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全息的英文是holo-graphy，前綴holo來源于希臘語“holos”，意思是“整體的”、“完整的”，國内譯為“全息”,即“完全的信息”的意思。

由于全息能夠記錄物體的全部信息，且能夠實現真正的裸眼3D顯示，因此，現在很多産品的宣傳用語都借用“全息”兩字，例如“全息手機”、“全息眼鏡”等，其實“全息手機”、“全息眼鏡”并非采用了全息技術，它們聲稱的“全息”更多地是想表達能夠顯示完整的三維立體圖像。例如“全息手機”是采用利用視線追蹤的雙目視差3D顯示技術；“全息眼鏡”是采用了虛拟現實的增強現實技術。

之所以媒體和大衆往往将3D顯示技術與全息混為一談，是因為全息技術的确是很有前景的3D顯示技術，而且也是科普資料中着重提到過的“未來”科技，讓大家印象深刻。實質上，3D顯示隻是全息技術的一部分應用。全息3D顯示是一種真正的裸眼3D顯示技術，不需要借助任何外部設備（例如眼鏡）就可以觀看到3D圖像，是一種真正的3D顯示技術。

一、全息到底是什麼

下面我們追根溯源，從全息技術的發明說起，來看看什麼是全息。

全息技術是英國科學家Dennis Gabor于1948年發明的，其利用光的幹涉原理，同時記錄物光波的振幅和位相，由于光波的位相反映了物體的深度信息，因此重建記錄的物光波時，物體的深度信息也被重建，從而能夠呈現三維物體的像。全息成像包括兩步，一是記錄過程，二是再現過程。其原理圖如下圖所示。

在全息技術的記錄過程中，攜帶物體信息的物光波和參考光波在記錄面幹涉，記錄面記錄的是幹涉條紋，該幹涉條紋就是我們通常叫的全息圖，這張全息圖中包含了三維物體的振幅和相位信息。在全息技術的再現（重建）過程，采用再現光波（一般采用與參考光波相同的光波）照射全息圖，人眼在某個視角就能夠看到與真實物體相同的再現三維物體。

全息技術具有高冗餘度記錄物體信息、空間波前再現以及重建物體深度信息的特點。基于全息技術的這些特點，全息技術逐漸發展為全息顯示、全息存儲、全息測量等不同的技術分支。能夠再現立體的三維圖像是全息顯示的重要特征。

二、全息3D顯示技術的應用領域

由于全息技術能夠再現裸眼3D圖像，被廣泛應用于防僞安全、展覽展示、存儲、醫療、動态顯示等領域。

1、防僞安全

由于全息圖是一些密度極高的光栅，仿制比較困難，即使同一個人兩次也無法制造完全相同的全息圖。全息圖的這種特性決定了其能夠起到防僞作用。到目前為止，全息防僞技術到已經發展到第四代，從最初的僅能激光再現的全息防僞圖到全息技術與其他加密技術的結合的新型加密圖像全息防僞技術，全息防僞技術已被廣泛應用于貨币、産品包裝、機要證券等領域。

作為世界上防僞技術最先進的歐元，其中也采用了全息标識作為防僞特征之一。5、10、20歐元正面右邊貼有全息薄膜條，變換角度觀察可以看到明亮的歐元符号和面額數字；50、100、200、500歐元正面的右下角貼有全息薄膜塊，變換角度觀察可以看到明亮的主景圖案和面額數字。

2、展覽展示

全息圖由于能夠顯示3D圖像，被廣泛應用于展品展示、軍事地圖等領域。美國Zebra Imaging公司為Ford汽車制作了全息展示圖亮相底特律車展，豔驚世界。下圖是從不同角度觀看Ford汽車全息圖的效果。

美國Zebra Imaging公司開發出了靜态全息地圖，從2006年以來，Zebra Imaging已為美軍提供了13000張全息地圖。全息顯示技術能夠提供更加精密、包含更多細節、實時的地圖信息，其在現代戰争的情報數據分析、戰場态勢顯示、戰役戰術規劃與決策等領域将得到更多應用。

3、醫療

利用全息技術與醫療診斷手術相結合能夠使“平淡無奇”的醫學成像也要“凹凸有緻”了。大多數生物醫學成像技術需要醫生通過CT掃描儀，核磁共振成像儀，超聲儀或其它裝置收集2D圖像數據才能創建3D可視圖。過程繁瑣、耗時，精确度差強人意，不能如實反映病患的器官或組織狀态，從而影響醫生的診斷。全息技術是實現真實的三維圖像的記錄和再現的技術，好像有個真實的物體在那裡一樣。運用全息技術，病患身體部位或器官的完整3D圖像能夠實時創建，醫生可以對其移動、放大、操控。

4、全息電視

早在2007年，美國的麻省理工大學和德國的SEEREAL公司分别發布了全息視頻顯示器樣機，分别是美國麻省理工大學的全息視頻顯示器MarkIII和德國SeeReal的使用三維全息攝影技術的立體顯示器。這種全息顯示器由于具有裸眼3D的特點而備受矚目，被看作未來電視的發展方向。

三、從專利數據看全息3D顯示技術的發展

全息技術在防僞、展覽展示、醫療、電視上的應用都是屬于全息顯示技術的具體應用。雖然全息技術發明于20世紀40年代，但是直到20世紀60年代激光光源的出現，全息技術才得以真正發展。激光是一種單色的強光，是制作全息圖的理想光源。下圖是從1960－2015年全息顯示技術的全球申請量變化圖（數據截止到2015年底，由于2014、2015年部分專利未公開造成後兩年數據下滑嚴重）。

從圖中可以明顯看出，全息顯示技術總體上呈震蕩上升的趨勢，這與全息技術在探索中不斷成熟的技術特點相關。在全息技術發展史上有兩個裡程碑的事件：一是1969年，S.A.Benton發明了彩虹全息術；二是1994年Schnars和Jüptner利用CCD直接記錄并用計算機數值再現菲涅爾全息圖。彩虹全息術最大的特點是能夠白光再現，不管是在自然光或者白熾燈下都能夠再現全息圖。彩虹全息術的這種特點突破了全息術再現光源的局限性，使得全息圖的再現條件更加自由，從而擴展了全息技術的應用空間，特别是在安全、顯示等領域的應用。計算機再現全息術實現了全息術與數字技術的完美結合，也使人們看到了數字時代全息術應用的廣闊前景。

目前，德國的SEEREAL作為全球最領先的全息顯示技術企業有一整套全息顯示的理念，下圖是視瑞爾的總體設計思路：

傳統意義上的全息再現如圖（a）所示，可以形成較大的觀察區域，而SEEREAL發現，在這個大的觀察區域中，除了進入瞳孔的兩個視窗之外的區域，其餘區域均不能被觀測到，屬于被浪費的信息。基于此，SEEREAL提出，僅計算對兩眼視窗區域有貢獻的全息圖信息，并藉由眼球追蹤技術追蹤眼球位置，從而使觀看者享受真正的全息立體圖像，如圖（b）。這樣做一方面減少了運算的數據量，另一方面對空間光調制器像素的衍射角要求減少，使得全息圖像的大小不僅僅依賴于像素間距，從而使像素面積得以适當擴大。SEEREAL的這種設計思路很巧妙地克服了目前空間調制器分辨率和數據處理能力對全息顯示發展的制約。

SEEREAL基于自己獨特的設計思路，對整套全息顯示設備進行了全方面的專利保護。上圖僅示例性地說明了SEEREAL對全息顯示設備各部件進行的專利布局。

除了SEEREAL的研發思路，目前很多國際著名研究機構例如美國的麻省理工學院，英國的劍橋大學等都緻力于對作為全息顯示器的空間光調制器本身進行改進，希望從根本上解決制約全息顯示技術發展的最根本的技術障礙。

我們期待這些技術能夠盡快走出實驗室，為我們帶來最為舒适、愉悅的3D觀感。

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