KR20180117180A - Wide field holographic skew mirror - Google Patents

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Abstract

홀로그래픽 스큐 미러(skew mirror)는, 그의 표면 법선에 대해 기울어질 수 있는, 반사 축 또는 스큐 축을 갖는다. 스큐 축을 표면 법선에 대해 2개의 치수들에 있어서 기울이는 것은, 홀로그래픽 스큐 미러의 가능한 시야를, 예컨대 60 이상으로 확장시킨다. 이러한 추가적인 각도들은 매칭된 전체 내부 지표각 확장 회전(total internal grazing extension rotation, TIGER) 프리즘들을 갖는 면외(out-of-plane) 기입 기하형상을 사용하여 액세스될 수 있다.A holographic skew mirror has a reflective or skew axis that can be tilted with respect to its surface normal. Tilting the skew axis in two dimensions with respect to the surface normal extends the possible field of view of the holographic skew mirror to, for example, 60 or more. These additional angles can be accessed using an out-of-plane fill geometry with matching total internal grazing extension rotation (TIGER) prisms.

Description

광시야 홀로그래픽 스큐 미러Wide field holographic skew mirror

관련 출원에 대한 상호 참조Cross-reference to related application

본 출원은 2016년 8월 24일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Skew Mirrors, Methods of Use, and Methods of Manufacture"인 국제 출원 PCT/US16/48499호의 일부계속출원이며, 이는 2016년 6월 6일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Skew Mirrors, Methods of Use, and Methods of Manufacture"인 미국 출원 제15/174,938호의 일부계속출원인데, 이는 이어서, 2016년 4월 6일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Skew Mirrors, Methods of Use, and Methods of Manufacture"인 미국 출원 제62/318,917호, 및 2015년 8월 24일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Multiwavelength Diffraction Grating Mirrors, Methods of Use, and Methods of Manufacture"인 미국 출원 제62/209,290호의 미국 특허법 35 U.S.C. §119 하에서의 우선권 이익을 주장한다. 본 출원은 또한, 2016년 12월 16일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Wide Field of View Skew Mirror"인 미국 출원 제62/435,676호, 및 2016년 10월 13일자로 출원되고 발명의 명칭이 "TIGER Prisms and Methods of Use"인 미국 출원 제62/407,994호의 미국 특허법 35 U.S.C. §119 하에서의 우선권 이익을 주장한다. 이들 출원들 각각은 본 명세서에 참고로 포함된다.This application is a continuation of application PCT / US16 / 48499, filed on August 24, 2016, entitled " Skew Mirrors, Methods of Use, and Methods of Manufacture " Which is a continuation-in-part of U.S. Application No. 15 / 174,938 entitled " Skew Mirrors, Methods of Use, and Methods of Manufacture ", filed on April 6, 2016, Methods of Use, and Methods of Manufacture, filed on August 24, 2015 and entitled " Multiwavelength Diffraction Grating Mirrors, Methods of Use, and Methods of Manufacture & US Patent Application No. 62 / 209,290, Claims priority benefit under §119. This application is also related to U.S. Serial No. 62 / 435,676, filed December 16, 2016, entitled " Wide Field of View Skew Mirror ", filed on October 13, 2016, US Patent Application < RTI ID = 0.0 > 35 USC < / RTI > of US Provisional Application No. 62 / 407,994, Claims priority benefit under §119. Each of these applications is incorporated herein by reference.

홀로그래픽 스큐 미러(skew mirror)는 입사광이 충돌하는 표면에 수직일 필요가 없는 반사 축에 대해 입사광을 반사시키는 홀로그래픽 광학 요소이다. 다시 말하면, 홀로그래픽 스큐 미러의 반사 축은 홀로그래픽 광학 요소의 표면 법선에 평행하거나 또는 그와 일치할 필요가 없다. 반사 축과 표면 법선 사이의 각도는 반사 축 각도로 지칭되고, 홀로그래픽 스큐 미러의 원하는 응용에 기초하여 선택될 수 있다.A holographic skew mirror is a holographic optical element that reflects incident light to a reflective axis that does not have to be perpendicular to the surface where the incident light impinges. In other words, the reflection axis of the holographic skew mirror need not be parallel to or coincident with the surface normal of the holographic optical element. The angle between the reflective axis and the surface normal is referred to as the reflective axis angle and can be selected based on the desired application of the holographic skew mirror.

용어 "반사" 및 유사한 용어들은 본 발명에서 "회절"이 대체로 적절한 용어로 고려될 수 있는 일부 경우에 사용된다. 이러한 "반사"의 사용은 스큐 미러들에 의해 나타내지는 미러형 특성들과 일치하고, 잠재적으로 용어를 혼동하는 것의 방지를 돕는다. 예를 들어, 격자(grating) 또는 스큐 미러가 입사광을 "반사"시키도록 구조화된다고 칭해지는 경우, 종래의 숙련자는 격자 구조가 입사광을 "회절"시키도록 구조화된다고 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.The terms " reflection " and similar terms are used in the present invention in some cases where " diffraction " The use of this " reflection " is consistent with the mirrored properties exhibited by the skew mirrors and helps to avoid potentially confusing terms. For example, when a grating or skew mirror is said to be structured to " reflect " incident light, a conventional artisan may prefer to say that the grating structure is structured to " Because structures are generally thought to act on light by diffraction. However, such use of the term " diffraction " will produce expressions such as " incident light is diffracted with respect to substantially constant reflection axes ", which can lead to confusion.

따라서, 입사광이 격자 구조에 의해 "반사"된다고 칭해지는 경우, 당업자는, 본 발명의 이점을 고려하여, 격자 구조가 사실상 회절 메커니즘에 의해 광을 "반사"시키고 있음을 인식할 것이다. 종래의 유전체 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.Thus, when incident light is referred to as being " reflected " by a grating structure, one of ordinary skill in the art will recognize that the grating structure is in effect " reflecting " light by the diffraction mechanism, taking into account the advantages of the present invention. Such use of " reflection " is not unprecedented in the optical system, since conventional dielectric mirrors are generally referred to as " reflecting " light, despite the primary role of diffraction in such reflection. Thus, those skilled in the art will recognize that most " reflections " include the characteristics of diffraction and that " reflection " by the skew mirror or its components also includes diffraction.

본 발명의 실시예들은, 홀로그래픽 스큐 미러들, 홀로그래픽 입력/출력 커플러들, 및 다른 홀로그래픽 광학 반사형 디바이스들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 홀로그래픽 광학 요소들을 포함한다. 일례는 격자 매체 내에 존재하는 격자 구조를 포함하는 광학 반사형 디바이스이다. 이러한 격자 구조는 입사광을 반사된 광으로서 주로 반사시키도록 구조화되는데, 여기서 입사광 및 반사된 광 양쪽 모두는 제1 파장을 포함한다. 제1 파장의 입사광과 제1 파장의 반사된 광은 반사 축에 의해 이등분되는 각도를 형성하고, 반사 축은, 입사광이 적어도 15도에 걸쳐 있는 내부 입사각들의 범위에서 격자 매체 상에 입사되는 경우 1도 미만으로 변한다. 또한, 반사 축은 격자 매체의 표면 법선과 적어도 2.0도만큼 상이하다.Embodiments of the present invention include holographic optical elements including, but not limited to, holographic skew mirrors, holographic input / output couplers, and other holographic optical reflective devices. An example is an optically reflective device comprising a grating structure present in the grating media. Such a grating structure is structured to primarily reflect incident light as reflected light, wherein both incident light and reflected light comprise a first wavelength. The incident light of the first wavelength and the reflected light of the first wavelength form an angle bisecting by the reflection axis and the reflection axis is at least one degree when incident on the lattice medium in the range of the internal angles of incidence, Lt; / RTI > Also, the reflection axis is at least 2.0 degrees different from the surface normal of the lattice medium.

이러한 광학 반사형 디바이스의 일부 구현예들에서, 반사 축은, 입사광이 적어도 30도에 걸쳐 있는 내부 입사각들의 범위에서 격자 매체 상에 입사되는 경우 1도 미만으로 변한다. 마찬가지로, 격자 구조는 적어도 미터당 2.00 × 105 라디안의 범위에 걸쳐 있는 격자 주파수(|KG|)를 갖는 하나 이상의 홀로그램들을 포함할 수 있다.In some embodiments of such an optically reflective device, the reflective axis changes less than one degree when incident light is incident on the grating medium in the range of internal angles of incidence over which the incident light spans at least 30 degrees. Similarly, the grid structure is in grid frequency over a range of at least 2.00 × 10 5 radians per meter may include one or more holograms having a (| | K G).

일부 경우에, 입사광 및 반사된 광 양쪽 모두는 제1 파장과 적어도 약 50 nm만큼 상이한 제2 파장을 포함한다(예컨대, 제1 파장은 제2 파장보다 50 nm, 60 nm, 70 nm, 80 nm, 90 nm, 100 nm, 또는 그 이상 더 클 수 있다). 그리고, 이러한 경우들 중 일부에서, 입사광 및 반사된 광은 제1 파장 및 제2 파장 각각과 적어도 약 50 nm만큼 상이한 제3 파장을 포함한다(예컨대, 제1 파장은 제2 파장보다 50 내지 100 nm 더 클 수 있는데, 제2 파장은 이어서, 제3 파장보다 50 내지 100 nm 더 클 수 있다). 예를 들어, 제1 파장은 전자기 스펙트럼의 적색 영역에 존재할 수 있고, 제2 파장은 녹색 영역에 존재할 수 있고, 제3 파장은 청색 영역에 존재할 수 있다.In some cases, both incident light and reflected light include a second wavelength that is different from the first wavelength by at least about 50 nm (e.g., the first wavelength is 50 nm, 60 nm, 70 nm, 80 nm , 90 nm, 100 nm, or more). And, in some of these cases, the incident light and the reflected light include a third wavelength that is different by at least about 50 nm from each of the first wavelength and the second wavelength (e.g., the first wavelength is 50 to 100 nm, where the second wavelength may then be 50 to 100 nm larger than the third wavelength). For example, the first wavelength may be in the red region of the electromagnetic spectrum, the second wavelength may be in the green region, and the third wavelength may be in the blue region.

광학 반사형 디바이스에서의 격자 구조는 적어도 미터당 1.68 × 106 라디안, 적어도 미터당 5.01 × 106 라디안, 또는 적어도 미터당 1.24 × 107 라디안의 범위에 걸쳐 있는 격자 주파수(|KG|)를 갖는 하나 이상의 홀로그램들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 격자 구조는 미터당 5.10 × 105 라디안 초과 그리고 미터당 3.15 × 107 라디안 미만의 범위에 걸쳐 있는 격자 주파수들(|KG|)을 갖는 하나 이상의 홀로그램들을 포함할 수 있다.The lattice structure of the optical reflective device is at least a meter of 1.68 × 10 6 radians, at least a meter of 5.01 × 10 6 radians, or grid frequency over a range of at least a meter of 1.24 × 10 7 radians more than one having a (| | K G) Holograms. For example, the lattice structure of the meter and greater than 5.10 × 10 5 radian frequency grid that spans the range of less than 3.15 × 10 7 radians per meter may include one or more holograms having a (| | K G).

일부 예들에서, 격자 구조는 적어도 9개의 홀로그램들을 포함한다. 이러한 홀로그램들의 평균 인접 |ΔKG|는 5.0 × 103 rad/m 내지 1.0 × 107 rad/m의 범위에 존재할 수 있다.In some examples, the grating structure includes at least nine holograms. The average contiguity | K G | of these holograms may be in the range of 5.0 × 10 3 rad / m to 1.0 × 10 7 rad / m.

광학 반사형 디바이스는 출력 커플러로서 작용하도록 구성되거나 구조화될 수 있는데, 이때 입사광은 광학 반사형 디바이스 내부로부터 격자 구조 상에 입사되고 반사된 광은 광학 반사형 디바이스에서 나온다.An optically reflective device can be constructed or structured to act as an output coupler, wherein the incident light is incident on the grating structure from within the optically reflective device, and the reflected light comes from the optically reflective device.

광학 반사형 디바이스는 격자 매체에 인접한 적어도 하나의 기판을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 반사형 디바이스는 2개의 기판들을 포함할 수 있는데, 이때 격자 매체가 2개의 기판들 사이에 배치된다. 이러한 경우에, 격자 매체는 적어도 100 μm 두께의 광중합체 매체를 포함할 수 있고, 2개의 기판들은 입사광의 적어도 60% 및 반사된 광의 적어도 60%를 투과시킬 수 있다. 격자 매체 및 2개의 기판들의 굴절률들은 서로의 약 0.1 이내에 있을 수 있다.The optically reflective device may further include at least one substrate adjacent to the lattice media. For example, an optically reflective device may include two substrates, with a lattice medium disposed between the two substrates. In this case, the grating medium may comprise a photopolymer medium of at least 100 [mu] m thickness, and the two substrates may transmit at least 60% of the incident light and at least 60% of the reflected light. The refractive indices of the grating medium and the two substrates may be within about 0.1 of each other.

본 발명의 다른 실시예들은 광학 반사형 디바이스를 사용하는 방법을 포함한다. 이 방법은, 격자 매체 내에 존재하는 격자 구조를 제1 파장의 입사광으로 조명하는 단계를 포함한다. 이러한 입사광은 격자 구조에서 반사되어 제1 파장의 반사된 광을 생성한다. 입사광과 반사된 광은, 격자 매체의 표면 법선에 대해 적어도 약 2.0도만큼 기울어진 반사 축에 의해 이등분되는 각도를 형성한다. 이러한 반사 축은, 입사광이 적어도 15도에 걸쳐 있는 내부 입사각들의 범위에서 격자 매체 내의 격자 구조 상에 입사되는 경우 1도 미만으로 변한다. 일부 경우에, 반사 축은, 입사광이 적어도 30도에 걸쳐 있는 내부 입사각들의 범위에서 격자 매체 상에 입사되는 경우 1도 미만으로 변한다.Other embodiments of the invention include a method of using an optically reflective device. The method includes illuminating a grating structure present in the grating medium with incident light of a first wavelength. This incident light is reflected in the lattice structure to produce the reflected light of the first wavelength. The incident light and the reflected light form an angle bisecting by a reflection axis that is at least about 2.0 degrees from the surface normal of the grating medium. This reflection axis changes to less than one degree when the incident light is incident on the grating structure in the grating medium in the range of the internal incident angles spanning at least 15 degrees. In some cases, the reflection axis changes to less than one degree when the incident light is incident on the grating medium in the range of internal angles of incidence spanning at least 30 degrees.

이 방법의 예들에서, 격자 구조를 조명하는 단계는, 입사광을 격자 매체 안으로, 예컨대 홀로그래픽 입력 커플러, 프리즘, 또는 에지 커플링을 통해 커플링시키는 단계, 및 입사광을 격자 매체 내에서 내부 전반사시키는 단계를 포함한다. 달리 말하면, 격자 매체는 입사광을 격자 구조로 적어도 부분적으로 안내할 수 있다.In the examples of this method, the step of illuminating the grating structure comprises coupling the incident light into the grating medium, for example via a holographic input coupler, a prism, or an edge coupling, and an inner total reflection of the incident light in the grating medium . In other words, the grating medium can at least partially guide the incident light to the grating structure.

앞서 언급된 바와 같이, 입사광 및 반사된 광은 제1 파장과 적어도 약 50 nm만큼 상이한 제2 파장을 포함할 수 있다. 입사광 및 반사된 광은 또한 제1 파장 및 제2 파장 각각과 적어도 약 50 nm만큼 상이한 제3 파장을 포함할 수 있다.As noted above, incident light and reflected light may comprise a second wavelength that is different from the first wavelength by at least about 50 nm. The incident light and the reflected light may also include a third wavelength that is different by at least about 50 nm from each of the first wavelength and the second wavelength.

이 방법의 예들은 또한, 반사된 광을 격자 매체의 표면 법선에 대해 약 25도의 각도로 격자 매체 밖으로 커플링시키는 단계를 포함할 수 있다. 격자 매체는, 반사된 빔이 사람의 눈을 적어도 부분적으로 조명하도록 이러한 반사된 광을 격자 매체와 광 통신 상태에 있는 사람의 눈을 향해 커플링시킬 수 있다. 이 경우에, 격자 구조를 조명하는 단계는, 반사된 이미지가 사람의 눈에 가시적으로 보이도록 격자 구조를 이미지로 조명하는 단계를 포함할 수 있다.Examples of this method may also include coupling the reflected light out of the grating medium at an angle of about 25 degrees to the surface normal of the grating medium. The grating medium may couple this reflected light to the eye of the person in optical communication with the grating medium such that the reflected beam at least partially illuminates the human eye. In this case, illuminating the grating structure may include illuminating the grating structure with the image such that the reflected image is visible to the human eye.

본 발명의 다른 예는 이미징하는 방법을 포함한다. 이 방법은 사람의 눈과 광 통신 상태로 격자 구조를 포함하는 격자 매체를 배치하는 단계를 포함한다. 이러한 격자 매체는 표면 법선을 정의하는 근접 표면을 갖는다. 가시 이미지는 격자 매체 안으로 커플링되고, 격자 매체 내에서 적어도 하나의 내부 전반사를 통해 격자 구조로 안내된다. 격자 구조는 가시 이미지를, 표면 법선에 대해 적어도 약 2도의 각도를 형성하는 반사 축에 대해 반사시킨다. 가시 이미지는 근접 표면을 통해 사람의 눈을 향해 격자 매체 밖으로 커플링된다. 가시 이미지는 적어도 약 30도의 자유 공간에서의 시야에 걸쳐 있다.Another example of the present invention includes a method of imaging. The method includes placing a grating medium including a grating structure in a state of optical communication with a human eye. These lattice media have a proximity surface that defines the surface normal. The visible image is coupled into the grating medium and guided into the grating structure through at least one total internal reflection in the grating medium. The grating structure reflects the visible image against a reflective axis that forms an angle of at least about 2 degrees with respect to the surface normal. The visible image is coupled out of the grating medium towards the human eye through the proximity surface. The visible image spans the field of view in at least about 30 degrees of free space.

본 발명의 또 다른 예는 감광성 매체에 홀로그래픽 격자들을 기입하는 방법을 포함한다. 이 방법은 감광성 매체를 제1 프리즘의 경사 면과 제2 프리즘의 경사 면 사이에 배치하는 단계를 포함한다. 제1 빔이 감광성 매체의 제1 표면 및 제1 프리즘의 경사 면을 통해 감광성 매체 안으로 커플링된다. 이러한 제1 빔은 제1 표면의 표면 법선에 대해 제1 각도를 이룬다. 제2 빔이 감광성 매체의 제2 표면 및 제2 프리즘의 경사 면을 통해 감광성 매체 안으로 커플링된다. 이러한 제2 빔은 제1 각도의 크기와 실질적으로 동일한 크기를 갖고서 제2 표면의 표면 법선에 대해 제2 각도를 이룬다. 일부 경우에, 이 방법은 또한 감광성 매체 내에 제2 홀로그래픽 격자를 형성하기 위해 제3 빔 및 제4 빔을 감광성 매체에 간섭시키는 단계를 포함한다.Another example of the invention includes a method of writing holographic gratings in a photosensitive medium. The method includes disposing a photosensitive medium between an oblique surface of the first prism and an oblique surface of the second prism. A first beam is coupled into the photosensitive medium through the first surface of the photosensitive medium and the oblique surface of the first prism. This first beam forms a first angle with respect to the surface normal of the first surface. A second beam is coupled into the photosensitive medium through the second surface of the photosensitive medium and the oblique surface of the second prism. This second beam has a size that is substantially the same as the magnitude of the first angle and forms a second angle to the surface normal of the second surface. In some cases, the method also includes interfering the third beam and the fourth beam with the photosensitive medium to form a second holographic grating in the photosensitive medium.

본 발명의 또 다른 예는, 제1 치수에서 적어도 약 50°의 시야에 걸쳐 가시광을 반사시키도록 구조화된 적어도 하나의 격자를 갖는 홀로그래픽 광학 요소를 갖는 디바이스를 포함한다. 시야는 홀로그래픽 광학 요소의 외부에서 측정되고 홀로그래픽 광학 요소의 표면 법선에 실질적으로 중심을 둔다. 그리고, 격자는 표면 법선에 대해 적어도 약 15° 내지 약 45°의 각도로 배향되는 격자 벡터를 갖는다.Yet another example of the present invention includes a device having a holographic optical element having at least one grating structured to reflect visible light over a field of view of at least about 50 degrees in a first dimension. The field of view is measured outside the holographic optical element and is substantially centered on the surface normal of the holographic optical element. And the lattice has a lattice vector oriented at an angle of at least about 15 [deg.] To about 45 [deg.] With respect to the surface normal.

일부 구현예들에서, 홀로그래픽 광학 요소는, 시야에 걸쳐 약 400 nm 내지 약 700 nm의 범위의 파장들의 가시광을 반사시키도록 구조화된 단일 격자를 포함한다. 다른 구현예들에서, 홀로그래픽 광학 요소는 복수의 격자들을 포함하는데, 격자들 각각은 가시광의 하나의 파장에서의 입사광을 시야 내에서 상이한 각도로 반사시키도록 구조화된다. 이러한 구현예들에서, 디바이스는 또한, 복수의 격자들을 가시광으로 조명하기 위해 홀로그래픽 광학 요소와 광 통신 상태에 있는 적어도 하나의 광원을 포함할 수 있다.In some embodiments, the holographic optical element includes a single grating structured to reflect visible light at wavelengths ranging from about 400 nm to about 700 nm across the field of view. In other embodiments, the holographic optical element includes a plurality of gratings, each of which is structured to reflect incident light at one wavelength of visible light at different angles within the field of view. In such embodiments, the device may also include at least one light source in optical communication with the holographic optical element to illuminate the plurality of gratings with visible light.

시야는 제1 치수에 직교하는 제2 치수에서 적어도 약 30°일 수 있다. 또한, 반사 축과 표면 법선에 의해 형성된 각도가 약 20° 내지 약 40°일 수 있다. 그리고, 홀로그래픽 광학 요소는 가시광에 민감한 광개시제들을 실질적으로 갖지 않을 수 있다.The view may be at least about 30 [deg.] In a second dimension orthogonal to the first dimension. Also, the angle formed by the reflective axis and the surface normal may be between about 20 degrees and about 40 degrees. And, the holographic optical element may have substantially no photoinitiators sensitive to visible light.

본 발명의 다른 경우는 광을 반사시키는 방법을 포함한다. 이 방법은 홀로그래픽 광학 요소 내의 적어도 하나의 격자를 가시광으로 조명하는 단계를 포함한다. 격자는 적어도 약 50°의 시야에 걸쳐 광의 적어도 일부분을 반사시킨다. 이러한 시야는 홀로그래픽 광학 요소의 표면 법선에 대해 적어도 약 15° 내지 약 45°의 각도를 형성하는 반사 축에 중심을 둔다.Another aspect of the invention includes a method of reflecting light. The method includes illuminating at least one grating in the holographic optical element with visible light. The grating reflects at least a portion of the light over a field of view of at least about 50 [deg.]. This view is centered on the reflective axis which forms an angle of at least about 15 [deg.] To about 45 [deg.] With respect to the surface normal of the holographic optical element.

본 발명의 또 다른 경우는 홀로그래픽 광학 요소를 제조하는 방법(및 생성된 홀로그래픽 광학 요소)을 포함한다. 이 방법은 제1 격자를 형성하기 위해 홀로그래픽 기록 매체 내부에서 제1 빔 및 제2 빔을 간섭시키는 단계를 포함한다. 홀로그래픽 기록 매체는 평표면을 갖는다. 제1 격자는 적어도 약 50°의 시야에 걸쳐 제1 가시광 파장의 입사광을 반사시키도록 구조화된다. 이러한 시야는 홀로그래픽 광학 요소의 평표면의 표면 법선에 대해 적어도 약 15° 내지 약 45°의 각도를 형성하는 반사 축에 중심을 둔다. 일부 경우에, 제1 빔 및 제2 빔을 간섭시키는 단계는, 제1 프리즘의 경사 표면을 통해 제1 빔을 홀로그래픽 기록 매체 안으로 커플링시키는 단계 및 제2 프리즘의 경사 표면을 통해 제2 빔을 홀로그래픽 기록 매체 안으로 커플링시키는 단계를 포함한다.Yet another aspect of the present invention includes a method of producing a holographic optical element (and a generated holographic optical element). The method includes interfering the first beam and the second beam within the holographic recording medium to form a first grating. The holographic recording medium has a flat surface. The first grating is structured to reflect incident light of a first visible light wavelength over a field of view of at least about 50 [deg.]. This view is centered on the reflective axis which forms an angle of at least about 15 [deg.] To about 45 [deg.] With respect to the surface normal of the planar surface of the holographic optical element. In some cases, interfering the first beam and the second beam includes coupling the first beam into the holographic recording medium through the oblique surface of the first prism and coupling the second beam through the oblique surface of the second prism, Into the holographic recording medium.

본 발명의 또 다른 경우는 복수의 반사 격자들을 갖는 홀로그래픽 광학 요소를 포함하는 디바이스를 포함한다. 복수의 반사 격자들 중 각각의 반사 격자는, 홀로그래픽 광학 요소의 표면 법선과 약 15° 내지 약 45°의 각도를 형성하는 격자 벡터(KG) 및 적어도 미터당 2.00 × 105 라디안의 격자 주파수 (|KG|)를 갖는다.Yet another aspect of the present invention includes a device comprising a holographic optical element having a plurality of reflective gratings. A plurality of reflection gratings, each of the reflection grating of the can, alone vector lattice to form a surface angle in the normal and about 15 ° to about 45 ° of the graphic optical element (K G) and at least a meter of 2.00 × 10 5 radians of the grid frequency ( | K G |).

전술한 개념들 및 아래에서 더욱 상세하게 논의되는 추가적인 개념들의 모든 조합들은(그러한 개념들이 상호 모순되지 않는다면) 본 명세서에 개시된 본 발명의 주제의 일부이다. 특히, 본 발명의 말미에 나타나는 청구된 주제의 모든 조합들은 본 명세서에 개시된 본 발명의 주제의 일부이다. 참고로 포함되는 임의의 개시내용에 또한 나타날 수 있는 본 명세서에 사용되는 용어는 본 명세서에 개시된 특정 개념들과 가장 일치하는 의미를 부여받아야 한다.All of the above concepts and all combinations of additional concepts discussed in more detail below are part of the subject matter of the invention disclosed herein (unless such concepts are mutually contradictory). In particular, all combinations of claimed subject matter appearing at the end of the present invention are part of the subject matter of the present disclosure disclosed herein. The terms used herein, which may also appear in the context of any disclosure included herein, are to be accorded the best meaning consistent with the specific concepts disclosed herein.

당업자는, 도면들이 주로 예시 목적을 위한 것이고 본 명세서에 기술되는 본 발명의 주제의 범주를 제한하는 것으로 의도되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 도면은 반드시 축척대로 도시되지는 않고; 일부 경우에, 본 명세서에 개시되는 본 발명의 주제의 다양한 태양들은, 상이한 특징들의 이해를 용이하게 하기 위해 도면들에서 과장되거나 또는 확대되어 도시될 수 있다. 도면들에서, 유사한 도면 부호들은 일반적으로 유사한 특징부들(예컨대, 기능적으로 유사하고/하거나 구조적으로 유사한 요소들)을 지칭한다.
도 1은 비교적 좁은 시야를 갖는 홀로그래픽 스큐 미러를 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 각각 입사 빔을 갖지 않는 경우 및 그를 갖는 경우의 도 1에 도시된 홀로그래픽 스큐 미러의 k-공간 표현을 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 홀로그래픽 스큐 미러들을 제조하기에 적합한 면내(in-plane) 홀로그래픽 기록 시스템을 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 각각 도 3a 및 도 3b의 면내 홀로그래픽 기록 기하형상을 사용하여 홀로그래픽 스큐 미러를 제조하는 k-공간 표현들을 도시한다.
도 5a 및 도 5c는 면외(out-of-plane) 홀로그래픽 스큐 미러 기입 기하형상의 실제 공간 사시도들을 도시한다.
도 5b 및 도 5d는 각각 도 5a 및 도 5c에 도시된 실제 공간 도면들의 k-공간 표현들을 도시한다.
도 6은 면내 및 면외 홀로그래픽 스큐 미러 기록 기하형상들 양쪽 모두로 달성가능한 각도 기록 대역들을 도시하는 플롯이다.
도 7a 내지 도 7c는 광시야들을 갖는 홀로그래픽 스큐 미러들을 기입하기 위한 전체 내부 지표각 확장 회전(Total Internal Grazing-Extension Rotation, TIGER) 프리즘들 사이에 개재된 홀로그래픽 기록 매체의 상이한 도면들을 도시한다.
도 7d는 도 7a 내지 도 7c의 홀로그래픽 기록 기하형상에 사용되는 TIGER 프리즘들의 사시도를 도시한다.
도 8a 내지 도 8c는 도 7a 내지 도 7c에 도시된 TIGER 프리즘들 및 면외 홀로그래픽 기록 기하형상을 갖는 홀로그래픽 기록 시스템을 도시한다.
도 9는 쐐기들의 쌍들을 사용하는 각도 보정을 예시한다.
도 10은 면외 홀로그래픽 기록 시스템을 사용하여 이루어진 60° 대각선 시야(53.4° 수평 시야, 31.6° 수평 시야, 및 16:9 종횡비)를 갖는 홀로그래픽 스큐 입력/출력 커플러의 평면도를 도시한다.
도 11은 도 10의 홀로그래픽 스큐 미러에서의 제1 및 제228 격자들에 대한 기록 빔들의 k-공간 표현을 도시한다.
도 12는 53.4° 시야 홀로그래픽 스큐 미러 출력 커플러에 대한 스큐 미러 내부 각도 기록 대역들의 플롯이다.
도 13은 도파관에 커플링된 53.4° 수평 시야 및 31.6° 수직 시야를 갖는 실험적으로 실현된 홀로그래픽 스큐 출력 커플러를 예시한다.
도 14는 도 13의 홀로그래픽 스큐 미러의 변조 전달 함수(modulation transfer function, MTF) 플롯들의 모자이크이다.
도 15는 광시야 홀로그래픽 스큐 미러를 갖는 헤드 마운트 디스플레이(head-mounted display)를 도시한다.
Those skilled in the art will appreciate that the drawings are primarily for illustrative purposes and are not intended to limit the scope of the subject matter of the invention described herein. The drawings are not necessarily drawn to scale; In some instances, various aspects of the inventive subject matter disclosed herein may be exaggerated or enlarged in the drawings to facilitate an understanding of the different features. In the drawings, like reference numbers generally refer to similar features (e.g., functionally similar and / or structurally similar elements).
Figure 1 shows a holographic skew mirror with a relatively narrow field of view.
2A and 2B illustrate a k-space representation of the holographic skew mirror shown in FIG. 1, respectively, when and without an incident beam.
Figures 3A and 3B illustrate an in-plane holographic recording system suitable for manufacturing holographic skew mirrors.
Figures 4A and 4B illustrate k-space representations of fabricating a holographic skew mirror using the in-plane holographic recording geometry of Figures 3A and 3B, respectively.
Figures 5A and 5C show actual spatial views of an out-of-plane holographic skew mirror fill geometry.
Figures 5B and 5D show k-space representations of the actual spatial representations shown in Figures 5A and 5C, respectively.
Figure 6 is a plot showing the angular recording bands achievable both in in-plane and out-of-plane holographic skew mirror recording geometries.
Figures 7A-7C show different views of a holographic recording medium interposed between total internal Grazing-Extension Rotation (TIGER) prisms for writing holographic skew mirrors with wide fields of view .
Figure 7d shows a perspective view of TIGER prisms used in the holographic recording geometry of Figures 7a-7c.
Figures 8A-8C illustrate a holographic recording system with TIGER prisms and out-of-plane holographic recording geometries shown in Figures 7A-7C.
Figure 9 illustrates an angle correction using pairs of wedges.
Figure 10 shows a plan view of a holographic skew input / output coupler having a 60 ° diagonal view (53.4 ° horizontal view, 31.6 ° horizontal view, and 16: 9 aspect ratio) made using an out-of-plane holographic recording system.
11 shows a k-space representation of the recording beams for the first and 228 grids in the holographic skew mirror of FIG.
12 is a plot of skew mirror internal angle write bands for a 53.4 < RTI ID = 0.0 > viewfield holographic skew mirror output coupler. ≪ / RTI >
Figure 13 illustrates an experimentally realized holographic skew output coupler having a 53.4 degree horizontal view and a 31.6 degree vertical view coupled to a waveguide.
Figure 14 is a mosaic of modulation transfer function (MTF) plots of the holographic skew mirror of Figure 13;
Figure 15 shows a head-mounted display with a wide field of view holographic skew mirror.

홀로그래픽 스큐 미러Holographic skew mirror

도 1은 홀로그래픽 스큐 미러(100)의 실제 공간 표현을 도시한다. 이러한 홀로그래픽 스큐 미러(100)는, 홀로그래픽 격자 매체(110), 예컨대 미국 콜로라도주 롱몬트 소재의 Akonia Holographics LLC로부터의 Tapestry® 홀로그래픽 광중합체 매체, 또는 독일 레버쿠젠 소재의 Covestro AG로부터의 Bayfol® HX200 광 감응형 자체 현상(self-developing) 광중합체 필름에 기록된 격자 구조(120)를 포함한다. 격자 구조(120)는 많은 이산 홀로그래픽 격자들을 포함할 수 있는데, 이들 홀로그래픽 격자들 각각은 좁은 범위의 각도들 및/또는 파장들에 걸쳐 광을 반사시킨다.FIG. 1 shows an actual spatial representation of a holographic skew mirror 100. These holographic skew mirror 100 has a holographic grating medium 110, e.g., Colorado, USA Longmont of Akonia Holographics Tapestry ® holographic photopolymer medium from LLC, or Leverkusen, Germany Bayfol from Covestro AG material ® Lt; RTI ID = 0.0 > HX200 < / RTI > photoreceptive self-developing photopolymer film. The grating structure 120 may include many discrete holographic gratings, each of which reflects light over a narrow range of angles and / or wavelengths.

이 경우에, 격자 구조(120)는, 스큐 축(121) 및 반사 축 양쪽 모두를 정의하는 많은 홀로그래픽 격자들을 포함한다. 각각의 홀로그래픽 격자에 대한 격자 벡터는 스큐 축(121)에 평행하거나 또는 그와 일치하는데, 스큐 축은 홀로그래픽 격자 매체(110)의 표면 법선(111)에 대해 스큐 각도(Ø)를 이룬다. 앞서 간략하게 언급된 바와 같이, 각각의 홀로그래픽 격자는 특정 파장 또는 일정 범위의 파장들의 광을 특정 범위의 내부 입사각들에 걸쳐 반사시키는데, 내부 입사각들은 홀로그래픽 격자 매체(110) 내에서 측정된 바와 같은 격자 구조(120) 상의 입사각들이다. 각각의 홀로그래픽 격자가 입사광을 반사시키는 축이 반사 축으로 불린다.In this case, the grating structure 120 includes many holographic gratings that define both the skew axis 121 and the reflective axis. Lattice vector for each holographic grating forms a skew angle (Ø) to the surface normal 111 of the in parallel to or match the skew shaft 121, the skew lattice axes graphic medium 110 alone. As mentioned briefly above, each holographic grating reflects light of a particular wavelength or range of wavelengths over a certain range of internal angles of incidence, wherein the internal angles of incidence are measured in the holographic grating medium 110, Are incident angles on the same grating structure 120. The axis through which each holographic grating reflects incident light is called the reflective axis.

각각의 홀로그래픽 격자의 반사 축은 파장에 따라 스큐 축(121)과 약간, 예컨대 약 0.1° 미만, 0.01° 미만, 0.001° 미만 등만큼 다를 수 있다. 이러한 매우 약간의 편차를 고려하여, 스큐 축/반사 축은, 스큐 미러의 제조를 언급할 때(예를 들어, 스큐 미러 격자 매체에 홀로그램을 기록하는 것을 기술할 때) 스큐 축으로, 그리고 스큐 미러의 광 반사 특성들을 언급할 때 반사 축으로 불릴 수 있다.The reflection axis of each holographic grating may differ slightly from the skew axis 121 by, for example, less than about 0.1 DEG, less than 0.01 DEG, less than 0.001 DEG, etc. depending on the wavelength. In view of this very slight deviation, the skew axis / reflection axis can be used as a skew axis when referring to the manufacture of a skew mirror (for example, when describing the recording of a hologram in a skew mirror grating medium) When referring to light reflection properties, it can be referred to as the reflection axis.

(홀로그램들의 집합에 대한 평균 스큐 각도를 포함하는) 홀로그램에 대한 평균 스큐 각도는, 반사 축 각도와 실질적으로 동일할 수 있고, 이는 스큐 각도 또는 평균 스큐 각도가 반사 축 각도의 1.0°, 0.1°, 0.05°, 0.02°, 0.0167°(1 arcmin), 또는 그 이하 이내에 있음을 의미한다. 본 발명의 이점을 고려하여, 당업자들은, 스큐 각도 및 반사 축 각도가 이론적으로 동일할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 그러나, 시스템 정밀도 및 정확도의 제한들, 홀로그램들을 기록하는 동안 발생하는 기록 매체의 수축, 및 오차의 다른 공급원들로 인해, 기록 빔 각도들에 기초하여 측정되거나 추정되는 바와 같은 스큐 각도 또는 평균 스큐 각도는, 스큐 미러에 의해 반사되는 광의 반사각들 및 입사각들에 의해 측정되는 바와 같은 반사 축 각도와 완벽하게 매칭되지 않을 수 있다. 이러한 편차는 단일 홀로그램 레벨에서 발생하고, 홀로그램의 두께에 반비례한다. 그럼에도 불구하고, 매체 수축 및 시스템 결함들이 스큐 각도 및 반사 축 각도를 추정하는 데에 있어서 오차들에 기여하더라도, 기록 빔 각도들에 기초하여 결정되는 스큐 각도는, 입사광 및 그의 반사의 각도들에 기초하여 결정되는 반사 축 각도의 1.0°, 0.1°, 0.05°, 0.02°, 0.0167°, 또는 그 이하 이내일 수 있다.The average skew angle for the hologram (which includes the average skew angle for the set of holograms) may be substantially the same as the angle of the reflection axis, which means that the skew angle or average skew angle is 1.0, 0.1, 0.05 °, 0.02 °, 0.0167 ° (1 arcmin), or less. In view of the advantages of the present invention, those skilled in the art will recognize that the skew angle and the angle of the reflection axis can be theoretically the same. However, due to limitations of system accuracy and accuracy, shrinkage of the recording medium that occurs while recording the holograms, and other sources of error, the skew angle or the average skew angle, as measured or estimated based on the recording beam angles, May not perfectly match the reflection axis angles as measured by the reflection angles and incidence angles of light reflected by the skew mirror. This deviation occurs at a single hologram level and is inversely proportional to the thickness of the hologram. Nonetheless, even if media shrinkage and system defects contribute to errors in estimating the skew angle and the reflective axis angle, the skew angle determined based on the recording beam angles is based on the angles of the incident light and its reflection 0.1 degrees, 0.05 degrees, 0.02 degrees, 0.0167 degrees, or less of the angle of the reflection axis determined by the following equation.

도 1에서, 가시광의 입사 빔(101')이 스큐 축(121)에 대해 각도(θ i ')로 홀로그래픽 격자 매체(110)의 표면(112)에 충돌한다. 이러한 빔(101')은 단색, 다색, 또는 광대역 가시광 빔일 수 있다. 홀로그래픽 격자 매체(110)는 주위 공기보다 더 높은 굴절률을 가져서, 입사 빔(101')이 표면(112)에서 굴절되어 굴절된 입사 빔(101)을 형성하도록 한다. 굴절된 입사 빔(101)은 스큐 축(121)에 대해 각도(θ i )로 체적 홀로그램(120)을 조명한다. 각도(θ i )는 또한, 그것이 홀로그래픽 격자 매체(110) 내부에서 측정되는 체적 홀로그램(120) 상의 입사각이기 때문에 내부 입사각으로 불린다.In FIG. 1, an incident beam 101 'of visible light impinges on the surface 112 of the holographic grating medium 110 at an angle ? I ' relative to the skew axis 121. This beam 101 'may be a monochromatic, multicolor, or broadband visible light beam. The holographic grating medium 110 has a refractive index that is higher than ambient air so that the incident beam 101 'is refracted at the surface 112 to form the refracted incident beam 101. The refracted incident beam 101 illuminates the volume hologram 120 at an angle [ theta] i with respect to the skew axis 121. [ The angle [ theta] i is also referred to as the internal angle of incidence because it is the angle of incidence on the volume hologram 120 measured inside the holographic grating medium 110. [

체적 홀로그램(120)은 굴절된 입사 빔(101)의 적어도 일부분을 스큐 축(121)에 대해 각도(θ r )로 반사시킨다. 각도(θ r )는 또한 내부 반사각으로 불리고, 도 1에 도시된 바와 같이 내부 입사각(θ i )과 동일하다. 달리 말하면, 스큐 축(121)은 내부 입사각(θ i )의 두 배와 같은 각도를 이등분한다.The volume hologram 120 reflects at least a portion of the refracted incident beam 101 at an angle ? R with respect to the skew axis 121. The angle [ theta] r is also referred to as an internal reflection angle and is equal to the internal incident angle [ theta] i as shown in Fig. In other words, the skew axis 121 bisects an angle equal to twice the internal incidence angle [ theta] i .

굴절된 입사 빔(101)의 반사된 부분은 주 반사된 빔(103)으로 불린다. 주 반사된 빔(103)은 홀로그래픽 격자 매체(110)의 표면(112)에 충돌한다. 그것은 이러한 경계에서 굴절되어, 스큐 축(121)에 대해 각도(θ r ')로 굴절된 주 반사된 빔(103')을 형성한다. 홀로그래픽 격자 매체(110) 외부의 자유 공간에서 측정된 바와 같은, 홀로그래픽 스큐 미러의 시야는 외부 반사각들(θ r ' )의 범위에 의해 결정된다.The reflected portion of the refracted incident beam 101 is referred to as the primarily reflected beam 103. The primary reflected beam 103 impinges on the surface 112 of the holographic grating medium 110. It is refracted at this boundary to form a primarily reflected beam 103 'that is refracted at an angle r ' relative to the skew axis 121. The field of view of the holographic skew mirror, as measured in the free space outside the holographic grating medium 110, is determined by the range of external reflection angles ? R ' .

홀로그래픽 스큐 미러의 k-공간 표현K-space representation of holographic skew mirrors

도 2a 및 도 2b는 각각 입사 빔(101) 및 주 반사된 빔(103)을 갖지 않는 경우 및 그들을 갖는 경우의 도 1에 도시된 홀로그래픽 스큐 미러(100)의 k-공간 표현을 도시한다. 당업자에 의해 용이하게 이해되는 바와 같이, 이러한 k-공간 표현은 다수의 동심원들을 포함하는데, 동심원들 각각은 홀로그래픽 매체에서 특정 파장의 광에 대한, 광학 전파 벡터들 또는 파수 벡터들을 표현하는 k-구(k-sphere)의 2차원 투영이다. 파수 벡터의 길이는 하기로서 표현될 수 있다:2A and 2B illustrate a k-space representation of the holographic skew mirror 100 shown in FIG. 1 in the case of and without the incident beam 101 and the primarily reflected beam 103, respectively. As will be readily understood by those skilled in the art, this k-space representation comprises a plurality of concentric circles, each of which is a k-space representation of optical propagation vectors or wave numbers vectors for light of a particular wavelength in a holographic medium, Is a two-dimensional projection of a k-sphere. The length of the wavenumber vector can be expressed as:

Figure pct00001
,
Figure pct00001
,

여기서, n은 굴절률이고 λ는 파장이다.Here, n is the refractive index and ? Is the wavelength.

홀로그래픽 격자 매체(110)를 포함하는, 일반적으로 분산형인 매체에서, 파수 벡터들(및 그에 따라서 k-구 반경들)은 더 짧은 파장들보다 더 길다. 따라서, 최내측 원(290)은 홀로그래픽 격자 매체(110)에서의 적색 광에 대한 파수 벡터들을 표현하고, 2번째 최내측 원(291)은 홀로그래픽 격자 매체(110)에서의 녹색 광에 대한 파수 벡터들을 표현하고, 2번째 최외측 원(292)은 홀로그래픽 격자 매체(110)에서의 청색 광에 대한 파수 벡터들을 표현하고, 최외측 원(293)은 홀로그래픽 격자 매체(110)에서의 기록 파장의 파수 벡터들을 표현한다.In a generally distributed medium, including the holographic grating medium 110, the wavevectors vectors (and hence the k-spherical radii) are longer than the shorter wavelengths. Thus, the innermost circle 290 represents the wavenumber vectors for the red light in the holographic grating medium 110, the second innermost circle 291 represents the wavenumber vectors for the red light in the holographic grating medium 110, The second outermost circle 292 represents the wavenumber vectors for the blue light in the holographic grating medium 110 and the outermost circle 293 represents the wavenumber vectors for the blue light in the holographic grating medium 110, And expresses the wave number vectors of the recording wavelength.

도 2a 및 도 2b는 또한, k-공간에서 격자 벡터들(KG)의 분포가 반사/스큐 축(121)에 평행한 라인 세그먼트형 분포로서 나타나는 체적 홀로그램(120)을 도시한다. 도 2b는 또한 체적 홀로그램의 격자 벡터에 대해 입사 굴절된 빔(101) 및 주 반사된 빔(103)의 파수 벡터들을 도시한다. k-공간에서, 주 반사된 빔(103)의 파수 벡터는, 체적 홀로그램의 격자 벡터와 입사 굴절된 빔(101)의 파수 벡터의 벡터 합이다.2A and 2B also show a volume hologram 120 in which the distribution of the grating vectors K G in k-space appears as a line segmented distribution parallel to the reflection / skew axis 121. Figure 2B also shows the wave number vectors of the incident refracted beam 101 and the primarily reflected beam 103 for the lattice vector of the volume hologram. In the k-space, the wave number vector of the primarily reflected beam 103 is the vector sum of the lattice vector of the volume hologram and the wave number vector of the incident refracted beam 101.

면내 홀로그래픽 스큐 미러 기록 시스템In-plane holographic skew mirror recording system

도 3a 및 도 3b는, 면내 기록 프리즘들(330a, 330b)(집합적으로, 면내 기록 프리즘들(330))을 사용하여 홀로그래픽 기록 매체(310) - 이는 한 쌍의 투명 기판들(도시되지 않음) 사이에 배치됨- 안으로 광을 커플링시키게 하는 스큐 미러 기록 시스템(300)을 예시한다. 기록 매체(310) 및 기판들은 면내 기록 프리즘들(330) 사이에 개재되어서, 기록 빔들(331)로도 불리는 신호 빔(331a) 및 참조 빔(331b)이, 면내 기록 프리즘들(330)이 존재하지 않은 경우 기판-공기 경계에서 내부 전반사(TIR)를 생성하는 각도들로 홀로그래픽 기록 매체(310) 안으로 도입될 수 있도록 한다. 면내 기록 프리즘들은 전형적으로 기판들에 굴절률-매칭되고, 프리즘/기판 경계들에서의 반사 및 굴절을 감소시키기 위해 프리즘들(330)과 기판들(도시하지 않음) 사이의 경계에 굴절률-매칭 유체가 적용될 수 있다. 실제로, 굴절률-매칭은, 홀로그래픽 기록 매체(310), 기판들, 및 프리즘들(330)의 굴절률들이 약 0.1 이하 이내에 있다는 것을 의미할 수 있다.3A and 3B illustrate a holographic recording medium 310 using a pair of in-plane recording prisms 330a and 330b (collectively, in-plane recording prisms 330) - to couple the light into it. The recording medium 310 and the substrates are interposed between the in-plane recording prisms 330 such that the signal beam 331a and the reference beam 331b, which are also referred to as recording beams 331, To be introduced into the holographic recording medium 310 at angles that produce an internal total reflection (TIR) at the substrate-air interface. The in-plane recording prisms are typically index-matched to the substrates, and a refractive-matching fluid (not shown) is formed at the interface between the prisms 330 and the substrates (not shown) to reduce reflections and reflections at the prism / Can be applied. Indeed, the refractive index-matching may mean that the refractive indices of the holographic recording medium 310, the substrates, and the prisms 330 are within about 0.1 or less.

미러들(350a, 350b)(집합적으로, 미러들(350))은 각각 프리즘들(330a, 330b)을 통해 기록 빔들(331a, 331b)을 각각 홀로그래픽 기록 매체(310) 안으로 반사시킨다. 각각의 미러(350a, 350b)는, 대응하는 기록 빔(331a, 331b)이 대응하는 프리즘(330a, 330b)의 베이스를 조명하도록 기록 빔을 지향시키기 위해 배향된다. 기록 빔들(331)은 공기/베이스 계면에서 굴절되고, 이어서 홀로그래픽 매체(310) 안으로 전파할 수 있는데, 여기서 그들은 간섭하여, 홀로그래픽 기록 매체(310)에 의해 기록되는 (반사) 격자를 생성한다. 홀로그래픽 기록 매체(310) 및 프리즘들(330)은 병진 스테이지(도시되지 않음)를 사용하여 미러들(350)에 대해 z G 축을 따라 전후로 병진되고, 미러들(350)은 도 3b에 도시된 바와 같이 스큐 미러를 구성하는 일련의 격자들을 기록하기 위해 회전된다.The mirrors 350a and 350b (collectively, the mirrors 350) reflect the recording beams 331a and 331b, respectively, into the holographic recording medium 310 through the prisms 330a and 330b. Each of the mirrors 350a and 350b is oriented so that the corresponding recording beam 331a or 331b directs the recording beam to illuminate the base of the corresponding prism 330a or 330b. Recording beams 331 are refracted at the air / base interface and then propagated into the holographic media 310 where they interfere to produce a (reflective) grating that is recorded by the holographic recording medium 310 . The holographic recording medium 310 and the prisms 330 are translated back and forth along the z G axis with respect to the mirrors 350 using a translation stage (not shown) Is rotated to record a series of gratings that make up the skew mirror as shown.

도 3a 및 도 3b는 또한, 면내 프리즘들의 경우에 대해 글로벌, 또는 기록기 좌표들(x G , y G , z G )을 예시한다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 글로벌 좌표들의 원점은 홀로그래픽 기록 매체(310)의 기록 층의 중심에서의 출력 커플러의 중심에 있는 것으로 정의된다. 기록을 위한 글로벌 각도(θG)는 홀로그래픽 기록 매체(310)/프리즘(330a) 내에서 x G 축에 대한 기록 빔(331a)의 각도로서 정의된다. 다른 기록 빔(331b)의 공칭 각도가 180o ― θG(표시되지 않음)이어서, 기록된 격자 벡터들이 실질적으로 x G 축과 정렬되게 된다는 것에 유의한다. 홀로그래픽 기록 매체(310)/프리즘(330a) 내에서, 기록 빔들(331) 사이의 각도, 또는 빔간 각도는 α로서 표시된다. 글로벌 스큐 각도는 x G 축과 z 축 사이의 각도이고, Ø G 로서 표시된다.Figures 3a and 3b also illustrate global or recorder coordinates ( x G , y G , z G ) for the case of in-plane prisms. The origin of the global coordinates shown in FIGS. 3A and 3B is defined as being at the center of the output coupler at the center of the recording layer of the holographic recording medium 310. Global angle (θ G) for recording is defined as the angle of the recording beam (331a) on the x-axis G in the holographic recording medium 310 / prism (330a). Note that the nominal angle of the other recording beam 331b is 180 o -? G (not shown), so that the recorded lattice vectors are substantially aligned with the x G axis. Alone angle between graphical recording medium (310) / prism (330a) in the recording beams 331, or bimgan angle is denoted as α. The global skew angle is the angle between the x G and z axes, denoted as Ø G.

본 발명의 이점을 고려하여, 당업자는, 표준 좌표들(홀로그래픽 기록 매체(310)의 기준 프레임에서의 직교 좌표들)이 하기에 의해 면내 프리즘들의 경우에 대한 글로벌 좌표들로 변환될 수 있음을 확인할 것이다In view of the advantages of the present invention, those skilled in the art will appreciate that standard coordinates (Cartesian coordinates in the reference frame of the holographic recording medium 310) can be transformed into global coordinates for the case of in-plane prisms by I will confirm

Figure pct00002
Figure pct00002

글로벌 좌표들로부터 표준 좌표들로의 변환은 또한 쉽게 도출될 수 있다.Conversion of global coordinates to standard coordinates can also be easily derived.

글로벌 좌표 프레임에서, 홀로그래픽 기록 매체(310)의 표면 법선은 z G 축에 대해 각도(Ø G )(글로벌 스큐 각도)를 이룬다. 다시 말하면, 홀로그래픽 기록 매체(310)와 z G 축 사이의 각도는 홀로그래픽 스큐 미러의 스큐 축을 설정한다. 이러한 스큐 축은, 스테이지들 및 장착부(mount)들의 적절한 조합을 사용하여, 예컨대 기록 빔들(331)에 대해 홀로그래픽 기록 매체(310) 및 프리즘들(330)을 회전시킴으로써 변경될 수 있다.In the global coordinate frame, the surface normal of the graphic recording medium 310 alone, forms an angle G) (global skew angle) for the G z axis. In other words, the angle between the holographic recording medium 310 and the z G axis sets the skew axis of the holographic skew mirror. This skew axis can be changed by rotating the holographic recording medium 310 and the prisms 330, for example, with respect to the recording beams 331, using an appropriate combination of stages and mounts.

홀로그래픽 스큐 미러들 및 홀로그래픽 스큐 미러들을 제조하고 사용하는 방법들에 대한 더 많은 정보에 대해서는, 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2016년 6월 6일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Skew Mirrors, Methods of Use, and Methods of Manufacture"인 미국 출원 제15/174,938호를 참조하라.For more information on methods of making and using holographic skew mirrors and holographic skew mirrors, refer to Skew Mirrors, filed June 6, 2016, the entirety of which is incorporated herein by reference, Methods of Use, and Methods of Manufacture ", which is incorporated herein by reference in its entirety.

면내 기록에 의한 시야에 대한 제약Constraints on field of view by in-plane recording

유감스럽게도, 면내 기록 시스템들은 일반적으로 광시야들을 갖는 홀로그래픽 스큐 미러들을 제조하는 데 사용될 수 없다. 이는 홀로그래픽 스큐 미러에 대한 체적 홀로그래픽 격자들을 기록하는 데 사용되는 빔들의 파장들 및 기하형상에 대한 제약들 때문이다. 이러한 제약들은 스큐 각도, 반사각을 결정하는 격자 주파수, 및 통상 전자기 스펙트럼의 진청색 영역(예컨대, 400 nm 내지 430 nm)에 있는 기록 빔 파장과 통상 전자기 스펙트럼의 가시광 영역에 있는 판독 빔 파장 사이의 차이를 포함한다.Unfortunately, in-plane recording systems can not generally be used to fabricate holographic skew mirrors with wide fields of view. This is due to constraints on the wavelengths and geometry of the beams used to record the volume holographic gratings for the holographic skew mirror. These constraints include the difference between the skew angle, the grating frequency that determines the angle of reflection, and the difference between the write beam wavelength in the dark blue region (typically 400 nm to 430 nm) of the normal electromagnetic spectrum and the read beam wavelength in the visible region of the electromagnetic spectrum .

앞서 간략하게 언급된 바와 같이, 격자 파수 벡터의 크기로서 표현될 수 있는 홀로그래픽 격자의 격자 주파수(|KG|)는 그의 반사각을 결정한다: 격자 주파수가 작을수록 반사각이 크다. 스큐 미러의 경우, 시야를 증가시키거나 넓히기 위해 격자 구조에서의 격자 벡터 크기들의 범위를 증가시키는 것이 필요하다. 그러나, 홀로그래픽 기록 매체의 굴절률 및 스큐 각도 양쪽 모두는, 도 3a 및 도 3b에 도시된 것들과 같이 면내 프리즘들을 통해 액세스될 수 있는 기록 각도들의 범위를 제한한다. 스큐 각도들 및 기록 빔들 사이의 각도들의 소정의 조합들의 경우, 기록 빔들 중 하나 또는 양쪽 모두가 홀로그래픽 기록 매체 표면에 평행하게 되어, 불가능하지는 않더라도, 홀로그래픽 기록 매체 내에서 기록 빔들을 간섭하는 것을 어렵게 할 수 있다.As briefly mentioned above, the grating frequency (| K G |) of the holographic grating, which can be expressed as the magnitude of the lattice wavevector, determines its reflection angle: the smaller the grating frequency, the greater the reflection angle. In the case of a skew mirror, it is necessary to increase the range of grating vector sizes in the grating structure to increase or widen the field of view. However, both the refractive index and the skew angle of the holographic recording medium limit the range of recording angles that can be accessed through in-plane prisms, such as those shown in Figs. 3A and 3B. In the case of certain combinations of skew angles and angles between recording beams, one or both of the recording beams become parallel to the holographic recording medium surface, which, if not impossible, interferes with recording beams in the holographic recording medium It can be difficult.

이러한 기하학적 제약들이 홀로그래픽 스큐 미러의 시야를 어떻게 제한하는지를 알기 위하여, 도 3a 및 도 3b에 도시된 면내 기록 시스템(300)을 고려한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 하나의 기록 빔(331b')은, 다른 기록 빔(331a')에 의해 이루어진 것보다 기록 매체(310)의 표면에 대해 더 가파른(더 높은) 지표각을 이룬다. 이러한 지표각을 증가시키는 것은, 홀로그래픽 기록 매체에 의해 기록되는 홀로그래픽 격자의 공간 주파수(크기)를 감소시키는데, 이는 이어서 스큐 미러의 시야를 증가시킨다. 유감스럽게도, 지표각을 증가시키는 것은, 프리즘들(330)과 홀로그래픽 기록 매체(310) 사이의 굴절률 미스매칭 및 수차 효과들을 확대하기 때문에 기록 품질을 열화시킬 수 있다.To see how these geometric constraints limit the field of view of the holographic skew mirror, consider the in-plane recording system 300 shown in Figures 3A and 3B. As shown in FIG. 3B, one recording beam 331b 'makes a steep (higher) surface angle with respect to the surface of the recording medium 310 than that made by the other recording beam 331a'. Increasing such an angle of the land reduces the spatial frequency (size) of the holographic grating recorded by the holographic recording medium, which in turn increases the field of view of the skew mirror. Unfortunately, increasing the ground angle can degrade the recording quality because it enlarges the refractive index mismatching and aberration effects between the prisms 330 and the holographic recording medium 310.

게다가, 스넬의 법칙(Snell's Law)이 최대 지표각을 제한할 수 있다(정확한 제한은 기록 파장, 기록 매체 및 주위 매체들의 굴절률들, 및 스큐 각도에 의존한다). 이러한 제한을 초과하면, 기록 빔(331b')은 홀로그래픽 기록 매체(310) 안으로 커플링하는 대신에 그에서 반사될 수 있다. 지표각에 대한 상한은 더 낮은 주파수 홀로그램들을 기록하는 능력을 제한할 수 있는데, 이는 특히 큰 스큐 각도들의 경우, 일부 색상들에 대한 스큐 미러의 시야를 제한할 수 있다.In addition, Snell's Law can limit the maximum surface angle (exact limits depend on the recording wavelength, the refractive indices of the recording medium and the surrounding medium, and the skew angle). Exceeding this limit, the recording beam 331b 'may be reflected at it instead of coupling into the holographic recording medium 310. The upper limit for the ground angle may limit the ability to record lower frequency holograms, which may limit the view of the skew mirror for some colors, especially for large skew angles.

도 4a 및 도 4b는 각각 도 3a 및 도 3b에서의 면내 기록 기하형상들의 k-공간 표현들을 도시한다. 도 4a에서, 기록 빔들(331a, 331b)은 홀로그래픽 기록 매체 상에 입사되어서, 그들의 파수 벡터들이 빔간 각도(α)를 형성하고 스큐 축(421)에 평행한 격자 벡터(KG)를 갖는 홀로그래픽 격자를 기록하도록 한다. 도 4b에서, 기록 빔들(331a', 331b')은 홀로그래픽 기록 매체 상에 입사되어서, 그들의 파수 벡터들이 빔간 각도(α')를 형성하고 스큐 축(421)에 또한 평행한 격자 벡터(KG')를 갖는 홀로그래픽 격자를 기록하도록 한다.Figures 4A and 4B show k-space representations of in-plane record geometry in Figures 3A and 3B, respectively. In Figure 4a, the recording beams (331a, 331b) will alone be incident on the graphic recording media, their frequency vectors alone having bimgan angle (α) lattice vector (K G), is formed parallel to the skew axis 421, the Record the graphical grid. 4B, the recording beams 331a 'and 331b' are incident on the holographic recording medium so that their wavefront vectors form an inter-beam angle α ' and a grating vector K G (which is also parallel to the skew axis 421) &Apos;')< / RTI >

격자 벡터의 크기는, 대응하는 홀로그래픽 격자가 입사광을 반사시키는 내부 입사각(들)을 결정한다. 더 작은 격자들을 갖는 홀로그래픽 격자들은 스큐 축으로부터 측정된 바와 같은 더 큰 내부 입사각들의 광을 반사시키고, 더 큰 격자들을 갖는 홀로그래픽 격자들은 스큐 축으로부터 측정된 바와 같은 더 작은 내부 입사각들의 광을 반사시킨다. 최대 가능한 격자 벡터는, 기록 빔들의 파수 벡터들이 역평행하고 스큐 축(421)과 정렬될 때 기록된다. 대응하는 홀로그래픽 격자는 스큐 축(421)을 따라 격자 매체 상에 입사되는 광(홀로그래픽 스큐 미러에 대한 "수직 입사")을 재귀반사시킨다.The size of the grating vector determines the internal angle of incidence (s) at which the corresponding holographic grating reflects the incident light. Holographic gratings with smaller gratings reflect light of larger internal angles of incidence as measured from the skew axis and holographic gratings with larger gratings reflect light of smaller internal angles of incidence as measured from the skew axis . The maximum possible grid vector is recorded when the wavenumber vectors of the recording beams are antiparallel and aligned with the skew axis 421. The corresponding holographic grating retroreflects the light incident on the grating medium along the skew axis 421 (" vertical incidence " for the holographic skew mirror).

기록 빔(331b')과 x 축 사이의 각도가 감소됨에 따라, 빔간 각도(α)도 또한 감소되어, 격자 벡터(KG)의 크기를 감소시키고 가능한 시야를 증가시킨다. 그러나, 결국, 기록 빔(331b')과 x 축 사이의 각도는 기록 빔(331b')이 홀로그래픽 기록 매체(310) 안으로 굴절되는 대신에 홀로그래픽 기록 매체(310)의 표면에 평행하게 될 정도로 작아지게 된다. 다시 말하면, 기록 빔(331b')의 격자 벡터가 k x 와 정렬될 때, 즉, 기록 빔(331b')이 홀로그래픽 기록 매체(310)의 표면에 평행할 때 제한이 발생한다. 이때, 기록 빔(331b')은 더 이상 홀로그래픽 기록 매체(310) 내에서 다른 기록 빔(331a')과 간섭하지 않아서 반사 격자를 기록하게 된다. 이는 격자 벡터의 최소 크기 및 따라서 시야를 제한한다. 스큐 축을 회전시키는 것이 이러한 효과를 보상할 수 있지만, 그것이 또한 허용 스큐 각도/시야 조합들의 범위를 제한한다.According to a reduced angle between the recording beams (331b ') and the x-axis, bimgan the angle (α) it is also reduced, thereby reducing the size of the grating vector (K G) to increase the available field of view. The angle between the recording beam 331b 'and the x- axis is such that the recording beam 331b' is parallel to the surface of the holographic recording medium 310 instead of being refracted into the holographic recording medium 310 Lt; / RTI > In other words, a limitation occurs when the lattice vector of the recording beam 331b 'is aligned with k x , that is, when the recording beam 331b' is parallel to the surface of the holographic recording medium 310. At this time, the recording beam 331b 'no longer interferes with the other recording beam 331a' in the holographic recording medium 310, thereby recording the reflection grating. This limits the minimum size of the grating vector and thus the field of view. While rotating the skew axis can compensate for this effect, it also limits the range of allowable skew angle / field combinations.

요약하면, 도 3a, 도 3b, 도 4a 및 도 4b는 면내 기록 기하형상에서의 허용 시야와 허용 스큐 각도 사이의 트레이드오프(tradeoff)를 예시한다: 일반적으로, 면내 기록에 의한 큰 스큐 각도 또는 큰 시야를 갖는 것이 가능하지만, 양쪽 모두를 가질 수는 없다.In summary, FIGS. 3A, 3B, 4A and 4B illustrate a tradeoff between the permissible field of view and acceptable skew angle in the in-plane recording geometry: In general, It is possible to have a field of view, but not both.

기록 빔들 사이의 최소 액세스가능한 각도 차이는 기록 빔들 및 판독 빔들의 파장들 및 홀로그래픽 기록 매체의 분산에 부분적으로 의존한다. 대부분의 홀로그래픽 기록 매체는 진청색 파장들, 예컨대 405 nm에서 격자들을 기록하고 더 긴 파장들의 가시광에 둔감하도록 최적화된다. 그러나, 면내 기록 시스템에서 가시광 파장들에서의 광시야를 생성하기에 충분히 낮은 공간 주파수들에서 반사 격자들을 생성하기에 충분히 작은 각도 차이들로 홀로그래픽 기록 매체 내에서 진청색 빔들을 간섭하는 것은 불가능하거나 어렵다.The minimum accessible angular difference between the recording beams depends in part on the wavelengths of the recording beams and reading beams and the dispersion of the holographic recording medium. Most holographic recording media are optimized to record lattices at deep blue wavelengths, e.g., 405 nm, and to be insensitive to visible light of longer wavelengths. However, it is impossible or difficult to interfere the dark blue beams in the holographic recording medium with angular differences small enough to produce reflective gratings at spatial frequencies that are low enough to produce a wide field of view at visible wavelengths in the in-plane recording system .

기록 빔 파장을 증가시키는 것은 이러한 문제를 완화시킬 것이지만, 또한 더 긴 파장 광에 민감한 홀로그래픽 기록 매체를 요구할 것이다. 그러나, 더 긴 파장 광에 대한 홀로그래픽 기록 매체의 민감도를 증가시키는 것은 홀로그래픽 기록 매체가 가시광 파장들에서의 불완전한 표백에 더 영향을 받기 쉽게 할 것이다. 이는 가시광에 민감한 광개시제들을 갖는 홀로그래픽 기록 매체가 가시광에 노출될 때 중합될 수 있고 따라서 가시광 파장들에서 동작하는 홀로그래픽 광학 요소들을 제조하기에 덜 적합하기 때문이다. 또한, 가시광에 민감한 광개시제들이 격자 매체에서 바람직하지 않은 가시광 흡광도를 야기할 수 있다. 이는 홀로그래픽 기록 매체가 가시광 파장들의 광을 반사시키는 스큐 미러에서 사용하기에 덜 적합하게 할 것이다.Increasing the write beam wavelength will alleviate this problem, but will also require a holographic recording medium that is sensitive to longer wavelength light. However, increasing the sensitivity of the holographic recording medium to longer wavelength light will make the holographic recording medium more susceptible to incomplete bleaching at visible light wavelengths. This is because the holographic recording medium having photoinitiators sensitive to visible light can be polymerized when exposed to visible light and thus less suitable for manufacturing holographic optical elements operating at visible light wavelengths. Also, photoinitiators sensitive to visible light can cause undesirable visible light absorbance in the lattice media. This will make the holographic recording medium less suitable for use in a skew mirror that reflects light of visible light wavelengths.

광시야 홀로그래픽 스큐 미러를 제조하기 위한 면외 기록Out-of-plane recording for manufacturing a wide-angle holographic skew mirror

앞서 설명된 바와 같이, 기하형상은 면내 기록 시스템들에 의해 홀로그래픽 스큐 미러들을 기입하기 위한 액세스가능한 빔간 각도들(및 따라서 최대 시야)의 범위를 제한한다. 그러나, 발명자들은 면내 기록 시스템에 의해 액세스되는 평면으로부터 표면 법선을 기울임으로써 더 작은 빔간 각도들에 액세스하는 것이 가능하다는 것을 인식하였다. 다시 말하면, 스큐 축을 중심으로 매체를 90o 회전시키는 것은 도 3a, 도 3b, 도 4a 및 도 4b에 도시된 제약들을 완화시킨다.As described above, the geometry limits the range of accessible beam angles (and hence the maximum field of view) for writing holographic skew mirrors by in-plane recording systems. However, the inventors have recognized that it is possible to access smaller inter-beam angles by tilting the surface normal from a plane accessed by the in-plane recording system. In other words, it is to skew the medium 90 o rotation about the axis thereby mitigate the constraints shown in Figure 3a, Figure 3b, Figure 4a and 4b.

도 5a 내지 도 5d는, 홀로그래픽 기록 매체(310)의 x-z 평면에 있는 y G 축을 중심으로 기록 빔들(531a, 531b)(집합적으로, 기록 빔들(531))을 회전시켜, 면내 기록 기하형상으로 가능한 것보다 더 짧은 홀로그래픽 격자들을 기록하는 것을 가능하게 하는 방식을 도시한다. 도 5a 및 도 5c는 기록 시스템의 좌표 프레임의 z G 축(즉, 홀로그래픽 기록 매체(510)의 y 축)에 대해 기울어진 홀로그래픽 기록 매체(510) 상에 입사되는 기록 빔들(531)의 상이한 관점들에서의 실제 공간 도면들을 도시한다. 기록 빔들(531)은 x G z G 평면 내에서 회전되어, x G z G 평면에 또한 놓이는 격자 벡터들을 기록한다.Figure 5a to Figure 5d, the holographic recording medium x of (310) - y G recording axis centered beams in the z plane (531a, 531b), (collectively, the recording beams 531) by rotating the in-plane recording Lt; RTI ID = 0.0 > holographic grids < / RTI > shorter than possible in a geometric shape. Figs. 5A and 5C are graphs showing the relationship between z G Shows the actual spatial views at different views of the recording beams 531 that are incident on the holographic recording medium 510 that is tilted with respect to the axis (i.e., the y-axis of the holographic recording medium 510). Recording beams 531 x G - is rotated in the plane G z, G x - it writes the grating vector lies also in G z plane.

도 5b 및 도 5d는 각각 도 5a 및 도 5c에 도시된 실제 공간 도면들의 k-공간 표현들이다. 도 5b 및 도 5d 양쪽 모두에 도시된 바와 같이, 기록 빔들(531)의 파수 벡터들은 x G z G 평면 내에 놓이는데, 이는 홀로그래픽 기록 매체(510) 내의 기록 빔들의 운동량을 표현하는 k-구(591)의 축외 슬라이스(off-axis slice)를 형성한다. 면내 기록 기하형상에서와 같이, 기록 빔들(531) 사이의 빔간 각도를 변경하는 것이 격자 벡터의 길이를 변경한다. 기록 빔들(531)이 x G 축을 따라 반대 방향으로 전파하고 있을 때 가장 긴 격자 벡터(최대 |KG|)가 기입되고, 기록 빔들(531')이 z G 축(y 축)을 따라 공동 전파하고 있을 때 가장 작은 격자 벡터(최소 |KG|)가 발생한다. 이것은 도 5a에 도시된 바와 같이 기록 빔들(531') 양쪽 모두에 대한 지표각 조건이다.Figures 5B and 5D are k-space representations of the actual spatial representations shown in Figures 5A and 5C, respectively. As shown in both FIGS. 5B and 5D, the wavenumber vectors of the recording beams 531 lie within the x G - z G plane, which means that the k-number of the recording beams 531 representing the momentum of the recording beams in the holographic recording medium 510, To form an off-axis slice of the sphere 591. As in the in-plane recording geometry, changing the angle of beam between recording beams 531 changes the length of the grating vector. The longest lattice vector (maximum | K G |) is written when the recording beams 531 are propagating in the opposite direction along the x G axis, and recording beams 531 'are recorded along the z G axis (y axis) The smallest grid vector (minimum | K G |) is generated. This is an index angular condition for both recording beams 531 'as shown in FIG. 5A.

당업자들은, 도 5a 내지 도 5c가 기록 빔들 및 스큐 각도들의 많은 가능한 배향들 중 단지 하나를 도시한다는 것을 인식할 것이다. 스큐 각도 및 각각의 기록 빔은, 매우 다양한 공간 주파수들에서 홀로그래픽 격자들을 기록하기 위해, 기입 파장 및 홀로그래픽 기록 매체의 굴절률에 의해 부과되는 제약들 내에서 원하는 대로 조정될 수 있다. 홀로그래픽 격자들의 정확한 수 및 공간 주파수들은, 무엇보다도, 홀로그래픽 스큐 미러의 원하는 시야에 의존한다.Those skilled in the art will recognize that Figures 5A-5C illustrate only one of many possible orientations of write beams and skew angles. The skew angle and each recording beam can be adjusted as desired within the constraints imposed by the write wavelength and the refractive index of the holographic recording medium, in order to record the holographic gratings at a great variety of spatial frequencies. The exact number of the holographic gratings and the spatial frequencies depend, among other things, on the desired field of view of the holographic skew mirror.

면내 대 면외 기록In-plane vs. out-of-plane recording

도 6은 특정 기록 기하형상에 대한 면외 대 면내 기록 프리즘들의 능력들을 예시하는 플롯이다. 이 플롯은, 53.4°의 수평 시야를 지원하는 스큐 축 Ø = ―30.25°를 갖는, 도파형(waveguided) 헤드 마운트 디스플레이(HMD) 스큐 미러 출력 커플러에 대한 공간 격자 주파수들을 나타낸다. 수평 축은 격자 주파수(rad/m 단위)이고, 수직 축은 격자 벡터/스큐 축에 대한 브래그-매칭 각도(Bragg-matching angle)를 나타낸다. 5개의 곡선들은 5개의 상이한 나타낸 파장들에 대한 브래그-매칭 각도를 예시한다: 곡선(690)은 홀로그램들이 기록되는 파장(405 nm)에 대한 것이고; 곡선(691)은 463 nm(청색)에 대한 것이고; 곡선(692)은 522 nm(녹색)에 대한 것이고; 곡선(693)은 622 nm(적색)에 대한 것이고; 곡선(694)은 860 nm에 대한 것이다. 47.75° 및 12.75°에서의 수평선들은, 색상별로 코딩된, 적색, 녹색, 및 청색 파장들에 필요한 공간 격자 주파수들의 범위를 디마킹한다.Figure 6 is a plot illustrating the capabilities of out-of-plane recording prisms for a particular recording geometry. This plot shows the spatial grating frequencies for a waveguided head mounted display (HMD) skew mirror output coupler with skew axis Ø = -30.25 °, which supports a horizontal field of view of 53.4 °. The horizontal axis is the lattice frequency (in rad / m units) and the vertical axis is the Bragg-matching angle for the lattice vector / skew axis. The five curves illustrate the Bragg-matching angle for five different represented wavelengths: Curve 690 is for the wavelength (405 nm) at which holograms are recorded; Curve 691 is for 463 nm (blue); Curve 692 is for 522 nm (green); Curve 693 is for 622 nm (red); Curve 694 is for 860 nm. The horizontal lines at 47.75 DEG and 12.75 DEG demark a range of spatial grid frequencies required for the red, green, and blue wavelengths, coded by color.

면내 기록 프리즘들에 의하면, 속이 찬 화살표로 나타낸 바와 같이, 기입 파장 곡선이 59.75°(= 90° -Ø)를 교차하는 경우에 참조 빔 지표각 조건이 발생한다. 이것은 면내 기록 시스템이 속이 찬 화살표의 좌측에 있는 격자들을 기록할 수 없음을 나타낸다. 속이 찬 화살표의 우측에 가까운 격자들은, 참조 빔이 매우 얕은 각도로 굴절률-매칭된 경계 상에 입사되기 때문에 열화를 겪을 수 있다.According to the in-plane recording prisms, the reference beam index angular condition occurs when the write wavelength curve intersects 59.75 DEG (= 90 DEG -Ø), as indicated by the hollow arrow. This indicates that the in-plane recording system can not record the gratings on the left side of the cheeky arrow. The gratings near the right side of the hollow arrow may experience degradation because the reference beam is incident on a refractive-matched boundary at a very shallow angle.

그러나, 면외 기록에 의하면, 지표각 조건은 기입 파장 곡선이 플롯의 좌측 에지에서 90°를 교차할 때까지 발생하지 않는다. 속이 빈 화살표로 나타낸 가장 낮은 기입 각도는 참조 빔 및 신호 빔 양쪽 모두에 대한 내부 경계들에 대해 약 22°의 각도들을 이루는데, 이 각도는 쉽게 실행가능하다.However, according to the out-of-plane recording, the ground angular conditions do not occur until the write wavelength curve crosses 90 degrees at the left edge of the plot. The lowest writing angle, indicated by hollow arrows, makes angles of about 22 degrees with respect to the inner boundaries for both the reference beam and the signal beam, which is easily feasible.

면외 홀로그래픽 스큐 미러 기록 시스템에 대한 TIGER 프리즘TIGER prism for the out-of-plane holographic skew mirror recording system

도 7a 내지 도 7c는 광시야들을 갖는 홀로그래픽 스큐 미러들을 기록할 수 있는 면외 홀로그래픽 기록 시스템(700)의 상이한 관점들을 도시한다. 이러한 홀로그래픽 기록 시스템(700)에서, 홀로그래픽 기록 매체(710)는 한 쌍의 전체 내부 지표각 확장 회전(TIGER) 프리즘들(730a, 730b)(집합적으로, TIGER 프리즘들(730)) 사이에 배치된다. 홀로그래픽 기록 매체(710)는 또한 한 쌍의 투명 기판들(도시하지 않음) 사이에 개재될 수 있는데, 이때 굴절률-매칭 유체가 프리즘들(730)에 접촉하는 투명 기판들의 표면들 상에 배치된다. 이러한 기판들은 가시광 파장들의 광의 60%, 70%, 80%, 90%, 또는 그 이상을 투과시킬 수 있다. TIGER 프리즘들(730)은, 내부 전반사(TIR) 및 지표각 제약들 때문에 면내 기록 기하형상들을 사용하여 액세스 불가능한 각도로 기록 빔들을 홀로그래픽 기록 매체(710) 안으로 도입하는 것을 가능하게 한다.7A-7C illustrate different aspects of an out-of-plane holographic recording system 700 that can record holographic skew mirrors having wide fields of view. In this holographic recording system 700, the holographic recording medium 710 is arranged between a pair of full internal surface angularly expanded TIGER prisms 730a, 730b (collectively, TIGER prisms 730) . The holographic recording medium 710 may also be interposed between a pair of transparent substrates (not shown), wherein a refractive index-matching fluid is disposed on the surfaces of the transparent substrates in contact with the prisms 730 . Such substrates can transmit 60%, 70%, 80%, 90%, or more of light of visible light wavelengths. TIGER prisms 730 make it possible to introduce recording beams into the holographic recording medium 710 at an inaccessible angle using in-plane recording geometries because of the total internal reflection (TIR) and surface angle constraints.

도 7a 내지 도 7c(및 도 5a 내지 도 5d)는 또한 기록 빔들(731a, 731b)(도 5a 내지 도 5d에서의 531a 및 531b)의 대칭을 도시한다. 보다 구체적으로, 이러한 도면들은 기록 빔들과 홀로그래픽 기록 매체(710)의 표면 법선들 사이의 각도들의 크기들이 실질적으로 동일한 것을 보여준다. 달리 말하면, 기록 빔(731a)이 홀로그래픽 기록 매체의 표면 법선에 대해 제1 각도(예컨대, 32°)를 형성하는 경우, 기록 빔(731b)과 홀로그래픽 기록 매체의 표면 법선은 동일한 크기를 갖는 각도(예컨대, -32°)를 이룬다. (여기서, 기록 빔들(731)은, 평행한 홀로그래픽 기록 매체(710)의 표면들 상에 입사되고, 따라서 일치하는/평행한 표면 법선들을 갖는다.) 이것은, 도 5a 내지 도 5d에 도시된 바와 같이, 기록 빔들(731)이 홀로그래픽 기록 매체(710)에 대해 회전됨에 따라 유지된다.Figs. 7A to 7C (and Figs. 5A to 5D) also show the symmetry of the recording beams 731a and 731b (531a and 531b in Figs. 5A to 5D). More specifically, these figures show that the magnitudes of the angles between the recording beams and the surface normals of the holographic recording medium 710 are substantially the same. In other words, when the recording beam 731a forms a first angle (for example, 32 degrees) with respect to the surface normal of the holographic recording medium, the surface normal of the recording beam 731b and the holographic recording medium have the same size (E.g., -32 [deg.]). (Here, the recording beams 731 are incident on the surfaces of the parallel holographic recording medium 710, and therefore have matching / parallel surface normal lines.) This is the same as that shown in Figs. 5A to 5D Likewise, as the recording beams 731 are rotated relative to the holographic recording medium 710, they are held.

도 7d에 도시된 바와 같이, 각각의 TIGER 프리즘(730)은, 프리즘 베이스에 대해 경사진 프리즘 주 면(732a, 732b)(집합적으로, 주 면들(732))을 갖는다. 이 예에서, 각각의 TIGER 프리즘(730)의 주 면(732)은, 프리즘(730) 및 홀로그래픽 기록 매체(710)가 스큐 미러 기록 시스템 내에 존재하는 경우에 홀로그래픽 기록 매체(710)에 평행하게 그리고 바로 인접하게 존재하는 육각형 면이다. 주 면(730)의 경사짐은 도 5a 내지 도 5d에 예시된 것들과 같이 면외 기록 빔 각도들 및 스큐 각도들에 액세스하는 것을 가능하게 한다.As shown in FIG. 7D, each TIGER prism 730 has prism surfaces 732a and 732b (collectively, major surfaces 732) that are inclined relative to the prism base. In this example, the main surface 732 of each TIGER prism 730 is parallel to the holographic recording medium 710 when the prism 730 and the holographic recording medium 710 are present in the skew mirror recording system And immediately adjacent hexagonal faces. The tilting of the main surface 730 makes it possible to access out-of-plane recording beam angles and skew angles as illustrated in Figs. 5A to 5D.

TIGER 프리즘들(730)은 유리 직육면체, 또는 직각 프리즘을 2개의 섹션들로 절단하는 것을 상정함으로써 가시화될 수 있다. 직육면체에서의 절단은, 직육면체의 면들 중 하나의 면의 인접한 측면들(프리즘 면들(734a, 734b))을 연결하는 대각선을, 직육면체의 반대편 면의 다른 2개의 측면들(프리즘 면들(736a, 736b))을 연결하는 다른 대각선과 접합하는 평면을 따른다. 직육면체의 생성된 섹션들은 TIGER 프리즘들(730)의 매칭된 쌍을 형성한다.The TIGER prisms 730 can be visualized by assuming that the glass rectangular parallelepiped, or the right prism, is cut into two sections. The cutting in the rectangular parallelepiped forms the diagonal line connecting the adjacent side surfaces (prism surfaces 734a and 734b) of one of the surfaces of the rectangular parallelepipeds to the other two sides (prism surfaces 736a and 736b) of the opposite surface of the rectangular parallelepiped, Lt; RTI ID = 0.0 > diagonal < / RTI > The resulting sections of the rectangular parallelepiped form a matched pair of TIGER prisms 730.

실제로, TIGER 프리즘들은, 그들이 면외 기록 각도들의 액세스를 가능하게 하도록 각을 이루고 있는(angled) 경사 면들 또는 소면(facet)들을 갖는 한 임의의 적합한 형상의 것일 수 있다. 예를 들어, TIGER 프리즘은, 평행육면체들 및 정직각(기하학적 프리즘들)을 포함하는 임의의 적합한 다면체의 섹션으로서 형성될 수 있다. 마찬가지로, 면/소면은 원하는 대로 배향되거나 각을 이루고 있을 수 있고, 반드시 다면체의 대칭 분할을 야기할 필요는 없다. 면(및 홀로그래픽 기록 매체)은 또한, 예컨대 구형, 원통형, 또는 원추형 표면의 적어도 일부분을 형성하도록 만곡될 수 있다. 임의로 만곡되거나 휜 표면들을 포함하는 다른 표면들이 또한 가능하다.In practice, the TIGER prisms may be of any suitable shape as long as they have angled facets or facets angled to enable access to out-of-plane recording angles. For example, a TIGER prism may be formed as a section of any suitable polyhedron including parallelepipeds and an angle of horn (geometric prisms). Likewise, the facets / facets can be oriented or angled as desired, and it is not necessary to necessarily cause a symmetric division of the facets. The surface (and the holographic recording medium) may also be curved, for example, to form at least a portion of a spherical, cylindrical, or conical surface. Other surfaces are also possible, including optionally curved or warped surfaces.

TIGER 프리즘들의 경사 주 면들(732) 및 다른 면들(예컨대, 면들(734, 736))은 도 7a 내지 도 7c에 도시된 2개의 상이한 좌표계들을 정의하는 데 사용될 수 있다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 면내 기록 시스템에서와 같이, 축들(x G , y G , z G )은 TIGER 프리즘들(730)의 기준 프레임에서의 직교 좌표들이다. 그리고, 축들(x, y, z)은 홀로그래픽 기록 매체(710)의 기준 프레임에서의 직교 좌표들(표준 좌표들로도 알려짐)인데, 이때 z 축은 홀로그래픽 기록 매체(710)의 표면에 수직으로 연장된다. 축들(x, y, z)은 도 5a 내지 도 5d에 도시된 k-공간 축들(k x , k y , k z )의 실제 공간 등가물들이다.The beveled surfaces 732 and other surfaces (e.g., surfaces 734 and 736) of the TIGER prisms may be used to define the two different coordinate systems shown in Figures 7A-7C. As in the in-plane recording system shown in FIGS. 3A and 3B, the axes ( x G , y G , z G ) are the Cartesian coordinates in the reference frame of the TIGER prisms 730. The axes ( x , y , z ) are orthogonal coordinates (also known as standard coordinates) in the reference frame of the holographic recording medium 710, where the z axis extends perpendicular to the surface of the holographic recording medium 710 do. The axes ( x , y , z ) are the actual spatial equivalents of the k -space axes ( k x , k y , k z ) shown in Figures 5A-5D.

도 7c는 TIGER 프리즘들의 경우에 대한 스큐 미러 기록기의 프리즘들에서 표준 좌표 축들이 어떻게 정렬되는지를 예시한다. 보다 구체적으로, 그것은 z G 축을 따른 TIGER 프리즘들(730)의 도면을 도시하는데, 이때 홀로그래픽 기록 매체(710)가 그들 사이에 Ø와 동일한 각도로 개재된다. 예시된 기하형상에서, Ø가 음의 부호를 갖는다는 것에 유의한다(예컨대, Ø = ―30.25°). 홀로그래픽 기록 매체(710)가 y G 축에 대해 기울어지기 때문에, TIGER 프리즘 기록 시스템(700)의 경우 표준 좌표들로부터 글로벌 좌표들로의 변환은 도 3a 및 도 3b에 도시된 면내 기록 시스템(300)의 경우와 상이하다. 본 발명의 이점을 고려하여, 당업자는, TIGER 프리즘들의 경우에 대해 수학식(2)에 의해 표준 좌표들이 글로벌 좌표들로 변환될 수 있음을 확인할 것이다:7C illustrates how the standard coordinate axes are aligned in prisms of a skew mirror writer for the case of TIGER prisms. More specifically, it shows a view of TIGER prisms 730 along the z G axis, wherein the holographic recording medium 710 is interposed therebetween at the same angle as?. Note that in the illustrated geometry, Ø has a negative sign (eg, Ø = -30.25 °). Since the holographic recording medium 710 is tilted with respect to the y G axis, in the case of the TIGER prism recording system 700, the conversion from standard coordinates to global coordinates is performed using the in-plane recording system 300 shown in Figs. 3A and 3B ). In view of the advantages of the present invention, those skilled in the art will recognize that for the case of TIGER prisms, the standard coordinates can be converted to global coordinates by equation (2): < EMI ID =

Figure pct00003
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기록 빔(331b) 지표각에 대해 최악의 경우의 각도를 부과하는, 도 3a 및 도 3b의 "면내" 구성과는 대조적으로, TIGER 프리즘들(730)은 기록 매체(710)가 x G 축을 중심으로 회전되게 하여, 기록 빔들(731a, 731b)의 지표각들 사이의 "차이를 분할한다". TIGER 프리즘 구성(700) 및 면내 구성(300) 양쪽 모두는 x G 축과 정렬된 격자 벡터들을 기록하고, 따라서 등가의 기입된 스큐 미러들을 야기할 수 있다. 그러나, TIGER 프리즘 구성(700)은 또한 더 작은 기록 각도들에 액세스할 수 있고, 따라서 면내 구성보다 더 낮은 공간 주파수의 격자들을 기록할 수 있다.Recording beam (331b), "in-plane" configuration of the surface, to impose an angle of the worst case for each of Figs. 3a and 3b and in contrast to, TIGER prisms 730 is the central axis is x G recording medium (710) To divide the " difference " between the land angles of the recording beams 731a and 731b. Both the TIGER prism configuration 700 and the in-plane configuration 300 may record the grating vectors aligned with the x G axis, thus causing equivalent written skew mirrors. However, the TIGER prism configuration 700 can also access smaller recording angles and thus record gratings with lower spatial frequencies than in-plane configurations.

도 8a 내지 도 8c는, TIGER 프리즘들(730)을 사용하여 광시야 홀로그래픽 스큐 미러들을 제조하기 위한 도 7a 내지 도 7c에 도시된 기록 기하형상(700)을 구현하는 TIGER 프리즘 기반 스큐 미러 기록기(800)를 도시한다. 그것은, 각각 기록 빔들(731a, 731b)을 홀로그래픽 기록 매체(710)로 지향시킨 미러들(850a, 850b)(집합적으로, 미러들(850))을 포함하는데, 홀로그래픽 기록 매체는 장착부(860)에서 TIGER 프리즘들(730) 사이에 장착된다. TIGER 프리즘 기반 스큐 미러 기록기(800)는 또한 홀로그래픽 기록 매체(730)에 대한 기록 빔들(731)의 각도 및 병진 정렬을 조정하기 위한 스테이지들을 포함한다. 이러한 스테이지들은 3개의 고니오미터들(870a 내지 870c)(집합적으로, 고니오미터들(870)), 수직 병진 스테이지(880), 각각의 미러(850)에 대한 회전 스테이지(872a, 872b)(집합적으로, 회전 스테이지들(872)), 및 장착된 홀로그래픽 기록 매체(710) 및 TIGER 프리즘들(730)을 전후로 이동시키기 위한 수평 병진 스테이지(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.8A-8C illustrate a TIGER prism-based skew mirror writer (FIG. 8A) that implements the recording geometry 700 shown in FIGS. 7A-7C for producing wide field holographic skew mirrors using TIGER prisms 730 800). It includes mirrors 850a and 850b (collectively, mirrors 850) that direct recording beams 731a and 731b to a holographic recording medium 710, 860) to the TIGER prisms 730. The TIGER prism-based skew mirror recorder 800 also includes stages for adjusting the angular and translational alignment of the recording beams 731 relative to the holographic recording medium 730. These stages include three goniometers 870a through 870c (collectively, goniometers 870), a vertical translation stage 880, rotation stages 872a and 872b for each mirror 850, (Collectively, rotation stages 872), and a horizontal translation stage (not shown) for moving the loaded holographic recording medium 710 and TIGER prisms 730 back and forth.

면내 기록 프리즘들의 경우, 굴절 보정 및 다른 조정들은 전형적으로 미러들(350)을 회전시키고 홀로그래픽 기록 매체를 병진시킴으로써 수행된다. 그러나, TIGER 프리즘들에 의하면, 미러들(850)을 회전시키거나 또는 홀로그래픽 기록 매체를 병진시킴으로써 이루어질 수 없는 원하는 면외 각도 조정들이 있을 수 있다. 이것은, TIGER 프리즘 스큐 기록기(800)에, 면외 각도 조정들을 수행하기 위해, 고니오미터들(870) 및 수직 스테이지(880)와 같은 다른 액추에이터들이 장착될 수 있는 이유이다.For in-plane recording prisms, refraction correction and other adjustments are typically performed by rotating the mirrors 350 and translating the holographic recording medium. However, according to the TIGER prisms, there may be desired out-of-plane angular adjustments that can not be made by rotating the mirrors 850 or translating the holographic recording medium. This is why other actuators, such as goniometers 870 and vertical stage 880, can be mounted on the TIGER prism skew recorder 800 to perform out-of-plane angular adjustments.

제1 고니오미터(870a)는 회전 미러(850a) 아래의, 제1 회전 스테이지(872a)의 상부에 위치되어, 미러 표면의 수평 중간선에 실질적으로 정렬된 축을 중심으로 한 미러(850a)의 회전을 허용한다. 제1 고니오미터(870a)의 작동은 기록 빔(731a)이 x G ― z G 평면으로부터 최대 몇 도까지 위로 또는 아래로 반사되게 한다. 유사하게, 제2 고니오미터(870b)는 기록 빔(731b)이 미러(850b)에 의해 독립적으로 위로 또는 아래로 또한 반사되게 하도록 위치된다. 제3 고니오미터(870c)는 유사하게, 회전 미러(850a)의 상류측에 있는 미러(라벨링되지 않음)가 위로 그리고 아래로 젖혀지게 하여, 제1 및 제3 고니오미터들(870a, 870c)이 조합하여, (기계적 한계들 내에서) 임의의 원하는 빔(731a) 높이 및 수직 각도 조합을 생성할 수 있게 한다. 수직 스테이지(880)는 기록 매체(710)를 포함하는, 전체 프리즘 패키지(860)의 높이(y G 좌표)를 높이거나 낮출 수 있다.The first goniometer 870a is located below the rotating mirror 850a and is located above the first rotating stage 872a so that the mirror 850a of the mirror 850a centered on the axis substantially aligned with the horizontal midline of the mirror surface Allow rotation. The actuation of the first goniometer 870a causes the recording beam 731a to be reflected up or down from the x G - z G plane up to several degrees. Similarly, the second goniometer 870b is positioned such that the recording beam 731b is also reflected either upwards or downwards independently by the mirror 850b. Similarly, the third goniometer 870c causes the mirror (unlabeled) on the upstream side of the rotating mirror 850a to be turned up and down so that the first and third goniometers 870a and 870c ) Can be combined to create any desired beam 731a height and vertical angle combination (within mechanical limits). Vertical stage 880 may raise or lower the height ( y G coordinate) of the entire prism package 860, including recording medium 710.

보정을 수행하기 위한 추가적인 방법은, 제1 및 제3 고니오미터들(870a, 870c)이 원하는 높이 및 수직 각도 조합을 생성하는 것과 대체로 동일한 방식으로 임의의 원하는 높이 및 수직 각도 조합을 생성하기 위해 기록 빔(731b)의 경로를 조정하기 위한 추가적인 고니오미터(도시하지 않음)를 추가하는 것일 것이다.An additional way to perform the correction is to create the desired height and vertical angle combination in substantially the same manner as the first and third goniometers 870a, 870c produce the desired height and vertical angle combinations And to add an additional goniometer (not shown) to adjust the path of the recording beam 731b.

도 9는 하나의 쐐기가 달성하는 크기의 2배의 원추 내의 각도들을 달성하도록 서로에 대해 정렬될 수 있는 회전 장착부들 내의 한 쌍의 광학 쐐기들을 사용하여 이러한 굴절 보정을 달성하기 위한 다른 방법을 예시한다.Figure 9 illustrates another method for achieving such a refractive correction using a pair of optical wedges in the rotating mounts that can be aligned with respect to each other to achieve angles within twice the cone of the size that one wedge achieves do.

본 발명의 이점을 고려하여, 당업자는, 이러한 구성이 빔들과 기록 매체 사이의 중첩을 유지하면서 작은 임의의 수직 각도 성분들이 각각의 기록 빔 안으로 또한 도입되게 할 것이라는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 고니오미터(870b)를 사용하여 참조 빔(731b)의 원하는 수직 각도 성분을 설정할 수 있고, 이어서 참조 빔(731b)이 원하는 기록 영역을 통과하도록 수직 스테이지 높이를 설정할 수 있다. 이어서, 신호 빔(731a)이 수직 스테이지에 의해 설정된 것에 매칭되는 높이에서 원하는 수직 각도로 도입되도록 고니오미터들(870a, 870c)을 설정할 수 있다. 전형적으로, 원하는 굴절 보정 및 다른 조정들을 구현하기 위해서는 몇 도의 수직 각도 범위 및 수 cm의 수직 모션만으로 충분할 것이다.In view of the advantages of the present invention, those skilled in the art will recognize that such an arrangement will cause small, arbitrary, vertical angular components to also be introduced into each recording beam while maintaining overlap between the beams and the recording medium. For example, the goniometer 870b may be used to set the desired vertical angle component of the reference beam 731b, and then the vertical stage height may be set such that the reference beam 731b passes through the desired recording area. The goniometers 870a and 870c can then be set such that the signal beam 731a is introduced at the desired vertical angle at a height that matches that set by the vertical stage. Typically, only a few degrees of vertical angular range and a few centimeters of vertical motion will suffice to implement the desired refraction correction and other adjustments.

면외 홀로그래픽 스큐 미러에 대한 빔간 각도 및 스큐 각도 선택Choosing Beam Angle and Skew Angle for Out-of-Plane Holographic Skew Mirror

도 8a 내지 도 8c에 도시된 면외 스큐 미러 기록기(800)는 홀로그래픽 기록 매체의 체적 내에서 하나 이상의 체적 홀로그램들을 기록함으로써 광시야 홀로그래픽 스큐 미러를 제조하는 데 사용될 수 있다. 이러한 홀로그램들을 기록하기 위해 선택된 빔간 및 스큐 각도들은 홀로그래픽 스큐 미러의 동작 파장 범위 및 원하는 시야에 의존한다.The out-of-plane skew mirror recorder 800 shown in Figs. 8A to 8C can be used to manufacture a wide-field holographic skew mirror by recording one or more volume holograms within the volume of the holographic recording medium. The inter-beam and skew angles selected for recording these holograms depend on the operating wavelength range and the desired field of view of the holographic skew mirror.

일부 경우에, 면외 스큐 미러 기록기(800)는 많은 이산 격자들을 기록하는 데 사용될 수 있으며, 이들 격자들 각각은 상이한 좁은 범위의 입사각들에 걸쳐 하나 이상의 파장들의 광을 주로 반사시킨다. 이러한 범위의 입사각들이 중첩되거나 서로 가까운 경우, 격자들은 넓은 범위의 입사각들에 걸쳐 광을 반사시켜 광시야를 제공할 것이다. 대안적으로, 홀로그래픽 스큐 미러는, 빔간 각도가 변함에 따라 한 쌍의 기록 빔들 사이의 간섭을 연속적으로 기록함으로써 기입되는 홀로그래픽 격자를 포함할 수 있다. 이러한 연속적으로 기록된 격자는 넓은 범위의 입사각들에 걸쳐 광을 반사시켜 광시야를 제공한다. 예컨대, 소정 범위의 입사각들에 걸쳐 광을 반사시키지만 다른 것들에서는 그렇지 않거나, 또는 소정 범위의 파장들에 걸쳐 광을 반사시키지만 다른 것들에서는 그렇지 않은 홀로그래픽 스큐 미러를 생성하기 위해, 격자의 다른 조합들이 또한 가능하다.In some cases, the out-of-plane skew mirror writer 800 can be used to record many discrete gratings, each of which reflects primarily one or more wavelengths of light across different narrow angles of incidence. If these ranges of incident angles are overlapping or close to each other, the gratings will reflect light over a wide range of incident angles to provide a wide field of view. Alternatively, the holographic skew mirror may include a holographic grating that is written by successively recording interference between a pair of recording beams as the beam angle changes. This successively recorded grating reflects light over a wide range of angles of incidence to provide a broad field of view. For example, to create a holographic skew mirror that reflects light over a range of incident angles but not others, or that reflects light over a range of wavelengths but not others, other combinations of gratings It is also possible.

적어도 하나의 예에서, 스넬의 법칙의 벡터 형태는 기록 매체와 프리즘 사이의 내부 경계에서의 굴절시에 기록 빔의 방향을 계산하는 데 사용될 수 있다. 홀로그래피의 당업자들에 의해 이해되는 바와 같이, 스넬의 법칙의 벡터 형태는 하나 초과의 좌표 축에서 0이 아닌 성분들을 포함하는 각도로, 프리즘 표면과 같은 광학 경계에 충돌하는 광선들에 대해 무엇이 발생하는지를 기술한다. 스넬의 법칙의 벡터 형태는 하기와 같이 그러한 표면에서의 생성된 굴절을 제공한다:In at least one example, the vector form of Snell's law can be used to calculate the direction of the recording beam at refraction at the inner boundary between the recording medium and the prism. As will be understood by those skilled in the art of holography, the vector form of Snell's law describes what happens to rays that impinge on an optical boundary, such as a prism surface, at an angle that includes non-zero components in more than one coordinate axis . The vector form of Snell's law provides the resulting refraction at such a surface as follows:

Figure pct00004
Figure pct00004

여기서,

Figure pct00005
은 광학 경계의 단위 법선 벡터이고,
Figure pct00006
Figure pct00007
는 정규화된 입사 및 굴절된 광선 방향 벡터들이고, n 1 n 2 는 제1 및 제2 재료들의 굴절률들이다. TIGER 프리즘들의 경우, 그러한 굴절은 전형적으로 글로벌 좌표계의 하나 초과의 축에서 0이 아닌 성분들을 포함한다.here,
Figure pct00005
Is the unit normal vector of the optical boundary,
Figure pct00006
And
Figure pct00007
Are normalized incident and refracted ray direction vectors, and n 1 and n 2 are the refractive indices of the first and second materials. For TIGER prisms, such refraction typically includes non-zero components on more than one axis of the global coordinate system.

일부 실시예들에서, 기록 매체 및 기록 프리즘과 같은 광학 요소들 사이의 굴절률 미스매칭들은 스넬의 법칙을 사용하여 보정된다. 예를 들어, 기록 노출 동안 기록 매체(710)(도 7a 내지 도 7d 및 도 8a 내지 도 8c) 내의 신호 빔에 대해 내부 광선 방향 벡터(

Figure pct00008
)가 요구될 수 있다. 매체(710) 내에서 내부 각도(θG)로
Figure pct00009
를 생성하기 위해 적용되어야 하는 외부 각도를 결정하기 위하여. 이 목적을 위해, 스넬의 법칙은 기록 프리즘(730a)과 기록 매체(710) 사이의 내부 경계에 적용되어,
Figure pct00010
, 즉, 프리즘(730a) 내의 광선 방향 벡터를 결정할 수 있다(작은 굴절률 미스매칭이라도 상당한 굴절을 생성할 수 있음에 유의한다). 이어서, 스넬의 법칙은 기록 프리즘(730b)의 외부 표면에 다시 적용되어,
Figure pct00011
로부터 외부 광선 방향 벡터(
Figure pct00012
)를 결정할 수 있다. 따라서, 외부 광선 방향 벡터(
Figure pct00013
)는 θ G 를 직접 결정하는데, 이는 회전 미러(850b)에 의해 설정될 수 있다. 유사하게, 회전 미러(850a)에 대한 각도는, 기록 프리즘(730a)의 내부 및 외부 표면들을 통해 추적함으로써 원하는 참조 광선 방향 벡터(
Figure pct00014
)로부터 결정될 수 있다.In some embodiments, refractive index mismatches between optical elements, such as a recording medium and a recording prism, are corrected using Snell's law. For example, for the signal beam within the recording medium 710 (Figures 7A-7D and Figures 8A-8C) during recording exposure,
Figure pct00008
) May be required. In the medium 710 to the internal angle (θ G)
Figure pct00009
To determine the external angle that should be applied to generate the angle. For this purpose, Snell's law is applied to the inner boundary between the recording prism 730a and the recording medium 710,
Figure pct00010
, I.e., the ray direction vector in the prism 730a (note that even a small refractive index mismatch can generate significant refraction). The Snell's law is then applied again to the outer surface of the recording prism 730b,
Figure pct00011
To the outer ray direction vector (
Figure pct00012
Can be determined. Thus, the outer ray direction vector (
Figure pct00013
) Directly determines ? G , which can be set by the rotating mirror 850b. Similarly, the angle to the rotating mirror 850a may be determined by tracing through the inner and outer surfaces of the recording prism 730a,
Figure pct00014
). ≪ / RTI >

일부 실시예들에서, 기록 각도들에 대한 조정들은 굴절 보정 이외의 이유로 수행될 수 있다. 다른 조정들의 예들은, 분산 보상, 매체 수축 사전보상, 및 변조 전달 함수(MTF) 또는 색상 평면 분리를 개선시키기 위한 경험적 조정들을 포함한다. 예를 들어, 이러한 조정들은 기구 오차, 수축, 굴절률 미스매칭 등을 보상하기 위해 이루어질 수 있다. 이러한 오차는 (불완전한) 홀로그램들을 갖는 완전한 테스트 스큐 미러를 기입하고 테스트 스큐 미러의 각도 분산을 파장의 함수로서 측정함으로써 홀로그램들의 결함들을 확인함으로써 경험적으로 결정될 수 있다. 이러한 측정들은 설계 각도들을 조정하는 데 사용될 수 있다. 일단 설계 각도들이 조정되었다면, 사실상 결함이 없는 홀로그래픽 스큐 미러들을 기록하는 것이 가능하다.In some embodiments, adjustments to recording angles may be performed for reasons other than refractive correction. Examples of other adjustments include dispersion compensation, media shrink precompensation, and empirical adjustments to improve the modulation transfer function (MTF) or color plane separation. For example, such adjustments may be made to compensate for device error, contraction, refractive index mismatch, and the like. This error can be empirically determined by writing a complete test skew mirror with (incomplete) holograms and identifying the defects of the holograms by measuring the angular dispersion of the test skew mirror as a function of wavelength. These measurements can be used to adjust the design angles. Once the design angles have been adjusted, it is possible to record virtually defect-free holographic skew mirrors.

광시야 홀로그래픽 스큐 미러Wide field holographic skew mirror

실제로, 면외 스큐 미러 기록기는 홀로그래픽 기록 매체 내에 홀로그래픽 격자들 중 하나 이상(예컨대, 수십 개, 수백 개, 또는 수천 개)을 기록함으로써 광시야를 갖는 홀로그래픽 스큐 미러를 생성할 수 있다. 각도 스캐닝 빔들을 이용한 단일 연속 노출에서의 단일 격자와는 대조적으로 일련의 노출들에 걸쳐 이산 세트의 격자들을 기입하는 것은 몇 가지 이점들을 제공한다. 첫째, 그것은 노출 동안 진동을 억제하거나 보상할 필요성을 감소시킨다. 둘째, 연속 격자와 비교하여, 이산 격자들은 유입 광을 스펙트럼적으로 서브샘플링하는 것을 희생하여, 굴절률의 변화(Δn)를 보존한다(이산 격자들은 스큐 미러를 조명하는 광에 반사 콤(comb) 기능을 적용한다). 셋째, 광원의 스펙트럼에 매칭되도록 격자 간격을 선택하면, 디바이스가 더 효율적으로 된다.Indeed, the out-of-plane skew mirror recorder can create a holographic skew mirror with a wide field of view by recording one or more (e.g., several tens, hundreds, or even thousands) of holographic grids in the holographic recording medium. Writing discrete sets of gratings over a series of exposures, in contrast to a single grating at a single continuous exposure using angular scanning beams, offers several advantages. First, it reduces the need to suppress or compensate for vibrations during exposure. Second, compared to continuous gratings, discrete gratings preserve the change in refractive index (DELTA n ) at the expense of spectrally subsampling the incoming light (discrete gratings reflect the light illuminating the skew mirror) Function). Third, by selecting the lattice spacing to match the spectrum of the light source, the device becomes more efficient.

도 10은 면외 기입 기하형상을 사용하여 제조된 광시야 홀로그래픽 입력/출력 커플러(1000)를 도시한다. 홀로그래픽 스큐 입력/ 출력 커플러(1000)는 홀로그래픽 격자 매체(1010)에 기록된 홀로그래픽 격자 구조(1020)를 포함하는데, 홀로그램 격자 매체는 약 100 마이크로미터 두께이거나 또는 더 두꺼울 수 있다. 격자 구조(1020)는 228개의 격자들을 포함하는데, 격자들 각각은 상이한 빔간 기록 빔 각도를 이루면서 기록되고, 따라서 기록 파장에서 상이한 격자 주파수(|KG|)를 갖는다. 이러한 격자들은 홀로그래픽 격자 매체(1010)의 표면 법선(1011)에 대해 약 Ø = ―30.25°의 스큐 각도를 형성하는 스큐 축(1021)에 대해 배향된다. 실제로, 다른 스큐 각도들, 예컨대 2.0°, 5.0°, 10.0°, 15.0°, 30.0°, 45.0°, 60.0° 등보다 더 큰 스큐 각도들이 가능하다. 스큐 각도들은 약 15.0° 내지 약 45.0°(예컨대, 약 20.0° 내지 약 40.0°, 약 25.0° 내지 약 35.0°, 약 27.5° 내지 약 32.5° 등)의 범위일 수 있다.Figure 10 shows a wide field of view holographic input / output coupler 1000 fabricated using an out-of-plane fill geometry. The holographic skew input / output coupler 1000 includes a holographic grating structure 1020 that is recorded in a holographic grating medium 1010, which may be about 100 micrometers thick or thicker. The grating structure 1020 includes 228 gratings, each of which is written at a different inter-beam recording beam angle, and thus has a different grating frequency (| K G |) at the recording wavelength. These gratings are oriented with respect to the skew axis 1021 which forms a skew angle of about -30.25 占 with respect to the surface normal 1011 of the holographic grating medium 1010. [ In practice, skew angles greater than other skew angles are possible, such as 2.0, 5.0, 10.0, 15.0, 30.0, 45.0, 60.0, The skew angles may range from about 15.0 DEG to about 45.0 DEG (e.g., from about 20.0 DEG to about 40.0 DEG, from about 25.0 DEG to about 35.0 DEG, from about 27.5 DEG to about 32.5 DEG, and the like).

격자들은, 함께, 홀로그래픽 스큐 미러(1000)로 하여금, 반사 축(1021)으로부터 측정된 바와 같이, 입사각들의 범위 θ RAI = 34.5°에 대해, 13.1° 내지 47.6°의 범위의 입사각들에서, 내부 입사광을 실질적으로 일정한 반사 축(1021)에 대해 반사시키게 한다. 이것은 약 θ FOV = 54.3°의 홀로그래픽 격자 매체 외부의 공기에서 측정된 바와 같은 시야에 대응한다. 스큐 축(1021)에 대해 13.1° 내지 47.6°인 각도들의 범위(약 34.5°의 각도 범위)에 걸쳐 있는, 음영 영역(1001) 내에서 전파하는 광선들이 격자 구조(1020)를 조명한다. 격자 구조(1020)는 이 광을, 스큐 축(1021)의 다른 쪽에서 동일한 각도 범위(-13.1° 내지 -47.6°)에 걸쳐 있는 음영 영역(1003)으로 주로 반사시킨다. 제3 음영 영역(1003)에 대한 주 반사된 광은 표면(1020)에서 약 54.3°의 수평 시야에 걸쳐 있는 제4 음영 영역(1003')으로 굴절된다.Together, the gratings together cause the holographic squeak mirror 1000 to be positioned at an angle of incidence in the range of 13.1 to 47.6 degrees with respect to the range of incident angles ? RAI = 34.5 degrees, as measured from the reflective axis 1021, Thereby causing the incident light to be reflected on the substantially constant reflective axis 1021. This corresponds to the field of view as measured in air outside the holographic grating medium at about &thetas; FOV = 54.3 DEG. Light rays that propagate within the shaded area 1001, which spans a range of angles (an angular range of about 34.5 DEG) from 13.1 DEG to 47.6 DEG with respect to the skew axis 1021 illuminates the grating structure 1020. The grating structure 1020 mainly reflects this light to the shaded area 1003 that extends over the same angular range (-13.1 DEG to -47.6 DEG) on the other side of the skew axis 1021. [ The primarily reflected light for the third shaded area 1003 is refracted into a fourth shaded area 1003 'that spans a horizontal view of about 54.3 ° at the surface 1020.

도 10을 참조하면, 이는 스큐 축(1021)으로부터 측정된 47.6°의 각도의 광선(1091)을 따르는 입사광이 스큐 축(1021)에 대해 광선(1091)과 대칭인 광선(1093)을 따라 격자 구조(1020)에서 반사되는 것을 의미한다. 이러한 주 반사된 광(1093)은 표면(1012)에서 광선(1093')을 따라 굴절된다. 유사하게, 광선(1081')을 따르는 입사광은 스큐 축(1021)으로부터 측정된 13.1°의 각도의 광선(1081)을 따라 홀로그래픽 스큐 미러(1000)의 표면(1012)에서 내부 전반사된다. 격자 구조(1020)는 이러한 입사광을, 스큐 축(1021)에 대해 광선(1081)과 대칭인 광선(1083)을 따라 반사시킨다. 그리고, 이러한 주 반사된 광(1083)은 표면(1012)에서 광선(1083')을 따라 굴절된다.10, it can be seen that incident light along a ray 1091 of an angle of 47.6 degrees measured from the skew axis 1021 is directed along a ray 1093 symmetrical to the ray 1091 relative to the skew axis 1021, (1020). ≪ / RTI > This primarily reflected light 1093 is refracted along the light ray 1093 'at the surface 1012. Similarly, incident light along ray 1081 'is totally internally reflected at surface 1012 of holographic skew mirror 1000 along ray 1081 at an angle of 13.1 ° measured from skew axis 1021. The grating structure 1020 reflects this incident light along a beam 1083 symmetric to the beam 1081 with respect to the skew axis 1021. This primarily reflected light 1083 is then refracted along the ray 1083 'at the surface 1012.

도 11은 격자들을 기록하는 데 사용된 기록 빔들에 대한 파수 벡터들과 함께, 제1 격자(KG1) 및 제228 격자(KG228)에 대한 격자 벡터들의 k-공간 표현을 도시한다. 격자 및 파수 벡터들은 405 nm의 기록 파장에서 약 1.5471의 굴절률을 갖는 홀로그래픽 격자 매체(1020)에 대한 k-구(1191)와 관련하여 도시된다. 평면으로 투영될 때, 격자 및 파수 벡터들의 선단들은 타원 상에 놓인다. 제1 격자에 대한 제1 및 제2 기록 빔 파수 벡터들(R11, R21)은 각각, 약 4.1 × 107 rad/m의 격자 주파수를 갖는 제1 격자를 생성하기 위해 반사 축(1021)에 대해 각각 32.0° 및 148.0°의 홀로그래픽 격자 매체에서의 각도들을 이룬다. 제228 격자에 대한 파수 벡터들(R1228, R2228)은, 약 2.1 × 107 rad/m의 격자 주파수를 갖는 제228 격자를 생성하기 위해 스큐 축(1021)에 대해 각각 64.1° 및 115.9°의 홀로그래픽 격자 매체에서의 각도들을 이룬다. 각각의 격자 벡터는 표면 법선(1011)에 대해 -30.25°의 각을 이루고 있다.FIG. 11 shows a k-space representation of the grating vectors for the first grating (K G1 ) and the 228th grating (K G228 ), along with the wavevectors for the recording beams used to record the gratings. The lattice and wavenumber vectors are shown with respect to k-sphere 1191 for a holographic grating medium 1020 having a refractive index of about 1.5471 at a recording wavelength of 405 nm. When projected in a plane, the edges of the lattice and wavenumber vectors lie on the ellipse. The first and second recording beam wave number vector of the first grating (R1 1, R2 1) are, respectively, about 4.1 × 10 7 rad / m axis of reflection (10 21) to produce a first grating having a grating frequency of the Lt; RTI ID = 0.0 > 32. < / RTI > The wavenelve vectors for the 228th grids (R1 228 , R2 228 ) are respectively 64.1 ° and 115.9 ° relative to the skew axis 1021 to produce a 228 grating with a grating frequency of about 2.1x10 7 rad / m Lt; / RTI > of the holographic grating medium. Each lattice vector forms an angle of -30.25 with respect to the surface normal 1011.

도 10의 격자 구조(1020)에서의 이러한 격자 벡터들은, 약 2.0 × 107 rad/m로 연장되는 격자 주파수들의 범위에 걸쳐 있다. 다른 격자 주파수들 및 격자 주파수들의 범위들이 또한 가능하고; 실제로, 격자 주파수들의 범위, 또는 최대 격자 주파수와 최소 격자 주파수 사이의 차이는 미터당 약 2.00 × 105 라디안 내지 미터당 약 3.15 × 107 라디안일 수 있다(예컨대, 미터당 약 2.00 × 105 라디안, 미터당 1.68 × 106 라디안, 미터당 5.01 × 106 라디안, 미터당 1.24 × 107 라디안, 미터당 3.15 × 107 라디안, 또는 임의의 다른 값 또는 하위범위).The lattice vector in the lattice structure (1020) of Figure 10 are, and over a range of grating frequencies extending to about 2.0 × 10 7 rad / m. Other grating frequencies and ranges of grating frequencies are also possible; In practice, the difference between the range of the grid frequency, or up to the grid frequency and the minimum grid frequency may be approximately 2.00 × 10 5 radian to meter about 3.15 × 10 7 radians per meter (for example, per meter of about 2.00 × 10 5 radians, per meter 1.68 × 10 6 radians, per meter 5.01 × 10 6 radians, per meter 1.24 × 10 7 radians, per meter 3.15 × 10 7 radians, or any other value or sub-range).

격자들은 k-공간에서 균일하게 또는 불균일하게 이격될 수 있다. 약 2.1 × 107 rad/m 내지 약 4.1 × 107 rad/m의 격자 주파수들을 갖는 약 228개의 균일하게 이격된 격자들의 경우, 인접한 격자 벡터들 사이의 격자 주파수의 차이는 약 8.68 × 104 rad/m이다. 약 5.0 × 103 rad/m 및 1.0 × 107 rad/m의 범위 내의 간격들을 포함하는 다른 간격들이 또한 가능하다. 예컨대, 홀로그래픽 스큐 미러가 일부 파장들 또는 각도들에서의 광을 반사시켜야 하지만 다른 것들에서는 그렇지 않은 경우, 불균일한 간격이 또한 가능하다. 예를 들어, 격자 주파수들은 증가된 효율을 위해 입사광의 스펙트럼 및/또는 예상된 입사각들의 범위에 기초하여 선택될 수 있다.The gratings may be uniformly or non-uniformly spaced in the k-space. About 2.1 × 10 7 rad / m to about 4.1 × 10 7 In the case of the approximately 228 uniformly spaced grid having a grid frequency in rad / m, the difference in lattice frequency between adjacent lattice vectors of about 8.68 × 10 4 rad / m. Other interval containing interval in the range of about 5.0 × 10 3 rad / m, and 1.0 × 10 7 rad / m are also possible. For example, if the holographic skew mirror should reflect light at some wavelengths or angles but not others, then non-uniform spacing is also possible. For example, the grating frequencies may be selected based on the spectrum of the incident light and / or the range of expected incident angles for increased efficiency.

각각의 격자가 상이한 격자 주파수를 갖기 때문에, 각각의 격자는 상이한 입사각으로부터의 광을 상이한 주 반사각으로 반사시킨다. 가능한 입사각들의 범위는 격자 주파수들의 범위에 의존하고, 시야를 결정한다. 예를 들어, 각각의 격자는 하나의 파장(예컨대, 460 nm, 518 nm, 또는 618 nm), 2개의 파장들(예컨대, 460 nm 및 518 nm 또는 518 nm 및 618 nm), 3개의 파장들(예컨대, 460 nm, 518 nm, 및 618 nm), 또는 그 이상의 파장들에서의 광을 반사시킬 수 있다. 격자들은 가시광 파장들, 근적외선(NIR) 파장들, 근자외선 파장들, 또는 이들의 조합들에서의 광을 반사시킬 수 있다. 이는 스큐 미러가 협대역 광(예컨대, 레이저로부터의 광), 광대역 광(예컨대, 유기 발광 다이오드(OLED)로부터의 광), 및 심지어 자연광(예컨대, 태양광)을 반사시키는 것을 가능하게 한다.Since each grating has a different grating frequency, each grating reflects light from different angles of incidence with different principal reflection angles. The range of possible angles of incidence depends on the range of grating frequencies and determines the field of view. For example, each grating can have one wavelength (e.g., 460 nm, 518 nm, or 618 nm), two wavelengths (e.g., 460 nm and 518 nm or 518 nm and 618 nm), three wavelengths For example, 460 nm, 518 nm, and 618 nm), or higher wavelengths. The gratings can reflect light in visible light wavelengths, near-infrared (NIR) wavelengths, near-ultraviolet wavelengths, or combinations thereof. This enables the skew mirror to reflect narrowband light (e.g., light from a laser), broadband light (e.g., light from an organic light emitting diode (OLED)), and even natural light (e.g., sunlight).

입력/출력 커플러의 경우, 예컨대 도 10에 도시된 바와 같이, 스큐 축은 표면 법선에 가까운 각도로 격자 매체 안으로 또는 밖으로 광을 커플링시키도록 선택될 수 있다. 이러한 경우에, 스큐 각도는, 공기와 격자 매체(예컨대, 가시광 파장들에서 n = 1.53) 사이의 경계에서 약 40.81°인 내부 전반사에 대한 임계각에 기초할 수 있다.In the case of input / output couplers, for example as shown in FIG. 10, the skew axis may be selected to couple light into or out of the grating medium at an angle close to the surface normal. In this case, the skew angle may be based on the critical angle for total internal reflection of about 40.81 degrees at the boundary between air and the lattice medium (e.g., n = 1.53 at visible light wavelengths).

표 1은 228개의 균일하게 이격된 격자들 각각에 대한 기록 빔 각도들 및 격자 주파수들을 열거한다. 제1 기록 빔 각도(θR1) 및 제2 기록 빔 각도(θR2)는 기록 매체의 표면 법선에 대해 -30.25도의 스큐 각도를 갖는 스큐 축에 대한 것이다. 따라서, 표 1에 열거된 격자 벡터들은 기록 매체의 표면 법선에 대해 -30.25도로 배향되는데, 기록 매체는 228개의 격자들 모두가 기록된 후에 격자 매체로 지칭된다. 도 7b에 예시된 바와 같이, θR1 및 θR2가 프리즘(730)이 아닌 매체(710) 내에서 측정되는 것 이외에는, θR1 및 θR2는 각각 θGR1 및 θGR2와 유사하다.Table 1 lists the recording beam angles and the grating frequencies for each of the 228 uniformly spaced gratings. The first recording beam angle? R1 and the second recording beam angle? R2 are for a skew axis having a skew angle of -30.25 degrees with respect to the surface normal of the recording medium. Thus, the lattice vectors listed in Table 1 are oriented at -30.25 degrees relative to the surface normal of the recording medium, which is referred to as the grating medium after all 228 gratings have been recorded. As it illustrated in Figure 7b, except that the θ θ R1 and R2 are measured in a non-prism 730, the medium (710), θ R1 and θ R2 is similar to the θ and θ GR1 GR2, respectively.

집합적으로, 표 1에서의 228개의 격자들은, 실질적으로 일정한 반사 축에 대해 13.1 내지 47.6도의 범위(34.5도의 범위)의 입사각에서, 460nm, 518nm, 및 618nm의 입사광을 그 반사 축에 대해 반사시키도록 구조화된다. 반사 축은 표면 법선에 대해 -30.25도의 반사 축 각도를 갖는다. 격자들은 3개의 중첩하는 서브세트들로 그룹화될 수 있는데, 서브세트들 각각은 입사각들의 범위에서, 특정 파장의 입사광을 반사 축에 대해 반사시키도록 구조화된다.Collectively, the 228 gratings in Table 1 reflect incident light of 460 nm, 518 nm, and 618 nm with respect to their reflective axes at an incident angle in the range of 13.1 to 47.6 degrees (a range of 34.5 degrees) for a substantially constant reflective axis . The reflection axis has a reflection axis angle of -30.25 degrees with respect to the surface normal. The gratings can be grouped into three overlapping subsets, each of which is structured to reflect incident light of a particular wavelength with respect to the reflection axis, in the range of incident angles.

격자 1 내지 격자 146을 포함하는 서브세트 1은, 실질적으로 일정한 반사 축에 대해 13.1 내지 47.7도의 범위의 입사각에서, 460nm에서의 또는 그 근처에서의(예컨대, 460nm에 중심을 둔 20 내지 40nm 대역에 걸친) 입사광(이는 프로브 빔으로 지칭될 수 있음)을 그 반사 축에 대해 반사시키도록 구조화된다. 격자 1 내지 격자 228(즉, 표 1에 있는 모든 격자들)은 집합적으로, 실질적으로 일정한 반사 축에 대해 13.1 내지 59.8도의 범위(46.7도의 범위)의 입사각들에서, 460 nm의 입사광을 그 반사 축에 대해 반사시킬 수 있다. 13.1 내지 47.6도의 범위는 실질적으로 일정한 반사 축에 대한 공통 입사각에서 청색, 녹색, 및 적색 광을 반사시키도록 구조화된 스큐 미러에 대해 관심 대상이다.Subset 1 comprising gratings 1 through 146 may be formed at an angle of incidence in the range of 13.1 to 47.7 degrees for a substantially constant reflective axis, at or near 460 nm (e.g., in the 20 to 40 nm band centered at 460 nm) (Which may be referred to as a probe beam) with respect to its reflective axis. Lattice 1 through grating 228 (i.e., all the gratings in Table 1) collectively reflect incident light at 460 nm in the range of 13.1 to 59.8 degrees (range of 46.7 degrees) for a substantially constant reflective axis, And can be reflected with respect to the axis. The range of 13.1 to 47.6 degrees is of interest for structured skew mirrors to reflect blue, green, and red light at a common incident angle to a substantially constant reflective axis.

격자 53 내지 격자 182를 포함하는 서브세트 2는, 실질적으로 일정한 반사 축에 대해 12.8 내지 47.7도의 범위의 입사각들에서, 518 nm의 입사광을 그 반사 축에 대해 반사시키도록 구조화된다. 집합적으로, 격자 43 내지 격자 228은, 실질적으로 일정한 반사 축에 대해 3.1 내지 55.6도의 범위(52.5도의 범위)의 입사각들에서, 518 nm의 입사광을 그 반사 축에 대해 반사시킬 수 있다. 13.1 내지 47.6의 범위는 본 논의의 목적을 위한 관심 대상이다.Subset 2 comprising gratings 53 through 182 is structured to reflect 518 nm incident light with respect to its reflective axis at incident angles ranging from 12.8 to 47.7 degrees for a substantially constant reflective axis. Collectively, gratings 43 through 228 can reflect 518 nm of incident light with respect to their reflective axis at incident angles in the range of 3.1 to 55.6 degrees (a range of 52.5 degrees) with respect to a substantially constant reflective axis. The ranges 13.1 to 47.6 are of interest for the purposes of this discussion.

격자 120 내지 격자 228을 포함하는 서브세트 3은, 실질적으로 일정한 반사 축에 대해 12.5 내지 47.6도의 범위의 입사각들에서, 618 nm의 입사광을 그 반사 축에 대해 반사시키도록 구조화된다. 격자 112 내지 격자 228은, 실질적으로 일정한 반사 축에 대해 3.0 내지 47.6도의 범위(44.6도의 범위)의 입사각들에서, 618 nm의 입사광을 그 반사 축에 대해 반사시키도록 구조화된다. 13.1 내지 47.6의 범위는 본 논의의 목적을 위한 관심 대상이다.Subset 3 comprising gratings 120 through 228 is structured to reflect incident light at 618 nm with respect to its reflective axis at incident angles ranging from 12.5 to 47.6 degrees with respect to a substantially constant reflective axis. Gratings 112 through 228 are structured to reflect incident light at 618 nm with respect to its reflective axis at incident angles in the range of 3.0 to 47.6 degrees (a range of 44.6 degrees) with respect to a substantially constant reflective axis. The ranges 13.1 to 47.6 are of interest for the purposes of this discussion.

적어도 격자 198 내지 격자 228은 도 3a 및 도 3b에 예시된 것과 같은 면내 기록을 사용하여 기록될 수 없는데, 이는 면내 기록 기하형상이 기록 매체의 표면 법선에 대해 90도 이상의 허용불가능한 기록 빔 각도들을 야기하기 때문이다. 실제적으로 말하면, 심지어 격자 115 내지 격자 198은, 이론적으로는 가능하지만, 면내 아키텍처를 사용하여 문제가 될 가능성이 있을 것인데, 이는 기록 빔 각도들이 지표각 조건에 접근하기 때문이다(즉, 90도에 접근하기 때문이다). 도 7a 내지 도 7c에 예시된 것과 같이, TIGER 프리즘들을 사용한 면외 기록은 표 1에서의 모든 격자들을 기입하는 것을 가능하게 한다.At least gratings 198 to 228 can not be recorded using in-plane recording as illustrated in FIGS. 3A and 3B because the in-plane recording geometry causes unacceptable write beam angles of 90 degrees or more with respect to the surface normal of the recording medium . Practically speaking, even though gratings 115 to 198 are theoretically possible, it is likely to be a problem using the in-plane architecture because the recording beam angles approach the land angular condition (i.e., at 90 degrees Because it is approaching). As exemplified in Figs. 7A-7C, out-of-plane recording using TIGER prisms makes it possible to write all the gratings in Table 1.

기록 빔 각도 및 노출 시간 선택Select recording beam angle and exposure time

면외 기입 기하형상을 갖는 홀로그래픽 스큐 미러를 제조하기 위해 기입 빔 각도들 및 노출 시간들을 계산하는 데 컴퓨터 코드가 사용될 수 있다. 컴퓨터 코드의 하기 조각은 대각선 시야로부터 수평 및 수직 시야들을 계산한다. 앞서 언급된 바와 같이, 이 홀로그래픽 스큐 미러(1000)는 (홀로그래픽 기록 매체(1020)의 외부에서 측정된) 60° 대각선 시야를 갖는다. 변수 g.aspect가 9/16일 때, 그것은 또한 종횡비가 16:9인데, 이는 많은 디스플레이들에 대해 일반적이다:Computer code may be used to calculate write beam angles and exposure times to produce a holographic squirrel with out-of-plane fill geometry. The sub-pieces of the computer code calculate horizontal and vertical fields of view from the diagonal field of view. As noted above, this holographic skew mirror 1000 has a 60 [deg.] Diagonal field of view (measured outside the holographic recording medium 1020). When the variable g.aspect is 9/16, it also has an aspect ratio of 16: 9, which is common for many displays:

g.dFoV = 60; % 대각선 각도g.dFoV = 60; % Diagonal angle

g.dia = 2 * tand(g.dFoV/2); dist=1.0에서의 % 대각선 크기g.dia = 2 * tand (g.dFoV / 2); % diagonal size at dist = 1.0

g.width = g.dia * cos(atan(g.aspect));g.width = g.dia * cos (atan (g.aspect));

g.height = g.dia * sin(atan(g.aspect));g.height = g.dia * sin (assign (g.aspect));

g.vFoV = 2 * atand(g.height/2);g.vFoV = 2 * atand (g.height / 2);

g.hFoV = 2 * atand(g.width/2);g.hFoV = 2 * atand (g.width / 2);

60° 대각선 시야 및 16:9 종횡비는 53.4° 수평 시야 및 31.6° 수직(브래그 축퇴) 시야(또한, 홀로그래픽 기록 매체의 외부에서 측정되는 바와 같음)에 대응한다. (배향의 선택은 임의적이고 반전될 수 있으며, 즉, 수평 시야가 31.6°일 수 있고 수직 시야가 53.4°일 수 있다.) 약 1.5의 굴절률(예컨대, n = 1.53)을 갖는 홀로그래픽 기록 매체의 경우, 매체의 내부에서 측정된 홀로그래픽 격자들 상의 수평 입사각들의 범위는 약 35°(예컨대, 34.17°)이다.The 60 [deg.] Diagonal field of view and the 16: 9 aspect ratio correspond to a 53.4 [deg.] Horizontal field of view and a 31.6 [deg.] Vertical (Bragg degeneration) field of view (also as measured from the outside of the holographic recording medium). (The choice of orientation may be arbitrary and invert, i. E., The horizontal field of view may be 31.6 and the vertical field of view may be 53.4). A holographic recording medium having a refractive index of about 1.5 (e.g., n = 1.53) The range of horizontal incidence angles on the holographic grating measured inside the medium is about 35 degrees (e.g., 34.17 degrees).

도 12는 각각의 색상 대역에 대한 홀로그램들(홀로그래픽 격자들)을 예시하는, 상이한 컴퓨터 코드에 의해 생성된 곡선들의 세트를 예시한다. 이러한 곡선들은 53.4° 수평 시야를 갖는 홀로그래픽 출력 커플러에 대한 스큐 미러 내부 각도 파장 대역들(1201a 내지 1201e)을 나타낸다. 좌측 대역들(1201a)은 적색 광을 반사시키는 홀로그램들을 나타낸다. 중간 대역들(1201c)은 3개의 색상 대역들 모두에 대해 사용되는 홀로그램들을 나타낸다. 좌측 중간 대역들(1201b)은 녹색 및 적색 대역에 대해 공유되는 홀로그램들을 나타낸다. 우측 중간 대역들(1201d)은 청색 및 녹색 대역들에 대해 공유되는 홀로그램들을 나타낸다. 그리고, 우측 대역들(1201e)은 청색 광을 반사시키는 홀로그램들을 나타낸다.Figure 12 illustrates a set of curves generated by different computer codes, illustrating holograms (holographic gratings) for each color band. These curves represent the skew mirror internal angular wave bands 1201a through 1201e for the holographic output coupler with a 53.4 degree horizontal view. Left bands 1201a represent holograms that reflect red light. Middle bands 1201c represent holograms used for all three color bands. Left middle bands 1201b represent holograms shared for the green and red bands. The right middle bands 1201d represent holograms shared for the blue and green bands. The right bands 1201e represent holograms that reflect blue light.

코드는 또한, 아래의 표 1에 나타낸, 기록 파라미터들의 표를 생성하였다. 파라미터들은 각각, 620 nm, 520 nm, 및 460 nm에 중심을 둔 적색-녹색-청색(RGB) 색상 대역들에서 출력 커플러에 대한 53.4° 수평 시야를 지원하도록 선택되었다.The code also generated a table of recording parameters, shown in Table 1 below. The parameters were selected to support a 53.4 ° horizontal field of view for the output coupler in red-green-blue (RGB) color bands centered at 620 nm, 520 nm, and 460 nm, respectively.

표 1의 228개의 행들은 도 7a 내지 도 7d 및 도 8a 내지 도 8c에 도시된 면외 기입 기하형상 및 시스템을 사용하여 스큐 미러를 프로그래밍하기 위한 228개의 노출들에 대응한다. 첫 번째 열인 글로벌 각도는, 회전 미러(850a)(도 8a)에 의해 설정되는, 매체 내부의 x G 축에 대한 신호 빔(731a)(도 7a)의 각도(θG)를 나타낸다. 회전 미러(850b)는 매체 내부에서 180° ― θG의 각도로 기준 빔(731b)을 전달하도록 설정된다. 열 3인 조정 각도는, 매체 내부의 양쪽 빔들(731)에 대해 나타낸 면외 각도 성분들을 생성하기 위해 고니오미터들(870)을 설정하는 데 사용된다. 조정들은 2개의 빔들(731)에 대해 동일한 크기이지만 반대의 부호를 가져서, 신호 빔이 상향 각도를 이루면서 전달되게 하거나 기준 빔이 동일한 크기의 하향 각도를 이루면서 전달되거나 또는 그 반대로 되도록 한다. 선형 스테이지 및 수직 스테이지(880)는 기록 빔들(731)의 교차점에서 기록 매체(710)를 중심에 두도록 설정된다. 이어서, 열 2에 나타낸 시간 동안 기록 매체(710)를 노출시키기 위해 셔터가 열린다. 표 1에서의 모든 노출들은 그렇게 기록되고, 이어서 기록 매체(710)는 노출 직후에 스큐 미러 기록기로부터 제거되고 비간섭성 UV LED 소스로 후경화된다.The 228 rows of Table 1 correspond to 228 exposures for programming the skew mirror using the out-of-plane fill geometry and system shown in Figures 7A-7D and 8A-8C. The first column, the global angle, represents the angle [theta] G of the signal beam 731a (Figure 7A) relative to the x G axis within the media, which is set by the rotating mirror 850a (Figure 8A). The rotating mirror 850b is set to transmit the reference beam 731b at an angle of 180 [deg.] - [theta] G inside the medium. An adjustment angle of row 3 is used to set the goniometers 870 to produce out-of-plane angular components shown for both beams 731 inside the media. The adjustments have the same size but opposite signs for the two beams 731 so that the signal beam is transmitted at an upward angle or the reference beam is delivered at the same downward angle or vice versa. The linear stage and vertical stage 880 are set to center the recording medium 710 at the intersection of the recording beams 731. The shutter is then opened to expose the recording medium 710 for the time shown in column 2. All exposures in Table 1 are thus recorded, and then the recording medium 710 is removed from the skew mirror recorder immediately after exposure and postcured to a non-coherent UV LED source.

[표 1][Table 1]

Figure pct00015
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Figure pct00016
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Figure pct00017
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Figure pct00018
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Figure pct00019
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Figure pct00020
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실험 증명Proof of experiment

도 13은 표 1에 나타낸 파라미터들에 따라 제조되었던 홀로그래픽 스큐 미러 출력 커플러(1300)(예컨대, 도 10에 도시된 출력 커플러(1000)와 같음)를 갖는 슬래브 도파관(1350)을 도시한다. 홀로그래픽 스큐 출력 커플러(1300)는 53.4° 수평 시야 및 31.6° 수직(브래그 축퇴) 시야를 가졌다. 스큐 미러 출력 커플러는 표 1의 파라미터들에 따라 기록 매체 내에 프로그래밍되었다. Akonia 제형 AK291 광중합체 매체의 500 μm 기록 층(1310)을 갖는 2개의 1"× 2" 500 μm 두께의 Eagle XG 유리 기판들(1354)을 사용하여 광학적으로 편평한 도파관 패키지가 제작되었다. 이러한 기판들은 입사 가시광의 약 90%를 양방향으로 투과시킨다. TIGER 프리즘 스큐 기록기는 각각의 빔에 대해 대략 2 mW/㎠의 광학 파워에서 직경이 대략 40mm인 시준된 신호 및 참조 빔들을 전달했다. 각각의 빔은 25 × 21 mm(폭 × 높이)인 직사각형 개구(aperture)에 의해 아포다이징(apodizing)되었다.13 shows a slab waveguide 1350 having a holographic skew mirror output coupler 1300 (e.g., the same as the output coupler 1000 shown in FIG. 10) that was fabricated according to the parameters shown in Table 1. The holographic skew output coupler 1300 had a 53.4 ° horizontal field of view and a 31.6 ° vertical (Bragg degeneration field of view). The skew mirror output coupler was programmed into the recording medium according to the parameters in Table 1. An optically flat waveguide package was fabricated using two 1 " x 2 " 500 μm thick Eagle XG glass substrates 1354 having a 500 μm recording layer 1310 of Akonia form AK291 photopolymer medium. These substrates transmit about 90% of the incident visible light in both directions. The TIGER prism skew recorder delivered collimated signals and reference beams with a diameter of approximately 40 mm at an optical power of approximately 2 mW / cm 2 for each beam. Each beam was apodized by a rectangular aperture of 25 x 21 mm (width x height).

생성된 도파관(1350) 및 출력 커플러(1300)는 그들의 특성들을 검증하기 위해 테스트되었다. 광학 접착제를 사용하여 도파관(1350)의 좌측(x < 0) 단부에 커플링 프리즘이 부착되었고, 기성품인 피코프로젝터(picoprojector)를 사용하여 커플링 프리즘을 통해 도파관 내로 이미지(1301)가 투영되었다. 이러한 이미지는 출력 커플러(1300) 내의 격자들에 대한 기판 경계들에서의 내부 전반사를 통해 기록 층 내에서 안내되었다. 이러한 격자들은 표면 법선에 대해 약 -30.25도의 각도를 형성하는 반사 축에 대해 커플러(1300)로부터 (예컨대, 눈을 향해) 이미지를 반사시킨다. 출력 이미지(1303')는 53.4°의 수평 시야를 근사적으로 확인하기 위해 시각적으로 검사되었다(피코프로젝터는 약 30° 시야만을 가져서, 그것은 도파관 범위의 양쪽 단부들을 검토하기 위해 수동으로 회전되었다).The resulting waveguide 1350 and output coupler 1300 have been tested to verify their properties. A coupling prism was attached to the left ( x < 0) end of the waveguide 1350 using an optical adhesive and the image 1301 was projected into the waveguide through the coupling prism using a ready-made picoprojector. This image was guided in the recording layer through total internal reflection at the substrate boundaries to the gratings within the output coupler 1300. [ These gratings reflect the image from the coupler 1300 (e.g., toward the eye) with respect to the reflective axis forming an angle of about -30.25 degrees with respect to the surface normal. The output image 1303 'was visually inspected to approximate a horizontal view of 53.4 ° (the pico projector had only about 30 ° view, which was manually rotated to examine both ends of the waveguide range).

투영된 이미지 품질을 검증하기 위해 시야를 가로질러 변조 전달 함수(MTF) 테스트가 수행되었다. 도 14는 시야를 가로질러 측정된 MTF의 9개의 플롯들의 모자이크를 도시하는데, 여기서 도면 내의 플롯의 위치는 시야에서의 위치에 대응한다(즉, 상부 좌측 플롯은 시야의 상부 좌측에 대응하고, 중심 플롯은 시야의 중심에 대응하고 등등이다). 도 14의 각각의 플롯의 수평 축은 공간 주파수(사이클/도)이고, 수직 축은 콘트라스트 비(CR)이다. 더 어두운 선들은 수직 MTF에 대응하고, 더 밝은 선들은 수평 MTF에 대응한다. 열화의 대부분은 프로젝터 렌즈로 인한 것인데, 이는 출력 커플러에 의해 유해하게 영향을 받지 않는, 수직 MTF의 낮은 CR에 의해 증명된다.A Modulation Transfer Function (MTF) test was performed across the field of view to verify the projected image quality. Figure 14 shows a mosaic of nine plots of MTF measured across the field of view where the position of the plot in the figure corresponds to the position in the field of view (i.e., the upper left plot corresponds to the upper left of the field of view, The plot corresponds to the center of view and so on). The horizontal axis of each plot of FIG. 14 is the spatial frequency (cycle / degree) and the vertical axis is the contrast ratio CR. The darker lines correspond to the vertical MTF, and the brighter lines correspond to the horizontal MTF. Much of the deterioration is due to the projector lens, which is evidenced by the low CR of vertical MTF, which is not adversely affected by the output coupler.

스큐 미러 기반 헤드 마운트 디스플레이Skew Mirror Based Head Mount Display

도 15는 관찰자의 눈(1599)에 이미지들을 투영하기 위한 광시야 스큐 미러 기반 커플러들을 갖는 헤드 마운트 디스플레이(1500)를 도시한다. 안경 템플(1504) 내에 또는 그를 따라 배치된, 하나 이상의 레이저들 또는 발광 다이오드(LED)들에 의해 조명되는 마이크로디스플레이와 같은 이미지 소스(1502)가, 하나 이상의 색상들에서의 이미지 광(1501)(예컨대, 적색, 녹색, 및 청색 광)을 안경 템플(1504)에 실질적으로 평행한 방향으로 방출한다. 한 쌍의 투명 기판들(1512) 사이에 개재된 격자 매체에 기록된 격자 구조를 포함하는 스큐 입력 커플러(1510)가 광을 슬래브 도파관(1520) 안으로 커플링시킨다. (이미지 소스(1502)로부터의 광(1501)을 슬래브 도파관(1520) 안으로 커플링시키기 위해 프리즘 또는 에지 커플링이 또한 사용될 수 있다.) 슬래브 도파관(1520)은 이러한 광(1511)을 도 10에 도시된 것과 같은 스큐 출력 커플러(1530)로 안내한다.15 illustrates a head-mounted display 1500 having wide field-of-view skew mirror-based couplers for projecting images onto an observer's eye 1599. An image source 1502, such as a microdisplay, illuminated by one or more lasers or light emitting diodes (LEDs) disposed in or along the eyeglass temple 1504 is coupled to an image light 1501 (E.g., red, green, and blue light) in a direction substantially parallel to the eyeglass temple 1504. A skew input coupler 1510 including a grating structure recorded in a grating medium interposed between a pair of transparent substrates 1512 couples light into the slab waveguide 1520. (A prism or edge coupling may also be used to couple light 1501 from image source 1502 into slab waveguide 1520.) Slab waveguide 1520 directs such light 1511 To a skew output coupler 1530 as shown.

이러한 스큐 출력 커플러(1530)는 투명 기판들(1512) 사이에 개재된 더 많은 격자 매체에 기록된 다른 격자 구조를 포함한다. 스큐 출력 커플러(1530)는 이러한 광(1531)을, 광시야, 예컨대 관찰자에 의해 인지되는 바와 같이 수평으로 약 50도 및 수직으로 약 30도에 걸쳐 있는 시야에 걸쳐 관찰자를 향해 밖으로 커플링시킨다. 이것은 관찰자가 광시야로 이미지를 인지하게 한다. 도 15에 도시된 바와 같이, 스큐 입력 커플러(1510)는 약 +30.25도의 스큐 각도를 가지며 스큐 출력 커플러(1530)는 약 -30.25도의 스큐 각도를 갖는다(예컨대, 도 10에 도시된 스큐 입력/출력 커플러와 같음).This skew output coupler 1530 includes other grating structures recorded in more grating media interposed between the transparent substrates 1512. Skew output coupler 1530 couples this light 1531 out towards the observer over a field of view, e.g., a field of view that spans approximately 50 degrees horizontally and approximately 30 degrees vertically as perceived by an observer. This allows the observer to perceive the image in a wide field of view. 15, the skew input coupler 1510 has a skew angle of about +30.25 degrees and the skew output coupler 1530 has a skew angle of about -30.25 degrees (e.g., the skew input / output Coupler).

결론conclusion

다양한 본 발명의 실시예가 본 명세서에서 기술되고 예시되었지만, 당업자는 그 기능을 수행하고 그리고/또는 결과 및/또는 본 명세서에서 기술된 이점 중 하나 이상을 획득하기 위한 다양한 다른 수단 및/또는 구조를 용이하게 구상할 것이고, 이러한 변형예 및/또는 수정예 각각은 본 명세서에서 기술되는 본 발명의 실시예의 범주 내인 것으로 간주된다. 보다 일반적으로, 당업자는, 본 명세서에서 기술된 모든 파라미터, 치수, 재료 및 구성이 예시적인 것으로 의도되고, 실제 파라미터, 치수, 재료 및/또는 구성은 본 발명의 교시 내용이 사용되는 특정 응용 또는 응용들에 의존할 것임을 용이하게 인식할 것이다. 당업자는, 본 명세서에서 기술된 특정한 본 발명의 실시예에 대해 통상적인 것을 넘지 않는 실험을 사용하여 많은 등가물을 인식할 것이거나 확인할 수 있다. 따라서, 전술된 실시예는 오직 예로서 제시되며, 첨부된 청구범위 및 이에 대한 등가물의 범주 내에서, 본 발명의 실시예는 구체적으로 기술되고 청구된 것 이외에 달리 실시될 수 있음을 이해해야 한다. 본 발명의 창작적 실시예는 본 명세서에서 기술된 각각의 개별적인 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트(kit) 및/또는 방법으로 의도된다. 또한, 둘 이상의 이러한 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트 및/또는 방법의 임의의 조합은, 이러한 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트 및/또는 방법이 상호 모순되지 않는다면, 본 발명의 창작적 범주 내에 포함된다.While various embodiments of the present invention have been described and illustrated herein, those skilled in the art will readily appreciate that various other means and / or structures for performing the functions and / or obtaining one or more of the results and / And each of these variations and / or modifications are considered within the scope of the embodiments of the invention described herein. More generally, those skilled in the art will readily appreciate that all parameters, dimensions, materials, and configurations described herein are intended to be exemplary and that the actual parameters, dimensions, materials, and / or configurations may vary depending upon a particular application or application in which the teachings of the present invention are employed Lt; RTI ID = 0.0 &gt; a &lt; / RTI &gt; Those skilled in the art will recognize, or be able to ascertain using no more than routine experimentation with the specific embodiments of the invention described herein, many equivalents. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are presented by way of example only, and that within the scope of the appended claims and their equivalents, the embodiments of the invention may be practiced otherwise than as specifically described and claimed. The inventive embodiments of the invention are intended as respective individual features, systems, articles, materials, kits and / or methods described herein. It should also be understood that any combination of two or more such features, systems, articles, materials, kits and / or methods is intended to cover the modifications and variations of the inventive subject matter, systems, articles, materials, .

전술된 실시예는 임의의 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 개시된 기술을 설계 및 수행하는 실시예는 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합을 사용하여 구현될 수 있다. 소프트웨어로 구현되는 경우, 소프트웨어 코드는, 단일 컴퓨터에 제공되든 또는 다수의 컴퓨터 사이에 분산되든지 간에, 임의의 적절한 프로세서 또는 프로세서의 집합물 상에서 실행될 수 있다.The above-described embodiments may be implemented in any of various ways. For example, embodiments for designing and performing the techniques disclosed herein may be implemented using hardware, software, or a combination thereof. When implemented in software, the software code may be executed on any suitable processor or collection of processors, whether provided in a single computer or distributed among multiple computers.

본 명세서에 개요가 서술된 (예를 들어, 앞서 개시된 기술을 설계 및 수행하는) 다양한 방법 또는 프로세스는, 다양한 운영 체제 또는 플랫폼 중 임의의 것을 채용하는 하나 이상의 프로세서 상에서 실행가능한 소프트웨어로서 코딩될 수 있다. 추가적으로, 이러한 소프트웨어는 다수의 적절한 프로그래밍 언어 및/또는 프로그래밍 또는 스크립팅 툴(scripting tool) 중 임의의 것을 사용하여 기입될 수 있고, 또한 프레임워크 또는 가상 머신 상에서 실행되는 실행가능한 기계 언어 코드 또는 중간적 코드로서 컴파일링될 수 있다.The various methods or processes described in this specification (e.g., for designing and performing the techniques described above) may be coded as software executable on one or more processors employing any of a variety of operating systems or platforms . Additionally, such software may be written using any of a number of suitable programming languages and / or programming or scripting tools, and may also include executable machine language code or intermediate code Lt; / RTI &gt;

이와 관련하여, 다양한 본 발명의 개념은, 하나 이상의 컴퓨터 또는 다른 프로세서 상에서 실행되는 경우 앞서 논의된 발명의 다양한 실시예를 구현하는 방법을 수행하는 하나 이상의 프로그램으로 인코딩된 컴퓨터 판독가능 저장 매체(또는 다수의 컴퓨터 판독가능 저장 매체)(예를 들어, 컴퓨터 메모리, 하나 이상의 플로피 디스크, 컴팩트 디스크, 광학 디스크, 자기 테이프, 플래시 메모리, 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이 또는 다른 반도체 디바이스 내의 회로 구성, 또는 다른 비일시적 매체 또는 유형적(tangible) 컴퓨터 저장 매체)로서 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체 또는 매체들은 운반가능할 수 있어서, 그에 저장된 프로그램 또는 프로그램들은, 앞서 논의된 본 발명의 다양한 태양들을 구현하도록 하나 이상의 상이한 컴퓨터 또는 다른 프로세서 상으로 로딩될 수 있다.In this regard, the various inventive concepts may be embodied in a computer-readable storage medium (or a plurality of computer-readable instructions) encoded in one or more programs that, when executed on one or more computers or other processors, (E.g., a computer memory, one or more floppy disks, a compact disk, an optical disk, a magnetic tape, a flash memory, a circuitry within a field programmable gate array or other semiconductor device, Or tangible computer storage media). The computer readable medium or media may be transportable such that the programs or programs stored thereon may be loaded onto one or more different computers or other processors to implement the various aspects of the present invention discussed above.

용어 "프로그램" 또는 "소프트웨어" 또는 "코드"는 본 명세서에서, 앞서 논의된 바와 같은 실시예의 다양한 태양들을 구현하도록 컴퓨터 또는 다른 프로세서를 프로그래밍하기 위해 채용될 수 있는 임의의 유형의 컴퓨터 코드 또는 컴퓨터 실행가능 명령어들의 세트를 지칭하는 일반적 의미로 사용된다. 추가적으로, 일 태양에 따르면, 실행되는 경우 본 발명의 방법을 수행하는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램은 단일 컴퓨터 또는 프로세서 상에 상주할 필요가 없지만, 본 발명의 다양한 태양들을 구현하기 위해 다수의 상이한 컴퓨터 또는 프로세서 사이에 모듈 방식으로 분산될 수 있음을 인식해야 한다.The term "program" or "software" or "code" is used herein to refer to any type of computer code Lt; / RTI &gt; is used in the general sense to refer to a set of possible instructions. Additionally, in accordance with one aspect, one or more computer programs that, when executed, perform the method of the present invention, need not reside on a single computer or processor, but may be implemented on a number of different computers or processors to implement various aspects of the invention. Lt; RTI ID = 0.0 &gt; modular &lt; / RTI &gt;

컴퓨터 실행가능 명령어는, 하나 이상의 컴퓨터 또는 다른 디바이스에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 많은 형태일 수 있다. 일반적으로, 프로그램 모듈은, 특정 작업을 수행하거나 특정한 추상적 데이터 유형을 구현하는 루틴, 프로그램, 오브젝트, 컴포넌트, 데이터 구조 등을 포함한다. 통상적으로, 프로그램 모듈의 기능은 다양한 실시예에서 원하는 대로 결합 또는 분산될 수 있다.The computer-executable instructions may be in many forms, such as program modules, executed by one or more computers or other devices. Generally, program modules include routines, programs, objects, components, data structures, etc. that perform particular tasks or implement particular abstract data types. Typically, the functionality of the program modules may be combined or distributed as desired in various embodiments.

또한, 데이터 구조는 임의의 적절한 형태로 컴퓨터 판독가능 매체에 저장될 수 있다. 예시의 단순화를 위해, 데이터 구조는, 데이터 구조의 위치를 통해 관련되는 필드를 갖는 것으로 도시될 수 있다. 이러한 관계는, 필드 사이의 관계를 전달하는 컴퓨터 판독가능 매체에서의 위치들을 필드에 대한 저장소에 할당함으로써 마찬가지로 달성될 수 있다. 그러나, 데이터 구조의 필드들 내의 정보 사이의 관계를 설정하기 위해, 포인터, 태그, 또는 데이터 요소 사이의 관계를 설정하는 다른 메커니즘의 사용을 통하는 것을 포함한, 임의의 적절한 메커니즘이 사용될 수 있다.Further, the data structure may be stored in a computer readable medium in any suitable form. For simplicity of illustration, the data structure may be shown as having a field associated therewith through the location of the data structure. This relationship can likewise be achieved by assigning locations in a computer readable medium that carry relationships between fields to a repository for a field. However, any appropriate mechanism may be used to establish the relationship between the information in the fields of the data structure, including through the use of pointers, tags, or other mechanisms to establish relationships between data elements.

또한, 다양한 본 발명의 개념은 하나 이상의 방법으로 구현될 수 있고, 그 중의 일례가 제공되었다. 방법의 일부로서 수행되는 동작은 임의의 적절한 방식으로 순서화될 수 있다. 따라서, 예시적인 실시예에서 순차적인 동작으로 도시된 경우에도, 일부 동작을 동시에 수행하는 것을 포함할 수 있는, 예시된 것과 상이한 순서로 동작이 수행되는 실시예가 구성될 수 있다.Furthermore, the various inventive concepts may be embodied in one or more ways, one example of which has been provided. The operations performed as part of the method may be ordered in any suitable manner. Thus, even when illustrated in sequential operation in an exemplary embodiment, an embodiment may be constructed in which operations are performed in a different order than the illustrated, which may include performing some operations concurrently.

본 명세서에서 정의되고 사용되는 모든 정의는 사전적 정의, 참조로 통합된 문헌에서의 정의 및/또는 정의된 용어의 통상적 의미에 대한 제어로 이해되어야 한다.All definitions defined and used herein should be understood as dictionary definitions, definitions in documents incorporated by reference, and / or control over the ordinary meaning of defined terms.

본 명세서 및 청구범위에서 사용된 부정관사 "a" 및 "an"은 명시적으로 반대로 표시되지 않는 한 "적어도 하나"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.The indefinite articles "a" and "an" used in the specification and claims should be understood to mean "at least one" unless explicitly indicated to the contrary.

본 명세서 및 청구범위에서 사용된 문구 "및/또는"은, 그렇게 결합된 요소, 즉, 일부 경우에는 결합적으로 존재하고 다른 경우에는 분리적으로 존재하는 요소 중 "어느 하나 또는 둘 모두"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. "및/또는"으로 나열된 다수의 요소는 동일한 방식으로, 즉, 그렇게 결합된 요소 중 "하나 이상"으로 해석되어야 한다. "및/또는" 구에 의해 구체적으로 식별된 요소 이외의 다른 요소는, 그러한 요소와 관련되는 것이 구체적으로 식별되든 관련되지 않는 것으로 구체적으로 식별되든지 간에 선택적으로 존재할 수 있다. 따라서, 비제한적인 예로서, "포함하는"과 같은 확장가능(open-ended) 언어와 함께 사용되는 경우 "A 및/또는 B"에 대한 언급은, 일 실시예에서는 오직 A(선택적으로 B 이외의 요소를 포함함); 다른 실시예에서는 오직 B(선택적으로 A 이외의 요소를 포함함); 또 다른 실시예에서는 A 및 B 둘 모두(선택적으로 다른 요소를 포함함) 등을 지칭할 수 있다.The phrase " and / or " as used in this specification and claims means either such combined elements, that is, either or both of the elements that in some cases are present in combination and in other cases exist separately . Many of the elements listed as " and / or " should be interpreted in the same manner, i.e., as " one or more " Elements other than those specifically identified by " and / or " phrases may optionally be present, whether specifically associated with those elements being specifically identified or not. Thus, as a non-limiting example, references to " A and / or B ", when used in conjunction with an open-ended language such as " &Lt; / RTI &gt; In other embodiments only B (optionally including elements other than A); In another embodiment, both A and B (optionally including other elements) and the like can be referred to.

본 명세서 및 청구범위에서 사용되는 바와 같이, "또는"은 앞서 정의된 "및/또는"과 동일한 의미를 갖는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 리스트 내의 항목을 분리하는 경우, "또는" 또는 "및/또는"은 포괄적인 것으로, 즉, 적어도 하나의 포함 뿐만 아니라 다수의 요소 또는 요소들의 리스트 중 하나보다 많이, 그리고 선택적으로 추가적인 나열되지 않은 항목들의 포함으로 해석될 것이다. 오직 반대로 명시적으로 나타낸 용어, 예를 들어, "~중 오직 하나" 또는 "~중 정확히 하나" 또는 청구범위에서 사용되는 경우 "~로 이루어진"은, 다수의 요소 또는 요소들의 리스트 중 정확히 하나의 요소의 포함을 지칭할 것이다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용되는 용어 "또는"은 오직, "어느 하나", "~중 하나", "~중 오직 하나" 또는 "~중 정확히 하나"와 같은 배타성 용어로 선행되는 경우의 배타적 대안을 나타내는 것으로 해석될 것이다(즉, 하나 또는 다른 하나, 그러나 둘 모두는 아님). "~로 본질적으로 이루어진"은, 청구범위에서 사용되는 경우 특허법 분야에서 사용되는 바와 같은 그의 통상적인 의미를 가질 것이다.As used in the specification and claims, " or " should be understood to have the same meaning as " and / or " as defined above. For example, to separate items in a list, it is to be understood that "or" or "and / or" is inclusive, i.e., includes at least one inclusion, as well as more than one of a plurality of elements or lists of elements, It will be interpreted as inclusion of unlisted items. It will be understood that, by way of contrast, the term explicitly used, for example, " only one of " or " exactly one of &Quot; element " In general, the term " or " as used herein refers to an exclusive alternative when preceded by exclusivity terms such as "any one," "one of," "only one," or "exactly one of. (I.e., one or the other, but not both). &Quot; Essentially consisting of, " as used in the claims shall have its ordinary meaning as used in the field of patent law.

본 명세서 및 청구범위에서 사용되는 바와 같이, 하나 이상의 요소들의 리스트에 대한 참조에서 문구 "적어도 하나"는, 요소들의 리스트 내에 구체적으로 나열된 각각의 및 모든 요소 중 적어도 하나를 반드시 포함하는 것 및 요소들의 리스트 내의 요소들의 임의의 조합을 배제하는 것이 아니라, 그 요소들의 리스트 내의 요소들 중 임의의 하나 이상으로부터 선택되는 적어도 하나의 요소를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 이러한 정의는 또한, 문구 "적어도 하나"가 지칭하는 요소들의 리스트 내에서 구체적으로 식별된 요소 이외의 요소가, 그러한 요소와 관련되는 것이 구체적으로 식별되든 관련되지 않는 것으로 구체적으로 식별되든지 간에 선택적으로 존재할 수 있도록 허용한다. 따라서, 비제한적인 예로서, "A 및 B 중 적어도 하나"(또는 등가적으로, "A 또는 B 중 적어도 하나", 또는 등가적으로 "A 및/또는 B 중 적어도 하나")는, 일 실시예에서는, 적어도 하나 - 선택적으로 하나보다 많이 포함 - 의 A, 및 B 없음(및 선택적으로 B 이외의 요소를 포함함); 다른 실시예에서는, 적어도 하나 - 선택적으로 하나보다 많이 포함 -의 B, 및 A 없음(및 선택적으로 A 이외의 요소를 포함함); 또 다른 실시예에서는, 적어도 하나 - 선택적으로 하나보다 많이 포함 - 의 A 및 적어도 하나 - 선택적으로 하나보다 많이 포함 - 의 B(및 선택적으로 다른 요소를 포함함) 등을 지칭할 수 있다.As used in this specification and the claims, the phrase " at least one " in reference to a list of one or more elements necessarily includes at least one of each and every element specifically listed in the list of elements, Quot; is understood to mean at least one element selected from any one or more of the elements in the list of elements, not excluding any combination of elements within the list. This definition is also intended to encompass elements that are selectively present in the list of elements referred to by the phrase " at least one ", whether or not the elements other than the specifically identified elements are specifically identified as being specifically related . Thus, as a non-limiting example, "at least one of A and B" (or equivalently, "at least one of A or B," or equivalently, "at least one of A and / or B" In the example, A and B none (and optionally including elements other than B) of at least one - optionally more than one -; In another embodiment, at least one - optionally including more than one - B, and no A (and optionally including elements other than A); In another embodiment, it may refer to at least one - optionally including more than one - A and at least one - optionally including more than one - B (and optionally including other elements), and the like.

상기 명세서에서 뿐만 아니라 청구범위에서, "포함하는(comprising)", "구비하는(including)", "지닌(carrying)", "갖는(having)", "포함한(containing)", "수반하는(involving)", "유지하는(holding)", "구성된(composed of)" 등과 같은 모든 전이 문구는 확장가능한 것으로, 즉, 포함하지만 그로 제한하는 것은 아닌 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 단지, 전이 문구 "~로 이루어진" 및 "~로 본질적으로 이루어진"은, 미국 특허 상표청의 특허 심사 절차 매뉴얼, 섹션 2111.03에 기재된 바와 같이, 각각 폐쇄형 또는 반-폐쇄형 전이 문구여야 할 것이다.As used in the specification, as well as in the claims, the terms "comprising," "including," "carrying," "having," "containing," " quot ;, " involving ", " holding ", " composed of, " and the like, are to be understood as being extendable, i.e., including but not limited to. However, the transitional phrases "consisting essentially of" and "consisting essentially of" shall each be a closed or semi-closed transitional phrase, as described in the Patent and Trademark Office's Patent Examination Procedures Manual, Section 2111.03.

Claims (41)

광학 반사형 디바이스로서,
격자 매체(grating medium) 내에 존재하는 격자 구조를 포함하고,
상기 격자 구조는 입사광을 반사된 광으로서 주로 반사시키도록 구조화되고,
상기 입사광은 제1 파장을 포함하고,
상기 반사된 광은 상기 제1 파장을 포함하고,
상기 제1 파장의 상기 입사광과 상기 제1 파장의 상기 반사된 광은 반사 축에 의해 이등분되는 각도를 형성하고,
상기 반사 축은, 상기 입사광이 적어도 15도에 걸쳐 있는 내부 입사각들의 범위에서 상기 격자 매체 상에 입사되는 경우 1도 미만으로 변하고,
상기 반사 축은 상기 격자 매체의 표면 법선과 적어도 2.0도만큼 상이한, 광학 반사형 디바이스.
As an optical reflection type device,
Comprising a grating structure present in a grating medium,
The grating structure is structured to primarily reflect incident light as reflected light,
Wherein the incident light includes a first wavelength,
Wherein the reflected light comprises the first wavelength,
Wherein the incident light of the first wavelength and the reflected light of the first wavelength form an angle bisecting by the reflection axis,
The reflection axis changes to less than one degree when the incident light is incident on the grating medium in a range of internal incident angles spanning at least 15 degrees,
Wherein the reflective axis is at least 2.0 degrees different from the surface normal of the grating medium.
제1항에 있어서, 상기 반사 축은, 상기 입사광이 적어도 30도에 걸쳐 있는 내부 입사각들의 범위에서 상기 격자 매체 상에 입사되는 경우 1도 미만으로 변하는, 광학 반사형 디바이스.2. The optically reflective device of claim 1, wherein the reflective axis varies less than one degree when the incident light is incident on the grating medium in a range of internal angles of incidence that span at least 30 degrees. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 격자 구조는 적어도 미터당 2.00 × 105 라디안의 범위에 걸쳐 있는 격자 주파수(|KG|)를 갖는 하나 이상의 홀로그램들을 포함하는, 광학 반사형 디바이스.According to claim 1 or 2, wherein the lattice structure is in grid frequency over a range of at least 2.00 × 10 5 radians per meter (| K G |), the optical reflective device comprising one or more hologram having. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입사광은 제2 파장을 포함하고,
상기 반사된 광은 상기 제2 파장을 포함하고,
상기 제2 파장은 상기 제1 파장과 적어도 약 50 nm만큼 상이한, 광학 반사형 디바이스.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the incident light includes a second wavelength,
Wherein the reflected light comprises the second wavelength,
Wherein the second wavelength is different by at least about 50 nm from the first wavelength.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입사광은 제3 파장을 포함하고,
상기 반사된 광은 상기 제3 파장을 포함하고,
상기 제3 파장은 상기 제1 파장 및 상기 제2 파장 각각과 적어도 약 50 nm만큼 상이한, 광학 반사형 디바이스.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the incident light includes a third wavelength,
Wherein the reflected light comprises the third wavelength,
Wherein the third wavelength is different by at least about 50 nm from each of the first wavelength and the second wavelength.
제5항에 있어서, 상기 제1 파장은 적색 영역에 존재하고, 상기 제2 파장은 녹색 영역에 존재하고, 상기 제3 영역은 청색 영역에 존재하는, 광학 반사형 디바이스.6. The device of claim 5, wherein the first wavelength is in a red region, the second wavelength is in a green region, and the third region is in a blue region. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 격자 구조는 적어도 미터당 1.68 × 106 라디안의 범위에 걸쳐 있는 격자 주파수(|KG|)를 갖는 하나 이상의 홀로그램들을 포함하는, 광학 반사형 디바이스. 7. Optical system according to any one of the preceding claims, wherein the grating structure comprises at least one hologram with a grating frequency (| K G |) that spans a range of at least 1.68 x 10 radians per meter. device. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 격자 구조는 적어도 미터당 5.01 × 106 라디안의 범위에 걸쳐 있는 격자 주파수(|KG|)를 갖는 하나 이상의 홀로그램들을 포함하는, 광학 반사형 디바이스.Any one of claims 1 to claim 7 as set forth in wherein the grating structure has at least a meter of 5.01 × 10 6 radians grid frequency over a range of (| K G |), an optical reflection type, which comprises one or more holograms having device. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 격자 구조는 적어도 미터당 1.24 × 107 라디안의 범위에 걸쳐 있는 격자 주파수(|KG|)를 갖는 하나 이상의 홀로그램들을 포함하는, 광학 반사형 디바이스.9. Optical system according to any one of the preceding claims, wherein the grating structure comprises at least one hologram with a grating frequency (| K G |) spanning a range of at least 1.24 x 10 7 radians per meter. device. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 격자 구조는 미터당 5.10 × 105 라디안 초과 그리고 미터당 3.15 × 107 라디안 미만의 범위에 걸쳐 있는 격자 주파수들(|KG|)을 갖는 하나 이상의 홀로그램들을 포함하는, 광학 반사형 디바이스.The method according to any one of claims 2 to 6, wherein the lattice structure of the meter 5.10 × 10 5 radians excess and grid frequencies over the range of the meter 3.15 × less than 10 7 radians one having a (| | K G) RTI ID = 0.0 &gt; holograms. &Lt; / RTI &gt; 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 홀로그램들은 적어도 9개의 홀로그램들을 포함하는, 광학 반사형 디바이스.11. An optically reflective device according to any one of claims 7 to 10, wherein the at least one hologram comprises at least nine holograms. 제11항에 있어서, 상기 적어도 9개의 홀로그램들의 평균 인접 |ΔKG|는 5.0 × 103 rad/m 내지 1.0 × 107 rad/m의 범위에 존재하는, 광학 반사형 디바이스.12. The method of claim 11, wherein at least an average of nine adjacent hologram | ΔK G | is 5.0 × 10 3 rad / m to 1.0 × 10 7 rad / m, the optical reflective devices existing in the range of. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입사광은 상기 광학 반사형 디바이스 내부로부터 상기 격자 구조 상에 입사되고,
상기 반사된 광은 상기 광학 반사형 디바이스에서 나오는, 광학 반사형 디바이스.
13. The method according to any one of claims 1 to 12,
The incident light is incident on the grating structure from the inside of the optical reflection type device,
Wherein the reflected light emanates from the optically reflective device.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 격자 매체에 인접한 적어도 하나의 기판을 추가로 포함하는, 광학 반사형 디바이스.14. The optically reflective device of any one of claims 1 to 13, further comprising at least one substrate adjacent the grating medium. 제14항에 있어서, 상기 적어도 하나의 기판은 2개의 기판들을 포함하는데, 이때 상기 격자 매체가 상기 2개의 기판들 사이에 배치되는, 광학 반사형 디바이스.15. The optically reflective device of claim 14, wherein the at least one substrate comprises two substrates, wherein the grating medium is disposed between the two substrates. 제15항에 있어서, 상기 격자 매체는 적어도 100 μm 두께의 광중합체 매체를 포함하고, 상기 2개의 기판들은 상기 입사광의 적어도 60% 및 상기 반사된 광의 적어도 60%를 투과시키는, 광학 반사형 디바이스.16. The optically reflective device of claim 15, wherein the grating medium comprises a photopolymer medium at least 100 microns thick and wherein the two substrates transmit at least 60 percent of the incident light and at least 60 percent of the reflected light. 제15항에 있어서, 상기 격자 매체는 제1 굴절률을 갖고, 상기 2개의 기판들은 상기 제1 굴절률의 약 0.1 이내의 제2 굴절률을 갖는, 광학 반사형 디바이스.16. The optically reflective device of claim 15, wherein the grating medium has a first index of refraction and the two substrates have a second index of refraction less than about 0.1 of the first index of refraction. 방법으로서,
격자 매체 내에 존재하는 격자 구조를 제1 파장의 입사광으로 조명하는 단계를 포함하고, 상기 입사광은 상기 격자 구조에서 반사되어 상기 제1 파장의 반사된 광을 생성하고,
상기 입사광과 상기 반사된 광은, 상기 격자 매체의 표면 법선에 대해 적어도 약 2.0도만큼 기울어진 반사 축에 의해 이등분되는 각도를 형성하고,
상기 반사 축은, 상기 입사광이 적어도 15도에 걸쳐 있는 내부 입사각들의 범위에서 상기 격자 매체 내의 상기 격자 구조 상에 입사되는 경우 1도 미만으로 변하는, 방법.
As a method,
Illuminating a grating structure present in the grating medium with incident light of a first wavelength, wherein the incident light is reflected in the grating structure to produce reflected light of the first wavelength,
Wherein the incident light and the reflected light form an angle bisecting by a reflection axis which is inclined by at least about 2.0 degrees with respect to the surface normal of the grating medium,
Wherein the reflective axis changes less than one degree when the incident light is incident on the grating structure in the grating medium in a range of internal angles of incidence that span at least 15 degrees.
제18항에 있어서, 상기 반사 축은, 상기 입사광이 적어도 30도에 걸쳐 있는 내부 입사각들의 범위에서 상기 격자 매체 상에 입사되는 경우 1도 미만으로 변하는, 방법.19. The method of claim 18, wherein the reflective axis changes less than one degree when the incident light is incident on the grating medium in a range of internal angles of incidence that span at least 30 degrees. 제18항에 있어서, 상기 격자 구조를 조명하는 단계는,
상기 입사광을 상기 격자 매체 안으로 커플링시키는 단계; 및
상기 입사광을 상기 격자 매체 내에서 내부 전반사시키는 단계를 포함하는, 방법.
19. The method of claim 18, wherein illuminating the grating structure comprises:
Coupling the incident light into the grating medium; And
And total internal reflection of the incident light in the grating medium.
제18항에 있어서, 상기 격자 구조를 조명하는 단계는,
상기 입사광을 상기 격자 매체를 통해 상기 격자 구조로 적어도 부분적으로 안내하는 단계를 포함하는, 방법.
19. The method of claim 18, wherein illuminating the grating structure comprises:
And at least partially guiding the incident light to the grating structure through the grating medium.
제18항에 있어서, 상기 입사광 및 상기 반사된 광은 상기 제1 파장과 적어도 약 50 nm만큼 상이한 제2 파장을 포함하는, 방법.19. The method of claim 18, wherein the incident light and the reflected light comprise a second wavelength that is different by at least about 50 nm from the first wavelength. 제22항에 있어서, 상기 입사광 및 상기 반사된 광은 상기 제1 파장 및 상기 제2 파장 각각과 적어도 약 50 nm만큼 상이한 제3 파장을 포함하는, 방법.24. The method of claim 22, wherein the incident light and the reflected light comprise a third wavelength that is different by at least about 50 nm from each of the first wavelength and the second wavelength. 제18항에 있어서,
상기 반사된 광을 상기 격자 매체의 상기 표면 법선에 대해 약 25도의 각도로 상기 격자 매체 밖으로 커플링시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
19. The method of claim 18,
Further comprising coupling the reflected light out of the grating medium at an angle of about 25 degrees to the surface normal of the grating medium.
제18항에 있어서,
상기 반사된 빔이 사람의 눈을 적어도 부분적으로 조명하도록 상기 사람의 눈과 광 통신 상태로 상기 격자 매체를 배치하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
19. The method of claim 18,
Further comprising the step of placing the grating medium in optical communication with the eye of the person so that the reflected beam at least partially illuminates the human eye.
제25항에 있어서, 상기 격자 구조를 조명하는 단계는, 반사된 이미지가 사람의 눈에 가시적으로 보이도록 상기 격자 구조를 이미지로 조명하는 단계를 포함하는, 방법.26. The method of claim 25, wherein illuminating the grating structure comprises illuminating the grating structure with an image such that the reflected image is visible to a human eye. 방법으로서,
사람의 눈과 광 통신 상태로 격자 구조를 포함하는 격자 매체를 배치하는 단계 - 상기 격자 매체는 표면 법선을 정의하는 근접 표면을 가짐 -;
가시 이미지를 상기 격자 매체 안으로 커플링시키는 단계;
상기 가시 이미지를 상기 격자 매체 내에서 적어도 하나의 내부 전반사를 통해 상기 격자 구조로 안내하는 단계;
상기 격자 구조로부터의 상기 가시 이미지를, 상기 표면 법선에 대해 적어도 약 2도의 각도를 형성하는 반사 축에 대해 반사시키는 단계; 및
상기 가시 이미지를 상기 근접 표면을 통해 상기 사람의 눈을 향해 상기 격자 매체 밖으로 커플링시키는 단계를 포함하고, 상기 가시 이미지는 적어도 약 30도의 자유 공간에서의 시야에 걸쳐 있는, 방법.
As a method,
Disposing a grating medium including a grating structure in optical communication with a human eye, the grating medium having a proximity surface defining a surface normal;
Coupling a visible image into the grating medium;
Directing the visible image into the grating structure through at least one total internal reflection in the grating medium;
Reflecting the visible image from the grating structure with respect to a reflective axis forming an angle of at least about 2 degrees with respect to the surface normal; And
And coupling the visible image out of the grating medium towards the human eye through the proximity surface, wherein the visible image spans a field of view in at least about 30 degrees of free space.
홀로그래픽 격자들을 감광성 매체에 기입하는 방법으로서,
상기 감광성 매체를 제1 프리즘의 경사 면과 제2 프리즘의 경사 면 사이에 배치하는 단계;
상기 감광성 매체의 제1 표면 및 상기 제1 프리즘의 상기 경사 면을 통해 제1 빔을 상기 감광성 매체 안으로 커플링시키는 단계 - 상기 제1 빔은 상기 제1 표면의 표면 법선에 대해 제1 각도를 형성하고, 상기 제1 각도는 제1 크기를 가짐 -; 및
상기 감광성 매체의 제2 표면 및 상기 제2 프리즘의 상기 경사 면을 통해 제2 빔을 상기 감광성 매체 안으로 커플링시키는 단계 - 상기 제2 빔은 상기 제2 표면의 표면 법선에 대해 제2 각도를 형성하고, 상기 제2 각도는 상기 제1 크기와 실질적으로 동일한 제2 크기를 가짐 - 를 포함하는, 방법.
A method of writing holographic gratings to a photosensitive medium,
Disposing the photosensitive medium between an oblique surface of the first prism and an oblique surface of the second prism;
Coupling a first beam into the photosensitive medium through a first surface of the photosensitive medium and the oblique surface of the first prism, the first beam forming a first angle relative to a surface normal of the first surface, The first angle having a first magnitude; And
Coupling a second beam into the photosensitive medium through a second surface of the photosensitive medium and the oblique surface of the second prism, the second beam forming a second angle relative to a surface normal of the second surface, And wherein the second angle has a second magnitude substantially equal to the first magnitude.
제28항에 있어서,
상기 감광성 매체 내에 제2 홀로그래픽 격자를 형성하기 위해 상기 감광성 매체 내에서 제3 빔 및 제4 빔을 간섭시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
29. The method of claim 28,
Further comprising interfering the third beam and the fourth beam in the photosensitive medium to form a second holographic grating in the photosensitive medium.
디바이스로서,
제1 치수에서 적어도 약 50°의 시야에 걸쳐 가시광을 반사시키도록 구조화된 적어도 하나의 격자를 갖는 홀로그래픽 광학 요소를 포함하고, 상기 시야는 상기 홀로그래픽 광학 요소의 외부에서 측정되고 상기 홀로그래픽 광학 요소의 표면 법선에 실질적으로 중심을 두고, 상기 적어도 하나의 격자는 상기 표면 법선에 대해 적어도 약 15° 내지 약 45°의 각도로 배향되는 격자 벡터를 갖는, 디바이스.
As a device,
A holographic optical element having at least one grating structured to reflect visible light over a field of view of at least about 50 degrees in a first dimension, the field of view being measured outside the holographic optical element, Wherein the at least one grating has a grating vector oriented at an angle of at least about 15 to about 45 relative to the surface normal.
제30항에 있어서, 상기 적어도 하나의 격자는 상기 시야에 걸쳐 약 400 nm 내지 약 700 nm의 범위의 파장들의 가시광을 반사시키도록 구조화된 단일 격자를 포함하는, 디바이스.31. The device of claim 30, wherein the at least one grating comprises a single grating structured to reflect visible light at wavelengths ranging from about 400 nm to about 700 nm over the field of view. 제30항에 있어서, 상기 적어도 하나의 격자는 복수의 격자들을 포함하는데, 상기 격자들 각각은 상기 가시광의 하나의 파장에서의 입사광을 상기 시야 내에서 상이한 각도로 반사시키도록 구조화되는, 디바이스.31. The device of claim 30, wherein the at least one grating comprises a plurality of gratings, each of the gratings being structured to reflect incident light at one wavelength of the visible light at different angles within the field of view. 제30항에 있어서,
상기 복수의 격자들을 상기 가시광으로 조명하기 위해 상기 홀로그래픽 광학 요소와 광 통신 상태에 있는 적어도 하나의 광원을 추가로 포함하는, 디바이스.
31. The method of claim 30,
And at least one light source in optical communication with the holographic optical element to illuminate the plurality of gratings with the visible light.
제30항에 있어서, 상기 시야는 상기 제1 치수에 직교하는 제2 치수에서 적어도 약 30°인, 디바이스.32. The device of claim 30, wherein the field of view is at least about 30 degrees at a second dimension orthogonal to the first dimension. 제30항에 있어서, 반사 축과 상기 표면 법선에 의해 형성된 각도가 약 20° 내지 약 40°인, 디바이스.31. The device of claim 30, wherein the angle formed by the reflective axis and the surface normal is between about 20 degrees and about 40 degrees. 제30항에 있어서, 상기 홀로그래픽 광학 요소는 가시광에 민감한 광개시제들을 실질적으로 갖지 않는, 디바이스.31. The device of claim 30, wherein the holographic optical element is substantially free of visible light-sensitive photoinitiators. 광을 반사시키는 방법으로서,
홀로그래픽 광학 요소 내의 적어도 하나의 격자를 가시광으로 조명하는 단계를 포함하고, 상기 적어도 하나의 격자는 적어도 약 50°의 시야에 걸쳐 상기 광의 적어도 일부분을 반사시키고, 상기 시야는 상기 홀로그래픽 광학 요소의 표면 법선에 대해 적어도 약 15° 내지 약 45°의 각도를 형성하는 반사 축에 중심을 두는, 방법.
As a method of reflecting light,
Wherein the at least one grating reflects at least a portion of the light over a field of view of at least about 50 [deg.], The field of view of the at least one grating of the holographic optical element Centered on a reflective axis that forms an angle of at least about 15 [deg.] To about 45 [deg.] With respect to the surface normal.
홀로그래픽 광학 요소를 제조하는 방법으로서,
제1 격자를 형성하기 위해 홀로그래픽 기록 매체 내부에서 제1 빔 및 제2 빔을 간섭시키는 단계를 포함하고, 상기 홀로그래픽 기록 매체는 평표면을 갖고, 상기 제1 격자는 적어도 약 50°의 시야에 걸쳐 제1 가시광 파장의 입사광을 반사시키도록 구조화되고, 상기 시야는 상기 홀로그래픽 광학 요소의 상기 평표면의 표면 법선에 대해 적어도 약 15° 내지 약 45°의 각도를 형성하는 반사 축에 중심을 두고 있는, 방법.
A method of manufacturing a holographic optical element,
Interfering with a first beam and a second beam within a holographic recording medium to form a first grating, the holographic recording medium having a planar surface, the first grating having a viewing angle of at least about 50 [ Wherein the field of view is centered on a reflective axis that forms an angle of at least about 15 to about 45 with respect to a surface normal of the planar surface of the holographic optical element How to put it.
제38항에 있어서, 상기 제1 빔 및 제2 빔을 간섭시키는 단계는,
제1 프리즘의 경사 표면을 통해 상기 제1 빔을 상기 홀로그래픽 기록 매체 안으로 커플링시키는 단계; 및
제2 프리즘의 경사 표면을 통해 상기 제2 빔을 상기 홀로그래픽 기록 매체 안으로 커플링시키는 단계를 포함하는, 방법.
39. The method of claim 38, wherein interfering the first beam and the second beam comprises:
Coupling the first beam into the holographic recording medium through an oblique surface of the first prism; And
And coupling the second beam into the holographic recording medium through an oblique surface of the second prism.
제38항 또는 제39항의 방법에 따라 제조된, 홀로그래픽 광학 요소.A holographic optical element produced according to the method of claims 38 or 39. 디바이스로서,
복수의 반사 격자들을 갖는 홀로그래픽 광학 요소를 포함하고, 상기 복수의 반사 격자들 중 각각의 반사 격자는, 상기 홀로그래픽 광학 요소의 표면 법선과 약 15° 내지 약 45°의 각도를 형성하는 격자 벡터(KG) 및 적어도 미터당 2.00 × 105 라디안의 격자 주파수 (|KG|)를 갖는, 디바이스.
As a device,
Wherein each reflective grating of the plurality of reflective gratings comprises a grating element that forms an angle of about 15 to about 45 with the surface normal of the holographic optical element, (K G) and the grid frequency of the meter at least 2.00 × 10 5 radians (| K G |), the device having a.
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