CN108073064B - 背光设备、包括其的全息显示器和制造全息光学元件的方法 - Google Patents

背光设备、包括其的全息显示器和制造全息光学元件的方法 Download PDF

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Abstract

提供一种背光设备、包括该背光设备的全息显示器，以及制造全息光学元件的方法。所述背光设备包括导光板，其被配置成引导由光源发出的光；第一全息光学元件，其被配置成使已经传播通过导光板的光扩展，并且具有多层结构；以及第二全息光学元件，其被配置成会聚由所述第一全息光学元件反射的光。

Description

背光设备、包括其的全息显示器和制造全息光学元件的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年11月11日在韩国知识产权局提交的第10-2016-0150336号韩国专利申请的优先权，在此通过援引将该专利申请整体并入本文。
背景技术
1.技术领域
示例性实施例涉及用于显示全息三维(3D)图像的背光设备、包括该背光设备的全息显示器，以及制造全息光学元件的方法。
2.背景技术
随着诸多3D电影在近期发布，已经开展了诸多针对有关用于显示3D图像的设备的技术的研究。形成3D图像的已知方法包括立体视技术、定容技术和全息技术。
立体视技术使用两个眼睛之间的双眼视差，并且通过将具有彼此不同的视角的左眼图像和右眼图像分别提供到用户的左眼和右眼，从而将深度感知传达给用户。用于显示3D图像的示例包括需要使用专用眼镜的眼镜型设备和不使用专用眼镜的非眼镜型设备。
然而，当使用立体视技术观看3D图像时，因为引起眼疲劳，并且因为当用户移动时，仅提供了分别对应左眼图像和右眼图像两个视角的用于显示3D图像的设备不反映视角的改变，所以在为用户传达自然深度感知户的方面存在限制。
因而，已经研究全息显示器以便显示更加自然的3D图像。
发明内容
一个或多个示例性实施例提供用于显示全息3D图像的背光设备。
此外，一个或多个示例性实施例提供用于显示全息3D图像的全息显示器。
此外，一个或多个示例性实施例提供制造具有多层结构的全息光学元件的方法。
根据示例性实施例的方面，背光设备包括：被配置成发射光的光源；被配置成引导由所述光源发出的光的导光板；被设置在所述导光板的一侧上的第一全息光学元件，其被配置成使已经传播通过所述导光板的光扩展，并且其具有根据光的波长区分的多层结构的层；和第二全息光学元件，所述第二全息光学元件被配置成使被所述第一全息光学元件反射的光会聚。
所述光源可以包括激光器或发光二极管(LED)。
所述背光设备可以进一步包括至少一个光路转换器，其被配置成使由光源发出的光的路径改变。
所述背光设备可以进一步包括光学偏转器，其被配置成使由光源发出的光入射在导光板上的方向改变。
所述背光设备可以进一步包括眼动追踪装置，其被配置成追踪用户的瞳孔的位置。
所述第一全息光学元件的层可以包括响应第一颜色的光的第一层和响应第二颜色的光和第三颜色的光中的每一个的第二层。
第一颜色的光可以包括蓝光，第二颜色的光可以包括绿光，并且第三颜色的光可以包括红光。
所述第一全息光学元件的层可以包括响应第一颜色的光的第一层、响应第二颜色的光的第二层和响应第三颜色的光的第三层。
第一颜色的光可以包括蓝光，第二颜色的光可以包括绿光，并且第三颜色的光可以包括红光。
根据另一示例性实施例的方面，背光设备包括：被配置成发出光的光源；被配置成引导由所述光源发出的光的导光板；被设置在所述导光板上的全息光学元件；和被配置成使来自所述光源的光扩展并且入射在所述全息光学元件上的光学元件，其中，所述全息光学元件被配置成使光会聚在至少两个点上。
所述光学元件可以包括棱镜或反射镜。
根据另一示例性实施例的方面，全息显示器包括：被配置成发光的光源；被配置成引导由所述光源发出的光的导光板；被设置在所述导光板的一侧上的第一全息光学元件，其被配置成使已经传播通过所述导光板的光扩展，并且具有每个响应光的波长的至少两个堆叠层；第二全息光学元件，所述第二全息光学元件被配置成使被所述第一全息光学元件反射的光会聚；和显示器面板，所述显示器面板被配置成使用来自所述第二全息光学元件的传播通过所述导光板的光显示图像。
根据另一示例性实施例的方面，全息显示器包括：被配置成发出光的光源；被配置成引导由所述光源发出的光的导光板；被设置在所述导光板上的全息光学元件；和被配置成使来自所述光源的光扩展并且入射在所述全息光学元件上的光学元件；和显示器面板，所述显示器面板被配置成通过使用来自所述全息光学元件的传播通过所述导光板的光显示图像，其中所述全息光学元件被配置成使光聚焦在至少两个点上。
根据另一示例性实施例的方面，制造全息光学元件的方法包括：附接第一层到基底；将所述第一层分成多个区域，并且通过使用第一颜色的光依次记录全息图案；附接第二层到所述第一层；并且通过使用第二颜色的光和第三颜色的光在所述第二层上记录全息图案。
所述方法可以进一步包括通过使用低相干性的光源在所述第一层上执行预曝光。
附图说明
结合附图，从示例性实施例的以下描述中，这些和/或其它方面将变得显而易见且更加易于理解，其中：
图1是根据示例性实施例的全息显示器的透视图；
图2是根据示例性实施例的全息显示器的截面视图；
图3是根据示例性实施例的全息显示器的光源的视图；
图4是根据示例性实施例的全息显示器的第一全息光学元件的视图；
图5是根据另一示例性实施例的全息显示器的第一全息光学元件的视图；
图6、7和8是图示根据示例性实施例的全息显示器的第一全息光学元件的多层结构的视图；
图9是根据另一示例性实施例的全息显示器的视图；
图10是根据另一示例性实施例的全息显示器的视图；
图11是根据另一示例性实施例的全息显示器的视图；
图12是根据另一示例性实施例的全息显示器的视图；
图13是根据另一示例性实施例的全息显示器的视图；
图14是根据另一示例性实施例的全息显示器的视图；
图15是根据另一示例性实施例的全息显示器的视图；
图16是根据示例性实施例的用于在全息光学元件上记录全息图案的全息图像记录设备的视图；
图17是根据另一示例性实施例的用于在全息光学元件上记录全息图案的全息图案记录设备的视图；
图18是根据示例性实施例的在全息光学元件上记录全息图案的全息图案记录方法的视图；
图19是根据示例性实施例的制造全息光学元件的方法的流程图；并且
图20是示出全息光学元件的衍射强度与预曝光之间的关系的图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例性实施例。在附图中，相同的参考标记指代相同的元件，并且元件的尺寸或厚度可以被放大以便于解释。对本领域的普通技术人员显而易见的是，在不背离本公开的精神和范围的情况下，可以针对示例性实施例作出各种修改和变型。应理解，当一元件或一层被称为“在另一元件或层之上”、“连接到”或“联接到”另一元件或层时，可以是直接地在所述另一元件或层上、直接地连接或联接到所述另一元件或层，或者可以存在中间的元件或层。
当诸如“……中的至少一个”的表达用于一系列元素之前时，其修饰整体系列的元素而不是修饰所述系列中的单个元素。
图1是根据示例性实施例的全息显示器的透视图。图2是沿着图1中的线A-A截取的横截面图。
全息显示器可以包括在其上显示图像的显示器面板60，以及提供光到显示器面板60的背光设备。所述背光设备可以包括发光的光源、引导由光源发出的光的导光板50、第一全息光学元件H1和第二全息光学元件H2。
光源的示例可以包括激光二极管、固体激光器、发光二极管(LED)和光纤。光源可以包括第一光源10和第二光源20。第一光源10是被配置成为第一眼(例如，左眼)提供图像的光源，并且，第二光源20是被配置成为第二眼(例如，右眼)提供图像的光源。第一光源10和第二光源20中的每一个可以包括多个颜色光源。参考图3，第一光源10和第二光源20中的每一个可以包括例如发出第一波长的光的第一颜色光源S1、发出第二波长的光的第二颜色光源S2、和发出第三波长的光的第三颜色光源S3。例如，第一颜色光源S1可以发出蓝光，第二颜色光源S2可以发出绿光，并且第三颜色光源S3可以发出红光。
还可以设置用于依据第一光源10和第二光源20的位置而改变光的路径的光路转换器。
来自第一光源10和第二光源20的光在平行于第一全息光学元件H1的表面的方向上发出，可以设置配置成改变光的传播方向的第一光路转换器30，使得由第一光源10发出的第一光L1朝向第一全息光学元件H1传播。另外，可以设置配置成改变光的传播路径的第二光路转换器40，使得由第二光源20发出的第二光L2朝向第一全息光学元件H1传播。可以适当地选择光源的位置，以减小全息显示器的总空间或尺寸。
导光板50可以引导第一光L1和第二光L2，以使得第一光L1和第二光L2入射在第一全息光学元件H1上。第一光L1和第二光L2可以穿过导光板50而不发生全反射地被以引导至第一全息光学元件H1。导光板50可以具有矩形的横截面形状或正方形的横截面形状。然而，导光板50的横截面形状不限于此。并且，导光板50可以被形成为使其横截面面积在导光板50的纵向方向上是恒定的。导光板50可以由透明塑料、光学玻璃或石英玻璃制成。然而，导光板50的横截面的形状以及材料不限于此，还可以是多种其它形状和材料中的任一种。
第一全息光学元件H1可以具有多层结构，其包括根据光的波长分开的相应的层。图4示出了根据示例性实施例的第一全息光学元件H1的多层结构。例如，第一全息光学元件H1可以包括第一层H11和第二层H12。第一层H11可以包括基于第一波长的光变化的全息图案，并且第二层H12可以包括基于第二波长和第三波长的光变化的全息图案。可替选地，图4中的两个层可以被重复地堆叠两次或更多次。
可替选地，如在图5中所示，第一全息光学元件H1可以包括第一层H111、第二层H112和第三层H113。例如，第一层H111可以包括基于第一波长的光变化的全息图案，第二层H112可以包括基于第二波长的光变化的全息图案，并且第三层H113可以包括基于第三波长的光变化的全息图案。
例如，如在图6中所示，第一全息光学元件H1可以包括基于蓝色波长的光变化的第一层B，并且可以包括基于绿色波长的光和红色波长的光变化的第二层GR。
例如，如在图7中所示，第一全息光学元件H1可以包括基于绿色波长的光变化的第一层G，并且可以包括基于蓝色波长和红色波长的光变化的第二层BR。
图8的视图示出了包括三个层的第一全息光学元件H1的示例。第一全息光学元件H1可以包括基于蓝光变化的第一层B、基于红光变化的第二层R和基于绿光变化的第三层G。
如此，因为第一全息光学元件H1具有多层结构，所以可以增大光效率。当响应于多个波长的全息图案包括在一个层中时，每种波长的光效率可能被减小。然而，当使用多层结构时，用于对应的波长的每个层的光效率可以被增大。例如，蓝色波长的光的光效率比另一波长的光的光效率低。因此，基于蓝色波长的光变化的层可以被分开设置，使得蓝色波长的光的光效率比另一波长的光的光效率高。并且，当基于通过导光板50入射的光中的蓝色波长的光变化的层在先地被设置时，效率相对较低的蓝色波长的光的光效率可以增大。然而，层的顺序不限于此。
表1示出使用具有单层结构、双层结构和三层结构的全息光学元件时，每一种颜色的光的光效率。在具有单层结构的全息光学元件中，使用红光、绿光和蓝光同时记录全息图案。具有双层结构的全息光学元件可以包括通过使用蓝光在其上记录全息图案的第一层以及通过使用红光和绿光同时在其上记录全息图案的第二层。具有三层结构的全息光学元件可以包括通过使用蓝光在其上记录全息图案的第一层、通过使用绿光在其上记录全息图案的第二层，以及通过使用红光时在其上记录全息图案的第三层。
表1
Figure BDA0001463828000000061
Figure BDA0001463828000000071
在表1中，对于每一种颜色的光，光效率基本上按单层结构、双层结构和三层结构的顺序增大。
表2示出通过使用蓝光、绿光和红光记录全息图案的、具有三层结构的全息光学元件的最终光效率。
表2
Figure BDA0001463828000000072
第一全息光学元件H1可以被设置在导光板50的侧表面上。当用户观看3D屏幕时，与其上形成图像的显示器面板表面相垂直的表面可以是导光板50的侧表面。导光板50的平行于显示器面板表面、并且相对靠近用户的表面可以是前表面，并且导光板50的平行于显示器面板表面、并且相对远离用户的表面可以是后表面。
第二全息光学元件H2可以被设置在导光板50的前表面或后表面上。在图1和图2中，第二全息光学元件H2被设置在导光板50的前表面上。第一全息光学元件H1可以使从第一光源30和第二光源40入射到其上的光扩展。例如，第一全息光学元件H1可以被配置成使得由第一光源30和第二光源40发出的入射光平行化。第一全息光学元件H1可以使光扩展，使得光入射在第二全息光学元件H2的整个表面上。
第一全息光学元件H1可以使光扩展并且可以朝向第二全息光学元件H2反射光。
第二全息光学元件H2可以使从第一全息光学元件H1入射的光朝向显示器面板60传播。第二全息光学元件H2可以是透射式元件或反射式元件。当第二全息光学元件H2设置在如图2所示的导光板50的前表面上时，第二全息光学元件H2可以是透射式元件。当第二全息光学元件H2设置在导光板50的后表面上时，第二全息光学元件H2可以是反射式元件。第二全息光学元件H2可以被配置成将入射光会聚在至少两个视区上。例如，第二全息光学元件H2可以将来自第一光源10的第一光L1聚焦在第一视区上，并且可以将来自第二光源20的第二光L2聚焦在第二视区上。
第一全息光学元件H1和第二全息光学元件H2可以包括衍射光栅。倾斜角度以及衍射光栅的栅格之间的间隔可以被适当地调节，以使得第一全息光学元件H1使由第一光源10和第二光源20发出的入射光平行化，并且引导光朝向位于导光板50的前表面上的第二全息光学元件H2。并且，倾斜角度以及衍射光栅的栅格之间的间隔可以被适当地调节，使得第二全息光学元件H2透射(或反射)并且会聚由第一全息光学元件H1改变了方向的光。
可替选地，第一全息光学元件H1和第二全息光学元件H2可以包括通过使用基准光束和信号光束记录的全息图案，将在以下解释。
第二全息光学元件H2可以例如形成右眼视区和左眼视区。每个视区可以由第一光源10和第二光源20、导光板50、第一全息光学元件H1和第二全息光学元件H2形成。两个视区之间的角度可以由第一光源10和第二光源20发出的两束入射光之间的角度确定。一般地，用户的两眼之间的间隔可以是约62mm。因此，第一光源10和第二光源20可以被定位成使得两个视区之间的角度基于该间隔而形成。
图9是根据另一示例性实施例的全息显示器的视图。
在图9中，与图1的全息显示器的元件大致相同的那些元件通过相同的附图标记指示，并且不再重复其详细描述。参考图9，第一光学偏转器81可以被进一步设置在第一光路转换器30和导光板50之间，并且第二光学偏转器82可以被进一步设置在第二光路转换器40和导光板50之间。可以进一步设置配置为追踪用户的瞳孔的眼动追踪装置83。眼动追踪装置83可以感测用户的瞳孔的位置，并且可以检测用户的瞳孔的位置的改变。当眼动追踪装置83检测到用户的瞳孔的位置改变时，可以通过使来自第一光源10的第一光L1偏转并且使来自第二光源20的第二光L2偏转而改变视区的位置。
眼动追踪装置83的示例可以包括红外相机、可见光相机和多种其它传感器。眼动追踪装置83可以通过使用例如相机来获得用户的图像，可以检测图像中用户的瞳孔，并且可以分析瞳孔的位置。并且，当由于眨眼或障碍物导致不能感测到用户的眼睛时，可以预测眼睛的位置，并且可以根据用户的移动预测眼睛的移动。眼动追踪装置83可以实时地追踪用户的瞳孔的位置的改变，并且可以将追踪结果提供给控制器70。当根据由眼动追踪装置83感测到的信息确定用户的瞳孔的位置发生改变时，控制器70可以通过移动第一光学偏转器81和第二光学偏转器82来控制输出光的方向，从而基于用户的瞳孔的改变的位置来调节图像的视区。第一光学偏转器81和第二光学偏转器82可以包括例如液晶层。
图10的视图示出根据示例性实施例的示例，其中，第一光源10和第二光源20被布置成直接朝向导光板50发射光。在这一情形中，因为光路转换器不被分别地设置在第一光源10与导光板50之间以及第二光源20与导光板50之间，所以可以减少零部件的数目。第一光源10和第二光源20可以被适当布置以有效利用全息显示器的空间。
图11是图示使用一个光源的示例的视图。图11的全息显示器可以包括光源11、按照预定比例分离从光源11接收的光的分光器31和光路转换器32。分光器31可以透射来自光源11的光的一部分，并且可以反射所述光中的另一部分。由分光器31反射的第一光L1被光路转换器32朝向导光板50反射，并且穿过分光器31透射的第二光L2朝向导光板50行进。第一光L1和第二光L2可以传播穿过导光板50，并且入射至第一全息光学元件H1上，并且可以被第一全息光学元件H1扩展，并且可以被入射至第二全息光学元件H2的整个表面上。第二全息光学元件H2可以把从不同方向入射到其上的第一光L1和第二光L2会聚在不同点上。
尽管光源11被定位成在图11中向上地发光，但示例性实施例不限于此，并且光源11可以被定位成在与导光板50平行的方向上发光。
图12是示出了第一光源10和第二光源20被设置成相对靠近导光板50的短边的示例的视图。第一全息光学元件H1可以被设置在导光板50的面对第一光源和第二光源的侧表面上。第二全息光学元件H2可以被设置在导光板50的后表面上。第二全息光学元件H2可以操作成接物镜，使得从第一全息光学元件H1入射在其上的光所会聚的至少两个视区形成在距离导光板50预定距离处。根据示例性实施例的全息显示器可以被应用于例如移动电话，并且，光源可以定位成相对靠近移动电话的短边，如图12所示。
图13是根据另一示例性实施例的全息显示器的透视图。
图13的全息显示器可以包括第一光源110、第二光源120、使来自第一光源110和第二光源120的光平行化的光学元件130和140、导光板50、反射器M、全息光学元件H和显示器面板160。
可以设置控制器170(也参考图14)，其被配置为用于控制第一光源110和第二光源120打开或关闭。
第一光源110和第二光源120可以被定位成彼此相邻，并且第一光源110和第二光源120中的每一个的示例可以包括激光二极管、固态激光器、LED和光纤。第一光源110是被配置成形成第一眼(例如，左眼)视区的光源，并且第二光源120是被配置成形成第二眼(例如，右眼)的视区的光源。第一光源110和第二光源120中的每一个可以包括多个颜色光源。
光学元件130和140可以致使由第一光源110发出的第一光L1和由第二光源120发出的第二光L2是平行的并且入射到导光板150上。光学元件130和140中的每一个的示例可以包括凹透镜、凸透镜、全息元件及其组合中的任一个。尽管光学元件130和140被分开设置为图13中的不同的结构部件，但是光学元件130和140也可以设置为一体式部件。
第一光L1和第二光L2可以穿过导光板150传播，并且入射在反射器M上。导光板150可以在不发生全反射的情况下辅助第一光L1和第二光L2的传播。反射器M可以被定位成朝向全息光学元件H反射第一光L1和第二光L2。反射器M可以包括倾斜的反射表面以便控制光被反射的角度。第一光L1和第二光L2可以被光学元件130、140和反射器M扩展和反射，并且可以入射至全息光学元件H。全息光学元件H可以将第一光L1会聚在一个视区上，并且可以将第二光L2会聚在另一视区上。
通过使用从全息光学元件H入射的第一光L1和第二光L2，在显示器面板160上形成图像。
在本示例性实施例中，通过使用通用光学元件和全息光学元件的组合，光可以被扩展和会聚。
图14是示出图13的全息显示器进一步包括眼动追踪装置183的示例的视图。眼动追踪装置183可以被配置成追踪用户的眼睛的位置。眼动追踪装置183可以感测用户的瞳孔的位置并且检测用户的瞳孔的位置的改变。眼动追踪装置183的示例可以包括红外相机、可见光相机和多种其它传感器。
被配置用于使光发生偏转的光学偏转器可以设置在导光板150和显示器面板160之间。例如，光学偏转器可以包括使光在竖直方向上偏转的第一光学偏转器181和使光在水平方向上偏转的第二光学偏转器182。第一光学偏转器181和第二光学偏转器182中的每一个的实施例可以包括液晶层和电润湿装置。当眼动追踪装置183检测到用户的瞳孔的位置改变时，第一光学偏转器181和第二光学偏转器182可以使来自第一光源110的第一光L1和来之第二光源120的第二光L2偏转，从而使得视区的位置对应于用户的瞳孔的位置。
根据示例性实施例的全息显示器可以应用于例如移动电话。当用户观看移动电话的屏幕时，通过使用眼动追踪装置183以及第一光学偏转器181和第二光学偏转器182，用户的眼睛的位置可以被追踪并且可以依据眼睛的位置显示3D图像。
图15是根据另一示例性实施例的全息显示器的视图。该全息显示器可以包括第一光源210、第二光源220、使来自第一光源210和第二光源220的光平行化的光学元件230和240、导光板250、棱镜P、全息光学元件H和显示器面板260。
第一光源210和第二光源220可以被定位成彼此相邻，并且第一光源210和第二光源220中的每一个的示例可以包括激光二极管、固态激光器、LED和光纤。第一光源210是被配置成形成第一眼(例如，左眼)的视区的光源，并且第二光源220是被配置成形成第二眼(例如，右眼)的视区的光源。第一光源210和第二光源220中的每一个可以包括多个颜色光源。
光学元件230和240可以使来自第一光源210的第一光L1和来自第二光源220的第二光L2平行并且入射到导光板250上。光学元件230和240中的每一个的示例可以包括凸透镜、凹透镜、全息元件及其组合中的任一个。尽管光学元件230和240被分开设置为图15中的不同部件，但是光学元件230和240可以被设置为一体式部件。
第一光L1和第二光L2可以直接入射至棱镜P而不经过导光板250。在这一情形中，导光板250的厚度可以相对较小。棱镜P可以被定位成使其朝向全息光学元件H反射第一光L1和第二光L2。棱镜P可以控制光被折射/反射的角度。第一光L1和第二光L2可以被光学元件230、240和棱镜P扩展和反射，并且可以穿过导光板250传播并且入射至全息光学元件H。全息光学元件H可以把第一光L1会聚在一个视区上，并且可以把第二光L2会聚在另一视区上。
通过使用从全息光学元件H入射的第一光L1和第二光L2，在显示器面板260上形成图像。
在本示例性实施例中，可以通过使用诸如反射镜的光学元件和全息光学元件的组合使光扩展和会聚。
该全息显示器可以进一步包括眼动追踪装置283。眼动追踪装置283可以被配置成追踪用户的眼的位置。眼动追踪装置283可以感测用户的瞳孔的位置，并且可以检测用户的瞳孔的位置的改变。眼动追踪装置283的示例可以包括红外相机、可见光相机和多种其它传感器。
用于使光发生偏转的光学偏转器可以设置在导光板250和显示器面板260之间。例如，光学偏转器可以包括使光在竖直方向上偏转的第一光学偏转器281和使光在水平方向上偏转的第二光学偏转器282。第一偏转器281和第二偏转器282中的每一个的示例可以包括液晶层和电润湿装置。当眼动追踪装置283检测到用户的瞳孔的位置改变时，第一光学偏转器281和第二光学偏转器282可以使来自第一光源210的第一光L1和来自第二光源220的第二光L2偏转，以使得视区的位置对应于用户的瞳孔的位置。因此，即使当用户移动时，图像也可以被清晰地显示。
根据示例性实施例的全息显示器可以应用于例如移动电话。当用户观看移动电话的屏幕时，通过使用眼动追踪装置283以及第一光学偏转器281和第二光学偏转器282，用户的眼睛的位置可以被追踪并且可以根据眼睛的位置显示3D图像。当根据由眼动追踪装置283感测到的信息所确定的用户的瞳孔的位置已经改变时，控制器270可以控制第一光学偏转器281和第二光学偏转器282，使得图像上的位置可以被调节到用户的瞳孔的改变后的位置。
图16是根据示例性实施例的全息图案记录设备400的视图，所述全息图案记录设备用于在全息光学元件上记录全息图案以使光会聚在两个视区上。
全息图案记录设备400可以被用于形成图1的第二全息光学元件H2或者图13和图15的全息光学元件H。参考图16，全息图案记录设备400可以包括第一颜色光源411、第二颜色光源412、第三颜色光源413、在极化方向上分解由第一颜色光源411发出的第一光的第一极化分光器431、在极化方向上分解由第二颜色光源412发出的第二光的第二极化分光器432、和在极化方向上分解由第三颜色光源413发出的第三光的第三极化分光器433。第一极化分光器431、第二极化分光器432和第三极化分光器433中的每一个可以透射第一极化光(例如，P极化光)并且可以反射第二极化光(例如，S极化光)。
由第一极化分光器431、第二极化分光器432和第三极化分光器433中的每一个所分解的光可以被用作信号光和基准光。例如，由第一极化分光器431、第二极化分光器432和第三极化分光器433中的每一个反射的光可以用作信号光，并且穿过第一极化分光器431、第二极化分光器432和第三极化分光器433中的每一个传播的光可以用作基准光。
第一波片421可以进一步被设置在第一颜色光源411和第一极化分光器431之间，第二波片422可以被进一步设置在第二颜色光源412和第二极化分光器432之间，并且第三波片423可以被进一步设置在第三颜色光源413和第三极化分光器433之间。第一波片421、第二波片422和第三波片423中的每一个可以例如是四分之一波片并且可以改变光的相位。
由于使用平行光形成单元，已经传播通过第一极化分光器431的第一颜色基准光、已经传播通过第二极化分光器432的第二颜色基准光和已经传播通过第三极化分光器433的第三颜色基准光可以变平行。
平行光形成单元可以包括例如接物镜、针孔或透镜中的任一个。例如，由于第一接物镜OL1、第一针孔PH1和第一透镜446，已经传播通过第一极化分光器431的第一颜色基准光可以变平行。由于第二接物镜OL2、第二针孔PH2和第二透镜447，已经传播通过第二极化分光器432的第二颜色基准光可以变平行。由于第三接物镜OL3、第三针孔PH3和第三透镜448，已经传播通过第三极化分光器433的第三颜色基准光可以变平行。第四波片436可以进一步被设置在第一极化分光器431和第一接物镜OL1之间，第五波片437可以进一步被设置在第二极化分光器432和第二接物镜OL2之间，并且第六波片438可以进一步被设置在第三极化分光器433和第三接物镜OL3之间。
第一反射镜M1、第一二向色反射镜DM1和第二二向色反射镜DM2可以被设置以将彼此平行的第一颜色基准光、第二颜色基准光和第三颜色基准光的路径组合到一个光学路径中。第一反射镜M1、第一二向色反射镜DM1和第二二向色反射镜DM2可以对准。第一二向色反射镜DM1和第二二向色反射镜DM2可以反射预定颜色的光并且可以透射其它颜色的光。例如，第一二向色反射镜DM1可以反射第二颜色光，并且可以透射第一颜色光和第三颜色光。第二二向色反射镜DM2可以反射第三颜色光，并且可以透射第一颜色光和第二颜色光。
第一颜色基准光可以被第一反射镜M1反射并随后可以透射第一二向色反射镜DM1和第二二向色反射镜DM2。第二颜色基准光可以被第一二向色反射镜DM1反射并随后可以透射第二二向色反射镜DM2。第三颜色基准光可以被第二二向色反射镜DM2反射。
第一颜色基准光、第二颜色基准光和第三颜色基准光的路径可以经由上述机构组合到一个光路中。所组合的光可以具有在一个方向上扩展的横截面面积。可以设置用于使光在另一方向上扩展的至少一个透镜。所述至少一个透镜可以包括例如凹圆柱透镜L1和凸圆柱透镜L2。至少一个光路转换器可以被进一步设置在第二二向色反射镜DM2和凹圆柱透镜L1之间。例如，所述至少一个光路转换器可以包括第二反射镜M2和第三反射镜M3。所述至少一个光路转换器可以改变光的路径，使得部件可以被适当地布置。
使用分别传播通过第一极化分光器431、第二极化分光器432、第三极化分光器433的第一、第二和第三基准光的系统可以组成基准光系统R01。
使用已经分别由第一极化分光器431、第二极化分光器432、第三极化分光器433反射的第一、第二和第三信号光的系统可以组成信号光系统S01。
第七反射镜M7、第三二向色反射镜DM3和第四二向色反射镜DM4可以对准，以便将由第一极化分光器431反射的第一颜色信号光、由第二极化分光器432反射的第二颜色信号光和由第三极化分光器433反射第三颜色信号光的路径组合到一个光路中。
第三二向色反射镜DM3可以反射第二颜色光，并且可以透射第一颜色光和第三颜色光。第四二向色反射镜DM4可以反射第三颜色光，并且可以透射第一颜色光和第二颜色光。
第一颜色信号光可以被第七反射镜M7反射并且然后可以透射第三二向色反射镜DM3和第四二向色反射镜DM4。第二颜色信号光可以被第三二向色反射镜DM3反射并且然后可以透射第四二向色反射镜DM4。第三颜色信号光可以被第四二向色反射镜DM4反射。
第一颜色信号光、第二颜色信号光和第三颜色信号光的路径可以经由上述机构组合到一个光路中。
第四反射镜M4可以进一步被设置在第一极化分光器431和第七反射镜M7之间，第五反射镜M5可以进一步被设置在第二极化分光器432和第三二向色反射镜DM3之间，并且第六反射镜M6可以进一步被设置在第三极化分光器433和第四二向色反射镜DM4之间。
由于第四接物镜OL4和第四针孔PH4，所组合的信号光可以变平行。第八反射镜M8可以被进一步设置在第四二向色反射镜DM4和第四接物镜OL4之间。
因为基准光和信号光彼此干涉，全息图案HP可以被记录在基底SUB上。在上述方法中，可以通过同时使用第一、第二和第三颜色光源411、412和413来记录全息图案，或者可以通过选择性地使用第一、第二和第三颜色光源411、412和413来依次记录全息图案。
图16的全息图案记录设备400可以在相对大的区域上记录全息图案。
图17是根据另一示例性实施例的全息图案记录设备500的视图。全息记录设备500可以在比图16的全息图案记录设备400的相对较大的区域更小的区域上记录全息图案。
全息图案记录设备500可以用于形成图1的第一全息光学元件H1。参考图17，全息图案记录设备500可以包括第一颜色光源511、第二颜色光源512、第三颜色光源513、在极化方向上分解由第一颜色光源511发出的第一光的第一极化分光器531、在极化方向上分解由第二颜色光源512发出的第二光的第二极化分光器532、和在极化方向上分解由第三颜色光源513发出的第三光的第三极化分光器533。第一极化分光器531、第二极化分光器532和第三极化分光器533中的每一个可以透射第一极化光(例如，P极化光)并且可以反射第二极化光(例如，S极化光)。
由第一极化分光器531、第二极化分光器532和第三极化分光器533中的每一个分解的光可以被用作信号光和基准光。例如，由第一极化分光器531、第二极化分光器532和第三极化分光器533中的每一个反射的光可以用作信号光，并且使用该信号光的系统可以组成信号光系统S02。已经传播通过第一极化分光器531、第二极化分光器532和第三极化分光器533中的每一个的光可以用作基准光，并且使用该基准光的系统可以组成基准光系统R02。
第一波片521可以进一步被设置在第一颜色光源511和第一极化分光器531之间，第二波片522可以被进一步设置在第二颜色光源512和第二极化分光器532之间，并且第三波片523可以被进一步设置在第三颜色光源513和第三极化分光器533之间。第一波片521、第二波片522和第三波片523中的每一个可以例如是四分之一波片，并且可以改变光的相位。
由于使用平行光形成单元，已经传播通过第一极化分光器531的第一颜色基准光、已经传播通过第二极化分光器532的第二颜色基准光和已经传播通过第三极化分光器533的第三颜色基准光可以变平行。
平行光形成单元可以包括例如接物镜、针孔或透镜中的任一个或多个。例如，由于第一接物镜OL11、第一针孔PH11和第一透镜541，已经传播通过第一极化分光器531的第一颜色基准光可以变平行。由于第二接物镜OL12、第二针孔PH12和第二透镜542，已经传播通过第二极化分光器532的第二颜色基准光可以变平行。由于第三接物镜OL13、第三针孔PH13和第三透镜543，已经传播通过第三极化分光器533的第三颜色基准光可以变平行。第四波片536可以进一步被设置在第一极化分光器531和第一接物镜OL11之间，第五波片537可以进一步被设置在第二极化分光器532和第二接物镜OL12之间，并且第六波片538可以进一步被设置在第三极化分光器533和第三接物镜OL13之间。
第一反射镜M11、第一二向色反射镜DM11和第二二向色反射镜DM12可以被布置成将彼此平行的第一颜色基准光、第二颜色基准光和第三颜色基准光的路径组合到一个光路中。第一反射镜M11、第一二向色反射镜DM11和第二二向色反射镜DM12可以对准。第一二向色反射镜DM11和第二二向色反射镜DM12可以反射预定波长范围的光并且可以透射其它波长范围的光。例如，第一二向色反射镜DM11可以反射第二颜色光，并且可以透射第一颜色光和第三颜色光。第二二向色反射镜DM12可以反射第三颜色光，并且可以透射第一颜色光和第二颜色光。
第一颜色基准光可以被第一反射镜M11反射并且然后可以透射第一二向色反射镜DM11和第二二向色反射镜DM12。第二颜色基准光可以被第一二向色反射镜DM11反射并且然后可以透射第二二向色反射镜DM12。第三颜色基准光可以被第二二向色反射镜DM12反射。
第一颜色基准光、第二颜色基准光和第三颜色基准光的路径可以经由上述机构组合到一个光路中。所组合的光可以具有在一个方向上扩展的横截面面积。凹圆柱透镜539可以被进一步设置在第二二向色反射镜DM12之后。并且，用于改变光路的第二反射镜M12可以被进一步设置在凹圆柱透镜539之后。
使用已经分别传播通过第一极化分光器531、第二极化分光器532、第三极化分光器533的第一、第二和第三基准光的系统可以组成基准光系统R02。
使用已经分别由第一极化分光器531、第二极化分光器532、第三极化分光器533反射的第一、第二和第三信号光的系统可以组成信号光系统S02。
第六反射镜M16、第三二向色反射镜DM13和第四二向色反射镜DM14可以被对准以便将由第一极化分光器531反射的第一颜色信号光、由第二极化分光器532反射的第二颜色信号光和由第三极化分光器533反射第三颜色信号光的路径组合到一个光路中。
第三二向色反射镜DM13可以反射第二颜色光，并且可以透射第一颜色光和第三颜色光。第四二向色反射镜DM14可以反射第三颜色光，并且可以透射第一颜色光和第二颜色光。
第一颜色信号光可以被第六反射镜M16反射并且然后可以透射第三二向色反射镜DM13和第四二向色反射镜DM14。第二颜色信号光可以被第三二向色反射镜DM13反射并且然后可以透射第四二向色反射镜DM14。第三颜色信号光可以被第四二向色反射镜DM14反射。
第一颜色信号光、第二颜色信号光和第三颜色信号光的路径可以经由上述机构组合到一个光路中。第三反射镜M13可以进一步被设置在第一极化分光器531和第六反射镜M16之间，第四反射镜M14可以进一步被设置在第二极化分光器532和第三二向色反射镜DM13之间，并且第五反射镜M15可以进一步被设置在第三极化分光器533和第四二向色反射镜DM14之间。
由于第四接物镜OL14和第四针孔PH14，组合信号光可以变平行。第七反射镜M17可以被进一步设置在第四二向色反射镜DM14和第四接物镜OL14之间。
可以进一步包括用于使光平行聚焦在一个方向上的至少一个透镜。例如，凹圆柱透镜546和凸圆柱透镜547可以被进一步设置为挨着第五透镜545在其之后。
因为基准光和信号光彼此干涉，所以全息图案HP可以被记录于在一个方向上扩展的基底SUB的区域上。在上述方法中，可以通过同时使用第一、第二和第三颜色光源511、512和513记录全息图案，或者可以通过选择性地使用第一、第二和第三颜色光源511、512和513依次记录全息图案。
为了记录全息图案，基底SUB可以被分成多个区域A1、A2、A3……和An，并且可以通过依次曝光所述多个区域A1、A2、A3……和An来记录全息图案，如图18所示。因此，用于记录全息图案的颜色光源的功率可以被有效使用。因为与其它颜色光源相比，蓝色光源具有相对较小的功率和相对较低的光效率，所以，当同时在较大区域上记录全息图案时，可能不能保证足够的功率。在该情形中，当通过划分一区域来记录全息图案时，可以获得一致的光效率并且可以利用高的光功率密度来记录全息图案。全息图案记录介质的衍射率可以随着光功率密度的增大而增大。
参考图19，根据示例性实施例的制造全息光学元件的方法可以包括操作S100和操作S200，在操作S100中，将第一层附接至基底，在操作S200中，将第一层划分成多个区域，并且通过使用第一颜色的光依次记录全息图案。参考图18如上文所述的曝光多个区域的方法可以用于这种情形中。可以通过使用参考图16或17如上文所述的全息图案记录方法记录全息图案。
之后，在操作S300中，可以将第二层附接至第一层。在操作S400中，可以通过使用第二颜色的光和第三颜色的光在第二层上记录全息图案。可替选地，可以通过使用第二颜色的光在第二层上记录全息图案，可以将第三层附接至第二层，并且可以通过使用第三颜色的光在第三层上记录全息图案。
在信号光和基准光的曝光之前，可以通过使用具有低的相干性的光源来进行预曝光，并且然后可以通过使用信号光和基准光记录全息图案。因此，可以增大信号光和基准光的衍射强度。
图20是示出全息图案的衍射效率与预曝光之间的关系的图。虚线对应执行100秒预曝光的情形，实线对应执行200秒预曝光的情形。当预曝光执行一次或两次预曝光时，衍射强度增大。
根据示例性实施例的背光设备可以应用与全息显示器、移动电话或3DTV。
尽管已经参考附图描述了示例性实施例，但是本领域普通技术人员应理解，在不背离由权利要求限定的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上做出多种改变。

Claims (11)

1.一种背光设备，包括：
光源，所述光源被配置成发出光；
导光板，所述导光板被配置成引导由所述光源发出的光；
全息光学元件，所述全息光学元件在所述导光板的第一侧设置在所述导光板的表面上；和
光学元件，所述光学元件设置在所述导光板的第二侧上并且被配置成致使由所述光源发出的光扩展并且入射在所述全息光学元件上，所述第二侧与所述导光板的设置所述光源的第三侧相反，
其中，所述全息光学元件被配置成使所述光会聚在至少两个点上，
其中，所述光学元件包括棱镜，所述光源发出的光直接入射至所述棱镜而不经过所述导光板。
2.根据权利要求1所述的背光设备，其中所述光源包括激光器和发光二极管中的一种。
3.根据权利要求1所述的背光设备，进一步包括至少一个光路转换器，所述至少一个光路转换器被配置成改变由所述光源发出的光的路径。
4.根据权利要求1所述的背光设备，进一步包括光学偏转器，所述光学偏转器被配置成改变由所述光源发出的光入射在所述导光板上的方向。
5.根据权利要求1所述的背光设备，进一步包括眼动追踪装置，所述眼动追踪装置被配置成追踪用户的至少一个瞳孔的至少一个位置。
6.一种全息显示器，包括：
光源，所述光源被配置成发出光；
导光板，所述导光板被配置成引导由所述光源发出的光；
全息光学元件，所述全息光学元件在所述导光板的第一侧设置在所述导光板的表面上；
光学元件，所述光学元件设置在所述导光板的第二侧上并且被配置成致使来自所述光源的光扩展并且入射在所述全息光学元件上，所述第二侧与所述导光板的设置所述光源的第三侧相反；以及
显示器面板，所述显示器面板被配置成通过使用来自所述全息光学元件的已经传播通过所述导光板的光显示图像，
其中，所述全息光学元件被配置成使所述光聚焦在至少两个点，
其中，所述光学元件包括棱镜，所述光源发出的光直接入射至所述棱镜而不经过所述导光板。
7.一种背光设备，包括：
第一光源，所述第一光源被配置成发出第一波长范围的光；
第二光源，所述第二光源被配置成发出第二波长范围的光；
导光板，所述导光板被配置成朝向设置在所述导光板的第一侧的全息光学元件引导由所述第一光源发出的光和由所述第二光源发出的光中的每一个；
光学元件，所述光学元件使得所述第一波长范围的光和所述第二波长范围的光朝向所述全息光学元件反射，所述光学元件设置在所述导光板的第二侧上，所述第二侧与所述导光板的设置所述第一光源和所述第二光源的第三侧相反，
所述全息光学元件包括与光的波长的相应范围对应的至少两个层，所述全息光学元件被配置成使入射在所述全息光学元件上的光会聚在至少两个点上，
其中，所述光学元件包括棱镜，所述第一波长范围的光和所述第二波长范围的光直接入射在所述棱镜上而不经过所述导光板。
8.根据权利要求7所述的背光设备，其中所述第一光源和所述第二光源中的所述每一个包括激光器和发光二极管中的至少一个。
9.根据权利要求7所述的背光设备，进一步包括至少一个光路转换器，所述至少一个光路转换器被配置成改变由所述第一光源发出的光和由所述第二光源发出的光中的对应的一个的路径。
10.根据权利要求7所述的背光设备，进一步包括至少一个光学偏转器，所述至少一个光学偏转器被配置成改变由所述第一光源发出的光和由所述第二光源发出的光中的至少一个入射在所述导光板上的方向。
11.根据权利要求7所述的背光设备，进一步包括眼动追踪装置，所述眼动追踪装置被配置成追踪用户的至少一个瞳孔的至少一个位置。
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