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TWI856600B - 光學元件的製造方法及光學曝光系統 - Google Patents

光學元件的製造方法及光學曝光系統 Download PDF

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TWI856600B
TWI856600B TW112113017A TW112113017A TWI856600B TW I856600 B TWI856600 B TW I856600B TW 112113017 A TW112113017 A TW 112113017A TW 112113017 A TW112113017 A TW 112113017A TW I856600 B TWI856600 B TW I856600B
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宏達國際電子股份有限公司
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Abstract

一種光學元件的製造方法包含：以複數個種類的光曝光感光高分子聚合物複數個循環，其中每一循環包含分別對應於這些種類的光的複數個曝光時序，且這些循環的曝光時序中的任兩相鄰者分別對應於這些種類的光中的兩者；以及定影經曝光之感光高分子聚合物以形成全像光學元件，全像光學元件具有分別由這些種類的光形成的複數個全像光柵。

Description

光學元件的製造方法及光學曝光系統
本揭露是有關於一種光學元件的製造方法及光學曝光系統。
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光學元件的製造方法及光學曝光系統，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光學元件的製造方法及光學曝光系統。
為了達到上述目的，依據本揭露之一實施方式，一種光學元件的製造方法包含：以複數個種類的光曝光感光高分子聚合物複數個循環，其中每一循環包含分別對應於這些種類的光的複數個曝光時序，且這些循環的曝光時序中的任兩相鄰者分別對應於這些種類的光中的兩者；以及定影經曝光之感光高分子聚合物以形成全像光學元件，全像光學元件具有分別由這些種類的光形成的複數個全像光柵。
於本揭露的一或多個實施方式中，這些種類的光分別具有不同波長。
於本揭露的一或多個實施方式中，前述曝光步驟包含：分別藉由複數個光源發射這些種類的光；以及根據曝光時序依序控制複數個光閥以分別允許這些種類的光通過。
於本揭露的一或多個實施方式中，前述曝光步驟包含：根據曝光時序依序控制複數個光源分別發射這些種類的光。
於本揭露的一或多個實施方式中，這些種類的光相對於感光高分子聚合物分別具有不同入射角。
於本揭露的一或多個實施方式中，這些種類的光具有相同波長。
於本揭露的一或多個實施方式中，前述曝光步驟包含：根據曝光時序依序將感光高分子聚合物轉動至分別對應於這些種類的光的複數個角度。
於本揭露的一或多個實施方式中，前述曝光步驟以這些種類的光對該感光高分子聚合物曝光分別達複數個總曝光劑量，使得該些全像光柵相對於該曝光步驟前的該感光高分子聚合物的折射率變化量實質上相等。
為了達到上述目的，依據本揭露之一實施方式，一種光學曝光系統用以製造具有複數個全像光柵的光學元件。光學曝光系統包含至少一光發射模組、複數個導光元件以及至少一控制器。光發射模組配置以產生分別對應全像光柵的複數個種類的光。導光元件配置以導引這些種類的光至感光高分子聚合物。控制器配置以控制光發射模組產生這些種類的光複數個循環。每一循環包含分別對應於這些種類的光的複數個曝光時序。這些循環的曝光時序中的任兩相鄰者分別對應於這些種類的光中的兩者。
於本揭露的一或多個實施方式中，這些種類的光分別具有不同波長。
於本揭露的一或多個實施方式中，光發射模組包含複數個光源以及複數個光閥。光源配置以分別發射這些種類的光。光閥分別設置於光源之前。控制器配置以根據曝光時序依序控制光閥以分別允許這些種類的光通過。
於本揭露的一或多個實施方式中，光發射模組包含複數個光源。光源配置以分別發射這些種類的光。控制器配置以根據曝光時序依序控制光源分別發射這些種類的光。
於本揭露的一或多個實施方式中，這些種類的光相對於感光高分子聚合物分別具有不同入射角。
於本揭露的一或多個實施方式中，這些種類的光具有相同波長。
於本揭露的一或多個實施方式中，光學曝光系統進一步包含轉動元件。轉動元件配置以轉動感光高分子聚合物。控制器進一步配置以控制轉動元件根據曝光時序依序將感光高分子聚合物轉動至分別對應於這些種類的光的複數個角度。
於本揭露的一或多個實施方式中，導光元件配置以將這些種類的光分別以入射角導引至感光高分子聚合物。光學曝光系統進一步包含複數個光閥。光閥分別經由導光元件光學耦合至感光高分子聚合物。控制器配置以根據曝光時序依序控制光閥以分別允許這些種類的光通過。
綜上所述，於本揭露的光學元件的製造方法及光學曝光系統的一些實施方式中，藉由控制任一循環中的曝光時序分別對應不同種類光線，感光高分子聚合物在曝光這些循環後可以分別由不同種類的光形成複數個全像光柵。如此，可有效避免這些全像光柵中的至少一者的製造良率不佳的問題，並可保證所有全像光柵的品質相對一致和均勻。
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，其為繪示根據本揭露一些實施方式的光學引擎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包含兩全像光學元件121a、121b以及波導元件122。全像光學元件121a、121b附著至波導元件122，且分別作為光輸入與光輸出的導光元件。換言之，由投影機110所投影的光可被輸入至全像光學元件121a以及由全像光學元件121b輸出，且波導元件122配置以基於全反射原理導引光由全像光學元件121a傳播至全像光學元件121b。
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，但本揭露並不以此為限。於一些實施方式中，投影機110所投影的紅光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，投影機110所投影的綠光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，投影機110所投影的藍光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。
請參照第2圖，其為繪示根據本揭露一些實施方式的全像光學元件121a中的全像光柵的示意圖。舉例來說，第2圖示出了全像光學元件121a貼附至第1圖所示的波導元件122的表面，並且第2圖的視角垂直於全像光學元件121a的前述表面。如第1圖與第2圖所示，全像光學元件121a具有第一全像光柵1211a、第二全像光柵1211b以及第三全像光柵1211c。第一全像光柵1211a配置使紅光R繞射而以第一範圍之繞射角傳播。舉例來說，第一全像光柵1211a配置使波長為632 nm（於紅光R的波段中）之光繞射而以第一繞射角Da傳播。第二全像光柵1211b配置使綠光G繞射而以第二範圍之繞射角傳播。舉例來說，第二全像光柵1211b配置使波長為532 nm（於綠光G的波段中）之光繞射而以第二繞射角Db傳播。第三全像光柵1211c配置使藍光B繞射而以第三範圍之繞射角傳播。舉例來說，第三全像光柵1211c配置使波長為465 nm（於藍光B的波段中）之光繞射而以第三繞射角Dc傳播。波導元件122配置以導引紅光R、綠光G以及藍光B由全像光學元件121a傳播至全像光學元件121b。
於一些實施方式中，第一全像光柵1211a、第二全像光柵1211b以及第三全像光柵1211c疊合在一起。換句話說，第一全像光柵1211a、第二全像光柵1211b以及第三全像光柵1211c相互穿過。如此，全像光學元件121a可具有小尺寸。
於一些實施方式中，第一全像光柵1211a、第二全像光柵1211b以及第三全像光柵1211c為體積全像光柵。值得注意的是，根據布拉格定律，由體積全像光柵繞射的光可以一特定繞射角傳播。
於一些實施方式中，全像光學元件121b也可形成有第一全像光柵1211a、第二全像光柵1211b以及第三全像光柵1211c。如此，紅光R、綠光G以及藍光B傳播於波導元件122中的部分可分別由全像光學元件121b的第一全像光柵1211a、第二全像光柵1211b以及第三全像光柵1211c繞射並接著輸出至波導裝置120外而抵達使用者的眼睛。
請參照第3圖，其為繪示根據本揭露一些實施方式的光學曝光系統200的示意圖。如第3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3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3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3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，控制器290（或另一控制單元）電性連接至光閥280a、280b、280c，並配置以控制前述光發射模組產生紅光R、綠光G和藍光B複數個循環(例如第5圖所示的循環C1至循環C3)，其中每一循環包含分別對應於紅光R、綠光G和藍光B的複數個曝光時序，且這些循環的曝光時序中的任兩相鄰者分別對應於紅光R、綠光G和藍光B中的兩者。
於一些實施方式中，第3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。
如第3圖所示，光學曝光系統200配置以從感光高分子聚合物P的相對兩側以紅光R、綠光G或藍光B的兩光束以不同入射方向曝光感光高分子聚合物P的一部位。感光高分子聚合物P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P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，第一全像光柵1211a、第二全像光柵1211b以及第三全像光柵1211c）即可完成，且感光高分子聚合物P被轉換成全像光學元件121a。
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3圖所示，藉由從感光高分子聚合物P的相對兩側以兩光束以不同入射方向曝光感光高分子聚合物P，全像光學元件121a可被製造成反射式全像元件（亦即，第一全像光柵1211a、第二全像光柵1211b以及第三全像光柵1211c為反射式全像光柵）。於一些實施方式中，藉由從感光高分子聚合物P的同一側以兩光束以不同入射方向曝光感光高分子聚合物P（第3圖所示的光學曝光系統200的光路需要修改），全像光學元件121a可被製造成透射式全像元件（亦即，第一全像光柵1211a、第二全像光柵1211b以及第三全像光柵1211c為透射式全像光柵）。
於一些實施方式中，全像光學元件121b也可被製造為透射式全像元件或反射式全像元件。舉例來說，如第1圖所示，全像光學元件121a、121b皆為反射式全像元件，且分別位於波導元件122的相對兩側。具體來說，全像光學元件121a、121b分別附著至波導元件122的第一表面122a以及第二表面122b。
請參照第4圖，其為繪示根據本揭露一些實施方式的光學元件的製造方法的流程圖。如第4圖所示，並配合參照第3圖的光學曝光系統200，光學元件的製造方法主要包含步驟S110以及步驟S120。光學元件的製造方法開始於步驟S110，其中感光高分子聚合物P曝光於複數個種類的光（例如，紅光R、綠光G以及藍光B）複數個循環，其中每一循環包含分別對應於這些種類的光的複數個曝光時序，且這些循環的曝光時序中的任兩相鄰者分別對應於這些種類的光中的兩者。光學元件的製造方法繼續於步驟S120，其中經曝光之感光高分子聚合物P被定影以形成全像光學元件（例如，全像光學元件121a），全像光學元件具有分別由這些種類的光形成的複數個全像光柵（例如，第一全像光柵1211a、第二全像光柵1211b以及第三全像光柵1211c）。
於一些實施方式中，步驟S110可包含步驟S111a以及步驟S111b。於步驟S111a中，這些種類的光分別由複數個光源(例如，光源210a、210b、210c)發射。於步驟S111b中，複數個光閥(例如，光閥280a、280b、280c)被根據曝光時序依序控制以分別允許這些種類的光（例如，紅光R、綠光G以及藍光B）通過。
於一些實施方式中，步驟S110可包含步驟S112。於步驟S112中，複數個光源(例如，光源210a、210b、210c)被根據曝光時序依序控制以分別發射這些種類的光（例如，紅光R、綠光G以及藍光B）。
請參照第5圖，其為繪示根據本揭露一些實施方式的不同種類的光在循環中的曝光時序的示意圖。如第5圖所示，曝光時序可被分為三個循環C1、C2、C3。循環C1、C2、C3的每一者具有三個曝光時序，分別對應紅光R、綠光G與藍光B。具體來說，循環C1具有分別對應紅光R、綠光G與藍光B的曝光時序S1、S2、S3，循環C2具有分別對應紅光R、綠光G與藍光B的曝光時序S4、S5、S6，且循環C3具有分別對應紅光R、綠光G與藍光B的曝光時序S7、S8、S9，但本揭露並不以此為限。
於實際應用中，循環的數量不限於第5圖所示的三個，且可以彈性地改變。於實際應用中，任一循環中的曝光時序的數量不限於第5圖所示的三個，且可以彈性地改變。
需要指出的是，如第5圖所示，藉由對感光高分子聚合物P進行循環C1至循環C3的部分曝光，第一全像光柵1211a、第二全像光柵1211b以及第三全像光柵1211c以不太明顯的對比度形成在感光高分子聚合物P中。在感光高分子聚合物P依序曝光循環C1至循環C3之後，第一全像光柵1211a、第二全像光柵1211b以及第三全像光柵1211c可以更明顯的對比度形成在感光高分子聚合物P中。如此，可有效避免第一全像光柵1211a、第二全像光柵1211b以及第三全像光柵1211c中的至少一者的製造良率不佳的問題，並可保證第一全像光柵1211a、第二全像光柵1211b以及第三全像光柵1211c的品質相對一致和均勻。
如第5圖所示，曝光時序S1至曝光時序S9中的任兩相鄰者之間無空白，但本揭露並不以此為限。請參照第6圖，其為繪示根據本揭露一些實施方式的不同種類的光在一循環中的曝光時序的示意圖。如第6圖所示，循環C1具有分別對應紅光R、綠光G與藍光B的曝光時序S1、S2、S3。曝光時序S1、S2之間夾有空白。曝光時序S2、S3之間夾有空白。
通過以上描述，可知相位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3圖所示的光學曝光系統200)建立。在光學曝光系統200中，光源210a、210b、210c發出的光的強度和曝光時序被控制以達到全像感光材料(亦即，感光高分子聚合物P)所需的劑量。當達到所需的感光高分子聚合物劑量時，就形成了光柵。劑量可以通過下式(1)計算。 劑量 (mJ/cm 2) = 功率密度 (mW/cm 2) x 曝光時間 (s)               (1)
另外，當感光高分子聚合物P開始曝光形成光柵時，已知會有一種稱為抑制(inhibition)的化學機制。其目的是為了避免材料在最初暴露於不穩定的暴露環境時發生化學活化，從而導致不必要的光柵形成或雜訊。本揭露的方法可以考慮抑制所需要的條件，使得光柵形成過程中條紋的對比更加明顯。
請參照第7圖，其呈現總劑量與高分子聚合物的折射率(亦即，Δn 1)變化量的關係圖。如第7圖所示，紅光R的抑制劑量需要2 mJ/cm 2，且9 mJ/cm 2後可達到飽和反應。綠光G的抑制劑量需要4 mJ/cm 2，且30 mJ/cm 2後可達到飽和反應。藍光B的抑制劑量需要12 mJ/cm 2，且50 mJ/cm 2後可達到飽和反應。
於一些實施方式中，曝光循環的數量可以以目標折射率調製(target refractive index modulation)的最小反應劑量為歸一化條件來確定。舉例來說，紅光R的反應劑量為3 mJ/cm 2，綠光G的反應劑量為24 mJ/cm 2，且藍光B的反應劑量為60 mJ/cm 2。因此，當循環的數量為三時，紅光R、綠光G與藍光B在三循環的每一者中的週期劑量可分別定義為1 mJ/cm 2、8 mJ/cm 2及20 mJ/cm 2。另外，若每一曝光時序的曝光時間設置為1秒，則根據上式（1），紅光R的功率密度為3 mW/cm 2，綠光G的功率密度為8 mW/cm 2，且藍光B的功率密度為20 mW/cm 2。在依序曝光三個循環後，即可完成以三種色光為目標的折射率調製的相位光柵的建立。
另外，若感光高分子聚合物P需要進行抑制的激活機制，可以在開始時增加一到兩個額外的循環。如前所述，紅光R的抑制劑量需要2 mJ/cm 2，綠光G的抑制劑量需要4 mJ/cm 2，且藍光B的抑制劑量需要12 mJ/cm 2。
因此，在第一個曝光循環後，感光高分子聚合物P可能已經完成了對三種色光的激活反應，隨後的三個曝光循環即可完成對三種色光進行目標折射率調製的相位光柵的建立。換句話說，分別由紅光R、綠光G和藍光B形成的相位光柵相對於曝光前的感光高分子聚合物P的折射率具有基本相等的折射率變化量。這樣可以保證相位光柵的品質相對一致和均勻。
於一些實施方式中，本揭露的方法所使用的紅光R、綠光G與藍光B在每個曝光循環中各自的劑量可以是絕對劑量。舉例來說，紅光R的反應劑量為6 mJ/cm 2，綠光G的反應劑量為27 mJ/cm 2，且藍光B的反應劑量為26 mJ/cm 2。若曝光循環的數量為六，則紅光R在每個曝光循環中的絕對劑量為1 mJ/cm 2，綠光G在每個曝光循環中的絕對劑量為4.5 mJ/cm 2，且藍光B在每個曝光循環中的絕對劑量為9.33 mJ/cm 2。
於一些實施方式中，本揭露的方法所使用的紅光R、綠光G與藍光B在每個曝光循環中各自的劑量可以是彈性劑量。舉例來說，紅光R的反應劑量為6 mJ/cm 2，綠光G的反應劑量為27 mJ/cm 2，且藍光B的反應劑量為26 mJ/cm 2。若曝光循環的數量為六，則紅光R在每個曝光循環中的彈性劑量可為1 mJ/cm 2，綠光G在每個曝光循環中的彈性劑量可為5 mJ/cm 2，且藍光B在每個曝光循環中的彈性劑量可為9 mJ/cm 2。亦即，彈性劑量分別是絕對劑量取整數。
請參照第8圖以及第9圖。第8圖為繪示根據本揭露一些實施方式的光學曝光系統300的示意圖。第9圖為繪示第8圖中的光學曝光系統300的局部示意圖。如第8圖與第9圖所示，光學曝光系統300包含三個光源210a、210b、210c、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、三個光閥280a、280b、280c以及控制器290，這些元件與第3圖所示的光學曝光系統200的元件相同或相似，因此對這些元件的描述可參見上文，為簡潔起見，在此不再重複。
與第3圖所示的光學曝光系統200相比，光學曝光系統300進一步包含轉動元件310。轉動元件310配置以使稜鏡270繞軸線A旋轉，從而使附著至稜鏡270的感光高分子聚合物P轉動。舉例來說，轉動元件310可以是馬達，但本揭露不以此為限。
於一些實施方式中，控制器290（或另一控制單元）電性連接至轉動元件310，並配置以控制轉動元件310根據曝光時序依序將感光高分子聚合物P轉動至分別對應於不同種類的光的複數個角度。亦即，這些種類的光相對於感光高分子聚合物P分別具有不同入射角。舉例來說，第一種類的光是入射角為θ的紅光R中的一光束，如第8圖所示，第二種類的光是入射角為θ+α的紅光R中的一光束，如圖9所示，且第三種類的光是入射角為θ+2α的紅光R中的一光束(圖未示)。舉例來說，θ可為90°，α可為5°，但本揭露不以此為限。
於實際應用中，不同入射角的數量不限於三種(亦即，θ、θ+α、θ+2α)，且可以彈性地變化。
請參照第10圖，其為繪示根據本揭露一些實施方式的全像光學元件121a中的全像光柵的示意圖。舉例來說，第10圖示出了全像光學元件121a貼附至第1圖所示的波導元件122的表面，並且第10圖的視角垂直於全像光學元件121a的前述表面。如第10圖所示，除了第一全像光柵1211a、第二全像光柵1211b以及第三全像光柵1211c，全像光學元件121a進一步包含第四全像光柵1211a1以及第五全像光柵1211a2。第四全像光柵1211a1配置使紅光R繞射而以第四範圍之繞射角傳播。舉例來說，第四全像光柵1211a1配置使波長為632 nm之光繞射而以等於第一繞射角Da加5度之第四繞射角傳播（如第10圖中之光線R’所示）。第五全像光柵1211a2配置使紅光R繞射而以第五範圍之繞射角傳播。舉例來說，第五全像光柵1211a2配置使波長為632 nm之光繞射而以等於第一繞射角Da加10度之第五繞射角傳播（如第10圖中之光線R’’所示）。
請參照第11圖，其為繪示根據本揭露一些實施方式的不同種類的光在循環中的曝光時序的示意圖。如第11圖所示，曝光時序可被分為三個循環C1、C2、C3。循環C1、C2、C3的每一者具有三個曝光時序，分別對應於相對於感光高分子聚合物P分別具有不同入射角θ、θ+α、θ+2α的種類的光。具體來說，循環C1具有分別對應具有不同入射角θ、θ+α、θ+2α的種類的光的曝光時序S1、S2、S3，循環C2具有分別對應具有不同入射角θ、θ+α、θ+2α的種類的光的曝光時序S4、S5、S6，且循環C3具有分別對應具有不同入射角θ、θ+α、θ+2α的種類的光的曝光時序S7、S8、S9，但本揭露並不以此為限。
需要指出的是，如第11圖所示，藉由對感光高分子聚合物P進行循環C1至循環C3的部分曝光，第一全像光柵1211a、第四全像光柵1211a1以及第五全像光柵1211a2以不太明顯的對比度形成在感光高分子聚合物P中。在感光高分子聚合物P依序曝光循環C1至循環C3之後，第一全像光柵1211a、第四全像光柵1211a1以及第五全像光柵1211a2可以更明顯的對比度形成在感光高分子聚合物P中。如此，可有效避免第一全像光柵1211a、第四全像光柵1211a1以及第五全像光柵1211a2中的至少一者的製造良率不佳的問題，並可保證第一全像光柵1211a、第四全像光柵1211a1以及第五全像光柵1211a2的品質相對一致和均勻。
於實際應用中，循環的數量不限於第11圖所示的三個，且可以彈性地改變。於實際應用中，任一循環中的曝光時序的數量不限於第11圖所示的三個，且可以彈性地改變。於實際應用中，這些種類的光的數量不限於三個，且可以彈性地改變。
於一些實施方式中，如第5圖所示的曝光時序S1、S4、S7中的任一者都可以被切割成三個週期，分別對應於相對於感光高分子聚合物P具有不同入射角θ、θ+α、θ+2α的種類的光。在藉由使用如第8圖所示的光學曝光系統300依序曝光感光高分子聚合物P循環C1至循環C3之後，可在感光高分子聚合物P中形成第一全像光柵1211a、第二全像光柵1211b、第三全像光柵1211c、第四全像光柵1211a1以及第五全像光柵1211a2。
於一些實施方式中，如第5圖所示的曝光時序S1至曝光時序S9中的任一者都可以被切割成三個週期，分別對應於相對於感光高分子聚合物P具有不同入射角θ、θ+α、θ+2α的種類的光。在藉由使用如第8圖所示的光學曝光系統300依序曝光感光高分子聚合物P循環C1至循環C3之後，會有九個全像光柵（包含第一全像光柵1211a、第二全像光柵1211b、第三全像光柵1211c、第四全像光柵1211a1以及第五全像光柵1211a2）形成於感光高分子聚合物P中。
請參照第12圖，其為繪示根據本揭露一些實施方式的光學曝光系統400的示意圖。如第12圖所示，光學曝光系統400包含三個光源410a、410b、410c配置以分別發射紅光R、綠光G以及藍光B。光源410a、410b、410c與第3圖中的光源210a、210b、210c相同，因此對這些元件的描述可參見上文，在此不再贅述。光學曝光系統400進一步包含複數個導光元件，配置以導引紅光R、綠光G和藍光B至感光高分子聚合物P。具體來說，光學曝光系統400進一步包含八個反射鏡420a、420b、420c、420d、420e、420f、420g、420h、兩個分色鏡421a、421b、六個半波板430a、430b、430c、430d、430e、430f、兩個分光器440ba、440b、三個偏光分光器440c、440d、440e、空間濾波器450、透鏡460、兩個稜鏡470a、470b、六個光閥480a、480b、480c、480d、480e、480f以及可變光闌481。光閥480a光學耦合在光源410a和分色鏡421b之間。光閥480b光學耦合在光源410b和分色鏡421a之間。光閥480c光學耦合在光源410c和反射鏡420a之間。分色鏡421a、421b依序光學耦合在反射鏡420a和空間濾波器450之間。空間濾波器450依序經由可變光闌481、透鏡460和分光器440a、440b光學耦合到反射鏡420b。
詳細來說，光閥480a、480b、480c配置以分別允許紅光R、綠光G以及藍光B通過。分色鏡421b配置以透射紅光R，並反射綠光G和藍光B。分色鏡421a配置以透射藍光B，並反射綠光G。在第12圖所示的光學曝光系統400的光學配置下，當光源410a發射紅光R且光閥480a讓紅光R通過時，紅光R會被產生而到達空間濾波器450，當光源410b發射綠光G且光閥480b讓綠光G通過時，綠光G會被產生而到達空間濾波器450，且當光源410c發射藍光B且光閥480c讓藍光B通過時，藍光B會被產生而到達空間濾波器450。光源410a與光閥480a的組合可視為紅光發射模組，光源410b與光閥480b的組合可視為綠光發射模組，而光源410c與光閥480c的組合可視為藍光發射模組。
於一些實施方式中，光閥480a、480b、480c是快門，但本揭露並不以此為限。
於一些實施方式中，如第12圖所示，光學曝光系統400進一步包含控制器490。控制器490電性連接至光源410a、410b、410c，並配置以控制光源410a、410b、410c分別發射紅光R、綠光G及藍光B。
於一些實施方式中，控制器490（或另一控制單元）電性連接至光閥480a、480b、480c，並配置以控制光閥480a、480b、480c分別允許紅光R、綠光G以及藍光B通過。如此，控制器490（或另一控制單元）配置以控制前述光發射模組產生紅光R、綠光G和藍光B複數個循環(例如第5圖所示的循環C1至循環C3)，其中每一循環包含分別對應於紅光R、綠光G和藍光B的複數個曝光時序，且這些循環的曝光時序中的任兩相鄰者分別對應於紅光R、綠光G和藍光B中的兩者。
於一些實施方式中，第12圖中的光閥480a、480b、480c可被省略。換句話說，光源410a可視為紅光發射模組，光源410b可視為綠光發射模組，而光源410c可視為藍光發射模組。
如第12圖所示，感光高分子聚合物P夾在稜鏡470a、470b之間。換句話說，稜鏡470a、470b分別附接至感光高分子聚合物P的相對兩側。感光高分子聚合物P的描述見上文，在此不再贅述。
分光器440a依序經由光閥480f、半波板430a、偏光分光器440c和反射鏡420c與稜鏡470a光學耦合。分光器440a還依序經由光閥480f、半波板430a、偏光分光器440c、半波板430b和反射鏡420h與稜鏡470b光學耦合。分光器440b依序經由光閥480e、半波板430c、偏光分光器440d和反射鏡420d與稜鏡470a光學耦合。分光器440b依序經由光閥480e、半波板430c、偏光分光器440d、半波板430d和反射鏡420g與稜鏡470b光學耦合。反射鏡420b依序經由光閥480d、半波板430e、偏光分光器440e和反射鏡420e與稜鏡470a光學耦合。反射鏡420b依序經由光閥480d、半波板430e、偏光分光器440e、半波板430f和反射鏡420f與稜鏡470b光學耦合。
在第12圖所示的光學曝光系統400的光學配置下，當光源410a發射紅光R且光閥480a、480d讓紅光R通過時，會產生紅光R的第一對光束分別以第一組入射角(其中一個入射角為θ)到達感光高分子聚合物P的相對側，當光源410a發射紅光R且光閥480a、480e讓紅光R通過時，會產生紅光R的第二對光束分別以第二組入射角(其中一個入射角為θ+α)到達感光高分子聚合物P的相對側，且當光源410a發射紅光R且光閥480a、480f讓紅光R通過時，會產生紅光R的第三對光束分別以第一組入射角(其中一個入射角為θ+2α)到達感光高分子聚合物P的相對側。如此，如第12圖所示的光學曝光系統400可用於製造如第10圖所示的感光高分子聚合物P中的第一全像光柵1211a、第四全像光柵1211a1和第五全像光柵1211a2。
於一些實施方式中，控制器490（或另一控制單元）電性連接至光閥480d、480e、480f，並進一步配置以控制光閥480d、480e、480f依序允許紅光R通過、依序允許綠光G通過與依序允許藍光B通過。
於一些實施方式中，如第5圖所示的曝光時序S1、S4、S7中的任一者都可以被切割成三個週期，分別對應於相對於感光高分子聚合物P具有不同入射角θ、θ+α、θ+2α的種類的光。在藉由使用如第12圖所示的光學曝光系統400依序曝光感光高分子聚合物P循環C1至循環C3之後，可在感光高分子聚合物P中形成第一全像光柵1211a、第二全像光柵1211b、第三全像光柵1211c、第四全像光柵1211a1以及第五全像光柵1211a2。
於一些實施方式中，如第5圖所示的曝光時序S1至曝光時序S9中的任一者都可以被切割成三個週期，分別對應於相對於感光高分子聚合物P具有不同入射角θ、θ+α、θ+2α的種類的光。在藉由使用如第12圖所示的光學曝光系統400依序曝光感光高分子聚合物P循環C1至循環C3之後，會有九個全像光柵（包含第一全像光柵1211a、第二全像光柵1211b、第三全像光柵1211c、第四全像光柵1211a1以及第五全像光柵1211a2）形成於感光高分子聚合物P中。
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，於本揭露的光學元件的製造方法及光學曝光系統的一些實施方式中，藉由控制任一循環中的曝光時序分別對應不同種類光線，感光高分子聚合物在曝光這些循環後可以分別由不同種類的光形成複數個全像光柵。如此，可有效避免這些全像光柵中的至少一者的製造良率不佳的問題，並可保證所有全像光柵的品質相對一致和均勻。
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 121a,121b:全像光學元件 1211a:第一全像光柵 1211b:第二全像光柵 1211c:第三全像光柵 1211a1:第四全像光柵 1211a2:第五全像光柵 122:波導元件 200,300,400:光學曝光系統 210a,210b,210c,410a,410b,410c:光源 220a,220b,220c,220d,420a,420b,420c,420d,420e,420f,420g,420h:反射鏡 221a,221b,421a,421b:分色鏡 230a、230b,430a,430b,430c,430d,430e,430f:半波板 240,440c,440d,440e:偏光分光器 250a,250b,450:空間濾波器 260a,260b,460:透鏡 270,470a,470b:稜鏡 280a,280b,280c,480a,480b,480c,480d,480e,480f:光閥 290,490:控制器 440a,440b:分光器 B:藍光 C1,C2,C3:循環 G:綠光 P:感光高分子聚合物 R:紅光 R’,R’’:光線 S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8,S9:曝光時序 S110,S120:步驟
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的光學引擎的示意圖。 第2圖為繪示根據本揭露一些實施方式的全像光學元件中的全像光柵的示意圖。 第3圖為繪示根據本揭露一些實施方式的光學曝光系統的示意圖。 第4圖為繪示根據本揭露一些實施方式的光學元件的製造方法的流程圖。 第5圖為繪示根據本揭露一些實施方式的不同種類的光在循環中的曝光時序的示意圖。 第6圖為繪示根據本揭露一些實施方式的不同種類的光在一循環中的曝光時序的示意圖。 第7圖是呈現總劑量與高分子聚合物的折射率變化量的關係圖。 第8圖為繪示根據本揭露一些實施方式的光學曝光系統的示意圖。 第9圖為繪示第8圖中的光學曝光系統的局部示意圖。 第10圖為繪示根據本揭露一些實施方式的全像光學元件中的全像光柵的示意圖。 第11圖為繪示根據本揭露一些實施方式的不同種類的光在循環中的曝光時序的示意圖。 第12圖為繪示根據本揭露一些實施方式的光學曝光系統的示意圖。
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S110,S120:步驟

Claims (16)

  1. 一種光學元件的製造方法，包含： 以複數個種類的光曝光一感光高分子聚合物複數個循環，其中每一該些循環包含分別對應於該些種類的光的複數個曝光時序，且該些循環的該些曝光時序中的任兩相鄰者分別對應於該些種類的光中的兩者；以及 定影經曝光之該感光高分子聚合物以形成一全像光學元件，該全像光學元件具有分別由該些種類的光形成的複數個全像光柵。
  2. 如請求項1所述之光學元件的製造方法，其中該些種類的光分別具有不同波長。
  3. 如請求項2所述之光學元件的製造方法，其中該曝光步驟包含： 分別藉由複數個光源發射該些種類的光；以及 根據該些曝光時序依序控制複數個光閥以分別允許該些種類的光通過。
  4. 如請求項2所述之光學元件的製造方法，其中該曝光步驟包含： 根據該些曝光時序依序控制複數個光源分別發射該些種類的光。
  5. 如請求項1所述之光學元件的製造方法，其中該些種類的光相對於該感光高分子聚合物分別具有不同入射角。
  6. 如請求項5所述之光學元件的製造方法，其中該些種類的光具有相同波長。
  7. 如請求項5所述之光學元件的製造方法，其中該曝光步驟包含： 根據該些曝光時序依序將該感光高分子聚合物轉動至分別對應於該些種類的光的複數個角度。
  8. 如請求項5所述之光學元件的製造方法，其中該曝光步驟以該些種類的光對該感光高分子聚合物曝光分別達複數個總曝光劑量，使得該些全像光柵相對於該曝光步驟前的該感光高分子聚合物的折射率變化量實質上相等。
  9. 一種光學曝光系統，用以製造具有複數個全像光柵的一光學元件，該光學曝光系統包含： 至少一光發射模組，配置以產生分別對應該些全像光柵的複數個種類的光； 複數個導光元件，配置以導引該些種類的光至一感光高分子聚合物；以及 至少一控制器，配置以控制該至少一光發射模組產生該些種類的光複數個循環，其中每一該些循環包含分別對應於該些種類的光的複數個曝光時序，且該些循環的該些曝光時序中的任兩相鄰者分別對應於該些種類的光中的兩者。
  10. 如請求項9所述之光學曝光系統，其中該些種類的光分別具有不同波長。
  11. 如請求項10所述之光學曝光系統，其中該至少一光發射模組包含： 複數個光源，配置以分別發射該些種類的光；以及 複數個光閥，分別設置於該些光源之前， 其中該至少一控制器配置以根據該些曝光時序依序控制該些光閥以分別允許該些種類的光通過。
  12. 如請求項10所述之光學曝光系統，其中該至少一光發射模組包含複數個光源，該些光源配置以分別發射該些種類的光，且該至少一控制器配置以根據該些曝光時序依序控制該些光源分別發射該些種類的光。
  13. 如請求項9所述之光學曝光系統，其中該些種類的光相對於該感光高分子聚合物分別具有不同入射角。
  14. 如請求項13所述之光學曝光系統，其中該些種類的光具有相同波長。
  15. 如請求項13所述之光學曝光系統，進一步包含： 一轉動元件，配置以轉動該感光高分子聚合物， 其中該至少一控制器進一步配置以控制該轉動元件根據該些曝光時序依序將該感光高分子聚合物轉動至分別對應於該些種類的光的複數個角度。
  16. 如請求項13所述之光學曝光系統，其中該些導光元件配置以將該些種類的光分別以該些入射角導引至該感光高分子聚合物，且該光學曝光系統進一步包含： 複數個光閥，分別經由該些導光元件光學耦合至該感光高分子聚合物， 其中該至少一控制器配置以根據該些曝光時序依序控制該些光閥以分別允許該些種類的光通過。
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