WO2024052495A1 - Steuerung eines replikationsprozesses eines master holographischen optischen elements für variable intensität oder polarisation - Google Patents

Steuerung eines replikationsprozesses eines master holographischen optischen elements für variable intensität oder polarisation Download PDF

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WO2024052495A1
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hoe
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master
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Markus Giehl
Christian BLECHSCHMIDT
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Carl Zeiss Jena Gmbh
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    • G03H2240/53—Diffraction efficiency [DE]

Definitions

  • Various examples involve techniques to produce a holographic optical element (HOE) by replicating a master HOE.
  • HOE holographic optical element
  • Various examples relate in particular to techniques for variably adjusting the lighting of the master HOE during replication.
  • HOE are used in various areas of application.
  • HOE can be used to implement a transparent screen.
  • Areas of application include, for example, use in a head-up display in an automobile or the integration of a holographic optical element in a mirror.
  • HOE are used to create holograms.
  • HOE One technique to produce HOE relies on the use of a master HOE, which is used in an exposure process of the HOE to form the HOE.
  • An example of a master HOE is a free-beam reflection volume HOE.
  • the carrier layer (for example a photopolymer arranged on a substrate) of the master HOE is arranged along the carrier layer of the HOE to be replicated (hereinafter simply “replicated HOE”).
  • the diffraction structure of the master HOE can then be replicated in the replicated HOE through exposure.
  • Such manufacturing methods that use replication of the master HOE to produce the HOE may, for example, employ a roll-to-roll process in which the master HOE and the HOE are arranged on a respective roll that is rotated in synchronization with one another , so that a portion of the master HOE extends along a corresponding portion of the replicated HOE.
  • Another technique is the flat board process; The master HOE and the replicated HOE are fixed on a respective flat support so that the entire surface of the respective support layers extends along each other.
  • the diffraction efficiency of the replicated HOE may deviate from certain target specifications.
  • the quality of the hologram generated using the replicated HOE can be reduced.
  • no deviation between replicated HOE and master HOE is conventionally possible, for example to enable a different color distribution.
  • a control device for an exposure device is described.
  • the exposure device is used to produce an HOE.
  • the HOE is produced by replicating a master HOE as part of an exposure process performed by the exposure device.
  • a carrier layer of the master HOE is arranged along a carrier layer of the HOE.
  • the control device includes at least one processor and a memory. The at least one processor is set up to load program code from memory and to execute the program code.
  • the at least one processor is further set up to control at least one light source of the exposure device based on the program code, so that the light source emits light with at least one wavelength along a beam path towards a surface of the carrier layer of the master HOE.
  • the at least one light source can, for example, emit light in the visible spectrum. Radiation in the ultraviolet or infrared region of the electromagnetic spectrum could also be emitted.
  • the at least one light source can be a coherent laser light source.
  • multiple light sources could be used that emit components of light at different wavelengths.
  • a light source could have 3 channels, such as red-green-blue (multi-channel light source).
  • the at least one processor is further set up to control a beam movement unit of the exposure device based on the program code, so that it moves the beam path during the exposure process in relation to the surface of the carrier layer of the master HOE.
  • the angle of incidence could be tilted.
  • a point of light could, for example, be moved over the surface of the carrier layer.
  • a scanning movement could occur.
  • Line scanning would be conceivable.
  • a galvo scanner that implements step operation, that is, it remains in one position and is then moved to a next stable position.
  • the beam movement unit can scan a beam path of light across the surface of the carrier layer of the master HOE.
  • the beam movement unit to move a reference point arranged along the beam path and at a distance from the surface of the carrier layer on a curved trajectory with respect to the master HOE during the exposure process.
  • the reference point could be arranged, for example, in a scanning mirror or a deflection mirror. This allows the angle of incidence of the beam path in particular to be influenced Surface of the carrier layer of the master HOE can be varied during the exposure process.
  • the beam moving unit can be used to move a spot of light on the master HOE. This means that the master HOE is not illuminated over a large area, but is illuminated gradually by moving the light spot. This means that the HOE is not exposed in a “single-shot” process, but rather gradually.
  • the at least one processor is set up to control at least one adjustable optical element of the exposure device, which is arranged in the beam path, based on the program code.
  • the at least one adjustable optical element changes the intensity and/or the polarization of the light over time during the exposure process.
  • the at least one adjustable optical element can therefore be a filter that changes the intensity or changes the polarization.
  • the master HOE can be formed in a photopolymer which is part of the carrier layer.
  • the carrier layer could also additionally comprise a substrate.
  • the carrier layer could be film-based. A so-called volume HOE could be used.
  • the HOE can be formed in a photopolymer which is part of the corresponding support layer.
  • the carrier layer could also additionally comprise a substrate.
  • the carrier layer could be film-based. A so-called volume HOE could be used.
  • Replication can create a diffraction structure in the HOE based on the diffraction structure in the master HOE.
  • a copy can be made, although a 1:1 copy is not necessary.
  • the diffraction structure corresponds to a local variation of the refractive index, for example due to different chain lengths or a different degree of chaining of polymers in a corresponding layer.
  • the replicated HOE By illuminating the master HOE, the replicated HOE can be exposed. With a certain dose of light, this allows a diffraction efficiency to be replicated HOE can be effected.
  • the diffraction structures are copied from the master HOE to the replicated HOE.
  • the replication efficiency of the master HOE describes the ratio between (/) the diffraction efficiency in the replicated HOE and (/7) the amount of light (dose) used to expose the replicated HOE. This means: the smaller/larger the replication efficiency, the larger/lower the light dose that is required to achieve a certain diffraction efficiency.
  • Range is limited (the so-called linear range of a material characteristic curve of the material of the replicated HOE, which links the amount of light and the diffraction efficiency).
  • the maximum achievable diffraction efficiency of the replicated HOE is typically in the range of 95% to 98% and is limited, for example, by the thickness of the HOE region (where the refractive index is modulated). Once this maximum diffraction efficiency is reached, further exposure will not cause any further increase in diffraction efficiency. This is described by the so-called Kogelnik theory.
  • TAB. 1 Various influencing factors of replication efficiency.
  • the diffraction efficiency is explained in more detail below. Microscopically, the diffraction efficiency can be explained by an amplitude of the refractive index variation, which can depend, for example, on a degree of chaining of polymers. Macroscopically, the diffraction efficiency can be determined by the proportion of diffracted light to the total irradiated (coherent)
  • Light can be defined: Amount of light diffracted light
  • the dose of light used to expose the replicated HOE is influenced by the length of time a light spot stays at the respective location on the surface of the carrier layer, as well as the intensity of the light.
  • the at least one adjustable optical element By providing the at least one adjustable optical element, it is possible to vary the intensity and/or the polarization of the light flexibly during the exposure process, i.e. as a function of the position of the light spot on the surface of the carrier material of the master HOE. This could, for example, compensate for manufacturing fluctuations that lead to locally variable replication efficiency (see TAB. 1: Example II). It would alternatively or additionally be possible to compensate for a variation in the replication dose due to different angles of incidence and thus different angles between a plane of polarization of the light with respect to the surface of the carrier layer of the master HOE (see TAB. 1: Example III).
  • the intensity could absolutely be changed. This means that, for example, the intensity can be increased or decreased from a reference level to a certain absolute level. This can be done individually for several components that correspond to different wavelengths of the light. But it would also be conceivable that the intensity changed equally for all components of the light becomes. As a further general rule, it would be conceivable that the intensity of the different wavelength components of the light is adjusted relative to one another. If, for example, the intensities for red-green-blue (RGB) components are 1:1:1 as a reference, an adjustment could be made to, for example, 0.8:1, 2:1.
  • RGB red-green-blue
  • the at least one processor is further set up based on the program code to load control data.
  • the control data can, for example, display the change in polarization and/or intensity as a function of time.
  • the control data can indicate a connection between the movement of the beam path with respect to the surface of the carrier layer on the one hand, and the change in the intensity and/or polarization of the light on the other hand.
  • the control of the beam movement unit and the control of the at least one adjustable optical element can then be carried out in a synchronized manner based on the control data.
  • undesirable properties of the master HOE or the carrier layer can be compensated for in a targeted manner for different positions on the surface of the carrier layer.
  • a local deviation between the master HOE and the HOE could also be specifically provided for.
  • the beam movement unit implements a step operation, ie it remains in positions and is moved step by step between these positions (differentiated from a continuous movement such as in a resonantly operated scanning mirror) - the at least one adjustable optical element could be controlled, related to the intensity and/or polarization with one step of the step operation. For example, if a galvo scanner is moved, the intensity and/or polarization could be changed at the same time.
  • the at least one adjustable optical element and the beam movement unit are controlled in such a way that its influence of the variation of structural properties of the master HOE on the diffraction efficiency (and thus on the replication efficiency, cf. TAB. 1: Example II) is reduced by changing the intensity of the light during the exposure process.
  • the diffraction efficiency varies between points A and B by 10 percentage points Master HOE, the diffraction efficiency of the HOE could vary by only 5 percentage points between the corresponding points A and B.
  • the diffraction efficiency could vary for different positions on the surface of the master HOE support layer due to variable structural properties - for example, caused by manufacturing variations or aging or scratches.
  • this then means: If all positions on the surface of the carrier layer of the master HOE were illuminated with the same dose of light, that is, for example (with the light spot staying on the different positions of the surface remaining the same time), the same intensity of light would be present for the exposure of all different positions the surface of the carrier layer of the master HOE would be used, then this different diffraction efficiencies of the master HOE would also cause correspondingly different diffraction efficiencies in the HOE (because the replication efficiency varies accordingly, cf. TAB. 1: Example 0).
  • the hologram generated by the replicated HOE would have different brightnesses or blur or color inhomogeneities such as a color fringe.
  • Such undesirable effects can be avoided by appropriately adjusting the intensity of the light during the exposure process in order to reduce or eliminate the variation in diffraction efficiency. retire.
  • the at least one adjustable optical element and the beam movement unit can therefore be controlled in such a way that the influence of the variation of structural properties of the master HOE on the diffraction efficiency is reduced by changing the intensity of the light during the exposure process. This allows imperfections in the master HOE to be compensated for.
  • a master HOE can be used longer.
  • TAB. 1 Another factor that influences the efficiency of replication is the orientation of the polarization plane of the light (for linearly polarized light) in relation to the surface of the carrier material of the master HOE, see TAB. 1: Example III.
  • the orientation of the polarization plane is changed when the angle of incidence of the light on the master HOE changes.
  • the angle of incidence in turn, can change as the light spot is moved over the surface of the carrier layer of the master HOE during exposure. This has an impact on replication efficiency.
  • the at least one adjustable optical element and the beam movement unit can be controlled in such a way that the orientation of the polarization is stabilized with respect to the surface of the carrier layer of the master HOE.
  • the control can be carried out in such a way that the influence of the movement of the beam path on a change in the orientation of the polarization of the light with respect to the surface of the carrier layer of the master HOE is reduced during the exposure process. In short, this reduces the influence of variable angles of incidence (due to the movement of the beam path) on the replication efficiency.
  • a method for configuring a manufacturing process for producing an HOE by replicating a master HOE as part of an exposure process Direction carried out exposure process is disclosed.
  • a carrier layer of the master HOE is arranged along a carrier layer of the HOE.
  • the method includes generating control data for at least one adjustable optical element of the exposure device, which is arranged in a beam path of light used for replication. Using the control data, the at least one adjustable optical element can be controlled so that it changes at least one of the intensity and polarization of the light over time during the exposure process.
  • a device includes at least a processor and a memory.
  • the at least one processor is set up to load and execute program code from memory.
  • the at least one processor is further set up to execute the method for configuring the manufacturing method based on the program code.
  • a method of controlling an exposure device to produce an HOE by replicating a master HOE takes place as part of an exposure process carried out by the exposure device.
  • a carrier layer of the master HOE is arranged along a carrier layer of the HOE.
  • the method includes controlling at least one light source of the exposure device so that it emits light with at least one wavelength along a beam path towards the surface of the carrier layer of the master HOE during the exposure process.
  • the method also includes controlling a beam movement unit of the exposure device so that it moves the beam path with respect to the surface of the carrier layer of the master HOE during the exposure process.
  • the method includes controlling at least one adjustable optical element of the exposure device, which is arranged in the beam path, so that the at least one adjustable optical element changes at least one of an intensity and a polarization of the light over time during the exposure process.
  • a control device for an exposure device for producing a holographic optical element, HOE, by replicating a master HOE in the frame an exposure process carried out by the exposure device uses light that is emitted by at least one light source of the exposure device during the exposure process along a beam path to a surface of the carrier layer of the master HOE.
  • a carrier layer of the master HOE is arranged along a carrier layer of the HOE.
  • the control device comprises at least one processor and a memory, wherein the at least one processor is set up to load program code from the memory and to execute the program code.
  • the at least one processor is set up to control a beam movement unit of the exposure device based on the program code, so that it moves the beam path during the exposure process in relation to the surface of the carrier layer of the master HOE.
  • the at least one processor is further set up to control at least one of an adjustable optical element of the exposure device, which is arranged in the beam path, the at least one light source, or the beam movement unit, so that during the exposure process at least one of a dose and a polarization of the light over the time is changed.
  • a diode current could be varied by a laser diode to vary the intensity of the light.
  • a scanning speed could be varied so that the dwell time of a light spot on the surface (with approximately the same intensity of light) is varied, so that the dose is increased or decreased.
  • FIG. 1 is a flowchart of an example method for producing an HOE.
  • FIG. 2 schematically illustrates a system for exposing a HOE as part of a replication of a master HOE according to various examples.
  • FIG. 3 is a flowchart of an example method for generating
  • FIG. 4 schematically illustrates the lighting of a master HOE based on a corresponding map according to various examples.
  • FIG. 5 schematically illustrates the lighting of a master HOE based on a corresponding map according to various examples.
  • FIG. 6 is a flowchart of an example method for establishing an HOE by replicating a master HOE.
  • FIG. 7 schematically illustrates the illumination of a master HOE in a target surface shape according to various examples.
  • FIG. 8 schematically illustrates the lighting of the master HOE from FIG. 7 in an exposure surface shape different from the target surface shape, according to various examples.
  • FIG. 9 schematically illustrates the lighting of the master HOE from FIG. 7 in the exposure surface shape of FIG. 8, wherein a reference point of a beam path of light moves along a trajectory.
  • FIG. 10 shows a roll-to-roll process
  • FIG. 11 schematically illustrates a flat board replication process for exposing a HOE by replicating a master HOE according to various examples.
  • FIG. 12 schematically illustrates the master HOE from FIG. 12 with a flat lighting surface shape according to various examples.
  • FIG. 13 is a side view of the master HOE of FIG. 11.
  • FIG. 14 is another side view of the master HOE of FIG. 11.
  • FIG. 15 illustrates aspects related to a beam moving unit according to various examples.
  • FIG. 16 schematically illustrates p-polarization.
  • FIG. 17 schematically illustrates an s-polarization.
  • FIG. 18 schematically illustrates an exposure device according to various examples.
  • FIG. 19 schematically illustrates an exposure device according to various examples.
  • FIG. 20 schematically illustrates an exposure apparatus according to various examples.
  • FIG. 21 schematically illustrates an exposure device with a sensor according to various examples.
  • FIG. 22 schematically illustrates an exposure device with a sensor according to various examples.
  • FIG. 23 schematically illustrates an exposure device with a sensor according to various examples.
  • FIG. 24 is a flowchart according to various examples, which enables intensity stabilization during the exposure process to, for example, a time-variable target intensity value.
  • HOE HOE
  • bulk HOE or surface HOE can be produced using the techniques described herein.
  • the techniques described herein rely on replicating a master HOE to produce a replicated HOE.
  • a corresponding exposure process can be used to produce the master HOE.
  • Various examples described herein specifically relate to exposing the replicated HOE, by replicating the master HOE.
  • Replication can take place, for example, using a scanning process.
  • a laser spot is brought into a line or other shape by a rapidly scanning element (such as a scanning mirror), which in turn is moved over the master HOE.
  • a laser spot moves on the master.
  • More generally formulated is the beam path of the light (which has several components that are different Wavelengths may include) moved by a beam movement unit over the surface of the carrier material of the master HOE during the exposure process.
  • different areas of the replicated HOE are gradually exposed by moving the light spot.
  • Various examples described herein are based on the recognition that, for various reasons, it may be desirable to vary the intensity and/or polarization of the light used for exposure during the exposure process by means of an adjustable optical element. Some scenarios are in TAB. 2 listed.
  • TAB. 2 Several exemplary scenarios for changing intensity and/or polarization over time during the exposure process. In practical examples, the different scenarios can be combined with each other. For example, it would be conceivable that the polarization adjustment from Scenario II for large angles of incidence is combined with the local intensity adjustment according to Scenario III, so that Fresnel losses are additionally achieved by increasing the power at large angles of incidence.
  • modulation frequencies in the kHz range or MHz range can be used, for example using acousto-optical elements such as acousto-optic modulators (AOM) or acousto-optic filters (AOTF) as examples can be achieved for adjustable optical elements to change the intensity.
  • AOM acousto-optic modulators
  • AOTF acousto-optic filters
  • Such a modulation frequency is sufficiently high to change the intensity quickly compared to the movement of the light spot across the surface of the master HOE's carrier material.
  • the beam movement unit is controlled in the kHz range, for example with a few 100 Hz.
  • the beam movement unit can be controlled with a smaller signal bandwidth than the signal bandwidth used to control the adjustable optical element - for example a factor of 3 to 4 lie between the signal bandwidths.
  • a corresponding signal bandwidth for controlling the adjustable optical element can be in the megahertz range, for example if the beam movement unit is controlled with a signal bandwidth in the kilohertz range.
  • the intensity is changed during the exposure process using a control loop.
  • a reading can be captured (using a suitable sensor, such as a photodiode) that indicates the intensity of the light used to replicate the master HOE.
  • This measured value can then be used to check whether the actual intensity of the light deviates from a target intensity.
  • This target intensity can be varied during the exposure process, as described above.
  • a control loop can be implemented in software and/or hardware.
  • the target intensity can be output as program output from a software program; and the control loop can then be implemented in hardware.
  • Modulation frequencies in the MHz range can also be used to change the polarization of the light during exposure, which can be achieved, for example, with a Pockels cell or a lambda/2 plate that can be flexibly inserted into the beam path.
  • a control loop for the intensity it is alternatively or additionally also conceivable that a control loop is used for changing the polarization during the exposure process.
  • FIG. 1 illustrates a method for producing a replicated HOE according to various examples.
  • a master HOE is produced in Box 3005.
  • a corresponding photopolymer is exposed, which is located in or on a carrier layer of the master HOE.
  • An object beam and a reference beam of corresponding light which are designed to be phase coherent with one another, can be used for the exposure.
  • An analog exposure could occur in which the object produces the object beam.
  • Digital exposure with a pixelated light modulator and a stitching process could also be used.
  • FIG. 1 shows that the master HOE (or more precisely the carrier material of the master HOE) in box 3005, i.e. when the master HOE is exposed, has the target surface shape 911.
  • This target surface shape 911 is shown in FIG. 1 exemplarily and schematically shown as curved, but could have any shape.
  • the replicated HOE is exposed by replicating the master HOE.
  • a roll-to-roll process or a flatbed copying process can be used.
  • the substrate of the master HOE and the substrate of the replicated HOE have an exposure surface shape 912; this is exemplified in FIG. 1 shown as flat, but could also have a curvature.
  • the exposure surface shape 912 may, in some examples, be different than the target surface shape 911. This may be compensated for by moving a reference point in the beam path along a curved trajectory during the exposure process. In this way, in particular, a variation of the angle of incidence of the beam path on the surface of the carrier material can be achieved. After the exposure process for the carrier layer of the replicated HOE fixed back into the target surface shape 911, box 3015.
  • FIG. 2 illustrates aspects related to a system 50 that can be used to produce a replicated HOE 96 by replicating a master HOE 92.
  • the system 50 can therefore be used in particular in connection with box 3010 according to the method shown in FIG. 1 can be used.
  • the system 50 includes an exposure device 59 and a control device 51 for the exposure device 59.
  • the control device 51 (or controller 51 for short) includes a processor 191 and a memory 192.
  • the processor 191 can load and execute program code from the memory 192 and then based on it carry out control of the exposure device 59.
  • the exposure device 59 includes a light source 52, for example a laser.
  • the light source 52 emits light along a beam path 41.
  • the exposure device 59 could include multiple light sources (not shown) for different components of light associated with different wavelengths.
  • the exposure device 59 could, for example, include three light sources 52 for RGB components of the light.
  • the light source can emit coherent light.
  • the light can be arranged in the visible spectrum or adjacent wavelength ranges, for example in the infrared or ultraviolet part of the electromagnetic spectrum.
  • the light illuminates a master HOE 92 to illuminate a replicate HOE 96.
  • FIG. 2 it is schematically indicated that the carrier layer of the master HOE 92 is arranged along the carrier layer of the HOE 96.
  • the exposure device 59 has an optical element 54 in the beam path.
  • the optical element 54 can change the intensity and/or the polarization of the light.
  • the optical element is adjustable, that is, the change in intensity and/or polarization of the light can be adjusted, that is, in particular, varied over time during the exposure process. Examples of adjustable optical elements 54 are shown below in TAB. 3 listed.
  • TAB. 3 Several examples of the implementation of the adjustable optical element 54.
  • the exposure device 59 could also have several such adjustable optical elements, for example in a series connection in the beam path 41 (but this is not shown in FIG. 2).
  • the system 50 also includes a beam movement unit 55.
  • a beam movement unit 55 can, for example, include one or more motorized actuators and an optical element arranged in the beam path (e.g. a mirror and / or a prism and / or a lens and / or a scanning mirror), which is passive or can be active, i.e. can be adjustable or fixedly oriented.
  • the motorized actuators can position the optical element according to multiple degrees of freedom. It may be possible to implement one or more translational degrees of freedom of movement. Alternatively or additionally, one or more rotational degrees of freedom of movement can be implemented. This allows the beam path of the light to be moved.
  • the actuator could, for example, be implemented by a robot arm with several adjustable axes.
  • the actuator can be controlled by the controller 51.
  • the beam movement unit 55 it may be possible to move the beam path 41 with respect to the surface of the carrier layer of the master HOE 96 during the exposure process.
  • the beam movement unit 55 it may be possible to scan the beam path 41, which is represented by a corresponding exit angle or scanning angle 85.
  • the position of a corresponding light spot 42 on the surface of the carrier layer of the master HOE 96 is changed during the exposure process.
  • the angle of incidence 89 of the beam path 41 onto the surface of the carrier layer of the master HOE 96 can be changed during the exposure process.
  • FIG. 2 also shows that a sensor 57 is present, which is set up to measure an intensity of the light in the area of the beam path 41.
  • the sensor 57 is optional.
  • the sensor 57 can be a photodiode, for example.
  • the sensor 57 can output a signal which is indicative of the intensity of the light.
  • the sensor 57 can therefore, for example, measure a luminous flux or light output.
  • the sensor 57 is connected to the controller 51.
  • the sensor 57 could also be connected directly to the light source 52 and/or another adjustable element for adjusting the intensity (such as a Pockels cell or an AOTF). Based on a measurement signal from sensor 57, it is possible to implement exposure monitoring. This means that the light output for the exposure of the HOE 92 in particular can be monitored.
  • a closed control loop can be implemented that adjusts the drive signals for an adjustable optical element to regulate the actual value of the light output at a target value of the light output.
  • control data 401 can be used to control the adjustable optical element 54 and/or the light source 52 and/or the beam movement unit 55.
  • a time-correlated control takes place, so that, for example, a different setting of the adjustable optical element 54 is selected depending on the position of a light spot of the light on the surface of the carrier material of the master HOE.
  • this control data 401 is specifically assigned to a particular master HOE 96. This means that different control data 401 can be used for different master HOE. This is because the control data 401 can specifically compensate for specific properties of the master HOE.
  • FIG. 3 is a flowchart of an example method.
  • FIG. 3 illustrates aspects related to configuring a manufacturing process for manufacturing an HOE by replicating a master HOE.
  • FIG. 3 particularly illustrates aspects related to the generation of control data for an exposure device by means of which the master HOE can be replicated.
  • the control data can be, for example, the control data 401 for the exposure device 59.
  • control data 401 which controls at least one adjustable optical element, see TAB. 3, enable.
  • control data to couple the control of the beam movement unit and the at least one adjustable optical element, i.e. that the light spot is moved over the surface of the carrier layer of the master HOE and, in correlation with this, the polarization and/or the intensity are changed.
  • control data contains instructions for the minimum adjustable optical element so that it changes the intensity and/or polarization of the light over time during the exposure process to replicate the master HOE.
  • TAB Different types of input data are conceivable to determine the control data.
  • different input data can be selected from TAB depending on the scenario. 2 should be taken into account.
  • TAB 4 some examples of the input data that can be obtained in box 3805 are described.
  • TAB. 4 Various examples of input data that can be used to generate control data for an adjustable optical element. The different examples can also be combined with each other.
  • control data in Box 3810 can be determined at different stages. This is related to TAB. 5 described.
  • TAB. 5 Different variants for phases in which the control data can be generated for a tailored diffraction efficiency of the replicated HOE. Such variants can also be combined with each other. A distinction can therefore be made in particular between a case in which the manufacturer of the master HOE takes measurements to characterize the master HOE in such a way
  • control data that is delivered, for example, together with the master HOE (see example I from TAB. 5); and a case in which, after delivery of the master HOE to a user, the control data is generated in advance or together with the production of the replicated HOE (cf. Examples II and II from TAB. 5).
  • These cases can also be combined with each other, for example to create different scenarios according to TAB. 2 to address.
  • control data in an optimized manner; For example, if too high a dose is exposed with a poor master HOE and the resulting poor interference contrasts (due to too high a choice of intensity or incorrect change in polarization), the reverse effect can occur locally and a drop in the diffraction efficiency in the replicated HOE, since the Refractive index modulation of the material is “exposed” again. This can be avoided by determining the tax data appropriately.
  • FIG. 6 illustrates an example method.
  • the procedure of FIG. 6 is used to produce a replicated HOE.
  • the method of FIG. 6 the replication process, compare FIG. 1: Box 3010.
  • the method from FIG. 6 can be implemented by a controller, for example by the controller 51 of the system 50 from FIG. 2.
  • the processor could load and execute program code 191 from memory 192 to perform the method of FIG. 6 to execute.
  • a light source such as a laser
  • the light source could be controlled in such a way that it continuously emits light with a certain light intensity during an exposure process.
  • the light source could also be switched on and off alternately. This can be helpful, for example, if a step operation is carried out for moving the beam path on the surface of the carrier layer, that is, in the example moving the light spot between two different positions or two scan lines.
  • a beam movement unit (see beam movement unit 55) can be controlled to move a beam path with respect to the surface of the carrier layer of the master HOE.
  • the angle of incidence could be changed along with the position when a scan line passes through a scanning mirror is driven off.
  • a more complex movement could also occur, moving a reference point along a curved trajectory.
  • a robot arm could be controlled.
  • the adjustable optical element can be controlled to change the intensity and/or polarization of the light.
  • the intensity and/or polarization could be changed between two finite values that are >0.
  • a stepped change could take place whenever the light source is switched off and/or the beam path is or has been moved, see box 3105. Boxes 3105, 3110 and 3115 can therefore be carried out in a synchronized manner.
  • the beam movement unit can generate a curved trajectory 61 for the reference point 84 (cf. FIG. 2; Box 3110).
  • the curved trajectory 61 can be different depending on the master HOE 92.
  • FIG. 7 illustrates aspects related to the target surface shape 911.
  • FIG. 7 illustrates master HOE 92 on the corresponding carrier layer 91, which has the target surface shape 91.
  • the master HOE 92 implements in the example of FIG. 7 an optical functionality of an off-axis paraboloid mirror that is illuminated by a point light source.
  • An incident divergent beam bundle 81 is converted into a parallel beam bundle 82.
  • This is just an example of optical functionality and a wide range of different optical functionalities is fundamentally conceivable.
  • the replicated HOE 96 should implement the corresponding optical functionality.
  • the replicated HOE 96 When the replicated HOE 96 is exposed (see FIG. 1: box 3010), the replicated HOE 96 and the master HOE 92, however, have the exposed surface shape 912. This is shown in FIG. 8 shown.
  • the transformation between the target surface shape 911 and the exposure surface shape 912 causes a change in the diffraction structure of the master HOE 92;
  • This change in the diffraction structure can be translated accordingly into a change in the rays of the incident beam bundle 81# and the rays of the exiting beam bundle 82#:
  • These beam bundles 81# and 82# are “drawn up” in the drawing plane, just like the diffraction structure.
  • the beam path 41 of the light used for exposure should reproduce the rays of the adapted beam bundle of the 81 # (see FIG. 8) in order to achieve this optical functionality of the replicated HOE 96 according to FIG. 7 (shown there for the master HOE 92) when the target surface shape 911 is present. This is shown in FIG. 9 shown.
  • FIG. 9 illustrates aspects associated with a flatbed replication process for replicating the master HOE 92 to expose the replicated HOE 96.
  • the carrier layer 91 of the master HOE 92 is shown extending parallel to the carrier layer 95 of the replicated HOE 96 during exposure of the replicated HOE 96.
  • the master HOE 92 is illuminated with light along beams 81#; from FIG.
  • the angle of incidence 89 of these rays 81# varies as a function of the position of the corresponding light spot on the master HOE 92, which is achieved by using the curved trajectory 61 of the reference point 84 along the beam path 41 and optionally by changing the exit angle of the light the reference point 84 is achieved (for example by using a scanning mirror). If the replicated HOE 96 is then in use and has the target surface shape 911, illumination with other beams of rays (shown with the dashed arrows in FIG. 9) can again take place, as already shown above in conjunction with the FIGS. 7 and 8 described.
  • FIG. 10 illustrates aspects related to a roll-to-roll replication process for replicating the master HOE 92, that is, exposing the replicated HOE 96.
  • a section through the master HOE 92 is shown on the left when it has the target surface shape 911, i.e. when it is manufactured (see box 3005 in FIG. 1). Also shown there are the corresponding rays 81-1 - 81-4 of a beam of rays which is used for exposure, which is later used to illuminate the replicated HOE 96 when using the replicated HOE 96.
  • the master HOE 92 is applied to a roller 71 and the corresponding rays 81 #-1 - 81 #-4 of the beam path 41 of the light, which are used for Illumination of the master HOE 92 are used, with increasing rotation of the roller 71 by a movement 21 of the reference point 84 and a correspondingly changed exit angle 85 of the light from the reference point 84 (e.g. achieved by tilting 22 of a corresponding mirror which is arranged in the reference point 84 is reached.
  • the curvature of the carrier material 91 of the master HOE 92 is compensated for by the curved trajectory during the exposure process of the replicated HOE (which is applied to another roller 72 and is not shown in FIG. 10 for reasons of clarity).
  • Techniques related to the movement of the reference point 84 have been explained above. It was also explained how the exit angle 89 can be changed. It is optionally possible to synchronize the movement of the reference point 84 along the curved trajectory 61 with a scanning of the light beam 41. In contrast to a change in the exit angle 89, as discussed above, the scanning of the light beam 41 can be implemented by a periodic scanning movement become.
  • the reference point 84 could mark a center of the scanning movement 53. Aspects related to scanning are discussed below in connection with FIG. 11 and FIG. 12 shown.
  • FIG. 11 shows a master HOE 92, which exemplarily implements the optical functionality of an off-axis parabolic mirror.
  • FIG. 11 shows the master HOE 92 in the target surface shape 911;
  • FIG. 12 shows the same master HOE 92 in the exposure surface form 912. From FIG. 11, it can be seen that the master HOE 92 in the target surface shape 911 has a one-dimensional curvature along an axis of curvature 199.
  • the scanning direction 36 of the scanning movement 53 of a scanned light spot 49 on the master HOE 92 by means of the scanning mirror is oriented perpendicular to the axis of curvature 199, see FIG. 12. This is because there is no need to shift the origin of the scanning movement 53 perpendicular to the axis of curvature 199 because there is no transformation of the curvature of the corresponding surface in this direction 36.
  • the example of FIG. So 12 corresponds to a line scanner.
  • the movement of the reference point 84 takes place along the curved trajectory 61. This shifts the light spot 49 along the direction 37.
  • the corresponding movement 21 has a component along an axis 37 which is oriented perpendicular to the scanning direction 36 (and thus parallel to the axis of curvature 199) along the direction 37.
  • FIG. 12 also shows the (not scanned) change in the exit angle 85 by appropriately controlling the beam movement unit.
  • a two-dimensional scanning mirror could be used to implement both scanning (i.e. a periodic movement about a scanning center) along the scanning direction 36, as well as the unscanned change in the exit angle 85, for example by a corresponding tilt 22 in the reference point 84 A corresponding scenario was presented in connection with FIG. 2 discussed; the scanning mirror can then be arranged at the reference point 84.
  • scanning could be done with a fixed scanning frequency and a fixed scanning amplitude, so that the entire area between the two edges of the master HOE 92 is swept over by the light spot 49.
  • a resonantly driven scanning mirror could in particular be used.
  • At least one optical element could also be arranged in the reference point 84, which causes the light spot 49 # of the light on the master HOE 92 to be expanded along the direction 36 (compare light spot 49 with light spot 49 #). The otherwise scanned lines are then exposed in an integrated manner.
  • FIG. 13 and FIG. 14 are side views from perspectives oriented perpendicular to one another for the scenario of FIG. 10.
  • FIG. 15 shows an exemplary implementation of the beam movement unit 55.
  • Beam movement unit 55 includes a robot arm 231.
  • An optical fiber 212 guides the light from the laser 52 to the moving end of the robot arm 231.
  • the decoupling unit 281 can be designed to maintain polarization.
  • a two-dimensional galvo scanner 261 is arranged at the moving end of the robot arm 231; this implements both the tilting 22 for non-scanning changing of the exit angle 85 with which the light leaves the reference point 84; as well as the scanning movement.
  • FIG. 15 also shows how the angle of incidence 89 can change during the exposure process because the beam path 41 is moved by the beam movement unit 55 over the surface of the carrier layer of the master HOE.
  • This can change the orientation of the polarization 641 of the light with respect to the surface of the carrier layer of the master HOE 92.
  • a p-polarization could occur, see FIG. 16 and FIG. 17 (if the beam path is rotated about an axis of rotation that is not coincident with the polarization direction, the angle of the polarization direction changes with respect to the surface normal of the surface of the carrier layer of the master HOE). This would affect the replication efficiency and can be compensated for by adjusting the polarization and/or intensity, as described above.
  • FIG. 18 is a schematic illustration of the exposure device 59 according to various examples.
  • the exposure device 59 includes several lasers 311-313 for different wavelength components of the light.
  • the 311-313 lasers implement a multi-color light source.
  • Corresponding components of the light are guided via optical waveguides to a beam combining element 331, which then brings together the corresponding partial beam paths.
  • An A-OTF 332 which implements an adjustable optical element, is then arranged in the beam path beam downstream from the beam combining element 331.
  • a Pockels cell 333 is arranged, which also implements an adjustable optical element. This allows the intensity or polarization of the light to be adjusted.
  • a wave plate 334 provided and then the scanning mirror 261 and deflection mirrors 336,337. (For example, a robot arm, if further used, is not shown in FIG. 17).
  • the AOTF 332 filters light using sound waves. This occurs through the process of acousto-optical interaction in a suitable medium, often a crystal. When a sound wave propagates through the crystal, it causes periodic density changes in the material. These changes in density lead to a periodic change in the refractive index of the medium. As light passes through the crystal with periodically changing refractive indices, it is diffracted, similar to light passing through a grating. Several components of light are created; these correspond to the different diffraction orders, in particular the 0th diffraction order and the 1st diffraction order. Typically only the 1st order of diffraction is used to replicate the master HOE.
  • Pockels cell 333 instead of a single Pockels cell 333 as shown in the example of FIG. 18, it would be conceivable to provide several Pockels cells, e.g. one for each part of the beam path between the beam combining element 331 and the light sources 311 - 313. The polarization can then be adjusted separately for the different wavelength components of the light.
  • FIG. 19 shows a variation of the exposure device 59 from FIG. 18.
  • AOM 341, 342, 343 are now used. These are arranged beam upstream of the beam combining element 331 and are each assigned to the lasers 311-313 (in FIG. 20 the AOMs 341, 342, 343 are integrated into the lasers 311-313).
  • Performance monitoring can be used to ensure that the intensity of the light during the exposure process corresponds to a specification.
  • the intensity of the light can be changed according to a time-varying target value.
  • the light intensity can be regulated.
  • the intensity of the light can be checked during the replication process/exposure process.
  • part of the power of the useful beam is derived using a beam splitter, e.g. a 90:10 beam splitter, or using other optics and used for measurement.
  • a corresponding sensor (see FIG. 1: sensor 57) is then arranged in the branched partial beam. However, this means that power from the useful beam is lost.
  • FIG. 21 A variant of the exposure device 59 is shown in FIG. 21 shown.
  • FIG. 21 basically corresponds to FIG. 18 (Elements already explained with respect to FIG. 18 will not be explained again).
  • the incident superimposed rays are divided into a 0th order of diffraction 800 and a 1st order of diffraction 801 (the reference numbers 800, 801 designate the corresponding beam paths).
  • the 1st diffraction order 801 is the set desired power and the 0th diffraction order 800 contains the remaining power.
  • the AOTF 332 can be set up in such a way that, for example, the 1st order of diffraction 801 (ie the useful beam) is dispersion-corrected.
  • the 0th diffraction order 800 contains the residual power, with the angles of the wavelengths being slightly different.
  • Another property of the filters is the polarization state of the two diffraction orders 800, 801, which are linearly polarized at 90° to each other. In the example FIG. 21 is the 1. Diffraction order 801 is p-polarized with respect to the window, while the 0th order is s-polarized.
  • One way to monitor performance without interfering with the useful beam - i.e. the first order of diffraction 801 - is to measure the light of the 0th order of diffraction 800 during the exposure process. Since the power in the 1st diffraction order 801 of the 0th diffraction order 800 is missing, there is an inversely proportional relationship between the useful power and the measured value of the sensor 57 of the 0th diffraction order 800. By adjusting (calibrating) the two diffraction orders 800, 801, it is possible the 1st diffraction order 801 can be regulated based on the measurement of the 0th diffraction order 800. An indirect measurement of the intensity of the useful beam (1st order of diffraction 801) is therefore used.
  • FIG. 21 shows where the sensor 57 is arranged at a large distance from the AOTF 332, so that the light of the 1st order of diffraction 801 can pass the sensor 57.
  • FIG. 21 are further optical elements (which are arranged downstream in the beam path of the light of the 1st diffraction order 801), such as a Pockels cell or a deflection mirror (compare FIG. 18: Pockels cell 333, deflection mirror 261, etc.) Not shown.
  • the various other optical elements can be designed according to the various variants described herein.
  • FIG. 22 A more compact variant than in FIG. 21 with sensor 57 of the exposure device 59 is shown in FIG. 22 shown.
  • a polarizing beam splitter 820 is present along the beam path of the light behind the AOTF 332.
  • the AOTF 332 is oriented such that the 1st order of diffraction 801 is polarized perpendicularly.
  • the light of the 1st order of diffraction 801 is thereby redirected and coupled into the rest of the optical system (as not shown in FIG. 21, but variably configurable according to the remaining disclosure), whereas the 0th order of diffraction 800 is directed straight through the polarizing beam splitter 820 to a power measuring head of sensor 57.
  • the intensity of the light of the 1st order of diffraction can therefore be determined during the exposure process by measuring the intensity of the light of the 0th order of diffraction 800 without interfering with the 1st order of diffraction 801 (i.e. again an indirect measurement).
  • the disadvantage of this variant of FIG. 22 occurs with particularly large laser powers, for example greater than a few 100mW: It may be necessary to use a sensor 57 that determines the intensity thermally; the measurement frequency is then very low. Under certain circumstances, a neutral density filter or similar can be used, which either leads to back reflections or, in the case of absorptive filters, could possibly be destroyed. In order to alleviate or eliminate these disadvantages, the variant in FIG. 23 can be used.
  • the variant of FIG. 23 basically corresponds to the variant in FIG. 21 or the variant of FIG. 22.
  • an optical plate 811 i.e. a window e.g. made of bk7, quartz glass, etc.
  • a window e.g. made of bk7, quartz glass, etc.
  • the 1st order of diffraction 801 is p-polarized at the Brewster angle (approx. 57 ° for bk7) hits the optical disk.
  • the 1st order of diffraction passes through the window with almost no reflection losses (this is indicated by the crossed-out reflection beam 815).
  • the 0th diffraction order 800 does not have a Brewster effect due to its polarization and the changed angle and is reflected according to the usual Fresnel formulas.
  • the approximately 5-15% reflection can be recorded with the sensor 57, as it is only a fraction of the high laser power. So fast sensors are available. The remaining power passes through the window and can be safely directed into a dedicated beam trap/absorber 812. If necessary, the angle of the 0th order of diffraction 800 and the 1st order of diffraction 801 to one another can be increased by a wedge-shaped design of the optical plate 811 in order to achieve a faster separation of the beams.
  • FIG. 24 shows a flowchart of an example method.
  • the procedure in FIG. 24 is used to control light intensity during an exposure process used to replicate a master HOE.
  • the procedure according to FIG. 24 can therefore be part of the box 3010 according to FIG. be 1.
  • the method shown in FIG. 24 are carried out by a controller.
  • the method shown in FIG. 24 by the controller 51 from FIG. 2 can be implemented. It is conceivable that the method from FIG. 24 is implemented partly in software and partly in hardware or only in software or only in hardware. For example, an implementation in hardware can be used if particularly fast control of the light intensity during the exposure process is desired.
  • the exposure process is started in box 5005.
  • a light source see, for example, FIG. 2: light source 52
  • a beam movement unit and/or at least one optical element can also be controlled.
  • a current target intensity value is received in box 5010.
  • the corresponding target intensity value for control data can be displayed.
  • Various aspects related to control data 401 have been described above.
  • Box 5015 measures the actual intensity value of the light used to replicate the master HOE.
  • corresponding measured values can be obtained from a sensor, e.g. B. a photodiode.
  • the sensor is preferably arranged near the HOE to be exposed. Aspects in connection with a corresponding sensor 57 were described above in connection with FIG. 2 and the variants of FIG. 21, FIG. 22 and FIG. 23.
  • a control signal can then be set in box 5020 based on a deviation between the target intensity value of the current iteration of box 5010 and the actual intensity value of the current iteration of box 5015.
  • the control signal can be adjusted so that the deviation is reduced.
  • a PID controller can be used to determine the control signal.
  • the control signal can be used in various ways to control the intensity.
  • a Pockels cell could be controlled.
  • the light source itself is controlled.
  • An AOTF could also be controlled (see FIG. 21, FIG. 22, FIG. 3: AOTF 332) or an AO M.
  • Box 5025 checks whether the exposure process is complete. If the exposure process is not yet complete, another iteration 5026 is performed. In another iteration 5026 of box 5010, another target intensity value is obtained, etc. When the exposure process in box 5025 is finished, the process in box 5030 is finished.
  • EXAMPLE 1 Control device (51) for an exposure device (59) for producing a holographic optical element, HOE, (96) by replicating a master HOE (92) in the context of an exposure device (59 ) carried out exposure process, wherein the exposure process uses light that is emitted from at least one light source (52) of the exposure device during the exposure process along a beam path (41) towards a surface of the carrier layer of the master HOE (92), wherein during the exposure process a Carrier layer of the master HOE (92) is arranged along a carrier layer of the HOE, wherein the control device (51) comprises at least one processor (191) and a memory (192), wherein the at least one processor (191) is set up to output program code to load the memory (192) and to execute the program code, the at least one processor (191) being set up to execute the following steps based on the program code: - Controlling a beam movement unit (55) of the exposure device (59) so that it moves the beam path (41) in
  • Control device (51) according to one of the preceding EXAMPLES, wherein the at least one adjustable optical element (54) changes the polarization of the light, the at least one adjustable optical element (54) and the beam movement unit (55) being controlled in such a way that an influence of the movement of the beam path (41) on a change in an orientation of the polarization of the light with respect to the surface of the carrier layer of the master HOE is reduced during the exposure process.
  • Control device (51) according to one of the preceding EXAMPLES, wherein the at least one adjustable optical element (54) changes the polarization of the light, the at least one adjustable optical element (54) being controlled in such a way that an influence of a variable angle of incidence of the Beam path (41) is compensated for by the movement of the beam path (41) for a change in the efficiency of replication during the exposure process.
  • EXAMPLE 7 Control device (51) according to one of the preceding EXAMPLES, wherein the at least one wavelength comprises several wavelengths, the at least one adjustable optical element (54) being controlled so that during the exposure process it controls the intensity of components of the light that correspond to the correspond to several wavelengths, changed relative to each other.
  • EXAMPLE 8 Control device (51) according to one of the preceding EXAMPLES, wherein the beam movement unit (55) is driven with a first signal bandwidth in the kilohertz range, the adjustable optical element (54) being driven with a second signal bandwidth that is larger than the first Signal bandwidth is.
  • EXAMPLE 9. Control device (51) according to one of the preceding EXAMPLES, wherein the beam movement unit (55) is controlled to move the beam path in a step mode, the at least one adjustable optical element (54) being controlled to move the at least one the intensity and the polarization in connection with a step of the step operation.
  • Control device (51) according to one of the preceding EXAMPLES, wherein the control device (51) is further arranged to change the intensity of the light by means of a control loop over time during the exposure process.
  • EXAMPLE 12 System (50) according to EXAMPLE 11, wherein the at least one adjustable optical element (54) comprises at least one acousto-optical modulator for changing the intensity of the light by adjusting a transmittance.
  • EXAMPLE 13 System (50) according to EXAMPLE 12, wherein the at least one wavelength comprises a plurality of wavelengths, wherein the at least one tunable optical element (54) comprises an acousto-optic modulator for each of the plurality of wavelengths.
  • EXAMPLE 14 System (50) according to EXAMPLE 13, wherein the control device is further configured to wherein the at least one light source (52) comprises a plurality of light sources for components of the light corresponding to the plurality of wavelengths, wherein the exposure device (59) further comprises a beam combining element which combines partial beam paths of the plurality of light sources for the components of the light that correspond to the plurality of wavelengths, the acousto-optical modulators being arranged beam upstream along the partial beam paths starting from the beam combining element.
  • the at least one light source (52) comprises a plurality of light sources for components of the light corresponding to the plurality of wavelengths
  • the exposure device (59) further comprises a beam combining element which combines partial beam paths of the plurality of light sources for the components of the light that correspond to the plurality of wavelengths, the acousto-optical modulators being arranged beam upstream along the partial beam paths starting from the beam combining element.
  • EXAMPLE 15 System (50) according to one of EXAMPLES 11 to 14, wherein the at least one adjustable optical element (54) comprises a multi-channel acousto-optical filter for changing the intensity of the light by adjusting a transmittance.
  • EXAMPLE 16 System (50) according to EXAMPLE 15, wherein the at least one wavelength comprises a plurality of wavelengths, wherein a filter curve of the acousto-optical filter can be individually adjusted for each of the plurality of wavelengths.
  • EXAMPLE 17 System (50) according to EXAMPLE 16, wherein the at least one light source (52) comprises a plurality of light sources for components of the light that correspond to the plurality of wavelengths, the exposure device (59) further comprising a beam combining element which partial beam paths of the plurality of light sources for the components of the light that correspond to the multiple wavelengths are combined, with the acousto-optical filter being arranged downstream from the beam combining element along the partial beam paths.
  • the at least one light source (52) comprises a plurality of light sources for components of the light that correspond to the plurality of wavelengths
  • the exposure device (59) further comprising a beam combining element which partial beam paths of the plurality of light sources for the components of the light that correspond to the multiple wavelengths are combined, with the acousto-optical filter being arranged downstream from the beam combining element along the partial beam paths.
  • EXAMPLE 18 System (50) according to one of EXAMPLES 11 to 17, wherein the at least one adjustable optical element divides the light into at least a first component (800) and a second component (801), the system (50) having a sensor ( 57), which is set up to measure an intensity of the first component, wherein the exposure device (59) is set up to implement the exposure process with the second component.
  • EXAMPLE 19 System (50) according to one of EXAMPLES 11 to 17, wherein the at least one adjustable optical element divides the light into at least a first component (800) and a second component (801), the system (50) having a sensor ( 57), which is set up to measure an intensity of the first component, wherein the exposure device (59) is set up to implement the exposure process with the second component.
  • the first component corresponds to a diffraction order with a first polarization
  • the second component corresponds to a further diffraction order with a second polarization, the diffraction order being different from the further diffraction order, the first polarization optionally different from the second polarization.
  • EXAMPLE 20 System (50) according to EXAMPLE 18 or 19, further comprising:
  • a polarizing beam splitter (820) which is arranged in the beam path of the first component and in the beam path of the second component.
  • an optical plate (811) which is arranged in the beam path of the first component (800) and in the beam path of the second component (801), the optical plate being arranged tilted relative to the beam path of the second component (801) in such a way that it is under the Brewster angle incident on the optical disk.
  • EXAMPLE 22 System (50) according to one of EXAMPLES 11 to 21, wherein the at least one adjustable optical element (54) comprises a Pockels cell for changing the polarization by rotating a polarization plane.
  • the at least one adjustable optical element (54) comprises a Pockels cell for changing the polarization by rotating a polarization plane.
  • EXAMPLE 23 System (50) according to one of EXAMPLES 11 to 22, wherein the at least one adjustable optical element (54) comprises one or more lambda/2 plates which can be introduced alternately into the beam path (41) by means of a motor.
  • EXAMPLE 24 Method for controlling an exposure device (59) for producing a holographic optical element, HOE, (96) by replicating a master HOE (92) as part of an exposure device (59). Exposure process, wherein the exposure process uses light that is emitted from at least one light source (52) of the exposure device during the exposure process along a beam path (41) towards a surface of the carrier layer of the master HOE (92), wherein during the exposure process a carrier layer of the Master HOE (92) is arranged along a carrier layer of the HOE (96), the method comprising:
  • EXAMPLE 25 Method according to EXAMPLE 24, wherein at least the control of the at least one adjustable optical element (54) and/or the beam movement unit (55) takes place based on control data.
  • EXAMPLE 26 Method according to EXAMPLE 24 or 25, wherein the at least one adjustable optical element (54) is controlled based on a closed control loop which minimizes a deviation between a target intensity and an actual intensity of the light.
  • EXAMPLE 27 Method according to one of EXAMPLES 24 to 26, the method being carried out by the control device (51) according to one of the EXAMPLES
  • EXAMPLE 28 Method for configuring a manufacturing process for producing a holographic optical element, HOE, by replicating a master HOE (92) as part of an exposure process carried out by an exposure device (59), wherein during the exposure process a carrier layer of the master HOE (92) is arranged along a carrier layer of the HOE (96), the method comprising the following step:
  • control data (401) for at least one adjustable optical element (54) of the exposure device (59), which is arranged in a beam path (41) of light used for replication, using the control data (401) to at least one adjustable optical element (54) can be controlled so that it changes at least one intensity and one polarization of the light over time during the exposure process.
  • EXAMPLE 29 The method of EXAMPLE 28, the method further comprising:
  • EXAMPLE 30 Method according to EXAMPLE 29, wherein the control data (401) is determined using a predetermined transfer function based on the map (799), the predetermined transfer function first areas (701, 702, 703) on the surface of the carrier layer with a comparative low diffraction efficiency assigns a comparatively greater intensity of light, wherein the predetermined transfer function assigns a comparatively lower intensity of light to second regions (701, 702, 703) on the surface of the carrier layer with a comparatively large diffraction efficiency.
  • EXAMPLE 31 A method according to any one of EXAMPLES 28 to 30, the method further comprising: - Obtaining exposure configuration data which describes a movement of the beam path (41) during the exposure process with respect to the surface of the carrier layer of the master HOE (92), the control data (401) being generated based on the exposure configuration data.
  • EXAMPLE 32 Method according to EXAMPLE 31, wherein the exposure configuration data describes a change in an angle of incidence of the beam path (41) during the exposure process with respect to the surface of the carrier layer of the master HOE (92), wherein the control data (401) describes a rotation of a polarization plane Maintaining an s-polarization or a p-polarization by changing the angle of incidence of the beam path (41).
  • EXAMPLE 33 A method according to any one of EXAMPLES 28 to 32, the method further comprising:
  • EXAMPLE 34 The method of EXAMPLE 33, wherein the target indicates a local variation in diffraction efficiency of the HOE (96) relative to a local variation in a diffraction efficiency of the master HOE.
  • EXAMPLE 35 A method according to any one of EXAMPLES 28 to 34, the method further comprising:
  • EXAMPLE 37 Device comprising at least one processor and a memory, the at least one processor being configured to load and execute program code from the memory, the at least one processor being configured to perform a method according to any one of EXAMPLES 28 to 36 based on to execute the program code.
  • a light source for example a laser
  • a supply current for a laser diode could be reduced to reduce intensity.
  • a closed loop control system for the intensity of light during exposure For example, techniques related to implementing a closed loop control system for the intensity of light during exposure have been discussed above. The clearing process is described (see, for example, FIG. 24). Alternatively or in addition to such a closed control loop for the intensity of the light, a closed control loop for the polarization of the light can also be implemented.

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Abstract

Es werden Techniken zur Herstellung eines holographisch optischen Elements, HOE, beschrieben, durch Replikation eines Master-HOE. Insbesondere werden Techniken beschrieben, um die Beugungseffizienz des HOE flexibel einzustellen. Ein einstellbares optisches Element (54) kann dazu verwendet werden, um die Intensität und/oder die Polarisation von Licht während eines Belichtungsprozesses zu verändern.

Description

B E S C H R E I B U N G
STEUERUNG EINES REPLIKATIONSPROZESSES EINES MASTER HOLOGRAPHISCHEN OPTISCHEN ELEMENTS FÜR VARIABLE INTENSITÄT ODER POLARISA¬
TION
TECHNISCHES GEBIET
Verschiedene Beispiele betreffen Techniken, um ein holographisch optisches Element (HOE) durch Replikation eines Master-HOE herzustellen. Verschiedene Beispiele betreffen insbesondere Techniken, um die Beleuchtung des Master-HOE bei der Replikation variabel anzupassen.
HINTERGRUND
HOE werden in verschiedenen Anwendungsgebieten eingesetzt. Beispielsweise können HOE dazu verwendet werden, um einen transparenten Bildschirm zu implementieren. Anwendungsgebiete betreffen zum Beispiel die Verwendung in einem Head-Up-Display im Automobil oder die Integration eines holographisch optischen Elements in einen Spiegel. HOE werden zur Erzeugung von Hologrammen verwendet.
Eine Technik, um HOE herzustellen, beruht auf der Verwendung eines Master-HOE, welches in einem Belichtungsprozess des HOE verwendet wird, um das HOE auszubilden. Ein Beispiel für ein Master-HOE ist ein Reflexions-Freistrahl-Volumen-HOE.
Bei der Replikation des Master-HOE wird die Trägerschicht (zum Beispiel ein Fotopolymer, welches auf einem Substrat angeordnet ist) des Master-HOE entlang der Trägerschicht des zu replizierenden HOE (nachfolgend einfach „repliziertes HOE“) angeordnet. Durch Belichtung kann dann die Beugungsstruktur des Master-HOE im replizierten HOE repliziert werden. Solche Herstellungsverfahren, welche eine Replikation des Master-HOE zur Herstellung des HOE verwenden, können zum Beispiel einen Rolle-zu-Rolle-Prozess einsetzen, bei dem das Master-HOE und das HOE auf einer jeweiligen Rolle angeordnet sind, die miteinander synchronisiert rotiert werden, so dass jeweils ein Teilbereich das Master-HOE sich entlang eines entsprechenden Teilbereichs des replizierten HOE erstreckt. Eine weitere Technik ist der Flachbrett-Prozess; dabei werden das Master-HOE und das replizierte HOE auf einem jeweiligen ebenen bzw. flachen Träger fixiert, sodass sich die gesamte Fläche der jeweiligen Trägerschichten entlang einander erstrecken.
Bei solchen Herstellungsverfahren kann die Beugungseffizienz des replizierten HOE von bestimmten Sollvorgaben abweichen. Dadurch kann die Qualität des mittels des replizierten HOE erzeugten Hologramms reduziert sein. Ferner ist bei solchen Herstellungsverfahren herkömmlicherweise keine Abweichung zwischen repliziertem HOE und Mas- ter-HOE möglich, beispielsweise um eine andere Farbverteilung zu ermöglichen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Deshalb besteht ein Bedarf für verbesserte Herstellungsverfahren für HOE. Insbesondere besteht ein Bedarf für verbesserte Herstellungsverfahren, welche eine hohe Güte für das replizierte HOE ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Die Merkmale der abhängigen Patentansprüche definieren Ausführungsformen.
Eine Steuerungsvorrichtung für eine Belichtungsvorrichtung wird beschrieben. Die Belichtungsvorrichtung dient der Herstellung eines HOE. Das HOE wird durch Replikation eines Master-HOE im Rahmen eines Belichtungsprozesses, der von der Belichtungsvorrichtung ausgeführt wird, hergestellt. Während des Belichtungsprozesses ist eine Trägerschicht des Master-HOE entlang einer Trägerschicht des HOE angeordnet. Die Steuerungsvorrichtung umfasst dabei mindestens einen Prozessor und einen Speicher. Der mindestens eine Prozessor ist eingerichtet, um Programmcode aus dem Speicher zu laden sowie den Programmcode auszuführen.
Der mindestens eine Prozessor ist ferner eingerichtet, um basierend auf den Programmcode mindestens eine Lichtquelle der Belichtungsvorrichtung anzusteuern, so dass die Lichtquelle Licht mit mindestens einer Wellenlänge entlang eines Strahlengangs hin zu einer Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE aussendet.
Die mindestens eine Lichtquelle kann zum Beispiel Licht im sichtbaren Spektrum emittieren. Es könnte auch Strahlung im ultravioletten oder infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums ausgesendet werden. Die mindestens eine Lichtquelle kann eine kohärente Laserlicht-Quelle sein. Beispielsweise könnten mehrere Lichtquellen verwendet werden, die Komponenten des Lichts, bei unterschiedlichen Wellenlängen aussenden. Zum Beispiel könnte eine Lichtquelle 3 Kanäle aufweisen, etwa rot-grün-blau (Mehrkanal-Lichtquelle).
Der mindestens eine Prozessor ist ferner eingerichtet, um basierend auf dem Programmcode eine Strahlbewegungseinheit der Belichtungsvorrichtung anzusteuern, so dass diese den Strahlengang während des Belichtungsprozesses in Bezug auf die Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE bewegt.
Beispielsweise könnte der Einfallswinkel verkippt werden. Ein Lichtpunkt könnte beispielsweise über die Oberfläche der Trägerschicht bewegt werden. Eine scannende Bewegung könnte erfolgen. Zeilen-Scannen wäre denkbar. Es wäre denkbar, dass ein Galvo-Scanner verwendet wird, der einen Schritt-Betrieb implementiert, d.h. in einer Position verharrt und dann in eine nächste stabile Position bewegt wird. Es wäre möglich, dass die Strahlbewegungseinheit einen Strahlengang des Lichts über die Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE scannt. Alternativ oder zusätzlich wäre es denkbar, dass die Strahlbewegungseinheit während des Belichtungsprozesses einen entlang des Strahlengangs und beabstandet von der Oberfläche der Trägerschicht angeordneten Bezugspunkt in Bezug auf das Master-HOE auf einer gekrümmten Bahnkurve bewegt. Der Bezugspunkt könnte z.B. in einem Scan-Spiegel oder einem Umlenk-Spiegel angeordnet sein. Dadurch kann insbesondere der Einfallswinkel des Strahlengangs auf die Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE während des Belichtungsprozesses variiert werden. Die Strahlbewegungseinheit kann verwendet werden, um einen Lichtpunkt des Lichts auf dem Master-HOE zu bewegen. Das bedeutet, dass das Master-HOE nicht großflächig beleuchtet wird, sondern nach und nach mittels Bewegung des Lichtpunkts beleuchtet wird. Das bedeutet, dass die Belichtung des HOE nicht in einem „sin- gle-shot“ Verfahren erfolgt, sondern nach und nach.
Ferner ist der mindestens eine Prozessor eingerichtet, um basierend auf dem Programmcode mindestens ein einstellbares optisches Element der Belichtungsvorrichtung anzusteuern, welches im Strahlengang angeordnet ist. Dadurch verändert das mindestens eine einstellbare optische Element während des Belichtungsprozesses die Intensität und/oder die Polarisation des Lichts über der Zeit. Das mindestens eine einstellbare optische Element kann also ein Filter sein, der die Intensität ändert oder die Polarisation ändert.
Das Master-HOE kann in einem Fotopolymer ausgebildet sein, welches Teil der Trägerschicht ist. Die Trägerschicht könnte auch zusätzlich noch ein Substrat umfassen. Die Trägerschicht könnte Folien-basiert sein. Es könnte ein sogenanntes Volumen-HOE verwendet werden.
Das HOE kann in einem Fotopolymer ausgebildet werden, welches Teil der entsprechenden Trägerschicht ist. Die Trägerschicht könnte auch zusätzlich noch ein Substrat umfassen. Die Trägerschicht könnte Folien-basiert sein. Es könnte ein sogenanntes Vo- lumen-HOE verwendet werden.
Durch die Replikation kann eine Beugungsstruktur im HOE basierend auf der Beugungsstruktur im Master-HOE erzeugt werden. Es kann eine Kopie erfolgen, wobei keine 1 :1 Kopie notwendig ist. Die Beugungsstruktur entspricht einer lokalen Variation des Brechungsindex, etwa durch unterschiedliche Kettenlängen oder einen unterschiedlichen Grad der Verkettung von Polymeren in einer entsprechenden Schicht.
Durch Beleuchtung des Master-HOE kann das replizierte HOE belichtet werden. Mit einer bestimmten Dosis von Licht kann dadurch eine Beugungseffizienz im replizierten HOE bewirkt werden. Die Beugungsstrukturen werden vom Master-HOE in das replizierte HOE kopiert. Die Replikationseffizienz des Master-HOE beschreibt dabei das Verhältnis zwischen (/) der Beugungseffizienz im replizierten HOE und (/7) der Lichtmenge (Dosis), die zur Belichtung des replizierten HOE verwendet wird. Das bedeutet: je klei- ner / größer die Replikationseffizienz ist, desto größer / geringer die Lichtdosis, die benötigt wird, um eine bestimmte Beugungseffizienz zu erreichen.
Beugungseffizienz repliziertes HOE = Replikationseffizienz • Lichtmenge
(1)
Bei obiger Gleichung ist zu berücksichtigen, dass die Proportionalität zwischen Beu- gungseffizienz des replizierten HOE und der benötigten Lichtmenge auf einen linearen
Bereich limitiert ist (der sog. lineare Bereich einer Materialkennlinie des Materials des replizierten HOE, die die Lichtmenge und die Beugungseffizienz verknüpft). Die maximal erreichbare Beugungseffizienz des replizierten HOE liegt typischerweise im Bereich von 95% bis 98% und wird beispielsweise durch die Dicke des HOE-Bereichs (dort, wo der Brechungsindex moduliert ist) begrenzt. Wenn diese maximale Beugungseffizienz erreicht ist, bewirkt eine weitere Belichtung keine weitere Erhöhung der Beugungseffizienz. Dies wird beschrieben durch die sog. Kogelnik-Theorie.
Die Replikationseffizienz kann mehrere Einflussgrößen aufweisen. Einige Beispiele sind in TAB. 1 zusammengefasst.
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TAB. 1 : Verschiedene Einflussgrößen der Replikationseffizienz. Nachfolgend wird die Beugungseffizienz näher erläutert. Mikroskopisch kann die Beugungseffizienz erklärt werden durch eine Amplitude der Brechungsindexvariation, was z.B. von einem Grad der Verkettung von Polymeren abhängen kann. Makroskopisch kann die Beugungseffizi- enz durch den Anteil des gebeugten Lichts zum gesamten eingestrahlten (kohärenten)
Licht definiert sein: Lichtmenge gebeugtes Licht
Beugungseffizienz = - - — : - gesamte Lichtmenge
Je mehr Polymere verkettet werden, desto höher die Brechungsindexmodulation, desto höher die Beugungseffizienz.
Die Dosis von Licht, das zur Belichtung des replizierten HOE verwendet wird, wird beeinflusst von der Verweildauer eines Lichtpunkts an der jeweiligen Stelle auf der Oberfläche der Trägerschicht, sowie der Intensität des Lichts.
Durch das Vorsehen des mindestens einen einstellbaren optischen Elements ist es möglich, die Intensität und/oder die Polarisation des Lichts flexibel während des Belichtungsprozesses zu variieren, d.h. als Funktion der Position des Lichtpunkts auf der Oberfläche des Trägermaterials des Master-HOE. Dadurch könnten zum Beispiel Fertigungsschwankungen, die zu einer örtlich variablen Replikationseffizienz führen (vgl. TAB. 1 : Beispiel II), kompensiert werden. Es wäre alternativ oder zusätzlich möglich, eine Variation der Replikationsdosis aufgrund unterschiedlicher Einfallswinkel und damit unterschiedlicher Winkel zwischen einer Polarisationsebene des Lichts in Bezug auf die Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE (vgl. TAB. 1 : Beispiel III) zu kompensieren. Alternativ oder zusätzlich wäre es denkbar, gezielt unterschiedliche Intensitäten zu verwenden, um unterschiedliche Beugungseffizienzen für das HOE zu erhalten, insbesondere abweichend von Beugungseffizienzen des Master-HOE. Insgesamt kann durch solche Effekte erreicht werden, dass das vom HOE erzeugte Hologramm eine besonders hohe Güte aufweist, d.h. eine Bestimmte Beugungseffizienz aufweist, die mit einer Sollvorgabe übereinstimmt. Insbesondere kann erreicht werden, dass die Beugungseffizienzen verschiedener Wellenlängenkomponenten in einem gewünschten Verhältnis zueinander stehen. Negative Einflüsse durch die Replikation können reduziert werden.
Als allgemeine Regel könnte die Intensität absolut verändert werden. Das bedeutet, dass z.B. die Intensität von einem Referenzniveau auf ein bestimmtes absolutes Niveau erhöht oder erniedrigt werden kann. Dies kann individuell für mehrere Komponenten, die unterschiedlichen Wellenlängen entsprechen, des Lichts erfolgen. Es wäre aber auch denkbar, dass die Intensität gleichermaßen für alle Komponenten des Lichts geändert wird. Als weitere allgemeine Regel wäre es denkbar, dass die Intensität der verschiedenen Wellenlängen-Komponenten des Lichts relativ zueinander eingestellt wird. Wenn also z.B. als Referenz die Intensitäten für rot-grün-blau (RGB)-Komponenten 1 :1 :1 sind, so könnte eine Anpassung auf z.B. 0,8:1 , 2:1 erfolgen.
Beispielsweise wäre es denkbar, dass der mindestens eine Prozessor weiterhin basierend auf dem Programmcode eingerichtet ist, um Steuerdaten zu laden. Die Steuerdaten können beispielsweise die Veränderung der Polarisation und/oder der Intensität als Funktion der zeit anzeigen. Die Steuerdaten können einen Zusammenhang zwischen der Bewegung des Strahlengangs in Bezug auf die Oberfläche der Trägerschicht einerseits, sowie der Veränderung der Intensität und/oder der Polarisation des Lichts andererseits anzeigen. Das Ansteuern der Strahlbewegungseinheit und das Ansteuern des mindestens einen einstellbaren optischen Elements können dann basierend auf den Steuerdaten synchronisiert erfolgen.
Das bedeutet also, dass - je nach Position eines entsprechenden Lichtpunkts auf der Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE und/oder je nach Einfallswinkel des Strahlengangs auf die Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE - eine unterschiedliche Intensität und/oder eine unterschiedliche Polarisation des Lichts eingestellt werden kann. Damit ergibt sich eine Veränderung der Intensität und/oder der Polarisation über der Zeit, weil der Lichtpunkt entsprechend über der Zeit bewegt wird, das bedeutet, dass sich die Position und/oder der Einfallswinkel des Strahlengangs auf der Oberfläche der Trägerschicht als Funktion der Zeit vor verändert.
Durch eine solche Synchronisation kann zielgerichtet für unterschiedliche Positionen auf der Oberfläche der Trägerschicht eine Kompensation von ungewünschten Eigenschaften des Master-HOE bzw. der Trägerschicht erfolgen. Es könnte auch gezielt eine lokale Abweichung zwischen Master-HOE und HOE vorgesehen werden.
Beispielsweise könnte - wenn die Strahlbewegungseinheit einen Schritt-Betrieb umsetzt, d.h. jeweils in Positionen verharrt und schrittweise zwischen diesen Positionen bewegt wird (abgegrenzt gegenüber einer kontinuierlichen Bewegung wie z.B. bei einem resonant betriebenen Scan-Spiegel) - das mindestens eine einstellbare optische Element angesteuert werden, um die Intensität und/oder Polarisation im Zusammenhang mit einem Schritt des Schritt-Betriebs zu verändern. Wenn also z.B. ein Galvo-Scanner bewegt wird, könnte gleichzeitig die Intensität und/oder die Polarisation verändert werden.
Beispielsweise wäre es denkbar, dass das mindestens eine einstellbare optische Element und die Strahlbewegungseinheit so angesteuert werden, dass sein Einfluss der Variation von strukturellen Eigenschaften des Master-HOE auf die Beugungseffizienz (und damit auf die Replikationseffizienz, vgl. TAB. 1 : Beispiel II) durch die Veränderung der Intensität des Lichts während des Belichtungsprozesses reduziert wird. Das bedeutet, dass z.B. eine Veränderung der Beugungseffizienz um einen bestimmten Wert zwischen zwei Punkten auf der Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE nicht oder nur in geringerem Maß in das replizierte HOE repliziert wird: Variiert die Beugungseffizienz zwischen Punkt A und B um 10 Prozentpunkte im Master-HOE, so könnte die Beugungseffizienz des HOE zwischen den entsprechenden Punkten A und B nur um 5 Prozentpunkte variieren.
Beispielsweise könnte die Beugungseffizienz aufgrund von variablen strukturellen Eigenschaften - beispielsweise durch Fertigungsschwankungen oder Alterung oder Kratzer hervorgerufen - für unterschiedliche Positionen auf der Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE variieren. Das bedeutet dann praktisch: Würden alle Positionen der Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE mit derselben Lichtdosis beleuchtet werden, das heißt würde (bei gleichbleibender Verweildauer des Lichtpunkts auf den unterschiedlichen Positionen der Oberfläche) beispielsweise dieselbe Intensität des Lichts für die Belichtung aller verschiedenen Positionen auf der Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE verwendet werden, so würde diese unterschiedliche Beugungseffizienzen des Master-HOE auch entsprechend unterschiedliche Beugungseffizienzen im HOE bewirken (weil die Replikationseffizienz entsprechend variiert, vgl. TAB. 1 : Beispiel 0). Dadurch würde beispielsweise das vom replizierten HOE erzeugte Hologramm unterschiedliche Helligkeiten oder eine Unschärfe oder Farbinhomogenitäten wie beispielsweise einen Farbsaum aufweisen. Solche unerwünschten Effekte können durch eine entsprechende Anpassung der Intensität des Lichts während des Belichtungsprozesses vermieden werden, um die Variation der Beugungseffizienz zu reduzieren oder zu kom- pensieren. Das mindestens eine einstellbare optische Element und die Strahlbewegungseinheit können also so angesteuert werden, dass der Einfluss der Variation von strukturellen Eigenschaften des Master-HOE auf die Beugungseffizienz durch die Veränderung der Intensität des Lichts während des Belichtungsprozesses reduziert werden. Dadurch können Imperfektionen des Master-HOE ausgeglichen werden. Ein Master- HOE kann länger verwendet werden.
Ein weiterer Faktor, der Einfluss auf die Effizienz der Replikation hat, ist die Orientierung der Polarisationsebene des Lichts (für linear polarisiertes Licht) in Bezug auf die Oberfläche des Trägermaterials des Master-HOE, vgl. TAB. 1 : Beispiel III. Beispielsweise kann eine s-Polarisation oder eine p-Polarisation vorliegen, oder eine Mischung. Die Orientierung der Polarisationsebene wird verändert, wenn sich der Einfallswinkel des Lichts auf das Master-HOE verändert. Der Einfallswinkel wiederum kann sich ändern, wenn der Lichtpunkt während der Belichtung über die Oberfläche der Trägerschicht des Mas- ter-HOE bewegt wird. Dies hat einen Einfluss auf die Replikationseffizienz. Es ist möglich, dass das mindestens eine einstellbare optische Element sowie die Strahlbewegungseinheit derart angesteuert werden, dass die Orientierung der Polarisation in Bezug auf die Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE stabilisiert wird. Das bedeutet, dass die Ansteuerung so erfolgen kann, dass der Einfluss der Bewegung des Strahlengangs auf eine Veränderung der Orientierung der Polarisation des Lichts in Bezug auf die Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE während des Belichtungsprozesses reduziert wird. Damit wird also - kurzgefasst - der Einfluss variabler Einfallswinkel (Durch die Bewegung des Strahlengangs) auf die Replikationseffizienz reduziert.
Dadurch können flexiblere Bewegungen des Strahlengangs durch die Strahlbewegungseinheit ermöglicht werden. Das ermöglicht zum Beispiel die Replikation auf für gekrümmte Master-HOE.
Solche und weitere Effekte werden auch mittels weiterer Verfahren und Vorrichtungen erzielt:
Ein Verfahren zur Konfiguration eines Herstellungsverfahrens zur Herstellung eines HOE durch Replikation eines Master-HOE im Rahmen eines durch eine Belichtungsvor- richtung ausgeführten Belichtungsprozesses wird offenbart. Dabei ist während des Belichtungsprozesses eine Trägerschicht des Master-HOE entlang einer Trägerschicht des HOE angeordnet. Das Verfahren umfasst das Erzeugen von Steuerdaten für mindestens ein einstellbares optisches Element der Belichtungsvorrichtung, welches in einem Strahlengang von zur Replikation verwendetem Licht angeordnet ist. Mittels der Steuerdaten kann das mindestens eine einstellbare optische Element angesteuert werden, so dass dieses während des Belichtungsprozesses zumindest eines von einer Intensität und einer Polarisation des Lichts über der Zeit verändert.
Eine Vorrichtung umfasst mindestens einen Prozessor und einen Speicher. Der mindestens eine Prozessor ist eingerichtet, um Programmcode aus dem Speicher zu laden und auszuführen. Der mindestens eine Prozessor ist ferner eingerichtet, um basierend auf dem Programmcode das Verfahren zur Konfiguration des Herstellungsverfahrens auszuführen.
Ein Verfahren zur Steuerung einer Belichtungsvorrichtung zur Herstellung eines HOE durch Replikation eines Master-HOE wird offenbart. Die Replikation erfolgt im Rahmen eines durch die Belichtungsvorrichtung ausgeführten Belichtungsprozesses. Während des Belichtungsprozesses ist eine Trägerschicht des Master-HOE entlang einer Trägerschicht des HOE angeordnet. Das Verfahren umfasst das Ansteuern mindestens einer Lichtquelle der Belichtungsvorrichtung, so dass diese während des Belichtungsprozesses Licht mit mindestens einer Wellenlänge entlang eines Strahlengangs hin zur Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE aussendet. Außerdem umfasst das Verfahren das Ansteuern einer Strahlbewegungseinheit der Belichtungsvorrichtung, so dass diese den Strahlengang während des Belichtungsprozesses in Bezug auf die Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE bewegt. Außerdem umfasst das Verfahren das Ansteu- ern mindestens eines einstellbaren optischen Elements der Belichtungsvorrichtung, welches im Strahlengang angeordnet ist, so dass das mindestens eine einstellbare optische Element während des Belichtungsprozesses zumindest eines von einer Intensität und einer Polarisation des Lichts über der Zeit verändert.
Eine Steuerungsvorrichtung für eine Belichtungsvorrichtung zur Herstellung eines holographisch optischen Elements, HOE, durch Replikation eines Master-HOE im Rahmen eines durch die Belichtungsvorrichtung ausgeführten Belichtungsprozesses wird offenbart. Der Belichtungsprozess verwendet dabei Licht, das von mindestens einer Lichtquelle der Belichtungsvorrichtung während des Belichtungsprozesses entlang eines Strahlengangs hin zu einer Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE ausgesendet wird. Während des Belichtungsprozesses ist eine Trägerschicht des Master-HOE entlang einer Trägerschicht des HOE angeordnet. Die Steuerungsvorrichtung umfasst mindestens einen Prozessor und einen Speicher, wobei der mindestens eine Prozessor eingerichtet ist, um Programmcode aus dem Speicher zu laden und um den Programmcode auszuführen. Der mindestens eine Prozessor ist eingerichtet ist, um basierend auf dem Programmcode eine Strahlbewegungseinheit der Belichtungsvorrichtung anzusteu- ern, sodass diese den Strahlengang während des Belichtungsprozesses in Bezug auf die Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE bewegt. Der mindestens eine Prozessor ist ferner eingerichtet, um mindestens eines von einem einstellbaren optischen Elements der Belichtungsvorrichtung, das im Strahlengang angeordnet ist, der mindestens einen Lichtquelle, oder der Strahlbewegungseinheit anzusteuern, sodass während des Belichtungsprozesses zumindest eine einer Dosis und einer Polarisation des Lichts über der Zeit verändert wird.
Es wird auch ein entsprechendes Verfahren offenbart.
Beispielsweise könnte ein Diodenstrom durch eine Laserdiode variiert werden, um die Intensität des Lichts zu variieren.
Beispielsweise könnte eine Scangeschwindigkeit variiert werden, sodass die Verweildauer eines Lichtpunkts auf der Oberfläche (etwa bei gleicher Intensität des Lichts) variiert wird, sodass derart die Dosis erhöht oder erniedrigt wird.
Die oben dargelegten Merkmale und Merkmale, die nachfolgend beschrieben werden, können nicht nur in den entsprechenden explizit dargelegten Kombinationen verwendet werden, sondern auch in weiteren Kombinationen oder isoliert, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
FIG. 1 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Herstellung eines HOE.
FIG. 2 illustriert schematisch ein System zur Belichtung eines HOE im Rahmen einer Replikation eines Master-HOE gemäß verschiedenen Beispielen.
FIG. 3 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Erzeugen
FIG. 4 illustriert schematisch die Beleuchtung eines Master-HOE basierend auf einer entsprechenden Karte gemäß verschiedenen Beispielen.
FIG. 5 illustriert schematisch die Beleuchtung eines Master-HOE basierend auf einer entsprechenden Karte gemäß verschiedenen Beispielen.
FIG. 6 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Herstellung eines HOE durch Replikation eines Master-HOE.
FIG. 7 illustriert schematisch die Beleuchtung eines Master-HOE in einer Ziel-Oberflä- chenform gemäß verschiedenen Beispielen.
FIG. 8 illustriert schematisch die Beleuchtung des Master-HOE aus FIG. 7 in einer Belichtungs-Oberflächenform die von der Ziel-Oberflächenform abweicht, gemäß verschiedenen Beispielen.
FIG. 9 illustriert schematisch die Beleuchtung des Master-HOE aus FIG. 7 in der Belichtungs-Oberflächenform aus FIG. 8, wobei sich ein Bezugspunkt eines Strahlengangs von Licht entlang einer Trajektorie bewegt.
FIG. 10 zeigt einen Rolle-zu-Rolle-Prozess.
FIG. 11 illustriert schematisch einen Flachbrett-Replikationsprozess zur Belichtung eines HOE durch Replikation eines Master-HOE gemäß verschiedenen Beispielen.
FIG. 12 illustriert schematisch das Master-HOE aus FIG. 12 mit einer ebenen Beleuchtungs-Oberflächenform gemäß verschiedenen Beispielen. FIG. 13 ist eine Seitenansicht des Master-HOE aus FIG. 11.
FIG. 14 ist eine weitere Seitenansicht des Master-HOE aus FIG. 11 .
FIG. 15 illustriert Aspekte im Zusammenhang mit einer Strahlbewegungseinheit gemäß verschiedenen Beispielen.
FIG. 16 illustriert schematisch eine p-Polarisation.
FIG. 17 illustriert schematisch eine s-Polarisation.
FIG. 18 illustriert schematisch eine Belichtungsvorrichtung gemäß verschiedenen Beispielen.
FIG. 19 illustriert schematisch eine Belichtungsvorrichtung gemäß verschiedenen Beispielen.
FIG. 20 illustriert schematisch eine Belichtungsvorrichtung gemäß verschiedenen Beispielen.
FIG. 21 illustriert schematisch eine Belichtungsvorrichtung mit einem Sensor gemäß verschiedenen Beispielen.
FIG. 22 illustriert schematisch eine Belichtungsvorrichtung mit einem Sensor gemäß verschiedenen Beispielen.
FIG. 23 illustriert schematisch eine Belichtungsvorrichtung mit einem Sensor gemäß verschiedenen Beispielen.
FIG. 24 ist ein Flussdiagramm gemäß verschiedenen Beispielen, welches eine Intensitätsstabilisierung während des Belichtungsvorgangs auf einen z.B. zeitvariablen Soll-Intensitätswert ermöglicht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Die Figuren sind schematische Repräsentationen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung. In den Figuren dargestellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr sind die verschiedenen in den Figuren dargestellten Elemente derart wiedergegeben, dass ihre Funktion und genereller Zweck dem Fachmann verständlich wird. In den Figuren dargestellte Verbindungen und Kopplungen zwischen funktionellen Einheiten und Elementen können auch als indirekte Verbindung oder Kopplung implementiert werden. Eine Verbindung oder Kopplung kann drahtgebunden oder drahtlos implementiert sein. Funktionale Einheiten können als Hardware, Software oder eine Kombination aus Hardware und Software implementiert werden.
Nachfolgend werden Techniken zur Herstellung von HOE beschrieben. Beispielsweise können mittels der hierin beschriebenen Techniken Volumen-HOE oder Oberflächen- HOE hergestellt werden.
Die hierin beschriebenen Techniken beruhen auf der Replikation eines Master-HOE zur Herstellung eines replizierten HOE. Zur Herstellung des Master-HOE kann voran gelagert ein entsprechender Belichtungsprozess verwendet werden. Verschiedene hierin beschriebene Beispiele betreffen insbesondere die Belichtung des replizierten HOE, durch Replikation des Master-HOE.
Die Replikation kann z.B. durch ein scannendes Verfahren stattfinden. Ein Laserspot wird dabei durch ein schnell scannendes Element (etwa einen Scanspiegel) in eine Linie oder andere Form gebracht, die wiederum über das Master-HOE bewegt wird. In einer Momentaufnahme bewegt sich also ein Laserspot auf dem Master. Allgemeiner formuliert wird der Strahlengang des Lichts (das mehrere Komponenten, die unterschiedlichen Wellenlängen entsprechen, beinalten kann) während des Belichtungsprozesses von einer Strahlbewegungseinheit über die Oberfläche des Trägermaterials des Master-HOE bewegt. Während des Belichtungsprozesses werden durch Bewegung des Lichtpunkts also nach und nach unterschiedliche Bereiche des replizierten HOE belichtet. Verschiedene hierin beschriebenen Beispiele beruhen auf der Erkenntnis, dass es aus verschiedenen Gründen erstrebenswert sein kann, die Intensität und/oder die Polarisation des zur Belichtung verwendeten Lichts während des Belichtungsprozesses mittels eines einstellbaren optischen Elements zu variieren. Einige Szenarien sind in TAB. 2 aufgeführt.
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TAB. 2: Mehrere beispielhafte Szenarien für die Veränderung der Intensität und/oder der Polarisation über der Zeit während des Belichtungsprozesses. In praktischen Beispielen können die verschiedenen Szenarien miteinander kombiniert werden. Beispielsweise wäre es denkbar, dass die Polarisationsanpassung aus Szenario II für große Einfalls- winkel kombiniert wird mit der lokalen Intensitätsanpassung gemäß Szenario III, sodass Fresnel-Verluste zusätzlich durch eine Erhöhung der Leistung bei großen Einfallswinkeln erreicht wird.
Aus TAB. 2 ist also ersichtlich, dass beispielsweise unterschieden werden zwischen dem Szenario, bei dem ein imperfektes Master-HOE (z.B. Inhomogenität der Mischung der RGB-Komponenten des Lichts) ausgeglichen werden soll - Szenario I - und dem Fall, dass ein perfektes Master-HOE aus anderen Gründen (ortsaufgelöst) unterschiedlich belichtet werden soll, bspw. um Inhomogenitäten des Replikationsmaterials und/oder der späteren Beleuchtung auszugleichen - Szenario V. Eine Mischung beider Fälle ist ebenfalls denkbar. Für die Veränderung der Intensität des Lichts während der Belichtung können Modulationsfrequenzen im kHz-Bereich oder MHz-Bereich verwendet werden, welche z.B. durch akusto-optische Elemente wie akusto-optische Modulatoren (AOM) oder akusto-opti- sche Filter (AOTF) als Beispiele für einstellbare optische Elemente zur Veränderung der Intensität erreicht werden können. Eine solche Modulationsfrequenz ist genügend hoch, um die Intensität schnell im Vergleich auf die Bewegung des Lichtpunkts über die Oberfläche des Trägermaterials des Master-HOE zu verändern. Typischerweise wird die Strahlbewegungseinheit im kHz-Bereich angesteuert, also z.B. mit einigen 100 Hz. Als allgemeine Regel kann eine Ansteuerung der Strahlbewegungseinheit mit einer kleineren Signalbandbreite erfolgen, als die für die Ansteuerung des einstellbaren optischen Elements verwendete Signalbandbreite - z.B. kann ein Faktor 3 bis 4 zwischen den Signalbandbreiten liegen. Zusammenfassend kann eine entsprechende Signalbandbreite zur Ansteuerung des einstellbaren optischen Elements im Megahertz-Bereich liegen, beispielsweise wenn die Strahlbewegungseinheit mit einer Signalbandbreite im Kilohertz-Bereich angesteuert wird.
In einigen Varianten ist es denkbar, dass die Intensität während des Belichtungsprozesses mit einer Regelschleife verändert wird. Dies bedeutet, dass (mittels eines geeigneten Sensors, z. B. einer Fotodiode) ein Messwert erfasst werden kann, der die Intensität des zur Replikation des Master-HOE verwendeten Lichts angibt. Anhand dieses Messwerts kann dann überprüft werden, ob die Ist-Intensität des Lichts von einer Soll-Intensität abweicht. Diese Soll-Intensität kann, wie oben beschrieben, während des Belichtungsvorgangs variiert werden. Ein solche Regelschleife kann in Software und/oder Hardware implementiert werden. Beispielsweise kann die Soll-Intensität als Programmausgabe eines Software-Programms ausgegeben werden; und die Regelschleife kann dann in Hardware implementiert sein.
Auch für Veränderungen der Polarisation des Lichts während der Belichtung können Modulationsfrequenzen im MHz-Bereich verwendet werden, was z.B. durch eine Po- ckels-Zelle oder eine flexibel im Strahlengang einbringbare Lambda/2-Platte erreicht werden kann. Wie obenstehend im Zusammenhang mit einer Regelschleife für die Intensität ist es alternativ oder zusätzlich auch denkbar, dass eine Regelschleife für die Veränderung der Polarisation während des Belichtungsprozesses verwendet wird.
FIG. 1 illustriert ein Verfahren zur Herstellung eines replizierten HOE gemäß verschiedenen Beispielen.
In Box 3005 erfolgt die Herstellung eines Master-HOE. Dazu wird ein entsprechendes Fotopolymer belichtet, welches sich in oder auf einer Trägerschicht des Master-HOE befindet. Für die Belichtung kann ein Objektstrahl und ein Referenzstrahl entsprechenden Lichts verwendet werden, die phasenkohärent zueinander ausgebildet sind. Eine analoge Belichtung könnte erfolgen, bei der das Objekt den Objektstrahl erzeugt. Es könnte auch eine digitale Belichtung mit einem pixelierten Licht-Modulator und einem Stitching- Verfahren verwendet werden.
In FIG. 1 ist gezeigt, dass das Master-HOE (oder genauer genommen das Trägermaterial des Master-HOE) in Box 3005, also bei Belichtung des Master-HOE die Ziel-Oberflä- chenform 911 aufweist. Diese Ziel-Oberflächenform 911 wird in FIG. 1 beispielhaft und schematisch als gekrümmt dargestellt, könnte aber eine beliebige Form aufweisen.
Dann wird in Box 3010 das replizierte HOE belichtet, durch Replikation des Master- HOE. Es kann ein Rolle-zu-Rolle Prozess oder ein Flachbett-Kopierprozess verwendet werden.
In Box 3010 weist das Trägermaterial des Master-HOE sowie das Trägermaterial des replizierten HOE eine Belichtungs-Oberflächenform 912 auf; dieses wird beispielhaft in FIG. 1 als eben dargestellt, könnte aber auch eine Krümmung aufweisen.
Die Belichtungs-Oberflächenform 912 kann in manchen Beispielen verschieden sein von der Ziel-Oberflächenform 911. Dies kann durch Bewegung eines Bezugspunkts im Strahlengang auf einer gekrümmten Bahnkurve während des Belichtungsprozesses kompensiert werden. Dadurch kann insbesondere eine Variation des Einfallswinkels des Strahlengangs auf der Oberfläche des Trägermaterials erreicht werden. Nach dem Belichtungsprozess für die Trägerschicht des replizierten HOE wieder in der Ziel-Oberflächenform 911 fixiert, Box 3015.
FIG. 2 illustriert Aspekte im Zusammenhang mit einem System 50, welches für die Herstellung eines replizierten HOE 96 durch Replikation eines Master-HOE 92 verwendet werden kann. Das System 50 kann also insbesondere im Zusammenhang mit Box 3010 gemäß dem Verfahren aus FIG. 1 verwendet werden.
Das System 50 umfasst eine Belichtungsvorrichtung 59 sowie eine Steuerungsvorrichtung 51 für die Belichtungsvorrichtung 59. Die Steuerungsvorrichtung 51 (oder kurz Steuerung 51 ) umfasst einen Prozessor 191 und einen Speicher 192. Der Prozessor 191 kann Programmcode aus dem Speicher 192 laden und ausführen und dann basierend darauf eine Steuerung der Belichtungsvorrichtung 59 durchführen.
Die Belichtungsvorrichtung 59 umfasst eine Lichtquelle 52, zum Beispiel einen Laser.
Die Lichtquelle 52 sendet Licht entlang eines Strahlengangs 41 aus. Die Belichtungsvorrichtung 59 könnte beispielsweise mehrere Lichtquellen (nicht gezeigt) für unterschiedliche Komponenten des Lichts, die mit unterschiedlichen Wellenlängen assoziiert sind, umfassen. Die Belichtungsvorrichtung 59 könnte zum Beispiel drei Lichtquellen 52 für RGB-Komponenten des Lichts umfassen. Die Lichtquelle kann kohärentes Licht aussenden. Das Licht kann im sichtbaren Spektrum oder angrenzenden Wellenlängenbereichen, zum Beispiel im infraroten oder ultravioletten Teil des elektromagnetischen Spektrums angeordnet sein.
Das Licht beleuchtet ein Master-HOE 92, um derart ein repliziertes HOE 96 zu belichten. In FIG. 2 ist schematisch angedeutet, dass die Trägerschicht des Master-HOE 92 entlang der Trägerschicht des HOE 96 angeordnet ist.
Die Belichtungsvorrichtung 59 weist ein im Strahlengang optisches Element 54 auf. Das optische Element 54 kann die Intensität und/oder die Polarisation des Lichts verändern. Das optische Element ist einstellbar, das heißt die Veränderung der Intensität und/oder der Polarisation des Lichts kann eingestellt werden, das heißt insbesondere über der Zeit während des Belichtungsprozesses variiert werden. Beispiele für einstellbare optische Elemente 54 sind nachfolgend in TAB. 3 aufgeführt.
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TAB. 3: Mehrere Beispiele für die Implementierung des einstellbaren optischen Elements 54. Als allgemeine Regel könnte die Belichtungsvorrichtung 59 auch mehrere solche einstellbaren optischen Elemente beispielsweise in einer Reihenschaltung im Strahlengang 41 aufweisen (das ist aber in FIG. 2 nicht gezeigt).
Außerdem umfasst das System 50 auch eine Strahlbewegungseinheit 55. Diese kann z.B. ein oder mehrere motorisierte Stellglieder und ein im Strahlengang angeordnetes optisches Element (z.B. ein Spiegel und/oder ein Prisma und/oder eine Linse und/oder einen Scanspiegel) umfassen, das passiv oder aktiv sein kann, d.h. einstellbar sein kann oder fix orientiert. Die motorisierten Stellglieder können das optische Element gemäß mehreren Freiheitsgraden positionieren. Es kann möglich sein, ein oder mehrere translatorische Bewegungsfreiheitsgrade zu implementieren. Alternativ oder zusätzlich können ein oder mehrere rotatorische Bewegungsfreiheitsgrade implementiert werden. Dadurch kann der Strahlengang des Lichts bewegt werden. Das Stellglied könnte zum Beispiel durch einen Roboterarm mit mehreren verstellbaren Achsen implementiert werden. Es wäre auch eine Implementierung mittels eines mehrachsigen optischen Linearverstelltisches denkbar. Das Stellglied kann von der Steuerung 51 gesteuert werden. Mittels der Strahlbewegungseinheit 55 kann es möglich sein, den Strahlengang 41 während des Belichtungsprozesses in Bezug auf die Oberfläche der Trägerschicht des Mas- ter-HOE 96 zu bewegen. Beispielsweise kann es mittels der Strahlbewegungseinheit 55 möglich sein, den Strahlengang 41 zu scannen, was durch einen entsprechenden Austrittswinkel bzw. Scanwinkel 85 dargestellt ist. Alternativ oder zusätzlich kann es möglich sein, mittels der Strahlbewegungseinheit 55 einen Bezugspunkt 84, der entlang des Strahlengangs 41 angeordnet ist, auf einer gekrümmten Bahnkurve 61 (mit der gepunktet-gestrichelten Linie indiziert) zu bewegen.
Durch eine Bewegung des Strahlengangs 41 wird die Position eines entsprechenden Lichtpunkts 42 auf der Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE 96 während des Belichtungsprozesses verändert. Durch eine Bewegung des Strahlengangs 41 in Bezug auf das Master-HOE 96 kann der Einfallswinkel 89 des Strahlengangs 41 auf die Oberfläche der Trägerschicht des Mas- ter-HOE 96 während des Belichtungsprozesses verändert werden.
In FIG. 2 ist auch dargestellt, dass ein Sensor 57 vorhanden ist, der eingerichtet ist, um eine Intensität des Lichts im Bereich des Strahlengangs 41 zu messen. Der Sensor 57 ist optional. Der Sensor 57 kann zum Beispiel eine Fotodiode sein. Der Sensor 57 kann ein Signal ausgeben welches indikativ für die Intensität des Lichts ist. Der Sensor 57 kann also beispielsweise einen Lichtfluss oder Lichtleistung messen. Im Beispiel der FIG. 2 ist der Sensor 57 mit der Steuerung 51 verbunden. Der Sensor 57 könnte auch direkt mit der Lichtquelle 52 und/oder einem anderen einstellbaren Element zur Einstellung der Intensität (etwa einer Pockels-Zelle oder einem AOTF) verbunden sein. Basierend auf einem Messsignal des Sensors 57 ist es möglich, eine Überwachung der Belichtung zu implementieren. Das bedeutet, dass insbesondere die Lichtleistung für die Belichtung des HOE 92 überwacht werden kann. Eine geschlossene Regelschleife kann implementiert werden, die die Ansteuersignale für ein einstellbares optisches Element anpasst, um den Ist-Wert der Lichtleistung bei einem Soll-Wert der Lichtleistung zu regeln.
Zur Steuerung des einstellbaren optischen Elements 54 und/oder der Lichtquelle 52 und/oder der Strahlbewegungseinheit 55 kann die Steuerung Steuerdaten 401 verwenden. Insbesondere kann ein (Zeit-)synchronisierte Ansteuern des einstellbaren optischen Elements 54 sowie der Strahlbewegungseinheit 55 und optional der Lichtquelle 52 erfolgen. Das bedeutet, dass eine zeitkorrelierte Ansteuerung erfolgt, so dass beispielsweise je nach Position eines Lichtpunkts des Lichts auf der Oberfläche des Trägermaterials des Master-HOE eine unterschiedliche Einstellung des einstellbaren optischen Elements 54 gewählt wird. Es ist möglich, dass diese Steuerdaten 401 spezifisch einem bestimmten Master-HOE 96 zugeordnet sind. Das bedeutet, dass für unterschiedliche Master-HOE unterschiedliche Steuerdaten 401 verwendet werden können. Dies liegt daran, dass die Steuerdaten 401 konkret spezifische Eigenschaften des Mas- ter-HOE kompensieren können. Nachfolgend werden Details im Zusammenhang mit der Erzeugung der Steuerdaten 401 beschrieben. FIG. 3 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens. FIG. 3 illustriert Aspekte im Zusammenhang mit der Konfiguration eines Herstellungsverfahrens zur Herstellung eines HOE durch Replikation eines Master-HOE. FIG. 3 illustriert insbesondere Aspekte im Zusammenhang mit der Erzeugung von Steuerdaten für eine Belichtungsvorrichtung, mittels der das Master-HOE repliziert werden kann. Die Steuerdaten können beispielsweise die Steuerdaten 401 für die Belichtungsvorrichtung 59 sein. Insbesondere wird nachfolgend Bezug genommen auf die Erzeugung von Steuerdaten 401 , welche ein Ansteuern mindestens eines einstellbaren optischen Elements, vergleiche TAB. 3, ermöglichen. Durch die Erzeugung von Steuerdaten 401 kann die Intensität und/oder die Polarisation von Licht, dass von der Belichtungsvorrichtung zur Belichtung des Master-HOE zur Replikation verwendet wird, verändert werden. Dies kann aufgrund ein oder mehrerer Szenarien, wie sie beispielsweise in TAB. 2 aufgeführt sind, erfolgen.
Es ist insbesondere möglich, dass die Steuerdaten das Ansteuern der Strahlbewegungseinheit und des mindestens einen einstellbaren optischen Elements koppeln, d.h. dass der Lichtpunkt über die Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE bewegt wird und korreliert dazu die Polarisation und/oder die Intensität verändert werden.
Zunächst werden in Box 3805 ein oder mehrere Eingabedaten erhalten. Basierend auf den Eingabedaten kann dann in Box 3810 das Erzeugen der Steuerdaten erfolgen. Die Steuerdaten beinhalten Instruktionen für das mindestens einstellbare optische Element, so dass dieses während des Belichtungsprozesses zur Replikation des Master-HOE die Intensität und/oder die Polarisation des Lichts über der Zeit verändert.
Es sind unterschiedliche Typen von Eingabedaten denkbar, um die Steuerdaten zu bestimmen. Insbesondere können unterschiedliche Eingabedaten je nach Szenario aus TAB. 2 berücksichtigt werden. Nachfolgend sind in TAB. 4 einige Beispiele für zu berücksichtigen der Eingabedaten, die in Box 3805 erhalten werden können, beschrieben.
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TAB. 4: Verschiedene Beispiele für Eingabedaten, die zur Erzeugung von Steuerdaten für ein einstellbares optisches Element verwendet werden können. Die verschiedenen Beispiele können auch miteinander kombiniert werden.
Als allgemeine Regel können die Steuerdaten in Box 3810 in unterschiedlichen Phasen bestimmt werden. Das ist im Zusammenhang mit TAB. 5 beschrieben.
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TAB. 5: Verschiedene Varianten für Phasen, bei denen die Steuerdaten für eine maßgeschneiderte (engl. „tailored“) Beugungseffizienz des replizierten HOE erzeugt werden können. Solche Varianten können auch miteinander kombiniert werden. Es kann also insbesondere unterschieden werden, zwischen einem Fall, bei dem beim Hersteller der Master-HOE Messungen zur Charakterisierung des Master-HOE stattfinden, um derart
Steuerdaten zu erzeugen, die beispielsweise zusammen mit dem Master-HOE ausgeliefert werden (vgl. Beispiel I aus TAB. 5); und einem Fall, bei dem nach Auslieferung des Master-HOE an einen Anwender im Vorfeld oder zusammen mit der Herstellung des replizierten HOE eine Erzeugung des Steuerdaten stattfindet (vgl. Beispiele II und II aus TAB. 5). Diese Fälle können auch miteinander kombiniert werden, beispielsweise um unterschiedliche Szenarien gemäß TAB. 2 zu adressieren. Mittels der in FIG. 4 beschriebenen Techniken ist es möglich, die Steuerdaten optimiert zu erzeugen; wird beispielsweise bei einem schlechten Master-HOE und daraus resultierenden schlechten Interferenzkontrasten eine zu hohe Dosis belichtet (durch zu hohe Wahl der Intensität oder falsche Veränderung der Polarisation), kann es lokal zum umgekehrten Effekt und einem Einbruch der Beugungseffizienz im replizierten HOE kommen, da die Brechungsindexmodulation des Materials wieder „ausbelichtet“ wird. Durch geeignete Bestimmung der Steuerdaten kann das vermieden werden.
Wenn die Steuerdaten bestimmt sind, kann anschließend die Belichtung des HOE erfolgen, durch Replikation des Master-HOE. Das ist im Zusammenhang mit FIG. 6 offenbart.
FIG. 6 illustriert ein beispielhaftes Verfahren. Das Verfahren der FIG. 6 dient der Herstellung eines replizierten HOE. Insbesondere betrifft das Verfahren der FIG. 6 den Replikationsprozess, vergleiche FIG. 1 : Box 3010. Beispielsweise könnte das Verfahren aus FIG. 6 von einer Steuerung implementiert werden, beispielsweise von der Steuerung 51 des Systems 50 aus FIG. 2. Zum Beispiel könnte der Prozessor Programmcode 191 aus dem Speicher 192 laden und ausführen, um das Verfahren aus FIG. 6 auszuführen.
In Box 3105 wird eine Lichtquelle, beispielsweise einem Laser, angesteuert, um Licht entlang eines Strahlengangs auf ein Master-HOE auszusenden. Beispielsweise könnte die Lichtquelle so angesteuert werden, dass diese während eines Belichtungsprozesses kontinuierlich Licht mit einer bestimmten Lichtstärke aussendet. Die Lichtquelle könnte auch abwechselnd an und ausgeschaltet werden. Dies kann zum Beispiel dann hilfreich sein, wenn ein Schritt-Betrieb für das Bewegen des Strahlengangs auf der Oberfläche der Trägerschicht, das heißt im Beispiel Bewegen des Lichtpunkts zwischen zwei unterschiedlichen Positionen oder zwei Scan-Linien, erfolgt.
In Box 3110 kann eine Strahlbewegungseinheit (vergleiche Strahlbewegungseinheit 55) angesteuert werden, um einen Strahlengang in Bezug auf die Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE zu bewegen. Beispielsweise könnte der Einfallswinkel zusammen mit der Position verändert werden, wenn eine Scanlinie durch einen Scanspiegel abgefahren wird. Es könnte auch eine komplexere Bewegung erfolgen, bei der ein Bezugspunkt auf einer gekrümmten Trajektorie bewegt wird. Dazu könnte z.B. ein Roboterarm angesteuert werden.
In Box 3115 kann das einstellbare optische Element angesteuert werden, um die Intensität und/oder die Polarisation des Lichts zu verändern. Beispielsweise könnten die Intensität und/oder die Polarisation zwischen zwei endlichen Werten die >0 sind verändert werden. Es könnte eine gestufte Veränderung erfolgen, immer dann, wenn die Lichtquelle ausgeschaltet ist und/oder der Strahlengang bewegt wird oder bewegt wurde, vergleiche Box 3105. Boxen 3105, 3110 und 3115 können also synchronisiert durchgeführt werden.
Zum Einstellen der Intensität wäre es denkbar, dass eine Sollvorgabe für die Intensität, die im Rahmen einer Regelschleife berücksichtigt wird, angepasst wird. Es ist aber nicht in allen Varianten notwendig, eine Regelschleife zu verwenden: auch eine nichtgeregelte Veränderung der Intensität ist denkbar. Aspekte im Zusammenhang mit einer Variante mit Regelschleife werden später im Zusammenhang mit FIG. 24 beschrieben. Nachfolgend werden Aspekte im Zusammenhang mit der Strahlbewegungseinheit erläutert. Die Strahlbewegungseinheit kann in manchen Beispielen eine gekrümmte Bahnkurve 61 für den Bezugspunkt 84 erzeugen (cf. FIG. 2; Box 3110). Die gekrümmte Bahnkurve 61 kann je nach Master-HOE 92 verschieden sein. Dadurch verändert sich insbesondere der Einfallswinkel 89, aber auch z.B. Position des Lichtpunkts auf der Oberfläche des Trägermaterials des Master-HOE. Diese Abhängigkeit der gekrümmten Bahnkurven 61 vom verwendeten Master-HOE hat den Hintergrund, dass je nach Mas- ter-HOE 92 unterschiedliche Ziel-Oberflächenformen 911 verwendet werden können (wobei der Belichtungsprozess zur Replikation jeweils in derselben Belichtungs-Oberflächenform 912 stattfinden kann, weil diese Belichtungs-Oberflächenform 912 durch den verwendeten Replikationsprozess diktiert wird). Entsprechend erfolgt eine unterschiedliche Kompensation durch die gekrümmte Bahnkurve 61. Dies wird nachfolgend im Zusammenhang mit FIG. 7, FIG. 8 und FIG. 9 erläutert. FIG. 7 illustriert Aspekte in Bezug auf die Ziel-Oberflächenform 911. FIG. 7 illustriert Master-HOE 92 auf der entsprechenden Trägerschicht 91 , welche die Ziel-Oberflächen- form 91 aufweist.
Das Master-HOE 92 implementiert im Beispiel der FIG. 7 eine optische Funktionalität eines außeraxialen Paraboloid-Spiegel, der von einer Punktlichtquelle beleuchtet wird. Ein einfallendes divergentes Strahlbündel 81 wird in ein paralleles Strahlbündel 82 überführt. Das ist nur eine beispielhafte optische Funktionalität und ein breites Spektrum unterschiedlicher optischer Funktionalitäten ist grundsätzlich denkbar.
In jedem Fall soll das replizierte HOE 96 die entsprechende optische Funktionalität implementieren, wenn das replizierte HOE 96 dieselbe Ziel-Oberflächenform 911 aufweist.
Bei Belichtung des replizierten HOE 96 (vergleiche FIG. 1 : Box 3010) weist das replizierte HOE 96 und das Master-HOE 92, jedoch die Belichtungs-Oberflächenform 912 auf. Diese ist in FIG. 8 gezeigt.
Die Transformation zwischen der Ziel-Oberflächenform 911 und der Belichtungs-Oberflächenform 912 bewirkt eine Veränderung der Beugungsstruktur des Master-HOE 92; diese Veränderung der Beugungsstruktur kann entsprechend in eine Veränderung der Strahlen des einfallenden Strahlbündels 81# und der Strahlen des ausfallenden Strahlenbündels 82# übersetzt werden: Diese Strahlbündel 81# und 82# werden in der Zeichenebene „aufgezogen“, genauso wie die Beugungsstruktur.
Verschiedene Beispiele beruhen auf der Erkenntnis, dass zur Herstellung des replizierten HOE 96 bei Verwendung der Belichtungs-Oberflächenform 912 der Strahlengang 41 des zur Belichtung verwendeten Lichts die Strahlen des angepassten Strahlbündel des 81# (vgl. FIG. 8) nachbilden sollen, um derart die optische Funktionalität des replizierten HOE 96 gemäß FIG. 7 (dort für das Master-HOE 92 gezeigt) bei Vorliegen der Ziel- Oberflächenform 911 zu gewährleisten. Das ist in FIG. 9 gezeigt.
FIG. 9 illustriert Aspekte im Zusammenhang mit einem Flachbett-Replikationsprozess zur Replikation des Master-HOE 92, zur Belichtung des replizierten HOE 96. In FIG. 9 ist dargestellt, dass sich die Trägerschicht 91 des Master-HOE 92 während der Belichtung des replizierten HOE 96 parallel zur Trägerschicht 95 des replizierten HOE 96 erstreckt. Zur Belichtung des replizierten HOE 96 wird das Master-HOE 92 mit Licht entlang der Strahlen 81# beleuchtet; aus FIG. 9 ist ersichtlich, dass der Einfallswinkel 89 dieser Strahlen 81# als Funktion der Position des entsprechenden Lichtpunkts auf dem Master-HOE 92 variiert, was durch Verwendung der gekrümmten Bahnkurve 61 des Bezugspunkts 84 entlang des Strahlengangs 41 und optional durch Veränderung des Austrittswinkels des Lichts aus dem Bezugspunkts 84 (etwa durch Verwendung eines Scan- Spiegels) erreicht wird. Wenn sich das replizierte HOE 96 dann in der Anwendung befindet und die Ziel-Oberflächenform 911 aufweist, kann wiederum eine Beleuchtung mit anderen Strahlenbündeln (in FIG. 9 mit den gestrichelten Pfeilen dargestellt) erfolgen, wie voranstehend bereits in Zusammenschau der FIGs. 7 und 8 beschrieben.
FIG. 10 illustriert Aspekte im Zusammenhang mit einem Rolle-zu-Rolle-Replikationspro- zess zur Replikation des Master-HOE 92, das heißt zur Belichtung des replizierten HOE 96. In FIG. 10 ist links ein Schnitt durch das Master-HOE 92 gezeigt, wenn dieses die Ziel-Oberflächenform 911 aufweist, also wenn es hergestellt wird (vgl. Box 3005 in FIG. 1). Außerdem sind dort die entsprechenden Strahlen 81-1 - 81-4 eines Strahlenbündels gezeigt, welches zur Belichtung verwendet wird, welche später bei Anwendung des replizierten HOE 96 zur Beleuchtung des replizierten HOE 96 verwendet wird.
Beim Rolle-zu-Rolle-Replikationsprozess (vgl. Box 3010 in FIG. 1) wird das Master-HOE 92 auf einer Walze 71 aufgebracht und die entsprechenden Strahlen 81 #-1 - 81#-4 des Strahlengangs 41 des Lichts, welche zur Beleuchtung des Master-HOE 92 verwendet werden, werden mit zunehmende Rotation der Walze 71 durch eine Bewegung 21 des Bezugspunkts 84 und einen entsprechend veränderten Austrittswinkel 85 des Lichts aus dem Bezugspunkts 84 (z.B. erreicht durch Verkippung 22 eines entsprechenden Spiegels, der im Bezugspunkt 84 angeordnet ist) erreicht. Dadurch wird also während des Belichtungsprozesses des replizierten HOE (welches auf einer weiteren Walze 72 aufgebracht ist und aus Gründen der Übersichtlichkeit in FIG. 10 nicht gezeigt ist) durch die gekrümmte Bahnkurve die Krümmung des Trägermaterials 91 des Master-HOE 92 kompensiert. Voranstehend wurden Techniken im Zusammenhang mit der Bewegung des Bezugspunkts 84 erläutert. Außerdem wurde erläutert, wie der Austrittswinkel 89 verändert werden kann. Es ist optional möglich, die Bewegung des Bezugspunkts 84 entlang der gekrümmten Bahnkurve 61 zu synchronisieren mit einem Scannen des Lichtstrahls 41. Im Gegensatz zu einer Veränderung des Austrittswinkels 89, wie sie voranstehend diskutiert wurde, kann das Scannen des Lichtstrahls 41 durch eine periodische Scanbewegung implementiert werden.
Beispielsweise könnte der Bezugspunkt 84 einen Mittelpunkt der Scanbewegung 53 markieren. Aspekte im Zusammenhang mit dem Scannen sind nachfolgend im Zusammenhang mit FIG. 11 und FIG. 12 dargestellt.
FIG. 11 zeigt ein Master-HOE 92, welches beispielhaft die optische Funktionalität eines außeraxialen Parabolspiegels implementiert. FIG. 11 zeigt das Master-HOE 92 in der Ziel-Oberflächenform 911 ; FIG. 12 zeigt dasselbe Master-HOE 92 in der Belichtungs- Oberflächenform 912. Aus FIG. 11 ist ersichtlich, dass das Master-HOE 92 in der Ziel- Oberflächenform 911 eine eindimensionale Krümmung entlang einer Krümmungsachse 199 aufweist.
Das bedeutet, dass zwischen der Ziel-Oberflächenform 911 und der Belichtungs-Oberflächenform 912 durch eine eindimensionale Krümmungsoperation entlang der Krümmungsachse 199 vermittelt werden kann (eine Krümmung senkrecht zur Krümmungsachse 199 wird nicht verändert). Entsprechendes gilt (in inverser Form) auch für das Beispiel der FIG. 8. Allgemein formuliert findet also ein Übergang zwischen einer eindimensionalen Krümmung der Trägerschicht 91 des Master-HOE und eine ebenen Ausgestaltung der Trägerschicht 91 des Master-HOE 92 statt.
Die Scanrichtung 36 der Scanbewegung 53 eines gescannten Lichtpunkts 49 auf dem Master-HOE 92 mittels des Scanspiegels ist senkrecht zur Krümmungsachse 199 orientiert, vergleiche FIG. 12. Dies liegt daran, dass senkrecht zur Krümmungsachse 199 keine Verschiebung des Ursprungs des Scanbewegung 53 erfolgen muss, weil in dieser Richtung 36 keine Transformation der Krümmung der entsprechenden Oberfläche vorliegt. Das Beispiel der FIG. 12 entspricht also einem Zeilen-Scanner.
Überlagert mit der Scanbewegung 53 entlang der Scanrichtung 36 erfolgt die Bewegung des Bezugspunkts 84 entlang der gekrümmten Bahnkurve 61 . Dies verschiebt den Lichtpunkt 49 entlang der Richtung 37. Die entsprechende Bewegung 21 weist eine Komponente entlang einer Achse 37 auf, die senkrecht zur Scanrichtung 36 (und damit parallel zur Krümmungsachse 199) entlang der Richtung 37 orientiert ist.
In FIG. 12 ist auch die (nicht gescannte) Veränderung des Austrittswinkels 85 durch eine entsprechende Ansteuerung der Strahlbewegungseinheit gezeigt. In manchen Beispielen könnte ein zweidimensionaler Scanspiegel verwendet werden, um sowohl das Scannen (d.h. eine periodische Bewegung um einen Scanmittelpunkt) entlang der Scanrichtung 36 zu implementieren, wie auch die nicht gescannte Veränderung des Austrittswinkels 85, zum Beispiel durch eine entsprechende Verkippung 22 im Bezugspunkt 84. Ein entsprechendes Szenario wurde im Zusammenhang mit FIG. 2 diskutiert; der Scanspiegel kann dann im Bezugspunkt 84 angeordnet sein.
Im Beispiel der FIG. 12 könnte das Scannen mit einer festen Scanfrequenzen einer festen Scanamplitude erfolgen, so dass der gesamte Bereich zwischen den beiden Kanten des Master-HOE 92 vom Lichtpunkt 49 überstrichen wird. In einem solchen Beispiel könnte insbesondere ein resonant getriebener Scanspiegel verwendet werden.
Dabei ist es nicht in allen Beispielen erforderlich, die Scanbewegung 53 zu implementieren. Beispielsweise könnte auch mindestens ein optisches Element im Bezugspunkt 84 angeordnet sein, welches bewirkt, dass der Lichtpunkt 49# des Lichts auf dem Master- HOE 92 entlang der Richtung 36 aufgeweitet wird (vergleiche Lichtpunkt 49 mit Lichtpunkt 49#). Dann werden die andernfalls gescannten Zeilen integriert belichtet.
FIG. 13 und FIG. 14 sind Seitenansichten aus senkrecht zueinander orientierten Perspektiven für das Szenario der FIG. 10.
FIG. 15 zeigt eine beispielhafte Implementierung der Strahlbewegungseinheit 55. Strahlbewegungseinheit 55 umfasst einen Roboterarm 231. Eine Glasfaser 212 führt das Licht vom Laser 52 zum bewegten Ende des Roboterarms 231 . Dort wird das Licht ausgekoppelt durch eine Auskoppeleinheit 281 , die zum Beispiel eine entsprechende Linse (GRIN-Linse) usw. umfassen kann. Die Auskoppeleinheit 281 kann polarisationserhaltend ausgebildet sein. Außerdem ist am bewegten Ende des Roboterarms 231 ein zweidimensionaler Galvo-Scanner 261 angeordnet; dieser implementiert sowohl die Verkippung 22 zum nicht-scannenden Verändern des Austrittswinkels 85, mit dem das Licht den Bezugspunkt 84 verlässt; wie auch die Scanbewegung.
In FIG. 15 ist auch gezeigt, wie sich der Einfallswinkel 89 während des Belichtungsprozesses verändern kann, weil der Strahlengang 41 von der Strahlbewegungseinheit 55 über die Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE bewegt wird. Dadurch kann sich die Orientierung der Polarisation 641 des Lichts in Bezug auf die Oberfläche der Trägerschicht des Master- HOE 92 verändern. Beispielsweise könnte statt einer s-Polarisation eine p-Polarisation auftreten, vergleiche FIG. 16 und FIG. 17 (wird der Strahlengang um eine Rotationsachse gedreht, die nicht koinzident mit der Polarisationsrichtung ist, so verändert sich der Winkel der Polarisationsrichtung in Bezug auf die Oberflächennormale der Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE). Dies würde die Replikationseffizienz beeinflussen und kann, wie voranstehend beschrieben wurde, durch Anpassung der Polarisation und/oder der Intensität kompensiert werden.
FIG. 18 ist eine schematische Illustration der Belichtungsvorrichtung 59 gemäß verschiedenen Beispielen. Die Belichtungsvorrichtung 59 umfasst im dargestellten Beispiel mehrere Laser 311-313 für unterschiedliche Wellenlängen-Komponenten des Lichts. Die Laser 311-313 implementieren eine Mehrfarben-Lichtquelle. Über Lichtwellenleiter werden entsprechende Komponenten des Lichts zu einem Strahlvereinigungselement 331 geführt, welches die entsprechenden Teilstrahlengänge dann zusammenführt.
Im Strahlengangstrahl abwärts von dem Strahlvereinigungselement 331 ist dann ein A- OTF 332 angeordnet, der ein einstellbares optisches Element implementiert. Außerdem ist eine Pockels-Zelle 333 angeordnet, die auch ein einstellbares optisches Element implementiert. Dadurch kann die Intensität bzw. die Polarisation des Lichts angepasst werden. Es ist noch eine Wellenplatte 334 vorgesehen und anschließend der Scan-Spiegel 261 sowie Umlenk-Spiegel 336,337. (Beispielsweise ein Roboterarm, so ferner verwendet wird, ist in FIG. 17 nicht dargestellt).
Der AOTF 332 filtert Licht mithilfe von Schallwellen. Dies geschieht durch den Prozess der akusto-optischen Wechselwirkung in einem geeigneten Medium, häufig einem Kristall. Wenn eine Schallwelle durch den Kristall propagiert, führt sie zu periodischen Dichteänderungen im Material. Diese Dichteänderungen führen zu einer periodischen Änderung des Brechungsindex des Mediums. Wenn Licht durch den Kristall mit den periodisch veränderten Brechungsindizes hindurchgeht, wird es gebeugt, ähnlich wie Licht, das durch ein Gitter geht. Es entstehen mehrere Komponenten des Lichts; diese entsprechen den verschiedenen Beugungsordnungen, insbesondere der O. Beugungsordnung und der 1. Beugungsordnung. Typischerweise wird lediglich die 1. Beugungsordnung verwendet, um das Master-HOE zu replizieren.
Anstatt einer einzelnen Pockels-Zelle 333 wie im Beispiel der Fig. 18 gezeigt, wäre es denkbar, mehrere Pockels-Zellen vorzusehen, z.B. eine für jeden Teil Strahlengang zwischen dem Strahlvereinigungselement 331 und den Lichtquellen 311 -313. Dann kann die Polarisation für die verschiedenen Wellenlängen-Komponenten des Lichts separat eingestellt werden.
FIG. 19 zeigt eine Variation der Belichtungsvorrichtung 59 aus FIG. 18. Anstatt des A- OTF 332 werden nunmehr AOM 341 , 342, 343 verwendet. Diese sind strahl aufwärts vom Strahlvereinigungselement 331 angeordnet und jeweils den Lasern 311-313 zugeordnet (in FIG. 20 sind die AOM 341 , 342, 343 in die Laser 311 -313 integriert).
Während in FIG. 19 und FIG. 20 keine Pockels-Zelle gezeigt ist, könnte auch eine Pockels-Zelle verwendet werden.
Nachfolgend werden Aspekte im Zusammenhang mit einer Leistungsüberwachung beschrieben. Mittels der Leistungsüberwachung kann sichergestellt werden, dass die Intensität des Lichts während des Belichtungsvorgangs einer Vorgabe entspricht. Die Intensität des Lichts kann gemäß einem zeitvariablen Soll-Wert verändert werden. Eine Regelung der Lichtintensität ist möglich. Um eine korrekte Einstellung der Intensität des Lichts zu gewährleisten, kann die Intensität des Lichts während des Replikationsprozesses / Belichtungsprozesses überprüft werden.
Verschiedene Beispiele beruhen auf der Erkenntnis, dass eine Messung des Nutzstrahls im laufenden Belichtungsprozess nicht einfach möglich ist: Durch klassische Sensoren wird der Strahl während der Messung geblockt. Um dennoch eine Messung der Lichtintensität zu ermöglichen, gibt es verschiedene Varianten.
In einer Variante wird mittels eines Strahlteilers, z.B. einem 90:10 Strahlteiler, oder mittels einer anderen Optik ein Teil der Leistung des Nutzstrahls abgeleitet und zur Messung genutzt. Ein entsprechender Sensor (vgl. FIG. 1 : Sensor 57) ist dann in dem abgezweigten Teilstrahl angeordnet. Dadurch geht jedoch Leistung aus dem Nutzstrahl verloren.
Es kann erstrebenswert sein, die Intensität des Nutzstrahls indirekt zu messen. Dadurch wird vermieden, dass Leistung des Nutzstrahls (also desjenigen Teils des Lichts, der zur Replikation des Master-HOE verwendet wird) reduziert wird. Solche Varianten sind nachfolgend gezeigt.
Eine Variante der Belichtungsvorrichtung 59 ist in FIG. 21 gezeigt. FIG. 21 entspricht grundsätzlich FIG. 18 (Elemente, die bereits in Bezug auf FIG. 18 erläutert wurden, werden nicht erneut erläutert). Beim AOTF 332 werden die einfallenden überlagerten Strahlen in eine 0. Beugungsordnung 800 und eine 1. Beugungsordnung 801 aufgeteilt (die Bezugszeichen 800, 801 bezeichnen die entsprechenden Strahlengänge). Die 1. Beugungsordnung 801 ist die eingestellte Wunschleistung und in der 0. Beugungsordnung 800 befindet sich die übrige Leistung. Je nach Typ und Bauform kann der AOTF 332 so eingerichtet sein, dass z.B. die 1. Beugungsordnung 801 (d.h. der Nutzstrahl) dispersionskorrigiert ist. D.h. alle Wellenlängen der 1. Beugungsordnung 801 treten unter demselben Winkel aus dem AOTF 332 aus. Die 0. Beugungsordnung 800 beinhaltet die Restleistung, wobei die Winkel der Wellenlängen leicht unterschiedlich sind. Eine weitere Eigenschaft der Filter ist der Polarisationszustand der beiden Beugungsordnungen 800, 801 , welche 90° zueinander linear polarisiert sind. Im Beispiel FIG. 21 ist die 1. Beugungsordnung 801 in Bezug auf das Fenster p-polarisiert, während die 0. Ordnung s-polarisiert ist.
Eine Möglichkeit, die Leistung zu überwachen, ohne in den Nutzstrahl - d.h. die erste Beugungsordnung 801 - einzugreifen, ist, das Licht der 0. Beugungsordnung 800 während des Belichtungsprozesses zu messen. Da die Leistung in der 1. Beugungsordnung 801 der O. Beugungsordnung 800 fehlt, besteht ein invers proportionaler Zusammenhang zwischen der Nutzleistung und dem Messwert des Sensors 57 der 0. Beugungsordnung 800. Durch einen Abgleich (Kalibrierung) der beiden Beugungsordnungen 800, 801 kann also die 1. Beugungsordnung 801 anhand der Messung der 0. Beugungsordnung 800 geregelt werden. Es wird also eine indirekte Messung der Intensität des Nutzstrahls (1. Beugungsordnung 801) verwendet.
Durch die geringe Winkeldifferenz zwischen 0. Beugungsordnung 800 und 1. Beugungsordnung 801 (ggf. wenige Grad) wird jedoch ein langer Strahlweg benötigt, um die Strahlen ausreichend zu trennen. Das ist in FIG. 21 ersichtlich, wo der Sensor 57 in großem Abstand zum AOTF 332 angeordnet ist, sodass das Licht der 1. Beugungsordnung 801 am Sensor 57 vorbeilaufen kann.
In FIG. 21 sind weitere optische Elemente (die im Strahlengang des Lichts der 1. Beugungsordnung 801 stromabwärts angeordnet sind), wie beispielsweise eine Pockels-Zelle oder ein Umlenk-Spiegel (vergleiche FIG. 18: Pockels-Zelle 333, Umlenk-Spiegel 261 usw.) nicht gezeigt. Die verschiedenen weiteren optischen Elemente können gemäß den verschiedenen hierin beschriebenen Varianten ausgeführt sein.
Eine kompaktere Variante als in FIG. 21 mit Sensor 57 der Belichtungsvorrichtung 59 ist in FIG. 22 gezeigt. Dabei entspricht FIG. 22 grundsätzlich der FIG. 21. In FIG. 22 ist entlang des Strahlengangs des Lichts hinter dem AOTF 332 ist ein polarisierender Strahlteiler 820 vorhanden. Der AOTF 332 ist derart orientiert, dass die 1. Beugungsordnung 801 senkrecht polarisiert ist. Das Licht der 1. Beugungsordnung 801 wird dadurch umgelenkt und in das restliche Optiksystem gekoppelt (wie in FIG. 21 nicht gezeigt, aber gemäß der übrigen Offenbarung variabel konfigurierbar), wohingegen die 0. Beugungsordnung 800 geradeaus durch den polarisierenden Strahlteiler 820 auf einen Leistungs- messkopf des Sensors 57 gelangt. Es kann somit ohne Eingriff in die 1. Beugungsordnung 801 die Intensität des Lichts der 1. Beugungsordnung während des Belichtungsprozesses mittels Messung der Intensität des Lichts der 0. Beugungsordnung 800 ermittelt werden (also wiederum eine indirekte Messung). Der Nachteil dieser Variante der FIG. 22 tritt bei besonders großen Laserleistungen z.B. größer als einige 100mW auf: Es kann notwendig sein, einen Sensor 57 zu verwendet, der die Intensität thermisch bestimmt; die Messfrequenz ist dann sehr niedrig. Es kann unter Umständen ein Neutraldichtefilter o.ä. eingesetzt werden, welche entweder zu Rückreflexen führen oder aber bei absorptiven Filtern ggf. zerstört werden könnten. Um diese Nachteile zu lindem oder zu beheben, kann die Variante in FIG. 23 verwendet werden.
Die Variante der FIG. 23 entspricht grundsätzlich der Variante der FIG. 21 bzw. der Variante der FIG. 22.
Entlang des Strahlengangs des Lichts hinter dem AOTF 332 wird eine optische Platte 811 (also ein Fenster z.B. aus bk7, Quarzglas etc.) in einem Winkel positioniert, sodass die 1. Beugungsordnung 801 p-polarisiert im Brewster-Winkel (ca. 57° für bk7) auf die optische Platte trifft. Dadurch passiert die 1. Beugungsordnung das Fenster nahezu ohne Reflexi- onsverluste (das ist indiziert durch den ausgekreuzten Reflexionsstrahl 815). Die 0. Beugungsordnung 800 dagegen weist aufgrund ihrer Polarisation und dem veränderten Winkel keinen Brewster-Effekt auf und wird nach den üblichen Fresnel-Formeln reflektiert. Die ca. 5-15% Reflexion können mit dem Sensor 57 erfasst werden, da es sich nur um einen Bruchteil der hohen Laserleistung handelt. Es sind also schnelle Sensoren verfügbar. Die übrige Leistung passiert das Fenster und kann auf sichere Weise in eine dafür vorgesehene Strahlfalle/Absorber 812 geleitet werden. Falls erforderlich, kann durch eine keilförmige Ausgestaltung der optischen Platte 811 der Winkel von 0. Beugungsordnung 800 und 1. Beugungsordnung 801 zueinander vergrößert werden, um eine schnellere Trennung der Strahlen zu erreichen.
Voranstehend wurden verschiedene Aspekte im Zusammenhang mit einer Implementierung des einstellbaren Elements mittels AOTF 332 beschrieben. Es wäre aber auch denkbar, dass das einstellbare Element mittels eines AOM implementiert wird. Auch hier treten verschiedene Beugungsordnungen auf, die wie obenstehend beschrieben einmal für die Replikation und einmal für die Messung der Intensität verwendet werden können.
FIG. 24 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens. Das Verfahren in FIG. 24 dient zur Steuerung der Lichtintensität während eines Belichtungsprozesses, der zur Replikation eines Master-HOE verwendet wird. Das Verfahren nach FIG. 24 kann daher Teil der Box 3010 nach FIG. 1 sein.
Beispielsweise kann das Verfahren aus FIG. 24 von einer Steuerung ausgeführt werden. Beispielsweise kann das Verfahren aus FIG. 24 durch die Steuerung 51 aus FIG. 2 implementiert werden. Es ist denkbar, dass das Verfahren aus FIG. 24 teilweise in Software und teilweise in Hardware oder nur in Software oder nur in Hardware implementiert ist. Beispielsweise kann eine Implementierung in Hardware verwendet werden, wenn eine besonders schnelle Regelung der Lichtintensität während des Belichtungsvorgangs gewünscht ist.
In der Box 5005 wird der Belichtungsvorgang gestartet. Das bedeutet, dass eine Lichtquelle (siehe z. B. FIG. 2: Lichtquelle 52) angesteuert wird, um Licht auszusenden. Es kann auch eine Strahlbewegungseinheit und/oder mindestens ein optisches Element angesteuert werden. Entsprechende Aspekte wurden vorstehend im Zusammenhang mit dem Verfahren nach FIG. 6 erläutert.
In Box 5010 wird ein aktueller Soll-Intensitätswert empfangen. Beispielsweise kann der entsprechende Soll-Intensitätswert für Steuerdaten angezeigt werden. Verschiedene Aspekte im Zusammenhang mit Steuerdaten 401 wurden oben beschrieben.
In Box 5015 wird der Ist- Intensitätswert des für die Replikation des Master-HOE verwendeten Lichts gemessen. Hierzu können entsprechende Messwerte von einem Sensor, z. B. einer Photodiode, gewonnen werden. Der Sensor wird vorzugsweise in der Nähe des zu belichtenden HOE angeordnet. Aspekte im Zusammenhang mit einem entsprechenden Sensor 57 wurden vorstehend im Zusammenhang mit FIG 2 sowie den Varianten der FIG 21 , FIG 22 und FIG 23 beschrieben. In der Box 5020 kann dann ein Steuersignal basierend auf einer Abweichung zwischen dem Soll-Intensitätswert der aktuellen Iteration der Box 5010 und dem Ist-Intensitätswert der aktuellen Iteration der Box 5015 gesetzt werden. Insbesondere kann das Steuersignal so eingestellt werden, dass die Abweichung verringert wird. Zum Beispiel kann ein PID-Regler zur Ermittlung des Steuersignals verwendet werden. Das Steuersignal kann auf verschiedene Weise verwendet werden, um die Intensität zu steuern. Beispielsweise könnte eine Pockels-Zelle angesteuert werden. Es ist aber alternativ oder zusätzlich auch denkbar, dass die Lichtquelle selbst angesteuert wird. Es könnte auch ein AOTF angesteuert werden (vgl. FIG. 21 , FIG. 22, FIG. 3: AOTF 332) oder ein AO M.
Box 5025 prüft, ob der Belichtungsvorgang abgeschlossen ist. Wenn der Belichtungsvorgang noch nicht abgeschlossen ist, wird eine weitere Iteration 5026 durchgeführt. In einer weiteren Iteration 5026 von Box 5010 wird ein weiterer Soll-Intensitätswert erhalten usw.. Wenn der Belichtungsprozess in Box 5025 beendet ist, wird der Prozess in Box 5030 beendet.
Zusammenfassend wurden insbesondere die folgenden BEISPIELE beschrieben: BEISPIEL 1. Steuerungsvorrichtung (51) für eine Belichtungsvorrichtung (59) zur Herstellung eines holographisch optischen Elements, HOE, (96) durch Replikation eines Master-HOE (92) im Rahmen eines durch die Belichtungsvorrichtung (59) ausgeführten Belichtungsprozesses, wobei der Belichtungsprozess Licht verwendet, das von mindestens einer Lichtquelle (52) der Belichtungsvorrichtung während des Belichtungsprozesses entlang eines Strahlengangs (41) hin zu einer Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE (92) ausgesendet wird, wobei während des Belichtungsprozesses eine Trägerschicht des Master-HOE (92) entlang einer Trägerschicht des HOE angeordnet ist, wobei die Steuerungsvorrichtung (51) mindestens einen Prozessor (191) und einen Speicher (192) umfasst, wobei der mindestens eine Prozessor (191) eingerichtet ist, um Programmcode aus dem Speicher (192) zu laden und um den Programmcode auszuführen, wobei der mindestens eine Prozessor (191) eingerichtet ist, um basierend auf dem Programmcode die folgenden Schritte auszuführen: - Ansteuern einer Strahlbewegungseinheit (55) der Belichtungsvorrichtung (59), sodass diese den Strahlengang (41) während des Belichtungsprozesses in Bezug auf die Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE (92) bewegt, und
- Ansteuern mindestens eines einstellbaren optischen Elements (54) der Belichtungsvorrichtung (59), das im Strahlengang (41) angeordnet ist, sodass das mindestens eine einstellbare optische Element (54) während des Belichtungsprozesses zumindest eine einer Intensität und einer Polarisation des Lichts über der Zeit verändert.
BEISPIEL 2. Steuerungsvorrichtung (51) nach BEISPIEL 1 , wobei der mindestens eine Prozessor (191) weiterhin eingerichtet ist, um basierend auf dem Programmcode folgenden Schritt auszuführen:
- Laden von Steuerdaten (401), die einen Zusammenhang zwischen der Bewegung des Strahlengangs (41) in Bezug auf die Oberfläche der Trägerschicht und der Veränderung der zumindest einen der Intensität und der Polarisation des Lichts anzeigen, wobei das Ansteuern der Strahlbewegungseinheit (55) und das Ansteuern des mindestens einen einstellbaren optischen Elements (54) basierend auf den Steuerdaten (401 ) synchronisiert erfolgt.
BEISPIEL 3. Steuerungsvorrichtung (51) nach BEISPIEL 1 oder 2, wobei das mindestens eine einstellbare optische Element (54) die Intensität des Lichts verändert, wobei das mindestens eine einstellbare optische Element (54) und die Strahlbewegungseinheit (55) so angesteuert werden, dass ein Einfluss einer Variation von strukturellen Eigenschaften des Master-HOE (92) auf eine Effizienz der Replikation des Mas- ter-HOE durch die Veränderung der Intensität des Lichts während des Belichtungsprozesses reduziert wird.
BEISPIEL 4. Steuerungsvorrichtung (51) nach BEISPIEL 3, wobei das mindestens eine einstellbare Element (54) und die Strahlbewegungseinheit so angesteuert werden, dass ein Einfluss der Variation von strukturellen Eigenschaften des Master-HOE (92) auf eine Beugungseffizienz des Master-HOE durch die Veränderung der Intensität des Lichts während des Belichtungsprozesses reduziert wird.
BEISPIEL 5. Steuerungsvorrichtung (51) nach einem der voranstehenden BEISPIELE, wobei das mindestens eine einstellbare optische Element (54) die Polarisation des Lichts verändert, wobei das mindestens eine einstellbare optische Element (54) und die Strahlbewegungseinheit (55) so angesteuert werden, dass ein Einfluss der Bewegung des Strahlengangs (41) auf eine Veränderung einer Orientierung der Polarisation des Lichts in Bezug auf die Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE während des Belichtungsprozesses reduziert wird.
BEISPIEL 6. Steuerungsvorrichtung (51) nach einem der voranstehenden BEISPIELE, wobei das mindestens eine einstellbare optische Element (54) die Polarisation des Lichts verändert, wobei das mindestens eine einstellbare optische Element (54) so angesteuert wird, dass ein Einfluss eines veränderlichen Einfallswinkels des Strahlengangs (41) durch die Bewegung des Strahlengangs (41) auf eine Veränderung einer Effizienz der Replikation während des Belichtungsprozesses kompensiert wird.
BEISPIEL 7. Steuerungsvorrichtung (51) nach einem der voranstehenden BEISPIELE, wobei die mindestens eine Wellenlänge mehrere Wellenlängen umfasst, wobei das mindestens eine einstellbare optische Element (54) angesteuert wird, sodass dieses während des Belichtungsprozesses die Intensität von Komponenten des Lichts, die mit den mehreren Wellenlängen entsprechen, relativ zueinander verändert.
BEISPIEL 8. Steuerungsvorrichtung (51) nach einem der voranstehenden BEISPIELE, wobei die Strahlbewegungseinheit (55) mit einer ersten Signalbandbreite im Kilohertz-Bereich angesteuert wird, wobei das einstellbare optische Element (54) mit einer zweiten Signalbandbreite angesteuert wird, die größer als die erste Signalbandbreite ist. BEISPIEL 9. Steuerungsvorrichtung (51) nach einem der voranstehenden BEISPIELE, wobei die Strahlbewegungseinheit (55) angesteuert wird, um den Strahlengang in einem Schritt-Betrieb zu bewegen, wobei das mindestens eine einstellbare optische Element (54) angesteuert wird, um die zumindest eine der Intensität und der Polarisation im Zusammenhang mit einem Schritt des Schritt-Betriebs zu verändern.
BEISPIEL 10. Steuerungsvorrichtung (51) nach einem der voranstehenden BEISPIELE, wobei die Steuerungsvorrichtung (51) weiterhin eingerichtet ist, um die Intensität des Lichts mittels einer Regelschleife über der Zeit während des Belichtungsprozesses zu verändern.
BEISPIEL 11 . System (50), das umfasst:
- die Steuerungsvorrichtung (51 ) nach einem der voranstehenden BEISPIELE, und
- die Belichtungsvorrichtung (59).
BEISPIEL 12. System (50) nach BEISPIEL 11 , wobei das mindestens eine einstellbare optische Element (54) mindestens einen akusto-optischen Modulator zur Veränderung der Intensität des Lichts durch Einstellung eines Transmissionsgrads umfasst.
BEISPIEL 13. System (50) nach BEISPIEL 12, wobei die mindestens eine Wellenlänge mehrere Wellenlängen umfasst, wobei das mindestens eine einstellbare optische Element (54) jeweils einen akusto-optischen Modulator für jede der mehreren Wellenlängen umfasst.
BEISPIEL 14. System (50) nach BEISPIEL 13, wobei die Steuerungsvorrichtung weiterhin eingerichtet ist, um wobei die mindestens eine Lichtquelle (52) mehrere Lichtquellen für Komponenten des Lichts, die den mehreren Wellenlängen entsprechen, umfasst, wobei die Belichtungsvorrichtung (59) weiterhin ein Strahlvereinigungselement umfasst, welches Teilstrahlengänge der mehreren Lichtquellen für die Komponenten des Lichts, die den mehreren Wellenlängen entsprechen, vereint, wobei die akusto-optischen Modulatoren ausgehend vom Strahlvereinigungselement strahlaufwärts entlang der Teilstrahlengänge angeordnet sind.
BEISPIEL 15. System (50) nach einem der BEISPIELE 11 bis 14, wobei das mindestens eine einstellbare optische Element (54) einen akusto-optischen Mehrkanalfilter zur Veränderung der Intensität des Lichts durch Einstellung eines Transmissionsgrads umfasst.
BEISPIEL 16. System (50) nach BEISPIEL 15, wobei die mindestens eine Wellenlänge mehrere Wellenlängen umfasst, wobei eine Filterkurve des akusto-optischen Filters individuell für jede der mehreren Wellenlängen eingestellt werden kann.
BEISPIEL 17. System (50) nach BEISPIEL 16, wobei die mindestens eine Lichtquelle (52) mehrere Lichtquellen für Komponenten des Lichts umfasst, die den mehreren Wellenlängen entsprechen, wobei die Belichtungsvorrichtung (59) weiterhin ein Strahlvereinigungselement umfasst, welches Teilstrahlengänge der mehreren Lichtquellen für die Komponenten des Lichts, die den mehreren Wellenlängen entsprechen, vereint, wobei der akusto-optische Filter ausgehend vom Strahlvereinigungselement strahlabwärts entlang der Teilstrahlengänge angeordnet sind.
BEISPIEL 18. System (50) nach einem der BEISPIELE 11 bis 17, wobei das mindestens eine einstellbare optische Element das Licht zumindest in eine erste Komponente (800) und eine zweite Komponente (801) aufteilt, wobei das System (50) einen Sensor (57) umfasst, der eingerichtet ist, um eine Intensität der ersten Komponente zu messen, wobei die Belichtungsvorrichtung (59) eingerichtet ist, um den Belichtungsprozess mit der zweiten Komponente zu implementieren. BEISPIEL 19. System (50) nach BEISPIEL 18, wobei die erste Komponente einer Beugungsordnung mit einer ersten Polarisation entspricht, wobei die zweite Komponente einer weiteren Beugungsordnung mit einer zweiten Polarisation entspricht, wobei die Beugungsordnung verschieden von der weiteren Beugungsordnung ist, wobei die erste Polarisation optional verschieden von der zweiten Polarisation ist.
BEISPIEL 20. System (50) nach BEISPIEL 18 oder 19, das weiterhin umfasst:
- einen polarisierenden Strahlteiler (820), der im Strahlengang der ersten Komponente und im Strahlengang der zweiten Komponente angeordnet ist.
BEISPIEL 21. System (50) nach BEISPIEL 17 oder 18, das weiterhin umfasst:
- eine optische Platte (811), die im Strahlengang der ersten Komponente (800) und im Strahlengang der zweiten Komponente (801) angeordnet ist, wobei die optische derart verkippt gegenüber dem Strahlengang der zweiten Komponente (801) angeordnet ist, dass diese unter dem Brewster-Winkel auf die optische Platte einfällt.
BEISPIEL 22. System (50) nach einem der BEISPIELE 11 bis 21 , wobei das mindestens eine einstellbare optische Element (54) eine Pockels-Zelle zur Veränderung der Polarisation durch Drehung einer Polarisationsebene umfasst.
BEISPIEL 23. System (50) nach einem der BEISPIELE 11 bis 22, wobei das mindestens eine einstellbare optische Element (54) ein oder mehrere Lambda/2-Platten umfasst, die mittels eines Motors abwechselnd in den Strahlengang (41) eingebracht werden können.
BEISPIEL 24. Verfahren zur Steuerung einer Belichtungsvorrichtung (59) zur Herstellung eines holographisch optischen Elements, HOE, (96) durch Replikation eines Master-HOE (92) im Rahmen eines durch die Belichtungsvorrichtung (59) ausgeführten Belichtungsprozesses, wobei der Belichtungsprozess Licht verwendet, das von mindestens einer Lichtquelle (52) der Belichtungsvorrichtung während des Belichtungsprozesses entlang eines Strahlengangs (41) hin zu einer Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE (92) ausgesendet wird, wobei während des Belichtungsprozesses eine Trägerschicht des Master-HOE (92) entlang einer Trägerschicht des HOE (96) angeordnet ist, wobei das Verfahren umfasst:
- Ansteuern einer Strahlbewegungseinheit (55) der Belichtungsvorrichtung (59), sodass diese den Strahlengang (41) während des Belichtungsprozesses in Bezug auf die Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE (92) bewegt, und
- Ansteuern mindestens eines einstellbaren optischen Elements (54) der Belichtungsvorrichtung (59), das im Strahlengang (41) angeordnet ist, sodass das mindestens einstellbare optische Element (54) während des Belichtungsprozesses zumindest eines einer Intensität und einer Polarisation des Lichts über der Zeit verändert.
BEISPIEL 25. Verfahren nach BEISPIEL 24, wobei zumindest das Ansteuern des mindestens einen einstellbaren optischen Elements (54) und/oder der Strahlbewegungseinheit (55) basierend auf Steuerdaten erfolgt.
BEISPIEL 26. Verfahren nach BEISPIEL 24 oder 25, wobei das mindestens eine einstellbare optische Element (54) basierend auf einer geschlossenen Regelschleife angesteuert wird, welche eine Abweichung zwischen einer Soll-Intensität und einer Ist-Intensität des Lichts minimiert.
BEISPIEL 27. Verfahren nach einem der BEISPIELE 24 bis 26, wobei das Verfahren von der Steuerungsvorrichtung (51) nach einem der BEI¬
SPIELE 1 bis 10 ausgeführt wird.
BEISPIEL 28. Verfahren zur Konfiguration eines Herstellungsverfahrens zur Herstellung eines holographisch optischen Elements, HOE, durch Replikation eines Master- HOE (92) im Rahmen eines durch eine Belichtungsvorrichtung (59) ausgeführten Belichtungsprozesses, wobei während des Belichtungsprozesses eine Trägerschicht des Mas- ter-HOE (92) entlang einer Trägerschicht des HOE (96) angeordnet ist, wobei das Verfahren den folgenden Schritt umfasst:
- Erzeugen (3810) von Steuerdaten (401) für mindestens ein einstellbares optisches Element (54) der Belichtungsvorrichtung (59), das in einem Strahlengang (41) von zur Replikation verwendetem Licht angeordnet ist, wobei mittels der Steuerdaten (401) das mindestens eine einstellbare optische Element (54) angesteuert werden kann, sodass dieses während des Belichtungsprozesses zumindest eine einer Intensität und einer Polarisation des Lichts über der Zeit verändert.
BEISPIEL 29. Verfahren nach BEISPIEL 28, wobei das Verfahren weiterhin umfasst:
- Erhalten einer Karte (799) des Master-HOE (92), wobei die Karte (799) eine Beugungseffizienz als Funktion einer Position auf einer Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE (92) anzeigt, wobei die Steuerdaten (401) basierend auf der Karte (799) bestimmt werden.
BEISPIEL 30. Verfahren nach BEISPIEL 29, wobei die Steuerdaten (401) unter Verwendung einer vorbestimmten Übertragungsfunktion basierend auf der Karte (799) bestimmt werden, wobei die vorbestimmte Übertragungsfunktion ersten Bereichen (701 , 702, 703) auf der Oberfläche der Trägerschicht mit einer vergleichsweise geringen Beugungseffizienz eine vergleichsweise größere Intensität des Lichts zuordnet, wobei die vorbestimmte Übertragungsfunktion zweiten Bereichen (701 , 702, 703) auf der Oberfläche der Trägerschicht mit einer vergleichsweise großen Beugungseffizienz eine vergleichsweise geringere Intensität des Lichts zuordnet.
BEISPIEL 31. Verfahren nach einem der BEISPIELE 28 bis 30, wobei das Verfah- ren weiterhin umfasst: - Erhalten von Belichtungskonfigurationsdaten, welche eine Bewegung des Strahlengangs (41) während des Belichtungsprozesses in Bezug auf die Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE (92) beschreiben, wobei die Steuerdaten (401) basierend auf den Belichtungskonfigurationsdaten erzeugt werden.
BEISPIEL 32. Verfahren nach BEISPIEL 31 , wobei die Belichtungskonfigurationsdaten eine Veränderung eines Einfallswinkels des Strahlengangs (41) während des Belichtungsprozesses in Bezug auf die Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE (92) beschreiben, wobei die Steuerdaten (401) eine Drehung einer Polarisationsebene zur Erhaltung einer s-Polarisation oder einer p-Polarisation unter der Veränderung des Einfallswinkels des Strahlengangs (41) bewirken.
BEISPIEL 33. Verfahren nach einem der BEISPIELE 28 bis 32, wobei das Verfahren weiterhin umfasst:
- Erhalten einer Sollvorgabe für eine Beugungseffizienz des HOE (96), wobei die Steuerdaten (401) basierend auf der Sollvorgabe für die Beugungseffizienz des HOE (96) erzeugt werden.
BEISPIEL 34. Verfahren nach BEISPIEL 33, wobei die Sollvorgabe eine örtliche Variation der Beugungseffizienz des HOE (96) relativ in Bezug auf eine örtliche Variation einer Beugungseffizienz des Master-HOE anzeigt.
BEISPIEL 35. Verfahren nach einem der BEISPIELE 28 bis 34, wobei das Verfahren weiterhin umfasst:
- Erhalten von In-Line-Messdaten, die im Zusammenhang mit der Herstellung des HOE (96) erfasst werden, wobei die Steuerdaten (401) basierend auf den In-Line-Messdaten erzeugt werden. BEISPIEL 36. Verfahren nach BEISPIEL 35, wobei die In-Line-Messdaten eine Beugungseffizienz einer Testinstanz des HOE (96) beschreiben.
BEISPIEL 37. Vorrichtung umfassend mindestens einen Prozessor und einen Speicher, wobei der mindestens eine Prozessor eingerichtet ist, um Programmcode aus dem Speicher zu laden und auszuführen, wobei der mindestens eine Prozessor eingerichtet ist, um ein Verfahren nach einem der BEISPIELE 28 bis 36 basierend auf dem Programmcode auszuführen.
Selbstverständlich können die Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder für sich genommen verwendet werden, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen.
Beispielsweise wurden voranstehend Techniken beschrieben, bei denen eine Veränderung der Intensität des Lichts über eine im Strahlengang angeordnete einstellbares optisches Element erfolgt. Entsprechend könnte auch eine Lichtquelle, zum Beispiel ein Laser, angesteuert werden, um die Intensität des Lichts zu verändern. Zum Beispiel könnte ein Versorgungsstrom für eine Laserdiode reduziert werden, um die Intensität zu reduzieren. In solchen Varianten kann es manchmal entbehrlich sein, ein separates einstellbares optisches Element im Strahlengang vorzusehen.
Ferner wurden voranstehend Techniken beschrieben, bei denen eine Veränderung der Intensität des Lichts über eine im Strahlengang angeordnete einstellbares optisches Element erfolgt. Dies bewirkt eine Veränderung der Dosis des Lichts, das zur Belichtung verwendet wird. Um die Dosis zu verändern könnte alternativ oder zusätzlich auch die Verweildauer des Lichtpunkts auf der Oberfläche des Master-HOE bzw. des replizierten HOE angepasst werden.
Beispielsweise wurden voranstehend Techniken im Zusammenhang mit der Implementierung eines geschlossenen Regelkreises für die Intensität des Lichts während des Be- lichtungsprozesses beschrieben (vergleiche zum Beispiel FIG. 24). Alternativ oder zusätzlich zu einem solchen geschlossenen Regelkreis für die Intensität des Lichts kann auch ein geschlossener Regelkreis für die Polarisation des Lichts implementiert werden.
Während voranstehend Techniken beschrieben wurden, mittels denen es möglich ist, einen Sensorwert der Intensität oder Polarisation für eine geschlossene Regelschleife zu verwenden, wäre es aber auch möglich, entsprechende Sensorwerte für eine Überwachung zu verwenden, ob die Sensorwerte in einem vorgegebenen Bereich liegen. Falls der Toleranzbereich verlassen wird, kann ein Abbruch des Replikationsprozesses erfolgen

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1 . Steuerungsvorrichtung (51 ) für eine Belichtungsvorrichtung (59) zur Herstellung eines holographisch optischen Elements, HOE, (96) durch Replikation eines Master- HOE (92) im Rahmen eines durch die Belichtungsvorrichtung (59) ausgeführten Belichtungsprozesses, wobei der Belichtungsprozess Licht verwendet, das von mindestens einer Lichtquelle (52) der Belichtungsvorrichtung während des Belichtungsprozesses entlang eines Strahlengangs (41) hin zu einer Oberfläche der Trägerschicht des Master- HOE (92) ausgesendet wird, wobei während des Belichtungsprozesses eine Trägerschicht des Master-HOE (92) entlang einer Trägerschicht des HOE angeordnet ist, wobei die Steuerungsvorrichtung (51) mindestens einen Prozessor (191) und einen Speicher (192) umfasst, wobei der mindestens eine Prozessor (191) eingerichtet ist, um Programmcode aus dem Speicher (192) zu laden und um den Programmcode auszuführen, wobei der mindestens eine Prozessor (191) eingerichtet ist, um basierend auf dem Programmcode die folgenden Schritte auszuführen:
- Ansteuern einer Strahlbewegungseinheit (55) der Belichtungsvorrichtung (59), sodass diese den Strahlengang (41) während des Belichtungsprozesses in Bezug auf die Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE (92) bewegt, und
- Ansteuern mindestens eines einstellbaren optischen Elements (54) der Belichtungsvorrichtung (59), das im Strahlengang (41) angeordnet ist, sodass das mindestens eine einstellbare optische Element (54) während des Belichtungsprozesses zumindest eine einer Intensität und einer Polarisation des Lichts über der Zeit verändert.
2. Steuerungsvorrichtung (51) nach Anspruch 1 , wobei der mindestens eine Prozessor (191) weiterhin eingerichtet ist, um basierend auf dem Programmcode folgenden Schritt auszuführen:
- Laden von Steuerdaten (401), die einen Zusammenhang zwischen der Bewegung des Strahlengangs (41) in Bezug auf die Oberfläche der Trägerschicht und der Veränderung der zumindest einen der Intensität und der Polarisation des Lichts anzeigen, wobei das Ansteuern der Strahlbewegungseinheit (55) und das Ansteuern des mindestens einen einstellbaren optischen Elements (54) basierend auf den Steuerdaten (401 ) synchronisiert erfolgt.
3. Steuerungsvorrichtung (51) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das mindestens eine einstellbare optische Element (54) die Intensität des Lichts verändert, wobei das mindestens eine einstellbare optische Element (54) und die Strahlbewegungseinheit (55) so angesteuert werden, dass ein Einfluss einer Variation von strukturellen Eigenschaften des Master-HOE (92) auf eine Effizienz der Replikation des Mas- ter-HOE durch die Veränderung der Intensität des Lichts während des Belichtungsprozesses reduziert wird.
4. Steuerungsvorrichtung (51) nach Anspruch 3, wobei das mindestens eine einstellbare Element (54) und die Strahlbewegungseinheit so angesteuert werden, dass ein Einfluss der Variation von strukturellen Eigenschaften des Master-HOE (92) auf eine Beugungseffizienz des Master-HOE durch die Veränderung der Intensität des Lichts während des Belichtungsprozesses reduziert wird.
5. Steuerungsvorrichtung (51) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine einstellbare optische Element (54) die Polarisation des Lichts verändert, wobei das mindestens eine einstellbare optische Element (54) und die Strahlbewegungseinheit (55) so angesteuert werden, dass ein Einfluss der Bewegung des Strahlengangs (41) auf eine Veränderung einer Orientierung der Polarisation des Lichts in Bezug auf die Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE während des Belichtungsprozesses reduziert wird.
6. Steuerungsvorrichtung (51) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine einstellbare optische Element (54) die Polarisation des Lichts verändert, wobei das mindestens eine einstellbare optische Element (54) so angesteuert wird, dass ein Einfluss eines veränderlichen Einfallswinkels des Strahlengangs (41) durch die Bewegung des Strahlengangs (41) auf eine Veränderung einer Effizienz der Replikation während des Belichtungsprozesses kompensiert wird.
7. Steuerungsvorrichtung (51) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Wellenlänge mehrere Wellenlängen umfasst, wobei das mindestens eine einstellbare optische Element (54) angesteuert wird, sodass dieses während des Belichtungsprozesses die Intensität von Komponenten des Lichts, die mit den mehreren Wellenlängen entsprechen, relativ zueinander verändert.
8. Steuerungsvorrichtung (51) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Strahlbewegungseinheit (55) mit einer ersten Signalbandbreite im Kilohertz-Bereich angesteuert wird, wobei das einstellbare optische Element (54) mit einer zweiten Signalbandbreite angesteuert wird, die größer als die erste Signalbandbreite ist.
9. Steuerungsvorrichtung (51) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Strahlbewegungseinheit (55) angesteuert wird, um den Strahlengang in einem Schritt-Betrieb zu bewegen, wobei das mindestens eine einstellbare optische Element (54) angesteuert wird, um die zumindest eine der Intensität und der Polarisation im Zusammenhang mit einem Schritt des Schritt-Betriebs zu verändern.
10. Steuerungsvorrichtung (51) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Steuerungsvorrichtung (51) weiterhin eingerichtet ist, um die Intensität des Lichts mittels einer Regelschleife über der Zeit während des Belichtungsprozesses zu verändern.
11 . System (50), das umfasst:
- die Steuerungsvorrichtung (51) nach einem der voranstehenden Ansprüche, und - die Belichtungsvorrichtung (59).
12. System (50) nach Anspruch 11 , wobei das mindestens eine einstellbare optische Element (54) mindestens einen akusto-optischen Modulator zur Veränderung der Intensität des Lichts durch Einstellung eines Transmissionsgrads umfasst.
13. System (50) nach Anspruch 12, wobei die mindestens eine Wellenlänge mehrere Wellenlängen umfasst, wobei das mindestens eine einstellbare optische Element (54) jeweils einen akusto-optischen Modulator für jede der mehreren Wellenlängen umfasst.
14. System (50) nach Anspruch 13, wobei die Steuerungsvorrichtung weiterhin eingerichtet ist, um wobei die mindestens eine Lichtquelle (52) mehrere Lichtquellen für Komponenten des Lichts, die den mehreren Wellenlängen entsprechen, umfasst, wobei die Belichtungsvorrichtung (59) weiterhin ein Strahlvereinigungselement umfasst, welches Teilstrahlengänge der mehreren Lichtquellen für die Komponenten des Lichts, die den mehreren Wellenlängen entsprechen, vereint, wobei die akusto-optischen Modulatoren ausgehend vom Strahlvereinigungselement strahlaufwärts entlang der Teilstrahlengänge angeordnet sind.
15. System (50) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das mindestens eine einstellbare optische Element (54) einen akusto-optischen Mehrkanalfilter zur Veränderung der Intensität des Lichts durch Einstellung eines Transmissionsgrads umfasst.
16. System (50) nach Anspruch 15, wobei die mindestens eine Wellenlänge mehrere Wellenlängen umfasst, wobei eine Filterkurve des akusto-optischen Filters individuell für jede der mehreren Wellenlängen eingestellt werden kann.
17. System (50) nach Anspruch 16, wobei die mindestens eine Lichtquelle (52) mehrere Lichtquellen für Komponenten des Lichts umfasst, die den mehreren Wellenlängen entsprechen, wobei die Belichtungsvorrichtung (59) weiterhin ein Strahlvereinigungselement umfasst, welches Teilstrahlengänge der mehreren Lichtquellen für die Komponenten des Lichts, die den mehreren Wellenlängen entsprechen, vereint, wobei der akusto-optische Filter ausgehend vom Strahlvereinigungselement strahlabwärts entlang der Teilstrahlengänge angeordnet sind.
18. System (50) nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei das mindestens eine einstellbare optische Element das Licht zumindest in eine erste Komponente (800) und eine zweite Komponente (801) aufteilt, wobei das System (50) einen Sensor (57) umfasst, der eingerichtet ist, um eine Intensität der ersten Komponente zu messen, wobei die Belichtungsvorrichtung (59) eingerichtet ist, um den Belichtungsprozess mit der zweiten Komponente zu implementieren.
19. System (50) nach Anspruch 18, wobei die erste Komponente einer Beugungsordnung mit einer ersten Polarisation entspricht, wobei die zweite Komponente einer weiteren Beugungsordnung mit einer zweiten Polarisation entspricht, wobei die Beugungsordnung verschieden von der weiteren Beugungsordnung ist, wobei die erste Polarisation optional verschieden von der zweiten Polarisation ist.
20. System (50) nach Anspruch 18 oder 19, das weiterhin umfasst:
- einen polarisierenden Strahlteiler (820), der im Strahlengang der ersten Komponente und im Strahlengang der zweiten Komponente angeordnet ist.
21 . System (50) nach Anspruch 17 oder 18, das weiterhin umfasst:
- eine optische Platte (811), die im Strahlengang der ersten Komponente (800) und im Strahlengang der zweiten Komponente (801) angeordnet ist, wobei die optische derart verkippt gegenüber dem Strahlengang der zweiten Komponente (801) angeordnet ist, dass diese unter dem Brewster-Winkel auf die optische Platte einfällt.
22. System (50) nach einem der Ansprüche 11 bis 21 , wobei das mindestens eine einstellbare optische Element (54) eine Pockels-Zelle zur Veränderung der Polarisation durch Drehung einer Polarisationsebene umfasst.
23. System (50) nach einem der Ansprüche 11 bis 22, wobei das mindestens eine einstellbare optische Element (54) ein oder mehrere Lambda/2-Platten umfasst, die mittels eines Motors abwechselnd in den Strahlengang (41) eingebracht werden können.
24. Verfahren zur Steuerung einer Belichtungsvorrichtung (59) zur Herstellung eines holographisch optischen Elements, HOE, (96) durch Replikation eines Master-HOE (92) im Rahmen eines durch die Belichtungsvorrichtung (59) ausgeführten Belichtungsprozesses, wobei der Belichtungsprozess Licht verwendet, das von mindestens einer Lichtquelle (52) der Belichtungsvorrichtung während des Belichtungsprozesses entlang eines Strahlengangs (41) hin zu einer Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE (92) ausgesendet wird, wobei während des Belichtungsprozesses eine Trägerschicht des Master-HOE (92) entlang einer Trägerschicht des HOE (96) angeordnet ist, wobei das Verfahren umfasst:
- Ansteuern einer Strahlbewegungseinheit (55) der Belichtungsvorrichtung (59), sodass diese den Strahlengang (41) während des Belichtungsprozesses in Bezug auf die Oberfläche der Trägerschicht des Master-HOE (92) bewegt, und
- Ansteuern mindestens eines einstellbaren optischen Elements (54) der Belichtungsvorrichtung (59), das im Strahlengang (41) angeordnet ist, sodass das mindestens einstellbare optische Element (54) während des Belichtungsprozesses zumindest eines einer Intensität und einer Polarisation des Lichts über der Zeit verändert.
25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei zumindest das Ansteuern des mindestens einen einstellbaren optischen Elements (54) und/oder der Strahlbewegungseinheit (55) basierend auf Steuerdaten erfolgt.
26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, wobei das mindestens eine einstellbare optische Element (54) basierend auf einer geschlossenen Regelschleife angesteuert wird, welche eine Abweichung zwischen einer Soll-Intensität und einer Ist-Intensität des Lichts minimiert.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, wobei das Verfahren von der Steuerungsvorrichtung (51) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgeführt wird.
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