KR20180103043A - 다중 빔 회절 격자-기반 헤드-업 표시장치 - Google Patents

다중 빔 회절 격자-기반 헤드-업 표시장치 Download PDF

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Abstract

헤드-업 표시장치 및 3-차원(3D) 헤드-업 표시 시스템은 물리적 환경의 시점과 결합된 이미지의 복수의 다른 시점들을 사용자에 의해 보여지는 결합된 이미지로서 아이 박스에 제공한다. 상기 헤드-업 표시장치는 상기 다른 시점들을 제공하기 위해 구성된 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치 및 상기 다른 시점들을 상기 물리적 환경 시점과 함께 상기 아이 박스에 중계하도록 구성된 광 합성기를 포함한다. 상기 3D 헤드-업 표시 시스템에 의해 제공된 상기 다른 시점들은 3D 이미지의 다른 사시적인 시점들(perspective views)을 나타낸다.

Description

다중 빔 회절 격자-기반 헤드-업 표시장치
본 발명은 다중 빔 회절 격자-기반 헤드-업 표시장치에 관한 것이다.
전자 표시장치들은 정보를 다양한 장치들 및 제품들의 사용자들에게 통신하기 위한 거의 아주 흔한 매체들이다. 가장 흔하게 사용된 전자 표시장치들은 음극선관(cathode ray tube, CRT), 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panels, PDP), 액정표시장치들(liquid crystal displays, LCD), 전자 발광 표시장치들(electroluminescent displays, EL), 유기 발광 다이오우드(organic light emitting diode, OLED) 및 능동 매트릭스 OLED들 표시장치들[active matrix OLEDs(AMOLED) displays], 전기 영동(電氣泳動) 표시장치들(electrophoretic displays, EP) 및 전자 기계 또는 전기 유체 광 변조를 사용하는 다양한 표시장치들(예컨대, 디지털 미소 반사(微小反射) 표시장치들, 전기 습윤 표시장치들, 등등)을 포함한다. 일반적으로, 전자 표시장치들은 능동 표시장치들(즉, 광을 방출하는 표시장치들) 또는 수동 표시장치들(즉, 다른 하나의 광원에 의해 방출된 광을 변조하는 표시장치들)로서 분류될 수도 있다. 능동 표시장치들의 가장 확실한 예들 중에는 CRT들, PDP들 및 OLED들/AMOLED들이 있다. 방출된 광을 고려할 때 전형적으로 수동으로 분류되는 표시장치들은 LCD들 및 EP 표시장치들이다. 수동 표시장치들은, 종종 본질적으로 저전력 소비를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는, 매력적인 성능 특성(性能特性)들을 나타내면서도, 광을 방출하는 능력의 결핍을 고려해 볼 때 다수의 실제적인 응용 분야들에서의 약간 제한된 사용을 찾을 수도 있다.
헤드-업 표시장치는 일반적으로 이미지 또는 더욱 많은 정보를 헤드-업 표시장치 너머의 물리적인 환경을 보면서도 동시에 보아질 수도 있는 방식으로 표시하는 전자 표시장치이다. 실제로, 상기 헤드-업 표시장치는 상기 헤드-업 표시장치에 의해 발생된 이미지 및 물리적인 환경 시점(視點)(physical environment view)을 중첩하는 결합된 시점(combined view)을 생성한다. 게다가, 사용자는 이른바 '헤드-업' 구성으로(예컨대, 상기 물리적인 환경 시점을 내려다 보거나 상기 물리적인 환경 시점으로부터 눈길을 돌릴 필요 없이도) 상기 헤드-업 표시장치를 볼 수도 있다. 다양한 헤드-업 표시장치들 및 헤드-업 표시 시스템들은 다수의 응용분야들에서 종래의 표시장치들보다 더욱 실감적인 경험을 제공할 수도 있다.
여기에 설명된 원리들에 따른 예들 및 실시예들의 다양한 특징들은 첨부도면들과 관련하여 설명된 다음의 상세한 설명을 참조하여 보다 용이하게 이해될 수도 있으며, 유사한 도면부호들은 유사한 구조적인 요소들을 표기한다 :
도 1은 여기에 설명된 원리들의 예들에 따른, 특정 주요 각도 방향을 갖는 광빔의 각도 성분들 {θ,
Figure pct00001
}의 그래픽 뷰(graphical view)를 예시하는 도면.
도 2는 여기에 설명된 원리들과 일치하는 실시예에 따른, 예에서의 헤드-업 표시장치를 예시하는 블록도.
도 3a는 여기에 설명된 원리들과 일치하는 실시예에 따른, 예에서의 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치를 예시하는 단면도.
도 3b는 여기에 설명된 원리들과 일치하는 다른 하나의 실시예에 따른, 예에서의 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치를 예시하는 단면도.
도 3c는 여기에 설명된 원리들과 일치하는 실시예에 따른, 예에서의 다중 빔 회절 격자를 예시하는 사시도.
도 4는 여기에 설명된 원리들과 일치하는 실시예에 따른, 예에서의 광 합성기(光合成器)를 예시하는 단면도.
도 5는 여기에 설명된 원리들과 일치하는 실시예에 따른, 예에서의 자동차 헤드-업 표시장치를 예시하는 개략도.
도 6은 여기에 설명된 원리들과 일치하는 실시예에 따른, 예에서의 3차원(3D) 헤드-업 표시 시스템을 예시하는 블록도.
도 7은 여기에 설명된 원리들과 일치하는 실시예에 따른, 예에서의 헤드-업 표시장치의 동작의 방법을 예시하는 순서도.
일부의 예들 및 실시예들은 위에 설명된 도면들에 예시된 특징들에 더한 그리고 위에 설명된 도면들에 예시된 특징들을 대체하는 다른 특징들을 갖는다. 이러한 특징들 및 다른 특징들은 위에 설명된 도면들을 참조하여 아래에 자세히 설명된다.
여기에 설명된 원리들에 따른 실시예들 및 예들은 헤드-업 이미지 표시장치를 제공한다. 특히, 여기에 설명된 원리들의 다양한 실시예들에 따르면, 헤드-업 표시장치는 이미지의 복수의 다른 시점(視點)들(views)을 발생시키는 다시점(多視點) 표시장치를 사용한다. 상기 복수의 다른 시점(視點)들은 헤드-업 표시된 이미지가 보여지려는 아이 박스(eye box)에 투사되거나 그려진다. 게다가, 상기 헤드-업 표시장치는 물리적인 환경의 시점(view) 및 다른 시점(視點)들(views)을 포함하는 이미지의 중첩을 제공한다. 다양한 실시예들에 따르면, 상기 다른 시점(視點)들(views)은 3차원(3D) 이미지의 다른 원근 시점(遠近視點)들(perspective views)을 포함할 수도 있다. 상기 3D 이미지의 다른 3D 시점(視點)들은 사용자가 예컨대, 물리적인 환경내의 다른 겉보기 깊이들에서의 상기 3D 이미지내의 요소들을 감지 가능하도록 할 수도 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 다시점(多視點) 표시장치는 다중 빔 회절 격자-기반 역광을 포함한다. 상기 다중 빔 회절 격자-기반 역광은 복수의 다른 시점들에 해당하는 광빔들을 발생시키기 위해 다중 빔 회절 격자를 사용하는 도광관(light guide)으로부터의 광의 다중 빔 회절 결합을 사용한다. 일부의 실시예들에서, 상기 다른 시점들은 실질적으로 일부의 실시예들에 따른 다중 빔 회절 격자-기반 역광에 근거한 3-차원(3D) 전자 표시장치(예컨대, 복합시차 지각방식의(autostereoscopic) 또는 '유리가 없는(glasses free)' 3D 전자 표시장치)에 의해 발생된 다른 시점들과 유사할 수도 있다. 이와 같이, 상기 다시점(多視點) 표시장치는 또한 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치로 불리울 수도 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치는 다중 빔 회절 격자들의 배열을 갖는다. 상기 다중 빔 회절 격자들은 도광관(light guide)으로부터의 광을 결합하고 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치의 화소들 또는 동등하게는 상기 표시된 이미지의 다른 시점들의 화소들에 해당하는 결합된 광 빔들을 제공하는데 사용된다. 특히, 다양한 실시예들에 따르면, 상기 결합된 광빔들은 서로로부터 다른 주요 각도 방향들을 갖는다(또한 단지 논의의 단순함을 위해 여기에 '다르게 방향지어진(differently directed)'으로 불리움). 또한, 일부의 실시예들에서, 상기 다중 빔 회절 격자에 의해 발생된 이러한 다르게 방향지어진 광빔들은 변조되고 상기 표시된 이미지의 다른 시점들에 해당하는 화소들로서 기여할 수도 있다.
여기서, '이미지'는 문서 및 삽화 중 하나 또는 둘다 모두의 형태의 정보로서 정의된다. 게다가, '도광관(light guide)'은 전체 내부 반사를 사용하는 구조내에서 광을 안내하는 구조로서 정의된다. 특히, 상기 도광관은 상기 도광관의 동작 파장에서 실질적으로 투명한 코어를 포함할 수도 있다. 상기 '도광관(light guide)'의 용어는 일반적으로 상기 도광관의 유전물질 및 상기 도광관을 에워 싸는 물질 또는 매체 사이의 인터페이스에서 광을 안내하기 위해 전체 내부 반사를 사용하는 유전 광 도파관을 의미한다. 정의(定義)상, 전체 내부 반사를 위한 조건은 상기 도광관의 굴절율이 상기 도광관 물질의 표면에 인접한 주변 매체의 굴절율보다 더욱 크다는 점이다. 일부의 실시예들에서, 상기 도광관은 상기 전체 내부 반사를 추가로 용이하게 하기 위해 상기 굴절율 차이에 더하여 또는 상기 굴절율 차이를 대신하여 코우팅부를 포함할 수도 있다. 상기 코우팅부는, 예컨대 반사 코우팅부일 수도 있다. 상기 도광관은 판(板) 또는 슬래브 가이드(slab guide) 및 스트립 가이드(strip guide) 중 하나 또는 둘다 모두를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는, 몇개의 도광관들 중 임의의 것일 수도 있다.
또한 여기에서, '판(板) 도광관'에서처럼 도광관에 적용될 때의 '판(板)(plate)'의 용어는 구분적으로(piece-wise) 또는 별도로 평면층 또는 시트로서 정의되며, 이것은 때때로 '슬래브' 가이드로 불리운다. 특히, 판(板) 도광관은 상기 도광관의 상면 및 하면(즉, 반대 표면들)에 의해 경계지어진 2개의 실질적으로 수직의 방향들에서 광을 안내하도록 구성된 도광관으로서 정의된다. 또한, 여기에서의 정의(定義)상, 상기 상면 및 하면은 둘다 모두 서로 분리되어 있으며 적어도 차별적인 의미로 실질적으로 서로 평행할 수도 있다. 즉, 상기 판(板) 도광관의 임의의 차별적으로 작은 영역내에서, 상기 상면 및 하면은 실질적으로 평행하거나 동일 평면형이다.
일부의 실시예들에서, 판(板) 도광관은 실질적으로 평평하므로(즉, 평면에 제한된), 상기 판(板) 도광관은 평면형 도광관이다. 다른 실시예들에서, 상기 판(板) 도광관은 1개나 2개의 수직 치수들로 구부려질 수도 있다. 예컨대, 상기 판(板) 도광관은 원통형 판(板) 도광관을 형성하기 위해 단일 치수로 구부려질 수도 있다. 그러나, 임의의 만곡부는 전제 내부 반사가 광을 안내하기 위해 상기 판(板) 도광관내에서 유지되는 것을 보장하도록 충분히 큰 만곡의 반경을 갖는다.
여기에서, '회절 격자' 및 보다 자세하게는 '다중 빔 회절 격자'는 일반적으로 상기 회절 격자에 입사되는 광의 회절을 제공하기 위해 배열된 복수의 특징부들(즉, 회절 특징부들)로서 정의된다. 일부의 예들에서, 상기 복수의 특징부들은 주기적인 또는 준주기적인 방식으로 배열될 수도 있다. 예컨대, 상기 회절 격자의 상기 복수의 특징부들(예컨대, 물질 표면에서의 복수의 홈들)은 1-차원(1-D) 배열로 배열될 수도 있다. 다른 예들에서는, 상기 회절 격자는 특징부들의 2-차원(2-D) 배열일 수도 있다. 상기 회절 격자는, 예컨대 물질 표면상의 범프들(bumps) 또는 물질 표면에서의 구멍들(holes)의 2-D 배열일 수도 있다.
이와 같이, 그리고 여기에서의 정의(定義)상, 상기 '회절 격자'는 상기 회절 격자에 입사되는 광의 회절을 제공하는 구조이다. 만일 광이 도광관으로부터 상기 회절 격자에 입사되면, 상기 제공된 회절 또는 회절 산란은 상기 회절 격자가 상기 도광관으로부터의 광을 회절에 의해 결합할 수도 있다는 점에서 '회절 결합'이라 불리우는 것을 초래할 수도 있다. 상기 회절 격자는 또한 회절에 의해(즉, 회절 각에서) 광의 각도를 변경시킨다. 특히, 회절의 결과로서, 상기 회절 격자를 떠나는 광(즉, 회절된 광)은 일반적으로 상기 회절 격자에 입사되는 광(즉, 입사광)의 전달 방향과는 다른 전달 방향을 갖는다. 회절에 의한 광의 전달 방향에서의 변화는 여기에서 '회절 방향 변경'이라 불리운다. 이런 고로, 상기 회절 격자는 상기 회절 격자에 입사되는 광의 방향을 회절하게 변경하는 회절 특징부들을 포함하는 구조로 이해될 수도 있으며, 만일 광이 도광관으로부터 입사되면, 상기 회절 격자는 또한 도광관으로부터의 광을 회절하게 결합(couple out)할 수도 있다.
또한, 여기에서의 정의(定義)상, 회절 격자의 특징부들은 '회절 특징부들'라 불리우며 표면에(at a surface), 표면에(in a surface) 및 표면상에(on a surface) 중 하나 이상에 존재할 수도 있다(즉, '표면'은 2개의 물질들 사이의 경계를 의미함). 상기 표면은 판(板) 도광관의 표면일 수도 있다. 상기 회절 특징부들은 1개 이상의 홈들, 리지들(ridges), 구멍들(holes) 및 범프들(bumps)을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는, 광을 회절시키는 다양한 구조물들 중 임의의 구조물을 포함할 수도 있으며, 이러한 구조물들은 표면에(at a surface), 표면에(in a surface) 및 표면상에(on a surface) 중 하나 이상에 존재할 수도 있다. 예컨대, 상기 회절 격자는 물질 표면에 복수의 평행한 홈들을 포함할 수도 있다. 다른 하나의 예에서, 상기 회절 격자는 상기 물질 표면으로부터 돌출되어 있는 복수의 평행한 리지들(ridges)을 포함할 수도 있다. 상기 회절 특징부들[홈들, 리지들(ridges), 구멍들(holes), 범프들(bumps), 등등이든간에]은 다양한 단면 형상들 또는 사인 곡선형 프로필, 직사각형 프로필(예컨대, 2진 회절 격자), 삼각형 프로필 및 톱니 프로필(예컨대, 블레이즈드 격자(blazed grating))중 하나 이상을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는, 회절을 제공하는 다양한 프로필들 중 임의의 것을 가질 수도 있다.
여기에서의 정의(定義)상, '다중 빔 회절 격자'는 복수의 광빔들을 포함하는 결합된(coupled-out) 광을 발생시키는 회절 격자이다. 또한, 다중 빔 회절 격자에 의해 발생된 복수의 광빔들은 서로 다른 주요 각도 방향들을 갖는다. 특히, 정의(定義)상, 복수의 광빔들은 다중 빔 회절 격자에 의한 입사광의 회절 결합 및 회절 방향 변경의 결과로서 복수의 광빔들 중 다른 하나의 광빔과 다른 미리 결정된 주요 각도 방향을 갖는다. 상기 복수의 광빔들은 광장(光場)(light field)을 나타낼 수도 있다. 예컨대, 상기 복수의 광빔들은 8개의 다른 주요 각도 방향들을 갖는 8개의 광빔들을 포함할 수도 있다. 결합된 상기 8개의 광빔들(즉, 복수의 광빔들)은 예컨대 광장(光場)(light field)을 나타낼 수도 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 다양한 광빔들의 다른 주요 각도 방향들은 격자 피치 또는 간격 및 다중 빔 회절 격자에 입사되는 광의 전달 방향에 관한 각각의 광빔들의 근원의 점들에서의 다중 빔 회절 격자의 회절 특징부들의 방위(orientation) 또는 회전의 결합에 의해 결정된다.
특히, 여기에서의 정의(定義)상, 다중 빔 회절 격자에 의해 발생된 광빔은 각도 성분들 {θ,
Figure pct00002
}에 의해 주어진 주요 각도 방향을 갖는다. 상기 각도 성분 θ는 여기에서 광빔의 '상승 성분' 또는 '상승각'으로 불리운다. 상기 각도 성분 θ는 광빔의 '방위 성분' 또는 '방위각'이라 불리운다. 정의(定義)상, 상기 상승각 θ는 수직 평면(예컨대, 다중 빔 회절 격자의 평면에 수직인)에서의 각(角)인 한편, 상기 방위각 θ는 수평 평면(예컨대, 상기 다중 빔 회절 격자 평면에 평행한)에서의 각이다. 도 1은 여기에 설명된 원리들의 예들에 따른, 특정 주요 각도 방향을 갖는 광빔(10)의 각도 성분들 {θ,
Figure pct00003
}을 예시하는 도면이다. 게다가, 상기 광빔(10)은, 여기에서의 정의(定義)상, 특정 점으로부터 방출되거나 나온다. 즉, 정의(定義)상, 상기 광빔(10)은 상기 다중 빔 회절 격자내의 근원의 특정 점과 관련된 중심 방사선(中心放射線)을 갖는다. 도 1은 또한 근원 O의 광빔점을 예시하고 있다. 입사광의 전달 방향의 예는 근원 O의 점쪽으로 향한 굵은 화살표(12)를 사용하여 도 1에 예시되어 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 다중 빔 회절 격자 및 그 특징부들(즉, 회절 특징부들)의 특성들은 광빔들의 각도 방향성(angular directionality) 및 1개 이상의 광빔들에 관한 다중 빔 회절 격자의 파장 또는 색 선택도(color selectivity) 중 하나 또는 둘다 모두를 제어하기 위해 사용될 수도 있다. 각도 방향성 및 파장 선택도를 제어하는데 사용될 수도 있는 상기 특성들은 격자 길이, 격자 피치(특징부 간격), 특징부들의 형태, 특징부들의 크기(예컨대, 홈 폭 또는 리지 폭), 및 격자의 방위 중 1개 이상을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 일부의 예들에서, 제어를 위해 사용된 다양한 특성들은 광빔의 근원의 점의 근처에 국부적인 특성들일 수도 있다.
또한 여기에 설명된 다양한 실시예들에 따르면, 회절 격자(예컨대, 다중 빔 회절 격자)에 의한 도광관으로부터의 광은 전자 표시장치의 화소를 나타낸다. 특히, 다른 주요 각도 방향들을 갖는 복수의 광빔들을 발생시키기 위해 다중 빔 회절 격자를 갖는 도광관은, 다시점 표시장치, '유리가 없는(glasses free)' 3차원(3D) 전자 표시장치(또한 '홀로그래픽(holographic)' 전자 표시장치 또는 복합시차 지각방식(autostereoscopic) 표시장치라 불리우는)와 같은, 그러나 이에 제한되지는 않는, 전자 표시장치의 역광의 일부이거나 전자 표시장치와 결합되어 사용될 수도 있다. 이와 같이, 다중 빔 회절 격자를 사용하여 상기 도광관으로부터 안내된 광을 결합(coupling out)함으로써 발생된 다르게 방향지어진 광빔들은 표시되어지는 이미지(예컨대, 3D 이미지)의 다른 시점들일 수도 있거나 표시되어지는 이미지(예컨대, 3D 이미지)의 다른 시점들을 나타낼 수도 있다. 또한, 상기 다르게 방향지어진 광빔들은 다른 이미지 시점들의 다른 시점각들에 해당하는 방향들을 갖는다.
여기에서 '시준(視準)기(collimator)'는 실질적으로 임의의 광학장치 또는 광을 시준(視準)하도록 구성되는 장치로서 정의된다. 예컨대, 시준(視準)기는 시준(視準) 거울(collimating mirror) 또는 반사장치, 시준(視準) 렌즈, 및 그 다양한 결합들을 포함할 수도 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 일부의 실시예들에서, 시준(視準) 반사장치를 포함하는 상기 시준(視準)기는 포물 곡선 또는 형태에 의해 특징지어진 반사면을 가질 수도 있다. 다른 하나의 예에서, 상기 시준(視準) 반사장치는 성형 포물면 반사장치를 포함할 수도 있다. '성형 포물면'에 의하면 상기 성형 포물면 반사장치의 구부러진 반사면은 미리 결정된 반사 특성(예컨대, 시준(視準)도)을 달성하기 위해 결정된 방식으로 '진짜의(true)' 포물 곡선으로부터 벗어남을 의미한다. 유사하게, 시준(視準) 렌즈는 구형면(예컨대, 양볼록 구형 렌즈)을 포함할 수도 있다.
일부의 실시예들에서, 상기 시준(視準)기는 연속적인 반사장치 또는 연속적인 렌즈(즉, 실질적으로 매끈한, 연속적인 면을 갖는 반사장치 또는 렌즈)일 수도 있다. 다른 실시예들에서, 광 시준(視準)을 제공하는 프레넬(Fresnel) 반사장치 또는 프레넬(Fresnel) 렌즈와 같은, 그러나 이에 제한되지는 않는, 상기 시준(視準) 반사장치 또는 상기 시준(視準) 렌즈는 실질적으로 불연속면을 포함할 수도 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 시준(視準)기에 의해 제공된 시준(視準)(collimation)의 양은 1개의 실시예로부터 다른 하나의 실시예까지 미리 결정된 정도 또는 양으로 변할 수도 있다. 또한, 상기 시준(視準)기는 2개의 직각 방향들(예컨대, 수직 방향 및 수평 방향) 중 하나 또는 둘다 모두에서 시준(視準)(collimation)을 제공하도록 구성될 수도 있다. 즉, 상기 시준(視準)기는, 일부의 실시예들에 따른, 광(光) 시준(視準)(light collimation)을 제공하는 2개의 직각 방향들 중 하나 또는 둘다 모두에서의 형태를 포함할 수도 있다.
여기서, '광원(光源)'은 광의 근원(source of light)(예컨대, 광을 방출하는 기구 또는 장치)으로서 정의된다. 예컨대, 상기 광원은 동작될 때 광을 방출하는 발광 다이오우드(LED)일 수도 있다. 상기 광원은 실질적으로 발광 다이오우드(LED), 레이저, 유기 발광 다이오우드(OLED), 폴리머 발광 다이오우드, 플라즈마-기반 광 방출기(plasma-based optical emitter), 형광등, 및 사실상 임의의 다른 광원 중 하나 이상을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는, 임의의 광의 근원(source of light) 또는 광 발출기일 수도 있다. 광원에 의해 발생된 광은 색깔을 가질 수도 있으며 광의 특정 파장을 포함할 수도 있다. 이와 같이, '다른 색깔들의 복수의 광원들'은 광원들 중 적어도 하나가 복수의 광원들 중 적어도 하나의 다른 광원에 의해 발생된 광의 색 또는 파장과 다른 색, 또는 동등하게는 파장, 을 갖는 광을 발생하는 광원들의 집합 또는 그룹으로서 여기에 명백하게 정의된다. 게다가, 상기 '다른 색깔들의 복수의 광원들'은 복수의 광원들 중 적어도 2개의 광원들이 다른 색 광원들인 한(즉, 적어도 2개의 광원들은 다른 광의 색들을 발생시킴), 동일하거나 실질적으로 유사한 색의 1개 이상의 광원을 포함할 수도 있다. 이런 고로, 여기에서의 정의(定義)상, 다른 색들의 복수의 광원들은 광의 제1 색을 발생시키는 제1 광원 및 광의 제2 색을 발생시키는 제2 광원을 포함할 수도 있고, 상기 제2 색은 상기 제1 색과 다르다.
여기에 사용된 '조절(調節)(accommodation)'은 눈의 광출력(光出力)(optical power)을 변화시킴으로써 물체 또는 이미지 요소에 대한 초점 맞추기의 과정을 의미한다. 달리 설명하자면, 조절(調節)(accommodation)은 초점을 맞추기 위한 눈의 능력이다. 여기에서, '조절범위(調節範圍)(accommodation range)' 또는 '조절거리(accommodation distance)'는 초점이 맞춰질 수도 있는 눈으로부터의 거리의 범위로서 정의된다. 조절범위(調節範圍)는 개인별로 변할 수도 있지만, 여기서 약 25 센티미터(cm)의 최소 '정상' 조절거리(調節距離)가, 예컨대, 단순성에 의해 그렇지만 제한성에는 의하지 않고서, 추측된다. 이와 같이, 이른바 '정상 조절범위(調節範圍)'내에 있는 물체에 대해, 상기 물체는 일반적으로 눈으로부터 약 25cm보다 더욱 크게 위치하는 것으로 이해된다.
여기서, '아이 박스(eye box)'는 표시장치 또는 다른 광 시스템(예컨대, 렌즈 시스템)에 의해 형성된 이미지가 보여질 수도 있는 공간의 영역 또는 체적으로서 정의된다. 달리 설명하자면, 상기 아이 박스(eye box)는 공간에서의 위치를 정의하며 그 공간에서의 위치내에서 사용자의 눈은 표시 시스템에 의해 발생된 이미지를 보기 위해 위치될 수도 있다. 일부의 실시예들에서, 상기 아이 박스(eye box)는 공간의 2차원 영역(예컨대, 길이 및 폭을 갖지만 실질적인 깊이는 갖지 않는 영역)을 나타낼 수도 있는 한편, 다른 실시예들에서는, 상기 아이 박스(eye box)는 공간의 3차원 영역(예컨대, 길이, 폭 및 깊이를 갖는 영역)을 포함할 수도 있다. 또한, '박스(box)'로 불리우지만, 상기 아이 박스(eye box)는 형태에 있어서 직사각형인 박스에 제한되지 않을 수도 있다. 예컨대, 상기 아이 박스(eye box)는 일부의 실시예들에서는 공간의 원통형 영역을 포함할 수도 있다.
또한, 여기에 사용된 바와 같이, 'a'의 관사는 특허 기술들에서의 그 보통의 의미, 즉 '하나 이상의', 를 가지도록 의도된 것이다. 예컨대, '격자'는 1개 이상의 격자들 및 그러한 것들을 의미하며, '그 격자'는 여기에서는 '그 격자(들)'을 의미한다. 또한, 여기에서의 '상면(top)', '하면(bottom)', '상부(upper), '하부(lower), '위(up)', 아래(down)', '앞(front)', 뒤(back)', '제1(first)', '제2(second)', '좌측(left)' 또는 우측(right)'은 여기서는 제한적으로 의도되지는 않는다. 여기서, 값에 적용될 때의 '약'의 용어는 일반적으로 그 값을 산출하도록 사용된 장치의 허용범위내를 의미하거나, 달리 명백하게 명시되지 않는한, + 또는 - 10%, 또는 + 또는 - 5%, 또는 + 또는 - 1%를 의미할 수도 있다. 또한, 여기에 사용된 '실질적으로'의 용어는 다수, 또는 거의 모든, 또는 모든, 또는 약 51% 내지 약 100%의 범위내의 양을 의미한다. 게다가, 여기에서의 예들은 예시용으로만 의도된 것이며 논의용이지만 제한적이지는 않게 제공된 것이다.
여기에 설명된 원리들의 일부의 실시예들에 따르면, 헤드-업 표시장치가 제공된다. 도 2는 여기에 설명된 원리들과 일치하는 실시예에 따른, 예에서의 헤드-업 표시장치(100)를 예시하는 블록도이다. 상기 헤드-업 표시장치(100)는 상기 헤드-업 표시장치(100)의 아이 박스(102)에서의 이미지(즉, 표시된 이미지)를 제공하도록 구성된다. 특히, 상기 헤드-업 표시장치(100)는 상기 표시된 이미지의 복수의다른 시점들(104)을 제공하도록 구성될 수도 있다.
일부의 실시예들에서, 상기 다른 시점들(104)은 상기 아이 박스(102)내의 다른 위치들에 제공될 수도 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 상기 아이 박스(102)내의 다른 위치들에 제공된 상기 다른 시점들(104)은 초점심도 신호들(focus depth cues)을 상기 헤드-업 표시장치(100)의 사용자에게 제공하도록 구성된다. 상기 초점심도 신호들은 사용자가, 예컨대 상기 초점심도 신호들에 근거한 상기 표시된 이미지내의 깊이 또는 거리를 감지 가능하도록 할 수도 있다. 상기 헤드-업 표시장치(100)에 의해 사용자에게 제공된 상기 초점심도 신호들은 조절(accommodation) 및 망막상의 흐릿한 형체(retinal blurring)를 포함할 수도 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
도 2에 예시된 바와 같이, 상기 헤드-업 표시장치(100)는 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(110)를 포함한다. 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(110)는 상기 표시된 이미지의 복수의 다른 시점들(104)을 제공하도록 구성된다. 다양한 실시예들에 따르면, 실질적으로 임의의 수의 다른 시점들이 복수의 다른 시점들(104)로서 제공될 수도 있다. 예컨대, 상기 표시된 이미지의 상기 복수의 다른 시점들(104)은 2개의, 3개의, 4개의, 5개의, 6개의, 7개의, 8개의 또는 그 이상의 다른 시점들을 포함할 수도 있다. 다른 예들에서, 상기 표시된 이미지의 상기 복수의 다른 시점들(104)은 16개의, 32개의, 64개의, 128개의, 또는 256개의 다른 시점들까지의 그리고 포함하는 비교적 큰 수의 다른 시점들을 포함한다. 일부의 실시예들에서, 상기 복수의 다른 시점들(104)은 적어도 4개의 다른 시점들을 포함한다.
일부의 실시예들에서, 상기 헤드-업 표시장치(100)에 의해 제공된 또는 표시된 이미지는 3-차원(3D) 이미지 또는 그 부분들을 포함한다. 예컨대, 상기 표시된 이미지는 완전한 3D 또는 '다시점' 이미지일 수도 있다. 다른 하나의 예에서, 상기 표시된 이미지는 2D 이미지 부분들과 함께 3D 이미지 부분들을 포함할 수도 있다. 상기 표시된 이미지가 3D 이미지를 포함할 때, 상기 복수의 다른 시점들(104)은 상기 3D 이미지의 다른 입체적인 시점들(perspective views)(즉, '3D 시점들')을 나타낼 수도 있다. 여기에 설명된 원리들에 따르면, 상기 다른 시점들(예컨대, 3D 시점들)은 예컨대, 망막상의 흐릿한 형체(retinal blurring) 및 조절(accommodation) 중 하나 또는 둘다 모두를 통해 상기 표시된 이미지내의 깊이의 사용자의 감지를 향상시킬 수도 있다. 게다가, 일부의 실시예들에 따르면, 상기 헤드-업 표시장치(100)는 복합시차 지각방식의 또는 '홀로그래픽' 표시장치(즉, 이른바 '유리가 없는' 3D 표시장치)일 수도 있거나 복합시차 지각방식의 또는 '홀로그래픽' 표시장치로서 기능할 수도 있다.
일부의 실시예들에서, 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(110)는 영이 아닌 전달각에서 시준(視準)된 광빔을 안내하도록 구성된 판(板) 도광관을 포함한다. 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(110)는, 일부의 실시예들에서, 상기 판 (板) 도광관의 표면에서 또는 상기 판(板) 도광관에 인접한 다중 빔 회절 격자들의 배열을 추가로 포함한다. 다양한 실시예들에 따르면, 다중 빔 회절 격자들의 배열은 안내되어 시준(視準)된 광빔의 부분을 상기 이미지의 복수의 다른 시점들(104)의 시점 방향들에 해당하는 다른 주요 각도 방향들을 갖는 복수의 결합(couple-out) 광빔들로서 회절하게 결합(couple-out)하도록 구성된다.
도 3a는 여기에 설명된 원리들과 일치하는 실시예에 따른, 예에서의 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(110)를 예시하는 단면도이다. 도 3b는 여기에 설명된 원리들과 일치하는 다른 하나의 실시예에 따른, 예에서의 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(110)를 예시하는 단면도이다. 다양한 실시예들에 따르면, 도 3a-도 3b에 예시된 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(110)는 '방향성 광', 즉, 다른 주요 각도 방향들을 갖는 광빔들 또는 광선들을 포함하는 광, 을 발생하도록 구성된다.
예컨대, 도 3a-도 3b에 예시된 바와 같이, 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(110)는 다른 미리 결정된 주요 각도 방향들에서(예컨대, 광장(light field)으로서) 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(110)에서 떠나 밖으로 향한 화살표들로 예시된 복수의 광빔들을 제공 또는 발생하도록 구성된다. 결과적으로, 복수의 광빔들은, 아래에 설명된 바와 같이, 정보의 표시, 즉, 이미지(예컨대, 상기 표시된 이미지)의 다른 시점들, 을 용이하게 하기 위해 변조될 수도 있다. 일부의 실시예들에서, 다른 미리 결정된 주요 각도 방향들을 갖는 광빔들은 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(110)에 의해 표시되는 3D 이미지의 복수의 3D 시점들을 형성한다. 또한, 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(110)는, 일부의 실시예들에 따르면, 이른바 '유리가 없는' 3D 전자 표시장치(예컨대, 다시점, '홀로그래픽' 또는 복합시차 지각방식의 표시장치)일 수도 있다. 특히, 상기 헤드-업 표시장치(100)에 관하여, 상기 다른 미리 결정된 주요 각도 방향들은 상기 표시된 이미지의 복수의 다른 시점들(예컨대, 도 2에 예시된 다른 시점들(104))을 형성한다.
도 3a 및 도 3b에 예시된 바와 같이, 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(110)는 판(板) 도광관(112)을 포함한다. 상기 판(板) 도광관(112)은 안내된 광빔(아래에 추가로 설명된 바와 같이, 상기 판(板) 도광관(112)에서 전달되는 연장된 화살표로서 예시된)으로서 광을 안내하도록 구성된다. 예컨대, 상기 판(板) 도광관(112)은 광 도파관으로서 구성된 유전물질을 포함할 수도 있다. 상기 유전물질은 유전 광 도파관을 에워 싸는 매체의 제2 굴절율보다 더욱 큰 제1 굴절율을 가질 수도 있다. 유전율에서의 차이는 예컨대, 상기 판(板) 도광관(112)의 1개 이상의 안내된 모드들에 따라 상기 안내된 광의 전체 내부 반사를 용이하게 하도록 구성된다.
다양한 실시예들에 따르면, 광은 상기 판(板) 도광관(112)의 길이에 의해 그리고 상기 판(板) 도광관(112)의 길이에 따라 안내된다. 추가로, 상기 판(板) 도광관(112)은 영이 아닌 전달각에서, 안내된 광빔으로서 상기 광을 안내하도록 구성된다. 상기 안내된 광빔은 예컨대, 전체 내부 반사를 사용하는 상기 판(板) 도광관(112)내의 영이 아닌 전달각에서 안내될 수도 있다. 특히, 상기 안내된 광빔은 영이 아닌 전달각(예컨대, 상기 안내된 광빔의 광선을 나타내는 연장된, 각진 화살표에 의해 예시된)에서 상기 판(板) 도광관(112)의 상면 및 하면 사이에서 반사 또는 산란함으로써 전달된다.
여기에 정의된 바와 같이, 다양한 실시예들에 따르면, 상기 '영이 아닌 전달각'은 상기 판(板) 도광관(112)의 표면(예컨대, 상면 또는 하면)에 대한 각도이다. 또한, 상기 영이 아닌 전달각은 0보다 크고 상기 판(板) 도광관내의 전체 내부 반사의 임계각보다는 적다. 예컨대, 상기 안내된 광빔의 상기 영이 아닌 전달각은 약 10°내지 약 50°일 수도 있거나, 일부의 예들에서는, 약 20°내지 약 40°일 수도 있거나, 약 25°내지 약 35°일 수도 있다. 예컨대, 상기 영이 아닌 전달각은 약 30°일 수도 있다. 다른 예들에서는, 상기 영이 아닌 전달각은 약 20°, 또는 약 25°, 또는 약 35°일 수도 있다.
상기 판(板) 도광관(112)에서 안내된 광빔으로서 안내된 광은 상기 영이 아닌 전달각(예컨대, 약 30-35°)에서 상기 판(板) 도광관(112)으로 입사되거나 결합된다. 렌즈, 거울 또는 유사한 반사기(예컨대, 경사진 시준 반사기), 및 프리즘(미예시)중 하나 이상은, 예컨대 상기 영이 아닌 전달각에서 광빔으로서 광을 상기 판(板) 도광관(112)의 입력단으로 결합시키는 것을 용이하게 할 수도 있다. 일단 상기 판(板) 도광관(112)으로 결합되면, 상기 안내된 광빔은 일반적으로 입력단에서 떠나는 방향에서(예컨대, 도 3a-도 3b에서 x-축을 따라 향해 있는 굵은 화살표들에 의해 예시된) 상기 판(板) 도광관(112)을 따라 전달된다.
또한, 다양한 실시예들에 따르면, 광을 상기 판(板) 도광관(112)으로 결합함으로써 발생된 안내된 광빔은 시준된 광빔일 수도 있다. 특히, '시준된 광빔'에 의하면, 상기 안내된 광빔내의 광선들은 실질적으로 상기 안내된 광빔내에서 서로 평행하다는 것을 의미한다. 여기에서의 정의(定義)상, 발산하거나 상기 안내된 광빔의 시준된 광빔으로부터 산란되는 광선들은 시준된 광빔의 부분으로 고려되지 않는다. 상기 시준되어 안내된 광빔을 발생시키기 위한 광의 시준은 광을 상기 판(板) 도광관(112)으로 결합하는데 사용되는 위에 설명된 렌즈 또는 거울(예컨대, 경사진 시준 반사기, 등등)을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는, 시준기에 의해 제공될 수도 있다.
일부의 실시예들에서, 상기 판(板) 도광관(112)은 광학적으로 투명한, 유전물질의 연장된, 실질적으로 평면형 시트를 포함하는 슬래브(slab) 또는 판(板) 광 도파관일 수도 있다. 상기 유전물질의 실질적으로 평면형 시트는 전체 내부 반사를 사용하여 상기 안내된 광빔을 안내하도록 구성된다. 다양한 실시예들에 따르면, 상기 판(板) 도광관(112)의 광학적으로 투명한 물질은 다양한 형태들의 유리(예컨대, 실리카 유리, 알칼리-알루미노 규산염 유리(alkali-aluminosilicate glass), 붕규산염(borosilicate), 등등) 및 실질적으로 광학적으로 투명한 프라스틱들 또는 폴리머들(예컨대, 폴리(poly)(메타크릴산 메틸(methyl methacrylate)) 또는 '아크릴 유리(acrylic glass)', 폴리카보네이트(polycarbonate), 등등)중 하나 이상을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는, 다양한 유전물질들 중 임의의 것을 포함하거나 다양한 유전물질들 중 임의의 것으로 구성될 수도 있다. 일부의 실시예들에서, 상기 판(板) 도광관(112)은 상기 판(板) 도광관(112)(미예시)의 표면의 적어도 일부(예컨대, 상면 및 하면 중 하나 또는 둘다 모두)상의 클래드 층(cladding layer)을 추가로 포함할 수도 있다. 일부의 예들에 따르면, 상기 클래드 층은 전체 내부 반사를 추가로 용이하게 하기 위해 사용될 수도 있다.
도 3a 및 도 3b에서, 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(110)는 다중 빔 회절 격자들(114)의 배열을 추가로 포함한다. 도 3a-도 3b에 예시된 바와 같이, 상기 다중 빔 회절 격자들(114)은 상기 판(板) 도광관(112)의 표면(예컨대, 상면 또는 전(前)면)에 위치된다. 다른 예들(미예시)에서는, 1개 이상의 상기 다중 빔 회절 격자들(114)은 상기 판(板) 도광관(112)내에 위치될 수도 있다. 또 다른 예들(미예시)에서는, 1개 이상의 상기 다중 빔 회절 격자들(114)은 상기 판(板) 도광관(112)의 하면 또는 후면(즉, 상기 다중 빔 회절 격자들(114)로 예시된 표면에 반대편의 표면)에 위치될 수도 있다. 결합적으로, 상기 판(板) 도광관(112) 및 다중 빔 회절 격자들(114)의 배열은 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(110)의 다중 빔 격자-기반 역광을 제공하거나 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(110)의 다중 빔 격자-기반 역광으로 기여한다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 다중 빔 회절 격자들(114)의 배열은 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(110)의 다른 시점들에 해당하는 다른 주요 각도 방향들을 갖는 복수의 광빔들로서 상기 안내된 광빔의 일부를 산란시키거나 회절하게 결합(couple out)시키도록 구성된다. 예컨대, 상기 안내된 광빔의 일부는 상기 판(板) 도광관 표면을 통해(예컨대, 상기 판(板) 도광관(112)의 상면을 통해) 상기 다중 빔 회절 격자들(114)에 의해 회절하게 결합(coupled out)될 수도 있다. 또한, 상기 다중 빔 회절 격자(114)는 결합(coupled-out)된 광빔들로서 상기 안내된 광빔의 일부를 회절하게 결합(couple out)시키고 상기 판(板) 도광관 표면에서 떠나는 상기 결합(coupled-out)된 광빔들을 다른 방향으로 회절하게 다시 보내도록 구성된다. 상기한 바와 같이, 상기 복수의 결합(coupled-out)된 광빔들 중 각각은 상기 다중 빔 회절 격자(114)의 회절 특징부들의 특성들에 의해 결정된 다른 미리 결정된 주요 각도 방향을 가질 수도 있다.
특히, 상기 다중 빔 회절 격자들(114)의 배열은 회절을 제공하는 복수의 회절 특징부들을 포함한다. 상기 제공된 회절은 상기 판(板) 도광관(112)으로부터의 상기 안내된 광빔의 일부의 회절 결합에 책임이 있다. 예컨대, 상기 다중 빔 회절 격자(114)는 상기 판(板) 도광관(112)의 표면에서의 홈들 및 회절 특징부들로서 기여하는 상기 판(板) 도광관 표면으로부터 돌출되어 있는 리지들(ridges) 중 하나 또는 둘다 모두를 포함할 수도 있다. 상기 홈들 및 상기 리지들(ridges)은 서로 평행하게 배열될 수도 있고, 상기 회절 특징부들에 따른 적어도 일부의 점에서, 상기 홈들 및 상기 리지들(ridges)은 상기 다중 빔 회절 격자(114)에 의해 결합(coupled out)되어지려는 상기 안내된 광빔의 전달 방향에 수직이다.
일부의 예들에서, 상기 홈들 또는 상기 리지들(ridges)은 상기 판(板) 도광관 표면으로 에칭, 밀링(mill) 또는 몰딩(mold)될 수도 있다. 이와 같이, 상기 다중 빔 회절 격자들(114)의 물질은 상기 판(板) 도광관(112)의 물질을 포함할 수도 있다. 도 3a에 예시된 바와 같이, 예컨대, 상기 다중 빔 회절 격자들(114)은 상기 판(板) 도광관(112)의 표면을 뚫고 들어가는 실질적으로 평행한 홈들을 포함한다. 도 3b에서, 상기 다중 빔 회절 격자들(114)은 상기 판(板) 도광관(112)의 표면으로부터 돌출되어 있는 실질적으로 평행한 리지들(ridges)을 포함한다. 다른 예들(미예시)에서, 상기 다중 빔 회절 격자들(114)은 상기 판(板) 도광관 표면에 적층된 또는 부착된 막 또는 층을 포함할 수도 있다.
일부의 실시예들에 따르면, 상기 다중 빔 회절 격자(114)는 처프(chirped) 회절 격자일 수도 있거나 처프(chirped) 회절 격자를 포함할 수도 있다. 정의(定義)상, 상기 '처프(chirped)' 회절 격자는, 예컨대, 도 3a-도 3b에 예시된 바와 같이, 상기 처프(chirped) 회절 격자의 범위 또는 길이에 걸쳐 변하는 회절 특징부들(즉, 회절 피치)의 회절 간격을 나타내거나 갖는 회절 격자이다. 여기에서, 상기 변하는 회절 간격은 '처프(chirp)'로서 정의되고 불리운다. 상기 처프(chirp)의 결과로서, 상기 판(板) 도광관(112)으로부터 회절하게 결합되는 안내된 광빔의 일부는 상기 다중 빔 회절 격자(114)의 상기 처프(chirped) 회절 격자에 걸친 근원의 다른 점들에 해당하는 다른 회절각들에서 결합(coupled-out)된 광빔들로서 상기 처프(chirped) 회절 격자로부터 나오거나 방출된다. 미리 정의된 처프(chirp)에 의해, 상기 처프(chirped) 회절 격자는 복수의 광빔들 중 상기 결합(coupled-out)된 광빔들의 미리 결정된 그리고 다른 주요 각도 방향들에 책임이 있다.
일부의 예들에서, 상기 다중 빔 회절 격자(114)의 상기 처프(chirped) 회절 격자는 거리에 따라 선형으로 변하는 회절 간격의 처프(chirp)를 갖거나 나타낼 수도 있다. 이와 같이, 상기 처프(chirped) 회절 격자는, 정의(定義)상, '선형으로 처프된(linearly chirped)' 회절 격자이다. 도 3a-도 3b는, 예에 의하지만 제한적이 아닌, 상기 다중 빔 회절 격자(114)를 선형으로 처프된(linearly chirped) 회절 격자로서 예시한다. 특히, 예시된 바와 같이, 상기 회절 특징부들은 제1 단(端)에서보다 상기 다중 빔 회절 격자(114)의 제2 단(端)에서 함께 근접해 있다. 또한, 상기 예시된 회절 특징부들의 회절 간격은, 예시된 바와 같이, 상기 제1 단(端)으로부터 상기 제2 단(端)까지 선형으로 변한다.
다른 하나의 예(미예시)에서, 상기 다중 빔 회절 격자(114)의 상기 처프(chirped) 회절 격자는 상기 회절 간격의 비선형 처프(chirp)를 나타낼 수도 있다. 상기 다중 빔 회절 격자(114)를 실현하는데 사용될 수도 있는 다양한 비선형 처프들(chirps)은 지수적인 처프(chirp), 대수적인 처프(chirp) 또는 다른 하나의, 실질적으로 비균일한 또는 무작위의 그러나 여전히 단조로운 방식으로 변하는 처프(chirp)를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 사인 곡선적인 처프(chirp) 또는 삼각형의 또는 톱니 처프(chirp)와 같은, 그러나 이에 제한되지는 않는, 비단조(Non-monotonic) 처프들(chirps)도 또한 사용될 수도 있다. 이러한 형태들의 처프들(chirps) 중 임의의 것의 결합들도 또한 사용될 수도 있다.
일부의 실시예들에 따르면, 상기 다중 빔 회절 격자(114)는 구부러진(curved) 그리고 처프된(chirped) 중 하나 또는 둘다 모두인 회절 특징부들을 포함할 수도 있다. 도 3c는 여기에 설명된 원리들과 일치하는 실시예에 따른, 예에서의 다중 빔 회절 격자(114)를 예시하는 사시도이다. 도 3c에 예시된 바와 같이, 상기 다중 빔 회절 격자(114)는 상기 판(板) 도광관(112)의 표면에, 또는 상기 판(板) 도광관(112)의 표면상에 존재한다. 또한, 상기 예시된 다중 빔 회절 격자(114)는 구부러진(curved) 그리고 처프된(chirped)(즉, 도 3c에서의 상기 다중 빔 회절 격자(1 14)는 구부러진(curved) 그리고 처프된(chirped) 회절 격자임) 중 하나 또는 둘다 모두인 회절 특징부들을 포함한다.
도 3c에 예시된 바와 같이, 상기 안내된 광빔은 상기 다중 빔 회절 격자(1 14)의 제1 단(端)에서 굵은 화살표로 예시된 상기 다중 빔 회절 격자(114)에 대한 입사 방향을 갖는다. 또한 예시된 것은 상기 판(板) 도광관(112)의 표면에서의 상기 다중 빔 회절 격자(114)에서 떠나 향하는 화살표들에 의해 예시된 복수의 결합(coupled-out)된 또는 방출된 광빔들이다. 상기 광빔들은 복수의 미리 결정된 다른 주요 각도 방향들에서 방출된다. 특히, 상기 방출된 광빔들의 상기 미리 결정된 다른 주요 각도 방향들은, 예시된 바와 같이, 방위(方位) 및 고도(elevation)에서 서로 다르다. 다양한 실시예들에 따르면, 상기 회절 특징부들의 미리 정의된 처프(chirp) 및 상기 회절 특징부들의 곡선은 상기 방출된 광빔들의 미리 결정된 다른 주요 각도 방향들에 책임이 있을 수도 있다.
특히, 상기 회절 특징부들의 곡선에 따른 다른 점들에서, 상기 구부러진(curved) 회절 특징부들과 관련된 상기 다중 빔 회절 격자(114)의 '하부 회절 격자(underlying diffraction grating)'는 다른 방위 배향각들(azimuthal orientation angles)을 갖는다. '하부 회절 격자(underlying diffraction grating)'에 의하면, 복수의 비곡선 회절 격자들 중 회절 격자는, 중첩시에, 상기 다중 빔 회절 격자(11 4)의 상기 구부러진(curved) 회절 특징부들을 초래함을 의미한다. 상기 구부러진(curved) 회절 특징부들에 따른 주어진 점에서, 상기 곡선은 상기 구부러진(curved) 회절 특징부들에 따른 다른 하나의 점에서의 방위 배향각과는 일반적으로 다른 특정 방위 배향각을 갖는다. 또한, 상기 특정 방위 배향각은 주어진 점으로부터 방출된 광빔의 주요 각도 방향의 해당 방위 성분을 초래한다. 일부의 예들에서, 상기 회절 특징부들(예컨대, 홈들, 리지들, 등등)의 곡선은 원의 부분(section)을 나타낼 수도 있다. 상기 원은 상기 도광관 표면과 동일 평면상에 있을 수도 있다. 다른 예들에서, 상기 곡선은 타원 또는 다른 하나의 구부러진 형태의 부분(section), 예컨대, 상기 도광관 표면과 동일 평면상에 있는, 을 나타낼 수도 있다.
일부의 실시예들에 따르면, 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(110)는 광 밸브들의 배열 또는 광 밸브 배열(116)을 추가로 포함한다. 상기 광 밸브 배열(116)은 표시된 이미지의 다른 시점들의 화소들에 해당하는 복수의 화소들(즉, 변조된 화소들)로서 상기 결합(coupled-out)된 광빔들을 선택적으로 변조하도록 구성될 수도 있다. 예컨대, 도 3a-도 3b에 관해 설명하자면, 상기 광 밸브 배열(116)은 상기 판(板) 도광관 표면에 인접하게 예시되어 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 상기 광 밸브 배열(116)은 표시된 이미지의 다른 시점들에 해당하는 다르게 방향지어진 광빔들(즉, 상기 다중 빔 회절 격자들(114)과 다른 미리 결정된 주요 각도 방향들을 갖는 복수의 광빔들)을 변조하도록 구성된다. 특히, 상기 복수의 광빔들 중 광빔들은 관통하여 상기 광 밸브 배열(116)의 개별적인 광 밸브들에 의해 변조된다. 상기 변조된, 다르게 방향지어진 광빔들은, 다양한 실시예들에 따르면, 상기 결합(coupled-out)된 광빔들의 다른 방향들에 의존하여 상기 표시된 이미지의 다른 시점들의 화소들을 나타낼 수도 있다. 다양한 실시예들에서, 다른 형태들의 광 밸브들이 액정 광 밸브들, 전기 영동(電氣泳動)(electrophoretic) 광 밸브들, 및 전기 습윤에 근거한 광 밸브들 중 하나 이상을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는, 광 밸브 배열(116)에 사용될 수도 있다.
일부의 실시예들(예컨대, 도 3a-도 3b에 예시된 바와 같은)에 따르면, 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(110)는 광원(118)을 추가로 포함할 수도 있다. 상기 광원(118)은 상기 판(板) 도광관(112)에 시준된 광빔을 제공하도록 구성된다. 특히, 상기 광원(118)은 상기 판(板) 도광관(112)의 입사 표면 또는 단부(입력단)에 인접하게 위치될 수도 있다. 다양한 실시예들에서, 상기 광원(118)은 1개 이상의 발광 다이오우드들(LEDs) 또는 레이저(예컨대, 레이저 다이오우드)를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는, 실질적으로 임의의 광원(예컨대, 광 방출기)을 포함할 수도 있다. 일부의 실시예들에서, 상기 광원(118)은 특정 색에 의해 표시된 협대역 스펙트럼을 갖는 실질적으로 단색광을 발생하도록 구성된 광 방출기를 포함할 수도 있다. 특히, 상기 단색광의 색은 특정 색 공간 또는 색 모델(예컨대, 적색-녹색-청색(RGB) 색 모델)의 원색일 수도 있다. 일부의 실시예들에서, 상기 광원(118)은 광의 다른 색들을 제공하도록 구성된 복수의 다른 광 방출기들을 포함할 수도 있다. 상기 다른 광 방출기들은 광의 다른 색들 중 각각에 해당하는 시준된 광빔들의 다른, 색-전용의(color-specific), 영이 아닌 전달각들을 갖는 광을 제공하도록 구성될 수도 있다.
일부의 실시예들에서, 상기 광원(118)은 시준기(도 3a-도 3b에 음영 영역으로 예시된)를 추가로 포함할 수도 있다. 상기 시준기는 상기 광원(118)의 1개 이상의 광 방출기들로부터 실질적으로 시준되지 않은 광을 수광하도록 구성될 수도 있다. 상기 시준기는 상기 실질적으로 시준되지 않은 광을 시준된 광빔으로 변환하도록 추가로 구성된다. 특히, 상기 시준기는, 일부의 실시예들에 따르면, 2개의 실질적으로 직각 방향들에서 시준되는 시준된 광빔을 제공할 수도 있다. 게다가, 다른 색들의 광 방출기들이 사용될 때, 상기 시준기는 상기 다른, 색-전용의(color-specific), 영이 아닌 전달각들을 갖는 상기 시준된 광빔들을 제공하도록 구성될 수도 있다. 상기 시준기는 상기한 바와 같은 영이 아닌 전달각을 갖는 상기 시준되어 안내된 광빔으로서 전달하기 위해 상기 판(板) 도광관(112)에 상기 시준된 광빔을 통신하도록 추가로 구성된다.
도 2에 관해 다시 설명하자면, 상기 헤드-업 표시장치(100)는 광 합성기(光合成器)(120)를 추가로 포함한다. 다양한 실시예들에 따르면, 상기 광 합성기(光合成器)(120)는 이미지의 복수의 다른 시점들(104)을 상기 헤드-업 표시장치(100)의 아이 박스(102)에 중계하도록 구성된다. 다양한 실시예들에 따르면, 상기 광 합성기(光合成器)(120)는 상기 광 합성기(光合成器)(120)의 너머의 물리적인 환경(106)의 시점(또는 동등하게는 '물리적인 환경 시점')을 상기 아이 박스(102)에서 제공하도록 추가로 구성된다. '너머(beyond)'에 의하면, 상기 물리적인 환경의 시점은 사용자의 시점으로부터 상기 광 합성기(光合成器)(120)의 반대측에 있는 물리적인 환경의 사용자에게 가시적인 시점이다. 이와 같이, 여기에서의 정의(定義)상, '상기 광 합성기(光合成器)(120)의 너머의' 물리적인 환경(106)의 시점은 상기 광 합성기(光合成器)(120)를 '통해 보여진' 시점(view)이다.
도 2는 비제한적인 예에 의해 원뿔형, 직사각형 박스 및 원통형 박스를 물리적 환경(106)의 표기들로서 예시하고 있다. 특히, 상기 광 합성기(光合成器)(120)는 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(110)에 의해 제공된 표시된 이미지를 물리적 환경 시점과 결합된 시점(108)으로 결합한 다음 상기 결합된 시점(108)을 상기 아이 박스(102)에서 제공하도록 구성된다. 다양한 실시예들에 따르면, 상기 물리적 환경 시점 및 표시된 이미지의 복수의 다른 시점들(104)을 모두 포함하는 상기 결합된 시점(108)은 사용자에 의해 상기 아이 박스(102)에서 보여질 수도 있다. 상기 결합된 시점(108)은, 예컨대 상기 물리적 환경 시점과 중첩된 상기 다른 시점들(104)을 포함하는 상기 표시된 이미지로서 사용자에게 보여질 수도 있다.
일부의 실시예들에 따르면, 상기 광 합성기(光合成器)(120)는 상기 이미지의 상기 복수의 다른 시점들(104)을 상기 아이 박스(102)쪽으로 반사하도록 구성된 부분적으로 반사적인 표면을 포함한다. 다양한 실시예들에서, 상기 부분적으로 반사적인 표면은 실질적으로 입사광의 부분적인 반사를 제공하는 임의의 표면일 수도 있다. 예컨대, 상기 부분적으로 반사적인 표면은 반도금 거울, 빔-분할기(分割器) 또는 실질적으로 그 임의의 등가물일 수도 있다. 다른 하나의 예에서, 상기 부분적으로 반사적인 표면은 공기 또는 다른 하나의 유전물질(즉, 상기 부분적으로 반사적인 표면은 그 표면에서의 굴절율에서의 변화에 의해 제공될 수도 있음)에 인접한 실질적으로 투명한 유전물질의 표면(코우팅된 또는 그렇지 않은)일 수도 있다. 상기 부분적으로 반사적인 표면은 상기 광 합성기(光合成器)(120) 너머의 상기 물리적 환경 시점(106)의 감상(viewing)을 가능하게 하거나 용이하게 하도록 추가로 구성된다. 이와 같이, 상기 부분적으로 반사적인 표면은 또한 광에 부분적으로 투명하다(예컨대, 상기 물리적 환경(106)으로부터와 같은 다른 하나의 방향으로부터). 특히, 상기 물리적 환경(106)으로부터의 광의 일부는, 다양한 실시예들에 따르면, 상기 아이 박스(102)에서의 상기 결합된 시점(108)으로서 상기 다른 시점들(104)을 나타내는 광과 결합하기 위해 상기 부분적으로 반사적인 표면을 관통 가능하다. 다른 실시예들에서, 상기 광 합성기(光合成器)(120)는 도파관 또는 도광관 광 합성기를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는, 다른 하나의 형태의 광 합성기일 수도 있다.
도 4는 여기에 설명된 원리들과 일치하는 실시예에 따른, 예에서의 광 합성기(光合成器)(120)를 예시하는 단면도이다. 특히, 도 4는 부분적으로 반사적인 표면(122)을 포함하는 광 합성기(光合成器)(120)를 예시하고 있다. 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(110)(도 4에는 예시되지 않음)로부터 부분적으로 반사적인 표면(122)상에 입사되며 상기 표시된 이미지의 다른 시점들(104)을 나타내는 광(10 4')은 상기 부분적으로 반사적인 표면(122)으로부터 멀어지는 방향으로 향하는(즉, 상기 아이 박스(102)(도 4에는 예시되지 않음)쪽으로 향하는) 화살표에 의해 표시된 방향에서 상기 부분적으로 반사적인 표면(122)에 의해 반사된다. 또한, 예시된 바와 같이, 상기 물리적 환경의 시점(이미지들을 포함하는)을 나타내는 상기 물리적 환경(106)으로부터의 광(106')은 결합된 광(108')으로서 상기 반사된 입사 광(104')과 결합되기 위해 상기 부분적으로 반사적인 표면(122)을 관통한다. 상기 결합된 광(108')은 결합된 시점(108)(예컨대, 도 2에 예시된 바와 같이, 상기 아이 박스( 102)에서의)을 형성한다. 상기한 바와 같이, 상기 결합된 시점(108)은 상기 표시된 이미지의 다른 시점들(104) 및 상기 물리적 환경 시점의 중첩이다.
일부의 실시예들에서, 상기 광 합성기(光合成器)(120)는 자동차, 레저 차량, 다용도 트럭, 군용차, 항공기, 우주선, 또는 해양선, 예컨대, 선박, 배 등등, 과 같은, 그러나 이에 제한되지는 않는, 운송수단의 보임창(viewport), 창문 또는 바람막이 창의 일부를 포함할 수도 있다. 특히, 상기 운송수단이 자동차인 실시예들에서, 상기 헤드-업 표시장치(100)는 자동차 헤드-업 표시장치(100)로 불리울 수도 있다. 여기에서, '자동차' 및 '바람막이 창'은 논의의 단순함을 위해서 사용되었을 뿐 제한적으로는 사용되지 않는다. 일부의 실시예들에서, 상기 바람막이 창의 일부는 바람막이 창 자체의 물질(예컨대, 상기 바람막이 창의 유리, 아크릴 유리, 폴리카보네이트(polycarbonate), 등등)일 수도 있다. 다른 실시예들에서, 상기 바람막이 창 일부는 상기 바람막이 창 물질의 표면에 형성된 또는 부착된 층 또는 물질 막일 수도 있다. 예컨대, 상기 부분적으로 반사적인 표면(122)을 포함하는 상기 광 합성기(光合成器)(120)는 상기 바람막이 창 물질의 표면에 적층된 부분적으로 반사적인 금속층(예컨대, 알루미늄, 은, 금, 등등)을 포함할 수도 있다. 다른 하나의 예에서, 상기 부분적으로 반사적인 표면(122)은 상기 광 합성기(光合成器)(120)로서 기여하기 위해 상기 바람막이 창 물질의 표면에 형성된 부분적으로 반사적인 막(예컨대, 부분적으로 금속화된 Mylar®막)일 수도 있다. Mylar®은 미국 델라웨어, 윌밍턴, 듀퐁 드 네뮤르 및 컴퍼니 코퍼레이션(Dupont De Nemours and Company Corporation, Wilmington, Delaware, U.S.)의 등록된 상표이다.
도 5는 여기에 설명된 원리들과 일치하는 실시예에 따른, 예에서의 자동차 헤드-업 표시장치(100)를 예시하는 개략도이다. 상기 자동차 헤드-업 표시장치(10 0)는 이미지의 다른 시점들(104)을 발생시키도록 구성된 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(110)를 포함한다. 상기 자동차 헤드-업 표시장치(100)는 광 합성기(120)를 추가로 포함한다. 예시된 바와 같이, 상기 광 합성기(120)는 부분적으로 반사적인 표면(122)으로 기여하거나 부분적으로 반사적인 표면(122)을 포함하는 자동차(미예시)의 바람막이 창(124)의 일부를 포함한다. 다른 시점들(104)을 나타내는 광(104')은 상기 자동차 바람막이 창(124)에서 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(110)로부터 상기 광 합성기(120)로 중계된다. 상기 광(104')은 상기 광 합성기(120)에 의해 상기 아이 박스(102)쪽으로 반사된다. 게다가, 자동차의 바깥쪽의 물리적 환경(106)으로부터의 광(106')(즉, 상기 바람막이 창을 통한 시점)은 상기 아이 박스(102)에서의 결합된 시점(108)으로서 상기 광 합성기(120)에 의해 반사된 광(104')과 결합된다. 상기 결합된 시점(108)은 사용자에 의해(예컨대, 자동차의 운전자 또는 승객에 의해) 상기 아이 박스(102)에서 보여질 수도 있다. 상기 결합된 시점(108)은 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(110)로부터의 다른 시점들( 104)에 의해 나타내어진 이미지와 중첩된 물리적 환경(106)으로부터의 시점을 포함한다.
여기에 설명된 원리들의 실시예들에 따르면, 3-차원(3D) 헤드-업 표시 시스템이 제공된다. 도 6은 여기에 설명된 원리들과 일치하는 실시예에 따른, 예에서의 3차원(3D) 헤드-업 표시 시스템(200)을 예시하는 블록도이다. 상기 3D 헤드-업 표시 시스템(200)은 사용자에 의한 감상을 위해 3D 이미지를 아이 박스(202)에 제공하도록 구성된다. 다양한 실시예들에 따르면, 상기 3D 이미지는 복수의 다른 3D 시점들(204)(예컨대, 다른 사시적인 시점들(perspective views))을 포함한다. 또한, 상기 3D 이미지는 물리적 환경(또는 동등하게는 '물리적 환경 시점'(206))과 함께 결합된 시점(208)으로서 상기 아이 박스(202)에서 사용자에 의해 보여질 수도 있다. 게다가, 상기 결합된 시점(208)은, 다양한 실시예들에 따르면, 이른바 '헤드-업' 방식으로 사용자에 의해 보여질 수도 있다.
도 6에 예시된 바와 같이, 상기 3D 헤드-업 표시 시스템(200)은 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(210)를 포함한다. 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치 (210)는 다른 3D 시점들(204)을 포함하는 상기 3D 이미지를 제공하도록 구성된다. 특히, 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(210)는, 예컨대 3D 이미지들을 제공하도록 구성된 다시점 또는 복합시차 지각방식의 표시장치일 수도 있다. 일부의 실시예들에서, 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(210)는 상기 헤드-업 표시장치 (100)에 관하여 위에 설명된 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(110)와 실질적으로 유시할 수도 있다.
특히 그리고 예시된 바와 같이, 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(210)는 판(板) 도광관(212)을 포함한다. 상기 판(板) 도광관(212)은 시준된 광빔을 안내하도록 구성된다. 상기 시준된 광빔은 예컨대 영이 아닌 전달각에서 안내될 수도 있다. 일부의 실시예들에 따르면, 상기 판(板) 도광관(212)은, 상기한 바와 같은, 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(110)의 상기 판(板) 도광관(112)과 실질적으로 유사할 수도 있다.
또한, 도 6에 예시된 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(210)는 다중 빔 회절 격자 배열(214)을 포함한다. 상기 다중 빔 회절 격자 배열(214)은 안내되어 시준된 광빔의 일부를 다른 3D 시점들(204)에 해당하는 주요 각도 방향들을 갖는 복수의 결합된 광빔들로서 회절하게 결합하도록 구성된다. 일부의 실시예들에서, 상기 다중 빔 회절 격자 배열(214)중 다중 빔 회절 격자는 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(110)에 관하여 위에 설명된 상기 다중 빔 회절 격자(114)와 실질적으로 유사할 수도 있다. 예컨대, 상기 다중 빔 회절 격자는 처프(chirped) 회절 격자를 포함할 수도 있다. 일부의 예들에서, 상기 처프(chirped) 회절 격자는 구부러진 회절 특징부들을 가질 수도 있다. 게다가, 상기 처프(chirped) 회절 격자는 예컨대, 선형 처프(chirped) 회절 격자일 수도 있다. 일부의 실시예들에서, 상기 다중 빔 회절 격자는 상기 판(板) 도광관(212)의 표면에 인접하게 위치된다.
일부의 실시예들에서, 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(210)는 도 6에 예시된 광원(216) 및 광 밸브 배열(218)를 추가로 포함할 수도 있다. 예컨대, 상기 광원(216)은 시준된 광빔을 제공하도록 구성될 수도 있다. 일부의 실시예들에서, 상기 광원(216)은 광을 방출하는 광 방출기 및 상기 방출된 광을 상기 시준된 광빔으로 변환하기 위한 시준기를 포함할 수도 있다. 일부의 실시예들에서, 상기 광원(216)은 광의 다른 색들을 제공하도록 구성된 복수의 다른 발광 다이오우드들(LE D들)(논의의 단순성을 위해 '다른 색깔의 LED들'이라 불리움)을 포함할 수도 있다. 일부의 실시예들에서, 상기 다른 색깔의 LED들은 서로 오프셋(offset)(예컨대, 측면으로 오프셋)될 수도 있거나 그렇지 않으면 상기 판(板) 도광관(212)내의 시준된 광빔들의 다른, 색-전용의, 영이 아닌 전달각들을 제공하기 위해 상기 시준기와 결합되어 구성될 수도 있다. 또한, 다른, 색-전용의, 영이 아닌 전달각은 상기 광원 (216)에 의해 제공된 다른 색들 중 각각에 해당할 수도 있다.
일부의 실시예들(미예시)에서, 광의 다른 색들은 적색-녹색-청색(RGB) 색 모델 중 적색, 녹색 및 청색의 색들을 포함할 수도 있다. 또한, 상기 판(板) 도광관(212)은 상기 판(板) 도광관(212)내의 다른 색-종속 영이 아닌 전달각들에서 시준된 광빔들로서 다른 색들을 안내하도록 구성될 수도 있다. 예컨대, 일부의 실시예들에 따르면, 제1 안내된 색 광빔(예컨대, 적색 광빔)은 제1 색-종속, 영이 아닌 전달각에서 안내될 수도 있고, 제2 안내된 색 광빔(예컨대, 녹색 광빔)은 제2 색-종속, 영이 아닌 전달각에서 안내될 수도 있으며, 제3 안내된 색 광빔(예컨대, 청색 광빔)은 제3 색-종속, 영이 아닌 전달각에서 안내될 수도 있다.
일부의 실시예들에 따르면, 상기 광 밸브 배열(218)은 복수의 결합된 광빔들을 제공된 3D 이미지의 다른 3D 시점들(204)에 해당하는 3D 화소들로서 선택적으로 변조하도록 구성될 수도 있다. 상기 광 밸브 배열(218)은 액정 광 밸브 및 전기 습윤 광 밸브를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는, 다양한 광 밸브들 중 임의의 것을 포함할 수도 있다.
도 6에 예시된 상기 3D 헤드-업 표시 시스템(200)은 광 합성기(220)를 추가로 포함한다. 상기 광 합성기(220)는 상기 3D 이미지를 상기 헤드-업 표시 시스템 (200)의 아이 박스(202)에 중계하도록 구성된다. 또한, 상기 광 합성기(220)는 상기 3D 이미지 및 상기 물리적 환경 시점(206)(예컨대, 상기 광 합성기(220)의 너머의)을 포함하는 결합된 시점(208)을 상기 아이 박스(202)에서 제공하도록 구성된다. 달리 설명하자면, 상기 광 합성기(220)는 다른 3D 시점들(204)을 포함하는 3D 이미지를 상기 물리적 환경 시점(206)과 결합하고 상기 결합된 시점(208)을 상기 아이 박스(202)에 제공하도록 구성된다. 일부의 실시예들에서, 상기 광 합성기(22 0)는 위에 설명된 상기 헤드-업 표시장치(100)의 상기 광 합성기(120)와 실질적으로 유사할 수도 있다.
특히, 일부의 실시예들에서, 상기 광 합성기(220)는 부분적으로 반사적인 표면 및 상기 헤드-업 표시 시스템(200)의 상기 아이 박스(202)에 상기 제공된 3D 이미지를 중계하도록 구성된 실질적으로 투명한 도광관 중 하나를 포함한다. 다양한 실시예들에 따르면, 상기 부분적으로 반사적인 표면 및 상기 실질적으로 투명한 도광관은 각각 상기 부분적으로 반사적인 표면 및 상기 실질적으로 투명한 도광관 중 각각의 하나를 통해 상기 물리적 환경의 감상을 용이하게 하도록 구성된다. 일부의 실시예들에서, 상기 광 합성기(220)는 운송수단의 바람막이 창의 일부를 포함할 수도 있다. 상기 운송수단은 예컨대, 자동차, 항공기 및 배, 를 포함할 수도 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 이와 같이, 상기 헤드-업 표시 시스템(200)은, 일부의 실시예들에 따르면, 자동차 헤드-업 표시 시스템일 수도 있다. 예컨대, 상기 헤드-업 표시 시스템(200)은, 다양한 실시예들에 따르면, 자동차 헤드-업 표시 시스템, 항공기 헤드-업 표시 시스템, 또는 등등 일수도 있다.
일부의 실시예들(예컨대, 도 6에 예시된)에서, 상기 3D 헤드-업 표시 시스템(200)은 중계 광학장치(230)를 추가로 포함한다. 상기 중계 광학장치(230)는 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(210) 및 상기 광 합성기(220) 사이에 위치될 수도 있다. 상기 중계 광학장치(230)는 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(21 0)로부터의 3D 이미지(예컨대, 다른 3D 시점들(204)을 포함하며 상기 다른 3D 시점들(204)로서 예시된)의 또는 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(210)로부터의 3D 이미지에 해당하는 광을 상기 광 합성기(220)에 중계하도록 구성된다. 일부의 실시예들에서, 상기 중계 광학장치(230)는 렌즈 및 반사기 중 하나 또는 둘다 모두와 같은, 그러나 이에 제한되지는 않는, 시준 광학장치들을 포함한다. 상기 렌즈 및 반사기는 예컨대, 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(210)로부터의 광을 중계 및 시준하도록 구성될 수도 있다. 이와 같이, 시준을 제공하는 상기 중계 광학장치(230)의 상기 렌즈 및 반사기는 각각 시준 렌즈 및 시준 반사기로 불리울 수도 있다. 광의 시준은, 예컨대 다른 3D 시점들(204)을 나타내는 광의 초점 맞추기를 상기 아이 박스(202)에서 제공할 수도 있다.
여기에 설명된 원리들의 다른 실시예들에 따르면, 3-차원(3D) 헤드-업 표시장치의 동작의 방법이 제공된다. 도 7은 여기에 설명된 원리들과 일치하는 실시예에 따른, 예에서의 헤드-업 표시장치의 동작의 방법을 예시하는 순서도이다. 도 7에 예시된 바와 같이, 헤드-업 표시장치의 동작의 방법(300)은 도광관에서 영이 아닌 전달각에서 시준된 광빔을 안내하는 단계(310)를 포함한다. 다양한 실시예들에 따르면, 상기 시준된 광빔은 상기 헤드-업 표시장치(100)에 관하여 위에 설명된 상기 판(板) 도광관(112)과 실질적으로 유사한 판(板) 도광관에서 안내될 수도 있다. 게다가, 상기 시준된 광빔은 상기 헤드-업 표시장치(100)에 관하여 위에 설명된 영이 아닌 전달각에서 안내될 수도 있다(310).
3D 헤드-업 표시장치의 동작의 방법(300)은 다른 주요 각도 방향들에서 상기 도광관으로부터 멀어지는 복수의 결합된 광빔들을 발생시키기 위해 다중 빔 회절 격자를 사용하여 상기 도광관으로부터 안내되어 시준된 광빔의 일부를 회절하게 결합(320)하는 단계를 추가로 포함한다. 상기 결합된 광빔들의 상기 다른 주요 각도 방향들은 광장(light field)을 형성할 수도 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 상기 광장(light field)은 상기 결합된 광빔들의 상기 다른 주요 각도 방향들에 해당하는 3D 이미지(예컨대, 표시된 이미지)의 복수의 다른 3D 시점들을 제공한다. 특히, 상기 결합된 광빔들은, 다양한 실시예들에 따르면, 복수의 다른 3D 시점들을 포함하는 3D 이미지를 형성한다.
일부의 실시예들에서, 상기 다중 빔 회절 격자는 상기 헤드-업 표시장치(100)에 관하여 위에 설명된 상기 다중 빔 회절 격자(114)와 실질적으로 유사하다. 특히, 상기 시준된 광빔을 안내(310)하는데 사용된 상기 도광관 및 시준된 광빔 부분을 회절하게 결합(320)하는데 사용된 상기 다중 빔 회절 격자는 상기 헤드-업 표시장치(100)의 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(110)와 실질적으로 유사한 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치의 일부일 수도 있다.
일부의 실시예들(도 7에는 예시되지 않음)에서, 헤드-업 표시장치의 동작의 방법은 광 밸브들의 배열을 사용하여 복수의 결합된 광빔들 중 광빔들을 변조하는 단계를 추가로 포함한다. 상기 변조된 광빔들은 예컨대 3D 이미지의 3D 화소들을 형성할 수도 있다. 일부의 실시예들에 따르면, 변조는 광 밸브 배열에 의해 제공될 수도 있다. 예컨대, 상기 광 밸브 배열은 상기 헤드-업 표시장치(100)의 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치(110)에 관하여 위에 설명된 상기 광 밸브 배열(116)과 실질적으로 유사할 수도 있다.
도 7에 예시된 바와 같이, 3D 헤드-업 표시장치의 동작의 방법(300)은 결합된 시점을 형성하기 위해 광 합성기를 사용하여 3D 이미지의 복수의 다른 3D 시점들을 물리적 환경의 시점과 결합하는 단계(330)를 추가로 포함한다. 특히, 상기 물리적 환경은 상기 광 합성기의 너머의 그리고 상기 광 합성기를 통해 보여진 시점이다. 일부의 실시예들에서, 상기 광 합성기는 상기 헤드-업 표시장치(100)에 관하여 위에 설명된 상기 광 합성기(120)와 실질적으로 유사할 수도 있다. 예컨대, 상기 광 합성기는 부분적으로 반사적인 표면(예컨대, 바람막이 창의 부분적으로 반사적인 부분)을 포함할 수도 있다.
도 7에 예시된 바와 같이, 3D 헤드-업 표시장치의 동작의 방법(300)은 상기 결합된 시점(또는 동등하게는 '결합된 이미지')을 아이 박스에 중계하는 단계(340)를 추가로 포함한다. 상기 아이 박스는, 위에 설명된 상기 헤드-업 표시장치(100)의 상기 아이 박스(102)와 실질적으로 유사할 수도 있다. 특히, 상기 아이 박스는, 상기 물리적 환경 시점 및 상기 3D 이미지의 상기 다른 3D 시점들의 둘다 모두를 포함하는, 결합되어 중계된(340) 시점이 사용자에 의해 보여지는 위치일 수도 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 상기 결합된 시점을 감상하는 상기 사용자는 상기 3D 이미지 및 상기 물리적 환경의 시점을 동시에 또는 상기 결합된 시점으로서 중첩된 상태로 감지할 수도 있다.
그러므로, 이미지의 복수의 다른 시점들을 제공하고, 물리적 환경 시점 및 이미지의 다른 시점들의 중첩을 추가로 제공하기 위해 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치를 사용하는 헤드-업 표시장치, 3D 헤드-업 표시 시스템 및 3D 헤드-업 표시장치의 동작방법의 예들 및 실시예들이 설명되어져 왔다. 상기 설명된 예들은 여기에 설명된 원리들을 나타내는 다수의 특정 예들 중 일부를 단지 예시하는 것으로 이해되어야 한다. 분명히, 이 기술분야에서의 통상의 기술자들은 다음의 청구항들에 의해 정의된 범위를 벗어나지 않고서도 다수의 다른 배열들을 용이하게 창안할 수 있다.

Claims (22)

  1. 헤드-업 표시장치에 있어서,
    이미지의 복수의 다른 시점(視點)들을 제공하도록 구성된 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치; 및
    상기 이미지의 상기 복수의 다른 시점들을 상기 헤드-업 표시장치의 아이 박스(eye box)에 중계하도록 구성된 광 합성기로서, 상기 광 합성기는 상기 이미지 및 물리적 환경의 시점을 포함하는 결합된 시점을 상기 아이 박스에서 제공하도록 추가로 구성되는, 광 합성기;
    를 포함하는 헤드-업 표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이미지는 3-차원(3D) 이미지를 포함하며, 상기 복수의 다른 시점들 중 다른 시점들은 상기 3D 이미지의 다른 사시적인 시점들(perspective views)을 나타내는 헤드-업 표시장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치는 :
    영이 아닌 전달각에서 시준(視準)된 광빔을 안내하도록 구성된 판(板) 도광관; 및
    상기 판(板) 도광관의 표면에서의 다중 빔 회절 격자들의 배열로서, 상기 배열 중 다중 빔 회절 격자는 상기 이미지의 상기 복수의 다른 시점들의 다른 시점 방향들에 해당하는 다른 주요 각도 방향들을 갖는 복수의 결합된 광빔들로서 안내되어 시준된 광빔의 일부를 회절하게 결합하도록 구성되는, 다중 빔 회절 격자들의 배열;
    을 포함하는 헤드-업 표시장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 다중 빔 회절 격자는 선형으로 처프된(chirped) 회절 격자를 포함하는 헤드-업 표시장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치는 :
    상기 시준된 광빔을 상기 판(板) 도광관에 제공하도록 구성된 광원(light source); 및
    상기 판(板) 도광관 표면에 인접한 광 밸브 배열로서, 상기 광 밸브 배열은 상기 결합된 광빔들을 상기 이미지의 상기 다른 시점들의 화소들에 해당하는 복수의 화소들로서 선택적으로 변조하도록 구성되는, 광 밸브 배열;
    을 추가로 포함하는 헤드-업 표시장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광원(light source)은 :
    광을 제공하도록 구성된 광원(optical source); 및
    상기 광원(optical source)으로부터의 광을 시준하고 상기 시준된 광빔을 상기 판(板) 도광관에 제공하도록 구성된 시준기;
    를 포함하는 헤드-업 표시장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 광원(light source)은 광의 다른 색들을 제공하도록 구성된 복수의 다른 광원들(optical sources)을 포함하며, 상기 다른 광원들(optical sources)은 서로 오프셋(offset)되고, 상기 다른 광원들(optical sources)의 상기 오프셋(offset)은 광의 상기 다른 색들 중 각각에 해당하는 상기 시준된 광빔들의 다른, 색-전용의, 영이 아닌 전달각들을 제공하도록 구성되는 헤드-업 표시장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광 합성기는 상기 이미지의 상기 복수의 다른 시점들을 상기 아이 박스쪽으로 반사시키도록 구성된 부분적으로 반사적인 표면을 포함하며, 상기 부분적으로 반사적인 표면은 상기 물리적 환경 시점을 상기 부분적으로 반사적인 표면을 통해 상기 아이 박스로 전송하도록 추가로 구성되는 헤드-업 표시장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광 합성기는 상기 이미지의 상기 복수의 다른 시점들을 안내하도록 구성된 도광관을 포함하는 헤드-업 표시장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 광 합성기는 자동차의 바람막이 창의 일부를 포함하며, 상기 헤드-업 표시장치는 자동차 헤드-업 표시장치인 헤드-업 표시장치.
  11. 3-차원(3D) 헤드-업 표시 시스템에서,
    복수의 다른 3D 시점들을 포함하는 3D 이미지를 제공하도록 구성된 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치로서, 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치는 시준된 광빔을 안내하도록 구성된 판(板) 도광관 및 상기 시준된 광빔의 일부를 상기 다른 3D 시점들에 해당하는 주요 각도 방향들을 갖는 복수의 결합된 광빔들로서 회절하게 결합하도록 구성된 다중 빔 회절 격자 배열을 포함하는, 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치; 및
    상기 3D 이미지를 상기 헤드-업 표시 시스템의 아이 박스에 중계하도록 구성된 광 합성기로서, 상기 광 합성기는 상기 아이 박스에서 상기 3D 이미지 및 물리적 환경 시점의 결합된 시점을 제공하도록 추가로 구성되는, 광 합성기;
    를 포함하는 3-차원(3D) 헤드-업 표시 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 다중 빔 회절 격자 배열 중 다중 빔 회절 격자는 구부러진 회절 특징부들을 갖는 처프(chirped) 회절 격자를 포함하는 3-차원(3D) 헤드-업 표시 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 처프(chirped) 회절 격자는 선형 처프(chirped) 회절 격자인 3-차원(3 D) 헤드-업 표시 시스템.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치는 :
    상기 시준된 광빔을 제공하도록 구성된 광원(light source); 및
    상기 제공된 3D 이미지의 상기 다른 3D 시점들에 해당하는 3D 화소들로서 상기 복수의 결합된 광빔들을 선택적으로 변조하도록 구성된 광 밸브 배열;
    을 추가로 포함하며,
    상기 판(板) 도광관은 영이 아닌 전달각에서 상기 시준된 광빔을 시준된 광빔으로서 안내하도록 구성되며, 상기 다중 빔 회절 격자 배열 중 다중 빔 회절 격자는 상기 판(板) 도광관의 표면에 인접하게 위치되는 3-차원(3D) 헤드-업 표시 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 광 밸브 배열은 복수의 액정 광 밸브들을 포함하는 3-차원(3D) 헤드-업 표시 시스템.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 광 합성기는 부분적으로 반사적인 표면 및 상기 제공된 3D 이미지를 상기 아이 박스에 중계하도록 구성된 실질적으로 투명한 도광관 중 하나를 포함하며, 상기 부분적으로 반사적인 표면 및 상기 실질적으로 투명한 도광관은 각각 상기 부분적으로 반사적인 표면 및 상기 실질적으로 투명한 도광관 중 각각의 하나를 통해 상기 물리적 환경의 감상을 용이하게 하도록 구성되는 3-차원(3D) 헤드-업 표시 시스템.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 광 합성기는 운송수단의 바람막이 창의 일부를 포함하며, 상기 헤드-업 표시 시스템은 운송수단 헤드-업 표시 시스템인 3-차원(3D) 헤드-업 표시 시스템.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치 및 상기 광 합성기 사이의 중계 광학장치들을 추가로 포함하며, 상기 중계 광학장치들은 상기 다중 빔 회절 격자-기반 표시장치로부터의 상기 3D 이미지에 해당하는 광을 상기 광 합성기에 중계하도록 구성되는 3-차원(3D) 헤드-업 표시 시스템.
  19. 영이 아닌 전달각에서 시준된 광빔을 판 도광관에서 안내하는 단계;
    복수의 결합된 광빔들을 발생시키기 위해 다중 빔 회절 격자들의 배열을 사용하여 상기 판 도광관으로부터의 상기 안내되어 시준된 광빔의 일부를 회절하게 결합하는 단계로서, 상기 결합된 광빔들은 복수의 다른 3D 시점들을 포함하는 3D 이미지를 형성하는, 광빔의 일부를 회절하게 결합하는 단계;
    결합된 시점을 형성하기 위해 광 합성기를 사용하여 상기 3D 이미지의 상기 다른 3D 시점들을 물리적 환경의 시점과 결합하는 단계로서, 상기 물리적 환경은 상기 광 합성기의 너머에 있으며 상기 광 합성기를 통해 보여지는, 상기 3D 이미지의 상기 다른 3D 시점들을 물리적 환경의 시점과 결합하는 단계; 및
    상기 결합된 시점을 아이 박스에 중계하는 단계;
    를 포함하는 3-차원(3D) 헤드-업 표시장치의 동작방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 배열 중 다중 빔 회절 격자는 상기 안내되어 시준된 광빔의 일부를 상기 복수의 결합된 광빔들로서 회절하게 결합하도록 구성되며, 상기 복수의 결합된 광빔들은 서로 다른 주요 각도 방향들을 갖고, 상기 다른 주요 각도 방향들은 상기 3D 이미지의 상기 다른 3D 시점들의 다른 시점 방향들에 해당하는 3-차원(3D) 헤드-업 표시장치의 동작방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 복수의 결합된 광빔들 중 광빔들을 광 밸브들의 배열을 사용하여 변조하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 변조된 광빔들은 상기 3D 이미지의 3D 화소들을 형성하는 3-차원(3D) 헤드-업 표시장치의 동작방법.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 광 합성기는 운송수단의 바람막이 창의 일부를 포함하는 3-차원(3D) 헤드-업 표시장치의 동작방법.
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