KR102537642B1 - Loe를 통한 lcos 조명 - Google Patents

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Abstract

통상적인 구현보다 작은(소형) 구성으로 이미지 광 공급자의 균일한 광 조명을 위한 시스템은 광가이드를 포함하고, 광가이드는: 서로 평행한 제1 외부 표면 및 제2 외부 표면, 일부가 제1 및 제2 외부 표면사이에서 제1 및 제2 외부 표면에 대해 비스듬한 각도로 다수의 평행하고 부분적으로 반사하는 편광 선택성 표면인 제1 배열 패싯, 및 제1 표면으로부터 커플링-아웃된 광을 공간적으로 변조하도록 배치되고, 이미지에 대응하는 반사 광을 출력하며, 반사 광이 제1 배열 패싯을 통해 제1 외부 표면으로부터 제2 외부 표면까지 광가이드(lightguide)를 가로지르도록 배치되는 전면-조명(front-lit) 반사성 편광 회전 이미지 변조기를 갖는다.

Description

LOE를 통한 LCOS 조명
본 발명은 일반적으로 광학 조명에 관한 것으로, 특히 이미지 광 제공자의 균일 조명에 관한 것이다.
도1을 참조하면, 조명을 위한 구조물의 통상적인 구현이 도시되어 있다. 광원(2L)은 편광되지 않고, 균일하게 조명되는 입력 빔(4L)을 생성한다. 편광되지 않은 입력 빔(4L)은 편광자(103)에 의해 편광되어, 편광된 S-pol(S-편광)으로 간주되는, 편광되고 균일하게 조명된 입력 빔(4P)를 생성한다. 편광된 입력 빔(4P)은 편광 빔 스플리터(PBS, 104)에 입력되고 편광 선택성 반사기(105)에 의해 실리콘 액정 표시 장치(liquid crystal on silicon, LCOS) 매트릭스(106) 상으로 광선(124)으로서 반사된다. LCOS 매트릭스(106)는 LCOS의 정면으로부터 조명되고, 반사된 광을 조명의 편광을 변화시킴으로써 이미지로서 공간적으로 변조하고, 광을 이미지 광선(126)으로서 다시 반사시킨다. LCOS는 반사된 광의 편광을 광선(124)의 S-pol로부터 광선(126)의 백색 픽셀에 대한 P-pol(P-편광)까지 회전시키는 반면, 흑색 픽셀에 대한 편광은 변하지 않는다(S-pol 유지). 광선(126)에서 P-편광을 갖는 백색 픽셀로부터의 광은 편광 선택성 반사기(105)를 통과하는 반면, 광선(126)에서 S-편광을 갖는 흑색 픽셀로부터의 광은 편광 선택성 반사기(105)를 통과하지 않는다. 다음으로 P-pol 광선(126)은 투영 시스템의 투영 광학계(107)(일반적으로, 개략적으로 렌즈로 도시된, 투영 시스템의)를 향해 전파된다. 투영 광학계(107)는 특정 응용에 대한 필요에 따라, 시준(collimation) 및 다른 기능을 수행한다.
US2013016292A는 조명 모듈, 엔드 반사기(end reflector), 관찰 영역, 및 편광 회전자를 포함하는 머리 착용디스플레이용(head mounted display, HMD)용 접안렌즈를 개시한다. 관찰 영역은 조명 모듈과 반사기 사이에 배치된다. 관찰 영역은 역 전파 경로로부터 CGI 광을 접안 렌즈의 눈-쪽 측면밖으로 재배향시킨다.
본 발명의 목적은 이미지 광 공급자의 균일한 광 조명을 위한 소형 광학계를 제공하는 것이다.
본 발명은 첨부된 청구범위에 따르는 광학계에 관한 것이다.
이 실시예의 교시에 따르면, 서로 평행한 제1 외부 표면 및 제2 외부 표면, 및 적어도 일부가 제1 및 제2 외부 표면에 대한 경사각에서, 및 제 1 및 제2 외부 표면 사이에서, 평행하고 부분적으로 반사하는 편광 선택성 표면인 제1 배열 패싯(first sequence of facet), 및 제1 표면으로부터 커플링-아웃된 광을 공간적으로 변조하도록 배치되고, 이미지에 대응하는 반사 광을 출력하며, 반사 광이 제1 배열 패싯을 통해 제1 외부 표면으로부터 제2 외부 표면까지 광가이드(lightguide)를 가로지르도록 하는 전면-조명(front-lit) 반사성 편광 회전 이미지 변조기를 갖는 광가이드를 포함하는 광학계가 제공된다.
선택적인 일 실시예에서, 각각의 패싯은 제1 편광된 광의 적어도 일부를 반사하고 제1 편광된 광의 나머지 부분을 투과시키며, 제2 편광된 광을 투과시킨다.
다른 선택적인 실시예에서, 제1 편광의 반사율(reflectivity)은 제1 배열 패싯의 한 패싯으로부터 후속 패싯까지 증가한다.
다른 선택적인 실시예에서, 제1 편광된 광은 제1 외부 표면으로부터 커플링-아웃되며, 반사된 광은 제2 편광된 광이다.
다른 선택적인 실시예에서, 제1 배열 패싯은 광이 제1 외부 표면에 균일하게 커플링-아웃되도록 광가이드에 결합된 광을 확장시킨다.
다른 선택적인 실시예에서, 이미지 변조기는 실리콘 액정 표시 장치(liquid crystal on silicon, LCOS) 매트릭스이다.
다른 선택적인 실시예에서, 패싯은 다층 코팅, 유전체 코팅, 및 와이어 그리드(wire-grid)로 구성되는 그룹으로부터 선택된 기술을 사용하여 적어도 부분적으로 구성된다.
다른 선택적인 실시예에서, 패싯의 1차 축은 패싯의 반사율을 결정한다.
다른 선택적인 실시예에서, 패싯 각각의 반사율은 패싯의 각도 광 출동에 의존한다.
다른 선택적인 실시예에서, 제1 배열 패싯은 제1 외부 표면으로부터 광의 커플링-아웃을 수행하도록 구성되며, 제1 배열 패싯은 제1 외부 표면의 광 커플링-아웃 관찰의 공칭점(nominal point)을 향해 시선에 중첩되는 일정한 수의 패싯을 갖는다.
다른 선택적인 실시예에서, 적어도 일부분이 제1 및 제2 외부 표면에 대해 경사각도로 제1 및 제2 외부 표면 사이에서 다수의 평행하고 부분적으로 반사하며 편광 선택성 표면인 제2 배열 패싯을 추가로 포함하며, 제1 배열 패싯 및 제2 배열 패싯의 패싯은 서로에 대해 평행하지 않다.
다른 선택적인 실시예에서, 배열의 패싯 각각은 커버리지(coverage) 영역에 걸쳐 있으며, 그 범위는 각각의 배열이 배치되는 영역이고, 제1 및 제2 배열 패싯에 대한 커버리지 영역은 적어도 부분적으로 중첩된다.
본 발명에 따르는 광학계는 종래보다 소형으로 균일한 조명을 제공할 수 있다.
도1은 조명을 위한 구조물의 통상적인 구현이다.
도2는 본 실시예와 함께 사용하도록 구성된 예시적인 광가이드 광학 소자(LOE)의 측면도이다.
도3a 및 도3b는 각각 광학 조명(302)을 위한 예시적인 콤팩트 시스템의 전면 및 측면도이다.
도3c는 소스 광학(300)의 제1 예시적인 실시예이고, 도3d는 소스 광학(300)의 제2 예시적인 실시예이다.
도4a는 균일한 각도 응답을 갖는 패싯의 측면도이고, 도4b는 상이한 각도 응답을 갖는 패싯의 측면도이다.
도5a는 이미지 균일성에 대한 변화의 영향을 도시하는, 중첩되지 않은 패싯을 갖는 광가이드의 개략도이다.
도5b는 이미지 비균일성에 대한 변화의 영향을 도시하는, 중첩된 패싯을 갖는 광가이드의 개략도이다.
도6은 광가이드(20)의 각도 공간 구조물의 도면이다.
도7는 개선된 에너지 추출을 갖는 도6의 각도 공간 구조물의 도면이다.
도8은 도7의 구성을 위해 설계된 코팅 수행 차트이다.
도9는 제2 예시적인 실시예(300D)의 테이퍼형(tapered)(또는 원통형 렌즈) 팽창을 포함하는 구성의 각도 분포 도면이다.
도10a는 광학 조명(302A)을 위한 제1 선택적 구조물의 도면이다.
도10b 및 도10c는 각각 광학 조명(302B)을 위한 제2 선택적 구조물의 측면 및 정면도이다.
도11a 및 도11b는 광가이드(10 및 20)의 내부 패싯에 의한 반사 프로세스이다.
본 실시예에 따르는 시스템의 원리 및 동작은 도면 및 첨부된 설명을 참고로 하여 더욱 잘 이해될 것이다. 본 발명은 광학 조명을 위한 시스템이다. 이 시스템은 통상적인 구현보다 작은(콤팩트한) 구성으로 이미지 광 공급자의 균일한 조명을 용이하게 한다.
통상적인 구현보다 작은(콤팩트한) 구성으로 이미지 광 공급자의 균일한 광학 조명을 위한 시스템은 서로 평행한 제1 외부 표면 및 제2 외부 표면, 및 적어도 일부가 제1 및 제2 외부 표면에 대한 경사각에서, 및 제 1 및 제2 외부 표면 사이에서, 평행하고 부분적으로 반사하는 편광 선택성 표면인 제1 배열 패싯(facet), 및 제1 외부 표면으로부터 커플링-아웃된 광을 공간적으로 변조하도록 배치되고, 이미지에 대응하는 반사 광을 출력하며, 반사 광이 제1 배열 패싯을 통해 제1 외부 표면으로부터 제2 외부 표면까지 광가이드(lightguide)를 가로지르도록 하는 전면-조명(front-lit) 반사성 편광 회전 이미지 변조기를 갖는 광가이드를 포함한다.
기초 기술
도2를 살펴보면, 본 실시예와 함께 사용하도록 구성된 예시적인 광가이드 광학 소자(LOE)의 측면도가 도시되어 있다. 시준된 광원(2C)은 시준된 입력 빔(4C)을발생시킨다. 이 문서의 맥락에서, 광원은 "프로젝터"라고도 불린다. 광원은 단일 또는 다수의 파장을 투과시키는 레이저 또는 LED일 수 있다. 광은 광가이드에서처럼, 투과 축 주위로 배향된 다수의 각진(angular) 전파 방향을 갖는다. 이 도면의 간략화를 위해, 일반적으로 전파의 중심 방향만이 명확성을 위해 도시되어 있다. 오직 하나의 광선이 일반적으로 도시되는데, 입사 광성, 입력 빔(예를 들어 시준된 입력 빔(4C))도 "빔" 또는 "입사 광선"으로도 불린다. 일반적으로, 여기에서 이미지가 광 빔으로 표현될 때마다. 빔은 이미지의 샘플 빔이며, 전형적으로 이미지의 점 쪼는 픽셀에 각각 대응하는 약간 상이한 각도에거 다수의 빔에 의해 형성된다는 것을 유의해야 한다. 이미지의 말단으로 구체적으로 언급되는 것을 제외하고, 도시된 빔은 전형적으로 이미지의 중심(centroid)이다. 즉, 광은 이미지에 대응하고 중심 광선은 이미지의 중심 또는 이미지의 중심 픽셀로부터의 중심 광선이다.
제1 반사 표면(916)은 시준된 입력 빔(4C)에 의해 조명된다. 제1 영역(954)은 이미지 조명이 광가이드(920) 안에 결합되는 시준된 입력 빔(4C)에 근접한다. 반사 표면(916)은 시준된 입력 빔(4C)의 입사 광을 시준된 광원(2C)로부터 반사하여, 광이 내부 반사, 전형적으로 전체 내부 반사(TIR)에 의해 광가이드(920) 내부에 포획된다. 광가이드(920)는 전형적으로 투명한 기판이고, "평면 기판", "광 투과성 기판", 및 "도파관" 으로도 불린다. 광가이드(920)는 제1 표면(후방(back), 주표면, 926) 및 전방(front) 표면(제2 표면, 주표면, 926A)로서 이 도면에 도시된, 전형적으로 서로 평행(상호 평행)인 적어도 두 개의 표면(주표면, 외부 표면)을 포함한다. 주 표면(926, 926A)에 대해 "전방" 및 "후방"의 지정은 참조 편의성을 위한 것임을 유의하라. 광과이드(920)에 대한 커플링-인은 전방, 후방, 측면 에지, 또는 임의의 다른 원하는 커플링-인 기하구조와 같은 다양한 표면으로부터 있을 수 있다.
시준된 입력 빔(4C)은 기판의 근위 단부(proximal end, 도면의 우측)에서 광가이드 기판으로 들어간다. 광은 광가이드(920) 및 하나 이상의 패싯, 일반적으로 적어도 다수의 패싯, 및 전형적으로 복수의 패싯을 통해 광가이드(920)의 원위 단부(distal end)(도면의 좌측)을 향해 전파된다. 광가이드(920)는 전형적으로 외부 표면의 내부 반사에 의해 기판의 전파 광선을 안내한다.
기판(920)의 내부 표면으로부터 선택적으로 반사시킨후, 포획된 파는 선택적으로 반사하는 표면(패싯, 922) 세트에 도달하고, 기판에서 나오는 광을 관찰자의 눈(10) 안에 결합시킨다. 본 예시적인 도면에서, 포획된 광선은 두 개의 부분 반사 표면(922)에 의해 기판(920)으로부터 지점(944)에서 점차적으로 커플링-아웃된다.
선택적으로 반사하는 표면 세트(922)와 같은, 내부의 부분 반사 표면은 일반적으로 이 문서의 맥락에서 "패싯(facet)"이라고 불린다. 증강 현실과 같은 응용을 위해, 패싯은 부분적으로 반사하여, 현실 세계로부터의 광이 전방 표면(926A)을 통해 입사하고, 패싯을 포함하는 기판을 가로지르고, 후방 표면(926)을 통해 관찰자의 눈(10)으로 기판을 빠져나오도록 한다. 예시적인 광선(942)은 반사 표면(916)으로부터 부분적으로 반사된 시준된 입력 빔(4C)의 광을 나타내고, 예시적인 광선(941)은 반사 표면(916)을 통해 부분적으로 투과된 시준된 입력 빔(4C)의 광을 나타낸다.
내부의 부분 반사 표면(922)은 일반적으로 광가이드(920)의 길이 방향으로 광가이드(920)를 비스듬한 각도에서(즉, 평행하지 않은, 평행하지도 않고 수직이지도 않은) 적어도 부분적으로 가로지른다. 부분 반사는 광의 투과율, 또는 편광의 사용을 포함하지만 이에 국한되지는 않는 다양한 기술에 의해 구현될 수 있다.
광가이드(920)는 서로 평행하고 제1 외부 표면 쌍에 평행하지 않은 제2 외부 표면 쌍(이 도면의 측면도에 도시되지 않음)을 선택적으로 갖는다. 일부 구현에서, 제2 외부 표면 쌍은 제1 외부 표면 쌍에 수직이다. 전형적으로, 각각의 패싯은 제2 외부 표면 쌍에 대해 비스듬한 각도에 있다. 광가이드의 주변 표면으로부터의 반사가 바람직하지 않은 다른 경우, 이 주변 표면은 바람직하지 않은 반사를 최소화하기 위해 전형적으로 연마되지않고 및/또는 광 흡수 (예를 들어, 검은색) 물질로 코팅되어 남아있다.
제1 실시예
도3a 및 도3b를 참고하면, 광학 조명(302)를 위한 예시적인 소형 시스템의 정면 및 측면도가 각각 도시되어 있다. 통상적인 PBS(104)는 광가이드(20)(전술된 LOE(903)와 유사한)와 같은 광가이드(도파관) 편광 스플리터(waveguide polarization splitter, WGPS)로 대체된다. 소스 광학기기(300)는 균일한 조명을 갖는 편광된 광을 광가이드(20) 안으로 제공한다. 소스 광학기기(300)는 출구 폭(300W)를 갖고 광가이드(20)는 편광된 광 균일 조명(4P)의 입력 폭(20W)을 갖는다. 광가이드(20)의 측면 패싯(21, 제1 외부 패싯 쌍)은 측면으로부터의 에너지 손실을 방지하기 위해 반사 코팅으로 코팅될 수 있다. 시준된 입력 빔(4C)이 LOE(903)에 의해 사용되는 것으로 전술되어 있지만, 광가이드(20)안으로의 균일 조명(4P)을 갖는 편광된 광은 바람직하게는 엄격하게 시준되지는 않지만, 결정된 각도 범위 내의 각도의 확산을 조명한다.
광(균일하게 편광된 광(4P))이 광가이드(20)를 따라 전파될 때, 광은 일련의 편광 선택성 패싯(922P)에 의해 부분적으로 반사된다. 편광 선택성 부분 반사 패싯(922P)은 편광을 기반으로 하는 선택성 반사를 갖는, 전술된 선택적으로 반사하는 표면(패싯(922)) 세트와 유사하다. 이 편광 선택성 패싯(922P)은 광(324)의 제1 편광(예를 들어 S-pol)을 반사하고 광(326)의 제2의 직교 편광(예를 들어 P-pol)을 투과시킨다.
본 실시예의 혁신적인 특징은 패싯이 편광 선택성이고 부분 반사한다는 것이다. 이 특징은 광가이드(20)의 제조 공정 도중에 구현될 수 있다. 일반적인 예시적인 제조 방법에 대해 미국 특허 6,829,095호(2004-12-07에 허여되고 LUMUS Ltd에 양도됨)를 참고하라. 편광 선택성 부분 반사 패싯의 예시적인 제조 방법은 광가이드의 판사이에 유전체 코팅 또는 와이어-그리드(wire grid)를 사용하는 것이다. 부분 반사 편광 선택성을 구현하는 다른 방법이 개발될 수 있고 본 실시예에 대해 구현될 수 있을 것으로 예상된다. 와이어-그리드를 사용하는 경우, 와이어-그리드 편광자는 와이어의 전도성과 같은 와이어-그리드의 제어 파라미터에 의해 편광에 부분 반사하도록 제조될 수 있다. 예를 들어, 낮은 전도성 와이어가 낮은 반사를 위해 사용될 수 있다. 전도성은 와이어 재료, 두께, 및 간격에 의해 제어될 수 있다. 반사율을 제어하는 다른 옵션은 와이어-그리드를 회전하거나 "비트는(twist)" 것이다. 유전체 재료를 와이어-그리드와 조합하는 것과 같은 기술의 조합은 와이어-그리드 상의 광의 세기를 제어하며, 따라서 반사율을 제어한다. 편광 선택성 코팅의 추가 정보 및 예시적인 그래프는 예를 들어 미국 특허 7,643,214호(2010-01-05에 허여되고 LUMUS Ltd에 양도됨)에서 찾을 수 있다.
제1 편광된 광(324)은 제1 외부 표면(926)을 통해 광가이드(20)로부터 전면-조명 반사성 편광 회전 이미지 변조기, 예를 들어 LCOS(106)를 향해 출력된다. 본 성명의 간략화를 위해, LCOS를 사용하는 특정 구현이 설명될 것이다. 제1 편광된 광(324)는 LCOS(106)상에 충돌한다. 바람직하게는 제1 편광된 광(324)은 적절한 중심 각도 주위의 광추면(cone of light)을 갖는 모든 픽셀을 조명한다. 바람직하게는, 광가이드(20)는 관찰가능한 불균일성을 방지하기 위해 LCOS(106)로부터 약간 떨어져있어야 한다. 충돌하는 제1 편광된 광(324)은 LCOS(106)에 의한 편광 회전에 의해 공간적으로 변조되고 광가이드(20)를 향해 반사된다. 예를 들어, 제1 편광된 광(324)은 제2 편광된 광(326)으로서 반사되고 회전된다. 편광 선택성 패싯(922P)이 이 제2 편광 광(326)에 대해 투명하도록 설계되기 때문에, 제2 편광된 광(326)은 제1 외부 표면(926)으로부터 편광 선택성 패싯(922P)을 통해 광가이드(20)를 통과하고, 제2 외부 표면(926A)으로부터 빠져나와 투영 광학기기(107)를 향한다. 산란된 광을 걸러내기 위해, 선택적인 편광자(303)가 광가이드(20)와 투영 광학기기(107) 사이에 배치될 수 있다. 본 예에서, 편광자(303)는 P-pol 배향에 있고 임의의 S-편광된 광을 걸러낸다.
도3c를 살펴보면, 소스 광학기기(300)의 제1 예시적인 실시예의 스케치가 도시되어 있다. 비편광된 광원(2U)은 2D(2차원) 광가이드(9) 안으로 수직으로 도입되는 비편광된 광(4U)(반드시 균일하지는 않은)을 방출한다. 광이 2D 광가이드(9)안에서 전파되고 반사될 때, 광의 조명(4L1)은 더욱 균일해진다. 선택적인 확산기(도시되지 않음)가 예를 들어 2D 광가이드(9)의 외부 면을 따라 또는 외부 면의 일부로서 광가이드(20) 앞에 배치되어 광가이드(9)의 출력 폭에 거쳐 추가의 광 균일성을 개선할 수 있다. 선택적으로, 작은 PBS가 2D 광가이드(9) 안에 도입될 수 있다. 작은 PBS는 S-편광된 광을 통과시키는데 사용될 수 있지만, S-pol이 되도록 1/2파장-판에 의해 회전되고 통과한 S-편광과 병렬로 조합되는 P-편광된 광을 출력하여, 50% 파워 손실을 방지한다. 선택적으로, 2D 광가이드(9)에 대해, 균일한 광(4L)을 생성하기 위한 다른 구현이 당 업계에 공지되어 있다.
균일한 광(4L1)은 다음으로 내부 부분 반사 패싯(12)을 갖는(선택적으로 반사하는 패싯(922)를 갖는 전술된 LOE(903)와 유사한) 제1 광가이드(10)으로 입사된다. 이 패싯들은 균일한 조명(4L)을 갖는 광으로서 제1 광가이드(10)으로부터의 내부 전파 광을 광가이드(20)를 향해 반사하는 각도에 있다.
선택적으로 및 바람직하게는, 제1 광가이드(10)으로부터 반사된 균일한 조명을 갖는 광은 다음으로 선택적인 편광 관리자(314)를 통과한다. 편광 관리자(314) 부품은 편광자(전술된 편광자(103)와 유시한) 및 1/2 파장 판을 포함할 수 있다. 광가이드(20)안에서의 광의 산란을 최소화하고 LCOS(106)으로부터 고 대비 이미지를 획득하기 위해 순수한 편광이 바람직하다. 편광자의 배향은 바람직하게는 패싯(12)에 의해 커플링-아웃된 최대 세기의 방향을 따른다(가장 바람직하게는 S-편광). 일반적으로 코팅(패싯(12)상의) 및/또는 와이어-그리드는 P-편광보다 훨씬 높은 효율로 S-편광을 반사하며, 주로 균일한 광(4L1)의 S-pol 성분은 균일한 조명(4L)으로서 반사될 것이다. 제1 광가이드(10)에 의해 방출된(및 사용될 경우 편광자에 의해 필터링되는) 편광 배향이 광 전파 경로안에서 다음 단계에 대한 최적 편광과 중첩되지 않을 경우 파장-판이 필요하다. 전형적인 경우, 제1 광가이드(10)로부터의 S-pol은 반사후에 P-pol로서 배향되므로, S-pol 배향을 다시 획득하기 위해 1/2 파장-판이 필요하다.
편광 관리자(314)는 LCOS(106)상에 충돌하는 제1 편광된 광(324)의 순도에 따라 선택적이다(양호한 이미지 대비를 위해 단일 편광이 바람직하다). 편광 관리자(314)는 바람직하게는 제1 광가이드(10) 안에서 TIR을 방해하지 않으면서, 가능한한 얇아야 한다. 다른 대안은 저굴절률 접착제(예를 들어 n ~1.3)에 의해 제1 광가이드(10)와 광가이드(20) 사이에 편광 관리자(314)가 접착되도록 하는 것이다.
광가이드(20)는 이미지화(imaging)를 하지 않기 때문에, 광가이드(20)안에서의 광 전파는 일련의 패싯의 방향에 대응하는 광가이드(20)의 축을 따라 주입될 수 있다. 이 경우, 저굴절률 접착제(예를 들어, n=1.3)가 광가이드(10 및 20)의 외부 패싯상에 사용될 수 있다. 접착제는 2D 광가이드(9) 및 제1 광가이드(10) 사이, 광가이드(20) 및 투영 광학기기(107, 예를 들어, 프리즘) 사이, 및 광가이드(20) 및 LCOS(106) 사이일 수 있다. 이런 식으로 공기-간극(air-gap)이 존재하지 않을 것이다.
도3d를 참고하면, 소스 광학기기(300)의 제2 예시적인 실시예의 스케치가 도시되어 있다. 광원(2U)은 광가이드(9)안에 수직으로 도입되는 편광되지 않은 광(4U)을 방출한다. 광이 2D 광가이드(9)안에서 전파되고 반사되면, 광의 조명은 더욱 균일한 4L1이 된다. 다음으로 균일한 광(4L1)은 테이퍼형 비-이미지화(tapered non-imaging) 광가이드(326)로 들어가서, 테이퍼형 비-이미지화 광가이드(326)으로부터 균일한 조명을 갖는 광(4L)으로서 (선택적인 편광 관리자(314) 및)광가이드(20)를 향해 내부 전파 광을 측방향으로 확장시킨다.
상기 예시적인 실시예 모두에서, 균일한 조명을 갖는 편광된 광(4P)는 소스 광학기기(300C, 300D)으로부터 출력되고 광가이드(20)으로 들어간다.
선택적으로, 광가이드(20) 안으로의 광(균일한 조명을 갖는 편광된 광(4P))의 주입 전에, 부적절한 각도 분포를 갖는 광, 즉, 원하는 이미지와 중첩되지 않는 광이 필터링된다. 따라서, 이미지와 중첩되는 각도 분포만 광가이드(20) 안으로 주입된다. 이 기술은 산란 및 대비 감소를 감소시킨다.
광가이드(광가이드(20), 제1 광가이드(10))는 전파 광을 내부적으로 반사시키기 위해 금속 코팅, 유전체 코팅, 또는 전체 내부 반사(Total Internal Reflection, TIR)를 기초로 할 수 있다. 제1 광가이드(10) 및 광가이드(20) 사이의 면은 바람직하게는 TIR을 기초로, 바람직하게는 각도 선택적 투과율이다.
개구 관리자 및/또는 부분 반사기, 도파관-기반 반사, 코팅 관리자, 및 2D 팽창의 조합은 편광 빔 스플리터에 기초한 것과 같은 통상적인 구현보다 더욱 소형인 광학 조명(302)을 위한 소형 시스템의 특징이다. 더욱 소형의 시스템은 비용, 중량, 및 이미지화/투영 광학기기(107)DF 위한 더 많은 공간을 감소시킬 수 있도록 한다.
대안 실시예
도4a를 참조하면, 균일한 각도 응답을 갖는 패싯의 측면도의 스케치가 도시되어 있다. LCOS(106)의 조명은 광가이드(20)안에서의 패싯의 각도 반사율을 구성함으로써 개선될 수 있다. 광가이드(20)는 일련의 패싯(922A, 전술된 패싯 셋(922)와 유사한)을 포함한다. 복수의 예시적인 LCOS(106)의 픽셀(434)이 도시되어 있다. 균일한 조명(4P)을 갖는 편광된 광은 각도 분포로서 광가이드(20)로 입사한다. 패싯(922A)은 균일한 각도 응답을 가지므로, 반사 픽셀(434) 전부는 동일한 조명 각도 추(illumination angle cone, 432)를 보고 동일한 조명 각도 추(432)를 반사할 것이다. 본 구성은 예를 들어 투영 광학기기(107)가 텔레센트릭 인경우, 텔레센트릭(telecentric) 광학기기에 대한 조명을 개선한다.
도4b를 참조하면, 상이한 각도 응답을 갖는 패싯의 측면도의 스케치를 도시한다. 비-텔레센트릭 광학 구조에 대해, 패싯(922N, 전술된 패싯 세트(922)와 유사한)은 상이한 각도 반사율로 구성되어, 상이한 조명 각도 추(440)가 되도록 한다. 이 예시적인 구성에서, 섹션(922N1)의 패싯은 큰 각도(정점(vertex)에 비해, 각각의 정점은 광가이드(20)의 동일한 한 외부 표면에 수직인)로 광을 반사하고 모든 다른 각도에 대해 투과성일 것이다. 섹션(922N2, 922N1, 및 922N3)의 패싯은 모두 동일한 각도 범위에서 반사하지만, 각각의 섹션의 각도 범위는 다른 각도 범위에 대해 상대적(집중됨(centered on))이다
참고로, 텔레센트릭 조명에서, 주 광선은 이미지 및/또는 물체 공간에서 광축애 시준되고 평행하다. 시준된 광선은 시준된 광선이 물체의 표면에 닿을 때에도 여전히 시준되어 있다. 이에 비해, 표준 백라이트로부터의 광선은 확장되어 서로 간섭한다. 이 문서의 맥락에서, 텔레센트릭 조명은 광추면(cone of light)이 모든 픽셀에 수직으로 수렴하는 조명을 설명한다. 비-텔레센트릭 조명에서, 상이한 픽셀 각각은 픽셀에 대해 상이하게 기울어진 광추면에 의해 조명된다. 시준은 픽셀(주로 원뿔 분포)로부터 반사된 발산 광선을 취하고 반사된 광선 모두를 특정 방향으로 편행하게 하는 광학기기를 설명하는데 사용된다. 상이한 픽셀은 상이한 방향으로 "시준"된다.
균일한 조명
LCOS(106)를 걸쳐 균일한 조명을 획득하는 것을 돕기위해, S-편광(제1 편광)의 반사율은 바람직하게는 광가이드를 따라 증가해야 하는데, 즉, 광이 광가이드(20)를 따라 전파될 때 일련의 패싯(922P)의 한 패싯으로부터 후속 패싯까지 증가해야 한다. 전파 경로의 제1 패싯은 상대적으로 낮은 반사율을 갖고, 마지막 패싯은 (제1)S-편광의 상대적으로 높은 반사율을 갖도록 설계되어야 한다. LCOS에 의해 반사된 P-편광된 광(제2 편광)의 투과율은 각각의 패싯에 대해 최대이어야 한다. 즉, 패싯은 P-편광에 대해 가능한 한 투명해야 한다. 다음 설명에서, 일반적으로 S-pol 반사율 및 P-pol 투과율이 사용되며, 텔레센트릭 조명이 단순화를 위해 가정될 것이다.
제1 요건은 LCOS(106)의 조명이 바람직하게는 균일한 이미지 세기(반사된 광(326)의)를 달성하기 위해 균일해야 한다는 것이다. 제2 요건은 근안 디스플레이 광학기기(투영 광학기기(107))에 대해 출구 동공은 최적의 관찰을 위해 균일하게 조명되어야 한다는 것이다. 이 두 요건은 LCOS(106) 픽셀(픽셀(434))은 균일하게 조명되고 조명 각도 추(432) 각도는 균일해야 한다는 것을 의미한다. 다시 말해서, 바람직하게는, 광학 시스템의 개구수(numerical aperture)에 걸친 100% 전체 공간 조명 및 균일한 각도 조명.
LOE 광가이드(20)의 균일한 조명은 소스 광학기기로부터의 커플링이 광가이드(20)로의 입구를 완전히 채우는 경우 달성될 수 있다. 따라서, 소스 광학기기(300)의 출구 폭(300W)은 바람직하게는 광가이드(20)의 입력폭과 동일하거나 더 넓어야 한다. 또한, 소스 광학기기(300)는 바람직하게는 균일하게 조명되어야 하며, 예를 들어 확산기 및 적절한 길이의 초기 2D 광가이드(9)의 사용에 의해, 달성될 수 있다.
광가이드(20)내로 입사 및 전파하는 광에 일부 불균일성이 존재할 수도 있으며, 일부 균일성은 패싯(922P) 자체에 의해 도입될 수도 있다. 이 불균일성을 감소시키고 조정하기 위해, 내부 부분 반사 패싯(12)을 갖는 제1 광가이드(10) 및 일련의 편광 선택성 패싯(922P)의 광가이드(20)는 바람직하게는 중첩 구성이다.
도5a를 참조하면, 이미지 균일성에 대한 변화의 영향을 도시하는, 비-중첩 패싯을 갖는 광가이드(광가이드(920)와 같은)의 개략도가 도시되어 있다. 인식된 비-균일성의 원인은 상이한 시야의 내부 패싯의 각도 중첩과 연관되어 있다. 여기에 도시된 광가이드의 영역에서, 광가이드는 내부 패싯(마지막 패싯(2515) 및 제1 패싯(2517)로서 두 개가 도시됨)을 포함한다. 아웃-커플링된 광의 대부분은 단일 내부 패싯으로부터 반사된다. 그러나, 패싯의 가장자리에는, 축-외 각도(off-axis angle)에서 비-균일성이 있다. 왼쪽을 가르키는 FOV의 영역에 대해, 이 각도에서 마지막 패싯(2515)과 제1 패싯(2517)에 의해 반사된 광 사이의 유효 갭이 존재하여, 인식된 것에서 어두운 스트립을 초래하기 때문에, 통상적인 갭 영역(2520)(일반적으로 "언더래핑 영역(underlapping area)", "검은 선(black line)" 영역, 또는 "어두운 스트립(dark strip)" 영역으로 불린다. 한편, 오른쪽에 아웃-커플링된 광(점선 화살표로 표시된)은, 2515 및 2517로부터 반사된 광이 중첩되어 광가이드가 광량의 거의 두 개를 반사시킬, 통상적인 밝은 영역(2525)(일반적으로 "부분 중첩"영역, 또는 "강렬한(intense)" 영역으로 불리는)을 갖는다. 따라서, 이 도면의 비-균일성은 FOVV 및 눈 위치의 상이한 영역에서 연장된 개구를 가로질러 중간 이미지 세기의 대략 200% 및 0% 사이에서 변할 것이다.
도5b를 참조하면, 이미지 균일성의 변화의 영향을 도시하는, 중첩 패싯을 갖는 광가이드의 개략도가 도시되어 있다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 패싯 사이에 상당한 중첩이 도입된다. 이 경우, 인접한 패싯 사이의 간격은 절반으로 줄어, 대부분의 눈 위치에서 FOV 대부분이 두 개의 패싯으로부터의 중첩된 반사를 통해 이미지로부터 조명을 수신하도록 한다. 이 예시적인 경우, 단일 중간 패싯(2535)은 마지막 패싯(2515)와 제1 패싯(2517) 사이에 구성된다. 이미징,L 각도 말단 및 패싯의 말단 근처에서, 오직 하나의 패싯(중간 패싯(2535))로부터 시작되는 중첩 영역(2540) 및 세 개의 인접한 패싯(2517, 2535, 및 2515)에 의해 기여되는 밝은 영역(2545)로 도시된 바와 같이, 이미지의 특정 영역에 기여하는 중첩 패싯의 수의 변화가 여전히 존재할 것이다. 따라서, 출력 비-균일성은 중간 반사율의 50%와 150% 사이에서 변할 것이다.
패싯(2517)의 제2 배열 절반부로부터의 광(오른쪽으로부터 전파하는 광)은,이 위치에서 다음 패싯의 중첩이 없기때문에, 즉, 관찰자에게 광을 반사하는 오직 한 패싯만 존재하기 때문에, 감소된 에너지(광선/출력 빔(2546))로서 커플링-아웃된다. 패싯(2515)의 마지막 절반부에서 동일한 감소한 전력이 발생한다(광선/출력 빔(2547)). 이 영역에서, 반사율은 중간 반사율의 50%일 것이다.
도5c를 참조하면, 3중 패싯(3중 패싯 교차, 3중 중첩)의 스케치가 도시되어 있다. 다른 예와 유사하게, 광가이드(광가이드(20))는 제1 표면(26, 26A) 사이에 이중 선으로 도시된 중첩하는 내부 패싯(922T)을 포함한다. 실선 화살표는 3개의 패싯을 교차한 다음 기판으로부터 아웃커플링되는 공칭 광선(nominal ray, 화살표 아웃커플링 광선(38))을 나타낸다. 유사한 도면에서처럼, 점선은 패싯(922T)의 정렬을 나타내는데 사용된다. 이 예에서, 다수의(구체적으로 두 개의) 제1 부분 패싯 및 다수의(두 개의) 마지막 부분 패싯이 도시되어 있다.
본 실시예에서, 중첩 구성에서 패싯의 구성의 관리, 구체적으로 관찰자에사 광을 반사하는 일정한 수(하나 이상)의 패싯, 다시 말해서, 관찰자의 FOV를 향해 광을 반사하는 적어도 두 개의 패싯을 얻기 위해 중첩을 최적화하는 것은 광가이드로부터 출력되는 광의 비-균일성을 감소시킬 수 있다.
도6을 참조하면, 제1 예시적인 실시예(300C)(도3c)에 의해 공급되는 광가이드(20)(도3a, 도3b)의 각도 공간 구조의 스케치가 도시되어 있다. 광가이드(20)로부터 광을 추출하는 효율은 패싯(922P)의 각도 및 코팅 파라미터에 의존한다. 현재 경우에 대해 사용되는 예시적인 파라미터는 BK7 유리 및 MY-130 접착제를 기반으로 하지만, 다른 광학 재료가 사용될 수도 있다.
제1 광가이드(10)의 임계각(60)(원으로 표시됨)은 n=1.3을 갖는 보호용 코팅으로 둘러싸인 BK7 유리 광가이드내에서 59도이다. 4개의 원은 광가이드(20)의 4개의 외부 패싯의 임계각(60)을 나타낸다. 편광된 광 소스(2U) 및 2D 광가이드(9)는 균일한 조명 분포를 생성하므로, 임계각(62) 사이의 각도 영역은 균일하게 조명된다는 것을 간단하게 추정할 수 있다. f/2를 갖는 투영 광학기기(107)의 직사각형 개구를 가정하면, 필요한 이미지 광의 반각(half angle) 발산은 조명(64)에 의해 표시된 바와 같이 14도이다. 이 필요한 조명 각도 분포는 필요한 조명(66)에 의해 도시된 바와 같이 패싯(12)에 의해 광가이드(20) 상으로 45도로 반사될 때까지 제1 광가이드(10)를 따라 전파된다. 필요한 조명(66)이 제1 광가이드(10)를 따라 전파되면, 필요한 조명(66)은 조명(68)에 의해 도시된 바와 같이 광가이드(20)로부터 및 LCOS(106) 상으로 45도로 패싯(922P0에 의해 반사된다.
산란을 최소화하기 위해, 패싯(12) 및 패싯(922P)상의 코팅은 필요한 각도에서만 S-편광의 반사율을 갖는 것이 바람직하다. 이 예에서는, 45도 정도에서 대략 ±14도이어야 한다.
본 발명의 이 구성의 효율은 조명(64)의 필요한 각도 영역에 대한 조명 각도 분포(임계각(62)에 의해 정의된 각도 영역 내의)의 비에 의해 결정된다. 필요한 분포와 중첩되는 제한된 각도 분포를 갖는 2D 광가이드(9)(선택적인 확산기를 포함하는)는 효율을 개선하기 위해 선택적으로 사용될 수 있다.
도7을 참조하면, 개선된 에너지 추출을 갖는 도6의 각도 공간 구조의 스케치가 도시되어 있다. 축 및 임계각은 도6의 경우를 참고로 설명된 것과 동일하다.
필요한 광학 조명 각도 분포(70)는 도6에서와 동일한 파라미터를 갖지만, 중심에 있지는 않다(off-center). 이러한 방식으로, 이 분포는 제1 광가이드(10)의 4개의 외부 표면에 의해 반사되어 분포(70, 72, 74 및 76)를 생성한다. 이 네 개의 분포는 제1 광가이드(10)를 따라 4개의 분포가 전파될 때 에너지를 사용한다.
이 실시예의 패싯(12)은 37도로 있고 20 내지 53도 사이의 각도(패싯 정점에 대해)에서 S-편광을 부분적으로 반사하는 코팅을 갖는다. 이 패싯(12)은 분포(70 및 72)를 분포(78 및 80)로서 각각 광가이드(20)상으로 반사시킬 것이다. 이 두 분포(78, 80)는 두 분포가 광가이드(20)를 따라 전파함에 따라 에너지를 교환한다.
광가이드(20)내의 패싯(922P)(이 예에서 제1 광가이드(10)에서와 동일한 파라미터를 갖는)은 분포(82)처럼 분포(78)를 광가이드(20)으로부터 LCOS(106)상에 부분적으로 반사시킨다.
본 실시예에서, 패싯은 광을 부분적으로 반사하고, 광가이드내의 다른 분포와의 연속적인 결합은 필요한 분포에 더 많은 에너지가 결합될 수 있도록 한다. 현재 도면으로부터, 70, 72, 74 및 76의 조합된 분포는 제1 광가이드(10)의 임계각사이의 조명 각도 분포를 효율적으로 채운다는 것이 명백하다.
패싯(12, 922P) 및 대응하는 코팅의 조합은 광가이드(10, 20)에 설계되어 큰 각도(패싯에 대한 법선에 대해)로 전파하는 광을 상대적으로 낮은 각도로 전파하도록 변환할 수 있다. 이 설계 조합은 바람직하게는 S-편광에 대해서만, 높은 각도에서의 반사 및 낮은 각도에서의 패싯을 기초로 할 수 있다. 이 설계 조합은 광이 높은 각도로 전파되도록 하는 구현에 비해 효율성을 개선할 수 있다.
도8을 참조하면, 도7의 구성에 설계된 코팅의 성능 차트가 도시되어 있다. 이 차트의 성능은 충첩 패싯이 포함된다. S-편광의 반사율(Rs)(LCOS(106)를 향한)은 10-15%이지만, P-편광의 투과율(Tp)(LCOS(106)로부터 투영 광학기기(107)를 향한)은 >95%이다. 다른 이미지(74, 76 및 80)의 투과율(Ts)은 대부분의 각도 스펙트럼에서 >85%로 상대적으로 우수하다. 반사율(Rs)은 관찰할 수 없는 방향으로 에너지 손실을 유발할 수 있다.
도8의 코팅 설계는 예시적인 다-층 굴절 구성을 기반으로 한다. 그러나, 상이한 굴절율을 갖는 접착제를 포함하여 낮은 비용의(어느 정도 낮은 성능을 갖는) 단일 층이 사용될 수 있다.
도9를 참조하면, 제2 예시적인 실시예(300D)의 테이퍼형(또는 원통형 렌즈) 확장을 포함하는 구조의 각도 분포의 스케치가 도시되어 있다. 제2 예시적인 실시예에 도시된 구조는 2D 광가이드(9)로부터 광(테이퍼형 비-이미지화 광가이드(326)을 사용하는 비편광된 광(4U))의 테이퍼형 1D 확장을 설명한다. 이 확장은 또한 선택적으로 원통형 렌즈에 의한 것일 수 있다. 광 분포의 확장을 보존함으로써 이러한 유형의 확장을 수행하는 것은 일반적인 상식이다. 이러한 방식으로, 조명의 폭의 공간적인 확장은 동일한 축상의 조명의 각도 분포의 동등한 감소를 수반한다.
2D 광가이드(9)의 각도 조명 분포(모든 임계각 사이의 조명)이 영역(84)로서 도시되어 있다. 테이퍼형 변환은 얇은 직사각형으로의 변환으로서 도시되어 있다(한 방향에서 다른 방향으로의 회전은 필수가 아니며 명확성을 위한 것이다).
필요한 세기 분포(88 및 90)는 에너지를 교환하고 도7의 78 및 80과 동일한 방식으로 패싯(922P)에 의해 92에 커플링 아웃된다. 이러한 방식으로, 광가이드(9)로부터 필요한 조명 분포로의 광 에너지 변환은 효율이 개선된다.
도10a를 참조하면, 광학 조명(302A)를 위한 제1 선택적 구성의 스케치가 도시되어 있다. 제1 광가이드(10)와 광가이드(20) 사이의 경사각은 도8에 도시된 코팅의 각도 파라미터를 최적화하는데 사용될 수 있다.
도10b 및 10c를 참조하면, 광학 조명(302B)를 위한 제2 선택적 구성의 각각의 측면 및 정면도 스케치가 도시되어 있다. 소스 광학기기(300)는 제1 세트 패싯(922M) 및 제2 세트 패싯(922N)을 갖는 중첩 광가이드(20A)안에 균일한 조명 광(4L1)(이 경우 편광되거나 편광되지 않은)을 제공한다. 제1 및 제2 세트의 패싯의 교차(중첩) 방향은 중첩 광가이드(20A) 내의 소스 개구의 측방향 확장을 야기하고, 광(326)의 제2 수직 편광을 투과시키면서 광(324)의 제1 편광을 투영한다.
도11a 및 도11b를 참조하면, 광가이드(10 및 20)의 내부 패싯에 의한 반사 과정이 도시되어 있다. 두 가지 기본 구성이 도시되어 있으며, 광속(light beam)과 패싯의 상대 각도에 따라 다르다. 이 개략도에서, 빔(a1, a2 및 b1)은 대응하는 광가이드의 측면도로부터 관찰되는 것처럼 각각에 대해 동일한 기하학적 고려가 적용되기 때문에 동일한 벡터(빔(b1)으로 불리는 단순성을 위해)로서 도시되어 있다. 빔(a3, a4 및 b2)도 동일한 벡터(b2에 대해서만 참조)로서 도시되어 있다. 빔(b1)은 74, 78, 80, 또는 90을 나타낸다. 빔(b2)은 70, 72, 78, 또는 88을 나타낸다.
광속(b2)은 실제로는 도11a에서 두 개 벡터에 의해 도시된 것과 동일한 방향으로 전파하는 광선 다발이다. 이 경우, 하나의 벡터는 외부 면에 의해 반사되어 빔(b1)이 되어 내부 패싯(40)으로 가며, 하나의 벡터 중 일부는 빔(c1)으로서 반사된다. 다른 빔(b2) 벡터는 패싯에 의해 벡터 빔(c2)으로서 직접 반사된다. 벡터 빔(c1 및 c2)은 반드시 이 순서로 필요하지는 않은 정상(normal) 이미지 및 고스트(ghost) 이미지를 나타낸다. 이 구성에서, 빔(b1 및 b2)는 동일한 면으로부터 패싯(40)에 충돌한다.
도11b는 도11a를 참고로 설명된 것과 유사한 과정을 설명하지만, 기하학적 구조는 빔(b1 및 b2)이 패싯(40)의 반대 면으로부터 패싯(40)에 충돌하도록 하는 것이다.
두 경우 모두, S- 및 P-편광의 이미지(c1 및 c2)에 대한 반사의 크기는 이 패싯(40)상의 코팅에 의해 결정된다. 바람직하게는, 한 반사는 이미지이고, 다른 이미지가 원치않는 "고스트" 이미지에 대응하기 때문에 다른 반사는 억제된다. 어느 범위의 입사 빔 각도가 반사되고 어느 범위의 입사 빔 각도가 투과되는지 제어하기 위한 적절한 코팅은 본 발명과 함께 공동양도된 미국 특허 제7,391,573호 및 제7,457,040호에 상세하게 설명되어 있다.
전술된 예, 사용된 수, 및 예시적인 계산은 이 실시예의 설명을 돕기 위한 것이라는 점에 유의해야 한다. 부주의한 인쇄상 오류, 수학적 오류 및/또는 단순화된 계산의 사용은 본 발명의 유용성 및 기본적인 장점을 손상시키지 않는다.
첨부된 청구범위가 다수의 의존성없이 작성되는한, 이는 이러한 다수의 의존성을 허용하지 않는 관할 구역의 형식적 요건을 수용하기 위해서만 이뤄졌다. 청구범위를 다중적으로 의존하게함으로써 암시될 수 있는 특징의 모든 가능한 조합은 명확하게 예상되며 본 발명의 일부로서 간주되어야 한다는 점에 유의해야 한다.
상기 설명은 단지 예로서 의도된 것으로, 첨부된 청구범위에 정의된 바와 같이 많은 다른 실시예가 본 발명의 범주내에서 가능하다는 것이 이해될 것이다.

Claims (12)

  1. 광가이드(20); 및
    전면-조명(front-lit) 반사성 편광 회전 이미지 변조기(106);
    상기 광가이드(20)안에 적어도 제1 편광의 광(4P)을 도입하기 위해 상기 광가이드(20)에 광학적으로 커플링되는 조명 소스(300); 및
    광가이드(20)의 제2 외부 표면(926A)으로부터 나오는 제2 편광된 광(326)을 선택적으로 투과시키도록 배치되는 편광자(303)를 포함하고,
    광가이드는:
    상호 평행한 제1 외부 표면(926) 및 제2 외부 표면(926A), 및
    제1 일련의 패싯(922)을 갖고,
    제1 일련의 패싯(922)의 적어도 일부는:
    다수의 평행하고, 부분적으로 반사하는, 편광 선택성 표면(922P)이고,
    상기 제1 및 외부 표면(926) 및 상기 제2 외부 표면(926A)에 대해 비스듬한 각도이고,
    상기 제1 외부 표면(926) 및 상기 제2 외부 표면(926A) 사이에 있고,
    전면-조명(front-lit) 반사성 편광 회전 이미지 변조기(106)는:
    상기 제1 외부 표면(926)으로부터 커플링-아웃된 제1 편광된 광(324)을 공간적으로 변조하도록 배치되고,
    하나의 이미지에 대응하는 반사된 제2 편광된 광(326)을 출력하고,
    상기 반사된 제2 편광된 광(326)이 상기 제1 외부 표면(926)으로부터 상기 제1 일련의 패싯(922)을 통해 상기 제2 외부 표면(926A)까지 상기 광가이드(20)를 가로지르도록 배치되고,
    상기 제1 일련의 패싯(922)의 패싯들은 상기 광(4P) 중 적어도 일부를 반사하고, 상기 광(4P)이 상기 제1 외부 표면(926) 및 상기 제2 외부 표면(926A)에서의 내부 반사에 의해 전파되도록 상기 광(4P)의 나머지 부분을 투과시키고, 상기 제1 편광된 광(324)으로서 제1 외부 표면(926)을 통해 상기 이미지 변조기(106)을 향해 상기 제1 일련의 패싯(922)의 연속적인 패싯들에 의해 점진적으로 부분적으로 반사되고, 상기 제1 일련의 패싯(922)의 패싯들은 상기 제2 편광된 광(326)을 투과시키는
    광학계.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 편광의 반사율은 상기 제1 일련의 패싯(22)의 한 패싯으로부터 다음 패싯까지 증가하는
    광학계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 일련의 패싯(922)은 상기 광가이드(20)에 인-커플링된 광을 확장시켜 상기 광(4P)이 상기 제1 외부 표면(926)에 균일하게 커플링-아웃되는
    광학계.
  4. 제1항에 있어서,
    이미지 변조기(106)는 실리콘 액정 표시 장치(liquid crystal on silicon, LCOS) 매트릭스인
    광학계.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 패싯(922)은
    (a) 다층 코팅,
    (b) 유전체 코팅, 및
    (c) 와이어 그리드(wire-grid)로 구성되는 그룹으로부터 선택된 기술을 사용하여 적어도 부분적으로 구성되는
    광학계.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 패싯(922)의 1차 축의 배향은 상기 패싯(922)의 반사율을 결정하는
    광학계.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 패싯(922) 각각의 반사율은 상기 패싯(922)의 각도 광 출동에 의존하는
    광학계.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 일련의 패싯(922)은 제1 외부 표면으로부터 광의 커플링-아웃을 수행하도록 구성되며, 상기 제1 일련의 패싯은 상기 제1 외부 표면의 광 커플링-아웃 관찰의 공칭점(nominal point)을 향해 시선에 중첩되는 일정한 수의 패싯을 갖는
    광학계.
  9. 제1항에 있어서,
    제2 일련의 패싯(922M)을 추가로 포함하고,
    제2 일련의 패싯(922M)의 적어도 일부분은:
    (A) 다수의 평행하고 부분적으로 반사하며 편광 선택성 표면이고,
    (B) 제1 외부 표면(926) 및 제2 외부 표면(926A)에 대해 비스듬한 각도이고,
    (C) 제1 외부 표면(926) 및 제2 외부 표면(926A) 사이에 있고,
    제1 일련의 패싯(922N) 및 제2 일련의 패싯(922M)의 패싯들은 서로에 대해 평행하지 않은
    광학계.
  10. 제9항에 있어서,
    일련의 패싯들(922N, 922M) 각각은 커버리지(coverage) 영역에 걸쳐 있으며, 그 범위는 상기 일련의 패싯들(922N, 922M) 각각이 배치되는 영역이고, 제1 일련의 패싯(922N) 및 제2 일련의 패싯(922M)에 대한 커버리지 영역은 적어도 부분적으로 중첩되는
    광학계.
  11. 삭제
  12. 삭제
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