TWI747032B - 全像影像片體、全像影像記錄方法與重建方法 - Google Patents

全像影像片體、全像影像記錄方法與重建方法 Download PDF

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Abstract

一種全像影像記錄方法包括預備步驟、照射步驟及記錄步驟。其中預備步驟包括疊置全像底片於透明基板上。照射步驟包括發出物光與參考光，參考光照射進入透明基板內並於透明基板的厚度內進行多次全反射以形成內部全反射光。記錄步驟包括內部全反射光與物光彼此干涉產生一全像影像干涉紋路並被感光記錄於全像底片上。

Description

全像影像片體、全像影像記錄方法與重建方法
本發明係關於一種影像記錄與重建方法，特別是指一種全像影像片體、全像影像記錄方法與重建方法。
全像術(Holography)為一種記錄物體產生的光波(例如反射光波或透射光波)中的信息(例如振幅、相位等)之照相技術，且物體反射或透射的光可透過記錄底片完全重建，而產生對應物體的全像影像。
如圖1所示，目前已知光學全像片(holographic film)製作的方式包括：首先使用影像擷取裝置10P例如CCD攝影機，以擷取一置物平台11P上物體12P之影像並呈現於一顯示幕13P上。同時使用一發光裝置14P發出光線至一第一反射鏡15P，以將光線反射至一分光鏡16P而分成兩道光線，其中一道光線為參考光並傳遞至一第二反射鏡17P，以經由第二反射鏡17P反射而照射於全像底片18P的表面上，另一道光線透射傳遞至一第三反射鏡19P，以經由第三反射鏡19P反射而傳遞至顯示幕13P，並透射產生物光而與參考光照射於全像底片18P的同一個表面，且物光與參考光彼此會產生光學干涉而記錄在全像底片18P上。
然而，以目前的方式所製作之全像底片18P於全像影像重建 時，重建光源必須設置在遠離全像底片18P之一高度位置，以從遠處照射全像底片18P而產生對應物體12P之全像影像，造成全像影像重建裝置的體積與厚度無法進一步減縮。
鑑於上述，於一實施例中，提供一種全像影像記錄方法，包括預備步驟：疊置全像底片於透明基板上，其中透明基板包括第一表面、第二表面及入光區，第一表面與第二表面之間彼此間隔有一厚度，全像底片疊置於第一表面或第二表面上；照射步驟：發出物光與參考光，其中物光照射到透明基板之第一表面，入光區供參考光照射進入透明基板內並於厚度內進行多次全反射以形成內部全反射光；以及記錄步驟：內部全反射光與物光彼此干涉產生一全像影像干涉紋路並被感光記錄於全像底片上。
於一實施例中，提供一種全像影像片體包括全像圖層，全像圖層記錄有上述全像影像記錄方法所製成之全像底片上的全像影像干涉紋路。
於一實施例中，提供一種全像影像重建方法包括前處理步驟：準備一全像影像片體，其中全像影像片體包括透光層與全像圖層，透光層包括第一表面、第二表面及入射區，第一表面與第二表面之間彼此間隔有一高度，全像圖層疊置於第一表面或該第二表面上並記錄有一全像影像干涉紋路；重建步驟：發出一重建光由入射區進入透光層內、並於高度內進行多次全反射以形成一內部全反射光；以及成像步驟：內部全反射光照射全像影像干涉紋路而成像以形成一全像影像。
綜上，本發明實施例之全像影像記錄方法，透過將參考光照 射進入透明基板內並進行多次全反射而形成內部全反射光，以經由內部全反射光與物光彼此干涉而產生全像影像干涉紋路並感光記錄於全像底片上，使後續在全像影像重建時，可透過內部全反射光進行重建，不需考慮重建光源的高度位置，達到大幅縮減全像影像重建裝置的體積與厚度而能更薄型化。
1:全像影像記錄裝置
2:全像影像重建裝置
3:目標物
11:全像底片
12:透明基板
121:第一表面
122:第二表面
123:側表面
IA1:入光區
T:厚度
TR1:內部全反射光
13:分光鏡
14:第一反射鏡
15:第二反射鏡
16:第三反射鏡
17:攝像裝置
18:顯示面板
19:實體物
HF:全像影像干涉紋路
20:全像影像片體
21:透光層
211:第一表面
212:第二表面
213:側緣面
22:全像圖層
IA2:入射區
H:高度
TR2:內部全反射光
S1、S2:發光單元
O:物光
R:參考光
C:重建光
HI:全像影像
S01:預備步驟
S02:照射步驟
S03:記錄步驟
S04:前處理步驟
S05:重建步驟
S06:成像步驟
10P:影像擷取裝置
11P:置物平台
12P:物體
13P:顯示幕
14P:發光裝置
15P:第一反射鏡
16P:分光鏡
17P:第二反射鏡
18P:全像底片
19P:第三反射鏡
[圖1]為習知全像影像記錄方法一實施例之記錄示意圖。
[圖2]為本發明全像影像記錄方法一實施例之步驟流程圖。
[圖3]為本發明全像影像記錄方法一實施例之記錄示意圖。
[圖4]為本發明全像影像記錄方法一實施例之干涉示意圖。
[圖5]為本發明全像影像記錄方法另一實施例之記錄示意圖。
[圖6]為本發明全像影像記錄方法又一實施例之記錄示意圖。
[圖7]為本發明全像影像重建方法一實施例之步驟流程圖。
[圖8]為本發明全像影像重建方法一實施例之重建示意圖。
圖2為本發明全像影像記錄方法一實施例之步驟流程圖。全像影像記錄方法用於將目標物的影像與信息(例如振幅、相位等)記錄在底片上，使後續能透過底片將目標物的影像重現。如圖2所示，本實施例之全像影像記錄方法包括有預備步驟S01、照射步驟S02以及記錄步驟S03。在一些實施例中，上述全像影像記錄方法的各步驟可透過一全像影像記錄裝置1執行，以下即配合圖式說明全像影像記錄方法之詳細步驟流 程。
如圖2所示，在預備步驟S01中，首先疊置一全像底片11於一透明基板12上。舉例來說，如圖3所示，在本實施例中，透明基板12包括相對之第一表面121與第二表面122，第一表面121與第二表面122之間彼此間隔有厚度T，也就是說，透明基板12為具有厚度T之板體。在本實施例中，全像底片11是疊置於第一表面121上，但此並不侷限，全像底片11也可疊置於第二表面122上。此外，透明基板12更包括一側表面123與一入光區IA1，側表面123連接第一表面121與第二表面122之外環週，也就是說，側表面123為透明基板12的外環週面。在一些實施例中，入光區IA1可設於第一表面121、第二表面122或側表面123上，例如入光區IA1為第一表面121、第二表面122或側表面123的局部表面。
在一些實施例中，透明基板12具體上可由導光材料所製成，例如透明基板12可由聚碳酸酯(PC)、壓克力塑膠(PMMA)或玻璃材質所製成而具有導光功能。其中，透明基板12可為硬質導光板或可撓曲之軟質導光薄片，此並不侷限。在一些實施例中，全像底片11具體上可由感光材料(例如鹵化銀、光阻劑、感光高分子聚合物(photopolymer)等等)所製成，用以記錄光波所產生的干涉紋路，例如全像底片11可為彩虹全像片、反射式全像片、多視角全像片、真彩全像片或是積體式全像片，此並不侷限。
如圖2所示，在預備步驟S01後可進行照射步驟S02：發出一物光O(object light)與一參考光R(reference light)，所述物光O與參考光R二者彼此可為同調光(coherent light)，也就是說，物光O與參考 光R具有同調性(coherence)，但此並不侷限，物光O與參考光R也可為不同調光。如圖3所示，在本實施例中，透明基板12的入光區IA1是設於側表面123，參考光R由入光區IA1照射進入透明基板12內，並於透明基板12的厚度T中進行多次內部全反射(Total internal reflection,TIR)以形成一內部全反射光TR1，在此內部全反射光TR1是呈鋸齒狀的反射路徑。在一些實施例中，參考光R也可由透明基板12的第一表面121、第二表面122或角落照射進入透明基板12內，本實施例並不限制。在一些實施例中，透明基板12的厚度T較佳是大於等於參考光R之兩倍波長，使參考光R能更順利地在透明基板12的厚度T內進行全反射。
再如圖3所示，目標物3可位於透明基板12靠近第一表面121的一側，以發出物光O照射於透明基板12之第一表面121。在一些實施例中，目標物3可為實體物、數位影像或可自體發光之物體(如燈具或顯示螢幕)，此並不侷限。
在一些實施例中，物光O與參考光R可經由各種不同光路而形成。舉例來說，請對照圖3與圖5所示，在本實施例中，目標物3為一實體物，全像影像記錄裝置1可包括有發光單元S1、分光鏡13、第一反射鏡14、第二反射鏡15及第三反射鏡16。發光單元S1可發出光線至第一反射鏡14，以將光線反射傳遞至分光鏡13而分成兩道光線，其中一道光線為參考光R且透射傳遞至第二反射鏡15，以經由第二反射鏡15反射而從透明基板12的一側照射進入，並於透明基板12內進行多次內部全反射而形成內部全反射光TR1。另一道光線則反射傳遞至第三反射鏡16，以經由第三反射鏡16反射至目標物3而反射傳出物光O波前(wavefornt)照射於透明基板 12之第一表面121。然而，上述圖5實施例之光路僅為例示，並非用以限定物光O與參考光R形成的方式。舉例來說，全像影像記錄裝置1的發光單元S1、分光鏡13、第一反射鏡14、第二反射鏡15及第三反射鏡16的位置、方向可有不同的配置而形成不同光路。或者，物光O與參考光R也可透過兩個不同光源形成。
於另一實施例中，如圖6所示，目標物3也可為一數位影像，例如在本例中，全像影像記錄裝置1包括有發光單元S1、分光鏡13、第一反射鏡14、第二反射鏡15、第三反射鏡16、攝像裝置17及顯示面板18。數位影像(即目標物3)是藉由攝像裝置17(例如CCD攝影機)擷取一實體物19的影像並顯示於顯示面板18(例如液晶顯示螢幕)上。發光單元S1可發出光線至第一反射鏡14，以將光線反射傳遞至分光鏡13而分成兩道光線，其中一道光線為參考光R且透射傳遞至第二反射鏡15，以經由第二反射鏡15反射而從透明基板12的一側照射進入，並於透明基板12內進行多次內部全反射而形成內部全反射光TR1(如圖3所示)。另一道光線則反射傳遞至第三反射鏡16，以經由第三反射鏡16反射而傳遞至顯示面板18，並透射形成物光O以照射於透明基板12之第一表面121。然而，上述圖6實施例之光路僅為例示，並非用以限定物光O與參考光R形成的方式。
在一些實施例中，上述發光單元S1可為雷射單元，例如發光單元S1可為氣體雷射發射器、二氧化碳雷射發射器、液態雷射發射器、固態雷射發射器或半導體雷射發射器等各式雷射光發射器。在其他實施例中，發光單元S1也可為LED燈或白熾燈，此並不侷限。
再如圖2所示，在照射步驟S02後可進行記錄步驟S03：內部 全反射光TR1與物光O彼此干涉產生一全像影像干涉紋路HF，全像影像干涉紋路HF並被感光記錄於全像底片11上。如圖3與圖4所示，具體而言，目標物3所傳出之物光O是與透明基板12內部的內部全反射光TR1彼此干涉(interference)以產生全像影像干涉紋路HF(例如波紋或由亮點與暗點所排列而成之圖案，此並不侷限)，其中全像影像干涉紋路HF可包含物光O的全部信息(例如振幅、相位等)並記錄於全像底片11上，使後續能透過光源照射全像影像干涉紋路HF以重建對應目標物3的全像影像。
在一些實施例中，如圖2與圖3所示，於照射步驟S02中，亦可發出多個參考光R由不同角度照射進入透明基板12內進行多次全反射，從而記錄多組全像影像干涉紋路HF於全像底片11上，以對應於目標物3的不同角度或者不同的目標物3。
綜上所述，本發明實施例之全像影像記錄方法，透過將參考光R照射進入透明基板12內並進行多次全反射而形成內部全反射光TR1，以經由內部全反射光TR1與物光O彼此干涉而產生全像影像干涉紋路HF並感光記錄於全像底片11上，使後續在全像影像重建時，可透過內部全反射光進行重建，不需考慮重建光源的高度位置，達到大幅縮減全像影像重建裝置的體積與厚度而能更薄型化。以下即配合圖式詳細說明本發明實施例之全像影像重建方法。
圖7為本發明全像影像重建方法一實施例之步驟流程圖。全像影像重建方法用於重建對應目標物3的全像影像。如圖7所示，本實施例之全像影像重建方法包括有前處理步驟S04、重建步驟S05以及成像步驟S06。在一些實施例中，上述全像影像重建方法的各步驟可透過一全像影 像重建裝置2執行，以下即配合圖式說明全像影像重建方法之詳細步驟流程。
如圖7所示，在前處理步驟S04中，首先準備一全像影像片體20，其中全像影像片體20包括一透光層21與一全像圖層22。舉例來說，如圖8所示，全像影像片體20的透光層21具體上可由導光材料所製成，例如透光層21可由聚碳酸酯(PC)、壓克力塑膠(PMMA)或玻璃材質所製成而具有導光功能。全像圖層22上可記錄有透過上述全像影像記錄方法所製成之全像底片11上所記錄的全像影像干涉紋路HF，也就是說，全像圖層22可為由全像底片11複製出的全像片，舉例來說，在複製過程中，可將全像底片11(母片)與待複製的全像圖層22緊密接觸，並透過雷射光照射曝光然後經過顯影、定影程序，而複製出具有全像底片11上所記錄的全像影像干涉紋路HF之全像圖層22。或者，在另一實施例中，亦可將全像底片11透過滾壓、平壓、射出成型等方式複製出具有全像底片11上所記錄的全像影像干涉紋路HF之全像圖層22。
再如圖8所示，全像影像片體20的透光層21包括相對之第一表面211與第二表面212，第一表面211與第二表面212之間彼此間隔有一高度H，也就是說，透光層21為具有厚度之層體。在本實施例中，全像圖層22位於第一表面211上，但此並不侷限，全像圖層22也可位於第二表面212上。此外，透光層21更包括一側緣面213與一入射區IA2，側緣面213連接第一表面211與第二表面212之外環週，也就是說，側緣面213為透光層21的外環週面。入射區IA2可設於第一表面211、側緣面213或第二表面212，換言之，入射區IA2可為第一表面211、側緣面213或第二表面212 的局部表面。
如圖7所示，在前處理步驟S04後可進行重建步驟S05：發出一重建光C由入射區IA2進入透光層21內。例如圖8所示，在本實施例中，透光層21之入射區IA2是設於側緣面213，全像影像重建裝置2包括一發光單元S2，重建光C可由發光單元S2發出，其中發光單元S2鄰設於入射區IA2而鄰近透光層21之第一表面211所在之平面，且發光單元S2能發出重建光C由入射區IA2進入透光層21內，此外，重建光C更於透光層21的高度H內進行多次內部全反射(Total internal reflection,TIR)以形成一內部全反射光TR2，在此內部全反射光TR2是呈鋸齒狀的反射路徑。在一些實施例中，透光層21的高度H較佳大於等於重建光C之兩倍波長，使重建光C能更順利地在透光層21的高度H內進行多次內部全反射。
然而，上述圖8之實施例僅為舉例，在其他實施例中，重建光C也可從透光層21第一表面211、第二表面212或角落照射進入。此外，重建光C除了可直接照射進入透光層21，重建光C亦可經由反射光路、折射光路或繞射光路(例如圖5或圖6之光路型態)照射進入透光層21。
在一些實施例中，上述發光單元S2可為各式雷射光發射器以發出雷射光線，其中雷射光線可為氣體雷射、液態雷射、固態雷射或是半導體雷射光線等等，且雷射光線可為可見光或不可見光。在其他實施例中，發光單元S2也可為LED燈或白熾燈。在一些實施例中，重建光C與全像影像記錄方法之參考光R可具有相同或不同光學特性(例如波長、頻率或顏色)，此並不侷限。
如圖7所示，在重建步驟S05後可進行成像步驟S06：內部全 反射光TR2照射全像影像干涉紋路HF而成像以形成一全像影像HI。如圖8所示，具體而言，全像影像片體20之全像圖層22上全像影像干涉紋路HF為透過上述全像影像記錄方法所產生，也就是由目標物3所反射傳出之物光O是與透明基板12內部的內部全反射光TR1彼此干涉(interference)而產生。因此，可透過重建光C於透光層21的高度H內進行多次內部全反射(Total internal reflection,TIR)所形成的內部全反射光TR2照射於全像影像干涉紋路HF並產生繞射，而於全像影像片體20的一側形成對應於目標物3(如圖3所示)之全像影像HI。在一些實施例中，全像影像HI可為虛像或實像，視重建光C的入射方向而定。
藉此，根據本發明實施例之全像影像重建方法，透過將重建光C照射進入透光層21之內並進行多次全反射而形成內部全反射光TR2，以經由內部全反射光TR2照射全像影像干涉紋路而成像以形成一全像影像HI，使全像影像重建裝置2不需考慮發光單元S2的高度位置，例如在圖8中發光單元S2可鄰設於全像影像片體20，達到大幅減少全像影像重建裝置2的體積與厚度而有利於薄型化。
綜上所述，雖然本發明的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內，因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
S01:預備步驟
S02:照射步驟
S03:記錄步驟

Claims (7)

  1. 一種全像影像記錄方法，包括：預備步驟：疊置一全像底片於一透明基板上，其中該透明基板包括一第一表面、一第二表面及至少一入光區，該第一表面與該第二表面之間彼此間隔有一厚度，該全像底片疊置於該第一表面或該第二表面上；照射步驟：發出一物光與至少一參考光，其中該物光係照射到該透明基板之該第一表面，該至少一入光區提供該至少一參考光照射進入該透明基板內，且該透明基板的該厚度等於該參考光之兩倍波長，使該參考光於該厚度內進行多次全反射以形成一內部全反射光；以及記錄步驟：該內部全反射光與該物光彼此干涉產生一全像影像干涉紋路，該全像影像干涉紋路並被感光記錄於該全像底片上。
  2. 如請求項1所述之全像影像記錄方法，其中該預備步驟中之該透明基板更包括一側表面，該側表面連接該第一表面與該第二表面之外環週，該至少一入光區設於該側表面、該第一表面或該第二表面。
  3. 如請求項1所述之全像影像記錄方法，其中該照射步驟之該物光與該至少一參考光二者彼此為同調光。
  4. 如請求項3所述之全像影像記錄方法，其中於該照射步驟中之該物光與該至少一參考光係由一發光單元發出光線照射一分光鏡而分別產生。
  5. 一種全像影像片體，包括一全像圖層，該全像圖層記錄有根據請求項1至4任一項所述之全像影像記錄方法所製成之該全像底片上的該全像影像干涉紋路。
  6. 一種全像影像重建方法，包括：前處理步驟：準備一全像影像片體，其中該全像影像片體包括一透光層與一全像圖層，該透光層包括一第一表面、一第二表面及一入射區，該第一表面與該第二表面之間彼此間隔有一高度，該全像圖層疊置於該第一表面上並記錄有一全像影像干涉紋路；重建步驟：一發光單元發出一重建光由該入射區進入該透光層內，且該透光層的該高度等於該重建光之兩倍波長，使該重建光於該高度內進行多次全反射以形成一內部全反射光，其中該發光單元鄰設於該入射區而鄰近該第一表面所在之平面；以及成像步驟：該內部全反射光照射該全像影像干涉紋路而成像以形成一全像影像。
  7. 如請求項6所述之全像影像重建方法，其中該前處理步驟中之該透光層更包括一側緣面，該側緣面連接該第一表面與該第二表面之外環週，該入射區設於該側緣面、該第一表面或該第二表面。
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