TW201300972A - 為全像顯示器逐層產生薄的體光柵堆及光束組合器的方法及裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明係透過曝光在記錄介質(AZM)中逐層產生至少一個體積光柵(VG)的方法及裝置，其中記錄介質(AZM)具有至少一個光敏層，其對曝光光線的一個可預先給定的波長(λ)敏感。在記錄介質內(AZM)體積光柵(VG)是由相干光線之至少兩個具干涉能力的波前(WF1，WF2)所產生，該等波前在記錄介質(AZM)的一個可預先給定的深度(z)以一可預先給定的角度(2θ)以可預先給定的干涉對比度V(z)彼此疊加。在記錄介質(AZM)內，體積光柵(VG)之折射率調制及/或透明度調制的深度(z)及厚度，是在光線傳播方向(z)上受到干涉波前(WF1，WF2)之空間及/或時間相干度(Γ)的視深度決定的控制的調整。
Description
本發明係一種逐層產生薄的體積光柵堆的方法及裝置。此外，本發明還包括一種用於全像顯示器的光束結合器。
繞射光學元件(DOE)對於全像直視顯示器的製造及設計扮演很重要的角色。這種通常被製作成厚度可預先給定之透明薄膜的元件主要是透過繞射效應(而不是折射效應)影響從成像裝置(例如大面積光調制器(SLM))入射的光束。透過這種方式，直視顯示器內在光線方向上設置於SLM之後的光束影響元件的總厚度可以保持在很小的程度，這正好和投影顯示器相反，投影顯示器內使用的是設置在光程上的光折射元件，例如透鏡、稜鏡等。
但是只有透過許多薄膜狀的DOE，例如設置在SLM之後的大面積層堆疊，才能對從SLM之像素發出的光線造成必要的影響，以使觀察者能夠產生三維影像的感覺。基於技術上的考量，吾人希望能夠在一個普通的介質內將各個單一層接合在一起，例如透過黏合，以形成多個排在一起的層，因為透過這個過程(例如收縮)可以改變不同層的各個面積單元的相對位置。
透過繞射效應對從SLM的像素發出之光線的方向及波長產生影響的結構可以是一種表面輪廓光柵或體積光柵。所謂體積光柵通常是指記錄在一種介質中的三維光柵結構，其中該介質的厚度大於照明光線的波長。體積光柵的優點是，可以在普通的介質中逐層形成多個光柵，而表面輪廓光柵則只能形成於記錄介質的一或兩個表面上。記錄載體或記錄材料亦可被稱為記錄介質。
如根據微影技術所知，可以透過照明光線的隨深度變化的聚焦在透明及對光敏感的記錄介質(例如光刻膠或光刻漆)上形成三維結構，當然前提是記錄介質對該照明光線敏感。例如，US 2010/099051 A1有關於這種方法的描述。也可以透過這種方式，在記錄介質的不同層逐層形成不同功能的結構，例如繞射光柵。但是在這個過程中必須將曝光強度控制在只有在要處理的那一層才會超過記錄介質之敏感性的臨界值。
DOE最好是一種繞射光柵，因此一種有利的方式是，在一個步驟中透過兩個以一個角度入射的光波的干涉將光柵記錄下來。例如，DE 197 04 740 B4有描述這種用於製造全像螢光幕的方法，其中這可能是在一個單一的記錄介質的不同的層中的複數個體積光柵、可能是分派不同波長的光線、或是在單一層上疊加的不同波長之光線的複數個體積光柵。但有一個問題是如何形成曝光光線的兩個光波的干涉能力，也就是透過將入射光束反射形成的干涉能力。
US 7792003 B2是利用以一個角度入射到抗光致蝕刻記錄介質上的平行光束與因全反射在記錄介質之出射面形成的光束的相干疊加，以形成體積光柵結構。記錄介質係設置在一個可轉動的棱鏡的出射面，其中由於棱鏡可以轉動，因此可預先給定光束干涉的角度。這樣就可以根據被繞射之光線的波長連續調整體積光柵的繞射效應。此外，可以透過棱鏡在記錄期間的轉動，影響所形成之體積光柵的結構，以使繞射效應對複數個波長的具有相同的值，這樣繞射效應就相當於一個矩形函數。透過入射之曝光光波在彎曲表面上的反射，可以形成其他的體積光柵輪廓，例如這個彎曲表面可以將入射的平行光束轉換成收斂光束或發散光束。但有一個問題是如何在大面積的記錄介質上形成體積光柵，因為記錄介質的面積是由棱鏡的出射面決定的。
在對光柵進行記錄時，一個很重要意義是擁有這個光柵隨深度變化的變跡的可能性，也就是說除了在x方向及/或y方向(也就是平行於記錄介質的表面)的調制外，還包括縱向調制及/或在z方向上的折射率輪廓的形式(例如垂直於記錄介質的表面，或沿著重建時使用的光波場的傳播方向)。透過這種方法，可以記錄在光波繞射可以抑制繞射級的次極大值及具有可調整之角度選擇性及波長選擇性的體積光柵。Tsui u.a., „Coupled-wave analysis of apodized volume gratings“, Optics Express, vol.12, No. 26, S. 6642ff有關於這種方法的描述，根據這種方法，在以光敏玻璃製造的記錄介質中，由於經過不相干光線的預曝光，以降低從兩個外表面的滲入深度，因此可以根據深度降低接下來供相干曝光用的折射率調，也就是經由相干曝光形成一個在z方向之折射率調制的包絡線的類似高斯狀輪廓。
接著在z方向將照射短波UV(紫外線)輻射形成的吸收輪廓作為變跡法函數疊加到經過這種方式曝光的體積光柵。但由於這個吸收輪廓的關係，因而不可能在帶有相應的縱軸變跡法輪廓的厚的記錄介質上形成複數個很薄的體積光柵。利用這種屬於現有技術的方法只能夠產生由與I0x e- αz成正比的單面或雙面吸收輪廓形成的變跡法函數。其中α代表所使用之不相干預曝光波長的吸收係數，例如短波UV波長的吸收係數。因此折射率調制的變跡法函數的形成只有以指數式衰減的函數可供使用。也就是說可產生之變跡法輪廓的範圍被限制在少數幾種函數，這幾種函數都是從記錄介質的外側向內逐漸衰減的函數。另外一個缺點是，必須利用具有不同的吸收係數的各種不同的波長，才能透過預曝光形成比較複雜的吸收輪廓。
本發明的目的是提出一種在大面積記錄介質的一個可預先給定之深度產生薄的體積光柵的方法及裝置，以及以這種方式由複數個具有不同的角度選擇性及/或波長選擇性的光柵產生一個光柵堆，或是將複數個具有不同的角度選擇性及/或波長選擇性的光柵在記錄介質的一個可預先給定的深度處疊加在一起。這樣做是目的是要透過能夠產生之光柵結構的不同的變跡法輪廓對隨角度及/或波長變化的繞射效應產生特定的影響。
利用申請專利範圍第1項的方法即可達到上述目的。附屬申請專利項目之內容為本發明的各種實施方式及改良方式。
本發明的方法是透過曝光在記錄介質中逐層產生至少一個體積光柵。記錄介質具有至少一個光敏層，這個光敏層對一可預先給定的波長範圍敏感，曝光光線的波長即位於這個波長範圍內。在記錄介質內體積光柵是由至少是部分相干的光線的至少兩個具干涉能力的波前(通常是波場)所產生，該等波前在記錄介質的一個可預先給定的深度以一可預先給定的角度以可預先給定的干涉對比度彼此疊加。在記錄介質內，體積光柵之折射率調制及/或透明度調制的深度及厚度，是在光線傳播方向上受到干涉波前之空間及/或時間相干度的隨深度變化的控制的影響。
因此，相干光線的至少兩個具干涉能力的波前會在一可預先給定的深度以一可預先給定的角度在記錄介質內以可預先給定的干涉對比度疊加，同時在該處有足夠的光強度對可預先給定之干涉對比度範圍內的記錄介質進行曝光，根據本發明，可以僅對位於記錄介質的可預先給定的深度的一或複數個體積光柵進行曝光。例如，可以控制曝光光線的特性，以進行干涉波前之空間及/或時間相干度的隨深度變化的控制。
當記錄介質在表面輪廓及/或表面厚度上有變動，則應用本發明的方法就會特別有利。例如，這種變動可能是在製造記錄介質時造成的，例如所製造的記錄介質是光化聚合物或重鉻酸鹽明膠(DCG)。透過記錄介質中的體積光柵的深度降低，使表面輪廓的變動範圍不受光柵的影響，也不會對體積光柵的記錄過程造成影響，但前提是從記錄介質的光滑表面開始進行光柵的記錄，例如在基板上與光滑表面鄰接的表面。這樣在重建時(也就是應用體積光柵)就可以浸沒平衡記錄介質的另一面上的記錄輪廓，例如以具有適當之折射率的油層及/或黏著材料浸沒，此處所謂適當之折射率是指能夠形成與具有光滑表面的下一個層的連接的折射率。也可以透過壓上一個帶有光滑表面的鄰接層，將現有的表面輪廓壓縮，使其轉換成非常貼近表面的折射率輪廓，但由於另一面(也就是光滑且折射率均勻的那一面)的體積光柵的深度降低曝光的關係，這個表面輪廓對記錄過程沒有任何影響。在這種情況下，一種有利的作法是在應用體積光柵之前，先以浸沒法將經過受壓而平坦化及/或平整化的表面輪廓去層壓及埋置。
例如，可以將透射體積光柵曝光到記錄介質，也就是兩個波前從一個未受干的光滑面入射，但是這兩個波前僅在一可規定的體積內疊加，也就是僅在一可規定的深度範圍Δz疊加。例如，可以透過干涉波場之空間及/或深度相干性的設計選定這個深度範圍，以便不會有任何干涉圖案被曝光到記錄介質的體積範圍，而使體積範圍受到干擾，例如該體積範圍具有折射率輪廓的調制或表面輪廓的調制。換句話說就是可以減少全像光學元件在曝光時受到的貼近表面的干擾的影響。這對於在敏感狀態不能被浸沒的記錄介質特別有利。例如，記錄介質中的化學成分可能會與浸沒液體或黏著劑產生反應，使記錄介質變成無法使用。記錄介質在經過曝光及後續的處理後，使用浸沒液體或黏著劑通常不會有任何問題，也就是說，例如光學黏著劑與記錄介質之化學敏感系統的化學反應要到曝光後才會出現。
繞射光學元件(DOE)對於全像直視顯示器的製造及設計扮演很重要的角色。這種通常被製作成厚度可預先給定之透明薄膜的元件主要是透過繞射效應(而不是折射效應)影響從成像裝置(例如大面積光調制器(SLM))入射的光束。透過這種方式，直視顯示器內在光線方向上設置於SLM之後的光束影響元件的總厚度可以保持在很小的程度，這正好和投影顯示器相反，投影顯示器內使用的是設置在光程上的光折射元件，例如透鏡、稜鏡等。
但是只有透過許多薄膜狀的DOE，例如設置在SLM之後的大面積層堆疊，才能對從SLM之像素發出的光線造成必要的影響，以使觀察者能夠產生三維影像的感覺。基於技術上的考量，吾人希望能夠在一個普通的介質內將各個單一層接合在一起，例如透過黏合，以形成多個排在一起的層，因為透過這個過程(例如收縮)可以改變不同層的各個面積單元的相對位置。
透過繞射效應對從SLM的像素發出之光線的方向及波長產生影響的結構可以是一種表面輪廓光柵或體積光柵。所謂體積光柵通常是指記錄在一種介質中的三維光柵結構，其中該介質的厚度大於照明光線的波長。體積光柵的優點是，可以在普通的介質中逐層形成多個光柵，而表面輪廓光柵則只能形成於記錄介質的一或兩個表面上。記錄載體或記錄材料亦可被稱為記錄介質。
如根據微影技術所知，可以透過照明光線的隨深度變化的聚焦在透明及對光敏感的記錄介質(例如光刻膠或光刻漆)上形成三維結構，當然前提是記錄介質對該照明光線敏感。例如，US 2010/099051 A1有關於這種方法的描述。也可以透過這種方式，在記錄介質的不同層逐層形成不同功能的結構，例如繞射光柵。但是在這個過程中必須將曝光強度控制在只有在要處理的那一層才會超過記錄介質之敏感性的臨界值。
DOE最好是一種繞射光柵，因此一種有利的方式是，在一個步驟中透過兩個以一個角度入射的光波的干涉將光柵記錄下來。例如，DE 197 04 740 B4有描述這種用於製造全像螢光幕的方法，其中這可能是在一個單一的記錄介質的不同的層中的複數個體積光柵、可能是分派不同波長的光線、或是在單一層上疊加的不同波長之光線的複數個體積光柵。但有一個問題是如何形成曝光光線的兩個光波的干涉能力，也就是透過將入射光束反射形成的干涉能力。
US 7792003 B2是利用以一個角度入射到抗光致蝕刻記錄介質上的平行光束與因全反射在記錄介質之出射面形成的光束的相干疊加，以形成體積光柵結構。記錄介質係設置在一個可轉動的棱鏡的出射面，其中由於棱鏡可以轉動，因此可預先給定光束干涉的角度。這樣就可以根據被繞射之光線的波長連續調整體積光柵的繞射效應。此外，可以透過棱鏡在記錄期間的轉動，影響所形成之體積光柵的結構，以使繞射效應對複數個波長的具有相同的值，這樣繞射效應就相當於一個矩形函數。透過入射之曝光光波在彎曲表面上的反射，可以形成其他的體積光柵輪廓，例如這個彎曲表面可以將入射的平行光束轉換成收斂光束或發散光束。但有一個問題是如何在大面積的記錄介質上形成體積光柵，因為記錄介質的面積是由棱鏡的出射面決定的。
在對光柵進行記錄時，一個很重要意義是擁有這個光柵隨深度變化的變跡的可能性，也就是說除了在x方向及/或y方向(也就是平行於記錄介質的表面)的調制外，還包括縱向調制及/或在z方向上的折射率輪廓的形式(例如垂直於記錄介質的表面，或沿著重建時使用的光波場的傳播方向)。透過這種方法，可以記錄在光波繞射可以抑制繞射級的次極大值及具有可調整之角度選擇性及波長選擇性的體積光柵。Tsui u.a., „Coupled-wave analysis of apodized volume gratings“, Optics Express, vol.12, No. 26, S. 6642ff有關於這種方法的描述，根據這種方法，在以光敏玻璃製造的記錄介質中，由於經過不相干光線的預曝光，以降低從兩個外表面的滲入深度，因此可以根據深度降低接下來供相干曝光用的折射率調，也就是經由相干曝光形成一個在z方向之折射率調制的包絡線的類似高斯狀輪廓。
接著在z方向將照射短波UV(紫外線)輻射形成的吸收輪廓作為變跡法函數疊加到經過這種方式曝光的體積光柵。但由於這個吸收輪廓的關係，因而不可能在帶有相應的縱軸變跡法輪廓的厚的記錄介質上形成複數個很薄的體積光柵。利用這種屬於現有技術的方法只能夠產生由與I0x e- αz成正比的單面或雙面吸收輪廓形成的變跡法函數。其中α代表所使用之不相干預曝光波長的吸收係數，例如短波UV波長的吸收係數。因此折射率調制的變跡法函數的形成只有以指數式衰減的函數可供使用。也就是說可產生之變跡法輪廓的範圍被限制在少數幾種函數，這幾種函數都是從記錄介質的外側向內逐漸衰減的函數。另外一個缺點是，必須利用具有不同的吸收係數的各種不同的波長，才能透過預曝光形成比較複雜的吸收輪廓。
本發明的目的是提出一種在大面積記錄介質的一個可預先給定之深度產生薄的體積光柵的方法及裝置，以及以這種方式由複數個具有不同的角度選擇性及/或波長選擇性的光柵產生一個光柵堆，或是將複數個具有不同的角度選擇性及/或波長選擇性的光柵在記錄介質的一個可預先給定的深度處疊加在一起。這樣做是目的是要透過能夠產生之光柵結構的不同的變跡法輪廓對隨角度及/或波長變化的繞射效應產生特定的影響。
利用申請專利範圍第1項的方法即可達到上述目的。附屬申請專利項目之內容為本發明的各種實施方式及改良方式。
本發明的方法是透過曝光在記錄介質中逐層產生至少一個體積光柵。記錄介質具有至少一個光敏層，這個光敏層對一可預先給定的波長範圍敏感，曝光光線的波長即位於這個波長範圍內。在記錄介質內體積光柵是由至少是部分相干的光線的至少兩個具干涉能力的波前(通常是波場)所產生，該等波前在記錄介質的一個可預先給定的深度以一可預先給定的角度以可預先給定的干涉對比度彼此疊加。在記錄介質內，體積光柵之折射率調制及/或透明度調制的深度及厚度，是在光線傳播方向上受到干涉波前之空間及/或時間相干度的隨深度變化的控制的影響。
因此，相干光線的至少兩個具干涉能力的波前會在一可預先給定的深度以一可預先給定的角度在記錄介質內以可預先給定的干涉對比度疊加，同時在該處有足夠的光強度對可預先給定之干涉對比度範圍內的記錄介質進行曝光，根據本發明，可以僅對位於記錄介質的可預先給定的深度的一或複數個體積光柵進行曝光。例如，可以控制曝光光線的特性，以進行干涉波前之空間及/或時間相干度的隨深度變化的控制。
當記錄介質在表面輪廓及/或表面厚度上有變動，則應用本發明的方法就會特別有利。例如，這種變動可能是在製造記錄介質時造成的，例如所製造的記錄介質是光化聚合物或重鉻酸鹽明膠(DCG)。透過記錄介質中的體積光柵的深度降低，使表面輪廓的變動範圍不受光柵的影響，也不會對體積光柵的記錄過程造成影響，但前提是從記錄介質的光滑表面開始進行光柵的記錄，例如在基板上與光滑表面鄰接的表面。這樣在重建時(也就是應用體積光柵)就可以浸沒平衡記錄介質的另一面上的記錄輪廓，例如以具有適當之折射率的油層及/或黏著材料浸沒，此處所謂適當之折射率是指能夠形成與具有光滑表面的下一個層的連接的折射率。也可以透過壓上一個帶有光滑表面的鄰接層，將現有的表面輪廓壓縮，使其轉換成非常貼近表面的折射率輪廓，但由於另一面(也就是光滑且折射率均勻的那一面)的體積光柵的深度降低曝光的關係，這個表面輪廓對記錄過程沒有任何影響。在這種情況下，一種有利的作法是在應用體積光柵之前，先以浸沒法將經過受壓而平坦化及/或平整化的表面輪廓去層壓及埋置。
例如，可以將透射體積光柵曝光到記錄介質，也就是兩個波前從一個未受干的光滑面入射，但是這兩個波前僅在一可規定的體積內疊加，也就是僅在一可規定的深度範圍Δz疊加。例如，可以透過干涉波場之空間及/或深度相干性的設計選定這個深度範圍，以便不會有任何干涉圖案被曝光到記錄介質的體積範圍，而使體積範圍受到干擾，例如該體積範圍具有折射率輪廓的調制或表面輪廓的調制。換句話說就是可以減少全像光學元件在曝光時受到的貼近表面的干擾的影響。這對於在敏感狀態不能被浸沒的記錄介質特別有利。例如，記錄介質中的化學成分可能會與浸沒液體或黏著劑產生反應，使記錄介質變成無法使用。記錄介質在經過曝光及後續的處理後，使用浸沒液體或黏著劑通常不會有任何問題，也就是說，例如光學黏著劑與記錄介質之化學敏感系統的化學反應要到曝光後才會出現。
以上描述之方法的一種可能的應用是光束結合器，其中該光束結合器具有一帶有至少兩個厚度可預先給定之體積光柵的記錄介質，其作用是將光調制器發出之光線的像素疊加在一起。這種光束結合器是實現大尺寸全像直視顯示器的一個重要元件。例如WO 2010/147588 A1有描述這種光束結合器的作用方式及可能的應用場合，將這種光束結合器應用於全像直視顯示器可以實現該專利提及的各種實施方式。此部分請參見WO 2010/147588 A1。
以前面描述的方式產生的體積光柵具有在寬度及變化過程中可預先給定的角度選擇性。這對於在直視顯示器中的應用是必需的，其作用是抑制較高的繞射級，僅讓一特定繞射級的光線到達觀察者的眼睛。
光束結合器具有一個由6個可預先給定厚度的體積光柵及一個具有另一個可預先給定之厚度的中間層構成的層堆疊。例如WO 2010/147588 A1的第6圖至第8圖及第10圖顯示的構造，其中體積光柵Vg1、Vg2、Vg3及Vg4可以被曝光到一個記錄介質。
例如，利用這種配置可以將光調制器發出之光束的RGB(紅黃藍)像素結合成一個光束，例如這在相位調制器中的複數值的雙相位編碼是必需的，這在WO 2010/147588 A1中也有揭示。
如果要設置一個在光線方向上位於光束結合器之前的光圈場，則體積光柵堆疊的總厚度不應超出一個可預先給定的值。
否則將會導致光損耗，因為一旦超出這個值，光束結合器發出的光束會發散，因而使一部分光束被光圈場遮住。
透過適當的體積光柵的結構及疊加在其上的變跡法函數，三原色(紅黃藍)及光束結合器的6個體積光柵都可以將重建幾何的角度公差保持在<0.1度的範圍，這對於將這種光學元件應用於全像顯示器是非常重要的。
以上描述之方法的另一個應用領域是太陽能模組，此種太陽能模組具有一個全像圖構件及一個將太陽光轉換成電流的能量轉換裝置，其中全像圖構件具有一個記錄介質及至少兩個體積光柵，同時即使太陽光是從各種不同的方向入射到太陽能模組，全像圖構件的構造及設置在太陽能模組上的方式也會使太陽光能夠被導向轉換裝置的方向。
將由多個上下堆疊且各自具有一個體積光柵的記錄介質構成的體積光柵堆疊與太陽能電池結合在一起，以改變入射之太陽光的角度頻譜及/或波長頻譜，其目的是提高太陽能模組的轉換效率。例如，Kostuk u.a., „Analysis and design of holographic solar concentrators“, Proc. SPIE, 2008, vol. 7043, pp. 704301 – 704301-8有關於具有兩個上下堆疊之體積光柵的太陽能模組的描述，其中這兩個體積光柵可以將短波及長波範圍從兩個不同的方向偏轉到頻譜敏感度不同的太陽能模組。但以層壓法將多個單一的體積光柵製作成一個這樣的層堆疊時，各個層的位置不精確性會造成很大的問題。
本發明之方法的一個很大的優點是，作為多重全像圖的全像圖構件可以是在一個連貫及/或單一的記錄介質中由多個厚度可預先給定的體積光柵構成。
為了滿足對太陽能的收集和轉換成電能的效率要盡可能高的要求，全像圖構件的層狀結構至少具有一個預先給定的角度選擇性及/或至少一個預先給定的波長選擇性。
全像圖構件的構造方式使其能夠將從預先給定的角度範圍入射到全像圖構件的光線引導到一片透明板，其中該透明板是直接到全像圖構件的基準面，而且最好是直接連接。
穿過透明板後，光線會射到能量轉換裝置的一個二維裝置，例如在一種實施方式中，光線會直接或經由位於前方的聚焦器到達該二維裝置，其中能量轉換裝置具有至少一個太陽能電池。
根據另外一種實施方式，該透明板可以是一種光導板，光線在這種光導板中會因為全反射被導引到光導板的一個邊緣或側面。作為光導體用的透明板的形狀可以是平面平行狀或楔形。
可以直接將至少一個能量轉換裝置或至少一個太陽能電池設置在作為光導板用的透明板的一個邊緣上。但是光線也可以從作為光導板用的透明板的一個邊緣經由焦器被導引到能量轉換器或太陽能電池上。
也可以透過改良位於能量轉換裝置或太陽能電池之前的光學元件的轉換特性及/或變換特性，進一步提高太陽能模組的接收角度範圍及/或頻譜敏感性範圍。
該等放大接收角度範圍的光學元件至少是一個微稜鏡及/或至少是一個散射表面。
例如，一種放大接收角度範圍的方法是使透明板具有一預先給定的散射特性，而且這個散射特性能夠隨著深度以梯度的形式改變。
例如，可以對位於能量轉換裝置或太陽能電池之前的光學元件摻入量子點或螢光及/或磷光物質，以放大太陽能模組的頻譜敏感性範圍。
也可以將全像圖構件設計成僅將預先給定之波長的光線導引到一個具有預先給定之頻譜敏感性的預先給定的能量轉換裝置或太陽能電池。
另外一種可能的方式是將全像圖構件記錄在重鉻酸鹽明膠(DCG)製成的記錄介質中，該記錄介質被一種化學敏感劑改性成在超出曝光能量界限的一個預先給定的值時，才會形成一個潛在的光柵，並經過一個濕化學過程將這個潛在的光柵轉變成相位體積光柵。因此這種產生深度下降之體積光柵的方法亦可應用於重鉻酸鹽明膠製成的記錄介質。這樣在相當厚的DCG層中也可以產生很薄且具有高折射率調制n1的體積光柵。這對太陽能模組及/或太陽能聚焦器的一個優點是，可以提高收集的角度範圍及/或波長範圍，因為在這種情況下，不論是角度選擇性或波長選擇性都可以進一步中斷進行。
以上描述的方法也可以用於儲存數或安全特徵，其中將數據或安全特徵記錄在以體積光柵之形式的記錄介質中，除了可以實現角度多工操作及/或波長多工操作外，還可以實現視深度決定的多工操作(z多工操作)。
這表示除了在記錄介質的一個層中的與角度及/或波長有關的編碼外，還可以另外將數據或安全特徵編碼到不同的平面。如前面所述，根據一種特別有利的方式，這在記錄介質的一個有限的範圍內、且最好是與記錄介質的表面相距一個可預先給定的距離(也就是說在記錄介質的一個可預先給定的深度)是可能的。
如前面所述，如果可以預先給定角度選擇性及/或波長選擇性的變化方式，則在曝光時可以抑制角度選擇性及/或波長選擇性的次極大值。
透過本發明之發方法的這些特性，除了儲存容量較大外，還可以用更不易出錯的方式將數據及/或安全特徵編碼及解碼。
個別曝光的數據組或安全特徵的角度選擇性及/或波長選擇性的變化是可預先作不同的選擇的，因此是經由數組的不同的角度選擇性及/或波長選擇性進行編碼及解碼。尤其是可以透過數據組的不同的角度選擇性及/或波長選擇性的多工操作，在記錄介質內達到較大的儲存數據密度。
以上描述之方法的另一個應用例是在雷射多普勒風速測量器(LDA)上的應用，其可以用於在試體中實現測量平面及測量平面的縱向位移。對這種應用而言，最重要的是可以實現光柵平面在測量物體之深度處的動態移動。
以上描述之方法的另一個應用例是3D光學顯微鏡，其可以提高在試體中的縱向解析度，同時也可以利用到光柵平面的動態移動。
以上描述之方法也可以應用在超音波造影，以提高超音波在試體內疊加時的景深解析度及聲強在深度範圍的界限。
這表示本發明之方法的應用範圍並不限於以光波為基礎的應用，而是也能夠以非常有利的方式應用於其他具有干涉能力的波傳播過程。
採用具有申請專利範圍第56項之特徵的裝置即可達到本發明的目的。本發明之裝置利用曝光在記錄介質內逐層產生至少一個體積光柵。本發明的裝置具有一個光源及一個光束劃分器。記錄介質具有至少一個對曝光光線之可預先給定的波長敏感的光敏層。光束劃分器的構造及配置方式使其能夠將光源發出的曝光光線劃分成相干光線的至少兩個具有干涉能力的波前。透過相干光線的至少兩個具有干涉能力的波前可以在記錄介質內產生體積光柵。相干光線的至少兩個具有干涉能力的波前能夠在記錄介質內一個可預先給定的深度以一個可預先給定的角度與可預先給定的干涉對比度疊加。在光線傳播方向上，可以透過視深度決定的對干涉波前的空間及/或時間相干度的控制，調整在記錄介質內體積光柵之折射率調制及/或透明度調制的深度及厚度。
本發明的裝置特別適於執行如申請專利範圍第1項至第30項中任一項的方法。為避免重覆敘述，此部分請參見本說明書前面的說明，因為熟習該項技術者可根據對本發明的方法之認識對本發明的裝置做進一步的改良。尤其是利用本發明的裝置可以製造全像圖構件，其中全像圖構件的記錄介質具有至少兩個體積光柵，其中全像圖構件是以如申請專利範圍第1項至第30項中任一項的方法製成。
光束劃分器最好具有一個繞射光柵，其中該繞射光柵可以是一個表面輪廓光柵(亦稱為主光柵)。
有許多不同的可能性能夠以有利的方式使本發明的理論獲得實現並及做進一步的改良。這一方面包括附屬於申請專利範圍第1項的其他申請專利項目，另一方面包括以下配合圖示對本發明之各種有利的實施方式所作的說明。以下在配合圖示對本發明之有利的實施方式的說明的同時，亦會就本發明之理論的進一步改良做說明。
以下之圖示都是以示意方式繪出，其中：
第1a，b及c圖：應用a)一個點狀光源，b)一個具有周期性振幅光柵的光源，c)一個具有周期性相位光柵的光源，以及干涉對比度與移動距離的關係，其中移動距離與到主光柵的距離成正比。
第2圖：一個在基板上的環形光柵，其中基板能夠快速旋轉。光柵周期會隨角度改變。
第3圖：在一直接相鄰的記錄介質中以體積-主光柵的形式複製雙光束干涉圖案的配置方式。
第4圖：由具有6個體積光柵及一個間隔層的層堆疊構成的光束結合器。
第5a圖：太陽能電池的一個二維配置，其中每一個太陽能電池都與一個拋物線形聚焦器結合，並具有一片製作成透明板的蓋玻璃。
第5b圖：和第5a圖相同的配置，具有一個設置於其上方的全像圖構件，其作用是擴大能夠到達太陽能電池之光束的角度範圍。
第6a，b及c圖：以透明板作為光導體，其作用是將入射到全像圖構件的光線導引到光導體的一個邊緣，在這個邊緣上一個太陽能電池a)直接被照亮，b)及c)經由一個拋物線形聚焦器被照亮。
第7a及b圖：一個太陽能模組，具有a)一個透明板及/或b)一個拋物線形聚焦器，其有摻入量子點或螢光及/或磷光物質(以圖中的小點示意)，以提高量子效率。
在以上的圖示中，相同或類似的元件是以相同的元件符號標示。
第1b)至c)圖顯示透過曝光在記錄介質AZM內逐層產生至少一個體積光柵VG的方法的基本配置，其中記錄介質具有至少一個光敏層，其對曝光光線的一個可預先給定的波長敏感，其中在記錄介質內體積光柵是由相干光線之至少兩個具干涉能力的波前WF1，WF2所產生，該等波前在記錄介質的一個可預先給定的深度(z)以一可預先給定的角度以可預先給定的干涉對比度彼此疊加，同時在記錄介質AZM內，體積光柵VG之折射率調制及/或透明度調制的深度z及厚度，是在光線傳播方向上受到干涉波前WF1，WF2之空間及/或時間相干度(Γ)的視深度決定的控制的調整。
在光線傳播方向上，在被光源LS經由一條準直線L以基本上準直的平面波場PW照亮的主光柵G之後，有一個介於在主光柵G上被繞射的波前WF1及在主光柵G之後傳播出去的波前WF2之間的相對橫向位移s(z)，基於被照亮的平面波場PW的一個預先給定的複數值空間及/或時間相干函數Γ，這個相對橫向位移會使互相干涉的波場的干涉對比度V(z)產生的一個可預先給定的視深度決定的變化。
干涉波場WF1，WF2是光源LS發出的準直波場PW在主光柵G上的繞射的不同的繞射級，其中主光柵G在光線傳播方向上位於記錄介質AZM之前。
在第1a)圖中，點狀光源Point-LS的光線被一個在光線方向上位於前方的透鏡L準直，因此平面波PW會射達位於前方的主光柵G。根據主光柵G的光柵常數，射達的平面波是以角度q被繞射，因此在這個例子中，兩個平面波場WF1，WF2會在主光柵之後展開，這兩個平面波場相當於正的第1繞射級+1 DO及/或負的第1繞射級-1 DO，且彼此夾一個角度2θ。
在疊加區域內，在主光柵上被繞射的射級+1 DO及-1 DO可以干涉，其中疊加區域的形狀是一個寬度沿著z方向縮小的三角形，其範圍是從z=0延伸到一個最大值。如果是使用單色點狀光源Point-LS，則會在整個疊加區域內產生一個固定不變的干涉對比度V(z)=1。但是也可以用其他的光束劃分器取代主光柵G，例如以光調制器SLM上的光柵取代。
第1a圖中的水平線顯示，在厚度為D的記錄介質AZM內的疊加區域的每一個位置，例如記錄介質位於與主光柵G相距z1處，可以記錄一個具有特定光柵常數的體積光柵，其中這個光柵常數是由在主光柵G上被繞射的平面波場WF1，WF2的傳播角度θ決定。因此在這個配置中，干涉對比度在縱向方向上(也就是沿著路徑z)不會改變，因此在與主光柵相距z1處被記錄的體積光柵在縱向方向上具有固定不變的形狀。
第1b及1c圖顯示位於平面E上的光源LS的形狀對干涉對比度V(z)的影響，其中光源LS具有一個複數值的周期性或非周期性振幅分佈及/或相位分佈。由此可以得知，在記錄介質AZM內的一個特定深度
的干涉對比度V(z)一方面是由兩個干涉波場WF1，WF2的橫向位移s(z)(剪應變)決定，其中橫向位移s(z)是在干涉波場WF1，WF2的傳播方向上的座標z的函數，但另一方面，干涉對比度V(z)的可預先給定的變化是位於光源LS之平面E上的振幅分佈及/或相位分佈的形狀的一個函數，其中干涉對比度V(z)是產生於記錄介質AZM的一個可預先給定之深度範圍。
因此在記錄介質AZM的一個可預先給定之深度z的干涉對比度V(z)可以在記錄介質AZM內產生形式為可預先給定的折射率調制及/或透明度調制的體積光柵，其中折射率調制及/或透明度調制相當於一個變跡法函數，這個變跡法函數容許預先調整體積光柵VG的角度選擇性及/或波長選擇性，以及容許預先抑制體積光柵VG的角度選擇性及/或波長選擇性的次極大值。
為了達到上述目的，一個將主光柵G照亮的待準直之光源LS的平面E需具有一個複數值光學透明函數，這個透明函數是一個振幅光柵及/或相位光柵、一個振幅分佈及/或相位分佈、一個與變跡法函數疊加的振幅光柵及/或相位光柵、或是一個與變跡法函數疊加的振幅分佈及/或相位分佈。
第1b圖顯示使用一個單色空間不相干光源LS的情況，其中以x方向及平面E為準，光源具有周期性振幅分佈(periodic A-LS)。例如，在剪應變-距離s(z0)=0及對比度V(z0)=1，以及在暫載率很小且在光源(periodic A-LS)的平面E上的傳輸率很小的情況下使用的振幅光柵AG，在設計-剪應變-距離，也就是說在主光柵G之後的預定深度z1處，干涉產生的干涉對比度V(z1)=0.8。在兩倍的設計-剪應變-距離的情況下，出現干涉對比度V(z2)=0.4的干涉。
這表示若使用這種光源LS，當兩個在主光柵G上被繞射的波場WF1，WF2疊加時，干涉對比度是由與主光柵G的距離z決定，並可經由光源LS之平面E內的複雜相干函數G控制。
第1c圖顯示使用一個單色空間不相干光源LS的情況，其中光源LS具有周期性相位分怖(periodic P-LS)。例如，在設計-剪應變-距離，也就是說在主光柵G之後的預定深度，干涉產生的干涉對比度V(z1)=1。為了產生這樣的結果，必須將光源LS的平面E上使用的相位光柵PG設計成在相位光柵之後以平面波PW照亮時，只有正的第1繞射級+1 DO及負的第1繞射級-1 DO以較繞射效率發送出去。
以這種方式，具有可預先給定之厚度的體積光柵VG在具有相應之敏感性且足夠厚的記錄介質AZM的一個可預先給定的深度z處被記錄的方式是，干涉對比度V(z)只有在這個區域超出記錄介質AZM的敏感性界限。
在光源LS的平面E上使用的相位光柵PG的周期與所使用的準直透鏡L的數值孔徑共同決定設計-剪應變-距離，也就是共同決定一個深度-變跡化體積光柵VG能夠被放置及/或曝光的平面位置。因此經由源LS的周期及/或經由平面E上的相位光柵PG的周期或其變化，可以用簡單的方式定位深度-變跡化體積光柵VG的z位置。
例如，如果在光源LS的平面E上的振幅光柵AG及/或相位光柵PG在振幅及/或相位上是二元的，也就是說，如果以一個矩形函數描述光柵的各個狹縫，則干涉對比度V(z)環繞設計-剪應變-距離的變化相當於正弦函數的平方。
這樣就可以--前提是在相應的z區域為體積光柵VG設置一個記錄介質AZM--在縱向方向z上產生一個相當於正弦函數的平方折射率調制n1(z)，此處將這個折射率調制稱為深度變跡。受到這種方式曝光的體積光柵VG具有一個角度選擇性及/或波長選擇性，而且這個角度選擇性及/或波長選擇性等於一個矩形函數，而且沒有次極大值。
光源LS之平面E上使用的光柵AG及/或PG的狹縫的振幅函數及/或相位函數的選擇決定了干涉對比度V(z)的變化，其中干涉對比度V(z)位於主光柵G之後，而且是由深度z及/或剪應變-距離s(z)決定。
如果要在角度選擇性及/或波長選擇性內實現由角度及/或波長決定之繞射效率的一個函數變化η(Θ)或η(λ)，則應按照這個函數變化的形狀選擇位於光源LS之平面E上的光柵AG或PG的狹縫的振幅函數及/或相位函數。這是一種很簡單的配置方式，此種配置方式能夠根據對體積光柵VG之繞射特性的要求，透過光源LS的特性塑造深度-變跡。
干涉對比度V(z)的變化及曝光的體積光柵VG的折射率調制n1(z)的變化，也就是在記錄介質AZM內曝光的體積光柵VG的變跡法函數n1(z)，是與位於光源LS之平面E上的光柵AG及/或PG之狹縫的振幅函數及/或相位函數的傅利葉變換的平方值成正比。
為了計算干涉對比度V(z)的變化，故以所使用之狹縫之數量N的δ-梳形函數將位於光源LS之平面E上的光柵的一個狹縫的繞射圖折疊起來。這表示，即使位於光源LS之平面E上的光柵的光柵周期及體積光柵VG被曝光的景深平面z保持不變，只要使用的狹縫數愈多，干涉對比度V(z)在z方向的分佈受到限制就愈大，也就是說變得更窄。
因此在記錄介質AZM的一個特定深度產生的體積光柵中，在可預先給定之深度z可產生之體積光柵VG的角度選擇性η(Θ)及/或波長選擇性η(λ)的形狀可以經由相當於干涉對比度V(z)的折射率調制n1(z)在光線播方向上的可預先給定的變化曲線調整，這個變化曲線代表一個形狀為正弦函數、餘弦函數、高斯函數、或近似矩形函數的平方的變跡法函數。
如果記錄介質AZM具有一個線性轉換函數，則折射率調制n1(z)的變化相當於干涉對比度V(z)在體積光柵VG應被記錄之區域中的變化。
如果記錄介質AZM具有一個非線性轉換函數，則干涉對比度V(z)必須相應的改變，以獲得一個相當於正弦函數之平方的折射率調制n1(z)。
此外，在可預先給定之深z可產生的體積光柵VG和其他的體積光柵一樣也可以透過體積光柵的厚度受到控制。
為了能夠將多個體積光柵VG曝光到記錄介質，記錄介質需具有一個可預先給定的厚度，例如以便記錄介質AZM能夠接收至少兩個體積光柵，其中這至少兩個體積光柵可以是在光線傳播方向上前後排列或交錯排列。
在可預先給定之深度z透過深度分離及/或深度變跡可產生的體積光柵VG可應用於有效光線的可預先給定的波長l，這表示體積光柵VG最好是透過繞射僅影響這個波長的光線或有效光線。
也可以用動態方發調整曝光光線的強度調制(也就是干涉對比度V(z))在記錄介質AZM內的一個可預先給定的深度變跡及/或一個可預先給定的深度分離，例如透過在光源LS的平面E上的一個可動態調整的振幅光柵AG及/或相位光柵PG，例如一個實現光柵的可程式光調制器(SLM)。
例如，可以用一個相位SLM或一個複數值SLM作為周期性光源LS，其中相位SLM 是一種能夠根據空間位置改變與空間光調制器交互作用之光線的光程及/或局部相位的空間光調制器，複數值SLM是一種能夠根據空間位置改變與空間光調制器交互作用之光線的光程及/或局部振幅及相位的空間光調制器。這樣就可以在z方向上改變第1c圖中具有高干涉對比度V(z)的狹窄範圍，尤其是以可預先給定的速度穿過。
例如，一種可能的方式是，在光源LS的平面E上使用一個周期連續且循環改變的相位光柵PG。這個相位光柵可以被部分照亮及快速移動。例如，如第2圖所示，相位光柵可以是一個位於圓形基板SUB上的圓環KG。相位光柵可以在反射或透射中被推動。
第1b)及c)圖顯示這個動態調整干涉對比度V(z)的可能性。根據第2圖，振幅光柵AG及/或相位光柵PG被設計成圓環KG的形狀，並被設置在一個環形基板SUB上，其中基板SUB被固定在一個由馬達(未繪出)驅動的可轉動的軸W上。
例如，光柵周期可以從0度到180度逐漸增加，然後從180度到360度逐漸降低。轉動固定在軸W上的基板SUB時，使基板SUB可以快速進行景深掃描，因為根據第1c圖，高干涉對比度V(z)的範圍的深度z與光柵基板的旋轉角Φ同步變化。使用步進馬達或同步馬達可以精確且準時的使景深平面z與設置於後方的測量裝置的偵測信號配合。
例如，可以根據輪廓高度及/或蝕刻深度，將位於圓形基板SUB上的振幅光柵及/或相位光柵KG設計成可以達到兩個第1繞射級+1 DO及-1 DO的最大繞射效率。可以將帶有徑向光柵的圓形基板設置在光源LS的平面E上，同時毛玻璃(未繪出)亦可位於平面E上。毛玻璃及光柵彼此有一個相對移動。
信號探測最好能夠與光柵周期的改變同步，以使測量及/或測量值積分的時間窗能夠從一個周期L的固定光柵出發。例如，所使用的毛玻璃(未繪出)的轉動速度可以比承載Λ光柵的圓形基板快一個數量級。
本發明的方法的一個優點是可以實現具有多個在深度z分開及/或疊加的體積光柵VG的大面積的體積光柵結構。
例如，主光柵G是由大面積表面輪廓光柵構成，其被照亮的面積是體積光柵VG之記錄介質AZM的表面積的一部分，或是等於記錄介質AZM的表面積。也就是說，必要時體積光柵結構也可以是由子面積所組成。
將相位分佈及/或振幅分佈的非對稱引入光源LS的平面E，由於這個非對稱性直接進到干涉對比度V(z)的形狀中，因此可以產生折射率調制n1(z)在記錄介質AZM內的非對稱輪廓。
例如，可以在光源LS的平面E上使用一個鋸齒狀表面輪廓相位光柵，以便在記錄介質AZM的一個特定深度z產生干涉對比度V(z)的一個相應的非對稱變化。
也可以用第0繞射級及第2繞射級的干涉取代曝光光線在主光柵G上的繞射的第0繞射級及第1繞射級的干涉，以產生在記錄介質AZM內的體積光柵VG。這樣就可以影響體積光柵VG的光柵常數，因為較高的繞射級會以較大的角度θ發散。但是這需要將主光柵G佈置成只有記錄用的繞射級會被強調，其他的繞射級則被抑制。
記錄介質AZM也可以含有啟動劑，其中可以利用曝光光線的不變光部分激化記錄介質中的啟動劑。例如Bay Fol HX或光熱折射(PTR)玻璃均屬於這種介質，在寫入體積光柵之前，以紫外線對這種介質的兩個表面進行預曝光，可以產生一個可預先給定的折射率輪廓n1(z)。
也可以用一種可用光或電控制的材料作為記錄介質，例如一個PDLC(高分子分散液晶)，也就是一個液晶層與一種可交聯的聚合物的組合，以產生可可切換的體積光柵。以這種方式可透過電控制使液晶重新定向，以控制可產生之體積光柵的繞射效率。
透過可產生的體積光柵的相應配置，在這些光柵上繞射時，可以用可預先給定及/或可切換的形式實現不同的重建幾何(平面波/平面波，平面波/球面波)。
例如，可以產生一種體積光柵VG，其能夠將平面波轉換成收斂的球面波，因而具有場透鏡的作用。例如，這樣的透鏡可以應用於自動立體顯示器或全像顯示器。如果能夠以本發明的方法在記錄介質AZM內另外曝光及/或產生一或多個用於記錄其他光學函數用的體積光柵VG，則被曝光的記錄介質AZM可以實現多個光學函數，並作為單一元件被整合到這種顯示器中。
可以透過曝光光線的可預先選擇的空間及/或時間相干特性，抑制體積光柵VG被記錄到記錄介質中時出現的反射。為此光源LS的頻譜寬度及位於光源平面E上的複雜光柵的配置都要相應的配合。雖然這個措施並不會阻止記錄時出現反射，但可以使反射的光線部分不會與未反射的光線部分產生結構性的干涉，因此不會超出記錄介質曝光的敏感性界限。
除了前面描述的干涉法外，也可以透過從交界面以化學或光學消耗記錄介質中的啟動劑，將具有可預先給定之形狀及厚度的體積光柵VG記錄到記錄介質AZM的一個預先給定的深度z。但是這樣做會減少可產生的深度分離的體積光柵VG的數量，且基本上是限制到單習光柵。此外，體積光柵形狀的選擇性也會受到較大的限制。
一個複雜波場到另外一個複雜波場的許多轉換，例如實現一個同軸作用的組合場透鏡，這個組合場透鏡是由一個第一轉換體積光柵及一個第二換體積光柵所組成，其中第一轉換體積光柵是將同軸平面波轉換成離軸平面波，第二轉換體積光柵是將離軸平面波轉換成同軸球面波，在採用三明治設計的平面全像3D顯示器中，較佳是以轉換體積光柵執行這些轉換，也就是說比使用反射體積光柵要好。相較於反射體積光柵，使用轉換體積光柵在實現轉換體積光柵並將體積光柵的厚度限制在記錄介質之厚度的一部分、選擇在記錄介質內的一個特定的z平面、以及選擇折射率分佈n1(z)的深度變跡的一個特定的變化等方面都比較有利。
利用主光柵可以很容易的複製轉換體積光柵。例如這可以是表面輪廓光柵(例如DOE)、傾斜式光柵、二元相位光柵、多級相位光柵、Sub-1-相位光柵，例如可以透過變化的暫載率及固定的間隙寬度或固定的溝槽寬度實現這些光柵。可控制的光柵適於彈性的幾何，例如作為多層配置可以”接通”一組角度的PDLCG(極化相關液晶光柵)或能夠產生連續變化之繞射角的LCG即為可控制的光柵，例如繞射效率BWG為0.5，且只有兩個繞射級。
例如，體積光柵可以作為複製用的主光柵。對於要傳輸的雙光束干涉圖案，體積光柵很容易就可以定在一個能夠在記錄介質內達到足夠之干涉對比度V(z)的繞射效率BWG。例如，主體積光柵的BWG可以定在h =0.4至h =0.6之間。第3圖顯示一個用於複製雙光束干涉圖案的配置方式。要複製的主體積光柵MG位於基板SUB的輸出端表面。
如第3圖所示，有兩個參數，也就是橫向位移(剪應變)s(z)及縱向位移OPD(z)，會隨著在複製視在記錄介質AZM中的深度z決定的入射平面波PW的第0繞射級第1繞射級(0 DO及+1 DO)的波前用的主體積光柵MG之後的距離z改變，這兩個參數可以用來實現所希望的折射率調制n1(z)在記錄介質AZM中的深度變跡。橫向位移s(z)會影響照明光線到干涉對比度V(z)的空間相干性的值，縱向位移OPD(z)會影響照明光線到干涉對比度的時間相干性的值。第3圖顯示在兩個不同的z值時，波前的橫向位移s(z)及縱向位移OPD(z)。
為了獲得一個由縱向位移OPD(z)的值決定的干涉對比度，其中這個干涉對比度能夠滿足一個具體曝光構造的要求，必須使用一個為照明光線量身打造的頻譜濾波器。例如，可以用金屬-干涉-濾波器(MIF)、在反射或透射中的介電層堆疊、固定或可變的Fabry-Perot干涉濾波器、在反射或透射中的體積光柵、或是經改性的頻譜儀作為頻譜濾波器。
下面的應用例是將本發明的方法應用於光束結合器，該光束結合器具有一帶有至少兩個厚度可預先給定之體積光柵的記錄介質AZM，其作用是將光調制器SLM發出之光線的像素疊加在一起。
例如，這種光束結合器是大尺寸全像直視顯示器的一個重要元件。WO 2010/149588 A1有揭示這種光束結合器的作用方式及可能的應用領域，並以實施例說明如何利用這種光束結合器實現全像直視顯示器。此部分請參見WO 2010/149588 A1。
以前面描述的方式產生的體積光柵具有在寬度及變化過程中可預先給定的角度選擇性。這對於在直視顯示器中的應用是必需的，其作用是抑制較高的繞射級，僅讓一特定繞射級的光線到達觀察者的眼睛。
第4圖顯示的實施例是一個用於光調制器SLM的兩個相鄰的RGB像素(RGB1及RGB2)的光束給合器BC，其中光調制器SLM能夠用於一個全像顯示器。
光束結合器BC具有一個由兩組各具有3個厚度可預先給定的體積光柵VG1，VG2，VG3及VG4，VG5，VG6構成的層堆疊VGS1，VGS2及一個具有另一個可預先給定之厚度的中間層。
如果有設置一個在光線方向上位於光束結合器BC之前的光圈場(未繪出)，則為了避免光損耗，體積光柵堆疊的總厚度不應超出一個可預先給定的值。
對於在全像顯示器上的應用，一個必要的條件是三原色(紅黃藍)及6個體積光柵VG1至VG6都要能夠將重建幾何的角度公差保持在<0.1度的範圍。
第4圖顯示光束結合器BC，其作用是將光調制器SLM兩個相鄰的RGB調制單元RGB1，RGB2發出的經過改性的光線結合在一起。例如，以SLM的複數值相位編碼進行全像重建就需要用到這種裝置。
兩個RGB調制單元RGB1，RGB2發出的光線具有相同的偏振TE，但是具有不同的相位，也就是相位j1及相位j2。第一堆疊VGS1的3個波長選擇性體積光柵VG1，VG2，VG3僅分別對三原色RGB中的一個顏色有影響。此外，這些光柵還具有偏振選擇性，而且僅影響具有TM偏振的光線。例如，為了將第4圖中的上方光束RGB1朝下方光束RGB2的方向偏轉，光束RGB1會被在光線方向上位於前方的l/2-板QWP轉換成TM偏振化光束。第一光柵堆疊VGS1的體積光柵VG1，VG2，VG3將這個光束以一個特定角度朝下方光束RGB2的方向繞射，但是讓TE偏振化的第二光束RGB2以沒有繞射的方式穿過。
在光線傳播方向上，第一光柵堆疊VGS1的前方設有一個間隔層S其厚度是根據第一光柵堆疊VGS1的偏轉角決定，以使上方光束RGB1與下方光束RGB2在光束結合器的下半段結合在一起。在光線方向上位於前方第二光柵堆疊VGS2將從上方調制單元RGB1發出的光束再度偏轉到光學軸的方向，但是不會對從下方調制單單RGB2發出的光束造成任何影響，其中第二光柵堆疊VGS2是由3個波長選擇性體積光柵VG4，VG5，VG6構成，而且體積光柵VG4，VG5，VG6僅分別對三原色RGB中的一個顏色及具有TM偏振的光線有影響。
這樣兩個光束就會結合及/或疊加在一起，並以同樣的方向傳播。這兩個光束的區別僅在於相位j及其TE及/或TM偏振。它們代表光調制器SLM的一個複雜的調制值C，也就是兩個不同的相位值j1及j2的疊加。由於這兩個光束的偏振方向彼此垂直，因此組合光束的偏振平面對原本的偏振平面旋轉45度。在光線方向上位於前方的偏振器P僅讓具有這個偏振方向的光線通過，而一個設置在上方光束RGB1範圍的光圈AS則會將上方調制單元發之光束RGB1的未被偏轉的散射光線阻擋住。
在這個應用例中，兩個光柵堆疊VGS1及VGS2的體積光柵必須非常薄，以便能夠達到繞射效率η(Θ)的很寬的角度選擇性。要達到的寬度介於1度及2度之間。
一般的方法無法將這種在單獨一個記錄介質AZM內具有6個體積光柵的光束結合器整個曝光。例如，一種已知的方法必須將6個體積光柵分開來曝光，然後再結合到一個光學元件中，例如將6個體積光柵上下層壓在一起。但這必須使因此產生的機械應力盡可能不會改變各個體積光柵層的光柵幾何，而這是很難辦到的。
以本發明的方法製造的全像構件HB的另一種有利的應用是透過擴大可探測的角度頻譜及/或波長頻譜，改善太陽能模組SM的特性。
第5a圖顯示太陽能模組SM的太陽能電池SZ的一個二維配置，其中每一個太陽能電池SZ都與一個拋物線形聚焦器K結合，並具有一片製作成透明板PL的蓋玻璃。第5b圖顯示和第5a圖相同的配置，具有一個設置於其上方的全像圖構件HB，其作用是擴大能夠到達太陽能電池SZ之光束的角度範圍。為了顯示起見，圖中是以爆炸圖的方式將全像圖構件HB與透明板PL分開繪出(另外參見第7a圖)。在一個製作完成的太陽能模組SM中，全像圖構件HB通常是設置在透明板上，例如被層壓在透明板上。這種全像圖構件HB通常具有由具有可預先給定之角度決定的繞射選擇性的體積光柵VG構成的層狀結構，例如透過層壓過程將這些體積光柵VG層壓在一起。例如，一個由50度及0度的角度組合是多個可接受的角度幾何中的一種組合。為了實現一個很大的角度範圍及/或頻譜範圍，堆疊中各體積光柵的厚度應位於3μ至10μ。
層為了降低層壓的費用，可以按照本發明的方法將光柵堆疊及/或全像圖構件HB的各個體積光柵曝光到一個由一個單一層(也就是全像圖構件)構成的記錄介質AZM。這種技術能夠將多個具有預先給定之厚度的繞射場透鏡堆疊到記錄介質AZM(例如光化聚合物)的一個單一層中，及/或透過折射率分佈n1(z)的變跡在體積光柵VG的層內抑制角度頻譜η(θ)的邊帶。
一種可能性是，第5a及5b圖的配置不僅在透射光中運轉。如第6a至6c圖所示，由蓋玻璃構成的透明板PL也可以作為光導體，其作用是透過全反射將全像圖構件HB以一個預先給定的角度入射的光線導引到光導板的一個邊緣，其中在這個邊緣上的一個能量轉換裝置或太陽能電池SM被直接照亮(第6a圖)，或是經由拋物線形的反射聚焦器K被照亮(第6b及6c圖)。全像圖構件HB也能夠透過提高對太陽能電池能夠收集的入射太陽能的光角度頻譜η(θ)及/或波長頻譜η(λ)的接受度，改善能量轉換裝置及/或太陽能電池SM的效率。根據一種特別有利的方式，整個太陽能模組SM不必追蹤對準當前的太陽位置，而是太陽能模組SM是可以靜止不動的。
除了透射體積光柵VG外，也可以使用置於透明板PL之底面的反射體積光柵(未在圖式中繪出)。例如，所使用的光柵可以是透射或反射表面輪廓光柵。
原則上所有的解決方案，例如應用於顯示裝置及/或顯示器之照明裝置內控制或導引光線的解決方案，也都是可以應用於太陽能模組SM。例如，放大光線的接收角度用的微稜鏡，或是散射表面，或是散射表面與微稜鏡的組合。也可以利用體積光柵材料中光散射效應。在這種情況下，可以產生視光束滲入深度而定的散射作用梯度，這樣材料的散射作用就會隨著z座標提高。以這種方式可以改變光線的入射角度頻譜，以滿足透過在平面平行透明板PL內的全反射進行光線傳播的條件，並將光線導引到透明板的一個邊緣。
另外一種可能性是將散射效應與頻率轉換效應組合在一起，這樣做是為了更好的滿足在透明板PL內的全反射條件，或是為了配合能量轉換用的太陽能電池SZ的頻譜敏感性。例如，可以將量子點設置於透明板PL及/或聚焦器K的材料中。也可以摻入螢光或磷光物質，以提供所使用之材料的量子效應。第7a及7b圖中的小點表示摻入在透射光中運轉的透明板PL及/或位於透明板PL的邊緣的聚焦器K的量子點或螢光及/或磷光物質。
如果將具有波長相關之反射特性的全像圖構件HB設置在聚焦器K的前面，則也可以用來將被能量轉換裝置及/或太陽能電池SZ反射的光線偏轉回能量轉換裝置及/或太陽能電池。另外一種可能性是，使全像圖構件HB的體積光柵VG具有一個透鏡函數，這樣就可以實現一個以離軸運轉的繞射透鏡為形式的聚焦器K。還有一種可能性是調整本發明之全像圖構件之改變方向及/或改變波長的特性，使設置在太陽能模組SM中具有不同頻譜特性的能量轉換裝置及/或太陽能電池SZ只被入射光中為其優化的頻譜特性激發。
本發明之方法的其他應用領域還包括儲存數據或安全特性，其中將數據或安全特徵記錄在以體積光柵之形式的記錄介質中，除了實現角度多工操作及/或波長多工操作外，還實現視深度(z)決定的多工操作。
由於可以預先給定角度選擇性η(Θ)及/或波長選擇性η(λ)的變化方式，因此可以抑制角度選擇性及/或波長選擇性的次極大值。
由於個別曝光的數據組或安全特徵的角度選擇性η(Θ)及/或波長選擇性η(λ)的變化可以預先作不同的選擇，因此可以經由數組的不同的角度選擇性及/或波長選擇性進行編碼及解碼。因此可以大幅降低這種應用的易受干擾性。
本發明的方法也可以應用於雷射多普勒風速測量器(LDA)、3D光學顯微鏡、以及超音波造影。
LDA是測定來自移動中的粒子的散射光的頻率。由於干涉對比度的光柵周期是已知的，因此可以測定移動中的粒子的速度。原則上能夠以第1a圖的裝置進行這個工作，在這個裝置內，測量範圍在z的方向延伸到位於主光柵G之後的干涉波場WF1及WF2之疊加區的整個深度。
為了實現測量平面及測量平面在試體內的縱向位移，該試體在z方向上的長度遠小於在第1a圖中的裝置的長度，但是一種有利的方式是使用第1c圖的裝置。這樣就可以將散射光線局部化，以及將速度測定限制在一個體積範圍，這個體積範圍在z方向上的長度只有傳統方法以相干且高對比度之光線照亮之體積範圍的1/100至1/1000。這樣就可以大幅提高在z方向上之測量的縱向局部解析度。
例如，3D光學顯微鏡使用的是條紋投影，以探測微結構的表面輪廓。如果干涉對比度在z方向上的長度很大，則探測純表面輪廓(深度結構除外)是沒問題的。
但是條紋投影也應用於螢光顯微鏡，以提高局部解析度。在這種情況下稱為“結構化照明”。為了能夠提高局部解析度，必須以位移的光柵進行至少3次攝影。這樣在偵測照相機上可以看到的圖像就被結構化照明的條紋掃過。可以利用移相算法進行計算。如果是使用5相位算法，則需要拍攝5個圖像，其中在圖像與圖像之間，在物平面上作為照明圖案的振幅光柵需要移動l/4。為了提高在x及y方向上的局部解析度，也就是為了偵測在物體之xy平面上的空間頻率，必須在多個方向上有一個條紋圖案(例如一個接一個)。
將本發明的方法應用於3D光學顯微鏡以提高在試體中的縱向及/或軸向解析度時，一種有利的方式是在第1c圖的裝置中產生一個正弦形狀的條紋圖案，其中透過製備在主光柵G之後干涉的波場WF1及WF2的空間相干性，使這個條紋圖案在x方向上的長度受到很大的限制，其中條紋圖案在Z方向及與Z方向垂直之方向上均可移動。相較於傳統的結構化照明，例如用於螢光顯微鏡的結構化照明，這種方式可以進一步簡化有效的點擴散函數PSF。例如，照明光程的顯微鏡物鏡位於第1c圖顯示之光柵G的後面。
將第1B至1C圖顯示的產生深度分離及/或深度變跡之體積光柵VG的方法應用於結構化照明時，可以將這種方法視為產生結構化波場的方法。這種方法也可以作為”結構化聲波照射”應用於超音波造影或超音波顯微鏡，以提高超音波在試體內疊加時的景深解析度及聲強在深度範圍的限制。
可以將超音波波場的空間相干性製備應用於超音波顯微鏡，以縮小最終的點擴散函數PSF的尺寸。利用本發明的方法可以擴大超音波檢察的移相條紋投影，以透過所選擇的在聲源之平面上的複數值透明函數在z方向上嚴格限制在深度處形成的超音波干涉圖案，其中超音波干涉圖案可以在z方向上動態朝深度鑑別移動，以及垂直朝移相移動。
也可以將朝向動態深度掃描的移動散射板應用於超音波顯微鏡。例如，可以將移動散射板浸在油中，並執行一個微米範圍的橫向移動。
也可以使用一種”相控陣”(phased array)。例如，這可以是一維的PZT(壓電傳感器)列或二維的PZT(壓電傳感器)陣。這些陣可以在聲源的平面上產生統計的相成分及固定的相成分。
本發明的範圍並不限於以上的實施例及應用例，而是可以在廣義上應用於在記錄介質內形成及定位體積光柵。
一般而言，可以按照本發明的干涉圖案的深度局部化(深度鑑別)及/或深度變跡的方法，將時間及空間相干函數G的模擬方法應用於產生特殊應用所需的體積光柵。例如其中一種體積光柵是相移體積光柵。
例如，對自動立體顯示器及3D顯示器而言，一種有利的方式是，讓以特定空間方向傳播的光線穿過，並精確的限制其角度範圍及/或波長範圍。這樣就可以使用多個體積光柵，以切除若干個角度範圍(或波長範圍)，也就是說，將光線偏轉到非臨界的方向，例如不會對觀察者造成干擾的方向。
例如，由兩個體積光柵組成的場透鏡可以提供另一種濾波形式，其中一個非常薄的第一體積光柵VG1將垂直入射表面的光線(包括+/-2度角度範圍內的光線)以繞射效率η > 0.8繞射45度，一個明顯較厚的第二體積光柵VG2將以45度角入射的光線(包括+/-0.5度角度範圍內的光線)繞射到光學軸的方向並將其聚焦。
例如，如果要在一個筆直的通道中達到希望的濾波效果，本發明的一個方向濾波的解決方案是，在深度z1及z2處產生兩個很薄的n1(z)變跡體積光柵VG1及VG2，其作用是將垂直入射的光線(包括+/-2度角度範圍內的光線)以繞射效率η > 0.8繞射45度，其中這兩個體積光柵相互移動相位π。
這種兩個體積光柵的特殊配置方式(也可以視為一個具有相移p的組合體積光柵)讓光線能夠在一個很窄的角度範圍(或是波長範圍)內傳播，例如沿著光學軸(或是沿著其他的設計方向)傳播，並將相鄰的角度範圍或波長範圍的光線繞射到非臨界的空間方向。
改變主光柵G及記錄介質AZM的相對橫向位置或軸向位置，或是將一個非常小的角度引入照明，就可以在各個曝光之間達到移動相位的目的。
這個在z方向產生分離且有相移的體積光柵的原則(亦適用於兩個以上的光柵)可應用於實現多個特殊繞射函數。
另一方面，也可以利用本發明的方法在深度z處為不同波長產生移位的體積光柵。
例如，為了形成時間限制非常嚴格的光脈衝，需要補償不同波長的渡越時間差。
利用本發明的方法可以將在不同波長範圍繞射的體積光柵曝光到不同的深度z，因此能夠視需要在不同波長範圍之間引入渡越時間差，以補償在這個補償體積光柵堆疊之前或之後出現的渡越時間差，並能夠按照設計規定形塑光脈衝。
最後要特別說明的是，以上提出的實施例及應用例僅是用於說明本發明主張之專利權的理論，但並不會對本發明之內容或範圍有任何的限制。
以前面描述的方式產生的體積光柵具有在寬度及變化過程中可預先給定的角度選擇性。這對於在直視顯示器中的應用是必需的，其作用是抑制較高的繞射級，僅讓一特定繞射級的光線到達觀察者的眼睛。
光束結合器具有一個由6個可預先給定厚度的體積光柵及一個具有另一個可預先給定之厚度的中間層構成的層堆疊。例如WO 2010/147588 A1的第6圖至第8圖及第10圖顯示的構造，其中體積光柵Vg1、Vg2、Vg3及Vg4可以被曝光到一個記錄介質。
例如，利用這種配置可以將光調制器發出之光束的RGB(紅黃藍)像素結合成一個光束，例如這在相位調制器中的複數值的雙相位編碼是必需的，這在WO 2010/147588 A1中也有揭示。
如果要設置一個在光線方向上位於光束結合器之前的光圈場，則體積光柵堆疊的總厚度不應超出一個可預先給定的值。
否則將會導致光損耗，因為一旦超出這個值，光束結合器發出的光束會發散，因而使一部分光束被光圈場遮住。
透過適當的體積光柵的結構及疊加在其上的變跡法函數，三原色(紅黃藍)及光束結合器的6個體積光柵都可以將重建幾何的角度公差保持在<0.1度的範圍，這對於將這種光學元件應用於全像顯示器是非常重要的。
以上描述之方法的另一個應用領域是太陽能模組，此種太陽能模組具有一個全像圖構件及一個將太陽光轉換成電流的能量轉換裝置，其中全像圖構件具有一個記錄介質及至少兩個體積光柵，同時即使太陽光是從各種不同的方向入射到太陽能模組，全像圖構件的構造及設置在太陽能模組上的方式也會使太陽光能夠被導向轉換裝置的方向。
將由多個上下堆疊且各自具有一個體積光柵的記錄介質構成的體積光柵堆疊與太陽能電池結合在一起，以改變入射之太陽光的角度頻譜及/或波長頻譜，其目的是提高太陽能模組的轉換效率。例如，Kostuk u.a., „Analysis and design of holographic solar concentrators“, Proc. SPIE, 2008, vol. 7043, pp. 704301 – 704301-8有關於具有兩個上下堆疊之體積光柵的太陽能模組的描述，其中這兩個體積光柵可以將短波及長波範圍從兩個不同的方向偏轉到頻譜敏感度不同的太陽能模組。但以層壓法將多個單一的體積光柵製作成一個這樣的層堆疊時，各個層的位置不精確性會造成很大的問題。
本發明之方法的一個很大的優點是，作為多重全像圖的全像圖構件可以是在一個連貫及/或單一的記錄介質中由多個厚度可預先給定的體積光柵構成。
為了滿足對太陽能的收集和轉換成電能的效率要盡可能高的要求，全像圖構件的層狀結構至少具有一個預先給定的角度選擇性及/或至少一個預先給定的波長選擇性。
全像圖構件的構造方式使其能夠將從預先給定的角度範圍入射到全像圖構件的光線引導到一片透明板，其中該透明板是直接到全像圖構件的基準面，而且最好是直接連接。
穿過透明板後，光線會射到能量轉換裝置的一個二維裝置，例如在一種實施方式中，光線會直接或經由位於前方的聚焦器到達該二維裝置，其中能量轉換裝置具有至少一個太陽能電池。
根據另外一種實施方式，該透明板可以是一種光導板，光線在這種光導板中會因為全反射被導引到光導板的一個邊緣或側面。作為光導體用的透明板的形狀可以是平面平行狀或楔形。
可以直接將至少一個能量轉換裝置或至少一個太陽能電池設置在作為光導板用的透明板的一個邊緣上。但是光線也可以從作為光導板用的透明板的一個邊緣經由焦器被導引到能量轉換器或太陽能電池上。
也可以透過改良位於能量轉換裝置或太陽能電池之前的光學元件的轉換特性及/或變換特性，進一步提高太陽能模組的接收角度範圍及/或頻譜敏感性範圍。
該等放大接收角度範圍的光學元件至少是一個微稜鏡及/或至少是一個散射表面。
例如，一種放大接收角度範圍的方法是使透明板具有一預先給定的散射特性，而且這個散射特性能夠隨著深度以梯度的形式改變。
例如，可以對位於能量轉換裝置或太陽能電池之前的光學元件摻入量子點或螢光及/或磷光物質，以放大太陽能模組的頻譜敏感性範圍。
也可以將全像圖構件設計成僅將預先給定之波長的光線導引到一個具有預先給定之頻譜敏感性的預先給定的能量轉換裝置或太陽能電池。
另外一種可能的方式是將全像圖構件記錄在重鉻酸鹽明膠(DCG)製成的記錄介質中，該記錄介質被一種化學敏感劑改性成在超出曝光能量界限的一個預先給定的值時，才會形成一個潛在的光柵，並經過一個濕化學過程將這個潛在的光柵轉變成相位體積光柵。因此這種產生深度下降之體積光柵的方法亦可應用於重鉻酸鹽明膠製成的記錄介質。這樣在相當厚的DCG層中也可以產生很薄且具有高折射率調制n1的體積光柵。這對太陽能模組及/或太陽能聚焦器的一個優點是，可以提高收集的角度範圍及/或波長範圍，因為在這種情況下，不論是角度選擇性或波長選擇性都可以進一步中斷進行。
以上描述的方法也可以用於儲存數或安全特徵，其中將數據或安全特徵記錄在以體積光柵之形式的記錄介質中，除了可以實現角度多工操作及/或波長多工操作外，還可以實現視深度決定的多工操作(z多工操作)。
這表示除了在記錄介質的一個層中的與角度及/或波長有關的編碼外，還可以另外將數據或安全特徵編碼到不同的平面。如前面所述，根據一種特別有利的方式，這在記錄介質的一個有限的範圍內、且最好是與記錄介質的表面相距一個可預先給定的距離(也就是說在記錄介質的一個可預先給定的深度)是可能的。
如前面所述，如果可以預先給定角度選擇性及/或波長選擇性的變化方式，則在曝光時可以抑制角度選擇性及/或波長選擇性的次極大值。
透過本發明之發方法的這些特性，除了儲存容量較大外，還可以用更不易出錯的方式將數據及/或安全特徵編碼及解碼。
個別曝光的數據組或安全特徵的角度選擇性及/或波長選擇性的變化是可預先作不同的選擇的，因此是經由數組的不同的角度選擇性及/或波長選擇性進行編碼及解碼。尤其是可以透過數據組的不同的角度選擇性及/或波長選擇性的多工操作，在記錄介質內達到較大的儲存數據密度。
以上描述之方法的另一個應用例是在雷射多普勒風速測量器(LDA)上的應用，其可以用於在試體中實現測量平面及測量平面的縱向位移。對這種應用而言，最重要的是可以實現光柵平面在測量物體之深度處的動態移動。
以上描述之方法的另一個應用例是3D光學顯微鏡，其可以提高在試體中的縱向解析度，同時也可以利用到光柵平面的動態移動。
以上描述之方法也可以應用在超音波造影，以提高超音波在試體內疊加時的景深解析度及聲強在深度範圍的界限。
這表示本發明之方法的應用範圍並不限於以光波為基礎的應用，而是也能夠以非常有利的方式應用於其他具有干涉能力的波傳播過程。
採用具有申請專利範圍第56項之特徵的裝置即可達到本發明的目的。本發明之裝置利用曝光在記錄介質內逐層產生至少一個體積光柵。本發明的裝置具有一個光源及一個光束劃分器。記錄介質具有至少一個對曝光光線之可預先給定的波長敏感的光敏層。光束劃分器的構造及配置方式使其能夠將光源發出的曝光光線劃分成相干光線的至少兩個具有干涉能力的波前。透過相干光線的至少兩個具有干涉能力的波前可以在記錄介質內產生體積光柵。相干光線的至少兩個具有干涉能力的波前能夠在記錄介質內一個可預先給定的深度以一個可預先給定的角度與可預先給定的干涉對比度疊加。在光線傳播方向上，可以透過視深度決定的對干涉波前的空間及/或時間相干度的控制，調整在記錄介質內體積光柵之折射率調制及/或透明度調制的深度及厚度。
本發明的裝置特別適於執行如申請專利範圍第1項至第30項中任一項的方法。為避免重覆敘述，此部分請參見本說明書前面的說明，因為熟習該項技術者可根據對本發明的方法之認識對本發明的裝置做進一步的改良。尤其是利用本發明的裝置可以製造全像圖構件，其中全像圖構件的記錄介質具有至少兩個體積光柵，其中全像圖構件是以如申請專利範圍第1項至第30項中任一項的方法製成。
光束劃分器最好具有一個繞射光柵，其中該繞射光柵可以是一個表面輪廓光柵(亦稱為主光柵)。
有許多不同的可能性能夠以有利的方式使本發明的理論獲得實現並及做進一步的改良。這一方面包括附屬於申請專利範圍第1項的其他申請專利項目，另一方面包括以下配合圖示對本發明之各種有利的實施方式所作的說明。以下在配合圖示對本發明之有利的實施方式的說明的同時，亦會就本發明之理論的進一步改良做說明。
以下之圖示都是以示意方式繪出，其中：
第1a，b及c圖：應用a)一個點狀光源，b)一個具有周期性振幅光柵的光源，c)一個具有周期性相位光柵的光源，以及干涉對比度與移動距離的關係，其中移動距離與到主光柵的距離成正比。
第2圖：一個在基板上的環形光柵，其中基板能夠快速旋轉。光柵周期會隨角度改變。
第3圖：在一直接相鄰的記錄介質中以體積-主光柵的形式複製雙光束干涉圖案的配置方式。
第4圖：由具有6個體積光柵及一個間隔層的層堆疊構成的光束結合器。
第5a圖：太陽能電池的一個二維配置，其中每一個太陽能電池都與一個拋物線形聚焦器結合，並具有一片製作成透明板的蓋玻璃。
第5b圖：和第5a圖相同的配置，具有一個設置於其上方的全像圖構件，其作用是擴大能夠到達太陽能電池之光束的角度範圍。
第6a，b及c圖：以透明板作為光導體，其作用是將入射到全像圖構件的光線導引到光導體的一個邊緣，在這個邊緣上一個太陽能電池a)直接被照亮，b)及c)經由一個拋物線形聚焦器被照亮。
第7a及b圖：一個太陽能模組，具有a)一個透明板及/或b)一個拋物線形聚焦器，其有摻入量子點或螢光及/或磷光物質(以圖中的小點示意)，以提高量子效率。
在以上的圖示中，相同或類似的元件是以相同的元件符號標示。
第1b)至c)圖顯示透過曝光在記錄介質AZM內逐層產生至少一個體積光柵VG的方法的基本配置，其中記錄介質具有至少一個光敏層，其對曝光光線的一個可預先給定的波長敏感，其中在記錄介質內體積光柵是由相干光線之至少兩個具干涉能力的波前WF1，WF2所產生，該等波前在記錄介質的一個可預先給定的深度(z)以一可預先給定的角度以可預先給定的干涉對比度彼此疊加，同時在記錄介質AZM內，體積光柵VG之折射率調制及/或透明度調制的深度z及厚度，是在光線傳播方向上受到干涉波前WF1，WF2之空間及/或時間相干度(Γ)的視深度決定的控制的調整。
在光線傳播方向上，在被光源LS經由一條準直線L以基本上準直的平面波場PW照亮的主光柵G之後，有一個介於在主光柵G上被繞射的波前WF1及在主光柵G之後傳播出去的波前WF2之間的相對橫向位移s(z)，基於被照亮的平面波場PW的一個預先給定的複數值空間及/或時間相干函數Γ，這個相對橫向位移會使互相干涉的波場的干涉對比度V(z)產生的一個可預先給定的視深度決定的變化。
干涉波場WF1，WF2是光源LS發出的準直波場PW在主光柵G上的繞射的不同的繞射級，其中主光柵G在光線傳播方向上位於記錄介質AZM之前。
在第1a)圖中，點狀光源Point-LS的光線被一個在光線方向上位於前方的透鏡L準直，因此平面波PW會射達位於前方的主光柵G。根據主光柵G的光柵常數，射達的平面波是以角度q被繞射，因此在這個例子中，兩個平面波場WF1，WF2會在主光柵之後展開，這兩個平面波場相當於正的第1繞射級+1 DO及/或負的第1繞射級-1 DO，且彼此夾一個角度2θ。
在疊加區域內，在主光柵上被繞射的射級+1 DO及-1 DO可以干涉，其中疊加區域的形狀是一個寬度沿著z方向縮小的三角形，其範圍是從z=0延伸到一個最大值。如果是使用單色點狀光源Point-LS，則會在整個疊加區域內產生一個固定不變的干涉對比度V(z)=1。但是也可以用其他的光束劃分器取代主光柵G，例如以光調制器SLM上的光柵取代。
第1a圖中的水平線顯示，在厚度為D的記錄介質AZM內的疊加區域的每一個位置，例如記錄介質位於與主光柵G相距z1處，可以記錄一個具有特定光柵常數的體積光柵，其中這個光柵常數是由在主光柵G上被繞射的平面波場WF1，WF2的傳播角度θ決定。因此在這個配置中，干涉對比度在縱向方向上(也就是沿著路徑z)不會改變，因此在與主光柵相距z1處被記錄的體積光柵在縱向方向上具有固定不變的形狀。
第1b及1c圖顯示位於平面E上的光源LS的形狀對干涉對比度V(z)的影響，其中光源LS具有一個複數值的周期性或非周期性振幅分佈及/或相位分佈。由此可以得知，在記錄介質AZM內的一個特定深度
的干涉對比度V(z)一方面是由兩個干涉波場WF1，WF2的橫向位移s(z)(剪應變)決定，其中橫向位移s(z)是在干涉波場WF1，WF2的傳播方向上的座標z的函數，但另一方面，干涉對比度V(z)的可預先給定的變化是位於光源LS之平面E上的振幅分佈及/或相位分佈的形狀的一個函數，其中干涉對比度V(z)是產生於記錄介質AZM的一個可預先給定之深度範圍。
因此在記錄介質AZM的一個可預先給定之深度z的干涉對比度V(z)可以在記錄介質AZM內產生形式為可預先給定的折射率調制及/或透明度調制的體積光柵，其中折射率調制及/或透明度調制相當於一個變跡法函數，這個變跡法函數容許預先調整體積光柵VG的角度選擇性及/或波長選擇性，以及容許預先抑制體積光柵VG的角度選擇性及/或波長選擇性的次極大值。
為了達到上述目的，一個將主光柵G照亮的待準直之光源LS的平面E需具有一個複數值光學透明函數，這個透明函數是一個振幅光柵及/或相位光柵、一個振幅分佈及/或相位分佈、一個與變跡法函數疊加的振幅光柵及/或相位光柵、或是一個與變跡法函數疊加的振幅分佈及/或相位分佈。
第1b圖顯示使用一個單色空間不相干光源LS的情況，其中以x方向及平面E為準，光源具有周期性振幅分佈(periodic A-LS)。例如，在剪應變-距離s(z0)=0及對比度V(z0)=1，以及在暫載率很小且在光源(periodic A-LS)的平面E上的傳輸率很小的情況下使用的振幅光柵AG，在設計-剪應變-距離，也就是說在主光柵G之後的預定深度z1處，干涉產生的干涉對比度V(z1)=0.8。在兩倍的設計-剪應變-距離的情況下，出現干涉對比度V(z2)=0.4的干涉。
這表示若使用這種光源LS，當兩個在主光柵G上被繞射的波場WF1，WF2疊加時，干涉對比度是由與主光柵G的距離z決定，並可經由光源LS之平面E內的複雜相干函數G控制。
第1c圖顯示使用一個單色空間不相干光源LS的情況，其中光源LS具有周期性相位分怖(periodic P-LS)。例如，在設計-剪應變-距離，也就是說在主光柵G之後的預定深度，干涉產生的干涉對比度V(z1)=1。為了產生這樣的結果，必須將光源LS的平面E上使用的相位光柵PG設計成在相位光柵之後以平面波PW照亮時，只有正的第1繞射級+1 DO及負的第1繞射級-1 DO以較繞射效率發送出去。
以這種方式，具有可預先給定之厚度的體積光柵VG在具有相應之敏感性且足夠厚的記錄介質AZM的一個可預先給定的深度z處被記錄的方式是，干涉對比度V(z)只有在這個區域超出記錄介質AZM的敏感性界限。
在光源LS的平面E上使用的相位光柵PG的周期與所使用的準直透鏡L的數值孔徑共同決定設計-剪應變-距離，也就是共同決定一個深度-變跡化體積光柵VG能夠被放置及/或曝光的平面位置。因此經由源LS的周期及/或經由平面E上的相位光柵PG的周期或其變化，可以用簡單的方式定位深度-變跡化體積光柵VG的z位置。
例如，如果在光源LS的平面E上的振幅光柵AG及/或相位光柵PG在振幅及/或相位上是二元的，也就是說，如果以一個矩形函數描述光柵的各個狹縫，則干涉對比度V(z)環繞設計-剪應變-距離的變化相當於正弦函數的平方。
這樣就可以--前提是在相應的z區域為體積光柵VG設置一個記錄介質AZM--在縱向方向z上產生一個相當於正弦函數的平方折射率調制n1(z)，此處將這個折射率調制稱為深度變跡。受到這種方式曝光的體積光柵VG具有一個角度選擇性及/或波長選擇性，而且這個角度選擇性及/或波長選擇性等於一個矩形函數，而且沒有次極大值。
光源LS之平面E上使用的光柵AG及/或PG的狹縫的振幅函數及/或相位函數的選擇決定了干涉對比度V(z)的變化，其中干涉對比度V(z)位於主光柵G之後，而且是由深度z及/或剪應變-距離s(z)決定。
如果要在角度選擇性及/或波長選擇性內實現由角度及/或波長決定之繞射效率的一個函數變化η(Θ)或η(λ)，則應按照這個函數變化的形狀選擇位於光源LS之平面E上的光柵AG或PG的狹縫的振幅函數及/或相位函數。這是一種很簡單的配置方式，此種配置方式能夠根據對體積光柵VG之繞射特性的要求，透過光源LS的特性塑造深度-變跡。
干涉對比度V(z)的變化及曝光的體積光柵VG的折射率調制n1(z)的變化，也就是在記錄介質AZM內曝光的體積光柵VG的變跡法函數n1(z)，是與位於光源LS之平面E上的光柵AG及/或PG之狹縫的振幅函數及/或相位函數的傅利葉變換的平方值成正比。
為了計算干涉對比度V(z)的變化，故以所使用之狹縫之數量N的δ-梳形函數將位於光源LS之平面E上的光柵的一個狹縫的繞射圖折疊起來。這表示，即使位於光源LS之平面E上的光柵的光柵周期及體積光柵VG被曝光的景深平面z保持不變，只要使用的狹縫數愈多，干涉對比度V(z)在z方向的分佈受到限制就愈大，也就是說變得更窄。
因此在記錄介質AZM的一個特定深度產生的體積光柵中，在可預先給定之深度z可產生之體積光柵VG的角度選擇性η(Θ)及/或波長選擇性η(λ)的形狀可以經由相當於干涉對比度V(z)的折射率調制n1(z)在光線播方向上的可預先給定的變化曲線調整，這個變化曲線代表一個形狀為正弦函數、餘弦函數、高斯函數、或近似矩形函數的平方的變跡法函數。
如果記錄介質AZM具有一個線性轉換函數，則折射率調制n1(z)的變化相當於干涉對比度V(z)在體積光柵VG應被記錄之區域中的變化。
如果記錄介質AZM具有一個非線性轉換函數，則干涉對比度V(z)必須相應的改變，以獲得一個相當於正弦函數之平方的折射率調制n1(z)。
此外，在可預先給定之深z可產生的體積光柵VG和其他的體積光柵一樣也可以透過體積光柵的厚度受到控制。
為了能夠將多個體積光柵VG曝光到記錄介質，記錄介質需具有一個可預先給定的厚度，例如以便記錄介質AZM能夠接收至少兩個體積光柵，其中這至少兩個體積光柵可以是在光線傳播方向上前後排列或交錯排列。
在可預先給定之深度z透過深度分離及/或深度變跡可產生的體積光柵VG可應用於有效光線的可預先給定的波長l，這表示體積光柵VG最好是透過繞射僅影響這個波長的光線或有效光線。
也可以用動態方發調整曝光光線的強度調制(也就是干涉對比度V(z))在記錄介質AZM內的一個可預先給定的深度變跡及/或一個可預先給定的深度分離，例如透過在光源LS的平面E上的一個可動態調整的振幅光柵AG及/或相位光柵PG，例如一個實現光柵的可程式光調制器(SLM)。
例如，可以用一個相位SLM或一個複數值SLM作為周期性光源LS，其中相位SLM 是一種能夠根據空間位置改變與空間光調制器交互作用之光線的光程及/或局部相位的空間光調制器，複數值SLM是一種能夠根據空間位置改變與空間光調制器交互作用之光線的光程及/或局部振幅及相位的空間光調制器。這樣就可以在z方向上改變第1c圖中具有高干涉對比度V(z)的狹窄範圍，尤其是以可預先給定的速度穿過。
例如，一種可能的方式是，在光源LS的平面E上使用一個周期連續且循環改變的相位光柵PG。這個相位光柵可以被部分照亮及快速移動。例如，如第2圖所示，相位光柵可以是一個位於圓形基板SUB上的圓環KG。相位光柵可以在反射或透射中被推動。
第1b)及c)圖顯示這個動態調整干涉對比度V(z)的可能性。根據第2圖，振幅光柵AG及/或相位光柵PG被設計成圓環KG的形狀，並被設置在一個環形基板SUB上，其中基板SUB被固定在一個由馬達(未繪出)驅動的可轉動的軸W上。
例如，光柵周期可以從0度到180度逐漸增加，然後從180度到360度逐漸降低。轉動固定在軸W上的基板SUB時，使基板SUB可以快速進行景深掃描，因為根據第1c圖，高干涉對比度V(z)的範圍的深度z與光柵基板的旋轉角Φ同步變化。使用步進馬達或同步馬達可以精確且準時的使景深平面z與設置於後方的測量裝置的偵測信號配合。
例如，可以根據輪廓高度及/或蝕刻深度，將位於圓形基板SUB上的振幅光柵及/或相位光柵KG設計成可以達到兩個第1繞射級+1 DO及-1 DO的最大繞射效率。可以將帶有徑向光柵的圓形基板設置在光源LS的平面E上，同時毛玻璃(未繪出)亦可位於平面E上。毛玻璃及光柵彼此有一個相對移動。
信號探測最好能夠與光柵周期的改變同步，以使測量及/或測量值積分的時間窗能夠從一個周期L的固定光柵出發。例如，所使用的毛玻璃(未繪出)的轉動速度可以比承載Λ光柵的圓形基板快一個數量級。
本發明的方法的一個優點是可以實現具有多個在深度z分開及/或疊加的體積光柵VG的大面積的體積光柵結構。
例如，主光柵G是由大面積表面輪廓光柵構成，其被照亮的面積是體積光柵VG之記錄介質AZM的表面積的一部分，或是等於記錄介質AZM的表面積。也就是說，必要時體積光柵結構也可以是由子面積所組成。
將相位分佈及/或振幅分佈的非對稱引入光源LS的平面E，由於這個非對稱性直接進到干涉對比度V(z)的形狀中，因此可以產生折射率調制n1(z)在記錄介質AZM內的非對稱輪廓。
例如，可以在光源LS的平面E上使用一個鋸齒狀表面輪廓相位光柵，以便在記錄介質AZM的一個特定深度z產生干涉對比度V(z)的一個相應的非對稱變化。
也可以用第0繞射級及第2繞射級的干涉取代曝光光線在主光柵G上的繞射的第0繞射級及第1繞射級的干涉，以產生在記錄介質AZM內的體積光柵VG。這樣就可以影響體積光柵VG的光柵常數，因為較高的繞射級會以較大的角度θ發散。但是這需要將主光柵G佈置成只有記錄用的繞射級會被強調，其他的繞射級則被抑制。
記錄介質AZM也可以含有啟動劑，其中可以利用曝光光線的不變光部分激化記錄介質中的啟動劑。例如Bay Fol HX或光熱折射(PTR)玻璃均屬於這種介質，在寫入體積光柵之前，以紫外線對這種介質的兩個表面進行預曝光，可以產生一個可預先給定的折射率輪廓n1(z)。
也可以用一種可用光或電控制的材料作為記錄介質，例如一個PDLC(高分子分散液晶)，也就是一個液晶層與一種可交聯的聚合物的組合，以產生可可切換的體積光柵。以這種方式可透過電控制使液晶重新定向，以控制可產生之體積光柵的繞射效率。
透過可產生的體積光柵的相應配置，在這些光柵上繞射時，可以用可預先給定及/或可切換的形式實現不同的重建幾何(平面波/平面波，平面波/球面波)。
例如，可以產生一種體積光柵VG，其能夠將平面波轉換成收斂的球面波，因而具有場透鏡的作用。例如，這樣的透鏡可以應用於自動立體顯示器或全像顯示器。如果能夠以本發明的方法在記錄介質AZM內另外曝光及/或產生一或多個用於記錄其他光學函數用的體積光柵VG，則被曝光的記錄介質AZM可以實現多個光學函數，並作為單一元件被整合到這種顯示器中。
可以透過曝光光線的可預先選擇的空間及/或時間相干特性，抑制體積光柵VG被記錄到記錄介質中時出現的反射。為此光源LS的頻譜寬度及位於光源平面E上的複雜光柵的配置都要相應的配合。雖然這個措施並不會阻止記錄時出現反射，但可以使反射的光線部分不會與未反射的光線部分產生結構性的干涉，因此不會超出記錄介質曝光的敏感性界限。
除了前面描述的干涉法外，也可以透過從交界面以化學或光學消耗記錄介質中的啟動劑，將具有可預先給定之形狀及厚度的體積光柵VG記錄到記錄介質AZM的一個預先給定的深度z。但是這樣做會減少可產生的深度分離的體積光柵VG的數量，且基本上是限制到單習光柵。此外，體積光柵形狀的選擇性也會受到較大的限制。
一個複雜波場到另外一個複雜波場的許多轉換，例如實現一個同軸作用的組合場透鏡，這個組合場透鏡是由一個第一轉換體積光柵及一個第二換體積光柵所組成，其中第一轉換體積光柵是將同軸平面波轉換成離軸平面波，第二轉換體積光柵是將離軸平面波轉換成同軸球面波，在採用三明治設計的平面全像3D顯示器中，較佳是以轉換體積光柵執行這些轉換，也就是說比使用反射體積光柵要好。相較於反射體積光柵，使用轉換體積光柵在實現轉換體積光柵並將體積光柵的厚度限制在記錄介質之厚度的一部分、選擇在記錄介質內的一個特定的z平面、以及選擇折射率分佈n1(z)的深度變跡的一個特定的變化等方面都比較有利。
利用主光柵可以很容易的複製轉換體積光柵。例如這可以是表面輪廓光柵(例如DOE)、傾斜式光柵、二元相位光柵、多級相位光柵、Sub-1-相位光柵，例如可以透過變化的暫載率及固定的間隙寬度或固定的溝槽寬度實現這些光柵。可控制的光柵適於彈性的幾何，例如作為多層配置可以”接通”一組角度的PDLCG(極化相關液晶光柵)或能夠產生連續變化之繞射角的LCG即為可控制的光柵，例如繞射效率BWG為0.5，且只有兩個繞射級。
例如，體積光柵可以作為複製用的主光柵。對於要傳輸的雙光束干涉圖案，體積光柵很容易就可以定在一個能夠在記錄介質內達到足夠之干涉對比度V(z)的繞射效率BWG。例如，主體積光柵的BWG可以定在h =0.4至h =0.6之間。第3圖顯示一個用於複製雙光束干涉圖案的配置方式。要複製的主體積光柵MG位於基板SUB的輸出端表面。
如第3圖所示，有兩個參數，也就是橫向位移(剪應變)s(z)及縱向位移OPD(z)，會隨著在複製視在記錄介質AZM中的深度z決定的入射平面波PW的第0繞射級第1繞射級(0 DO及+1 DO)的波前用的主體積光柵MG之後的距離z改變，這兩個參數可以用來實現所希望的折射率調制n1(z)在記錄介質AZM中的深度變跡。橫向位移s(z)會影響照明光線到干涉對比度V(z)的空間相干性的值，縱向位移OPD(z)會影響照明光線到干涉對比度的時間相干性的值。第3圖顯示在兩個不同的z值時，波前的橫向位移s(z)及縱向位移OPD(z)。
為了獲得一個由縱向位移OPD(z)的值決定的干涉對比度，其中這個干涉對比度能夠滿足一個具體曝光構造的要求，必須使用一個為照明光線量身打造的頻譜濾波器。例如，可以用金屬-干涉-濾波器(MIF)、在反射或透射中的介電層堆疊、固定或可變的Fabry-Perot干涉濾波器、在反射或透射中的體積光柵、或是經改性的頻譜儀作為頻譜濾波器。
下面的應用例是將本發明的方法應用於光束結合器，該光束結合器具有一帶有至少兩個厚度可預先給定之體積光柵的記錄介質AZM，其作用是將光調制器SLM發出之光線的像素疊加在一起。
例如，這種光束結合器是大尺寸全像直視顯示器的一個重要元件。WO 2010/149588 A1有揭示這種光束結合器的作用方式及可能的應用領域，並以實施例說明如何利用這種光束結合器實現全像直視顯示器。此部分請參見WO 2010/149588 A1。
以前面描述的方式產生的體積光柵具有在寬度及變化過程中可預先給定的角度選擇性。這對於在直視顯示器中的應用是必需的，其作用是抑制較高的繞射級，僅讓一特定繞射級的光線到達觀察者的眼睛。
第4圖顯示的實施例是一個用於光調制器SLM的兩個相鄰的RGB像素(RGB1及RGB2)的光束給合器BC，其中光調制器SLM能夠用於一個全像顯示器。
光束結合器BC具有一個由兩組各具有3個厚度可預先給定的體積光柵VG1，VG2，VG3及VG4，VG5，VG6構成的層堆疊VGS1，VGS2及一個具有另一個可預先給定之厚度的中間層。
如果有設置一個在光線方向上位於光束結合器BC之前的光圈場(未繪出)，則為了避免光損耗，體積光柵堆疊的總厚度不應超出一個可預先給定的值。
對於在全像顯示器上的應用，一個必要的條件是三原色(紅黃藍)及6個體積光柵VG1至VG6都要能夠將重建幾何的角度公差保持在<0.1度的範圍。
第4圖顯示光束結合器BC，其作用是將光調制器SLM兩個相鄰的RGB調制單元RGB1，RGB2發出的經過改性的光線結合在一起。例如，以SLM的複數值相位編碼進行全像重建就需要用到這種裝置。
兩個RGB調制單元RGB1，RGB2發出的光線具有相同的偏振TE，但是具有不同的相位，也就是相位j1及相位j2。第一堆疊VGS1的3個波長選擇性體積光柵VG1，VG2，VG3僅分別對三原色RGB中的一個顏色有影響。此外，這些光柵還具有偏振選擇性，而且僅影響具有TM偏振的光線。例如，為了將第4圖中的上方光束RGB1朝下方光束RGB2的方向偏轉，光束RGB1會被在光線方向上位於前方的l/2-板QWP轉換成TM偏振化光束。第一光柵堆疊VGS1的體積光柵VG1，VG2，VG3將這個光束以一個特定角度朝下方光束RGB2的方向繞射，但是讓TE偏振化的第二光束RGB2以沒有繞射的方式穿過。
在光線傳播方向上，第一光柵堆疊VGS1的前方設有一個間隔層S其厚度是根據第一光柵堆疊VGS1的偏轉角決定，以使上方光束RGB1與下方光束RGB2在光束結合器的下半段結合在一起。在光線方向上位於前方第二光柵堆疊VGS2將從上方調制單元RGB1發出的光束再度偏轉到光學軸的方向，但是不會對從下方調制單單RGB2發出的光束造成任何影響，其中第二光柵堆疊VGS2是由3個波長選擇性體積光柵VG4，VG5，VG6構成，而且體積光柵VG4，VG5，VG6僅分別對三原色RGB中的一個顏色及具有TM偏振的光線有影響。
這樣兩個光束就會結合及/或疊加在一起，並以同樣的方向傳播。這兩個光束的區別僅在於相位j及其TE及/或TM偏振。它們代表光調制器SLM的一個複雜的調制值C，也就是兩個不同的相位值j1及j2的疊加。由於這兩個光束的偏振方向彼此垂直，因此組合光束的偏振平面對原本的偏振平面旋轉45度。在光線方向上位於前方的偏振器P僅讓具有這個偏振方向的光線通過，而一個設置在上方光束RGB1範圍的光圈AS則會將上方調制單元發之光束RGB1的未被偏轉的散射光線阻擋住。
在這個應用例中，兩個光柵堆疊VGS1及VGS2的體積光柵必須非常薄，以便能夠達到繞射效率η(Θ)的很寬的角度選擇性。要達到的寬度介於1度及2度之間。
一般的方法無法將這種在單獨一個記錄介質AZM內具有6個體積光柵的光束結合器整個曝光。例如，一種已知的方法必須將6個體積光柵分開來曝光，然後再結合到一個光學元件中，例如將6個體積光柵上下層壓在一起。但這必須使因此產生的機械應力盡可能不會改變各個體積光柵層的光柵幾何，而這是很難辦到的。
以本發明的方法製造的全像構件HB的另一種有利的應用是透過擴大可探測的角度頻譜及/或波長頻譜，改善太陽能模組SM的特性。
第5a圖顯示太陽能模組SM的太陽能電池SZ的一個二維配置，其中每一個太陽能電池SZ都與一個拋物線形聚焦器K結合，並具有一片製作成透明板PL的蓋玻璃。第5b圖顯示和第5a圖相同的配置，具有一個設置於其上方的全像圖構件HB，其作用是擴大能夠到達太陽能電池SZ之光束的角度範圍。為了顯示起見，圖中是以爆炸圖的方式將全像圖構件HB與透明板PL分開繪出(另外參見第7a圖)。在一個製作完成的太陽能模組SM中，全像圖構件HB通常是設置在透明板上，例如被層壓在透明板上。這種全像圖構件HB通常具有由具有可預先給定之角度決定的繞射選擇性的體積光柵VG構成的層狀結構，例如透過層壓過程將這些體積光柵VG層壓在一起。例如，一個由50度及0度的角度組合是多個可接受的角度幾何中的一種組合。為了實現一個很大的角度範圍及/或頻譜範圍，堆疊中各體積光柵的厚度應位於3μ至10μ。
層為了降低層壓的費用，可以按照本發明的方法將光柵堆疊及/或全像圖構件HB的各個體積光柵曝光到一個由一個單一層(也就是全像圖構件)構成的記錄介質AZM。這種技術能夠將多個具有預先給定之厚度的繞射場透鏡堆疊到記錄介質AZM(例如光化聚合物)的一個單一層中，及/或透過折射率分佈n1(z)的變跡在體積光柵VG的層內抑制角度頻譜η(θ)的邊帶。
一種可能性是，第5a及5b圖的配置不僅在透射光中運轉。如第6a至6c圖所示，由蓋玻璃構成的透明板PL也可以作為光導體，其作用是透過全反射將全像圖構件HB以一個預先給定的角度入射的光線導引到光導板的一個邊緣，其中在這個邊緣上的一個能量轉換裝置或太陽能電池SM被直接照亮(第6a圖)，或是經由拋物線形的反射聚焦器K被照亮(第6b及6c圖)。全像圖構件HB也能夠透過提高對太陽能電池能夠收集的入射太陽能的光角度頻譜η(θ)及/或波長頻譜η(λ)的接受度，改善能量轉換裝置及/或太陽能電池SM的效率。根據一種特別有利的方式，整個太陽能模組SM不必追蹤對準當前的太陽位置，而是太陽能模組SM是可以靜止不動的。
除了透射體積光柵VG外，也可以使用置於透明板PL之底面的反射體積光柵(未在圖式中繪出)。例如，所使用的光柵可以是透射或反射表面輪廓光柵。
原則上所有的解決方案，例如應用於顯示裝置及/或顯示器之照明裝置內控制或導引光線的解決方案，也都是可以應用於太陽能模組SM。例如，放大光線的接收角度用的微稜鏡，或是散射表面，或是散射表面與微稜鏡的組合。也可以利用體積光柵材料中光散射效應。在這種情況下，可以產生視光束滲入深度而定的散射作用梯度，這樣材料的散射作用就會隨著z座標提高。以這種方式可以改變光線的入射角度頻譜，以滿足透過在平面平行透明板PL內的全反射進行光線傳播的條件，並將光線導引到透明板的一個邊緣。
另外一種可能性是將散射效應與頻率轉換效應組合在一起，這樣做是為了更好的滿足在透明板PL內的全反射條件，或是為了配合能量轉換用的太陽能電池SZ的頻譜敏感性。例如，可以將量子點設置於透明板PL及/或聚焦器K的材料中。也可以摻入螢光或磷光物質，以提供所使用之材料的量子效應。第7a及7b圖中的小點表示摻入在透射光中運轉的透明板PL及/或位於透明板PL的邊緣的聚焦器K的量子點或螢光及/或磷光物質。
如果將具有波長相關之反射特性的全像圖構件HB設置在聚焦器K的前面，則也可以用來將被能量轉換裝置及/或太陽能電池SZ反射的光線偏轉回能量轉換裝置及/或太陽能電池。另外一種可能性是，使全像圖構件HB的體積光柵VG具有一個透鏡函數，這樣就可以實現一個以離軸運轉的繞射透鏡為形式的聚焦器K。還有一種可能性是調整本發明之全像圖構件之改變方向及/或改變波長的特性，使設置在太陽能模組SM中具有不同頻譜特性的能量轉換裝置及/或太陽能電池SZ只被入射光中為其優化的頻譜特性激發。
本發明之方法的其他應用領域還包括儲存數據或安全特性，其中將數據或安全特徵記錄在以體積光柵之形式的記錄介質中，除了實現角度多工操作及/或波長多工操作外，還實現視深度(z)決定的多工操作。
由於可以預先給定角度選擇性η(Θ)及/或波長選擇性η(λ)的變化方式，因此可以抑制角度選擇性及/或波長選擇性的次極大值。
由於個別曝光的數據組或安全特徵的角度選擇性η(Θ)及/或波長選擇性η(λ)的變化可以預先作不同的選擇，因此可以經由數組的不同的角度選擇性及/或波長選擇性進行編碼及解碼。因此可以大幅降低這種應用的易受干擾性。
本發明的方法也可以應用於雷射多普勒風速測量器(LDA)、3D光學顯微鏡、以及超音波造影。
LDA是測定來自移動中的粒子的散射光的頻率。由於干涉對比度的光柵周期是已知的，因此可以測定移動中的粒子的速度。原則上能夠以第1a圖的裝置進行這個工作，在這個裝置內，測量範圍在z的方向延伸到位於主光柵G之後的干涉波場WF1及WF2之疊加區的整個深度。
為了實現測量平面及測量平面在試體內的縱向位移，該試體在z方向上的長度遠小於在第1a圖中的裝置的長度，但是一種有利的方式是使用第1c圖的裝置。這樣就可以將散射光線局部化，以及將速度測定限制在一個體積範圍，這個體積範圍在z方向上的長度只有傳統方法以相干且高對比度之光線照亮之體積範圍的1/100至1/1000。這樣就可以大幅提高在z方向上之測量的縱向局部解析度。
例如，3D光學顯微鏡使用的是條紋投影，以探測微結構的表面輪廓。如果干涉對比度在z方向上的長度很大，則探測純表面輪廓(深度結構除外)是沒問題的。
但是條紋投影也應用於螢光顯微鏡，以提高局部解析度。在這種情況下稱為“結構化照明”。為了能夠提高局部解析度，必須以位移的光柵進行至少3次攝影。這樣在偵測照相機上可以看到的圖像就被結構化照明的條紋掃過。可以利用移相算法進行計算。如果是使用5相位算法，則需要拍攝5個圖像，其中在圖像與圖像之間，在物平面上作為照明圖案的振幅光柵需要移動l/4。為了提高在x及y方向上的局部解析度，也就是為了偵測在物體之xy平面上的空間頻率，必須在多個方向上有一個條紋圖案(例如一個接一個)。
將本發明的方法應用於3D光學顯微鏡以提高在試體中的縱向及/或軸向解析度時，一種有利的方式是在第1c圖的裝置中產生一個正弦形狀的條紋圖案，其中透過製備在主光柵G之後干涉的波場WF1及WF2的空間相干性，使這個條紋圖案在x方向上的長度受到很大的限制，其中條紋圖案在Z方向及與Z方向垂直之方向上均可移動。相較於傳統的結構化照明，例如用於螢光顯微鏡的結構化照明，這種方式可以進一步簡化有效的點擴散函數PSF。例如，照明光程的顯微鏡物鏡位於第1c圖顯示之光柵G的後面。
將第1B至1C圖顯示的產生深度分離及/或深度變跡之體積光柵VG的方法應用於結構化照明時，可以將這種方法視為產生結構化波場的方法。這種方法也可以作為”結構化聲波照射”應用於超音波造影或超音波顯微鏡，以提高超音波在試體內疊加時的景深解析度及聲強在深度範圍的限制。
可以將超音波波場的空間相干性製備應用於超音波顯微鏡，以縮小最終的點擴散函數PSF的尺寸。利用本發明的方法可以擴大超音波檢察的移相條紋投影，以透過所選擇的在聲源之平面上的複數值透明函數在z方向上嚴格限制在深度處形成的超音波干涉圖案，其中超音波干涉圖案可以在z方向上動態朝深度鑑別移動，以及垂直朝移相移動。
也可以將朝向動態深度掃描的移動散射板應用於超音波顯微鏡。例如，可以將移動散射板浸在油中，並執行一個微米範圍的橫向移動。
也可以使用一種”相控陣”(phased array)。例如，這可以是一維的PZT(壓電傳感器)列或二維的PZT(壓電傳感器)陣。這些陣可以在聲源的平面上產生統計的相成分及固定的相成分。
本發明的範圍並不限於以上的實施例及應用例，而是可以在廣義上應用於在記錄介質內形成及定位體積光柵。
一般而言，可以按照本發明的干涉圖案的深度局部化(深度鑑別)及/或深度變跡的方法，將時間及空間相干函數G的模擬方法應用於產生特殊應用所需的體積光柵。例如其中一種體積光柵是相移體積光柵。
例如，對自動立體顯示器及3D顯示器而言，一種有利的方式是，讓以特定空間方向傳播的光線穿過，並精確的限制其角度範圍及/或波長範圍。這樣就可以使用多個體積光柵，以切除若干個角度範圍(或波長範圍)，也就是說，將光線偏轉到非臨界的方向，例如不會對觀察者造成干擾的方向。
例如，由兩個體積光柵組成的場透鏡可以提供另一種濾波形式，其中一個非常薄的第一體積光柵VG1將垂直入射表面的光線(包括+/-2度角度範圍內的光線)以繞射效率η > 0.8繞射45度，一個明顯較厚的第二體積光柵VG2將以45度角入射的光線(包括+/-0.5度角度範圍內的光線)繞射到光學軸的方向並將其聚焦。
例如，如果要在一個筆直的通道中達到希望的濾波效果，本發明的一個方向濾波的解決方案是，在深度z1及z2處產生兩個很薄的n1(z)變跡體積光柵VG1及VG2，其作用是將垂直入射的光線(包括+/-2度角度範圍內的光線)以繞射效率η > 0.8繞射45度，其中這兩個體積光柵相互移動相位π。
這種兩個體積光柵的特殊配置方式(也可以視為一個具有相移p的組合體積光柵)讓光線能夠在一個很窄的角度範圍(或是波長範圍)內傳播，例如沿著光學軸(或是沿著其他的設計方向)傳播，並將相鄰的角度範圍或波長範圍的光線繞射到非臨界的空間方向。
改變主光柵G及記錄介質AZM的相對橫向位置或軸向位置，或是將一個非常小的角度引入照明，就可以在各個曝光之間達到移動相位的目的。
這個在z方向產生分離且有相移的體積光柵的原則(亦適用於兩個以上的光柵)可應用於實現多個特殊繞射函數。
另一方面，也可以利用本發明的方法在深度z處為不同波長產生移位的體積光柵。
例如，為了形成時間限制非常嚴格的光脈衝，需要補償不同波長的渡越時間差。
利用本發明的方法可以將在不同波長範圍繞射的體積光柵曝光到不同的深度z，因此能夠視需要在不同波長範圍之間引入渡越時間差，以補償在這個補償體積光柵堆疊之前或之後出現的渡越時間差，並能夠按照設計規定形塑光脈衝。
最後要特別說明的是，以上提出的實施例及應用例僅是用於說明本發明主張之專利權的理論，但並不會對本發明之內容或範圍有任何的限制。
DOE．．．繞射光學元件/表面輪廓光柵
SLM．．．光調制器
DCG．．．重鉻酸鹽明膠
PDLCG．．．極化相關液晶光柵
MIF．．．金屬-干涉-濾波器
SLM/DMD．．．數位微型反射鏡元件
Vg1,Vg2,Vg3,Vg4,Vg5,Vg6．．．體積光柵
LDA．．．雷射多普勒風速測量器
AZM．．．記錄介質
VG．．．體積光柵
PG．．．相位光柵
PDLC．．．高分子分散液晶
SM．．．光線太陽能電池
K．．．聚焦器
SZ．．．太陽能電池
HB．．．全像圖構件
G．．．主光柵
MG．．．主體積光柵
UV．．．紫外線
LS．．．光源
WF1，WF2．．．干涉波場
z1．．．相距
z．．．路徑
V(z)．．．干涉對比度
S(z)．．．橫向位移/剪應變
PW．．．準直波長/平面波
E．．．平面
AG．．．振幅光柵
SUB．．．圓形基板/環形基板
OPD(z)．．．縱向位移
VGS1，VGS2．．．層堆疊
Point-LS．．．點狀光源
PL．．．透明板
L．．．準直線
Periodic A-LS．．．光源具有周期性振源分佈
Periodic-P-LS．．．光源具有周期性相位分佈
+1 DO．．．正的第1繞射級
-1 DO．．．負的第1繞射級
KG．．．圓環
BC．．．光束給合器
RGB．．．光束
QWP．．．1/2-板
TE，TM．．．偏振
AS．．．光圈
P．．．偏振器
S．．．中間層
W．．．軸
Φ．．．旋轉角
Λ．．．光柵
D．．．厚度
E．．．深度
以下是一些實施例：離心脫水或噴塗在基板上、而且僅有面對基板那一面是光滑表面的光化聚合物、光刻膠及其他記錄介質。可以利用前面介紹的方法從基板面對這些記錄介質進行曝光，其中僅以不相干的不變光部分對記錄介質之表面變形面進行曝光，例如該不相干的不變光部分可以是明顯低於介質的反應門檻，但並非一定要如此。例如，如果使用的是光刻膠，則可以根據使用的是正或負的光刻膠，決定選擇不變光部分及介質之反應門檻的比例。例如一種可能性是，對光刻膠內一垂直於基板表面變跡的光柵進行曝光，並透過光刻膠的顯影過程將光刻膠從被離心脫水干擾的表面去除，而使變跡的光柵保留在基板上。選擇不會對曝光劑量產生二元反應的光刻膠可產生許多不同的變跡法函數。
根據本發明的一個實施例，與先前技術的方法不同的是可以透過兩個波場的干涉產生體積光柵，其中該等波場是一個在主光柵上被繞射之波場的繞射級。被繞射的波場在通過主光柵後與一個干涉對比度疊加，其中該干涉對比度是與主光柵之距離的一個函數。這個干涉對比度是由將主光柵照亮之曝光光線之波場的相干特性決定。這些由曝光光線之空間及/或時間相干函數代表的特性是由光源的特性決定。光源的特性是由光源的頻譜分佈、光源是否是點狀光源、或光源是否是具有振幅光柵及/或相位光柵之形式的透明度函數的平面不相干光源等因素決定。因此相較於先前技術，在本發明中，記錄介質及體積光柵的橫向長度主要是由主光柵的橫向長度及其將主光柵照亮的光學配置決定。
在光線傳播方向上，在被光源以一基本上準直之波場照亮的主光柵之後，在主光柵上未被繞射的波場及被繞射且在主光柵之後傳播的波場之間有一個相對位移s(z)，基於照明波場的一個可預先給定的複數值空間及/或時間相干函數Г，這個相對位移會產生彼此干涉之波場的一個可預先給定的隨深度化的對比度V(z)變化。
在主光柵上被繞射及干涉的波前的平方值代表一個強度值，這個強度值代表的光強度在光線傳播方向上位於主光柵之後的一個光敏記錄介質的範圍大於使透明度及/或折射率改變的敏感門檻，因此以這種方式能夠形成有振幅及/或相位作用的體積光柵。
但是應將記錄介質製造成使這個光柵能夠被一個物理過程長期固定住。
基於這個原因，選擇以光化聚合物作為記錄介質，此種光化聚合物含有一種能夠引起光化聚合的光敏啟動劑。
但是有些應用則適合使用未固定且能夠快速改變的變跡化光柵及/或干涉圖案。例如，可以使任意的波場(例如超音波波場)如前面所述的方式疊加，這樣就可以產生變跡化的超音波干涉圖案(也就是超音波光柵)，透過以光學方式或具有可預先給定之角度及/或波長選擇性的超音波可以重建並以快速的順序改變此種超音波光柵。
由於兩個干涉波場是照亮主光柵之光源在主光柵發出之具有可預先給定之空間及/或時間相干性的準直波場的繞射的兩個不同的繞射級，因此兩個干涉波場具有干涉能力，其中主光柵在光線傳播方向上係位於記錄介質之前。因此只需利用很容易就可形成的光程就可以產生特定的曝光光線分佈。
光源所在的平面上，除了一個帶有複數值函數的掩模外，還有一個統計學控制器，例如一片旋轉的毛玻璃，其作用是去除空間分佈的相位在光源所在平面上的關連性。
在記錄介質的一個特定深度處的干涉對比度V(z)是由兩個干涉波前的一個橫向位移s(z)決定，這個橫向位移s(z)是在波場傳播方向上的座標的一個函數。在記錄介質的一個可預先給定之深度範圍形成的干涉對比度V(z)的可預先給定的變化是位於光源所在平面上的振幅光柵及/或相位光柵的形狀的一個函數。此處所謂橫向位移s(z)是指在主光柵上被繞射的波場及第0繞射級的未被繞射的部分以一個角度彼此相向傳播，並隨著與主光柵的距離z變大彼此愈靠愈近。不同的繞射級彼此移近的距離不同。
透過在記錄介質的可預先給定深度的干涉對比度V(z)可以在記錄介質內產生形式為可預先給定之折射率及/或透明度調制的體積光柵，這相當於一個變跡法函數n1(z)，透過這個函數可以調整體積光柵的角度選擇性及/或波長選擇性，以及抑制體積光柵的角度選擇性及/或波長選擇性的次極大值。變跡法函數n1(z)相當於折射率調制的包絡線。具有很高的空間頻率(例如1/0.5μm-1的相干圖案受到一或複數個小很多的空間頻率(例如1/5μm-1)的調制。
也就是說，可以透過適當選擇照明光線的特性，將光柵的形狀改變成在方向選擇性及/或波長選擇性上具有可預先給定之折射率特性。
在被兩個彼此相干之平面波曝光到均勻的記錄介質的一個傳輸體積光柵中，若忽略在記錄介質中的吸收，則折射率調制的包絡線是一個矩形函數。在體積光柵的典型曝光情況下，繞射效率的角度選擇性及/或波長選擇性具有正弦函數的形狀。
被改性轉換成體積光柵之典型曝光的相干特性最好是以下面的方式產生：待準直之照亮主光柵用的光源的平面具有一個複數值光學透明函數，其中這個複數值光學透明函數具有一個振幅光柵及/或相位光柵、振幅分佈及/或相位分佈、與變跡法函數疊加的振幅光柵及/或相位光柵、或是與變跡法函數疊加的振幅分佈及/或相位分佈。
如果要在角度選擇性η(Θ)及/或波長選擇性η(λ)中實現一個可預先給定的函數關係，則安裝到光柵中的光源所在平面上的縫隙的振幅函數及/或相位函數必須是能夠產生這種函數關係的形狀，例如這種形狀本小小。
例如，如果折射率調制n1(z)的包絡線是一個矩形函數，則角度選擇性η(Θ)及/或波長選擇性η(λ)具有一個相當於正弦函數的平方的函數關係。這個函數是一個矩形函數之傅利葉變換的平方值。
同樣的，如果空間相干性及干涉圖案的包絡線是由設置在光源所在平面上的光柵的單一縫隙的傅利葉變換所產生，同時角度選擇性及/或波長選擇性又與折射率調制n1(z)的包絡線的傅利葉變換成正比，因此也與光源本身平面上的單一縫隙的傳輸函數成正比，則只能用傅利葉變換以不是很精確的方式計算出配置關係。
例如，可以根據一個現有的較大的數值孔徑NA、一個在記錄介質中的吸收、一個對現有之記錄介質及現有之記錄幾何的曝光劑量的轉換函數進行折射率升高的修正，也就是在光源所在平面內的一般為複數值傳輸函數的相應的設計數據。例如，為了最佳化要記錄的體積光柵的角度選擇性及/或波長選擇性，可以對光源的單一縫隙的轉換函數作不同的選擇。
例如，在傳輸體積光柵及/或反射體積光柵中，折射率調制的包絡線也可以是一種Hamming窗或Kaiser-Bessel窗的高斯狀的正常分佈。這會使角度選擇性及/或波長選擇性的次極大值大幅降低。
例如，在不同的重建幾何的角度選擇性及/或波長選擇性彼此靠得很近的情況下，這是很有利的。以這種方式也可以避免角度選擇性及/或波長選擇性的次極大值在所顯示的物空間產生重像。
透過對曝光用的波場的相干性的選擇，可以調整在傳輸體光柵及/或反射體積光柵中的折射率調制的包絡線。
因此在光源所在平面之複數值振幅光柵及/或相位光柵與位於主光柵之後的干涉對比度V(z)之間會產生以下的關係：
-- 干涉對比度V(z)的深度位置z是由光柵周期決定，
-- 函數V(z)的寬度是由光柵周期的數量決定，
-- 函數V(z)的形狀是由在光源所在平面上的振幅光柵及/或相位光柵的一個單一光柵周期的形狀決定。
這樣可以達到的效果是，在可預先給定之深度(z)可產生之體積光柵的角度選擇性及/或波長選擇性的形狀可以在折射率調制在光線播方向上的可預先給定的變化曲線上調整，這個變化曲線代表一個形狀為正弦函數、餘弦函數、高斯函數、或近似矩形函數的平方的變跡法函數。
這個變化曲線與在光源所在平面上的光柵的振幅變化及/或相位變化直接對應。
如果記錄介質具有一個線性轉換函數，則折射率調制n1(z)在體積光柵應被記錄的範圍內的變化相當於干涉對比度V(z)的變化。如果記錄介質具有一個非線性轉換函數，則干涉對比度V(z)的變化必須相應的轉變，以獲得一折射率調制n1(z)，例如相當於一正弦函數的值或平方值的折射率調制n1(z)。
例如，變跡法函數n1(z)可能的有利方式是與sin(a(z - z0))/(a(z - z0))^(n/m)函數成正比，其中折射率調制與正弦函數或sin(a(z - z0))/(a(z - z0))的值、平方值或指數n/m(n及m都是整數)有關，同時相位是根據sin(a(z - z0))/(a(z - z0))的正負號選擇的。
這表示在正弦函數之零位置的折射率調制變成0，同時介電層的相位從正弦函數之負值範圍的移動π到正弦函數的正值範圍，也就是說移動半個周期。例如，這種有利的實施方式可以應用於傳輸體積光柵、反射體積光柵、以及介電層堆疊。
記錄介質內的干涉對比度V(z)的作為變跡法函數n1(z)之用的包絡線及在光源LQ. a(x,y)*ei(x,y)所在之平面的單色場分佈的複數值遮蔽之間的具體的配置是由所使用的光學系統及照明光學組件的數值孔徑NA。如果NA很大，則函數a(x,y)*ei j (x,y)及n1(z)不再經由傅利葉變換FT彼此連接。通常n1(z)是經由未在相位中去關連的LQ的繞射圖產生於記錄介質的平面上。如果LQ的頻譜範圍很廣，則這個規律亦適用於單一頻譜線的疊加。
一種選擇對體積光柵曝光用的變跡法函數的可行方式是，所選擇的變跡法函數要能夠補償記錄介質沿著深度z作用的吸收，也就是能夠補償隨深度z變化的輻射比例的改變及因吸收造成的隨z變化的干涉對比度的改變。
但也可以透過待產生的體積光柵的厚度控制在可預先給定之深度可產生的體積光柵的角度選擇性。
這是體積光柵的一個一般特性，也就是隨著體積光柵在光線傳播方向上的厚度變大，”有效光線”在這個光柵上的繞射部分的角度範圍就會跟著變小。
記錄介質必須具有一個可預先給定的厚度，以便將至少兩個體積光柵曝光到記錄介質，其中這至少兩個體積光柵在光線傳播的方向上及/或z座標上是前後排列或交錯排列。也就是說，不同的體積光柵也可以被交錯曝光，例如兩個不同的有效光波長作用的體積光柵。此處所謂的光線傳播是指一個單一波前的傳播方向，或是光線(曝光光線或有效光)的複數個波前疊加後的合成傳播方向。
在可預先給定的深度可產生的體積光柵可用於一個可預先給定的波長，而且最好是只透過繞射影響這個波長的光線。
本發明的方法可以用動態方式調整曝光光線之強度調制在記錄介質中的深度-變跡及/或深度-分離。
這個可能性來自於兩個特性是直接由位於光源所在平面上的光柵的形狀決定，其中這個形狀可以在接收記錄中改變振幅特性及/或相位特性。這也可以用周期性的方式進行，例如借助一個在照明光程上移動的移相板。
透過一可預先給定的對光源所在平面上的振幅的靜態或動態調整，可以決定體積光柵的折射率調制在記錄介質中的變化。
根據一種有利的實施方式，主光柵是一個表面立體光柵，對照明而言，其表面不是體積光柵之記錄介質的一部分表面，就是相當於這個表面。
根據另外一種有利的實施方式，主光柵是一個體積光柵。這樣做的優點是，在相較於光柵之入射光的波長相當大的光柵周期中，在射線途徑上能夠在主光柵之後以簡單的方式僅產生一個第0繞射級及一個較高的繞射級。
本發明之方法的一個特徵是可以在大面積的記錄介質上產生體積光柵。這是因為能夠將以具有干涉能力的光線照明所需的主光柵製作成一個基本上相同大小的表面立體光柵。另外一種可能性是在兩個方向上將較小的主光柵經多次彼此連接形成大面積的體積光柵。以這種方式可以實現圖像對角線達20吋或更大的全像直視顯示器用的大面積相干光學濾波器。
本發明之方法的一個擴充應用是使光柵以相位正確的方式彼此連接，也就是形成準連續前進行的光柵周期。例如這可以借助繞射圖像獲得實現，在繞射圖像相位正確連接的情況下，組合光柵不會被辨識出有相突變的現象。例如，如果組合光柵段的相位連接不正確，則可以從光柵的繞射圖中看到代表相突變的暗線。例如，兩個被照亮的光柵段之間的過渡區各有一半被均勻照亮。
將不對稱的相位分佈及/或振幅分佈引入光源所在的平面，可以形成干涉對比度及/或折射率調制在記錄介質中的不對稱的輪廓。
這個可能性來自於在光源所在平面內的相位分佈及/或振幅分佈與在記錄介質內光向傳播方向上折射率調制的輪廓的直接溝通。例如，可以在記錄介質內佈置一個干涉對比度及/或折射率調制的可預先給定的不對稱輪廓，以抑制有效光的較高的繞射級。
例如，可以將鋸齒狀的表面立體相位光柵應用於光源所在平面，以產生不對稱性。
例如，除了可以應用在表面立體光柵上的繞射的第0及第1繞射級的干涉外，也可以應用第0及第2繞射級或其他繞射級的干涉，以便在記錄介質內產生體積光柵。
這可以透過特殊設計的主光柵獲得實現，也就是將使用中的繞射級的繞射效應極大化，以及將其他繞射級的繞射效應極小化。
記錄介質也可以含有一種啟動劑，其中可以用曝光光線的不變光部分將記錄介質的啟動劑活化或鈍化。
例如，這種介質可以是一種光熱折射(PTR)玻璃，在寫入體積光柵之前，可以先用紫外線對玻璃的兩個表面進行預曝光，以便在光線傳播方向上形成一個高斯狀的折射率輪廓。
但也可以用光學或電控制的材料作為記錄介質，以產生可切換的體積光柵。
例如，液晶層是適當的介質。以液晶層作為介質可以隨電壓的變化改變體積光柵的繞射效應。
透過在可產生之體光柵上的繞射可以實現可預先給定及/或可切換的不同的重建幾何(平面波/平面波，平面波/球面波及其他的組合)。
例如可以產生一種體積光柵，其能夠將平面波轉換成收斂球面波，並具有場透鏡的作用。例如，這種場透鏡可以應用於自動立體顯示或全像顯示器。如果能夠以本發明的方法在記錄介質中曝光寫入或產生一或複數個其他的體積光柵，以記錄其他的光學函數，則被曝光的記錄介質可以實現複數個光學函數，並作為單一的構件被整合到這種顯示器中。
透過對於照明光線之空間及/或時間相干特性的可預先選定的選擇，可以抑制對記錄介質中的體積光柵進行記錄時發生的反射。雖然這樣做並不能阻止在記錄時發生反射，但是這樣做可以被反射的部分不再與未被反射的部分發生干涉，這樣就不會超出記錄介質之曝光的靈敏度界限。
也可以從交界面以化學或光學消耗記錄介質中的啟動劑，以記錄位於記錄介質之可預先給定之深度處、且形狀及厚度可預先給定的體積光柵。
但是相較於本發明的方法，這種方法的彈性較小，因為只能從記錄介質的一個交界面或表面進行化學消耗。而且這種方法通常只能用來記錄一個光柵，也就是在本例中與記錄介質之交界面直接相鄰的光柵。
例如，也可以用空間相干性經過改性的光線進行照明，以擴大記錄介質中啟動劑的光學消耗，例如對位於記錄介質之中間處的一個層沒有或相干性或只有很小的相干性(也就是干涉對比度較小V(z))的光線。因為有需要活化能量的光化聚合物，因此可以局部使用照明光線之不變光部分4倍的強度，以便消耗在這個層中的啟動劑。如果引入照明光線的相移，就不會將光柵結構曝光到記錄介質，但是會消耗啟動劑濃度。例如，殘留在記錄介層之中間深度區的啟動劑濃度能夠被用來將一個體積光柵曝光。
因此這個體積光柵的有效層厚度遠小於記錄介質之厚度。也可以用這種方法產生一個可預先給定的角度選擇性及/或波長選擇性，例如沒有較高射級的角度選擇性及/或波長選擇性。
另外一種可能的方法是透過頻譜分佈I(l)，也就是透過光源的時間相干性，將體積光柵的厚度限制在只有記錄介質之層厚度的一部分。
和用空間相干性|μ12(s)|的值的設計及兩個具干涉能力之波前的可預先給定的橫向位移(如前面的說明)一樣，也可以透過時間相干性及兩個干涉波前的可預先給定的縱向位移，產生可預先給定的空間範圍很窄的具有高干涉對比度V(z)的區域，以及在z方向上的干涉對比度V(z)的包絡線的變化曲線。
當然，透過空間相干性|μ12(s)|的值或剪裁過的空間及時間相干性的組合產生的干涉圖案都可以被用來消耗記錄介質中的啟動劑，或是激發啟動劑用於後續的曝光，也就是說引入活化能量。
如同從白光-邁克森干涉儀得知的，只有在兩個干涉儀臂的光程的長度被校準到小於3μm的程度的情況下，也就是說光程差OPD≦3μm，在白光的大頻譜寬度上才會有相干能力。
如果兩個干涉波前中的一個干涉波前朝另外一個干涉波前傾斜，但是二者的光程長度已先經過校準，這樣在白光干涉儀上可以看到干涉對比度具有一個最大值，同時干涉對比度從側面下降切線OPD=0，而且傾斜度愈下，下降的幅度就愈大。這是因為干涉波前的傾斜相當於改變的局部OPD。例如這可以用來測定光源的頻譜功率密度S(l)，因為頻譜功率密度是由振動的信號部分的傅利葉變換所產生。
這也表示，一般的雙光束干涉，例如用於DOE之曝光及在記錄介質內以體積光柵的形式被記錄的雙光束干涉，可以沿著z方向引入一個變跡，但可惜的是這個變跡也會被引入x-y平面。換句話說，這代表一個在應用兩個相對傾斜60度之波前時的一般雙光束干涉，其中應將這兩個波前具有足夠高的干涉對比度V(z)的深度(也就是z方向的長度)限制在10μm內，並具有足夠寬的頻譜，這同時也將干涉圖案對傾斜軸的橫向及垂直長度限制在+/-6μm的範圍。因此這種方法僅能用於橫向長度較小的體積光柵。但是本發明的目的是要產生與顯示器一樣大的體積光柵，例如20吋的螢幕。
但是，即使照明用的光束的頻譜寬度很大，也能夠大幅提高具有足夠高的干涉能力的區域的橫向長度。
為了提高具有足夠高的干涉能力的區域的橫向長度，但同時將具有高干涉對比度V(z)之區域限制在很小的深度範圍(也就是z方向的長度)，至少有兩種方法適於以時間相干性較小的光束產生干涉圖案。
其中一種簡單的方法是利用一個入射波前及一面將該波前反射的反射鏡產生一個反射全像圖，其中反射鏡與記錄介質的層的距離必須盡可能的小。US 7792003 B2有揭示這種方法。所形成的干涉圖案的包絡線及折射率調制的變跡法函數n1(z)與一個半正弦函數成正比。但是從US 7792003 B2可以得知，兩個反射全像圖需要與用於記錄半個正弦狀折射率調制(也就是前個正弦狀干涉對比度)的反射全像圖結合，以使組合成的光柵具有所需要的近似矩形的波長選擇性(參見US 7792003 B2，第5A-5D圖)。
即兩個干涉波前之間的角度較的，使用反射鏡也能夠使干涉對比度具有相當大的橫向長度，這個相當大的橫向長度在記錄介質中可以容納一個可預先給定大小的橫向長度。這是因為干涉波前之間的OPD在整個反射面上都等於0。但是入射及反射波前之間的OPD在深度處(也就是z方向)卻會隨著入射角及反射角的變大而跟著變大。這表示利用US 7792003 B2的方法所能產生的干涉對比度V(z)的縱向分佈函數的選擇會受到很大的限制。此外，由於干涉波前的入射角及反射角是相同的，因此重建幾何被限制在平行於反射面的布拉格光柵平面上。
但是有多種方法可以大幅降低US 7792003 B2的限制。其中一種方法是應用光源的頻譜功率密度S(l)的周期性。這樣會在時間相干性中產生一個周期性，也就是說產生一周期及變化是可以預先給定的拍。這種方法是以Wiener-Khinchin理論為基礎。例如，這樣就可以預先選定反射鏡及記錄介質之間的距離，以使干涉對比度的在反射表面上的半正弦函數剛好不會被記錄，而是拍的下一個部分才會被記錄，例如記錄一個完整的正弦函數。例如可以利用光源的兩個略為分開的頻譜區產生拍。這樣做可以減少過程步驟，以及避免將兩個體積光柵以正確相位(也就是沒有模數2π的相突變)組合在一起的所需的時間，例如記錄兩個半正弦函數所需的時間。
應用時間相干性的一個拍函數可以在記錄介質中產生折射率分佈n1(z)的深度變跡。透過所使用之光源的至少略為分開的頻譜區(至少兩個頻譜區，但通常是多個頻譜區)的距離可以測定拍頻率。拍的包絡線的變化是由光源的頻譜分佈的截面形狀決定。例如，除了兩個略為分開的矩形函數外，也可以將兩個略為分開的高斯函數用於截面，以決定折射率分佈n1(z)的深度變跡的變化，也就是說可預先給定折射率分佈n1(z)的深度變跡的變化。
另外一種方法是應用一個記錄波前用的與方向相關的反射，例如可以利用反射全像圖產生這個反射。例如，這可以是在最大反射時僅向一個繞射級展開的表面輪廓光柵或體積光柵。但也可以使用反射液晶光柵，這可以產生一個非常有彈性的曝光結構。這樣就可以解除入射角必須等於反射角的限制。因此所產生之體積光柵的重建幾何就不再受限於平行於反射面的布拉格光柵平面。
由於解除入射角必須等於反射角的限制，可以從入射角等於反射角的反射體積光柵的很簡單但設計自由度受到很大限制的重建幾何推斷出反射體積光柵的重建幾何-參數範圍，其中被記錄之體積光柵的厚度被限制在等於記錄介質之厚度的一部分，同時也可以利用照明光線之時間相干特性選擇記錄介質內的一個特定的z平面及選擇折射率分佈n1(z)的深度變跡的一個特定變化。
將一個複雜波場轉換成另一個複雜波場有許多可能的作用，例如實現一個同軸作用的組合場透鏡，這個組合場透鏡具有一個將同軸平面波轉換成離軸平面波的第一轉換體積光柵及一個將離軸平面波轉換成同軸球面波的第二轉換體積光柵，可以很好的在平面全像3D顯示器的三明治式設計中作為轉換體積光柵，也就是說，比作為反射體積光柵要好。實現轉換體積光柵，並能夠將體積光柵及/或記錄介質的厚度限制在相當於記錄介質之厚度的一部分，因此對於記錄介質內的一個特定的z平面的選擇及折射率分佈n1(z)的深度變跡的一個特定變化的選擇優於反射體積光柵。
利用主光柵可以很容易的複製轉換體積光柵。例如這可以是表面輪廓光柵(例如DOE)、傾斜式光柵、二元相位光柵、多級相位光柵、Sub-1-相位光柵，例如可以透過變化的暫載率及固定的間隙寬度或固定的溝槽寬度實現這些光柵。可控制的光柵適於彈性的幾何，例如作為多層配置可以”接通”一組角度的PDLCG(極化相關液晶光柵)或WO 2010/149587有描述且能夠產生連續變化之繞射角的LCG即為可控制的光柵，例如繞射效率BWG為0.5，且只有兩個繞射級。
例如，體積光柵可以作為複製用的主光柵。對於要傳輸的雙光束干涉圖案，體積光柵很容易就可以定在一個能夠在記錄介質內達到足夠之干涉對比度的繞射效率BWG。例如，主體積光柵的BWG可以定在h =0.4至h =0.6之間。
在主光柵G之後的複製，例如第0繞射級及第1繞射級之波前的兩個參數，會隨距離z的改變而改變，利用橫向位移s(z)的值及縱向位移OPD(z)的值能夠實現折射率分佈n1(z)在記錄介質內所希望的深度變跡。
為了獲得一個由縱向位移OPD(z)的值決定的干涉對比度，其中這個干涉對比度能夠滿足一個具體曝光構造的要求，必須使用一個為其量身打造的頻譜濾波器。例如，可以用金屬-干涉-濾波器(MIF)、在反射或透射中的介電層堆疊、固定或可變的Fabry-Perot干涉濾波器、在反射或透射中的體積光柵、或是經改性的頻譜儀作為頻譜濾波器。
例如可以用下列方式實現一種彈性很大的頻譜濾波器。使用一個光柵頻譜儀，以便將光源的光線按頻譜展寬分開。例如將100nm、10nm 或1nm的頻譜範圍在一個目標平面上按頻譜展寬分開成10mm，也就是展寬成扇形。在頻譜儀內，這個平面相當於通常供設置光電探測器之用的平面，其中該光電探測器的作用是記錄一相當於頻譜分佈的強度分佈。可以在這個平面上設置一個固定或可變的強度濾波器。例如可以應用一個SLM或DMD(數位微型反射鏡元件)，以便對頻譜範圍(也就是頻譜功率密度S(l))進行特定的改性。根據脈衝整形(此處是指短雷射脈衝的整形)的實務經驗可知，此處應使用一種相位SLM。通常是以光源的按光譜分開的光線照亮複數值SLM。
和前面描述的產生具有可調整之深度變跡的反射體積光柵一樣，所選擇的主光柵及記錄介質的層之間的距離可以大到足以避免半正弦函數及高斯函數，並使用第二或第三拍段，以便將對稱變跡函數曝光。透過對照明光線之頻譜截面的選擇，可以在兩個具有對稱變跡函數的區域之間產生一個足夠大的區域，這個區域具有足夠小的干涉對比度V(z)，例如經過相應的曝光時間後，這個干涉對比度仍然位於記錄介質之活化能之下。例如，可以在厚度100μm的記錄介質的不同深度處對在z方向上限制在10μm的體積光柵逐一進行曝光。
雖然利用空間相干性|μ12(s)|的值產生深度分離及/或變跡的體光柵的過程比較簡單，但是利用光源之頻譜分佈I(l)的時間相干特性也是一種可行的選擇。此外，將兩種方法(空間及時間相干性)組合在一起還可以提高所產生之體積光柵的多樣性。
根據本發明的一個實施例，與先前技術的方法不同的是可以透過兩個波場的干涉產生體積光柵，其中該等波場是一個在主光柵上被繞射之波場的繞射級。被繞射的波場在通過主光柵後與一個干涉對比度疊加，其中該干涉對比度是與主光柵之距離的一個函數。這個干涉對比度是由將主光柵照亮之曝光光線之波場的相干特性決定。這些由曝光光線之空間及/或時間相干函數代表的特性是由光源的特性決定。光源的特性是由光源的頻譜分佈、光源是否是點狀光源、或光源是否是具有振幅光柵及/或相位光柵之形式的透明度函數的平面不相干光源等因素決定。因此相較於先前技術，在本發明中，記錄介質及體積光柵的橫向長度主要是由主光柵的橫向長度及其將主光柵照亮的光學配置決定。
在光線傳播方向上，在被光源以一基本上準直之波場照亮的主光柵之後，在主光柵上未被繞射的波場及被繞射且在主光柵之後傳播的波場之間有一個相對位移s(z)，基於照明波場的一個可預先給定的複數值空間及/或時間相干函數Г，這個相對位移會產生彼此干涉之波場的一個可預先給定的隨深度化的對比度V(z)變化。
在主光柵上被繞射及干涉的波前的平方值代表一個強度值，這個強度值代表的光強度在光線傳播方向上位於主光柵之後的一個光敏記錄介質的範圍大於使透明度及/或折射率改變的敏感門檻，因此以這種方式能夠形成有振幅及/或相位作用的體積光柵。
但是應將記錄介質製造成使這個光柵能夠被一個物理過程長期固定住。
基於這個原因，選擇以光化聚合物作為記錄介質，此種光化聚合物含有一種能夠引起光化聚合的光敏啟動劑。
但是有些應用則適合使用未固定且能夠快速改變的變跡化光柵及/或干涉圖案。例如，可以使任意的波場(例如超音波波場)如前面所述的方式疊加，這樣就可以產生變跡化的超音波干涉圖案(也就是超音波光柵)，透過以光學方式或具有可預先給定之角度及/或波長選擇性的超音波可以重建並以快速的順序改變此種超音波光柵。
由於兩個干涉波場是照亮主光柵之光源在主光柵發出之具有可預先給定之空間及/或時間相干性的準直波場的繞射的兩個不同的繞射級，因此兩個干涉波場具有干涉能力，其中主光柵在光線傳播方向上係位於記錄介質之前。因此只需利用很容易就可形成的光程就可以產生特定的曝光光線分佈。
光源所在的平面上，除了一個帶有複數值函數的掩模外，還有一個統計學控制器，例如一片旋轉的毛玻璃，其作用是去除空間分佈的相位在光源所在平面上的關連性。
在記錄介質的一個特定深度處的干涉對比度V(z)是由兩個干涉波前的一個橫向位移s(z)決定，這個橫向位移s(z)是在波場傳播方向上的座標的一個函數。在記錄介質的一個可預先給定之深度範圍形成的干涉對比度V(z)的可預先給定的變化是位於光源所在平面上的振幅光柵及/或相位光柵的形狀的一個函數。此處所謂橫向位移s(z)是指在主光柵上被繞射的波場及第0繞射級的未被繞射的部分以一個角度彼此相向傳播，並隨著與主光柵的距離z變大彼此愈靠愈近。不同的繞射級彼此移近的距離不同。
透過在記錄介質的可預先給定深度的干涉對比度V(z)可以在記錄介質內產生形式為可預先給定之折射率及/或透明度調制的體積光柵，這相當於一個變跡法函數n1(z)，透過這個函數可以調整體積光柵的角度選擇性及/或波長選擇性，以及抑制體積光柵的角度選擇性及/或波長選擇性的次極大值。變跡法函數n1(z)相當於折射率調制的包絡線。具有很高的空間頻率(例如1/0.5μm-1的相干圖案受到一或複數個小很多的空間頻率(例如1/5μm-1)的調制。
也就是說，可以透過適當選擇照明光線的特性，將光柵的形狀改變成在方向選擇性及/或波長選擇性上具有可預先給定之折射率特性。
在被兩個彼此相干之平面波曝光到均勻的記錄介質的一個傳輸體積光柵中，若忽略在記錄介質中的吸收，則折射率調制的包絡線是一個矩形函數。在體積光柵的典型曝光情況下，繞射效率的角度選擇性及/或波長選擇性具有正弦函數的形狀。
被改性轉換成體積光柵之典型曝光的相干特性最好是以下面的方式產生：待準直之照亮主光柵用的光源的平面具有一個複數值光學透明函數，其中這個複數值光學透明函數具有一個振幅光柵及/或相位光柵、振幅分佈及/或相位分佈、與變跡法函數疊加的振幅光柵及/或相位光柵、或是與變跡法函數疊加的振幅分佈及/或相位分佈。
如果要在角度選擇性η(Θ)及/或波長選擇性η(λ)中實現一個可預先給定的函數關係，則安裝到光柵中的光源所在平面上的縫隙的振幅函數及/或相位函數必須是能夠產生這種函數關係的形狀，例如這種形狀本小小。
例如，如果折射率調制n1(z)的包絡線是一個矩形函數，則角度選擇性η(Θ)及/或波長選擇性η(λ)具有一個相當於正弦函數的平方的函數關係。這個函數是一個矩形函數之傅利葉變換的平方值。
同樣的，如果空間相干性及干涉圖案的包絡線是由設置在光源所在平面上的光柵的單一縫隙的傅利葉變換所產生，同時角度選擇性及/或波長選擇性又與折射率調制n1(z)的包絡線的傅利葉變換成正比，因此也與光源本身平面上的單一縫隙的傳輸函數成正比，則只能用傅利葉變換以不是很精確的方式計算出配置關係。
例如，可以根據一個現有的較大的數值孔徑NA、一個在記錄介質中的吸收、一個對現有之記錄介質及現有之記錄幾何的曝光劑量的轉換函數進行折射率升高的修正，也就是在光源所在平面內的一般為複數值傳輸函數的相應的設計數據。例如，為了最佳化要記錄的體積光柵的角度選擇性及/或波長選擇性，可以對光源的單一縫隙的轉換函數作不同的選擇。
例如，在傳輸體積光柵及/或反射體積光柵中，折射率調制的包絡線也可以是一種Hamming窗或Kaiser-Bessel窗的高斯狀的正常分佈。這會使角度選擇性及/或波長選擇性的次極大值大幅降低。
例如，在不同的重建幾何的角度選擇性及/或波長選擇性彼此靠得很近的情況下，這是很有利的。以這種方式也可以避免角度選擇性及/或波長選擇性的次極大值在所顯示的物空間產生重像。
透過對曝光用的波場的相干性的選擇，可以調整在傳輸體光柵及/或反射體積光柵中的折射率調制的包絡線。
因此在光源所在平面之複數值振幅光柵及/或相位光柵與位於主光柵之後的干涉對比度V(z)之間會產生以下的關係：
-- 干涉對比度V(z)的深度位置z是由光柵周期決定，
-- 函數V(z)的寬度是由光柵周期的數量決定，
-- 函數V(z)的形狀是由在光源所在平面上的振幅光柵及/或相位光柵的一個單一光柵周期的形狀決定。
這樣可以達到的效果是，在可預先給定之深度(z)可產生之體積光柵的角度選擇性及/或波長選擇性的形狀可以在折射率調制在光線播方向上的可預先給定的變化曲線上調整，這個變化曲線代表一個形狀為正弦函數、餘弦函數、高斯函數、或近似矩形函數的平方的變跡法函數。
這個變化曲線與在光源所在平面上的光柵的振幅變化及/或相位變化直接對應。
如果記錄介質具有一個線性轉換函數，則折射率調制n1(z)在體積光柵應被記錄的範圍內的變化相當於干涉對比度V(z)的變化。如果記錄介質具有一個非線性轉換函數，則干涉對比度V(z)的變化必須相應的轉變，以獲得一折射率調制n1(z)，例如相當於一正弦函數的值或平方值的折射率調制n1(z)。
例如，變跡法函數n1(z)可能的有利方式是與sin(a(z - z0))/(a(z - z0))^(n/m)函數成正比，其中折射率調制與正弦函數或sin(a(z - z0))/(a(z - z0))的值、平方值或指數n/m(n及m都是整數)有關，同時相位是根據sin(a(z - z0))/(a(z - z0))的正負號選擇的。
這表示在正弦函數之零位置的折射率調制變成0，同時介電層的相位從正弦函數之負值範圍的移動π到正弦函數的正值範圍，也就是說移動半個周期。例如，這種有利的實施方式可以應用於傳輸體積光柵、反射體積光柵、以及介電層堆疊。
記錄介質內的干涉對比度V(z)的作為變跡法函數n1(z)之用的包絡線及在光源LQ. a(x,y)*ei(x,y)所在之平面的單色場分佈的複數值遮蔽之間的具體的配置是由所使用的光學系統及照明光學組件的數值孔徑NA。如果NA很大，則函數a(x,y)*ei j (x,y)及n1(z)不再經由傅利葉變換FT彼此連接。通常n1(z)是經由未在相位中去關連的LQ的繞射圖產生於記錄介質的平面上。如果LQ的頻譜範圍很廣，則這個規律亦適用於單一頻譜線的疊加。
一種選擇對體積光柵曝光用的變跡法函數的可行方式是，所選擇的變跡法函數要能夠補償記錄介質沿著深度z作用的吸收，也就是能夠補償隨深度z變化的輻射比例的改變及因吸收造成的隨z變化的干涉對比度的改變。
但也可以透過待產生的體積光柵的厚度控制在可預先給定之深度可產生的體積光柵的角度選擇性。
這是體積光柵的一個一般特性，也就是隨著體積光柵在光線傳播方向上的厚度變大，”有效光線”在這個光柵上的繞射部分的角度範圍就會跟著變小。
記錄介質必須具有一個可預先給定的厚度，以便將至少兩個體積光柵曝光到記錄介質，其中這至少兩個體積光柵在光線傳播的方向上及/或z座標上是前後排列或交錯排列。也就是說，不同的體積光柵也可以被交錯曝光，例如兩個不同的有效光波長作用的體積光柵。此處所謂的光線傳播是指一個單一波前的傳播方向，或是光線(曝光光線或有效光)的複數個波前疊加後的合成傳播方向。
在可預先給定的深度可產生的體積光柵可用於一個可預先給定的波長，而且最好是只透過繞射影響這個波長的光線。
本發明的方法可以用動態方式調整曝光光線之強度調制在記錄介質中的深度-變跡及/或深度-分離。
這個可能性來自於兩個特性是直接由位於光源所在平面上的光柵的形狀決定，其中這個形狀可以在接收記錄中改變振幅特性及/或相位特性。這也可以用周期性的方式進行，例如借助一個在照明光程上移動的移相板。
透過一可預先給定的對光源所在平面上的振幅的靜態或動態調整，可以決定體積光柵的折射率調制在記錄介質中的變化。
根據一種有利的實施方式，主光柵是一個表面立體光柵，對照明而言，其表面不是體積光柵之記錄介質的一部分表面，就是相當於這個表面。
根據另外一種有利的實施方式，主光柵是一個體積光柵。這樣做的優點是，在相較於光柵之入射光的波長相當大的光柵周期中，在射線途徑上能夠在主光柵之後以簡單的方式僅產生一個第0繞射級及一個較高的繞射級。
本發明之方法的一個特徵是可以在大面積的記錄介質上產生體積光柵。這是因為能夠將以具有干涉能力的光線照明所需的主光柵製作成一個基本上相同大小的表面立體光柵。另外一種可能性是在兩個方向上將較小的主光柵經多次彼此連接形成大面積的體積光柵。以這種方式可以實現圖像對角線達20吋或更大的全像直視顯示器用的大面積相干光學濾波器。
本發明之方法的一個擴充應用是使光柵以相位正確的方式彼此連接，也就是形成準連續前進行的光柵周期。例如這可以借助繞射圖像獲得實現，在繞射圖像相位正確連接的情況下，組合光柵不會被辨識出有相突變的現象。例如，如果組合光柵段的相位連接不正確，則可以從光柵的繞射圖中看到代表相突變的暗線。例如，兩個被照亮的光柵段之間的過渡區各有一半被均勻照亮。
將不對稱的相位分佈及/或振幅分佈引入光源所在的平面，可以形成干涉對比度及/或折射率調制在記錄介質中的不對稱的輪廓。
這個可能性來自於在光源所在平面內的相位分佈及/或振幅分佈與在記錄介質內光向傳播方向上折射率調制的輪廓的直接溝通。例如，可以在記錄介質內佈置一個干涉對比度及/或折射率調制的可預先給定的不對稱輪廓，以抑制有效光的較高的繞射級。
例如，可以將鋸齒狀的表面立體相位光柵應用於光源所在平面，以產生不對稱性。
例如，除了可以應用在表面立體光柵上的繞射的第0及第1繞射級的干涉外，也可以應用第0及第2繞射級或其他繞射級的干涉，以便在記錄介質內產生體積光柵。
這可以透過特殊設計的主光柵獲得實現，也就是將使用中的繞射級的繞射效應極大化，以及將其他繞射級的繞射效應極小化。
記錄介質也可以含有一種啟動劑，其中可以用曝光光線的不變光部分將記錄介質的啟動劑活化或鈍化。
例如，這種介質可以是一種光熱折射(PTR)玻璃，在寫入體積光柵之前，可以先用紫外線對玻璃的兩個表面進行預曝光，以便在光線傳播方向上形成一個高斯狀的折射率輪廓。
但也可以用光學或電控制的材料作為記錄介質，以產生可切換的體積光柵。
例如，液晶層是適當的介質。以液晶層作為介質可以隨電壓的變化改變體積光柵的繞射效應。
透過在可產生之體光柵上的繞射可以實現可預先給定及/或可切換的不同的重建幾何(平面波/平面波，平面波/球面波及其他的組合)。
例如可以產生一種體積光柵，其能夠將平面波轉換成收斂球面波，並具有場透鏡的作用。例如，這種場透鏡可以應用於自動立體顯示或全像顯示器。如果能夠以本發明的方法在記錄介質中曝光寫入或產生一或複數個其他的體積光柵，以記錄其他的光學函數，則被曝光的記錄介質可以實現複數個光學函數，並作為單一的構件被整合到這種顯示器中。
透過對於照明光線之空間及/或時間相干特性的可預先選定的選擇，可以抑制對記錄介質中的體積光柵進行記錄時發生的反射。雖然這樣做並不能阻止在記錄時發生反射，但是這樣做可以被反射的部分不再與未被反射的部分發生干涉，這樣就不會超出記錄介質之曝光的靈敏度界限。
也可以從交界面以化學或光學消耗記錄介質中的啟動劑，以記錄位於記錄介質之可預先給定之深度處、且形狀及厚度可預先給定的體積光柵。
但是相較於本發明的方法，這種方法的彈性較小，因為只能從記錄介質的一個交界面或表面進行化學消耗。而且這種方法通常只能用來記錄一個光柵，也就是在本例中與記錄介質之交界面直接相鄰的光柵。
例如，也可以用空間相干性經過改性的光線進行照明，以擴大記錄介質中啟動劑的光學消耗，例如對位於記錄介質之中間處的一個層沒有或相干性或只有很小的相干性(也就是干涉對比度較小V(z))的光線。因為有需要活化能量的光化聚合物，因此可以局部使用照明光線之不變光部分4倍的強度，以便消耗在這個層中的啟動劑。如果引入照明光線的相移，就不會將光柵結構曝光到記錄介質，但是會消耗啟動劑濃度。例如，殘留在記錄介層之中間深度區的啟動劑濃度能夠被用來將一個體積光柵曝光。
因此這個體積光柵的有效層厚度遠小於記錄介質之厚度。也可以用這種方法產生一個可預先給定的角度選擇性及/或波長選擇性，例如沒有較高射級的角度選擇性及/或波長選擇性。
另外一種可能的方法是透過頻譜分佈I(l)，也就是透過光源的時間相干性，將體積光柵的厚度限制在只有記錄介質之層厚度的一部分。
和用空間相干性|μ12(s)|的值的設計及兩個具干涉能力之波前的可預先給定的橫向位移(如前面的說明)一樣，也可以透過時間相干性及兩個干涉波前的可預先給定的縱向位移，產生可預先給定的空間範圍很窄的具有高干涉對比度V(z)的區域，以及在z方向上的干涉對比度V(z)的包絡線的變化曲線。
當然，透過空間相干性|μ12(s)|的值或剪裁過的空間及時間相干性的組合產生的干涉圖案都可以被用來消耗記錄介質中的啟動劑，或是激發啟動劑用於後續的曝光，也就是說引入活化能量。
如同從白光-邁克森干涉儀得知的，只有在兩個干涉儀臂的光程的長度被校準到小於3μm的程度的情況下，也就是說光程差OPD≦3μm，在白光的大頻譜寬度上才會有相干能力。
如果兩個干涉波前中的一個干涉波前朝另外一個干涉波前傾斜，但是二者的光程長度已先經過校準，這樣在白光干涉儀上可以看到干涉對比度具有一個最大值，同時干涉對比度從側面下降切線OPD=0，而且傾斜度愈下，下降的幅度就愈大。這是因為干涉波前的傾斜相當於改變的局部OPD。例如這可以用來測定光源的頻譜功率密度S(l)，因為頻譜功率密度是由振動的信號部分的傅利葉變換所產生。
這也表示，一般的雙光束干涉，例如用於DOE之曝光及在記錄介質內以體積光柵的形式被記錄的雙光束干涉，可以沿著z方向引入一個變跡，但可惜的是這個變跡也會被引入x-y平面。換句話說，這代表一個在應用兩個相對傾斜60度之波前時的一般雙光束干涉，其中應將這兩個波前具有足夠高的干涉對比度V(z)的深度(也就是z方向的長度)限制在10μm內，並具有足夠寬的頻譜，這同時也將干涉圖案對傾斜軸的橫向及垂直長度限制在+/-6μm的範圍。因此這種方法僅能用於橫向長度較小的體積光柵。但是本發明的目的是要產生與顯示器一樣大的體積光柵，例如20吋的螢幕。
但是，即使照明用的光束的頻譜寬度很大，也能夠大幅提高具有足夠高的干涉能力的區域的橫向長度。
為了提高具有足夠高的干涉能力的區域的橫向長度，但同時將具有高干涉對比度V(z)之區域限制在很小的深度範圍(也就是z方向的長度)，至少有兩種方法適於以時間相干性較小的光束產生干涉圖案。
其中一種簡單的方法是利用一個入射波前及一面將該波前反射的反射鏡產生一個反射全像圖，其中反射鏡與記錄介質的層的距離必須盡可能的小。US 7792003 B2有揭示這種方法。所形成的干涉圖案的包絡線及折射率調制的變跡法函數n1(z)與一個半正弦函數成正比。但是從US 7792003 B2可以得知，兩個反射全像圖需要與用於記錄半個正弦狀折射率調制(也就是前個正弦狀干涉對比度)的反射全像圖結合，以使組合成的光柵具有所需要的近似矩形的波長選擇性(參見US 7792003 B2，第5A-5D圖)。
即兩個干涉波前之間的角度較的，使用反射鏡也能夠使干涉對比度具有相當大的橫向長度，這個相當大的橫向長度在記錄介質中可以容納一個可預先給定大小的橫向長度。這是因為干涉波前之間的OPD在整個反射面上都等於0。但是入射及反射波前之間的OPD在深度處(也就是z方向)卻會隨著入射角及反射角的變大而跟著變大。這表示利用US 7792003 B2的方法所能產生的干涉對比度V(z)的縱向分佈函數的選擇會受到很大的限制。此外，由於干涉波前的入射角及反射角是相同的，因此重建幾何被限制在平行於反射面的布拉格光柵平面上。
但是有多種方法可以大幅降低US 7792003 B2的限制。其中一種方法是應用光源的頻譜功率密度S(l)的周期性。這樣會在時間相干性中產生一個周期性，也就是說產生一周期及變化是可以預先給定的拍。這種方法是以Wiener-Khinchin理論為基礎。例如，這樣就可以預先選定反射鏡及記錄介質之間的距離，以使干涉對比度的在反射表面上的半正弦函數剛好不會被記錄，而是拍的下一個部分才會被記錄，例如記錄一個完整的正弦函數。例如可以利用光源的兩個略為分開的頻譜區產生拍。這樣做可以減少過程步驟，以及避免將兩個體積光柵以正確相位(也就是沒有模數2π的相突變)組合在一起的所需的時間，例如記錄兩個半正弦函數所需的時間。
應用時間相干性的一個拍函數可以在記錄介質中產生折射率分佈n1(z)的深度變跡。透過所使用之光源的至少略為分開的頻譜區(至少兩個頻譜區，但通常是多個頻譜區)的距離可以測定拍頻率。拍的包絡線的變化是由光源的頻譜分佈的截面形狀決定。例如，除了兩個略為分開的矩形函數外，也可以將兩個略為分開的高斯函數用於截面，以決定折射率分佈n1(z)的深度變跡的變化，也就是說可預先給定折射率分佈n1(z)的深度變跡的變化。
另外一種方法是應用一個記錄波前用的與方向相關的反射，例如可以利用反射全像圖產生這個反射。例如，這可以是在最大反射時僅向一個繞射級展開的表面輪廓光柵或體積光柵。但也可以使用反射液晶光柵，這可以產生一個非常有彈性的曝光結構。這樣就可以解除入射角必須等於反射角的限制。因此所產生之體積光柵的重建幾何就不再受限於平行於反射面的布拉格光柵平面。
由於解除入射角必須等於反射角的限制，可以從入射角等於反射角的反射體積光柵的很簡單但設計自由度受到很大限制的重建幾何推斷出反射體積光柵的重建幾何-參數範圍，其中被記錄之體積光柵的厚度被限制在等於記錄介質之厚度的一部分，同時也可以利用照明光線之時間相干特性選擇記錄介質內的一個特定的z平面及選擇折射率分佈n1(z)的深度變跡的一個特定變化。
將一個複雜波場轉換成另一個複雜波場有許多可能的作用，例如實現一個同軸作用的組合場透鏡，這個組合場透鏡具有一個將同軸平面波轉換成離軸平面波的第一轉換體積光柵及一個將離軸平面波轉換成同軸球面波的第二轉換體積光柵，可以很好的在平面全像3D顯示器的三明治式設計中作為轉換體積光柵，也就是說，比作為反射體積光柵要好。實現轉換體積光柵，並能夠將體積光柵及/或記錄介質的厚度限制在相當於記錄介質之厚度的一部分，因此對於記錄介質內的一個特定的z平面的選擇及折射率分佈n1(z)的深度變跡的一個特定變化的選擇優於反射體積光柵。
利用主光柵可以很容易的複製轉換體積光柵。例如這可以是表面輪廓光柵(例如DOE)、傾斜式光柵、二元相位光柵、多級相位光柵、Sub-1-相位光柵，例如可以透過變化的暫載率及固定的間隙寬度或固定的溝槽寬度實現這些光柵。可控制的光柵適於彈性的幾何，例如作為多層配置可以”接通”一組角度的PDLCG(極化相關液晶光柵)或WO 2010/149587有描述且能夠產生連續變化之繞射角的LCG即為可控制的光柵，例如繞射效率BWG為0.5，且只有兩個繞射級。
例如，體積光柵可以作為複製用的主光柵。對於要傳輸的雙光束干涉圖案，體積光柵很容易就可以定在一個能夠在記錄介質內達到足夠之干涉對比度的繞射效率BWG。例如，主體積光柵的BWG可以定在h =0.4至h =0.6之間。
在主光柵G之後的複製，例如第0繞射級及第1繞射級之波前的兩個參數，會隨距離z的改變而改變，利用橫向位移s(z)的值及縱向位移OPD(z)的值能夠實現折射率分佈n1(z)在記錄介質內所希望的深度變跡。
為了獲得一個由縱向位移OPD(z)的值決定的干涉對比度，其中這個干涉對比度能夠滿足一個具體曝光構造的要求，必須使用一個為其量身打造的頻譜濾波器。例如，可以用金屬-干涉-濾波器(MIF)、在反射或透射中的介電層堆疊、固定或可變的Fabry-Perot干涉濾波器、在反射或透射中的體積光柵、或是經改性的頻譜儀作為頻譜濾波器。
例如可以用下列方式實現一種彈性很大的頻譜濾波器。使用一個光柵頻譜儀，以便將光源的光線按頻譜展寬分開。例如將100nm、10nm 或1nm的頻譜範圍在一個目標平面上按頻譜展寬分開成10mm，也就是展寬成扇形。在頻譜儀內，這個平面相當於通常供設置光電探測器之用的平面，其中該光電探測器的作用是記錄一相當於頻譜分佈的強度分佈。可以在這個平面上設置一個固定或可變的強度濾波器。例如可以應用一個SLM或DMD(數位微型反射鏡元件)，以便對頻譜範圍(也就是頻譜功率密度S(l))進行特定的改性。根據脈衝整形(此處是指短雷射脈衝的整形)的實務經驗可知，此處應使用一種相位SLM。通常是以光源的按光譜分開的光線照亮複數值SLM。
和前面描述的產生具有可調整之深度變跡的反射體積光柵一樣，所選擇的主光柵及記錄介質的層之間的距離可以大到足以避免半正弦函數及高斯函數，並使用第二或第三拍段，以便將對稱變跡函數曝光。透過對照明光線之頻譜截面的選擇，可以在兩個具有對稱變跡函數的區域之間產生一個足夠大的區域，這個區域具有足夠小的干涉對比度V(z)，例如經過相應的曝光時間後，這個干涉對比度仍然位於記錄介質之活化能之下。例如，可以在厚度100μm的記錄介質的不同深度處對在z方向上限制在10μm的體積光柵逐一進行曝光。
雖然利用空間相干性|μ12(s)|的值產生深度分離及/或變跡的體光柵的過程比較簡單，但是利用光源之頻譜分佈I(l)的時間相干特性也是一種可行的選擇。此外，將兩種方法(空間及時間相干性)組合在一起還可以提高所產生之體積光柵的多樣性。
DO．．．繞射光學
G．．．主光柵
LS．．．光源
V(z)．．．干涉對比度
S(z)．．．橫向位移/剪應變
AG．．．振幅光柵
PW．．．準直波場/平面波
W．．．軸
E．．．平面
VG．．．體積光柵
AZM．．．記錄介質
Periodic A-LS．．．光源具有周期性振源分佈
D．．．厚度
Claims (58)
- 一種透過曝光在記錄介質(AZM)中逐層產生至少一個體積光柵(VG)的方法，其中記錄介質(AZM)具有至少一個光敏層，其對曝光光線的一個可預先給定的波長(λ)敏感，其中Δ
-- 在記錄介質內(AZM)體積光柵(VG)是由相干光線之至少兩個具干涉能力的波前(WF1，WF2)所產生，該等波前在記錄介質(AZM)的一個可預先給定的深度(z)以一可預先給定的角度(2θ)以可預先給定的干涉對比度V(z)彼此疊加，以及
-- 在記錄介質(AZM)內，體積光柵(VG)之折射率調制及/或透明度調制的深度(z)及厚度，是在光線傳播方向(z)上受到干涉波前(WF1，WF2)之空間及/或時間相干度(Γ)的視深度決定的控制的調整。 - 如申請專利範圍第1項的方法，其中在光線傳播方向(z)上，在被光源(LS)以一基本上準直之波場(PW)照亮的主光柵(G)之後，在主光柵(G)上未被繞射的波場及被繞射且在主光柵之後傳播的波場(WF1，WF2)之間有一個相對位移s(z)，基於照明波場(PW)的一個可預先給定的複數值空間及/或時間相干函數(Γ)，這個相對位移會產生彼此干涉之波場(WF1，WF2)的一個可預先給定的隨深度化的對比度V(z)變化。
- 如申請專利範圍第1項的方法，其中干涉波場(WF1，WF2)是照亮主光柵(G)之光源(LS)在主光柵(G)發出之準直波場(PW)的繞射的兩個不同的繞射級，其中主光柵(G)在光線傳播方向上係位於記錄介質(AZM)之前。
- 如申請專利範圍第2項或第3項的方法，其中在記錄介質之一特定深度(z)處的干涉對比度V(z)是由兩個干涉波場(WF1，WF2)的一個橫向位移s(z)決定，這個橫向位移s(z)是在波場傳播方向上的座標(z)的一個函數，其中在記錄介質(AZM)的一個可預先給定之深度範圍形成的干涉對比度V(z)的可預先給定的變化是位於照亮主光柵(G)之光源(LS)所在平面(E)上的振幅光柵(AG)及/或相位光柵(PG)的形狀的一個函數。
- 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項的方法，其中在記錄介質(AZM)的可預先給定深度(z)的干涉對比度V(z)在記錄介質內(AZM)產生形式為可預先給定之折射率及/或透明度調制的體積光柵(VG)，這相當於一個變跡法函數n1(z)，透過這個函數可以調整體積光柵(VG)的角度選擇性η(Θ)及/或波長選擇性η(λ)，以及抑制體積光柵(VG)的角度選擇性η(Θ)及/或波長選擇性η(λ)的次極大值。
- 如申請專利範圍第2項至第5項中任一項的方法，其中待準直之照亮主光柵(G)用的光源(LS)的平面(E)具有一個複數值光學透明函數，其中這個複數值光學透明函數具有一個振幅光柵及/或相位光柵、振幅分佈及/或相位分佈、與變跡法函數疊加的振幅光柵及/或相位光柵、或是與變跡法函數疊加的振幅分佈及/或相位分佈。
- 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項的方法，其中在可預先給定之深度(z)可產生之體積光柵(VG)的角度選擇性η(Θ)及/或波長選擇性η(λ)的形狀可以經由折射率調制(n1(z))在光線播方向上的可預先給定的變化曲線調整，這個變化曲線代表一個形狀為正弦函數、餘弦函數、高斯函數、或近似矩形函數的平方的變跡法函數。
- 如申請專利範圍第1項至第7項中任一項的方法，其中變跡法函數n1(z)可能的有利方式是與sin(a(z - z0))/(a(z - z0))^(n/m)函數成正比，其中折射率調制與正弦函數的值、平方值或指數n/m(n及m都是整數)有關，同時相位是根據sin(a(z - z0))/(a(z - z0))的正負號選擇的。
- 如申請專利範圍第1項至第8項中任一項的方法，其中可以透過體積光柵的厚度控制在可預先給定之深度(z)可產生的體積光柵(VG)的角度選擇性η(Θ)，及/或其中記錄介質(AZM)具有一個可預先給定的厚度(D)，以便將至少兩個體積光柵(VG)曝光到記錄介質，其中這至少兩個體積光柵(VG)在光線傳播的方向上是前後排列或交錯排列。
- 如申請專利範圍第1項至第9項中任一項的方法，其中被數個在可預先給定的深度(z)可產生的體積光柵(VG)可分別用於一個可預先給定的波長(λ)，而且最好是只透過繞射影響這個波長的光線。
- 如申請專利範圍第1項至第10項中任一項的方法，其中以動態方式調整曝光光線之強度調制在記錄介質中的深度-變跡及/或深度-分離。
- 如申請專利範圍第1項至第11項中任一項的方法，其中體積光柵(VG)在記錄介質(AZM)中的折射率調制(n1(z))是由振幅在照亮主光柵(G)的有效光源(LS)的平面(E)上的一個可預先給定的調整決定。
- 如申請專利範圍第1項至第12項中任一項的方法，其中主光柵(G)是一個表面立體光柵，對照明而言，其表面不是體積光柵(VG)之記錄介質的(AZM)一部分表面，就是相當於這個表面。
- 如申請專利範圍第1項至第13項中任一項的方法，其中將不對稱的相位分佈及/或振幅分佈引入照亮主光柵(G)的有效光源(LS)所在的平面(E)，以形成折射率調制(n1(z))在記錄介質(AZM)中的不對稱的輪廓，其中可以將鋸齒狀的表面立體相位光柵應用於照亮主光柵(G)的有效光源(LS)所在的平面(E)，以產生不對稱性。
- 如申請專利範圍第1項至第14項中任一項的方法，其中
除了可以應用照明光線在主光柵(G)上的繞射的第0及第1繞射級的干涉外，也可以應用第0及第2繞射級或其他繞射級的干涉，以便在記錄介質(AZM)內產生體積光柵(VG)。 - 如申請專利範圍第1項至第15項中任一項的方法，其中記錄介質(AZM)含有一種啟動劑，並利用曝光光線的含有可預先給定之波長(λ)及/或光強度的不變光部分將記錄介質(AZM)的啟動劑活化或鈍化。
- 如申請專利範圍第1項至第16項中任一項的方法，其中以光學或電控制的材料作為記錄介質(AZM)，以產生可切換的體積光柵(VG)。
- 如申請專利範圍第1項至第17項中任一項的方法，其中透過在可產生之體光柵(VG)上的繞射，以實現可預先給定及/或可切換的不同的重建幾何，尤其是平面波對平面波或平面波對球面波。
- 如申請專利範圍第1項至第18項中任一項的方法，其中透過對於照明光線之空間及/或時間相干特性(Γ)的可預先選定的選擇，抑制對記錄介質(AZM)中的體積光柵(VG)進行記錄時發生的反射。
- 如申請專利範圍第1項至第19項中任一項的方法，其中將主光柵(G)照亮之有效光源(LS)的平面(E)具有一個相位光柵(PG)，且其周期是連續及/或循環變化。
- 如申請專利範圍第1項至第20項中任一項的方法，其中在記錄介質(AZM)內至少產生兩個相位移動的體積光柵(VG1，VG2)，以便將可預先給定的角度範圍及/或波長範圍偏轉到可預先給定的方向，及/或其中在記錄介質(AZM)內深度(z)處產生用於預先給定的不同的波長的體積光柵(VG)，以補償光脈衝的渡越時間差。
- 如申請專利範圍第1項至第21項中任一項的方法，其中從交界面以化學或光學消耗記錄介質中的啟動劑，以記錄位於記錄介質(AZM)之可預先給定之深度(z)處、且形狀及厚度可預先給定的體積光柵(VG)，其中可以透過局部光學消耗記錄介質(AZM)中的啟動劑，位於記錄介質(AZM)之可預先給定之深度(z)處、且形狀及厚度可預先給定的體積光柵(VG)。
- 如申請專利範圍第1項至第22項中任一項的方法，其中在形成干涉對比度V(z)時，將記錄介質的變換函數考慮進去，以使折射率調制(n1(z))產生可預先給定的變化。
- 如申請專利範圍第1項至第23項中任一項的方法，其中利用照明光線之時間相干度(Γ)的拍函數產生折射率調制(n1(z))在記錄介質(AZM)中的深度分離及/或深度變跡，其中可以利用光源(LS)的至少兩個分開的頻譜區在照明光線中產生時間相干度(Γ)的拍函數。
- 如申請專利範圍第1項至第24項中任一項的方法，其中時間相干度(Γ)的拍函數的變化是由光源(LS)的頻譜分佈的截面形狀決定。
- 如申請專利範圍第1項至第25項中任一項的方法，其中透過將一個入射波前(PW)及其在一種直接與記錄介質(AZM)之輸出端表面相鄰且具有取決於方向之反射的介質上被反射的波前的疊加在記錄介質(AZM)內產生一個可預先給定的干涉對比度V(z)，其中是以至少一個可切換的液晶反射光柵作為反射介質。
- 如申請專利範圍第1項至第26項中任一項的方法，其中至少使用一個可控制的PDLC光柵作為主光柵(MG)，以重復產生體積光柵(VG)。
- 如申請專利範圍第1項至第27項中任一項的方法，其中至少以一個金屬-干涉-濾波器、在反射或透射中的介電層堆疊、固定或可變的Fabry-Perot干涉濾波器、在反射或透射中的體積光柵、或是經改性的頻譜儀作為頻譜濾波器。
- 如申請專利範圍第1項至第28項中任一項的方法，其中利用在記錄介質(AZM)內干涉對比度V(z)的預先給定的拍段，產生限制在縱軸方向上可預先給定距離的帶有變跡輪廓的體積光柵(VG)。
- 如申請專利範圍第1項至第29項中任一項的方法，其中在一個入射波(PW)及一個被直接設置在記錄介質(AZM)之輸出端表面的反射面反射的波之間進行干涉，以消除因干涉波前之傳播方向之間的角度(θ)造成的波長差(OPD)對在記錄介質(AZM)中可產生之干涉對比度V(z)的橫向長度的影響。
- 光束結合器，具有一帶有至少兩個厚度可預先給定之體積光柵(VG1，VG2)的記錄介質(AZM)，其作用是將光調制器(SLM)發出之光線的像素(RGB1，RGB2)疊加在一起，其中記錄介質(AZM)中的體積光柵(VG1，VG2)是以申請專利範圍第1項至第30項中任一項的方法所產生。
- 如申請專利範圍第31項的光束結合器，其中體積光柵(VG1，VG2)具有一個在寬度及/或變化過程中可預先給定的角度選擇性η(Θ)。
- 如申請專利範圍第31項或第32項的光束結合器，其中光束結合器具有兩個在光線方向上前後排列的體積光柵堆疊(VGS1，VGS2)，體積光柵堆疊(VGS1，VGS2)分別具有3個對三原色(紅黃藍)厚度可預先給定的極性及波長選擇的體積光柵(VG1，VG2，VG3；VG4，VG5，VG6)，其中兩個體積光柵堆疊(VGS1，VGS2)被一具有另一個可預先給定之厚度的中間層(S)將彼此分開。
- 如申請專利範圍第31項至第33項中任一項的光束結合器，其中體積光柵堆疊(VGS1，VGS2)及中間層(S)的總厚度不超過一預先給定的值，以便在光線方向上設置一個位於光束結合器(BC)之前的光圈場，及/或三原色(紅黃藍)及體積光柵堆疊(VGS1，VGS2)的6個體積光柵(VG1，VG2，VG3；VG4，VG5，VG6)都可以將重建幾何的角度公差保持在<0.1度的範圍。
- 太陽能模組，具有一個全像圖構件(HB)及一個將太陽光轉換成電流的能量轉換裝置，其中全像圖構件具有一個記錄介質(AZM)及至少兩個體積光柵(VG1，VG2)，其中全像圖構件是以申請專利範圍第1項至第30項中任一項的方法製成，其中全像圖構件的構造及設置在太陽能模組(SM)上的方式使從各種不同的方向入射到太陽能模組(SM)太陽光能夠被導向轉換裝置的方向。
- 如申請專利範圍第35項的太陽能模組，其中全像圖構件(HB)構成多重全像圖，或是具有一個多重全像圖，其中該多重全像圖具有一個由多個具有預先給定之厚度的體積光柵(VG)構成的堆疊。
- 如申請專利範圍第35項或第36項的太陽能模組，其中全像圖構件(HB)的一個體積光柵(VG)具有至少一個預先給定的角度選擇性及/或至少一個預先給定的波長選擇性。
- 如申請專利範圍第35項至第37項中任一項的太陽能模組，其中全像圖構件(HB)的構造方式使其能夠將從預先給定的角度範圍入射到全像圖構件的光線引導到一片透明板(PL)，其中該透明板是直接到全像圖構件(HB)的基準面，而且最好是直接連接。
- 如申請專利範圍第38項的太陽能模組，其中穿過透明板(PL)後，光線會直接或經由位於前方的聚焦器(K)射到能量轉換裝置的一個二維裝置，其中能量轉換裝置具有至少一個太陽能電池(SZ)。
- 如申請專利範圍第38項或第39項的太陽能模組，其中以透明板(PL)作為光導板，其中光線會因為全反射被導引到光導板的一個邊緣。
- 如申請專利範圍第40項的太陽能模組，其中以透明板(PL)的形狀為平面平形狀或楔形。
- 如申請專利範圍第40項或第41項的太陽能模組，其中至少有一個能量轉換裝置或至少有一個太陽能電池(SZ)被直接設置在作為光導板用的透明板(PL)的一個邊緣上。
- 如申請專利範圍第40項至第42項中任一項的太陽能模組，其中光線可以從作為光導板用的透明板(PL)的一個邊緣或側面經由聚焦器(K)被導引到太陽能電池(SZ)。
- 如申請專利範圍第35項至第43項中任一項的太陽能模組，其中可以透過改良位於能量轉換裝置或太陽能電池(SZ)之前的光學元件的轉換特性及/或變換特性，進一步提高太陽能模組(SM)的接收角度範圍及/或頻譜敏感性範圍。
- 如申請專利範圍第44項的太陽能模組，其中透過至少一個微稜鏡及/或至少一個散射表面放大接收角度範圍。
- 如申請專利範圍第44項或第45項的太陽能模組，其中使透明板(PL)具有一預先給定的散射特性，而且這個散射特性能夠隨著深度以梯度的形式改變，以放大接收角度範圍。
- 如申請專利範圍第35項至第46項中任一項的太陽能模組，其中透過摻入量子點或螢光及/或磷光物質，可以放大太陽能模組(SM)的頻譜敏感性範圍。
- 如申請專利範圍第35項至第47項中任一項的太陽能模組，其中全像圖構件(HB)將被太陽能電池(SM)反射的光線太陽能電池(SM)的方向反射回去。
- 如申請專利範圍第35項至第48項中任一項的太陽能模組，其中全像圖構件(HB)的構造方式使其實現一個透鏡功能，並可作為聚焦器(K)使用。
- 如申請專利範圍第35項至第49項中任一項的太陽能模組，其中全像圖構件(HB)被設計成僅將預先給定之波長的光線導引到一個具有預先給定之頻譜敏感性的預先給定的能量轉換裝置或太陽能電池(SZ)。
- 如申請專利範圍第35項的太陽能模組，其中全像圖構件(HB)被記錄在重鉻酸鹽明膠製成的記錄介質中，該記錄介質被一種化學敏感劑改性成在超出曝光能量界限的一個預先給定的值時，才會形成一個潛在的光柵，並經過一個濕化學過程將這個潛在的光柵轉變成相位體積光柵。
- 執行如申請專利範圍第1項至第30項中任一項的方法，以儲存數或安全特徵，其中將數據或安全特徵記錄在以體積光柵(VG)之形式的記錄介質(AZM)中，除了實現角度多工操作及/或波長多工操作外，還實現視深度(z)決定的多工操作。
- 執行如申請專利範圍第1項至第30項中任一項的方法，以儲存數或安全特徵，其中可以預先給定度選擇性η(Θ)及/或波長選擇性η(λ)的變化方式，因此可以抑制角度選擇性及/或波長選擇性的次極大值。
- 執行如申請專利範圍第1項至第30項中任一項的方法，以儲存數或安全特徵，其中個別曝光的數據組或安全特徵的度選擇性η(Θ)及/或波長選擇性η(λ)的變化可以預先作不同的選擇，因此是經由數組的不同的角度選擇性及/或波長選擇性進行編碼及解碼。
- 執行如申請專利範圍第1項至第30項中任一項的方法，以便在3D光學顯微鏡中提高在試體中的縱向解析度，或是在雷射多普勒風速測量器中實現在試體中可預先給定局部解析度之測量平面及測量平面的縱向位移，或是在超音波造影中提高超音波在試體內疊加時的景深解析度及聲強在深度範圍的限制。
- 利用曝光，尤其是執行如申請專利範圍第1項至第30項中任一項的方法，在記錄介質(AZM)內逐層產生至少一個體積光柵(VG)的裝置，具有一個光源(LS)及一個光束劃分器(G)，其中記錄介質(AZM)具有至少一個對曝光光線之可預先給定的波長(l)敏感的光敏層，
-- 其中光束劃分器(G)的構造及配置方式使其能夠將光源(LS)發出的曝光光線劃分成相干光線的至少兩個具有干涉能力的波前(WF1，WF2)，
-- 其中透過相干光線的至少兩個具有干涉能力的波前(WF1，WF2)可以在記錄介質(AZM)內產生體積光柵(VG)，
-- 其中相干光線的至少兩個具有干涉能力的波前(WF1，WF2)能夠在記錄介質(AZM)內一個可預先給定的深度(z)以一個可預先給定的角度(2θ)與可預先給定的干涉對比度V(z)疊加，
-- 在光線傳播方向(z)上，可以透過視深度決定的對干涉波前的空間及/或時間相干度(Γ)的控制，調整在記錄介質(AZM)內體積光柵(VG)之折射率調制及/或透明度調制的深度(z)及厚度。 - 如申請專利範圍第56項的裝置，其中光束劃分器(G)具有一個繞射光柵，其中該繞射光柵可以是一個表面輪廓光柵。
- 全像圖構件，其記錄介質(AZM)具有至少兩個體積光柵(VG1，VG2)，其中全像圖構件是以如申請專利範圍第1項至第30項中任一項的方法製成。
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