KR102449658B1 - 분산 보상을 갖는 광학 시스템 - Google Patents

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조너선 파이퍼
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마크 알. 에이어스
아담 우르네스
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아코니아 홀로그래픽스 엘엘씨
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Abstract

광학 디바이스에서 분산 보상의 시스템들 및 방법들이 개시된다. 홀로그래픽 광학 요소는 격자 매체(704)에 상이한 홀로그램들의 세트를 포함할 수 있다. 세트 내의 각각의 홀로그램은 격자 주파수 및 방향을 갖는 대응하는 격자 벡터(708, 710, 712)를 가질 수 있다. 격자 벡터들의 방향들은 격자 주파수의 함수로서 변할 수 있다. 세트 내의 상이한 홀로그램들은, 광이 파장에 관계없이 단일의 주어진 방향으로 격자 매체의 경계로부터 나오도록 특정 방향으로 광을 회절시킬 수 있다. 프리즘(722)이 광을 격자 매체 내로 커플링시키기 위해 사용될 수 있다. 프리즘은 격자 재료의 분산 속성들과 유사한 분산 속성들을 갖는 재료들을 사용하여 형성될 수 있다. 프리즘은 수직 입력 광을 수신하는 입력 면을 가질 수 있다. 프리즘은 상이한 굴절률들을 갖는 다수의 부분들을 포함할 수 있다.

Description

분산 보상을 갖는 광학 시스템
본 출원은 2017년 12월 19일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/607,908호에 대한 우선권을 주장하며, 그로써 그 가특허 출원은 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 개시내용은 일반적으로, 홀로그래픽 광학 요소들을 갖는 광학 반사 디바이스들에 대한 분산 보상 구조들 및 방법들을 포함하는 광학 디바이스들에 관한 것이다.
분산은 광학 디바이스들에서 색수차(chromatic aberration)들을 야기할 수 있다. 이들 색수차들은 광학 반사 디바이스의 이미지에 대한 열화 효과를 가질 수 있다. 따라서, 반사된 이미지들에 대한 분산의 열화 효과들을 완화시키는, 분산의 효과들을 보정하기 위한 개선된 방법들 및 광학 반사 디바이스들이 요구된다.
설명된 특징부들은 일반적으로 분산 보상을 수행하기 위한 하나 이상의 개선된 방법들, 시스템들, 또는 디바이스들에 관한 것이다. 홀로그램들은 광학 매체들 내에서 홀로그래픽 광학 요소들로서 구현될 수 있다. 홀로그래픽 광학 요소는 실질적으로 수색성(achromatic)이어서, 입사광의 파장과 독립적인 반사각을 유지할 수 있다. 이들 홀로그래픽 광학 요소들은 광학 디바이스(예를 들어, 광학 반사 디바이스)에서 사용될 수 있다. 광학 디바이스의 소정의 분산 경계들(예를 들어, 공기-투사 커플링 요소, 공기-도파관 기판, 공기-도파관 격자 매체, 도파관 기판-공기, 도파관 격자 매체-투사 커플링 요소, 도파관 격자 매체-커플링 요소 등)을 가로지르는 광은 광의 이질적인 주파수들에 걸쳐 파형 분리를 나타낼 수 있다.
이질적인 주파수들에 대한 하나의 매체의 굴절률과 다른 매체의 굴절률 사이의 분산 관계가 광학 디바이스에서의 광의 색채 분산을 보상하기 위한 기법들에서 사용될 수 있다. 분산 관계를 사용하는 분산 보상 기법들은 소정의 분산 경계들의 색채 분산 효과들을 보상하는 홀로그램들을 결정하기 위해 적용될 수 있다. 결과적인 홀로그래픽 광학 요소는 광학 디바이스 및/또는 특정 동작 환경에서의(예를 들어, 투사 광학기기들이 사용되는 경우, 에지 커플링이 사용되는 경우, 그리고/또는 공기 또는 물과 같은 유체 매체에서의) 홀로그래픽 광학 요소의 사용과 연관된 원하는 수색성에 실질적으로 근사할 수 있다.
일부 예들에서, 홀로그래픽 광학 요소는 격자 매체에 상이한 홀로그램들의 세트를 포함한다. 세트 내의 각각의 홀로그램은 격자 주파수(크기) 및 방향을 갖는 대응하는 격자 벡터를 가질 수 있다. 격자 벡터들의 방향들은 격자 주파수의 함수로서 변할 수 있다. 세트 내의 상이한 홀로그램들은, 광이 파장에 관계없이(예를 들어, 경계에 수직인) 단일의 주어진 방향으로 격자 매체의 경계로부터 나오도록 특정 방향으로 광을 회절시킬 수 있다. 프리즘이 광을 격자 매체 내로 커플링시키기 위해 사용될 수 있다. 프리즘은 격자 재료의 분산 속성들과 유사한 분산 속성들을 갖는 재료들을 사용하여 형성될 수 있다. 프리즘은 수직 입력 광을 수신하는 입력 면을 가질 수 있다. 프리즘은 원한다면, 상이한 굴절률들을 갖는 다수의 부분들을 포함할 수 있다.
본 개시내용의 구현들의 속성 및 장점들의 추가적인 이해는 다음의 도면들에 대한 참조에 의해 실현될 수 있다. 첨부된 도면들에서, 유사한 컴포넌트들 또는 특징부들은 동일한 참조 라벨을 가질 수 있다. 추가로, 동일한 유형의 다양한 컴포넌트들은, 참조 라벨에 뒤이어 대시기호 및 제2 라벨이 후속하여 유사한 컴포넌트들 사이를 구별하게 함으로써 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 일부 실시예들에 따른, 본 명세서에 포함된 원리들이 구현될 수 있는 예시적인 머리 장착형 디스플레이(HMD)의 다이어그램이다.
도 2a는 일부 실시예들에 따른, 실제 공간에서의 예시적인 스큐 미러의 반사 속성들을 예시하는 다이어그램이다.
도 2b는 일부 실시예들에 따른, k-공간에서의 예시적인 스큐 미러를 예시한다.
도 3은 일부 실시예들에 따른, 특정 방향으로 배향될 수 있는 k-공간 및 실제 공간에서의 예시적인 스큐 미러들의 다이어그램이다.
도 4는 일부 실시예들에 따른, 스큐 미러에서의 격자들이 일부 입사광에 어떻게 브래그(Bragg) 매칭될 수 있는지를 나타내는, k-공간 및 실제 공간에서의 예시적인 스큐 미러의 다이어그램이다.
도 5는 일부 실시예들에 따른, 재료 분산의 대상일 수 있는, k-공간 및 실제 공간에서의 예시적인 스큐 미러의 다이어그램이다.
도 6은 일부 실시예들에 따른, 도 5에 도시된 유형의 예시적인 스큐 미러가 재료 분산을 보상하기 위해 격자 크기의 함수로서 변하는 스큐 축들을 갖는 격자들을 어떻게 제공받을 수 있는지를 나타내는 스큐 미러 성능의 예시적인 플롯들이다.
도 7은 일부 실시예들에 따른, 재료 분산을 보상하기 위해 격자 크기의 함수로서 변하는 스큐 축들을 갖는 격자들을 갖는 예시적인 스큐 미러 및 예시적인 입력 프리즘의 측면도이다.
도 8은 일부 실시예들에 따른, 도 7에 도시된 유형의 예시적인 스큐 미러에 대한 격자 크기의 함수로서의 스큐 각도로서의 예시적인 플롯이다.
도 9는 일부 실시예들에 따른 상이한 분산 특성들을 갖는 상이한 구역들을 갖는 예시적인 입력 프리즘의 측면도이다.
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(예를 들어, 1.0도 미만으로 변하는 반사 축 각도들을 갖는 반사 축들)을 가질 수 있고, 이러한 현상은 다양한 파장들의 입사광에서 관찰될 수 있다.
홀로그래픽 광학 요소들은 머리 장착형 디바이스들 또는 다른 시스템들에서 사용될 수 있으며, 기록 매체로부터 구성될 수 있다. 예를 들어, 홀로그래픽 광학 요소는 기판 구조물 상에서의 또는 기판 구조물에서의 액체 매체 혼합물의 증착에 의해 제조될 수 있으며, 그 결과, 매체 혼합물 내에서의 매트릭스 전구체들의 중합은 매트릭스 중합체의 형성을 초래하고, 이는 기록 매체가 되도록 하는 매체 혼합물의 전환을 특징으로 한다. 기록 매체는 기판들 사이에 배치되며, 기록 매체 상에 홀로그램들을 기록하기 위해 배향될 수 있다. 기록 매체는 때때로 본 명세서에서 격자 매체로 지칭될 수 있다. 격자 매체는 도파관 기판들 사이에 배치될 수 있다. 프리즘과 같은 입력 커플러가 광을 도파관 내로 커플링시킬 수 있다.
실제로, 격자 매체는 도파관 기판들 및 입력 커플러와는 상이한 벌크 굴절률을 파장의 함수로서 가질 수 있다. 이는, 인-커플링된 광이 격자 매체 내에서 파장의 함수로서 상이한 각도들로 전파되는 인-커플링된 광의 분산을 생성할 수 있다. 격자 매체 내의 홀로그래픽 광학 요소들은, (예를 들어, 각각의 파장의 광이 원하는 방향으로 반사되도록) 이러한 분산을 보상하면서 원하는 방향으로 인-커플링된 광을 반사(회절)하도록 구성될 수 있다.
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 특정 복수의 입사각들로 격자 구조의 표면 법선으로부터 오프셋된 반사 축에 대해, 특정 파장의 광을 반사시키도록 구성될 수 있다. 본 발명의 양태들은, 광 균질화에 관련된 장치 다이어그램들, 시스템 다이어그램들, 및 흐름도들을 참조하여 추가로 예시되고 설명된다.
이러한 설명은 예들을 제공하며, 본 명세서에 설명된 원리들의 구현들의 범주, 적용가능성 또는 구성을 제한하도록 의도되지 않는다. 다양한 변화들이 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 것과는 상이한 순서로 수행될 수 있고, 다양한 단계들이 부가, 생략 또는 결합될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 또한, 소정 구현들에 대해 설명된 양태들 및 요소들은 다양한 다른 구현들에서 조합될 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.
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 반사 디바이스이며, 격자 매체 내에는 체적 홀로그램들 또는 다른 격자 구조가 존재한다. 스큐 미러(110)는 때때로 본 명세서에서 체적 홀로그래픽 격자 구조(110)로 지칭될 수 있다. 스큐 미러(110)는 유리 커버 또는 유리 기판과 같은 추가 층을 포함할 수 있다. 추가의 층은 오염, 습기, 산소, 반응성 화학 종들, 손상 등으로부터 격자 매체를 보호하는 역할을 할 수 있다. 추가의 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, 반사 축은 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 유형들의 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 정보 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 처리(post-recording light treatment)에서 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(예를 들어, 멀티플렉싱된 각도)로 격자 매체 상에 입사되는 기록 빔들을 사용하여 그리고/또는 다수의 홀로그램들 사이에서 변하는 파장들(예를 들어, 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 1.0도만큼; 또는 적어도 2.0도만큼; 또는 적어도 4.0도만큼; 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 중첩될 수 있는 하나 이상의 홀로그램들 또는 정현파 체적 격자들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 홀로그램들 또는 비-홀로그래피 정현파 체적 격자들 중 어느 하나는 격자 매체에서 사용된다. 다른 실시예들에서, 홀로그램들 및 비-홀로그래피 정현파 체적 격자들 둘 모두는 동일한 격자 매체에서 사용될 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 구조(예를 들어, 각각의 체적 홀로그램)는 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 입사각으로 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(균일한) 반사 축을 가질 수 있다(예를 들어, 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 1은 단지 예시적이며 비제한적이다. 예를 들어, 광원(예를 들어, 광원 또는 광 프로젝터(115))과 같은 이미징 컴포넌트가 이미지-베어링 광을 제공할 수 있다. 광학 렌즈 등과 같은 도파관 컴포넌트는 광 입력부를 포함할 수 있다. 광학 렌즈의 광 입력부는 이미지-베어링 광을 수신할 수 있다. 도파관은 광학 렌즈 내에 배치되고, 광 입력부에 동작가능하게 커플링될 수 있다. 일부 경우들에서, 도파관은 제1 도파관 표면, 및 제1 도파관 표면에 평행한 제2 도파관 표면을 가질 수 있다. 스큐 미러는 분산을 보상하는 홀로그램들을 포함할 수 있다. 광 커플링 디바이스와 같은 커플링 컴포넌트가 도파관 매체에 동작가능하게 커플링될 수 있다.
본 명세서에서 설명된 광 균질화 기법들을 사용하는 부가적인 예들 및 다양한 구현들이 고려된다.
도 2a는 일 예에 따른, 실제 공간에서의 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. 광 커플링 및/또는 동공 등화를 위한 스큐 미러의 구현들은 부분적으로 반사적일 수 있다. 예를 들어, 분산 보상을 위한 스큐 미러는 격자 매체 및 도파관/입력 커플러의 굴절률들의 차이들과 연관된 분산을 보상하기 위해 특정 방향으로 상이한 색상들의 광의 광선들을 반사시키도록 구성될 수 있다. 분산 보상을 위한 스큐 미러는, 스큐 미러에서의 격자 벡터들의 각도를 격자 크기의 함수로서 변화시킴으로써 포함할 수 있다. 스큐 미러(210)는 z 축에 대해 측정된 각도의 반사 축(225)에 의해 특징지어진다. z 축은 스큐 미러 축(205)에 수직이다. 스큐 미러(210)는 z 축에 대해 측정된 내부 입사각을 갖는 입사광(215)으로 조명된다. 주 반사된 광(220)은, z 축에 대해 측정된 내부 반사각 180°로 반사될 수 있다. 일 예로서, 주 반사된 광(220)은 가시광 스펙트럼의 적색, 녹색, 및 청색 구역들에 존재하는 광의 파장들에 대응할 수 있다.
스큐 미러(210)는 z-축에 대해 측정된 각도의 반사 축(225)에 의해 특징지어진다. z-축은 스큐 미러 축(205)에 수직이다. 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 성분들의 k-공간 분포들은 통상적으로
Figure 112020060558910-pct00001
으로 나타낸다.
Figure 112020060558910-pct00002
의 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,
Figure 112020060558910-pct00003
여기서
Figure 112020060558910-pct00004
는 모든
Figure 112020060558910-pct00005
3D 공간 벡터 위치들에서의 광학 스칼라(scalar) 필드 분포이고, 그의 변형
Figure 112020060558910-pct00006
는 모든
Figure 112020060558910-pct00007
3D 공간 주파수 벡터들에서의 광학 스칼라 필드 분포이다. A r 은 필드의 스칼라 복소 진폭이고;
Figure 112020060558910-pct00008
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,
Figure 112020060558910-pct00009
이다. 따라서, 모든 광학 전파 벡터들은 반경
Figure 112020060558910-pct00010
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
Figure 112020060558910-pct00011
로 나타내는 굴절률 공간적 변경들은, 굴절률 변조 패턴들로 지칭될 수 있는데, 이들의 k-공간 분포들은 통상적으로
Figure 112020060558910-pct00012
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,
Figure 112020060558910-pct00013
여기서
Figure 112020060558910-pct00014
는 제1 기록 빔 필드의 공간적 분포이고,
Figure 112020060558910-pct00015
는 제2 기록 빔 필드의 공간적 분포이다. 단항 연산자 "*"는 복소 켤레(complex conjugation)를 나타낸다. 수학식(2)에서의 최종 항
Figure 112020060558910-pct00016
는 입사되는 제2 기록 빔을 회절된 제1 기록 빔에 맵핑시킨다. 따라서, 다음의 수학식이 초래될 수 있고,
Figure 112020060558910-pct00017
여기서
Figure 112020060558910-pct00018
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
Figure 112020060558910-pct00019
k-공간 분포들의 위치들은 각각 교차-상관 연산들
Figure 112020060558910-pct00020
및
Figure 112020060558910-pct00021
로부터 수학적으로, 또는 벡터 차이들
Figure 112020060558910-pct00022
및
Figure 112020060558910-pct00023
로부터 기하학적으로 결정될 수 있으며, 여기서,
Figure 112020060558910-pct00024
및
Figure 112020060558910-pct00025
는 각자의 홀로그램
Figure 112020060558910-pct00026
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,
Figure 112020060558910-pct00027
여기서
Figure 112020060558910-pct00028
및
Figure 112020060558910-pct00029
는 각각 회절된 빔 및 프로브 빔의 k-공간 분포들이고; "*"는 3D 콘볼루션(convolution) 연산자이다. 표기법 "
Figure 112020060558910-pct00030
"는, 전술한 수학식이,
Figure 112020060558910-pct00031
, 즉, 결과가 k-구 상에 놓이는 경우에만 평가된다는 것을 나타낸다. 콘볼루션
Figure 112020060558910-pct00032
는 편광 밀도 분포를 나타내고, 프로브 빔에 의해 유도된 격자 매체의 비균질 전기 쌍극자 모멘트들의 거시적인 합계
Figure 112020060558910-pct00033
에 비례한다.
통상적으로, 프로브 빔이 기록을 위해 사용되는 기록 빔들 중 하나의 기록 빔과 유사할 때, 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 가질 때, 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.
k-공간에서의 스큐 미러 속성들을 설명할 때 본 명세서에서 때때로 사용되는 용어 프로브 빔은, 실제 공간에서의 스큐 미러 반사 속성들을 설명할 때 본 명세서에서 때때로 사용되는 용어 입사광과 유사할 수 있다. 유사하게, k-공간에서의 스큐 미러 속성들을 설명할 때 본 명세서에서 때때로 사용되는 용어 회절된 빔은, 실제 공간에서의 스큐 미러 속성들을 설명할 때 본 명세서에서 때때로 사용되는 용어 주 반사된 광과 유사하다. 따라서, 실제 공간에서의 스큐 미러의 반사 속성들을 설명할 때, 입사광이 홀로그램(또는 다른 격자 구조)에 의해 주 반사된 광으로서 반사된다고 때때로 진술되지만, 프로브 빔이 홀로그램에 의해 회절되어 회절된 빔을 생성한다고 진술하는 것은 본질적으로 동일한 것을 말한다. 유사하게, k-공간에서의 스큐 미러의 반사 속성들을 설명할 때, 프로브 빔이 홀로그램(또는 다른 격자 구조)에 의해 회절되어 회절된 빔을 생성한다고 때때로 진술되지만, 입사광이 격자 구조에 의해 반사되어 주 반사된 광을 생성한다고 진술하는 것은 본 발명의 구현들의 맥락에서 동일한 의미를 갖는다.
일반적으로, 스큐 미러들의 실시예들은 비교적 큰 파장 및 각도 대역폭들을 갖는 입사광을 미러 대칭으로 회절시키는 다수의 회절 격자들(홀로그램들)의 중첩을 포함한다. 이론적으로, 스큐 미러 실시예들은, 실제 미러가 동일한 대칭으로 모든 광을 반사시키는 방식과 유사하게, 입사각들 및 광학 파장들의 범위에 걸쳐 동일한 미러 대칭으로 입사광을 회절시킬 수 있다. 그러나, 재료 분산은 스큐 미러의 미러형 성능을 열화시킬 수 있다. 따라서, 재료 분산을 보상하는 기법들 또는 디바이스들이 매우 바람직할 수 있다.
본 명세서에 설명된 스큐 미러들은 재료 분산의 유해한 효과들을 보상하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 스큐 미러들은 변하는 방향들을 격자 주파수의 함수로서 갖는 회절 격자들(홀로그램들)을 포함할 수 있다. 회절 격자들은 통상적으로 광을 회절시킬 수 있는 공간적으로 주기적인 구조를 갖는다. 도 3의 다이어그램(300)은 k-공간에서의 단일의 예시적인 회절 격자를 도시한다. 다이어그램(302)은 실제(물리적) 공간에서 다이어그램(300)과 연관된 예시적인 회절 격자를 도시한다. 다이어그램(302)에 의해 도시된 바와 같이, 회절 격자(306)는 격자 매체(304)에서의 정현파 가변 굴절률로부터 형성될 수 있다. 굴절률의 변조들은 화살표(308)에 의해 도시된 바와 같은 방향으로 배향될 수 있다. 화살표(308)는 격자(306)에 대한 격자 벡터
Figure 112020060558910-pct00034
의 방향을 표현하며, 그 방향은 때때로 격자 방향(배향)
Figure 112020060558910-pct00035
으로 본 명세서에서 지칭된다. 격자 방향
Figure 112020060558910-pct00036
은 격자에서(실제 공간에서) 일정한 굴절률들의 평면들에 직교하는 방향을 가리키는 격자(306)의 격자 벡터
Figure 112020060558910-pct00037
의 단위 벡터이다.
다이어그램(302)의 격자(306)와 같은 회절 격자들을 갖는 스큐 미러들의 원리를 시각화하기 위해, k-공간(때때로 본 명세서에서 모멘텀(momentum) 공간으로 지칭됨)에서의 회절 격자들을 예시하는 것이 도움이 될 수 있다. k-공간은 (예를 들어, 위에서 설명된 바와 같은) 실제 공간의 푸리에 변환이다. 따라서, 다이어그램(302)에 예시된 격자(306)와 같은 평면파 격자는 다이어그램(300)에 예시된 바와 같이 k-공간 내의 2개의 포인트들(310, 312)에 의해 표현될 수 있다. K-공간 내의 포인트들(310, 312)의 위치들은 다음의 수학식 (5)에 의해 주어지는 격자(306)의 격자 벡터
Figure 112020060558910-pct00038
(때때로 본 명세서에서 모멘텀 벡터로 지칭됨)에 의해 결정되며,
Figure 112020060558910-pct00039
수학식 (5)에서,
Figure 112020060558910-pct00040
는 격자의 주기이고, F 는 공간 주파수이다. 미러 평면(314)(때때로 본 명세서에서 미러 축(314)으로 지칭됨)은 단위 벡터
Figure 112020060558910-pct00041
에 수직인 평면으로 정의된다. 미러 평면(314)은 도 3의 Z-축에 대해 소정 각도 α로 배향된다. 스큐 미러가 어떠한 재료 분산도 갖지 않거나 스큐 미러 그 자체와 동일한 재료 분산을 갖는 매체에서 사용되면, 스큐 미러의 다수의 회절 격자들은 모두 동일한 방향을 갖지만 변하는 크기들(예를 들어, 변하는 공간 주파수들 F)을 가질 것이다.
도 3의 다이어그램(318)은, 동일한 방향
Figure 112020060558910-pct00042
를 갖지만 상이한 공간 주파수들 F를 모두 갖는 회절 격자들의 세트(320)(예를 들어, 6개의 중첩하는/중첩된 회절 격자들)를 갖는 단순화된 스큐 미러를 예시한다. 세트(320) 내의 회절 격자들 각각은 동일한 체적의 격자 매체(304) 내에 놓인다. 세트(320) 내의 각각의 회절 격자는 k-공간 다이어그램(316) 내의 대응하는 포인트(격자 벡터)(322) 및 대응하는 포인트(격자 벡터)(324)에 의해 설명된다. 다이어그램(316)에 의해 도시된 바와 같이, 각각의 포인트(322) 및 각각의 포인트(324)는 상이한 크기들(예를 들어, 원점으로부터의 거리에 의해 예시된 바와 같이, 격자 주파수들 F)의 동일한 라인 상에(예를 들어, 미러 평면(314)에 수직인 방향
Figure 112020060558910-pct00043
으로) 놓인다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 이들 평행 격자들의 조합은 미러 대칭으로 입사광을 회절시키는 회절 광학 요소를 생성할 것이며, 여기서 미러 대칭의 축은 격자 벡터
Figure 112020060558910-pct00044
에 직교한다.
광학 회절 이벤트에서, 에너지 및 모멘텀 둘 모두가 보존된다. 정적 회절 격자들은 에너지를 소유하지 않으며, 이는 회절된 광학 광이 입사광과 동일한 파장을 가질 것임을 의미하는데, 그 이유는 광자
Figure 112020060558910-pct00045
의 에너지가
Figure 112020060558910-pct00046
(여기서, h는 플래크 상수이고, c는 광의 속도이고, λ는 광학 파장임)로 정의되기 때문이다. k-공간에서, 일정한 에너지 또는 파장의 광은 수학식 (6)에 의해 정의되는 모멘텀 표면들에 의해 표현된다:
Figure 112020060558910-pct00047
수학식 (6)에서,
Figure 112020060558910-pct00048
는 방위각
Figure 112020060558910-pct00049
및 극각
Figure 112020060558910-pct00050
에 의해 설명되는, 광학 광의 전파 방향의 함수로서의 광학 굴절률이다. 광학적으로 등방성인 매체들의 경우, 굴절률은 모든 방향으로 일정하므로(예를 들어, n0), 광학 모멘텀 표면은 반경
Figure 112020060558910-pct00051
의 구가 된다.
도 4의 다이어그램(400)은 3개의 상이한 파장들에 대한 등방성 매체들 내의 광학 모멘텀(k-공간) 표면들의 단면을 예시한다. 가장 큰 표면(408)은 가장 짧은 파장(예를 들어, 청색 광의 파장)에 대응하고, 두번째로 가장 큰 표면(410)은 두번째로 가장 짧은 파장(예를 들어, 녹색 광의 파장)에 대응하며, 가장 작은 표면(412)은 가장 긴 파장(예를 들어, 적색 광의 파장)에 대응하는데, 그 이유는 광학 모멘텀 벡터
Figure 112020060558910-pct00052
가 파장
Figure 112020060558910-pct00053
에 반비례하기 때문이다.
광학 회절이 발생하기 위해, 격자 벡터
Figure 112020060558910-pct00054
와 입사 광학 벡터
Figure 112020060558910-pct00055
의 합은 허용된 전파 모드
Figure 112020060558910-pct00056
로 합산되어야 하며, 이는 브래그 매칭으로 보편적으로 알려져 있고, 수학식(7)에 의해 주어진다:
Figure 112020060558910-pct00057
브래그 매칭은, 광학 모멘텀 벡터
Figure 112020060558910-pct00058
의 팁(tip)에 격자 벡터들의 원점을 배치함으로써 k-공간에서 예시될 수 있다. 도 4는 도 3의 스큐 미러와의 브래그 매칭의 예들을 예시한다. 도 4의 다이어그램(400)에 의해 도시된 바와 같이, 3개의 상이한 파장들 그러나 동일한 입사각 θ로부터의 입사광은 입사 광학 벡터들(예를 들어,
Figure 112020060558910-pct00059
)(416, 418, 420)에 의해 도시된 바와 같이 스큐 미러를 통과한다. 회절 격자 벡터들(422)(예를 들어, 회절 격자 벡터들
Figure 112020060558910-pct00060
)의 원점은 3개의 상이한 입사 광학 벡터들(416, 418, 420)의 팁들에 배치된다. 도 4의 격자 벡터들(422)은, 예를 들어 도 3의 다이어그램(316)의 포인트들(격자 벡터들)(322)에 대응할 수 있다.
스큐 미러로부터의 입사 광학 벡터 및 격자 벡터가 브래그 매칭되면, 입사광은 회절(반사)될 것이다. 예를 들어, 적색 모멘텀 표면(예를 들어, 다이어그램(400)의 표면(412))과 연관된 광학 광은 (예를 들어, 격자 벡터(422)를 따른 제1 솔리드(solid) 포인트가 표면(412) 상에 놓이기 때문에) 스큐 미러의 가장 작은 격자 벡터와 브래그 매칭되며, 따라서 광(예를 들어, 입사 광학 벡터(416)와 연관된 적색 광)을 회절시킬 것이다. 스큐 미러에서의 다른 격자 벡터들(솔리드 포인트들)(422)은 입사 광학 벡터(416)와 함께, 전파 모드들이 허용되지 않는 솔루션들에 부가된다(예를 들어, 합산들은 표면(412) 상에 떨어지지 않는다). 따라서, 이들 격자들은 입사 광학 벡터(416)와 관련된 입사광을 회절시키지 않는다.
녹색 모멘텀 표면(예를 들어, 표면(410))에 의해 표현된 광의 경우, 격자 벡터들 중 어느 것도 그 입사각 및 파장에 대해 브래그 매칭되지 않는다. 따라서, 입사 광학 벡터(418)와 연관된 녹색 입사광은 도 4의 다이어그램(402)에 의해 도시된 바와 같이 회절되지 않으면서 스큐 미러를 통해 전파될 것이다. 마지막으로, 청색 모멘텀 표면(예를 들어, 표면(408))에 의해 표현된 광은 (예를 들어, 가장 큰 크기의 격자 벡터(422)가 표면(408) 상의 포인트까지 입사 광학 벡터(420)와 합산되기 때문에) 가장 큰 공간 주파수를 갖는 격자에 의해 회절된다. 이것은 적색 및 청색 광이, 다이어그램(402) 내의 적색 광(424) 및 청색 광(426)에 의해 도시된 바와 같이 동일한 각도로 회절되게 한다. 이것은 스큐 미러(예를 들어, 도 4의 스큐 미러(428) 및 도 3의 격자(320)들의 세트를 포함하는 스큐 미러)의 수색성 성능을 예시한다. 동시에, (예를 들어, 다이어그램(400)에 도시된 바와 같이, 녹색 광이 스큐 미러(428)에서의 격자들 중 임의의 격자에 브래그 매칭되지 않기 때문에) 녹색 광(430)은 회절 없이 스큐 미러(428)를 통과한다. 실제로, 스큐 미러에서의 회절 격자들의 수는 스큐 미러의 스펙트럼 성능을 추가로 개선시키기 위해 증가될 수 있다.
도 4의 다이어그램(404)은 동일한 광학 파장(예를 들어, 표면(432)과 연관된 파장)을 갖지만 상이한 입사각들(예를 들어, 입사 광학 벡터들(434, 436, 438)과 연관된 각도들)을 갖는 광이 스큐 미러(428)와 어떻게 상호작용할 수 있는지를 예시한다. 다이어그램(404)에 도시된 바와 같이, 벡터들(434, 438)과 연관된 입사광은 실제 공간 다이어그램(406) 내의 광(440, 442)에 의해 도시된 바와 같이, 격자 벡터들(422)과 브래그 매칭되고, 회절될 것이다. 입사 광학 벡터(436)와 연관된 입사광과 같은 일부 각도들의 입사광은 스큐 미러(428)에서의 회절 격자들 중 임의의 회절 격자와 브래그 매칭되지 않으므로, (예를 들어, 다이어그램(406) 내의 광(444)에 의해 도시된 바와 같이) 스큐 미러는 광을 회절시키지 않을 것이다. 도 4와 연관된 이상적인 시나리오에서, 스큐 미러는 미러 대칭을 갖는 각도 및 파장 대역폭의 광을 회절시킬 수 있다. 입사각 및 광학 파장에 관계없이, 스큐 미러는 스큐 미러(428)의 미러 평면(414)(예를 들, 도 3의 미러 평면(314)에 대응하는 격자 벡터
Figure 112020060558910-pct00061
에 직교하는 축)을 중심으로 입사광을 대칭적으로 회절시킬 것이다.
평행 회절 격자들을 갖는 스큐 미러는 스큐 미러 매체들(예를 들어, 격자 매체들) 그 자체 내에서 미러 대칭으로 입사광을 회절시킬 것이다. 그러나, 미러 대칭은, 일단 회절된 광이 상이한 분산 품질들을 갖는 매체들 내로 굴절되면 훼손될 것이다. 도 5는, 스큐 미러(예를 들어, 도 5의 스큐 미러(528))가 자유 공간에 의해 둘러싸이고, 그에 따라 n=1의 벌크 지수를 갖는 그러한 예를 예시한다. 이러한 예의 경우, 628nm 광(524) 및 459nm 광(522)은 실제 공간 다이어그램(502)에 도시된 바와 같이, 스큐 미러 내로
Figure 112020060558910-pct00062
방향 (예를 들어, θi= 180도)으로 전파된다. 입사광(524, 522)은 스큐 미러 표면(526)에 수직하므로, 스큐 미러 내로의 굴절이 무시될 수 있다. 광의 파장들 둘 모두는 회절된 광 각도
Figure 112020060558910-pct00063
로(예를 들어, 다이어그램(500)에 도시된 바와 같이 동일한 회절된 광 벡터
Figure 112020060558910-pct00064
로) 스큐 미러에 의해 회절된다.
k-공간 다이어그램(500)에 도시된 바와 같이, 입사광 및 회절된 광 둘 모두가 각도 α에서 미러 축(514)으로부터 100도이며, 그에 의해 스큐 미러 그 자체 내부에서 스큐 미러의 미러 대칭을 입증함에 유의한다. 이러한 예의 경우, 청색 광(예를 들어, 광(522)) 및 적색 광(예를 들어, 광(524))은 각각 1.6 및 1.5의 굴절률들을 할당받는다. 회절된 광이 자유 공간 내로 굴절될 때, 청색 광(522)은 -38도의 각도(520)로 굴절되는 반면, 적색 광(524)은 -30.9도의 각도(518)로 굴절된다(예를 들어, 다이어그램(500)에 도시된 바와 같이, 각도들(520, 518)로 스큐 미러(528)를 빠져나가는 회절된 광은 회절된 광 벡터
Figure 112020060558910-pct00065
와 정렬되지 않은 광학 모멘텀 벡터들
Figure 112020060558910-pct00066
을 나타냄). 다시 말하면, 회절된 광이 스큐 미러 그 자체에 대해 상이한 광학 분산 속성들을 갖는 매체들로 굴절될 때, 스큐 미러는 그의 미러 대칭을 상실할 수 있다. 이것은, 스큐 미러의 많은 응용들이 스큐 미러 그 자체에서가 아닌 공기 또는 다른 매체들에서 스큐 미러의 반사 속성들을 이용하기를 원할 것이므로 문제가 될 수 있다.
재료 분산의 유해한 효과들은 비-평행 회절 격자들(예를 들어, 비-평행 격자 벡터들을 갖는 회절 격자들)을 스큐 미러에 포함시킴으로써 보상될 수 있다. 이것은 스큐 미러 그 자체 대신에 주변 매체들에서 미러 대칭을 나타내도록 스큐 미러를 구성할 수 있다.
도 6의 그래프(604)는 스큐 미러가 플린트 유리(flint glass)(NF2)의 재료 분산을 갖는 일 예에서의 도 5의 스큐 미러(528)의 성능을 예시한다. 그래프(604)의 곡선(610)은 도 5의 청색 광(522)에 대한 입사각 θi의 함수로서, (예를 들어, 스큐 미러 밖으로부터 주변 매체들 내로 회절된 바와 같은) 회절된 각도 θ0를 플로팅(plot)한다. 그래프(604)의 곡선(608)은 도 5의 적색 광(524)에 대한 입사각 θi의 함수로서, 회절된 각도 θ0를 플로팅한다. 그래프(604)에 의해 도시된 바와 같이, 적색 파장 및 청색 파장은 입사장에 걸쳐 약
Figure 112020060558910-pct00067
만큼 상이한 각도들로 회절되며, 그에 의해 스큐 미러에 바람직하지 않은 색채 효과들을 부여한다. 그래프(600)는 대응하는 격자 크기
Figure 112020060558910-pct00068
의 함수로서, 스큐 미러에서의 격자들 각각에 대한 스큐 축을 플로팅한다. 그래프(600)에 의해 도시된 바와 같이, 격자들 각각은 격자 주파수에 관계없이 동일한 방향을 가리키는(예를 들어, 80 도의 스큐/미러 축을 갖는) 격자 벡터를 갖는다.
스큐 미러의 이러한 색채 거동을 감소시키기 위해, 스큐 미러에서의 격자 방향들은 격자 주파수(격자 벡터 크기)의 함수로서 변할 수 있다. 예를 들어, 격자 크기
Figure 112020060558910-pct00069
의 함수로서 스큐 미러의 각도를 변화시키는 최적화는 메리트 값(merit value) M을 최적화함으로써 수행될 수 있다. 메리트 값 M은, 예를 들어 수학식 (8)에 의해 주어질 수 있다:
Figure 112020060558910-pct00070
수학식 (8)에서, 합은 입사 시야에 걸쳐 수행되고,
Figure 112020060558910-pct00071
는 적색 광(예를 들어, 도 5의 적색 광(524))의 회절된 각도 θ0이며,
Figure 112020060558910-pct00072
는 청색 광(예를 들어, 도 5의 청색 광(522))의 회절된 각도 θ0이다. 메리트 값을 최적화함으로써, 스큐 미러에서의 각각의 격자의 스큐 축들은 그래프(602)에 의해 도시된 바와 같이, 격자 주파수의 함수로서 변화될 수 있다. 동일한 격자 벡터 방향(예를 들어, 단위 벡터
Figure 112020060558910-pct00073
)을 나타내기보다는, 스큐 미러에서의 각각의 격자 벡터(및 그에 따라 미러/스큐 축들)는 그의 격자 크기(격자 주파수
Figure 112020060558910-pct00074
)에 기초하여 변할 수 있다.
Figure 112020060558910-pct00075
도 6의 그래프(606)는, 격자들이 그래프(602)와 연관된 격자 방향들(스큐 축들)을 사용하여 구성될 때의 적색 및 청색 광(예를 들어, 도 5의 광(524, 522))에 대한 회절된 각도 대 입사각을 예시한다. 그래프(606) 상에서 라인(612)에 의해 도시된 바와 같이, 적색 및 청색 광 회절 응답들은, 회절된 광이 파장에 관계없이 실질적으로 동일한 각도로 스큐 미러로부터 주변 매체들 내로 출력되도록 수렴한다. 예를 들어, 그래프(606)에 의해 도시된 바와 같이, 스큐 미러의 색채 거동은 0.5도 내지 0.1도 또는 그 미만의 적색 및 청색 광의 회절된 각도들 사이의 분리의 평균으로부터 감소될 수 있다. 따라서, 스큐 미러에서의 격자 주파수들의 함수로서 회절 격자들(격자 벡터들)의 스큐 축(방향)을 조정하는 것은 그의 색채 성능을 개선시킬 것이다.
도 6의 예는 단지 예시적이며 비제한적이다. 최적화의 방법 및 메리트 함수는 마지막 결과들을 변화시키도록 재정의될 수 있다. 예를 들어, 수학식 (8)의 메리트 함수는, 스큐 미러가 각도 범위에 걸쳐 동일한 미러 대칭을 가졌는지 여부 또는 평균 스큐 축이 몇 도만큼 오프셋되었는지에 의존하지 않았다. 메리트 함수에 관계없이, 격자 공간 주파수의 함수로서 회절 격자들의 스큐 축을 조정하는 것은 재료 분산이 문제가 될 때 스큐 미러 성능의 개선들을 허용할 것이다.
재료 분산의 효과들은, 스큐 미러 표면에 수직한 회절된 광이 또한 프리즘의 입력 면에 수직하도록 절단되는 입력 프리즘을 사용함으로써 추가로 감소될 수 있다. 부가적으로, 프리즘의 광학 분산 속성들을 격자 매체에 매칭시키는 것은 또한 유해한 분산 효과들을 감소시키거나 완화시킬 수 있다.
도 7은 분산 완화 격자들 및 분산 완화 입력 프리즘이 제공된 스큐 미러의 측면도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 시스템(700)(예를 들어, 광학 시스템(700), 디스플레이 시스템(700), 홀로그래픽 시스템(700), 광학 구조물(700) 등)은 도파관(702)을 포함할 수 있다. 도파관(702)은 도파관 기판들(716, 718) 및 도파관 기판들 사이에 개재된 격자 매체(704)를 포함할 수 있다. 입력 프리즘(720)은 도파관 기판(716)의 표면(714)에 장착될 수 있다. 이러한 예는 단지 예시적인 것이다. 일반적으로, 격자 매체(704)는 도파관 내에 장착될 필요가 없고, 기판들(716, 718) 중 하나 또는 둘 모두가 생략될 수 있으며, 그리고/또는, 입력 프리즘(720)이 격자 매체(704)의 표면에 장착될 수 있다.
입력 프리즘(720)(예를 들어, 광원으로부터 프리즘(720) 상으로 광을 시준하기 위한 렌즈들 또는 다른 구조물과 같은 광학 컴포넌트들)은 광원(724)으로부터 입력(이미지) 광(726)을 수신할 수 있다. 프리즘(720)은 입력 광(726)에 수직으로 연장되도록 절단된 입력 면(722)을 가질 수 있다. 프리즘(720)은 광(726)을 격자 매체(704) 내로 커플링시킬 수 있다. 프리즘(720) 및 기판(716)은 제1 분산 속성들(예를 들어, 제1 아베 수에 의해 특징지어지는, 파장의 함수로서의 제1 굴절률)을 갖는 재료들로부터 형성될 수 있다. 격자 매체(704)는 제1 분산 속성들과는 상이한 제2 분산 속성들(예를 들어, 제2 아베 수에 의해 특징지어지는, 파장의 함수로서의 제2 굴절률)을 가질 수 있다. 이것은 격자 매체(704) 내로 커플링되었던 광(726)의 일부가 상이한 파장들에 대해 상이한 각도들로 굴절되게 하며, 그에 의해 빔(726)을 상이한 파장들의 별개의 빔들로 분할할 수 있다. 도 7의 예시적인 예에서, 광(726)은 제1 빔(728)(예를 들어, 녹색 빔), 빔(730)(예를 들어, 적색 빔), 및 빔(732)(예를 들어, 청색 빔)으로 분할된다. 빔들(728, 730, 732)은 화살표(734)에 의해 도시된 바와 같이 매체(704)의 길이 아래로 전파될 수 있다.
스큐 미러가 격자 매체(704)를 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 스큐 미러는 격자 매체(704)의 주어진 구역 내에 홀로그램들(격자들)의 세트(706)를 포함할 수 있다. 스큐 미러가 분산 보상을 수행하지 않는 시나리오들에서, 스큐 미러는, 출력 빔(736)에 의해 도시된 바와 같이 빔(728)을 제1 방향으로 회절시킬 수 있고, 출력 빔(740)에 의해 도시된 바와 같이 빔(730)을 제2 방향으로 회절시킬 수 있으며, 출력 빔(738)에 의해 도시된 바와 같이 빔(732)을 제3 방향으로 회절시킬 수 있다. 이러한 색채 거동을 최소화시키기 위해, 격자들의 세트(706)는 (예를 들어, 도 6의 그래프(602)에 의해 주어진 바와 같은) 그들의 격자 주파수
Figure 112020060558910-pct00076
의 함수로서 변하는 격자 방향들(예를 들어, 단위 벡터들
Figure 112020060558910-pct00077
)을 갖는 격자들을 포함할 수 있다. 이것은 빔들(728, 730, 732)을 동일한 방향으로 회절시키도록 격자들의 세트(706)를 구성할 수 있다.
예를 들어, 격자들의 세트(706)는, 빔(728)(예를 들어, 녹색 광)에 브래그 매칭되고 제1 격자 방향 및 그에 따른 제1 스큐 각도(미러 축)(708)를 갖는 제1 격자(홀로그램)를 포함할 수 있다. 유사하게, 격자들의 세트(706)는, 빔(730)(예를 들어, 적색 광)에 브래그 매칭되고 제2 격자 방향 및 그에 따른 제2 미러 축(712)을 갖는 제2 격자(홀로그램)를 포함할 수 있다. 마지막으로, 격자들의 세트(706)는, 빔(732)(예를 들어, 청색 광)에 브래그 매칭되고 제3 격자 방향 및 그에 따른 제3 미러 축(710)을 갖는 제3 격자(홀로그램)를 포함할 수 있다. 미러 축들(708, 710, 712)은 각각 상이할 수 있다(예를 들어, 그 각각은 세트(706) 내의 대응하는 격자의 격자 주파수에 의존할 수 있다). 제1 격자는 화살표(736)에 의해 도시된 바와 같이 빔(728)을 제1 방향으로 회절시킬 수 있다. 제2 격자는 화살표(736)에 의해 도시된 바와 같이 빔(732)을 제1 방향으로 회절시킬 수 있다. 유사하게, 제3 격자는 화살표(736)에 의해 도시된 바와 같이 빔(730)을 제1 방향으로 회절시킬 수 있다. 다시 말하면, 세트(706) 내의 변하는 격자 방향들은 화살표(742)에 의해 도시된 바와 같이, 회절된 빔들(738, 740)을 빔(736)의 방향으로 접힐 수 있다. 이것은 각각의 색상의 광을 원하는 위치(예를 들어, 아이 박스)로 지향시킴으로써 색채 효과들을 감소시킬 수 있다. 방향(736)은 표면(714)에 수직일 수 있다. 격자 매체(704)의 표면에 수직인 방향(736)으로 출력 빔들을 지향시킴으로써 그리고 광(726)의 방향에 수직하게 절단된 면(722)을 통해 격자 매체(704) 내로 광(726)을 커플링시킴으로써, 재료 분산이 추가로 최소화될 수 있다.
도 8은 도 7에 도시된 세트(706) 내의 3개의 격자들에 대한 격자 크기(격자 주파수)의 함수로서의 스큐 각도(미러 축 각도)의 플롯이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 포인트들(800, 804, 802)은 분산 보상이 없는 도 7의 세트(706) 내의 제1, 제2, 및 제3 회절 격자들에 대한 스큐 각도들을 플로팅한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 격자들 각각은 동일한 스큐 각도(A1)를 가져서, 도 7의 빔들(738, 736, 740)의 발산으로 인한 색채 효과들을 유발한다. 분산 보상 능력들이 제공될 때, 제3 격자에는 포인트(808)에 의해 도시된 바와 같이, 스큐 각도(A2)가 제공될 수 있고, 제2 격자에는 포인트(810)에 의해 도시된 바와 같이 스큐 각도(A0)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 각도(A2)는 도 7의 미러 축(712)에 대응할 수 있고, 각도(A0)는 도 7의 미러 축(710)에 대응할 수 있다. 제1 격자는 격자 크기(G2)를 가질 수 있고, 제2 격자는 격자 크기(G1)를 가질 수 있으며, 제3 격자는 격자 크기(G3)를 가질 수 있다. 이러한 방식으로(예를 들어, 비-수평 라인(806)을 따라) 격자 크기의 함수로서 스큐 각도를 변화시킴으로써, 광의 빔들 각각은 색상에 관계없이 동일한 방향으로(예를 들어, 도 7의 방향(736)으로) 회절되어, 그에 의해 색채 효과들을 완화시킬 수 있다. 도 8의 예는 단지 예시적인 것이다. 곡선(806)은 원한다면 다른 형상들을 가질 수 있다(예를 들어, 곡선(806)은 선형일 필요는 없으며, 예를 들어, 메리트 기능을 최적화함으로써 생성될 수 있다).
도 7로 돌아가면, 도 7의 시스템(700)의 분산 보상 동작들은 원한다면, 유사한 분산 특성들을 갖는 입력 프리즘(720)을 회절 격자(704)에 제공함으로써 추가로 향상될 수 있다. 예를 들어, 프리즘(720)을 형성하는 데 사용되는 재료의 아베 수는 격자 매체(704)의 아베 수에 비교적 가깝게 매칭되도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 격자 매체(704)가 (예를 들어, 나트륨(sodium) D 라인에서) 1.515의 굴절률과 함께 41.75의 아베 수를 갖는 시나리오에서, 입력 프리즘(720)은 티타네이트로부터 형성될 수 있다. 티타네이트는 (예를 들어, 나트륨 D 라인에서) 45.5의 아베 수 및 1.548의 굴절률을 갖는다. 따라서, 티타네이트의 아베 수는 매체(704)의 아베 수와 4.05 만큼 상이하다. 이것은, 1.517의 굴절률과 함께 64.17의 아베 수를 갖는 BK7 프리즘이 사용되는 시나리오들에 비해, 입력 프리즘이 개선된 색채 성능을 제공하게 허용할 수 있다. 일반적으로, 격자 매체(704)의 아베 수의 주어진 임계 차이 값 내의 아베 수를 (예를 들어, 매체(704)의 굴절률의 0.1 내지 0.2 내의 나트륨 D 라인에서의 굴절률과 함께) 갖는 임의의 원하는 재료를 사용하여 입력 프리즘(720)을 형성하는 것은 시스템의 색채 성능을 추가로 향상시키는 역할을 할 수 있다. 임계 차이 값은 20, 30, 25, 10, 5, 22.4, 5, 11, 5.5, 10 내지 30, 10 내지 25, 또는 임의의 다른 원하는 임계치일 수 있다.
다른 적합한 배열에서, 도 7의 시스템(700)의 색채 성능은 다수의 상이한 재료들을 사용하여 입력 프리즘(720)을 형성함으로써 추가로 개선될 수 있다. 도 9는 다수의 상이한 재료들을 사용하여 형성된 입력 프리즘의 측면도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 입력 프리즘(900)(예를 들어, 도 7의 입력 프리즘(720))은 제1 굴절률(n1)을 갖는 제1 재료로부터 형성된 제1 부분(웨지(wedge))(902)을 포함할 수 있다. 프리즘(900)은 제1 웨지(902) 아래에 형성된 제2 부분(웨지)(904)을 포함할 수 있다. 웨지(904)는 제2 굴절률(n2)을 갖는 제2 재료로부터 형성될 수 있다. 도 9의 예에서, 프리즘(900)은 삼각형이며, 웨지들(902, 904)는 각각 적어도 3개의 변들을 갖고 프리즘의 삼각형 형상을 집합적으로 정의한다. 이는 단지 예시적인 것이며, 원한다면, 프리즘(900), 웨지(902), 및/또는 웨지(904)는 다른 형상들을 가질 수 있다.
프리즘(900)은 하단 표면(910)(예를 들어, 도 7의 표면(714) 또는 격자 매체와 접촉하는 표면)을 가질 수 있다. 웨지(904)는, 웨지(902)와 접촉하고 하단 표면(910)에 대해 소정 각도 β로 연장되는 표면(906)을 가질 수 있다. 웨지(902)는, (예를 들어, 도 7의 광학 컴포넌트들(724)로부터) 입력 광(906)을 수신하는 커플링 면(표면)(912)(예를 들어, 도 7의 표면(722))을 포함할 수 있다. 결합 면(912)은 하단 표면(910)으로부터 소정 각도 γ로 연장될 수 있다(예를 들어, 각도 γ는 각도 β보다 크다). 광(906)은 그것이 격자 매체 내로 커플링될 때 표면(912, 906, 및/또는 910)에서 굴절될 수 있다. 광(906)은 (예를 들어, 도 7의 광(726)에 의해 도시된 바와 같이) 광(906)이 면(912)에 수직인 프리즘(900)에 제공되는 시나리오들에서 표면(912)에서 굴절되지 않을 수 있다. 각도 γ, 각도 β, 웨지(902)의 재료(예를 들어, 굴절률 n1), 및 웨지(904)의 재료(예를 들어, 굴절률 n2)는 분산을 최소화시키고 시스템에 대한 색채 성능을 최적화하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 일부 시나리오들에서, 프리즘(900)은, 격자 매체 내의 격자 구조들이 격자 주파수의 함수의 함수로서 변하는 스큐 각도들을 가질 필요가 없도록 색채 성능 및 분산을 충분히 최적화할 수 있다.
웨지(902) 및 웨지(904)는 각각 몇몇 예들로서 40 내지 50, 43 내지 47, 또는 30 내지 60의 아베 수를 갖는 재료로부터 형성될 수 있다. 각도 γ는 50 내지 70도, 55 내지 65도(예를 들어, 대략 60도), 또는 다른 각도들일 수 있다. 각도 β는 10 내지 20도, 15 내지 16도, 12 내지 18도, 5 내지 30도, 또는 다른 각도들일 수 있다. 웨지들(902, 904)은 원한다면 다른 형상들을 가질 수 있다.
다양한 실시예들이 본 명세서에 설명되고 예시되었지만, 기능을 수행하고 그리고/또는 결과들 및/또는 본 명세서에 설명된 이점들 중 하나 이상을 획득하기 위한 다른 수단 및/또는 구조들이 사용될 수 있고, 그러한 변형예들 및/또는 수정예들 각각은 본 명세서에 설명된 실시예들의 범주 내인 것으로 간주된다. 보다 일반적으로, 본 명세서에 설명된 모든 파라미터들, 치수들, 재료들, 및 구성들은 단지 예시적인 것이고, 실제 파라미터들, 치수들, 재료들, 및/또는 구성들은 실시예들이 사용되는 특정 응용 또는 응용들에 좌우될 수 있다. 실시예들은 임의의 원하는 조합으로 실시될 수 있다. 또한, 다양한 개념들은 하나 이상의 방법들, 디바이스들 또는 시스템들로서 구체화될 수 있고, 그의 일 예가 제공되었다. 방법 또는 동작의 일부로서 수행되는 동작들은 임의의 적합한 방식으로 순서화될 수 있다. 따라서, 실시예들에서 순차적인 동작들로 도시되더라도, 일부 동작들을 동시에 수행하는 것을 포함할 수 있는, 예시된 것과는 상이한 순서로 동작들이 수행되는 실시예들이 구성될 수 있다. 본 명세서에서 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. "포함하는(comprising)", "구비하는(including)", "지닌(carrying)", "갖는(having)", "함유하는(containing)", "수반하는(involving)", "보유하는(holding)", "~로 구성된(composed of)" 등과 같은 전이 문구들은 개방형인 것으로, 즉, 포함하지만 그로 제한하는 것은 아닌 것을 의미하는 것으로 이해될 것이다. 용어 "대략적으로"는 주어진 값의 플러스 또는 마이너스 10%를 지칭한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 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 일치한다(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. 반사 축 각도가 입사각을 그의 각자의 반사각에 추가하고 결과적인 합을 2로 나눔으로써 결정될 수 있다. 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 회절이 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 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 경우 다수의 교차하는 광 빔들 사이의 간섭에 의해 생성될 수 있다. 다른 예들에서, 홀로그램 또는 홀로그래픽 격자는, 홀로그램이 기록되고 있는 동안 다수의 교차하는 광 빔들 중 적어도 하나의 광 빔의 격자 매체에 대한 입사각이 변경되는 경우, 그리고/또는 홀로그램이 기록되고 있는 동안 파장들이 변경되는 경우 다수의 교차하는 광 빔들 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 뷰잉하기 위해 배치될 수 있는 구역을 개략적으로 나타내는 2차원 영역을 지칭한다. 용어 "아이 릴리프"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. 본 명세서에 설명된 바와 같은 스큐 미러들은 때때로 또한 본 명세서에서 격자 구조들, 홀로그래픽 격자 구조들, 또는 체적 홀로그래픽 격자 구조들로 지칭될 수 있다.
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 구현될 때, 소프트웨어 코드는, 단일 컴퓨터에 제공되든 또는 다수의 컴퓨터들 사이에 분산되든지 간에, 임의의 적합한 프로세서 또는 프로세서들의 집합 상에서 실행될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 광학 디바이스가 제공되고, 그 광학 디바이스는, 제1 도파관 기판 및 제2 도파관 기판을 갖는 도파관, 제1 도파관 기판과 제2 도파관 기판 사이의 격자 매체, 제1 도파관 기판에 장착된 프리즘 - 프리즘은 광을 격자 매체 내로 커플링시키도록 구성되고, 격자 매체는 제1 아베 수를 갖고, 프리즘은 제1 아베 수와는 상이한 제2 아베 수를 가짐 -, 및 격자 매체 내의 중첩 홀로그램들의 세트를 포함하며, 여기서 중첩 홀로그램들의 세트는, 격자 매체 내로 커플링된 광의 제1 파장을 제1 도파관 기판 및 제2 도파관 기판 중 주어진 하나를 통해 주어진 방향으로 지향시키도록 구성되고, 격자 매체 내로 커플링된 광의 제2 파장을 제1 도파관 기판 및 제2 도파관 기판 중 주어진 하나를 통해 주어진 방향으로 지향시키도록 구성된다.
위의 실시예들의 임의의 조합에 따르면, 주어진 방향은 제1 도파관 기판의 측방향 표면에 수직이다.
위의 실시예들의 임의의 조합에 따르면, 제1 파장은 적색 광을 포함하고, 제2 파장은 청색 광을 포함한다.
위의 실시예들의 임의의 조합에 따르면, 광학 디바이스는, 프리즘의 입력 표면에 수직인 각도로 입력 표면에 광을 제공하도록 구성된 광학 구조물들을 더 포함한다.
위의 실시예들의 임의의 조합에 따르면, 중첩 홀로그램들의 세트는, 제1 격자 벡터를 갖는 제1 홀로그램 및 제1 격자 벡터에 대해 0이 아닌 각도로 배향되는 제2 격자 벡터를 갖는 제2 홀로그램을 포함한다.
위의 실시예들의 임의의 조합에 따르면, 중첩 홀로그램들의 세트는, 제1 홀로그램 및 제2 홀로그램과 중첩하고 제1 격자 벡터 및 제2 격자 벡터에 대해 0이 아닌 각도로 배향되는 제3 격자 벡터를 갖는 제3 홀로그램을 더 포함하며, 여기서 제1 격자 벡터는 제1 크기를 갖고, 제2 격자 벡터는 제1 크기와는 상이한 제2 크기를 갖고, 제3 격자 벡터는 제1 크기 및 제2 크기와는 상이한 제3 크기를 갖는다.
위의 실시예들의 임의의 조합에 따르면, 제1 아베 수와 제2 아베 수 사이의 차이 값은 30 미만이다.
위의 실시예들의 임의의 조합에 따르면, 차이 값은 10 미만이다.
위의 실시예들의 임의의 조합에 따르면, 프리즘은, 제1 도파관 기판 상에 있고 주어진 파장에서 제1 굴절률을 갖는 제1 부분을 포함하고, 프리즘은, 제1 부분 상에 있고 주어진 파장에서 제1 굴절률과는 상이한 제2 굴절률을 갖는 제2 부분을 포함한다.
위의 실시예들의 임의의 조합에 따르면, 중첩 홀로그램들의 세트 내의 각각의 홀로그램은 소정 각도로 배향된 대응하는 스큐 축 및 대응하는 격자 주파수를 갖는 개개의 격자 벡터를 가지며, 여기서 중첩 홀로그램들의 세트 내의 스큐 축들의 각도는 대응하는 격자 주파수들의 함수로서 변한다.
다른 실시예에 따르면, 광학 시스템이 제공되며, 그 광학 시스템은, 격자 매체, 격자 매체에 장착된 프리즘 - 프리즘은 광을 격자 매체 내로 커플링시키도록 구성됨 -, 제1 격자 주파수 및 제1 격자 벡터를 갖는 격자 매체 내의 제1 홀로그램 - 제1 홀로그램은 격자 매체 내로 커플링된 광의 적어도 일부를 주어진 방향으로 회절시키도록 구성됨 -, 격자 매체 내의 제1 홀로그램과 중첩하며, 제1 격자 주파수와는 상이한 제2 격자 주파수 및 제1 격자 벡터에 평행하지 않은 제2 격자 벡터를 갖는 제2 홀로그램 - 제2 홀로그램은 격자 매체 내로 커플링된 광의 적어도 일부를 주어진 방향으로 회절시키도록 구성됨 -; 및 격자 매체 내의 제1 홀로그램 및 제2 홀로그램과 중첩하며, 제1 격자 주파수 및 제2 격자 주파수와는 상이한 제3 격자 주파수 및 제1 격자 벡터 및 제2 격자 벡터에 평행하지 않은 제3 격자 벡터를 갖는 제3 홀로그램 - 제3 홀로그램은 격자 매체 내로 커플링된 광의 적어도 일부를 주어진 방향으로 회절시키도록 구성됨 - 을 포함한다.
위의 실시예들의 임의의 조합에 따르면, 주어진 방향은 격자 매체의 측방향 표면에 직교한다.
위의 실시예들의 임의의 조합에 따르면, 광학 시스템은, 프리즘의 입력 면에 수직인 각도로 입력 면에 광을 제공하도록 구성된 광학 구조물들을 더 포함한다.
위의 실시예들의 임의의 조합에 따르면, 프리즘은 제1 웨지 및 제1 웨지 상의 제2 웨지를 포함하며, 여기서 제2 웨지는 입력 면을 포함하고, 제1 웨지는 제1 아베 수를 갖고, 제2 웨지는 제1 아베 수와는 상이한 제2 아베 수를 갖는다.
위의 실시예들의 임의의 조합에 따르면, 프리즘은 제1 아베 수를 갖고, 격자 매체는 제1 아베 수의 30 내에 있는 제2 아베 수를 갖는다.
위의 실시예들의 임의의 조합에 따르면, 격자 매체는 도파관에 매립되고, 프리즘은 도파관의 표면에 장착된다.
위의 실시예들의 임의의 조합에 따르면, 도파관은 제1 아베 수를 갖는 기판을 포함하고, 격자 매체는 제1 아베 수와는 상이한 제2 아베 수를 갖는다.
위의 실시예들의 임의의 조합에 따르면, 프리즘은 티타네이트를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 머리 장착형 디스플레이 디바이스가 제공되며, 그 디바이스는, 제1 기판 및 제2 기판, 제1 기판과 제2 기판 사이의 격자 매체, 제1 기판 상에 있고, 제1 기판을 통해 격자 매체 내로 광을 커플링시키도록 구성된 프리즘, 및 격자 매체 내에 있고, 격자 매체 내로 커플링된 광을 회절시키도록 구성된 홀로그래픽 광학 요소를 포함하며, 여기서 프리즘은, 제1 아베 수를 갖는 제1 기판의 표면 상의 제1 부분, 및 제1 아베 수와는 상이한 제2 아베 수를 갖는 제1 부분 상의 제2 부분을 포함한다.
위의 실시예들의 임의의 조합에 따르면, 제2 부분은 광을 수신하도록 구성된 입력 면을 포함하고, 제2 부분은 제1 부분을 통해 격자 매체에 광을 전달하도록 구성되고, 제1 부분은 제2 부분과 접촉하는 상부 표면을 갖고, 상부 표면은 프리즘의 하단 표면에 대해 제1 각도로 배향되며, 입력 면은 프리즘의 하단 표면에 대해 제1 각도보다 큰 제2 각도로 배향된다.
전술한 것은 단지 예시적인 것이며 설명된 실시예들에 대해 다양한 수정들이 이루어질 수 있다. 전술한 실시예들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다.

Claims (20)

  1. 광학 디바이스로서,
    제1 도파관 기판 및 제2 도파관 기판을 갖는 도파관;
    상기 제1 도파관 기판과 상기 제2 도파관 기판 사이의 격자 매체;
    상기 제1 도파관 기판에 장착된 프리즘 - 상기 프리즘은 광을 상기 격자 매체 내로 커플링시키도록 구성되고, 상기 격자 매체는 제1 아베 수(Abbe number)를 갖고, 상기 프리즘은 상기 제1 아베 수와는 상이한 제2 아베 수를 가짐 -; 및
    상기 격자 매체 내의 중첩 홀로그램들의 세트를 포함하며,
    상기 중첩 홀로그램들의 세트는, 상기 격자 매체 내로 커플링된 상기 광의 제1 파장을 상기 제1 도파관 기판 및 상기 제2 도파관 기판 중 주어진 하나를 통해 주어진 방향으로 지향시키도록 구성되고, 상기 격자 매체 내로 커플링된 상기 광의 제2 파장을 상기 제1 도파관 기판 및 상기 제2 도파관 기판 중 상기 주어진 하나를 통해 상기 주어진 방향으로 지향시키도록 구성되는, 광학 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주어진 방향은 상기 제1 도파관 기판의 측방향 표면에 수직인, 광학 디바이스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 파장은 적색 광을 포함하고, 상기 제2 파장은 청색 광을 포함하는, 광학 디바이스.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 프리즘의 입력 표면에 수직인 각도로 상기 입력 표면에 상기 광을 제공하도록 구성된 광학 구조물들을 더 포함하는, 광학 디바이스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 중첩 홀로그램들의 세트는, 제1 격자 벡터를 갖는 제1 홀로그램 및 상기 제1 격자 벡터에 대해 0이 아닌 각도로 배향되는 제2 격자 벡터를 갖는 제2 홀로그램을 포함하는, 광학 디바이스.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 중첩 홀로그램들의 세트는, 상기 제1 홀로그램 및 상기 제2 홀로그램과 중첩하고 상기 제1 격자 벡터 및 상기 제2 격자 벡터에 대해 0이 아닌 각도로 배향되는 제3 격자 벡터를 갖는 제3 홀로그램을 더 포함하며,
    상기 제1 격자 벡터는 제1 크기를 갖고, 상기 제2 격자 벡터는 상기 제1 크기와는 상이한 제2 크기를 갖고, 상기 제3 격자 벡터는 상기 제1 크기 및 상기 제2 크기와는 상이한 제3 크기를 갖는, 광학 디바이스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 아베 수와 상기 제2 아베 수 사이의 차이 값은 30 미만인, 광학 디바이스.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 차이 값은 10 미만인, 광학 디바이스.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 프리즘은, 상기 제1 도파관 기판 상에 있고 주어진 파장에서 제1 굴절률을 갖는 제1 부분을 포함하고,
    상기 프리즘은, 상기 제1 부분 상에 있고 상기 주어진 파장에서 상기 제1 굴절률과는 상이한 제2 굴절률을 갖는 제2 부분을 포함하는, 광학 디바이스.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 중첩 홀로그램들의 세트 내의 각각의 홀로그램은 소정 각도로 배향된 대응하는 스큐 축(skew axis) 및 대응하는 격자 주파수를 갖는 개개의 격자 벡터를 가지며,
    상기 중첩 홀로그램들의 세트 내의 상기 스큐 축들의 상기 각도는 상기 대응하는 격자 주파수들의 함수로서 변하는, 광학 디바이스.
  11. 광학 시스템으로서,
    격자 매체;
    상기 격자 매체에 장착된 프리즘 - 상기 프리즘은 광을 상기 격자 매체 내로 커플링시키도록 구성됨 -;
    제1 격자 주파수 및 제1 격자 벡터를 갖는 상기 격자 매체 내의 제1 홀로그램 - 상기 제1 홀로그램은 상기 격자 매체 내로 커플링된 상기 광의 적어도 일부를 주어진 방향으로 회절시키도록 구성됨 -;
    상기 격자 매체 내의 상기 제1 홀로그램과 중첩하며, 상기 제1 격자 주파수와는 상이한 제2 격자 주파수 및 상기 제1 격자 벡터에 평행하지 않은 제2 격자 벡터를 갖는 제2 홀로그램 - 상기 제2 홀로그램은 상기 격자 매체 내로 커플링된 상기 광의 적어도 일부를 상기 주어진 방향으로 회절시키도록 구성됨 -; 및
    상기 격자 매체 내의 상기 제1 홀로그램 및 상기 제2 홀로그램과 중첩하며, 상기 제1 격자 주파수 및 상기 제2 격자 주파수와는 상이한 제3 격자 주파수 및 상기 제1 격자 벡터 및 상기 제2 격자 벡터에 평행하지 않은 제3 격자 벡터를 갖는 제3 홀로그램 - 상기 제3 홀로그램은 상기 격자 매체 내로 커플링된 상기 광의 적어도 일부를 상기 주어진 방향으로 회절시키도록 구성됨 - 을 포함하는, 광학 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 주어진 방향은 상기 격자 매체의 측방향 표면에 직교하는, 광학 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 프리즘의 입력 면에 수직인 각도로 상기 입력 면에 상기 광을 제공하도록 구성된 광학 구조물들을 더 포함하는, 광학 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 프리즘은 제1 웨지(wedge) 및 상기 제1 웨지 상의 제2 웨지를 포함하며,
    상기 제2 웨지는 상기 입력 면을 포함하고, 상기 제1 웨지는 제1 아베 수를 갖고, 상기 제2 웨지는 상기 제1 아베 수와는 상이한 제2 아베 수를 갖는, 광학 시스템.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 프리즘은 제1 아베 수를 갖고, 상기 격자 매체는 상기 제1 아베 수의 30 내에 있는 제2 아베 수를 갖는, 광학 시스템.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 격자 매체는 도파관에 매립되고, 상기 프리즘은 상기 도파관의 표면에 장착되는, 광학 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 도파관은 제1 아베 수를 갖는 기판을 포함하고, 상기 격자 매체는 상기 제1 아베 수와는 상이한 제2 아베 수를 갖는, 광학 시스템.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 프리즘은 티타네이트(titanate)를 포함하는, 광학 시스템.
  19. 머리 장착형 디스플레이 디바이스로서,
    제1 기판 및 제2 기판;
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이의 격자 매체;
    상기 제1 기판 상에 있고, 상기 제1 기판을 통해 상기 격자 매체 내로 광을 커플링시키도록 구성된 프리즘; 및
    상기 격자 매체 내에 있고, 상기 격자 매체 내로 커플링된 상기 광을 회절시키도록 구성된 홀로그래픽 광학 요소를 포함하며,
    상기 프리즘은,
    제1 아베 수를 갖는 상기 제1 기판의 표면 상의 제1 부분; 및
    상기 제1 아베 수와는 상이한 제2 아베 수를 갖는 상기 제1 부분 상의 제2 부분을 포함하는, 머리 장착형 디스플레이 디바이스.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제2 부분은 상기 광을 수신하도록 구성된 입력 면을 포함하고, 상기 제2 부분은 상기 제1 부분을 통해 상기 격자 매체에 상기 광을 전달하도록 구성되고, 상기 제1 부분은 상기 제2 부분과 접촉하는 상부 표면을 갖고, 상기 상부 표면은 상기 프리즘의 하단 표면에 대해 제1 각도로 배향되며, 상기 입력 면은 상기 프리즘의 상기 하단 표면에 대해 상기 제1 각도보다 큰 제2 각도로 배향되는, 머리 장착형 디스플레이 디바이스.
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