KR20190126414A

KR20190126414A - 섬유 스캐닝 프로젝터를 위한 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20190126414A
Application number: KR1020197030676A
Authority: KR
Inventors: 브라이언 티. 쇼웬게르트; 매튜 디. 왓슨; 찰스 데이비드 멜빌; 스콧 프랭크
Original assignee: 매직 립, 인코포레이티드
Priority date: 2017-03-21
Filing date: 2018-03-21
Publication date: 2019-11-11
Also published as: EP3602167A4; JP7071993B2; AU2018239353B2; CN110446963B; AU2018239353C1; EP3602167A1; US20180275396A1; CA3056787A1; US20210325662A1; AU2018239353A1; IL269095B2; JP7387797B2; CN114326278A; KR102661322B1; JP2024014947A; KR20240059636A; IL269095A; JP2020514828A; WO2018175542A1; US11022793B2

Abstract

섬유 스캐닝 프로젝터는 압전 엘리먼트 및 압전 엘리먼트에 기계적으로 커플링된 스캐닝 섬유를 포함한다. 섬유 스캐닝 프로젝터는 또한 스캐닝 섬유로부터 광을 수신하도록 동작 가능한 광학 어셈블리 섹션을 포함한다. 광학 어셈블리 섹션은 프리즘 엘리먼트, 인터페이스에서 프리즘 엘리먼트에 커플링된 시준 엘리먼트, 1/4 파장 플레이트, 및 인터페이스에 배치된 편광 빔 스플리터를 포함한다.

Description

섬유 스캐닝 프로젝터를 위한 방법 및 시스템

[0001] 본 출원은 "Method and System for Fiber Scanning Projector"라는 명칭으로 2017년 3월 21일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 제62/474,461호를 우선권으로 주장하며, 이로써 이 가특허 출원의 개시내용은 모든 목적들을 위해 그 전체가 인용에 의해 통합된다.

[0002] 현대 컴퓨팅 및 디스플레이 기술들은 소위 "가상 현실" 또는 "증강 현실" 경험들을 위한 시스템들의 개발을 가능하게 하였고, 여기서 디지털 방식으로 재생된 이미지들 또는 이미지들의 부분들은, 그들이 실제인 것으로 보이거나, 실제로서 지각될 수 있는 방식으로 뷰어에게 제시된다. 가상 현실(virtual reality), 또는 "VR" 시나리오는 전형적으로 다른 실제 실세계 시각적 입력에 대한 투명화(transparency) 없는 디지털 또는 가상 이미지 정보의 프리젠테이션(presentation)을 수반하고; 증강 현실(augmented reality), 또는 "AR" 시나리오는 전형적으로 뷰어 주위 실제 세계의 시각화에 대한 증강으로서 디지털 또는 가상 이미지 정보의 프리젠테이션을 수반한다.

[0003] 이러한 디스플레이 기술들에서 이루어진 진보에도 불구하고, 증강 현실 시스템들, 특히 디스플레이 시스템들과 관련된 개선된 방법들 및 시스템들에 대한 필요성이 당업계에 존재한다.

[0004] 본 발명은 일반적으로 웨어러블 디스플레이들을 포함하는 투사(projection) 디스플레이 시스템들과 관련된 방법들 및 시스템들에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 실시예들은 하나 초과의 깊이 평면에서 광의 용적측정 조각들을 생성하는 용적측정 디스플레이들(이는 또한 광 필드 디스플레이들로 지칭됨)을 위한 방법들 및 시스템들을 제공한다. 본 발명은 컴퓨터 비전 및 이미지 디스플레이 시스템들의 다양한 응용들에 적용 가능하다.

[0005] 본 발명의 일 실시예에 따르면, 프로젝터가 제공된다. 프로젝터는 볼록한 객체 표면을 정의하는 스캐닝 광원 및 스캐닝 광원으로부터 광을 수신하도록 동작 가능한 광학 어셈블리 섹션을 포함한다. 광학 어셈블리 섹션은 프리즘 엘리먼트; 인터페이스에서 프리즘 엘리먼트에 커플링된 시준 엘리먼트; 1/4 파장 플레이트; 및 인터페이스에 배치된 편광 빔 스플리터를 포함한다.

[0006] 본 발명의 실시예에 따르면, 섬유 스캐닝 프로젝터가 제공된다. 섬유 스캐닝 프로젝터는 압전 엘리먼트, 압전 엘리먼트에 기계적으로 커플링된 스캐닝 섬유, 및 스캐닝 섬유로부터 광을 수신하도록 동작 가능한 광학 어셈블리 섹션을 포함한다. 광학 어셈블리 섹션은 프리즘 엘리먼트, 인터페이스에서 프리즘 엘리먼트에 커플링된 시준 엘리먼트, 1/4 파장 플레이트, 및 인터페이스에 배치된 편광 빔 스플리터를 포함한다.

[0007] 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 섬유 스캐닝 프로젝터가 제공된다. 섬유 스캐닝 프로젝터는 압전 엘리먼트 및 압전 엘리먼트를 통과하여 압전 엘리먼트에 기계적으로 커플링된 스캐닝 섬유를 포함한다. 스캐닝 섬유는 광 경로를 따라 광을 방출한다. 섬유 스캐닝 프로젝터는 또한 애퍼처를 포함하는 미러를 포함한다. 스캐닝 섬유는 애퍼처를 통과한다. 섬유 스캐닝 프로젝터는 광 경로를 따라 배치된 시준 미러를 더 포함한다.

[0008] 본 발명의 특정 실시예에 따르면, 섬유 스캐닝 프로젝터가 제공된다. 섬유 스캐닝 프로젝터는 압전 엘리먼트 및 압전 엘리먼트를 통과하여 압전 엘리먼트에 기계적으로 커플링된 스캐닝 섬유를 포함한다. 스캐닝 섬유는 광 경로를 따라 광을 방출한다. 섬유 스캐닝 프로젝터는 또한 광 경로를 따라 배치된 제1 편광 민감성 반사기, 제1 편광 민감성 반사기에 인접하게 배치된 1/4 파장 플레이트, 및 광 경로를 따라 배치된 제2 편광 민감성 반사기를 포함한다.

[0009] 종래 기법들에 비해 본 발명에 의해 많은 장점들이 달성된다. 예컨대, 본 발명의 실시예들은 표준 안경과 비슷한 폼 팩터로 이미지들을 사용자에게 디스플레이하는데 사용될 수 있는 방법들 및 시스템들을 제공한다. 일부 실시예들에서, 섬유 스캐닝 광원과 통합된 이미지 프로젝터들은 안경의 프레임들 내에 끼워 맞춰질 수 있다. 본 발명의 이들 및 다른 실시예들은 본 발명의 많은 장점들 및 특징들과 함께 아래의 본문 및 첨부된 도면들과 함께 더 상세하게 설명된다.

[0010] 도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 섬유 스캐닝 프로젝터를 예시하는 간략화된 사시도이다.
[0011] 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 섬유 스캐닝 프로젝터를 예시하는 간략화된 절개 사시도이다.
[0012] 도 1c은 본 발명의 실시예에 따라, 뷰어에게 디지털 또는 가상 이미지를 제시하는데 사용될 수 있는 VOA(viewing optics assembly)에서의 광 경로들을 개략적으로 예시한다.
[0013] 도 1d는 본 발명의 실시예에 따른 실리콘-기반 도파관을 사용하는 도파관 스캐닝 시스템의 부분 단면도를 도시한다.
[0014] 도 1e는 본 발명의 실시예에 따른 아이피스(eyepiece)의 구조를 예시하는 부분 단면도이다.
[0015] 도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 광학 어셈블리 섹션을 통한 광의 전파를 예시하는 광선 추적 다이어그램이다.
[0016] 도 2b는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 대안적인 광학 어셈블리 섹션의 측면도이다.
[0017] 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 빔 스플리터 큐브 기반 광학 어셈블리 섹션의 측면도이다.
[0018] 도 2d는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 다른 대안적인 광학 어셈블리 섹션의 측면도이다.
[0019] 도 2e는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 다중-편광 경사(tilted) 반사기 광학 어셈블리 섹션의 측면도이다.
[0020] 도 2f는 본 발명의 실시예에 따른 맨진(Mangin) 미러를 포함하는 광학 어셈블리의 측면도이다.
[0021] 도 2g는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 맨진 미러를 포함하는 광학 어셈블리의 측면도이다.
[0022] 도 2h는 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린트 렌즈를 포함하는 광학 어셈블리의 측면도이다.
[0023] 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 섬유 스캐닝 프로젝터의 광학 어셈블리 섹션의 간략화된 사시도이다.
[0024] 도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 제조 동안 광학 어셈블리 섹션의 엘리먼트들의 간략화된 사시도이다.
[0025] 도 5는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 섬유 스캐닝 프로젝터(500)를 예시하는 간략화된 개략도이다.
[0026] 도 6a는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 섬유 스캐닝 프로젝터를 예시한다.
[0027] 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 대안적인 섬유 스캐닝 프로젝터이다.
[0028] 도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 다른 대안적인 섬유 스캐닝 프로젝터이다.
[0029] 도 6d는 본 발명의 실시예에 따른 또 다른 대안적인 섬유 스캐닝 프로젝터이다.
[0030] 도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈형 섬유 팁을 예시하는 개략도이다.
[0031] 도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 렌즈형 섬유 팁을 예시하는 개략도이다.
[0032] 도 7c는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 렌즈형 섬유 팁을 예시하는 개략도이다.

[0033] 본 발명은 일반적으로 웨어러블 디스플레이들을 포함하는 투사 디스플레이 시스템들과 관련된 방법들 및 시스템들에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 실시예들은 하나 초과의 깊이 평면에서 광의 용적측정 조각들을 생성하는 용적측정 디스플레이들(이는 또한 광 필드 디스플레이들로 지칭됨)을 위한 방법들 및 시스템들을 제공한다. 본 발명은 컴퓨터 비전 및 이미지 디스플레이 시스템들의 다양한 응용들에 적용 가능하다.

[0034] 도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 섬유 스캐닝 프로젝터를 예시하는 간략화된 사시도이다. 2mm x 2mm x 7mm 정도의 치수들을 가질 수 있는 섬유 스캐닝 프로젝터(100)는 섬유 입력(110), 섬유 진동 구역(120) 및 광학 어셈블리 섹션(130)을 포함한다. 압전 액추에이터들(예시안됨)에 의해 구동될 때, 광섬유는 예컨대 주어진 프레임 시간 동안 광의 투사 동안 각도 편향이 증가하는 나선형 구성으로 섬유 진동 구역(120)에서 진동한다. 섬유 스캐닝 프로젝터로의 입력 광은 섬유 입력(110)을 통해 제공되고, 섬유 스캐닝 프로젝터로부터의 출력 광은 광학 어셈블리 섹션(130)의 표면들 중 하나 이상의 표면을 통해 제공된다. 섬유 스캐닝 프로젝터의 다양한 엘리먼트들은 본 명세서 전반에 걸쳐 더 완전히 설명된다.

[0035] 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 섬유 스캐닝 프로젝터를 예시하는 간략화된 절개 사시도이다. 도 1b에 도시된 도면에서, 섬유 스캐닝 프로젝터(100)는 수평으로 회전되었다. 리테이닝 칼라(retaining collar)(152)에 의해 지지되는 (그리고, 도시되지 않은 와이어들로부터의 전기 신호들에 의해 구동되는) 압전 액추에이터(150)를 포함하는 섬유 진동 섹션(120)으로의 입력을 제공하는 섬유 입력(110)이 도면의 우측에 예시되어 있으며, 스캐닝 섬유(154)는 기계적 인클로저(156)에 배치된다. 광학 어셈블리 섹션(130)은 본원에서 더 완전히 설명되는 스캐닝 섬유(154)로부터 광을 수신한다.

[0036] 동작 동안, 압전 액추에이터(150)에 기계적으로 부착된 스캐닝 섬유(154)는 섬유 진동 구역(120)에서 진동한다. 실시예에서, 압전 액추에이터(150)는 서로에 대해 90°시프트된 원주 포지션들에 분포된 4개의 전극들을 포함한다. 따라서, 압전 액추에이터의 대향 측면들에 인가된 양 및 음의 전압들은 전극들의 평면에서 액추에이터 및 스캐닝 섬유를 구부릴 수 있다. 4개의 전극들 모두를 동기화하여 구동함으로써, 섬유의 진동이 달성될 수 있다. 광이 스캐닝 섬유(154)에서 출사(exit)됨에 따라, 광은 아래에서 더 완전히 설명되는 광학 어셈블리 섹션(130)에 커플링된다.

[0037] 본원에서 더 완전히 설명되는 바와 같이, 표준 안경과 비슷한 작은 폼 팩터들이 본 발명의 실시예들에 의해 가능해진다. 본 발명의 실시예들을 활용함으로써, 원하는 시야, 분해능 깊이(depth of resolution), 통합 관성 모션 유닛(IMU)들, 카메라들, 오디오 컴포넌트들 등을 갖는 디스플레이들이 제공된다. 일부 실시예들에서, 도 1a 및 도 1b에 예시된 섬유 스캐닝 프로젝터(100)는 안경의 템플(temple) 또는 프레임에 장착되고, 투사된 광을 사용자의 눈을 향해 지향시키기 위해 프레임에 배치된 아이피스와 결합하여 작용한다. 섬유 스캐닝 프로젝터(100)의 크기는 각각의 눈을 향해 광을 지향시킬 수 있는 다수의 섬유 스캐닝 프로젝터들의 통합을 가능하게 하여, 디스플레이 영역들의 타일링(tiling)을 통해 시야를 증가시킨다. 예로서, 눈마다 2개의 프로젝터들이 사용되는 경우에, 2개의 프로젝터들을 사용하여 89°의 대각선 시야가 제공될 수 있다. 눈마다 4개의 프로젝터들을 사용하여, 134°의 대각선 시야가 달성될 수 있다. 부가적으로, 시야의 증가에 부가하여, 다수의 프로젝터들의 사용을 통해 추가 깊이 평면들이 제공될 수 있다. 시야를 증가시키기 위해 다수의 프로젝터들의 사용과 디스플레이 영역들의 타일링과 관련된 추가 설명은 2018년 3월 21일에 출원된 미국 특허 출원 번호 __(대리인 관리 번호: 101782-1075069(003410US))에 제공되며, 이로써 이 출원의 개시내용은 모든 목적들을 위해 그 전체가 인용에 의해 통합되다.

[0038] 실시예에서, 2018년 3월 21일에 출원된 미국 특허 출원 번호 __(대리인 관리 번호: 101782-1075223(003510US))의 도 2에 예시된 바와 같이, 섬유 스캐닝 프로젝터(100)는 섬유 입력(110)에 의해 공급받으며, 섬유 진동 구역(120) 및 광학 어셈블리 섹션(130)은 프레임의 외측 에지에 장착되며, 이로써 이 출원의 개시내용은 모든 목적들을 위해 그 전체가 인용에 의해 통합된다. 광학 어셈블리 섹션(430)의 출력은 프레임에 장착된 아이피스의 입력 커플링 엘리먼트들을 향해 광을 방출하도록 배향된다. 예로서, 광학 어셈블리 섹션의 출력으로부터의 광은 아이피스에 커플링되기 전에 사용자를 향해 지향될 수 있으며, 아이피스는 세계측 커버 유리 및 눈측 커버 유리를 포함할 수 있다.

[0039] 도 1c은 본 발명의 실시예에 따라, 뷰어에게 디지털 또는 가상 이미지를 제시하는데 사용될 수 있는 VOA(viewing optics assembly)에서의 광 경로들을 개략적으로 예시한다. VOA는 뷰어의 눈 주위에 또는 정면에 착용될 수 있는 아이피스(160) 및 프로젝터(100)를 포함한다. 논의되는 바와 같이, 본원에서, VOA는 하나의 안경 프레임들과 통합되어, 이 안경을 착용한 뷰어에게 디지털 또는 가상 이미지를 제시할 수 있다.

[0040] 도 1c를 참조하면, 섬유 스캐닝 프로젝터(100)가 예시되어 있다. 그러나, 예컨대 스캐닝 도파관 소스를 포함하는 스캐닝식 도파관 시스템으로서 구현될 수 있는 다른 스캐닝식 광 시스템들 또는 스캐닝식 빔 시스템들이 본 발명의 실시예들과 함께 활용될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 따라서, 비록 광을 도파하기 위한 일 구현으로서 광섬유가 일부 실시예들에 예시되어 있지만, 본 발명은 섬유 스캐닝 시스템들로 제한되지 않고 다른 실시예들에 따라 다른 도파관 스캐닝 시스템들이 활용될 수 있다. 다른 도파 시스템들의 예들은 도파관 피처(feature)들, 예컨대 캔틸레버형 빔(cantilevered beam)과 통합된 실리콘 도파관을 광 스캐닝 시스템들에 통합하는 미세전자기계 시스템(microelectromechanical system: MEMS)들을 포함한다. 더욱이, 곡선형 객체 표면을 생성하기 위해 프로젝터에 의해 수렴 광 빔이 스캐닝되는 스캐닝 미러 시스템이, 본원에서 설명되는 바와 같은 본 발명의 실시예들에 대해 활용될 수 있다. 게다가, 스캐닝 포인트 소스, 예컨대 발광 다이오드(LED; light emitting diode) 또는 유기 LED(OLED; organic LED)가 본원에서 설명된 옵틱스(optics)와 함께 활용될 수 있다. 예로서, MEMS-기반 도파관 스캐너의 일 구현이 도 1d에 예시되어 있다.

[0041] 도 1c에 예시되어 있지 않지만, 선택적인 프로젝터 릴레이 옵틱스가 섬유 스캐닝 프로젝터(100)로부터의 광을 아이피스(160)로 지향시키기 위해 사용될 수 있다. 이들 프로젝터 릴레이 옵틱스가 선택적이기 때문에, 이들은 본 발명에 의해 요구되지 않으며, 본 발명의 실시예들에 따라 다른 광학 구성들이 활용될 수 있다. 예시된 실시예에서, 광은 섬유 스캐닝 프로젝터(100)의 기계적 인클로저(enclosure)(156)의 길이방향 축에 대체로 수직인 방향으로 광학 어셈블리 섹션에서 출사하여 시준되고, 이는 인커플링 격자들(167)에 적합한 입력을 제공한다.

[0042] 동작 동안, 압전 액추에이터(150)에 기계적으로 부착된 광섬유(154)는 섬유 진동 구역(120)에서 진동한다. 실시예에서, 압전 액추에이터(150)는 서로에 대해 90°시프트된 원주 포지션들에 분포된 4개의 전극들을 포함한다. 따라서, 압전 액추에이터의 대향 측면들에 인가된 양 및 음의 전압들은 전극들의 평면에서 액추에이터 및 스캐닝 섬유를 구부릴 수 있다. 4개의 전극들 모두를 동기로 구동시킴으로써, 섬유의 진동이 달성될 수 있다. 광섬유(154)가 스캐닝될 때 광이 광섬유(154)에서 출사됨에 따라, 광은 광학 어셈블리 섹션(130)에 커플링되고, 광학 어셈블리 섹션(130)은 아이피스(160)를 향해 광을 재지향시킨다.

[0043] 섬유 스캐닝 프로젝터(100)는 풀-컬러 디스플레이(full-color display)를 형성하기 위해 3원색, 즉 적색, 녹색 및 청색(RGB; red, green, and blue)을 포함하는 다수의 컬러들을 제공할 수 있다. 따라서, 아이피스(160)는 하나 이상의 아이피스 층들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 아이피스(160)는 3개의 아이피스 층들을 포함하는데, 3원색, 즉 적색, 녹색 및 청색 각각에 대해 하나의 아이피스 층이 제공된다. 다른 실시예에서, 아이피스(160)는 6개의 아이피스 층들을 포함할 수 있으며, 즉 하나의 깊이 평면에서 가상 이미지를 형성하도록 구성된 3원색 각각에 대해 한 세트의 아이피스 층들이 포함되고 다른 깊이 평면에서 가상 이미지를 형성하도록 구성된 3원색 각각에 대해 다른 세트의 아이피스 층들이 포함될 수 있다. 다른 실시예들에서, 아이피스(160)는 3개 이상의 상이한 깊이 평면들에 대한 3원색 각각에 대해 3개 이상의 아이피스 층들을 포함할 수 있다. 각각의 아이피스 층은 평면 도파관을 포함하고, 인커플링 격자(167), 직교 동공 확장기(OPE) 구역(168), 및 출사 동공 확장기(EPE) 구역(169)을 포함할 수 있다.

[0044] 도 1c을 계속 참조하면, 프로젝터(100)는 아이피스 층(160)의 인커플링 격자(167)상으로 이미지 광을 투사한다. 인커플링 격자(167)는 프로젝터(100)로부터의 이미지 광을 OPE 구역(168)을 향하는 방향으로 전파하는 평면 도파관에 커플링된다. 도파관은 내부 전반사(TIR; total internal reflection)에 의해 이미지 광을 수평 방향으로 전파시킨다. 아이피스 층(160)의 OPE 구역(168)은 또한 도파관에서 전파되는 이미지 광의 일부를 EPE 구역(169)을 향해 커플링 및 재지향시키는 회절 엘리먼트를 포함한다. EPE 구역(169)은 아이피스 층(160)의 평면에 대략 수직인 방향으로 도파관에서 전파되는 이미지 광의 일부를 뷰어의 눈(162)을 향해 커플링 및 지향시키는 회절 엘리먼트를 포함한다. 이러한 방식으로, 프로젝터(101)에 의해 투사된 이미지는 뷰어의 눈(162)에 의해 보여질 수 있다.

[0045] 앞서 설명된 바와 같이, 프로젝터에 의해 생성된 이미지 광은 3원색, 즉 청색(B), 녹색(G) 및 적색(R)의 광을 포함할 수 있다. 이러한 이미지 광은 예컨대 시간적으로 또는 공간적으로 구성요소 컬러들로 분리될 수 있어서, 각각의 구성요소 컬러의 이미지 광은 아이피스의 개개의 도파관에 커플링될 수 있다.

[0046] 도 1d는 본 발명의 실시예에 따른 실리콘-기반 도파관을 사용하는 도파관 스캐닝 시스템의 부분 단면도를 도시한다. 이러한 실시예에서, 테이퍼형 광섬유를 광 스캐닝 엘리먼트로서 사용하기보다는, 실리콘계 캔틸레버형 도파관을 포함하는 캔틸레버형 빔을 통합하는 MEMS 스캐너(170)가 활용된다.

[0047] 도 1d에 예시된 실시예에서, 아이피스를 통해 디스플레이하기 위한 광은 캔틸레버형 빔(172)에 의해 지지되는 도파관(174)에 광학적으로 커플링되는 광섬유(미도시)를 사용하여 제공된다. 캔틸레버형 빔(172)은 기계적 인클로저(156)에 기계적으로 부착된 지지 구조물(176)로부터 연장된다. 따라서, 광섬유로부터의 광은 도파관(174) 아래로 전파되고, 광학 어셈블리 섹션(130)에 의해 방출 및 수신될 수 있다. 도 2a와 관련하여 더 완전히 설명되는 바와 같이, 광학 어셈블리 섹션(130)은 프리즘 엘리먼트(210) 및 인터페이스에 커플링된 시준 엘리먼트(220)를 포함하여, 빔 스플리터(214)를 정의한다. 도 1d에 예시된 바와 같이, 도파관(174)으로부터 방출된 광은 빔 스플리터(214)를 통과하고, 1/4 파장 플레이트(미도시)를 통과하고 그리고 시준 표면(224)에 충돌할 수 있다. 반사 후에, 광은 1/4 파장 플레이트를 2번째 통과하고, 광학 광선(180)에 의해 예시된 바와 같이 빔 스플리터(214)에서 반사된다.

[0048] 캔틸레버형 빔(172)을 작동시키기 위해, 도 1d에 예시된 광학 스캐너는 압전 스트립들(184)에 의해 구동되는 프레임(180) 및 허브(182)를 포함하는 트랜스듀서를 포함한다. 압전 스트립들은 미리 정의된 패턴으로 캔틸레버형 빔(172)의 진동을 협력적으로 유도하기 위해 프레임(180)과 허브(182) 둘 모두에 커플링된다. 브래킷(186)은 광학 어셈블리 섹션(130)에 대해 캔틸레버형 빔(172), 프레임(180) 및 허브(182)를 포지셔닝하도록 구성될 수 있다. 더욱이, 브래킷(186)은 기계 인클로저(156)에 기계적으로 커플링될 수 있다.

[0049] 도 1d에 예시된 바와 같이, 허브(182)는 캔틸레버형 빔(172)의 원하는 스캔 패턴을 달성하기 위해 제자리에서 회전하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 압전 스트립들(184)의 순차적인 작동은 나선형 스캔 패턴으로 캔틸레버형 빔(172), 특히 도파관 팁을 진동시키는 패턴으로 허브가 조정되도록 압전 스트립들의 길이방향 연장 및 수축을 야기할 수 있다. 다른 실시예들에서, 허브(182)는 원하는 스캔 패턴, 예컨대 래스터 스캔 패턴을 유도하기 위해 측면으로 그리고/또는 수직으로 시프트하도록 구성될 수 있다. 허브(182)가 원형 형상을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 타원형, 직사각형 및 다른 다각형 갭 기하학적 형상들과 같은 많은 다른 형상이 또한 가능하다는 것이 인식되어야 한다.

[0050] 캔틸레버형 빔(172)은 실리콘 또는 실리콘 카바이드의 길이로 형성될 수 있다. 단일 모드 도파관일 수 있는 도파관(174)은 도파를 지원하기 하기 위해 굴절률 차이를 정의하는 반도체 프로세싱 단계들을 사용하여 형성될 수 있다. 캔틸레버형 빔(172)이 단일 도파관(174)을 포함하는 것으로 예시되어 있지만, 다른 실시예들은 캔틸레버형 빔에 의해 지지되는 다수의 도파관들을 구현할 수 있다. 캔틸레버형 빔(172)이 또한 다른 액추에이터들, 예컨대 본원에서 더 완전히 설명되는 압전 액추에이터(150)와 함께 활용될 수 있음이 인식되어야 한다. 따라서, 도 1d에 예시된 프레임 및 허브 구현은 캔틸레버형 빔을 작동시키기 위해 사용될 수 있는 구조들의 예시일 뿐이다.

[0051] 도 1e는 본 발명의 실시예에 따른 아이피스의 구조를 예시하는 부분 단면도이다. 단면도로 도시된 구역은 아이피스(800)의 인커플링 회절 광학 엘리먼트(예컨대, 커플링 격자)의 구역을 포함한다. 도 1e에 도시된 바와 같이, 아이피스(800)는 섬유 스캐닝 프로젝터로부터 입력 광을 수신하고 이미지 정보를 뷰어의 눈(802)으로 출력하는 도파관 플레이트들(820, 830, 840)의 스택을 포함한다. 도 1e에 예시된 아이피스(800)는 뷰어의 눈에 인접한 아이피스의 측면상에 포지셔닝된 눈측 커버 층(810), 및 세계 쪽을 향하는 아이피스의 측면상에 포지셔닝된 세계측 커버 층(850)을 포함한다.

[0052] 일부 실시예들에서, 도파관 플레이트들(820, 830 및 840)은 자신들의 개개의 도파관 플레이트들(820, 830 및 840)의 평면들에서 광을 전파하기 위한 개개의 평면 도파관들(822, 832 또는 842)을 포함한다. 각각의 평면 도파관(822, 832 또는 842)은 뷰어의 눈을 향하는 후방 표면 및 세계를 향하는 전방 표면을 갖는다. 도 1e에 예시된 실시예에서, 도파관 플레이트들(820, 830, 및 840)은 또한, 자신들의 개개의 도파관들(822, 832 또는 842)에서 전파되는 광의 일부를 커플링하여 재지향시키기 위한, 자신들의 개개의 도파관들(822, 832 또는 842)의 후방 표면들상에 배치된 개개의 격자들(824, 834 또는 844)을 포함한다.

[0053] 예시된 실시예에서, 각각의 도파관(822, 832 또는 842) 뿐만 아니라 각각의 격자(824, 834 또는 844)는 주어진 파장 범위에서 광을 선택적으로 전파 또는 재지향시키도록 파장 선택적일 수 있다. 일부 실시예들에서, 도파관 플레이트들(820, 830 및 840) 각각이 개개의 원색을 위해 구성될 수 있다. 예컨대, 도파관 플레이트(820)는 적색(R) 광을 위해 구성되고, 도파관 플레이트(830)는 녹색(G) 광을 위해 구성되며, 그리고 도파관 플레이트(840)는 청색(B) 광을 위해 구성된다. 아이피스(800)는, 앞서 설명된 바와 같이, 상이한 깊이 평면들에 대해, 적색 광을 위한 2개 이상의 도파관 플레이트들, 녹색 광을 위한 2개 이상의 도파관 플레이트들 및 청색 광을 위한 2개 이상의 도파관 플레이트들을 포함할 수 있다는 것이 인식될 것이다. 일부 다른 실시예들에서, 자홍색 및 청록색을 포함하는 다른 컬러들이 적색, 녹색 또는 청색 중 하나 이상의 컬러에 부가하여 사용될 수 있거나 또는 이들 하나 이상의 컬러를 대체할 수 있다.

[0054] 광학 효율을 개선시키기 위해, 일부 실시예들은 입력 커플링 엘리먼트들(예컨대, 수직으로 정렬된 인커플링 격자들)을 통과하는 RGB 광일 수 있는 입력 광을 반사시키고 입력 커플링 엘리먼트들을 2번째 통과시켜 이미지 밝기를 개선시키기 위해, 그 입력 커플링 엘리먼트들 뒤에 반사 구조를 형성하는 고반사 표면(예컨대, ~100% 반사 코팅)을 제공하도록 눈측 커버 층의 표면들 중 하나의 표면, 예컨대 전방 표면상에 반사 표면, 예컨대 표면의 금속화(metallization)를 활용한다. 도 1e에 예시된 바와 같이, 반사기(812)는 도파관들에 커플링되지 않는 섬유 스캐닝 프로젝터로부터 입사되는 입력 광(801)을 반사시킨다. 반사기(812)로부터의 반사 후에, 입력 광은 입력 커플링 엘리먼트들을 2번째 통과하고 도파관들에 커플링되는 광량을 증가시킬 수 있다.

[0055] 대안적인 실시예에서, 예컨대 100% 반사 금속 코팅들을 사용하여 제조되는 환형 반사기(852)가 세계측 커버 유리상에 배치될 수 있다. 이러한 환형 반사기(852)가 세계측 커버 층(850)의 후방 측에 도시되어 있지만, 이는 본 발명에 의해 요구되지 않으며 대안적으로 전방 측상에 장착될 수 있다. 당업자는 많은 변형들, 수정들 및 대안들을 인식할 것이다. 이러한 대안적인 실시예에서, 섬유 스캐닝 프로젝터로부터의 입력 광(801)은 그것이 섬유 스캐닝 프로젝터의 광학 어셈블리 섹션으로부터 출력된 후에 환형 반사기(852)의 중심을 통과한다. 입력 광이 발산되고 있기 때문에, 빔은 그 빔이 아이피스를 통과하고 입력 커플링 엘리먼트들 뒤의 반사기(812)로부터 반사될 때 확산된다. 이러한 반사된 광(804)은 그 광의 콘(cone)이 전파 동안 확장하면서 아이피스를 통해 다시 전파된다. 일부 실시예들에서, 반사된 광(804)은 또한 리턴 경로 동안 인커플링 격자들에 커플링되어, 그 반사된 광(804)이 입력 광(801)의 미러 이미지일지라도 인커플링 격자의 대향 측을 통한 진입이 동일한 배향을 야기하기 때문에, 뷰어에게 디스플레이하기 위한 입력 빔들과 동일한 배향으로 특징지워진다. 광의 대부분일 수 있는 실질적인 부분은 이중 반사 광(806)에 의해 예시되는 바와 같이 세계측 커버 층상의 환형 반사기(852)로부터 반사되고, 입력 커플링 엘리먼트들을 3번째 통과하여서, 도파관 플레이트들로의 추가의 광 커플링을 야기할 수 있다. 당업자에게 명백할 바와 같이, 아이피스를 통과하는 증가하는 수의 광선들과 상관되는 밝기의 증가를 야기하여, 필 팩터(fill factor) 및 이미지 품질을 개선시키는 홀 오브 미러 효과(Hall of Mirrors effect)가 달성될 수 있다.

[0056] 섬유 및 전기 배선을 수용하기 위한 채널이 템플 및 프레임들에서 커팅될 수 있다. 섬유/와이어들이 스프링 힌지를 넘어가기(pass over) 때문에, 템플들이 접힐 때, 설계 치수들은 섬유가 최소 굽힘 곡률 반경(minimum bend radius of curvature)을 지나서 굽혀지지 않을 수 있게 한다.

[0057] 도 1e와 관련하여 논의된 입력 커플링 엘리먼트들과 연관된 반사 구조들에 부가하여, 일부 실시예들은 아이피스로부터 세계를 향해 전파되는 광의 일부(예컨대, 절반)가 반사되어 사용자의 눈을 향해 다시 지향되도록 세계측 커버 유리의 내측 표면상에 부분 반사(예컨대, 50%가 알루미늄 처리됨)를 활용하며, 이는 빔들에 대한 약간의 측면 오프셋의 결과로써 전체 밝기를 증가시키고 빔 밀도를 증가시키며, 이는 필 팩터의 개선에 기여한다.

[0058] 도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 광학 어셈블리 섹션을 통한 광의 전파를 예시하는 광선 추적 다이어그램이다. 광학 어셈블리 섹션(130)은 인터페이스에서 커플링된 시준 엘리먼트(220) 및 프리즘 엘리먼트(210)를 포함한다. 일 실시예에서, 프리즘 엘리먼트 및 시준 엘리먼트는 인터페이스에서 광학적으로 본딩된다. 본원에서 더 완전히 설명되는 바와 같이, 광학 어셈블리 섹션(130)의 표면들 중 하나 이상은 광학 파워를 포함할 수 있다. 따라서, 시준 표면(224) 측면에서 광의 시준이 본원에서 논의되지만, 시준 표면(224) 이외의 표면들이 시스템에 의해 광의 시준에 기여할 수 있다는 것이 인식될 것이다. 섬유 진동 구역(120)의 스캐닝 섬유(154)는 3개의 스캐닝 포지션들: 축상의 포지션(230)(실선들), 축에서 오른쪽으로 벗어난 포지션(232)(대시선들), 및 축에서 왼쪽으로 벗어난 포지션(234)(대시선들)에 예시되어 있다. 도 2a에 예시된 바와 같이, 스캐닝 섬유의 팁(tip)은 스캐닝 섬유가 진동할 때 도 2a에서 곡선(240)에 의해 예시된 실질적인 구형 표면을 통해 스위프되어서, 이미징될 볼록한 표면을 야기하며, 따라서 곡선(240)은 볼록한 객체 표면으로 지칭될 수 있다. 종래의 렌즈들은 전형적으로 평평한 객체 평면들 또는 오목한 객체 표면들을 위해 설계된다. 본 발명의 실시예들은 스캐닝 섬유(152)의 팁과 연관된 볼록한 객체 표면(240)이 오목한 시준 표면(224)과 매칭되는 설계들을 활용하는데, 오목한 시준 표면(224)은 높은 레벨에서 볼록한 객체 표면(240)의 곡률 반경의 2배의 곡률 반경을 갖는 실질적인 구형 미러일 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 포커싱의 대부분은 비구면 보정 항(aspheric correction term)을 갖는 곡선형 미러로서 구현될 수 있는 볼록한 시준 표면(224)을 사용하여 달성된다. 굴절 엘리먼트 및 반사 엘리먼트가 도 2a에 예시되지만, 본 발명의 실시예들은 이러한 구현들로 제한되지 않으며, 회절 표면들, 메타-표면들 등은 본 발명의 실시예들에 따라 활용될 수 있다. 예컨대, 반사 표면이 아닌 시준 표면(224)이 회절 표면, 메타-표면 등일 수 있다. 도 2a에 예시된 다른 표면들 중 하나 이상은 또한 회절 구조들, 또는 회절 및/또는 굴절 구조들의 조합들을 사용하여 구현될 수 있다. 예는 색수차를 보상하기 위한 회절 구조, 및 빔을 포커싱/디포커싱하기 위한 굴절 구조일 수 있다. 당업자는 많은 변형들, 수정들 및 대안들을 인식할 것이다.

[0059] 섬유들을 스캐닝하는 것에 부가하여, 볼록한 객체 표면(240)을 형성하기 위해 다른 광학 시스템들이 활용될 수 있다. 이들 광학 시스템들의 예들은 MEMS-기반 스캐닝 시스템들, 수렴 빔을 갖는 스캐닝 미러 시스템, 스캐닝 포인트 소스, 곡선형 객체 표면을 생성하기 위해 옵틱스와 결합된 평판 디스플레이 등을 포함하는 다른 도파관 스캐닝 시스템들을 포함한다.

[0060] 본 발명의 실시예들은 크기, 출사 동공 직경, 조합된 광학 파워, 선형 배율, 각도 배율, 출사 동공과 출력 표면 사이의 거리 등을 최적화하도록 다양한 광학 표면들의 광학 규칙이 변경되는 것을 가능하게 한다. 입력 표면(212), 시준 표면(224) 및 출력 표면(226)의 곡률의 제어는 빔 직경, 섬유 편향과 연관된 각도 (즉, 스캐닝 포지션들(232 및 234) 사이의 각도)의 각도 배율 등을 포함하는 출력 빔의 다양한 속성들이 제어되는 것을 가능하게 한다. 일부 구현들에서, 빔 스플리터(214)는 평면 표면이 아니도록 곡률을 포함하여서 추가적인 설계 자유도를 제공할 수 있다는 것에 유의해야 한다. 이러한 비-평면 형상(즉, 비-평면 곡률)은 광학 파워를 도입하거나 수차들을 보상하는 등을 위해 곡률(예컨대, 오목 또는 볼록)을 포함할 수 있다. 부가적으로, 광학 어셈블리 섹션(130)을 제조하는데 사용된 재료들의 굴절률은 앞서 논의된 광학 속성들을 수정하도록 조절될 수 있다. 더욱이, 빔 스플리터(214)는 부분 반사 (50/50 스플릿) 표면, 편광 빔 스플리터, 파장 선택 빔 스플리터 등일 수 있다.

[0061] 도 2a를 참조하면, 편광 빔 스플리터(214)가 예컨대 시간의 함수로써 가변 편광을 가지는 경우에 입사광을 교대로 통과 및 반사시키는 다중화 기능이 구현될 수 있다. 부분 반사 표면/편광 빔 스플리터와 시준 표면(224)/표면(227) 사이의 광 경로에 통합된 셔터들은 2개의 광 경로들 간을 다중화하기 위해 활용될 수 있다. 따라서, 일부 실시예들은 저분해능의 넓은 시야 이미지에 의해 둘러싸인 고분해능의 좁은 시야 이미지를 다중화된 디스플레이에 제공한다. 일부 실시예들에서, 표면(227)은 흡수적일 수 있어서, 광이 편광 빔 스플리터(214)로부터 표면(227)을 향해 반사될 때 셔터 효과를 제공할 수 있다. 당업자는 많은 변형들, 수정들 및 대안들을 인식할 것이다.

[0062] 도 2a를 다시 한번 참조하면, 스캐닝 섬유(154)는 점광원으로 작용하여, 광의 콘을 방출한다. 광의 이들 콘들은 이들이 볼록한 객체 표면(240)으로부터 광학 어셈블리 섹션(130)을 통해 전파되는 것으로 예시된다. 스캐닝 섬유가 진동 패턴을 통해 스위프할 때, 원하는 이미지를 형성하기 위해 상이한 픽셀들이 조명된다. 도 2a에 예시된 실시예에서, 스캐닝 섬유로부터의 광은 입력 표면(212)을 통해 광학 어셈블리 섹션(130)으로 진입한 후에 거의 반사 없이 편광 빔 스플리터(214)를 통과하고, 1/4 파장 플레이트(222)를 통과하여 시준 표면(224)에 충돌하도록 편광된다. 반사 후에, 광은 1/4 파장 플레이트(222)를 2번째 통과하고, 편광 빔 스플리터(214)로부터 출력 표면(226)을 향해 반사된다. 출사 동공(228)은 아이피스로의 전달을 위해 광학 어셈블리 섹션(130) 외측에 형성된다. 당업자에게 명백할 바와 같이, 많은 광학 시스템들의 경우에, 다른 광학 시스템의 입력 평면과 출사 동공 사이의 정렬이 바람직하다. 따라서, 출력 표면(226)과 출사 동공(228) 간의 작업 거리는 본 발명의 실시예들이 매우 광범위한 광학 시스템들과 함께 활용되는 것을 가능하게 한다. 예로서, 만일 섬유 스캐닝 프로젝터에 의해 방출된 광이 도파관-기반 광학 시스템에 의해 활용되면, 도파관-기반 광학 시스템의 입력 커플링 엘리먼트는 예컨대 출사 동공(228)과 일치하게, 예컨대 동일 평면상에 배치될 수 있다. 실시예에서, 작은 직경의 빔이 형성되는 위치를 제공하는 출사 동공(228)은 크기가 출사 동공과 매칭될 수 있는 작은 입력 커플링 엘리먼트로의 효율적인 커플링을 가능하게 하여서, 도파관-기반 광학 시스템의 면적이 효율적으로 활용될 수 있다. 도 2a에 예시된 바와 같이, 스캐닝 섬유(154)의 3개의 예시된 포지션들(230, 232 및 234) 각각에서 방출된 광의 3개의 콘들은 예컨대 시준된 광선들(231 및 233)에 의해 도시된 바와 같이 광학 어셈블리 섹션에서 출사될 때 시준되며, 이들 시준된 광선들(231 및 233)은 축상의 포지션(230)에서 방출되는 광의 콘의 에지들을 정의한다.

[0063] 다른 특정 실시예에서, 편광 빔 스플리터는 하나 이상의 컬러들이 빔 스플리터를 통과하는 반면 다른 컬러(들)가 광학 파워를 가진 표면으로서 구현될 수 있는 표면(227)을 향해 반사될 수 있도록 파장 선택적 빔 스플리터로 대체될 수 있다. 이러한 파장 선택성은 회절 옵틱스가 굴절 옵틱스에 대한 대안으로서 사용되기 때문에 회절 엘리먼트들 또는 메타-표면들의 사용을 통해 포커싱하는 것을 가능하게 할 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 파장 선택적 광학 프로세싱, 다른 회절 광학 기능들, 분산 보상 등을 위한 메타-표면으로 다수의 렌즈 기능들을 인코딩하기 위해 입력 표면(212), 시준 표면(224), 표면(227) 및/또는 출력 표면(226) 중 하나 이상의 표면상에 메타-표면들을 통합할 수 있다. 일부 설계들에서, 분산 보정은 다양한 표면들에 의해 제공되는데, 예컨대 출력 표면상에 제공된 수차 보정에 의해 입력 표면에서 발생하는 수차들을 보정함으로써 분산 보상이 구현될 수 있다.

[0064] 도 2b와 관련하여 더 상세히 논의되는 바와 같이, 1/4 파장 플레이트는 또한 시준된 표면(224) 상에 진공 형성함으로써 제조될 수 있다. 이러한 구현에서, 곡선형 표면상에의 1/4 파장 플레이트의 형성 후에, 시준 표면의 제조를 완료하기 위해, 금속화된 또는 다른 적절한 반사 표면이 형성될 수 있다.

[0065] 실시예에서, 광학 어셈블리 섹션(130)의 입력 표면(212), 시준 표면(224) 및 출력 표면(226)은 일부 실시예들에서 시야의 확대를 제공할 뿐만 아니라 구면 수차를 보상하기 위한 광학 파워를 가질 수 있다. 따라서, 섬유 진동 구역에서 더 작은 광섬유 편향을 사용하는 것은 더 큰 시야로 이어진다. 예로서, 입력 표면(212)은 양의 광학 파워를 제공하기 위해 입력 광에 대해 볼록할 수 있으며, 시준 표면(224)은 음의 광학 파워를 제공하기 위해 입력 표면으로부터의 광에 대해 오목할 수 있으며, 그리고 출력 표면은 음의 광학 파워를 제공하기 위해 빔 스플리터로부터의 광에 대해 볼록할 수 있다. 시준 표면(224)은 실질적으로 구형이지만, 일부 구현들에서 비구면 곡률을 포함한다. 비구면 곡률은 구면 수차를 보정할 수 있으며, 전체 곡률은 시준 표면에 의한 광의 시준을 야기할 수 있다. 시준 표면(224)은 하나 이상의 반사 코팅들, 금속화된 코팅 등의 증착을 통해 반사 엘리먼트로서 제조될 수 있다.

[0066] 시준 표면(224)이 볼록한 객체 표면(240)의 곡률 반경의 대략 2배를 가질 수 있지만(볼록한 객체 표면(240)은 또한 곡선형 객체 표면으로 지칭될 수 있음), 일부 실시예들에서, 이는 본 발명에 의해 요구되지 않으며, 입력 표면(212) 및 출력 표면(226)은 시준 표면(224)에 존재하는 광학 파워에 부가하여 광학 파워를 통합할 수 있다는 것에 유의해야 한다. 따라서, 입력 표면(212) 및 출력 표면(226)을 통해 추가 광학 파워가 구현됨에 따라, 시준 표면(224)의 곡률은 볼록한 객체 표면(240)의 곡률의 2배에서 벗어날 수 있다. 또한, 본원에서 논의되는 바와 같이, 비구면 컴포넌트들은 입력 표면(212), 시준 표면(224) 및 출력 표면(226)을 포함하는 광학 표면들에 통합될 수 있다.

[0067] 예시적인 제조 프로세스에서, 광학 어셈블리 섹션(130)은 3개의 엘리먼트들을 함께 본딩함으로써 제조된다. 이러한 프로세스에서, 제1 엘리먼트는 프리즘 엘리먼트(210)이며, 제2 엘리먼트는 프리즘 엘리먼트에 본딩되는 시준 광학(optic) 섹션(220)이다. 프리즘 엘리먼트(220)는 입력 표면(212)을 통해 광을 수신한다. 편광 빔 스플리터(214)는 프리즘 엘리먼트(210) 및 시준 광학 섹션(220)의 인터페이스에 형성된다. 일부 실시예들에서, 편광 선택적 코팅은 편광 빔 스플리터를 형성하기 위해 본딩 전에 프리즘의 가장 긴 표면에 적용된다. 1/4 파장 플레이트(222)는 시준 광학 섹션(220)의 후방 표면상에 형성되며, 곡선형 반사 옵틱(optic)(221)을 포함하는 제3 엘리먼트는 1/4 파장 플레이트에 본딩된다. 본원에서 설명되는 바와 같이, 곡선형 반사 옵틱(221)은 높은 반사율을 제공하기 위해 금속화되거나 또는 다른 방식으로 코팅될 수 있는 시준 표면(224)을 포함한다.

[0068] 동작 동안, 입력에서 편광된 광을 사용하여, 편광된 입력 광의 대부분은 1번째 통과시 편광 빔 스플리터(214)를 통과하고, 1/4 파장 플레이트(222)를 통과하며, 시준 표면(224)에 의해 반사 및 시준되며, (현재는 직교 편광 상태로) 1/4 파장 플레이트(222)를 통해 2번째 통과하며, 그리고 편광 빔 스플리터로부터 출력 표면(226)을 향해 실질적으로 반사될 것이다.

[0069] 도 2b는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 대안적인 광학 어셈블리 섹션의 측면도이다. 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 도 2a에 예시된 시준 광학 섹션(220) 및 곡선형 반사 옵틱(221)은 대안적인 광학 섹션(250)을 형성하기 위해 단일 (즉, 모놀리식) 시준 반사기(251)에 결합되었다. 반사 표면(252)은 반사시 위상 시프트의 반파(half wave)를 도입하는 파장 플레이트를 포함한다. 일 구현에서, 1/4 파장 플레이트는, 반사 표면(252)이 형성되기 전에, 예컨대 금속 필름, 유전체 필름 등을 증착함으로써 시준 반사기(251)의 우측 에지상에 형성된다. 다른 실시예들에서, 반사시 위상 시프트의 반파를 도입하기 위해 마이크로 구조가 활용될 수 있다. 따라서, 대안적인 광학 섹션(250)은 위상 지연 및 반사를 구현하는 특정 방식에 제한되지 않는다. 당업자는 많은 변형들, 수정들 및 대안들을 인식할 것이다.

[0070] 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 빔 스플리터 큐브 기반 광학 어셈블리 섹션의 측면도이다. 빔 스플리터 큐브(261)는 빔 스플리터 큐브 기반 광학 어셈블리 섹션(260)의 기초로서 활용되며, 추가의 광학 엘리먼트들(262, 263 및 264)은 입력 표면, 시준 표면을 및 출력 표면을 각각 형성하기 위해 빔 스플리터 큐브(261)의 외부 표면들상에 주조된다. 이러한 실시예에서, 시준 표면을 형성하는 광학 엘리먼트(263) 및 빔 스플리터 큐브(261)의 교차 지점에서 1/4 파장 플레이트가 구현될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 표면(266)은 광학 엘리먼트(263)의 시준 표면을 정의하여, 광학 엘리먼트(263)의 에지와 광학 엘리먼트(264)의 표면(267) 간을 정렬하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 대안적인 실시예에서, 광학 엘리먼트(263)가 직사각형 평면 뷰들을 포함하는 비-원형 평면 뷰들을 갖는 엘리먼트들을 형성하기 위해 주변에서 트리밍(trimming)될 수 있다는 것이 유의될 수 있다. 따라서, 광학 엘리먼트(263)는 빔 스플리터 큐브(261)의 표면(268)과 정렬되는 트리밍된 표면 또는 에지를 갖는다. 다양한 엘리먼트들의 에지들간의 이러한 정렬은 다양한 엘리먼트들의 본딩을 포함하여 제조 동안 레지스트레이션(registration)을 용이하게 할 수 있다. 유리 빔 스플리터 큐브(261)의 사용은 빔 스플리터 표면(265)을 제조하는데 사용되는 편광 선택적 코팅들의 선택을 포함하는 장점들을 제공한다. 부가적으로, 작은 빔 스플리터들을 포함하는 유리 빔 스플리터 큐브들의 광범위한 이용가능성으로 인해 이러한 설계에 의해 제조가능성이 강화된다. 다른 실시예들에서, 플라스틱을 포함하여 유리 이외의 재료들의 빔 스플리터들이 활용된다. 주조를 통한 광학 엘리먼트들(예컨대, 굴절 및 반사 광학 엘리먼트들)의 형성에 부가하여, 몰딩된 엘리먼트들, 통상적으로 제조된 옵틱스, 회절 표면들 및/또는 메타-표면들의 사용 등을 포함하여 광학 효과들을 달성하기 위한 다른 기법들이 활용될 수 있다.

[0071] 도 2d는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 다른 대안적인 광학 어셈블리 섹션의 측면도이다. 도 2d에서 예시된 광학 어셈블리 섹션(270)의 대안적인 실시예에서, 편광 빔 스플리터에 활용되는 편광 선택적 코팅은 1/4 파장 플레이트와 함께 제거된다. 이러한 대안적인 실시예에서, 부분 반사 표면(271)(예컨대, 50/50 반사기)은 프리즘 엘리먼트(272)를 시준 엘리먼트(273)에 결합시킨다. 입력 표면(212)으로부터 입사되는 광의 절반은 시준 표면(224)으로 전달되며, 프리즘 엘리먼트(272) 및 시준 엘리먼트(273)를 결합하는 부분 반사 표면(271)을 향해 다시 반사된다. 광의 다른 절반은 이러한 대안적인 실시예에서 시준 표면(224)과 동일한 곡률을 가질 수 있는 반사 표면(274)을 향해 반사된다. 결과적으로, 시준 표면으로부터 반사된 광 뿐만 아니라 반사 표면(274)으로부터 반사된 광이 시준된다 (출력 표면(226)의 광학 파워가 주어진 경우). 도 2d에 예시된 실시예는 반사 표면(274)으로부터 반사되는 광이 광학 어셈블리 섹션으로부터의 출력을 위해 이용 가능하기 때문에 광학 효율을 개선시킬 수 있다. 실시예에서, 단일 출사 동공은 시준 표면(224)으로부터 반사되는 광 뿐만 아니라 반사 표면(274)으로부터 반사되는 광에 의해 공유되며, 이는 도 2e와 관련하여 중첩된 출사 동공들로서 논의된다.

[0072] 이러한 설계를 활용할 경우, 상이한 곡률들을 가질 수 있는 시준 표면(224) 및 반사 표면(274)을 이용하여 상이한 광학 파워가 달성되어서, 광이 다중화 방식(multiplexed manner)으로 이들 표면들 각각으로 지향될 때 줌-인/줌-아웃 뷰, 넓은/좁은 시야 등이 야기될 수 있다. 예로서, 부분 반사 표면(271)의 반사율은 시간-기반 다중화(time-base multiplexing)를 제공하기 위해 변경될 수 있다.

[0073] 부분 반사 표면(271)이 가변 반사율을 가져서 입사광을 교대로 통과 및 반사시킬 수 있기 때문에 다중화 기능이 구현될 수 있다. 부분 반사 표면(271)과 시준 표면(224)/반사 표면(274) 사이의 광 경로에 통합된 셔터들은 2개의 광 경로들 사이에서 다중화하는데 활용될 수 있다. 따라서, 일부 실시예들은 저분해능의 넓은 시야 이미지에 의해 둘러싸인 고분해능의 좁은 시야 이미지를 다중화된 디스플레이에 제공한다. 당업자는 많은 변형들, 수정들 및 대안들을 인식할 것이다.

[0074] 다른 구현에서, 입사광에 대해 45°이외의 각도로 부분 반사 표면(271)을 기울임으로써 타일링된 이미지가 형성될 수 있다. 부분 반사 표면(271)을 통과한 광은 시준 표면(224)으로부터 반사되어 출력 표면(226)을 통과한 후에 제1 방향으로 지향될 것이다. 부분 반사 표면(271)으로부터 반사된 광은 반사 표면(274)으로부터 반사되어 출력 표면(226)을 통과한 후에 제2 방향으로 지향될 것이다. 따라서, 시준 표면(224)으로부터 반사된 광은 출력 표면(226)을 통과한 후에 좌측으로 기울어질 수 있고 반사 표면(274)으로부터 반사된 광은 출력 표면(226)을 통과한 후에 우측으로 기울어질 수 있으며, 따라서 타일형 디스플레이(tiled display) 구현들의 경우에 입력들이 이미지 필드의 다른 부분들로 지향될 수 있다.

[0075] 도 2e는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 다중-편광 경사 반사기 광학 어셈블리 섹션의 측면도이다. 편광 민감성 재료가 프리즘 엘리먼트(284)와 시준 엘리먼트(285)의 인터페이스에서 편광 빔 스플리터(283)를 형성하는 이러한 구현에서, 도 2a의 편광 빔 스플리터(214)와 유사하게, 섬유 스캐닝 프로젝터로부터의 입력 광은 상이한 편광들로 인코딩된 2개의 신호를 가질 수 있다. 제1 편광으로 인코딩된 제1 입력 빔(286)은 편광 빔 스플리터(283)의 편광 민감성 재료를 통과하여 시준 표면(224)에서 반사될 수 있다. 이러한 빔은 출사 동공(281)을 형성할 것이다. 제2 편광으로 인코딩된 제2 입력 빔(287)은 편광 빔 스플리터(283)의 편광 민감성 재료로부터 반사하여 시준 표면(289)에서 반사될 것이다. 이러한 빔은 출사 동공(282)을 형성할 것이다. 프리즘 엘리먼트(284)와 시준 엘리먼트(285)의 인터페이스가 입력 빔들에 대해 45°이외의 각도로 기울어지기 때문에, 출사 동공들(281 및 282)은 공간적으로 오프셋될 수 있다. 예로서, 편광 빔 스플리터(283)가 컬러 선택적인 경우, 제1 컬러(예컨대, 녹색)와 연관된 출사 동공은 제2 컬러(예컨대, 적색)와 연관된 출사 동공에 인접하게 포지셔닝되어, 출사 동공들은 아이피스에 입력되는 공간적으로 분리된 빔들을 제공할 수 있다. 도 2e에 예시된 바와 같은 z-방향에서의 공간 분리에 부가하여, 출사 동공들은 x-방향 또는 y-방향으로 공간적으로 분리될 수 있다.

[0076] 따라서, 2개의 중첩 이미지들이 생성될 수 있거나, 또는 도 2e에 예시된 바와 같이 프리즘 엘리먼트(284)와 시준 엘리먼트(285)의 인터페이스에서 경사진 표면을 사용하여, 2개의 공간적으로 분리된 이미지들이 이미지 필드에 형성될 수 있다. 따라서, 2개의 측면으로 분리된 출사 동공들이 제공될 수 있는데, 이들은 도파관 디스플레이들 상의 2개의 입력 커플링 엘리먼트들에 대한 입력을 제공할 수 있다. 본원에서 논의되는 바와 같이, 시준 표면(224) 및 반사 표면(289)의 곡률들은 상이할 수 있다. 예컨대, 파장 선택적 구현에서, 시준 표면(224)으로부터 반사하도록 제1 컬러를 통과시키는 파장 선택적 빔 스플리터가 사용될 수 있다. 제2 컬러가 편광 빔 스플리터로부터 반사된 다음 반사 표면(289)으로부터 반사되어서, 반사 표면(289)으로부터의 반사 후에 발산 또는 수렴하는 제2 컬러를 갖는 빔이 생성될 것이다. 이는 예컨대 아이피스의 상이한 도파관 층과 각각 연관된 2개의 상이한 인커플링 격자들로의 후속 커플링을 위해 2개의 상이한 컬러 채널들 간의 공간 분리를 가능하게 한다. 부가적으로, 이들 설계들은 예컨대 MxN 도파관들에 커플링하기 위한 N개의 컬러의 M개의 빔들을 제공하기 위해 각각의 컬러의 다수의 빔들이 활용되는 다중-깊이 평면 구현들로 확장될 수 있다. 1/4 파장 플레이트들의 통합은 편광 민감성 구현들로 구현될 수 있다. 결과적으로, 편광 선택적 반사기들은 하나의 컬러를 제1 깊이 평면으로 라우팅하고 제2 컬러를 제2 깊이 평면으로 라우팅하는 것을 가능하게 하기 위해 동공들의 공간적 분리와 함께 구현될 수 있다. 따라서, 편광 분리 뿐만 아니라 파장 분리 둘 모두는 본 발명의 범위 내에 포함된다.

[0077] 다른 실시예들에서, 출구 동공들은 동일한 위치에 배치될 수 있다 (즉, 중첩될 수 있다). 따라서, 도 2e에서 공간적으로 분리된 동공들의 예시는 단지 하나의 예이며, 본 발명의 실시예들을 제한하는 것으로 이해되어서는 안된다. 당업자는 많은 변형들, 수정들 및 대안들을 인식할 것이다.

[0078] 도 2a - 도 2e과 관련하여 논의된 광학 표면 중 하나 이상은 가변 초점일 수 있으며, 이들의 초점은 섬유 스캐닝 프로젝터의 입력과 함께 제어될 수 있다. 따라서, 상이한 각도들로 광학 어셈블리 섹션내로 주입된 광선들은 상이한 광학 파워들을 경험할 수 있다. 이러한 실시예에서, 다-초점 디스플레이는 필드 각도의 함수로써 구현될 수 있다. 더욱이, 추가의 광학 엘리먼트들이 예컨대 출력 표면과 하나 이상의 출사 동공들 사이에서 또는 하나 이상의 출사 동공들의 광학적 하류에서 본원에서 설명된 구조들과 통합될 수 있다. 릴레이 옵틱스를 포함할 수 있는 이들 추가 광학 엘리먼트들은 가변 광학 파워, 예컨대 출력 표면과 하나 이상의 출사 동공들 사이에 포지셔닝된 가변 초점 렌즈를 가질 수 있다. 따라서, 시준된 빔들은 포커싱되고, 수차가 보정되며, 다른 광학 효과들이 구현되는 등이 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 볼록한 객체 표면(240)의 형상은 구형 및 가변 초점 표면들과 상이할 수 있거나, 또는 볼록한 객체 표면의 곡률에 적절한 추가 광학 엘리먼트들이 활용될 수 있다. 액정 렌즈들, 전기-광학 폴리머들, 리튬 니오베이트 등을 포함하여, 인가된 바이어스의 함수로써 자신들의 굴절률을 변화시키는 재료들을 포함하는 다양한 재료들이 본원에 예시된 구조들을 제조하는데 활용될 수 있다. 섬유 스캐닝 프로젝터가 고주파수들로 스캐닝될 수 있기 때문에, 고주파수들에서 자신들의 광학 속성들을 변화시킬 수 있는 광학 재료들은 다양한 실시예들에서 사용하기에 적합하다. 예로서, 초점 길이를 빠르게 변조할 수 있는 광학 구조는 섬유 스캐닝 프로젝터와 함께 작동하여 초점을 라인 단위로 또는 픽셀 단위로 변화시킬 수 있다. 이들 재료들은 광학 어셈블리 섹션의 입력 표면 및/또는 출력 표면 뿐만 아니라 시준 표면(224)과 함께 활용될 수 있다. 예로서, 변형 가능한 미러는 시준 표면(224)의 엘리먼트로서 또는 반사 표면(224)에 대한 대체물로서 통합될 수 있다. 킬로헤르츠 이상의 레이트들로 동작하는 이러한 변형 가능한 미러는 특정 응용에 대해 적합하게 라인 단위로 또는 픽셀 단위로 가변 초점 동작을 제공할 수 있다.

[0079] 프리즘 엘리먼트(284)가 z-방향으로 연장되는 최대 거리(도 2e의 지점 A에 마크됨)는 특정 구현에 따라 달라질 수 있다. 도 2e에 예시된 바와 같이, 지점 A는 시준 엘리먼트(285)의 오른쪽과 프리즘 엘리먼트(284)의 최하부의 교차 지점이다. 도 2e에 예시된 설계는 스캐닝 섬유의 팁이 도 2a의 곡선(240)에 의해 예시된 실질적으로 구형 표면을 통해 스위프하기 때문에 넓은 시야를 가능하게 한다. 다른 실시예들에서, 프리즘 엘리먼트의 우측 상부면을 형성하는 프리즘 엘리먼트(284)의 표면은 지점 A가 z-방향에서 감소된 값으로 이동되도록 기울어진다. 유사한 방식으로, 지점 B는 프리즘 엘리먼트(284)의 좌측이 연장되고 시준 엘리먼트(285)의 좌측이 감소됨에 따라 x 방향으로 더 큰 값들으로 이동될 수 있다. 당업자는 많은 변형들, 수정들 및 대안들을 인식할 것이다.

[0080] 도 2f는 본 발명의 실시예에 따른 맨진(Mangin) 미러를 포함하는 광학 어셈블리의 측면도이다. 앞서 논의된 설계들 중 하나 이상의 설계와 유사하게, 빔 스플리터 큐브(261)는 빔 스플리터 큐브 기반 광학 어셈블리 섹션(290)의 기초로서 활용된다. 1/4 파장 플레이트(291)는 빔 스플리터 큐브(261)와 맨진 미러(292)의 교차 지점에서 구현되며, 이는 입력 빔의 시준을 제공한다. 예시된 실시예에서, 출력 렌즈(293)는 아크로매틱 더블릿(achromatic doublet)으로서 구현되는 반면에, 다른 렌즈 구성들이 본 발명의 실시예에 따라 활용될 수 있다.

[0081] 도 2g는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 맨진 미러를 포함하는 광학 어셈블리의 측면도이다. 도 2g에 예시된 실시예에서, 빔 스플리터 큐브(261)는 빔 스플리터 큐브 기반 광학 어셈블리 섹션(294)의 기초로서 활용된다. 1/4 파장 플레이트(291)는 빔 스플리터 큐브(261)와 맨진 미러(292)의 교차 지점에서 구현되며, 이는 입력 빔의 시준을 제공한다. 예시된 실시예에서, 출력 렌즈(295)는 몰드형 유리 렌즈(molded glass lens)로서 구현되는 반면에, 다른 렌즈 구성들이 본 발명의 실시예에 따라 활용될 수 있다.

[0082] 도 2h는 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린트 렌즈를 포함하는 광학 어셈블리의 측면도이다. 앞서 논의된 설계들 중 하나 이상의 설계와 유사하게, 빔 스플리터 큐브(261) 및 1/4 파장 플레이트(291)는 광학 어셈블리 섹션(296)에서 활용된다. 몰드형 유리 렌즈들일 수 있는 입력 렌즈(299) 및 출력 렌즈(295)가 본 실시예에서 활용된다. 프린트 렌즈로서 또한 지칭되는 시준 옵틱은 적층 제조(additive manufacturing)로서 또한 지칭되는 3D 프린팅을 사용하여 형성된다. 이러한 시준 옵틱은 프린트 렌즈(298), 예컨대 맨진 렌즈와 연관된 곡률들로 형성된 폴리머 렌즈를 지지하는 기판(297)을 포함한다. 기판(297)은 예컨대 광학 접착제를 사용하여 1/4 파장 플레이트(297)에 결합된다.

[0083] 도 2a - 도 2h를 참조하여 논의되거나 또는 예시된 엘리먼트들 및 표면들 중 임의의 것의 특성들 중 임의의 특성이 도 2a - 도 2h에서 적절히 예시된 다른 구현들 중 임의의 구현에서 제공되는 구현들에 적용 가능하다는 것에 유의해야 한다. 단지 예로서, 표면의 곡률들, 표면들의 반사 또는 회절 속성들, 편광 속성들 등은 구현들 중 임의의 구현에 적절하게 적용 가능하다.

[0084] 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 섬유 스캐닝 프로젝터의 광학 어셈블리 섹션의 간략화된 사시도이다. 광학 어셈블리 섹션(130)은 시준 엘리먼트(220)에 프리즘 엘리먼트(210)를 포함시킨다. 광은 입력 표면에 입사되고 (도시되지 않았지만 뒷면 좌측을 향함), 편광 빔 스플리터(214)를 향해 전파된다. 1/4 파장 플레이트(222)의 에지, 시준 표면(224) 및 출력 표면(226)이 또한 이러한 도면에 예시되어 있다.

[0085] 일부 실시예들에서, 섬유 스캐닝 프로젝터는 비록 이들 특정 파라미터들이 본 발명에 의해 요구되지는 않지만 50° 대각선 시야와 함께 3 분각 각도 분해능 및 4x3 종횡비를 달성할 수 있다. 일부 구현들에서, 60°x 30°타원형 시야가 달성된다. 다른 실시예에서, 섬유 스캐닝 프로젝터는 50°의 대각선 시야와 함께 2 분각 각도 분해능 및 4x3 종횡비를 달성할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 섬유 스캐닝 프로젝터는 1 분각 각도 분해능 또는 그 미만을 달성할 수 있다. 당업자는 많은 변형들, 수정들 및 대안들을 인식할 것이다.

[0086] 섬유 스캐닝 프로젝터의 크기 및 무게를 감소시키기 위해, 광을 지원하지 않는 부분들이 트리밍되어서, 특히 곡선형 프레임들을 갖는 안경과의 통합을 위해 패키징 유연성(packaging flexibility)을 또한 증가시키는 웨지형 구조가 형성될 수 있다.

[0087] 도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 제조 동안 광학 어셈블리 섹션의 엘리먼트들의 간략화된 사시도이다. 도 4에 예시된 바와 같이, 광학 어셈블리 섹션의 제1 엘리먼트(410)는 빔 스플리터, 시준 표면(224) 및 출력 표면(226)을 통과한 후 광의 전파 경로를 포함하는 시준 광학 섹션(412)을 포함한다. 광학 어셈블리 섹션의 제2 엘리먼트(420)는 편광 빔 스플리터가 형성될 수 있는 프리즘의 표면(412)을 포함한다. 이러한 사시도에서, 입력 표면은 그것이 뒷면 좌측을 향하기 때문에 도시되지 않았다. 정렬 피처들(430)은 재료들에 통합되고, 제1 엘리먼트의 최하부 좌측 표면상의 대응 정렬 피처들(미도시)과 매칭하도록 설계된다.

[0088] 일부 실시예들에서, 제2 엘리먼트(420)는 유리 재료들이 일부 플라스틱 재료들보다 편광 선택적 코팅들의 증착에 더 적합할 수 있기 때문에 제1 엘리먼트 및 제2 엘리먼트의 인터페이스에서 편광 빔 스플리터의 형성을 용이하게 하기 위해 유리 재료들로 제조된다.

[0089] 도 5는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 섬유 스캐닝 프로젝터(500)를 예시하는 간략화된 개략도이다. 도 5에 예시된 바와 같이, 스캐닝 섬유(510)는 미러(520)의 애퍼처(522)를 통과한다. 스캐닝 섬유는 모션 범위들의 끝들에 예시되어 있다. 시준 미러(530)는 스캐닝 섬유에 의해 방출된 광을 반사하며, 이후 반사된 광은 출력 빔(540)을 제공하기 위해 미러(520)로부터 반사된다. 일부 실시예들에서, 시준 미러(530)의 곡률 반경은 구형 객체 표면(512)의 곡률 반경의 2배이다.

[0090] 섬유 스캐닝 프로젝터와 관련하여 논의되는 바와 같이, 스캐닝 섬유(510)가 압전 엘리먼트(514)에 의해 작동될 때, 스캐닝 섬유(510)는 구형 객체 표면으로 또한 지칭되는 실질적으로 구형 표면(512)을 스위프 아웃한다. 따라서, 스캐닝 섬유에 의해 스위프 아웃된 표면의 곡률 반경의 2배를 갖는 실질적으로 구형 반사기에서의 반사 후에, 스캐닝 섬유에 의해 스위프 아웃된 표면을 따르는 임의의 지점으로부터 방출된 광은 실질적으로 구형 반사기로부터의 반사 후에 잘 시준될 것이다.

[0091] 섬유 스캐너의 베이스가 압전 엘리먼트(514)에 인접하기 때문에, 애퍼처(522)에서 스캐닝 섬유(510)의 편향은 작지만, 스캐닝 섬유의 팁에서의 편향은 크다(예컨대, 약 20도). 빔이 스캐닝 섬유의 팁으로부터 방출될 때, 빔은 도 5에 예시된 바와 같이 광의 콘(516)을 형성하도록 펼쳐진다(fan out). 실질적으로 구형 반사기(530)에 의한 콘의 시준은 스캐닝 섬유의 직경보다 훨씬 더 큰 직경을 갖는 빔을 제공하여, 반사된 광의 대부분은 리턴 경로에서 애퍼처(522)를 통과하는 광이 거의없이 미러(520)로부터 반사된다.

[0092] 일부 구현들에서, 섬유 스캐닝 프로젝터(500)의 시야는 진동 동안 스캐닝 섬유(510)가 마주 대하는(subtend) 아크의 섹션의 함수이다. 예로서, 만일 스캐닝 섬유가 20도로 스위프하면, 프로젝터의 시야는 20도 정도이다. 섬유 진동의 범위를 증가시킴으로써, 시야의 증가가 달성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 유효 시야의 확대는 섬유 진동의 범위와 무관하게 시야를 증가시키는데 이용 가능하다. 도 2 및 도 5의 섬유 스캐닝 프로젝터들을 비교하면, 섬유 스캐닝 프로젝터(500)와 연관된 시야는 반사기(530)로부터의 반사로 인해 발생하는 시준의 결과로서 유지되는 반면에, 광학 어셈블리 섹션(130)은 프로젝터에 의해 생성되는 시야를 증가시킬 수 있는 확대를 도입하는데 사용될 수 있는 예시된 광학 표면들을 제공한다. 예로서, 출력 표면(226)의 곡률의 수정은 시야를 확대하는데 활용될 수 있다.

[0093] 본원에서 예시된 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 구형 객체 평면 및 구형 객체 평면의 곡률의 2배 정도의 곡률을 갖는 대응 반사기의 사용을 통해 관련된 설계들을 활용한다.

[0094] 도 6a는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 섬유 스캐닝 프로젝터를 예시한다. 도 6a의 섬유 스캐닝 프로젝터(600)는 압전 엘리먼트(605)를 통과하며 이 압전 엘리먼트(605)에 기계적으로 커플링된 스캐닝 섬유(610), 제1 편광 민감성 반사기(620) 및 제2 편광 민감성 반사기(630)를 포함한다. 1/4 파장 플레이트(622)는 제1 편광 민감성 반사기와 통합된다.

[0095] 동작시, 스캐닝 섬유(610)에 의해 방출된 광은 제1 편광 민감성 반사기(620) 및 1/4 파장 플레이트(622)를 통과하는 편광을 갖는다. 제2 편광 민감성 반사기(630)는 입사광을 반사하는데, 반사된 입사광은 1/4 파장 플레이트(622)를 2번째 통과하며, 결과적으로 그 광의 편광이 이제 직교 방향으로 배향되기 때문에 제1 편광 민감성 반사기(620)로부터 반사된다. 제1 편광 민감성 반사기(620)로부터의 반사 후에, 광은 출력 빔(640)으로서 제2 편광 민감성 반사기(630)를 통과한다. 도 6a에 예시된 바와 같이, 제2 편광 민감성 반사기(630)는 스캐닝 섬유(610)에 의해 방출된 광을 시준하는 곡률로 만곡된다. 결과적으로, 발산한 입력 빔은 시준되는 출력 빔으로 변환된다.

[0096] 비록 도 6a에 예시된 광학 엘리먼트들이 에어 갭(air gap)들에 의해 분리된 것으로, 예컨대 제1 편광 민감성 반사기(620) 및 제2 편광 민감성 반사기(630)가 에어 갭(G)에 의해 분리된 것으로 예시되지만, 이는 본 발명에 의해 요구되지 않는다. 예로서, 고체 적층 컴포넌트가 활용될 수 있는데, 이 고체 적층 컴포넌트는 제1 편광 선택적 반사기, 1/4 파장 플레이트 및 제2 편광 선택적 반사기를 포함하며, 스캐닝 섬유로부터 광을 수신하고, 광을 적층 곡선형 반사기로 송신하며, 편광 회전을 수행한 후에, 제1 편광 선택적 반사기로부터의 광을 반사시킨다. 따라서, 광학 파워를 또한 포함할 수 있는 고체 엘리먼트들은 수차 보정뿐만 아니라 광의 포커싱/디포커싱을 제공하기 위해 활용될 수 있다.

[0097] 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 대안적인 섬유 스캐닝 프로젝터이다. 도 6a에 예시된 섬유 스캐닝 프로젝터(601)는 도 6a에 예시된 섬유 스캐닝 프로젝터(600)와 일부 유사성들을 공유하며, 도 6a와 관련하여 제공된 설명은 도 6b에 예시된 섬유 스캐닝 프로젝터(601)에 적절하게 적용 가능하다.

[0098] 도 6b를 참조하면, 섬유 스캐닝 프로젝터(601)는 스캐닝 섬유(610), 시준을 제공하도록 만곡된 제1 편광 민감성 반사기(621) 및 실질적으로 평면인 제2 편광 민감성 반사기(631)를 포함한다. 1/4 파장 플레이트는 제1 편광 민감성 반사기와 통합된다.

[0099] 동작시, 스캐닝 섬유(610)에 의해 방출된 광은 제1 편광 민감성 반사기(621) 및 1/4 파장 플레이트를 통과하는 편광을 갖는다. 제2 편광 민감성 반사기(631)는 입사광을 반사하는데, 반사된 입사광은 1/4 파장 플레이트를 2번째 통과하며, 결과적으로 그 광의 편광이 이제 직교 방향으로 배향되기 때문에 제1 편광 민감성 반사기(621)로부터 반사된다. 반사 동안 광을 시준하는 제1 편광 민감성 반사기(621)로부터의 반사 후에, 광은 출력 빔(640)으로서 제2 편광 민감성 반사기(631)를 통과한다. 도 6a 및 도 6b를 비교하면, 도 6a에 예시된 접혀진 광 경로는 도 6b에 예시된 바와 같은 잠재적으로 더 짧은 광 경로로 대체될 수 있으나 공통 시준 피처들을 갖는다.

[0100] 도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 다른 대안적인 섬유 스캐닝 프로젝터이다. 도 6c에 예시된 섬유 스캐닝 프로젝터(602)는 도 5에 예시된 섬유 스캐닝 프로젝터(500)와 일부 유사성들을 공유하며, 도 6a에서 600으로 예시된 섬유 스캐닝 프로젝터 및 도 5 및 도 6a와 관련하여 제공된 설명은 도 6c에 예시된 섬유 스캐닝 프로젝터(602)에 적절하게 적용 가능하다.

[0101] 도 6c에 예시된 실시예에서, 스캐닝 섬유(610)는 곡선형 미러(650)의 애퍼처(652)를 통과한다. 편광 선택적 반사기(654)는 1번째 통과 동안 광을 곡선형 미러(650)를 향해 반사시킨다. 광 경로에 1/4 파장 플레이트를 통합함으로써, 광은, 곡선형 미러(650)로부터의 반사 및 시준 후에, 2번째 통과 동안 편광 선택적 반사기(654)를 통과한다. 도 6c에 예시된 실시예는 하이브리드 설계에서 컴팩트한 구성(compact configuration)을 가능하게 한다.

[0102] 선택적인 렌즈(656)에 의해 예시되는 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 추가의 광학 엘리먼트들이 섬유 스캐닝 프로젝터를 구성하는 엘리먼트들로부터 상당한 거리에 배치되는 것을 가능하게 한다. 이러한 예에서, 편광 선택적 반사기(654)의 표면과 렌즈(656) 사이의 거리(D)는 예컨대 시야 확대기를 삽입하기에 적합한 작동 거리를 제공한다. 더욱이, 이러한 실시예에 의해 제공된 적합한 연장된 작업 거리가 주어지면, 구면 수차 보정기가 삽입될 수 있다.

[0103] 도 6d는 본 발명의 실시예에 따른 또 다른 대안적인 섬유 스캐닝 프로젝터이다. 도 6d에 예시된 섬유 스캐닝 프로젝터는 도 5에 예시된 섬유 스캐닝 프로젝터(500)와 일부 유사성들을 공유하며, 도 6a에서 예시된 섬유 스캐닝 프로젝터 및 도 5 및 도 6a와 관련하여 제공된 설명은 도 6d에 예시된 섬유 스캐닝 프로젝터(603)에 적절하게 적용 가능하다.

[0104] 도 6d를 참조하면, 스캐닝 섬유(610)는 평면 미러(660)의 애퍼처(662)를 통과한다. 곡선형 편광 선택적 반사기(664)는 1번째 통과 동안 광을 평면 미러(660)를 향해 반사시킨다. 광 경로에 1/4 파장 플레이트를 통합함으로써, 광은, 곡선형 편광 선택적 반사기(664) 및 평면 미러(660)로부터의 반사와 곡선형 편광 선택적 반사기(664) 및 평면 미러(660)에 의한 시준 후에, 2번째 통과 동안 곡선형 편광 선택적 반사기(664)를 통과한다. 도 6d에 예시된 실시예는 또한 하이브리드 설계에서 컴팩트한 구성을 가능하게 한다.

[0105] 도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈형 섬유 팁을 예시하는 개략도이다. 도 7a에 예시된 바와 같이, 광섬유(710)는 클래딩(712) 및 섬유 코어(714)를 포함한다. 광섬유는 방출 콘(716)을 따라 광선을 방출하는 점광원으로 고려될 수 있다. 도 7a에 예시된 실시예에서, 점광원은 길이 방향으로 코어 내에 리세스된(recessed) 것으로 예시되어 있다. 얕은 렌즈 표면(718)은 예시된 바와 같이 광섬유의 끝에 적용될 수 있다. 렌즈 표면(718)은 다양한 상이한 방식들로 제조될 수 있다. 예로서, 포커싱된 이온 빔(focused ion beam: FIB) 밀링을 활용하는 프로세스는 도 7a에 예시된 바와 같이 수차 보정을 제공하는 낮은 스트로크 렌즈(low stroke lens)를 만들기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 렌즈 표면(718)은 섬유 팁 상에 직접 형성되는 반면, 다른 실시예들에서, 몰드가 제조되고, 렌즈는 섬유 팁과 별개로 형성된 다음 섬유 팁에 본딩된다. 당업자는 많은 변형들, 수정들 및 대안들을 인식할 것이다.

[0106] 렌즈 표면(718)의 곡률은 도 2a에 예시된 시준 표면(224) 뿐만 아니라 다른 표면들과 연관된 구면 수차를 포함하여, 시스템의 광학 표면들로부터 발생하는 구면 수차를 제거하도록 선택될 수 있다. 따라서, 렌즈 표면(718) 및 다른 표면들에 의해 제공되는 수차 보정의 조합을 통해, 본 발명의 실시예들에 의해 높은 이미지 품질이 제공된다. 본원에서 논의되는 바와같은 스캐닝 섬유 설계들을 활용하여, 디스플레이 와이드 스케일(display wide scale)에 대해 광학 보정을 수행하는 것에 부가하여 픽셀 단위로 광학 보정을 수행하는 것이 가능하다.

[0107] 도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 렌즈형 섬유 팁을 예시하는 개략도이다. 수차 보정에 부가하여, 본 발명의 실시예들은 도 7b에 예시된 포지티브 렌즈(positive lens)(720)의 사용을 통해 예시되는 바와 같이 섬유 팁으로부터 방출된 광의 포커싱을 가능하게 한다. 렌즈(720)는 예컨대 FIB 밀링 프로세스를 사용하여 섬유 팁 상에 직접 제조될 수 있거나, 또는 섬유 팁과 별도로 몰딩된 다음 섬유 팁에 본딩될 수 있다. 본 예에서, 방출 콘(722)이 렌즈(720)에 의해 포커싱되어, 포커싱된 콘(724)이 형성된다. 렌즈(720)의 세기는 광이 포커싱되지 않도록 이루어질 수 있으나, 방출 콘(722)과 연관된 광선들의 확산은 감소된다.

[0108] 도 7c는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 렌즈형 섬유 팁을 예시하는 개략도이다. 수차 보정 및 포커싱에 부가하여, 본 발명의 실시예들은 도 7c에 예시된 네거티브 렌즈(negative lens)(730)의 사용을 통해 예시되는 바와 같이 섬유 팁으로부터 방출된 광의 디포커싱을 가능하게 한다. 렌즈(730)는 예컨대 FIB 밀링 프로세스를 사용하여 섬유 팁 상에 직접 제조될 수 있거나, 또는 섬유 팁과 별도로 몰딩된 다음 섬유 팁에 본딩될 수 있다. 본 예에서, 방출 콘(732)이 렌즈(730)에 의해 포커싱되어, 포커싱된 콘(734)이 형성된다. 따라서, 일부 실시예들은 섬유 팁상에서의 발산 렌즈의 사용을 통해 개구수(numerical aperture)가 증가되는 것을 가능하게 한다.

[0109] 종래의 광학 시스템들, 예컨대 LCD를 이미지 평면으로 이미징하는 것(이는 시스템 전반에 걸쳐 광학 불변량을 상수로서 유지하는 라그랑즈(Lagrange) 불변량에 의해 제약됨)과 대조적으로, 섬유 스캐닝 시스템들은 픽셀의 특성들을 수정하고 섬유에 의해 방출되는 스팟 크기를 변경할 수 있다. 도 7b 및 도 7c에 예시된 렌즈들의 사용에 의해, 픽셀 크기의 수정이 달성되어, 예컨대 개구수를 증가시키고, 픽셀 크기를 감소시키고 그리고 이미지 스팟 크기를 감소시킴으로써, 모드 필드 직경이 효과적으로 감소될 수 있다.

[0110] 도 7a - 도 7c에 예시된 광학 효과들은 예컨대 구면 수차를 보정하고 방출된 광을 포커싱하며, 구면 수차를 보정하고 방출된 광을 디포커싱하며, 렌즈 코어 근처에 볼록한 구역을 가지며 섬유의 주변 근처에서 오목한 구역을 가지는 렌즈를 제공하면서 구면 수차를 보정하는 등을 수행하는 렌즈 팁을 제공하기 위해 결합될 수 있다. 당업자는 많은 변형들, 수정들 및 대안들을 인식할 것이다.

[0111] 본원에서 설명된 예들 및 실시예들은 단지 예시적인 목적들을 위한 것이며 이에 대한 다양한 수정들 또는 변화들이 당업자들에게 제안될 것이며 본 출원의 범위 및 사상과 첨부된 청구항들의 범위 내에 포함되는 것으로 또한 이해된다.

Claims

볼록한 객체 표면을 정의하는 스캐닝 광원; 및
상기 스캐닝 광원으로부터 광을 수신하도록 동작 가능한 광학 어셈블리 섹션
을 포함하며,
상기 광학 어셈블리 섹션은:
프리즘 엘리먼트;
인터페이스에서 상기 프리즘 엘리먼트에 커플링된 시준 엘리먼트;
1/4 파장 플레이트; 및
상기 인터페이스에 배치된 편광 빔 스플리터
를 포함하는,
프로젝터.
제1 항에 있어서,
상기 스캐닝 광원은 스캐닝 도파관 소스를 포함하는,
프로젝터.
제2 항에 있어서,
상기 스캐닝 도파관 소스는, 압전 액추에이터 및 상기 압전 액추에이터에 기계적으로 커플링된 스캐닝 섬유를 포함하는 섬유 스캐닝 엘리먼트를 포함하는,
프로젝터.
제2 항에 있어서,
상기 스캐닝 도파관 소스는 캔틸레버형 도파관을 포함하는 미세전자기계 시스템(microelectromechanical system: MEMS) 엘리먼트를 포함하는,
프로젝터.
제2 항에 있어서,
상기 스캐닝 도파관 소스는 진동(oscillation) 동안 상기 볼록한 객체 표면을 통해 스위프(sweep)하도록 동작 가능한 도파관 팁을 포함하는,
프로젝터.
제1 항에 있어서,
상기 볼록한 객체 표면은 실질적으로 구형이며 곡률 반경에 의해 특징지워지는,
프로젝터.
제6 항에 있어서,
상기 시준 엘리먼트는 상기 곡률 반경의 대략 2배인 제2 곡률 반경에 의해 특징지워지는 반사 표면을 포함하는,
프로젝터.
압전 엘리먼트;
상기 압전 엘리먼트에 기계적으로 커플링된 스캐닝 섬유; 및
상기 스캐닝 섬유로부터 광을 수신하도록 동작 가능한 광학 어셈블리 섹션
을 포함하며,
상기 광학 어셈블리 섹션은:
프리즘 엘리먼트;
인터페이스에서 상기 프리즘 엘리먼트에 커플링된 시준 엘리먼트;
1/4 파장 플레이트; 및
상기 인터페이스에 배치된 편광 빔 스플리터
를 포함하는,
섬유 스캐닝 프로젝터.
제8 항에 있어서,
상기 스캐닝 섬유의 출력 표면은 볼록한 객체 표면을 정의하는,
섬유 스캐닝 프로젝터.
제9 항에 있어서,
상기 시준 엘리먼트는 상기 볼록한 객체 표면의 곡률 반경의 대략 2배인 곡률 반경에 의해 특징지워지는 시준 표면을 포함하는,
섬유 스캐닝 프로젝터.
제8 항에 있어서,
상기 1/4 파장 플레이트는 상기 편광 빔 스플리터와 상기 시준 표면 사이에 배치되는,
섬유 스캐닝 프로젝터.
제8 항에 있어서,
상기 프리즘 엘리먼트는 상기 시준 엘리먼트에 광학적으로 본딩되는,
섬유 스캐닝 프로젝터.
제8 항에 있어서,
상기 스캐닝 섬유는 상기 압전 엘리먼트를 통과하는,
섬유 스캐닝 프로젝터.
제8 항에 있어서,
상기 프리즘 엘리먼트는 비-평면 곡률을 갖는 입력 표면을 포함하는,
섬유 스캐닝 프로젝터.
제8 항에 있어서,
상기 시준 엘리먼트는 비-평면 곡률을 갖는 출력 표면을 포함하는,
섬유 스캐닝 프로젝터.
제8 항에 있어서,
상기 광학 어셈블리 섹션의 출사 동공(exit pupil)에 포지셔닝된 도파관 디스플레이
를 더 포함하는,
섬유 스캐닝 프로젝터.
압전 엘리먼트;
상기 압전 엘리먼트를 통과하며 상기 압전 엘리먼트에 기계적으로 커플링된 스캐닝 섬유 ― 상기 스캐닝 섬유는 광 경로를 따라 광을 방출함 ―;
애퍼처를 포함하는 미러 ― 상기 스캐닝 섬유는 상기 애퍼처를 통과함 ―; 및
상기 광 경로를 따라 배치된 시준 미러
를 포함하는,
섬유 스캐닝 프로젝터.
제17 항에 있어서,
상기 스캐닝 섬유의 출력 표면은 볼록한 객체 표면을 정의하는,
섬유 스캐닝 프로젝터.
제18 항에 있어서,
상기 시준 미러는 상기 볼록한 객체 표면의 곡률 반경의 대략 2배인 곡률 반경에 의해 특징지워지는,
섬유 스캐닝 프로젝터.
제17 항에 있어서,
상기 시준 미러는 상기 광 경로에 대해 대략 45°의 각도로 배치되는,
섬유 스캐닝 프로젝터.
압전 엘리먼트;
상기 압전 엘리먼트를 통과하며 상기 압전 엘리먼트에 기계적으로 커플링된 스캐닝 섬유 ― 상기 스캐닝 섬유는 광 경로를 따라 광을 방출함 ―;
상기 광 경로를 따라 배치된 제1 편광 민감성 반사기;
상기 제1 편광 민감성 반사기에 인접하게 배치된 1/4 파장 플레이트; 및
상기 광 경로를 따라 배치된 제2 편광 민감성 반사기
를 포함하는,
섬유 스캐닝 프로젝터.
제21 항에 있어서,
상기 제1 편광 민감성 반사기는 평면이고, 상기 제2 편광 민감성 반사기는 곡선형인,
섬유 스캐닝 프로젝터.
제22 항에 있어서,
상기 제2 편광 민감성 반사기는 애퍼처를 포함하며, 상기 스캐닝 섬유는 상기 애퍼처를 통과하는,
섬유 스캐닝 프로젝터.
제21 항에 있어서,
상기 제1 편광 민감성 반사기는 곡선형이며, 상기 제2 편광 민감성 반사기는 평면인,
섬유 스캐닝 프로젝터.
제24 항에 있어서,
상기 제1 편광 민감성 반사기는 애퍼처를 포함하며, 상기 스캐닝 섬유는 상기 애퍼처를 통과하는,
섬유 스캐닝 프로젝터.