KR102227050B1 - Ftir 기반 회절 광학 구조체 및 그를 갖는 웨이브 가이드 장치와 증강현실 디스플레이 - Google Patents

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Abstract

다양한 실시예들에 따른 FTIR 기반 회절 광학 구조체 및 그를 갖는 웨이브 가이드 장치와 증강현실 디스플레이에 관한 것으로, 영상과 관련된 광을 제공하도록 구성되는 프로젝터 및 광의 적어도 일부를 출력하는 웨이브 가이드 장치를 포함하는 증강현실 디스플레이에서, 웨이브 가이드 장치가 웨이브 가이드 및 웨이브 가이드의 일 면에 배치되는 회절 광학 구조체를 포함하며, 회절 광학 구조체가 웨이브 가이드의 일 면에 배치되는 확장 격자 및 웨이브 가이드의 일 면에 수직한 축을 따라 확장 격자의 적어도 일부 영역에 중첩되도록 배치되는 출력 격자를 포함할 수 있다.

Description

FTIR 기반 회절 광학 구조체 및 그를 갖는 웨이브 가이드 장치와 증강현실 디스플레이{DIFFRACTIVE OPTICAL STRUCTUE BASED ON FRUSTRATED TOTAL INTERNAL REFLECTION, AND AUGMENTED REALITY DISPLAY AND WAVEGUIDE APPARATUS AND HAVING THE SAME}
다양한 실시예들은 FTIR 기반 회절 광학 구조체 및 그를 갖는 웨이브 가이드 장치와 증강현실 디스플레이에 관한 것이다.
일반적으로, 증강현실(augmented reality) 디스플레이는 사용자의 눈에 보이는 현실 세계에 가상 영상을 오버랩시킨다. 증강현실 디스플레이는 사용자로 하여금, 현실 세계와 가상 영상의 구분이 모호해지도록 한다. 예를 들면, 증강현실 디스플레이는, 사용자에 착용될 수 있는 HMD(head mounted display)로 구현될 수 있다. 이러한 증강현실 디스플레이는 웨이브 가이드와 복수 개의 회절 격자들을 포함할 수 있다. 회절 격자들은 웨이브 가이드에 장착되어, 입력되는 광을 회절시킬 수 있다. 이를 통해, 회절 격자들이 입력되는 광의 적어도 일부를 출력함으로써, 사용자로 하여금, 입력되는 광과 관련된 영상을 관측할 수 있도록 한다.
그런데, 상기와 같은 증강현실 디스플레이에서, 회절 격자들이 웨이브 가이드의 일 면에서 분리되어 배치된다. 이로 인하여, 웨이브 가이드에서 회절 격자들 중 입력되는 광의 적어도 일부를 실질적으로 출력하는 출력 격자를 위한 공간이 협소하다. 이에 따라, 웨이브 가이드에 대응하여, 사용자에 의해 영상이 관측될 수 있도록 정의되는 관측 영역(예: eye-box)이 협소하다. 따라서, 웨이브 가이드를 확대시키지 않고도, 관측 영역을 확장시킬 수 있는 방안이 요구된다.
다양한 실시예들에 따른 증강현실 디스플레이에서 웨이브 가이드의 일 면에 배치되는 회절 광학 구조체는, 웨이브 가이드의 일 면에 배치되는 확장 격자, 및 상기 일 면에 수직한 축을 따라, 상기 확장 격자의 적어도 일부 영역에 중첩되도록 배치되는 출력 격자를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 증강현실 디스플레이의 웨이브 가이드 장치는, 웨이브 가이드, 및 상기 웨이브 가이드의 일 면에 배치되는 회절 광학 구조체를 포함하며, 상기 회절 광학 구조체는, 상기 일 면에 배치되는 확장 격자, 및 상기 일 면에 수직한 축을 따라 상기 확장 격자의 적어도 일부 영역에 중첩되도록 배치되는 출력 격자를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 증강현실 디스플레이는, 영상과 관련된 광을 제공하도록 구성되는 프로젝터, 및 상기 광의 적어도 일부를 출력하는 웨이브 가이드 장치를 포함하고, 상기 웨이브 가이드 장치는, 웨이브 가이드, 및 상기 웨이브 가이드의 일 면에 배치되는 회절 광학 구조체를 포함하며, 상기 회절 광학 구조체는, 상기 일 면에 배치되는 확장 격자, 및 상기 일 면에 수직한 축을 따라 상기 확장 격자의 적어도 일부 영역에 중첩되도록 배치되는 출력 격자를 포함할 수 있다. 아울러, 웨이브 가이드에 대응하여, 사용자의 눈 위치에 대한 자유도가 높아질 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 증강현실 디스플레이에서, 확장 격자와 출력 격자가 웨이브 가이드의 일 면에서 중첩되도록 배치됨으로써, 출력 격자의 사이즈가 확대될 수 있다. 이를 통해, 출력 격자에 의해 광이 출력되는 면적이 확장됨으로써, 웨이브 가이드에 대응하여 사용자에 의해 영상이 관측될 수 있는 관측 영역이 확장될 수 있다. 이에 따라, 웨이브 가이드가 확대되지 않더라도, 관측 영역이 확장될 수 있다. 이로 인하여, 증강현실 디스플레이를 구현하는 데 있어서, 폼 팩터(form factor)를 향상시킴과 동시에, 관측 영역을 확장시킬 수 있다.
도 1은 다양한 실시예들에 따른 웨이브 가이드 장치를 도시하는 도면이다.
도 2는 다양한 실시예들에 따른 회절 광학 구조체를 도시하는 도면이다.
도 3은 다양한 실시예들에 따른 회절 광학 구조체의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 회절 광학 구조체를 도시하는 도면이다.
도 5a, 도 5b, 도 6, 도 7 및 도 8은 일 실시예에 따른 회절 광학 구조체의 특성을 설명하기 위한 도면들이다.
도 9 및 도 10은 다양한 실시예들에 따른 웨이브 가이드 장치의 특성을 설명하기 위한 도면들이다.
도 11 및 도 12는 다양한 실시예들에 따른 웨이브 가이드 장치의 성능을 설명하기 위한 도면들이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및/또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C" 또는 "A, B 및/또는 C 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", "첫째" 또는 "둘째" 등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 증강현실(augmented reality; AR) 디스플레이는 프로젝터(projector)와 웨이브 가이드(waveguide) 장치를 포함할 수 있다. 프로젝터는 영상과 관련된 광을 제공할 수 있다. 웨이브 가이드 장치는 광의 적어도 일부를 출력할 수 있다. 이 때 웨이브 가이드 장치는 프로젝터로부터 입력된 광에 기반하여, 복수 개의 광들을 출력할 수 있다. 이를 통해, 증강현실 디스플레이의 사용자가 복수 개의 광들로부터 영상을 관측할 수 있다. 웨이브 가이드 장치에서, 사용자에 의해 영상이 관측될 수 있는 관측 영역(예: eye-box)이 정의될 수 있다.
도 1은 다양한 실시예들에 따른 웨이브 가이드 장치(100)를 도시하는 도면이다. 도 2는 다양한 실시예들에 따른 회절 광학 구조체를 도시하는 도면이다. 도 3은 다양한 실시예들에 따른 회절 광학 구조체의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 웨이브 가이드 장치(100)는 웨이브 가이드(110)와 회절 광학 구조체(120)를 포함할 수 있다.
웨이브 가이드(110)는 광을 통과시킬 수 있다. 웨이브 가이드(110)는 제 1 면(111)과 제 2 면(113)을 포함할 수 있다. 그리고 제 1 면(111)과 제 2 면(113)은 웨이브 가이드(110)의 두께(thickness; T) 만큼 상호로부터 이격될 수 있다. 여기서, 제 1 면(111)에 수직한 방향으로 연장되는 축(X)이 정의될 수 있다.
회절 광학 구조체(120)는 광의 적어도 일부를 출력할 수 있다. 이 때 회절 광학 구조체(120)는 광을 회절시키면서, 복제할 수 있다. 이를 통해, 회절 광학 구조체(120)로 입력되는 광이 복수 개의 광들로 복제될 수 있다. 회절 광학 구조체(120)는 웨이브 가이드(110)의 일 면, 즉 제 1 면(111)에 배치될 수 있다. 회절 광학 구조체(120)는, 도 2에 도시된 바와 같이 입력 격자(121), 확장 격자(123) 및 출력 격자(125)를 포함할 수 있다.
입력 격자(121)는 확장 격자(123)로 광을 입력할 수 있다. 이를 위해, 입력 격자(121)는 입력 격자(121)로 입력되는 광을 회절시킬 수 있다. 이 때 입력 격자(121)는 확장 격자(123)에 대향하여, 입력 격자(121)로 입력되는 광을 회절시킬 수 있다. 입력 격자(121)는 웨이브 가이드(110)의 제 1 면(111)에 배치될 수 있다.
확장 격자(123)는 웨이브 가이드(110)의 제 1 면(111)에 배치될 수 있다. 여기서, 확장 격자(123)는 제 1 면(111)의 적어도 일부에 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 확장 격자(123)가 입력 격자(121)의 적어도 일부를 에워쌀 수 있다. 확장 격자(123)는 입력 격자(121)로부터 확장 격자(123)로 입력되는 광을 확장시킬 수 있다. 확장 격자(123)는 확장 격자(123)로 입력되는 광을 회절시키면서, 복제할 수 있다. 이 때 확장 격자(123)는 출력 격자(125)에 대향하여, 확장 격자(123)로 입력되는 광을 회절시킬 수 있다. 그리고 확장 격자(123)는 확장 격자(123)의 면적에 대응하여, 확장 격자(123)로 입력되는 광을 복수 개의 광들로 복제할 수 있다. 이를 통해, 확장 격자(123)가 확장 격자(123)로 입력되는 광을 회절 및 복제하는 중에, 확장 격자(123)로부터 출력 격자(125)로 복수 개의 광들이 입력될 수 있다.
출력 격자(125)는 확장 격자(121)의 적어도 일부 영역에 중첩되도록 배치될 수 있다. 이 때 출력 격자(125)는 축(X)을 따라 확장 격자(123)의 적어도 일부 영역에 중첩될 수 있다. 여기서, 출력 격자(125)가 축(X)을 따라 확장 격자(123)의 일부 영역에 중첩되고, 입력 격자(125)가 확장 격자(123)의 나머지 영역, 즉 축(X)을 따라 출력 격자(125)와 중첩되지 않은 영역에 배치될 수 있다. 출력 격자(125)는 확장 격자(123)로부터 출력 격자(125)로 입력되는 광을 출력할 수 있다. 이 때 출력 격자(125)는 출력 격자(125)로 입력되는 광의 방향과 평행한 방향으로 광을 출력할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 확장 격자(123)와 출력 격자(125)는 축(X)을 따라 상호로부터 이격되어 배치될 수 있다. 이 때 확장 격자(123)와 출력 격자(125) 사이에서, 도 3에 도시된 바와 같이 불완전한 전반사(frustrated total internal reflection; FTIR)가 발생될 수 있다. 이를 통해, 확장 격자(123)에서 광(331)의 적어도 일부가 출력 격자(125)로 투과될 수 있다. 여기서, 확장 격자(123)와 출력 격자(125)의 간격에 기반하여, 확장 격자(123)로 입력되는 광(331)의 일부가 출력 격자(125)로 투과되고, 나머지가 회절되거나 반사되어 확장 격자(123)에서 진행될 수 있다. 이에 따라, 확장 격자(123)가 확장 격자(123)로 입력되는 광을 회절 및 복제하는 중에, 확장 격자(123)로부터 출력 격자(125)로 복수 개의 광들이 입력될 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 회절 광학 구조체(120)를 도시하는 도면이다. 도 5a, 도 5b, 도 6, 도 7 및 도 8은 일 실시예에 따른 회절 광학 구조체(120)의 특성을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 회절 광학 구조체(120)는, 입력 격자(121), 확장 격자(123) 및 출력 격자(125)를 포함하고, 에어 갭(air gap; 127)이 확장 격자(123)와 출력 격자(125) 사이에 형성될 수 있다. 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 확장 격자(123)와 출력 격자(125)가 축(X)을 따라 수직으로 배열됨에 따라, 에어 갭(127)이 확장 격자(123)와 출력 격자(125) 사이에 형성될 수 있다.
확장 격자(123)는, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 복수 개의 제 1 그루브(423)들이 형성된 구조를 가질 수 있다. 이러한 확장 격자(123)의 구조는 입력 격자(121)로부터 입력되는 광을 복제하도록 형성될 수 있다. 여기서, 확장 격자(123)의 구조가 하기 [수학식 1]과 같이 표현될 수 있다. 출력 격자(125)는, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 복수 개의 제 2 그루브(425)들이 형성된 구조를 가질 수 있다. 이러한 출력 격자(125)의 구조는 확장 격자(123)로부터 입력되는 광을 입력되는 방향과 평행한 방향으로 출력하도록 형성될 수 있다. 여기서, 출력 격자(125)의 구조가, 하기 [수학식 2]와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112019020972341-pat00001
Figure 112019020972341-pat00002
일 실시예에 따르면, 확장 격자(123)로 입력되는 광(531)의 적어도 일부가 출력 격자(125)로 투과됨에 따라, 출력 격자(125)로 입력되는 광의 적어도 일부가 출력될 수 있다. 예를 들면, 확장 격자(123)와 출력 격자(125)는 각각 1.5의 굴절율을 갖고, 확장 격자(123)와 출력 격자(125) 사이에 나노 스케일의 에어 갭(127)이 형성되어 있을 수 있다. 이 때 도 5a에 도시된 바와 같이 확장 격자(123)로 입력되는 광(531)이 제 1 광(533), 제 2 광(535) 또는 제 3 광(537) 중 적어도 어느 하나로 구분될 수 있으며, 도 5b에 도시된 바와 같이 벡터 공간에서 표현될 수 있다. 여기서, 확장 격자(123)로 입력되는 광(531)이 정해진 임계각 보다 높은 입사 각도로 입력될 수 있다. 이 때 제 1 광(533)은 확장 격자(123)에서 회절된 광을 나타내고, 제 2 광(535)은 확장 격자(123)에서 반사된 광을 나타내고, 제 3 광(537)은 확장 격자(123)로부터 출력 격자(125)로 투과된 광을 나타낼 수 있다.
일 실시예에 따르면, 확장 격자(123)의 두께와 출력 격자(125)의 두께에 따라, 도 6, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 제 1 광(533), 제 2 광(535) 또는 제 3 광(537)의 세기가 다를 수 있다. 도 6은 적색 파장의 광에 대한 확장 격자(123)와 출력 격자(125)의 반응 결과를 나타내고, 도 7은 녹색 파장에 대한 확장 격자(123)와 출력 격자(125)의 반응 결과를 나타내며, 도 8은 청색 파장에 대한 확장 격자(123)와 출력 격자(125)의 반응 결과를 나타낼 수 있다. 도 6, 도 7 및 도 8에서, 가로축은 확장 격자(123)의 두께에 대응되고, 세로축은 출력 격자(125)의 두께에 대응될 수 있다. 아울러, 도 6, 도 7 및 도 8에서, (a)는 제 3 광(537)의 세기를 나타내고, (b)는 제 2 광(535)의 세기를 나타내며, (c)는 제 1 광(533)의 세기를 나타낼 수 있다.
도 9 및 도 10은 다양한 실시예들에 따른 웨이브 가이드 장치(100)의 특성을 설명하기 위한 도면들이다.
도 9를 참조하면, 웨이브 가이드 장치(100)에서 평면(920)이 정의될 수 있다. 평면(920)은 웨이브 가이드(110)의 제 1 면(111)에 평행하고, 확장 격자(123)와 출력 격자(125) 사이에서 정의될 수 있다. 평면(920)은 상호에 수직한 제 1 축(921)과 제 2 축(923)에 의해 형성될 수 있다. 여기서, 제 1 축(921)과 제 2 축(923)은 제 1 면(111)에 수직한 방향으로 연장되는 축(X)에 각각 수직하게 정의될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 입력 격자(121)로부터 입력되는 광의 복제와 출력이 평면(920)에서 동시에 이루어질 수 있다. 입력 격자(121)로부터 입력되는 광이 평면(920)을 따라 복제되면서, 입력 격자(121)로부터 입력되는 광의 일부가 평면(920)으로부터 출력될 수 있다. 이 때 제 1 축(921)과 제 2 축(923)을 따라, 입력 격자(121)로부터 입력되는 광이 복제되면서, 입력 격자(121)로부터 입력되는 광의 일부가 평면(920)으로부터 출력될 수 있다. 여기서, 도 6의 (a), (b), (c) 및 (d)의 순서로, 입력 격자(121)로부터 입력되는 광이 평면(920)을 따라 복제되는 중에, 복제되는 광의 일부가 평면(920)으로부터 출력될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 평면(920)은, 도 7의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이 제 1 축(921)과 제 2 축(923)을 따라 배열되는 복수 개의 출력 영역(1020)들을 포함할 수 있다. 입력 격자(121)로부터 입력되는 광은 출력 영역(1020)들에서 복수 개의 광들로 복제되어, 복수 개의 광들이 출력될 수 있다. 출력 영역(1020)들은, 입력 격자(121)로부터 멀수록, 출력 영역(1020)들의 출사율이 높도록, 형성될 수 있다. 예를 들면, 출력 영역(1020)들은, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 제 2 축(923)을 따라 정해지는 식별자에 대응하여, 하기 [표 1]과 같이 입력 격자(121)로부터 멀수록, 출력 효율이 높도록 형성될 수 있다. 한편, 출력 영역(1020)들은, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 제 1 축(921)을 따라 정해지는 식별자에 대응하여, 하기 [표 2]와 같이 입력 격자(121)로부터 멀수록, 출력 효율이 높도록 형성될 수 있다. 이는, 출력 영역(1020)들의 두께, 예컨대 확장 격자(123)의 두께 또는 출력 격자(125)의 두께 중 적어도 어느 하나를 상이하게 형성함으로써, 획득될 수 있다. 이를 통해, 평면(920)에서 출력 영역(1020)들로부터 출력되는 광들의 세기가 균일할 수 있다.
Figure 112019020972341-pat00003
Figure 112019020972341-pat00004
도 11 및 도 12는 다양한 실시예들에 따른 웨이브 가이드 장치(100)의 성능을 설명하기 위한 도면들이다.
도 11을 참조하면, 다양한 실시예들에 따른 웨이브 가이드 장치(100)의 성능을 측정하기 위한 환경이 조성될 수 있다. 이 때 도 11의 (a)에 도시된 바와 같이, 영상과 웨이브 가이드 장치(100) 간 거리(ddevice), 웨이브 가이드 장치(100)와 사용자의 애퍼처(aperture) 간 거리(d1) 및 사용자의 애퍼처와 레티나(retina) 간 거리(deye; d2) 가 설계될 수 있다. 여기서, 도 11의 (b)에 도시된 바와 같은 영상에 대하여, FOV(field of view)가 정해진 값, 예컨대 16.039로 설정될 수 있다. 이러한 환경에서, 웨이브 가이드 장치(100)가 동작함에 따라, 도 12에 도시된 바와 같은 성능이 나타날 수 있다. 즉 도 12의 (a)에 도시된 바와 같이 출력 격자(125)에서 출력되는 광들의 세기가 균일하게 분포될 수 있다. 아울러, 도 12의 (b)에 도시된 바와 같이 영상에 대한 시인성이 높을 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 증강현실 디스플레이는, 영상과 관련된 광을 제공하도록 구성되는 프로젝터, 및 프로젝터로부터 제공되는 광의 적어도 일부를 출력하는 웨이브 가이드 장치(100)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 웨이브 가이드 장치(100)는, 웨이브 가이드(110), 및 웨이브 가이드(110)의 일 면, 즉 제 1 면(111)에 배치되는 회절 광학 구조체(120)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 회절 광학 구조체(120)는, 일 면, 즉 제 1 면(111)에 배치되는 확장 격자(123), 및 일 면, 즉 제 1 면(111)에 수직한 축(X)을 따라 확장 격자(123)의 적어도 일부 영역에 중첩되도록 배치되는 출력 격자(125)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 회절 광학 구조체(120)는, 확장 격자(123)의 나머지 영역에 배치되는 입력 격자(121)를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 출력 격자(125)는, 축(X)을 따라, 확장 격자(123)로부터 이격되어 배치될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 축(X)을 따라, 확장 격자(123)와 출력 격자(125) 사이에 에어 갭(127)이 형성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 확장 격자(123)와 출력 격자(125) 사이에서 일 면, 즉 제 1 면(111)에 평행한 평면(920)이 정의될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 입력 격자(121)로부터 입력되는 광이 상기 평면(920)을 따라 복제되면서, 입력되는 광의 일부가 평면(920)으로부터 출력될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 평면(920)은 축(X)에 수직하게 정의되는 제 1 축(921)과 제 2 축(923)을 따라 배열되는 복수 개의 출력 영역(1020)들을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 출력 영역(1020)들은, 입력 격자(121)로부터 멀수록, 출력 영역(1020)들의 출사율이 높도록, 형성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 확장 격자(123)는, 입력되는 광을 회절시키면서, 평면(920)을 따라 복제할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 출력 격자(125)는, 입력되는 광의 방향에 평행한 방향으로 입력되는 광의 일부를 투과시킬 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 증강현실 디스플레이에서, 확장 격자(123)와 출력 격자(125)가 웨이브 가이드(110)의 일 면에서 중첩되도록 배치됨으로써, 출력 격자(125)의 사이즈가 확대될 수 있다. 이를 통해, 출력 격자(125)에 의해 광이 출력되는 면적이 확장됨으로써, 웨이브 가이드(110)에 대응하여 사용자에 의해 영상이 관측될 수 있는 관측 영역이 확장될 수 있다. 이에 따라, 웨이브 가이드(110)가 확대되지 않더라도, 관측 영역이 확장될 수 있다. 이로 인하여, 증강현실 디스플레이를 구현하는 데 있어서, 폼 팩터(form factor)를 향상시킴과 동시에, 관측 영역을 확장시킬 수 있다. 아울러, 웨이브 가이드(110)에 대응하여, 사용자의 눈 위치에 대한 자유도가 높아질 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들에 관해 설명되었으나, 본 문서의 다양한 실시예들의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로, 본 문서의 다양한 실시예들의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구의 범위 뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

  1. 증강현실 디스플레이에서 웨이브 가이드의 일 면에 배치되는 회절 광학 구조체에 있어서,
    웨이브 가이드의 일 면에 배치되는 확장 격자; 및
    상기 일 면에 수직한 축을 따라, 상기 확장 격자의 적어도 일부 영역에 중첩되도록 배치되는 출력 격자를 포함하고,
    상기 확장 격자의 나머지 영역에 배치되는 입력 격자를 더 포함하고,
    상기 출력 격자는,
    상기 축을 따라, 상기 확장 격자로부터 이격되어 배치되고,
    상기 축을 따라, 상기 확장 격자와 출력 격자 사이에 에어 갭이 형성되고,
    상기 확장 격자와 출력 격자 사이에서 상기 일 면에 평행한 평면이 정의되고,
    상기 입력 격자로부터 입력되는 광이 상기 평면을 따라 복제되면서, 상기 입력되는 광의 일부가 상기 평면으로부터 출력되고,
    상기 평면은 상기 축에 수직하게 정의되는 제 1 축과 제 2 축을 따라 배열되는 복수 개의 출력 영역들을 포함하고,
    상기 출력 영역들은,
    상기 입력 격자로부터 멀수록, 상기 출력 영역들의 출사율이 높도록, 형성되는 회절 광학 구조체.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 확장 격자는,
    상기 입력되는 광을 회절시키면서, 상기 평면을 따라 복제하고,
    상기 출력 격자는,
    상기 입력되는 광의 방향에 평행한 방향으로 상기 입력되는 광의 일부를 투과시키는 회절 광학 구조체.
  8. 증강현실 디스플레이의 웨이브 가이드 장치에 있어서,
    웨이브 가이드; 및
    상기 웨이브 가이드의 일 면에 배치되는 회절 광학 구조체를 포함하며,
    상기 회절 광학 구조체는,
    상기 일 면에 배치되는 확장 격자; 및
    상기 일 면에 수직한 축을 따라 상기 확장 격자의 적어도 일부 영역에 중첩되도록 배치되는 출력 격자를 포함하고,
    상기 회절 광학 구조체는,
    상기 확장 격자의 나머지 영역에 배치되는 입력 격자를 더 포함하고,
    상기 출력 격자는,
    상기 축을 따라, 상기 확장 격자로부터 이격되어 배치되고,
    상기 축을 따라, 상기 확장 격자와 출력 격자 사이에 에어 갭이 형성되고,
    상기 확장 격자와 출력 격자 사이에서 상기 일 면에 평행한 평면이 정의되고,
    상기 입력 격자로부터 입력되는 광이 상기 평면을 따라 복제되면서, 상기 입력되는 광의 일부가 상기 평면으로부터 출력되고,
    상기 평면은 상기 축에 수직하게 정의되는 제 1 축과 제 2 축을 따라 배열되는 복수 개의 출력 영역들을 포함하고,
    상기 출력 영역들은,
    상기 입력 격자로부터 멀수록, 상기 출력 영역들의 출사율이 높도록, 형성되는 웨이브 가이드 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 확장 격자는,
    상기 입력되는 광을 회절시키면서, 상기 평면을 따라 복제하고,
    상기 출력 격자는,
    상기 입력되는 광의 방향에 평행한 방향으로 상기 입력되는 광의 일부를 투과시키는 웨이브 가이드 장치.
  15. 증강현실 디스플레이에 있어서,
    영상과 관련된 광을 제공하도록 구성되는 프로젝터; 및
    상기 광의 적어도 일부를 출력하는 웨이브 가이드 장치를 포함하고,
    상기 웨이브 가이드 장치는,
    웨이브 가이드; 및
    상기 웨이브 가이드의 일 면에 배치되는 회절 광학 구조체를 포함하며,
    상기 회절 광학 구조체는,
    상기 일 면에 배치되는 확장 격자; 및
    상기 일 면에 수직한 축을 따라 상기 확장 격자의 적어도 일부 영역에 중첩되도록 배치되는 출력 격자를 포함하고,
    상기 회절 광학 구조체는,
    상기 확장 격자의 나머지 영역에 배치되고, 상기 프로젝터로부터 상기 광이 입력되는 입력 격자를 더 포함하고,
    상기 확장 격자와 출력 격자 사이에서 상기 일 면에 평행한 평면이 정의되고,
    상기 입력되는 광이 상기 평면을 따라 복제되면서, 상기 입력되는 광의 일부가 상기 평면으로부터 출력되고,
    상기 평면은 상기 축에 수직하게 정의되는 제 1 축과 제 2 축을 따라 배열되는 복수 개의 출력 영역들을 포함하고,
    상기 출력 영역들은,
    상기 입력 격자로부터 멀수록, 상기 출력 영역들의 출사율이 높도록, 형성되는 증강현실 디스플레이.
  16. 삭제
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 출력 격자는,
    상기 축을 따라, 상기 확장 격자로부터 이격되어 배치되는 증강현실 디스플레이.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 확장 격자는,
    상기 입력되는 광을 회절시키면서, 상기 평면을 따라 복제하고,
    상기 출력 격자는,
    상기 입력되는 광의 방향에 평행한 방향으로 상기 입력되는 광의 일부를 투과시키는 증강현실 디스플레이.
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