KR102123175B1 - 동공 등화 - Google Patents
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Abstract
격자 매체 내에 적어도 하나 이상의 격자 구조들을 포함하는 동공 등화를 위한 광 반사형 디바이스가 개시된다. 격자 구조들은 표면 법선으로 제약되지 않을 필요가 있는 반사 축들을 가질 수 있다. 격자 구조들은, 비교적 넓은 범위의 파장들에 걸쳐 실질적으로 일정한 반사 축들에 대해 광을 반사시키도록 구성된다. 광 반사형 디바이스는 사출 동공 또는 아이 박스와 같은 특정 위치를 향해 광을 반사시킬 수 있다. 디바이스 내의 각각의 격자 구조는 복수의 입사각들로 특정 파장의 광을 반사시키도록 구성될 수 있다.
Description
관련 특허 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 발명의 명칭이 "스큐 미러들, 사용 방법들, 및 제조 방법들(SKEW MIRRORS, METHODS OF USE, AND METHODS OF MANUFACTURE)"로 2016년 6월 6일자로 출원된 공동-계류중인 미국 출원 제 15/174,938, 발명의 명칭이 "스큐 미러 동공 등화(SKEW MIRROR PUPIL EQUALIZATION)"로 2016년 4월 4일자로 출원된 공동-계류중인 미국 출원 제 62/318,027호, 발명의 명칭이 "스큐 미러들, 사용 방법들, 및 제조 방법들(SKEW MIRRORS, METHODS OF USE, AND METHODS OF MANUFACTURE)"로 2016년 4월 6일자로 출원된 공동-계류중인 미국 출원 제 62/318,917호, 발명의 명칭이 "스큐 미러 동공 등화(SKEW MIRROR PUPIL EQUALIZATION)"로 2016년 6월 20일자로 출원된 공동-계류중인 미국 출원 제 62/352,529호, 및 발명의 명칭이 "타이거 프리즘들 및 사용 방법들(TIGER PRISMS AND METHODS OF USE)"로 2016년 10월 13일자로 출원된 공동-계류중인 미국 출원 제 62/407,994호, 및 발명의 명칭이 "스큐 미러들, 사용 방법들, 및 제조 방법들"(SKEW MIRRORS, METHODS OF USE, AND METHODS OF MANUFACTURE)"으로 2016년 8월 24일자로 출원된 PCT 출원 제 PCT/US2016/048499호, 그리고 발명의 명칭이 "동공 등화"(PUPIL EQUALIZATION)"로 2017년 3월 1일자로 출원된 PCT 출원 제 PCT/US2017/020298호로부터의 우선권을 주장한다. 위의 출원들은 그들 전체가 모든 목적들을 위해 인용에 의해 본 명세서에 통합된다.
종래의 유전체 미러들은, 유전율(electric permittivity)이 서로 상이한 재료들의 층들로 표면(통상적으로 유리)을 코팅함으로써 제조된다. 재료들의 층들은 통상적으로, 층 경계들로부터의 프레넬 반사들이 구조적으로 보강되어 큰 순 반사율(net reflectivity)을 생성하도록 배열된다. 이러한 조건이 비교적 넓은 특정 범위의 파장들 및 입사각들에 걸쳐 획득되는 것을 보장함으로써 광대역 유전체 미러들이 설계될 수 있다. 그러나, 층들이 표면 상에 침착되기 때문에, 유전체 미러의 반사 축은 반드시 표면 법선과 일치해야 한다(즉, 반사 축은 미러 표면에 수직이다). 반사 축에 대한 이러한 제약 때문에, 유전체 미러는 부적당한(suboptimal) 구성으로 일부 디바이스들에 배치된다. 유사하게, 표면 법선으로 제약되는 반사 축은 일부 목적들에 대해 유전체 미러를 완전히 부적절하게 한다. 게다가, 유리 유전체 미러들은 비교적 무거운 경향이 있어, 비교적 경량의 반사형 컴포넌트를 요구하는 응용들에 대해 그들을 부적당하거나 또는 부적절하게 한다.
반대로, 종래의 격자(grating) 구조들은, 격자 구조가 존재하는 매체의 표면 법선과는 상이한 반사 축에 대해 광을 반사시킬 수 있다. 그러나, 주어진 입사각에 대해, 종래의 격자 구조들에 대한 반사각들은 통상적으로 입사광의 파장에 따라 함께 변한다. 따라서, 종래의 격자 구조를 사용하여 광을 반사시키는 것은, 반사 축이 표면 법선과 일치한다는 종래의 미러들에 고유한 제약을 피한다. 그러나, 실질적으로 일정한 반사 축이 요구되는 경우, 종래의 격자 구조는 주어진 입사각에 대해 단일 파장(또는 매우 좁은 범위의 파장들)으로 실질적으로 제한된다. 유사하게, 종래의 격자 구조는 일정한 반사 축에 대해 특정 파장의 광을 반사시키기 위해 단일 입사각(또는 매우 좁은 범위의 입사각들)으로 제한된다.
따라서, 주어진 입사각에 대한 자신의 반사각이 입사각들의 범위에 걸쳐 일정하고, 표면 법선으로 제약되지 않는 반사 축에 대해 광을 반사시키는 비교적 단순한 디바이스에 대한 요건들은, 반사형 격자 구조들 또는 종래의 미러들 중 어느 하나를 포함하는 현재 이용가능한 반사형 디바이스들에 의해 충족되지 않는다. 따라서, 그러한 반사형 디바이스에 대한 필요성이 존재하고, 그러한 필요성은 머리-장착형 디스플레이 디바이스들에서 극심할 수 있다.
설명된 특징들은 일반적으로, 광을 반사시키기 위한 하나 이상의 개선된 방법들, 시스템들, 또는 디바이스들, 및 격자 구조들을 포함하는 광 반사형 디바이스들에 관한 것이다. 방법들, 시스템들, 또는 디바이스들은, 모든 또는 대부분의 반사된 광이 지향되는 외부 사출 동공(exit pupil)을 스큐 미러(skew mirror)가 형성하게 허용하기 위한 선택적인 커플링을 이용할 수 있다. 스큐 미러 홀로그래픽 광학 요소 그 자체 이외의 위치에 사출 동공을 형성하는 방법은 스큐 미러 동공 등화(pupil equalization)로서 설명될 수 있다. 머리 장착형 디스플레이와 같은 구현에서, 라인-세그먼트형 k-공간 인덱스 분포의 공간 분포는 사출 동공을 향해 회절을 생성하도록 구성될 수 있다. 스큐 미러 동공 등화는 더 높은 퍼센티지의 광자들을 사출 동공으로 지향시킴으로써 광도 효율(예를 들어, 이미지 밝기)을 부가적으로 개선시킬 수 있다.
일부 예들에서, 광을 반사시키기 위한 디바이스가 설명된다. 디바이스는 격자 매체를 포함할 수 있다. 격자 매체 내의 제1 격자 구조는 제1 복수의 입사각들(예를 들어, 제1 입사각을 포함함)로 격자 매체의 표면 법선으로부터 오프셋된 반사 축에 대해 일정 파장의 광을 반사시키도록 구성될 수 있다. 부가적으로, 제2 격자 구조가 제1 격자 구조와 적어도 부분적으로 중첩되지 않도록 제2 격자 구조는 격자 매체 내에 있을 수 있다. 제2 격자 구조는 제1 복수의 입사각들과는 상이한 제2 복수의 입사각들(예를 들어, 제2 입사각을 포함함)로 격자 매체의 표면 법선으로부터 오프셋된 반사 축에 대해 일정 파장의 광을 반사시키도록 구성될 수 있다.
일부 예들에서, 광을 반사시키기 위한 장치를 제조하는 방법이 설명된다. 방법은, 광을 반사시키도록 구성된 격자 매체를 형성하는 단계 및 격자 매체 내에 제1 격자 구조를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 격자 구조는 제1 복수의 입사각들(예를 들어, 제1 입사각을 포함함)로 격자 매체의 표면 법선으로부터 오프셋된 반사 축에 대해 일정 파장의 광을 반사시키도록 구성될 수 있다. 부가적으로, 방법은, 제2 격자 구조가 제1 격자 구조와 적어도 부분적으로 중첩되지 않도록 격자 매체 내에 제2 격자 구조를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 격자 구조는 제1 복수의 입사각들과는 상이한 제2 복수의 입사각들(예를 들어, 제2 입사각을 포함함)로 격자 매체의 표면 법선으로부터 오프셋된 반사 축에 대해 일정 파장의 광을 반사시키도록 구성될 수 있다.
일부 예들에서, 광을 반사시키는 방법이 설명된다. 방법은, 격자 매체 내의 제1 격자 구조에 의해, 제1 복수의 입사각들(예를 들어, 제1 입사각을 포함함)로 격자 매체의 표면 법선으로부터 오프셋된 반사 축에 대해 일정 파장의 광 중 적어도 제1 부분을 반사시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한, 격자 매체 내의 제2 격자 구조에 의해, 제1 복수의 입사각들과는 상이한 제2 복수의 입사각들(예를 들어, 제2 입사각을 포함함)로 격자 매체 내의 격자 매체의 표면 법선으로부터 오프셋된 반사 축에 대해 일정 파장의 광 중 적어도 제2 부분을 반사시키는 단계를 포함할 수 있다. 격자 매체 내의 제2 격자 구조는 제1 격자 구조와 적어도 부분적으로 중첩되지 않을 수 있다. 일부 경우들에서, 격자 매체는 격자 매체 및 적어도 2개의 기판들을 포함하는 도파관에 배치될 수 있다.
본 개시내용의 구현들의 본질 및 이점들의 추가적인 이해는 다음의 도면들에 대한 참조에 의해 실현될 수 있다. 첨부된 도면들에서, 유사한 컴포넌트들 또는 특징부들은 동일한 참조 라벨을 가질 수 있다. 추가로, 동일한 타입의 다양한 컴포넌트들은, 유사한 컴포넌트들 사이를 구별하는 제2 라벨 및 대시기호가 후속함으로써 구별될 수 있다. 제1 참조 라벨만이 명세서에서 사용되면, 제2 참조 라벨과는 관계없이 동일한 제1 참조 라벨을 갖는 유사한 컴포넌트들 중 임의의 것에 설명이 적용가능하다.
도 1은 본 명세서에 포함된 원리들이 구현될 수 있는 머리 장착형 디스플레이(HMD)의 예시이다.
도 2a는 본 개시내용의 다양한 양태들에 따른, 실제 공간에서의 스큐 미러의 반사 속성들을 예시하는 다이어그램이다.
도 2b는 본 개시내용의 다양한 양태들에 따른, k-공간에서의 스큐 미러를 예시한다.
도 3a는 본 개시내용의 다양한 양태들에 따른, 스큐 미러 사출 동공 등화를 통합하는 광학 시스템의 다이어그램이다.
도 3b는 본 개시내용의 양태들에 따른 스큐 미러 동공 등화를 지원하는 플롯(plot)이다.
도 3c는 본 개시내용의 다양한 양태들에 따른, 스큐 미러 사출 동공 등화를 통합하는 광학 시스템의 다이어그램이다.
도 4a는 본 개시내용의 양태들에 따른, 스큐 미러 동공 등화를 지원하는 광학 구조의 사시도이다.
도 4b 및 도 4c는 본 개시내용의 양태들에 따른, 스큐 미러 동공 등화를 지원하는 광학 구조들의 평면도들이다.
도 5는 본 개시내용의 다양한 양태들에 따른, 복수의 격자 구조들을 예시하는 광학 컴포넌트의 다이어그램이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 개시내용의 다양한 양태들에 따른, 동공 등화를 이용하여 스큐 미러를 제조하는 데 사용될 수 있는 시스템들의 다이어그램들을 예시한다.
도 7은 본 개시내용의 다양한 양태들에 따른, 광을 반사시키기 위한 장치를 제조하기 위한 예시적인 방법의 흐름도 다이어그램이다.
도 8은 본 개시내용의 다양한 양태들에 따른, 광을 반사시키기 위한 예시적인 방법의 흐름도 다이어그램이다.
도 1은 본 명세서에 포함된 원리들이 구현될 수 있는 머리 장착형 디스플레이(HMD)의 예시이다.
도 2a는 본 개시내용의 다양한 양태들에 따른, 실제 공간에서의 스큐 미러의 반사 속성들을 예시하는 다이어그램이다.
도 2b는 본 개시내용의 다양한 양태들에 따른, k-공간에서의 스큐 미러를 예시한다.
도 3a는 본 개시내용의 다양한 양태들에 따른, 스큐 미러 사출 동공 등화를 통합하는 광학 시스템의 다이어그램이다.
도 3b는 본 개시내용의 양태들에 따른 스큐 미러 동공 등화를 지원하는 플롯(plot)이다.
도 3c는 본 개시내용의 다양한 양태들에 따른, 스큐 미러 사출 동공 등화를 통합하는 광학 시스템의 다이어그램이다.
도 4a는 본 개시내용의 양태들에 따른, 스큐 미러 동공 등화를 지원하는 광학 구조의 사시도이다.
도 4b 및 도 4c는 본 개시내용의 양태들에 따른, 스큐 미러 동공 등화를 지원하는 광학 구조들의 평면도들이다.
도 5는 본 개시내용의 다양한 양태들에 따른, 복수의 격자 구조들을 예시하는 광학 컴포넌트의 다이어그램이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 개시내용의 다양한 양태들에 따른, 동공 등화를 이용하여 스큐 미러를 제조하는 데 사용될 수 있는 시스템들의 다이어그램들을 예시한다.
도 7은 본 개시내용의 다양한 양태들에 따른, 광을 반사시키기 위한 장치를 제조하기 위한 예시적인 방법의 흐름도 다이어그램이다.
도 8은 본 개시내용의 다양한 양태들에 따른, 광을 반사시키기 위한 예시적인 방법의 흐름도 다이어그램이다.
광학 머리-장착형 디스플레이(HMD)는 투사된 이미지들을 반사시킬 뿐만 아니라 사용자가 증강 현실을 경험하게 허용하는 능력을 갖는 웨어러블 디바이스이다. 머리-장착형 디스플레이들은 통상적으로 "가상" 이미지들을 생성하기 위한 근안 광학기(near-eye optics)를 수반한다. 과거에, HMD들은 이미지 품질을 감소시켰고 중량 및 크기를 증가시켰던 다양한 기술적 제한들을 처리했다. 과거의 구현들은 광을 반사, 굴절 또는 회절시키기 위해 종래의 광학기를 포함했지만, 설계들은 부피가 커지는 경향이 있다. 부가적으로, 종래의 미러들 및 격자 구조들은 고유한 제한들을 갖는다. 예를 들어, 종래의 미러는 반드시 표면 법선과 일치하는 반사 축을 가질 수 있다. 종래의 미러의 반사 축은 미러의 부적당한 배향 또는 성능을 유도할 수 있다. 또한, 종래의 격자 구조들은 입사각 및/또는 파장에 따라 수용가능하지 않게 함께 변하는 다수의 반사 축들을 포함할 수 있다.
따라서, 광을 반사시키기 위한 디바이스는 주어진 입사각에 대한 자신의 반사각이 다수의 파장들에서 일정하고, 표면 법선으로 제약되지 않는 반사 축에 대해 광을 반사시키는 특징부들을 포함할 수 있다. 디바이스의 실시예들은 주어진 파장의 입사광에 대한 입사각들의 범위에 걸쳐 실질적으로 일정한 반사 축들(즉, 1.0도 미만으로 변하는 반사 축 각도들을 갖는 반사 축들)을 가질 수 있고, 이러한 현상은 다양한 파장들의 입사광에서 관찰될 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사 축들은 다수의 입사각들의 세트 및 다수의 파장들의 세트의 모든 조합에 대해 실질적으로 일정하게 유지된다. 본 개시내용의 양태들은 스큐 미러로부터 멀리 고정 거리에 위치된 아이 박스(eye box)를 향해 광을 반사시키기 위한 장치의 맥락에서 초기에 설명된다. 특정 예들이 격자 매체를 포함하는 장치에 대해 설명된다. 격자 매체는 하나 이상의 격자 구조들을 포함할 수 있다. 격자 구조는 특정한 복수의 입사각들로 격자 매체의 표면 법선으로부터 오프셋된 반사 축에 대해 특정 파장의 광을 반사시키도록 구성될 수 있다. 본 개시내용의 양태들은 추가로, 스큐 미러 동공 등화에 관한 것인 장치 다이어그램들, 시스템 다이어그램들, 및 흐름도들에 의해 예시되고 그들을 참조하여 설명된다.
이러한 설명은 예들을 제공하며, 본 명세서에 설명된 원리들의 구현들의 범주, 적용가능성 또는 구성을 제한하도록 의도되지 않는다. 오히려, 다음의 설명은 본 명세서에 설명된 원리들의 실시예들을 구현하기 위한 가능한 설명을 당업자들에게 제공할 것이다. 다양한 변경들이 요소들의 기능 및 배열에서 이루어질 수 있다.
따라서, 다양한 구현들이 다양한 절차들 또는 컴포넌트들을 적절하게 생략, 대체, 또는 부가할 수 있다. 예를 들어, 방법들이 설명된 것과 상이한 순서로 수행될 수 있고, 다양한 단계들이 부가, 생략 또는 결합될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 또한, 소정의 구현들에 대해 설명된 양태들 및 요소들은 다양한 다른 구현들에서 결합될 수 있다. 다음의 시스템들, 방법들, 디바이스들, 및 소프트웨어가 개별적으로 또는 집합적으로 더 큰 시스템의 컴포넌트들일 수 있으며, 여기서 다른 절차들이 그들의 응용보다 우선권을 취하거나 또는 그렇지 않으면 그들의 응용을 수정할 수 있다는 것이 또한 인식되어야 한다.
용어:
용어 "대략적으로"는 주어진 값의 플러스 또는 마이너스 10%를 지칭한다.
용어 "약"은 주어진 값의 플러스 또는 마이너스 20%를 지칭한다.
반사된 광에 대한 용어 "주로"는 격자 구조에 의해 반사되는 광을 지칭한다. 인용된 각도로 주로 반사되는 광은, 임의의 다른 각도로 반사되는 것(표면 반사들을 제외함)보다 더 많은 광을 포함한다. 인용된 반사 축에 대해 주로 반사되는 광은, 임의의 다른 반사 축에 대해 반사되는 것(표면 반사들을 제외함)보다 더 많은 반사된 광을 포함한다. 주로 반사된 광을 고려할 때 디바이스 표면에 의해 반사되는 광은 포함되지 않는다.
용어 "반사 축"은 자신의 반사에 대해 입사광의 각도를 양분하는 축을 지칭한다. 반사 축에 대한 입사광의 입사각의 절대값은 반사 축에 대한 입사광의 반사의 반사각의 절대값과 동일하다. 종래의 미러들의 경우, 반사 축은 표면 법선과 일치하다(즉, 반사 축은 미러 표면에 수직이다). 반대로, 본 개시내용에 따른 스큐 미러들의 구현들은 표면 법선과는 상이한 반사 축을 가질 수 있거나, 또는 일부 경우들에서는 표면 법선과 일치하는 반사 축을 가질 수 있다. 당업자들은, 본 개시내용의 이점을 고려하여, 반사 축 각도가 입사각을 그의 각자의 반사각에 부가하고 결과적인 합산을 2로 나눔으로써 결정될 수 있음을 인식할 것이다. 입사각들 및 반사각들은, 평균 값을 생성하는 데 사용되는 다수의 측정치들(일반적으로는 3개 이상의 측정치들)을 이용하여 경험적으로 결정될 수 있다.
본 개시내용에서 용어 "반사" 및 유사한 용어들은 "회절"이 대체로 적절한 용어로 고려될 수 있는 일부 경우들에서 사용된다. 이러한 "반사"의 사용은 스큐 미러들에 의해 나타내지는 미러형 속성들과 일치하고, 잠재적으로는 용어의 혼동을 피하는 것을 돕는다. 예를 들어, 격자 구조가 입사광을 "반사"시키도록 구성된다고 칭해지는 경우, 종래의 숙련자는 격자 구조가 입사광을 "회절"시키도록 구성된다고 말하는 것을 선호할 수 있는데, 이는 격자 구조들이 일반적으로 회절에 의해 광에 작용한다고 생각되기 때문이다. 그러나, 용어 "회절"의 그러한 사용은 "입사광이 실질적으로 일정한 반사 축들에 대해 회절된다"와 같은 표현들을 생성할 것인데, 이는 혼동을 일으킬 수 있다. 따라서, 입사광이 격자 구조에 의해 "반사"된다고 칭해지는 경우, 당업자는, 본 개시내용의 이점을 고려하여, 격자 구조가 사실상 회절 메커니즘에 의해 광을 "반사"시키고 있음을 인식할 것이다. 종래의 미러들이 일반적으로, 그러한 반사에서 회절이 작용하는 주된 역할에도 불구하고 광을 "반사"시킨다고 칭해지기 때문에, "반사"의 그러한 사용은 광학계에서 선례가 없는 것은 아니다. 따라서, 당업자들은, 대부분의 "반사"가 회절의 특성들을 포함하고, 스큐 미러 또는 그의 컴포넌트들에 의한 "반사"가 또한 회절을 포함한다는 것을 인식한다.
용어 "광"은 당업자들에게는 친숙한 전자기 방사선을 지칭한다. 사람의 눈에 가시적인 전자기 스펙트럼의 일부를 지칭하는 "가시광"과 같은 특정 파장 또는 파장들의 범위를 참조하지 않는 한, 전자기 방사선은 임의의 파장을 가질 수 있다.
용어들 "홀로그램" 및 "홀로그래픽 격자"는, 다수의 교차하는 광 빔들 사이의 간섭에 의해 생성되는 간섭 패턴의 기록을 지칭한다. 일부 예들에서, 홀로그램 또는 홀로그래픽 격자는, 다수의 교차하는 광 빔들 각각이 노출 시간 동안 불변으로 유지되는 다수의 교차하는 빔 광들 사이의 간섭에 의해 생성될 수 있다. 다른 예들에서, 홀로그램 또는 홀로그래픽 격자는, 홀로그램이 기록되고 있는 동안 다수의 교차하는 광 빔들 중 적어도 하나의 격자 매체에 대한 입사각이 변경되고, 그리고/또는 홀로그램이 기록되고 있는 동안 파장들이 변경되는 다수의 교차하는 빔 광들 사이의 간섭에 의해 생성될 수 있다(예를 들어, 복소 홀로그램 또는 복소 홀로그래픽 격자).
용어 "정현파 체적 격자"는 체적 구역 전반에 걸쳐 실질적으로 정현파 프로파일로 변조된 굴절률과 같은 광학 속성을 갖는 광학 컴포넌트를 지칭한다. 각각의 (단순한/정현파) 격자는 k-공간의 단일 켤레 벡터 쌍(또는 k-공간의 실질적으로 포인트형 켤레 쌍 분포)에 대응한다.
용어 "회절 효율"은 입사광 및 격자 매체에 대한 반사된 광의 전력의 비율을 지칭한다.
용어 "입사 동공"은, 자신의 최소 크기에서 이미징 광학기 내부로 진입하는 광의 빔을 통과시키는 실제 또는 가상 조리개를 지칭한다.
용어 "아이 박스"는 사람의 동공이 격자 구조로부터 고정 거리에서 전체 시야를 보기 위해 배치될 수 있는 구역을 개략적으로 나타내는 2차원 영역을 지칭한다.
용어 "아이 릴리프(eye relief)"는 격자 구조와 대응하는 아이 박스 사이의 고정 거리를 지칭한다.
용어 "사출 동공"은, 자신의 최소 크기에서 이미징 광학기로부터 나오는 광의 빔을 통과시키는 실제 또는 가상 조리개를 지칭한다. 사용 시에, 이미징 광학 시스템은 통상적으로, 이미지 캡처 수단을 향해 광의 빔을 지향시키도록 구성된다. 이미지 캡처 수단의 예들은 사용자의 눈, 카메라, 또는 다른 광검출기를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 일부 경우들에서, 사출 동공은 이미징 광학기로부터 나오는 광의 빔의 서브세트를 포함할 수 있다.
용어 "격자 매체"는 광을 반사시키기 위해 격자 구조로 구성된 물리 매체를 지칭한다. 격자 매체는 다수의 격자 구조들을 포함할 수 있다.
용어 "격자 구조"는 광을 반사시키도록 구성된 하나 이상의 격자들을 지칭한다. 일부 예들에서, 격자 구조는 적어도 하나의 공통 속성 또는 특성(예를 들어, 격자들의 세트의 각각의 격자가 응답하는 동일한 광 파장)을 공유하는 격자들의 세트를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 격자 구조는 하나 이상의 홀로그램들을 포함할 수 있다. 다른 구현들에서, 격자 구조는 하나 이상의 정현파 체적 격자들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 격자 구조들은 하나 이상의 격자들(예를 들어, 홀로그램들 또는 정현파 격자들) 각각에 대한 반사 축에 대해 균일할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 격자 구조들은 격자 매체 내의 하나 이상의 격자들(예를 들어, 홀로그램들 또는 정현파 체적 격자들) 각각에 대한 길이 또는 체적에 대해 균일할 수 있다.
도 1은 본 명세서에 포함된 원리들이 구현될 수 있는 머리 장착형 디스플레이(HMD)(100)의 예시이다. HMD(100)는 근안 디스플레이(NED)(105)가 사용자의 눈 앞에 부착될 수 있는 안경 또는 모자를 포함할 수 있다. NED(105)는 HMD(100)의 렌즈 조립체 내에 배치되거나 또는 그와 통합된 회절 요소 부분을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 회절 요소 부분은 스큐 미러(110)로 구성될 수 있는 홀로그래픽 광학 요소(HOE)이다. 좌표들(x, y, 및 z-축)이 스큐 미러(110)을 기준으로 하여 제공된다. HMD(100)는 렌즈 조립체에 동작가능하게 커플링된 광원 또는 광 프로젝터(115)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광원 또는 광 프로젝터(115)는 도파관 구성으로 렌즈 조립체에 동작가능하게 커플링될 수 있다. 일부 예들에서, 광원 또는 광 프로젝터(115)는 자유 공간 구성으로 렌즈 조립체에 동작가능하게 커플링될 수 있다.
스큐 미러(110)는 격자 매체를 포함할 수 있는 반사형 디바이스이며, 격자 매체 내에는 체적 홀로그램 또는 다른 격자 구조가 존재한다. 스큐 미러(110)는 유리 커버 또는 유리 기판과 같은 부가적인 층을 포함할 수 있다. 부가적인 층은 오염, 습기, 산소, 반응성 화학 종들, 손상 등으로부터 격자 매체를 보호하는 역할을 할 수 있다. 부가적인 층은 또한 격자 매체와 굴절률 매칭될 수 있다. 격자 매체는, 그 내부에 존재하는 격자 구조에 의하여, 그것이 반사 축으로 지칭되는 축에 대해 광을 회절시키게 허용하는 물리적 속성들을 가지며, 여기서 회절각(이후로, 반사각으로 지칭됨)은 주어진 입사각으로 격자 매체 상에 입사되는 광의 다수의 파장들에 대해 1° 미만으로 변한다. 일부 경우들에서, 회절각은 또한, 다수의 파장들 및/또는 입사각들에 대해 일정하다. 일부 경우들에서, 격자 구조는 하나 이상의 홀로그램들에 의해 형성된다. 일부 구현들에서, 하나 이상의 홀로그램들은 체적-위상 홀로그램들일 수 있다. 다른 타입들의 홀로그램들이 격자 구조의 다양한 구현들에서 또한 사용될 수 있다.
유사하게, 구현들은 통상적으로, 주어진 파장의 입사광에 대한 입사각들의 범위에 걸쳐 실질적으로 일정한 반사 축들을 갖고(즉, 반사 축들은 1° 미만으로 변하는 반사 축 각도들을 가짐), 이러한 현상은 다양한 파장들의 입사광에서 관찰될 수 있다. 일부 구현들에서, 반사 축들은 다수의 입사각들의 세트 및 다수의 파장들의 세트의 모든 조합에 대해 실질적으로 일정하게 유지된다.
홀로그램은 간섭 패턴의 기록일 수 있으며, 기록을 위해 사용된 광으로부터의 세기 및 위상 변화 둘 모두를 포함할 수 있다. 이러한 정보는 초기 간섭 패턴의 세기에 따라 후속 입사광 빔들의 진폭 또는 위상을 수정하는 광학 요소로 간섭 패턴을 변환시키는 감광성 매체에 기록될 수 있다. 격자 매체는 광중합체, 광굴절 결정들, 중크롬산 젤라틴, 광-열-굴절 유리, 분산된 할로겐화은 입자들을 함유하는 필름, 또는 입사 간섭 패턴에 반응하여 기록하기 위한 능력을 갖는 다른 재료를 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 간섭성 레이저(coherent laser) 광이 홀로그램을 기록하고 그리고/또는 기록된 홀로그램을 판독하기 위해 사용될 수 있다.
일부 경우들에서, 홀로그램은 기록 빔들로 알려진 2개의 레이저 빔들을 사용하여 기록될 수 있다. 일부 경우들에서, 기록 빔들은 그들이 격자 매체 상에 입사되는 각도들 이외에는 서로 유사한 단색 시준된 평면파 빔들일 수 있다. 일부 구현들에서, 기록 빔들은 서로 상이한 진폭 또는 위상 분포들을 가질 수 있다. 기록 빔들은 그들이 기록 매체 내에서 교차하도록 지향될 수 있다. 기록 빔들이 교차하는 경우, 그들은 간섭 패턴의 각각의 포인트의 세기에 따라 변하는 방식으로 기록 매체와 상호작용한다. 이것은 기록 매체 내에서 가변 광학 속성들의 패턴을 생성한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 굴절률이 기록 매체 내에서 변할 수 있다. 일부 경우들에서, 결과적인 간섭 패턴은 격자 매체 상에 기록된 모든 그러한 격자 구조들에 대해 균일한 방식으로 (예를 들어, 마스크 등으로) 공간적으로 분산될 수 있다. 일부 경우들에서, 다수의 격자 구조들은 기록 매체 내에서 상이한 간섭 패턴들을 생성하도록 파장 또는 입사각을 변경시킴으로써 단일 기록 매체 내에서 중첩될 수 있다. 일부 경우들에서, 하나 이상의 홀로그램들이 매체에 기록된 이후, 매체는 사후-기록 광 처리에서 광으로 처리될 수 있다. 사후-기록 광 처리는 광개시제(photoinitiator) 또는 광반응성 단량체와 같은 나머지 반응성 매체 컴포넌트들을 실질적으로 소비하도록 매우 비간섭성인 광으로 수행될 수 있으므로, 기록 매체의 감광성이 크게 감소 또는 제거된다. 홀로그램들 또는 다른 격자 구조들의 기록 매체로의 기록이 완료된 이후, 매체는 통상적으로 격자 매체로 지칭된다. 격자 매체들은 통상적으로 비-감광성으로 렌더링된다.
일부 구현들에서, 격자 구조는 기록 빔들로 지칭되는 다수의 광 빔들 사이의 간섭에 의해 생성되는 홀로그램을 포함한다. 통상적으로, 격자 구조는 다수의 홀로그램들을 포함하지만, 반드시 그러한 것은 아니다. 다수의 홀로그램들은, 다수의 홀로그램들 사이에서 변하는 각도들(즉, 멀티플렉싱된 각도)로 격자 매체 상에 입사되는 기록 빔들을 사용하여 그리고/또는 다수의 홀로그램들 사이에서 변하는 파장들(즉, 멀티플렉싱된 파장)을 가진 기록 빔들을 사용하여 기록될 수 있다. 일부 구현들에서, 격자 구조는, 홀로그램이 기록되고 있는 동안 격자 매체 상의 그의 입사각들이 변하고, 그리고/또는 홀로그램이 기록되고 있는 동안 그의 파장들이 변하는 2개의 기록 빔들을 사용하여 기록되는 홀로그램을 포함한다. 구현들은 반사 축이 격자 매체의 표면 법선과는 적어도 1.0도; 또는 적어도 2.0도; 또는 적어도 4.0도; 또는 적어도 9.0도만큼 상이한 디바이스를 더 포함한다.
광 프로젝터(115)는 이미지-베어링(image-bearing) 광을 렌즈 조립체에 제공할 수 있다. 일부 예들에서, 렌즈 조립체 및 스큐 미러(110)는 x-y 평면에 대해 실질적으로 평탄할 수 있지만; 소정의 구현들에서, 렌즈 조립체는 x-y 평면에 대해 일부 곡률을 포함할 수 있다. 스큐 미러(110)로부터의 반사된 광(120)은 스큐 미러(110)로부터 멀리 z-축을 따라 고정 거리에 위치된 아이 박스를 향해 반사될 수 있다. 일부 예들에서, 스큐 미러(110)는 도파관 내에 적어도 부분적으로 포함될 수 있다. 도파관은 내부 전반사에 의하여 스큐 미러(110)를 향해 입사광(130)을 전파시킬 수 있다. 일부 예들에서, 입사광(130)은 자유 공간에 의하여 스큐 미러(110)를 향해 전파될 수 있다. 스큐 미러(110)는 광중합체로 제조된 격자 매체를 포함할 수 있다. 스큐 미러(110)는 또한, 격자 매체 내에 하나 이상의 격자 구조들을 포함할 수 있다. 각각의 격자 구조는 서로 중첩할 수 있는 하나 이상의 정현파 체적 격자들을 포함할 수 있다. 격자 구조는 특정한 복수의 입사각들로 격자 매체의 표면 법선으로부터 오프셋된 반사 축에 대해 특정 파장의 광을 반사시키도록 구성될 수 있다. 격자 매체 내의 각각의 격자 구조는 도파관으로부터 고정 거리에 있는 아이 박스의 사출 동공을 향해 광의 일부를 반사시키도록 구성될 수 있다.
각각의 격자 구조는 다른 격자 구조와는 상이한 방식으로 광을 반사시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 격자 구조는 제1 입사각으로 제1 파장의 입사광을 반사시킬 수 있는 반면, 제2 격자 구조는 제1 입사각으로 제2 파장의 입사광을 반사시킬 수 있다(예를 들어, 상이한 격자 구조들은 동일한 입사각의 입사광에 대해 상이한 파장들의 광을 반사시키도록 구성될 수 있다). 또한, 제1 격자 구조는 제1 입사각으로 제1 파장의 입사광을 반사시킬 수 있는 반면, 제2 격자 구조는 제2 입사각으로 제1 파장의 입사광을 반사시킬 수 있다(예를 들어, 상이한 격자 구조들은 상이한 입사각들의 입사광에 대해 동일한 파장의 광을 반사시키도록 구성될 수 있다). 더욱이, 격자 구조는 제1 파장 및 제1 입사각의 제1 입사광을 반사시킬 수 있고, 격자 구조는 동일한 반사 축에 대해 제2 파장 및 제2 입사각의 제2 입사광을 반사시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 상이한 격자 구조들은 주어진 입사각의 입사광에 대해 특정 파장의 광을 선택적으로 반사시키는 데 사용될 수 있다. 이들 상이한 격자 구조들은 스큐 미러(110)의 격자 매체 내에서 중첩될 수 있다. 스큐 미러(110)는 실질적으로 일정한 반사 축을 가질 수 있다(즉, 스큐 미러(110)의 각각의 격자 구조는 동일하고 실질적으로 일정한 반사 축을 갖는다).
일부 예들에서, 머리 장착형 디스플레이 디바이스는 이미지-베어링 광을 제공하기 위한 광원 또는 광 프로젝터(115) 및 렌즈 조립체를 포함할 수 있다. 렌즈 조립체는 스큐 미러(110)를 포함할 수 있다. 렌즈 조립체는 광원 또는 광 프로젝터(115)로부터 이미지-베어링 광을 수용하기 위한 광 입력부를 포함할 수 있다. 도파관은 렌즈 조립체 내에 배치되고, 광 입력부에 동작가능하게 커플링될 수 있다. 도파관은 적어도 2개의 기판들(도시되지 않음), 적어도 2개의 기판들 사이에 배치된 격자 매체, 격자 매체 내의 제1 격자 구조, 및 격자 매체 내의 제2 격자 구조를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 도파관은 생략될 수 있으며, 광원 또는 광 프로젝터(115)는 자유 공간 구성으로 렌즈 조립체에 동작가능하게 커플링될 수 있다. 제1 격자 구조는 격자 매체의 표면 법선으로부터 오프셋된 제1 격자 구조의 제1 반사 축에 대해 일정 파장의 광을 반사시키도록 구성될 수 있다. 제1 격자 구조는 제1 입사각으로 광을 반사시키도록 구성될 수 있다. 제2 격자 구조는 제1 격자 구조와 적어도 부분적으로 중첩되지 않도록 구성될 수 있다. 제2 격자 구조는 제1 격자 구조에 의해 반사된 광과 동일한 파장의 광을 반사시키도록 구성될 수 있다. 제2 격자 구조는 격자 매체의 표면 법선으로부터 오프셋된 제2 격자 구조의 제2 반사 축에 대해 일정 파장의 광을 반사시키도록 구성될 수 있다. 제2 격자 구조는 제1 입사각과는 상이한 제2 입사각으로 광을 반사시키도록 구성될 수 있다.
도 2a는 일 예에 따른, 실제 공간에서 스큐 미러(210)의 반사 속성들을 예시하는 단면도(200)이다. 단면도(200)는 격자 매체에 홀로그램(230)과 같은 격자 구조를 포함할 수 있다. 도 2a는 격자 매체 이외의 스큐 미러 컴포넌트들, 이를테면 격자 매체에 대한 기판 또는 보호 층으로서의 역할을 할 수 있는 부가적인 층을 생략한다. 기판 또는 보호 층은 오염, 습기, 산소, 반응성 화학 종들, 손상 등으로부터 격자 매체를 보호하는 역할을 할 수 있다. 동공 등화를 위한 스큐 미러의 구현들은 부분적으로 반사적일 수 있다. 이러한 방식으로, 동공 등화를 위한 스큐 미러는 광선들을 선택적으로 반사시키도록 구성될 수 있으며, 여기서 광선들은 아이 박스를 향해 사출 동공을 형성하는 데 필요하다. 동공 등화를 위한 스큐 미러는 소정의 입사각들에 대해 광선들을 반사시키는 것을 피하도록 구성될 수 있으며, 여기서 그러한 반사는 원하는 사출 동공을 향하지 않는 영역으로 광선들을 반사시킬 것이다. 일부 스큐 미러 실시예들의 구현들은 결과적인 격자 매체에 대해 비교적 넓은 파장 대역폭 및 각도 범위에 걸쳐 높은 반사율을 달성하도록 비교적 높은 동적 범위의 기록 매체를 요구할 수 있다. 그와 반대로, 동공 등화를 위한 스큐 미러는 더 작은 동적 범위를 요구하여, 그에 의해 각각의 홀로그램이 더 강해지게 (예를 들어, 더 큰 세기 및/또는 더 긴 노출 시간으로 기록되게) 허용할 수 있다. 더 강한 홀로그램들로 구성된 스큐 미러는 더 밝은 이미지를 제공하거나, 또는 더 흐릿한 광 프로젝터가 동일한 밝기의 이미지를 제공하게 허용할 수 있다.
스큐 미러(210)는 z-축에 대해 측정된 각도의 반사 축(225)에 의해 특징지어진다. z-축은 스큐 미러 축(205)에 수직하다. 스큐 미러(210)는 z-축에 대해 측정된 내부 입사각을 갖는 입사광(215)으로 조명된다. 주 반사된 광(220)은 스큐 미러(210)의 표면에 실질적으로 수직한 내부 반사각 축으로 반사될 수 있다. 일부 예들에서, 주 반사된 광(220)은 가시 스펙트럼의 적색, 녹색, 및 청색 구역들에 존재하는 광의 파장들에 대응할 수 있다. 예를 들어, 가시 스펙트럼의 적색, 녹색, 및 청색 구역들은 적색 파장(예를 들어, 610-780nm) 대역, 녹색 파장(예를 들어, 493-577nm) 대역, 및 청색 파장(예를 들어, 405-492nm) 대역을 포함할 수 있다. 다른 예들에서, 주 반사된 광(220)은 가시 스펙트럼 외부에 존재하는 광의 파장들(예를 들어, 적외선 및 자외선 파장들)에 대응할 수 있다.
스큐 미러(210)는 모두가 실질적으로 동일한 반사 축(225)을 공유하는 다수의 홀로그램 구역들을 가질 수 있다. 그러나, 이들 다수의 구역들은 상이한 범위들의 입사각들에 대해 광을 각각 반사시킬 수 있다. 예를 들어, 스큐 미러(210)를 포함하는 HOE의 최하부의 1/3은 대응하는 아이 박스를 향해 상방으로 광을 반사시키는 격자 구조들의 그 서브세트만을 포함할 수 있다. 이어서, 중간의 1/3은 대응하는 아이 박스를 향해 직접 광을 반사시킬 수 있다. 이어서, 최상부의 1/3은 대응하는 아이 박스로 하방으로 광을 반사시키는 격자 구조들의 서브세트만을 포함할 필요가 있다.
도 2b는 도 2a의 스큐 미러(210)의 k-공간 표현(250)을 예시한다. 공간적으로 변하는 굴절률 컴포넌트들의 k-공간 분포들은 통상적으로 
로 나타낸다. 
k-공간 분포(260)는 원점을 통과하고, 반사 축(225)의 각도와 동일한, z-축에 대해 측정된 각도를 갖는다. 기록 k-구(sphere)(255)는 특정 기입 파장에 대응하는 k-구이다. K-공간(250)은 가시 스펙트럼의 적색, 녹색, 및 청색 구역들에 존재하는 광의 파장들에 대응하는 다양한 k-구들을 포함할 수 있다.
k-공간 형식론은 홀로그래픽 기록 및 회절을 분석하기 위한 방법이다. k-공간에서, 전파하는 광파들 및 홀로그램들은, 실제 공간에서의 그들의 분포들의 3차원 푸리에 변환들에 의해 표현된다. 예를 들어, 무한 시준된 단색 기준 빔이 실제 공간 및 k-공간에서 수학식(1)에 의해 표현될 수 있고,
여기서 
는 모든 
3D 공간 벡터 위치들에서의 광학 스칼라(scalar) 필드 분포이고, 그의 변형 
는 모든 
3D 공간 주파수 벡터들에서의 광학 스칼라 필드 분포이다. A r 은 필드의 스칼라 복소 진폭이고; 
는, 그의 길이가 광파들의 공간 주파수를 표시하고 그의 방향이 전파 방향을 표시하는 파수 벡터(wave vector)이다. 일부 구현들에서, 모든 빔들은 동일한 파장의 광으로 구성되고, 따라서 모든 광학 파수 벡터들은 동일한 길이를 가져야 하는데, 즉, 
. 따라서, 모든 광학 전파 벡터들은 반경 
의 구 상에 놓여야 하는데, 여기서 n 0는 홀로그램의 평균 굴절률("벌크 굴절률")이고, λ는 광의 진공 파장이다. 이 구조는 k-구로서 알려져 있다. 다른 구현들에서, 다수의 파장들의 광은, 상이한 k-구들 상에 놓이는, 상이한 길이들의 파수 벡터들의 중첩으로 분해될 수 있다.
다른 중요한 k-공간 분포는 홀로그램들 그 자체의 분포이다. 체적 홀로그램들은 대체로 격자 매체 내의 굴절률의 공간적 변경들로 이루어진다. 통상적으로 
로 나타내는 굴절률 공간적 변경들은, 굴절률 변조 패턴들로 지칭될 수 있는데, 이들의 k-공간 분포들은 통상적으로 
로 나타낸다. 제1 기록 빔과 제2 기록 빔 사이의 간섭에 의해 생성되는 굴절률 변조 패턴은, 수학식(2)에 나타낸 바와 같이, 기록 간섭 패턴의 공간적 세기에 통상적으로 비례하고,
여기서 
는 제1 기록 빔 필드의 공간적 분포이고, 
는 제2 기록 빔 필드의 공간적 분포이다. 단항 연산자 "*"는 복소 켤레(complex conjugation)를 나타낸다. 수학식(2)에서의 최종 항 
는 입사되는 제2 기록 빔을 회절된 제1 기록 빔에 맵핑시킨다. 따라서, 다음의 수학식이 초래될 수 있고,
여기서 ⓧ는 3D 교차 상관(cross correlation) 연산자이다. 즉, 공간 도메인에서의 하나의 광학 필드와 다른 광학 필드의 복소 켤레의 곱(product)은 주파수 도메인에서의 그들 각자의 푸리에 변환들의 교차 상관이 된다.
통상적으로, 홀로그램(230)은 실제 공간에서 실수 값인 굴절률 분포를 구성한다. 홀로그램(230)의 
k-공간 분포들의 위치들은 각각 교차-상관 연산들 
및 
로부터 수학적으로, 또는 벡터 차이들 
및 
로부터 기하학적으로 결정될 수 있으며, 여기서, 
및 
는 각자의 홀로그램 
k-공간 분포들로부터 원점까지의 격자 벡터들(개별적으로 도시되지 않음)이다. 관례상, 파수 벡터들이 소문자 "k"에 의해 표현되고, 격자 벡터들이 대문자 "K"에 의해 표현된다는 것을 유의한다.
일단 기록되면, 홀로그램(230)은 회절된 빔을 생성하도록 프로브 빔에 의해 조명될 수 있다. 본 개시내용의 목적들을 위해, 회절된 빔은 프로브 빔의 반사로 고려될 수 있는데, 이는 입사광 빔(예를 들어, 이미지-베어링 광)으로 지칭될 수 있다. 프로브 빔 및 그의 반사된 빔은 반사 축(225)에 의해 각도적으로 양분된다(즉, 반사 축에 대한 프로브 빔의 입사각은 반사 축에 대한 반사된 빔의 반사각과 동일한 크기를 갖는다). 회절 프로세스는 기록 프로세스의 그것들과 유사하게 k-공간에서의 수학적 및 기하학적 연산들의 세트에 의해 표현될 수 있다. 약한 회절 제한에서, 회절된 빔의 회절된 광 분포는 수학식(4)에 의해 주어지고,
여기서 
및 
는 각각 회절된 빔 및 프로브 빔의 k-공간 분포들이고; "*"는 3D 콘볼루션(convolution) 연산자이다. 표기법 "
"는, 전술한 수학식이, 
, 즉, 결과가 k-구 상에 놓이는 경우에만 평가된다는 것을 표시한다. 콘볼루션 
는 편광 밀도 분포를 표현하고, 프로브 빔에 의해 유도된 격자 매체의 비균질 전기 쌍극자 모멘트들의 거시적인 합계 
에 비례한다.
통상적으로, 프로브 빔이 기록을 위해 사용되는 기록 빔들 중 하나의 기록 빔과 유사할 경우, 콘볼루션의 효과는 기록 동안 교차 상관을 반전시키는 것이고, 회절된 빔은 홀로그램을 기록하는 데 사용되는 다른 기록 빔과 실질적으로 유사할 것이다. 프로브 빔이 기록을 위해 사용되는 기록 빔들과는 상이한 k-공간 분포를 갖는 경우, 홀로그램은 홀로그램을 기록하는 데 사용되는 빔들과는 실질적으로 상이한 회절된 빔을 생성할 수 있다. 또한, 기록 빔들이 통상적으로 상호 간섭성(mutually coherent)이지만, 프로브 빔(및 회절된 빔)은 그렇게 제약되지 않는다는 것을 유의한다. 다파장 프로브 빔은, 각각이 상이한 k-구 반경으로 수학식(4)을 따르는, 단일-파장 빔들의 중첩으로서 분석될 수 있다.
당업자들은, 본 개시내용의 이점을 고려하여, k-공간에서의 스큐 미러 속성들을 설명할 경우 여기서 통상적으로 사용되는 용어 프로브 빔이, 실제 공간에서의 스큐 미러 반사 속성들을 설명할 경우 여기서 통상적으로 사용되는 용어 입사광과 유사하다는 것을 인식할 것이다. 유사하게, k-공간에서의 스큐 미러 속성들을 설명할 경우 여기서 통상적으로 사용되는 용어 회절된 빔은, 실제 공간에서의 스큐 미러 속성들을 설명할 경우 여기서 통상적으로 사용되는 용어 주 반사된 광과 유사하다. 따라서, 실제 공간에서의 스큐 미러의 반사 속성들을 설명할 경우, 입사광이 홀로그램(또는 다른 격자 구조)에 의해 주 반사된 광으로서 반사된다고 진술하는 것이 통상적이지만, 프로브 빔이 홀로그램에 의해 회절되어 회절된 빔을 생성한다고 진술하는 것은 본질적으로 동일한 것을 말한다. 유사하게, k-공간에서의 스큐 미러의 반사 속성들을 설명할 경우, 프로브 빔이 홀로그램(또는 다른 격자 구조)에 의해 회절되어 회절된 빔을 생성한다고 진술하는 것이 통상적이지만, 입사광이 격자 구조에 의해 반사되어 주 반사된 광을 생성한다고 진술하는 것은 본 개시내용의 구현들의 맥락에서 동일한 의미를 갖는다.
도 3a는 스큐 미러 사출 동공 등화를 통합하는 광학 시스템(300-a)의 다이어그램을 예시한다. 광학 시스템(300-a)은 도 1의 HMD(100)와 같지만 이에 제한되지는않는 HMD, 증강 현실(AR), 또는 가상 현실(VR) 응용 프로그램에서 이용될 수 있다. 광학 시스템(300-a)은 또한, 대형 스크린 디스플레이 및 광학 센서 응용들과 같지만 이에 제한되지는 않는 다양한 광학 커플링 응용들에서 이용될 수 있다. 광학 시스템(300-a)은 스큐 미러(305)가 아이 박스(315)와 같은 특정 위치를 향해 광을 회절시키게 허용하도록 선택적인 커플링을 이용하여, 그에 의해 광도 효율(예를 들어, 이미지 밝기)을 개선시킬 수 있다. 이것은 아이 박스(315)에서 사출 동공을 생성하는 유리한 효과를 가질 수 있다. 사출 동공은 스큐 미러(305)로부터 고정 거리에 있을 수 있다. 사출 동공은 내부 사출 동공에 비해 광학 효율을 증가시킬 수 있다. 표현된 각도는 격자 매체의 표면 법선에 대한 내부 각도들이며, 격자 매체 및/또는 기판 계면 뿐만 아니라 기판 공기 계면에서의 그 굴절은 예시의 목적을 위해 무시된다. 광학 시스템(300-a)은 머리 위 관점으로부터 보여지며, 사용자의 좌측 눈 또는 우측 눈 중 어느 하나를 표현할 수 있다. 설명의 용이함을 위해, 광학 시스템(300-a)은 사용자의 좌측 눈 관점으로부터 설명될 것이다.
스큐 미러(305) 및 격자 매체(310) 둘 모두는 도파관 내에 적어도 부분적으로 위치될 수 있다. 격자 매체(310)는 기판(307)(예를 들어, 유리 커버들 또는 유사한 보호 층들)에 의해 적어도 부분적으로 또는 전체적으로 둘러싸일 수 있다. 스큐 미러(305)는 격자 매체(310) 내에 하나 이상의 격자 구조들을 포함할 수 있다. 격자 구조는 입사광을 빔들 또는 파들로 반사, 회절, 및/또는 분할시킬 수 있는 광학 디바이스이며, 이어서, 그 빔들 또는 파들은 상이한 방향들로 계속 전파될 수 있다. 격자는 그의 회절된 각도 응답에 의해 특징지어질 수 있다. 정현파 격자의 경우, 회절된 각도 응답은 다음에 의해 표현될 수 있다:
회절된 각도 응답은, 입사각의 작은 변화들 Δθi에 응답하는 반사각의 변화 Δθr을 표현한다.반대로, 실제 미러는 다음에 의해 표현되는 각도 응답을 갖는다:
수학식(5) 및 수학식(6)의 각도들은 kz-축에 대한 k-공간에 있다.
회절된 각도 응답에 의해 실질적으로 특징지어지는 디바이스는 격자형(grating-like) 반사 거동을 나타낸다고 칭해질 수 있지만, 실제 미러 각도 응답에 의해 실질적으로 특징지어지는 디바이스는 미러형 반사 거동을 나타낸다고 칭해질 수 있다. 격자형 반사 거동을 나타내는 디바이스는 또한, 반사 축이 디바이스 표면에 수직이 아닌 한, 입사각에 따라 변하는 반사 축을 나타낼 것인데, 이 경우에 
이다. 따라서, 표면 법선으로 제약되지 않는 반사 축에 대해 광을 반사시키고 파장 브래그(Bragg) 선택도의 배수들에 걸쳐 있는 파장들에서 일정한 각도 브래그 선택도의 배수들에 걸쳐 있는 입사각들에 대한 반사각을 갖는 비교적 단순한 디바이스에 대한 요건들이, 단일 정현파 격자에 의해 충족되지 않을 수 있다. 당업자에게 알려진 바와 같이, 광을 반사시키는 디바이스(예를 들어, 정현파 격자)는 각도 및 파장 브래그 선택도 둘 모두를 나타낼 수 있다.
격자 매체(310)는 광중합체, 광굴절 결정들, 중크롬산 젤라틴, 광-열-굴절 유리, 분산된 할로겐화은 입자들을 함유하는 필름, 또는 입사 간섭 패턴에 반응하여 기록하기 위한 능력을 갖는 다른 재료로 구성될 수 있다. 격자 구조들은 체적-위상 홀로그램들과 같지만 이에 제한되지는 않는 홀로그램들로 구성될 수 있다. 다수의 홀로그램들은 격자 매체 내부 체적 내에 기록될 수 있으며, 그에 따라서 격자 매체 표면 아래로 연장될 수 있다. 따라서, 이들 홀로그램들은 종종 체적 홀로그램들로 지칭된다. 일부 구현들에서, 다수의 홀로그램들 각각은 다수의 홀로그램들 중 다른 홀로그램 중의 적어도 하나(그러나 전부는 아님)와 적어도 부분적으로 공간적으로 중첩된다. 일부 예들에서, 다수의 홀로그램들 각각은 다른 홀로그램들 모두와 적어도 부분적으로 공간적으로 중첩된다. 일부 실시예들에서, 다수의 홀로그램들 중 일부는 다른 홀로그램들 중 일부와 공간적으로 중첩되지 않을 수 있다.
예를 들어, 공간적으로 중첩하는 홀로그램들은 인접한 격자 매체 내의 2개의 홀로그램들에 의해 점유된 공간 또는 그들에 의해 공유된 체적에 대해 중첩된다(예를 들어, 2개의 공간적으로 중첩하는 홀로그램들은 격자 매체(310) 내의 동일한 공간 또는 체적의 적어도 일부에서 공유되거나 또는 공존한다). 이러한 방식으로, 제1 홀로그램의 가변 굴절률 속성들 및 연관된 프린지(fringe) 패턴들 중 적어도 일부는 격자 매체(310) 내의 제2 홀로그램의 가변 굴절률 속성들 및 연관된 프린지 패턴들 중 적어도 일부와 동일한 공간 또는 체적을 점유할 것이다(그리고 그와 중첩 또는 혼합된다). 홀로그램들이 공간적으로 중첩되지 않는 예들에서, 2개의 홀로그램들은 인접한 격자 매체 내에서 임의의 방식으로 교차 또는 중첩되지 않는다. 예를 들어, 제1 홀로그램은 제2 홀로그램으로부터 이격된 격자 매체(310)의 체적 부분 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 스큐 미러는 격자 매체(310) 내에 공간적으로 중첩하는 홀로그램 및 공간적으로 중첩하지 않는 홀로그램 둘 모두를 포함할 수 있다.
격자 매체(310) 내의 각각의 격자 구조는 스큐 미러(305)의 반사 축에 대해 광을 반사시키도록 구성될 수 있다. 반사 축은 도 2a에 도시된 반사 축(225)의 예일 수 있다. 반사 축은 격자 매체의 표면 법선으로부터 오프셋될 수 있다. 반사 축에 대한 입사광의 내부 입사각이 반사 축에 대한 반사된 광의 내부 반사각과 동일한 크기를 갖도록 입사광과 그의 반사가 반사 축에 의해 양분된다. 즉, 입사광과 그의 반사는 반사 축에 대해 좌우 대칭을 나타낼 수 있다. 일부 구현들에서, 격자 구조는 복수의 입사각들과 격자 매체의 표면 법선 사이에 있는 반사각으로 광을 반사시키도록 구성될 수 있다.
격자 매체(310) 내의 각각의 격자 구조는 특정한 복수의 입사각들로 하나 이상의 파장들의 광을 반사시키도록 구성될 수 있다(하나 이상의 파장들은 적어도 하나의 가시 적색광 파장, 하나의 가시 청색광 파장, 및 하나의 녹색광 파장을 포함할 수 있다). 격자 매체(310) 내의 각각의 격자 구조는 상이한 격자 구조에 대응하는 복수의 입사각들과는 상이한 복수의 입사각들로 광을 반사시킬 수 있다. 격자 매체(310) 내의 각각의 격자 구조는 복수의 정현파 체적 격자들로 구성될 수 있다.
광학 시스템(300-a)은 광원 또는 광 프로젝터(320)(예를 들어, 발광 다이오드에 의해 조명된 마이크로디스플레이)를 예시한다. 광은 입력 커플러(340)를 통해 스큐 미러(305)로 진입할 수 있다. 입력 커플러(340)는 프리즘 또는 프리즘형 구조, 격자 구조, 미러 또는 반사형 구조, 에지 패시트(edge facet) 또는 곡선형 표면, 또는 다른 입력 커플링 기법들일 수 있다. 입력 커플러(340)의 굴절률은 입력 커플러(340)가 커플링되는 기판(307)과 인덱스 매칭될 수 있다. 그러나, 일부 예들에서, 입력 커플러는 광(예를 들어, 이미지-베어링 광)을 스큐 미러로 지향시키는 데 사용되지 않을 수 있다. 광은 가시광의 범위(예를 들어, 가시 적색광, 가시 청색광, 및 가시 녹색광)를 포함할 수 있다. 아이 박스(315)를 향해 반사될 반사된 광선(325)에 대해, 입사광(330)은 격자 매체(310)의 제3(예를 들어, 우측) 구역(316)을 향하여 내부 전반사에 의해 전파되어야 한다. 그러나, 입사광(330)은 격자 매체(310)의 제3 구역(316)에 도달하기 위해 격자 매체(310)의 제1(예를 들어, 좌측) 구역(312) 및 제2(예를 들어, 중간) 구역(314)을 통과해야 한다. 예를 들어, 종래의 격자 구조가 격자 매체(310)에서 이용되었다면, 도파관으로 진입하는 일부 광은 잘못 지향되어(예를 들어, 광이 전파됨에 따라 아웃-커플링되어), 아이 박스(315)에 도달하지 못하는 낭비된 광(335)을 생성할 가능성이 있을 것이다. 그러나, 광학 시스템(300-a)에서, 반사된 광선(325)의 광(예를 들어, 반사된 광선(325)의 가시광의 각각의 파장의 광)과 브래그-매칭하는 적어도 일부의 홀로그램들은 스큐 미러(305)의 제1 구역(312) 및 제2 구역(314)에 기입되지 않아서, 광이 선택적인 커플링에 의해(예를 들어, 반사된 광선(325)의 광을 아이 박스(315) 이외의 영역을 향해 반사시킬 홀로그램들을 격자 매체(310)에 기입하지 않음으로써) 제1 구역(312)으로 줄어들지 않게 전파되게 허용한다. 그러나, 일부 예들에서, 예를 들어, 아이 박스를 향해 상방으로 청색광을 지향시키도록 의도되는 제1 구역의 격자가 또한, 아이 박스를 놓친 녹색을 우측으로 지향시키면, 일부 낭비된 광이 선택적인 커플링을 이용하는 스큐 미러에 의해서도 생성될 수 있다. 광학 시스템(300-a)의 실시예들은, 스큐 미러(305)가 아이 박스(315)를 향해 광을 반사시키도록 구성되기 때문에, 광을 반사시키는 불균등한 경우들을 개선시킨다.
일부 경우들에서, 체적 홀로그래픽 격자는 서로 상이한 각도들 및 파장들의 조합들에 대해 브래그 매칭되는 홀로그래픽 구조들을 포함할 수 있다. 즉, 격자 매체 내에서, 서로 상이한 광의 파장들은 서로 상이한 홀로그래픽 격자 구조들에 기초하여 동일한 반사 축을 따라 반사된다. 반사된 광선(325)으로서 격자 매체(310)의 구역들에 대해 유사하게 위치되는 반사된 광선들에 대응하는 홀로그램들은, 반사된 광선들이 아이 박스(315) 상에 입사되지만 다른 영역들(예를 들어, x-축을 따라 아이 박스(315)에 세로방향으로 인접한 영역들) 상에는 입사되지 않도록 유사하게 생략되거나 또는 포함될 수 있다.
따라서, 본 개시내용의 예들에 따르면, 입사광(330)은, 격자 매체(310)의 제3 구역(316)에 적어도 부분적으로 배치되고 입사광(330)으로 하여금 반사된 광선(325)으로서 아이 박스(315)를 향해 반사되게 할 홀로그램에 의해 선택적으로 반사될 수 있다. 즉, 입사광(330)은 입사광(330)에 대응하는 입사각을 갖는 광선들에 대해 제3 구역(316)에서 선택적으로 반사될 수 있다. 유사하게, 입사광(332)은, 격자 매체(310)의 제2 구역(314)에 적어도 부분적으로 배치되고 입사광(332)으로 하여금 반사된 광선(327)으로서 아이 박스(315)를 향해 반사되게 할 홀로그램에 의해 선택적으로 반사될 수 있다. 즉, 입사광(332)은 입사광(332)에 대응하는 입사각을 갖는 광선들에 대해 제2 구역(314)에서 선택적으로 반사될 수 있다. 일부 예들에서, 입사광(334)은, 격자 매체(310)의 제1 구역(312)에 적어도 부분적으로 배치되고 입사광(334)으로 하여금 반사된 광선(329)으로서 아이 박스(315)를 향해 반사되게 할 홀로그램에 의해 선택적으로 반사될 수 있다. 즉, 입사광(334)은 입사광(334)에 대응하는 입사각을 갖는 광에 대해 제1 구역(312)에서 선택적으로 반사될 수 있다.
광학 시스템(300-a)은 격자 매체(310)의 중심에 대략적으로 존재하는 평면에서 광을 반사시키는 것으로 예시된다. 그러나, 당업자들은, 광이 통상적으로 특정 평면에서보다는 오히려 격자 구조 전반에 걸쳐 반사된다는 것을 인식한다. 부가적으로, 아이 박스(315)로 지향되도록 의도되는 각각의 반사된 광에 대해, 격자 매체(310)의 하나 이상의 격자 구조들 내의 하나 이상의 홀로그램들은 다양한 파장들의 가시 적색광, 다양한 파장들의 가시 청색광, 및 다양한 파장들의 가시 녹색광에 대해 기입될 수 있다.
광학 시스템(300-a)의 양태들에 따르면, 스큐 미러(305)를 이용한 사출 동공 등화 및 그의 변경들은 원하는 수준의 성능을 달성하는 데 요구되는 격자 매체 동적 범위를 감소시키거나, 또는 획득가능한 회절 효율을 증가시킬 수 있다. 스큐 미러(305)로부터 반사된 광은 아이 박스(315)(또는 다양한 구현들에 따른 다른 특정 위치)에서만 바람직할 수 있다. 라인 세그먼트형 k-공간 인덱스 분포의 공간 분포는 오직 또는 대부분 아이 박스(315)를 향한 반사를 생성하기 위해 감소될 수 있다. 일부 예들에서, 단일 기록 노출 동안 홀로그램을 기입하기 위한 격자 매체(310)에 대한 방사 조도 프로파일(irradiance profile)은 다음에 의해 실질적으로 설명될 수 있으며:
여기서, dEB는 아이 박스(315)의 크기이고, dER은 아이 박스(315)로부터 격자 매체(310) 내의 홀로그램 및 격자 구조까지의 거리이며, θ S 는 반사된 빔이 z-축과 이루는 각도이다. 따라서, 일부 예들에서, 격자 매체(310) 내에 격자 구조를 형성하는 것은 아이 박스(315)의 사이즈(예를 들어, 길이 또는 폭)에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다. 일부 예들에서, 격자 매체(310) 내에 격자 구조를 형성하는 것은 아이 박스(315)로부터 격자 구조까지의 거리에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다.
도 3b는 본 개시내용의 양태들에 따른 스큐 미러 동공 등화를 지원하는 플롯이다. 플롯(300-b)은 축(345) 상의 홀로그램들의 수 및 축(350 상의 HOE(즉, 아이 릴리프)의 위치를 포함한다. 플롯(300-b)의 플롯 라인(348)은 30o의 시야를 갖는 200 μm 두께의 스큐 미러 커플러에 대한 최대 홀로그램 멀티플렉싱 밀도의 감소의 예를 예시한다. 플롯(300-b)의 플롯 라인(348)은 또한, HOE를 따라 각각의 세로방향 위치에서 요구될 수 있는 중첩하는 홀로그램들의 총 수를 예시한다.
본 명세서에 설명된 바와 같이, 최대 홀로그램 멀티플렉싱 밀도의 구역에 기록될 필요가 있을 수 있는 (예를 들어, 1/4 최대의 전체 폭(full width at quarter maximum: FWQM) 법칙에 따른) 홀로그램들의 등가 수(equivalent number)는 중요 인자에 의해 감소될 수 있다.
연속적인 홀로그램은 이웃한 또는 인접한 홀로그램으로부터 이격 또는 오프셋될 수 있다. 플롯(300-b)의 플롯 라인(348)은 연속적인 홀로그램들의 이러한 이격된 또는 오프셋된 분포에서의 결과들을 예시한다. 그 배향은 스프레드시트의 제1 시트(GratingTable_PupilEqualization)에 대응하며, 여기서, 격자들은 y-축을 따라 매체에 걸쳐 (-13mm로부터 +13mm까지) 모든 방향으로 연장되고, x-축을 따라 이격(예를 들어, 스태거링(staggered))되며, 각각은 자신의 이웃으로부터 일정 거리로 오프셋된다. 거리는 하나 이상의 구역들 전반에 걸쳐 일정(예를 들어, 0.10mm)하고 그리고/또는 가변적일 수 있다. 플롯 라인(348)으로부터 관찰될 수 있는 바와 같이, 격자 매체(310)를 따른 각각의 세로방향 위치에서 요구되는 중첩하는 홀로그램들의 총 수는, 격자 매체(310)의 중심으로부터(예를 들어, 아래로) 8mm 떨어진 곳에서 대략 83%만큼 그리고 격자 매체(310)의 중심으로부터(예를 들어, 아래로) 4mm 떨어진 곳에서 대략 25%만큼 감소될 수 있다(예를 들어, 격자 매체(310)의 제1 구역(312) 내의 중첩하는 홀로그램들의 총 수의 감소). 유사하게, 격자 매체(310)를 따른 각각의 세로방향 위치에서 요구되는 중첩하는 홀로그램들의 총 수는, 격자 매체(310)의 중심으로부터(예를 들어, 위로) 8mm 떨어진 곳에서 대략 75%만큼 그리고 격자 매체(310)의 중심으로부터(예를 들어, 위로) 6mm 떨어진 곳에서 대략 17%만큼 감소될 수 있다(예를 들어, 격자 매체(310)의 제3 구역(316) 내의 중첩하는 홀로그램들의 총 수의 감소). 이러한 비-제한적인 예에서, 스큐 미러(305)는 d ER = 25mm의 거리에서 d EB = 4mm의 아이 박스를 생성하도록 등화될 수 있으며, 사출 동공 등화 없이, 그러한 스큐 미러 디바이스는 스큐 미러 디바이스의 17.5mm의 길이를 따라 모든 곳에서 325개의 홀로그램들의 멀티플렉싱을 요구할 것이다. 본 명세서에 설명된 사출 동공 등화 기법들을 사용하여, 최대 홀로그램 멀티플렉싱 밀도가 139개의 홀로그램들로 감소될 수 있다. 이러한 감소는 단지 불균등한 밀도의 42.8%만을 표현하며, 잠재적으로는, 격자 매체(310)에 대해 동일한 기록 재료가 주어지면 회절 효율에서 5.47x의 개선을 초래한다.
부가적으로, 격자 매체(310)의 3개 초과의 구역들이 다양한 실시예들에서 이용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 일부 예들에서, 별개의 구역이 각각의 홀로그램(또는 유사한 홀로그램들의 세트를 갖는 격자 구조)에 대해 이용될 수 있다. 일부 예들에서, 본 명세서에 설명된 바와 같은 사출 동공 등화 기법들은 다수의 컬러 대역들에 대해 적용되어, 예를 들어, 적색 파장(예를 들어, 610-780nm) 대역, 녹색 파장(예를 들어, 493-577nm) 대역, 및 청색 파장(405-492nm) 대역에 대응하는 3개의 별개의 스큐 미러 격자 주파수 대역들을 생성할 수 있다.
도 3c는 본 개시내용의 다양한 양태들에 따른, 2차원 스큐 미러 사출 동공 등화를 통합하는 광학 시스템의 다이어그램이다. 광학 시스템(300-c)은 도 1의 HMD(100)와 같지만 이에 제한되지는않는 HMD, 증강 현실(AR), 또는 가상 현실(VR) 응용 프로그램에서 이용될 수 있다. 광학 시스템(300-c)은 또한, 대형 스크린 디스플레이 및 광학 센서 응용들과 같지만 이에 제한되지는 않는 다양한 광학 커플링 응용들에서 이용될 수 있다. 광학 시스템(300-c)은 스큐 미러(305)가 아이 박스(315-a)와 같은 특정 위치를 향해 광을 회절시키게 허용하도록 선택적인 커플링을 이용하여, 그에 의해 광도 효율(예를 들어, 이미지 밝기)을 개선시킬 수 있다. 이것은 아이 박스(315-a)에서 사출 동공을 생성하는 유리한 효과를 가질 수 있다. 사출 동공은 스큐 미러(305)로부터 고정 거리에 있을 수 있다. 사출 동공은 내부 사출 동공에 비해 광학 효율을 증가시킬 수 있다. 표현된 각도는 격자 매체의 표면 법선에 대한 내부 각도들이며, 격자 매체 및/또는 기판 계면 뿐만 아니라 기판 공기 계면에서의 그 굴절은 예시의 목적을 위해 무시된다.
광학 시스템(300-c)은 디스플레이(355), 시준기(360), 수평 도파관(365), 수직 도파관(370), 및 아이 박스(315-a)를 포함할 수 있다. 아이 박스(315-a)는 수직 도파관(370)으로부터 일정 거리에 있을 수 있으며, 그에 의해 아이 릴리프(375)로 알려져 있다. 광학 시스템(300-c)은 스큐 미러들을 이용할 수 있는 2차원 동공 확장기의 예를 예시한다. 수평 도파관(365)에 배치된 스큐 미러는 교차 커플러(cross coupler)로 지칭될 수 있다. 일부 경우들에서, 수직 도파관(370)에 배치된 스큐 미러는 출력 커플러로 지칭될 수 있다.
본 명세서에 설명된 바와 같은 사출 동공 등화 기법들은 2개의 스큐 미러들을 이용함으로써 2차원 동공 확장을 제공하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 수평 도파관(365)은 제2 스큐 미러에 동작가능하게 커플링된 제1 스큐 미러를 포함할 수 있다. 제1 스큐 미러는 수평 방향으로(예를 들어, 도 3a의 스큐 미러(305)에 대해 도시된 바와 같이 y-축과 함께 x-축을 따라) 동공을 확장시키는 데 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 제1 스큐 미러(예를 들어, 교차 커플러)는 별개의 2D(덕트-타입(duct-type)) 도파관 내에 배치될 수 있다. 제2 스큐 미러는 수직 방향으로(예를 들어, 도 3의 스큐 미러(305)에 대해 도시된 바와 같이 y-축을 따라) 동공을 확장시키는 데 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 제2 스큐 미러(예를 들어, 출력 커플러)는 별개의 1D(슬래브-타입(slab-type)) 도파관 내에 배치될 수 있다. 일부 예들에서, 제1 스큐 미러(예를 들어, 교차 커플러) 및 제2 스큐 미러(예를 들어, 출력 커플러)는 단일의 1D(슬래브-타입) 도파관 내에 배치될 수 있다. 일부 예들에서, 제1 스큐 미러와 제2 스큐 미러는 인접하거나 또는 그렇지 않으면 수직으로(예를 들어, y-축을 따라) 동작가능하게 커플링될 수 있다. 일부 예들에서, 제1 스큐 미러와 제2 스큐 미러는 인접하거나 또는 그렇지 않으면 수평으로(예를 들어, x-축을 따라) 동작가능하게 커플링될 수 있다. 일부 예들에서, 제1 스큐 미러와 제2 스큐 미러는 인접하거나 또는 그렇지 않으면 중첩 방식으로(예를 들어, z-축을 따라) 동작가능하게 커플링될 수 있다.
일부 예들에서, 제1 스큐 미러(예를 들어, 교차 커플러)는 본 명세서에 설명된 바와 같은 사출 동공 등화 기법들을 구현하도록 선택적인 커플링을 이용할 수 있다. 일부 예들에서, 제2 스큐 미러(예를 들어, 출력 커플러)는 본 명세서에 설명된 바와 같은 사출 동공 등화 기법들을 구현하도록 선택적인 커플링을 독립적으로 이용할 수 있다.
도 4a는 본 개시내용의 다양한 양태들에 따른, 스큐 미러 동공 등화를 지원하는 광학 구조(400-a)의 사시도이다. 광학 구조(400-a)는 도 1의 HMD(100)의 스큐 미러(110), 도 2a의 스큐 미러(210), 및/또는 도 3의 스큐 미러(305)의 양태들을 포함할 수 있다. 광학 구조(400-a)는 격자 매체(405), 제1 격자 구조(410), 및 제2 격자 구조(415)를 포함할 수 있다.
광학 구조(400-a)는, 모든 또는 대부분의 반사된 광이 지향되는 외부 사출 동공(도시되지 않음)을 형성하도록 선택적인 커플링을 이용할 수 있다. 시스템의 회절 효율 및 광도 효율은 스큐 미러 사출 동공 등화 기법들을 포함하는 광학 구조(400-a)를 통합함으로써 증가될 수 있다. 광학 구조(400-a)는, 격자 매체(405) 내의 하나 이상의 홀로그램들을 사용하는 격자 구조들이 눈에 비가시적(또는 거의 비가시적)이도록 실질적으로 투명할 수 있다. 머리 장착형 디스플레이와 같은 응용에서, 광은, 외부 사출 동공과 일반적으로 정렬될 수 있는 아이 박스(도시되지 않음)와 같은 특정 위치를 향해 스큐 미러로부터 회절될 수 있다.
제1 격자 구조(410) 및 제2 격자 구조(415) 각각은 복수의 입사각들로 격자 매체의 표면 법선으로부터 오프셋된 반사 축에 대해 특정 파장의 광을 반사시키도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 제1 및 제2 격자 구조들 각각은 격자 구조들을 형성하는 복수의 홀로그램들을 포함할 수 있다. 이해의 용이함을 위해, 제1 격자 구조(410) 및 제2 격자 구조(415) 각각은 단일 홀로그램으로서 일반적으로 논의된다. 그러나, 광학 구조(400-a)의 실시예들은 그러한 단일 홀로그램 격자 구조들로 제한되지 않는다.
격자 매체(405) 내의 제1 격자 구조(410)는 제1 입사각으로 격자 매체의 표면 법선(407)으로부터 오프셋된 제1 반사 축에 대해 일정 파장의 광을 반사시키도록 구성될 수 있다. 격자 매체(405) 내의 제2 격자 구조(415)는, 제2 격자 구조(415)가 제1 격자 구조(410)와 적어도 부분적으로 중첩되지 않도록 배치될 수 있다. 제2 격자 구조(415)는 제1 입사각과는 상이한 제2 입사각으로 격자 매체(405)의 표면 법선(407)으로부터 오프셋된 제2 반사 축에 대해 일정 파장의 광을 반사시키도록 구성될 수 있다. 제1 격자 구조(410) 및 제2 격자 구조(415) 각각은 홀로그램 또는 정현파 체적 격자를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 홀로그램들 또는 비=홀로그래피 정현파 체적 격자들 중 어느 하나는 광학 구조(400-a)의 격자 매체(405)에서 사용된다. 다른 실시예들에서, 홀로그램들 및 비-홀로그래피 정현파 체적 격자들 둘 모두는 동일한 격자 매체(405)에서 사용될 수 있다.
제1 격자 구조(410)는 제2 격자 구조(415)와 부분적으로 공간적으로 중첩되어, 제1 격자 구조(410) 및 제2 격자 구조(415)의 광학 특성들(예를 들어, 가변 굴절률 속성들 및 연관된 프린지 패턴들)이 중첩 또는 혼합될 수 있다. 일부 예들에서, 제1 반사 축은 제2 반사 축과 실질적으로 평행하다. 일부 예들에서, 제1 입사각과 제2 입사각은 적어도 5°만큼 상이하다.
일 예에서, 제1 격자 구조(410)는 제1 범위의 입사각들로 격자 매체(405)의 표면 법선(407)으로부터 오프셋된 제1 반사 축에 대해 일정 파장의 광을 반사시키도록 추가로 구성된다. 이러한 제1 범위의 입사각들은 위에서 논의된 제1 입사각을 포함할 수 있다. 제1 범위의 입사각들의 각각의 입사각은 제2 입사각보다 클 수 있다. 부가적으로, 제1 범위의 입사각들의 입사각은 각자의 홀로그램에 대응할 수 있다(예를 들어, 이러한 예에서 제1 격자 구조(410)는 복수의 홀로그램들을 포함한다). 제1 격자 구조(410)는 (예를 들어, 동일한 파장의 광을 반사시키기 위해) 적어도 3개의 홀로그램들을 포함할 수 있다. 적어도 3개의 홀로그램들 각각은 제1 범위의 입사각들 내의 고유한 입사각에 대응할 수 있다. 적어도 3개의 홀로그램들에 대한 인접 |ΔKG|는 미터당 1.0 × 104 내지 1.0 × 106 라디안(rad/m)에 존재하는 평균 값을 가질 수 있다. 격자 구조에서 인접한 홀로그램들의 |ΔKG| 관계를 예시하기 위해 적어도 3개의 각도들이 이러한 예에서 설명되며, 많은 고유한 입사각들에 대응하는 많은 홀로그램들이 격자 매체(405) 내의 제1 격자 구조(410) 및 다른 격자 구조들에 포함될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
제1 격자 구조(410) 및 제2 격자 구조(415)는 일정 파장의 광(예를 들어, 가시 적색광 파장, 가시 청색광 파장, 또는 가시 녹색광 파장)을 반사시키는 것으로서 설명되며, 따라서, 광학 디바이스(400-a)는 단색의 의미로 설명될 수 있지만, 광학 디바이스(400-a)의 예는 일반적으로, 다수의 파장들의 광을 반사시키도록 구성된 격자 구조들을 포함한다. 예를 들어, 제1 격자 구조(410)는 제1 입사각으로 복수의 파장들의 광을 반사시키도록 추가로 구성될 수 있고, 제2 격자 구조(415)는 제2 입사각으로 복수의 파장들의 광을 반사시키도록 추가로 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 파장들은 가시 적색광 파장(예를 들어, 618nm), 가시 청색광 파장(예를 들어, 460nm), 및 가시 녹색광 파장(예를 들어, 518nm)을 포함한다. 다른 실시예들에서, 복수의 파장들은 가시 적색광 파장 범위로부터 2개 이상의 가시 적색광 파장들, 가시 청색광 파장 범위로부터 2개 이상의 가시 청색광 파장들, 및 가시 녹색광 파장 범위로부터 2개 이상의 가시 녹색광 파장들을 포함한다.
광학 구조(400-a)가 도파관 응용에 포함되는 경우, 각각의 격자 구조는 광학 구조(400-a)로부터 고정 거리에 위치된 사출 동공을 향해 광의 일부를 반사시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도파관은 도파관의 광 입력 구역으로부터 제1 격자 구조(410) 및 제2 격자 구조(415)로 광을 운반하도록 구성될 수 있다. 격자 매체(405)는 도파관 내에 적어도 부분적으로 배치될 수 있고, 대향하는 기판들에 의해 덮히거나 또는 둘러싸일 수 있다.
도 4b는 본 개시내용의 다양한 양태들에 따른, 스큐 미러 동공 등화를 지원하는 광학 구조(400-b)의 평면도이다. 광학 구조(400-b)는 도 1의 HMD(100)의 스큐 미러(110), 도 2a의 스큐 미러(210), 도 3의 스큐 미러(305), 및/또는 도 4a의 광학 구조(400-a)의 양태들을 포함할 수 있다. 광학 구조(400-b)는 격자 매체(405-a), 제1 격자 구조(410-a), 제2 격자 구조(415-a), 및 제3 격자 구조(420)를 포함할 수 있다.
제3 격자 구조(420)는 다른 격자 구조들과 함께 격자 매체(405-a) 내에 배치될 수 있다. 일부 경우들에서, 제3 격자 구조(420)는 제1 격자 구조(410-a)와 제2 격자 구조(415-a) 사이에 배치될 수 있다. 제3 격자 구조(420)는 제1 격자 구조(410-a)와 적어도 부분적으로 중첩되지 않고, 제2 격자 구조(415-a)와 적어도 부분적으로 중첩되지 않을 수 있다. 제3 격자 구조는 제1 입사각 및 제2 입사각과는 상이한 제3 입사각으로 격자 매체(405)의 표면 법선(407)으로부터 오프셋된 제3 반사 축에 대해 일정 파장의 광(예를 들어, 제1 격자 구조(410-a) 및 제2 격자 구조(415-a)에 의해 반사된 것과 동일한 파장의 광)을 반사시키도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 제3 반사 축은 제1 반사 축 및 제2 반사 축과 실질적으로 평행하다. 일부 실시예들에서, 제1 입사각은 제3 입사각보다 클 수 있고, 제3 입사각은 제2 입사각보다 클 수 있다. 이러한 방식으로, 이들 입사각들 각각은 무시가능하지 않은 양만큼 상이하고, 광학 구조(400-b)의 하나 이상의 구역들과 연관된 반사 기능을 수행할 수 있다.
일부 예들에서, 제1 격자 구조(410-a) 및 제2 격자 구조(415-a) 각각은 사출 동공을 향해 광의 일부를 반사시키도록 구성된다(도 4b에 도시되지는 않지만, 본 명세서에 설명된 다른 도면들 및 예들에는 예시된다). 제1 격자 구조(410-a)와 중첩되는 제2 격자 구조(415-a)의 제1 말단(417)과 중첩되지 않는 제1 격자 구조(410-a)의 제1 말단(412)이 제2 격자 구조(415-a)의 제1 말단(417)보다 사출 동공으로부터 더 멀리 있도록 사출 동공은 도파관(예를 들어, 격자 매체(405)를 포함하는 도파관)의 표면으로부터 고정 거리에 있을 수 있다. 이러한 방식으로, 사출 동공은 일반적으로 x-축을 따라 (격자 매체(405-a)에 대해) 세로방향으로 중심에 위치될 수 있다.
도 4c는 본 개시내용의 다양한 양태들에 따른, 스큐 미러 동공 등화를 지원하는 광학 구조(400-c)의 평면도이다. 광학 구조(400-c)는 도 1의 HMD(100)의 스큐 미러(110), 도 2a의 스큐 미러(210), 도 3의 스큐 미러(305), 도 4a의 광학 구조(400-a), 및/또는 도 4b의 광학 구조(400-b)의 양태들을 포함할 수 있다. 광학 구조(400-c)는 격자 매체(405-b), 제1 격자 구조(410-b), 제2 격자 구조(415-b), 및 제4 격자 구조(430)를 포함할 수 있다.
제4 격자 구조(430)는 다른 격자 구조들과 함께 격자 매체(405-b) 내에 배치될 수 있다. 일부 경우들에서, 제4 격자 구조(430)는 제1 격자 구조(410-b)와 중첩되지 않는다. 이것은, 복수의 격자 구조들이 격자 매체(405-b)에 걸쳐 펼쳐져서, 서로의 길이가 일반적으로 균일할 수 있는 격자 구조들의 길이가 격자 매체(405-b)의 전체 길이의 적어도 절반만큼 더 짧은 경우 발생한다. 일부 경우들에서, 제4 격자 구조(430)는 또한, 제2 격자 구조(415-b)와 같은 다른 격자 구조와 적어도 부분적으로 중첩될 것이다. 제4 격자 구조(430)는 제1 입사각 및 제2 입사각과는 상이한 제4 입사각으로 격자 매체(405-b)의 표면 법선(407)으로부터 오프셋된 제4 반사 축에 대해 일정 파장의 광을 반사시키도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 제4 반사 축은 제1 반사 축 및 제2 반사 축과 실질적으로 평행하다. 일부 실시예들에서, 제1 입사각은 제2 입사각보다 클 수 있고, 제2 입사각은 제4 입사각보다 클 수 있다.
도 4b의 제3 격자 구조(420) 및 도 4c의 제4 격자 구조(430)에 대해 사용되는 제3 및 제4 지정들이 임의의 지정들이며, 제1 및 제2 격자 구조들에 대한 다른 격자 구조 또는 부가적인 격자 구조로서 단순히 고려될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 제3 격자 구조(420) 및 제4 격자 구조(430)는 스큐 미러 동공 등화와 연관된 격자 구조들의 부분적으로 중첩하는 특징부 및 중첩하지 않는 특징부의 비-제한적인 예들을 예시한다.
도 5는 복수의 격자 구조들(505)을 예시하는 광학 컴포넌트(500)의 다이어그램이다. 격자 구조들(505)은 도 3 및 도 4를 참조하여 설명된 격자 구조들과 유사할 수 있다. 격자 구조들(505)은 논의의 목적들을 위해 분해도 방식으로 예시되지만, 이들 격자 구조들(505)은 본 명세서(예를 들어, 도 4a 내지 도 4c)에 설명된 바와 같이 격자 매체의 체적 또는 공간 내에서 중첩 및 혼합될 수 있다. 또한, 각각의 격자 구조는 상이한 회절각 응답을 가질 수 있고, 다른 격자 구조와는 상이한 파장의 광을 반사시킬 수 있다.
광학 컴포넌트(500)는 격자 구조(505-a) 및 격자 구조(505-b)를 도시한다. 격자 구조(505-a)는 대응하는 k-공간 다이어그램(510-a)을 가질 수 있고, 격자 구조(505-b)는 대응하는 k-공간 다이어그램(510-b)을 가질 수 있다. k-공간 다이어그램들(510-a 및 510-b)은 홀로그램을 조명함으로써 브래그-매칭된 재구성의 경우들을 예시할 수 있다.
k-공간 다이어그램(510-a)은 격자 구조(505-a)에 의한 입사광의 반사를 예시할 수 있다. k-공간 다이어그램(510-a)은 홀로그램에 의한 프로브 빔의 미러형 회절(이는 반사로 지칭될 수 있음)의 표현이며, 여기서 반사 축에 대한 프로브 빔 입사각은 반사 축에 대한 회절된 빔 반사각과 동일하다. k-공간 다이어그램(510-a)은, 격자 구조(505-a)의 반사 축(530-a)의 각도와 동일한, z-축에 대해 측정된 각도를 갖는 양의 측대역 
의 k-공간 분포(550-a)를 갖는다. k-공간 다이어그램(510-a)은 또한, 반사 축(530-a)의 각도와 동일한, z-축에 대해 측정된 각도를 갖는 음의 측대역 
의 k-공간 분포(553-a)를 갖는다. k-구(540-a)는 가시 청색광, 가시 녹색광, 또는 가시 적색광을 표현할 수 있다.
k-공간 다이어그램(510-a)은, 포인트형이고 프로브 빔 k-구(540-a) 상에 놓이는 회절된 빔 k-공간 분포(525-a) 
를 프로브 빔(535-a)이 생성하는 경우를 도시한다. 회절된 빔 k-공간 분포(525-a)는 수학식(4)의 콘볼루션에 따라 생성된다.
프로브 빔(535-a)은, 또한 포인트형인 k-공간 분포 
를 갖는다. 이러한 경우, 프로브 빔 파장이 홀로그램을 기록하는 데 사용되는 기록 빔들의 파장과 상이하더라도, 프로브 빔은 홀로그램에 "브래그-매칭"되는 것으로 칭해지고, 홀로그램은 상당한 회절을 생성할 수 있다. 콘볼루션 연산은 또한, 벡터 합 
에 의해 기하학적으로 표현될 수 있으며, 여기서, 
는 회절된 빔 파수 벡터(520-a)를 표현하고, 
는 프로브 빔 파수 벡터(515-a)를 표현하며, 
는 양의 측대역 격자 벡터(551-a)를 표현한다. 벡터(545-a)는 수학식(4)의 콘볼루션에 따른 프로브 빔 파수 벡터(515-a)와 양의 측대역 격자 벡터(551-a)의 합을 표현한다. k-공간 다이어그램(510-a)은 또한 음의 측대역 격자 벡터(552-a)를 갖는다.
프로브 빔 파수 벡터(515-a) 및 회절된 빔 파수 벡터(520-a)는 실질적으로 이등변인 삼각형의 레그(leg)들을 반드시 형성한다. 이러한 삼각형의 등각들은 입사각 및 반사각과 반드시 일치하며, 입사각 및 반사각 둘 모두는 반사 축(530-a)에 대해 측정된다. 따라서, 격자 구조(505-a)는 반사 축(530-a)에 대해 실질적으로 미러형 방식으로 광을 반사시킨다.
k-공간 다이어그램(510-b)은 격자 구조(505-b)에 의한 입사광의 반사를 예시할 수 있다. 격자 구조(505-b)는 격자 구조(505-a)에 의해 반사된 입사각들과는 상이한 복수의 입사각들로 입사광을 반사시킬 수 있다. 격자 구조(505-b)는 또한, 격자 구조(505-a)와는 상이한 파장의 광을 반사시킬 수 있다. k-공간 다이어그램(510-b)은 홀로그램에 의한 프로브 빔의 미러형 회절(이는 반사로 지칭될 수 있음)의 표현이며, 여기서 반사 축에 대한 프로브 빔 입사각은 반사 축에 대한 회절된 빔 반사각과 동일하다. k-공간 다이어그램(510-b)은, 격자 구조(505-b)의 반사 축(530-b)의 각도와 동일한, z-축에 대해 측정된 각도를 갖는 양의 측대역 
의 k-공간 분포(550-b)를 갖는다. k-공간 다이어그램(510-b)은 또한, 반사 축(530-b)의 각도와 동일한, z-축에 대해 측정된 각도를 갖는 음의 측대역 
의 k-공간 분포(553-b)를 갖는다. k-구(540-b)는 가시 청색광, 가시 녹색광, 또는 가시 적색광을 표현할 수 있다. 일부 실시예들에서, k-구는 자외선 또는 적외선 파장들을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 다른 파장들의 전자기 방사선을 표현할 수 있다.
k-공간 다이어그램(510-b)은, 포인트형이고 프로브 빔 k-구(540-b) 상에 놓이는 회절된 빔 k-공간 분포(525-b) 
를 프로브 빔(535-b)이 생성하는 경우를 도시한다. 회절된 빔 k-공간 분포(525-b)는 수학식(4)의 콘볼루션에 따라 생성된다.
프로브 빔(535-b)은, 또한 포인트형인 k-공간 분포 
를 갖는다. 이러한 경우, 프로브 빔 파장이 홀로그램을 기록하는 데 사용되는 기록 빔들의 파장과 상이하더라도, 프로브 빔은 홀로그램에 "브래그-매칭"되는 것으로 칭해지고, 홀로그램은 상당한 회절을 생성할 수 있다. 콘볼루션 연산은 또한, 벡터 합 
에 의해 기하학적으로 표현될 수 있으며, 여기서, 
는 회절된 빔 파수 벡터(520-b)를 표현하고, 
는 프로브 빔 파수 벡터(515-b)를 표현하며, 
는 양의 측대역 격자 벡터(551-b)를 표현한다. 벡터(545-b)는 수학식(4)의 콘볼루션에 따른 프로브 빔 파수 벡터(515-b)와 양의 측대역 격자 벡터(551-b)의 합을 표현한다. k-공간 다이어그램(510-b)은 또한 음의 측대역 격자 벡터(552-b)를 갖는다.
프로브 빔 파수 벡터(515-b) 및 회절된 빔 파수 벡터(520-b)는 실질적으로 이등변인 삼각형의 레그들을 반드시 형성한다. 이러한 삼각형의 등각들은 입사각 및 반사각과 반드시 일치하며, 입사각 및 반사각 둘 모두는 반사 축(530-b)에 대해 측정된다. 따라서, 격자 구조(505-b)는 반사 축(530-b)에 대해 실질적으로 미러형 방식으로 광을 반사시킨다.
도 6a는 본 개시내용의 다양한 양태들에 따른, 동공 등화를 이용하여 스큐 미러를 제조하기 위한 시스템(600-a)이다. 시스템(600-a)은 샘플 스테이지 캐리어(605), 샘플 캐리어 레일(rail)(610), 제1 기록 빔(615-a), 신호 미러(620), 제2 기록 빔(625-a), 기준 미러(630), 기준 미러 캐리어 레일(635), 기준 미러 캐리어(640), 격자 매체(645-a), 홀로그램(650), 제1 프리즘(655-a), 및 제2 프리즘(660-a)을 포함할 수 있다.
시스템(600-a)은 글로벌(global) 좌표들(xG, yG, zG) 및 스큐 미러 좌표들(x, y, z)을 포함할 수 있다. 원점은 격자 매체(645-a)의 중심에 있는 것으로 정의될 수 있다. 일부 경우들에서, 격자 매체(645-a)는 일반적으로 직사각형 형상을 포함할 수 있으며, 여기서, 'z'는 격자 매체(645-a)의 두께에 대응하고, 'x'는 격자 매체(645-a)의 면내 측면의 길이에 대응하며, 'y'는 격자 매체(645-a)의 면내 측면의 길이에 대응한다. 기록을 위한 글로벌 각도 θG는 격자 매체(645-a) 내부에서 x G -축에 대한 제1 기록 빔(615-a)의 각도로서 정의될 수 있다. 스큐 미러 좌표들(x, y, z)은 다음의 수학식에 의해 글로벌 좌표들로 변환될 수 있다:
시스템(600-a)은 원하는 아이 박스 크기와 대략적으로 동일한 크기를 갖도록 기록 빔들을 구성하는 데 사용될 수 있다. 구현에서, 시스템(600-a)은 제1 기록 빔(615-a) 및 제2 기록 빔(625-a)에 대한 정확한 각도들을 생성하기 위해 신호 미러(620) 및 기준 미러(630)와 같은 회전 미러들을 배치시킬 수 있다. 신호 미러(620)의 각도는 폭 ~dEB를 갖는 제1 기록 빔(615-a)의 원하는 각도(θG1)를 생성하도록 변경될 수 있다. 샘플 스테이지 캐리어(605) 및 기준 미러 캐리어(640)는 각각의 노출 동안 기록 빔들을 이용하여 정확한 위치를 조명하기 위해 위치될 수 있다. 시스템(600-a)의 샘플 스테이지 캐리어(605)는 제1 기록 빔(615-a)을 이용한 격자 매체(645-a)의 원하는 위치로의 조명을 용이하게 하기 위해 샘플 캐리어 레일(610) 상에 위치될 수 있다. 기준 미러 캐리어(640)는 제2 기록 빔(625-a)을 이용한 격자 매체(645-a)의 원하는 위치로의 조명을 용이하게 하기 위해 기준 미러 캐리어 레일(635) 상에 위치될 수 있다. 격자 매체(645-a)는 홀로그램 기록 전의 또는 그 동안의 기록 매체로 지칭될 수 있으며, 광중합체를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 격자 매체는 광굴절 결정들, 중크롬산 젤라틴, 광열 굴절 유리, 및/또는 분산된 할로겐화은 입자들을 함유하는 필름을 포함할 수 있다.
신호 미러(620) 및 기준 미러(630) 세트의 회전으로, 미러들은, 제1 기록 빔(615-a) 및 제2 기록 빔(625-a)를 지향시켜, 기록 빔들이 서로 교차 및 간섭하여, 격자 매체(645-a)에 홀로그램(650)으로서 기록되는 간섭 패턴을 형성하도록 배열된다. 홀로그램(650)은 격자 구조의 예이다. 시스템(600)은, 복수의 입사각들로 스큐 축(665-a)에 대해 특정 파장의 광을 반사시키도록 각각 구성되는 다수의 격자 구조들을 형성할 수 있다. 각각의 격자 구조는 특정 파장을 갖는 간섭성 광에 대한 격자 매체(645-a)의 복수의 노출들을 사용하여 형성될 수 있다. 각각의 격자 구조에 대응하는 복수의 입사각들은 최소 범위의 각도들만큼 서로 오프셋될 수 있다.
일부 구현들에서, 기록 빔들은 서로 상이한 폭들을 가질 수 있거나, 또는 그들은 동일할 수 있다. 기록 빔들은 각각 서로 동일한 세기를 가질 수 있거나, 또는 세기가 빔들 사이에서 상이할 수 있다. 빔들의 세기는 균일하지 않을 수 있다. 격자 매체(645-a)는 통상적으로, 제1 프리즘(655-a)과 제2 프리즘(660-a) 사이의 장소에, 프리즘들 둘 모두 및 격자 매체에 인덱스 매칭된 유체를 사용하여 고정된다. 스큐 축(665-a)은 표면 법선(670-a)에 대한 스큐 각도에 존재한다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 스큐 각도는 표면 법선(670-a)에 대해 -30.25도일 수 있다. 제1 및 제2 기록 빔들 사이의 각도는 0도 내지 180도의 범위에 존재할 수 있다. 이어서, 표면 법선(670-a)에 대한 기록된 스큐 각도는 면내 시스템(600-a)에 대해 Φ' = (θR1 + θR2 - 180°)/2 + Φ G 가 된다. θG2 = 180° - θG1인 공칭 경우에 대해, Φ' = Φ G 이다. 도 6a에서, Φ G 는 표면 법선에 대한 공칭 스큐 각도를 나타낸다. 부가적으로, 도 6a에서, θG1 및 θG2의 각도들의 정확한 도면은 도시되지 않는다. θ'G1 및 θ'G2의 각도들이 예시되고 θG1 및 θG2의 각도들에 대응한다. θG1 및 θG2의 각도들은 제1 프리즘(655-a) 및 제2 프리즘(660-a) 내에서 제1 기록 빔(615-a) 및 제2 기록 빔(625-a)의 빔과 각각 관련된다. 기록 빔들이 프리즘들로 진입할 경우 공기와 프리즘들 사이의 경계에서의 굴절률 미스매치(예를 들어, 스넬의 법칙 또는 굴절 법칙의 효과들) 때문에, θ'G1 및 θ'G2의 각도들은 θG1 및 θG2의 각도들과 상이할 것이다.
제1 기록 빔(615-a) 및 제2 기록 빔(625-a)은 스큐 축(665-a)에 대해 공칭적으로 대칭이어서, 스큐 축에 대한 제1 기록 빔 내부 각도 + 스큐 축에 대한 제2 기록 빔 내부 각도가 180도와 동일하게 된다. 제1 및 제2 기록 빔들 각각은 통상적으로 레이저 광원으로부터 비롯되는 시준된 평면파 빔들이다.
예를 들어, 제1 기록 빔(615-a)이 제1 프리즘(655-a)의 공기/프리즘 경계와 교차하고 제2 기록 빔(625-a)이 제2 프리즘(660-a)의 공기/프리즘 경계와 교차하는 공기/프리즘 경계들에서의 굴절은, 엄격하게 정량적으로보다는 오히려 상징적으로 도시된다. 프리즘/격자 매체 경계에서의 굴절이 또한 발생할 수 있다. 구현들에서, 격자 매체 및 프리즘들은 각각 405nm의 기록 빔 파장에서 대략 1.5471의 굴절률을 갖는다.
(홀로그램들의 집합에 대한 평균 스큐 각도를 포함하는) 홀로그램에 대한 스큐 각도는, 반사 축 각도와 실질적으로 동일할 수 있고, 이는 스큐 각도 또는 평균 스큐 각도가 반사 축 각도의 1.0도 이내에 있음을 의미한다. 본 개시내용의 이점을 고려하여, 당업자들은 스큐 각도 및 반사 축 각도가 이론적으로 동일할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 그러나, 시스템 정밀도 및 정확도의 제한들, 홀로그램들을 기록하는 동안 발생하는 기록 매체의 수축, 및 오차의 다른 공급원들로 인해, 기록 빔 각도들에 기초하여 측정되거나 추정되는 바와 같은 스큐 각도 또는 평균 스큐 각도는, 스큐 미러에 의해 반사되는 광의 반사각들 및 입사각들에 의해 측정되는 바와 같은 반사 축 각도와 완벽하게 매칭되지 않을 수 있다. 그럼에도 불구하고, 매체 수축 및 시스템 결함들이 스큐 각도 및 반사 축 각도를 추정하는 데에 있어서 오차들에 기여하더라도, 기록 빔 각도들에 기초하여 결정되는 스큐 각도는, 입사광 및 그의 반사의 각도들에 기초하여 결정되는 반사 축 각도의 1.0도 이내일 수 있다. 이들 매체 수축 및 시스템 결함들이 동공 등화를 이용한 스큐 미러들의 제조 시에 임의로 작게 만들어질 수 있다는 것이 이해된다. 이와 관련하여, 이들 매체 수축 및 시스템 결함들은 통상적인 또는 종래의 미러의 평탄성과 유사한 것으로 고려될 수 있다. 일부 예들에서, 체적 홀로그램들을 사용한 스큐 미러들의 제조와 연관되는 근본적인 제한은 기록 매체의 두께에 기초할 수 있다.
스큐 축/반사 축은 일반적으로, 스큐 미러의 제조를 언급할 때(예를 들어, 스큐 미러 격자 매체에 홀로그램을 기록하는 것을 설명할 때) 스큐 축으로, 그리고 스큐 미러의 광 반사 속성들을 언급할 때 반사 축으로 불린다. (홀로그램들의 집합에 대한 평균 스큐 각도를 포함하는) 홀로그램에 대한 스큐 각도는, 반사 축 각도와 실질적으로 동일할 수 있고, 이는 스큐 각도 또는 평균 스큐 각도가 반사 축 각도의 1.0도 이내에 있음을 의미한다. 본 개시내용의 이점을 고려하여, 당업자들은 스큐 각도 및 반사 축 각도가 이론적으로 동일할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 그러나, 시스템 정밀도 및 정확도의 제한들, 홀로그램들을 기록하는 동안 발생하는 기록 매체의 수축, 및 오차의 다른 공급원들로 인해, 기록 빔 각도들에 기초하여 측정되거나 추정되는 바와 같은 스큐 각도 또는 평균 스큐 각도는, 스큐 미러에 의해 반사되는 광의 반사각들 및 입사각들에 의해 측정되는 바와 같은 반사 축 각도와 완벽하게 매칭되지 않을 수 있다. 그럼에도 불구하고, 매체 수축 및 시스템 결함들이 스큐 각도 및 반사 축 각도를 추정하는 데에 있어서 오차들에 기여하더라도, 기록 빔 각도들에 기초하여 결정되는 스큐 각도는, 입사광 및 그의 반사의 각도들에 기초하여 결정되는 반사 축 각도의 1.0도 이내일 수 있다. 본 개시내용의 이점을 고려하여, 당업자들은 주어진 홀로그램에 대한 스큐 각도가 그 홀로그램에 대한 격자 벡터 각도와 동일하다는 것을 인식할 것이다.
시스템(600-a)의 변형예에서, 가변 파장 레이저가 제1 및 제2 기록 빔들의 파장을 변경시키는 데 사용된다. 제1 및 제2 기록 빔들의 입사각들은 제1 및 제2 기록 빔들의 파장이 변경되는 동안 일정하게 유지될 수 있지만, 반드시 그러한 것은 아니다. 파장들은 가시 적색광 파장, 가시 청색광 파장, 가시 녹색광 파장, 자외선(UV) 파장, 및/또는 적외선(IR) 파장으로 구성될 수 있다. 시스템(600-a)의 각각의 격자 구조는 다른 격자 구조와는 상이한 파장의 입사각을 반사시킬 수 있다. 시스템(600-a)은 그것이 기록 빔 파장과는 실질적으로 상이한 파장, 및 특히 그보다 상당히 더 긴 파장의 광을 반사시키게 허용하는 반사 속성들을 가질 수 있다.
도 6b 내지 도 6d는 본 개시내용의 다양한 양태들에 따른, 동공 등화를 이용하여 스큐 미러를 제조하기 위한 시스템(600-b)을 예시한다. 시스템(600-b)은 제1 기록 빔(615-b), 제2 기록 빔(625-b), 격자 매체(645-b), 스큐 축(665-b), 및 표면 법선(670-b)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 스큐 미러 제조는 도 6a를 참조하여 시스템(600-a)에서 설명된 바와 같은 방법 및 구성들을 포함할 수 있다. 시스템(600-b)은 유사하게, 글로벌 좌표들(xG, yG, zG) 및 스큐 미러 좌표들(x, y, z)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 스큐 미러 제조는 또한, 내부 전반사(TIR) 제약으로 인해 접근가능하지 않을 수 있는 각도들로 기록 빔들을 격자 매체로 도입하기 위해 프리즘들의 사용을 수반한다. 예를 들어, 타이거(tiger)(총 내부 그레이징-확장 회전(total internal grazing-extension rotation)) 프리즘들(예를 들어, 사면(oblique-faced) 프리즘들)의 사용이 사용될 수 있다. 타이거 프리즘들은 제1 기록 빔(615-b) 및 제2 기록 빔(625-b)의 각도들의 접근가능성을 증가시킬 수 있다. 타이거 프리즘들은 또한 스큐 축(665-b)을 결정할 수 있다. 예를 들어, 스큐 축(665-b)은 zG-yG 평면에 존재하고, zG-yG 평면의 표면 법선에 대한 스큐 각도로 존재할 수 있다. 예시의 목적들을 위해, 타이거 프리즘들은 시스템(600-b)로부터 생략될 수 있다. θG1 및 θG2의 각도들은 (도 6b에 도시되지 않지만, 도 6c 및 도 6d에 예시된) 타이거 프리즘들 내에서 제1 기록 빔(615-b) 및 제2 기록 빔(625-b)의 빔과 각각 관련된다.
도 6b의 최하부(bottom) 부분은 타이거 프리즘 구성 내의 격자 매체(645-b)의 비스듬한 배향과 연관되거나 또는 그로부터 초래되는 양태들을 더 명확히 도시하기 위해, 격자 매체(645-b)의 접힌(collapsed) 평면의 평면도(즉, 동일한 평면에 도시된 x 및 z 평면들)를 예시한다. 사시도 좌표들을 갖는 격자 매체(645-b)의 사시도가 격자 매체(645-b)의 접힌 평면의 평면도 위에 예시된다.
일부 경우들에서, 격자 매체(645-b)는 제1 프리즘(655-a)과 제2 프리즘(660-a) 사이에서 상이하게 배향될 수 있다. 즉, 격자 매체(645-a)는 각도 Φ G 로 제1 프리즘(655-a)과 제2 프리즘(660-a) 사이에 배치될 수 있다. 일부 경우들에서, 스큐 미러 좌표들은 다음의 수학식에 의해 글로벌 좌표들로 변환될 수 있다:
본 명세서에 설명된 바와 같이, 타이거 프리즘들, 405nm의 파장인 제1 및 제2 기록 빔들, -30.25도의 스큐 각도, 홀로그램과 그의 앞에 인접한 홀로그램 사이의 4.34e4 rad/m의 ΔKG를 사용하여 그리고 460nm의 광을 반사시키도록 구성된 스큐 미러를 제조하는 것은 표 1에서 식별되는 결과들을 산출할 수 있다.
[표 1]
표 1에 나타낸 바와 같이, 알파는 2개의 기록 빔들의 각도들 사이의 차이를 표현할 수 있으며, 각각의 판독 파장(즉,스큐 미러가 "반사"하도록 구성될 수 있는 광의 각각의 파장)에 대해 계산될 수 있다. |KG|는 제1 및 제2 기록 빔들로부터 계산된 격자 주파수를 표현할 수 있다. 스큐/반사 축에 대한 입사각은 알파로부터 계산될 수 있다(즉, (180 - 알파)/2). 라인 1 내지 라인 292는 460nm의 광을 반사시키도록 구성된 격자들의 예의 축약된 버전을 표현한다. 표 1은, 이들 격자들이 일정한 반사 축으로 (반사 축에 대해) 약 47.7도로부터 12.8도로 변하는 입사각들의 범위로 460nm의 광을 반사시키도록 구성된다는 것을 예시한다. 즉, 입사각들의 범위는 34.8도일 수 있다.
본 명세서에 설명된 바와 같이, 타이거 프리즘들, 405nm의 파장의 제1 및 제2 기록 빔들, -30.25도의 스큐 각도, 홀로그램과 그의 앞에 인접한 홀로그램 사이의 4.34e4 rad/m의 ΔKG를 사용하여 그리고 518nm의 광을 반사시키도록 구성된 스큐 미러를 제조하는 것은 표 2에서 식별되는 결과들을 산출할 수 있다.
[표 2]
표 2에 나타낸 바와 같이, 알파는 2개의 기록 빔 각도들 사이의 차이를 표현할 수 있으며, 각각의 판독 파장(즉,스큐 미러가 반사시키도록 구성될 수 있는 광의 각각의 파장)에 대해 계산될 수 있다. KG는 제1 및 제2 기록 빔들로부터 계산된 격자 주파수를 표현할 수 있다. 스큐/반사 축에 대한 입사각은 알파로부터 계산될 수 있다(즉, (180 - 알파)/2). 라인 1 내지 라인 259는 460nm의 광을 반사시키도록 구성된 격자들의 축약된 버전을 표현한다. 표 2는, 이들 격자들이 일정한 반사 축으로 (반사 축에 대해) 약 47.7도로부터 12.8도로 변하는 입사각들의 범위로 518nm의 광을 반사시키도록 구성된다는 것을 예시한다. 즉, 입사각들의 범위는 34.8도일 수 있다.
본 명세서에 설명된 바와 같이, 타이거 프리즘들, 405nm의 파장의 제1 및 제2 기록 빔들, -30.25도의 스큐 각도, 홀로그램과 그의 앞에 인접한 홀로그램 사이의 4.34e4 rad/m의 ΔKG를 사용하여 그리고 518nm의 광을 반사시키도록 구성된 스큐 미러를 제조하는 것은 표 2에서 식별되는 결과들을 산출할 수 있다.
[표 3]
표 3에 나타낸 바와 같이, 알파는 2개의 기록 빔들의 각도들 사이의 차이를 표현할 수 있으며, 각각의 판독 파장(즉,스큐 미러가 "반사"하도록 구성될 수 있는 광의 각각의 파장)에 대해 계산될 수 있다. KG는 제1 및 제2 기록 빔들로부터 계산된 격자 주파수를 표현할 수 있다. 스큐/반사 축에 대한 입사각은 알파로부터 계산될 수 있다(즉, (180 - 알파)/2). 라인 1 내지 라인 217은 618nm의 광을 반사시키도록 구성된 격자들의 축약된 버전을 표현한다. 표 3은, 이들 격자들이 일정한 반사 축으로 (반사 축에 대해) 약 47.7도로부터 12.9도로 변하는 입사각들의 범위로 618nm의 광을 반사시키도록 구성된다는 것을 예시한다. 즉, 입사각들의 범위의 범위는 34.8도일 수 있다.
본 명세서에 설명된 바와 같이, 타이거 프리즘들, 405nm의 파장의 제1 및 제2 기록 빔들, -30.25도의 스큐 각도, 홀로그램과 그의 앞에 인접한 홀로그램 사이의 4.34e4 rad/m의 |ΔKG|를 사용하여 그리고 618nm의 광을 반사시키도록 구성된 스큐 미러를 제조하는 것은 표 3에서 식별되는 결과들을 산출할 수 있다.
도 6c는 타이거 프리즘들을 사용하여 동공 등화를 위한 스큐 미러를 제조하기 위한 시스템(600-b)의 부가적인 양태들을 예시한다. 시스템(600-b)은 제1 기록 빔(615-b), 제2 기록 빔(625-b), 격자 매체(645-b), 제1 프리즘(655-b), 및 제2 프리즘(660-b)을 포함할 수 있다. 제1 기록 빔(615-b), 제2 기록 빔(625-b), 격자 매체(645-b)는 도 6b에 대해 설명된 이들 동일한 넘버링 요소들과 유사할 수 있다(하지만, 반드시 동일하도록 요구되지는 않는다). 일부 실시예들에서, 스큐 미러 제조는 도 6a를 참조하여 설명된 바와 같은 방법 및 구성들을 포함할 수 있다. 시스템(600-c)은 유사하게, 글로벌 좌표들(xG, yG, zG) 및 스큐 미러 좌표들(x, y, z)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 제1 프리즘(655-b) 및 제2 프리즘(660-b)은 타이거 프리즘들의 예일 수 있다. 일부 경우에서, 제1 프리즘(655-b)은 제2 프리즘(660-b) 및 격자 매체(645-b)를 "오버행(overhang)"시킬 수 있다. 다른 예들에서, 제2 프리즘(660-b)은 제1 프리즘(655-b) 및 격자 매체(645-b)를 "언더커트(undercut)"할 수 있다. 제1 프리즘(655-b) 및 제2 프리즘(660-b)은 각각, 프리즘의 기초부에 비스듬한 표면을 갖고, yG-축에 대해 Φ G 의 각도를 형성할 수 있다. 즉, 제1 프리즘(655-b) 및 제2 프리즘(660-b)은 격자 매체(645-b)의 표면 법선이 평면 밖으로 Φ G 만큼 각지게 허용할 수 있다. 제1 프리즘(655-b) 및 제2 프리즘(660-b)은 제1 기록 빔(615-b) 각도와 제2 기록 빔(625-b) 각도 사이의 "차이를 분할"하기 위해 격자 매체(645-b)가 도 6a와 비교하여 xG-축에 대해 -90o 회전되게 허용할 수 있다.
도 6c의 최하부 부분은 타이거 프리즘 구성 내의 격자 매체(645-b)의 비스듬한 배향과 연관되거나 또는 그로부터 초래되는 양태들을 더 명확히 도시하기 위해, 격자 매체(645-b)의 접힌 평면의 평면도(즉, 동일한 평면에 도시된 x 및 z 평면들)를 예시한다. 사시도 좌표들을 갖는 제1 프리즘(655-b) 및 제2 프리즘(660-b)의 사시도가 격자 매체(645-b)의 접힌 평면의 평면도 위에 예시된다. 제1 프리즘(655-b) 및 제2 프리즘(660-b)은 격자 매체(645-b)가 타이거 프리즘 구성에 위치될 곳을 나타내기 위해 사시도에서 이격되어 있다.
본 명세서에 설명된 바와 같이, 제1 프리즘(655-b) 및 제2 프리즘(660-b)은 타이거 프리즘 구성을 포함하는 프리즘 면들을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 프리즘(655-b)은 제1 프리즘(655-b)의 기초부에 비스듬한 제1 프리즘 면(675)을 갖고, yG-축에 대해 Φ G 의 각도를 형성할 수 있다. 제1 프리즘(655-b)은 또한, 제1 기록 빔(615-b)이 제1 프리즘(655-b)으로 진입할 수 있는 제2 프리즘 면(680)을 가질 수 있다. 제2 프리즘(660-b)은 제2 프리즘(660-b)의 기초부에 비스듬한 제3 프리즘 면(685)을 갖고, yG-축에 대해 Φ G 의 각도를 형성할 수 있다. 제2 프리즘(660-b)은 또한, 제2 기록 빔(625-b)이 제2 프리즘(660-b)으로 진입할 수 있는 제4 프리즘 면(690)을 가질 수 있다.
도 6b 내지 도 6d를 참조하여 설명된 제1 프리즘(655-b) 및 제2 프리즘(660-b)(예를 들어, 타이거 프리즘들)의 사용 및 도 6a를 참조하여 설명된 제1 프리즘(655-a) 및 제2 프리즘(660-a)(예를 들어, 면내 프리즘들)의 사용이 xG-축과 정렬된 격자 벡터들을 갖는 동등한 스큐 미러들을 기입하는 데 사용될 수 있지만, 제1 프리즘(655-b) 및 제2 프리즘(660-b)은 면내 프리즘들으로 접근가능한 것보다 낮은 기록 빔 차이 각도 알파에 접근할 수 있다. 즉, 제1 프리즘(655-b) 및 제2 프리즘(660-b)은 (동일한 파장을 갖는 기록 빔들을 사용하는) 면내 프리즘들을 사용하여 기입될 수 있는 것보다 낮은 주파수를 갖는 격자들을 기록하는 데 사용될 수 있다. 일부 경우들에서, 제1 프리즘(655-b) 및 제2 프리즘(660-b)의 상이한 세트는 상이한 벡터 각도, 즉 상이한 스큐 축을 갖는 격자들을 기록하는 데 사용될 수 있다. 제1 프리즘(655-b) 및 제2 프리즘(660-b)은 또한, 격자 매체(645-b)에 인덱스 매칭될 수 있고, 격자 벡터를 기입하기 위한 능력에 영향을 줄 수 있다.
도 6d는 타이거 프리즘들을 사용하여 동공 등화를 위한 스큐 미러를 제조하기 위한 시스템(600-b)의 부가적인 양태들을 예시한다. 시스템(600-b)은 격자 매체(645-b), 제1 프리즘(655-b), 제2 프리즘(660-b), 스큐 축(665-b), 및 표면 법선(670-b)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 프리즘(655-b) 및 제2 프리즘(660-b)은 타이거 프리즘들의 예일 수 있다. 도 6d에서, 시스템(600-b)의 타이거 프리즘/매체 조립체는 도 6c에 예시된 관점과는 상이한 관점 또는 직교 평면(즉, xG-축에 대해 90° 회전됨)으로부터 예시된다.
격자 매체(645-b)에 대한 공칭 스큐 각도 Φ G 는 스큐 축(665-b)과 표면 법선(670-b)의 교차점에 의해 도 6d에 도시된다.
도 7은 본 개시내용의 다양한 양태들에 따른, 광을 반사시키기 위한 사출 동공 등화 스큐 미러를 제조하는 예시적인 방법(700)의 흐름도 다이어그램이다. 블록(705)에서, 광을 반사시키도록 구성된 격자 매체가 형성된다.
블록(710)에서, 제1 격자 구조가 격자 매체 내에 형성된다. 제1 격자 구조는 제 입사각으로 격자 구조의 표면 법선으로부터 오프셋된 반사 축에 대해 일정 파장의 광을 반사시키도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 제1 격자 구조는 제1 입사각을 포함하는 제1 범위의 입사각들로 격자 매체의 표면 법선으로부터 오프셋된 제1 반사 축에 대해 일정 파장의 광을 반사시키도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 제1 격자 구조는 적어도 3개의 홀로그램들을 포함할 수 있다. 적어도 3개의 홀로그램들 각각은 제1 범위의 입사각들 내의 고유한 입사각에 대응할 수 있다. 적어도 3개의 홀로그램들은, 적어도 3개의 홀로그램들에 대한 인접 |ΔKG|가 미터당 1.0 × 104 내지 1.0 × 106 라디안(rad/m)에 존재하는 평균 값을 갖도록 형성될 수 있다. 그러므로, 서로 상이한 각도들에 대해 유사한 격자 주파수들을 갖는 격자 구조가 형성될 수 있다.
방법(700)은, 제1 기록 빔 및 제2 기록 빔이 스큐 축에 대해 대칭이도록 스큐 축을 갖는 홀로그램을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 홀로그램의 스큐 축은 격자 구조의 제1 반사 축을 형성한다. 방법(700)은, 기입 파장의 제1 기록 빔 및 기입 파장의 제2 기록 빔을 사용하여 홀로그램을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 기입 파장(예를 들어, 405nm의 기입 파장)은, 제1 격자 구조가 반사시키도록 구성되는 광의 파장(예를 들어, 제1 입사각의 반사를 위해 선택된 광의 618nm 파장)과는 상이할 수 있다. 방법(700)은, 제1 기록 빔 및 제2 기록 빔을 사용하여 홀로그램을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 제1 기록 빔은 사출 동공의 크기에 적어도 부분적으로 기초하는 빔 폭을 가질 수 있다. 방법(700)은 비-홀로그래픽 표면 침착 기법들을 사용하여 정현파 체적 격자를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
블록(715)에서, 제2 격자 구조가 격자 매체 내에 형성된다. 제2 격자 구조는 제1 격자 구조와 적어도 부분적으로 중첩되지 않는다. 제2 격자 구조는 제1 입사각과는 상이한 제2 입사각으로 격자 매체의 표면 법선으로부터 오프셋된 제2 반사 축에 대해 일정 파장의 광을 반사시키도록 구성될 수 있다. 제1 반사 축은 제2 반사 축과 실질적으로 평행할 수 있다. 제1 입사각과 제2 입사각은 적어도 5°만큼 상이할 수 있다. 일부 경우들에서, 제1 범위의 입사각들의 각각의 입사각은 제2 격자 구조의 제2 입사각보다 클 수 있다.
부가적으로 블록(720)에서, 방법(700)은 제1 격자 구조 및 제2 격자 구조 각각과 적어도 부분적으로 중첩되지 않는 제3 격자 구조를 격자 매체 내에 선택적으로 형성할 수 있다. 제3 격자 구조는 제1 격자 구조와 제2 격자 구조 사이에 배치될 수 있다. 제3 격자 구조는 제1 입사각 및 제2 입사각과는 상이한 제3 입사각으로 격자 구조의 표면 법선으로부터 오프셋된 제3 반사 축에 대해 일정 파장의 광을 반사시키도록 구성될 수 있다. 제3 격자 구조의 "제3"이라는 수식어(qualifier)는 격자 매체를 형성하는 기록 매체에 격자 구조들을 기록하는 순서를 반드시 암시하지는 않는다. 본 명세서에 설명된 동공 확장을 위한 스큐 미러의 예들에 따라 격자 매체 내의 복수의 격자 구조들의 다양한 부분적으로 중첩되지 않는 양상들을 설명하기 위해 제3 격자 구조가 제공된다.
방법(700)은, 제1 격자 구조와 중첩되지 않고 제2 격자 구조와 적어도 부분적으로 중첩되는 제4 격자 구조를 격자 매체 내에 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 제4 격자 구조는 제1 입사각 및 제2 입사각과는 상이한 제4 입사각으로 격자 매체의 표면 법선으로부터 오프셋된 제4 반사 축에 대해 일정 파장의 광을 반사시키도록 구성될 수 있다. 제4 격자 구조의 "제4"라는 수식어는 또한, 격자 매체를 형성하는 기록 매체에 격자 구조들을 기록하는 순서를 반드시 암시하지는 않는다. 본 명세서에 설명된 동공 확장을 위한 스큐 미러의 예들에 따라 격자 매체 내의 복수의 격자 구조들의 다양한 상호관련된 중첩된 양상들, 부분적으로 중첩되지 않는 양상들, 및 전체적으로 중첩되지 않는 양상들을 설명하기 위해 제4 격자 구조가 제공된다.
도 8은 본 개시내용의 다양한 양태들에 따른, 광을 반사시키기 위한 예시적인 방법(800)의 흐름도 다이어그램이다. 방법(800)은, 예를 들어, 도 1의 머리 장착형 디스플레이(100), 도 2a의 스큐 미러(210), 도 3a의 광학 시스템(300-a), 도 3c의 광학 시스템(300-c), 도 4a의 광학 구조들(400-a), 도 4b의 광학 구조들(400-b), 및 도 4c의 광학 구조들(400-c)에 의해 수행될 수 있다.
블록(805)에서, 방법(800)은 격자 매체 내의 제1 격자 구조에 의해, 제1 입사각으로 격자 매체 상에 입사되는 일정 파장의 광의 적어도 제1 부분을 반사시키는 단계를 포함할 수 있다. 광의 제1 부분은 격자 매체의 표면 법선으로부터 오프셋된 제1 반사 축에 대해 반사될 수 있다. 광의 일부는, 광의 일부가 격자 구조에 의해 선택적으로 반사되게 허용하는 특성들(예를 들어, 특정 파장 또는 특정 입사각)을 나타내는 (예를 들어, 발광 다이오드와 같은 광원으로부터의) 비간섭성 광을 지칭할 수 있다.
블록(810)에서, 방법(800)은 격자 매체 내의 제2 격자 구조에 의해, 제2 입사각으로 격자 매체 상에 입사되는 일정 파장의 광의 적어도 제2 부분을 반사시키는 단계를 포함할 수 있다. 광의 제2 부분은 격자 매체의 표면 법선으로부터 오프셋된 제2 반사 축에 대해 반사될 수 있다. 제2 입사각은 제1 격자 구조의 제1 입사각과는 상이할 수 있다.
제1 반사 축은 제2 반사 축과 실질적으로 평행할 수 있다. 일부 예들에서, 제1 입사각과 제2 입사각은 적어도 5°만큼 상이할 수 있다. 일부 경우들에서, 격자 매체는 격자 매체 및 적어도 2개의 기판들을 포함하는 도파관 내에 배치될 수 있다. 예를 들어, 격자 매체는 도파관의 입력 구역으로부터 광을 운반하도록 구성된 도파관 내에 적어도 부분적으로 위치될 수 있다. 제1 격자 구조 및 제2 격자 구조는 각각 사출 동공을 향해 그들 각자의 입사각들로 격자 매체 상에 입사되는 광의 각자의 부분을 반사시키도록 구성될 수 있다. 사출 동공은 도파관으로부터 고정 거리에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 입사각으로 격자 매체 상에 입사되는 광의 제1 부분은 사출 동공을 향해 제1 반사각으로 제1 격자 구조에 의해 반사될 수 있다. 제2 입사각으로 격자 매체 상에 입사되는 광의 제2 부분은 사출 동공을 향해 제2 반사각으로 제2 격자 구조에 의해 반사될 수 있다.
부가적으로 블록(815)에서, 방법(800)은 격자 매체 내의 제3 격자 구조에 의해, 제3 입사각으로 격자 매체 상에 입사되는 일정 파장의 광의 적어도 제3 부분을 반사시키는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다. 광의 제3 부분은 격자 매체의 표면 법선으로부터 오프셋된 제3 반사 축에 대해 반사될 수 있다. 제3 입사각은 제1 입사각 및 제2 입사각 각각과는 상이할 수 있다. 제3 격자 구조는 제1 및 제2 격자 구조들 각각과 적어도 부분적으로 중첩되지 않을 수 있다. 방법(800)은 격자 매체 내의 제4 격자 구조에 의해, 제4 입사각으로 격자 매체 상에 입사되는 일정 파장의 광의 적어도 제4 부분을 반사시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 광의 제4 부분은 격자 매체의 표면 법선으로부터 오프셋된 제4 반사 축에 대해 반사될 수 있다. 제4 입사각은 제1 입사각 및 제2 입사각 각각과는 상이할 수 있다. 제4 격자 구조는 제1 격자 구조와 중첩되지 않는 방식으로 배치될 수 있다. 제4 격자 구조는 또한 제2 격자 구조와 적어도 부분적으로 중첩되는 방식으로 배치될 수 있다.
이들 방법들이 가능한 구현을 설명하고, 다른 구현들이 가능하도록 동작들 및 단계들이 재배열되거나 또는 그렇지 않으면 수정될 수 있다는 것을 유의해야 한다. 일부 예들에서, 방법들 중 2개 이상으로부터의 양태들이 결합될 수 있다. 예를 들어, 방법들 각각의 양태들은 다른 방법들의 단계들 또는 양태들, 또는 본 명세서에 설명된 다른 단계들 또는 기법들을 포함할 수 있다.
다양한 본 발명의 실시예가 본 명세서에 설명되고 예시되었지만, 당업자들은 기능을 수행하고 그리고/또는 결과들 및/또는 본 명세서에 설명된 이점들 중 하나 이상을 획득하기 위한 다양한 다른 수단 및/또는 구조들을 용이하게 고안할 것이고, 그러한 변형예들 및/또는 수정예들 각각은 본 명세서에 설명되는 본 발명의 실시예들의 범주 내인 것으로 간주된다. 보다 일반적으로, 당업자들은, 본 명세서에 설명된 모든 파라미터들, 치수들, 재료들 및 구성들이 예시적인 것으로 의도되고, 실제 파라미터들, 치수들, 재료들 및/또는 구성들은 본 발명의 교시들이 사용되는 특정 응용 또는 응용들에 의존할 것임을 용이하게 인식할 것이다. 당업자들은, 본 개시내용의 이점을 고려하여, 본 명세서에 설명된 특정한 본 발명의 실시예들에 대해 통상적인 것을 넘지 않는 실험을 사용하여 많은 등가물을 인식하거나 또는 확인할 수 있을 것이다. 따라서, 전술된 실시예들이 오직 예로서만 제시되며, 첨부된 청구범위 및 이에 대한 등가물의 범주 내에서, 본 발명의 실시예들이 구체적으로 설명되고 청구된 것 이외에 달리 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 본 개시내용의 창작적 실시예들은 본 명세서에 설명된 각각의 개별적인 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트(kit) 및/또는 방법에 관한 것이다. 부가적으로, 2개 이상의 그러한 특징들, 시스템들, 물품들, 재료들, 키트들 및/또는 방법들의 임의의 조합은, 그러한 특징들, 시스템들, 물품들, 재료들, 키트들 및/또는 방법들이 상호 모순되지 않는다면, 본 개시내용의 창작적 범주 내에 포함된다.
위에서-설명된 실시예들은 임의의 다수의 방식들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 기술을 설계 및 수행하는 실시예들은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합을 사용하여 구현될 수 있다. 소프트웨어로 구현되는 경우, 소프트웨어 코드는, 단일 컴퓨터에 제공되든 또는 다수의 컴퓨터들 사이에 분산되든지 간에, 임의의 적합한 프로세서 또는 프로세서들의 집합 상에서 실행될 수 있다.
추가로, 컴퓨터가 임의의 다수의 형태들, 이를테면, 랙-장착된(rack-mounted) 컴퓨터, 데스크톱 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터 또는 태블릿 컴퓨터로 구현될 수 있음을 인식해야 한다. 부가적으로, 컴퓨터는 일반적으로 컴퓨터로 간주되는 디바이스가 아니라, 개인 휴대 정보 단말(PDA), 스마트 폰 또는 임의의 다른 적합한 휴대용 또는 고정식 전자 디바이스를 포함하는 적합한 프로세싱 능력들을 가진 디바이스 내에 매립될 수 있다.
또한, 컴퓨터는 하나 이상의 입력 및 출력 디바이스들을 가질 수 있다. 이들 디바이스들은, 무엇보다도, 사용자 인터페이스를 제시하기 위해 사용될 수 있다. 사용자 인터페이스를 제공하기 위해 사용될 수 있는 출력 디바이스들의 예들은, 출력의 시각적 제시를 위한 프린터들 또는 디스플레이 스크린들, 및 출력의 청각적 제시를 위한 스피커들 또는 다른 음향 생성 디바이스들을 포함한다. 사용자 인터페이스를 위해 사용될 수 있는 입력 디바이스들의 예들은 키보드들, 및 포인팅 디바이스들, 이를테면, 마우스들, 터치 패드들 및 디지털화 태블릿들을 포함한다. 다른 예로서, 컴퓨터는 음성 인식을 통해 또는 다른 청각적 포맷으로 입력 정보를 수신할 수 있다.
그러한 컴퓨터들은, 로컬 영역 네트워크 또는 광역 네트워크, 이를테면, 기업 네트워크 및 지능형 네트워크(IN) 또는 인터넷을 포함하는 임의의 적합한 형태의 하나 이상의 네트워크들에 의해 상호연결될 수 있다. 그러한 네트워크들은 임의의 적합한 기술에 기초할 수 있고, 임의의 적합한 프로토콜에 따라 동작할 수 있으며, 무선 네트워크들, 유선 네트워크들 또는 광섬유 네트워크들을 포함할 수 있다.
본 명세서에 개요가 서술된 (예를 들어, 위에서 개시된 커플링 구조들 및 회절 광학 요소들을 설계 및 수행하는) 다양한 방법들 또는 프로세스들은, 다양한 운영 체제들 또는 플랫폼들 중 임의의 것을 이용하는 하나 이상의 프로세서들 상에서 실행가능한 소프트웨어로 코딩될 수 있다. 부가적으로, 그러한 소프트웨어는 다수의 적합한 프로그래밍 언어들 및/또는 프로그래밍 또는 스크립팅(scripting) 툴(tool)들 중 임의의 것을 사용하여 기입될 수 있고, 프레임워크 또는 가상 머신 상에서 실행되는 실행가능한 기계 언어 코드 또는 중간적 코드로서 또한 컴파일링될 수 있다.
이와 관련하여, 다양한 본 발명의 개념들은, 하나 이상의 컴퓨터들 또는 다른 프로세서들 상에서 실행되는 경우 위에서 논의된 본 발명의 다양한 실시예들을 구현하는 방법들을 수행하는 하나 이상의 프로그램들로 인코딩된 컴퓨터 판독가능 저장 매체(또는 다수의 컴퓨터 판독가능 저장 매체들)(예를 들어, 컴퓨터 메모리, 하나 이상의 플로피 디스크들, 컴팩트 디스크들, 광학 디스크들, 자기 테이프들, 플래시 메모리들, 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이들 또는 다른 반도체 디바이스들의 회로 구성들, 또는 다른 비일시적 매체 또는 유형적(tangible) 컴퓨터 저장 매체)로 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체 또는 매체들은 전달가능할 수 있어서, 그에 저장된 프로그램 또는 프로그램들은, 위에서 논의된 바와 같은 본 개시내용의 다양한 양태들을 구현하도록 하나 이상의 상이한 컴퓨터들 또는 다른 프로세서들 상으로 로딩될 수 있다.
용어들 "프로그램" 또는 "소프트웨어"는 위에서 논의된 바와 같은 실시예들의 다양한 양태들을 구현하도록 컴퓨터 또는 다른 프로세서를 프로그래밍하기 위해 이용될 수 있는 임의의 타입의 컴퓨터 코드 또는 컴퓨터 실행가능 명령어들의 세트를 지칭하는 일반적 의미로 본 명세서에서 사용된다. 부가적으로, 일 양태에 따르면, 실행되는 경우 본 발명의 방법들을 수행하는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들이 단일 컴퓨터 또는 프로세서 상에 존재할 필요가 없지만, 본 발명의 다양한 양태들을 구현하기 위한 다수의 상이한 컴퓨터들 또는 프로세서들 사이에 모듈 방식으로 분산될 수 있음을 인식해야 한다.
컴퓨터 실행가능 명령어들은, 하나 이상의 컴퓨터들 또는 다른 디바이스들에 의해 실행되는 프로그램 모듈들과 같은 많은 형태들일 수 있다. 일반적으로, 프로그램 모듈들은, 특정 작업들을 수행하거나 특정한 추상적 데이터 타입들을 구현하는 루틴들, 프로그램들, 오브젝트들, 컴포넌트들, 데이터 구조들 등을 포함한다. 통상적으로, 프로그램 모듈들의 기능은 다양한 실시예들에서 원하는 대로 결합 또는 분산될 수 있다.
또한, 데이터 구조들은 임의의 적합한 형태로 컴퓨터 판독가능 매체들에 저장될 수 있다. 예시의 간략화를 위해, 데이터 구조들은, 데이터 구조의 위치를 통해 관련되는 필드들을 갖는 것으로 도시될 수 있다. 그러한 관계들은, 필드들 사이의 관계를 전달하는 컴퓨터 판독가능 매체에서의 위치들을 필드들에 대한 저장소에 할당함으로써 유사하게 달성될 수 있다. 그러나, 데이터 구조의 필드들 내의 정보 사이의 관계를 설정하기 위해, 포인터들, 태그들 또는 데이터 요소들 사이의 관계를 설정하는 다른 메커니즘들의 사용을 통하는 것을 포함하여 임의의 적합한 메커니즘이 사용될 수 있다.
또한, 다양한 본 발명의 개념들은 하나 이상의 방법들로 구현될 수 있고, 그의 예가 제공되었다. 방법의 일부로서 수행되는 동작들은 임의의 적합한 방식으로 순서화될 수 있다. 따라서, 예시적인 실시예들에서 순차적인 동작들로 도시되더라도, 일부 동작들을 동시에 수행하는 것을 포함할 수 있는, 예시된 것과 상이한 순서로 동작들이 수행되는 실시예들이 구성될 수 있다.
본 명세서에서 정의되고 사용되는 모든 정의들은 사전적 정의들, 참조로 통합된 문헌들에서의 정의들 및/또는 정의된 용어들의 통상적 의미들에 대한 제어로 이해되어야 한다.
본원의 명세서 및 청구범위에서 사용된 부정관사들("a" 및 "an")은 명확하게 반대로 표시되지 않는 한 "적어도 하나"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
본원의 명세서 및 청구범위에서 사용된 문구 "및/또는"은, 그렇게 결합된 요소들, 즉, 일부 경우들에서는 결합적으로 존재하고 다른 경우들에서는 분리적으로 존재하는 요소들 중 "어느 하나 또는 둘 모두"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. "및/또는"으로 나열된 다수의 요소들은 동일한 방식으로, 즉, 그렇게 결합된 요소들 중 "하나 이상"으로 해석되어야 한다. "및/또는"의 구절에 의해 구체적으로 식별되는 요소들 이외의 다른 요소들은, 그러한 요소들과 관련되는 것이 구체적으로 식별되든 관련되지 않는 것으로 구체적으로 식별되든지 간에 선택적으로 존재할 수 있다. 따라서, 비-제한적인 예로서, "포함하는(comprising)"과 같은 개방형(open-ended) 언어와 함께 사용될 경우, "A 및/또는 B"에 대한 참조는, 일 실시예에서는 오직 A(선택적으로는 B 이외의 요소들을 포함함); 다른 실시예에서는 오직 B(선택적으로는 A 이외의 요소들을 포함함); 또 다른 실시예에서는 A 및 B 둘 모두(선택적으로는 다른 요소들을 포함함); 등을 지칭할 수 있다.
본원의 명세서 및 청구범위에서 사용되는 바와 같이, "또는"은 위에서 정의된 바와 같은 "및/또는"과 동일한 의미를 갖는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 리스트 내의 항목들을 분리하는 경우, "또는" 또는 "및/또는"은 포괄적인 것으로, 즉, 적어도 하나의 포함 뿐만 아니라 다수의 요소들 또는 요소들의 리스트 중 하나보다 많이, 그리고 선택적으로는 부가적인 나열되지 않은 항목들의 포함으로 해석될 것이다. 오직 반대로 명확하게 표시된 용어들, 이를테면, "~중 오직 하나" 또는 "~중 정확히 하나" 또는 청구범위에서 사용되는 경우에는 "~로 이루어진"은, 다수의 요소들 또는 요소들의 리스트 중 정확히 하나의 요소의 포함을 지칭할 것이다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용되는 용어 "또는"은 오직, "어느 하나", "~중 하나", "~중 오직 하나" 또는 "~중 정확히 하나"와 같은 배타성 용어로 선행되는 경우에 배타적 대안들을 표시하는 것으로 해석될 것이다(즉, "하나 또는 다른 하나, 그러나 둘 모두는 아님). "~로 본질적으로 이루어진"은, 청구범위에서 사용되는 경우 특허법 분야에서 사용되는 바와 같은 그의 통상적인 의미를 가질 것이다.
본원의 명세서 및 청구범위에서 사용되는 바와 같이, 하나 이상의 요소들의 리스트에 대한 참조에서 문구 "적어도 하나"는, 요소들의 리스트 내에 구체적으로 나열된 각각의 및 모든 요소 중 적어도 하나를 반드시 포함하는 것 및 요소들의 리스트 내의 요소들의 임의의 조합들을 배제하는 것이 아니라, 그 요소들의 리스트 내의 요소들 중 임의의 하나 이상으로부터 선택되는 적어도 하나의 요소를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 이러한 정의는 또한, 문구 "적어도 하나"가 지칭하는 요소들의 리스트 내에서 구체적으로 식별된 요소 이외의 요소가, 그러한 요소들과 관련되는 것이 구체적으로 식별되든 관련되지 않는 것으로 구체적으로 식별되든지 간에 선택적으로 존재할 수 있게 허용한다. 따라서, 비-제한적인 예로서, "A 및 B 중 적어도 하나"(또는 동등하게는 "A 또는 B 중 적어도 하나", 또는 동등하게는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나")는, 일 실시예에서, B가 존재하지 않으면서(그리고 선택적으로는 B 이외의 요소들을 포함함) 선택적으로는 1개 초과의 A를 포함하는 적어도 하나의 A; 다른 실시예에서, A가 존재하지 않으면서(그리고 선택적으로는 A 이외의 요소들을 포함함) 선택적으로는 1개 초과의 B를 포함하는 적어도 하나의 B; 또 다른 실시예에서, 선택적으로는 1개 초과의 A를 포함하는 적어도 하나의 A 및 선택적으로는 1개 초과의 B를 포함하는 적어도 하나의 B(그리고 선택적으로는 다른 요소들을 포함함) 등을 지칭할 수 있다.
위의 명세서에서 뿐만 아니라 청구범위에서, "포함하는(comprising)", "구비하는(including)", "지닌(carrying)", "갖는(having)", "포함한(containing)", "수반하는(involving)", "유지하는(holding)", "구성된(composed of)" 등과 같은 모든 전이 문구들은 개방형인 것으로, 즉, 포함하지만 그에 제한되는 것은 아니라는 것을 의미하는 것으로 이해될 것이다. 단지 전이 문구들 "~로 이루어진" 및 "~로 본질적으로 이루어진"은, 미국 특허 상표청의 특허 심사 절차 매뉴얼, 섹션 221.03에 기재된 바와 같이, 각각 폐쇄형 또는 반-폐쇄형 전이 문구들이여야 할 것이다.
본 명세서의 설명은 당업자들이 본 개시내용을 수행 또는 사용할 수 있도록 제공된다. 본 개시내용에 대한 다양한 수정들은 당업자들에게 용이하게 명백할 것이며, 본 명세서에서 정의된 일반적인 원리들은 본 개시내용의 범주로부터 벗어남이 없이 다른 변형예들에 적용될 수 있다. 따라서, 본 개시내용은 본 명세서에 설명된 예들 및 설계들로 제한되는 것이 아니라, 본 명세서에 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 가장 넓은 범주를 부여할 것이다.
첨부된 도면들에서, 유사한 컴포넌트들 또는 특징부들은 동일한 참조 라벨을 가질 수 있다. 추가로, 동일한 타입의 다양한 컴포넌트들은, 유사한 컴포넌트들 사이를 구별하는 제2 라벨 및 대시기호가 후속함으로써 구별될 수 있다. 제1 참조 라벨만이 명세서에서 사용되면, 제2 참조 라벨과는 관계없이 동일한 제1 참조 라벨을 갖는 유사한 컴포넌트들 중 임의의 것에 설명이 적용가능할 수 있다.
Claims (36)
- 광을 반사시키기 위한 디바이스로서,
격자 매체;
상기 격자 매체 내의 제1 격자 구조 - 상기 제1 격자 구조는 제1 입사각으로 상기 격자 매체의 표면 법선으로부터 오프셋된 제1 반사 축에 대해 일정 파장의 광을 반사시키도록 구성됨 -; 및
상기 제1 격자 구조와 적어도 부분적으로 중첩되지 않는, 상기 격자 매체 내의 제2 격자 구조 - 상기 제2 격자 구조는 상기 제1 입사각과는 상이한 제2 입사각으로 상기 격자 매체의 상기 표면 법선으로부터 오프셋된 제2 반사 축에 대해 상기 일정 파장의 광을 반사시키도록 구성됨 - 를 포함하고, 상기 제1 반사 축은 상기 제2 반사 축과 실질적으로 평행한, 광을 반사시키기 위한 디바이스. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1 입사각과 상기 제2 입사각은 적어도 5°만큼 상이한, 광을 반사시키기 위한 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 제1 격자 구조 및 상기 제2 격자 구조 각각과 적어도 부분적으로 중첩되지 않는, 상기 격자 매체 내의 제3 격자 구조를 더 포함하며,
상기 제3 격자 구조는 상기 제1 격자 구조와 상기 제2 격자 구조 사이에 배치되고, 상기 제3 격자 구조는, 상기 제1 입사각 및 상기 제2 입사각과는 상이한 제3 입사각으로 상기 격자 매체의 표면 법선으로부터 오프셋된 제3 반사 축에 대해 상기 일정 파장의 광을 반사시키도록 구성되고,
상기 제1 입사각은 상기 제3 입사각보다 크고, 상기 제3 입사각은 상기 제2 입사각보다 큰, 광을 반사시키기 위한 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 제1 격자 구조와 중첩되지 않고 상기 제2 격자 구조와 적어도 부분적으로 중첩되는, 상기 격자 매체 내의 제4 격자 구조를 더 포함하며,
상기 제4 격자 구조는, 상기 제1 입사각 및 상기 제2 입사각과는 상이한 제4 입사각으로 상기 격자 매체의 상기 표면 법선으로부터 오프셋된 제4 반사 축에 대해 상기 일정 파장의 광을 반사시키도록 구성되고,
상기 제1 입사각은 상기 제2 입사각보다 크고, 상기 제2 입사각은 상기 제4 입사각보다 큰, 광을 반사시키기 위한 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 제1 격자 구조는 상기 제1 입사각을 포함하는 제1 범위의 입사각들로 상기 격자 매체의 상기 표면 법선으로부터 오프셋된 상기 제1 반사 축에 대해 상기 일정 파장의 광을 반사시키도록 추가로 구성되며,
상기 제1 범위의 입사각들의 각각의 입사각은 상기 제2 입사각보다 크고,
상기 제1 격자 구조는 적어도 3개의 홀로그램들을 포함하며,
상기 적어도 3개의 홀로그램들 각각은 상기 제1 범위의 입사각들 내의 고유한 입사각에 대응하고,
상기 적어도 3개의 홀로그램들에 대한 인접 |ΔKG|는 미터당 1.0 × 104 내지 1.0 × 106 라디안(rad/m)에 존재하는 평균 값을 갖는, 광을 반사시키기 위한 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 제1 격자 구조 또는 상기 제2 격자 구조 중 적어도 하나는 홀로그램을 포함하는, 광을 반사시키기 위한 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 제1 격자 구조 또는 상기 제2 격자 구조 중 적어도 하나는 정현파 체적 격자(sinusoidal volume grating)를 포함하는, 광을 반사시키기 위한 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 파장은, 가시 적색광 파장, 가시 청색광 파장, 또는 가시 녹색광 파장 중 하나를 포함하는, 광을 반사시키기 위한 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 제1 격자 구조는 상기 제1 입사각으로 복수의 파장들의 광을 반사시키도록 추가로 구성되고,
상기 제2 격자 구조는 상기 제2 입사각으로 상기 복수의 파장들의 광을 반사시키도록 추가로 구성되며,
상기 복수의 파장들은 가시 적색광 파장, 가시 청색광 파장, 또는 가시 녹색광 파장 중 적어도 2개를 포함하는, 광을 반사시키기 위한 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 격자 매체는 광중합체를 포함하는, 광을 반사시키기 위한 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 격자 매체는 광굴절 결정들, 중크롬산 젤라틴, 광열 굴절 유리, 및 분산된 할로겐화은 입자들을 함유하는 필름 중 하나를 포함하는, 광을 반사시키기 위한 디바이스. - 제1항에 있어서,
도파관을 더 포함하며,
상기 도파관은 상기 도파관의 광 입력 구역으로부터 상기 제1 격자 구조 및 상기 제2 격자 구조로 광을 운반하도록 구성되고,
상기 격자 매체는 상기 도파관 내에 적어도 부분적으로 배치되고,
상기 제1 격자 구조 및 상기 제2 격자 구조는 각각 사출 동공(exit pupil)을 향해 광의 일부를 반사시키도록 구성되며,
상기 제1 격자 구조와 중첩되는 상기 제2 격자 구조의 제1 말단과 중첩되지 않는 제1 격자 구조의 제1 말단이 상기 제2 격자 구조의 상기 제1 말단보다 상기 사출 동공으로부터 더 멀리 있도록 상기 사출 동공은 상기 도파관의 표면으로부터 고정 거리에 있는, 광을 반사시키기 위한 디바이스. - 머리 장착형 디스플레이 디바이스로서,
이미지-베어링(image-bearing) 광을 제공하기 위한 광원; 및
광학 렌즈를 포함하며,
상기 광학 렌즈는,
상기 이미지-베어링 광을 수용하기 위한 상기 광학 렌즈의 광 입력부, 및
상기 광 입력부에 동작가능하게 커플링된, 상기 광학 렌즈 내에 배치된 도파관을 포함하고,
상기 도파관은,
적어도 2개의 기판들,
상기 적어도 2개의 기판들 사이에 배치된 격자 매체,
상기 격자 매체 내의 제1 격자 구조 - 상기 제1 격자 구조는 제1 입사각으로 상기 격자 매체의 표면 법선으로부터 오프셋된 제1 반사 축에 대해 일정 파장의 광을 반사시키도록 구성됨 -, 및
상기 제1 격자 구조와 적어도 부분적으로 중첩되지 않는, 상기 격자 매체 내의 제2 격자 구조 - 상기 제2 격자 구조는 상기 제1 입사각과는 상이한 제2 입사각으로 상기 격자 매체의 상기 표면 법선으로부터 오프셋된 제2 반사 축에 대해 상기 일정 파장의 광을 반사시키도록 구성됨 - 를 포함하고,
상기 제1 반사 축은 상기 제2 반사 축과 실질적으로 평행한, 머리 장착형 디스플레이 디바이스. - 제14항에 있어서,
상기 제1 격자 구조 및 상기 제2 격자 구조는 각각 사출 동공을 향해 광의 일부를 반사시키도록 구성되며,
상기 제1 격자 구조와 중첩되는 상기 제2 격자 구조의 제1 말단과 중첩되지 않는 제1 격자 구조의 제1 말단이 상기 제2 격자 구조의 상기 제1 말단보다 상기 사출 동공으로부터 더 멀리 있도록 상기 사출 동공은 상기 도파관의 표면으로부터 고정 거리에 있는, 머리 장착형 디스플레이 디바이스. - 광을 반사시키기 위한 장치를 제조하는 방법으로서,
광을 반사시키도록 구성된 격자 매체를 형성하는 단계;
상기 격자 매체 내에 제1 격자 구조를 형성하는 단계 - 상기 제1 격자 구조는 제1 입사각으로 상기 격자 매체의 표면 법선으로부터 오프셋된 제1 반사 축에 대해 일정 파장의 광을 반사시키도록 구성됨 -; 및
상기 제1 격자 구조와 적어도 부분적으로 중첩되지 않는 제2 격자 구조를 상기 격자 매체 내에 형성하는 단계 - 상기 제2 격자 구조는 상기 제1 입사각과는 상이한 제2 입사각으로 상기 격자 매체의 상기 표면 법선으로부터 오프셋된 제2 반사 축에 대해 상기 일정 파장의 광을 반사시키도록 구성됨 - 를 포함하고, 상기 제1 반사 축은 상기 제2 반사 축과 실질적으로 평행한, 광을 반사시키기 위한 장치를 제조하는 방법. - 삭제
- 제16항에 있어서,
상기 제1 입사각과 상기 제2 입사각은 적어도 5°만큼 상이한, 광을 반사시키기 위한 장치를 제조하는 방법. - 제16항에 있어서,
상기 제1 격자 구조 및 상기 제2 격자 구조 각각과 적어도 부분적으로 중첩되지 않는 제3 격자 구조를 상기 격자 매체 내에 형성하는 단계를 더 포함하며,
상기 제3 격자 구조는 상기 제1 격자 구조와 상기 제2 격자 구조 사이에 배치되고, 상기 제3 격자 구조는, 상기 제1 입사각 및 상기 제2 입사각과는 상이한 제3 입사각으로 상기 격자 매체의 표면 법선으로부터 오프셋된 제3 반사 축에 대해 상기 일정 파장의 광을 반사시키도록 구성되는, 광을 반사시키기 위한 장치를 제조하는 방법. - 광을 반사시키기 위한 방법으로서,
격자 매체 내의 제1 격자 구조에 의해, 상기 격자 매체의 표면 법선으로부터 오프셋된 제1 반사 축에 대해 제1 입사각으로 상기 격자 매체 상에 입사되는 일정 파장의 광의 적어도 제1 부분을 반사시키는 단계; 및
상기 격자 매체 내의 제2 격자 구조에 의해, 상기 격자 매체의 상기 표면 법선으로부터 오프셋된 제2 반사 축에 대해 제2 입사각으로 상기 격자 매체 상에 입사되는 상기 일정 파장의 광의 적어도 제2 부분을 반사시키는 단계를 포함하며,
상기 제2 입사각은 상기 제1 입사각과는 상이하고, 상기 제1 반사 축은 상기 제2 반사 축과 실질적으로 평행한, 광을 반사시키기 위한 방법. - 삭제
- 제20항에 있어서,
상기 제1 입사각과 상기 제2 입사각은 적어도 5°만큼 상이한, 광을 반사시키기 위한 방법. - 제20항에 있어서,
상기 격자 매체 내에 있고, 상기 제1 격자 구조 및 상기 제2 격자 구조 각각과 적어도 부분적으로 중첩되지 않게 배치되는 제3 격자 구조에 의해, 상기 격자 매체의 상기 표면 법선으로부터 오프셋된 제3 반사 축에 대해 제3 입사각으로 상기 격자 매체 상에 입사되는 상기 일정 파장의 광의 적어도 제3 부분을 반사시키는 단계를 더 포함하며,
상기 제3 입사각은 상기 제1 입사각 및 상기 제2 입사각 각각과는 상이한, 광을 반사시키기 위한 방법. - 제20항에 있어서,
상기 격자 매체 내에 있고, 상기 제1 격자 구조와 중첩되지 않게 배치되고, 상기 제2 격자 구조와 적어도 부분적으로 중첩되게 배치되는 제4 격자 구조에 의해, 상기 격자 매체의 상기 표면 법선으로부터 오프셋된 제4 반사 축에 대해 제4 입사각으로 상기 격자 매체 상에 입사되는 상기 일정 파장의 광의 적어도 제4 부분을 반사시키는 단계를 더 포함하며,
상기 제4 입사각은 상기 제1 입사각 및 상기 제2 입사각 각각과는 상이한, 광을 반사시키기 위한 방법. - 제20항에 있어서,
상기 격자 매체는 도파관의 입력 구역으로부터 광을 운반하도록 구성된 상기 도파관 내에 적어도 부분적으로 위치되며,
상기 격자 매체 내의 상기 제1 격자 구조에 의해, 상기 광의 적어도 제1 부분을 반사시키는 단계는,
상기 격자 매체 내의 상기 제1 격자 구조에 의해, 상기 도파관으로부터 고정 거리에 배치된 사출 동공을 향해, 상기 격자 매체의 상기 표면 법선으로부터 오프셋된 상기 제1 반사 축에 대해 상기 제1 입사각으로 상기 격자 매체 상에 입사되는 상기 광의 적어도 제1 부분을 반사시키는 단계를 포함하는, 광을 반사시키기 위한 방법. - 삭제
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