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研究生： 廖展慶
Jan-ching Liao
論文名稱： 反射式凹面圓錐型成像面複合全像術之特性分析
指導教授： 鄭益祥
Yih-shyang Cheng
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 理學院 - 光電科學與工程學系
Department of Optics and Photonics
論文出版年： 2015
畢業學年度： 103
語文別： 中文
論文頁數： 148
中文關鍵詞： 反射式凹面圓錐型 、成像面 、複合全像術 、特性分析
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    • 2013年蘇育緯學長提出「影像前浮式之反射式成像面圓錐型複合全像術」，在水平維度與垂直維度的繞射光皆聚焦至觀測點上，觀賞者會看到前浮在圓錐上方近其對稱軸的三維立體實像。
    　　在本論文中，首先為了修正全像片彎曲所造成的「像散效應」，在參光系統加入圓柱透鏡，並且對應不同的圓錐半徑，將圓柱透鏡旋轉至特定角度。接著，在同樣的觀測距離，分析不同水平維度繞射光聚焦距離對於影像的影響。利用電腦模擬光線追跡，分析不同水平維度繞射光聚焦距離的情況，對人眼在空間中所看到的影像的影響，包含影像上各像點所觀看到的全像片張數與波長及其頻帶變化，並且改變不同觀賞位置，比較重建影像的寬度、高度與厚度的變化。過程中使用影像回推的方式求得原始待記錄之二維影像資訊，藉以修正全像片彎曲所造成的影像形變。最後使用線形的光源改善由於反射式全像片具有高度的波長選擇性所造成之觀賞視窗過於狹小的問題。

    　　“Reflection-type image-plane concave conical multiplex holographyˮ was proposed by Y. W. Su in 2013. Both in the horizontal and in the vertical dimensions the reconstructed image wave is focused onto the designated observation point for each individed image-plane hologram. The observers around the hologram can perceive a 3D real-image near the symmetry axis of the hologram cone during reconstruction.
    　　In this study, first of all, in order to amend for the “astigmatic effectˮ, which is caused by bending the hologram, we should place a cylindrical lens in the reference beam, and for different radius of hologram cone, we should rotate the axis of the cylindrical lens to specific angle. Secondly, we analyze images under the influence of different horizontal focal point for the image wave which is observed at the same observation distance. By using the computer simulation to trace all the relevant rays and compare the variation of the hologram numbers and the observed wavelength of the image points corresponding to different horizontal focal point, we can find out the change of the width-to-height ratio of the reconstructed image under different observation distances. We use the method of image simulation to amend the deformation caused by hologram bending. Finally, in order to increase the dimension of the vertical viewing window, we use a white-light source with a line filament to reconstruct the hologram.

    摘要………………………………………………………………………………i 致謝………………………………………………………………………………iii 目錄………………………………………………………………………………iv 圖目錄…………………………………………………………………………viii 表目錄…………………………………………………………………………xvi 第一章 導論……………………………………………………………………………………………………………………1 第二章 圓錐型複合全像技術簡介………………………………………………………………………5 2.1 傳統圓錐型複合全像術………………………………………………………………………5 2.2 成像面圓錐型複合全像術………………………………………………………………7 2.3 反射式複合全像術介紹…………………………………………………………………10 第三章 光學系統………………………………………………………………………………………………………13 3.1 反射式凹面圓錐型成像面複合全像術之系統架構……………13 3.2 光學系統參數設計……………………………………………………………………………18 3.2.1 物體和底片的旋轉與原始物體影像之擷取………………19 3.2.2 物光系統參數設計…………………………………………………………………21 3.2.3 參考光系統與重建光的位置關係……………………………………22 3.2.4 參考光系統參數設計……………………………………………………………24 第四章 光路追跡與理論計算……………………………………………………………………………26 4.1 物光系統的方向餘弦…………………………………………………………………………26 4.2 參考光系統的方向餘弦……………………………………………………………………29 4.3 底片與觀賞座標之座標轉換…………………………………………………………32 4.3.1 像點的轉換………………………………………………………………………………32 4.3.2 方向餘弦的轉換……………………………………………………………………35 4.4 重建光的方向餘弦……………………………………………………………………………38 4.5 繞射光的方向餘弦計算…………………………………………………………………39 4.6 反射式全像片之繞射光波長範圍………………………………………………42 第五章 電腦模擬與分析………………………………………………………………………………………45 5.1 全像片垂直維度參數模擬分析……………………………………………………45 5.2 參考光水平聚焦對繞射光水平聚焦之影響……………………………53 5.2.1 水平聚焦點至距離底片dhf =60cm處…………………………55 5.2.2 水平聚焦點至距離底片dhf =100cm處………………………58 5.2.3 水平聚焦點至距離底片dhf =200cm處………………………61 5.2.4 水平聚焦點至距離底片dhf =-50cm處………………………64 5.3 全像片可觀賞區域之模擬分析……………………………………………………67 5.3.1 水平聚焦至距離底片dhf =60cm處之觀賞區域模擬………70 5.3.2 水平聚焦至距離底片dhf =100cm處之觀賞區域模擬……73 5.3.3 水平聚焦至距離底片dhf =200cm處之觀賞區域模擬……75 5.3.4 水平聚焦至距離底片dhf =-50cm處之觀賞區域模擬……77 5.4 空間中視線交會點之計算…………………………………………………………………………80 5.5 觀賞座標中的影像模擬………………………………………………………………………………83 5.5.1 水平聚焦至距離底片dhf =60cm處之影像模擬…………………85 5.5.2 水平聚焦至距離底片dhf =100cm處之影像模擬………………88 5.5.3 水平聚焦至距離底片dhf =200cm處之影像模擬………………91 5.5.4 水平聚焦至距離底片dhf =-50cm處之影像模擬………………93 5.6 不同觀賞距離與不同繞射光水平聚焦距離之影像 寬、高、厚曲線圖與寬高比變化………………………………………………96 第六章 形變修正與觀賞視窗之分析與拓展…………………………………………………………100 6.1 形變修正……………………………………………………………………………………………………………100 6.1.1 影像回推………………………………………………………………………………………………101 6.1.2 三維影像資訊攤平……………………………………………………………………………104 6.2 觀賞視窗之分析與拓展………………………………………………………………………………110 第七章 實驗結果與討論……………………………………………………………………………………………………118 7.1 反射式凹面圓錐型成像面複合全像術製作參數與重建結果………118 7.2 結論與未來展望………………………………………………………………………………………………120 7.2.1 結論…………………………………………………………………………………………………………124 7.2.2 未來展望………………………………………………………………………………………………125 參考文獻…………………………………………………………………………………………………………………………………………127

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    [14] 陳秋萍，“影像前浮式之圓錐型成像面複合全像術ˮ，國立中央大學光
    電科學研究所碩士論文，民國八十八年。

    [15] 郭浩然，“成像面圓錐型複合全像之特性分析ˮ，國立中央大學光電科
    學研究所碩士論文，民國九十年。

    [16] 郭博裕，“單步驟反射式成像面圓錐型複合全像術ˮ，國立中央大學光
    電科學與工程學系碩士論文，民國一百零一年。

    [17] 蘇育緯，“影像前浮式之反射式成像面圓錐型複合全像術ˮ，國立中央
    大學光電科學與工程學系照明與顯示科技研究所碩士論文，民國一百
    零三年。

    [18] E. Leith, A. Kozma, J. Upatnieks, J. Marks, and N. Massey, "Holographic
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    [19] H. Kogelnik, "Coupled wave theory for thick hologram gratings," Bell
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