TWI412905B - Reconstruction of Universal Image Reconstruction System and Its Combined Video - Google Patents

Description

全像重建系統及其配合視頻全像圖的重建方法

本發明係關於一種全像的重建系統和方法，可用以作為場景目標光點之立體重建。此全像重建系統包含空間燈光調變器，其可透過最少一個視頻全像圖來調變干涉光波，亦包含聚焦器，其可聚焦調變過後的光波，使觀察者得以在一個藉由此聚焦方式而產生的能見範圍內來觀察重建的場景目標光點，並還包含偏轉器，其可經由校準調變後的光波來定位能見範圍。

在一個全像重建系統中，相干光能夠藉由空間燈光調變器(SLM)，如液晶顯示器LCD，而得以充分地被調變。在空間燈光調變器中，繞射結構如視頻全像圖或視頻全像圖組列將會被編碼。藉由干擾這些這些與視頻全像圖一同在空間燈光調變器SLM中被調變過後的光源，便可產生目標光點。將這些目標光點整合即可建造出物體或場景的立體重建。所有目標光點聚集成的光線便如同前導光波般傳導開來，因此一位或多位觀察者均可在其眼睛視線位置，感受此以立體場景呈現之目標光點。對於觀察者而言，這光線似乎不是出自於空間燈光調變器SLM，而是從立體物體重建結構中產生的，亦即從不同層次深度中產生。觀察者將專注其視線於立體物體重建構造中之不同深度層次。眼睛僅能感受到藉由空間燈光調變器SLM繞射接收而非直接傳遞之光線。最理想的情形下，觀察者可藉此全像顯 示器產生一知覺，好像觀察者真的看到一個真實在眼前存在的物體。亦即是說，和立體影像不一樣，這個全像重建系統可以建立一個替代物品，且解決以往使用立體影像所常見之易累或眼睛痛、頭痛等問題，這即是因為原則上而言，觀察全像重建場景與觀察大自然景象並無不同。

習用之全像重建系統，例如在國際專利文件中之WO2004/044659，WO2006/119920或WO2006/119760，這些文件，基本上均以以下原則為基礎：空間燈光調變器可藉由全像資訊來調變前導光波。這些被調變過後的前導光波則可以目標光點的形式在一個重建空間中重新建立一立體之場景。而此重建空間亦會被定位於一位或多位觀察者的單眼或雙眼中，且從播放螢幕的發射平面，延伸經過從重建系統發出之經調變過後的光波發射，再延伸至遠處的能見範圍。在能見範圍中，存在藉著聚焦調變過的前導光波而生的視頻全像圖之傅立葉轉換(或其他的轉換)，此轉換則編碼於空間燈光調變器中。視頻全像圖均可被編碼，因此目標光點不但可以在播放螢幕前，甚至可在播放螢幕上或後方產生影像，藉此重建空間延伸至不只於播放螢幕前，甚至在播放螢幕上或是後方，而觀察者亦也可在螢幕前、螢幕上或是後方感受到部份之重建立體場景。

此藉由聚焦產生的能見範圍，其大小可能與一隻眼睛或一個瞳孔大小相同。在此情況下，必須產生另一第二個對準眼睛之前導光波，且其在視差上為不同的重建系統，藉此這額外產生之能見範圍便將分配至另一隻眼睛內。當觀察者的兩隻眼睛 均處在能見範圍內時，觀察者即可感受到該全像重建影像。通常這些藉由習用之自動立體觀測器對準眼睛而發射的前導光波，都為空間與時間上互相交錯的。儘管如此，空間頻率濾鏡仍可避免光學上各前導光波間的干擾。對於多個觀察者而言，將會有成倍數增加數量之能見範圍，例如透過時間或空間的多工法而準備完成。

為清楚起見，後續之說明將特別著重於與全像系統的各個前導光波校準。重建系統可以按照需求而先產生相似的前導光波。熟悉本技藝人士亦清楚，本發明若按照其想法則可以根據前導光波數量而隨意多次的被應用。儘管如此，本發明的功能性之組成部分亦可同時共同合宜的被多個前導光波使用。

若要產生可讓觀察者兩隻眼睛均可記錄到之能見範圍亦為可能。當然，能見範圍的大小是根據全像重建系統的焦距、使用光線的波長和使用於編碼全像影像來重建場景的空間燈光調變器的像素間距(像素中心與像素中心的間距)而決定。若要能見範圍越大，使用的空間燈光調變器的清晰度就要越高。為能保持一較大之能見範圍，空間燈光調變器則必須要有小的像素孔徑，此小像素孔徑會產生大的繞射角，也就是說，像素中心必須小而與此相應的像素數量必須大。

為使必要之空間燈光調變器清晰度減少，則可以減少能見範圍之大小，例如眼睛瞳孔大小。然而，當觀察者眼睛只有部分在能見範圍內時，這樣的解決方式將會於立體重建能見度方面產生一些問題。觀察者輕微的移動就會導致能見度消失、光暈或空間頻率光譜偏移。此外，觀察者亦難察覺在能見範圍外 之重建空間邊緣。因此，能見範圍位置必須在觀察者移動的情形下，仍能對應至新的眼睛位置。

習用的系統包括一眼睛探測器，其可確定眼睛位置，也包含一偏轉器，如一面鏡子，其可將能見範圍校準至眼睛位置。偏轉器的必要角度位置會隨著一定之眼睛位置而被確定，且偏轉器將會隨即校準，而使能見範圍的位置得以對應眼睛位置。當偏轉器能校準其能見範圍至眼睛位置時，此一對準位置之視頻全像圖將可被編碼且立體場景也可被重建。隨後，其他緊接著的眼睛位置也將會被確定。這種情形會導致不規則的偏轉器移動，此不規則移動特別在例如大於20Hz的頻率時，將很難藉著使用傳統儀器而達成，但此些頻率卻是在進行例如色彩多路傳輸或同時為多位觀察者服務時所必須的。

在能見範圍較小時，眼睛探測器必須要能非常準確的確定眼睛位置。例如在一個5到10厘米的能見範圍大小下，眼睛探測器的最大容許誤差僅為一厘米。同樣的，這樣的誤差要求也幾乎不可能藉由使用傳統儀器來實現。

本發明的目的為提供一種全像重建系統，且此系統須在一個或多個觀察者移動的情形下，亦可確保觀察者能觀察正確之重建場景。

上述目的將藉由一本發明發展出的全像重建系統，與可操控偏轉器的偏轉控制裝置來達成，並可將能見位置依序調變至不同且彼此互相毗鄰的視線位置，亦如同光線調變器可開啟光波並使其得以與偏轉控制裝置同步。藉此，脈衝光將會發射至 各個視線位置，且能見範圍將得以排成一列。本發明更能透過一與此方法相稱之專利申請17來達成。更進一步之優點將於以下申請項目中說明。

本發明之基本想法為：調變能見位置依序使其得以在一個人眼無法感覺到的時間差內，捕捉到多個互相毗鄰的視線位置，如此將可提供給觀察者一個藉由排列能見範圍而形成之視窗。此過程將重複一固定、高度充分且不會被眼睛察覺到之頻率，例如每秒至少50視頻全像圖，如此一來，能見位置便可頻繁地落於視線位置上，並使觀察者產生穩定之印象。

定位能見位置得藉著由偏轉控制裝置來操控之偏轉器而實現，且偏轉控制裝置亦得以按照前述之頻率，依序調變能見位置至分別不同且間隔排列之視線位置。此能見位置的依序排列將會被落實，在此時，光線控制器亦會與偏轉控制裝置同步開啟光波。藉由光線控制器，可以例如用以控制開關空源器或是在任一位置干擾系統中之光徑，就如同照相機快門(關閉按鍵)。在此種方式下，光脈衝將同步配合偏轉器的移動而被射出，亦即是說，每視線位置均有一定數量之光脈衝，例如每視線位置中有一道特別為各光源所預備好波長之光脈衝，藉此得以產生彩色的重建影像。在此種先行設計中，已預先考慮得使光線控制器得以對應各個視線位置發射多道光脈衝。在之後的設計中，將說明干涉光波有不同的波長，同時光線控制器能為每一可見位置為每一種波長發射至少一個光脈衝。

光源的形成過程就如同雷射光源，例如就像是脈衝雷射。舉例來說可將發光二極體(LED)做為光源來使用。脈衝雷射是 在熟悉本技藝人士中普遍習知之物，當非相干光源經過空間且/或光譜的過濾後，其將會充分的相干化。一般而言，要使觀察者看見重建之視頻全像圖，必須依賴於在能見範圍內之眼睛位置。若能見範圍中的眼睛位置改變，則觀察者的可觀察重建圖之透視狀況亦會改變。在能見範圍必須持續移動的情況下，觀察者需亦可以保持其觀察位置，且其仍然得以在能見範圍投影至其眼睛之時，觀察所有透視情形。這樣的情形將可藉由一個較大之能見範圍，例如大於眼睛瞳孔的能見範圍來達成，在此情形下，觀察者將感受到模糊不清之重建視頻全像圖點，因為觀察者在不同透視下快速且接連地觀察此視頻全像圖。為了避免使重現點模糊不清，眼睛不應感受此移動。光脈衝必須夠短，以致觀察者不會感受到其移動，但又必須數量夠多夠頻繁，使觀察者能保留此形成之能見範圍之印象。

此外，在計算視頻全像圖使其轉換前置波至一觀察位置時，應考慮視頻全像圖被觀察之透視情形。此透視情形將會隨著視線位置而有所不同，亦即對應每個視線位置，須為每一個視頻全像圖編入不同之編碼，當能見範圍不夠大且兩隻眼睛無法同時作用時，則視頻全像圖亦會對應左右眼而有所不同。如此一來，兩隻眼睛亦必須觀察到不同計算出之視頻全像圖。

然而，下列情形亦是可想像的：應對應每個可能的視線位置而計算一個視頻全像圖，以使得在此種方法下，能夠觀察從這個視線位置可看到之重建景象的透視情形。對應所有可能的視線位置而僅計算一個視頻全像圖是無法使其獲得滿足，此僅能對應觀察者眼睛所認定的那個視線位置，以及與他相鄰的視 線位置。為了能辨認觀察者眼睛之所在地，眼睛探測器則為必須物。因此，本發明相關之全像重建系統，其預先設計中包括眼睛位置辨認器，可辨認至少一個觀察者的眼睛位置，其中偏轉控制裝置會根據辨識出的眼睛位置來操控偏轉器，且對應每一個辨識出的眼睛位置，透過編碼過的視頻全像圖將能見範圍和眼睛位置排成一列。與此同時，應至少一能見範圍落在能辨識的眼睛位置上。因此，一個能見範圍列則可在眼睛位置前，中且後方進行排列。可以預見，眼睛位置辨識器可偵測每隻眼睛，但若眼睛位置辨識器僅能偵測一雙眼睛中的單隻，亦可以滿足需求。若僅能確認一隻眼睛中的大約眼睛位置時，也是可以接受的情況。在有許多觀察者亦即有許多雙眼睛時，則各分別可偵測到每雙眼睛中的一隻眼睛。

為能確保眼睛探測器的極微小精確性而使觀察者得以持續觀察視頻全像圖景象，可以根據鑑別出之眼睛位置，計算出適合可見位置的視頻全像圖，且保留多個視線位置；如此一來，至少一個視線位置能留置於鑑別出之眼睛位置上。以下的功能為本產品特別之設計，對應每個由能見區域排成列之視線位置，為其空間燈光調變器而編出同一個視頻全像圖，且此能見區域排列亦以眼睛位置而規劃的。

在本案特別之解決方案設計中，偏轉器是經過思考而規劃在光徑上的，使其得以將調變過後之光波反射至每個視線位置。因此特別設計，使一個視頻全像圖之中間影像得以產生於偏轉器上。在這特別設計的本發明之視頻全像圖重建系統中，包含一遠心透鏡，其作用為產生視頻全像圖之中間影像，例如 一個縮小之中間影像。因為在遠心透鏡中亦同樣有一個傅立葉層(亦即一個另外的遠場轉換層)，故在這樣的情形下，未被考慮但可能產生之繞射將可能被濾除。另一個更深入發展設計的本發明之視頻全像圖重建系統，則包含了一投影透鏡，其作用為透過投影將視頻全像圖之中間影像放大到在一聚焦顯示螢幕上。選擇投影透鏡決定於一個投影鏡。一個投影鏡包含以下舉例之優點，如可避免色差且可將定位至能見範圍行列上的角度範圍變大。

在這進一步之設計中，偏轉器具有平坦表面之光學偏轉特性。例如，偏轉器可以控制出一個平坦的反射面且可設計使其如同平面鏡一樣。此偏轉器亦可以設計像是光控空間燈光調變器OASLM或電控空間燈光調變器EASLM，使其可僅轉換一平坦表面之光學影像性質，而不須自行指定一平坦表面。在這些可選擇之設計中，偏轉器可控制一球面亦或非球面表面之光學影像性質，亦即一平面，球面和/或非球面平面的組合。透過球面或非球面影響，可以另外獲得光學效應。如此一來，便可為在偏轉器上之全像重建系統組件，進行更近一步的整合。

在此設計中，偏轉控制裝置可為光控，電控或機械控制偏轉器。在進一步之執行時，兩種以上的這些控制設計整合亦為可能。舉例來說，偏轉器可設計如同以光控或電控定址之空間燈光調變器。這些設備與其他相比有以下之優點，其作業速度比機械快速，且亦可能有一個額外的差異平衡作用。

單獨此設計亦已預先考慮到偏轉器是一個包含許多可電子操控之光學微晶胞的場，這些光學微胞元具有一可調整之的 光學折射特性或一可調整的表面傾斜，或經由一個稜鏡功能被編碼，或具有以上至少兩種特性的組合。

偏轉器的機械控制是以下列想法為基礎，偏轉器可持續地以一旋轉軸來旋轉或可持續隨著角光譜而移動。其配合此全像重建系統之設計，使偏轉控制裝置可以一旋轉軸來旋轉或移動。此種方式的優點很多，旋轉頻率可由偏轉器操控，例如透過偏轉控制裝置。藉著透過光線控制器，準備光脈衝而使其能同步跟隨旋轉頻率，則可產生一接續排列之能見範圍。首先，光線控制器會在偏移距離之內，至多產生一個光脈衝，而此偏移距離是根據能見範圍延展至偏移方向而產生。光脈衝必須夠短，使觀察者不像移動觀察視頻全像圖影像，而無法察覺此偏轉器之旋轉或移動的動作。透過這個設計，可以避免觀察者在能見範圍於其眼中移動時，感受到多個透視情形。藉此，在體驗場景時，亦可避免模糊不清的情形。

在此設計中，偏轉控制裝置被設計地如電動機般，例如類似於直流電動機。但其可透過每個其他種類的傳動裝置來使用，而偏轉器亦可旋轉或移動，以達到一足夠高速且穩定的旋轉頻率。

在此進一步之設計中，偏轉器可控制一反射面且可與偏轉控制裝置產生連結，而使偏轉控制裝置的旋轉軸可以維持在反射面上。且偏轉器亦設計的有如表面鏡。透過此設計可達到，由視頻全像圖重建出的場景將不會隨著偏轉器的旋轉和擺動運動而在顯示螢幕上產生晃動。若鏡表面不落於旋轉軸上，則此鏡亦會借由其本身之旋轉，來改變在偏轉器上投影地中間影 像的光學位置至投影透鏡上。此設計將會在第6圖之圖示解釋中詳述。

第1圖係顯示前述之本發明簡化示意圖於一平面圖。並說明第一個時間點之能見範圍落於第一個能見位置上。

此描述之全像重建系統100包含一全像投影器110，偏轉器120，投影機130，亦包含一顯示螢幕140。在此示意圖中，亦另顯示一於顯示螢幕140與能見範圍160伸展之重建空間150，第一眼睛位置170與第二眼睛位置172，與一可能之視窗180，在此視窗中，能見範圍將得以相鄰聚排成列。在此之重建空間150十分具有示範價值，且將以簡化的方式來表達，並可延長至顯示螢幕140前或其後。

全像投影器110可將一個視頻全像圖之中間影像投影至偏轉器上，而此中間影像是由未於圖面繪製出的空間燈光調變器(SLM)編碼而成。

偏轉器120，如一平面鏡，光學定位空間燈光調變器(OASLM)或電子定位空間燈光調變器(EASLM)，可改變全像投影器110，並順著投影機的方向，以校準至經空間燈光調變器SLM投影之中間影像上。此外偏轉器120亦可承受一額外之球面或非球面作用，如球面或非球面鏡。在此種方式下，可將多種光線元素整併為一。

偏轉器120將透過於上述圖式未說明之偏轉控制裝置來 操控。例如偏轉控制裝置可機械式地操控偏轉器，亦如同下列描述之第一實施例並於第6圖說明。下列描述之第二與第三實施例，偏轉控制裝置將會以光學或電子來操控。

在此實施例中，投影機130將當以非球面特別是橢圓形投影鏡來設計。投影機可以當為球面，平面或者有適應性之投影鏡來設計。投影鏡的應用相較於一個投影透鏡來說，是非常具有使用優勢的，因為在投影鏡角度區域的使用範圍較大，能見範圍列較易在此被定位。投影機130會依照顯示螢幕140之方向，反射落在其上之光線。

顯示螢幕140在此實施例中將當以球面鏡來設計，且根據其形式與入射角度，來反射並聚焦落於其上之光線至一定之方向。藉此便可產生能見範圍160，當至少一眼能察覺其存在時，觀察者即可在重建空間150上觀察到視頻全像圖景象。這亦是說，當眼睛處在眼睛位置170上，即可在重建空間150中觀察到全像影像。顯示螢幕140亦可以非球面、平面或是橢圓鏡來設計。

在第一眼睛位置170與第二眼睛位置172時，重點則落於此隻相同亦或不同隻眼睛，則能見範圍會由第一眼睛位置移動至第二眼睛位置，例如觀察者的右眼與左眼或第一觀察者之左眼與第二觀察者之右眼。首先，當一隻眼睛在此圖示所示之時間點而處在第二眼睛位置172上時，此隻眼睛將不會在此時間點看到立體影像重建。之後將會產生相鄰之能見位置列與因高速而產生之重複現象，但觀察者的眼睛將不會感受到此兩層相互接連之能見範圍的時間差。

第2圖顯示前述之本發明原則的簡化示意圖於一平面圖。將如同第1圖說明第一時間點之第一視線位置之能見範圍，且此外另有在第二時間點之第二視線位置之能見範圍。此規範符合在第1圖中說明之相同標準圖，且符合同樣構件。除此之外，在第2圖中的第二視線位置162與在重建空間中的第二位置152亦於此做說明。

藉著持續的旋轉與移動，亦即藉著透過偏轉控制裝置而持續重複的偏轉器120的光學折射作用變化，能見範圍160將在視窗180中持續移動。在第二時間點時，能見範圍將處於第二視線位置162。當一隻眼睛在第二時間點時處於第二視線位置172時，則可在此時間點觀察到在重建空間152中的全像重建影像。

第3圖係顯示一藉由光脈衝而產生能見範圍之示意圖。在圖示中，標示出時間點t1到t8內，眼睛位置310，光脈衝320，322，324與能見範圍內的視線位置330，332，334。

在時間點t3到t5間，眼睛位置310正好落在視線位置332上。亦即是說，在這段時間內，觀察者可觀察到此重建景象。若僅產生一光脈衝，且此光脈衝之持續時間小於或同t5-t3時，則不管觀察者位於能見位置中之何處，其僅能觀察一個小的重建片段景象。

光線控制器預備了具有一定頻率的光脈衝320，322，324。由光線控制器提供之光脈衝以及由透過偏轉控制裝置而定位之能見範圍將會彼此互相調變，以致能見範圍不會重疊在視線位置330，332，334上。如此亦可使其形象明顯清楚。僅有在 t2，t4與t6的時間點時，才會形成光脈衝。由於為透過偏轉控制裝置來操縱偏轉器，能見範圍將不會在這些時間點時，重疊於這些視線位置330，332，334上。第二個視線位置332是為了使能見範圍延續，而相較於第一個視線位置330的延續行為。同樣的，第三個視線位置334亦即是為了使能見範圍延續，而相較於第二個視線位置332所產生之延續行為。

若在t1到t6中的每個時間點上，皆形成一光脈衝，則能見範圍將會被重疊，且觀察者僅能看到一不清晰之影像。

由此可預見，眼睛位置辨識器至少可確認一隻眼睛的眼睛位置310。光源亦會依據眼睛位置310來產生光脈衝320，322，324。儘管如此，仍可能有意外的不準確情形會在確認眼睛位置310的時候被考慮進去。如同於圖中所示，第一視線位置330將會在確認眼睛位置前，藉由第一個光脈衝320而產生。以這樣的方式可以確認，使在眼睛位置辨識器的不準確情形下，在眼睛位置310的眼睛可維持在能見範圍內。

為了防止觀察者感受到不同透視情形，或是看見物體時有延遲現象，則可針對這些連續相接之光脈衝，在連續相接的視線位置上額外提供同樣物體重建。

無疑的，光脈衝或視線位置的數量並無如此圖示中而受到限制。

第4圖係顯示本發明設計在第一實施例的第一時間點時之全像重建系統400的簡化示意圖。在此圖中，描繪包括光源410，412，空間燈光調變器(SLM)420，422，分光鏡430，432，遠心透鏡440，442，偏轉器450，452，投影透鏡460，462， 反射器470，472。顯示螢幕480在此總體安排中僅出現一次。此外另描繪了能見範圍490，492，眼睛位置500，502，重建空間510，512以及視窗520，522。在此圖中並未能清楚描繪出用以操控偏轉器之偏轉控制裝置與產生光脈衝之光線控制器。

如同在圖中所顯示，在此總體安排中包含兩個類似之重建單元。每一單元均會產生對應一眼睛之圖像。接下之圖示將描繪兩單元中之一個。熟悉本技藝人士可將此原則套用至其他單元。原則上，一個單元用以對應兩隻眼睛的這種解決方案亦是可能的，例如使用時間多工法。

光源410在此實施例中，將設計成猶如脈衝雷射光器。脈衝雷射光器將透過光線控制器，比如透過電子或機械之操縱，或例如藉由遮光器來做時間上的調變。光源410包括一光束擴束器，其可擴展雷射光之光束直徑。在其後發展之設計中，產生不同波長之多道雷射光線亦為可能。此外往後之設計還亦可應用光源來取代雷射器，並過濾光線中相干部分。

光源410可藉由分光器430以照亮遠心透鏡440，此分光器有一特性，即可在一定之方向上反射線性極化光。依照此種方式，空間燈光調變器SLM 420將會藉由一極高之光源來照亮。在可設計像素光柵之空間燈光調變器SLM 420中，將可透過調幅來建制繞射模型。藉由空間燈光調變器SLM 420的反射行為，可傳播並折射雷射光至遠心透鏡之方向。

有一光圈處於遠心透鏡440之傅立葉層中，此光圈將會產生雷射光之空間過濾。在此，非預期中之繞射行為將會透過過 濾而消失。基本上，此些非預期的光源比例較預期安排之比例為多。遠心透鏡440則會建立一空間燈光調變器SLM 420之縮小之中間影像於偏轉器450上，例如以1：2比例。如此便存在一縮小且實際之空間燈光調變器SLM 420的中間影像。

光束擴束器450在此第一實施例時，可視為平面鏡來使用，其安裝成可旋轉之裝置於在圖面未描繪出之偏轉控制裝置上，例如一直流電動機。同時，偏轉控制裝置之旋轉軸則位於鏡面層上。由遠心透鏡440放射出之光線將會透過偏轉器，朝以投影透鏡460之方向而折射。

投影透鏡460、反射器470與顯示螢幕480均在此實施例中，用以安排光徑朝向偏轉器450之方向。

投影透鏡460將此由偏轉器折射之空間燈光調變器SLM 420的縮小中間影像，投影至反射器470上。此反射器470在此實施例中，被設計亦如平面鏡使用，並折射落於其上之光線朝向顯示螢幕480之方向。顯示螢幕480在此實施例中，被設計如球面鏡使用。此顯示螢幕480亦被安排以產生1：1空間燈光調變器SLM 420中之傅立葉層的圖像於能見範圍490內。藉此，即可固定播放螢幕480與能見範圍490間的重建空間510。觀察者其位於眼鏡位置500的那隻眼睛，亦可看到重建空間510中且在能見範圍490內的重建景象。

在此第一實施例中，透過旋轉偏轉器450將得以改變光徑，並移動在視窗520中之能見範圍490。視窗520之擴展會透過建立全像重建系統400而受到空間上的限制。當偏轉器450完成一次旋轉，能見範圍490即會再次顯現出視窗520之 起點。能見範圍490之移動將根據偏轉器450之旋轉方向。而旋轉方向在本發明之基本原則上並無特殊意義。

基本上，可對應空間燈光調變器SLM 420的每個視窗520中之視線位置而製作不同之視頻全像圖編碼。對於一個較小之視窗520來說，亦可僅製作一份對應空間燈光調變器SLM中視窗520內所有視線位置的編碼。除此之外，亦有另一解決方式，即在空間燈光調變器SLM 420每個包含至少兩個視線位置之部分視窗，來進行視頻全像圖之編碼。

第5圖係顯示本發明設計在第一實施例的第二時間點時之全像重建系統簡化示意圖。此重建架構符合第4圖之系統。在此圖顯示，偏轉器450會對應此第4圖而形成一變化之角度位置。透過此變化之光徑，能見範圍490可控制在視窗520中之其他視線位置。

在第二時間點中，在眼睛位置490之觀察者無法看到重建之視頻全像圖。偏轉器450的旋轉頻率太高，以致於觀察者無法感受到重建景象。能見範圍490在觀察者眼睛顯現得太頻繁，因此其感受到的視頻全像圖影像僅有如殘餘影像。

第6圖係顯示在第一實施例時偏轉器與偏轉控制裝置之規範簡化示意圖，並以平面圖表示。偏轉器皆設計為可旋轉式，而旋轉軸亦落於鏡面層上。此圖顯示偏轉器610與反射面620以及偏轉控制裝置630與一光波640。

此光波640由偏轉控制裝置630來控制，例如一直流電動器。偏轉控制裝置將倚著一轉軸來轉動此光波640。在圖中，轉動將會用箭頭來表示-其亦可以為相反方向。如圖中所顯 示，偏轉器610將由光波640來控制，而反射面620則設計落於光波640中間所位之轉軸上。旋轉光波640時，反射面620不會在此情形下偏移光波640中心，且亦不會產生非預期之光學作用，例如非預期之光徑改變。

當轉數過高，而觀察者不能如閃爍般感受到能見範圍移動時，則偏轉控制裝置630會顯示此轉數。此外，偏轉控制裝置另可維持一穩定之轉速，亦即是說，此轉數不會產生非預期之波動。

除了在第一實施例中所示的機械控制偏轉器外，另可使用非機械控制偏轉器，如光學或電子控制偏轉器。還並亦可將這些設計整合一起使用。建立一個如前述之視頻全像圖重建系統須符合如第4圖或第5圖中之描述，亦即偏轉器須如第4圖或第5圖設置在光徑上，但偏轉器與偏轉控制裝置則須另外設計。結合光學控制之偏轉器的可能設計情形，將於之後第7圖與第8圖的第二次與第三實施例中解釋。

第7圖係顯示在第二實施例時偏轉器700之原則性結構，此次範例使用包含一繞射構造之光控空間燈光調變器(OASLM)712與一個在光控空間燈光調變器OASLM 712上附加之偏轉鏡714。

光控空間燈光調變器OASLM 712在此次的實施例中，包含一第一玻璃層715，其可與一透明電極一同作用，一由光控空間燈光調變器OASLM 712繞射結構建構而成之LC層718，其可控制LC分子，一透明且感光之半導體層720以及一可視作底層之第二玻璃層722。在此實施例中，為了重建立體影像而 使用之光線，光控空間燈光調變器OASLM 712設計為透明的，而此光線即可到達於其後而立之偏轉鏡714。

第8圖係顯示在第三實施例時偏轉器800之原則性結構，此次範例使用包含一繞射構造之光控空間燈光調變器(OASLM)812和一與其整合且如反射層之偏轉鏡814。

在此實施例中之光控空間燈光調變器OASLM 812，再次包含一玻璃層816，其可與一透明電極一同執行，一由光控空間燈光調變器OASLM 812繞射結構建構而成之LC層818，其可指出LC分子，一光感光之半導體層820以及一可視作底層之第二玻璃層822。在此實施例中，偏轉鏡814立於LC層818間，且將與半導體層820一同整合。

此外，亦可選擇讓光控空間燈光調變器OASLM 712與812成為一折射系統，或亦是繞射與折射系統之整合體，藉此亦有機會形成一於光控空間燈光調變器OASLM中，可變換折射率之折射光調變器。

另外還可將偏轉鏡714與814整合於光控空間燈光調變器OASLM 712與812的其他位置上。如同所有執行情形，另要注意重建立體場景使用之光線不得被吸收至半導體層中。除此之外，半導體層僅可藉由偏轉控制裝置之書寫光，使其所控制之偏轉器的光線之折射特性之受到影響，而觀察者將無法在能見範圍內感受此書寫光。為了達到這樣的目的，偏轉鏡在不同方式下仍將會設計至少部分為透明，例如僅有部分範圍，或僅有一個方向，或對於一特定波長，僅對於特定極化或組合。

藉由偏轉控制裝置可成功地操控偏轉器700，800之光線 折射特性。在第二與第三次之實施例中，上述之情形可於光源中被整合，且書寫光可預備以操控偏轉器，並控制一其他波長成為用以重建立體景象之光線。此書寫光可以掃描雷射光束的形式來呈現，雷射光束可聚焦於光控空間燈光調變器OASLM 712，812中的半導體層720，820且將其掃描。雷射光束之強度將可與運轉同步調變，使半導體層720，820透過必須之強度分配而得到照明。此方法僅能在使用雙穩光控空間燈光調變器OASLM時成立，藉此繞射結構亦可同整體而存在。為了要使觀察者不會感受到此由偏轉控制裝置產生並在能見範圍內之書寫光，故此書寫光將應用人眼不可見之光波波長範圍。選擇使用單一掃描雷射光束時，亦可以使用多種掃描雷射光束，其可分別描繪出光控空間燈光調變器OASLM之部分範圍。當僅有一掃描雷射光束應用至書寫描繪時，其必須符合極高之要求，因為此掃描雷射光束不僅須控制微小之焦點，亦須控制一較大之掃描範圍。

透過偏轉控制裝置而產生之偏轉器的光線折射效果變化可產生以下情形：一電場即可產生於感光半導體層720，820和透過透明電極執行之第一玻璃層716，816中。若感光半導體層720，820的位置受到一由偏轉控制裝置產生之書寫光照明，則亦可改變局部之電場。亦可改變在LC層718，818中之LC分子排列與部分折射率。光控空間燈光調變器OASLM 712，812之折射率變化會對調相亦/或調幅產生影響。以較高之繞射經濟效益來評估，調相可具有多項優點。

一般來說，折射率變化可為單穩態或雙穩態。在單穩態情 形下，折射率變化僅在半導體層被照射時存在。在雙穩態情形下，折射率變化可在照射結束過後仍保持維持，直到一處分於半導體層之電壓在末端情勢下減弱光控空間燈光調變器。

射至偏轉鏡714，814之光線將會透過其而反射，其路徑亦會受到光控空間燈光調變器OASLM 712，812之影響。因此，偏轉控制裝置可操控偏轉器700，800之光學折射作用，使角度依序改變，且藉著該角度可將落於偏轉器700，800上之光線反射，如此即可移動能見範圍。此順序將以一觀察者無感之速度重複。除此之外，光脈衝將會設計與偏轉器700，800之光學折射效果操控同步。此方式可如在第一實施例中，成功排列能見範圍。偏轉器700，800之光學折射效果變化產生時，此變化亦會改變如同以上描述之於LC層發生之LC分子校準行為。光線之折射角度將根據LC分子校準亦或LC層折射率控制。

偏轉器700，800之光學折射作用變化可造成極快速之排序與重複，因此觀察者將不會察覺能見範圍之移動。此外，偏轉控制裝置亦可穩定地操控偏轉器700，800，亦即是該排序與重複不會發生非預期之波動。

如下在第二與第三次之實施例中產生之偏轉控制裝置設計，亦為可能之選擇。半導體層將會順從一定之方向，且此方向將會與重建系統所用之光線方向相反，亦即偏轉控制裝置將設計於在偏轉鏡之後。參考每一個實施例，重建系統使用之光線與存在相關特性之書寫光應以此原則進行設計，例如應有不同極化狀態或受不同波長控制且光控空間燈光調變器OASLM之層應考慮適當之特性而設計。此外，透過選擇書寫光之入射 角度而使觀察者感受能見範圍內之書寫光，亦為可能。

再者，操控光控空間燈光調變器OASLM亦可透過干涉模型之曝光產生效用，此干涉模型則是透過兩個在範例中藉由玻璃纖維電纜或鋼製配件互相連接且彼此產生聯繫之光源而產生。該位於半導體層上之干涉模型可造成光控空間燈光調變器OASLM上之折射率變化。此方法類似於感光片之視頻全像圖照射作用。此照射在光控空間燈光調變器OASLM之視頻全像圖，可藉由挑選入射點之光源以重建反射點之光源。

為能依序產生符合一位或多位觀察者眼睛之能見範圍，亦可能編寫出依序在光控空間燈光調變器OASLM中符合繞射作用之結構。為建構彩色之全像重建系統，部分重建狀態將以原色按順序產生，且按照各波長形成且於光控空間調制器OASLM中之繞射結構亦將依序編寫。

在第四實施例中，偏轉器將設計如同電控空間燈光調變器(EASLM)，且偏轉控制裝置亦設計為電子操控之偏轉器。該登記者亦已於還未公佈之公告DE 10 2007 051 521.0與US 12/100,032中，公開此種光調變器。此種在公告中已描述之光調變器在反射模型之運轉上佔有很大之優勢。要操控該光調變器可藉於一已標準化之資料承載運輸裝置達成。

透過圖示及實施例，全像重建系統與方法將可藉由不同但彼此相鄰之視線位置排列而成的能見範圍來表達。當然，本發明並不僅侷限於上述之執行情形。

在其他全像重建系統之各部分之設計上，常會忽略可將各部分組件交錯整合或彼此合併。本執行或圖示之特徵在於其阻 件均可彼此互相組合。

本發明產生之能見範圍，係在這能見範圍內，使觀察者兩眼均可觀察一全像重建影像。

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。

100‧‧‧全像重建系統

110‧‧‧全像投影器

120‧‧‧偏轉器

130‧‧‧投影機

140‧‧‧顯示螢幕

150‧‧‧重建空間

152‧‧‧重建空間

160‧‧‧能見範圍

162‧‧‧第二視線位置

170‧‧‧眼睛位置

172‧‧‧眼睛位置

180‧‧‧視窗

310‧‧‧眼睛位置

320‧‧‧光脈衝

322‧‧‧光脈衝

324‧‧‧光脈衝

330‧‧‧視線位置

332‧‧‧能見範圍

334‧‧‧能見範圍

400‧‧‧全像重建系統

410‧‧‧光源

412‧‧‧光源

420‧‧‧空間燈光調變器

422‧‧‧空間燈光調變器

430‧‧‧分光鏡

432‧‧‧分光鏡

440‧‧‧遠心透鏡

442‧‧‧遠心透鏡

450‧‧‧偏轉器

452‧‧‧偏轉器

460‧‧‧投影透鏡

470‧‧‧反射器

480‧‧‧顯示螢幕

490‧‧‧能見範圍

492‧‧‧能見範圍

500‧‧‧眼睛位置

502‧‧‧眼睛位置

510‧‧‧重建空間

512‧‧‧重建空間

520‧‧‧視窗

522‧‧‧視窗

610‧‧‧偏轉器

620‧‧‧反射面

630‧‧‧偏轉控制裝置

640‧‧‧光波

700‧‧‧偏轉器

712‧‧‧光控空間燈光調變器

714‧‧‧偏轉鏡

716‧‧‧玻璃層

718‧‧‧LC層

720‧‧‧感光半導體層

722‧‧‧玻璃層

800‧‧‧偏轉器

812‧‧‧光控空間燈光調變器

814‧‧‧偏轉鏡

816‧‧‧玻璃層

818‧‧‧LC層

820‧‧‧感光半導體層

第1圖 係顯示本發明原則的簡化示意圖，並以第一個時間點之能見範圍平面圖來表達；第2圖 係顯示本發明原則的簡化示意圖，並以第一至第二時間點之能見範圍平面圖來表達；第3圖 係顯示一藉由光脈衝而產生能見範圍之示意圖；第4圖 係顯示本發明第一實施例的第一時間點時之全像重建系統簡化示意圖；第5圖 係顯示本發明第一實施例的第二時間點時之全像重建系統簡化示意圖；第6圖 係顯示第一實施例時偏轉器與偏轉控制裝置之規範簡化示意圖，並以平面圖表示；第7圖 係顯示第二實施例時偏轉器之原則性結構；第8圖 係顯示第三實施例時偏轉器之原則性結構。

100‧‧‧全像重建系統

110‧‧‧全像投影器

120‧‧‧偏轉器

130‧‧‧投影機

140‧‧‧顯示螢幕

152‧‧‧重建空間

160‧‧‧能見範圍

162‧‧‧第二視線位置

170‧‧‧眼睛位置

172‧‧‧眼睛位置

180‧‧‧視窗

Claims (19)

1. 一種全像重建系統，用於場景目標光點的三維重建，包含：一空間燈光調變器，可透過最少一個視頻全像圖來調變干涉光波；一聚焦器，可聚焦調變過後的光波，使觀察者得以從一個藉由聚焦方式而產生的能見範圍來觀察重建的場景目標光點；一偏轉器，可經由校準調變後的光波來定位能見範圍；一偏轉控制裝置，可控制該偏轉器，以便將能見範圍按順序調變到互相鄰近的不同的視線位置；一光線控制器，可與該偏轉控制裝置同步接通光波，因而為每一個視線位置發射脈衝光，以及使能見範圍排成列。
2. 如申請專利範圍第1項所述之全像重建系統，其中該光線控制器可為每一個視線位置發射多個光脈衝。
3. 如申請專利範圍第1項所述之全像重建系統，其中干涉光波有不同的波長，同時該光線控制器能為每一個可見位置為每一種波長發射至少一個光脈衝。
4. 如申請專利範圍第1項所述之全像重建系統，具有一個眼睛位置辨認器，可辨認至少一個觀察者的眼睛位置，其中該偏轉控制裝置會根據辨識出的眼睛位置來操控該偏轉器，且對應每一個辨識出的眼睛位置，透過編碼過的視頻全像圖將能見範圍和眼睛位置排成一列。
5. 如申請專利範圍第4項所述之全像重建系統，其中對配屬於一眼睛位置之一列能見範圍的所有視線位置，同一視頻全像圖在該空間燈光調變器中被編碼。
6. 如申請專利範圍第1項所述之全像重建系統，其中該偏轉器具 有反射性，且該偏轉器設置在光徑上的方式使其能夠在每一個射線位置反射調變過的光波。
7. 如申請專利範圍第6項所述之全像重建系統，其中可在該偏轉器上形成視頻全像圖的中間影像。
8. 如申請專利範圍第7項所述之全像重建系統，其係具有一遠心透鏡，其作用為產生視頻全像圖之中間影像的。
9. 如申請專利範圍第7項所述之全像重建系統，其係具有一投影透鏡，其作用為透過投影將視頻全像圖之中間影像放大到在一聚焦顯示螢幕上。
10. 如申請專利範圍第1項所述之全像重建系統，其中該偏轉器具有平坦表面之光學偏轉特性。
11. 如申請專利範圍第1項所述之全像重建系統，其中該偏轉控制裝置係以光學、電子、機械或合併以上至少兩種可能的控制方式來控制該偏轉器。
12. 如申請專利範圍第1項所述之全像重建系統，其中該偏轉器係一種可光學定址或電子定址的空間燈光調變器。
13. 如申請專利範圍第1項所述之全像重建系統，其中該偏轉器是一個包含許多可電子操控之光學微胞元的場，這些光學微胞元具有一可調整的光學折射特性或一可調整的表面傾斜，或經由一個稜鏡功能被編碼，或具有以上至少兩種特性的組合。
14. 如申請專利範圍第1項所述之全像重建系統，其中該偏轉控制 裝置可以使該偏轉器繞一個旋轉軸轉動或擺動。
15. 如申請專利範圍第14項所述之全像重建系統，其中該偏轉控制裝置是一種電動機。
16. 如申請專利範圍第14項所述之全像重建系統，其中該偏轉器具有一個反射面，且該偏轉器與該偏轉控制裝置連結在一起，使該偏轉控制裝置的旋轉軸位於反射面的平面上。
17. 一種以全像重建系統對場景進行三維重建之全像圖的重建方法，包含下列步驟：透過至少一個視頻全像圖來調變干涉光波；聚焦調變過的光波，使觀察者能夠從藉由聚焦的方式而產生的視線範圍觀測重建的場景；透過一偏轉控制裝置所控制的一偏轉器以校準經聚焦及調變過的光波來定位視線範圍；透過與該偏轉控制裝置同步接通光波至視線位置將視線範圍連續調變調變至彼此相鄰的不同視線位置，使其可為每一個視線位置發射脈衝光，且使能見範圍排成列。
18. 如申請專利範圍第17項所述之全像重建系統對場景進行三維重建之全像圖的重建方法，包含：辨認觀察者的眼睛位置；與對應每一個辨識出的眼睛位置，透過編碼過的視頻全像圖將能見範圍和眼睛位置排成一列。
19. 如申請專利範圍第18項所述之全像重建系統對場景進行三維重建之全像圖的重建方法，其中對配屬於一眼睛位置之一列能見範圍的所有視線位置，同一視頻全像圖被編碼。