空間光調變器對應的像素。如果從第一空間光調變器像素射出的光，通過第二空間光調變器非對應、鄰近的像素時，串音將會發生。這些串音可能會導致圖像品質降低的問題。在此提供四個在像素間最小化串音問題的可能方法。由習用的技術可顯而易見的，這些方法可同樣的應用於B部份實施例。

(1)第一個最簡單的方法是直接將調整像素後的兩個空間光調變器連結或黏接在一起。在第一空間光調變器的像素，可能會有引起光偏離傳播的繞射現象。空間光調變器之間的分隔必須要足夠的薄，薄至第二空間光調變器鄰近像素之間的串音到達可接受的程度。舉一個例子，具有10 μm像素間距的兩個電子式定址空間光調變器的間隔，必須小於或等於10－100μm的等級。這在傳統製造的空間光調變器中是幾乎不可能實現的，因為玻璃蓋的厚度即為1mm的等級。當然，能使空間光調變器之間具有薄的分隔層的"三明治"方式，是較推薦進行在一個程序當中。可應用概要製造程序部份所描述的製造方法，來製作包含兩個間隔距離很小或最小的電子式定址空間光調變器的裝置。

圖十四顯示由狹縫10μm寬的繞射計算而得的菲涅耳繞射數據圖表，在二維模型中變化離狹縫的距離，縱軸為slit(z)，橫軸為slit(x)。均勻照明的狹縫是位在x軸上－5μm到＋5μm之間，並且z為零微米。光傳送媒介被用來獲得1.5的折射率，為用於緊密裝置的典型媒介。選定的光為具有633 nm真空波長的紅光。綠色與藍色波長比紅色光小，因此對於紅色光的計算，在三個顏色紅、綠及藍當中，展現出最強的繞射影響。可以使用Parametric Technology(RTM)Corp.,Needham,MA,USA.的產品MathCad(RTM)軟體來執行計算。圖十五顯示些微的強度留在狹縫中心上10μm寬範圍內，為離狹縫距離的函數。在距離狹縫20μm的地方，圖十五顯示大於90%的強度仍然在狹縫的10μm寬的範圍內。因此，在這個二維模型中，小於5%的像素強度會入射在每一個鄰近的像素上。這是在像素間零邊界寬的限制情況下的計算結果。實際在像素間的邊界寬是大於零的，因此串音問題在真實系統中會低於這裡所計算的結果。在圖十四中，菲涅耳繞射圖接近狹縫，例如離狹縫50μm，並且有點近似在狹縫的高帽型強度函數。因此，沒有寬的繞射特徵接近狹縫。寬的繞射特徵是高帽型函數的遠場繞射函數的特性，此為習用已知的sinc squared函數。寬的繞射特徵可由圖十四中距離狹縫300μm的例子觀察到。這指出了繞射效應可利用將兩個電子式定址空間光調變器設置的足夠接近來控制，而且將兩個電子式定址空間光調變器設置的非常接近的一個優點是繞射數據圖表的函數型式，會由遠場特性改變至較有效率包含接近垂直於狹縫的軸的光的函數型式。這個優點是與習用全像技術的想法相違背的，習用的技術會傾向認為在光通過空間光調變器的小孔徑時，會引起強的、大的及不可避免的繞射效應。因此，習用的技術不會有將兩個空間光調變器靠近在一起的動機，會預期這樣的方式會導致必然發生且嚴重由繞射效應所引起的像素串音問題。

圖十六顯示強度分佈的等高線圖，強度分佈為離狹縫距離的函數。等高線的標繪是在對數尺度上，而不是線性尺度。使用了十條等高線，全部含括100強度因數範圍。對於10μm的狹縫寬度，強度分配大程度的邊界在距離狹縫大約50μm的範圍內是清楚的。

在進一步的實施例中，可減少第一電子式定址空間光調變器的像素孔徑區域來減輕在第二電子式定址空間光調變器的串音問題。

(2)第二個方法是在兩個空間光調變器之間使用透鏡陣列，如圖十七所示。較好的方法是讓透鏡的數量和每一個空間光調變間中的像素數量相等。兩個空間光調變器的間距以及透鏡陣列的間距可以輕微的不同，來補償觀察員的距離差距。每一個透鏡成像第一空間光調變器的像素至第二空間光調變器對應的像素上，如圖十七中大量光束171所示。也可能光會通過鄰近的透鏡造成串音問題，如大量光束172所示。如果它的強度是足夠的低，或是它的方向是充份的不同，使其無法到達虛擬觀察員視窗時，將可被忽視。

每個透鏡的數值孔徑(Numerical Aperture,NA)必須足夠的大，以成像具充份解析度的像素。舉一個例子，對於5μm的解析度，需要約為0.2的數值孔徑(NA)。這也表示如果假定是幾合光學，如果空間光調變器與透鏡陣列的間距為10μm，透鏡陣列與每一空間光調變器之間的最大距離大約為25μm。

也可能指派每個空間光調變器的數個像素至透鏡陣列的一個透鏡。舉一個例子，以第一空間光調變器的四個像素為一群，可藉由透鏡陣列中的一個透鏡來成像到第二空間光調變器的一個由四個像素所組成的群。這樣的透鏡陣列的透鏡數量會為每一個空間光調變器中的像素數量的四分之一。如此可允許使用較高數值孔徑的透鏡，因此可獲得較高解析度的成像像素。

(3)第三個方法是盡可能的減少第一電子式定址空間光調變器的像素孔徑。從繞射的觀點來，第二空間光調變器由第一空間光調變器的一個像素所照射的區域，是由第一電子式定址空間光調變器的像素孔徑寬度D及繞射角所決定，如圖十八所示。在圖十八中，d兩個電子式定址空間光調變器之間的距離，而w是兩個第一階級繞射最小值之間的距離，發生於第零階級最大值的任一邊。這是假定為夫朗和斐(Fraunhofer)繞射，或是夫朗和斐繞射的合理近似。

減少孔徑寬度D一方面可減少照射區域中心部分的直接投射的範圍，如圖十八中的虛線所示。在另一方面，依照繞射角正比於夫朗和斐繞射中的1/D，繞射角會被增加。這增加了在第二電子式定址空間光調變器上照射區域的寬度w.照射區域的全部寬度為w。在夫朗和斐繞射方法中，給予分隔d，D可被決定，並利用方程式w＝D＋2dλ/D來最小化w，此方程式是從夫朗和斐繞射中的兩個第一階最小值之間的距離推得。

例如，如果λ是0.5 μm，d是100μm及w是20μm，可得到D為10μm的最小值。然而在這個例子中，夫朗和斐方法可能不會是一個好的近似，這個例子說明了使用電子式定址空間光調變器之間的距離來控制夫朗和斐繞射方式中的繞射過程的原則。

(4)第四個方法使用了光纖面板來成像第一空間光調變器的像素至第二空間光調變器的像素上。光纖面板是由二維排列的平行光纖所構成。光纖的長度與也因此面板的厚度典型為數公釐，面板表面的對角線長度是長至數英吋。舉一個例子，光纖的間距可為6μm。Edmund Optics Inc.of Barrington,New Jersey,USA有銷售具有如此光纖間距的光纖面板。每一條光纖從它的其中一瑞引導光至另一端。因此，在面板一端的圖像會被傳送至另一端，具有高解析度且不用聚焦元件。這樣的面板可作為兩個空間光調變器之間的分隔層，如圖十九所示。多模光纖較佳於單模光纖，因為多模光纖的耦合效率比單模光纖好。當光纖核心的折射率與液晶的折射率是相穩合時，會得到最佳的耦合效率，因為這可最小化菲涅耳背向反射損失。

在兩個空間光調變器之間沒有額外的玻璃蓋。偏光片、電極與配向層是直接連接光纖面板。這些層每一個都是非常的薄，即為1－10μm的等級。因此，液晶(LC)層LC1與LC2是在靠近面板的地方。通過第一空間光調變器像素的光會被引導至第二空間光調變器對應的像素。這可最小化鄰近像素的串音。面板傳送第一空間光調變器輸出端的光分佈至第二空間光調變器的輸入端。平均而言，每個像素應至少一個光纖。如果每個像素少於一個光纖的話，平均而言，空間光調變器將喪失解析度，造成顯示於全像顯示中的應用的圖像品質減低。

在圖十九中，第一空間光調變器調變振幅，第二空間光調變器調變相位。其它能促進完整複雜調變的兩個電子式定址空間光調變器的調變特性組合都是可能的。

圖十顯示了對於全像圖中編碼振幅與相位資訊的緊密排列的例子。

104是照明裝置用於提供平面區域的照明，其中照明是具有充份的同調性以便能夠產生三維圖像。在US 2006/250671提及一個用於大區域影像全像圖的照明裝置例子。如同104的裝置可為白光光源陣列的形式，例如冷陰極螢光燈或發出的光線入射在聚焦系統上的白光發光二極體，其中聚焦系統可為緊密的，如透鏡狀陣列或微透鏡陣列100。或者，用於104的光源可由紅、綠及藍雷射所組成，或是發出充份同調性光的紅、綠及藍發光二極體所組成。然而，具有充份空間同調性的非雷射光源(例如：發光二極體，有機發光二極體，冷陰極螢光燈)是更佳的。雷射光源的缺點，像是在全像重建上造成雷射斑點、相對上較為昂貴以及所有關於傷害全像顯示觀看者或是進行全像顯示裝置組裝工作人員的眼睛等可能的安全問題。

元件104可包含一個或兩個稜鏡光學膜來增加顯示器的亮度：這樣的膜是已知的，例如在US 5,056,892與US 5,919,551中所描述的內容。元件104可包含偏光元件，或是偏光元件的集合。線性偏光薄片是其中一個例子。另外一個例子是反射式偏光片，可傳送一個線性偏化狀態，並且反射正交線性偏化狀態－這樣的薄片是已知的，例如在US 5,828,488中所描述的內容。另一個例子是反射式偏光片，可傳送一個圓形偏化狀態，並且反射正交圓形偏化狀態－這樣的薄片是已知的，例如在US 6,181,395中所描述的內容。元件104可包含其它在背光科技的領域中已知的光學元件。

元件104,100－103的厚度全部可約為數公分，或是更低。元件101可包含色彩過濾器陣列，使得彩色光線(例如紅色、綠色及藍色光)的像素是射向元件102，儘管如果使用彩色光源，色彩過濾器是不需要的。元件102是編碼相位資訊的電子式定址空間光調變器，例如Freedericksz元件。元件103是編碼振幅資訊的電子式定址空間光調變器，例如在一般商業上的液晶顯示器裝置中。元件102的每一個元件，在此以107表示，會與元件103中對應的元件排列，以108表示。然而，儘管元件102與103中的元件具有相同的橫向間隔或間距，元件102中的元件大小會小於或等於元件103中的元件，因為離開元件107的光在進入元件103的元件108之前，典型地會經歷一些繞射。振幅與相位的編碼次序可與圖十中所示的相反。

位於點106離包括緊密全像圖產生器105的裝置一些距離的觀看者，可從105的方向觀看到三維圖像。元件104、100、101、102與103是如之前所描述的配置成實體連接，以便能形成緊密的全像圖產生器105。

E.構成要素包含一對或二對有機發光二極體與光學式定址空間光調變器組合或是一個或兩個電子式定址空間光調變器的緊密組合，且具有目標全像重建的大倍率三維圖像顯示裝置

圖二十四顯示了一個構成要素包含一對或二對有機發光二極體與光學式定址空間光調變器組合或是一個或兩個電子式定址空間光調變器的緊密組合，且具有目標全像重建的大倍率三維圖像顯示裝置。這個裝置的構成要素包括空間光調變器與充份同調性的緊密型光源的緊密組合(例如在A、B、C與D部份所描述的內容)，這樣的組合能夠在適當的照明情況，於虛擬觀察員視窗(在圖二十四標示為OW)中產生看得見的三維圖像，這個裝置元件可例如整合在個人數位助理或行動電話中。如圖二十四所示，空間光調變器與充份同調性的緊密型光源的緊密組合包含光源陣列、空間光調變器及透鏡陣列。在圖二十四中的空間光調變器，包含一對或二對有機發光二極體與光學式定址空間光調變器組合或是一個或兩個電子式定址空間光調變器的緊密組合，或是一個有機發光二極體及光學式定址空間光調變器的組合成對及一個電子式定址空間光調變器。

在一個簡單的例子中，光源陣列可由下列方式形成。單一光源如單色的發光二極體，放置在緊鄰孔徑陣列的位置，使其能照射孔徑。如果孔徑是一維陣列的狹縫，從狹縫傳送出去的光會形成一維陣列的光源。如果孔徑是二維陣列的圓，圓的照射集合即形成二維陣列的光源。典型的孔徑寬將約為20μm。這樣的光源陣列適合用於對於一眼的觀察員視窗的產生。

在圖二十四中，光源陣列是設置在距離透鏡陣列u的距離位置。光源陣列可為圖一元件10的光源，並且可選擇性的包含圖一中的元件11。確切的說，每一個在光源陣列中的光源是設置在距離透鏡陣列中它所對應的透鏡u距離的地方。在較佳的實施例中，光源陣列與透鏡陣列的平面是呈平行狀的。空間光調變器可位在透鏡陣列的任一邊。虛擬觀察員視窗與透鏡陣列的距離為u。透鏡陣列中的透鏡是聚光鏡，聚焦長度f是由f＝1/[1/u＋1/v]所給定。在較佳的實施例中，v的值是在300mm到600mm的範圍內。更好的實施例中，v大約為400mm。在較佳的實施例中，u的值是在10mm到30mm的範圍內。更好的實施例中，u大約為20mm。放大因數M是由v/u所決定。M是經由空間光調變器調變後的光源，在虛擬觀察員視窗被放大的因素。在較佳的實施例中，M的值是在10到60的範圍內。更好的實施例中，M大約為20。為了實現如此的放大因數，並且具有好的全像圖像品質，需要準確排列的光源陣列與透鏡陣列。為了維持精確的排列，以及在光源陣列與透鏡陣列之間維持相同的距離，直到超過元件的使用壽命為止，裝置元件需要具有強烈的機械穩定度。

虛擬觀察員視窗可以是可追蹤的或不可追蹤的。如果虛擬觀察員視窗是可追蹤的，則根據虛擬觀察員視窗所需的位置，光源陣列中特定的光源會被啟動。啟動的光源會照射空間光調變器，並且藉由透鏡陣列成像至觀察員平面。在光源陣列中，對於透鏡陣列中的每一個透鏡至少啟動一個光源。追蹤是為準連續的。如果u是20mm且v是400mm，假若像素間距為20μm，可追蹤到帶有400μm橫向增量的虛擬觀察員視窗。這樣的追蹤是準連續的。如果u是20mm且v是400mm，f大概是19mm。

在光源陣列中的光源可能僅具有部分的空間同調性。部分的同調性會導致目標點的模糊重建。如果u是20mm且v是400mm，假若光源寬度為20μm，距離顯示器100mm的目標點的重建會有100μm的橫向模糊。這對於人類視覺系統的解析度是足夠的。

在通過透鏡陣列中不同透鏡的光之間並不需要具有任何明顯的相互同調性。同調性的需求是限制在透鏡陣列中的每一個單一透鏡。因此，重建目標點的解析度是由透鏡陣列的間距來決定。典型的透鏡間距將為1mm的等級，以保證對於人類視覺系統的充份解析度。

虛擬觀察員視窗是限制在空間光調變器中編碼資訊的傅立葉頻譜的一個繞射階級。如果空間光調變器的像素間距是10μm，並且需要兩個像素來編碼一個複數，即如果在相位調變電子式定址空間光調變器上使用2相位編碼，在500nm的波長，虛擬觀察員視窗會有10mm寬的寬度。虛擬觀察員視窗可利用空間或時間多工，將數個虛擬觀察員視窗舖置成放大的虛擬觀察員視窗。在空間多工的情況下，需要額外的光學元件，如光束分光鏡。在部份C描述了一些多工的方法，這些多工的方法也可能應用於本案實作中。

彩色全像重建可由時間多工來實現。彩色有機發光二極體顯示器的紅色，綠色及藍色像素是利用具有對紅色，綠色及藍色光學波長計算的全像圖的空間光調變器的同步重編碼來相繼地啟動。

裝置元件形成的顯示器可包含眼部位置偵測器，用以偵測觀察員的眼睛位置。眼部位置偵測器連接控制光源陣列中光源的啟動的控制單位。

在空間光調變器上編碼的全像圖的計算最好是由外部的編碼單元來執行，因為它需要較高的計算能力。顯示資料會接著送至個人數位助理或行動電話，以顯示全像產生的三維圖像。

對於實務上的例子，可使用由Sanyo(RTM)Epson(RTM)Imaging Devices Corporation of Japan所製造的2.6英吋螢幕尺吋XGA液晶顯示器電子式定址空間光調變器。次像素的間距為17μm。如果這是使用於紅綠藍全像顯示的建構，利用全像圖的振幅調變編碼，在距離電子式定址空間光調變器0.4m的地方，觀察視窗根據計算為1.3mm寬。對於單色的情況，觀察視窗根據計算為4mm寬。如果使用相同的設定，但是改用2相位編碼的相位調變，觀察視窗根據計算為6mm寬。如果使用相同的設定，但是改用基諾形式(Kinoform)編碼的相位調變，觀察視窗根據計算為12mm寬。

仍具有其它種高解析度的電子式定址空間光調變器。Seiko(RTM)Epson(RTM)Corporation of Japan已發表單色電子式定址空間光調變器，例如D4：L3D13U 1.3英吋螢幕尺寸且像素間距為15μm的面板。此公司也發表了同類型的面板D5：L3D09U－61G00，具有0.9英吋螢幕尺寸及10μm的像素間距。於西元2006年12月12日，此公司公告發表同類型的面板L3D07U－81G00，具有0.7英吋螢幕尺寸及8.5μm的像素間距。如果D4：L3D13U 1.3英吋面板用於建構單色的全像顯示，並採用全像的布克哈特(Burckhardt)振幅調變編碼，則距離電子式定址空間光調變器0.4m的位置，虛擬觀察員視窗可計算出為5.6mm寬。

F.包含一對或兩對有機發光二極體與光學式定址空間光調變器組合或是一個或兩個電子式定址空間光調變器的緊密組合，且具有目標全像重建的三維圖像顯示裝置

一對或兩對有機發光二極體與光學式定址空間光調變器組合或是一個或兩個電子式定址空間光調變器的緊密組合，是較推薦使用於手持式三維顯示裝置或是較大的三維顯示裝置中，因為這樣的組合是非常緊密的。這樣的組合可整合至例如行動電話、衛星導航裝置、車用顯示器、電腦遊戲裝置、個人數位助理(PDA)、筆記型電腦顯示器、桌上型電腦螢幕或是薄型電視顯示器中。這樣的三維顯示器是較針對於單一使用者。使用者一般是位在垂直於裝置光發射面的位置，並且是離裝置可得到最佳觀看效果的距離，例如約為500mm的距離。大家都知道，手持式裝置的使用者會傾向自己改變手上裝置的方向，以獲得最理想的觀看狀態，如同在WO01/96941中所描述的內容。因此，在這樣的裝置中，並不需要使用者眼部追蹤及複雜且不緊密如包含掃描鏡的追蹤光學。但是眼睛追蹤可以應用在其它的裝置中，如果對於裝置而言，額外需求的設備與電源不會造成過度的負擔。

包含一對或兩對有機發光二極體與光學式定址空間光調變器組合或是一個或兩個電子式定址空間光調變器的緊密組合，且具有目標全像重建的衛星導航三維圖像顯示裝置具有如下的優點。駕駛者可找到路線資訊的三維圖像，例如在下一個路口要執行的操控方式，並且因為三維圖像資訊能更符合接近駕駛者駕駛時的感知，能比二維圖像資訊來的更佳。其它顯示器上的資訊，例如選單，可以三維方式顯示。顯示器上部份或是全部的資訊皆可以三維方式顯示。

包含一對或兩對有機發光二極體與光學式定址空間光調變器組合或是一個或兩個電子式定址空間光調變器的緊密組合，且具有目標全像重建的車用三維圖像顯示裝置具有如下的優點。此裝置可能可以直接地顯示三維資訊，例如在倒車的時候，或是試圖通過比車輛稍寬或是稍窄的地方，顯示汽車保險桿(防護板)與鄰近物件(如牆壁)靠近情況的三維圖像。在通道比車輛較狹窄的地方，三維圖像顯示裝置可幫助駕駛者了解車輛通不過此通道。三維圖像可利用裝設在車輛上的感應器所提供的資訊來建立。其它的車輛資訊可以三維方式顯示在顯示器上，例如速度、溫度、每分鐘引擊轉速或是其它該顯示於車輛中的資訊。衛星導航資訊可三維地顯示在顯示器上。顯示器上部份或是全部的資訊皆可以三維方式顯示。

輸出視窗的大小是由傅立葉平面中繞射圖樣的週期性間隔所限制。如果有機發光二極體顯示器或是電子式定址空間光調變器中的像素間距是接近10μm，那麼對於波長500nm的可見光，在距離500mm的地方，根據全像圖的空間光調變器所使用的編碼，虛擬觀察員視窗(VOW)的寬度約為10mm到25mm。這對於一個眼睛而言是足夠寬的。對於另外一眼的第二虛擬觀察員，可由對空間光調變器的內容進行空間或時間上的多工方式來建立。在缺少追蹤的情況下，為了看見最佳的三維圖像，觀察員必須旋轉或移動裝置及/或他自己本身的位置，讓他的眼睛能位在虛擬觀察員視窗，並且位於離裝置最佳的距離。

數個虛擬觀察員視窗拼湊而成的方式可讓調整顯示裝置位置及方向的程序較為容易。兩個或三個虛擬觀察員視窗可在x－及y－方向並列，使得虛擬觀察員視窗可涵蓋較大的區域。拼湊的方式可由空間或時間多工，或是空間及時間多工的組合來完成。在時間多工中，光是時間上依序地投射至虛擬觀察員視窗中。如果虛擬觀察員視窗具有不同的內容，空間光調變器必須重編碼。在空間多工中，對於不同虛擬觀察員視窗的內容，是在相同的時間於空間光調變器中進行編碼，但是是在空間光調變器的不同區域。光束分光鏡可將空間光調變器不同區域的光分至不同的虛擬觀察員視窗。可使用空間及時間多工的組合。

典型用於行動電話或個人數位助理的手持式三維顯示裝置的螢幕尺寸大小是在從一英吋到數英吋的範圍之間。全像次顯示可具有螢幕尺寸小至一公分的螢幕。

三維圖像顯示裝置可切換顯示二維圖像，例如藉由顯示相同的圖像至觀看者的每一個眼睛的方式。

圖三顯示了包含一對或兩對有機發光二極體與光學式定址空間光調變器組合或是一個或兩個電子式定址空間光調變器的緊密組合的三維圖像顯示裝置的實施例。在圖三中的裝置是行動電話30，在行動電話上，當配備相似裝置的另外一方的三維影像圖像顯示在螢幕區域31的時候，使用者可撥打電話。行動電話有裝配天線32，以進行行動通訊。在其它的實施方式中，天線可位於行動電話30的主體中。行動電話30裝配兩個攝影機33及34，分別記錄使用者左眼及右眼的圖像。左眼及右眼的圖像包含立體圖像資料。行動電話30配備數字及“^＊ ”及“#”符號的按鍵35，以及其它功能的按鍵36，例如在螢幕上的選單中移動，退回或是啟動關閉等。在按鍵上顯示的標示例如"ON" "OFF"或是"2"，可避免顛倒混淆，可防止在進行三維影像電話通話的雙方，觀看對方時顛倒混淆。在使用上，兩個觀看者的眼睛與兩個攝影機33及34最好是共面的，並且使用者的臉是位在接近垂直於螢幕區域31的位置。這樣能確保兩個攝影機33及34在包含觀看者眼睛的平面中記錄視差。觀看者的頭部對於顯示器的最理想觀察位置是預先決定的，使得兩個攝影機33及34能在這個位置獲得觀看者頭部最理想的圖像品質。對於三維圖像電話通話中的另一方也是同樣如此，使得雙方可處在最理想圖像品質的雙向三維圖像電話通話中。為了確保每一個觀看者精確地面向攝影機33及34，可能會較希望確保對於每個眼睛的虛擬觀察員視窗不會比每個眼睛大太多，因為這樣可以限制觀看者的眼界對於觀看者攝影機方向在位置及方向上的錯誤。藉由將裝置朝向拍照的目標，裝置可對目標進行三維拍照。或者，可藉由裝置螢幕上的小按鍵圖示來引導使用者使用，藉此完成裝置的最理想方向設置。裝置也可具備眼部追蹤功能。在此所描述的裝置格式與用法可使用於可全像地、自動立體顯示地或利用其它任何方法產生三維圖像的裝置。

在雙向的三維影像電話通話期間，攝影機33及34分別記錄使用者的右眼及左眼圖像。從這些圖像獲得的資料，會用於在三維影像通話中另一方對應的手持裝置上，以建立三維影像圖像。如果三維圖像是自動立體顯示地產生，從攝影機33及34的觀看可直接地使用在自動立體顯示器中產生兩個眼睛的圖像。如果三維圖像是全像地產生，包含從攝影機33及34觀看的資料應該要進行處理，例如藉由使用產生全像圖的電腦，例如在一個或兩個空間光調變器之上允許全像資料的適當編碼。當三維圖像是全像地產生，此三維顯示器為一種全像顯示器。相較於自動立體顯示器，全像顯示器提供全深度資訊，即調節(眼睛聚焦)與視差。全像顯示器提供目標的全像重建，即在正確的深度產生全部目標點的全像重建。

在此所描述的手持式三維顯示器的應用包含保持雙向三維影像電話的通話。另一個應用是包括由通話中的另一方顯示目標或場景的三維顯示，例如在購買之前先觀看產品，或是檢查物品是否有損害。另一個應用是包括個體身份的確認，可由三維顯示來獲得幫助。三維顯示可增進對外觀上非常相像的個體進行區別能力，例如雙胞胎或是偽裝的人。另一個應用是包括利用圖像來觀看個體，以進行更進一步的連絡，例如在約會服務中，三維圖像可幫助決定。另一個應用是包括利用三維顯示來觀看成人內容的方式，觀看者會喜歡三維顯示勝於二維顯示。

不同個體的眼睛之間會有不同的距離。在一個實施例中，具有目標全像重建的三維顯示裝置會有選單選項，能夠讓顯示器的使用者變化投射左眼與右眼的虛擬觀察員視窗之間的距離。在選單選項的選擇上，使用者按下裝置上的按鍵來增加或是減少虛擬觀察員視窗之間的分隔。如果這是已設定好的，當觀看顯示器並且試圖觀看三維圖像時，可選擇最佳的虛擬觀察員視窗之間的分隔距離，讓觀看者觀看可實現的最好三維圖像。接著，所選擇的距離可儲存在使用者的偏好當中。如果有多個個體使用裝置時，則可將多個使用者偏好儲存在裝置當中。這樣的選單選項可被實作，儘管裝置具有能力各別地去追蹤觀看者的眼睛位置，因為使用者所選擇希望的虛擬觀察員視窗之間的精確距離會比追縱軟體的選擇來的更好。一旦這樣的選擇產生了，將可加快追蹤的速度，因為在眼睛之間的距離成為固定的參數之後，對於觀察員的眼睛所需要的精確位置決定會較低。能夠選擇兩個虛擬觀察員視窗之間更好的距離，也提供了超越自動立體顯示系統的優點，在自動立體顯示系統中，左眼與右眼圖像之間的距離是傾向於使用裝置硬體來固定。

G.包含一對或兩對有機發光二極體與光學式定址空間光調變器組合或是一個或兩個電子式定址空間光調變器的緊密組合的平面投影機系統

從裝置發射的光也可投射到螢幕或牆或是一些其它的表面上，來取代如F部份所描述的投射光至數個虛擬觀察員視窗的方式。因此，在行動電話或個人數位助理或是在其它裝置中的三維顯示裝置也能如同以口袋型投影機的方式來使用。

可藉由使用空間光調變器調變入射光的振幅及相位來提升全像投攝圖的品質。因此，複數值的全像圖可在空間光調變器上編碼，讓重建在螢幕或牆上的圖像具有較好品質。

在先前部份所描述的一對或兩對有機發光二極體與光學式定址空間光調變器組合或一個或兩個電子式定址空間光調變器的緊密組合，可作為空間光調變器使用於投影機中。由於此組合的大小為緊密的，投影機也將會是緊密的。投影機甚至可同為如行動電話或是個人數位助理或是一些其它的裝置：可藉由"三維顯示器"與"投影機"模式來進行切換。

相較於習用的二維投影機，全像式二維投影機具有不需要投影透鏡以及投射的圖像在光學遠場中的全部距離都是聚焦的優點。習用的全像式二維投影機，例如在WO2005/059881中所描述的內容，使用單一空間光調變器，因此無法進行複雜的調變。在此所描述的全像式二維投影機，將能夠進行複雜的調變，因此能具有非常佳的圖像品質。

H.使用一個或兩個紅外線有機發光二極體顯示器與光學式定址空間光調變器的緊密組合的自動立體或全像顯示器

紅外線有機發光二極體顯示器與光學式定址空間光調變器的緊密組合(例如A部份所描述的內容)也能使用在自動立體顯示器(ASD)中，特別是在行動電話或是個人數位助理中的手持式自動立體顯示器。然而對於典型的觀看者而言，觀看自動立體顯示器並不像觀看全像顯示器一樣的舒適，雖然在一些情況下，自動立體顯示器比起全像顯示器可能較為便宜或是較容易去產生或去提供圖像資料。自動立體顯示器提供數個觀看區域，藉由每個觀看區域顯示三維場景的不同觀點。如果觀看者的眼睛是在不同的觀看區域，他將看到立體的圖像。自動立體顯示器與全像技術的差異：自動立體顯示器提供兩個平面圖像，而全像技術更提供三維場景中每一個目標點的Z－資訊。

通常，自動立體顯示器是以顯示器上觀看區域的空間多工為基礎，並且使用光素分光鏡元件，例如雙凸透鏡(lenticulars)、障礙遮蔽物(barrier masks)或是稜鏡遮蔽物(prism masks)。障礙遮蔽物也可稱之為"視差障礙"。自動立體顯示器的缺點是每一個觀看區域的解析度會典型地反比於觀看區域的數量。但是這個缺點可由如上所描述的自動立體顯示器的優點來補償。

紅外線有機發光二極體顯示器與振幅調變光學式定址空間光調變器的緊密組合(例如在A部份所描述的內容)可使用來成為具有高解析度的振幅調變顯示器。如果紅外線有機發光二極體顯示器與振幅調變光學式定址空間光調變器的緊密組合是與光束分光鏡元件結合的話，則可建構出具高解析度的自動立體顯示器。緊密組合的高解析度可補償因為空間多工而損失的解析度。

對於需要一個或多個額外的光學式定址空間光調變器的自動立體顯示器，使用一個或多個有機發光二極體陣列與一個或多個光學式定址空間光調變器的緊密組合(例如：在A與B部份所描述的內容)的優點是非圖樣式的光學式定址空間光調變器。自動立體顯示器包含光束分光鏡與有機發光二極體陣列，可能會由於圖樣式的有機發光二極體而具有加工品，例如：在光束分光鏡期間與有機發光二極體期間之間的疊紋效應(Moireffects)。相較之下，在緊密組合的光學式定址空間光調變器上的資訊是連續的：僅有光束分光鏡期間，不會出現週期性的加工品。

自動立體顯示器的光源可為一個或多個光源，例如發光二極體，雷射，有機發光二極體或冷陰極螢光燈。光源不需為同調性的。如果使用有機發光二極體且自動立體顯示器顯示色彩圖像，則會在光源與光發射顯示器及振幅調變光學式定址空間光調變器的緊密組合之間需要色彩過濾器層，例如紅色，綠色及藍色過濾器。

紅外線有機發光二極體顯示器與光學式定址空間光調變器的緊密組合(例如在A部份所描述的內容)也可以使用在全像顯示，特別是在行動電話或個人數位助理中的手持式顯示器。全像顯示器是以顯示器上觀看區域的空間多工為基礎，並且使用光素分光鏡元件，例如雙凸透鏡(lenticulars)、障礙遮蔽物(barrier masks)或是稜鏡遮蔽物(prism masks)。障礙遮蔽物也可稱之為"視差障礙"。紅外線有機發光二極體顯示器與光學式定址空間光調變器的緊密組合(例如在A部份所描述的內容)可使用來成為具有高解析度的全像顯示器。如果紅外線有機發光二極體顯示器與振幅調變光學式定址空間光調變器的緊密組合是與光束分光鏡元件結合的話，則可建構出具高解析度的全像顯示器。緊密組合的高解析度可補償因為空間多工而損失的解析度。在另一個實施例中，兩對有機發光二極體陣列與光學式定址空間光調變器的緊密組合的組合可以依序且緊密的方式使用來調變光的振幅與相位，如B部份所描述的內容。因此，由振幅與相位組成的複數，可利用逐一像素的方式在傳送光中編碼。如果兩對紅外線有機發光二極體顯示器與振幅調變光學式定址空間光調變器的緊密組合是與光束分光鏡元件結合，則可建構出高解析度的全像顯示器。緊密組合的高解析度可補償因為空間多工而損失的解析度。具有光束分光鏡元件的全像顯示器可提供數個觀看區域，藉由每個觀看區域顯示三維場景的不同觀點。如果觀看者的眼睛是在不同的觀看區域，他將看到立體的圖像。

I.三維傳輸中需要的資料處理系統。

圖二十二顯示了三維傳輸中需要的資料處理系統。在圖二十二中，其中一方220與另一方221是在三維傳輸中。用於建立圖像的拍攝資料可利用圖三中顯示的行動電話裝置30或是一些具有類似功能的裝置來進行收集。對於三維圖像顯示的資料處理可在其中一方220的裝置中執行，裝置可為行動電話30或是等效的裝置，或是可在另一方221的裝置中執行，但是最好是能在位於兩個行動電話之間的傳輸網路上的中間系統224中執行。傳輸網路包含第一連線222，中間系統224及第二連線223。222及223兩個連線可為無線連線或非無線連線。中間系統224可包含執行計算的電腦，使得三維圖像，例如電腦產生的全像圖或自動立體顯示圖能夠被顯示。在兩個行動電話之間的傳輸網路使用電腦來執行計算是較好的，因為計算將不耗費行動電話的電池電力，但取而代之使用主要的電源。可使用位於傳輸網路的電腦來對大量的三維影像電話通話的圖像同時進行處理，這可允許更有效率地利用計算資源，例如藉由減少未使用的計算處理能力的數量。如果需要的計算能力減少，則行動電話或其它類似裝置的重量將會降低，它將需要較少的電腦電路與記憶體，因為計算需求將會藉由位在傳輸網路上的電腦來執行計算。最後，執行計算的軟體將僅需要安裝在位於傳輸網路上的電腦，不需要安裝在行動電話或其它類似的裝置中。這將減少行動電話的記憶體需求以及軟體盜版的範圍，並且會增加程式碼中任何的企業機密的保護。雖然大多數三維圖像顯示需要的計算可由中間系統224來執行，不過也可能一些圖像計算是在資料傳送前於使用者裝置中進行。例如，如果兩個拍攝圖像是非常相似的，若兩個圖像是傳送成第一圖像及兩個圖像之間差異的差異圖像，則因為差異圖像非常易於進行可幫助資料傳送的資料壓縮技術，因此將可促進資料的傳送。同樣地，三維圖像顯示裝置可執行一些圖像計算，例如解除壓縮的圖像資料。

在圖二十二的系統的一個例子中，第一圖像與第二圖像形成一對立體顯示圖像，並且由使用者220的裝置經由連線222傳送至中間裝置224。第二傳送圖像可為兩個立體顯示圖像之間的差異圖像，因為差異圖像典型地將比完整圖像需要較少的資料。如果三維電話交談是在進行中，則第一圖像可為現在圖像與前一個時間點的圖像之間的差異。同樣的，第二圖像可為現在圖像與前一個時間點的圖像之間的差異。接著，根據從接收資料的對應深度圖，中間裝置224可利用習用對於二維與三維(3D)圖像之間轉換的計算程序來對二維(2D)圖像進行計算。對於彩色的圖像，需要二維圖像在三個主要顏色中的三個元素，並且連同它們的對應深度圖。接著，關於二維圖像與深度圖的資料會經由連線223傳送至使用者221的裝置。使用者221的裝置會在它的緊密型三維顯示裝置中，根據接收到的二維圖像與深度圖編碼全像圖。為了有效率的使用傳送頻寬，在這個系統中傳輸的資料可進行習用的壓縮程序，並且在接收裝置中執行對應的解壓縮動作。使用最有效率的資料壓縮數量，相較於使用較少資料壓縮的頻寬需求花費，會平衡行動裝置的電池執行資料壓縮與解壓縮的電力。

中間裝置224可存取包含已知三維形狀集合的函式庫，並在其中試圖找到穩合它計算的三維資料的配對，或者它可存取包含已知二維圖形集合的函式庫，並在其中試圖找到穩合進入的二維圖像資料的配對。如果在已知形狀中可找到好的配對，這可加快計算程序的速度，因為二維或三維圖像之後可表示為對應已知的形狀。三維形狀的函式庫可提供如一組運動明星的面孔或身體形狀，例如主要的網球運動員或足球運動員，以及全部或部分主要的運動場地，例如著名的網球場地或是著名的足球場地。例如，人臉的三維圖像可表示為一個中間裝置224已存取過的資料，加上臉部表情變化，例如微笑或皺眉等，加上頭髮長度的變化，因為在資料儲存後頭髮可能留長或剪短。如果一組持續性的差異發生，中間裝置224已存取過的記錄明顯比資料過時，例如在長時間上，人的頭髮長度已經明顯的改變，則這個在中間裝置224已存取過的資料可由中間裝置224進行更新。如果中間裝置224遇到在它已存取過的記錄當中沒有發現好配對的二維或三維圖像時，它將增加新的形狀到記錄的集合當中。

J.幫助二維圖像內容至三維圖像內容的系統

安全廣泛採用的三維顯示技術中的一個困難是很少內容是以三維格式產生，並且現在大部份的內容仍持續以二維格式產生的事實。部分上是因為現在所使用的大多數圖像記錄裝置都持續記錄二維圖像，並且沒有資料是可以使用在三維圖像中。此外，現在很少有機會能讓觀看者要求三維的內容或是獲得從二維內容產生的三維內容。

這非常明顯需要一個支援從二維內容產生三維內容的系統。在圖二十三中給定一個系統。在圖二十三中，即使在觀看者2302的家中具有三維顯示裝置，電視傳播公司2300持續播放二維電視圖像2304。在這個系統中，具有中間系統2301，可將二維內容轉換到三維內容2305。這樣的轉換程序可由觀看者付費支援，或是可由其它方來付費支援，例如廣告客戶2303。在圖二十三中，當廣告客戶2303的廣告由電視公司2300來播放，廣告客戶2303會支付費用2306給中間系統2301，並藉由已知的二維內容轉換成三維內容的轉換程序將二維內容轉換成三維內容。廣告客戶的利益是以三維的電視廣告呈現給觀看者2302，這將比二維電視廣告更引人注意。或者，觀看者2302可支付費用給中間系統2301來轉換並接收一些或全部電視播放的三維格式。中間系統會確保三維內容的提供是正確且同步的格式，例如假使二維圖像有提供它的對應深度圖，兩個資料集合會以同步方式提供，即三維顯示裝置會對於對應的二維圖像使用深度圖，不會對非對應的二維圖像使用深度圖。三維顯示裝置可為全像顯示裝置、自動立體顯示裝置或是任何習用的三維顯示裝置。提供三維顯示裝置的資料應適合於三維顯示裝置的類型。相似於上述的系統也可適用於非電視播放公司的提供者所提供的內容，例如電影或錄影帶供應商等。

在另一種系統中，觀看者可支付費用提供二維內容給中間系統，並且收到提供的二維內容的三維形式回覆。提供的二維內容可例如為家庭電影的MP3檔案，或是其它錄影帶內容或是如照片或圖片的圖像。

中間系統可包含電腦來執行計算，使得三維圖像能顯示，例如電腦產生全像圖或是自動立體圖像。最好是利用在二維內容提供者與希望觀看三維圖像內容的觀看者之間傳輸網路的電腦來執行計算，因為這會比起在觀看者端執行如此的程序更有效率。位於傳輸網路上的電腦可使用來同時進行大量的二維到三維內容轉換的圖像處理，這可允許更有效率地利用計算資源，例如藉由減少未使用的計算處理能力的數量。如果需要的計算能力減少，則觀看者的三維顯示裝置的成本將會降低，因為它將需要較少的電腦電路與記憶體，且計算需求將會藉由位在傳輸網路上的電腦來執行計算。最後，執行計算的軟體將僅需要安裝在位於傳輸網路上的電腦，不需要安裝在觀看者的三維顯示裝置中。這將減少觀看者的三維顯示裝置的記憶體需求以及軟體盜版的範圍，並且會增加程式碼中任何的企業機密的保護。雖然大多數三維圖像顯示需要的計算可由中間系統來執行，不過也可能一些圖像計算是在觀看者的三維顯示裝置中執行。三維圖像顯示裝置可執行一些圖像計算，例如解壓縮已壓縮的圖像資料，或是從二維圖像與它的對應深度圖來產生空間光調變器的全像編碼。

在一個例子中，中間系統可利用習用二維與三維圖像之間轉換的計算程序，計算接收到的二維圖像的對應深度圖。對於彩色的圖像，需要二維圖像在三個主要顏色中的三個元素，並且連同它們的對應深度圖。接著，關於二維圖像與深度圖的資料會傳送至觀看者的三維顯示裝置。觀看者的三維顯示器裝置會在它的空間光調變器中，根據接收到的二維圖像與深度圖編碼全像圖。為了有效率的使用傳送頻寬，在這個系統中傳輸的資料可進行習用的壓縮程序，並且在接收裝置中執行對應的解壓縮動作。使用最有效率的資料壓縮數量，相較於使用較少資料壓縮的頻寬需求花費，會平衡提供資料解壓縮功能至三維顯示裝置的花費。

中間裝置可存取已知三維形狀集合的資料，並在其中試圖找到穩合它計算的三維資料的配對，或者它可存取已知二維圖形的集合，並在其中試圖找到穩合進入的二維圖像資料的配對。如果在已知形狀中可找到好的配對，這可加快計算程序的速度，因為二維或三維圖像之後可表示為對應已知的形狀。三維形狀的函式庫可提供如一組運動明星的面孔或身體形狀，例如主要的網球運動員或足球運動員，以及全部或部分主要的運動場地，例如著名的網球場地或是著名的足球場地。例如，人臉的三維圖像可表示為一個中間裝置已存取過的資料，加上臉部表情變化，例如微笑或皺眉等，加上頭髮長度的變化，因為在資料儲存後頭髮可能留長或剪短。如果一組持續性的差異發生，中間裝置已存取過的記錄明顯比資料過時，例如在長時間上，人的頭髮長度已經明顯的改變，則這個在中間裝置已存取過的資料可由中間裝置224進行更新。如果中間裝置遇到在它已存取過的記錄當中沒有發現好配對的二維或三維圖像時，它將增加新計算的三維形狀到記錄的集合當中。

K.觀察員視窗的空間多工與二維編碼

這個實施例是關於全像顯示器的虛擬觀察員視窗(VOWs)的空間多工，並結合二維編碼的使用。除此之外，全像顯示器可如同在A，B，C或D部份中所描述的內容，或是任何習用的全像顯示器。

數個處擬觀察員視窗，例如一個用於左眼的虛擬觀察員視窗與一個用於右眼的虛擬觀察員視窗，可由空間或時間多工來產生是已知的。關於空間多工，兩個虛擬觀察員視窗是在同一個時間點產生的，並且經由光束分光鏡來區分，相似於自動立體顯示器，如在WO 2006/027228中所描述的內容。而關於時間多工，虛擬觀察員視窗是時間上依序產生的。

然而，習用的全像顯示系統具有一些缺點。對於空間多工而言，使用的照明系統在水平方向是空間非同調性的，並且是以水平線光源與透鏡狀陣列為基礎，如圖四由習用技術WO 2006/027228所獲得的內容。這具有可利用自動立體顯示器已知技術的優點。然而，它的缺點是在水平方向上的全像重建是不可能。取而代之的是使用所謂的1維編碼，僅在垂直方向產生全像重建與移動視差。因此，垂直焦點是在重建物件的平面上，而水平焦點是在空間光調變器的平面上。這些散光會減少空間視覺的品質，意即它減少了觀看者接收到的全像重建的品質。同樣地，時間多工系統也具有缺點，它們需要尚不能在全部顯示器尺寸中獲得的快速空間光調變器，即時可取得也是過分的昂貴。

只有二維編碼在水平與垂直方向同時提供全像重建，而因此二維編碼不會產生散光，散光會減少空間視覺的品質，意即減少了觀看者接收到的全像重建的品質。因此，這個實施例的目的是結合二維編碼來實現虛擬觀察員視窗的空間多工。

在這個實施例中，具有水平與垂直局部空間同調性的照明會與光束分光鏡結合，光束分光鏡會將光分為對於左眼虛擬觀察員視窗的光及對於右眼虛擬觀察員視窗的光。因此，必須考慮位於光束分光鏡的繞射。光束分光鏡可為稜鏡陣列，第二透鏡陣列(例如靜態陣列或是變量陣列，如圖二十中所示)或是障礙遮蔽物。

圖二十五顯示了這個實施例的例子。圖二十五為包含二維光源陣列的光源、二維透鏡陣列的透鏡、空間光調變器與光束分光鏡的全像顯示器示意圖。光束分光鏡會將離開空間光調變器的光線，分離成二束光線，分別照射用於左眼的虛擬觀察員視窗(VOWL)與用於右眼的虛擬觀察員視窗(VOWR)。在這個例子中，光源的數量是一個或多個；透鏡的數量與光源的數量是相同的。

在這個例子中，光束分光鏡是在空間光調變器之後。光束分光鏡與空間光調變器的位置也可相互交換。圖二十六顯示了這個實施例的例子，在平面圖中是使用稜鏡陣列作為光束分光鏡。照明裝置包含n元件的二維光源陣列(LS1,LS2,...LSn)及n元件的二維透鏡陣列(L1,L2,...Ln)，在圖二十六中只顯示兩個光源與兩個透鏡。每一個光源是利用它所關聯的透鏡來成像至觀察員平面。光源陣列的間距與透鏡陣列的間距是要使得全部光源圖像能同時出現在觀察員平面，即包含兩個虛擬觀察員視窗的平面。在圖二十六中，並沒有顯示左眼虛擬觀察員視窗(VOWL)與右眼虛擬觀察員視窗(VOWR)，因為它們是在圖的外面，且為圖的右邊。可增加額外的視野透鏡。為了提供充份的空間同調性，透鏡陣列的間距是相似於次全像圖的典型大小，即一至數公釐的等級。照明在每一個透鏡內是水平且垂直空間同調性的，因為光源是小的或為點光源，且因為使用二維透鏡陣列。透鏡陣列可為折射、繞射或全像式的。

在這個例子中，光束分光鏡是一維的垂直稜鏡陣列。入射在稜鏡一個斜面的光，會偏斜至左眼虛擬觀察員視窗(to VOWL)，入射在稜鏡另一個斜面的光，會偏斜至右眼虛擬觀察員視窗(to VOWR)。從相同LS與相同透鏡產生的光線，在通過光束分光鏡之後，也為相互同調。因此，具有垂直與水平聚焦並且垂直與水 平移動視差的二維編碼是可能的。

全像圖是在具有二維編碼的空間光調變器上進行編碼。對於左眼及右眼的全像圖是一個欄位一個欄位的交錯，意即欄位會交錯編碼對於左眼與右眼的全像資訊。更好地是在每一個稜鏡下具有一個對於左眼全像資訊的欄位及一個對於右眼全像資訊的欄位。另一個方法，在每一個稜鏡的斜面下也可有兩個或更多個全像圖的欄位，例如三個對於左眼虛擬觀察員視窗的欄位，並且接著為三個對於右眼虛擬觀察員視窗的欄位。光束分光鏡的間距可與空間光調變器的間距相同，或為整數(例如二或三)倍數，或者，為了能容許透視縮短(perspective shortening)，光束分光鏡的間距可比空間光調變器的間距稍微小一點，或是比它的整數(例如兩或三)倍數稍微小一點。

從具左眼全像的欄位發出的光會重建對於左眼的目標，並且照射左眼虛擬觀察員視窗(VOWL)；從具右眼全像的欄位發出的光會重建對於右眼的目標，並且照射右眼虛擬觀察員視窗(VOWR)。因此，每一個眼睛會看到適當的重建。如果稜鏡陣列的間距是充分的小，則眼睛不能解析稜鏡結構，且稜鏡結構不會妨礙全像圖的重建。每一個眼睛會看見具有全聚焦與全移動視差的重建，並且沒有散光。

在光束分光鏡上將會有繞射，因為同調光會照射光束分光鏡。光束分光鏡可視為產生多重繞射階級的繞射光柵。斜的稜鏡斜面具有閃耀式光柵的效果。對於閃耀式光柵，最大強度是導向特定的繞射階級。對於稜鏡陣列，一個最大強度會從稜鏡的一個斜面導向位於左眼虛擬觀察員視窗位置的繞射階級，另一個最大強度會從稜鏡的另一個斜面導向位於右眼虛擬觀察員視窗位置的另一個繞射階級。更精確來說，封裝式(enveloping)sinc-squared函數的強度最大值是移至這些位置，而繞射階級是位在固定的位置。稜鏡陣列會在左眼虛擬觀察員視窗的位置產生一個強度封裝sinc-squared函數最大值，在右眼虛擬觀察員視窗的位置產生另一個強度封裝sinc-squared函數最大值。其它繞射階級的強度將會是很小的(意即sinc squared強度函數最大值是狹窄的)，並且將不會產生干擾串音，因為稜鏡陣列的填充因子是大的，例如接近100%。

如同在習用技術中可見的，為了提供虛擬觀察員視窗給二個或多個觀察員，可藉由使用更複雜的稜鏡陣列(例如兩種類型的稜鏡，具有相同的頂角，但是不同的非對稱程度，連續地相鄰配置)，產生多個虛擬觀察員視窗。然而，使用靜態的稜鏡陣列是不能夠個別地追蹤觀察員。

在另一個例子中，每個透鏡可使用多於一個光源。每個透鏡額外的光源可利用來產生額外的虛擬觀察員視窗，提供給額外的觀察員。這是描述在WO 2004/044659(US2006/0055994)中，對於m個觀察員提供一個透鏡與m個光源的例子。在這個更進一步的例子中，利用每個透鏡m個光源與雙倍的空間多工來產生m個左邊虛擬觀察員視窗及m個右邊虛擬觀察員視窗，提供給m個觀察員。每個透鏡m個光源是以m對一的對應方式，其中m是一個整數。

接著是這個實施例的例子。使用20英吋螢幕尺寸，並具有下列的參數值：觀察員距離2m，像素間距在垂直上為69μm，在水平上為207μm，使用布克哈特(Burckhardt)編碼，以及光學波長為633nm。布克哈特(Burckhardt)編碼是在垂直方向，具有69μm的次像素間距與6mm高的虛擬觀察員視窗(垂直期間)。忽略透視縮短，垂直稜鏡陣列的間距為414μm，也就是在每個全稜鏡下具有兩個空間光調變器的欄位。因此，觀察員平面中的水平期間為3mm。這也同樣為虛擬觀察員視窗的寬度。這個寬度在直徑上是小於理想大約4mm的眼睛瞳孔。在另一個相似的例子中，如果空間光調變器具有50μm的較小間距，虛擬觀察員視窗將會有25mm的寬度。

如果成年人眼睛的分隔為65mm(這是典型的)，稜鏡必須偏斜光±32.5mm，在那個位置光會與包含虛擬觀察員視窗的平面相交。更精確來說，強度封裝sinc-squared函數最大值需要偏斜±32.5mm。這對於2m的觀察員距離相當於是±0.93°的角度。對於稜鏡折射率n=1.5，適當的稜鏡角度為±1.86°。稜鏡角度是定義為基底與稜鏡斜邊之間的角度。

對於在3mm的觀察員平面中的水平期間，另一眼的位置是在大約21繞射階級的距離(意即65mm除3mm)。由另一個虛擬觀察員視窗的較高繞射階級所導致在左眼虛擬觀察員視窗與在右眼虛擬觀察員視窗之中的串音因而是可以忽略的。

為了實作追蹤，光源追蹤為一個簡單的追蹤方法，意即適應光源的位置。如果空間光調變器與稜鏡陣列不是在相同的平面上，在空間光調變器像素與稜鏡之間，將會具有由視差所導致的擾亂相關橫向偏移。這將可能會導致擾亂串音。上述的例子，20英吋螢幕尺寸的像素，在垂直於每個稜鏡尖端所形成的軸的方向，可能具有70%的填充因子，也就是在每個邊上，像素大小為145μm作用區域及31μm無作用的區域。如果稜鏡陣列的建構區域是指向空間光調變器，在稜鏡陣列與空間光調變器之間的分隔可能大約為1mm。無串音的水平追蹤範圍將會是±31μm/1mm * 2m=±62mm。如果小的串音是可容許的，那麼追蹤的範圍將會較大。這個追蹤範圍並不是很大，但它是足夠允許一些追蹤進行，使得觀看者將會有較少的限制，像是限制他/她的眼睛的放置位置。

空間光調變器與稜鏡陣列之間的視差是可以避免的，較好的方法是利用將稜鏡陣列整合或是直接整合在空間光調變器中(像是折射、繞射或是全像式稜鏡陣列)。這對於產品而言將為專業構成要素(specialized component)。另一種選擇是稜鏡陣列的橫向機械移動，雖然這是較不建議的，因為移動機械部分會使得裝置變得更為複雜。

另一個關鍵性的問題是由稜鏡角度所決定的固定虛擬觀察員視窗分隔。這可能會對非標準眼睛分隔的觀察員或是z-追蹤造成困擾。其中一個解決方法，是可使用包含封裝液晶區域(encapsulated liquid-crystal domains)的組合，如圖二十一所示。接著，電場可控制折射率，以及偏斜角度。這個解決方法可與稜鏡陣列合併，以便連續地個別提供變量偏斜與固定偏斜。在另一種解決方法中，可用液晶層覆蓋稜鏡陣列的結構邊。接著，電場可控制折射率，以及偏斜角度。如果虛擬觀察員視窗具有足夠容許不同眼睛分隔的觀察員與z-追蹤如此大的寬度，則變量偏斜組合是不需要的。

一個較複雜的解決方法是使用可控制的稜鏡陣列，例如e-wetting稜鏡陣列(如圖二十七所示)或是填滿液晶的稜鏡(如圖二十一所示)。在圖二十七中，具有稜鏡元件159的層包含電極1517、1518及填滿兩個分離液體1519、1520的凹洞。每一個液體填滿凹洞的稜形部分。舉一個例子，液體可以是油或水。在液體1519、1520之間介面的斜率是依據施加在電極1517、1518的電壓所決定。如果液體具有不同的折射率，光束將會遭受偏向，偏向是由施加在電極1517、1518的電壓所決定。因此，稜鏡元件159扮演可控制的光束指向元件。對於需要追蹤虛擬觀察員視窗至觀察員眼睛的實作，提供電子式全像技術，這對於申請人的方法而言是一個重要的特性。由申請人提出的專利申請號DE 102007024237.0、DE 102007024236.2，描述了具有稜鏡元件虛擬觀察員視窗至觀察員眼睛的追蹤。

這是一個使用於緊密手持式顯示器的實施例。Seiko(RTM)Epson(RTM)Corporation of Japan已發表單色電子式定址空間光調變器，例如D4：L3D13U 1.3英吋螢幕尺寸。一個描述的例子是使用D4：L3D13U液晶顯示器面板作為空間光調變器。它具有HDTV的解析度(1920 x 1080像素)、15μm的像素間距與28.8mm x 16.2mm的面板區域。這個面板通常使用在二維圖像投影顯示器。

這個例子是計算關於663nm的波長與50cm的觀察員距離。對於這個振幅調變空間光調變器是使用軌跡相位編碼(布克哈特編碼)：需要三個像素來編碼一個複數。這三個關聯像素是垂直排列的。如果稜鏡陣列光束分光鏡是整合在空間光調變器中，稜鏡陣列的間距會是30μm。如果空間光調變器與稜鏡陣列之間具有分隔，稜鏡陣列的間距會稍微不同，以處理透視縮短。

虛擬觀察員視窗的高度是由3 * 15μm=45μm的間距去編碼一個複數所決定，且為7.0mm。虛擬觀察員視窗的寬度是由稜鏡陣列的30μm間距所決定，且為10.6mm。兩個數值都大於眼睛的瞳孔。因此，如果虛擬觀察員視窗是在眼睛的位置，每個眼睛都可以看見全像重建。全像重建是從二維編碼的全像圖而來，因此並沒有上面所述一維編碼中本身存在的閃光問題。這個確保高的空間視覺品質與高的深度印象(depth impression)品質。

當眼睛的分隔為65mm時，稜鏡必須偏斜光±32.5mm。更精確來說，封裝sinc-squared強度函數的強度最大值需要偏斜±32.5mm。對於0.5m的觀察員距離，這對應於±3.72°的角度。對於折射率n=1.5，適當的稜鏡角度為±7.44°。稜鏡角度是定義為基底與稜鏡斜邊之間的角度。

對於在10.6mm的觀察員平面中的水平期間，另一眼的位置是在大約6繞射階級的距離(意即65mm除10.6mm)。由較高繞射階級所導致的串音因而是可以忽略的，因為稜鏡陣列具有高的填充因子，意即接近於100%。

這是一個使用於大顯示器的實施例。全像顯示器可設計使用相位調變的空間光調變器，並具有50μm的像素間距及20英吋的螢幕尺寸。對於如電視的應用，螢幕尺寸可能相當接近40英吋。對於這個設計的觀察員距離為2m，波長是633nm。

使用空間光調變器的兩個相位調變像素來編碼一個複數。這兩個關聯的像素是垂直排列的，並且對應的垂直間距為2 * 50μm=100μm。藉由整合稜鏡陣列至空間光調變器中，稜鏡陣列的水平間距也為2 * 50μm=100μm，因為每個稜鏡包含兩個斜面，且每個斜面是用於空間光調變器的一個欄位。所產生12.7mm的虛擬觀察員視窗的寬度與高度是比眼睛的瞳孔還來的大。因此，如果虛擬觀察員視窗是在眼睛的位置，每個眼睛都可以看見全像重建。全像重建是從二維編碼的全像圖而來，因此並沒有一維編碼中本身存在的閃光問題。這個確保高的空間視覺品質與高的深度印象品質。

當眼睛的分隔為65mm時，稜鏡必須偏斜光±32.5mm。更精確來說，強度封裝sinc-squared函數的最大值需要偏斜±32.5mm。對於2m的觀察員距離，這對應於±0.93°的角度。對於折射率n=1.5，適當的稜鏡角度為±1.86°。稜鏡角度是定義為基底與稜鏡斜邊之間的角度。

上面的例子是對於觀察員離空間光調變器的距離為50cm與2m。概括來說，這個實施例可應用至觀察員離空間光調變器為50cm至2m之間的距離。螢幕尺寸可為介於1cm(例如行動電話次螢幕)至50英吋(例如大尺寸電視)之間。

雷射光源

RGB固態雷射光源，例如以砷化銦鎵(GaInAs)或氮砷化銦鎵(GaInAsN)材料為基礎，對於緊密的全像顯示器可為適合的光源，因為它們是緊密的，且具有高程度的光定向性。這樣的光源包括由Novalux(RTM)Inc.,CA,USA所製造的RGB垂直凹面發射雷射(Vertical Cavity Surface Emitting Lasers,VCSEL)。這樣的光源可提供為單一雷射或雷射陣列，儘管每個光源可利用繞射光學元件來產生多個光束。光束可在多模光纖中傳輸，因為如果同調性對於使用在緊密的全像顯示器中是太高的，這可能會降低同調性階級，並且不會導致不需要的加工品產生，例如雷射班點圖樣。雷射光源陣列可為一維或二維的。

有機發光二極體材料

紅外線有機發光二極體材料是已提出的。例如，Delet al.在以perylenediimide－doped tris(8－quinolinolato)aluminium為基礎的有機發光二極體材料中發表了電致發光(electroluminescence)，如在Applied Physics Letters vol.88,071117(2006)中所描述的內容。

說明了波長805 nm的電致發光。Domercq et al.在J Phys Chem B vol.108,8647－8651(2004)中發表了近似紅外線有機發光二極體的材料。在透明基板上的有機發光二極體材料的製備是已說明的。例如在US7,098,591中，有機發光二極體材料是在透明的氧化銦錫電極(indium tin oxide electrodes)上製備。電極是製備在透明基板上，透明基板可為硼矽玻璃(borosilicate glass)。這些構成要素可包含在具有透明基板的有機發光二極體裝置中。氧化銦錫層可利用射頻磁濺鍍法(radio frequency magnetron sputtering tool)濺鍍至基底之上。氧化銦錫可利用包含氧化銦與氧化錫的目標來濺鍍。氧化銦錫層可具有在可見範圍中大約85%的光學傳輸。氧化銦錫可為平穩的，以避免局部增強電場的產生，局部增強電場可能會降低有機發光二極體材料的效能。小於大約2nm的均方根粗糙度是較好的。一個或數個實用的有機層可設置在圖樣電極表面(patterned electrode surface)上。有機層的厚度典型介於2nm與200nm之間。傳導層可依圖樣建構在有機層上，以便在有機層的二側形成陽極與陰極。裝置可由玻璃層密封，以保護主動層受到環境的破壞。

概要製造程序

以下描述製造圖二裝置的程序概要，不過這個程序的許多變化將可在習用技術中找到。

在製造圖二裝置的程序中，選擇使用透明基板。如此的基板可為硬式的基板，例如大約200μm厚的硼矽玻璃片，或是它可為軟式基板，例如聚合物基板(polymer substrate)，例如聚碳酸酯(polycarbonate)、丙烯酸的(acrylic)、聚丙烯(polypropylene)、聚氨酯(polyurethane)、聚苯乙烯(polystyrene)、聚氯孔烯(polyvinyl chloride)或是類似的基板。如同前一部份所描述的，透明電極是製備在玻璃上。如同前一部份所描述的內容，紅外線有機發光二極體材料是配置在玻璃上，並且電性接點是裝設在透明電極的另一邊上，使得像素化有機發光二極體紅外線光的放射是可能的。玻璃基板可具有提供有機發光二極體像素材料的凹處。紅外線有機發光二極體材料可印製、噴塗或溶製(solution－processed)在透明基板上。分封層，也為電性絕緣層，會接著配置在有機發光二極體像素層上。如此的分封層可為無機絕緣層(inorganic insulator layer)，例如二氧化矽(silicon dioxide)、氮化矽(silicon nitride)或碳化矽(silicon carbide)或是它可為聚合型層(polymerizable layer)，例如環氧(epoxy)。配置可利用濺鍍或是對於無機絕緣層利用化學氣相沉積(chemical vapour deposition)，或是對於聚合型層利用印製或塗層來執行。分封層，也為電性絕緣層，可具有數微米或是小於10微米的厚度。接著，光學式定址空間光調變器的感光層會覆蓋分封層。感光層對於紅外線是敏感的，對於可見光是透明的，並且可具有數微米的厚度。如此的光學特性可由吸收紅外線的染料來提供。光學式定址空間光調變器接著是藉由配置覆蓋在兩個導電層之間的液晶層來完成。液晶層可針對振幅調變或是相位調變進行設定，並且典型的厚度為數微米。接著，在裝置上配置紅外線過濾層。這可為具有紅外線吸收色素(infra red absorbing pigments)的聚合物薄層的形式，或者這可為無機層，例如具有紅外線吸收元件的濺鍍或化學氣相沉積長成的二氧化矽薄層。

在兩個光學式定址空間光調變器裝置之間的層，必需要是足夠厚的，以確保在一個光學式定址空間光調變器中的電場不會影響另一個光學式定址空間光調變器的效能。紅外線過濾層可為足夠厚，以完現這個目標。然而，如果紅外線過濾層是不夠厚的時候，可利用例如藉由光學黏劑將光學式定址空間光調變器裝置與具充分厚度的玻璃片結合，或是藉由配置另外的光學透明層，例如上述的無機層或是聚合物層來增加層的厚度。無論如何，二個光學式定址空間光調變器裝置必須不能相隔太遠，使得光學繞射效應減低像素串音。例如，如果像素寬是10微米，光學式定址空間光調變器層最好應相隔小於100微米。在其中一個光學式定址空間光調變器中的液晶層是設定去執行振幅調變；在另一個光學式定址空間光調變器中的液晶層是設定去執行相位調變。

裝置的其它部份可利用上述對於每一個光學式定址空間光調變器及有機發光二極體層的方法進行製備。或者，裝置的其它部份可製備成單一元件，接著結合到裝置第一部份上，利用例如一個用以確保在光學式定址空間光調變器層之間具有充分分隔的玻璃層，使得每一個光學式定址空間光調變器的電場不會影響另一個光學式定址空間光調變器的作用。裝置的其它部份的製備是利用配置另外的材料至裝置的第一部分上，這具有促進第二有機發光二極體層的像素與第一有機發光二極體層的像素的精確排列的優點。

也可能使用塗上傳導透明電極(conducting transparent electrode)(例如氧化銦錫)的薄分隔層，來替代使用具有充分厚度的分隔層緊鄰光學式定址空間光調變器。這個電極扮演兩個液晶層的共同電極。再者，作為傳導電極它是一個等電位面(equipotential)。因此，它保護電場，並且防止從一個光學式定址空間光調變器到另一個光學式定址空間光調變器的電場漏損。

圖九顯示了一個裝置結構的例子，它可由上述程序或類似的程序進行製造。在使用的過程中，表面909照射充分同調可見的光至圖九中的裝置結構910，使得離裝置一段距離(與裝置的尺度有關)在點911的觀看者可看到三維圖像。裝置中的層，從90直到908是不需要與相互的尺度有關。層90是基底層，例如玻璃層。層91是有機發光二極體底板層，提供有機發光二極體電源，並且可為全部或部分透明。層92是紅外線有機發光二極體陣列。層93是用於至少部分紅外線光瞄準的布拉格過濾器全像元件。在一些實施例中，層93是可以省略的。層94是電性絕緣層。層95是光學式定址空間光調變器感光與電極層。層96是用於可見光束振幅調變的液晶層。層97是分隔層，特別是薄的分隔層。層98是透明電極層。層99是線性偏光層。層900是紅外線過濾層，可傳送可見光，但是會阻擋從有機發光二極體陣列92與906的紅外線光。層901是用於可見光束相位調變的液晶層。層902是分隔層，特別是薄的分隔層。層903是光學式定址空間光調變器感光與電極層。層904是電性絕緣層。層905是用於至少部分紅外線光瞄準的布拉格過濾器全像元件。在一些實施例中，層905是可以省略的。層906是紅外線有機發光二極體陣列。層907是有機發光二極體底板層，提供有機發光二極體電源，並且可為全部或部分透明。層908是遮蓋材料的平面，例如玻璃。在製造的過程中，裝置910的製造可由基底層90開始，依次配置每一層，直到最後一層908增加完成。上述的程序會具有促進高精確的結構的層排列的優點。或者，層的製造可以分成兩個或多個部分，並且具有充份程度調整的結合在一起。

對於裝置的製造，將不想要的雙折射維持在最小值是非常重要的，例如不想要的應力引起雙折射(stress－induced birefringence)。應力引起雙折射會導致光的線性或圓形偏化狀態改變至光的橢圓偏化狀態。具有光的理想線性或圓形偏化狀態的裝置中，光的橢圓偏化狀態的存在會減少對比及色彩保真度，也因此會降低裝置的效能。

實作

基於習用的技術，對於上述實施例中的光學式定址空間光調變器，一個在可見光範圍為透明，但是會吸收紅外線的感光層是需要的。在另一個實作中，感光層可為圖樣式的，以便能具有能傳送可見光的透明間隔，例如紅色、綠色及藍色光束，以及會對從有機發光二極體來的光敏感的非透明區域。在這個例子中，感光材料對可見光不需要是透明的。另外，寫入光束不需要為紅外線光。在一個實作中，寫入光束能由非主要顯示色彩來產生，例如藉由黃色光有機發光二極體。在兩個光學式定址空間光調變器之間的過濾器會因此需要在黃色中，具有強大的光學吸收，使其能阻擋黃色光，但是為了達到產生有作用的光學顯示器的目的，在其它的光學波長上仍然需要有充份的傳輸。在另一個實作中，寫入光束能由紫外線有機發光二極體來產生。在兩個光學式定址空間光調變器之間的過濾器會因此需要在紫外線中，具有強大的光學吸收，使其能阻擋紫外線光，但是為了達到產生有作用的光學顯示器的目的，在其它的光學波長上仍然需要有充份的傳輸。紫外線有機發光二極體材料已由Qiu et al.Applied Physics Letters 79,2276(2001)及Wong et al.Org.Lett.7(23),5131(2005)發表。此外，雖然強調了使用有機發光二極體材料，也是可以使用其它的發光二極體材料或是其它的顯示技術，例如表面傳導電子發射顯示器(Surface－conduction Electron－emitter Display,SED)技術。

雖然，在此所描述的實施例是強調振幅與相位在空間光調變器中的連續編碼，基於習用的技術，振幅與相位的二個不相等組合的任何連續權重編碼都可使用來編碼全像像素，兩個組合與乘上任何實數會相等無關，但不是乘上任何複數(實數除外)。這個理由是像素可能的全像編碼的向量空間，會藉由任何振幅與相位的兩個不相等組合，在向量空間感知中延伸，任何兩個組合與乘上任何實數會相等無關，但不是乘上任何複數(實數除外)。在參考圖中，所顯示的相關尺寸是不需要按照比例的。

本案所揭露之技術，得由熟習本技術人士據以實施，而其前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。

附件一： 技術入門

下面這部份的目的是提供一些實作本發明的系統中的數個重要技術入門。

在習用的全像技術中，觀察員可看見目標的全像重建(這可為改變的場景)；他離全像圖的距離並不是無論如何相關的。在一個典型光學排列中的重建是在或接近照射全像圖的光源的成像平面上，所以是在全像圖的傅立葉平面上。因此，重建具有相同被重建的真實世界物件的遠場光分配。

一個早期的系統(在WO 2004/044659及US 2006/0055994所描述的內容)定義了一個非常不同的排列，重建物件完全不是在或接近全像圖的傅立葉平面。取而代之的，虛擬觀察員視窗範圍是在全像圖的傅立葉平面；觀察員只有將他的眼睛置於這個位置，才能看見正確的重建。全像圖在液晶顯示器(或其它類型的空間光調變器)上編碼，並且被照射，使得虛擬觀察員視窗成為全像圖的傅立葉轉換(因此，它是直接成像到眼睛的傅立葉轉換)；重建物件接著為全像圖的菲涅耳轉換，因為它並不是在透鏡的聚焦平面中。它是改由近場光分配(near-field light distribution)(使用球面波前為模型，相對於遠場分配的平面波前)定義。這個重建可出現在虛擬觀察員視窗(這是如上所述的，在全像圖的傅立葉平面中)與液晶顯示器之間的任何地方，或是甚至在液晶顯示器之後作為虛擬的目標。

這個方法會產生數個結果。第一，全像影像系統的設計者會面臨到的基本限制是液晶顯示器(或其它類型的光調變器)的像素間距。目標是使用像素間距是商業上可得且價格合理的液晶顯示器，來產生大的全像重建。但是在過去這是不可能的，因為下面的理由。傅立葉平面中鄰近繞射階級之間的週期性間隔是由λD/p所決定的，λ是照射光的波長，D是全像圖到傅立葉平面的距離，p是液晶顯示器的像素間距。但是在習用的全像顯示器中，重建物 件是在傅立葉平面。因此，重建物件必須持續小於週期性間隔；如果它是較大的，則它的邊將從鄰近的繞射階級模糊至重建中。這將導致非常小的重建物件-典型只有數cm寬，即使具有昂貴且專業的小間距顯示器。但是利用現在的方法，虛擬觀察員視窗(這是如上所述的，設置在全像圖的傅立葉平面中)只需要和眼睛瞳孔一樣大。因此，即使液晶顯示器具有中等間距大小，也是可以使用的。並且因為重建物件可在虛擬觀察員視窗與全像圖之間完全填滿平截頭體(frustum)，它的確是可以非常的大，也就是可以比週期性間隔大很多。再者，使用光學式定址空間光調變器就不會有像素紋理(pixelation)，並且因此沒有週期性，使得保持虛擬觀察員視窗小於週期性間隔的限制是不再需要的。

還有另一個的優點。當計算全像圖時，以全像物件的知識為開始-例如你可能會有賽車的三維圖像檔案。那個檔案將會描述從數個不同觀看位置應該如何看見物件。在習用的全像技術中，需要用來產生賽車重建的全像圖是直接從計算密集程序中的三維圖像檔案中獲得。但虛擬觀察員視窗方法可實現一個不同且更具計算效率的技術方法。以重建物件的一個平面為開始，我們可以計算虛擬觀察員視窗，因為這是目標的菲涅耳轉換。我們接著對全部目標平面執行此，並總計結果來產生累計的菲涅耳轉換；這定義了橫越虛擬觀察員視窗的波場(wave field)。我們接著計算全 像圖，作為這個虛擬觀察員視窗的傅立葉轉換。雖然虛擬觀察員視窗包含物件的全部資訊，只有單一平面的虛擬觀察員視窗必須轉換到全像圖，且不是多平面的物件。如果從虛擬觀察員視窗到全像圖不是單一的轉換步驟，而是反覆的轉換，像是遞迴式傅立葉轉換演算法(Iterative Fourier Transformation Algorithm)，這會是特別有利的。每一個反覆步驟只包含虛擬觀察員視窗的單一傅立葉轉換，來取代一個對於整個物件平面，可大量的減低計算量。

虛擬觀察員視窗方法的另一個令人關注的結果是需要用來重建給定目標點的全部資訊是包含在全像圖相當小的區域內；這對比於重建給定目標點是散佈在整個全像圖的習用全像技術。因為我們需要編碼資訊到全像圖中小很多的區域，所以這也就是說明我們需要處理與編碼的資訊量是遠低於針對習用的全像圖。這接著說明對於即時影像全像技術，可使用習用的計算裝置(例如價格效能合乎大眾市場的習用數位信號處理器(digital signal processor,DSP)。

然而，有一些低於希望的結果。第一，觀看全像圖的距離是重要的-利用這樣的方法編碼及照射全像圖，只有當眼睛是放置在全像圖的傅立葉平面時，才會看見最佳的重建；在一般的全像圖中，觀看距離並不是很重要。然而，有各式各樣的方法用來減 少此Z敏感度或圍繞它的設計，並且通常在實務上全像重建的Z敏感度不是極大的。

同樣地，因為利用這樣的方法編碼及照射全像圖，最佳的全像重建只能從一個精確而且很小的觀看位置來看到(意即精確定義Z，如上所述，並且X與Y座標)，可能會需要眼部追蹤。和Z感光度相同，有各式各樣的方法用來減少X及Y敏感度或圍繞它的設計，例如，隨著像素間距減少(因為它會跟隨液晶顯示器的製造進步)，虛擬觀察員的視窗大小將會增加。此外，更有效率的編碼技術(像是基諾形式編碼)會促進使用較大部分的週期性間隔作為虛擬觀察員視窗，並且會因此而增大虛擬觀察員視窗。

上面的描述是假設我們所處理的是傅立葉全像圖(Fourier holograms)。虛擬觀察員視窗是在全像圖的傅立葉平面中，意即在光源的成像平面中。例如一個優點，非繞射光是聚焦在所謂的直流點(DC-spot)中。這方法也可使用在虛擬觀察員視窗不是在光源的成像平面中的菲涅耳全像圖。然而，必須小心非繞射光不是像擾亂背景為可見的。另一點需要注意的是轉換這個詞應該解釋為包括任何數學上或計算上的方法，相等或近似於描述光傳播的轉換。轉換只是去近似實體的程序，更精準地是由馬克斯威爾(Maxwellian)波傳播方程式所定義；菲涅耳與傅立葉轉換是二階近 似法，但是具有優點(i)因為相對於微分它們是代數，它們可用計算上較有效率的方式進行處理，而且(ii)可精確的實作在光學系統上。

更進一步的細節在US patent application 2006-0138711、US 2006-0139710與US 2006-0250671中描述，這些內容是列為參考。

附件二：

描述中所使用的名詞術語

電腦產生的全像圖

電腦產生影像全像圖(CGH)是從場景中計算而得的全像圖。電腦產生影像全像圖可包含複數數值，用來代表重建場景需要的光波的振幅與相位。電腦產生影像全像圖是可以利用例如同調光線追蹤、模擬場景與參考波之間的干擾或是傅立葉或菲涅耳轉換來計算。

編碼

編碼是一個程序，在其中會提供空間光調變器(例如它的構成元件、或是對於連續的光調變器像是光學式定址空間光調變器的連續區域)影像全像圖的控制值。一般而言，全像圖包含代表振幅 與相位的複數數值。

編碼區域

編碼區域典型為影像全像圖空間上的有限區域，在那裡會編碼單一場景點的全像圖資料。空間上的限制，不是利用陡峭截斷就是利用平滑轉換來實現，平滑轉換是透過虛擬觀察員視窗到影像全像圖的傅立葉轉換來達成。

傅立葉轉換

傅立葉轉換是用來計算在空間光調變器遠場中的光傳播。波前是利用平面波描述。

傅立葉平面

傅立葉平面包含在空間光調變器中的光分佈的傅立葉轉換。無需要任何的聚焦透鏡，傅立葉平面即為無窮大的。如果在接近空間光調變器的光路徑上具有聚焦透鏡，則傅立葉平面會等於包含光源的成像的平面。

菲涅耳轉換

菲涅耳轉換是用來計算在空間光調變器近場中的光的傳播。波前是描述成球面波。光波的相位因素包含一個受橫向座標二次 地影響的項。

平截頭體

虛擬平截頭體是建構在虛擬觀察員視窗與空間光調變器之間，並且在空間光調變器之後延伸。場景是在這個平截頭體中重建。重建場景的大小會受到這個平截頭體的限制，而不受空間光調變器的週期性間隔所限制。

成像光學

成像光學是一個或多個光學元件，例如透鏡、透鏡狀陣列或是微透鏡陣列，用來形成一個或多個光源的成像。在參考中並沒有提到成像光學，這也說明了在建構全像重建的時候，是不會使用成像光學來在傅立葉平面與一個或兩個空間光調變器之間的平面，形成一個或二個空間光調變器的成像，如文中所述。

光系統

光系統可包括同調性光源，像是雷射，或是部分同調性光源，像發光二極體。部份同調性光源的時間及空間上同調性必須是充份的，以幫助產生好的場景重建，也就是放射表面的光譜線寬及橫向延展必須是充份小的。

虛擬觀察員視窗(VOW)

虛擬觀察員視窗為在觀察員平面中的虛擬視窗，可藉由它可看到重建的三維物件。虛擬觀察員視窗是全像圖的傅立葉轉換，並且是設置在一個周期性間隔中，以避免觀察到多個物件重建。虛擬觀察員視窗的大小必須至少是眼睛瞳孔的大小。如果在具有眼部追蹤的系統中，至少有一個虛擬觀察員視窗是設置在觀察員的眼睛位置，則虛擬觀察員視窗可遠小於觀察員的橫向移動範圍。這促進了中等解析度並且小週期性間隔的空間光調變器的使用。

可以將虛擬觀察員視窗想像成是鑰匙孔，藉由它可看到重建的三維物件，可以是每個眼睛一個處擬觀察員視窗，或是二個眼睛一起共用一個虛擬觀察員視窗。

週期性間隔

如果電腦產生的影像全像圖是顯示在由個別可定址元件所組成的空間光調變器上，則會取樣電腦產生的影像全像圖。這個取樣會導致繞射圖樣的週期性重複。

週期性間隔為λD/p，其中λ是指波長，D是全像圖至傅立葉平面之間的距離，p是空間光調變器元件的間距。然而，光學式定址空間光調變器不具有取樣，因此不會有繞射圖樣的週期性重複；重複實際上受到抑制。

重建

編碼全像圖且被照射的空間光調變器會重建原始的光分佈。這個光分佈是使用來計算全像圖。理想上，觀察員是沒有辦法區別原始的光分佈與重建的光分佈。在大多數的全像顯示器中，會重建場景的光分佈。在我們的顯示器中，反而是會重建虛擬觀察員視窗中的光分佈。

場景

被重建的場景是真實或為電腦產生的三維光分佈。在特殊的例子中，它也可以是二維的光分佈。場景構成了安排在空間中的各種固定或移動的物件。

空間光調變器(SLM)

空間光調變器是用來調變進入光的波前。理想的空間光調變器應具有表示任何複數數值的能力，也就是分別控制光波的振幅與相位。然而，典型習用的空間光調變器僅能控制其中一種特性，不是振幅就是相位，帶有亦會影響另一特性的不良副作用。

10‧‧‧照明裝置

11‧‧‧色彩過濾器陣列

12‧‧‧紅外線有機發光二極體陣列

13‧‧‧光學式定址空間光調變器

14‧‧‧點

15‧‧‧緊密全像圖產生器

20‧‧‧照明裝置

21‧‧‧色彩過濾器陣列

22‧‧‧紅外線有機發光二極體陣列

23‧‧‧光學式定址空間光調變器

24‧‧‧點

25‧‧‧緊密全像圖產生器

26‧‧‧紅外線過濾器

27‧‧‧光學式定址空間光調變器

28‧‧‧紅外線有機發光二極體陣列

30‧‧‧行動電話

31‧‧‧螢幕區域

32‧‧‧天線

33‧‧‧攝影機

34‧‧‧攝影機

35‧‧‧按鍵

36‧‧‧按鍵

1101‧‧‧聚焦元件

1102‧‧‧聚焦元件

1103‧‧‧聚焦元件

1104‧‧‧垂直聚焦系統

1105‧‧‧第一繞射階級

1106‧‧‧第零繞射階級

1107‧‧‧負一繞射階級

50‧‧‧微透鏡陣列

51‧‧‧色彩過濾器陣列

52‧‧‧紅外線有機發光二極體陣列

53‧‧‧光學式定址空間光調變器

54‧‧‧光學式定址空間光調變器

55‧‧‧緊密的全像圖產生器

56‧‧‧點

57‧‧‧照明裝置

70‧‧‧空間光調變器

71‧‧‧全像光學元件布拉格過濾器

73‧‧‧單一元件

74‧‧‧布拉格平面

75‧‧‧繞射光強度分配

76‧‧‧光線

80‧‧‧有機發光二極體陣列

81‧‧‧全像光學元件布拉格過濾器

82‧‧‧光學式定址空間光調變器

83‧‧‧單一有機發光二極體

84‧‧‧布拉格平面

85‧‧‧發射的紅外線的分佈

86‧‧‧光線

90‧‧‧基底層

91‧‧‧有機發光二極體底板層

92‧‧‧紅外線有機發光二極體陣列

93‧‧‧布拉格過濾器全像元件

94‧‧‧電性絕緣層

95‧‧‧光學式定址空間光調變器感光與電極層

96‧‧‧液晶層

97‧‧‧分隔層

98‧‧‧透明電極層

99‧‧‧線性偏光層

900‧‧‧紅外線過濾層

901‧‧‧液晶層

902‧‧‧分隔層

903‧‧‧光學式定址空間光調變器感光與電極層

904‧‧‧電性絕緣層

905‧‧‧布拉格過濾器全像元件

906‧‧‧紅外線有機發光二極體陣列

907‧‧‧有機發光二極體底板層

908‧‧‧遮蓋材料的平面

909‧‧‧表面

910‧‧‧裝置結構

911‧‧‧點

100‧‧‧微透鏡陣列

101‧‧‧色彩過濾器陣列

102‧‧‧電子式定址空間光調變器

103‧‧‧電子式定址空間光調變器

104‧‧‧照明裝置

105‧‧‧緊密全像圖產生器

106‧‧‧點

107‧‧‧元件

108‧‧‧元件

110‧‧‧照明裝置

111‧‧‧色彩過濾器陣列

112‧‧‧電子式定址空間光調變器

113‧‧‧光束分光鏡元件

114‧‧‧點

115‧‧‧緊密全像圖產生器

130‧‧‧照明裝置

131‧‧‧色彩過濾器陣列

132‧‧‧電子式定址空間光調變器

133‧‧‧電子式定址空間光調變器

134‧‧‧光束分光鏡元件

135‧‧‧點

136‧‧‧緊密全像圖產生器

171‧‧‧光束

172‧‧‧光束

220‧‧‧使用者

221‧‧‧使用者

222‧‧‧連線

223‧‧‧連線

224‧‧‧中間系統

2300‧‧‧電視傳播公司

2301‧‧‧中間系統

2302‧‧‧觀看者

2303‧‧‧廣告客戶

2304‧‧‧二維內容

2305‧‧‧三維內容

2306‧‧‧支付費用

159‧‧‧稜鏡元件

1517‧‧‧電極

1518‧‧‧電極

1519‧‧‧凹洞

1520‧‧‧凹洞

圖一為包含單一光學式定址空間光調變器及單一有機發光二極體陣列的全像顯示裝置示意圖；圖二為包含一對元件的全像顯示裝置示意圖，每一個元件包含單一光學式定址空間光調變器及單一有機發光二極體陣列；圖三為移動式三維顯示裝置示意圖；圖四為習用的全像顯示示意圖；圖五為利用單一有機發光二極體陣列控制兩個光學式定址空間光調變器的全像顯示示意圖；圖六A為全像顯示示意圖；圖六B為適合用於實現緊密的全像顯示示意圖；圖七為包含用以減少有關較高繞射階級問題的布拉格過濾全像光學元件的全像顯示的一個構成元件示意圖；圖八為包含用以提升有機發光二極體陣列所發射的光的準直的布拉格過濾全像光學元件的全像顯示的一個構成元件示意圖；圖九為全像顯示裝置示意圖；圖十為包含用來連續編碼振幅及相位的兩個電子式定址空間光調變器的全像顯示裝置示意圖； 圖十一為包括單一電子式定址空間光調變器的全像顯示裝置示意圖；圖十二為根據實施例，全像顯示的一個特定具體化示意圖；圖十三為包含用來連續編碼振幅及相位的兩個電子式定址空間光調變器的全像顯示裝置示意圖；圖十四為使用MathCad(RTM)所獲得的繞射模擬結果；圖十五為使用MathCad(RTM)所獲得的繞射模擬結果；圖十六為使用MathCad(RTM)所獲得的繞射模擬結果；圖十七為根據實施例，兩個電子式定址空間光調變器之間具有透鏡層的排列示意圖；圖十八為當光從一個電子式定址空間光調變器行進至第二個電子式定址空間光調變器時所發生的繞射程序示意圖；圖十九為兩個電子式定址空間光調變器的結構示意圖，在其中兩個電子式定址空間光調變器之間具有一個光纖面板；圖二十為光束指向元件示意圖；圖二十一為光束指向元件示意圖；圖二十二為促使3維視覺溝通為可能的系統示意圖；圖二十三為將二維圖像內容轉換為三維圖像內容的方法示意圖； 圖二十四為根據實施例，全像顯示元件的具體化示意圖；圖二十五為包含二維光源陣列形式的光源、二維透鏡陣列形式的透鏡、空間光調變器與光束分光鏡的全像顯示示意圖。光束分光鏡會將離開空間光調變器的光線分成兩束光，分別照射用於左眼的虛擬觀察員視窗(VOWL)及用於右眼的虛擬觀察員視窗(VOWR)；圖二十六為包含二維光源陣列中的二個光源、二維透鏡陣列中的二個透鏡、空間光調變器與光束分光鏡的全像顯示示意圖。光束分光鏡會將離開空間光調變器的光線分成兩束光，分別照射用於左眼的虛擬觀察員視窗(VOWL)及用於右眼的虛擬觀察員視窗(VOWR)；圖二十七為稜鏡光束指向元件的剖面示意圖。

照明裝置．．．20

色彩過濾器陣列．．．21

紅外線有機發光二極體陣列．．．22

光學式定址空間光調變器．．．23

點．．．24

緊密全像圖產生器．．．25

紅外線過濾器．．．26

光學式定址空間光調變器．．．27

紅外線有機發光二極體陣列．．．28

Claims (25)

1. 一種用於產生一三維場景的一全像重建的全像顯示裝置，包含一光源、一第一電子式定址空間光調變器與一第二電子式定址空間光調變器，成對的該第一電子式定址空間光調變器與該第二電子式定址空間光調變器允許獨立地調變相位與振幅，其中若一觀察員的眼睛位於一虛擬觀察員視窗，則透過一個或多個虛擬觀察員視窗可看見該全像重建，且其中該虛擬觀察員視窗位在該光源的一成像平面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之全像顯示裝置，其中經由一個或二個虛擬觀察員視窗可看見該全像重建。
3. 如申請專利範圍第1項所述之全像顯示裝置，其中顯示器以一背光與微透鏡陣列照射。
4. 如申請專利範圍第1項所述之全像顯示裝置，其中該光源為發光二極體。
5. 如申請專利範圍第1項所述之全像顯示裝置，其中一電子式定址空間光調變器調變相位，以及另一電子式定址空間光調變器調變振幅。
6. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之全像顯示裝置，其中一電子式定址空間光調變器調變相位與振幅的一組合，以及另一電子式定址空間光調變器調變相位與振幅的不同組合。
7. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之全像顯示裝置， 其中在該等電子式定址空間光調變器之間不具中間光學器件。
8. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之全像顯示裝置，其中該等電子式定址空間光調變器形成具有一很小或最小間隔的相鄰層。
9. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之全像顯示裝置，其中該等電子式定址空間光調變器為固定且直接或間接的實體連接。
10. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之全像顯示裝置，其中該光源為固定且直接或間接的實體連接至一電子式定址空間光調變器。
11. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之全像顯示裝置，其中該等電子式定址空間光調變器具有關於該虛擬觀察員視窗的排列像素。
12. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之全像顯示裝置，其中從該第一電子式定址空間光調變器至該第二電子式定址空間光調變器的光的繞射符合菲涅耳繞射法則(Fresnel diffraction regime)，但是不包含夫朗和斐(Fraunhofer diffraction regime)繞射法則。
13. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之全像顯示裝置，其中考慮在一二維剖面中，由該第一電子式定址空間光調變器的每一個像素傳送的大於90%之強度入射在該第二電子式 定址空間光調變器的對應像素上。
14. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之全像顯示裝置，其中一隔離層分隔該等電子式定址空間光調變器，以最小化電磁場，防止一電子式定址空間光調變器不良影響鄰近的電子式定址空間光調變器的效能。
15. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之全像顯示裝置，其中一透鏡陣列被設置在該等電子式定址空間光調變器之間，以最小化串音。
16. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之全像顯示裝置，其中該第一電子式定址空間光調變器中的像素孔徑被減小，以最小化串音。
17. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之全像顯示裝置，其中一光纖面板設置在該等電子式定址空間光調變器之間，以最小化串音。
18. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之全像顯示裝置，其中虛擬觀察員視窗可利用空間或時間多工方式來舖置。
19. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之全像顯示裝置，其中該顯示器為可操作的，以對於一觀察員的左眼接著右眼，在一包含全像的媒介上以時間序列地重新編碼一全像圖。
20. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之全像顯示裝置，其中該顯示器不需任何的投影透鏡而產生聚焦在一螢幕上 的一二維圖像，且無關於該螢幕離在光學遠場中之該裝置之距離。
21. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之全像顯示裝置，其中使用一光束分光鏡而將一全像圖像傳送至該觀察員的每隻眼睛。
22. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之全像顯示裝置，其中該等電子式定址空間光調變器被設置在該光源的30mm範圍之內，並且被置於一可攜式盒中。
23. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之全像顯示裝置，其中存在了一光束指向元件用以追蹤虛擬觀察員視窗，該光束指向元件由一等向主體材料內部的液晶區域所組成，其中，該區域與矩陣之間的介面為稜形，或是一球的部分形狀，或是一圓柱的部分形狀，且該液晶的方向使用外加電場來控制，以致於變化該光束指向元件的局部折射或繞射特性。
24. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之全像顯示裝置，其中該等電子式定址空間光調變器、該光源及與該光源排列的一透鏡陣列全部被置於一可攜式盒內，且其中該光源經由該透鏡陣列放大10至60倍。
25. 一種產生一全像重建的方法，包含使用如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之全像顯示裝置之步驟。