TW202411731A - 波導裝置及光學引擎 - Google Patents

Abstract

一種波導裝置包含第一繞射元件、第二繞射元件、第三繞射元件以及波導元件。第一繞射元件配置以繞射一波長的光而以一繞射角傳播。第二繞射元件配置以繞射此波長的光而以此繞射角傳播。第三繞射元件配置以繞射此波長的光而以此繞射角傳播。波導元件配置以導引此波長的光由第一繞射元件傳播至第二繞射元件與第三繞射元件。第二繞射元件與第三繞射元件的繞射效率不同。

Description

波導裝置及光學引擎

本揭露是有關於一種波導裝置以及光學引擎。

各種類型的計算、娛樂及/或移動裝置可以用透明或半透明顯示器來實現，且裝置的使用者可以藉由該顯示器查看周圍的環境。此類裝置（可以稱為透視、混合現實顯示裝置系統或擴增實境(AR)系統）讓使用者能夠藉由裝置的透明或半透明顯示器來查看周圍的環境，還可以看到虛擬物件的影像（例如，文本、圖形、視頻等），這些影像被生成以顯示為周圍環境的一部分及/或覆蓋在周圍環境中。這些可以實現為（但不限於）頭戴式顯示器(HMD)眼鏡或其他可穿戴顯示裝置的裝置，通常利用光波導將影像複製到裝置的使用者可以在擴增實境環境中將影像作為虛擬影像查看的位置。由於這仍是新興技術，因此使用波導向使用者顯示虛擬物件的影像存在一定的挑戰。

如今，已經有許多附有繞射光柵的習知波導被使用。每一波導及其上的繞射光柵被使用來傳遞單一色彩。如此，用於向使用者的眼睛提供投影影像的習知光學引擎通常需要多個波導來傳遞三原色，這不利於減小光學引擎的重量和厚度。另外，由於需要習知波導上的繞射光柵以擴大的視角傳遞投影影像，因此效率低。

因此，如何提出一種可解決上述問題的波導裝置以及光學引擎，是目前業界亟欲投入研發資源解決的問題之一。

有鑑於此，本揭露之一目的在於提出一種可有解決上述問題的波導裝置以及光學引擎。

為了達到上述目的，依據本揭露之一實施方式，一種波導裝置包含第一繞射元件、第二繞射元件、第三繞射元件以及波導元件。第一繞射元件配置以繞射一波長的光而以一繞射角傳播。第二繞射元件配置以繞射此波長的光而以此繞射角傳播。第三繞射元件配置以繞射此波長的光而以此繞射角傳播。波導元件配置以導引此波長的光由第一繞射元件傳播至第二繞射元件與第三繞射元件。第二繞射元件與第三繞射元件的繞射效率不同。

於本揭露的一或多個實施方式中，第一繞射元件與第二繞射元件及第三繞射元件分隔開。

於本揭露的一或多個實施方式中，第一繞射元件與第二繞射元件之間的距離小於第一繞射元件與第三繞射元件之間的距離。第二繞射元件的繞射效率小於第三繞射元件的該繞射效率。

於本揭露的一或多個實施方式中，波導元件具有相對兩側。第一繞射元件設置於兩側中的一者上。第二繞射元件與第三繞射元件設置於兩側中的另一者上。

於本揭露的一或多個實施方式中，第一繞射元件、第二繞射元件與第三繞射元件為反射式繞射元件。

於本揭露的一或多個實施方式中，波導裝置進一步包含第四繞射元件配置以繞射此波長的光而以此繞射角傳播。第二繞射元件、第三繞射元件與第四繞射元件設置於波導元件的一表面上且沿著一方向依序排列。第三繞射元件的繞射效率大於第二繞射元件的繞射效率且小於第四繞射元件的繞射效率。

於本揭露的一或多個實施方式中，第三繞射元件接觸第二繞射元件與第四繞射元件。

為了達到上述目的，依據本揭露之一實施方式，一種光學引擎包含投影機、第一繞射元件、第二繞射元件、第三繞射元件以及波導元件。投影機配置以投影一波長的光。第一繞射元件配置以繞射此波長的光而以一繞射角傳播。第二繞射元件配置以繞射此波長的光而以此繞射角傳播。第三繞射元件配置以繞射此波長的光而以此繞射角傳播。波導元件配置以導引此波長的光由第一繞射元件傳播至第二繞射元件與第三繞射元件。第二繞射元件與第三繞射元件的繞射效率不同。

於本揭露的一或多個實施方式中，第一繞射元件與第二繞射元件及第三繞射元件分隔開。

於本揭露的一或多個實施方式中，第一繞射元件與第二繞射元件之間的距離小於第一繞射元件與第三繞射元件之間的距離。第二繞射元件的繞射效率小於第三繞射元件的繞射效率。

於本揭露的一或多個實施方式中，被第一繞射元件繞射的光依序抵達第二繞射元件與第三繞射元件。第二繞射元件的繞射效率小於第三繞射元件的繞射效率。

於本揭露的一或多個實施方式中，波導元件具有相對兩側。第一繞射元件設置於兩側中的一者上。第二繞射元件與第三繞射元件設置於兩側中的另一者上。

於本揭露的一或多個實施方式中，第一繞射元件、第二繞射元件與第三繞射元件為反射式繞射元件。

於本揭露的一或多個實施方式中，光學引擎進一步包含第四繞射元件配置以繞射此波長的光而以此繞射角傳播。第二繞射元件、第三繞射元件與第四繞射元件設置於波導元件的一表面上且沿著一方向依序排列。第三繞射元件的繞射效率大於第二繞射元件的繞射效率且小於第四繞射元件的繞射效率。

於本揭露的一或多個實施方式中，第三繞射元件無縫地連接第二繞射元件與第四繞射元件。

於本揭露的一或多個實施方式中，被第一繞射元件繞射的光經由波導元件依序抵達第二繞射元件、第三繞射元件與第四繞射元件。

於本揭露的一或多個實施方式中，投影機所投影的光經由波導元件抵達第一繞射元件。抵達第一繞射元件的光被第一繞射元件繞射而依序抵達第二繞射元件與第三繞射元件。

綜上所述，於本揭露的波導裝置與光學引擎的一些實施方式中，第二繞射元件與第三繞射元件的繞射效率隨著全反射光的能量減少而增加。如此一來，具有不同繞射效率的第二繞射元件與第三繞射元件可提供較寬的眼瞳(eyebox)範圍，且此範圍可提供較均勻的光強度。這允許使用者在相對於波導裝置與光學引擎橫向移動眼睛時看到均勻的亮暗影像內容。

以上所述僅係用以闡述本揭露所欲解決的問題、解決問題的技術手段、及其產生的功效等等，本揭露之具體細節將在下文的實施方式及相關圖式中詳細介紹。

以下將以圖式揭露本揭露之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本揭露。也就是說，在本揭露部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

請參照第1圖。第1圖為繪示根據本揭露一些實施方式之光學引擎100的示意圖。如第1圖所示，光學引擎100可被使用於擴增實境裝置（圖未示）中，此擴增實境裝置可以實現為（但不限於）頭戴式顯示器(HMD)眼鏡或其他可穿戴顯示裝置的裝置。光學引擎100包含投影機110以及波導裝置120。波導裝置120包含第一繞射元件121、第二繞射元件122、第三繞射元件123、第四繞射元件124以及波導元件125。投影機110配置以投影一波長的光。第一繞射元件121配置以繞射此波長的光而以一繞射角傳播。第二繞射元件122配置以繞射此波長的光而以此繞射角傳播。第三繞射元件123配置以繞射此波長的光而以此繞射角傳播。第四繞射元件124配置以繞射此波長的光而以此繞射角傳播。於一些實施方式中，為了繞射此波長的光以此繞射角傳播，第一繞射元件121、第二繞射元件122、第三繞射元件123與第四繞射元件124可以包含具有相同條紋間距(fringe pitch)的全像光柵(holographic grating)。

於一些實施方式中，投影機110配置以投影紅光R、綠光G以及藍光B（見第5圖），但本揭露並不以此為限。於一些實施方式中，紅光R的波段係從約622 nm至約642 nm，但本揭露並不以此為限。於一些實施方式中，綠光G的波段係從約522 nm至約542 nm，但本揭露並不以此為限。於一些實施方式中，藍光B的波段係從約455 nm至約475 nm，但本揭露並不以此為限。於一些實施方式中，投影機110採用發光二極體以投影紅光R、綠光G以及藍光B。於實際應用中，投影機110可採用雷射二極體以較小的波段投射紅光R、綠光G以及藍光B。

於一些實施方式中，第一繞射元件121、第二繞射元件122、第三繞射元件123與第四繞射元件124的全像光柵配置以繞射投影機110所投影的紅光R而以第一範圍之繞射角傳播。舉例來說，這些全像光柵配置以使波長為632 nm（於紅光R的波段中）之光繞射而以第一繞射角傳播。於一些實施方式中，這些以全像光柵配置以使綠光G繞射而以第二範圍之繞射角傳播。舉例來說，這些全像光柵配置以使波長為532 nm（於綠光G的波段中）之光繞射而以第二繞射角傳播。於一些實施方式中，這些全像光柵配置以使藍光B繞射而以第三範圍之繞射角傳播。舉例來說，這些全像光柵配置以使波長為465 nm（於藍光B的波段中）之光繞射而以第三繞射角傳播。

於一些實施方式中，第一繞射元件121、第二繞射元件122、第三繞射元件123、第四繞射元件124的全像光柵為體積全像光柵。值得注意的是，根據布拉格定律(Bragg’s law)，由體積全像光柵繞射的光可以一特定繞射角傳播。

如第1圖所示，波導元件125配置以導引此波長的光由第一繞射元件121基於全反射定律傳播至第二繞射元件122、第三繞射元件123、第四繞射元件124。如此一來，投影機110所投影的光可被輸入至第一繞射元件121，並由第二繞射元件122、第三繞射元件123、第四繞射元件124輸出。亦即，第一繞射元件121作為光輸入的導光元件，且第二繞射元件122、第三繞射元件123、第四繞射元件124作為光輸出的導光元件。

於一些實施方式中，第二繞射元件122、第三繞射元件123、第四繞射元件124的繞射效率不同。具體來說，如第1圖所示，第一繞射元件121與第二繞射元件122、第三繞射元件123、第四繞射元件124分隔開。波導元件125具有相對兩側125a、125b。第一繞射元件121設置於側125a上。第二繞射元件122、第三繞射元件123、第四繞射元件124設置於側125b上且沿著實質上遠離第一繞射元件121的一方向依序排列。第一繞射元件121與第三繞射元件123之間的距離大於第一繞射元件121與第二繞射元件122之間的距離且小於第一繞射元件121與第四繞射元件124之間的距離，且第三繞射元件123的繞射效率大於第二繞射元件122的繞射效率且小於第四繞射元件124的繞射效率。

於一些其他實施方式中，投影機110所投影的光經由波導元件125抵達第一繞射元件121。抵達第一繞射元件121的光被第一繞射元件121繞射而經由波導元件125依序抵達第二繞射元件122、第三繞射元件123、第四繞射元件124，且第三繞射元件123的繞射效率大於第二繞射元件122的繞射效率且小於第四繞射元件124的繞射效率。

舉例來說，第二繞射元件122、第三繞射元件123與第四繞射元件124的繞射效率分別為約33%、50%和99%。如此，參考第1圖，從第一繞射元件121傳播至第二繞射元件122的光的約33%被繞射效率為約33%的第二繞射元件122繞射，而約66%的光被反射並繼續抵達第三繞射元件123。約33%的光被繞射效率為約50%的第三繞射元件123繞射，而約33%的光被反射並繼續抵達第四繞射元件124。約33%的光被繞射效率為約99%的第四繞射元件124繞射，而小於1%的光被反射。

藉由上述配置，具有不同繞射效率的第二繞射元件122、第三繞射元件123、第四繞射元件124可提供較寬的眼瞳(eyebox)範圍。亦即，在波導元件125外部的瞳區(pupil area)中獲得更一致的光量。這允許使用者在相對於波導裝置120與光學引擎100橫向移動眼睛時看到均勻的亮暗影像內容。

於實際應用中，光輸出的導光元件的數量可彈性地調整。舉例來說，於一些實施方式中，第四繞射元件124可以被省略，且第二繞射元件122與第三繞射元件123的繞射效率分別被調整為約50%和99%。如此，從第一繞射元件121傳播至第二繞射元件122的光的約50%被繞射效率為約50%的第二繞射元件122繞射，而約50%的光被反射並繼續抵達第三繞射元件123。約50%的光被繞射效率為約99%的第三繞射元件123繞射，而小於1%的光被反射。

舉例來說，於一些實施方式中，波導裝置120進一步包含第五繞射元件（圖未示）配置以繞射此波長的光而以此繞射角傳播，且第二繞射元件122、第三繞射元件123、第四繞射元件124與第五繞射元件的繞射效率分別為約25%、33%、50%和99%。如此，從第一繞射元件121傳播至第二繞射元件122的光的約25%被繞射效率為約25%的第二繞射元件122繞射，而約75%的光被反射並繼續抵達第三繞射元件123。約25%的光被繞射效率為約33%的第三繞射元件123繞射，而約50%的光被反射並繼續抵達第四繞射元件124。約25%的光被繞射效率為約50%的第四繞射元件124繞射，而約25%的光被反射並繼續抵達第五繞射元件。約25%的光被繞射效率為約99%的第五繞射元件繞射，而小於1%的光被反射。

如第1圖所示，於一些實施方式中，第三繞射元件123無縫地連接第二繞射元件122與第四繞射元件124。亦即，第二繞射元件122與第三繞射元件123之間以及第三繞射元件123與第四繞射元件124之間沒有間隙。如此，出瞳（exit pupil）影像可以相對連續。

請參照第2圖。第2圖為繪示根據本揭露一些實施方式之空間階梯(spatial stepped)曝光方法的示意圖。如第2圖所示，於一些實施方式中，感光高分子聚合物P的相對兩側以紅光R、綠光G或藍光B的兩光束（亦即，參考光束RB以及訊號光束SB）由不同入射方向曝光感光高分子聚合物。感光高分子聚合物包含單體(monomer)、聚合體(polymer)、光啟始劑(photo-initiator)以及黏結劑(binder)。當感光高分子聚合物經受曝光製程時，光啟始劑接受光子以產生自由基，使得單體開始聚合(polymerization)。藉由使用全像干涉條紋的曝光方法，未被光照射的單體（亦即，在暗區）擴散至光照射區（亦即，亮區）移動並且聚合，進而造成聚合體不均勻的濃度梯度。最後，再經定影（fixing）後，各具有交錯排列之連續亮暗條紋的相位光柵（亦即，第二繞射元件122、第三繞射元件123與第四繞射元件124的全像光柵）即可完成，且感光高分子聚合物被轉換成第二繞射元件122、第三繞射元件123與第四繞射元件124的組合。

於一些實施方式中，根據不同的製造方法，一體積全像光柵可形成透射式全像光柵或反射式全像光柵。具體來說，如第2圖所示，藉由從感光高分子聚合物的相對兩側以參考光束RB與訊號光束SB以不同入射方向曝光感光高分子聚合物，第二繞射元件122、第三繞射元件123與第四繞射元件124可被製造成反射式繞射元件（亦即，第二繞射元件122、第三繞射元件123與第四繞射元件124的全像光柵為反射式全像光柵）。於一些其他實施方式中，藉由從感光高分子聚合物的同一側以參考光束RB與訊號光束SB以不同入射方向曝光感光高分子聚合物，第二繞射元件122、第三繞射元件123與第四繞射元件124的全像光柵可被製造成透射式繞射元件（亦即，第二繞射元件122、第三繞射元件123與第四繞射元件124的全像光柵為透射式全像光柵）。

如第1圖所示，於一些實施方式中，第一繞射元件121為反射式繞射元件，但本揭露並不以此為限。於一些其他實施方式中，第一繞射元件121可為透射式繞射元件。

通過以上描述，可知全像光柵可以通過光化學反應機制形成，並通過雙光干涉曝光系統(例如第5圖所示的光學曝光系統200)建立。參考光束RB與訊號光束SB的能量之和為總光強度。於一些實施方式中，參考光束RB與訊號光束SB的光強度的比值為1:1。或者，光強度的比值也可以通過條紋可見度(fringe visibility)來確定，其被定義為下面的等式(1)。 (1) 在以上等式(1)中，I _ref表示參考光束RB的光強度，I _sig表示訊號光束SB的光強度。

或者，也可以採用符合全像干涉規則的具體比例，本揭露對此不作限制。

在確定參考光束RB與訊號光束SB的總光強度之後，可控制曝光時間以達到全像感光材料(即感光高分子聚合物)所需的劑量。當達到感光高分子聚合物的所需劑量時，就會形成光柵。劑量可以通過以下等式(2)計算。 劑量 (mJ/cm ²) = 功率密度 (mW/cm ²) x 曝光時間 (s)      (2)

請參照第3圖。第3圖為繪示感光高分子聚合物接收的總劑量與感光高分子聚合物的繞射效率之間的關係的圖表。需要指出的是，圖表是以藉由將感光高分子聚合物暴露於藍光B的參考光束RB與訊號光束SB而獲得為例。

舉例來說，第二繞射元件122、第三繞射元件123與第四繞射元件124的繞射效率分別為約33%、50%和99%。對比第3圖的圖表可知，第二繞射元件122、第三繞射元件123與第四繞射元件124所需的曝光劑量分別為15 mJ/cm ²、18 mJ/cm ²和45 mJ/cm ²。

如第2圖所示，於一些實施方式中，參考光束RB與訊號光束SB中的每一者可以被調製為具有平頂(flat-top)強度分佈。階梯式中性密度濾光片NF設置在感光高分子聚合物的前面。感光高分子聚合物的一側經由階梯式中性密度濾光片NF暴露於參考光束RB，並且感光高分子聚合物的另一側暴露於訊號光束SB。階梯式中性密度濾光片NF的三個梯度區間的透光率(light transmittance)可以通過以下等式(3)確定。 (3) 在以上等式(3)中，Power _Reference表示參考光束RB的功率，Power _Signal表示訊號光束SB的功率，η表示透光率，r表示曝光半徑。於一實施例中，Power _Reference和Power _Signal可以分別為18 mW和50 mW，r為1.6 且mm，曝光時間為5.5秒。根據等式(3)，可以獲得三個梯度區間的透光率為8%、17%、96%的階梯式中性密度濾光片NF。因此，通過這種空間階梯曝光方法，可以對全像感光材料在不同區域進行不同劑量的曝光，最終得到繞射效率梯度變化的第二繞射元件122、第三繞射元件123與第四繞射元件124。

請參照第4圖。第4圖為繪示根據本揭露一些實施方式之時序階梯(sequential stepped)曝光方法的示意圖。如第4圖所示，第二繞射元件122可以藉由參考光束RB1與訊號光束SB1曝光形成，第三繞射元件123可以藉由參考光束RB2與訊號光束SB2曝光形成，且第四繞射元件124可以藉由參考光束RB3與訊號光束SB3曝光形成。第二繞射元件122、第三繞射元件123與第四繞射元件124的曝光時序可以根據需要而彈性地調整。

請參照第5圖。第5圖為繪示根據本揭露一些實施方式之光學曝光系統200的示意圖。如第5圖所示，光學曝光系統200包含三個光源210a、210b、210c配置以分別發射紅光R、綠光G以及藍光B。於一些實施方式中，光源210a所發射的紅光R的波段約為633 nm，但本揭露不以此為限。於一些實施方式中，光源210b所發射的綠光G的波段約為532 nm，但本揭露不以此為限。於一些實施方式中，光源210c所發射的藍光B的波段約為457 nm，但本揭露不以此為限。於一些實施方式中，光源210a、210b、210c可為雷射二極體，但本揭露不以此為限。

如第5圖所示，光學曝光系統200進一步包含四個反射鏡220a、220b、220c、220d、兩個分色鏡221a、221b、兩個半波板230a、230b、偏光分光器240、兩個空間濾波器250a、250b、兩個透鏡260a、260b、稜鏡270以及三個光閥280a、280b、280c。光閥280a光學耦合在光源210a和反射鏡220a之間。光閥280b光學耦合在光源210b和分色鏡221a之間。光閥280c光學耦合在光源210c和分色鏡221b之間。分色鏡221a、221b依序光學耦合在反射鏡220a、220b之間。半波板230a光學耦合在反射鏡220b和偏光分光器240之間。感光高分子聚合物P附著於稜鏡270的一側。偏光分光器240依序通過空間濾波器250a、反射鏡220c、透鏡260a和感光高分子聚合物P光學耦合到稜鏡270。偏光分光器240還依序通過半波板230b、空間濾波器250b、反射鏡220d和透鏡260b光學耦合到稜鏡270。

具體來說，光閥280a、280b、280c配置以分別允許紅光R、綠光G以及藍光B通過。分色鏡221a配置以透射紅光R，並反射綠光G。分色鏡221b配置以透射紅光R和綠光G，並反射藍光B。在第5圖所示的光學曝光系統200的光學配置下，當光源210a發出紅光R且光閥280a讓紅光R通過時，會產生兩束紅光R到達感光高分子聚合物P的相對兩側，當光源210b發出綠光G且光閥280b讓綠光G通過時，會產生兩束綠光G到達感光高分子聚合物P的相對兩側，且當光源210c發出藍光B且光閥280c讓藍光B通過時，會產生兩束藍光B到達感光高分子聚合物P的相對兩側。光源210a與光閥280a的組合可視為紅光發射模組，光源210b與光閥280b的組合可視為綠光發射模組，而光源210c與光閥280c的組合可視為藍光發射模組。

於一些實施方式中，光閥280a、280b、280c是快門(shutter)，但本揭露並不以此為限。

於一些實施方式中，如第5圖所示，光學曝光系統200進一步包含控制器290。控制器290電性連接至光源210a、210b、210c，並配置以控制光源210a、210b、210c分別發射紅光R、綠光G及藍光B。

於一些實施方式中，第5圖中的光閥280a、280b、280c可被省略。換句話說，光源210a可視為紅光發射模組，光源210b可視為綠光發射模組，而光源210c可視為藍光發射模組。

於一些實施方式中，第二繞射元件122、第三繞射元件123與第四繞射元件124中的每一者可以由彼此相交的紅光R、綠光G與藍光B的三個全像光柵形成。舉例來說，為了獲得繞射效率為33%的第二繞射元件122，則所需的紅光R的劑量可為約7 mJ/cm ²，所需的綠光G的劑量可為約15 mJ/cm ²，且所需的藍光B的劑量可以為約18 mJ/cm ²。為了獲得繞射效率為50%的第三繞射元件123，所需的紅光R的劑量可為約10 mJ/cm ²，所需的綠光G的劑量可為約18 mJ/cm ²，且所需的藍光B的劑量可為約30 mJ/cm ²。為了獲得繞射效率為99%的第四繞射元件124，所需的紅光R的劑量可為約24 mJ/cm ²，所需的綠光G的劑量可為約45 mJ/cm ²，且所需的藍光B的劑量可為約50 mJ/cm ²。

如第5圖所示，於一些實施方式中，為了執行時序階梯曝光方法，其上附著有感光高分子聚合物P的稜鏡270可沿一個方向(例如，第5圖中的垂直方向)移動。例如，參考第4圖，感光高分子聚合物P同時暴露於參考光束RB1與訊號光束SB1，以形成第二繞射元件122的至少一個全像光柵。接著，稜鏡270沿此方向向下移動，然後感光高分子聚合物P同時暴露於參考光束RB2與訊號光束SB2，以形成第三繞射元件123的至少一個全像光柵。接著，稜鏡270進一步沿此方向向下移動，然後感光高分子聚合物P同時暴露於參考光束RB3與訊號光束SB3，以形成第四繞射元件124的至少一個全像光柵。

請參照第6圖。第6圖為繪示根據本揭露一些實施方式之光學曝光系統300的示意圖。光學曝光系統300包含第5圖所示的光學曝光系統200的所有組件。為了執行時序階梯曝光方法，光學曝光系統300的稜鏡270是固定的，反射鏡220c和透鏡260a的第一組合可沿第一方向(例如，第6圖中的垂直方向)移動，並且反射鏡220d和透鏡260b的第二組合可沿第二方向(例如，第6圖中的水平方向)移動。例如，參考第4圖，感光高分子聚合物P同時暴露於參考光束RB1與訊號光束SB1，以形成第二繞射元件122的至少一個全像光柵。接著，第一組合沿第一方向向上移動，第二組合沿第二方向向左移動，然後感光高分子聚合物P同時暴露於參考光束RB2與訊號光束SB2，以形成第三繞射元件123的至少一個全像光柵。接著，第一組合進一步沿第一方向向上移動，第二組合進一步沿第二方向向左移動，然後感光高分子聚合物P同時暴露於參考光束RB3與訊號光束SB3，以形成第四繞射元件124的至少一個全像光柵。

於一些實施方式中，第二繞射元件122、第三繞射元件123與第四繞射元件124依序形成。具體來說，在第二繞射元件122的三個全像光柵的形成完成之後，進行第三繞射元件123的形成，且在第三繞射元件123的三個全像光柵的形成完成之後，再進行第四繞射元件124的形成。

於一些實施方式中，紅光R、綠光G、藍光B的全像光柵依序形成。具體來說，第二繞射元件122、第三繞射元件123與第四繞射元件124的綠光G的全像光柵的形成是在紅光R的三個全像光柵的形成完成之後進行的，且藍光B的全像光柵的形成是在綠光G的三個全像光柵的形成完成之後進行的。

由以上對於本揭露之具體實施方式之詳述，可以明顯地看出，於本揭露的波導裝置與光學引擎的一些實施方式中，第二繞射元件與第三繞射元件的繞射效率隨著全反射光的能量減少而增加。如此一來，具有不同繞射效率的第二繞射元件與第三繞射元件可提供較寬的眼瞳範圍，且此範圍可提供較均勻的光強度。這允許使用者在相對於波導裝置與光學引擎橫向移動眼睛時看到均勻的亮暗影像內容。

雖然本揭露已以實施方式揭露如上，然其並不用以限定本揭露，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭露的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本揭露的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100:光學引擎 110:投影機 120:波導裝置 121:第一繞射元件 122:第二繞射元件 123:第三繞射元件 124:第四繞射元件 125:波導元件 125a,125b:側 200,300:光學曝光系統 210a,210b,210c:光源 220a,220b,220c,220d:反射鏡 221a,221b:分色鏡 230a、230b:半波板 240:偏光分光器 250a,250b:空間濾波器 260a,260b:透鏡 270:稜鏡 280a,280b,280c:光閥 290:控制器 B:藍光 G:綠光 NF:階梯式中性密度濾光片 P:感光高分子聚合物 R:紅光 RB,RB1,RB2,RB3:參考光束 SB,SB1,SB2,SB3:訊號光束

為讓本揭露之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 第1圖為繪示根據本揭露一些實施方式之光學引擎的示意圖。 第2圖為繪示根據本揭露一些實施方式之空間階梯(spatial stepped)曝光方法的示意圖。 第3圖為繪示感光高分子聚合物接收的總劑量與感光高分子聚合物的繞射效率之間的關係的圖表。 第4圖為繪示根據本揭露一些實施方式之時序階梯(sequential stepped)曝光方法的示意圖。 第5圖為繪示根據本揭露一些實施方式之光學曝光系統的示意圖。 第6圖為繪示根據本揭露一些實施方式之光學曝光系統的示意圖。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

100:光學引擎

110:投影機

120:波導裝置

121:第一繞射元件

122:第二繞射元件

123:第三繞射元件

124:第四繞射元件

125:波導元件

125a,125b:側

Claims (17)

1. 一種波導裝置，包含： 一第一繞射元件，配置以繞射一波長的光而以一繞射角傳播； 一第二繞射元件，配置以繞射該波長的該光而以該繞射角傳播； 一第三繞射元件，配置以繞射該波長的該光而以該繞射角傳播；以及 一波導元件，配置以導引該波長的該光由該第一繞射元件傳播至該第二繞射元件與該第三繞射元件，其中該第二繞射元件與該第三繞射元件的繞射效率不同。
2. 如請求項1所述之波導裝置，其中該第一繞射元件與該第二繞射元件及該第三繞射元件分隔開。
3. 如請求項1所述之波導裝置，其中該第一繞射元件與該第二繞射元件之間的距離小於該第一繞射元件與該第三繞射元件之間的距離，且該第二繞射元件的該繞射效率小於該第三繞射元件的該繞射效率。
4. 如請求項1所述之波導裝置，其中該波導元件具有相對兩側，該第一繞射元件設置於該兩側中的一者上，且該第二繞射元件與該第三繞射元件設置於該兩側中的另一者上。
5. 如請求項4所述之波導裝置，其中該第一繞射元件、該第二繞射元件與該第三繞射元件為反射式繞射元件。
6. 如請求項1所述之波導裝置，進一步包含一第四繞射元件配置以繞射該波長的該光而以該繞射角傳播，其中該第二繞射元件、該第三繞射元件與該第四繞射元件設置於該波導元件的一表面上且沿著一方向依序排列，且該第三繞射元件的該繞射效率大於該第二繞射元件的該繞射效率且小於該第四繞射元件的一繞射效率。
7. 如請求項6所述之波導裝置，其中該第三繞射元件接觸該第二繞射元件與該第四繞射元件。
8. 一種光學引擎，包含： 一投影機，配置以投影一波長的光； 一第一繞射元件，配置以繞射該波長的該光而以一繞射角傳播； 一第二繞射元件，配置以繞射該波長的該光而以該繞射角傳播； 一第三繞射元件，配置以繞射該波長的該光而以該繞射角傳播；以及 一波導元件，配置以導引該波長的該光由該第一繞射元件傳播至該第二繞射元件與該第三繞射元件，其中該第二繞射元件與該第三繞射元件的繞射效率不同。
9. 如請求項8所述之光學引擎，其中該第一繞射元件與該第二繞射元件及該第三繞射元件分隔開。
10. 如請求項8所述之光學引擎，其中該第一繞射元件與該第二繞射元件之間的距離小於該第一繞射元件與該第三繞射元件之間的距離，且該第二繞射元件的該繞射效率小於該第三繞射元件的該繞射效率。
11. 如請求項8所述之光學引擎，其中被該第一繞射元件繞射的該光依序抵達該第二繞射元件與該第三繞射元件，且該第二繞射元件的該繞射效率小於該第三繞射元件的該繞射效率。
12. 如請求項8所述之光學引擎，其中該波導元件具有相對兩側，該第一繞射元件設置於該兩側中的一者上，且該第二繞射元件與該第三繞射元件設置於該兩側中的另一者上。
13. 如請求項12所述之光學引擎，其中該第一繞射元件、該第二繞射元件與該第三繞射元件為反射式繞射元件。
14. 如請求項8所述之光學引擎，進一步包含一第四繞射元件配置以繞射該波長的該光而以該繞射角傳播，其中該第二繞射元件、該第三繞射元件與該第四繞射元件設置於該波導元件的一表面上且沿著一方向依序排列，且該第三繞射元件的該繞射效率大於該第二繞射元件的該繞射效率且小於該第四繞射元件的一繞射效率。
15. 如請求項14所述之光學引擎，其中該第三繞射元件無縫地連接該第二繞射元件與該第四繞射元件。
16. 如請求項14所述之光學引擎，其中被該第一繞射元件繞射的該光經由該波導元件依序抵達該第二繞射元件、該第三繞射元件與該第四繞射元件。
17. 如請求項8所述之光學引擎，其中該投影機所投影的該光經由波導元件抵達該第一繞射元件，且抵達該第一繞射元件的該光被該第一繞射元件繞射而依序抵達該第二繞射元件與該第三繞射元件。

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