TWI422999B - 全像顯示裝置、其製造方法及產生全像重建的方法 - Google Patents

Description

全像顯示裝置、其製造方法及產生全像重建的方法

本案為一種全像顯示裝置，在其上電腦產生的影像全像圖會進行編碼，此裝置包含至少一個磁光空間光調變器(Magneto-optical Spatial Light Modulators)。此裝置會產生三維全像重建。

電腦產生的影像全像圖(Computer-generated video holograms,CGHs)是由一個或更多個空間光調變器(Spatial Light Modulators,SLMs)所編碼而成；空間光調變器包括可控制的元件。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，並且帶有影響另一種特性的不良效應。目前具有幾種不同的方式來調變光的振幅及相位，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、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。磁光空間光調變器(MOSLM)是其中一種已知的空間光調變器類型。在磁光空間光調變器中，顯示器上線圈內的電流會控制磁場，藉此依次影響傳播通過顯示器像素的偏化光的偏化狀態。因此，磁光空間光調變器也是屬於電子式定址空間光調變器的一種。

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。關於“空間光調變器編碼全像圖”的意思是指全像圖是在空間光調變器上編碼。

相較於純自動式立體顯示板，觀察者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者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，使得觀察者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，其射線至少可在一定義的位置產生干擾，並且具有超過幾毫米或更多的同調性長度。這將允許全像重建至少在一個維度上具有足夠的解析度。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的，以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是與波長成比例，意指只有一個單色光源將產生目標點的明顯重建。寬闊的光譜則會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。單一顏色發光二極體(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，則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，根據形式的純度，將產生目標的明顯重建，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的寬闊大小所決定。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。

如果從垂直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，並且非同調於全部其他方向。

一般而言，全像圖是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。上述的影像全像圖稱為全視差全像圖。重建的物件可視為在水平和垂直方向的移動視差，如同真實物件。然而，較大的可視角度是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(Horizontal-Parallax-Only,HPO)的全像圖而減少。全像重建僅發生在水平方向，在垂直方向並沒有全像重建。這將導致具有水平移動視差的重建物件。在垂直移動上的透視圖並不會改變。僅具水平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。也可以採用僅具垂直視差(Vertical-Parallax-Only,VPO)的全像圖，但是較為罕見。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。對於左眼和右眼，必須分別地產生不同的透視圖。

以WO 2004/044659(US2006/0055994)作為參考，描述了一個 藉由充份同調光的繞射來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"虛擬觀察者視窗"中重建三維場景(關於虛擬觀察者視窗的描述及相關的技術請參考附件一及二)。每一個虛擬觀察者視窗是設置在靠近觀察者的眼睛的位置，並且大小上受到限制，所以虛擬觀察者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者視窗之間。為了讓全像重建沒有干擾，虛擬觀察者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，能讓觀察者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者視窗，或是由第二個光源所產生的第二個虛擬觀察者視窗來進行觀察。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者視窗。習用的解決方法是以微小化方式重建因習用空間光調變器表面的高解度所產生的大區域，使其大小能減低符合至虛擬觀察者視窗的尺寸大小。這將促使因幾何上原因而較小的繞射角度以及目前空間光調變器的解析度即足夠透過一般消費者層級的計算設備來實現即時全像重建的效果。

然而，這會遭遇到全像顯示產生的框速率(frame rate)的困難，尤其是在多個顯示觀看者的情況下。在WO 2004/044659(US2006/0055994)所描述的全像產生方法中，採用了多個虛擬觀察者視窗的方式。如果虛擬觀察者視窗是位在觀察者的眼睛位置時，重建目標將可看見。每個觀察者的每個眼睛皆需要一個虛擬觀察者視窗。如果虛擬觀察者視窗以及顏色紅色(R)、綠色(G)及藍 色(B)是依序產生的話，則需要高的框速率。“依序”意指紅色、綠色及藍色的光是以依序的方式開啟與關閉，因此對於空間光調變器上的一像素可使用相同的元件依序編碼紅色、綠色及藍色的光。為了避免閃爍的感覺，對於每個眼睛的框速率至少需要為30Hz。舉一個例子，例如對於3個觀察者，需要30Hz * 2個眼睛* 3個觀察者* 3個顏色=540Hz的框速率。這會比以液晶為基礎的空間光調變器的框速度要來的快許多。甚至對於單一觀察者，180Hz的框速度可能即為現行液晶空間光調變器技術可以達到的極限-一些迅速變換影像的顯示製品將出現。已知的快速微電機系統(MEMS)-空間光調變器並不提供高解析度的相位調變。關於這些技術，特性切換時間對於液晶約為10ms，對於微電機系統約為10μs。因此習用的裝置在以全複數全像編碼顯示全像影像至多個觀察者上是具有非常大的困難，特別是當影像為彩色時。關於單一觀察者的實例，比使用液晶技術可得到的更快框速率將會具有好處，例如應用在具有快速移動的活動，像是影像遊戲、觀看運動活動或是動作電影，或是在軍事中的應用。

允許振幅及相位個別調變的空間光調變器(包括串聯成對的空間光調變器的情況)將更適合應用在全像顯示中。複數值的全像圖比純粹振幅或純粹相位的全像圖具有較好的重建品質與較高的亮度。習用的法拉第效應磁光空間光調變器(MOSLMs)是已知的，但是它們僅調變傳送光的振幅，並且不是用於產生全像圖。這樣的空間光調變器已由Panorama Labs of Rockefeller Center,1230 Avenue of the Americas,7th Floor,New York,NY 10020 USA(www.panoramalabs.com)所發表，例如以WO2005/076714A2為參考，而其它這類型的磁光空間光調變器也是已知的。

因此，對於全像顯示裝置，以及對於全像顯示裝置中的空間光調變器，將會需要能夠提供高的框速率，且最好能夠獨立的編碼相位及振幅資料。

在第一方面，提供了一個全像顯示裝置，此全像顯示裝置至少包含一個磁光空間光調變器。

此全像顯示裝置可包含第一磁光空間光調變器與第二磁光空間光調變器，第一與第二磁光空間光調變器會編碼全像圖，且裝置可產生全像重建。此全像顯示裝置可讓第一磁光空間光調變器與第二磁光空間光調變器以控制且獨立的方式調變全像影像素陣列的振幅及相位。此全像顯示裝置可包含第一磁光空間光調變器與第二磁光空間光調變器的緊密組合，可使用來依序且緊密的調變光的振幅及相位，使得由振幅與相位所構成的複數值，可以逐一像素的方式在傳送光中進行編碼。

此全像顯示裝置可包含磁光空間光調變器與充份同調性緊密型光源的緊密組合，這樣的組合能夠在適當照明情況下產生三維影像。

此全像顯示裝置可包含構成要素包含一個或二個磁光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影像顯示裝置。

此全像顯示裝置可包含一個或兩個磁光空間光調變器的緊密組合，其也可作為投影機使用。

此全像顯示裝置可具有至少一個空間光調變器來編碼全像圖，且裝置會產生全像重建。

此全像顯示裝置可為一種使用法拉第效應(Faraday effect)來調變光的裝置。此全像顯示裝置可為一種利用磁性光子晶體(magneto-photonic crystal)來實現法拉第效應的裝置。此全像顯示裝置可為一種透過摻雜玻璃纖維(doped glass fibres)來實現法拉第效應的裝置。此全像顯示裝置可為一種使用磁光薄膜(magneto-optical film)來實現法拉第效應的裝置。

此全像顯示裝置可為一種在其經由虛擬觀察者視窗可觀察到全像重建的裝置。

此全像顯示裝置可為一種在其中虛擬觀察者視窗可利用空間或時間上多工來進行舖置(tiled)的裝置。

此全像顯示裝置可為一種裝置，在其中顯示是可操作的，以對於觀察者的左眼接著右眼，在包含全像的媒介上進行時間上依序地重新編碼全像圖。

此全像顯示裝置可為一種裝置，在其中顯示是可操作的，以對於兩個或多個觀察者的左眼接著右眼，在包含全像的媒介上進行時間上依序地重新編碼全像圖。

此全像顯示裝置可為一種裝置，在其中顯示器具有光束操控或光束分光鏡元件。

此全像顯示裝置可為一種裝置，在其中顯示器具有顯示器中的電腦層。

此全像顯示裝置可為一種裝置，在其中顯示器具有眼睛追蹤。

此全像顯示裝置可為一種裝置，在其中顯示器是利用背光及微透鏡陣列進行照射。微透鏡陣列可在顯示器的小區域上提供局部同調性，此區域為顯示器的唯一部份，用來編碼使用在重建物 件之給定點的資訊。此顯示器可包含反射式偏光片。此顯示器可包含稜鏡光學膜。

此全像顯示裝置可以發光二極體作為它的光源。

此全像顯示裝置可為電視。此全像顯示裝置可為螢幕。此全像顯示裝置可為可攜式的。

在另一方面，提供了一個製造顯示裝置的方法，包括取得玻璃基板以及在基板上連續地印刷或是以其它方式產生磁光空間光調變器層的步驟。

在另一方面，提出了一個產生全像重建的方法，包含使用上述顯示裝置的步驟。

在另一方面，提出了一個包含磁光空間光調變器的全像顯示裝置，此空間光調變器編碼全像圖，並且裝置會產生全像重建。此全像顯示裝置可為電視。此全像顯示裝置可為螢幕。此全像顯示裝置可為筆記型電腦。此全像顯示裝置可為行動電話。此全像顯示裝置可為個人數位助理。此全像顯示裝置可為數位隨身聽。 此全像顯示裝置可使用法拉第效應來調變光。此全像顯示裝置可使用法拉第效應調變光，法拉第效應可透過磁性光子晶體來實現。此全像顯示裝置可使用法拉第效應來調變光，法拉第效應可透過摻雜玻璃纖維來實現。此全像顯示裝置可使用法拉第效應來調變光，法拉第效應可透過磁光薄膜來實現。此全像顯示裝置可利用背光及微透鏡陣列進行照射。此全像顯示裝置的背光可包括至少一個反射式偏光片，以提供光的直線偏化狀態。此全像顯示裝置的背光可包括至少一個反射式偏光片，以提供光的圓形偏化狀態。此全像顯示裝置的微透陣列可在顯示器的小區域上提供局部同調性，此區域為顯示器的唯一部份，用來編碼使用在重建物 件之給定點的資訊。此全像顯示裝置的空間光調變器可提供相位編碼。此全像顯示裝置的空間光調變器可提供振幅編碼。此全像顯示裝置的全像重建可經由虛擬觀察者視窗進行觀察。此全像顯示裝置的虛擬觀察者視窗可利用空間或時間上多工來進行舖置。此全像顯示裝置可為可操控的，以使得只有當觀察者的眼睛是接近光源的影像平面位置時，才能正確觀察到全像重建。此全像顯示裝置可讓重建三維場景的大小為具全像圖媒介的大小的函數，重建三維場景可位於由具全像圖的媒介以及可觀看到重建三維場景的虛擬觀察者視窗所定義出的體積內之任何地方。此全像顯示裝置可編碼全像圖，此全像圖可包含具有重建三維場景單一點所需資訊的區域，此點可從已定義的觀看位置所看見；此區域(a)編碼關於在重建場景中單一點的資訊，(b)且為全像圖中唯一編碼那點資訊的區域，以及(c)尺寸大小是受到限制，以形成整體全像圖的一部分，尺寸大小需讓由較高繞射階層對於那點所產生的多重重建能不被已定義的觀看位置所觀看到。此全像顯示裝置可為可操作的，以對於觀察者的左眼接著右眼，在包含全像的媒介上進行時間上依序地重新編碼全像圖。此全像顯示裝置可為可操作的，以對於二個或更多個觀察者的左眼接著右眼，在包含全像的媒介上進行時間上依序地重新編碼全像圖。此全像顯示裝置可讓全像重建為全像圖的菲涅耳轉換(Fresnel transform)，而不是全像圖的傅立葉轉換(Fourier transform)。此全像顯示裝置可編碼全像圖，此全像圖可透過決定在接近觀察者眼睛位置的波前而產生，此波前可由重建物件的真實版本所產生。此全像顯示裝置可具有稜鏡元件，以提供光束操控。此全像顯示裝置可具有顯示器中的電腦層。此全像顯示裝置可具有眼睛追蹤。

在另一方面，提出了一個產生全像重建的方法，包含使用上述顯示裝置的步驟。

在另一方面，提供了一個包含第一磁光空間光調變器與第二磁光空間光調變器的全像顯示裝置，第一與第二磁光空間光調變器會編碼全像圖，且裝置會產生全像重建。此全像顯示裝置可為一種裝置，在其中第一與第二磁光空間光調變器是以控制且獨立的方式來調變全像圖像素陣列的振幅及相位。此全像顯示裝置可為一種裝置，在其中一個磁光空間光調變器調變全像圖像素陣列的振幅，另一個磁光空間光調變器調變全像圖像素陣列的相位。此全像顯示裝置可為一種裝置，在其中一個磁光空間光調變器調變全像圖像素陣列的振幅及相位的第一組合，另一個磁光空間光調變器調變全像圖像素陣列的振幅及相位的第二不同的組合。此全像顯示裝置可為一種裝置，在其中傳播透過裝置的光會先編碼它的相位，接著編碼它的振幅。此全像顯示裝置可為電視。此全像顯示裝置可為螢幕。此全像顯示裝置可為筆記型電腦。此全像顯示裝置可為行動電話。此全像顯示裝置可為個人數位助理。此全像顯示裝置可為數位隨身聽。此全像顯示裝置可為一種裝置，在其中每個磁光空間光調變器是使用法拉第效應來調變光。此全像顯示裝置可為一種裝置，在其中裝置是使用法拉第效應來調變光，且至少在一個磁光空間光調變器中，法拉第效應是使用磁性光子晶體來實現。此全像顯示裝置可為一種裝置，在其中裝置是使用法拉第效應來調變光，且至少在一個磁光空間光調變器中，法拉第效應是使用摻雜玻璃纖維來實現。此全像顯示裝置可為一種裝置，在其中裝置是使用法拉第效應來調變光，且至少在一個磁光空間光調變器中，法拉第效應是使用磁光薄腊來實現。此全 像顯示裝置可為一種裝置，在其中磁光空間光調變器之間是透過分隔層來進行分隔。此全像顯示裝置可為一種裝置，在其中分隔層是足夠薄的，以避免一個磁光空間光調變器的電磁場對另一個磁光空間光調變器的效能產生不良的影響。此全像顯示裝置可為一種裝置，在其中分隔層也對於至少一個磁光空間光調變器提供機構支援。此全像顯示裝置可為一種裝置，在其中分隔層是低於或等於10微米到100微米的等級。此全像顯示裝置可為一種裝置，在其中顯示裝置編碼全像圖，且能夠產生全像重建。此全像顯示裝置可為一種裝置，在其中顯示器是利用背光及微透鏡陣列進行照射。此全像顯示裝置可為一種裝置，在其中背光包括至少一個反射式偏光片，以提供光的直線偏化狀態。此全像顯示裝置可為一種裝置，在其中背光包括至少一個反射式偏光片，以提供光的圓形偏化狀態。此全像顯示裝置可為一種裝置，在其中微透鏡陣列在顯示器的小區域上提供局部同調性，此區域為顯示器的唯一部份，用來編碼使用在重建物件之給定點的資訊。此全像顯示裝置可為一種裝置，在其中全像重建可經由虛擬觀察者視窗觀察到。此全像顯示裝置可為一種裝置，在其中虛擬觀察者視窗可利用空間或時間上多工進行舖置。此全像顯示裝置可為一種裝置，在其中只有當觀察者的眼睛是接近光源的影像平面位置時，才能正確觀察到全像重建。此全像顯示裝置可為一種裝置，在其中重建三維場景的大小是為具全像圖媒介大小的函數，重建的三維場景可位於由具全像圖的媒介以及可觀看到重建三維場景的虛擬觀察者視窗所定義出的體積內之任何地方。此全像顯示裝置可為一種裝置，在其中顯示器會編碼全像圖，此全像圖包含具有重建三維場景單一點所需資訊的區域，此點可從已定義的觀看位置 所看見；此區域(a)編碼關於在重建場景中單一點的資訊，(b)且為全像圖中唯一編碼那點資訊的區域，以及(c)尺寸大小是受到限制，以形成整體全像圖的一部分，尺寸大小需讓由較高繞射階層對於那點所產生的多重重建能不被已定義的觀看位置所觀看到。此全像顯示裝置可為一種裝置，在其中顯示器是可操作的，以對於觀察者的左眼接著右眼，在包含全像的媒介上進行時間上依序地重新編碼全像圖。此全像顯示裝置可為一種裝置，在其中顯示器是可操作的，以對於兩個或更多個觀察者的左眼接著右眼，在包含全像的媒介上進行時間上依序地重新編碼全像圖。此全像顯示裝置可為一種裝置，在其中顯示器是可操作的，使得全像重建為全像圖的菲涅耳轉換，而不是全像圖的傅立葉轉換。此全像顯示裝置可為一種裝置，在其中顯示器會編碼全像圖，此全像圖可透過決定在接近觀察者眼睛位置的波前而產生，此波前可由重建物件的真實版本所產生。此全像顯示裝置可為一種裝置，在其中具有稜鏡元件，以提供光束操控。此全像顯示裝置可為一種裝置，在其中具有一個顯示器中的電腦層。此全像顯示裝置可為一種具有眼睛追蹤的裝置。

在另一方面，提供了一個製造全像顯示裝置的方法，包括取得玻璃基板，以及在基板上連續地印刷或是以其它方式產生第一磁光空間光調變器與第二磁光空間光調變器層的步驟。

在另一方面，提出了一個產生全像重建的方法，包含使用上述顯示裝置的步驟。

在另一方面，提供了一個磁光空間光調變器與充份同調性的緊密型光源的緊密組合，此組合能夠在適當的照明情況下產生三維影像。此緊密的組合可為一種裝置，在其中不需要具備成像光 學。此緊密的組合可為一種裝置，在其中裝置元件的全部厚度是少於3cm。此緊密的組合可為一種裝置，在其中具有柔軟孔徑提供緊密組合的像素。

在另一方面，提供了兩個磁光空間光調變器的緊密組合，可使用來依序且緊密的調變光的振幅及相位，使得由振幅與相位所構成的複數值，可以逐一像素的方式在傳送光中進行編碼。此緊密的組合可為一種裝置，在其中不需要具備有成像光學。此緊密的組合可為一種裝置，在其中裝置元件的全部厚度是少於3cm。此緊密的組合可為一種裝置，在其中具有柔軟孔徑提供裝置的像素。此緊密的組合可為一種裝置，在其中兩個磁光空間光調變器是利用排列像素直接連接或是黏合在一起。此緊密的組合可為一種裝置，在其中兩個磁光空間光調變器的間隔是低於或等於10微米到100微米的等級。此緊密的組合可為一種裝置，在其中從一個磁光空間光調變器通過另一個磁光空間光調變器的光的繞射是採用制夫朗和斐繞射(Fresnel diffraction)方式，而不是採用遠場繞射(far-field diffraction)方式。此緊密的組合可為一種裝置，在其中於兩個磁光空間光調變器之間具有透鏡陣列，以使得每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的對應像素上。此緊密的組合可為一種裝置，在其中第一磁光空間光調變器像素的孔徑寬是使得像素串音能夠獲得最小化。此緊密的組合可為一種裝置，在其中第一磁光空間光調變器像素的孔徑寬是使得它能讓到第二磁光空間光調變器像素的像素串音，以夫朗和斐繞射方式獲得最小化。此緊密的組合可為一種裝置，在其中是使用光纖面板來成像第一磁光空間光調變器的像素至第二磁光空間光調變器的像素上。

在另一方面，提供了一個大倍率的三維影像顯示裝置元件，包含一個或二個磁光空間光調變器的緊密組合，且具有目標的全像重建。此顯示裝置元件可包含一個或二個磁光空間光調變器與充份同調性緊密型光源的緊密組合。此顯示裝置元件可包含一個或二個磁光空間光調變器與充份同調性緊密型光源的緊密組合，以使得這樣的組合能產生三維影像。此顯示裝置元件可包含一個或二個磁光空間光調變器與充份同調性緊密型光源的緊密組合，在其中光源會經由透鏡陣列擴大10至60倍。此顯示裝置元件可包含一個或二個磁光空間光調變器與充份同調性緊密型光源的緊密組合，在其中至少一個磁光空間光調變器是設置在光源的30mm範圍之內。此顯示裝置元件可包含一個或二個磁光空間光調變器與充份同調性緊密型光源的緊密組合，以使得這樣的組合能產生可經由虛擬觀察者視窗觀察到的三維影像。此顯示裝置元件可為一種元件，在其中虛擬觀察者視窗是限制在空間光調變器中所編碼的資訊的傅立葉頻譜的一個繞射階級。所顯示的虛擬觀察者視窗可為可追蹤式或是不可追蹤式。所顯示的虛擬觀察者視窗可利用空間或時間上多工，將數個虛擬觀察者視窗拼湊成擴大的虛擬觀察者視窗。此顯示裝置元件可包含一個或二個磁光空間光調變器與充份同調性緊密型光源的緊密組合，且在其中光源陣列中的光源僅具有部分的空間同調性。此顯示裝置元件可包含在個人數位助理中。此顯示裝置元件可包含在行動電話中。在空間光調變器上編碼的全像圖的計算可由外部的編碼單位執行，接著再將顯示資料傳送至裝置元件中，以顯示全像產生的三維影像。

在另一方面，提供了一個製造全像顯示裝置的方法，包括取得玻璃基板以及在基板上連續地印刷或是以其它方式產生一個或 二個磁光空間光調變器層的步驟，此裝置包含一個大倍率的三維影像顯示裝置元件，此大倍率的三維影像顯示裝置元件是由一個或二個磁光空間光調變器的緊密組合所構成，並具有目標的全像重建。

在另一方面，提出了一個產生全像重建的方法，包含使用上述顯示裝置元件的步驟。

關於“空間光調變器編碼全像圖”是指全像圖是在空間光調變器上進行編碼。

以下將描述各種實施例。 A.具有磁光空間光調變器的全像顯示裝置

這個實施例提供了一種具有磁光空間光調變器的全像顯示裝置，這樣的組合能夠在適當的照明情況下產生三維影像。此顯示可由多光源或單一光源所照亮。此全像顯示裝置可使用在電視、螢幕、筆記型電腦、行動電話、個人數位助理、數位隨身聽或是任何其它具有顯示器的裝置。

這個實施例與用於光的調變的空間光調變器有關，例如：振幅、相位或是振幅及相位組合的調變。尤其，這是關於以利用法拉第效應進行光調變為基礎的空間光調變器。此空間光調變器可使用在全像顯示中。

根據磁場在光傳播方向的應用，法拉第效應能將其本身展現為媒介中線性偏光的旋轉。它是由此方程式量化描述α=V L H (1) 其中，α是極化旋轉的角度，V是費爾德(Verdet)常數，L是媒介的長度及H是磁場強度。法拉第效應是透過磁場引入的非均質性(anisotropy)所產生。磁場為一種軸向量(axial vector)，也就是對於旋轉慣用手(handedness of rotation)的敏感度(sensitivity)。因此，左與右圓偏光不再是為衰退狀態，它們在媒介中會經歷不同的折射率以及經歷不同的相位位移。因為線性偏光是由慣用左手及慣用右手的圓形偏光所構成，若這些構成要素具有不同的相位位移，當這些圓形構成要素要再組合成線性偏光時，將會導致線性偏化角度的旋轉。

通常，費爾德常數V是很小的，因此顯著的旋轉角α是需要長的長度L或者高的磁場H。法拉第效應在包含磁光層堆疊的磁性光子晶體(magneto-photonic crystal)中會顯著的增加。對於空間光調變器，這幫助了法拉第效應在具小磁場的薄結構中的使用。這是描述在，例如，從網際網路中所獲得的“A Presentation for Investors”by Panorama Labs of Rockefeller Center,1230 Avenue of the Americas,7th Floor,New York,NY 10020 USA(www.panoramalabs.com)(此文件在此列為參考)。此文件可從web.archive.org網站中獲得。

如圖三所示，Panorama Labs已經發表了使用法拉第效應的空間光調變器。它包含磁性光子晶體、輸入和輸出偏光片，以及線圈陣列。對於具有16μm像素間距的空間光調變器的每個像素，都有一個對應的線圈。磁性光子晶體是由多個磁光層的堆疊所構成，多個磁光層相較於單一層可增強法拉第效應。關於電流的應用，線圈會在每一個像素中產生局部磁場，使得通過此像素的光的線性偏化引發旋轉。輸出偏光片只傳送特定的偏化角度。因此， 每一個像素的透射比(transmittance)能藉由線圈中的電流進行調變。圖三顯示了包含偏光片301、磁性光子晶體(MPC)、線圈303及分析器302的空間光調變器的一個像素。常數輸入強度p0會被調變，以給定時間(t)相依輸出強度函數p(t)。

相較於液晶或是微電機系統-空間光調變器，法拉第效應空間光調變器的優勢是具有快速的回應時間。Panorama Labs發表了20ns回應時間的法拉第效應空間光調變器，這比液晶(大約10ms)或是微電機系統(大約10μs)空間光調變器是要快上許多的。磁光空間光調變器可用於電子式全像顯示。在全像顯示的一個方法中，會產生虛擬觀察者視窗(VOW)。如果虛擬觀察者視窗是位在觀察者的眼睛位置時，重建的目標將可被看見。每個觀察者的每個眼睛都需要一個虛擬觀察者視窗。如果虛擬觀察實視窗與顏色紅色(R)、綠色(G)及藍色(B)是依序產生時，則需要較高的框速率。為了避免閃爍，對於每個眼睛的框速率至少需要為30Hz。舉一個例子，例如對於3個觀察者，需要30Hz * 2個眼睛* 3個觀察者* 3個顏色=540Hz的框速率。這會比液晶-空間光調變器的框速度要來的快許多。已知的快速微電機系統-空間光調變器並沒有提供高解析度的相位調變。調變振幅及相位的空間光調變器是更適合應用在電子式全像顯示中。複數值的全像圖比純粹振幅或純粹相位的全像圖具有較好的重建品質與較高的亮度。在圖三中，習用由Panorama Labs所發表的法拉第效應空間光調變器的唯一顯著影響，是它對於傳送光振幅的調變。除此之外，圖三中習用由Panorama Labs所發表的法拉第效應空間光調變器，並沒有照射充份同調性的光，以促使三維影像的產生。

圖一為一個實施例。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，以便能夠產生三維影像。在US 2006/250671中提出了一個用於大區域影像全像圖的例子，在此作為參考，並且於圖四顯示了其中一個例子。如同10的裝置可採用白色光源陣列的形式，例如冷陰極螢光燈(cold cathode fluorescent lamps)或是發出的光線為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的光源可由紅色、綠色及藍色雷射所組成，或是由發出充份同調性光的紅色、綠色及藍色發光二極體所組成。然而，相較於雷射光源，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。雷射光源具有一些缺點，例如會在全像重建上造成雷射斑點(laser speckle)、相對上較為昂貴以及可能會傷害全像顯示觀看者或是進行全像顯示裝置組裝之工作人員的眼睛等安全性問題。

元件10可包含一個或兩個稜鏡光學膜，用以增加顯示器的亮度：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。

全像圖產生器15的大小可具有一定範圍，像是從應用在行動電話次螢幕中一公分的螢幕尺寸(或更小)，直至用於室內大型顯示的一公尺螢幕寸尺大小(或更大)。因此，元件10-14全部的厚度可從一公釐，或甚至更小，一直到數十公分，或甚至更多(例如應用在室內大型顯示的情況)。元件11是偏光元件，或是一組偏光元件。其中一個例子是線性偏光片。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12可由色彩過濾器陣列所構成，使得彩色光線(例如紅色、綠色及藍色光)的像素是射向元件13，儘管如果使用彩色光源時，並不需要色彩過濾器。元件13是磁光空間光調變器。在最簡單的形式中，元件13是為傳導材料線圈所形成的陣列，每個皆用來獨立控制顯示器中經歷光橫越它所對應的像素的磁場。這樣的控制可由光通過具有顯著費爾德常數V的媒介來獲得幫助，使得線性偏光可在其通過媒介時，獲得顯著的旋轉α，如同方程式(1)中所描述的。此媒介可為摻雜玻璃纖維圓柱的形式，或是類似的形狀，如在US2005/0201705中所描述的內容。此媒介也可為磁光薄膜的形式，如在WO2005/122479A2中所描述的內容，或是為磁性光子晶體層的形式。離開媒介的光會接著通過光偏化層14，例如線性偏光片。

如果元件11是用於光的圓形偏化狀態的反射式偏光片，則圓形偏化光會從元件11傳送至元件12，而正交偏化光會反射回元件10，以提供可能的回收，且在此期間它的偏化可能會改變為由元件11所傳送的狀態。在這個例子中，元件13之後的偏光片14是由四分之一波片(quarter wave plate)所組成，用以將圓形偏化光轉換成線性偏化，接著之後為線性偏化薄片。四分之一波片的作用可能會超過可見光譜，例如在US 7,054,049中所描述的內容；也具有其它已知作用超過可見光譜的四分之一波片。線性偏化片14可設定在方位旋轉角度，使得在沒有電流流過陣列線圈的時候，H為零且遍及像素的陣列，因此對於陣列的全部像素而言，偏化狀態並沒有改變，並且顯示器是為暗的狀態。其它的設定，可從習用技術中獲得。在陣列線圈中的電流可以逐一像素的方式改變偏 化狀態，由此使得影像(例如彩色影像)可被顯示。其中，至磁光空間光調變器的光輸入偏化狀態是單純圓形偏化狀態，在線圈內的電流會使得相位能夠在圓形偏化狀態上編碼，如同在本案其它地方所描述的內容。這樣的相位編碼可讓具相位資訊的全像圖編碼於其上。

如果元件11是用於光的線性偏化狀態的反射式偏光片，則線性偏化光會從元件11傳送至元件12，而正交偏化光會反射回元件10，以提供可能的回收，且在此期間它的偏化可能會改變為由元件11所傳送的狀態。在這個例子中，在元件13之後的偏光片14是線性偏化片。線性偏化片14可設定在方位旋轉角度，使得在沒有電流流過陣列線圈的時候，H為零且遍及像素的陣列，因此對於陣列的全部像素而言，偏化狀態並沒有改變，並且顯示器是為暗的狀態。其它的設定，可從習用技術中獲得。在陣列線圈中的電流可以逐一像素的方式改變偏化狀態，由此使得影像(例如彩色影像)可被顯示。其中，至磁光空間光調變器的光輸入偏化狀態是單純線性偏化狀態，在線圈內的電流會使得振幅能夠在偏化狀態上編碼，如同在本案其它地方所描述的內容。這樣的振幅編碼可讓具振幅資訊的全像圖編碼於其上。

在圖一中，位於點16離包含全像圖產生器15的裝置一些距離的觀看者，可從15的方向觀看到三維影像。元件10、11、12、13及14可配置成實體連接(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，形成覆蓋在相鄰層之間的膜。實體連接可限制在小區域中，以確保正確的相互排列關係，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，以形成緊密的全像圖產生器15，或是藉由任何其它的方式(參考概要製造程序部份)。然而，如果元件15並不是特別要求緊密時，則元件10、11、12、13及14中，部份或全部的元件是可被分離的。

圖四是習用技術側視圖，顯示出垂直聚焦系統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至觀察者平面OP為例子。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，在垂直方向是具有充份同調性的，在水平方向是為非同調性的。這個光會通過光調變器SLM的傳輸元件。這個光藉由編碼全像圖的光調變器SLM的元件，僅在垂直方向產生繞射。聚焦元件1102在觀察者平面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所發射的光束是用來作為只通過聚焦系統1104的聚焦元件1102的例子。在圖四中，三個光束呈現了第一繞射階級1105、第零階級1106及負一階級1107。與單一點光源相比，線光源可允許非常高的光強度產生。使用多個已增加效率且針對重建三維場景的每一個部分皆指派一個線光源的全像區域可提升有效的光強度。另一個不採用雷射的優點是多個例如設置在可為遮光器一部份的槽光圈(slot diaphragm)之後的傳統光源可產生充份的同調光。其中包含了眼睛1108。

雖然關於全像編碼申請人的較佳方法(透過使用虛擬觀察者視窗)是描述在如由申請人所提出的WO 2004/044659(US2006/0055994)中，在其中描述了一種利用充份同調光的繞射重建三維場景的裝置，但是需要釐清的是，在此所描述的全像顯示 並不是侷限在使用這樣的方法，而是包含全部已知可與磁光空間光調變器一起使用的全像顯示類型，像是習用已知的技術。

B.具有兩個串聯的磁光空間光調變器的全像顯示裝置

這個實施例是關於提供光的複雜調變的空間光調變器(SLM)，即振幅及相位的獨立調變。尤其，這是關於以利用法拉第效應進行光調變為基礎的空間光調變器。此空間光調變器可使用在全像顯示中。此全像顯示可使用在電視、螢幕、筆記型電腦、行動電話、個人數位助理、數位隨身聽或是任何其它具有顯示器的裝置。

這個實施例提供了一種具有兩個串聯的磁光空間光調變器的全像顯示裝置，這樣的組合能夠在適當的照明情況下產生三維影像。此顯示器可由多個光源或單一光源所照射。

這個實施例是關於二個用於光的調變的磁光空間光調變器，其中，每一個磁光空間光調變器調變振幅、相位或是振幅與相位的組合。尤其，每一個磁光空間光調變器是使用法拉第效應來調變光。此兩個形成組合的磁光空間光調變器可使用在全像顯示中。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。

包含一個或多個光源以及二個串聯的磁光空間光調變器的全像顯示裝置可用來依序調變光的振幅及相位，並且如果需要的話，可採用緊密的方式。這個實施例的例子包含第一磁光空間光調變器與第二磁光空間光調變器。第一磁光空間光調變器調變傳送光的振幅，第二磁光空間光調變器調變傳送光的相位。或者，也可以是第一磁光空間光調變器調變傳送光的相位，第二磁光空 間光調變器調變傳送光的振幅。或者，也可以是每個磁光空間光調變器調變振幅與相位的組合，使得兩個磁光空間光調變器的組合能幫助全複雜調變。每一個磁光空間光調變器可如同上述A部份所描述的內容。全部的裝配可如同在A部份所描述的內容，除了在此是使用兩個磁光空間光調變器。

在第一個步驟中，用於相位調變的圖樣是在第一磁光空間光調變器中寫入。在第二個步驟中，用於振幅調變的圖樣是在第二磁光空間光調變器中寫入。從第二磁光空間光調變器所傳送的光，在振幅及相位上已完成調變，因此，當觀察者觀察這二個磁光空間光調變器的裝置所發射的光時，可觀察到三維影像。

由於習用技術的發展，相位與振幅的調變技術促進了複數數值的表現。因此，這個實施例可應用於產生全像影像，使得觀看者可看到三維影像。

圖二描述了這個實施的例子。20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，以便能夠產生三維影像。在US 2006/250671中提出了一個用於大區域影像全像圖的例子。如同20的裝置可採用白色光源陣列的形式，例如冷陰極螢光燈(cold cathode fluorescent lamps)或是發出的光線為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的光源可由紅色、綠色及藍色雷射所組成，或是由發出充份同調性光的紅色、綠色及藍色發光二極體所組成。然而，相較於雷射光源，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。雷射光源具有一些缺點，例如會在全像重建上造成雷射斑點、相對上較為昂貴以及可能會傷害全像顯示觀看者或是進 行全像顯示裝置組裝之工作人員的眼睛等安全性問題。

元件20可包含一個或兩個稜鏡光學膜，用以增加顯示器的亮度：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。

全像圖產生器25的大小可具有一定範圍，像是從應用在行動電話次螢幕中一公分的螢幕尺寸(或更小)，直至用於室內大型顯示的一公尺螢幕寸尺大小(或更大)。因此，元件20-23、26-28全部的厚度可從一公釐，或甚至更小，一直到數十公分，或甚至更多(例如應用在室內大型顯示的情況)。元件21是偏光元件，或是一組偏光元件。其中一個例子是線性偏光片。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22可由色彩過濾器陣列所構成，使得彩色光線(例如紅色、綠色及藍色光)的像素是射向元件23，儘管如果使用彩色光源時，並不需要色彩過濾器。元件23是磁光空間光調變器。在最簡單的形式中，元件23是為傳導材料線圈所形成的陣列，每個皆用來獨立控制顯示器中經歷光橫越它所對應的像素的磁場。這樣的控制可由光通過具有顯著費爾德常數V的媒介來獲得幫助，使得線性偏光可在其通過媒介時，獲得顯著的旋轉α，如同方程式(1)中所描述的。此媒介可為摻雜玻璃纖維圓柱的形式，或是類似的形狀，如在US2005/0201705中所描述的內容。媒介也可為磁光薄膜的形式，如在WO2005/122479A2中所描述的內容，或是為磁性光子晶體。

元件26是偏光元件，或是一組偏光元件。元件27是磁光空間光調變器，例如上述關於元件23所描述的內容。離開磁光空間光調變器的光會接著通過光偏化層28，例如線性偏光片。關於傳送光，元件23調變振幅，元件27調變相位。也可以是元件27調變振幅，元件23調變相位-對於振幅為最大值時，希望能更精確的調變相位的情況(即具有較少的雜訊)，這樣是被認為較好的。將磁光空間光調變器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：當磁光空間光調變器23及27是非常靠近時，可實現通過磁光空間光調變器的彩色光光束的非重疊傳播的較佳近似值。

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的方向觀看到三維影像。元件20、21、22、23、26、27及28可以配置成實體連接(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，形成覆蓋在相鄰層之間的膜。實體連接可限制在小區域中，以確保正確的相互排列關係，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，以形成緊密的全像圖產生器25，或是藉由任何其它的方式(參考概要製造程序部份)。然而，如果並不是特別要求緊密時，則元件20、21、22、23、26、27及28中，部份或全部的元件是可被分離的。

我們在這裡給定編碼空間光調變器的兩個串聯磁光空間光調變器的簡單數學處理，對每個像素而言，為兩個線圈中的電流的函式。更精確的處理是有可能的。對於這些計算，調變相位的第一法拉第旋轉器、第一線性偏光片、調變振幅的第二法拉第旋轉 器以及第二線性偏光片會按照此順序被考慮進來。

第一線圈的長為L₁，電流為I₁，匝數為N₁。沿著本身軸線而產生的磁場因此而為H₁=N₁ I₁/L₁。第二線圈的長為L₂，電流為I₂，匝數為N₂。沿著本身軸線而產生的磁場因此而為H₂=N₂ I₂/L₂。這些方程式是從“Electromagnetic Fields and Waves”Second Edition by P.Lorrain and D.Corson(W.H.Freeman and Co,San Francisco,USA,1970)第315-318頁中所獲得的。

輸入光具有圓形偏化，且圓形偏化的複雜振幅可根據瓊斯運算法則(Jones calculus)表示為：

在第一旋轉器的法拉第效應會位移這個圓形偏化成份的相位：α₁=V₁ L₁ H₁=V₁ N₁ I₁如同方程式(1)所描述的。在法拉第旋轉器之後的振幅為 在第一線性偏光片之後的振幅為 關於由第二法拉第旋轉器所偏化旋轉的計算，線性偏化是分解成左及右圓形偏化狀態，並且相位分別位移α₂與-α₂，其中α₂=V₂ L₂ H₂=V₂ N₂ I₂ 在第二法拉第旋轉器之後的振幅為 最後，在第二線性偏光片之後的振幅為 兩個磁光空間光調變器調變振幅| cos(α₂)|與相位α₁。

因此，線圈電流I₁及I₂可用來控制每一個像素相位α₁及振幅因子| cos(α₂)|，因為這些量是分別等於V₁ N₁ I₁與| cos(V₂ N₂ I₂)|。

現在，我們給定實施的具體例子。兩個磁光空間光調變器是以串聯的方式組合在一起。每一層包含由線圈控制且獨立定址的調變像素。層會進行排列，因此在第一層像素中調變的光會接著由第二層對應的像素調變。每一層的調變特性是要使得兩個串聯的層能幫助光的複雜調變，即振幅及相位。此空間光調變器可包含可控制式稜鏡元件的陣列以幫助光束操控，但此為非必要的。此空間光調變器可包含整合式電腦，但此為非必要的。

圖五顯示了剖面圖，其中此空間光調變器包含：

．磁光空間光調變器的兩個層53、54、56、57

．用於光束操控的稜鏡元件59

．整合在空間光調變器中的電腦，提供全像圖的計算及控制調變器與稜鏡元件。這可稱為顯示器中的電腦(computer in a display,CIAD)52。對於這樣的電腦的電路可在玻璃基板上發展，如由申請人提出的專利申請號GB 0709376.8及GB 0709379.2中所描述的內容。在圖五中顯示了三個像素，真正的裝置應具有更多的像素， 例如真正的裝置可具有1000x1000的像素陣列，這包含百萬個像素。

圖五所顯示的裝置包含三個像素511、512及513與一個稜鏡元件59。當然，實施方式並不會限制在這些數目以及3：1這樣的比率。

圖五所顯示的空間光調變器包含幾個層具有

．底部玻璃基板51

．顯示器中的電腦52

．第一具有線圈的層53，在此顯示了三個線圈的剖面圖

．第一磁性光子晶體層54

．第一偏光片55

．第二磁性光子晶體層56

．第二具有線圈的層57，在此顯示了三個線圈的剖面圖

．第二偏光片58

．用於光束操控的稜鏡元件59

．頂部的玻璃基板510

在圖五中顯示了三個像素511、512及513。每一個像素堆疊是從線圈的第一層53延伸至第二偏光片58，如虛線所示。有關像素511的空間光調變器將會說明。光傳播的方向是從底部玻璃基板51至頂部玻璃基板510。

在第一磁性光子晶體層(MPC)54中，線圈514產生磁場，並且控制光的調變。光會通過第一偏光片55，接著由第二線圈516所控制的第二磁性光子晶體層56進行調變。第二偏光片58是在 像素511的輸出位置。每一個磁性光子晶體層是由磁光層的多層結構所組成，可大量提高費爾德常數。在“A Presentation for Investors”by Panorama Labs of Rockefeller Center,1230 Avenue of the Americas,7th Floor,New York,NY 10020 USA(www.panoramalabs.com)中描述了一些關於磁性光子晶體層的多層結構，可從網際網路上獲得。

這兩個磁性光子晶體層54、56是用於調變通過每個像素的光的相位及振幅。舉例而言，進入像素511的光是在左邊的圓形偏化狀態。光在通過磁性光子晶體層54之後仍是為左邊圓形偏化，並且具有與線圈514所產生的磁場有關的相位位移φ1。偏化片55會將左邊圓形偏化轉換成具有常數振幅及相位位移φ1的線性偏化。這個光接著會在磁性光子晶體層56中調變。之後，偏化仍為線性，但是偏化的方向會旋轉α角度，此角度會與線圈516所產生的磁場有關。在第二線性偏光片58之後，光會具有固定的偏化方向及與旋轉角度α有關的振幅。

以上是如何利用兩個磁性光子晶體在像素中調變光的相位及振幅的一個例子。當然，其它調變特性、輸入和輸出偏化及偏化片方向的組合都是可能的，如在習用技術可觀察到的方式。在每一個磁性光子晶體中，可具有振幅及相位的混合調變。對於全複雜調變，在本質上磁性光子晶體54及磁性光子晶體56中的組合調變會幫助從零到最大振幅值的振幅可控制複雜調變及從0到2π弧度的相位可控制複雜調變。

具有稜鏡元件59的光學層包含電極517、518及填滿兩個分離液體519、520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519、520之間介面的斜率是 依據施加在電極517、518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517、518的電壓所決定。因此，稜鏡元件59的作用如同可控制的光束操控元件。這對於申請人的方法應用在需要追蹤虛擬觀察者視窗至觀察者眼睛的電子式全像技術是一個重要的特性。由申請人所提出的專利申請號DE 102007024237.0及DE 102007024236.2描述了以稜鏡元件進行虛擬觀察者視窗至觀察者眼睛的追蹤。

非必要的顯示器中的電腦52是用以計算全像圖與控制像素的線圈中的電流，以及控制稜鏡元件。由申請人所提出的專利申請號GB 0709376.8及GB 0709379.2中描述了用於全像顯示的顯示器中的電腦實施方式。

在圖五中，顯示器中的電腦52是直接連接底部玻璃基板，且是利用薄膜電晶體科技所製成。線圈與稜鏡元件的控制信號是經由圖五中符號515所顯示的饋入裝置或傳導接點所轉換。這即為一個例子。其它位置的顯示器中的電腦也是可能的，例如：

．兩個顯示器中的電腦，一個在底部而另一個在頂部基板，同步可經由饋入裝置(feedthroughs)或是經由兩個顯示器中的電腦的外部同步操作來達成。

．兩個顯示器中的電腦，位於偏光片55的每一邊。這能確保至線圈的距離是很短的。

．一個或二個顯示器中的電腦，位於一個彈性薄片的一邊或兩邊上，此彈性薄片是裝設在玻璃基板、磁性光子晶體、線圈或偏光片上。 當然，實作方式並不是侷制在這裡所列的顯示器中的電腦的位置。

對於饋入裝置或是介於顯示器中的電腦、線圈與稜鏡元件的電極之間或是介於數個顯示器中的電腦之間的接點，具有數種可能性，例如：

．洞的蝕刻或鑽孔，或是洞及填滿傳導物質的光石版印刷製造。

．一個層的接點區域與另一層具有傳導膠黏劑的接點區域的黏合

．製造一個複合多層片，可包含一個或數個顯示器中的電腦、偏光片或線圈。 當然，實作方式並不是侷制在這裡所列的可能性。

必須小心避免或補償磁場之間的串音。

．在第一線圈514及第二線圈516(雜散磁場)的磁場之間會導致光調變錯誤的串音可被計算且進行補償。計算與補償可即時進行或是使用查表法。

．在鄰近像素之間的串音典型上是可以忽略的，因為離開線圈軸的雜散磁場是很小的。否則，串音是可利用即時或是查表法計算或補償。

．顯示器中的電腦至磁性光子晶體(反之亦然)的雜散磁場的串音可經由小心的佈線設計獲得最小化。舉例而言，具有相同但相反方向電流的電路路徑可設置在一起，使得遠場磁場抵銷至一個好的近似值。

光從一個像素到鄰近像素的串音可藉由像素內從53到58的短光學路徑(即在圖五中，在垂直於51且朝向510的方向)來避免之。這可將繞射光到鄰近像素的數量減低至可忽略的數值。

偏光片55、58也應該為薄層。例子包括：

．聚合物薄片偏光片(Polymer sheet polarizer)

．具有篏入式小金屬微粒的層，可吸收一個偏化方向。

．金屬線網格偏光片，由平行奈米金屬線的陣列所組成，能傳送一個偏化方向的光，並且反射另一個偏化方向(例如由Moxtek Inc.of 452 West 1260 North,Orem,UT 84057,USA所生產的產品)。

整個空間光調變器可為具有幾公分螢幕尺寸大小的小型空間光調變器，例如可作為行動電話的次螢幕，或者具有一公分或更小的螢幕尺寸，例如應用於投影顯示器中的空間光調變器，在其中會光學放大空間光調變器。或者，它可為具有大至一公尺或甚至更大螢幕尺寸(用於直視顯示中，在其中多個觀察者可看到空間光調變器的實際大小)的大型空間光調變器。螢幕尺寸大小介於大型與小型之間的空間光調變器也是可能應用在各種不同的應用。

在上述例子中所描述的空間光調變器具有下列特性

．兩個磁性光子晶體，用於獨立調變振幅與相位

．用於光束操控的稜鏡元件

．顯示器中的電腦，用於全像圖計算及線圈與稜鏡元件的控制。

也可以製造一個較不複雜的空間光調變器：

．不具稜鏡元件的空間光調變器可與外部光束操控元件結合使用，例如光源追蹤、掃描反射鏡(scanning mirrors)或外部的稜鏡元件。

．不具顯示器中的電腦的空間光調變器可與用於全像圖計算及線圈與稜鏡元件控制的外部電腦結合使用。

．不具眼睛追蹤的空間光調變器可在手持式裝置中使用，在其中使用者會手動旋轉裝置，以便將虛擬觀察者視窗設置在他的眼睛位置。

所揭露的空間光調變器是較適合用於全像顯示中，其為投影全像顯示或是直視全像顯示。具有用於光束操控的整合型稜鏡元件的空間光調變器是較適合用於全像顯示中，基於申請人的方法應用於使用虛擬觀察者視窗追蹤的全像顯示。

然而，對於全像編碼，申請人透過使用虛擬觀察者視窗的方法，是描述在例如由申請人所提出的WO 2004/044659(US2006/0055994)的內容中，在其中描述了一種關於利用充份同調光的繞射的方法重建三維場景的裝置，必須知道這個實施例的全像顯示並不是侷限在這樣的方法，而是包含所有已知的全像顯示類型，可與一對磁光空間光調變器結合使用，以產生複雜的全像編碼，如同在習用技術中可見的。

C. 磁光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種磁光空間光調變器與充份同調性的緊密型光源的緊密組合，這樣的組合能夠在適當的照明情況下產生三維影像。

在這個實施例中，描述了一個不需要成像光學的磁光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、聚焦工具、磁光空間光調變器及非必要的光束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影像。由於"不需要成像光學"，這意謂著沒有聚焦工具，除了用於聚焦光源或來源的方法之外，舉例而這，這樣的方法典型為微透鏡陣列。

圖十一描述了一種實施的例子。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 維影像。在US 2006/250671中提出了一個用於大區域影像全像圖的照明裝置的例子，圖四顯示了其中一個例子。如同110的裝置可採用白色光源陣列的形式，例如冷陰極螢光燈或是發出的光線為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的光源可由紅色、綠色及藍色雷射所組成，或是由發出充份同調性光的紅色、綠色及藍色發光二極體所組成。紅色、綠色及藍色發光二極體可為有機發光二極體(OLEDs)。然而，相較於雷射光源，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。雷射光源具有一些缺點，例如會在全像重建上造成雷射斑點(laser speckle)、相對上較為昂貴以及可能會傷害全像顯示觀看者或是進行全像顯示裝置組裝之工作人員的眼睛等安全性問題。

元件110可包含一個或兩個稜鏡光學膜，用以增加顯示器的亮度：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的厚度可約為數公分，或是更低。在較佳的實施例中，元件110-113，116全部的厚度會低於3cm，以便提供充份同調性的緊密光源。元件111可由色彩過濾器陣列所構成，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時，並不需要色彩過濾器。元件112是偏化元件，或是一組的偏化元件。元件113是磁光空間光調變器。元件116是偏化元件，或是一組的偏化元件。元件116之後可為光學光束分光鏡元件。位於點114離包含緊密全像圖產生器115的裝置一些距離的觀看者，可從115的方向觀看到三維影像。

在A部分所描述的光學構成要素可包含在緊密的全像圖產生器115中，如同在習用技術中可見的。

磁光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，以利用法拉第效應調變偏化光的偏化狀態。每個元件對入射的光會進行一些作用，例如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WO2005/076714A2中提供了一個磁光空間光調變器的例子，其它關於這類型的空間光調變器也是已知的。

元件110、111、112、113及116可配置成實體連接(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，形成覆蓋在相鄰層之間的膜。實體連接可限制在小區域中，以確保正確的相互排列關係，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，以形成緊密的全像圖產生器115，或是藉由任何其它的方式(參考概要製造程序部份)。

圖四是習用技術側視圖，顯示出垂直聚焦系統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至觀察者平面OP為例子。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，在垂直方向是具有充份同調性的，在水平方向是為非同調性的。這個光會通過光調變器SLM的傳輸元件。這個光藉由編碼全像圖的光調變器SLM的元件，僅在垂直方向產生繞射。聚焦元件1102在觀察者平 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所發射的光束是用來作為只通過聚焦系統1104的聚焦元件1102的例子。在圖四中，三個光束呈現了第一繞射階級1105、第零階級1106及負一階級1107。與單一點光源相比，線光源可允許非常高的光強度產生。使用多個已增加效率且針對重建三維場景的每一個部分皆指派一個線光源的全像區域可提升有效的光強度。另一個不採用雷射的優點是多個例如設置在可為遮光器一部份的槽光圈之後的傳統光源可產生充份的同調光。

一般而言，全像顯示是用來在虛擬觀察者視窗中重建波前。波前是一個實際物體會產生的東西，如果它存在的話。當觀察者的眼睛是位於虛擬觀察者視窗的位置時，他會看見重建的物件，其中虛擬觀察者視窗可能為多個虛擬觀察者視窗(VOWs)中的一個虛擬觀察者視窗。如圖六A所示，全像顯示是由下列構成要素所組成：光源601、透鏡602、空間光調變器SLM、非必要的光束分光鏡603及觀察者視窗604。

為了幫助空間光調變器與可顯示全像影像的緊密型光源的緊密組合產生，圖六A中的單一光源及單一透鏡可分別由光源陣列605及透鏡陣列606或透鏡狀陣列取代，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者平面。而空間光調變器編碼全像影像，且調變進入的波前，使得需求的波前可重建在虛擬觀察者視窗中。非必要的光束分光鏡元件可使用來產生數個虛擬觀察者視窗，例如一個用於左眼的虛擬觀察者視窗與一個用於右眼的虛擬觀察者視窗。

假設是使用光源陣列與透鏡陣列或是透鏡狀陣列時，則必須設置陣列中的光源，使得通過透鏡陣列或是透鏡狀陣列全部透鏡 的光會同時至虛擬觀察者視窗。

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，這樣的全像顯示將具有一英吋或數英吋大小的螢幕尺吋。適合的構成元件將在下面作詳細描述。

1)光源/光源陣列

在簡易的情況下，可使用固定的單一光源。如果觀察者移動，則可追蹤觀察者，並且調整顯示器，使得在新位置的觀察者可觀察到產生的影像。此時，若不是沒有虛擬觀察者視窗的追蹤，就是藉由空間光調器之後的光束操控元件來執行追蹤。

可設定的光源陣列可藉由另一個以背光照射的磁光空間光調變器來實現。為了產生點或線光源的陣列，只有適當的像素會切換到傳送狀態。這類型陣列的最大切換速度將會比其它空間光調變器中的切換速度快上許多，例如使用液晶或微電機系統技術的空間光調變器。這些光源的孔徑必須是足夠的小，以保證能提供充份空間同調性給予目標的全像重建。點光源的陣列可與二維排列的透鏡陣列一起使用。線光源的陣列是較推薦與由平行排列的圓柱形透鏡所組成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。當以有機發光二極體顯示器作為光源陣列時，只有在其上有切換的像素必須用來在眼睛的位置產生虛擬觀察者視窗。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必須是足夠的小，以保證提供充份空間同調性給予目標的全像重建。同樣的，點光源的陣 列是較適合與二維排列的透鏡陣列一起使用。線光源的陣列是較推薦與由平行排列的圓柱形透鏡所組成的透鏡狀陣列一起使用。

2)聚焦工具：單一透鏡，透鏡陣列或透鏡狀陣列

聚焦工具會成像一個光源或是多個光源至觀察者平面。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會在觀察者平面中。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。

對於磁光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。此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，可使用透鏡陣列。透鏡陣列包含二維排列的透鏡，且每一個透鏡是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，且每一個透鏡在光源陣列中具有一個對應的光源。如上所述，如果使用光源陣列與透鏡陣列或是透鏡狀陣列，則必須設置陣列中的光源，使得通過透鏡陣列或是透鏡狀陣列的全部透鏡的光能同時至虛擬觀察者視窗。

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是足夠大的，以保證重建物件的解析度充足。也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。也就是說每一個透鏡的孔徑應為一或數毫米的等級。

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二維的複數陣列所組成。因此，理想上空間光調變器應能調變通過空間光調變器的每一個像素的局部光束的振幅及相位。然而，典型的空間光調變器只能調變振幅或是相位，而不能獨立調變振幅與相位。

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，並且重建物件的亮度會較低。

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。

儘管磁光空間光調變器具有明顯邊緣的特性，會在它們的繞射圖樣中產生不希望的較高繞射階級，但這個問題可藉由使用軟孔徑來獲得改善或避免。軟孔徑是不具尖銳傳送截止(sharp transmission cut off)的孔徑。軟孔徑傳送方法的一個例子是具有高斯圖形(Gaussian profile)。高斯圖形是已知對於繞射系統具有幫助。原因是高斯函數的傅立葉轉換即為高斯函數本身的數學結果。因此，相較於利用在本身傳送圖形中具有尖銳截止的孔徑進行傳送，除了橫向比例參數之外，繞射不會改變光束強度波形函數。可提供高斯傳送圖形的薄片陣列。當這些被提供且與磁光空間光調變器的孔徑排列在一起時，與在光束傳送圖形中具有尖銳截止的系統相比，將會得到無較高繞射階級或是大量減低較高繞 射階級的系統。

4)光束分光鏡元件

虛擬觀察者視窗會限制在空間光調變器所編碼的資訊的傅立葉轉換的一個週期性區間內。使用現有最大解析度的空間光調變器，虛擬觀察者視窗的大小為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。關於這個問題的一個解決方法是利用多個虛擬觀察者視窗的空間多工：產生多個虛擬觀察者視窗。在空間多工的情況下，虛擬觀察者視窗會在空間光調變器上不同的位置同時產生。這可藉由光束分光鏡實現。舉例而言，空間光調變器上的一組像素利用虛擬觀察者視窗1的資訊編碼，另一組像素會利用虛擬觀察者視窗2的資訊編碼。光束分光鏡會將這二組的光區分，使得虛擬觀察者視窗1與虛擬觀察者視窗2會並列在觀察者平面。較大的虛擬觀察者視窗可利用無接縫配置虛擬觀察者視窗1與虛擬觀察者視窗2來產生。多工也可以用來產生對於左眼及右眼的虛擬觀察者視窗。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者視窗與對於右眼的一個或數個虛擬觀察者視窗之間可能會具有間隙。必需小心不要讓虛擬觀察者視窗的較高繞射階級與其它的虛擬觀察者視窗重疊。

光束分光鏡元件的一個簡易例子是由黑色條紋所組成的視差屏障，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。光束分光鏡元件的其它例子為透鏡陣列及稜鏡遮罩。在緊密的全像顯示中，典型地可能會期望具 有光束分光鏡元件，因為典型10毫米大小的虛擬觀察者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以外的另一個選擇。時間多工可藉由使用磁光空間光調變器來實現，因為磁光空間光調變器具有非常快的切換能力，如上所述。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，像素會針對紅色，綠色及藍色色彩元素進行分群。這些群在空間光調變器上是空間分隔，並且同時照射紅色，綠色及藍色光。每一群會利用針對目標的對應色彩元素所計算的全像圖進行編碼。每一群會重建全像目標重建中它的色彩元素。

5)時間多工

在時間多工的情況下，虛擬觀察者視窗會在空間光調變器上相同的位置相繼產生。這可藉由交替光源的位置與同步重編碼空間光調變器來實現。光源位置的交替必須使得觀察者平面中的虛擬觀察者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者視窗。

多工也可以用來產生左眼及右眼的虛擬觀察者視窗。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者視窗與對於右眼的一個或數個虛擬觀察者視窗之間可具有間隙。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組合使用。舉一個例子，三個虛擬觀察者視窗是為空間多工，用以產生對於一個眼睛的擴大虛擬觀察者視窗。這個擴大的虛擬觀察者視窗是時間多工，以產生對於 左眼的擴大虛擬觀察者視窗以及對於右眼的擴大虛擬觀察者視窗。

必需小心不要讓一個虛擬觀察者視窗的較高繞射階級與另一個虛擬觀察者視窗重疊。

對於擴大虛擬觀察者視窗的多工是較建議與空間光調變器的重編碼一起使用，因為對於觀察者移動，它提供了具連續視差變化的擴大虛擬觀察者視窗。簡單而言，不具重編碼的多工會在擴大的虛擬觀察者視窗的不同部份，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。對於時間多工，三個色彩元素的全像圖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步切換。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。

時間多工可藉由使用磁光空間光調變器來實現，因為磁光空間光調變器具有非常快的切換能力，如上所述。

6)眼睛追蹤

在具有眼睛追蹤的磁光空間光調變器與充份同調性的緊密型光源的緊密組合中，眼睛位置偵測器可偵測到觀察者的眼睛位置。所以，一個或數個虛擬觀察者視窗可自動地設置在眼睛的位置，使得觀察者可透過虛擬觀察者視窗看到重建的物件。

然而，因為額外的裝置需求與對於效能的電力需求限制，追蹤並不是都能被實踐的，尤其是對於可攜式裝置。如果沒有追蹤，觀察者必須自行調整顯示的位置。這是很容易可以做到的，因為在較佳的實施例中，緊密型顯示器是為手持式顯示器，可包含在個人數位助理或行動電話中。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，對於調整虛擬觀察者視窗來對應使用者眼睛的位置，並不會有太大的困難。大家都知道，手持式裝置的使用者會傾向自己調整手上裝置的方向，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，並不需要使用者眼睛追蹤的功能以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，如果對於這些裝置而言，額外的設備與電源需求並不會造成過度的負擔。

在沒有追蹤的情況下，為了簡化顯示器的調整，磁光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者視窗。較好的虛擬觀察者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所產生的單一較大虛擬觀察者視窗來完成，或是由使用大間距空間光調變器所產生的數個較小虛擬觀察者視窗拼湊而成。

虛擬觀察者視窗的位置是由光源陣列中的光源位置所決定。眼睛位置偵測器會偵測眼睛的位置，並且設定光源的位置，以使得虛擬觀察者視窗能適合眼睛的位置。在US2006/055994與US2006/250671中描述了這類型的追蹤。

另一種方式，當光源是位在固定的位置時，虛擬觀察者視窗可被移動。光源追蹤需要對於光源的光的入射角變化相對較不敏感的空間光調變器。如果光源是為了移動虛擬觀察者視窗位置而移動，由於在緊密組合中可能會有異常光傳播的情況，這樣的設定將可能很難透過緊密型光源與空間光調變器的緊密組合所實現。在這樣的情況中，在顯示器中具有固定的光學路徑及作為顯示器中最後光學元件的光束操控元件將會有所幫助。

7)例子

接著將描述一個磁光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，這樣的組合能夠在適當的照明情況下產生三維影像，並且可結合在個人數位助理或行動電話中。磁光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、磁光空間光調變器與透鏡陣列，如圖十二所示。在圖十二中，虛擬觀察者視窗是標示為OW。

根據虛擬觀察者視窗的需求位置，會在有機發光二極體顯示器中激活特定的像素。這些像素會照射磁光空間光調變器MOSLM，並且會藉由透鏡陣列1201成像至觀察者平面OW。在有機發光二極體顯示器OLED中，透鏡陣列的每個透鏡至少會有一個像素被激活。在繪圖給定的尺寸大小中，如果像素間距為20μm(12d1)，則可追蹤具有400μm(12d2)橫向增量的虛擬觀察者視窗。這樣的追蹤是準連續的(quasi-continuous)。

有機發光二極體像素為僅具有部份空間同調性的光源。部分的同調性會產生目標點的模糊重建。在繪圖給定的尺寸大小中，如果像素寬度為20μm，則在距離顯示器100mm的目標點會產生具有100μm橫向模糊的重建。這對於人類視覺系統的解析度而言是足夠的。

通過透鏡陣列中不同透鏡的光，並沒有顯著的相互同調性。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所決定。所以，對於人類的視覺系統而言，典型的透鏡間距將為1mm的層級，以確保充份的解析度。如果有機發光二極體的間距為20μm，則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射，則這表示每50^2=2,500個有機發光二極體中，僅有一個有機發光二極體將被照射。因此，此顯示器將為低功率顯示器。在實施例的全像顯示與習用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。習用的有機發光二極體顯示器可達到約1,000cd/m^2的發光度，(發明者於此實施方式中計算)，而在實務應用上，照射型有機發光二極體應能達到1,000cd/m^2發光度的數倍。

虛擬觀察者視窗是限制在空間光調變器中所編碼的資訊的傅立葉頻譜的一個繞射階級。如果磁光空間光調變器的像素間距為20μm，在500nm的波長，虛擬觀察者視窗會具有10mm的寬度。虛擬觀察者視窗可利用空間或時間多工，將數個虛擬觀察者視窗拼湊成擴大的虛擬觀察者視窗。在空間多工的情況下會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、綠色及藍色像素是依序利用空間光調變器的同步重編碼進行激活，此空間光調變器具有針對紅色、綠色及藍色光學波長進行計算的全像圖。

顯示器可包含眼睛位置偵測器，用以偵測觀察者眼睛的位置。眼睛位置偵測器連接控制單位，此控制單位是用來控制有機發光二極體顯示器像素的激活。

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執行，因為它需要較高的計算能力。顯示資料會接著傳送至個人數位助理或行動電話，以顯示全像產生的三維影像。

D.一對磁光空間光調變器的緊密組合

在另一個實施例中，可使用二個磁光空間光調變器的組合，並以緊密的方式依序調變光的振幅及相位。所以，由振幅及相位所構成的複數可以逐一像素的方式在傳送光中編碼。

這個實施例包含二個磁光空間光調變器的緊密組合。第一磁光空間光調變器調變傳送光的振幅，第二磁光空間光調變器調變傳送光的相位。或者，也可以是第一磁光空間光調變器調變傳送光的相位，第二磁光空間光調變器調變傳送光的振幅-對於振幅為最大值時，期望能更精確調變相位的情況(即具有較少的雜訊)，這樣是被認為較好的。每一個磁光空間光調變器都可如同C部份所描述的一樣。除了採用二個磁光空間光調變器之外，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磁光空間光調變器調變特性的組合都是可能的。

在第一步驟中，第一磁光空間光調變器利用圖樣編碼，以進行振幅調變。在第二步驟中，第二磁光空間光調變器利用圖樣編碼，以進行相位調變。從第二磁光空間光調變器所傳送的光，在振幅及相位上已完成調變，因此，當觀察者觀察這二個磁光空間光調變器的裝置所發射的光時，可觀察到三維影像。

由於習用技術的發展，相位與振幅的調變技術促進了複數數值的表現。除此之外，磁光空間光調變器可具有高解析度。因此，這個實施例可應用於產生全像影像，使得觀看者可看到三維影像。

圖十三描述了一個實施的例子。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，以便能夠產生三維影像。在US 2006/250671中提出了一個用於大區域影像全像圖的例子，圖四顯示了其中一個例子。如同130的裝置可採用白色 光源陣列的形式，例如冷陰極螢光燈或是發出的光線為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的光源可由紅色、綠色及藍色雷射所組成，或是由發出充份同調性光的紅色、綠色及藍色發光二極體所組成。紅色、綠色及藍色發光二極體可為有機發光二極體(OLEDs)。然而，相較於雷射光源，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。雷射光源具有一些缺點，例如會在全像重建上造成雷射斑點、相對上較為昂貴以及可能會傷害全像顯示觀看者或是進行全像顯示裝置組裝之工作人員的眼睛等安全性問題。

元件130的厚度可約為數公分，或是更低。在較佳的實施例中，元件130-135全部的厚度會低於3cm，以便提供充份同調性的緊密光源。元件131可由色彩過濾器陣列所構成，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時，並不需要色彩過濾器。元件132是偏化元件，或是一組的偏化元件。元件133是磁光空間光調變器。元件134是磁光空間光調變器。元件133及134每一個都包含偏化元件或是一組的偏化元件。元件135是非必要的光束分光鏡元件。對於傳送光，元件133調變振幅，而元件134調變相位。或者，由元件134調變振幅，而元件133調變相位。將磁光空間光調變器134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：當磁光空間光調變器134及133是非常靠近時，可實現通過磁光空間光調變器的彩色光光束的非重疊傳播的較佳近似值。位於點137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的方向觀看到三維影像。

元件130、131、132、133、134及135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，形成覆蓋在相鄰層之間的膜。實體連接可限制在小區域中，以確保正確的相互排列關係，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，以形成緊密的全像圖產生器136，或是藉由任何其它的方式(參考概要製造程序部份)。

在磁光空間光調變器執行振幅調變處，典型的設定中，入射的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。振幅調變是由沿著光傳播方向施加的磁場中的線性偏化狀態的旋轉所控制，施加的磁場是利用法拉第效應影響光的偏化狀態。在這樣的裝置中，離開磁光空間光調變器的光會通過另一個線性偏光片，可讓光的偏化狀態發生任何的旋轉而致使強度減弱，如同它通過磁光空間光調變器時一樣。

在磁光空間光調變器執行相位調變處，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及四分之一的波片來達到線性偏化。相位調變是由沿著光傳播方向施加的磁場所控制，磁場會透過法拉第效應影響光的相位狀態。應用磁場是由流過線圈的電流所產生。在相位調變中，對於每個像素，輸出光束與輸入光束會具有相位差，且為流過對應每個像素的線圈的電流的函數。

一種用於緊密全像顯示的緊密組合，包含兩個以小的分隔或最小分隔方式結合的磁光空間光調變器。在較佳的實施例中，兩個空間光調變器是具有相同數量的像素。因為兩個磁光空間光調 變器對於觀察者而言，並不是等距離的，所以兩個磁光空間光調變器的像素間距可能需要稍稍的不同，用以補償不同距離對於觀察者所造成的影響。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，兩個空間光調變器會調變光，並且振幅與相位的複雜調變可獨立實現。舉一個例子，第一空間光調變器為振幅調變，而第二空間光調變器為相位調變。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的調變特性的組合都是可能的。

必須小心的是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。如果通過第一空間光調變器的像素的光，通過了第二空間光調變器鄰近非對應的像素時，將會產生串音現象。這個串音可能會致使影像品質降低。在此提供四種最小化像素間串音問題的可能方法。由習用的技術可顯而易見，這些方法是同樣可以應用在B部份的實施例。

(1)第一且最簡單的方法是直接將已調整排列像素過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上將會具有繞射現象，致使光發生偏離傳播。空間光調變器之間的分隔必須要能使得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10μm像素間距的兩個磁光空間光調變器的間隔，必須小於或等於10-100μm的層級。這在習用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的層級。當然，能使空間光調變器之間僅具有薄的分隔層的"三明治"製造方式，可列入至其中一個製造的程序當中。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磁光空間光調變器的裝置。

圖十四顯示了菲涅耳繞射數據圖表，且是針對由10μm寬狹縫所產生的繞射所計算而得，在二維模型中變化離狹縫的距離，其中縱軸為slit(z)，橫軸為slit(x)。均勻照射的狹縫是位在x軸上-5μm到+5μm之間的位置，並且z為零微米。採用的光傳送媒介是要能有1.5的折射率，這可能是用於緊密裝置的典型媒介。選定的光為具有633nm真空波長的紅光。綠色與藍色的波長是小於紅色光，因此對於紅色光的計算，在三個顏色紅色、綠色及藍色當中，表現出最強的繞射影響。可以使用Parametric Technology Corp.,Needham,MA,USA.的產品MathCad(RTM)軟體來執行計算。圖十五顯示一小部份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%的強度仍然位於狹縫的10μm寬的範圍內。因此，在這個二維模型中，小於5%的像素強度將會入射在每一個鄰近的像素上。這是在像素之間為零邊界寬的限制情況下所計算的結果。像素之間實際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此所計算的結果。在圖十四中，菲涅耳繞射圖接近狹縫，例如距離狹縫50μm，並且有點近似位於狹縫的高帽型強度函數(top-hat intensity function)。因此，在狹縫附近沒有寬的繞射特徵。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。圖十四中所顯示的寬的繞射特徵是作為距離狹縫300μm的例子。這說明了將兩個磁光空間光調變器設置的足夠接近可用來控制繞射效應，而且將兩個磁光空間光調變器設置的非常靠近的優點是繞射數據圖表的函數型式，會由遠場特性改變至在包含接近垂直於狹縫的軸的光時會較有效率的函數型式。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因為繞射效應引起必然發生且嚴重的像素串音問題。

圖十六顯示強度分佈的等高線圖，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。

在另一個實施例中，可利用減少第一磁光空間光調變器的像素孔徑區域來減輕在第二磁光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等同於每一個空間光調變器中的像素數量。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，以補償與觀察者的距離差異。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，如圖十七中光束171所示。同樣的，會有光通過鄰近的透鏡，因而可能引發串音現象，如光束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者視窗時，這將可以忽略。

每個透鏡的數值孔徑(Numerical Aperture,NA)必須是足夠大的，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。這也表示如果假定為幾合光學，且如果空間光調變器與透鏡陣列的間距為10μm，則透鏡陣列1704與每一空間光調變器1702,1703之間的最大距離大約為25μm。其中包含入射光1701。

也可能將每個空間光調變器的數個像素指派給透鏡陣列中的一個透鏡。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成像到一個在第二空間光調變器中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。如此可以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磁光空間光調變器1802的像素孔徑。從繞射的觀點來，在第二空間光調變器中，由第一空間光調變器的一個像素所照射的區域，是由第一磁光空間光調變器1802的像素孔徑寬度D及繞射角度所決定，如圖十八所示。在圖十八中，d為兩個磁光空間光調變器(MOSLM)1801,1802之間的距離，而w是兩個第一階級繞射最小值(發生於第零階級最大值的任一邊)之間的距離。這是假定為夫朗和斐(Fraunhofer)繞射，或是合理的夫朗和斐繞射近似。其中包含入射光(Incident Light)1801。

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範圍，如圖十八中虛線所示。而另一方面，依照繞射角度正比於夫朗和斐繞射中的1/D，繞射角度會增加。這增加了在第二磁光空間光調變器上的照射區域的寬度w.照射區域的全部寬度為w。在夫朗和斐繞射方法中，D可決定來使得它能在給定分隔d的情況，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0.5μm，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磁光空間光調變器之間的 距離來控制夫朗和斐繞射方式的繞射過程的準則。

(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。光纖的長度並且面板的厚度典型為數毫米，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。每一條光纖會將光從它的其中一端引導至另一端。因此，在面板一端的影像會被傳送至另一端，並且具有高解析度且不需要聚焦元件。這樣的面板可作為兩個空間光調變器之間的分隔層。多模光纖會比單模光纖較為合適，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為相配時，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(Fresnel back reflection losses)。

在兩個空間光調變器之間並沒有額外的覆蓋玻璃。通過第一磁光空間光調變器像素的光會被引導至第二磁光空間光調變器對應的像素。這會最小化鄰近像素的串音。面板會將第一空間光調變器輸出端的光分佈傳送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。如果平均而言每個像素是少於一個光纖的話，空間光調變器的解析度將會損失，造成顯示於全像顯示應用中的影像品質降低。

圖十顯示了用於編碼全像圖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，以便能夠產生三維影像。在US 2006/250671中提出了一個用於大區域影像全像圖的照射裝置的例子。如同104的 裝置可採用白色光源陣列的形式，例如冷陰極螢光燈或是發出的光線為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的光源可由紅色、綠色及藍色雷射所組成，或是由發出充份同調性光的紅色、綠色及藍色發光二極體所組成。然而，相較於雷射光源，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。雷射光源具有一些缺點，例如會在全像重建上造成雷射斑點、相對上較為昂貴以及可能會傷害全像顯示觀看者或是進行全像顯示裝置組裝之工作人員的眼睛等安全性問題。

元件104、100-103及109的全部厚度可約為數公分，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是光偏化元件，或是一組的光偏化元件。元件103是編碼相位資訊的磁光空間光調變器。元件109是編碼振幅資訊的磁光空間光調變器。元件103及109每一個包含光偏化元件或是一組的光偏化元件。元件103的每一個元件(在此以107表示)會與元件109中對應的元件排列(在此以108表示)。然而，儘管元件103與109中的元件具有相同的橫向間隔或間距，元件103中的元件大小會小於或等於元件109中的元件，因為離開元件107的光在進入元件109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離包含緊密型全像圖產生器105的裝置一些距離的觀看者，可從105的方向觀看到三維影像。排列元件104、100、101、102、103與109，使其能形成如之前所描述的實體連接，以 便能形成緊密的全像圖產生器105。在B部份所描述的光學構成要素可包含在緊密的全像圖產生器105中，如同在習用技術中可見的。

E.構成要素包含一個或二個磁光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影像顯示裝置

圖十九顯示了一個構成要素包含一個或二個磁光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影像顯示裝置。這個裝置的構成要素包括磁光空間光調變器與充份同調性的緊密型光源的緊密組合，這樣的組合能夠在適當的照明情況下，產生三維影像，並可在虛擬觀察者視窗(在圖十九標示為OW)中觀察到，且這個裝置元件可整合在例如個人數位助理或行動電話中。如圖十九所示，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1901、空間光調變器MOSLM及透鏡陣列1902。在圖十九中的空間光調變器包含一個或兩個磁光空間光調變器的緊密組合。

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，例如單色的發光二極體，放置在鄰近孔徑陣列的位置，使其能照射孔徑。如果孔徑是一維陣列的狹縫，由狹縫傳送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。典型的孔徑寬約為20μm。這樣的光源陣列適合用於產生對於一眼的觀察者視窗。

在圖十九中，光源陣列是設置在距離透鏡陣列u距離長度的位置。光源陣列可為圖一中元件10的光源，並且可選擇性的包含圖一中的元件12。確切的說，光源陣列中的每一個光源是設置在 距離透鏡陣列中它所對應的透鏡u距離長度的位置。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。虛擬觀察者視窗與透鏡陣列的距離為v。透鏡陣列中的透鏡是聚光鏡，且聚焦長度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。在更佳的實施例中，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。在更佳的實施例中，u的值大約為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過後的光源，在虛擬觀察者視窗被放大的因素。在較佳的實施例中，M的值是在10到60的範圍內。在更佳的實施例中，M大約為20。為了實現這樣的放大因數，以獲得好的全像影像品質，需要準確排列光源陣列與透鏡陣列。為了維持精確的排列，以及維持光源陣列與透鏡陣列之間的距離，直到超過元件的使用壽命為止，裝置元件需要具有非常好的機械穩定度。

虛擬觀察者視窗可為可追蹤式或是不可追蹤式。如果虛擬觀察者視窗是可追蹤式的，則根據所需的虛擬觀察者視窗位置，會啟動光源陣列中特定的光源。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者平面。對於透鏡陣列中的每一個透鏡，至少啟動一個光源陣列中的光源。這樣的追蹤是為準連續的。如果u為20mm且v為400mm，假若像素間距為20μm，則可追蹤具有400μm橫向增量的虛擬觀察者視窗。這樣的追蹤是準連續的。如果u為20mm且v為400mm，則f大概為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模糊的目標點重建。如果u為20mm且v為400mm，假若光源的寬度為20μm，則距離顯示器100mm的目標點的重建 會具有100μm的橫向模糊。這對於人類視覺系統的解析度而言是足夠的。

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。對於人類的視覺系統而言，典型的透鏡間距將為1mm的層級，以確保充份的解析度。

虛擬觀察者視窗是限制在空間光調變器中所編碼的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為20μm，在500nm的波長，虛擬觀察者視窗會具有10mm寬的寬度。虛擬觀察者視窗可利用空間或時間上多工，將數個虛擬觀察者視窗拼湊成擴大的虛擬觀察者視窗。在空間多工的情況下，會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、綠色及藍色像素是依序利用空間光調變器的同步重編碼進行激活，此空間光調變器具有針對紅色、綠色及藍色光學波長進行計算的全像圖。

形成顯示器的裝置元件中可包含眼睛位置偵測器，用以偵測觀察者眼睛的位置。眼睛位置偵測器連接控制單位，此控制單位是用來控制光源陣列中的光源的激活。

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執行，因為它需要較高的計算能力。顯示資料會接著傳送至個人數位助理或行動電話，以顯示全像產生的三維影像。

F.包含一對或兩對磁光空間光調變器的緊密組合的平面投影機器

除了將光投射至數個虛擬觀察者視窗之外，從全像顯示裝置發射的光也可以投射到螢幕或牆上或是一些其它的表面上。因此，在行動電話或個人數位助理中的三維顯示裝置也能像是以口袋型投影機的方式來使用。任何其它包含一對或兩對磁光空間光調變器的緊密組合的三維顯示裝置也能如同以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影的品質。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影像具有較好品質。

一對或兩對磁光空間光調變器的緊密組合，可作為投影器中的空間光調變器。由於此組合的大小為緊密的，投影機也將會是緊密的。投影機甚至可以是和行動電話或是個人數位助理一樣的裝置：可在"三維顯示器"與"投影器”模式間切換。

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影像可在光學遠場中全部的距離聚焦的優點。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進行複雜的調變，因此能具有非常佳的影像品質。

G.觀察者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者視窗(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，或是如同任何習用的全像顯示器。

數個處擬觀察者視窗(例如一個用於左眼的虛擬觀察者視窗與一個用於右眼的虛擬觀察者視窗)可利用空間或時間多工的方式產生是已知的。關於空間多工，兩個虛擬觀察者視窗是在同一個時間點產生，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，虛擬觀察者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，如圖四所示由習用技術WO 2006/027228所獲得的內容。這具有可利用已知的自動立體顯示器技術的優點。然而，它的缺點是不可能在水平方向上產生全像重建。取而代之的是使用所謂的1維編碼，可使得全像重建與移動視差僅在垂直方向產生。因此，垂直焦點是在重建物件的平面中，而水平焦點是在空間光調變器的平面中。這些散光會減少空間視覺的品質，意即它降低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，它們需要快速的空間光調變器，而在所有顯示器的尺寸中尚未有如此快速的空間光調變器，即使可找到也是過分的昂貴。

只有二維編碼能在水平與垂直方向同時提供全像重建，因此二維編碼不會產生散光，散光會減少空間視覺的品質，意即降低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以實現虛擬觀察者視窗的空間多工。

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，光束分光鏡會將光束區分為對於左眼虛擬觀察者視窗的光束及對於右眼虛擬觀察者視窗的光束。因此，必須考慮在光束分光鏡上的繞射。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。圖二十包含：入射光2001、填滿液晶的凹洞2002、液晶排列整齊的凹洞2003、主體材料2004及電場2005,2006。

圖二十二顯示了這個實施方式的一個例子。圖二十二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者視窗(VOWL)與用於右眼的虛擬觀察者視窗(VOWR)。在這個例子中，光源的數量為一個或多個；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。

圖二十三顯示了這個實施例的平面圖，在其中是使用稜鏡陣列作為光束分光鏡。照明裝置包含n個元件的二維光源陣列(LS1,LS2,...LSn)及n個元件的二維透鏡陣列(L1,L2,...Ln)，在圖二十三中只顯示了兩個光源與兩個透鏡。每一個光源是利用它所對應的透鏡成像至觀察者平面。光源陣列的間距與透鏡陣列的間距是要使得全部光源的影像能同時出現在觀察者平面，即包含兩個虛擬觀察者視窗的平面。在圖二十三中，並沒有顯示左眼虛擬觀察者視窗(VOWL)與右眼虛擬觀察者視窗(VOWR)，因為它們是在 超出圖外的位置，且是在圖的右側。可增加額外的視野透鏡(field lens)。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，即一至數毫米的層級。當光源是很小的或為點光源，且當使用二維透鏡陣列時，照明在每一個透鏡中是水平且垂直空間同調性的。透鏡陣列可為折射、繞射或全像式的。其中包含光束分光鏡2301。

在這個例子中，光束分光鏡是一維的垂直稜鏡陣列。入射在稜鏡的一個斜面的光，會偏斜至左眼虛擬觀察者視窗(to VOWL)，入射在稜鏡的另一個斜面的光，會偏斜至右眼虛擬觀察者視窗(to VOWR)。從相同LS與相同透鏡所產生的光線，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及垂直與水平移動視差的二維編碼是可能的。

全像圖是利用二維編碼在空間光調變器上進行編碼。對於左眼及右眼的全像圖是一行行交錯，意即隔行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，具有包含左眼全像資訊的行及包含右眼全像資訊的行。另一個方法，也可以是在稜鏡的每一個斜面下具有兩個或更多個全像圖的行，例如三行對於左眼虛擬觀察者視窗，並且接著為三行對於右眼虛擬觀察者視窗。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。

從具左眼全像的行發出的光會重建對於左眼的目標，並且照射左眼虛擬觀察者視窗(VOWL)；從具右眼全像的行發出的光會重 建對於右眼的目標，並且照射右眼虛擬觀察者視窗(VOWR)。因此，每一個眼睛會接收到適當的重建。如果稜鏡陣列的間距是充分小時，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，並且沒有散光現象。

當同調光照射光束分光鏡時，在光束分光鏡上將會有繞射。光束分光鏡可視為產生多重繞射階級的繞射光柵(diffraction grating)。斜的稜鏡斜面具有閃耀式光柵(blazed grating)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者視窗位置的一個繞射階級，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者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位移至這些位置，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者視窗的位置產生一個強度封裝sinc-squared函數的最大值，在右眼虛擬觀察者視窗的位置產生另一個強度封裝sinc-squared函數的最大值。其它繞射階級的強度將會很小(意即sinc squared強度函數的最大值是狹窄的)，並且將不會產生干擾串音，因為稜鏡陣列的填充因子(fill factor)是大的，例如接近100%。

如同在習用技術中可見的，為了提供虛擬觀察者視窗給予二個或更多個觀察者，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(apex angles)，但是不同程度的非對稱性，依序相鄰配置)來產生多個虛擬觀察者視窗。然而，使用靜態的稜鏡陣列是不能夠個別地追蹤觀察者。

在另一個例子中，每個透鏡可使用多於一個光源。每個透鏡多出來的光源可利用來產生額外的虛擬觀察者視窗，提供給予其它的觀察者。這是在WO 2004/044659(US2006/0055994)中所描述的內容，對於m個觀察者採用一個透鏡與m個光源的例子。關於此的另一個例子，是利用每個透鏡m個光源與雙倍的空間多工來產生m個左眼虛擬觀察者視窗及m個右眼虛擬觀察者視窗，提供給m個觀察者。每個透鏡m個光源是以m對1的對應方式，其中m是一個整數。

接著是這個實施方式的例子。使用20英吋的螢幕尺寸，並具有下列的參數值：觀察者的距離為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高的虛擬觀察者視窗(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行。因此，觀察者平面中的水平期間為3mm。這也同樣為虛擬觀察者視窗的寬度。這個寬度在直徑上是小於理想大約4mm的眼睛瞳孔大小。在另一個相似的例子中，如果空間光調變器具有50μm較小的間距，虛擬觀察者視窗將會具有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，使得光與包含虛擬觀察者視窗的平面相交。更精確來說，強度封裝sinc-squared函數的最大值需要偏斜±32.5mm。這對於2m的觀察者距離相當於是±0.93°的角度。對於折射率n=1.5的稜鏡，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的觀察者平面中的水平期間，另一個眼睛的位置是在大約21繞射階級的距離(意即65mm除以3mm)。因此，由另一個虛擬觀察者視窗的較高繞射階級所導致在左眼虛擬觀察者視窗與在右眼虛擬觀察者視窗之中的串音是可以忽略的。

為了實作追蹤，光源追蹤為一個簡單的追蹤方法，意即調整光源的位置。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相關於橫向偏移的擾亂。這將可能會導致擾亂串音。上述20英吋螢幕尺寸例子中的像素，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，像素的大小為145μm的作用區域及31μm的無作用的區域。如果稜鏡陣列的建構區域是朝向空間光調變器，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話，那麼追蹤的範圍將會更大。這個追蹤範圍並不是很大，但是對於一些追蹤是充夠的，減少對於觀看者的限制，像是限制他/她的眼睛的位置。

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特殊構成要素(specialized component)。另一種選擇是橫向機械式移動稜鏡陣列，雖然這是較不建議的，因為移動機械結構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虛擬觀察者視窗之間的固定分隔。這對於眼睛分隔不是標準的觀察者或是z-追蹤 可能會造成困擾。其中一個解決方法，是可使用包含封裝液晶區域(encapsulated liquid-crystal domains)的組件，如圖二十一所示，其中包含入射光2101、液晶排列整齊凹洞2102、填滿液晶的凹洞2103、最大扭轉的光束操控2104、主體材料2105及透明電極2106,2107。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，以便分別連續地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。如果虛擬觀察者視窗具有足夠容許不同眼睛分隔的觀察者與z-追蹤如此大的寬度時，則將不需要變量偏斜組件。

一個較複雜的解決方法是使用可控制式稜鏡陣列，例如e-wetting稜鏡陣列(如圖二十四所示)或是填滿液晶的稜鏡(如圖二十一所示)。在圖二十四中，具有稜鏡元件的層159包含電極1517、1518、填滿兩個分離的液體1519、1520的凹洞及光傳播的方向2401。每一個液體是填滿一個凹洞的稜形部分。舉一個例子，液體可以是油或水。在液體1519、1520之間介面的斜率是由施加在電極1517、1518的電壓所決定。如果液體具有不同的折射率時，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相當於可控制式光束操控元件。這對於申請人的方法應用在需要追蹤虛擬觀察者視窗至觀察者眼睛的電子式全像技術是一個重要的特性。由申請人所提出的專利申請號DE 102007024237.0及DE 102007024236.2描述了以稜鏡元件進行虛擬觀察者視窗至觀察者眼睛的追蹤。

這是一個用於緊密型手持式顯示器的實施例。Seiko(RTM)Epson(RTM)Corporation of Japan已發表了單色電子式定址空間光 調變器，例如D4：L3D13U 1.3英吋螢幕尺寸面板。描述一個使用D4：L3D13U液晶顯示器面板作為空間光調變器的例子。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。這個面板通常是用於二維影像投影顯示器。

這個例子是關於663nm的波長與50cm的觀察者距離的計算。在這個振幅調變空間光調變器中是使用軌跡相位(Detour-phase)編碼(布克哈特編碼)：需要三個像素來編碼一個複數。這三個關聯像素是呈垂直排列。如果稜鏡陣列光束分光鏡是整合在空間光調變器中，則稜鏡陣列的間距為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，以應付透視縮短。

虛擬觀察者視窗的高度是由用於編碼一個複數3 * 15μm=45μm的間距所決定，且為7.0mm。虛擬觀察者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，如果虛擬觀察者視窗是在眼睛的位置時，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散光問題。這確保了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。這對於0.5m的觀察者距離，相當於是±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的觀察者平面中的水平期間，另一個眼睛的位置是在大約6繞射階級的距離(意即65mm除以10.6mm)。因此， 由較高繞射階級所導致的串音是可以忽略的，因為稜鏡陣列具有高的填充因子，意即接近於100%。

這是一個用於大顯示器的實施例。全像顯示器可設計成使用具有50μm像素間距及20英吋螢幕尺寸的相位調變空間光調變器。對於如電視的應用，螢幕尺寸可能相當接近40英吋。關於這個設計的觀察者距離是2m，且波長是633nm。

利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呈垂直排列，並且對應的垂直間距為2 * 50μm=100μm。稜鏡陣列是整合在空間光調變器中，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行。這會產生12.7mm寬度與高度的虛擬觀察者視窗，且比眼睛的瞳孔還來的大。因此，如果虛擬觀察者視窗是在眼睛的位置時，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散光問題。這確保了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。這對於2m的觀察者距離，相當於是±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。

上述是關於觀察者離空間光調變器的距離為50cm與2m的例子。概括來說，這個實施例可應用至觀察者離空間光調變器為20cm至4m之間的距離。螢幕尺寸可介於1cm(例如用於行動電話 次螢幕)至50英吋(例如用於大尺寸電視)之間。

雷射光源

對於緊密的全像顯示器，RGB固態雷射光源可為適合的光源，例如以砷化銦鎵(GaInAs)或氮砷化銦鎵(GaInAsN)材料為基礎，因為它們是緊密的，且具有高度的光定向性(light directionality)。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為過高時，這可降低同調性的等級，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。

概要製造程序

接下來描述圖二裝置的製造程序概要，不過在習用技術中將可以看到許多關於這個程序的變化。

在一個圖二裝置的製造程序中，使用了透明基板。這樣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(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。顯示器中的電腦層是在玻璃上製作，如同由申請人所提出的專利申請號GB 0709376.8、GB 0709379.2中所描述的內容，在此列為參考。這樣的計算電路可設置在顯示器的像素 之間。這個電路接著由透明絕緣膜所覆蓋，像是(SiO₂)。磁光膜是設置在透明絕緣膜上。設置了微線圈陣列，相對應於顯示器的像素。在WO2005/122479A2中描述了類似的程序。線圈材料可為傳導材料，像是銅(Cu)或鋁(Al)。線圈陣列可製造來使其具有低的阻值及較大的匝數量。如圖七所示，相當於磁光膜72深度的圓柱凹糟71，會侵蝕到磁光膜內。所示，傳導材料會設置在圓柱凹槽71內，以實現微線圈81。值得注意的是凹糟可由雷射蝕刻(laser etching)所實現。具有兆分之一或千萬億分之一秒脈衝期間以及高峰值功率的極短脈衝雷射(Ultra-short pulsed laser)可限制熱的影響區域，並且使得材料移除過程由熔損(ablation)所控制，因此實現非常好的磁光膜精確性。接著製造一個或一組中間偏化層。在之後為另一個磁光膜，在其上製造了另一個如上所述的微線圈陣列。接著為另一個或是一套的偏化層。這完成了兩個鄰接的磁光空間光調變器裝置的結構。在之後為非必要的光束操控元件及玻璃蓋層。

對於在兩個磁光空間光調變器裝置之間具有足夠厚度的層是必要的，以便保證在一個磁光空間光調變器中的磁場不會影響另一個磁光空間光調變器的效能。一個或一組足夠厚度的中間偏化層可用來達成這個目標。然而，如果這一個或一組中間偏化層是不夠厚時，則可以增加層的厚度，例如使用光學膠將磁光空間光調變器裝置與足夠厚度的玻璃結合，或是設置另一個光學透明層，例如無機層或聚合物層。上述另一個光學透明層可為無機絕緣層，例如二氧化矽(silicon dioxide)、氮化矽(silicon nitride)或碳化矽(silicon carbide)，或是可為聚合型層(polymerizable layer)，例如環氧樹脂(epoxy)。配置可利用濺鍍(sputtering)完成，或是利用化學 氣相沉積(chemical vapour deposition)完成(對於無機絕緣層)，或是藉由印刷或塗層來完成(對於聚合型層)。無論如何，磁光空間光調變器裝置必須不能相隔太遠，以減少光學繞射效應導致有害的像素串音。例如，如果像素寬度為10微米，磁光空間光調變器層最好應相隔小於100微米。一個磁光空間光調變器的設定是至少執行振幅調變；另一個磁光空間光調變器的設定是至少執行相位調變。

裝置的第二磁光空間光調變器部份可製作成單一元件，接著結合到裝置的第一磁光空間光調變器部份上，利用例如一個用以確保磁光空間光調變器層之間具有充分分隔的玻璃層，使得每一個磁光空間光調變器層的磁場不會影響另一個磁光空間光調變器層的作用。在其中，裝置的第二磁光空間光調變器部份的製備是利用配置另外的材料在裝置的第一磁光空間光調變器部分上，這具有幫助第二磁光空間光調變器的像素與第一磁光空間光調變器的像素之間的精確排列的優點。

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。在使用的時候，表面909照射充分同調偏化可見的光至圖九中的裝置結構910，使得在點911位置的觀看者(距離裝置一些距離，與裝置的尺度有關)可看到三維影像。裝置中的層，從90直到901的尺度彼此並不相關。層90是基底層，例如玻璃層。層91是顯示器中的電腦層，在一些實施例中是可以省略的。層92是絕緣層。層93是磁光膜層。層94是微線圈陣列層。層95是一個或一組偏化層。層96是非必要的層，用以分離兩個微線圈陣列至需求標準。層97是另一個磁光膜層。層98是另一個微線圈陣列層。層99是另一個或另一組偏化層。層900是光束操控元 件陣列層。層901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，直到加入最後一層901為止。上述程序的優點，是能夠幫助結構的層的排列更為精確。或者，層的製造可以分成兩個或多個部分，再經由充份程度的排列結合在一起。

根據實施例對於裝置的製造，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。在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(colour fidelity)，也因此會降低裝置的效能。

然而，在此所描述的實施例是強調在磁光空間光調變器中的振幅與相位的連續編碼，由於習用技術的發展，任何二個不相等的振幅與相位組合的連續權重編碼，原則上都可使用來編碼全像像素，其中兩個組合是無關於任何實數倍數上相等，但是不包含複數(實數除外)。這個理由是像素可能的全像編碼的向量空間，會藉由任何兩個不相等的振幅與相位組合，在向量空間感知中延伸，其中兩個組合是無關於任何實數倍數上相等，但是不包含複數(實數除外)。

在此所顯示的圖示，相關的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。

技術入門

以下部份是提供一些實作上述實施例的系統中會用到的數個重要技術的入門。

在習用的全像技術中，觀察者可看見目標的全像重建(這可為改變的場景)；他與全像圖之間的距離並不是一定相關。在一個典型光學排列中，重建是位於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，重建具有與被重建的真實物件相同的遠場光分配。

一個早期的系統(在WO 2004/044659及US 2006/0055994中所描述的內容)定義了一個非常不同的排列方式，重建物件完全不是位於或接近全像圖的傅立葉平面。反而，虛擬觀察者視窗的區域是在全像圖的傅立葉平面；只有在觀察者將他的眼睛置於這個位置時，才能看見正確的重建。全像圖是在液晶顯示器(或是其它類型的空間光調變器)上編碼，並且被照射，使得虛擬觀察者視窗成為全像圖的傅立葉轉換(因此，它是直接成像在眼睛上的傅立葉轉換)；接著，重建物件會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)所定義(使用球面波前為模型，與遠場分配的平面波前不同)。這個重建可出現在虛擬觀察者視窗(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。

這樣的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)的像素間距問題。設計者的目標是使用像素間距為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間的週期性間隔是由λD/p所決定，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，重建物件必須維持小於週期性間隔；如果它是較大時，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，即使是具有昂貴且專業的小間距顯示器。但是利用現在的方法，虛擬觀察者視窗(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即可。因此，即使是僅具有中等間距大小的液晶顯示器，也是可以使用的。並且因為重建物件可在虛擬觀察者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。

還有另一個的優點。當計算全像圖時，以對重建物件的了解為開始-例如你可能會有賽車的三維影像檔案。那個檔案將會描述應該如何從數個不同的觀看位置看見物件。在習用的全像技術中，產生賽車重建所需的全像圖是直接從計算密集程序中的三維影像檔案中獲得。但是虛擬觀察者視窗的方法將能採用一個不同且更具計算效率的技術。以重建物件的一個平面為開始，我們可以計算虛擬觀察者視窗，因為這是目標的菲涅耳轉換。接著，我們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者視窗的波場(wave field)。我們接著計算全像圖，作為這個虛擬觀察者視窗的傅立葉轉換。雖然虛擬觀察者視窗包含物件的全部資訊，但是只有單一平面的虛擬觀察者視窗必須被轉換至全像圖，而不是多平面的物件。如果從虛擬觀察者視窗到全像圖的轉換並非是單一步驟，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單一個虛擬觀察者視窗的傅立葉轉換，而不是對於整個物件平面都有一個，可大量的減低計算量。

虛擬觀察者視窗方法的另一個引人注目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；相較之下，在習用全像技術中，重建給定目標點的資訊是分佈在整個全像圖。因為我們需要將資訊編碼到全像圖中非常小的區域，所以這說明了我們需要處理與編碼的資訊量是遠低於習用的全像技術。這同時也說明了即使是對於即時影像全像技術，依然可以使用習用的計算裝置，例如價格與效能都合乎大眾市場的習用數位信號處理器(digital signal processor,DSP)。

然而，仍具有一些低於期望的結果。第一，觀看全像圖的距離是很重要的-利用這樣的方法編碼及照射全像圖，只有當眼睛是位於全像圖的傅立葉平面時，才會看見正確的重建；而在一般的全像圖中，觀看距離並不是很重要。不過，有各式各樣的方法能用來減少這個Z敏感度或是關於此的設計。

同樣地，由於利用這樣的方法編碼及照射全像圖，正確的全像重建只能從一個精確而且很小的觀看位置(意即精確地定義Z，如上所述，並且X與Y座標)才能觀察到，因此可能會需要眼睛追蹤。和Z敏感度相同，有各式各樣的方法能夠用來減少X及Y敏感度，或是關於此的設計，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)，虛擬觀察者視窗的大小將會增加。此外，更有效率的編碼技術，像是基諾形式編碼(Kinoform encoding)，能促進使用較大部分的週期性間隔作為虛擬觀察者視 窗，增大虛擬觀察者視窗。

以上的描述是假設我們在處理傅立葉全像圖。虛擬觀察者視窗是在全像圖的傅立葉平面中，意即在光源的成像平面。其中一個優點，非繞射光會聚焦在所謂的直流點(DC-spot)中。這個方法也可使用在虛擬觀察者視窗不是在光源的成像平面的菲涅耳全像圖。然而，必須小心非繞射光不是像干擾背景為可見的。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，但是具有下列優點(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。

其它的細節是描述在US patent application 2006-0138711、US 2006-0139710與US 2006-0250671的內容中，這些內容是列為參考。

內容中使用的名詞術語 電腦產生的全像圖

根據實作，電腦產生的影像全像圖(CGH)是由場景計算而得的全像圖。電腦產生的影像全像圖可包含複數數值，用來代表重建場景所需的光波的振幅與相位。電腦產生的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

編碼是一種程序，在其中會提供空間光調變器(例如它的構成元件)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，在其中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者視窗至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的遠場中的光的傳播。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上的光分佈的傅立葉轉換。不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時，則傅立葉平面會等同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的近場中的光的傳播。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者視窗與空間光調變器之間，並且延伸至空間光調變器之後。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。在此所提及的不具成像光學是指在建構全像重建的時候，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，像是發光二極體。部份同調性光源的時間及空間同調性必須是充份的，以促進良好場景重建的產生，也就是放射表面的光譜線寬及橫向延展必須是充份小的。

微透鏡陣列

微透鏡陣列可在顯示器的一個小區域上提供局部同調性，此區域為顯示器的唯一部份，用來編碼用於重建物件之給定點的資訊。局部同調性典型是在陣列的一個微透鏡中。次全像圖(也就是 編碼區域)可能會比單一個微透鏡還大。接著，重建點將為數個來自不同微透鏡的重建的非同調超重疊(incoherent superposition)。典型的，次全像圖(也就是編碼區域)會在一個或二個微透鏡延伸。

虛擬觀察者視窗(VOW)

虛擬觀察者視窗是在觀察者平面中的虛擬視窗，可藉由它可看到重建的三維物件。虛擬觀察者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。虛擬觀察者視窗的大小必須至少是眼睛瞳孔的大小。如果具有眼睛追蹤的系統，且至少有一個虛擬觀察者視窗是設置在觀察者的眼睛位置時，則虛擬觀察者視窗可遠小於觀察者的橫向移動範圍。這促進了中等解析度及小週期性間隔的空間光調變器的使用。可以將虛擬觀察者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虛擬觀察者視窗，或是二個眼睛一起共用一個虛擬觀察者視窗。

週期性間隔

如果電腦產生的影像全像圖是顯示在包含可個別定址式元件的空間光調變器上，則會取樣電腦產生的影像全像圖。這個取樣會產生繞射圖樣的週期性重複。週期性間隔為λD/p，其中λ為波長，D是全像圖至傅立葉平面的距離，p是空間光調變器元件的間距。

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。這個光分佈是用來計算全像圖。理想上，觀察者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者視窗中的光分佈。

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。場景可以構成排列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，並且具有影響另一特性的不良作用。

10‧‧‧照明裝置

11‧‧‧偏光元件

12‧‧‧色彩過濾器陣列

13‧‧‧磁光空間光調變器

14‧‧‧偏化片

15‧‧‧全像圖產生器

16‧‧‧點

20‧‧‧照明裝置

21‧‧‧偏光元件

22‧‧‧色彩過濾器陣列

23‧‧‧磁光空間光調變器

24‧‧‧點

25‧‧‧全像圖產生器

26‧‧‧偏光元件

27‧‧‧磁光空間光調變器

28‧‧‧光偏化層

1101‧‧‧聚焦元件

1102‧‧‧聚焦元件

1103‧‧‧聚焦元件

1104‧‧‧聚焦系統

1105‧‧‧第一階級

1106‧‧‧第零階級

1107‧‧‧負一階級

51‧‧‧底部玻璃基板

52‧‧‧顯示器中的電腦

53‧‧‧具有線圈的層

54‧‧‧磁性光子晶體層

55‧‧‧偏光片

56‧‧‧磁性光子晶體層

57‧‧‧具有線圈的層

58‧‧‧偏光片

59‧‧‧稜鏡元件

510‧‧‧玻璃基板

511‧‧‧像素

512‧‧‧像素

513‧‧‧像素

514‧‧‧線圈

515‧‧‧饋入裝置

516‧‧‧線圈

517‧‧‧電極

518‧‧‧電極

519‧‧‧液體

520‧‧‧液體

71‧‧‧圓柱凹糟

72‧‧‧磁光膜

81‧‧‧微線圈

90‧‧‧基底層

91‧‧‧顯示器中的電腦層

92‧‧‧絕緣層

93‧‧‧磁光膜層

94‧‧‧微線圈陣列層

95‧‧‧偏化層

96‧‧‧分隔層

97‧‧‧磁光膜層

98‧‧‧微線圈陣列層

99‧‧‧偏化層

900‧‧‧光束操控元件陣列層

901‧‧‧遮蓋材料的平面

909‧‧‧表面

910‧‧‧裝置

911‧‧‧點

100‧‧‧透鏡狀陣列或微透鏡陣列

101‧‧‧色彩過濾器陣列

102‧‧‧光偏化元件

103‧‧‧磁光空間光調變器

104‧‧‧照明裝置

105‧‧‧全像圖產生器

106‧‧‧點

107‧‧‧元件

108‧‧‧元件

109‧‧‧磁光空間光調變器

110‧‧‧照明裝置

111‧‧‧色彩過濾器陣列

112‧‧‧偏化元件

113‧‧‧磁光空間光調變器

114‧‧‧點

115‧‧‧緊密全像圖產生器

116‧‧‧偏化元件

130‧‧‧照明裝置

131‧‧‧色彩過濾器陣列

132‧‧‧偏化元件

133‧‧‧磁光空間光調變器

134‧‧‧磁光空間光調變器

135‧‧‧光束分光鏡元件

136‧‧‧緊密全像圖產生器

137‧‧‧點

171‧‧‧光束

172‧‧‧光束

159‧‧‧具稜鏡元件的層

1517‧‧‧電極

1518‧‧‧電極

1519‧‧‧液體

1520‧‧‧液體

圖一為包含單一磁光空間光調變器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磁光空間光調變器；圖三為習用的磁光空間光調變器像素元素的部分示意圖；圖四為習用的全像顯示示意圖；圖五為包含成對元件的全像顯示裝置的一個實施例的三個像素剖面示意圖，其中每一個元件包含單一磁光空間光調變器；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；圖七為習用一個用於製造微線圈陣列的製造步驟示意圖；圖八為習用一個用於製造微線圈陣列的製造步驟示意圖；圖九為全像顯示裝置示意圖；圖十為全像顯示裝置示意圖，包含兩個磁光空間光調變器，用以連續編碼振幅及相位；圖十一為包括單一磁光空間光調變器的全像顯示裝置示意圖；圖十二為全像顯示的一個特定實施例示意圖；圖十三為全像顯示裝置示意圖，包含兩個磁光空間光調變器，用以連續編碼振幅及相位；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； 圖十七為兩個磁光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磁光空間光調變器行進至第二個磁光空間光調變器時，可能會發生的繞射程序示意圖；圖十九為全像顯示元件的一個實施例示意圖；圖二十為光束操控元件示意圖；圖二十一為光束操控元件示意圖；圖二十二為全像顯示的示意圖，包含二維光源陣列形式的光源2201、二維透鏡陣列形式的透鏡2202、空間光調變器(SLM)2203與光束分光鏡2204。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者視窗(VOWL)2205及用於右眼的虛擬觀察者視窗(VOWR)2206；圖二十三為全像顯示的示意圖，包含光源陣列中的二個光源LS1,LS2、透鏡陣列中的二個透鏡L1,L2、空間光調變器SLM與光束分光鏡2301。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者視窗(VOWL)及用於右眼的虛擬觀察者視窗(VOWR)；圖二十四為稜鏡光束操控元件的剖面示意圖。

90‧‧‧基底層

91‧‧‧顯示器中的電腦層

92‧‧‧絕緣層

93‧‧‧磁光膜層

94‧‧‧微線圈陣列層

95‧‧‧偏化層

96‧‧‧非必要的層

97‧‧‧磁光膜層

98‧‧‧微線圈陣列層

99‧‧‧偏化層

900‧‧‧光束操控元件陣列層

901‧‧‧遮蓋材料的平面

909‧‧‧表面

910‧‧‧裝置結構

911‧‧‧點

Claims (23)

1. 一種全像顯示裝置，包含至少一磁光空間光調變器，其中該全像顯示裝置係利用一法拉第效應(Faraday effect)來調變光。
2. 如申請專利範圍第1項所述之全像顯示裝置，其係包含一第一磁光空間光調變器與一第二磁光空間光調變器，該第一磁光空間光調變器與該第二磁光空間光調變器編碼一全像圖，並且該全像顯示裝置產生一全像重建。
3. 如申請專利範圍第2項所述之全像顯示裝置，其中該第一磁光空間光調變器與該第二磁光空間光調變器係以一獨立控制的方式調變一全像圖像素陣列的振幅與相位。
4. 如申請專利範圍第2項或第3項所述之全像顯示裝置，其包含該第一磁光空間光調變器與該第二磁光空間光調變器的一緊密組合，可用於以一緊密方式依序調變光的該振幅及該相位，使得由一振幅與一相位所構成的一複數值可以逐一像素的方式被編碼於一傳送的光中。
5. 如申請專利範圍第1項所述之全像顯示裝置，其包含一磁光空間光調變器與一充份同調性的緊密型光源的一緊密組合，該組合能夠在適當的照明情況下產生一三維影像。
6. 如申請專利範圍第1項所述之全像顯示裝置，其包含一大倍率三維影像顯示裝置元件，該大倍率三維影像顯示裝置元件包含 具有一物體的全像重建的一個磁光空間光調變器或二個磁光空間光調變器的一緊密組合。
7. 如申請專利範圍第1項所述之全像顯示裝置，其包含一個磁光空間光調變器或兩個磁光空間光調變器的一緊密組合且也可使用作為一投影器。
8. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之全像顯示裝置，其中一全像圖在該至少一磁光空間光調變器上編碼，並且由該全像顯示裝置產生一全像重建。
9. 如申請專利範圍第1項所述之全像顯示裝置，其中該法拉第效應是使用一磁性光子晶體來實現。
10. 如申請專利範圍第1項所述之全像顯示裝置，其中該法拉第效應是使用一摻雜玻璃纖維來實現。
11. 如申請專利範圍第1項所述之全像顯示裝置，其中該法拉第效應是使用一磁光膜來實現。
12. 如申請專利範圍第8項所述之全像顯示裝置，其中全像重建係可經由至少一虛擬觀察者視窗看見。
13. 如申請專利範圍第12項所述之全像顯示裝置，其中至少二個虛擬觀察者視窗被提供且其可利用空間或時間多工進行舖設。
14. 如申請專利範圍第8項所述之全像顯示裝置，其中該全像顯示 裝置可操作以對於至少一觀察者的左眼接著右眼，依時間順序重新編碼一全像圖攜帶媒介上的一全像圖。
15. 如申請專利範圍第1項所述之全像顯示裝置，其中該全像顯示裝置具有一光束操控元件或一光束分光鏡。
16. 如申請專利範圍第1項所述之全像顯示裝置，其中該全像顯示裝置具有一顯示器中的電腦(CIAD)層。
17. 如申請專利範圍第1項所述之全像顯示裝置，其中該全像顯示裝置具有一眼睛追蹤功能。
18. 如申請專利範圍第1項所述之全像顯示裝置，其中該全像顯示裝置以一背光及微透鏡陣列被照射。
19. 如申請專利範圍第1項所述之全像顯示裝置，其中該裝置為一電視。
20. 如申請專利範圍第1項所述之全像顯示裝置，其中該裝置為一螢幕。
21. 如申請專利範圍第1項所述之全像顯示裝置，其中該裝置為可攜式。
22. 一種製造一全像顯示裝置的方法，包含：提供一玻璃基板；以及在該玻璃基板上以連續印刷或是其它方式產生一磁光空間 光調變器的複數個層。
23. 一種產生一全像重建的方法，包含使用如上述申請專利範圍第1項至第21項中任一項所述之全像顯示裝置之步驟。