全息圖製備裝置及以該裝置製作全息圖的方法
2023-07-06 14:23:06 1
專利名稱：全息圖製備裝置及以該裝置製作全息圖的方法
技術領域：
本發明關於一種全息圖(Hologram)製備裝置及以該裝置製作全息圖的方法，尤其是一種利用光處理裝置(Micro-display)控制全息圖曝光位置的全息圖製備裝置，以及以該裝置製作全息圖的方法。
背景技術：
在計算機技術、雷射全息技術、數字圖像處理技術、精密光學控制技術與雷射製造技術的發展基礎上，產生了數字全息(Digital Holography)技術。通過數字全息技術所產生的圖形完全不同於普通的印刷圖形，而是具有空間動態變化的新型圖像。而這種新型圖像會對包裝材料與印刷業帶來重大的衝擊，並具有很大的工業應用與商業價值。
請參照圖1所示，一典型數字全息刻板系統100的結構的示意圖。該數字全息刻板系統100包括一相干(Coherent)光源120、分光單元140、一焦闌系統(Telecentric System)160與一光阻片載臺180。其中，相干光源120(例如雷射光源)所產生的相干光C0，經過分光單元140的反射與折射作用，產生二具有相同頻率且相互平行的相干光C1與C2。該二相干光C1與C2隨即射入焦闌系統160中，並受到焦闌系統160的聚焦作用，重合於光阻片載臺180上。而當光阻片200被放置於光阻片載臺l80上，由於該二相干光C1與C2具有相同的頻率，其所產生的幹涉條紋並不會隨時間產生變化，因此，可提供穩定的曝光圖案，將幹涉條紋如實轉移至光阻片200上。
如圖1所示，分光單元140包括一分光器142與一反射板144。相干光源的光照C0射入分光器l42後，部份光照受到分光器142的反射，而其餘部分則穿過分光器142。經過該過程，相干光源的光照C0被轉換為前進方向不同的第一相干光C1與第二相干光C2。其中，第一相干光C1直接射入焦闌系統160，而第二相干光C2射至反射板144，經反射後再射入焦闌系統160。
值得注意的是，在單一次刻板步驟中，數字全息刻板系統100僅針對光阻片200的單一像素進行曝光。而為了完成全息圖的製作，還必須移動光阻片載臺180對光阻片200上各像素的位置逐個進行定位，方可以完成光阻片200上所有像素的曝光。
由此可知，完成全息圖刻板所需花費的時間，包括曝光光阻片200所使用的時間以及移動光阻片載臺180以定位光阻片200所使用的時間。其中，曝光光阻片200所使用的時間受到相干光源120的強度以及分光單元140與焦闌系統160的光吸收量所決定。亦即，相干光源120的能量越高，分光單元140與焦闌系統160的光吸收量越低，相對的在光阻片200上單位面積可以得到的光能量也就越高，而曝光所需的時間也就可以縮短。
另外，移動光阻片載臺180以定位光阻片200所使用的時間，由每一次移動光阻片載臺180以定位光阻片200需要的時間以及移動的次數所決定。一般而言，光阻片載臺180帶動光阻片200至下一個定位點後，並不會立刻穩定下來，而必須經過短暫的衰減振蕩(Damping)後才會穩定，也才能進行後續的曝光步驟。又，就一VGA規格的全息圖而言，共有640×480個像素，也就是光阻片載臺180必須移動三十萬次以上，方能完成全息圖的製作。也因此，完成全息圖製作所需付出的時間，通常有相當大的部份花費在定位光阻片200的過程。
因此，如何縮短全息圖刻板所需花費的時間，以降低全息圖的製作成本，提高全息圖的製作速率，已成為數字全息技術應用上一個主要的課題。
發明內容
本發明的主要目的在於縮短完成全息圖刻板所需要花費的時間，以提高全息圖技術的競爭力，並提高全息圖的商業價值。
本發明的全息圖製備裝置以此縮短在全息圖刻板過程中，花費於移動光阻片載臺以定位光阻片所使用的時間，以縮短完成全息圖刻板所需的時間。
本發明提供的全息圖製備裝置包括一相干光發生器、二個光處理裝置與一焦闌系統，以在一光阻片上製作幹涉條紋產生全息圖。其中，相干光發生器用以提供一第一相干光與一第二相干光。二個光處理裝置分別具有多個像素元件排列於其上。而第一相干光與第二相干光分別射向該二個光處理裝置。焦闌系統位於光處理裝置與光阻片間，用以將射入的光線重合於光阻片以產生幹涉條紋。並且，各像素元件可獨立調整，以決定射入像素元件的第一相干光或第二相干光是否射入焦闌系統。
在本發明的一實施例中，二空間濾波器分別位於相干光發生器與二光處理裝置間，以使第一相干光與第二相干光均勻射入該二個光處理裝置。
在本發明的一實施例中，上述光處理裝置一典型的液晶顯示面板，而通過個別調整該液晶顯示面板上各像素元件的透射率，即可決定射入該像素元件的第一相干光或第二相干光是否穿透射入焦闌系統。
在本發明的一實施例中，上述光處理裝置一微鏡元件(DigitalMicromirror Device，DMD)，而通過調整該微鏡元件上各微鏡片的反射角度，即可決定射入該微鏡片的第一相干光或第二相干光是否反射射入焦闌系統。
關於本發明的優點與精神可以由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的了解。
圖1為一傳統全息圖刻板系統的示意圖。
圖2為本發明全息圖製備裝置一較佳實施例的示意圖。
圖3為本發明全息圖製備裝置中光處理裝置一較佳實施例的示意圖。
圖4A為本發明全息圖製備裝置中光處理裝置另一實施例的示意圖。
圖4B為本發明全息圖製備裝置另一實施例的示意圖，並且，該全息圖製備裝置為採用圖4A的光處理裝置。
圖5為本發明全息圖製備裝置中光處理裝置操作模式的示意圖。
圖6A和6B為本發明全息圖製備裝置中，通過調整二光處理裝置的間距以改變幹涉條紋的密度的示意圖。
圖號說明
具體實施方式
請參照圖2所示，本發明全息圖製備裝置300一較佳實施例的示意圖。如圖中所示，本發明的全息圖製備裝置300包括一相干光發生器310、二個光處理裝置360a，360b與一焦闌系統380，藉以在一光阻片200上形成幹涉條紋以產生全息圖。選用相干光的目的在於形成穩定而不會隨著時間變化的幹涉條紋，以對光阻片200進行有效的曝光。其中，相干光發生器320用以提供一第一相干光C5與一第二相干光C6分別射向二個光處理裝置360a，360b。焦闌系統380位於光處理裝置360a，360b與光阻片200間，用以將射入的相干光線重合於光阻片200以產生幹涉條紋。
相干光發生器310包括一相干光源320與一分光單元340。其中，分光單元340包括一分光器342與一鏡片344。相干光源320所提供的相干光C4首先射入分光器342。部分相干光C4經分光器342反射，以形成第一相干光C5離開分光單元340。而其餘相干光C4穿透分光器342，並經鏡片344反射後形成第二相干光C6離開分光單元340。就一較佳實施例而言，前述分光器342與鏡片344相互平行，使第一相干光C5的前進方向實質平行於第二相干光C6。
每一個光處理裝置360具有多個像素元件排列於其上，並且，每一個像素元件分別對應至光阻片200上一個像素。由個別調整該光處理裝置360上各像素元件，即可決定光阻片200上欲曝光的像素的位置。而就一較佳實施例而言，如圖3所示，該光處理裝置可以為一典型的液晶顯示面板400，而通過調整該液晶顯示面板400上各像素元件402透光與否，即可決定射入該像素元件402的第一相干光C5或第二相干光C6是否穿透射入焦闌系統380。除此之外，如圖4A和4B所示，該光處理裝置也可以為一微鏡元件(DigitalMicromirror Device，DMD)500。而通過調整該微鏡元件500上各微鏡片502的反射角度，即可決定射入該微鏡片502的第一相干光C5或第二相干光C6是否反射射入焦闌系統380。
如上述，經過光處理裝置360的處理後，部份第一相干光C5與第二相干光C6射入焦闌系統380。而為了使射入焦闌系統380的光線得以重合於光阻片200並產生幹涉條紋，如圖2所示，該焦闌系統380包括二前段透鏡組382a，382b與一後段透鏡組384。其中，前段透鏡組382a，382b分別位於上述二個光處理裝置360a，360b的後端，用以將射入該焦闌系統380的部分第一相干光C5與第二相干光C6，分別聚焦於一聚焦平面(未圖示)。後段透鏡組384位於該聚焦平面與光阻片200之間，用以將聚焦於聚焦平面的部分第一相干光C5與第二相干光C6分別轉換為平行光，並且重合聚焦於光阻片200上以產生幹涉條紋。
值得注意的是，如圖5所示，由於幹涉條紋由第一相干光C5與第二相干光C6作用形成，因此，該二個光處理裝置360a，360b上的各像素元件必須是同步作用。也就是說，該二個光處理裝置360a，360b上同樣位置的像素元件具有相同的操作模式，使經光處理裝置360a，360b處理後的部份第一相干光C5與第二相干光C6可以在光阻片上定義出相同的範圍，以確保幹涉條紋的形成。
為了使光阻片200上各像素的所在位置都能得到清晰的幹涉條紋，光處理裝置360上各像素元件均必須獲得足夠的光照。因此，如圖2所示，二空間濾波器350a，350b分別位於相干光發生器320與二光處理裝置360a，360b間，其目的在於使第一相干光C5與第二相干光C6均勻射入光處理裝置360a，360b，以避免照射在光阻片200上不同像素位置的光強度有太大的落差而導致曝光時間有太大的變化。
其次，為了提供最清晰的幹涉條紋並縮短曝光所需的時間，就一較佳實施例而言，該二個光處理裝置360a，360b軸對稱於焦闌系統380的中心軸A方向。藉此，第一相干光C5與第二相干光C6由光處理裝置360a，360b抵達光阻片200的光徑長度相同，而第一相干光C5與第二相干光C6提供至光阻片200的照度也相同。
此外，為了控制該二光處理裝置360a，360b間的距離，以調整光阻片200上幹涉條紋的密度。請參照圖6A和6B所示，可在二個光處理裝置360a，360b間增設一線性滑軌(未圖示)，而二個光處理裝置360a，360b連同前段透鏡組382a，382b沿著該線性滑軌的方向移動，以調整其間距D1與D2。值得注意的是，在調整二光處理裝置360a，360b的間距時，以焦闌系統的中心軸A為定位，同步調整二光處理裝置360a，360b與中心軸A的距離，以獲得最清晰的幹涉條紋。
而通過使用圖2所示的全息圖製備裝置300，全息圖刻板的步驟可以簡化如下一、首先，將欲製作於光阻片200上的像素數據，依據所設計的幹涉條紋的方向與間距分組，也就是將具有相同方向與間距的幹涉條紋的像素分為同一組。
二、隨後，跟據分組結果，同步調整二個光處理裝置360a，360b上，對應於同一組像素的像素元件，以使射入這些像素元件的相干光可以射入焦闌系統380。
三、接下來，依據這一組像素的像素數據，也就是其幹涉條紋的方向與間距，調整二光處理裝置360a，360b的間距與其對應於焦闌系統380的中心軸A方向的旋轉角度。
四、最後，啟動曝光光源，以產生第一相干光C5與第二相干光C6曝光光阻片200，以將這一組像素的幹涉條紋，於一次曝光步驟中全數紀錄於光阻片200上。
五、重複上述步驟一至四，將不同組的像素逐次曝光，以完成該全息圖的製作。
由此可知，與圖1所示的傳統全息圖刻板統100相比較，本發明的全息圖製備裝置300具有下列優點一、傳統的全息圖刻板系統100，在單一次刻板步驟中僅針對光阻片200的單一像素進行曝光，因此，完成全息圖所需進行的曝光次數，相當於全息圖的全部像素數量。相反，本發明的全息圖製備裝置300預先將全息圖上的像素數據予以分組，而將同一組像素於一次曝光中完成，因此，可以大幅減少所需要的曝光次數。簡化製作流程。
二、如圖1所示，傳統全息圖刻板系統100在進行每次曝光之前，都需利用光阻片載臺l80移動光阻片200至定位。而隨著全息圖的製作日趨精細，可以想見所需要的定位次數將大幅增加，導致全息圖刻板所需耗費的時間大幅上升。相反，本發明的全息圖製備裝置300利用光處理裝置360定義曝光的位置，因此，可以縮短定位所需的時間。另外，由於本發明將同一組像素於一次曝光中完成，因此，完成全息圖製作所需定位的次數也大幅減少，而可以縮短製作全息圖的時間成本，同時提高全息圖的商業價值。
綜上所述，雖然本發明已以一較佳實施例公開如上，然其並非用以限定本發明，任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，可進行各種更動與修改，因此本發明的保護範圍當視所提出的權利要求限定的範圍為準。
權利要求
1.一種全息圖製備裝置，用以在一光阻片上製作幹涉條紋以產生全息圖，該全息圖製備裝置包括一相干光發生器，用以提供一第一相干光與一第二相干光；二個光處理裝置，分別具有多個像素元件排列於其上，並且，該第一相干光與該第二相干光分別射向該二個光處理裝置；及一焦闌系統，位於該光處理裝置與該光阻片之間，用以將射入的相干光線重合於該光阻片並產生幹涉條紋；其中，該像素元件可個別調整，以決定射入該像素元件的該第一相干光或該第二相干光是否射入該焦闌系統。
2.如權利要求1的全息圖製備裝置，其中，該像素元件為一微鏡片，通過調整該微鏡片的角度，以決定射入該像素元件的該第一相干光或該第二相干光是否射入該焦闌系統。
3.如權利要求1的全息圖製備裝置，其中，該像素元件具有一液晶層，通過調整該液晶層的光透射率，以決定射入該像素元件的該第一相干光或該第二相干光是否射入該焦闌系統。
4.如權利要求1的全息圖製備裝置，其中，該相干光發生器包括一相干光源與一分光單元，其中，該相干光源所產生的光線射入該分光單元以區分出第一相干光與第二相干光。
5.如權利要求4的全息圖製備裝置，其中，該分光單元包括一分光器與一鏡片，該相干光源所產生的光線經該分光器反射的部分形成該第一相干光，而穿透該分光器並經該鏡片反射的部分形成該第二相干光，並且，該第一相干光的前進方向實質平行於該第二相干光。
6.如權利要求1的全息圖製備裝置，其中，該焦闌系統包括二前段透鏡組，射入該焦闌系統的部份該第一相干光與部分該第二相干光分別射入該二前段透鏡組，並聚焦於同一個聚焦平面。
7.如權利要求6的全息圖製備裝置，其中，該焦闌系統還包括一後段透鏡組，位於該聚焦平面與該光阻片之間，用以將聚焦於該聚焦平面的部分該第一相干光與部分該第二相干光轉換為平行光，並且重合於該光阻片以產生幹涉條紋。
8.如權利要求1的全息圖製備裝置，還包括二空間濾波器，位於該相干光發生器與該二光處理裝置間，以使該第一相干光與該第二相干光均勻射入該二光處理裝置。
9.如權利要求1的全息圖製備裝置，其中，該二光處理裝置軸對稱於該焦闌系統的中心軸方向。
10.一種全息圖的製作方法，利用一全息圖製備裝置在一光阻片上曝光產生幹涉條紋，該全息圖製備裝置包括二個光處理裝置與一焦闌系統，其中，每一該光處理裝置具有多個像素元件排列於其上，以控制該光阻片上的曝光位置，該焦闌系統位於該二光處理裝置與該光阻片之間，以聚焦光線產生幹涉條紋，該製作方法包括將欲製作於該光阻片的各個像素，依據其幹涉條紋的方向與間距分組；依據分組結果，同步調整該二光處理裝置對應於同一組像素的像素元件；調整該二光處理裝置的間距與對應於該光阻片的旋轉角度，以決定幹涉條紋的方向與間距；及提供二相干光分別射入該二光處理裝置，並通過該像素元件的處理，將該同一組像素於一次曝光步驟中全數紀錄於該光阻片上。
11.如權利要求10的方法，其中，該像素元件以反射的方式決定射入該像素元件的相干光是否射入該焦闌系統。
12.如權利要求10的方法，其中，該像素元件通過調整其透光率，以決定射入該像素元件的相干光是否射入該焦闌系統。
全文摘要
一種全息圖製備裝置包括一相干光發生器、二個光處理裝置與一焦闌系統。其中，相干光發生器用以提供一第一相干光與一第二相干光。每一個光處理裝置具有多個像素元件排列於其上，而第一相干光與第二相干光分別射向該二個光處理裝置。焦闌系統位於光處理裝置與光阻片間，用以將射入的光線重合於光阻片以產生幹涉條紋。並且，各像素元件可獨立調整，以決定射入像素元件的第一相干光或第二相干光是否射入焦闌系統。
文檔編號G03H1/04GK1690888SQ20041003507
公開日2005年11月2日 申請日期2004年4月23日 優先權日2004年4月23日
發明者徐堅鏹 申請人:明基電通股份有限公司