CN115668013A - 全息光学元件、其制造方法及其制造装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及：一种全息光学元件，该全息光学元件能够改善增强图像的亮度；一种用于该全息光学元件的制造方法；以及用于该全息光学元件的制造装置。该全息光学元件通过组合多个光学元件来构造，其中，记录在每个光学元件上的相应的干涉图案具有彼此相同的间距，但具有彼此不同的倾斜角。

Description

全息光学元件、其制造方法及其制造装置
技术领域
本申请要求于2020年8月25日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2020-0107287的申请日的权益，其全部内容通过引用并入本文。
本公开涉及全息光学元件、用于制造该全息光学元件的方法以及用于制造该全息光学元件的设备，并且更具体地，涉及能够提高增强图像的亮度的全息光学元件，用于制造该全息光学元件的方法以及用于制造该全息光学元件的设备。
背景技术
全息光学元件是通过将由物体波与参考波之间的干涉的干涉图案记录在光敏材料上而制成的光学元件，该物体波是从物体反射和衍射的光，该参考波是与光相干的另一个波。由于其上记录有干涉图案的光敏材料使用衍射而不是反射或折射再现增强图像信息，这种光敏材料也被分类为衍射光学元件的类型。
同时，全息光学元件通常通过用如上所述的物体波和参考波照射光敏材料来制造。
以这种方法制造的全息光学元件可能应用于车辆平视显示器(HUD)等，并且可以给用户的眼箱区域提供驾驶所需的增强图像光，使得诸如想要在视觉上识别增强图像的驾驶者(以下称为用户)的用户可以看见驾驶所需的信息以及周围环境。
因此，为了使用户即使在明亮的白天也能有效地观看提供给平视显示器(HUD)的增强图像，增强图像的亮度是重要的。
然而，在常规平视显示器(HUD)中使用的全息光学元件的情况下，形成最大衍射效率角恒定的干涉图案，使得仅在特定方向上发射具有高亮度的光。因此，全息光学元件具有的问题在于，大部分具有高亮度的光被发射到用户的眼箱区域以外的区域，并且因此降低了增强图像的亮度。
另外，在由常规平视显示器(HUD)中使用的全息光学元件发射到用户的眼箱区域的光中，只有包含关于增强图像的特定部分的信息的光具有高亮度。因此，全息光学元件具有的问题在于，用户观看的增强图像对于每个部分具有不同的亮度。
发明内容
技术问题
本公开的一个目的是解决从平视显示器(HUD)或类似物中使用的全息光学元件发射的增强图像光不能有效地聚焦于用户的眼箱区域的问题。
本公开的另一个目的是解决从平视显示器(HUD)或类似物中使用的全息光学元件提供给用户的眼箱区域的增强图像在整个增强图像上不具有均匀亮度的问题。
本公开又一个目的是解决不容易制造能够发射增强图像光使得提供给用户的眼箱区域的增强图像具有均匀且高的亮度的全息光学元件的问题。
本公开的目的不限于上述目的，并且本领域技术人员将根据以下描述清楚地理解其他未提及的目的。
技术方案
本公开的一个实施方式提供了一种用于制造全息光学元件的方法，该方法包括：第1步骤，在基底上层合母版(master)，该母版是具有形成在母版上的干涉图案的衍射光学元件；第2步骤，在母版上层合光敏材料，并且通过用入射光束以预定入射角照射光敏材料将母版的干涉图案记录在光敏材料上；第3步骤，通过将具有记录在光敏材料上的干涉图案的光敏材料与母版分离来制造光学元件；第3步骤，通过重复第2步骤和第3步骤预定次数来制造多个光学元件；以及第5步骤，通过组合多个光学元件来形成全息光学元件，其中，第4步骤包括在每个重复的第2步骤中，用入射光束以不同的入射角照射光敏材料，使得分别记录在多个光学元件上的干涉图案具有相同的间距和不同的倾斜角。
根据本公开的一个实施方式，第4步骤可以包括在每个第2步骤中旋转基底预定角度之后用入射光束照射光敏材料。
根据本公开的一个实施方式，第5步骤可以包括将多个光学元件组合成使得记录在全息光学元件上的干涉图案的倾斜角度在预定方向上逐渐增大或减小。
根据本公开的一个实施方式，当入射光束的入射角在第一角度与第二角度之间时，母版可以将入射光束衍射至光敏材料，以及，在基底旋转之后，可以用入射光束照射光敏材料，使得入射至母版的入射光束的入射角在第一角度与第二角度之间。
根据本公开的一个实施方式，母版可以包括全息光学元件或衍射光学元件，该衍射光学元件具有形成在该衍射光学元件上的表面浮雕光栅。
根据本公开的一个实施方式，光敏材料可以是光聚合物。
本公开的另一个实施方式提供了一种全息光学元件，该全息光学元件包括多个组合在一起的光学元件，并且在全息光学元件中，分别记录在多个光学元件上的干涉图案具有相同的间距和不同的倾斜角。
根据本公开的一个实施方式，多个光学元件可以组合在一起使得干涉图案的不同倾斜角在预定方向上逐渐增大或减小。
本公开的另一个实施方式提供了一种用于制造全息光学元件的设备，该设备包括：层合单元，该层合单元构造成通过以预定顺序层合基底、母版和光敏材料形成层合体，该母版是具有形成在其上的干涉图案的衍射光学元件；光束照射单元，该光束照射单元构造成用入射光束以预定入射角照射光敏材料使得母版的干涉图案记录在光敏材料上；旋转控制单元，该旋转控制单元构造成使层合体和光束照射单元中的至少一者旋转，使得入射至光敏材料的入射光束的预定入射角被控制；母版去除单元，该母版去除单元构造成通过将其上记录有干涉图案的光敏材料与母版分离来制造光学元件；以及组合单元，该组合单元构造成组合多个光学元件以形成全息光学元件。
根据本公开的一个实施方式，旋转控制单元可以使层合体和光束照射单元中的至少一者旋转，以便用入射光束以不同入射角照射光敏材料，使得分别记录在多个光学元件上的干涉图案具有相同的间距和不同的倾斜角。
根据本公开的一个实施方式，组合单元可以将多个光学元件组合在一起，使得记录在全息光学元件上的干涉图案的倾斜角在预定方向上逐渐增大或减小。
用于实现这些目标的其他实施方式的具体细节被包括在本公开的以下描述和附图中。
技术效果
根据本公开的全息光学元件通过组合其上记录了具有相同间距和不同的倾斜角的干涉图案的多个光学元件而形成，该全息光学元件聚焦具有高亮度的增强图像的光并将其发射至用户的眼箱区域，并且因此提供使用户能够看到具有高亮度的增强图像的效果。
另外，由于全息光学元件使包含关于增强图像的每个部分的信息并且具有高亮度的光能够聚焦并均匀地发射至用户的眼箱区域，因此全息光学元件提供了使用户能够看到具有均匀亮度的增强图像的效果。
另外，根据本公开的用于制造全息光学元件的方法提供了使全息光学元件能够通过简单且方便的过程来制造的效果，这是因为该方法通过旋转母版的简单重复来制造待组合的多个光学元件，这些光学元件上记录了具有相同间距和不同的倾斜角的干涉图案。
另外，根据本公开的一个实施方式的用于制造全息光学元件的设备提供了使全息光学元件能够大量的以简单且方便的方式制造的效果，这是因为该设备通过旋转母版的简单重复制造了待组合的多个光学元件，这些光学元件上记录了具有相同间距和不同的倾斜角的干涉图案。
附图说明
图1是图示了根据本公开的一个实施方式的用于制造全息光学元件的方法的流程图。
图2是图示了在光敏材料上记录干涉图案的过程的图。
图3是示出了入射到母版的入射光束的衍射效率随入射光束的入射角的变化的曲线图。
图4的(a)是示出了在包括具有相同倾斜角的干涉图案的多个光学元件中入射光束以最大衍射效率被衍射所处的角度的图。
图4的(b)是示出了在包括具有不同倾斜角的干涉图案的多个光学元件中入射光束以最大衍射效率被衍射所处的角度的图。
图5的(a)是示出了通过由组合图4的(a)中示出的多个光学元件而获得的常规全息光学元件发射至用户的眼箱的增强图像光的图。
图5的(b)是示出了通过根据本公开的一个实施方式的由组合图4的(b)中示出的多个光学元件而获得的全息光学元件发射至用户的眼箱的增强图像光的图。
图6的(a)是示出了用户可见的根据图5的(a)的增强图像的示例的图。
图6的(b)是示出了用户可见的根据图5的(b)的增强图像的示例的图。
图7是示出了根据本公开的一个实施方式的全息光学元件的图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图和以下描述详细描述本公开的优选实施方式。然而，本公开不限于本文中描述的实施方式，并且可以以其他形式实施。在整个说明书中，相似的附图标记指代相似的部件。
在下文中，将描述根据本公开的一个实施方式的用于制造全息光学元件1的方法。
图1是图示了根据本公开的一个实施方式的用于制造全息光学元件的方法的流程图。
参照图1和图2，根据本公开的一个实施方式的用于制造全息光学元件1的方法可以包括：在基底100上层合母版200的第1步骤S100；在光敏材料上记录干涉图案的第2步骤S200；制造光学元件的第3步骤S300；制造多个光学元件的第4步骤S400；以及形成全息光学元件的第5步骤S500。
首先，将描述第1步骤S100。
第1步骤S100是在由玻璃等制成的基底100上层合母版200的步骤。在这种情况下，母版200可以由常规全息光学元件(HOE)或其上形成有表面浮雕光栅的衍射光学元件(DOE)组成。
在母版200上，可以形成待转移并记录在待制造的全息光学元件上的母版干涉图案210。
现在，将描述第2步骤S200。
第2步骤S200是在光敏材料300上记录干涉图案400的步骤。
光敏材料300是通过暴露于光而可以在其上记录光学信息的材料，并且可以使用在全息图的领域中已知的常规光敏材料。例如，光敏材料300可以包括光聚合物，由于光聚合物的曝光部分与非曝光部分之间的折射率差可以将光学信息记录在光聚合物上。
图2是图示了在光敏材料上记录干涉图案的过程的图。
参照图2，当光敏材料300层合在母版200上并且用诸如激光束的入射光束照射光敏材料300时，穿过光敏材料300入射到母版200的光可以衍射到光敏材料300，其中，母版200层合在基底100上。此时，通过从母版200衍射到光敏材料300的光可以在光敏材料300上记录干涉图案400。
现在，将描述第3步骤S300。
第3步骤S300是通过将光敏材料300与母版200分离而制造光学元件500的步骤。其上记录有干涉图案400并与母版200分离的光敏材料300可称为光学元件500。
现在，将描述第4步骤S400。
第4步骤S400是通过重复第2步骤S200和第3步骤S300预定次数而制造多个光学元件500的步骤。具有转移至其的母版干涉图案210的多个光学元件500的数量可以与第2步骤S200和第3步骤S300的重复次数相同。另外，在第4步骤S400中，可以产生多个光学元件500使得记录在光学元件500上的干涉图案400具有相同的间距但具有不同的倾斜角。
例如，可以通过用入射光束以不同的入射角照射层合在母版200上的每个光敏材料300而产生多个光学元件500，在多个光学元件500上形成有具有相同间距且不同倾斜角的干涉图案400。
具体地，通过旋转基底100预定角度可以用入射光束以不同的入射角照射母版200和光敏材料300，其中，母版200和光敏材料300层合在基底100上。
首先，当用入射光束沿垂直于母版200和第一光敏材料310中的每一者的平面的方向照射第一光敏材料310时，可以在第一光敏材料上记录具有倾斜角为θa的第一干涉图案410。
另外，当其上层合有母版200和第二光敏材料320的基底100顺时针旋转角度θ1并且然后用入射光束照射第二光敏材料320时，可以在第二光敏材料上记录具有倾斜角为θb的第二干涉图案420。
另外，当其上层合有母版200和第三光敏材料330的基底100逆时针旋转角度θ2并且然后用入射光束照射第三光敏材料330时，可以在第三光敏材料上记录具有倾斜角为θc的第三干涉图案430。
在这种情况下，记录在第二光敏材料320上的第二干涉图案420的倾斜角θb大于记录在第一光敏材料310上的第一干涉图案410的倾斜角θa，并且记录在第三光敏材料330上的第三干涉图案430的倾斜角θc小于记录在第一光敏材料310上的第一干涉图案410的倾斜角θa。
同时，入射至母版200的入射光束的衍射效率可以根据入射光束的入射角而变化。
图3是示出了入射至母版的入射光束的衍射效率随入射光束的入射角的变化的曲线图。
参照图3，例如，当入射至母版200的入射光束的入射角在第一角度与第二角度之间时，母版200可以对入射光束衍射90％或更多。
为了在光敏材料300上有效记录干涉图案400，入射至母版200的入射光束需要以高效率衍射的入射角入射。
基底100的旋转角与入射至母版200的入射光束的入射角相同。因此，在第4步骤S400中旋转基底100之后用入射光束照射光敏材料300时，基底100优选地旋转成使得基底100的旋转角具有在如下的范围内的值，该范围为入射至母版200的入射光束以高效率衍射所处于的入射角的范围。
现在，将描述第5步骤S500。
第5步骤S500是通过组合在第4步骤S400中制造的多个光学元件500而形成全息光学元件1的步骤。
当通过组合多个光学元件500形成全息光学元件1时，多个光学元件500可以彼此组合成使得记录在全息光学元件1上的干涉图案的倾斜角在预定方向上逐渐增大或减小。
当记录在全息光学元件1上的干涉图案的倾斜角配置成如上所述的在预定方向上逐渐增大或减小时，入射光束的可以以最大效率进行衍射的入射角(下文中称为“最大衍射效率角”)可以根据全息光学元件1的位置而变化。
图4的(a)是示出了在包括具有相同倾斜角的干涉图案的多个光学元件中的最大衍射效率角的图。
参照图4的(a)，例如，当分别形成在用于制造全息光学元件1的第一光学元件510、第二光学元件520和第三光学元件530上的干涉图案401、402和403具有相同的间距和相同的倾斜角时，第一光学元件510、第二光学元件520和第三光学元件530具有相同的最大衍射效率角。
具体地，当用具有第一入射角的第一入射光束10、具有第二入射角的第二入射光束20和具有第三入射角的第三入射光束30照射第一光学元件510时，第二入射光束20的衍射效率可以是最高的。在这种情况下，当用第一入射光束10、第二入射光束20和第三入射光束30分别照射第二光学元件520和第三光学元件530时，第二入射光束20的衍射效率也将是最高的。
图4的(b)是示出了在包括具有不同倾斜角的干涉图案的多个光学元件中的最大衍射效率角的图。
参照图4的(b)，当分别形成在用于制造全息光学元件1的第四光学元件540、第五光学元件550和第六光学元件560的干涉图案404、405和406具有相同的间距但是具有不同的倾斜角时，第四光学元件540、第五光学元件550和第六光学元件560具有不同的最大衍射效率角。
具体地，当用第一入射光束10、第二入射光束20和第三入射光束30照射第四光学元件540时，第一入射光束10的衍射效率可以是最高的。另外，当用第一入射光束10、第二入射光束20和第三入射光束30照射第五光学元件550时，第二入射光束20的衍射效率可以是最高的，第五光学元件550上记录的干涉图案405具有比第四光学元件540的干涉图案404大的倾斜角。
另外，当用第一入射光束10、第二入射光束20和第三入射光束30照射第六光学元件560时，第三入射光束30的衍射效率可以是最高的，第六光学元件560上记录的干涉图案406具有比第五光学元件550的干涉图案405大的倾斜角。
由组合多个光学元件540、550和560产生以便根据其位置而具有不同的最大衍射效率角的全息光学元件1可以应用于车辆平视显示器(HUD)等。
图5的(a)是示出了通过由组合图4的(a)中示出的多个光学元件而获得的常规全息光学元件发射至用户的眼箱的增强图像光的图。
例如，参照图5的(a)，在图5的(a)中的发射侧光学元件500-2是通过对其上分别记录有相同的间距和相同的倾斜角的干涉图案401、402和403的第一光学元件510、第二光学元件520和第三光学元件530进行组合而形成的元件。
当用第一入射光束10、第二入射光束20和第三入射光束30照射入射侧光学元件500-1时，光束光可以通过全反射到达发射侧光学元件500-2。当第二入射光束20的衍射效率在到达发射侧光学元件500-2的第一光学元件510的光的衍射效率中是最高的时，第二入射光束20的衍射效率在到达第二光学元件520和第三光学元件530的光的衍射效率中也是最高的。
因此，在从发射侧光学元件500-2发射的光中，大部分具有最大衍射效率的光发射至用户的眼箱区域之外的区域。另外，在包含关于增强图像的信息并流入用户眼箱的光中，仅包含关于增强图像的特定部分的信息的第二入射光束20以最大衍射效率衍射并发射至用户的眼箱。
图5的(b)是示出了通过根据本公开的一个实施方式的由组合图4的(b)中示出的多个光学元件而获得的全息光学元件发射至用户的眼箱的增强图像光的图。
参照图5的(b)，图5的(b)中的发射侧光学元件500-4是通过对其上分别记录有相同的间距但不同的倾斜角的干涉图案404、405和406的第四光学元件540、第五光学元件550和第六光学元件560进行组合而形成的元件。
当用第一入射光束10、第二入射光束20和第三入射光束30照射入射侧光学元件500-3时，光束光可以通过全反射到达发射侧光学元件500-4。在此情况下，第一入射光束10的衍射效率在到达第四光学元件540的那些光中可以是最高的。
另外，在到达第五光学元件550的光中，第二入射光束20可以具有最高的衍射效率，第五光学元件550上记录了具有比第四光学元件540的干涉图案404更大的倾斜角的干涉图案405，并且在到达第六光学元件560的光中，第三入射光束30可以具有最高的衍射效率，第六光学元件560上记录了具有比第五光学元件550的干涉图案405更大的倾斜角的干涉图案406。
因此，在从发射侧光学元件500-4发射的光中，具有最大衍射效率的大部分光发射至用户的眼箱区域。另外，在包含增强图像信息并且流入用户的眼箱的光中，包含关于增强图像的每个部分的信息的第一入射光束10、第二入射光束20和第三入射光束30以最大衍射效率均匀地衍射并发射至用户的眼箱区域。
图6的(a)是示出了用户可见的根据图5的(a)的增强图像的示例的图。
参照图6的(a)，当如图5的(a)中所示的仅第二入射光束20以最大衍射效率衍射并且发射至用户的眼箱时，由用户看到的增强图像仅在其特定部分具有高亮度。
图6的(b)是示出了用户可见的根据图5的(b)的增强图像的示例的图。
参照图6的(b)，当如图5的(b)中所示的第一入射光束10、第二入射光束20和第三入射光束30以最大衍射效率衍射并且均匀地发射至用户的眼箱时，由用户看到的增强图像通常具有比图6中的增强图像更高的亮度，并且在整个增强图像中具有均匀且高的亮度。
在下文中，将描述根据本公开的一个实施方式的全息光学元件1。
图7是示出了根据本公开的一个实施方式的全息光学元件的图。
参照图7，根据本公开的一个实施方式的全息光学元件1由组合多个光学元件540、550和560而构成，并且分别记录在光学元件540、550和560上的干涉图案404、405和406可以具有相同的间距，但是具有不同的倾斜角。
另外，多个光学元件540、550和560可以组合在一起使得干涉图案404、405和406的倾斜角在预定方向上逐渐增大或减小。
具体地，由于构成全息光学元件1的多个光学元件组合在一起使得记录在光学元件上的干涉图案的倾斜角逐渐增大或减小，因此光学元件具有不同的如下角度，其中，在该角度下由光学元件对光进行衍射的效率达到最大值，并且因此发射光中的具有最大衍射效率的大部分光发射至用户的眼箱区域，从而提高增强图像的亮度。
另一方面，当光学元件组合在一起使得记录在光学元件上的干涉图案的倾斜角不具有逐渐增大或减小的趋势时，发射光中的具有最大衍射效率的光不会发射至用户的眼箱区域，并且因此增强图像的亮度降低。
同时，尽管根据本公开的一个实施方式的全息光学元件1可以由用于制造根据本公开的上述实施方式的全息光学元件1的方法来制造，全息光学元件1也可以由其他方法来制造。
在下文中，将详细描述本公开的全息光学元件1的操作和效果以及用于全息光学元件1的制造方法。
首先，将作为衍射光学元件的母版200层合在基底100上，并且将光敏材料300层合在母版200上。然后，通过用入射光束照射光敏材料300而在光敏材料300上记录干涉图案400。然后，通过将其上记录有干涉图案400的光敏材料300与母版200分离来制造光学元件500。
另外，通过在母版200上层合另一光敏材料300、旋转母版200、用入射光束以不同的入射角照射光敏材料并且通过将其上记录有干涉图案400的光敏材料300与母版200分离来制造光学元件500而重复上述过程。
记录在制造的多个光学元件500上的干涉图案400具有相同的间距和不同的倾斜角。全息光学元件1通过组合多个光学元件500来制造。
在这种情况下，多个光学元件500组合在一起使得记录在全息光学元件1上的干涉图案400的倾斜角在预定方向上逐渐增大或减小。
当以这种方法制造的全息光学元件1应用于车辆平视显示器(HUD)等时，通过全息光学元件1，包含关于增强图像的每个部分的信息的光将以最大衍射效率均匀地衍射，并聚焦且发射至用户的眼箱区域，这是因为全息光学元件1根据其位置具有不同的光的最大衍射效率角。
由于根据本公开的全息光学元件通过组合其上记录了具有相同间距和不同的倾斜角的干涉图案的多个光学元件而形成，因此全息光学元件聚焦并发射具有高亮度的增强图像光至用户的眼箱区域，并且因此提供使用户能够看到具有高亮度的增强图像的效果。
另外，由于全息光学元件使包含关于增强图像的每个部分的信息且具有高亮度的光能够聚焦并均匀地发射至用户的眼箱区域，因此全息光学元件提供使用户能够看到具有均匀亮度的增强图像的效果。
另外，根据本公开的用于制造全息光学元件的方法提供了使全息光学元件能够通过简单和方便的过程来制造的效果，因为该方法通过旋转母版的简单重复来制造多个其上记录有具有相同间距和不同的倾斜角的待组合的光学元件。
在下文中，将描述根据本公开的一个实施方式的用于制造全息光学元件的设备。
本公开的另一个实施方式提供了一种用于制造全息光学元件的设备，该设备包括：层合单元，该层合单元配置成通过以预定顺序层合基底、母版和光敏材料来形成层合体，该母版是其上形成有干涉图案的衍射光学元件；光束照射单元，该光束照射单元构造成用入射光束以预定入射角照射光敏材料使得母版的干涉图案记录在光敏材料上；旋转控制单元，该旋转控制单元构造成使层合体和光束照射单元中的至少一者旋转，使得入射到光敏材料的入射光束的入射角被控制；母版去除单元，该母版去除单元构造成通过将其上记录有干涉图案的光敏材料与母版分离来制造光学元件；以及组合单元，该组合单元构造成组合多个光学元件以形成全息光学元件。
根据本公开的一个实施方式的用于制造全息光学元件的设备提供了使全息光学元件能够大量的以简单且方便的方式制造的效果，因为全息光学元件通过旋转母版的简单重复而制造了待组合的且其上记录了具有相同间距和不同的倾斜角的干涉图案的多个光学元件。
根据本公开的一个实施方式，该设备包括：层合单元，该层合单元构造成通过以预定顺序层合基底、母版和光敏材料来形成层合体，该母版是具有其上形成有干涉图案的衍射光学元件。具体地，层合体可以通过在基底上层合母版，并且在母版的与基底接触的表面相反的表面上层合光敏材料而形成，母版是具有其上形成有干涉图案的衍射光学元件。更具体地，层合体可以通过以该顺序层合基底、母版和光敏材料而形成。由于基底旋转与层合体旋转一样多，因此可以旋转层合体以控制入射光束的入射角，如稍后将描述的。此外，如稍后所述，当用入射光束照射光敏材料时，通过在穿过光敏材料的光与由母版衍射的光之间发生的干涉可以在光敏材料上记录干涉图案。由于设备包括层合单元，该层合单元如上所述构造成通过以预定顺序层合基底、母版和光敏材料来形成层合体，该母版是具有其上形成有干涉图案的衍射光学元件，因此设备可以容易地形成层合体。另外，当基底旋转时，可以通过旋转整个层合体来控制入射光束的入射角，并且母版的干涉图案可以转移并记录在光敏材料上。
根据本公开的一个实施方式，设备包括光束照射单元，该光束照射单元构造成用入射光束以预定入射角照射光敏材料使得母版的干涉图案记录在光敏材料上。具体地，光束照射单元是用于输出入射光束的装置，并且使得入射光束能够形成入射至光敏材料的入射光束的预定入射角，使得在入射光束照射之后由穿过光敏材料的光与通过母版衍射的光之间的干涉产生的干涉图案可以记录在光敏材料上。光束照射单元可以没有限制地使用，只要其对应于在制造全息光学元件的领域中使用的光照射装置。如上所述，由于设备包括光束照射单元，该光束照射单元构造成用入射光束以预定入射角照射光敏材料使得母版的干涉图案记录在光敏材料上，因此光束照射单元可以通过与如下所述的旋转控制单元相互作用而容易地控制入射光束的倾斜角，并且可以容易地控制记录的干涉图案的入射角。
根据本公开的一个实施方式，设备包括旋转控制单元，该旋转控制单元构造成使层合体和光束照射单元中的至少一者旋转，使得入射至光敏材料的入射光束的预定入射角被控制。具体地，旋转控制单元旋转层合体，或旋转光束照射单元，或旋转层合体和光束照射单元两者，从而控制入射至光敏材料的入射光束的入射角。当入射角被控制时，穿过光敏材料的光的路径和通过母版衍射的光的路径改变，使得干涉图案的倾斜角可以被控制同时记录在光敏材料上的干涉图案的间距不改变。由于设备包括如上所述使层合体和光束照射单元中的至少一者旋转成使得入射至光敏材料的入射光束的入射角被控制的旋转控制单元，因此可以改变干涉图案的倾斜角同时不改变记录在光敏材料上的干涉图案的间距。
根据本公开的一个实施方式，设备包括母版去除单元，该母版去除单元构造成通过将其上记录有干涉图案的光敏材料与母版分离来制造光学元件。具体地，母版去除单元可以在干涉图案记录在光敏材料上之后通过将母版或层合在基底上的包括母版的结构与光敏材料分离来制造光学元件。
由于设备包括母版去除单元，该母版去除单元通过将其上记录有干涉图案的光敏材料与母版分离来制造光学元件，因此设备可以制造光学元件，并且防止光的路径在再现过程中被母版改变。
根据本公开的一个实施方式，层合体通过层合单元而形成，并且然后光束照射单元或层合体通过旋转控制单元根据待记录的干涉图案的倾斜角而旋转，从而控制入射光束的入射角，并且记录干涉图案，并且然后母版通过母版去除单元被去除，从而制造光学元件。重复上述过程，从而制造多个光学元件，其中干涉图案具有相同的间距，但是具有不同的倾斜角。当如上所述制造多个光学元件时，可以实现其中干涉图案的倾斜角趋向于在预定方向上改变的全息光学元件。
根据本公开的一个实施方式，设备包括组合单元，该组合单元构造成组合多个光学元件以形成全息光学元件。具体地，组合单元可以布置并组合多个如上所述制造的光学元件。由于设备包括组合单元，该组合单元构造成组合多个光学元件以形成如上所述的全息光学元件，因此设备可以实现其中在其上记录的干涉图案的倾斜角趋向于在预定方向上改变的全息光学元件。
根据本公开的一个实施方式，旋转控制单元可以旋转层合体和光束照射单元中的至少一者，以便用入射光束以不同的入射角照射光敏材料使得分别记录在光学元件上的干涉图案具有相同的间距和不同的倾斜角。具体地，旋转控制单元旋转层合体，或旋转光束照射单元，或旋转层合体和光束照射单元两者，从而控制入射至光敏材料的入射光束的入射角。入射角被控制时，穿过光敏材料的光的路径和通过母版衍射的光的路径改变，使得干涉图案的倾斜角可以被控制同时记录在光敏材料上的干涉图案的间距不改变。旋转控制单元旋转层合体和光束照射单元中的至少一者以便用入射光束以不同的入射角照射光敏材料使得分别记录在光学元件上的干涉图案具有相同的间距和不同的倾斜角。因此，可以制造具有各种图案的不同倾斜角的光学元件。
根据本公开的一个实施方式，组合单元可以将多个光学元件组合在一起使得记录在全息光学元件上的干涉图案的倾斜角在预定方向上逐渐增大或减小。由于组合单元如上所述可以将多个光学元件组合在一起使得记录在全息光学元件上的干涉图案的倾斜角在预定方向上逐渐增大或减小，因此组合单元可以聚焦并发射具有高亮度的增强图像光至用户的眼箱区域，从而提供使用户能够看到具有高亮度的增强图像的效果。
如上所述，由于根据本公开的全息光学元件通过组合其上记录了具有相同间距和不同的倾斜角的干涉图案的多个光学元件而形成，该全息光学元件聚焦并发射具有高亮度的增强图像光至用户的眼箱区域，并且因此提供使用户能够看到具有高亮度的增强图像的效果。
另外，由于全息光学元件使包含关于增强图像的每个部分的信息并且具有高亮度的光能够聚焦并均匀地发射至用户的眼箱区域，因此全息光学元件提供了使用户能够看到具有均匀亮度的增强图像的效果。
另外，根据本公开的用于制造全息光学元件的方法提供了使全息光学元件能够通过简单且方便的过程来制造的效果，这是因为该方法通过旋转母版的简单重复来制造待组合的多个光学元件，这些光学元件上记录了具有相同间距和不同的倾斜角的干涉图案。
另外，根据本公开的用于制造全息光学元件的设备提供了使全息光学元件能够大量的以简单且方便的方式制造的效果，这是因为该设备通过旋转母版的简单重复制造了待组合的多个光学元件，这些光学元件上记录了具有相同间距和不同的倾斜角的干涉图案。
尽管上文已经参照上述代表性实施方式详细描述了本公开，但本公开所属领域的普通技术人员将理解，在不脱离本公开范围的情况下，可以对上述实施方式进行各种修改。因此，本公开的范围不应限于所述的实施方式，而应通过从所附权利要求和权利要求的等同方案导出的所有变型或改型来限定。
附图标记列表
1:全息光学元件
10：第一入射光束
20：第二入射光束
30：第三入射光束
100：基底 200：母版
210：母版干涉图案
300：光敏材料
400：干涉图案 500：光学元件

Claims (11)

1.一种用于制造全息光学元件的方法，所述方法包括：
第1步骤：在基底上层合母版，所述母版是具有形成在所述母版上的干涉图案的衍射光学元件；
第2步骤：在所述母版上层合光敏材料，并且通过用入射光束以预定入射角照射所述光敏材料将所述母版的所述干涉图案记录在所述光敏材料上；
第3步骤：通过将具有记录在所述光敏材料上的所述干涉图案的所述光敏材料与所述母版分离来制造光学元件；
第4步骤：通过重复所述第2步骤和所述第3步骤预定次数来制造多个光学元件；以及
第5步骤：通过将多个所述光学元件组合在一起来形成所述全息光学元件，
其中，所述第4步骤包括：在每个重复的第2步骤中，用入射光束以不同的入射角照射所述光敏材料，使得分别记录在多个所述光学元件上的所述干涉图案具有相同的间距和不同的倾斜角。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第4步骤包括：在每个第2步骤中，旋转所述基底预定角度之后用入射光束照射所述光敏材料。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第5步骤包括将多个所述光学元件组合在一起，使得记录在所述全息光学元件上的所述干涉图案的不同的所述倾斜角在预定方向上逐渐增大或减小。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，
当所述入射光束的所述预定入射角在第一角度与第二角度之间时，所述母版将所述入射光束衍射至所述光敏材料，以及
在所述基底旋转之后，用所述入射光束照射所述光敏材料，使得入射至所述母版的所述入射光束的所述预定入射角在所述第一角度与所述第二角度之间。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述母版包括全息光学元件或衍射光学元件，所述衍射光学元件具有形成在所述衍射光学元件上的表面浮雕光栅。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光敏材料是光聚合物。
7.一种全息光学元件，所述全息光学元件包括多个组合在一起的光学元件，并且在所述全息光学元件中，分别记录在多个所述光学元件上的干涉图案具有相同的间距和不同的倾斜角。
8.根据权利要求7所述的全息光学元件，其中，多个所述光学元件组合在一起使得所述干涉图案的不同的所述倾斜角在预定方向上逐渐增大或减小。
9.一种用于制造全息光学元件的设备，所述设备包括：
层合单元，所述层合单元构造成通过以预定顺序层合基底、母版和光敏材料形成层合体，所述母版是衍射光学元件，所述衍射光学元件具有形成在所述衍射光学元件上的干涉图案；
光束照射单元，所述光束照射单元构造成用入射光束以预定入射角照射所述光敏材料使得所述母版的所述干涉图案记录在所述光敏材料上；
旋转控制单元，所述旋转控制单元构造成使所述层合体和所述光束照射单元中的至少一者旋转，使得入射至所述光敏材料的所述入射光束的所述预定入射角被控制；
母版去除单元，所述母版去除单元构造成通过将所述光敏材料与所述母版分离来制造光学元件，所述光敏材料具有记录在其上的所述干涉图案；以及
组合单元，所述组合单元构造成将多个所述光学元件组合在一起以形成所述全息光学元件。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述旋转控制单元使所述层合体和所述光束照射单元中的至少一者旋转，以便用所述入射光束以不同的入射角照射所述光敏材料，使得分别记录在多个所述光学元件上的所述干涉图案具有相同的间距和不同的倾斜角。
11.根据权利要求9所述的设备，其中，所述组合单元将不同的多个所述光学元件组合在一起，使得记录在所述全息光学元件上的所述干涉图案的所述倾斜角在预定方向上逐渐增大或减小。
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