翻拍全像片

由透鏡成像拍攝出來的影像漂浮全像片，其可視物體全貌之距離會受 到透鏡孔徑與透鏡和物體的距離影響，另外，經由透鏡成像，還會有像差

f

d lens

α

α

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影響影像的品質，因此我們在本節中，將成像透鏡系統換成全像片，來改 善透鏡 f-number 的限制，並減少成像的像差變形。

全像片的翻拍概念由圖 44 所示，H1 與 H2 分別代表第一張全像片與 第二張全像片，R1 和 R2 分別代表第一張全像片記錄時所使用的參考光與 第二張全像片記錄時所使用的參考光，P1 與 P2 則分別代表第一張全像片的 重建光及第二張全像片的重建光，O 代表物體，*則是光場的共軛符號。

圖 44 全像片翻拍示意圖

拍攝第一張全像片 H1 時，與一般反射式架構相同，將物體放置在全像 片之後，並在全像片的另一側入射參考光 R1，如圖 44(a)，完成 H1 的拍攝。

之後再使用共軛參考光重建 H1 全像片，可以使用同一道光路，將全像片翻 轉，則對 H1 全像片來說，原先 R1 方向來的光，就是共軛的參考光 R1*，

使用共軛光重建全像片，會繞射出共軛的物體光，如 2.2 節中的( 22 )式所 示，將第二張全像片放置在共軛實像之後，在 H2 的另一側入射參考光 R2，

如圖 44(b)所示，完成 H2 的拍攝。以共軛參考光 R2*重建第二張全像片 H2，

繞射出共軛物體光的共軛光場，也就是與原物相同的物體光場，並且此物 體光場在第二張全像片前匯聚成實像，亦即完成漂浮實像全像片之製作。

第一張全像片 H1 的拍攝架構如圖 45，由於重建時，我們要避開重建 光的反射光，只取繞射的共軛實像作為第二次拍攝的物體光，所以在拍攝 H1 時，參考光必須大角度的入射全像片，並且物體也需要離全像片一段距 離，本實驗將物體與全像片 H1 之距離訂為 7cm。

P1=R1*

R1 R2 P2=R2*

O O* (O*)*=O

H1 H1 H2 H2

(a)H1 拍攝 (b)H1 重建與 H2 拍攝 (c)H2 重建

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圖 45 第一張全像片 H1 之拍攝架構

在圖 45 中，SH 為快門，M1 到 M6 為反射鏡，PBS 為偏振分光器，S.F.

為空間濾波器。因為物體距離底片 7cm，距離夠遠，並且為了打光亮度均 勻，我們採用平行光來對物體打光，而參考光的部分，為了方便翻拍時，

需要用共軛光來重建，所以我們使用平行光來做為參考光，在翻拍時，只 要將底片翻轉，就相當於入射共軛參考光重建。使用光偵測器測量參考光 與物體光的光強，參考光的光強為 10μW，物體光的光強為 3μW，曝光時 間由( 37 )式可知，曝光 134 秒。沖洗全像片的步驟如圖 32，沖洗完後陰乾 就完成 H1 的拍攝。

圖 46 為第一張全像片 H1 以共軛參考光重建的結果，在距離全像片 7cm 的紙屏上可以看到清楚的成像面，此為共軛實像。

M2 M1

laser

λ/2 PBS λ/2 S.F.

S.F.

M3

Object H1

SH

M4

M6

M5

7cm lens

lens

60

圖 46 第一張全像片 H1 之重驗共軛實像

圖 47 為第二張全像片 H2 的拍攝架構圖，將第一張全像片 H1 翻面，

使用共軛參考光去重建全像片，可以在大約 7cm 處得到共軛實像，在距離 第一張全像片 9cm 處放上第二張全像片 H2。

圖 47 第二張全像片 H2 之拍攝架構圖

7cm

M2 M1

laser

λ/2 PBS λ/2 S.F.

M3

H1 SH

M4

M7

M5

lens

lens

S.F.

H2

M6 紙屏上的

共軛實像

7cm

H1

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因為我們要使用 LED 點光源重建，所以在架設第二張全像片的參考光 R2 時，我們先利用空間濾波器及透鏡製造出一平面光，之後再使用另一透 鏡，讓透鏡的焦點落於與實像同側，如圖 47，實驗中，收斂球面參考光的 焦點距離底片大約 20cm，亦即在重建時，將點光源放置在 20cm 處，就是 對第二張全像片入射共軛參考光重建。使用光功率劑量測參考光與物體光 的光強，測得參考光為 17μW，物體光為 15μW，曝光時間由( 37 )式可知，

曝光 55 秒。沖洗全像片的步驟如圖 32，沖洗完後陰乾就完成 H2 的拍攝。

使用 LED 紅光模組重建全像片，將第二張全像片翻面重建，LED 放置 在距離全像片 20cm 處，重建結果如表 13 所示。

表 13 翻拍全像片實驗結果

影像

觀賞

位置 15cm 20cm 25cm 30cm

由重建影像可以知道，使用翻拍的全像片在 15cm 時就可以看到完整的 影像，可視距離小於 15cm，以下以實際數值來推導理論上的可視距離，示 意圖如圖 48。

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圖 48 翻拍全像片之可視距離與可視角

圖 48 紅色區域代表貓咪耳朵在拍攝與重建全像片時所記錄與繞射出來 的光場，圖 48 (a)與圖 48 (c)的紅色區域是經由翻拍，複製物體的光場，所 以為相似三角形的關係，而圖 48 (b)則是圖 48 (a)的共軛光場分布，光場分 布之幾何為以 H1 為中心的鏡射關係，圖 48(d)圖為 H2 重建圖 48(c)之放大 圖，在圖中之可視距離 x，我們可以由幾何關係知道 x=2.5/(6.3/2+2.5)*7≒

3.1cm，即可以在近距離就看到影像的全貌。我們可以將 H1 視為一個成像 透鏡，H1 的大小就相當於透鏡的孔徑大小 d，物體與 H1 的距離視為透鏡 的焦距 f，由此可得可視角α約為 48.5°。

因此使用全像片翻拍，就相當於使用一個短焦距且孔徑大的透鏡成像，

也就是使用一個低 f-number 的透鏡，不但可以讓可視距離縮短，可視角增 大，並且不是使用透鏡成像，也少了成像的像差影響。

O

H1 O^*

H1 H2

(O^*)^*=O H2

x 7cm

6.3cm 2.5cm

(a)H1 拍攝 (b)H1 重建& H2 拍攝 (c)H2 重建

(d)H2 重建與可視距離 (e)H2 重建與可視角

6.3cm

7cm α

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