[发明专利]用于薄体光栅堆栈的层状生成的方法和装置以及用于全息显示器的光束组合器

说明书

技术领域

本发明涉及用于薄体光栅堆栈的层状生成的方法和装置。本发明还涉及用于全息显示的光束组合器。

背景技术

衍射光学元件（DOE）在全息直观显示器的制造中扮演了特殊的角色。这些典型地以具有可预设厚度的透明薄膜形式提供的元件影响光束，其通过衍射效应而不是通过折射来投射来自图像生成装置——例如大面积光调制器（SLM）——的光束。这样，置于以光传播的方向观察时光程中的SLM的下游且优选地包括光折射元件——例如透镜、棱镜等——的光束影响元件的总厚度与投影显示相比可以保持非常低。

然而，影响由生成观察者的三维图像感觉必要的SLM的像素点射出的光的影响只能由多个薄膜型DOE来实现，例如，其置于大面积的层堆栈形式的SLM的下游。由于技术原因这种布置中还需要，多个堆栈层在一个连续介质中生成，而不是例如通过粘合随后连接单个薄膜。这是因为在随后连接的层堆栈中，存在不同层中的单个平面元件的位置例如通过收缩而导致相对于彼此会改变的风险。

用于影响由SLM的像素点以特定波长的方式射出、经过衍射效应的光的方向的结构可以是表面光栅或体光栅。体光栅被典型地理解为记录在相对于照射的光的波长较厚的介质中的三维光栅结构。体光栅具有多个光栅可以在连续介质中的层中生成的优势，而表面光栅可以仅置于记录介质或记录材料中的一个或每个表面上。

如从光刻可知，三维结构可以在透明且光敏的记录介质——例如光阻材料——中通过记录材料所敏感的照射的光的特定深度的聚焦而生成。例如，这种方法在文献US2010/099051A1中做出说明。这样，例如衍射光栅的功能上不同的结构可以逐步在记录介质的不同的层中生成。然而，在这里照明的强度必须被控制，以便其仅在特定层中超过记录介质的感光度阈值。

由于DOE优选地为衍射光栅，然而，在单个步骤中通过以不同的角度投射记录介质的两束光波的干涉来记录光栅是有意义的。这种方法在文献DE19704740B4中做出说明，例如，在全息显示屏的制造的情况中，其中多个体光栅可以在单个记录介质的不同层中生成，其中所述体光栅可以分配给不同波长的光，或者其中用于不同波长的多个体光栅在一个层中交错。挑战是确保能够在照射的光的两束光波之间生成干涉，其在这里通过入射光束的反射实现。

以某个角度投射到光敏记录介质的平行光束与在记录介质的出射面通过全内反射生成的光束的相干叠加被利用，以生成体光栅结构，如文献US7,792,003B2中所述。记录介质在这里靠近枢转棱镜的出射面设置，其中光束干涉的角度通过棱镜的旋转可预设。这确保了取决于衍射光的波长实现的体光栅的衍射效率的连续可变的控制。此外，生成的体光栅的结构可以在记录期间通过旋转棱镜而被影响，以使衍射效率具有相同高的值以用于多个波长，以便其类似于矩形函数。其他体光栅分布可以通过分布的表面上的入射光波的反射来生成，例如，在该情况下其可以将入射平行光束转变为会聚或发散光束。然而，一个问题是：在大面积记录介质中生成体光栅，因为记录介质的表面面积由棱镜的出射面确定。

当记录体光栅时，十分重要的问题是这些光栅的特定深度的切趾（apodisation），其是Z方向（Z dimension）（即例如垂直于记录介质的表面，或者更一般的沿着用于重现的波场的传播方向）的折射率分布图的纵向调制或形状，除了X和/或Y方向，即例如平行于记录介质的表面之外。例如，当衍射光波特别地抑制衍射级的副峰值（side peaks）时，该方法允许体光栅被记录，并且更一般地，其显示出可控制的角度和波长选择性。这种方法在光学快报（Optics Express）第12卷，第26期，第6642页由J.M.Tsui等人撰写的出版物“切趾体光栅的耦合波分析”中作出说明，其中在由光敏玻璃制成的记录介质中，可用于随后的相干照明的折射率调制通过具有减小的从两个外表面中的任一个的穿透深度的非相干光的初步照射而被特定深度地降低，以使Z方向的折射率调制的的包络在相干照明期间以非常粗略的估算显示出例如高斯分布。