TWI668534B - 多功能微3d立體照相裝置 - Google Patents

Abstract

一種多功能微3D立體照相裝置，包含有：一雷射光裝置，產生一雷射光、一全像底片座，供一全像底片安裝、一分光鏡，可於一第一位置與一第二位置間轉換，以轉換反射式全像拍攝與穿透式全像拍攝、一反射式置物台以及一穿透式置物台，設於該全像底片的後方與一側，以及一反射鏡。當該分光鏡移動至該第一位置時，該分光鏡離開該雷射光的發射路徑，此時該照相裝置為反射式全像拍攝；當該分光鏡移動至該第二位置時，該分光鏡位於該雷射光的發射路徑，此時該照相裝置為穿透式全像拍攝。

Description

多功能微3D立體照相裝置

本發明與全像攝影有關，特別是關於一種多功能微3D立體照相裝置。

全像術(Holography)是一種以雷射為光源，利用同調光干涉原理而能記錄物體真實立體影像的攝影術，由美籍匈牙利科學家Dennis Gabor於1948年首先提出同軸全像片(in-line Hologram)的觀念，直至1960年代高強度同調性(Coherence)光源的雷射問世後，全像攝影才開始實際的發展，而由Leith及Upatnieks首先在1962年用雷射光源實現了Gabor的概念，並對其改良為離軸式全像片(off-axis hologram)，克服了同軸全像片的雙重影像(Twinimage)及未繞射干擾光(Undiffracted Light Noise)的困難，成為今日全像攝影所常用的離軸參考光佈置，而且證實了任意形狀的物體的三度空間立體影像均可被記錄，自此以後的全像攝影在各方面的應用經由許多研究者不斷地于以開掘而進展一日千里，Gabor亦因此而榮獲1971年諾貝爾物理獎。目前全像術已被廣泛的使用在雷射印表機、Bar Code Reader中的光學掃描器、戰鬥機內的抬頭顯示器及藝術品的展示上。

全像術基本概念為：用一束足夠強的同調光利用分光鏡分成兩部份，一部份照向物體，從物體漫反射的反射光(即物光)，射向感光膠片，同時再使同調光的另一部分直接照射在感光膠片上，我們把這一部分同調光稱為 參考光束。物光與參考光束在膠片上疊加，就產生干涉現象，出現許多明暗不同的花紋、小環和斑點等干涉圖樣。感光膠片將這種圖樣記錄下來就成了一張全像攝影的“照片”，干涉圖樣的形狀反映了物光與參考光束間的相位關係，而其明暗對比程度(簡稱反差)反映了光束的強度關係。

關於物體影像的再現，用一束同調光照射全像底片，就可以使物體的影像與原來物體的立體影像完全一樣。再現光照射到全像片上時，被其上的干涉圖樣所繞射(相當於光柵)，在照片後面出現了一系列繞射光波，有0級繞射波、1級繞射波以及2級、3級等等，其中0級波可看成是入射同調光經衰減後形成的光束。兩個1級繞射波，它們構成了物體的兩個再現像，其中一列1級繞射波和物體在原來位置時發出的光波完全一樣，這類波就構成了物體的虛像，另一列1級繞射波雖然也是物光波的精確複製，但它的曲率與原來物光波的曲率相反，如果來是發散的球面波，現在變成了會聚的球面波，這就構成了物體的實像。

全像術如以光的干涉方位作區分，可分為穿透式全像、反射式全像和積成式全像等，茲將與本研發有關之穿透式全像片、反射式全像片做一介紹：

一、穿透式全像片：

穿透式全像片依拍攝技巧之不同，部分可以白光觀測，部分仍需以較單純之雷射光或水銀燈觀測，包含單照物光穿透式全像片(One Object Beam Transmission Hologram)、單步驟穿透式影像全像片(One-Step Transmission Image-Plane Hologarm)、兩步驟穿透影像全像片(Two-Step Transmission Image-Plane Hologarm)、彩虹全像片(Rainbow Hologram)等，茲以單步驟穿透式影像全 像片為例，分析如下：當全像片上僅干涉條紋，且以光學裝置使物體之影像(Image)出現於全像片上時，稱為影像全像片(Image Plane Hologarm)，此類全像片由於記錄了物體的影像，可以普通的白光光源重建，其最簡單者，即為單步驟穿透影像全像片。物體藉鏡頭成像於空間某一位置，而後將全像影片置於該影像之前或之後，或切於影像中央，再與參考光束干涉，形成影像全像片。此種利用透鏡攝製之影像全像片，雖然可以利用白光重建影像，但觀測角度受限於使用之透鏡，必須大口徑短焦距之鏡頭方可得較大視角，而其三度空間的立體感，亦因透鏡的使用而減少，唯一優點即其拍攝程序較為簡單。

二、反射式全像片

所有反射式全像片均可以用普通白光光源觀測，依拍攝技巧不同可分為雙光束反射式全像片(Two-Beam Reflection Hologram)、單光束反射全像片(Single-Beam Reflection Hologram)、單步驟反射式影像全像片(Single-Step Reflection Image-Plane Hologram)、兩步驟反射式影像全像片(Two-Step Reflection Image-Plane Hologram)等，茲以兩步驟反射式影像全像片為例，分析如下：先以雙照物光法拍攝一張極為清晰的穿透式全像片，將此全像片旋轉180度，而以其共軛參考光束照射之，使其於後方出現拍攝物體的實像，並置於第二張全像底片於該實像前，另引入參考光由後方照射全像片，而得此反射式全像片。在以照物光(第一張全像片之共軛參考光)照射全像片時，常於路徑中置於一透鏡，以調整照物光至全像片上之範圍，若照射面積大，則所產生的實現亮度較差，照射面積小又影響重建影像時的測角度，且成像景深的長短亦受此因素控制，適宜的調整與嚐試，可得到較佳視覺效果的全像片。

國內目前從事全像術相關之學者專家，大多數是在防震桌上架設光學元件進行，所需之空間、成本較高昂，若要變換場地則其工程甚為耗大，雖然其研究範圍與架設彈性較廣，唯非一般初學者能簡單建構完成。為使一般初學者能以較低廉之成本簡單進行基礎全像試驗，且方便攜帶至其它地點亦能隨時拍攝，因此本研究著手規劃設計一台低成本、簡單化且多功能的可攜帶之微小化複合式全像攝影裝置。

有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種多功能微3D立體照相裝置，將各種全像拍攝功能集於一身，達到一機多功能要求，並具有小體積、好操作、多功能之特點。

為達成前述之目的，本發明所提供之多功能微3D立體照相裝置，包含有：一雷射光裝置，產生一平行且具有一預定範圍內的波長之雷射光；一全像底片座，設置於該雷射光裝置的後方，其上可供一全像底片安裝；一分光鏡，設於該全像底片座之前，可於一第一位置與一第二位置間移動；當該分光鏡移動至該第一位置時，該分光鏡不在該雷射光的前進路線上；當該分光鏡移動至該第二位置時，該分光鏡在該雷射光的前進路線上；當該雷射光射至該分光鏡時，部分的雷射光會被該分光鏡反射，部分的雷射光會穿透分光鏡；一反射鏡，設置於該分光鏡的後方；當該分光鏡移動至該第二位置時，被該分光鏡反射的雷射光會射向該反射鏡，該反射鏡將雷射光，以相同的路徑，反射回該分光鏡；一反射式置物台，設置於該全像底片座的後方，供放置一待拍攝物體，以供反射式全像拍攝使用；以及一穿透式置物台，設置於該全像底 片座之前，但不在該雷射光前進的路徑上，供放置一待拍攝物體，以供穿透式全像拍攝使用。

作為反射式全像拍攝時，該分光鏡移動至該第一位置，該反射式置物台上放置一待拍攝物體；該雷射光裝置所發出的雷射光成為一參考光，直接射至該全像底片；此時，部分的雷射光穿過該全像底片後而射向該待拍攝物體，並經該待拍攝物體反射後，以成為一物光，射向該全像底片。

作為穿透式全像拍攝時，該分光鏡移動至該第二位置，該穿透式置物台上放置一待拍攝物體；該雷射光裝置所發出之雷射光會先射至該分光鏡，部分的雷射光穿過該分光鏡，以形成一參考光，直接射至該全像底片；部分的雷射光則被該分光鏡反射而射向該反射鏡，再由該反射鏡反射、穿過該分光鏡後，射向該待拍攝物體；被該待拍攝物體反射的雷射光射回該分光鏡，並被該分光鏡反射，以形成一物光，射向該全像底片。

藉由上述構件之組成與操作方式，只要移動該分光鏡即可達到轉換反射式全像拍攝與穿透式全像拍攝的需求。

以下，為利貴審查員瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲再就本案配合附圖，並以實施例之表達形式說明如下。

10‧‧‧箱體

12‧‧‧隔板

14‧‧‧第一空間

16‧‧‧第二空間

18‧‧‧吸震器

20‧‧‧雷射光裝置

22‧‧‧雷射光發射器

24‧‧‧快門

26‧‧‧光閘

28‧‧‧濾波器

30‧‧‧準直鏡

32‧‧‧全像底片座

34‧‧‧夾具

36‧‧‧分光鏡

38‧‧‧反射鏡

40‧‧‧反射式置物台

42‧‧‧穿透式置物台

F‧‧‧全像底片

Obj‧‧‧待拍攝物體

第1圖為本發明一較佳實施例之立體圖。

第2圖為本發明一較佳實施例之立體透視圖。

第3圖為本發明一較佳實施例之正視圖。

第4圖為本發明一較佳實施例之頂視圖，顯示反射式全像拍攝的光路徑。

第5圖為本發明一較佳實施例之頂式圖，顯示穿透式全像拍攝的光路徑。

首先請參閱第1圖至第3圖所示，本發明一較佳實施例所提供之多功能微3D立體照相裝置包含有：一箱體10，其中具有一隔板12，將該箱體10內部的空間分割為一第一空間14以及一第二空間16。該箱體10的頂側設有一活動門17，連通於該第二空間16。該箱體10的底側則設置有吸震器18。本實施例中，該吸震器18包括複數個設於該箱體10底側的橡膠墊。

一雷射光裝置20，設置於該箱體10之第一空間14中，包含有：一雷射光發射器22，用以發射一雷射光；一快門24，裝設於該雷射光發射器22的前端；一光閘26，設於該隔板12上；一濾波器28，設於該第二空間16，位於該光閘26的後方；以及，一準直鏡30，設於該第二空間16，位於該濾波器28的後方。該雷射光發射器22所發出的雷射光，依底片感光需求選擇不同雷射，如綠光pumping雷射或He-Ne雷射等。該快門24可為手控或電控快門24，用以控制該雷射光發射器22所發出的雷射光通過的時間。該光閘26設於該隔板12上之連通該第一空間14與該第二空間16的一孔，通過該快門24的雷射光會接著通過該光閘26，以確保雷射光能以正確角度入射進入該第二空間16。進入第二空間16的雷射光首先會通過該濾波器28，該濾波器28過濾通過的雷射光，使一預定波長範圍內的雷射光方能通過該濾波器28。最後雷射光會通過該準直鏡30，使由發出的雷射光成為一平行且具有一預定範圍內的波長之雷射光。

一全像底片座32，設置於該第二空間16中，位於該準直鏡30的後方，供一全像底片F安裝於其上。在本實施例中，該全像底片座32具有二夾具34， 夾設該全像底片F。

一分光鏡36，設置於該第二空間16中，位於該全像底片座32之前，可於一第一位置與一第二位置間轉動。當該分光鏡36移動至該第一位置時，該分光鏡36不在該雷射光的前進路線上；當該分光鏡36移動至該第二位置時，該分光鏡36在該雷射光的前進路線上。當該雷射光射至該分光鏡36時，部分的雷射光會被該分光鏡36反射，部分的雷射光會穿透分光鏡36。在本實施例中，該分光鏡36的一端樞設於該全像底片座32，以於該第一位置與該第二位置間轉動。

一反射鏡38，設置於該第二空間16中，位於該分光鏡36的後方。當該分光鏡36移動至該第二位置時，被該分光鏡36反射的雷射光會射向該反射鏡38，該反射鏡38將雷射光，以相同的路徑，反射回該分光鏡36。

一反射式置物台40，設置於該全像底片座32的後方，供放置一待拍攝物體Obj，以供反射式全像拍攝使用。

一穿透式置物台42，設置於該全像底片座32之前，但不在該雷射光前進的路徑上，供放置一待拍攝物體Obj，以供穿透式全像拍攝使用。該穿透式置物台42相對於該分光鏡36，與該分光鏡36分別位於該全像底片座32的兩側。

在本實施例中，該分光鏡36位於該第一位置時，該分光鏡36與該全像底片F間的夾角為135度；該分光鏡36位於該第二位置時，該分光鏡36與該全像底片F間的夾角為45度。此外，該反射鏡38與該穿透式置物台42均在與該全像底片F垂直的同一路徑上，且該分光鏡36位於該反射鏡38與該穿透式置物台42之間。

當本發明一較佳實施例作為反射式全像拍攝時，請參閱第4圖所示，該分光鏡36移動至該第一位置、該全像底片座32上安裝一全像底片F，且該 反射式置物台40上放置一待拍攝物體Obj。該雷射光發射器22所發射的雷射光，依序經過該快門24、該光閘26、該濾波器28，以及該準直鏡30後，成為一平行且具有預定波長範圍的雷射光。該雷射光成為一參考光，直接射至該全像底片F。部分的雷射光穿過該全像底片F後而射向該待拍攝物體Obj，並經該待拍攝物體Obj反射後，以成為一物光，射向該全像底片F。如此即完成反射式全像拍攝，而在該全像底片F立體成像該待拍攝物體Obj。

當本發明一較佳實施例作為穿透式全像拍攝時，請參閱第5圖所示，該分光鏡36移動至該第二位置、該全像底片座32上安裝一全像底片F，且該穿透式置物台42上放置一待拍攝物體Obj。該雷射光裝置20所產生之平行且具有預定波長範圍的雷射光會先射至該分光鏡36，部分的雷射光穿過該分光鏡36，以形成一參考光，直接射至該全像底片F；部分的雷射光則被該分光鏡36反射而射向該反射鏡38，再由該反射鏡38反射、穿過該分光鏡36後，射向該待拍攝物體Obj；被該待拍攝物體Obj反射的雷射光射回該分光鏡36，並被該分光鏡36反射，以形成一物光，射向該全像底片F。如此即完成穿透式全像拍攝，而在該全像底片F立體成像該待拍攝物體Obj。

綜合上所述，利用移動該分光鏡36，即可將本發明較佳實施例所提供之多功能微3D立體照相裝置切換為反射式全像拍攝與穿透式全像拍攝，達到一機多功能要求。製作過程分成兩部份，首先對整體所需光學元佈置成符合全像容置暗室空間要求，並鎖固於光學基板上，避免因移動造成光場變化；其次再切換成各種全像拍攝方式進行試驗，經由拍攝結果逐步改善製程與裝置，以期符合小體積、好操作、多功能之實用全像攝影裝置之要求。

本說明書所敘述之內容，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用 來限定本發明實施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

Claims (10)

1. 一種多功能微3D立體照相裝置，包含有：一雷射光裝置，產生一平行且具有一預定範圍內的波長之雷射光；一全像底片座，設置於該雷射光裝置的後方，其上可供一全像底片安裝；一分光鏡，設於該全像底片座之前，可於一第一位置與一第二位置間移動；當該分光鏡移動至該第一位置時，該分光鏡不在該雷射光的前進路線上；當該分光鏡移動至該第二位置時，該分光鏡在該雷射光的前進路線上；當該雷射光射至該分光鏡時，部分的雷射光會被該分光鏡反射，部分的雷射光會穿透分光鏡；一反射鏡，設置於該分光鏡的後方；當該分光鏡移動至該第二位置時，被該分光鏡反射的雷射光會射向該反射鏡，該反射鏡將雷射光，以相同的路徑，反射回該分光鏡；一反射式置物台，設置於該全像底片座的後方，供放置一待拍攝物體，以供反射式全像拍攝使用；以及一穿透式置物台，設置於該全像底片座之前，但不在該雷射光前進的路徑上，供放置一待拍攝物體，以供穿透式全像拍攝使用；作為反射式全像拍攝時，該分光鏡移動至該第一位置，該反射式置物台上放置一待拍攝物體；該雷射光裝置所發出的雷射光成為一參考光，直接射至該全像底片；此時，部分的雷射光穿過該全像底片後而射向該待拍攝物體，並經該待拍攝物體反射後，以成為一物光，射向該全像底片；作為穿透式全像拍攝時，該分光鏡移動至該第二位置，該穿透式置物台上放置一待拍攝物體；該雷射光裝置所發出之雷射光會先射至該分光鏡，部分的雷射光穿過該分光鏡，以形成一參考光，直接射至該全像底片；部分的雷射光則被該分光鏡反射而射向該反射鏡，再由該反射鏡反射、穿過該分光鏡後，射向該待拍攝物體；被該待拍攝物體反射的雷射光射回該分光鏡，並被該分光鏡反射，以形成一物光，射向該全像底片。
2. 依據請求項第1項所述之多功能微3D立體照相裝置，更包含一箱體，前述各元件均設置於該箱體中。
3. 依據請求項第2項所述之多功能微3D立體照相裝置，其中該箱體的底側設有一吸震器。
4. 依據請求項第2項所述之多功能微3D立體照相裝置，其中該箱體中設有一隔板，將該箱體內部的空間分割為一第一空間以及一第二空間；該雷射光裝置具有一雷射光發射器，設置於該第一空間中；該全像底片座、該分光鏡、該反射鏡、該反射式置物台，以及該穿透式置物台均設置於該第二空間中。
5. 依據請求項第4項所述之多功能微3D立體照相裝置，其中該雷射光裝置更具有一快門，設於該第一空間中，以及一光閘設於該隔板上。
6. 依據請求項第5項所述之多功能微3D立體照相裝置，其中該雷射光裝置更具有一濾波器以及一準直鏡，設於該第二空間中。
7. 依據請求項第1項所述之多功能微3D立體照相裝置，其中該分光鏡位於該第一位置時，該分光鏡與該全像底片間的夾角為135度；該分光鏡位於該第二位置時，該分光鏡與該全像底片間的夾角為45度。
8. 依據請求項第1項所述之多功能微3D立體照相裝置，其中該反射鏡與該穿透式置物台均在與該全像底片垂直的同一路徑上，且該分光鏡位於該反射鏡與該穿透式置物台之間。
9. 依據請求項第1項所述之多功能微3D立體照相裝置，其中該全像底片座具有至少一夾具，用以夾設該全像底片。
10. 依據請求項第1項所述之多功能微3D立體照相裝置，其中該分光鏡的一端樞設於該全像底片座，以於該第一位置與該第二位置間轉動。