CN110895389B - 全像影像片体、全像影像记录方法与重建方法 - Google Patents

全像影像片体、全像影像记录方法与重建方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种全像影像片体、全像影像记录方法与重建方法，其中该全像影像记录方法包括预备步骤、照射步骤及记录步骤。其中预备步骤包括叠置全像底片于透明基板上。照射步骤包括发出物光与参考光，参考光照射进入透明基板内并于透明基板的厚度内进行多次全反射以形成内部全反射光。记录步骤包括内部全反射光与物光彼此干涉产生一全像影像干涉纹路并被感光记录于全像底片上。

Description

全像影像片体、全像影像记录方法与重建方法
技术领域
本发明是关于一种影像记录与重建方法，特别是指一种全像影像片体、全像影像记录方法与重建方法。
背景技术
全像术(Holography)为一种记录物体产生的光波(例如反射光波或透射光波)中的信息(例如振幅、相位等)的照相技术，且物体反射或透射的光可通过记录底片完全重建，而产生对应物体的全像影像。
如图1所示，目前已知光学全像片(holographic film)制作的方式包括：首先使用影像捕获设备10P例如CCD摄影机，以撷取一置物平台11P上物体12P的影像并呈现于一显示屏13P上。同时使用一发光装置14P发出光线至一第一反射镜15P，以将光线反射至一分光镜16P而分成两道光线，其中一道光线为参考光并传递至一第二反射镜17P，以经由第二反射镜17P反射而照射于全像底片18P的表面上，另一道光线透射传递至一第三反射镜19P，以经由第三反射镜19P反射而传递至显示屏13P，并透射产生物光而与参考光照射于全像底片18P的同一个表面，且物光与参考光彼此会产生光学干涉而记录在全像底片18P上。
然而，以目前的方式所制作的全像底片18P于全像影像重建时，重建光源必须设置在远离全像底片18P的一高度位置，以从远处照射全像底片18P而产生对应物体12P的全像影像，造成全像影像重建装置的体积与厚度无法进一步减缩。
发明内容
鉴于上述，于一实施例中，提供一种全像影像记录方法，包括预备步骤：叠置全像底片于透明基板上，其中透明基板包括第一表面、第二表面及入光区，第一表面与第二表面之间彼此间隔有一厚度，全像底片叠置于第一表面或第二表面上；照射步骤：发出物光与参考光，其中物光照射到透明基板的第一表面，入光区供参考光照射进入透明基板内并于厚度内进行多次全反射以形成内部全反射光；以及记录步骤：内部全反射光与物光彼此干涉产生一全像影像干涉纹路并被感光记录于全像底片上。
于一实施例中，提供一种全像影像片体包括全像图层，全像图层记录有上述全像影像记录方法所制成的全像底片上的全像影像干涉纹路。
于一实施例中，提供一种全像影像重建方法包括前处理步骤：准备一全像影像片体，其中全像影像片体包括透光层与全像图层，透光层包括第一表面、第二表面及入射区，第一表面与第二表面之间彼此间隔有一高度，全像图层叠置于第一表面或该第二表面上并记录有一全像影像干涉纹路；重建步骤：发出一重建光由入射区进入透光层内、并于高度内进行多次全反射以形成一内部全反射光；以及成像步骤：内部全反射光照射全像影像干涉纹路而成像以形成一全像影像。
综上，本发明实施例的全像影像记录方法，通过将参考光照射进入透明基板内并进行多次全反射而形成内部全反射光，以经由内部全反射光与物光彼此干涉而产生全像影像干涉纹路并感光记录于全像底片上，使后续在全像影像重建时，可通过内部全反射光进行重建，不需考虑重建光源的高度位置，达到大幅缩减全像影像重建装置的体积与厚度而能更薄型化。
附图说明
图1为现有全像影像记录方法一实施例的记录示意图。
图2为本发明全像影像记录方法一实施例的步骤流程图。
图3为本发明全像影像记录方法一实施例的记录示意图。
图4为本发明全像影像记录方法一实施例的干涉示意图。
图5为本发明全像影像记录方法另一实施例的记录示意图。
图6为本发明全像影像记录方法又一实施例的记录示意图。
图7为本发明全像影像重建方法一实施例的步骤流程图。
图8为本发明全像影像重建方法一实施例的重建示意图。
其中附图标记为：
1 全像影像记录装置
2 全像影像重建装置
3 目标物
11 全像底片
12 透明基板
121 第一表面
122 第二表面
123 侧表面
IA1 入光区
T 厚度
TR1 内部全反射光
13 分光镜
14 第一反射镜
15 第二反射镜
16 第三反射镜
17 摄像装置
18 显示面板
19 实体物
HF 全像影像干涉纹路
20 全像影像片体
21 透光层
211 第一表面
212 第二表面
213 侧缘面
22 全像图层
IA2 入射区
H 高度
TR2 内部全反射光
S1、S2 发光单元
O 物光
R 参考光
C 重建光
HI 全像影像
S01 预备步骤
S02 照射步骤
S03 记录步骤
S04 前处理步骤
S05 重建步骤
S06 成像步骤
10P 影像捕获设备
11P 置物平台
12P 物体
13P 显示屏
14P 发光装置
15P 第一反射镜
16P 分光镜
17P 第二反射镜
18P 全像底片
19P 第三反射镜
具体实施方式
图2为本发明全像影像记录方法一实施例的步骤流程图。全像影像记录方法用于将目标物的影像与信息(例如振幅、相位等)记录在底片上，使后续能通过底片将目标物的影像重现。如图2所示，本实施例的全像影像记录方法包括有预备步骤S01、照射步骤S02以及记录步骤S03。在一些实施例中，上述全像影像记录方法的各步骤可通过一全像影像记录装置1执行，以下即配合图式说明全像影像记录方法的详细步骤流程。
如图2所示，在预备步骤S01中，首先叠置一全像底片11于一透明基板12上。举例来说，如图3所示，在本实施例中，透明基板12包括相对的第一表面121与第二表面122，第一表面121与第二表面122之间彼此间隔有厚度T，也就是说，透明基板12为具有厚度T的板体。在本实施例中，全像底片11是叠置于第一表面121上，但此并不局限，全像底片11也可叠置于第二表面122上。此外，透明基板12更包括一侧表面123与一入光区IA1，侧表面123连接第一表面121与第二表面122的外环周，也就是说，侧表面123为透明基板12的外环周面。在一些实施例中，入光区IA1可设于第一表面121、第二表面122或侧表面123上，例如入光区IA1为第一表面121、第二表面122或侧表面123的局部表面。
在一些实施例中，透明基板12具体上可由导光材料所制成，例如透明基板12可由聚碳酸酯(PC)、压克力塑料(PMMA)或玻璃材质所制成而具有导光功能。其中，透明基板12可为硬质导光板或可挠曲的软质导光薄片，此并不局限。在一些实施例中，全像底片11具体上可由感光材料(例如卤化银、光阻剂、感光高分子聚合物(photopolymer)等等)所制成，用以记录光波所产生的干涉纹路，例如全像底片11可为彩虹全像片、反射式全像片、多视角全像片、真彩全像片或是积体式全像片，此并不局限。
如图2所示，在预备步骤S01后可进行照射步骤S02：发出一物光O(object light)与一参考光R(reference light)，所述物光O与参考光R二者彼此可为同调光(coherentlight)，也就是说，物光O与参考光R具有同调性(coherence)，但此并不局限，物光O与参考光R也可为不同调光。如图3所示，在本实施例中，透明基板12的入光区IA1是设于侧表面123，参考光R由入光区IA1照射进入透明基板12内，并于透明基板12的厚度T中进行多次内部全反射(Total internal reflection,TIR)以形成一内部全反射光TR1，在此内部全反射光TR1是呈锯齿状的反射路径。在一些实施例中，参考光R也可由透明基板12的第一表面121、第二表面122或角落照射进入透明基板12内，本实施例并不限制。在一些实施例中，透明基板12的厚度T较佳是大于等于参考光R的两倍波长，使参考光R能更顺利地在透明基板12的厚度T内进行全反射。
再如图3所示，目标物3可位于透明基板12靠近第一表面121的一侧，以发出物光O照射于透明基板12的第一表面121。在一些实施例中，目标物3可为实体物、数字影像或可自体发光的物体(如灯具或显示屏幕)，此并不局限。
在一些实施例中，物光O与参考光R可经由各种不同光路而形成。举例来说，请对照图3与图5所示，在本实施例中，目标物3为一实体物，全像影像记录装置1可包括有发光单元S1、分光镜13、第一反射镜14、第二反射镜15及第三反射镜16。发光单元S1可发出光线至第一反射镜14，以将光线反射传递至分光镜13而分成两道光线，其中一道光线为参考光R且透射传递至第二反射镜15，以经由第二反射镜15反射而从透明基板12的一侧照射进入，并于透明基板12内进行多次内部全反射而形成内部全反射光TR1。另一道光线则反射传递至第三反射镜16，以经由第三反射镜16反射至目标物3而反射传出物光O波前(wavefornt)照射于透明基板12的第一表面121。然而，上述图5实施例的光路仅为例示，并非用以限定物光O与参考光R形成的方式。举例来说，全像影像记录装置1的发光单元S1、分光镜13、第一反射镜14、第二反射镜15及第三反射镜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与参考光R也可通过两个不同光源形成。
于另一实施例中，如图6所示，目标物3也可为一数字影像，例如在本例中，全像影像记录装置1包括有发光单元S1、分光镜13、第一反射镜14、第二反射镜15、第三反射镜16、摄像装置17及显示面板18。数字影像(即目标物3)是借由摄像装置17(例如CCD摄影机)撷取一实体物19的影像并显示于显示面板18(例如液晶显示屏幕)上。发光单元S1可发出光线至第一反射镜14，以将光线反射传递至分光镜13而分成两道光线，其中一道光线为参考光R且透射传递至第二反射镜15，以经由第二反射镜15反射而从透明基板12的一侧照射进入，并于透明基板12内进行多次内部全反射而形成内部全反射光TR1(如图3所示)。另一道光线则反射传递至第三反射镜16，以经由第三反射镜16反射而传递至显示面板18，并透射形成物光O以照射于透明基板12的第一表面121。然而，上述图6实施例的光路仅为例示，并非用以限定物光O与参考光R形成的方式。
在一些实施例中，上述发光单元S1可为激光单元，例如发光单元S1可为气体激光发射器、二氧化碳激光发射器、液态激光发射器、固态激光发射器或半导体激光发射器等各式激光光发射器。在其他实施例中，发光单元S1也可为LED灯或白炽灯，此并不局限。
再如图2所示，在照射步骤S02后可进行记录步骤S03：内部全反射光TR1与物光O彼此干涉产生一全像影像干涉纹路HF，全像影像干涉纹路HF并被感光记录于全像底片11上。如图3与图4所示，具体而言，目标物3所传出的物光O是与透明基板12内部的内部全反射光TR1彼此干涉(interference)以产生全像影像干涉纹路HF(例如波纹或由亮点与暗点所排列而成的图案，此并不局限)，其中全像影像干涉纹路HF可包含物光O的全部信息(例如振幅、相位等)并记录于全像底片11上，使后续能通过光源照射全像影像干涉纹路HF以重建对应目标物3的全像影像。
在一些实施例中，如图2与图3所示，于照射步骤S02中，亦可发出多个参考光R由不同角度照射进入透明基板12内进行多次全反射，从而记录多组全像影像干涉纹路HF于全像底片11上，以对应于目标物3的不同角度或者不同的目标物3。
综上所述，本发明实施例的全像影像记录方法，通过将参考光R照射进入透明基板12内并进行多次全反射而形成内部全反射光TR1，以经由内部全反射光TR1与物光O彼此干涉而产生全像影像干涉纹路HF并感光记录于全像底片11上，使后续在全像影像重建时，可通过内部全反射光进行重建，不需考虑重建光源的高度位置，达到大幅缩减全像影像重建装置的体积与厚度而能更薄型化。以下即配合图式详细说明本发明实施例的全像影像重建方法。
图7为本发明全像影像重建方法一实施例的步骤流程图。全像影像重建方法用于重建对应目标物3的全像影像。如图7所示，本实施例的全像影像重建方法包括有前处理步骤S04、重建步骤S05以及成像步骤S06。在一些实施例中，上述全像影像重建方法的各步骤可通过一全像影像重建装置2执行，以下即配合图式说明全像影像重建方法的详细步骤流程。
如图7所示，在前处理步骤S04中，首先准备一全像影像片体20，其中全像影像片体20包括一透光层21与一全像图层22。举例来说，如图8所示，全像影像片体20的透光层21具体上可由导光材料所制成，例如透光层21可由聚碳酸酯(PC)、压克力塑料(PMMA)或玻璃材质所制成而具有导光功能。全像图层22上可记录有通过上述全像影像记录方法所制成的全像底片11上所记录的全像影像干涉纹路HF，也就是说，全像图层22可为由全像底片11复制出的全像片，举例来说，在复制过程中，可将全像底片11(母片)与待复制的全像图层22紧密接触，并通过激光光照射曝光然后经过显影、定影程序，而复制出具有全像底片11上所记录的全像影像干涉纹路HF的全像图层22。或者，在另一实施例中，亦可将全像底片11通过滚压、平压、射出成型等方式复制出具有全像底片11上所记录的全像影像干涉纹路HF的全像图层22。
再如图8所示，全像影像片体20的透光层21包括相对的第一表面211与第二表面212，第一表面211与第二表面212之间彼此间隔有一高度H，也就是说，透光层21为具有厚度的层体。在本实施例中，全像图层22位于第一表面211上，但此并不局限，全像图层22也可位于第二表面212上。此外，透光层21更包括一侧缘面213与一入射区IA2，侧缘面213连接第一表面211与第二表面212的外环周，也就是说，侧缘面213为透光层21的外环周面。入射区IA2可设于第一表面211、侧缘面213或第二表面212，换言之，入射区IA2可为第一表面211、侧缘面213或第二表面212的局部表面。
如图7所示，在前处理步骤S04后可进行重建步骤S05：发出一重建光C由入射区IA2进入透光层21内。例如图8所示，在本实施例中，透光层21的入射区IA2是设于侧缘面213，全像影像重建装置2包括一发光单元S2，重建光C可由发光单元S2发出，其中发光单元S2邻设于入射区IA2，且发光单元S2能发出重建光C由入射区IA2进入透光层21内，此外，重建光C更于透光层21的高度H内进行多次内部全反射(Total internal reflection,TIR)以形成一内部全反射光TR2，在此内部全反射光TR2是呈锯齿状的反射路径。在一些实施例中，透光层21的高度H较佳大于等于重建光C的两倍波长，使重建光C能更顺利地在透光层21的高度H内进行多次内部全反射。
然而，上述图8的实施例仅为举例，在其他实施例中，重建光C也可从透光层21第一表面211、第二表面212或角落照射进入。此外，重建光C除了可直接照射进入透光层21，重建光C亦可经由反射光路、折射光路或绕射光路(例如图5或图6的光路型态)照射进入透光层21。
在一些实施例中，上述发光单元S2可为各式激光光发射器以发出激光光线，其中激光光线可为气体激光、液态激光、固态激光或是半导体激光光线等等，且激光光线可为可见光或不可见光。在其他实施例中，发光单元S2也可为LED灯或白炽灯。在一些实施例中，重建光C与全像影像记录方法的参考光R可具有相同或不同光学特性(例如波长、频率或颜色)，此并不局限。
如图7所示，在重建步骤S05后可进行成像步骤S06：内部全反射光TR2照射全像影像干涉纹路HF而成像以形成一全像影像HI。如图8所示，具体而言，全像影像片体20的全像图层22上全像影像干涉纹路HF为通过上述全像影像记录方法所产生，也就是由目标物3所反射传出的物光O是与透明基板12内部的内部全反射光TR1彼此干涉(interference)而产生。因此，可通过重建光C于透光层21的高度H内进行多次内部全反射(Total internalreflection,TIR)所形成的内部全反射光TR2照射于全像影像干涉纹路HF并产生绕射，而于全像影像片体20的一侧形成对应于目标物3(如图3所示)的全像影像HI。在一些实施例中，全像影像HI可为虚像或实像，视重建光C的入射方向而定。
因此，根据本发明实施例的全像影像重建方法，通过将重建光C照射进入透光层21之内并进行多次全反射而形成内部全反射光TR2，以经由内部全反射光TR2照射全像影像干涉纹路而成像以形成一全像影像HI，使全像影像重建装置2不需考虑发光单元S2的高度位置，例如在图8中发光单元S2可邻设于全像影像片体20，达到大幅减少全像影像重建装置2的体积与厚度而有利于薄型化。
综上所述，虽然本发明的技术内容已经以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神所作些许的更动与润饰，皆应涵盖于本发明的范畴内，因此，本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (8)

1.一种全像影像记录方法，其特征在于，包括：
预备步骤：叠置一全像底片于一透明基板上，其中该透明基板包括一第一表面、一第二表面及至少一入光区，该第一表面与该第二表面之间彼此间隔有一厚度，该全像底片叠置于该第一表面或该第二表面上；
照射步骤：发出一物光与至少一参考光，其中该物光照射到该透明基板的该第一表面，该至少一入光区提供该至少一参考光照射进入该透明基板内，且该透明基板的该厚度等于该参考光的两倍波长，使该参考光于该厚度内进行多次全反射以形成一内部全反射光；以及
记录步骤：该内部全反射光与该物光彼此干涉产生一全像影像干涉纹路，该全像影像干涉纹路并被感光记录于该全像底片上。
2.如权利要求1所述的全像影像记录方法，其特征在于，该预备步骤中的该透明基板更包括一侧表面，该侧表面连接该第一表面与该第二表面的外环周，该至少一入光区设于该侧表面、该第一表面或该第二表面。
3.如权利要求1所述的全像影像记录方法，其特征在于，该照射步骤的该物光与该至少一参考光二者彼此为同调光。
4.如权利要求3所述的全像影像记录方法，其特征在于，于该照射步骤中的该物光与该至少一参考光是由一发光单元发出光线照射一分光镜而分别产生。
5.一种全像影像片体，其特征在于，包括一全像图层，该全像图层记录有根据权利要求1至4任一项所述的全像影像记录方法所制成的该全像底片上的该全像影像干涉纹路。
6.一种全像影像重建方法，其特征在于，包括：
前处理步骤：准备一全像影像片体，其中该全像影像片体包括一透光层与一全像图层，该透光层包括一第一表面、一第二表面及一入射区，该第一表面与该第二表面之间彼此间隔有一高度，该全像图层叠置于该第一表面上并记录有一全像影像干涉纹路；
重建步骤：发出一重建光由该入射区进入该透光层内，且该透光层的该高度等于该重建光的两倍波长，使该重建光于该高度内进行多次全反射以形成一内部全反射光；以及
成像步骤：该内部全反射光照射该全像影像干涉纹路而成像以形成一全像影像。
7.如权利要求6所述的全像影像重建方法，其特征在于，该前处理步骤中的该透光层更包括一侧缘面，该侧缘面连接该第一表面与该第二表面的外环周，该入射区设于该侧缘面、该第一表面或该第二表面。
8.如权利要求6所述的全像影像重建方法，其特征在于，该重建步骤中的该重建光是由一发光单元发出，该发光单元邻设于该入射区。
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