KR20200081511A - 멀티빔 소자 기반 헤드업 디스플레이, 시스템 및 방법 - Google Patents

멀티빔 소자 기반 헤드업 디스플레이, 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

헤드업 디스플레이 및 멀티뷰 헤드업 디스플레이 시스템은 물리적인 환경의 뷰와 결합된 멀티뷰 이미지의 복수의 상이한 뷰들을 결합된 뷰로서 아이 박스에 제공한다. 헤드업 디스플레이는 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들을 제공하도록 구성된 멀티빔 소자 기반 디스플레이 및 상이한 뷰들을 물리적인 환경의 뷰와 함께 아이 박스로 중계하도록 구성된 광학 결합기를 포함한다. 멀티빔 소자 기반 디스플레이는 복수의 상이한 뷰들의 각각의 뷰 방향들에 대응하는 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들을 제공하도록 구성된 멀티빔 소자들의 어레이 및 멀티뷰 이미지를 제공하기 위하여 복수의 지향성 광빔들을 변조하도록 구성된 광 밸브들의 어레이를 포함한다.

Description

멀티빔 소자 기반 헤드업 디스플레이, 시스템 및 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
N/A
연방 후원 연구 또는 개발에 관한 진술
N/A
전자 디스플레이들은 매우 다양한 기기들 및 제품들의 사용자들에게 정보를 전달하기 위한 아주 보편적인 매체이다. 가장 일반적으로 이용되는 전자 디스플레이들은 음극선관(cathode ray tube; CRT), 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel; PDP), 액정 디스플레이(liquid crystal display; LCD), 전계 발광(electroluminescent; EL) 디스플레이, 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode; OLED) 및 능동 매트릭스(active matrix) OLED(AMOLED) 디스플레이, 전기 영동(electrophoretic; EP) 디스플레이 및 전자 기계(electromechanical) 또는 전자 유체(electrofluidic) 광 변조를 이용하는 다양한 디스플레이들(예를 들어, 디지털 미세거울(micromirror) 기기, 전기 습윤(electrowetting) 디스플레이 등)을 포함한다. 일반적으로, 전자 디스플레이들은 능동형 디스플레이들(즉, 광을 방출하는 디스플레이들) 또는 수동형 디스플레이들(즉, 다른 원천에 의하여 제공되는 광을 변조하는 디스플레이들)로 분류될 수 있다. 능동형 디스플레이들의 가장 명백한 예들로는 CRT, PDP 및 OLED/AMOLED가 있다. 방출광을 고려하면 일반적으로 수동형으로 분류되는 디스플레이들은 LCD 및 EP 디스플레이들이다. 수동형 디스플레이들은 본질적으로 낮은 전력 소모를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 매력적인 성능 특성들을 종종 나타내지만, 광을 방출하는 능력이 부족한 많은 실제 응용들에서 다소 제한적으로 사용될 수 있다.
헤드업 디스플레이(head-up display)는 헤드업 디스플레이 너머의 물리적인 환경을 보는 동안 동시에 보여질 수 있는 방식으로 이미지 또는 더 일반적으로는 정보를 디스플레이하는 전자 디스플레이이다. 특히, 헤드업 디스플레이는 헤드업 디스플레이에 의하여 생성된 이미지와 물리적인 환경 뷰를 중첩하는 결합된 뷰를 생성한다. 또한, 사용자는 소위 '헤드업' 구성으로 헤드업 디스플레이를 볼 수 있다(예를 들어, 물리적인 환경 뷰를 내려다 보거나 멀리하지 않아도 됨). 다양한 헤드업 디스플레이들 및 헤드업 디스플레이 시스템들은 많은 응용들에서 전통적인 디스플레이들에 비하여 더욱 몰입감 있는 경험을 제공할 수 있다.
본 명세서에 설명된 원리들에 따른 예들 및 실시 예들의 다양한 특징들은 동일한 도면 부호가 동일한 구조적 요소를 나타내는 첨부된 도면과 관련하여 취해진 다음의 상세한 설명을 참조하여 보다 용이하게 이해될 수 있다.
도 1a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 디스플레이의 사시도를 도시한다.
도 1b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 디스플레이의 특정 주 각도 방향을 갖는 광빔의 각도 성분들의 그래픽 표현을 도시한다.
도 2는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 회절 격자의 단면도를 도시한다.
도 3은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 헤드업 디스플레이의 블록도를 도시한다.
도 4a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자 기반 디스플레이의 단면도를 도시한다.
도 4b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자 기반 디스플레이의 평면도를 도시한다.
도 4c는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자 기반 디스플레이의 사시도를 도시한다.
도 5a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자를 포함하는 멀티빔 소자 기반 디스플레이의 일부의 단면도를 도시한다.
도 5b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자를 포함하는 멀티빔 소자 기반 디스플레이의 일부의 단면도를 도시한다.
도 6a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 복수의 서브 격자들을 포함하는 회절 격자의 단면도를 도시한다.
도 6b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 도 6a에 도시된 회절 격자의 평면도를 도시한다.
도 7은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 한 쌍의 멀티빔 소자들의 평면도를 도시한다.
도 8a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자를 포함하는 멀티빔 소자 기반 디스플레이의 일부의 단면도를 도시한다.
도 8b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자를 포함하는 멀티빔 소자 기반 디스플레이의 일부의 단면도를 도시한다.
도 9는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자를 포함하는 멀티빔 소자 기반 디스플레이의 일부의 단면도를 도시한다.
도 10은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 광학 결합기의 단면도를 도시한다.
도 11은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 차량용 헤드업 디스플레이의 개요도를 도시한다.
도 12는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 헤드업 디스플레이 시스템의 블록도를 도시한다.
도 13은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 헤드업 디스플레이의 동작 방법의 흐름도를 도시한다.
일부 예들 및 실시 예들은 상술한 도면들에 도시된 특징들에 부가되거나 그 대신에 포함되는 다른 특징들을 갖는다. 이들 및 다른 특징들은 상술한 도면을 참조하여 이하에서 설명된다.
본 명세서에 설명된 원리들에 따른 실시 예들 및 예들은 헤드업(head-up) 이미지 디스플레이를 제공한다. 특히, 본 명세서에 설명된 원리들의 다양한 실시 예들에 따르면, 헤드업 디스플레이는 멀티뷰 이미지의 복수의 상이한 뷰들(views)을 생성하기 위하여 멀티빔 소자 기반 디스플레이(multibeam element-based display)를 이용한다. 복수의 상이한 뷰들은 멀티뷰(multiview) 이미지가 보여질 아이 박스(eye box) 내부로 투영되거나 매핑된다. 또한, 헤드업 디스플레이는 물리적인 환경의 뷰와 상이한 뷰들을 포함하는 멀티뷰 이미지의 중첩을 제공한다. 다양한 실시 예들에 따르면, 상이한 뷰들은 3차원(three-dimensional; 3D) 장면의 또는 유사한 컨텐츠의 상이한 시점 뷰들(perspective views)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들은, 사용자가 적응하는 물리적인 환경 내의 상이한 겉보기 깊이들(apparent depths)에서 사용자가 멀티뷰 이미지 내의 요소들을 인식하게끔 할 수 있다.
본 명세서에서, '2차원 디스플레이' 또는 '2D 디스플레이'는 이미지가 보여지는 방향에 관계 없이 (즉, 2D 디스플레이의 정해진 시야각 또는 범위 내에서) 실질적으로 동일한 이미지의 뷰를 제공하도록 구성된 디스플레이로서 정의된다. 스마트 폰들 및 컴퓨터 모니터들에서 찾아볼 수 있는 LCD는 2D 디스플레이들의 예들이다. 대조적으로, 본 명세서에서, '멀티뷰 디스플레이'는 상이한 뷰 방향들로 또는 상이한 뷰 방향들로부터 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들을 제공하도록 구성된 전자 디스플레이 또는 디스플레이 시스템으로서 정의된다. 특히, 상이한 뷰들은 멀티뷰 이미지의 객체 또는 장면(scene)의 상이한 시점 뷰들을 나타낼 수 있다. 일부 예들에서, 멀티뷰 디스플레이는, 예를 들어 멀티뷰 이미지의 2개의 상이한 뷰들을 동시에 볼 때3차원 이미지를 보는 것과 같은 인식을 제공하는 경우, 3차원(3D) 디스플레이로도 언급될 수 있다.
도 1a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 디스플레이(10)의 사시도를 도시한다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 멀티뷰 디스플레이(10)는 보여질 멀티뷰 이미지를 디스플레이하거나 제공하기 위한 스크린(12)을 포함한다. 멀티뷰 디스플레이(10)는 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들(14)을 스크린(12)에 대하여 상이한 뷰 방향들(16)로 제공한다. 뷰 방향들(16)은 스크린(12)으로부터 여러 상이한 주 각도 방향들로 연장되는 화살표들로서 도시되었고, 상이한 뷰들(14)은 화살표들(즉, 뷰 방향들(16)을 묘사함)의 말단에 음영 표시된 다각형 박스들로서 도시되었으며, 제한이 아닌 예로서 단지 4개의 뷰들(14) 및 4개의 뷰 방향들(16)이 도시되었다. 도 1a에는 상이한 뷰들(14)이 스크린 위에 있는 것으로 도시되었으나, 멀티뷰 이미지가 멀티뷰 디스플레이(10) 상에 디스플레이되는 경우 뷰들(14)은 실제로 스크린(12) 상에 또는 스크린(12)의 부근에 나타날 수 있다는 것에 유의한다. 뷰들(14)을 스크린(12) 위에 묘사한 것은 단지 도시의 간략화를 위한 것이며, 특정 뷰(14)에 대응하는 각각의 뷰 방향들(16)로부터 멀티뷰 디스플레이(10)를 보는 것을 나타내기 위함이다.
본 명세서의 정의에 의하면, 뷰 방향 또는 대등하게는 멀티뷰 디스플레이의 뷰 방향에 대응하는 방향을 갖는 광빔은 일반적으로 각도 성분들(angular components) {θ, φ}로 주어지는 주 각도 방향을 갖는다. 본 명세서에서, 각도 성분(θ)은 광빔의 '고도 성분(elevation component)' 또는 '고도각(elevation angle)'으로 언급된다. 각도 성분(φ)은 광빔의 '방위 성분(azimuth component)' 또는 '방위각(azimuth angle)'으로 언급된다. 정의에 의하면, 고도각(θ)은 수직 평면(예를 들어, 멀티뷰 디스플레이 스크린의 평면에 수직인)에서의 각도이고, 방위각(φ)은 수평 평면(예를 들어, 멀티뷰 디스플레이 스크린의 평면에 평행인)에서의 각도이다.
도 1b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 디스플레이의 뷰 방향(예를 들어, 도 1a의 뷰 방향(16))에 대응하는 특정 주 각도 방향 또는 간단히 '방향'을 갖는 광빔(20)의 각도 성분들 {θ, φ}의 그래픽 표현을 도시한다. 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 광빔(20)은 특정 지점으로부터 방출되거나 발산된다. 즉, 정의에 의하면, 광빔(20)은 멀티뷰 디스플레이 내의 특정 원점(point of origin)과 관련된 중심 광선(central ray)을 갖는다. 또한, 도 1b는 광빔(또는 뷰 방향)의 원점(O)을 도시한다.
또한, 본 명세서에서, '멀티뷰 이미지(multiview image)' 및 '멀티뷰 디스플레이(multiview display)'라는 용어들에서 사용된 바와 같은 '멀티뷰(multiview)'라는 용어는 복수의 뷰들의 뷰들 간의 각도 차이(angular disparity)를 포함하거나 상이한 시점들(perspectives)을 나타내는 복수의 뷰들로서 정의된다. 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 본 명세서에서 '멀티뷰'라는 용어는 3개 이상의 상이한 뷰들(즉, 최소 3개의 뷰들로서 일반적으로 4개 이상의 뷰들)을 명백히 포함한다. 따라서, 본 명세서에서 사용된 바와 같은 '멀티뷰 디스플레이'는 장면 또는 이미지를 나타내기 위하여 단지 2개의 상이한 뷰들만을 포함하는 스테레오스코픽(stereoscopic) 디스플레이와는 명백히 구분된다. 그러나, 본 명세서의 정의에 의하면, 멀티뷰 이미지들 및 멀티뷰 디스플레이들은 3개 이상의 뷰들을 포함하지만, 멀티뷰의 뷰들 중 단지 2개만을 동시에 보게끔(예를 들어, 하나의 눈 당 하나의 뷰) 선택함으로써 멀티뷰 이미지들이 (예를 들어, 멀티뷰 디스플레이 상에서) 스테레오스코픽 쌍의 이미지들(stereoscopic pair of images)로 보일 수 있다는 것에 유의한다.
본 명세서에서, '멀티뷰 픽셀(multiview pixel)'은 멀티뷰 디스플레이의 유사한 복수의 상이한 뷰들 각각의 '뷰' 픽셀들 또는 서브 픽셀들의 세트로서 정의된다. 특히, 멀티뷰 픽셀은 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들 각각의 뷰 픽셀에 대응하거나 그 뷰 픽셀을 나타내는 개별 뷰 픽셀들을 가질 수 있다. 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 멀티뷰 픽셀의 뷰 픽셀들은 뷰 픽셀들 각각이 상이한 뷰들 중 대응하는 하나의 뷰의 정해진 뷰 방향과 관련된다는 점에서 소위 '지향성 픽셀들(directional pixels)'이다. 또한, 다양한 예들 및 실시 예들에 따르면, 멀티뷰 픽셀의 상이한 뷰 픽셀들은 상이한 뷰들 각각에서 동등한 또는 적어도 실질적으로 유사한 위치들 또는 좌표들을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 멀티뷰 픽셀은 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들 각각의 {x1, y1}에 위치하는 개별 뷰 픽셀들을 가질 수 있고, 제 2 멀티뷰 픽셀은 상이한 뷰들 각각의 {x2, y2}에 위치하는 개별 뷰 픽셀들을 가질 수 있다.
일부 실시 예들에서, 멀티뷰 픽셀의 뷰 픽셀들의 개수는 멀티뷰 디스플레이의 상이한 뷰들의 개수와 동일할 수 있다. 예를 들어, 멀티뷰 픽셀은 64개의 상이한 뷰들을 갖는 멀티뷰 디스플레이와 관련하여 64개의 뷰 픽셀들을 제공할 수 있다. 다른 예에서, 멀티뷰 디스플레이는 8x4 어레이의 뷰들(즉, 32개의 뷰들)을 제공할 수 있고, 멀티뷰 픽셀은 32개의 뷰 픽셀들(즉, 각각의 뷰마다 하나)을 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어, 각각의 상이한 뷰 픽셀은 64개의 상이한 뷰들에 대응하는 뷰 방향들 중 상이한 하나에 대응하는 관련 방향(즉, 광빔 방향)을 가질 수 있다. 또한, 일부 실시 예들에 따르면, 멀티뷰 디스플레이의 멀티뷰 픽셀들의 개수는 멀티뷰 디스플레이의 뷰들의 픽셀들(즉, 선택된 뷰를 구성하는 픽셀들)의 개수와 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들어, 하나의 뷰가 640x480개의 뷰 픽셀들을 포함하는 경우(즉, 640x480 뷰 해상도), 멀티뷰 디스플레이는 307,220 개의 멀티뷰 픽셀들을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 뷰들이 100x100개의 픽셀들을 포함하는 경우, 멀티뷰 디스플레이는 총 10,000(즉, 100x100=10,000)개의 멀티뷰 픽셀들을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, '도광체(light guide)'는 내부 전반사(total internal reflection; TIR)를 이용하여 그 내에서 광을 안내하는 구조물로서 정의된다. 특히, 도광체는 도광체의 동작 파장(operational wavelength)에서 실질적으로 투명한 코어(core)를 포함할 수 있다. 다양한 예들에서, '도광체'라는 용어는 일반적으로 도광체의 유전체 재료와 도광체를 둘러싸는 재료 또는 매질 사이의 경계에서 광을 안내하기 위하여 내부 전반사를 이용하는 유전체 광학 도파로(dielectric optical waveguide)를 지칭한다. 정의에 의하면, 내부 전반사를 위한 조건은 도광체의 굴절률이 도광체 재료의 표면에 인접한 주변 매질의 굴절률보다 커야 한다는 것이다. 일부 실시 예들에서, 도광체는 내부 전반사를 더 용이하게 하기 위하여 전술한 굴절률 차이에 부가하여 또는 그에 대신하여 코팅(coating)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 코팅은 반사 코팅일 수 있다. 도광체는 판(plate) 또는 슬래브(slab) 가이드 및 스트립(strip) 가이드 중 하나 또는 모두를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 도광체들 중 임의의 것일 수 있다.
또한, 본 명세서에서, '판 도광체(plate light guide)'에서와 같이 도광체에 적용되는 경우의 '판(plate)'이라는 용어는, 종종 '슬래브' 가이드로 지칭되는, 한 장씩의(piece-wise) 또는 구분적으로 평면인(differentially planar) 층 또는 시트로서 정의된다. 특히, 판 도광체는 도광체의 상단 표면 및 하단 표면(즉, 대향면들)에 의하여 경계를 이루는 2개의 실질적으로 직교하는 방향들로 광을 안내하도록 구성된 도광체로서 정의된다. 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 상단 및 하단 표면들은 서로 떨어져 있고 적어도 구별적인 의미에서 서로 실질적으로 평행할 수 있다. 즉, 판 도광체의 임의의 구별적으로 작은 구간 내에서, 상단 및 하단 표면들은 실질적으로 평행하거나 공면(co-planar) 상에 있다.
일부 실시 예들에서, 판 도광체는 실질적으로 편평할 수 있고(즉, 평면에 국한됨), 따라서 판 도광체는 평면형 도광체이다. 다른 실시 예들에서, 판 도광체는 1개 또는 2개의 직교하는 차원들로 만곡될 수 있다. 예를 들어, 판 도광체는 단일 차원으로 만곡되어 원통형 형상의 판 도광체를 형성할 수 있다. 그러나, 어떠한 곡률이든 광을 안내하기 위하여 판 도광체 내에서 내부 전반사가 유지되는 것을 보장하기에 충분히 큰 곡률 반경을 갖는다.
본 명세서에서, '각도 보존 산란 특징부(angle-preserving scattering feature)' 또는 대등하게는 '각도 보존 산란체(angle-preserving scatterer)'는 특징부 또는 산란체 상에 입사하는 광의 각도 확산(angular spread)을 산란된 광 내에서 실질적으로 보존하는 방식으로 광을 산란시키도록 구성된 임의의 특징부 또는 산란체이다. 특히, 정의에 의하면, 각도 보존 산란 특징부에 의하여 산란된 광의 각도 확산(σs)은 입사광의 각도 확산(σ)의 함수이다(즉, σs = f(σ)). 일부 실시 예들에서, 산란된 광의 각도 확산(σs)은 입사광의 각도 확산 또는 시준 계수(collimation factor; σ)의 선형 함수이다(예를 들어, σs = a·σ, 여기서 a 는 정수). 즉, 각도 보존 산란 특징부에 의하여 산란된 광의 각도 확산(σs)은 입사광의 각도 확산 또는 시준 계수(σ)에 실질적으로 비례할 수 있다. 예를 들어, 산란된 광의 각도 확산(σs)은 입사광의 각도 확산(σ)과 실질적으로 동일할 수 있다(예를 들어, σs
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σ). 균일한 회절 격자(즉, 실질적으로 균일한 또는 일정한 회절 특징부 간격 또는 격자 피치를 갖는 회절 격자)는 각도 보존 산란 특징부의 일 예이다. 대조적으로, 본 명세서의 정의에 의하면, 램버시안(Lambertian) 산란체 또는 램버시안 반사체 및 일반적인 확산체(예를 들어, 램버시안 산란을 갖거나 그에 근사하는)는 각도 보존 산란체들이 아니다.
본 명세서에서, '편광 보존 산란 특징부(polarization-preserving scattering feature)' 또는 대등하게는 '편광 보존 산란체(polarization-preserving scatterer)'는 특징부 또는 산란체 상에 입사하는 광의 편광을 또는 적어도 편광의 정도를 산란된 광 내에서 실질적으로 보존하는 방식으로 광을 산란시키도록 구성된 임의의 특징부 또는 산란체이다. 따라서, '편광 보존 산란 특징부'는 특징부 또는 산란체 상에 입사하는 광의 편광의 정도가 산란된 광의 편광의 정도와 실질적으로 동일한 임의의 특징부 또는 산란체이다. 또한, 정의에 의하면, '편광 보존 산란(polarization-preserving scattering)'은 산란되는 광의 정해진 편광을 보존하거나 실질적으로 보존하는 (예를 들어, 안내된 광의) 산란이다. 예를 들어, 산란되는 광은 편광 광원(polarized light source)에 의하여 제공되는 편광된 광(polarized light)일 수 있다.
본 명세서에서, '회절 격자(diffraction grating)'는 일반적으로 회절 격자 상에 입사하는 광의 회절을 제공하기 위하여 배열된 복수의 특징부들(즉, 회절 특징부들)로서 정의된다. 일부 예들에서, 복수의 특징부들은 주기적 또는 준-주기적 방식으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 회절 격자는 1차원(one-dimensional; 1D) 어레이로 배열된 복수의 특징부들(예를 들어, 재료 표면 내의 복수의 홈들(grooves) 또는 융기들(ridges))을 포함할 수 있다. 다른 예들에서, 회절 격자는 특징부들의 2차원(two-dimensional; 2D) 어레이일 수 있다. 예를 들어, 회절 격자는 재료 표면 상의 돌출들(bumps) 또는 재료 표면 내의 구멍들(holes)의 2D 어레이일 수 있다.
이와 같이, 그리고 본 명세서의 정의에 의하면, '회절 격자(diffraction grating)'는 회절 격자 상에 입사하는 광의 회절을 제공하는 구조물이다. 광이 도광체로부터 회절 격자 상에 입사하면, 제공된 회절 또는 회절적 산란(diffractive scattering)은 회절 격자가 회절에 의하여 도광체로부터 광을 커플 아웃(couple out)시킬 수 있다는 점에서 '회절적 커플링(diffractive coupling)'을 야기할 수 있으며, 따라서 그와 같이 지칭될 수 있다. 또한, 회절 격자는 회절에 의하여(즉, 회절각(diffractive angle)으로) 광의 각도를 재지향시키거나 변경시킨다. 특히, 회절의 결과로서, 회절 격자를 떠나는 광은 일반적으로 회절 격자 상에 입사하는 광(즉, 입사광)의 전파 방향과는 상이한 전파 방향을 갖는다. 본 명세서에서, 회절에 의한 광의 전파 방향의 변경은 '회절적 재지향(diffractive redirection)'으로 언급된다. 따라서, 회절 격자는 회절 격자 상에 입사하는 광을 회절적으로 재지향시키는 회절 특징부들을 포함하는 구조물인 것으로 이해될 수 있으며, 도광체로부터 광이 입사되면 회절 격자는 또한 도광체로부터의 광을 회절적으로 커플 아웃시킬 수 있다.
또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 회절 격자의 특징부들은 '회절 특징부들(diffractive features)'로 언급되고, 재료 표면(즉, 2개의 재료들 간의 경계)에, 재료 표면 내에 및 재료 표면 상에 중 하나 이상에 있을 수 있다. 예를 들어, 표면은 도광체의 표면일 수 있다. 회절 특징부들은 표면의, 표면 내의 또는 표면 상의 홈들, 융기들, 구멍들 및 돌출들 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 광을 회절시키는 다양한 구조물들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 회절 격자는 재료 표면 내에 복수의 실질적으로 평행한 홈들을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 회절 격자는 재료 표면으로부터 상승하는 복수의 평행한 융기들을 포함할 수 있다. 회절 특징부들(예를 들어, 홈들, 융기들, 구멍들, 돌출들 등)은 정현파 프로파일, 직사각형 프로파일(예를 들어, 이진 회절 격자), 삼각형 프로파일 및 톱니 프로파일(예를 들어, 블레이즈 격자) 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 회절을 제공하는 다양한 단면 형상들 또는 프로파일들 중 임의의 것을 가질 수 있다.
본 명세서에 설명된 다양한 예들에 따르면, 회절 격자(예를 들어, 후술될 바와 같은 멀티빔 소자의 회절 격자)는 도광체(예를 들어, 판 도광체)로부터 광을 광빔으로서 회절적으로 산란 또는 커플 아웃시키기 위하여 이용될 수 있다. 특히, 국부적으로 주기적인 회절 격자의 또는 이에 의하여 제공되는 회절각(diffraction angle; θm)은 식(1)으로 주어질 수 있다.
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(1)
여기서, λ는 광의 파장, m은 회절 차수, n은 도광체의 굴절률, d는 회절 격자의 특징부들 간의 거리 또는 간격, θi 는 회절 격자 상의 광의 입사각이다. 간략화를 위하여, 식(1)은 회절 격자가 도광체의 표면에 인접하고 도광체 외부의 재료의 굴절률은 1인 것(즉, nout = 1)으로 가정한다. 일반적으로, 회절 차수(m)는 정수로 주어진다. 회절 격자에 의하여 생성되는 광빔의 회절각(θm)은 회절 차수가 양수인(예를 들어, m > 0) 식(1)으로 주어질 수 있다. 예를 들어, 회절 차수(m)가 1인 경우(즉, m = 1) 1차 회절이 제공된다.
도 2는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 회절 격자(30)의 단면도를 도시한다. 예를 들어, 회절 격자(30)는 도광체(40)의 표면 상에 위치할 수 있다. 또한, 도 2는 입사각(θi)으로 회절 격자(30) 상에 입사하는 광빔(50)을 도시한다. 입사 광빔(50)은 도광체(40) 내의 안내된 광의 빔(즉, 안내된 광빔)일 수 있다. 또한, 도 2에는 입사 광빔(50)의 회절의 결과로서 회절 격자(30)에 의하여 회절적으로 생성되고 커플 아웃된 지향성 광빔(60)이 도시되었다. 지향성 광빔(60)은 식(1)으로 주어진 바와 같은 회절각(θm)(또는 본 명세서에서 '주 각도 방향(principal angular direction)')을 갖는다. 회절각(θm)은 회절 격자(30)의 회절 차수 'm'에, 예를 들어 회절 차수 m=1(즉, 1차 회절 차수)에, 대응할 수 있다.
본 명세서의 정의에 의하면, '멀티빔 소자(multibeam element)'는 복수의 광빔들을 포함하는 광을 생성하는 백라이트 또는 디스플레이의 구조물 또는 소자이다. 일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자는 도광체 내에서 안내된 광의 일부를 커플링 아웃(coupling out) 또는 산란시킴으로써 복수의 광빔들을 제공하기 위하여 백라이트의 도광체에 광학적으로 결합될 수 있다. 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 멀티빔 소자에 의하여 생성된 복수의 광빔들의 광빔들은 서로 상이한 주 각도 방향들을 갖는다. 특히, 정의에 의하면, 복수의 광빔들 중 어느 하나의 광빔은 복수의 광빔들 중 다른 하나의 광빔과는 상이한 정해진 주 각도 방향을 갖는다. 이와 같이, 본 명세서의 정의에 의하면, 광빔은 '지향성 광빔(directional light beam)'으로 언급되고, 복수의 광빔은 '복수의 지향성 광빔들(directional light beam plurality)'로 지칭될 수 있다.
또한, 복수의 지향성 광빔들은 광 필드를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 복수의 지향성 광빔들은 실질적으로 원추형 공간 영역에 국한되거나 복수의 광빔들 내의 광빔들의 상이한 주 각도 방향들을 포함하는 정해진 각도 확산(angular spread)을 가질 수 있다. 따라서, 광빔들의 정해진 각도 확산은 그 조합으로써(즉, 복수의 광빔들) 광 필드를 나타낼 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 복수의 지향성 광빔들 중 여러 지향성 광빔들의 상이한 주 각도 방향들은 멀티빔 소자의 크기(예를 들어, 길이, 폭, 면적 등)를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 특성에 의하여 결정된다. 본 명세서의 정의에 의하면, 일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자는 '연장된 점 광원(extended point light source)', 즉 멀티빔 소자의 범위(extent)에 걸쳐(across) 분포된 복수의 점 광원들로 간주될 수 있다. 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 그리고 도 1b와 관련하여 전술한 바와 같이, 멀티빔 소자에 의하여 생성되는 지향성 광빔은 각도 성분들 {θ, φ}로 주어지는 주 각도 방향을 갖는다.
본 명세서에서, '시준기(collimator)'는 광을 시준하도록 구성된 실질적으로 임의의 광학 기기 또는 장치로서 정의된다. 예를 들어, 시준기는 시준 거울 또는 반사체, 시준 렌즈, 회절 격자, 테이퍼형(tapered) 도광체 및 이들의 다양한 조합들을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 다양한 실시 예들에 따르면, 시준기에 의하여 제공되는 시준량은 실시 예마다 정해진 정도나 양이 변할 수 있다. 또한, 시준기는 2개의 직교하는 방향들(예를 들어, 수직 방향 및 수평 방향) 중 하나 또는 모두로 시준을 제공하도록 구성될 수 있다. 즉, 일부 실시 예들에 따르면, 시준기는 2개의 직교하는 방향들 중 하나 또는 모두로 광의 시준을 제공하는 형상 또는 이와 유사한 시준 특성을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, '시준 계수(collimation factor)'는 광이 시준되는 정도로서 정의된다. 특히, 본 명세서의 정의에 의하면, 시준 계수는 시준된 광의 빔 내의 광선들(light rays)의 각도 확산을 정의한다. 예를 들어, 시준 계수(σ)는 시준된 광의 빔 내의 대부분의 광선들이 특정한 각도 확산 내에(예를 들어, 시준된 광빔의 중심 또는 주 각도 방향에 대하여 +/- σ도) 있음을 명시할 수 있다. 일부 예들에 따르면, 시준된 광빔의 광선들은 각도 측면에서 가우시안(Gaussian) 분포를 가질 수 있고, 각도 확산은 시준된 광빔의 피크(peak) 세기의 절반만큼에서 결정되는 각도일 수 있다.
본 명세서에서, '광원(light source)'은 광의 원천(예를 들어, 광을 생성하고 방출하도록 구성된 광학 방출기(optical emitter))으로서 정의된다. 예를 들어, 광원은 활성화되거나 턴 온 되는 경우 광을 방출하는 발광 다이오드(light emitting diode; LED)와 같은 광학 방출기를 포함할 수 있다. 특히, 본 명세서에서, 광원은 실질적으로 임의의 광의 원천이거나, LED, 레이저, OLED, 중합체 LED, 플라즈마 기반 광학 방출기, 형광 램프, 백열 램프 및 사실상 임의의 다른 광의 원천 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 실질적으로 임의의 광학 방출기를 포함할 수 있다. 광원에 의하여 생성된 광은 컬러를 가질 수 있거나(즉, 광의 특정 파장을 포함할 수 있음), 또는 파장들의 범위일 수 있다(예를 들어, 백색광). 일부 실시 예들에서, 광원은 복수의 광학 방출기들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광원은 한 세트 또는 그룹의 광학 방출기들을 포함할 수 있으며, 광학 방출기들 중 적어도 하나는 같은 세트 또는 그룹의 적어도 하나의 다른 광학 방출기에 의하여 생성되는 광의 컬러 또는 파장과는 상이한 컬러를, 또는 대등하게는 파장을, 갖는 광을 생성할 수 있다. 예를 들어, 상이한 컬러들은 원색들(예를 들어, 적색, 녹색, 청색)을 포함할 수 있다. 본 명세서에서, '편광(polarized)' 광원은 정해진 편광(polarization)을 갖는 광을 생성하거나 제공하는 실질적으로 임의의 광원으로서 정의된다. 예를 들어, 편광 광원은 광원의 광학 방출기의 출력에 편광자(polarizer)를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 이용되는 '조절(accommodation)'이라는 용어는 눈의 광학적 힘(optical power)을 변화시킴으로써 객체 또는 이미지 요소에 초점을 맞추는 프로세스를 지칭한다. 다시 말해, 조절은 초점을 맞추기 위한 눈의 능력이다. 본 명세서에서, '조절 범위(accommodation range)' 또는 대등하게는 '조절 거리(accommodation distance)'는 초점이 맞춰질 수 있는 눈으로부터의 거리의 범위로서 정의된다. 조절 범위는 개인마다 다를 수 있지만, 제한이 아닌 간략함으로써 예를 들어, 본 명세서에서 최소 '정상(normal)' 조절 거리는 약 25cm 인 것으로 가정한다. 따라서, 객체가 소위 '정상 조절 범위' 내에 있기 위해서는, 일반적으로 객체가 눈으로부터 약 25cm 보다 멀리 위치하는 것으로 이해된다.
본 명세서에서, '아이 박스(eye box)'는 디스플레이 또는 기타의 광학 시스템(예를 들어, 렌즈 시스템)에 의하여 형성된 이미지가 보여질 수 있는 공간 영역 또는 공간 체적(volume)으로서 정의된다. 다시 말해, 아이 박스는 디스플레이 시스템에 의하여 생성되는 이미지를 보기 위하여 사용자의 눈이 놓일 수 있는 공간 내의 위치를 정의한다. 일부 실시 예들에서 아이 박스는 2차원 공간 영역(예를 들어, 길이 및 폭을 갖지만 실질적인 깊이는 갖지 않는 영역)을 나타낼 수 있고, 다른 실시 예들에서 아이 박스는 3차원 공간 영역(예를 들어, 길이, 폭 및 깊이를 갖는 영역)을 포함할 수 있다. 또한, '박스(box)'로서 지칭되지만, 아이 박스는 그 형상이 직사각형인 박스에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 예들에서, 아이 박스는 원통형 공간 영역을 포함할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용된 바와 같은, 단수 표현은 특허 분야에서의 통상적인 의미, 즉 '하나 이상'의 의미를 갖는 것으로 의도된다. 예를 들어, 본 명세서에서, '멀티빔 소자'는 하나 이상의 멀티빔 소자를 의미하며, 따라서 '상기 멀티빔 소자'는 '상기 멀티빔 소자(들)'을 의미한다. 또한, 본 명세서에서 '상단', '하단', '상부', '하부', '상', '하', '전', '후', '제1', '제 2', '좌' 또는 '우'에 대한 언급은 본 명세서에서 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 본 명세서에서, 달리 명시적으로 특정되지 않는 한, 수치 값에 적용되는 경우의 '약'이라는 용어는 일반적으로 수치 값을 생성하기 위하여 이용되는 장비의 허용 오차 범위 내를 의미하거나, ±10%, 또는 ±5%, 또는 ±1%를 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용된 바와 같은 '실질적으로'라는 용어는 대부분, 또는 거의 전부, 또는 전부, 또는 약 51% 내지 약 100% 범위 내의 양을 의미한다. 또한, 본 명세서의 예들은 단지 예시적인 것으로 의도된 것이며, 제한이 아닌 논의의 목적으로 제시된다.
본 명세서에 설명된 원리들의 일부 실시 예들에 따르면, 헤드업 디스플레이가 제공된다. 도 3은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 헤드업 디스플레이(100)의 블록도를 도시한다. 헤드업 디스플레이(100)는 헤드업 디스플레이(100)의 아이 박스(102)에 이미지(즉, 디스플레이된 이미지)를 제공하도록 구성된다. 특히, 헤드업 디스플레이(100)는 복수의 상이한 뷰들(104)을 포함하는 멀티뷰 이미지를 제공하도록 구성될 수 있고, 각각의 뷰는 각자의 뷰 방향을 가질 수 있다.
일부 실시 예들에서, 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들(104)은 아이 박스(102) 내의 상이한 위치들에 제공될 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 아이 박스(102) 내의 상이한 위치들에 제공되는 상이한 뷰들(104)은, 헤드업 디스플레이(100)의 사용자에게 초점 깊이 단서(focus depth cues)를 전달하도록 구성된다. 예를 들어, 초점 깊이 단서는 사용자로 하여금, 디스플레이된 이미지 내에서 초점 깊이 단서를 기반으로 깊이 또는 거리를 인식하게끔 할 수 있다. 헤드업 디스플레이(100)에 의하여 사용자에게 전달되는 초점 깊이 단서는, 조절 및 망막 블러링(retinal blurring)을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
도 3에 도시된 바와 같이, 헤드업 디스플레이(100)는 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)를 포함한다. 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)는 디스플레이되는 멀티뷰 이미지의 복수의 상이한 뷰들(104)을 제공하도록 구성된다. 다양한 실시 예들에 따르면, 실질적으로 임의의 개수의 상이한 뷰들이 복수의 상이한 뷰들(104)로서 제공될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이되는 이미지의 복수의 상이한 뷰들(104)은 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개 또는 그 이상의 상이한 뷰들을 포함할 수 있다. 다른 예들에서, 디스플레이되는 이미지의 복수의 상이한 뷰들(104)은, 16개, 32개, 64개, 128개 또는 256개 이하의 상이한 뷰들을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 비교적 많은 개수의 상이한 뷰들을 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 복수의 상이한 뷰들(104)은 적어도 4개의 상이한 뷰들을 포함한다.
일부 예들에서, 헤드업 디스플레이(100)에 의하여 제공되거나 디스플레이되는 멀티뷰 이미지는 단지 3차원(3D) 정보 또는 컨텐츠(예를 들어, 3D 객체 또는 장면을 나타내는 3D 이미지)만을 포함할 수 있다. 다른 예들에서, 멀티뷰 이미지는 3D 컨텐츠를 제공하는 부분들과 2차원(2D) 정보 또는 컨텐츠를 포함하는 부분(예를 들어, 2D 이미지 부분들)을 포함할 수 있다. 멀티뷰 이미지가 3D 컨텐츠 또는 대등하게는 '3D 이미지'를 포함하는 경우, 복수의 상이한 뷰들(104)은 3D 이미지의 상이한 시점 뷰들을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 원리들에 따르면, 상이한 뷰들은 망막 블러링 및 조절 중 하나 또는 모두를 통하여, 디스플레이된 이미지 내의 깊이에 대한 사용자의 인식을 향상시킬 수 있다. 또한, 일부 실시 예들에 따르면, 헤드업 디스플레이(100)는 오토스테레오스코픽(autostereoscopic) 또는 '홀로그램(holographic)' 멀티뷰 디스플레이(즉, 소위 '안경 불필요' 3D 또는 멀티뷰 디스플레이)이거나 이로서 기능할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 헤드업 디스플레이(100)의 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)는 멀티빔 소자들의 어레이를 포함한다. 멀티빔 소자 어레이는 멀티뷰 이미지의 복수의 상이한 뷰들의 각각의 뷰 방향들에 대응하는 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들을 제공하도록 구성된다. 다양한 실시 예들에 따르면, 헤드업 디스플레이(100)의 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)는 멀티뷰 이미지를 제공하기 위하여 복수의 지향성 광빔들을 변조하도록 구성된 광 밸브들의 어레이를 더 포함한다.
도 4a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)의 단면도를 도시한다. 도 4b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)의 평면도를 도시한다. 도 4c는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)의 사시도를 도시한다. 도 4c에 도시된 사시도는 단지 본 명세서에서의 논의의 용이를 위하여 부분적으로 절개되어 도시되었다.
도 4a 내지 도 4c에 도시된 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)는 서로 상이한 주 각도 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들(111)(예를 들어, 광 필드)을 제공하도록 구성된다. 특히, 다양한 실시 예들에 따르면, 제공된 복수의 지향성 광빔들(111)은 복수의 상이한 뷰들(104)의 각각의 뷰 방향들에 대응하는 상이한 주 각도 방향들로 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)로부터 멀어지도록 지향된다. 또한, 지향성 광빔들(111)은 멀티뷰 이미지를 제공하거나 디스플레이하기 위하여 변조(예를 들어, 후술될 바와 같이 광 밸브들을 이용하여)된다. 일부 실시 예들에서, 멀티뷰 이미지는 3D 컨텐츠(예를 들어, 사용자가 보았을 때 3D 객체들처럼 보이는 상이한 시점 뷰들에 나타내는 가상 객체들)를 포함할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)는 도광체(112)를 포함한다. 일부 실시 예들에 따르면, 도광체(112)는 판 도광체일 수 있다. 도광체(112)는 도광체(112)의 길이를 따라 광을 안내된 광(113)으로서 안내하도록 구성된다. 예를 들어, 도광체(112)는 광학 도파로로서 구성된 유전체 재료를 포함할 수 있다. 유전체 재료는 유전체 광학 도파로를 둘러싸는 매질의 제 2 굴절률보다 큰 제 1 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 굴절률들의 차이는 도광체(112)의 하나 이상의 안내 모드에 따라 안내된 광(113)의 내부 전반사를 용이하게 하도록 구성된다.
특히, 도광체(112)는 연장된, 광학적으로 투명한 실질적으로 평면형 시트의, 유전체 재료를 포함하는 슬래브 또는 판 광학 도파로일 수 있다. 실질적으로 평면형 시트의 유전체 재료는 내부 전반사를 이용하여 안내된 광(113)을 안내하도록 구성된다. 다양한 예들에 따르면, 도광체(112)의 광학적으로 투명한 재료는 다양한 유형의 유리(예를 들어, 실리카 유리(silica glass), 알칼리-알루미노실리케이트 유리(alkali-aluminosilicate glass), 보로실리케이트 유리(borosilicate glass) 등) 및 실질적으로 광학적으로 투명한 플라스틱들 또는 중합체들(예를 들어, 폴리(메틸 메타크릴레이트)(poly(methyl methacrylate)) 또는 '아크릴 유리(acrylic glass)', 폴리카보네이트(polycarbonate) 등) 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 유전체 재료들 중 임의의 것으로 구성되거나 이를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 도광체(112)는 도광체(112)의 표면(예를 들어, 상단 표면 및 하단 표면 중 하나 또는 모두)의 적어도 일부 상에 클래딩층(cladding layer)(미도시)을 더 포함할 수 있다. 일부 예들에 따르면, 클래딩층은 내부 전반사를 더 용이하게 하기 위하여 이용될 수 있다.
또한, 일부 실시 예들에 따르면, 도광체(112)는, 도광체(112)의 제 1 표면(112')(예를 들어 '전'면 또는 앞쪽)과 제 2 표면(112")(예를 들어, '후'면 또는 뒤쪽)의 사이에서 0이 아닌 전파 각도로 내부 전반사에 따라, 안내된 광(113)을 안내하도록 구성된다. 특히, 안내된 광(113)은 도광체(112)의 제 1 표면(112')과 제 2 표면(112") 사이에서 0이 아닌 전파 각도로 반사되거나 '바운싱(bouncing)'됨으로써 전파된다. 일부 실시 예들에서, 안내된 광(113)은 광의 상이한 컬러들의 복수의 안내된 광빔들을 포함한다. 복수의 안내된 광빔들의 광빔들은 도광체(112)에 의하여 상이한 컬러별, 0이 아닌 전파 각도들 각각으로 안내될 수 있다. 도시의 간략화를 위하여 0이 아닌 전파 각도는 도시되지 않았음에 유의한다. 그러나, 도 4a에서 전파 방향(115)을 묘사하는 굵은 화살표는 도광체의 길이를 따르는 안내된 광(113)의 일반적인 전파 방향을 도시한다.
본 명세서에 정의된 바와 같이, '0이 아닌 전파 각도(non-zero propagation angle)'는 도광체(112)의 표면(예를 들어, 제 1 표면(112') 또는 제 2 표면(112"))에 대한 각도이다. 또한, 다양한 실시 예들에 따르면, 0이 아닌 전파 각도는 0보다 크고 도광체(112) 내의 내부 전반사의 임계각보다 작다. 예를 들어, 안내된 광(113)의 0이 아닌 전파 각도는 약 10도 내지 약 50도 사이일 수 있고, 일부 예들에서는 약 20도 내지 약 40도 사이, 또는 약 25도 내지 약 35도 사이일 수 있다. 예를 들어, 0이 아닌 전파 각도는 약 30도일 수 있다. 다른 예들에서, 0이 아닌 전파 각도는 약 20도, 또는 약 25도, 또는 약 35도일 수 있다. 또한, 도광체(112) 내의 내부 전반사의 임계각보다 작게 선택되는 한, 특정한 0이 아닌 전파 각도가 특정한 구현을 위하여 선택(예를 들어, 임의로)될 수 있다.
도광체(112) 내의 안내된 광(113)은 0이 아닌 전파 각도(예를 들어, 약 30도 내지 약 35도)로 도광체(112) 내부로 유입되거나 커플(couple)될 수 있다. 예를 들어, 렌즈, 거울 또는 유사한 반사체(예를 들어, 경사진 시준 반사체), 회절 격자 및 프리즘(미도시) 중 하나 이상이, 광을 안내된 광(113)으로서 0이 아닌 전파 각도로 도광체(112)의 입력 단부의 내부로 커플링하는 것을 용이하게 할 수 있다. 도광체(112) 내부로 커플되면, 안내된 광(113)은 일반적으로 입력 단부로부터 멀어질 수 있는 방향(예를 들어, 도 4a에서 x-축을 따라 가리키는 굵은 화살표들로서 도시됨)으로 도광체(112)를 따라 전파된다.
또한, 다양한 실시 예들에 따르면, 안내된 광(113) 또는 대등하게는 도광체(112) 내부로 광을 커플링함으로써 생성된 안내된 광(113)은 시준된 광빔일 수 있다. 본 명세서에서, '시준된 광(collimated light)' 또는 '시준된 광빔(collimated light beam)'은 일반적으로 광빔(예를 들어, 안내된 광(113))의 광선들이 광빔 내에서 서로 실질적으로 평행한 광의 빔으로서 정의된다. 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 시준된 광빔으로부터 분기되거나 산란되는 광의 광선들은 시준된 광빔의 일부인 것으로 간주되지 않는다. 일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)는, 예를 들어 광원으로부터의 광을 시준하도록 구성된 렌즈, 반사체 또는 거울, 회절 격자, 또는 테이퍼형 도광체와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 시준기(collimator)를 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 광원은 시준기를 포함할 수 있다. 도광체(112)에 제공되는 시준된 광은 시준된 안내된 광(113)이다. 다양한 실시 예들에서, 안내된 광(113)은 시준 계수(σ)에 따라 시준되거나 시준 계수(σ)를 가질 수 있다.
일부 실시 예들에서, 도광체(112)는 안내된 광(113)을 '재순환(recycle)' 시키도록 구성될 수 있다. 특히, 도광체의 길이를 따라 안내되었던 안내된 광(113)은 전파 방향(115)과는 상이한 다른 전파 방향(115')으로 도광체의 길이를 따라 다시 재지향될 수 있다. 예를 들어, 도광체(112)는 광원에 인접한 입력 단부에 대향하는 도광체(112)의 단부에 반사체(미도시)를 포함할 수 있다. 반사체는 안내된 광(113)을 재순환된 안내된 광으로서 입력 단부를 향하여 다시 반사하도록 구성될 수 있다. 안내된 광(113)을 이러한 방식으로 재순환시키는 것은, 예를 들어 후술되는 멀티빔 소자들에게, 안내된 광을 두 번 이상 이용 가능하게 함으로써 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)의 밝기(예를 들어, 지향성 광빔들(111)의 세기)를 증가시킬 수 있다.
도 4a에서, 재순환된 안내된 광의 전파 방향(115')을 나타내는 굵은 화살표(예를 들어, 음(negative)의 x-방향으로 향하는)는, 도광체(112) 내의 재순환된 안내된 광의 일반적인 전파 방향을 도시한다. 대안적으로(예를 들어, 안내된 광을 재순환시키는 것과 반대로서), 다른 전파 방향(115')으로 전파되는 안내된 광(113)은, 다른 전파 방향(115')으로 광을 도광체(112)의 내부로 유입(예를 들어, 전파 방향(115)을 갖는 안내된 광(113)에 부가하여)시킴으로써 제공될 수 있다.
도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)는 도광체의 길이를 따라 서로 이격된 복수의 멀티빔 소자들(114) 또는 멀티빔 소자들(114)의 어레이를 더 포함한다. 특히, 멀티빔 소자들(114)의 어레이(또는 멀티빔 소자 어레이)의 멀티빔 소자들(114)은 유한한 공간만큼 서로 분리되어 있으며, 도광체의 길이를 따라 개별적이고 구분되는 소자들을 나타낸다. 즉, 본 명세서의 정의에 의하면, 멀티빔 소자 어레이의 멀티빔 소자들(114)은 유한한(즉, 0이 아닌) 소자간 거리(예를 들어, 유한한 중심간 거리)에 따라 서로 이격되어 있다. 또한, 일부 실시 예들에 따르면, 멀티빔 소자 어레이의 멀티빔 소자들(114)은 일반적으로 서로 교차되거나, 중첩되거나 또는 다른 방식으로 접촉되지 않는다. 즉, 멀티빔 소자 어레이의 각각의 멀티빔 소자(114)는 일반적으로 멀티빔 소자들(114) 중 다른 것들로부터 구분되고 떨어져 있다.
일부 실시 예들에 따르면, 멀티빔 소자 어레이의 멀티빔 소자들(114)은 1차원(1D) 어레이 또는 2차원(2D) 어레이로 배열될 수 있다. 예를 들어, 멀티빔 소자들(114)의 어레이는 선형 1D 어레이로서 배열될 수 있다. 다른 예에서, 멀티빔 소자들(114)의 어레이는 직사각형 2D 어레이 또는 원형 2D 어레이로서 배열될 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 어레이(즉, 1D 또는 2D 어레이)는 규칙적이거나 균일한 어레이일 수 있다. 특히, 멀티빔 소자들(114) 간의 소자간 거리(예를 들어, 중심간 거리 또는 간격)는 어레이에 걸쳐 실질적으로 균일하거나 일정할 수 있다. 다른 예들에서, 멀티빔 소자들(114) 간의 소자간 거리는 도광체(112)의 길이를 따라 변하거나, 어레이에 걸쳐 변하거나, 이들 둘 모두에 의해 변할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 멀티빔 소자 어레이의 멀티빔 소자(114)는 안내된 광(113)의 일부를 복수의 지향성 광빔들(111)로서 커플 아웃시키거나 산란시키도록 구성된다. 특히, 도 4a 및 도 4c는 지향성 광빔들(111)을 도광체(112)의 제 1(또는 앞) 표면(112')으로부터 멀어지는 것으로 묘사된 복수의 분기되는 화살표들로서 도시한다. 또한, 다양한 실시 예들에 따르면, 멀티빔 소자(114)의 크기는 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)의 멀티뷰 픽셀 내의 뷰 픽셀의 크기(또는 대등하게는 후술되는 광 밸브(116)의 크기)와 유사하다.
본 명세서에서, '크기'는 길이, 폭 또는 면적을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 방식들 중 임의의 것으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 뷰 픽셀의 크기는 그 길이일 수 있고, 멀티빔 소자(114)의 유사한 크기는 멀티빔 소자(114)의 길이일 수도 있다. 다른 예에서, 크기는 면적을 지칭할 수 있고, 멀티빔 소자(114)의 면적은 뷰 픽셀의 면적과 유사할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자(114)의 크기는 뷰 픽셀의 크기와 유사할 수 있고, 멀티빔 소자의 크기는 뷰 픽셀의 크기의 약 50% 내지 약 200% 사이일 수 있다. 예를 들어, 멀티빔 소자의 크기를 's'로 나타내고 뷰 픽셀의 크기를 'S'로 나타내는 경우(예를 들어, 도 4a에 도시된 바와 같이), 멀티빔 소자의 크기(s)는 식(2)으로 주어질 수 있다.
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(2)
다른 예에서, 멀티빔 소자의 크기는 뷰 픽셀의 크기의 약 60% 초과, 또는 뷰 픽셀의 크기의 약 70%, 또는 뷰 픽셀의 크기의 약 80% 초과, 또는 뷰 픽셀의 크기의 약 90% 초과이고, 멀티빔 소자는 뷰 픽셀의 크기의 약 180% 미만, 또는 뷰 픽셀의 크기의 약 160% 미만, 또는 뷰 픽셀의 크기의 약 140% 미만, 또는 뷰 픽셀의 크기의 약 120% 미만이다. 예를 들어, '유사한 크기'에 의하면, 멀티빔 소자의 크기는 뷰 픽셀의 크기의 약 75% 내지 약 150% 사이일 수 있다. 다른 예에서, 멀티빔 소자(114)는 뷰 픽셀과 크기 면에서 유사할 수 있고, 멀티빔 소자의 크기는 뷰 픽셀의 크기의 약 125% 내지 약 85% 사이일 수 있다. 일부 실시 예들에 따르면, 멀티빔 소자(114) 및 뷰 픽셀(또는 광 밸브(116))의 유사한 크기들은 멀티뷰 이미지의 뷰들 간의 암 영역들(dark zones)을 감소시키도록, 또는 일부 예들에서는 최소화시키도록, 선택될 수 있다. 동시에, 멀티빔 소자(114) 및 뷰 픽셀(또는 광 밸브(116))의 유사한 크기들은 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들 간의 중첩을 감소시키도록, 또는 일부 예들에서는 최소화시키도록, 선택될 수 있다.
도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)는 광 밸브들(116)의 어레이를 더 포함한다. 광 밸브들(116)의 어레이는 복수의 지향성 광빔들의 지향성 광빔들(111)을 변조하도록 구성된다. 특히, 광 밸브 어레이는 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)에 의하여 디스플레이되는 이미지(예를 들어, 멀티뷰 이미지)로서 또는 그 이미지를 제공하기 위하여 지향성 광빔들(111)을 변조하도록 구성될 수 있다. 도 4c에서 광 밸브들(116)의 어레이는 광 밸브 어레이 아래에 놓여있는 도광체(112) 및 멀티빔 소자(114)의 시각화를 위하여 부분적으로 절개되었다.
또한, 상이한 주 각도 방향들을 갖는 지향성 광빔들(111) 중 상이한 각각은, 광 밸브 어레이 내의 광 밸브들(116) 중 상이한 각각을 통과하고 그에 의하여 변조되도록 구성된다. 또한, 도시된 바와 같이, 어레이의 광 밸브(116)는 뷰 픽셀에 대응하고, 광 밸브 어레이의 한 세트의 광 밸브들(116)은 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)의 멀티뷰 픽셀에 대응한다. 특히, 광 밸브 어레이의 상이한 세트의 광 밸브들(116)은 멀티빔 소자들(114) 중 상이한 것으로부터 지향성 광빔들(111)을 수신하고 변조하도록 구성된다. 즉, 도시된 바와 같이, 각각의 멀티빔 소자(114)마다 하나의 고유한 세트의 광 밸브들(116)이 존재한다. 다양한 실시 예들에서, 액정 광 밸브들, 전기 영동 광 밸브들 및 전기 습윤 기반의 또는 이를 이용하는 광 밸브들 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 상이한 유형의 광 밸브들 중 임의의 것이 광 밸브 어레이의 광 밸브들(116)로서 이용될 수 있다.
도 4a는 제 1 멀티빔 소자(114-1)로부터 지향성 광빔들(111)을 수신하고 변조하도록 구성된 제 1 광 밸브 세트(116-1), 및 제 2 멀티빔 소자(114-2)로부터 지향성 광빔들(111)을 수신하고 변조하도록 구성된 제 2 광 밸브 세트(116-2)를 도시한다. 따라서, 도 4a에 도시된 바와 같이, 광 밸브 어레이 내의 광 밸브 세트들(예를 들어, 제 1 및 제 2 광 밸브 세트(116-1, 116-2))의 각각은 상이한 멀티뷰 픽셀에 각각 대응하고, 광 밸브 세트들의 개별 광 밸브(116)는 각각의 멀티뷰 픽셀들의 뷰 픽셀들에 대응한다.
도 4a에서, 뷰 픽셀의 크기는 광 밸브 어레이 내의 광 밸브(116)의 실제 크기에 대응할 수 있다는 것에 유의한다. 다른 예들에서, 뷰 픽셀의 크기 또는 대등하게는 광 밸브의 크기는 광 밸브 어레이의 인접한 광 밸브들(116) 간의 거리(예를 들어, 중심간 거리)로서 정의될 수 있다. 예를 들어, 광 밸브들(116)은 광 밸브 어레이 내의 광 밸브들(116) 간의 중심간 거리보다 작을 수 있다. 예를 들어, 뷰 픽셀 또는 광 밸브의 크기는 광 밸브(116)의 크기 또는 광 밸브들(116) 간의 중심간 거리에 대응하는 크기로서 정의될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자 어레이의 멀티빔 소자들(114)과 그에 대응하는 멀티뷰 픽셀들(예를 들어, 광 밸브들(116)의 세트들) 간의 관계는 일대일(one-to-one) 관계일 수 있다. 즉, 멀티뷰 픽셀들의 개수와 멀티빔 소자들(114)의 개수는 동일할 수 있다. 도 4b는 상이한 세트의 광 밸브들(116)을 포함하는 각각의 멀티뷰 픽셀이 점선으로 둘러싸인 것으로 도시된 일대일 관계를 예로서 명시적으로 도시한다. 다른 실시 예들에서(미도시), 멀티뷰 픽셀들의 개수와 멀티빔 소자들(114)의 개수는 서로 상이할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자 어레이의 한 쌍의 인접하는 멀티빔 소자들(114) 간의 소자간 거리(예를 들어, 중심간 거리)는, 예를 들어 광 밸브 세트들로 나타내지는, 대응하는 한 쌍의 인접하는 멀티뷰 픽셀들 간의 픽셀간 거리(예를 들어, 중심간 거리)와 동일할 수 있다. 예를 들어, 도 4a 및 도 4b에서, 제 1 멀티빔 소자(114-1)와 제 2 멀티빔 소자(114-2) 간의 중심간 거리(d)는, 도시된 바와 같이, 제 1 광 밸브 세트(116-1)와 제 2 광 밸브 세트(116-2) 간의 중심간 거리(D)와 실질적으로 동일할 수 있다. 다른 실시 예들에서(미도시), 멀티빔 소자들(114)의 쌍들 및 대응하는 광 밸브 세트들의 상대적인 중심간 거리들은 상이할 수 있으며, 예를 들어, 멀티빔 소자들(114)은 멀티뷰 픽셀들을 나타내는 광 밸브 세트들 간의 간격(즉, 중심간 거리 D)보다 크거나 작은 소자간 간격(즉, 중심간 거리 d)을 가질 수 있다.
일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자(114)의 형상은, 멀티뷰 픽셀의 형상 또는 대등하게는 멀티뷰 픽셀에 대응하는 광 밸브들(116)의 세트(또는 '서브 어레이(sub-array)')의 형상과 유사할 수 있다. 예를 들어, 멀티빔 소자(114)는 정사각형 형상을 가질 수 있고, 멀티뷰 픽셀(또는 대응하는 한 세트의 광 밸브들(116)의 배열)은 실질적으로 정사각형일 수 있다. 다른 예에서, 멀티빔 소자(114)는 직사각형 형상을 가질 수 있으며, 즉 폭 또는 횡방향 치수보다 큰 길이 또는 종방향 치수를 가질 수 있다. 이러한 예에서, 멀티빔 소자(114)에 대응하는 멀티뷰 픽셀(또는 대등하게는 한 세트의 광 밸브들(116)의 배열)은 유사한 직사각형 형상을 가질 수 있다. 도 4b는 정사각형 형상의 멀티빔 소자들(114), 및 광 밸브들(116)의 정사각형 세트들을 포함하는 대응하는 정사각형 형상의 멀티뷰 픽셀들의 평면도를 도시한다. 또 다른 예들에서(미도시), 멀티빔 소자들(114) 및 대응하는 멀티뷰 픽셀들은 삼각형 형상, 육각형 형상 및 원형 형상을 포함하거나 적어도 이에 근사하는 다양한 형상을 가질 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
또한, 일부 실시 예들에 따르면(예를 들어 도 4a에 도시된 바와 같이), 각각의 멀티빔 소자(114)는 오직 하나의 멀티뷰 픽셀에게 지향성 광빔들(111)을 제공하도록 구성될 수 있다. 특히(예를 들어, 도 4a 에 도시된 바와 같이), 멀티빔 소자들(114) 중 주어진 하나에 대하여, 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들(104)에 대응하는 상이한 주 각도 방향들을 갖는 지향성 광빔들(111)은, 대응하는 하나의 멀티뷰 픽셀 및 이의 뷰 픽셀들에, 즉 멀티빔 소자(114)에 대응하는 한 세트의 광 밸브들(116)에, 실질적으로 국한된다. 이와 같이, 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)의 각각의 멀티빔 소자(114)는, 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들(104)에 대응하는 한 세트의 상이한 주 각도 방향들을 갖는 한 세트의 대응하는 지향성 광빔들(111)을 제공한다(즉, 한 세트의 지향성 광빔들은 상이한 뷰 방향들 각각에 대응하는 방향을 갖는 광빔을 포함함).
다양한 실시 예들에 따르면, 멀티빔 소자들(114)은 안내된 광(113)의 일부를 커플 아웃시키도록 구성된 많은 상이한 구조물들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상이한 구조물들은 회절 격자들, 미세 반사(micro-reflective) 소자들, 미세 굴절(micro-refractive) 소자들, 또는 이의 다양한 조합들을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 일부 실시 예들에서, 회절 격자를 포함하는 멀티빔 소자(114)는 안내된 광의 일부를 상이한 주 각도 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들(111)로서 회절적으로 커플 아웃시키도록 구성된다. 다른 실시 예들에서, 미세 반사 소자를 포함하는 멀티빔 소자(114)는 안내된 광의 일부를 복수의 지향성 광빔들(111)로서 반사적으로 커플 아웃시키도록 구성되고, 미세 굴절 소자를 포함하는 멀티빔 소자(114)는 안내된 광의 일부를 굴절에 의하여 또는 굴절을 이용하여 복수의 지향성 광빔들(111)로서 커플 아웃시키도록 구성된다(즉, 안내된 광의 일부를 굴절적으로 커플 아웃시킴).
도 5a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자(114)를 포함하는 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)의 일부의 단면도를 도시한다. 도 5b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자(114)를 포함하는 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)의 일부의 단면도를 도시한다. 특히, 도 5a 및 도 5b는 회절 격자(114a)를 포함하는 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)의 멀티빔 소자(114)를 도시한다. 회절 격자(114a)는 안내된 광(113)의 일부를 복수의 지향성 광빔들(111)로서 회절적으로 커플 아웃시키도록 구성된다. 회절 격자(114a)는 안내된 광의 일부의 회절적 커플링 아웃을 제공하도록 구성된 회절 특징부 간격 또는 회절 특징부 피치 또는 격자 피치에 의하여 서로 이격된 복수의 회절 특징부들을 포함한다. 다양한 실시 예들에 따르면, 회절 격자(114a)의 회절 특징부들의 간격 또는 격자 피치는 서브 파장(sub-wavelength)(즉, 안내된 광의 파장 미만)일 수 있다.
일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자(114)의 회절 격자(114a)는 도광체(112)의 표면에, 또는 표면에 인접하여 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 5a에 도시된 바와 같이, 회절 격자(114a)는 도광체(112)의 제 1 표면(112')에 위치하거나 제 1 표면(112')에 인접하여 위치할 수 있다. 도광체의 제 1 표면(112')의 회절 격자(114a)는 안내된 광의 일부를 제 1 표면(112')을 통하여 지향성 광빔들(111)로서 회절적으로 커플 아웃시키도록 구성된 투과 모드 회절 격자일 수 있다. 다른 예에서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 회절 격자(114a)는 도광체(112)의 제 2 표면(112")에 위치하거나 제 2 표면(112")에 인접하여 위치할 수 있다. 제 2 표면(112")에 위치하는 경우, 회절 격자(114a)는 반사 모드 회절 격자일 수 있다. 반사 모드 회절 격자로서, 회절 격자(114a)는 안내된 광의 일부를 회절시키고, 회절적으로 지향성 광빔들(111)로서 제 1 표면(112')을 통하여 빠져나갈 수 있도록 회절된 안내된 광의 일부를 제 1 표면(112')을 향하여 반사시키도록 구성된다. 다른 실시 예들에서(미도시), 회절 격자는, 예를 들어 투과 모드 회절 격자 및 반사 모드 회절 격자 중 하나 또는 모두로서, 도광체(112)의 표면들 사이에 위치할 수 있다. 본 명세서에 설명된 일부 실시 예들에서, 지향성 광빔들(111)의 주 각도 방향들은, 도광체의 표면에서 도광체(112)를 빠져나가는 지향성 광빔들(111)로 인한 굴절의 영향을 포함할 수 있음에 유의한다. 예를 들어, 도 5b는 제한이 아닌 예로서, 지향성 광빔들(111)이 제 1 표면(112')을 지나갈 때 굴절률의 변화로 인한 지향성 광빔들(111)의 굴절(즉, 휨(bending))을 도시한다. 후술되는 도 8a 및 도 8b도 참조된다.
일부 실시 예들에 따르면, 회절 격자(114a)의 회절 특징부들은 서로 이격된 홈들 및 융기들 중 하나 또는 모두를 포함할 수 있다. 홈들 또는 융기들은 도광체(112)의 재료를 포함할 수 있으며, 예를 들어 도광체(112)의 표면 내에 형성될 수 있다. 다른 예에서, 홈들 및 융기들은 도광체의 재료 이외의 재료로 형성될 수 있으며, 예를 들어 도광체(112)의 표면 상에 다른 재료의 필름 또는 층으로 형성될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자(114)의 회절 격자(114a)는 회절 특징부 간격이 회절 격자(114a) 전체에서 실질적으로 일정하거나 변하지 않는 균일한 회절 격자일 수 있다. 다른 실시 예들에서, 회절 격자(114a)는 처프된(chirped) 회절 격자일 수 있다. 정의에 의하면, '처프된' 회절 격자는 처프된 회절 격자의 범위(extent) 또는 길이에 걸쳐 변화하는 회절 특징부들의 회절 간격(즉, 격자 피치)을 나타내거나 갖는 회절 격자이다. 일부 실시 예들에서, 처프된 회절 격자는 거리에 따라 선형적으로 변화하는 회절 특징부 간격의 '처프(chirp)' 또는 변경을 갖거나 나타낼 수 있다. 따라서, 정의에 의하면, 처프된 회절 격자는 '선형적으로 처프된' 회절 격자이다. 다른 실시 예들에서, 멀티빔 소자(114)의 처프된 회절 격자는 회절 특징부 간격의 비-선형 처프를 나타낼 수 있다. 지수적 처프, 로그적 처프 또는 실질적으로 비-균일 또는 랜덤하지만 단조로운 방식으로 변화하는 처프를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 비-선형 처프들이 이용될 수 있다. 정현파 처프 또는 삼각형 또는 톱니 처프와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 비-단조(non-monotonic) 처프들도 이용될 수 있다. 이러한 유형의 처프들 중 임의의 조합도 이용될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 회절 격자(114a)는 복수의 회절 격자들 또는 대등하게는 복수의 서브 격자들을 포함할 수 있다. 도 6a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 복수의 서브 격자들을 포함하는 회절 격자(114a)의 단면도를 도시한다. 도 6b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 도 6a에 도시된 회절 격자(114a)의 평면도를 도시한다. 예를 들어, 도 6a의 단면도는 도 6b에 도시된 회절 격자(114a)의 하단 행의 서브 격자들을 관통하여 좌측으로부터 우측으로 취한 단면을 나타낼 수 있다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 복수의 서브 격자들은 도광체(112)의 표면(예를 들어, 도시된 바와 같이, 제 2 표면(112")) 상의 멀티빔 소자(114)의 회절 격자(114a) 내의 제 1 서브 격자(114a-1) 및 제 2 서브 격자(114a-2)를 포함한다. 도 6a 및 도 6b 모두에 멀티빔 소자(114)의 크기(s)가 도시되었고, 도 6b에 멀티빔 소자(114)의 경계가 점선을 이용하여 도시되었다.
일부 실시 예들에 따르면, 복수의 멀티빔 소자들 중 상이한 멀티빔 소자들(114) 간의 회절 격자(114a) 내의 서브 격자들의 차등적인 밀도는, 상이한 멀티빔 소자들(114) 각각에 의하여 회절적으로 산란되는 복수의 지향성 광빔들(111)의 상대적인 세기를 제어하도록 구성될 수 있다. 다시 말해, 멀티빔 소자들(114)은 그 내에 회절 격자들(114a)의 상이한 밀도들을 가질 수 있고, 상이한 밀도들(즉, 서브 격자들의 차등적인 밀도)은 복수의 지향성 광빔들(111)의 상대적인 세기를 제어하도록 구성될 수 있다. 특히, 회절 격자(114a) 내에 더 적은 개수의 서브 격자들을 갖는 멀티빔 소자(114)는, 상대적으로 더 많은 개수의 서브 격자들을 갖는 다른 멀티빔 소자(114)에 비하여 더 낮은 세기(또는 빔 밀도)를 갖는 복수의 지향성 광빔들(111)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 서브 격자들의 차등적인 밀도는, 도 6b에 도시된 위치(114a')와 같은, 멀티빔 소자(114) 내의 서브 격자가 부족하거나 없는 위치들을 이용하여 제공될 수 있다.
도 7은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 한 쌍의 멀티빔 소자들(114)의 평면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 한 쌍의 멀티빔 소자들(114) 중 제 1 멀티빔 소자(114-1)는, 한 쌍의 멀티빔 소자들(114) 중 제 2 멀티빔 소자(114-2) 내에 존재하는 것에 비하여 회절 격자(114a) 내에 서브 격자들의 더 높은 밀도를 갖는다. 특히, 제 2 멀티빔 소자(114-2)는 제 1 멀티빔 소자(114-1)에 비하여, 서브 격자가 없는 더 많은 위치들(114a') 및 더 적은 개수의 서브 격자들을 갖는 회절 격자(114a)를 갖는다. 일부 실시 예들에서, 제 1 멀티빔 소자(114-1) 내의 서브 격자들의 더 높은 밀도는, 제 2 멀티빔 소자(114-2)에 의하여 제공되는 복수의 지향성 광빔들의 세기보다 더 큰 세기를 갖는 복수의 지향성 광빔들을 제공할 수 있다. 일부 실시 예들에 따르면, 도 7에 도시된 차등적인 서브 격자 밀도들에 의하여 제공되는 복수의 지향성 광빔들 각각의 더 큰 및 더 작은 세기들은, 전파(propagation) 거리의 함수로서 도광체 내의 안내된 광의 광학적 세기의 변화를 보상하는 데 이용될 수 있다. 제한이 아닌 예로서, 도 7은 또한 만곡된 회절 특징부들을 갖는 서브 격자들을 갖는 회절 격자들(114a)을 도시한다.
도 8a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자(114)를 포함하는 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)의 일부의 단면도를 도시한다. 도 8b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자(114)를 포함하는 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)의 일부의 단면도를 도시한다. 특히, 도 8a 및 도 8b는 미세 반사 소자를 포함하는 멀티빔 소자(114)의 다양한 실시 예들을 도시한다. 멀티빔 소자(114)로서 이용되거나 멀티빔 소자(114) 내에 이용되는 미세 반사 소자들은, 반사성 재료 또는 이의 층(예를 들어, 반사성 금속)을 이용하는 반사체 또는 내부 전반사(TIR) 기반의 반사체를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 일부 실시 예들에 따르면(예를 들어, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이), 미세 반사 소자를 포함하는 멀티빔 소자(114)는 도광체(112)의 표면(예를 들어, 제 2 표면(112"))에 또는 이에 인접하여 위치할 수 있다. 다른 실시 예들에서(미도시), 미세 반사 소자는 제 1 및 제 2 표면(112', 112") 사이에서 도광체(112) 내에 위치할 수 있다.
예를 들어, 도 8a는 도광체(112)의 제 2 표면(112")에 인접하여 위치하는 반사면들을 갖는 미세 반사 소자(114b)(예를 들어, '프리즘형' 미세 반사 소자)를 포함하는 멀티빔 소자(114)를 도시한다. 도시된 프리즘형 미세 반사 소자(114b)의 반사면들은 도광체(112)로부터의 안내된 광(113)의 일부를 지향성 광빔들(111)로서 반사(즉, 반사적으로 산란)시키도록 구성된다. 예를 들어, 반사면들은 도광체(112)로부터의 안내된 광의 일부를 반사하기 위하여, 안내된 광(113)의 전파 방향에 대하여 경사지거나 기울어질 수 있다(즉, 경사각을 가질 수 있다). 다양한 실시 예들에 따르면, 반사면들은 도광체(112) 내에 반사성 재료를 이용하여 형성될 수도 있고(예를 들어, 도 8a에 도시된 바와 같이), 제 2 표면(112") 내의 프리즘형 공동(cavity)의 표면들일 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 프리즘형 공동이 이용되는 경우, 공동 표면들에서의 굴절률 변화가 반사(예를 들어, TIR 반사)를 제공할 수 있거나, 반사면들을 형성하는 공동 표면들이 반사성 재료로 코팅되어 반사를 제공할 수 있다.
다른 예에서, 도 8b는 반구형(semi-spherical) 미세 반사 소자(114b)와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 실질적으로 매끄러운 곡면을 갖는 미세 반사 소자(114b)를 포함하는 멀티빔 소자(114)를 도시한다. 예를 들어, 미세 반사 소자(114b)의 특정한 표면 곡선은 안내된 광의 일부를 안내된 광(113)이 접촉하는 곡면 상의 입사점에 의존하는 상이한 방향들로 반사하도록 구성될 수 있다. 제한이 아닌 예로서, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 도광체(112)로부터 반사적으로 산란되는 안내된 광의 일부는 제 1 표면(112')을 빠져나가거나 제 1 표면(112')으로부터 방출된다. 도 8a의 프리즘형 미세 반사 소자(114b)와 마찬가지로, 도 8b의 미세 반사 소자(114b)는 도광체(112) 내의 반사성 재료이거나, 제한이 아닌 예로서 도 8b에 도시된 바와 같이, 제 2 표면(112") 내에 형성된 공동(예를 들어, 반원형(semi-circular) 공동)일 수 있다. 도 8a 및 도 8b는 또한, 제한이 아닌 예로서, 2개의 전파 방향들(115, 115')(굵은 화살표들로 도시됨)을 갖는 안내된 광(113)을 도시한다. 예를 들어, 2개의 전파 방향들(115, 115')을 이용하는 것은 대칭적인 주 각도 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들(111)을 제공하는 것을 용이하게 할 수 있다.
도 9는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자(114)를 포함하는 멀티빔 소자 기반 디스플레이(100)의 일부의 단면도를 도시한다. 특히, 도 9는 미세 굴절 소자(114c)를 포함하는 멀티빔 소자(114)를 도시한다. 다양한 실시 예들에 따르면, 미세 굴절 소자(114c)는 안내된 광(113)의 일부를 도광체(112)로부터 굴절적으로 커플 아웃 또는 산란시키도록 구성된다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 미세 굴절 소자(114c)는 안내된 광의 일부를 지향성 광빔들(111)로서 도광체(112)로부터 커플 아웃 또는 산란시키기 위하여 굴절(예를 들어, 회절 또는 반사와 반대인 굴절적 커플링)을 이용하도록 구성된다. 미세 굴절 소자(114c)는 반구 형상, 직사각 형상, 프리즘 형상(즉, 경사면들을 갖는 형상) 및 역 프리즘 형상(예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같은)을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 형상들을 가질 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 미세 굴절 소자(114c)는, 도시된 바와 같이 도광체(112)의 표면(예를 들어, 제 1 표면(112')) 밖으로 연장되거나 돌출될 수 있고, 또는 표면 내의 공동(미도시)일 수 있다. F또한, 일부 실시 예들에서, 미세 굴절 소자(114c)는 도광체(112)의 재료를 포함할 수 있다. 다른 실시 예들에서, 미세 굴절 소자(114c)는 도광체의 표면에 인접하는, 일부 예들에서는 도광체의 표면에 접촉하는, 다른 재료를 포함할 수 있다.
다시 도 4a를 참조하면, 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)는 광원(118)을 더 포함한다. 다양한 실시 예들에 따르면, 광원(118)은 도광체(112) 내에서 안내될 광을 제공하도록 구성된다. 특히, 광원(118)은 도광체(112)의 입구(entrance) 표면 또는 단부(입력 단부)에 인접하여 위치될 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 광원(118)은 하나 이상의 LED들 또는 레이저(예를 들어, 레이저 다이오드)를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 실질적으로 임의의 광의 원천(예를 들어, 광학 방출기)을 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 광원(118)은 특정한 컬러로 나타나는 협대역 스펙트럼을 갖는 실질적으로 단색광(monochromatic light)을 생성하도록 구성된 광학 방출기를 포함할 수 있다. 특히, 단색광의 컬러는 특정한 색 공간 또는 컬러 모델(예를 들어, 적-녹-청(red-green-blue; RGB) 컬러 모델)의 원색일 수 있다. 다른 예들에서, 광원(118)은 실질적으로 광대역 또는 다색광(polychromatic light)을 제공하도록 구성된 실질적으로 광대역 광원일 수 있다. 예를 들어, 광원(118)은 백색광을 제공할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 광원(118)은 광의 상이한 컬러들을 제공하도록 구성된 복수의 상이한 광학 방출기들을 포함할 수 있다. 상이한 광학 방출기들은 광의 상이한 컬러들 각각에 대응하는 안내된 광의 상이한, 컬러별, 0이 아닌 전파 각도들을 갖는 광을 제공하도록 구성될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 광원(118)은 시준기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 시준기는 광원(118)의 광학 방출기들 중 하나 이상으로부터 실질적으로 비-시준된(uncollimated) 광을 수신할 수 있다. 시준기는 실질적으로 비-시준된 광을 시준된(collimated) 광으로 변환하도록 구성될 수 있다. 특히, 일부 실시 예들에 따르면, 시준기는, 0이 아닌 전파 각도를 가지며 정해진 시준 계수에 따라 시준되는 시준된 광을 제공할 수 있다. 또한, 상이한 컬러들의 광학 방출기들이 이용되는 경우 시준기는, 상이한, 컬러별, 0이 아닌 전파 각도들을 갖거나 상이한 컬러별 시준 계수들을 갖거나 이들 모두를 갖는 시준된 광을 제공하도록 구성될 수 있다. 또한, 시준기는, 전술한 안내된 광(113)으로서 전파될 수 있도록, 시준된 광빔을 도광체(112)에게 전달하도록 구성된다.
다시 도 3을 참조하면, 헤드업 디스플레이(100)는 광학 결합기(120)를 더 포함한다. 다양한 실시 예들에 따르면, 광학 결합기(120)는 멀티뷰 이미지의 복수의 상이한 뷰들(104)을 헤드업 디스플레이(100)의 아이 박스(102)에게 중계(relay)하도록 구성된다. 다양한 실시 예들에 따르면, 광학 결합기(120)는 광학 결합기(120) 너머의 물리적인 환경(106)의 뷰(또는 대등하게는 '물리적인 환경 뷰'(106))를 아이 박스(102)에 제공하도록 구성된다. '너머의(beyond)'가 의미하는 것은, 물리적인 환경의 뷰가 사용자의 물리적인 환경으로부터 광학 결합기(120)의 반대편에 있는 물리적인 환경의 사용자에게 보여질 수 있는 뷰라는 것이다. 이와 같이, 본 명세서의 정의에 의하면, '광학 결합기(120) 너머의' 물리적인 환경(106)의 뷰는 광학 결합기(120)를 '통해 보여진(seen through)' 뷰이다.
도 3은 제한이 아닌 예로서 물리적인 환경(106)의 표현들로서 원추, 직사각형 박스 및 원통을 도시한다. 특히, 광학 결합기(120)는 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)에 의하여 제공되는 멀티뷰 이미지(즉, 복수의 상이한 뷰들(104)을 포함하는)와 물리적인 환경 뷰(106)를 결합된 뷰(108)로서 결합하고 결합된 뷰(108)를 아이 박스(102)에 제공하도록 구성된다. 다양한 실시 예들에 따르면, 물리적인 환경 뷰(106) 및 디스플레이되는 이미지의 복수의 상이한 뷰들(104) 모두를 포함하는 결합된 뷰(108)는 아이 박스(102)에서 사용자에게 보여질 수 있다. 예를 들어, 결합된 뷰(108)는 물리적인 환경 뷰(106)와 중첩된 상이한 뷰들(104)을 포함하는 디스플레이된 이미지로서 사용자에게 보여질 수 있다.
일부 실시 예들에 따르면, 광학 결합기(120)는 이미지의 복수의 상이한 뷰들(104)을 아이 박스(102)를 향하여 반사시키도록 구성된 부분 반사 표면(partially reflective surface)을 포함한다. 다양한 실시 예들에서, 부분 반사 표면은 입사광의 부분 반사를 제공하는 실질적으로 임의의 표면일 수 있다. 예를 들어, 부분 반사 표면은 반-은도금(half-silvered) 거울, 빔-스플리터(beam-splitter) 또는 실질적으로 이들의 임의의 등가물일 수 있다. 다른 예에서, 부분 반사 표면은 공기(air) 또는 다른 유전체 재료에 인접한 실질적으로 투명한 유전체 재료의 표면(코팅된 것이든 또는 다른 것이든)일 수 있다(즉, 부분 반사 표면은 표면에서의 굴절률의 변화에 의하여 제공될 수 있음). 또한, 부분 반사 표면은 광학 결합기(120) 너머의 물리적인 환경(106)을 볼 수 있게끔 하거나 이를 용이하게 하도록 구성된다. 따라서, 부분 반사 표면은 광(예를 들어, 다른 방향으로부터의, 예컨대 물리적인 환경(106)으로부터의)에 대하여도 부분적으로 투명하다. 특히, 다양한 실시 예들에 따르면, 물리적인 환경(106)으로부터의 광의 일부는 부분 반사 표면을 통과할 수 있고, 아이 박스(102)에서 결합된 뷰(108)로서 상이한 뷰들(104)을 나타내는 광과 결합될 수 있다. 다른 실시 예들에서, 광학 결합기(120)는 도파로 또는 도광체 광학 결합기를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다른 유형의 광학 결합기일 수 있다.
도 10은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 광학 결합기(120)의 단면도를 도시한다. 특히, 도 10은 부분 반사 표면(122)을 포함하는 광학 결합기(120)를 도시한다. 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)(도 10에는 미도시)로부터 부분 반사 표면(122) 상에 입사되고 디스플레이되는 이미지의 상이한 뷰들(104)을 나타내는 광(104')은, 부분 반사 표면(122)으로부터 멀어지는 것을 가리키는 화살표로 표시된 방향으로(즉, 아이 박스(102)(도 10에는 미도시)를 향하는 방향으로) 부분 반사 표면(122)에 의하여 반사된다. 또한, 도시된 바와 같이, 물리적인 환경의 뷰(이미지들을 포함함)를 나타내는 물리적인 환경(106)으로부터의 광(106')은, 부분 반사 표면(122)을 통과하여 결합된 광(108')으로서 반사된 광(104')과 결합된다. 결합된 광(108')은 결합된 뷰(108)를 형성한다(예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 아이 박스(102)에서). 전술한 바와 같이, 결합된 뷰(108)는 디스플레이되는 이미지의 상이한 뷰들(104)과 물리적인 환경 뷰(106)의 중첩이다.
일부 실시 예들에서, 광학 결합기(120)는 차량, 레저용 이동 수단, 다용도 이동 수단, 군용 이동 수단, 항공기, 우주선, 또는 배, 보트 등의 항해용 이동 수단과 같은, 그러나 이제 제한되지 않는, 이동 수단의 뷰 포트(viewport), 윈도우(window) 또는 윈드 쉴드(windshield)의 일부를 포함할 수 있다. 특히, 이동 수단이 차량인 실시 예들에서, 헤드업 디스플레이(100)는 차량용 헤드업 디스플레이(100)로서 지칭될 수 있다. 본 명세서에서, '차량' 및 '윈드 쉴드'는 제한이 아닌 논의의 편의를 위한 목적으로 이용된다. 일부 실시 예들에서, 윈드 쉴드의 일부는 윈드 쉴드 자체의 재료(예를 들어, 윈드 쉴드의 유리, 아크릴 유리, 폴리카보네이트 등)일 수 있다. 다른 실시 예들에서, 윈드 쉴드의 일부는 윈드 쉴드 재료의 표면에 적용되거나 부착된 층 또는 재료 필름일 수 있다. 예를 들어, 부분 반사 표면(122)을 포함하는 광학 결합기(120)는 윈드 쉴드 재료의 표면 상에 증착된 부분 반사 금속층(예를 들어, 알루미늄, 은, 금 등)을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 부분 반사 표면(122)은 광학 결합기(120)로서 기능하기 위하여 윈드 쉴드 재료의 표면에 적용된 부분 반사 필름(예를 들어, 부분적으로 금속 처리된 Mylar® 필름)일 수 있다. Mylar® 는 미국 델라웨어주 윌밍턴에 소재한 듀폰 드 느므르 앤 컴퍼니 유한회사(Dupont De Nemours and Company Corporation)의 등록 상표이다.
도 11은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 차량용 헤드업 디스플레이(100)의 개요도를 도시한다. 차량용 헤드업 디스플레이(100)는 이미지의 상이한 뷰들(104)을 생성하도록 구성된 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)를 포함한다. 차량용 헤드업 디스플레이(100)는 광학 결합기(120)를 더 포함한다. 도시된 바와 같이, 광학 결합기(120)는 부분 반사 표면(122)으로서 기능하거나 이를 포함하는 차량(미도시)의 윈드 쉴드(124)의 일부를 포함한다. 상이한 뷰들(104)을 나타내는 광(104')은 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)로부터 차량용 윈드 쉴드(124)의 광학 결합기(120)로 중계된다. 광(104')은 광학 결합기(120)에 의하여 아이 박스(102)를 향하여 반사된다. 또한, 차량 외부의 물리적인 환경(106)으로부터의 광(106')(즉, 윈드 쉴드를 통한 뷰)은 아이 박스(102)에서 결합된 뷰(108)로서 광학 결합기(120)에 의하여 반사된 광(104')과 결합된다. 결합된 뷰(108)는 아이 박스(102)에서 사용자(예를 들어, 차량의 운전자 또는 승객)에게 보여질 수 있다. 결합된 뷰(108)는 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)로부터의 상이한 뷰들(104)에 의해 나타나는 이미지와 중첩되는 물리적인 환경(106)으로부터의 뷰를 포함한다.
본 명세서에 설명된 원리들의 일부 실시 예들에 따르면, 멀티뷰 헤드업 디스플레이 시스템이 제공된다. 도 12는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 헤드업 디스플레이 시스템(200)의 블록도를 도시한다. 도 12의 멀티뷰 헤드업 디스플레이 시스템(200)은 사용자가 볼 수 있도록 멀티뷰 이미지를 아이 박스(202)에 제공하도록 구성된다. 다양한 실시 예들에 따르면, 멀티뷰 이미지는 복수의 상이한 뷰들(204)(예를 들어, 상이한 시점 뷰들)을 포함한다. 또한, 멀티뷰 이미지는 물리적인 환경의 뷰(206)(또는 대등하게는 '물리적인 환경 뷰'(206))와 함께 아이 박스(202)에서 결합된 뷰(208)로서 사용자에게 보여질 수 있다. 또한, 다양한 실시 예들에 따르면, 결합된 뷰(208)는 소위 '헤드업' 방식으로 사용자에게 보여질 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 멀티뷰 헤드업 디스플레이 시스템(200)은 멀티빔 소자 기반 디스플레이(210)를 포함한다. 멀티빔 소자 기반 디스플레이(210)는 복수의 상이한 뷰들(204)을 포함하는 멀티뷰 이미지를 제공하도록 구성된다. 특히, 예를 들어, 멀티빔 소자 기반 디스플레이(210)는 멀티뷰 이미지들을 제공하도록 구성된 멀티뷰 또는 오토스테레오스코픽 디스플레이일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자 기반 디스플레이(210)는 헤드업 디스플레이(100)와 관련하여 전술한 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)와 실질적으로 유사할 수 있다.
특히 도시된 바와 같이, 멀티빔 소자 기반 디스플레이(210)는 도광체(212)를 포함한다. 도광체(212)는 광을 안내된 광으로서 안내하도록 구성된다. 예를 들어, 안내된 광은 시준된 광빔일 수 있고, 0이 아닌 전파 각도로 안내될 수 있다. 일부 실시 예들에 따르면, 도광체(212)는 전술한 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)의 도광체(112)와 실질적으로 유사할 수 있다.
또한, 도 12에 도시된 멀티빔 소자 기반 디스플레이(210)는 멀티빔 소자 어레이(214)를 포함한다. 멀티빔 소자 어레이(214)는 안내된 광의 일부를 복수의 상이한 뷰들(204)의 뷰 방향들에 대응하는 주 각도 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들로서 산란시키도록 구성된다. 일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자 어레이(214)의 멀티빔 소자는 헤드업 디스플레이(100)의 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)와 관련하여 전술한 멀티빔 소자들(114)의 어레이와 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 멀티빔 소자 어레이(214)의 멀티빔 소자는 안내된 광의 일부를 산란시키기 위하여 도광체(212)에 광학적으로 연결된 회절 격자, 미세 반사 소자 및 미세 굴절 소자 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 회절 격자, 미세 반사 소자 및 미세 굴절 소자는 전술한 회절 격자(114a), 미세 반사 소자(114b) 및 미세 굴절 소자(114c)와 실질적으로 유사할 수 있다. 또한, 일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자 어레이(214)의 멀티빔 소자는 안내된 광의 일부의 각도 보존 산란을 제공하도록 구성될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 도 12에 도시된 바와 같이, 멀티빔 소자 기반 디스플레이(210)는 광원(216) 및 광 밸브 어레이(218)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 광원(216)은 광을 안내된 광으로서 도광체(212)에게 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 광원(216)은 광을 방출하기 위한 광학 방출기 및 방출된 광을 제공되는 광으로서 시준된 광빔으로 변환하기 위한 시준기를 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 광원(216)은 전술한 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)의 광원(118)과 실질적으로 유사할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 광 밸브 어레이(218)는 복수의 지향성 광빔들의 지향성 광빔들을 제공되는 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들(204)을 나타내는 픽셀들로서 선택적으로 변조하도록 구성된다. 일부 실시 예들에서, 광 밸브 어레이(218)는 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)와 관련하여 전술한 광 밸브들(116)의 어레이와 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 광 밸브 어레이(218)는 액정 광 밸브 및 전기 습윤 광 밸브를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 광 밸브들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 또한, 일부 실시 예들에 따르면, 멀티빔 소자 어레이(214)의 멀티빔 소자의 크기는 멀티빔 소자 기반 디스플레이(210)의 광 밸브 어레이(218) 내의 광 밸브의 크기와 유사할 수 있다.
도 12에 도시된 멀티뷰 헤드업 디스플레이 시스템(200)은 광학 결합기(220)를 더 포함한다. 광학 결합기(220)는 멀티뷰 이미지를 멀티뷰 헤드업 디스플레이 시스템(220)의 아이 박스(202)로 중계하도록 구성된다. 또한, 광학 결합기(220)는 멀티뷰 이미지와 물리적인 환경 뷰(206)(예를 들어, 광학 결합기(220) 너머의)를 포함하는 결합된 뷰(208)를 아이 박스(202)에 제공하도록 구성된다. 다시 말해, 광학 결합기(220)는 상이한 뷰들(204)을 포함하는 멀티뷰 이미지를 물리적인 환경 뷰(206)와 결합하고, 결합된 뷰(208)를 아이 박스(202)에 제공하도록 구성된다. 일부 실시 예들에서, 광학 결합기(220)는 전술한 헤드업 디스플레이(100)의 광학 결합기(120)와 실질적으로 유사할 수 있다.
특히, 일부 실시 예들에서, 광학 결합기(220)는 제공되는 멀티뷰 이미지를 멀티뷰 헤드업 디스플레이 시스템(200)의 아이 박스(202)로 중계하도록 구성된 실질적으로 투명한 도광체 및 부분 반사 표면 중 하나를 포함한다. 다양한 실시 예들에 따르면, 실질적으로 투명한 도광체 및 부분 반사 표면은 각각 실질적으로 투명한 도광체 및 부분 반사 표면 각각을 통해 물리적인 환경을 보는 것을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 광학 결합기(220)는 이동 수단의 윈드 쉴드의 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이동 수단은 차량, 항공기 및 보트를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 이와 같이, 일부 실시 예들에 따르면, 멀티뷰 헤드업 디스플레이 시스템(200)은 이동 수단용 헤드업 디스플레이 시스템일 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 멀티뷰 헤드업 디스플레이 시스템(200)은, 예를 들어 차량용 헤드업 디스플레이 시스템 또는 항공기용 헤드업 디스플레이 시스템 등일 수 있다.
일부 실시 예들에서(예를 들어, 도 12에 도시된 바와 같이), 멀티뷰 헤드업 디스플레이 시스템(200)은 중계 광학계(relay optics; 230)를 더 포함한다. 중계 광학계(230)는 멀티빔 소자 기반 디스플레이(210)와 광학 결합기(220) 사이에 위치될 수 있다. 중계 광학계(230)는 멀티뷰 이미지(상이한 뷰들(204)로서 도시되고 이들을 포함하는)의 광을 또는 멀티뷰 이미지에 대응하는 광을 멀티빔 소자 기반 디스플레이(210)로부터 광학 결합기(220)로 중계하도록 구성될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 중계 광학계(230)는 렌즈 및 반사체 중 하나 또는 모두와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 시준 광학계(collimating optics)를 포함한다. 예를 들어, 렌즈 및 반사체는 멀티빔 소자 기반 디스플레이(210)로부터의 광을 중계하고 시준하도록 구성될 수 있다. 따라서, 시준을 제공하는 중계 광학계(230)의 렌즈 및 반사체는 각각 시준 렌즈 및 시준 반사체로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 광의 시준은 아이 박스(202)에서 상이한 뷰들(204)을 나타내는 광의 초점 맞추기(focusing)를 제공할 수 있다.
본 명세서에 설명된 원리들의 다른 실시 예들에 따르면, 헤드업 디스플레이의 동작 방법이 제공된다. 도 13은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 헤드업 디스플레이의 동작 방법(300)의 흐름도를 도시한다. 도 13에 도시된 바와 같이, 헤드업 디스플레이의 동작 방법(300)은 멀티뷰 이미지의 뷰 방향들에 대응하는 주 각도 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들을 생성하는 위하여, 멀티빔 소자들의 어레이를 이용하여 도광체로부터 안내된 광의 일부를 산란(310)시키는 단계를 포함한다. 일부 실시 예들에 따르면, 도광체 및 멀티빔 소자들의 어레이는, 헤드업 디스플레이(100)와 관련하여 전술한 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)의 도광체(112) 및 멀티빔 소자들(114)의 어레이와 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 안내된 광의 일부를 산란(310)시키는 단계는 회절 격자를 포함하는 멀티빔 소자들의 어레이의 멀티빔 소자를 이용하여 안내된 광의 일부를 회절적으로 산란시키는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 안내된 광의 일부를 산란(310)시키는 단계는, 미세 반사 소자를 포함하는 멀티빔 소자들의 어레이의 멀티빔 소자를 이용하여 안내된 광의 일부를 반사적으로 산란시키는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 안내된 광의 일부를 산란(310)시키는 단계는, 미세 굴절 소자를 포함하는 멀티빔 소자들의 어레이의 멀티빔 소자를 이용하여 안내된 광의 일부를 굴절적으로 산란시키는 단계를 포함할 수 있다.
도 13에 도시된 헤드업 디스플레이의 동작 방법(300)은 멀티뷰 이미지를 제공하기 위하여 광 밸브들의 어레이를 이용하여 복수의 지향성 광빔들의 지향성 광빔들을 변조(320)하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시 예들에서, 광 밸브들의 어레이는, 전술한 바와 같이, 헤드업 디스플레이(100)의 멀티빔 소자 기반 디스플레이(110)의 광 밸브들(116)의 어레이와 실질적으로 유사할 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 헤드업 디스플레이의 동작 방법(300)은 결합된 뷰를 형성하기 위하여 광학 결합기를 이용하여 멀티뷰 이미지의 복수의 상이한 뷰들과 물리적인 환경의 뷰를 결합(330)시키는 단계를 더 포함한다. 특히, 물리적인 환경은 광학 결합기 너머의, 광학 결합기를 통해 보여지는 뷰이다. 일부 실시 예들에서, 광학 결합기는 헤드업 디스플레이(100)와 관련하여 전술한 광학 결합기(120)와 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 광학 결합기는 부분 반사 표면(예를 들어, 윈드 쉴드의 부분 반사 부분)을 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 광학 결합기는 이동 수단의 윈드 쉴드의 일부를 포함한다.
다양한 실시 예들에 따르면, 멀티뷰 헤드업 디스플레이의 동작 방법은 결합된 뷰(또는 대등하게는 '결합된 이미지')를 아이 박스로 중계한다. 아이 박스는 전술한 헤드업 디스플레이(100)의 아이 박스(102)와 실질적으로 유사할 수 있다. 특히, 아이 박스는 물리적인 환경 뷰와 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들을 모두 포함하는 중계된 결합된 뷰가 사용자에게 보여지는 위치일 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 결합된 뷰를 보는 사용자는 멀티뷰 이미지 및 물리적인 환경의 뷰를 동시에 또는 결합된 뷰로서 중첩된 것으로 인식할 수 있다.
이상에서는, 멀티뷰 이미지의 복수의 상이한 뷰들을 제공하기 위하여 멀티빔 소자 기반 디스플레이를 이용하고, 아이 박스에 물리적인 환경 뷰와 멀티뷰 이미지의 중첩을 제공하는, 헤드업 디스플레이, 멀티뷰 헤드업 디스플레이 시스템 및 헤드업 디스플레이의 동작 방법의 예들 및 실시 예들이 설명되었다. 전술한 예들은 단지 본 명세서에 설명된 원리들을 나타내는 많은 구체적인 예들 중 일부를 예시하는 것임을 이해하여야 한다. 명백히, 당업자는 다음의 청구 범위에 의하여 정의되는 범위를 벗어나지 않고 수많은 다른 구성들을 쉽게 고안할 수 있다.

Claims (21)

  1. 헤드업(head-up) 디스플레이로서,
    멀티뷰 이미지의 복수의 상이한 뷰들을 제공하도록 구성되며, 상기 복수의 상이한 뷰들의 각각의 뷰 방향들에 대응하는 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들을 제공하도록 구성된 멀티빔 소자들의 어레이 및 상기 멀티뷰 이미지를 제공하기 위하여 상기 복수의 지향성 광빔들을 변조하도록 구성된 광 밸브들의 어레이를 포함하는 멀티빔 소자 기반 디스플레이; 및
    상기 멀티뷰 이미지를 상기 헤드업 디스플레이의 아이 박스(eye box)로 중계하도록 구성된 광학 결합기로서, 상기 멀티뷰 이미지 및 상기 광학 결합기 너머의 물리적인 환경의 뷰를 포함하는 결합된 뷰를 상기 아이 박스에 제공하도록 더 구성된 상기 광학 결합기
    를 포함하는 헤드업 디스플레이.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 멀티빔 소자들의 어레이의 멀티빔 소자의 크기는, 상기 광 밸브들의 어레이의 광 밸브의 크기의 50% 내지 200% 사이인
    헤드업 디스플레이.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 멀티빔 소자 기반 디스플레이는 도광체의 길이를 따라 광을 안내된 광으로서 안내하도록 구성된 상기 도광체를 더 포함하고,
    상기 멀티빔 소자 어레이의 멀티빔 소자는 상기 안내된 광의 일부를 상기 복수의 지향성 광빔들의 지향성 광빔들로서 상기 도광체로부터 산란시키도록 구성된
    헤드업 디스플레이.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 멀티빔 소자는, 상기 안내된 광의 상기 일부를 회절적으로 산란시키도록 구성된 회절 격자를 포함하는
    헤드업 디스플레이.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 멀티빔 소자는 미세 반사 소자 및 미세 굴절 소자 중 하나 또는 모두를 포함하고,
    상기 미세 반사 소자는 상기 안내된 광의 상기 일부를 반사적으로 산란시키도록 구성되고,
    상기 미세 굴절 소자는 상기 안내된 광의 상기 일부를 굴절적으로 산란시키도록 구성된
    헤드업 디스플레이.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 멀티빔 소자는 상기 도광체의 제 1 표면 및 제 2 표면 중 하나에 위치하고,
    상기 멀티빔 소자는 상기 안내된 광의 상기 일부를 상기 제 1 표면을 통하여 산란시키도록 구성된
    헤드업 디스플레이.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 멀티빔 소자 기반 디스플레이는 상기 도광체의 입력에 광학적으로 결합된 광원을 더 포함하고,
    상기 광원은, 0이 아닌 전파 각도를 갖는 것 및 정해진 시준 계수에 따라 시준되는 것 중 하나 또는 모두에 해당하는 상기 안내된 광으로서 안내될 광을 제공하도록 구성된
    헤드업 디스플레이.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 결합기는 상기 멀티뷰 이미지의 상기 복수의 상이한 뷰들을 상기 아이 박스를 향하여 반사시키도록 구성된 부분 반사 표면을 포함하고,
    상기 부분 반사 표면은 상기 물리적인 환경의 상기 뷰를 상기 부분 반사 표면을 통하여 상기 아이 박스로 투과시키도록 더 구성된
    헤드업 디스플레이.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 결합기는 차량의 윈드 쉴드의 일부를 포함하고,
    상기 헤드업 디스플레이는 차량용 헤드업 디스플레이인
    헤드업 디스플레이.
  10. 멀티뷰 헤드업 디스플레이 시스템(multiview head-up display system)으로서,
    복수의 상이한 뷰들을 포함하는 멀티뷰 이미지를 제공하도록 구성된 멀티빔 소자 기반 디스플레이(multibeam element-based display)로서, 광을 안내된 광으로서 안내하도록 구성된 도광체 및 상기 안내된 광의 일부를 상기 복수의 상이한 뷰들의 뷰 방향들에 대응하는 주 각도 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들로서 산란시키도록 구성된 멀티빔 소자 어레이를 포함하는 상기 멀티빔 소자 기반 디스플레이; 및
    상기 멀티뷰 이미지를 상기 멀티뷰 헤드업 디스플레이 시스템의 아이 박스(eye box)로 중계하도록 구성된 광학 결합기로서, 상기 아이 박스 내에 상기 멀티뷰 이미지의 뷰와 상기 광학 결합기 너머의 물리적인 환경의 뷰를 결합시키도록 구성된 상기 광학 결합기
    를 포함하는 멀티뷰 헤드업 디스플레이 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 멀티빔 소자 어레이의 멀티빔 소자는, 상기 안내된 광의 상기 일부를 산란시키기 위하여 상기 도광체에 광학적으로 연결된 회절 격자, 미세 반사 소자 및 미세 굴절 소자 중 하나 이상을 포함하는
    멀티뷰 헤드업 디스플레이 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 멀티빔 소자 어레이의 상기 멀티빔 소자는, 상기 안내된 광의 일부의 각도 보존 산란을 제공하도록 구성된
    멀티뷰 헤드업 디스플레이 시스템.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 멀티빔 소자 기반 디스플레이는,
    광을 상기 도광체에게 상기 안내된 광으로서 제공하도록 구성된 광원; 및
    상기 복수의 지향성 광빔들의 지향성 광빔들을 선택적으로 변조하도록 구성된 광 밸브 어레이를 더 포함하고,
    상기 선택적으로 변조된 지향성 광빔들은 상기 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들의 픽셀들을 나타내고,
    상기 안내된 광은 정해진 시준 계수를 가지며,
    상기 멀티빔 소자 어레이의 멀티빔 소자는 상기 도광체의 표면에 인접하여 위치된
    멀티뷰 헤드업 디스플레이 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 멀티빔 소자의 크기는, 상기 멀티빔 소자 기반 디스플레이의 상기 광 밸브 어레이 내의 광 밸브의 크기와 유사한
    멀티뷰 헤드업 디스플레이 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 광 밸브 어레이는, 복수의 액정 광 밸브들을 포함하는
    멀티뷰 헤드업 디스플레이 시스템.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 광학 결합기는 상기 멀티뷰 이미지를 상기 아이 박스로 중계하도록 구성된 실질적으로 투명한 도광체 및 부분 반사 표면 중 하나를 포함하고,
    상기 실질적으로 투명한 도광체 및 상기 부분 반사 표면은 각각 상기 실질적으로 투명한 도광체 및 상기 부분 반사 표면 각각을 통하여 상기 물리적인 환경을 보는 것을 용이하게 하도록 구성되는
    멀티뷰 헤드업 디스플레이 시스템.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 광학 결합기는 이동 수단의 윈드 쉴드의 일부를 포함하고,
    상기 멀티뷰 헤드업 디스플레이 시스템은 이동 수단용 헤드업 디스플레이 시스템인
    멀티뷰 헤드업 디스플레이 시스템.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 멀티빔 소자 기반 디스플레이와 상기 광학 결합기 사이에 중계 광학계를 더 포함하고,
    상기 중계 광학계는 상기 멀티뷰 이미지에 대응하는 광을 상기 멀티빔 소자 기반 디스플레이로부터 상기 광학 결합기로 중계하도록 구성된
    멀티뷰 헤드업 디스플레이 시스템.
  19. 헤드업 디스플레이(head-up display)의 동작 방법으로서,
    멀티뷰 이미지의 뷰 방향들에 대응하는 주 각도 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들을 생성하기 위하여 멀티빔 소자들의 어레이를 이용하여 도광체로부터 안내된 광의 일부를 산란시키는 단계;
    상기 멀티뷰 이미지를 제공하기 위하여 광 밸브들의 어레이를 이용하여 상기 복수의 지향성 광빔들의 지향성 광빔들을 변조하는 단계; 및
    결합된 뷰를 형성하기 위하여 광학 결합기를 이용하여 상기 멀티뷰 이미지와 물리적인 환경의 뷰를 결합하는 단계를 포함하되,
    상기 물리적인 환경은 상기 광학 결합기를 통하여 보여지며,
    상기 멀티빔 소자 어레이의 멀티빔 소자의 크기는, 상기 광 밸브 어레이의 광 밸브의 크기와 유사한
    방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 안내된 광의 일부를 산란시키는 단계는,
    회절 격자를 포함하는 상기 멀티빔 소자들의 어레이의 멀티빔 소자를 이용하여 상기 안내된 광의 일부를 회절적으로 산란시키는 단계;
    미세 반사 소자를 포함하는 상기 멀티빔 소자들의 어레이의 멀티빔 소자를 이용하여 상기 안내된 광의 일부를 반사적으로 산란시키는 단계; 및
    미세 굴절 소자를 포함하는 상기 멀티빔 소자들의 어레이의 멀티빔 소자를 이용하여 상기 안내된 광의 일부를 굴절적으로 산란시키는 단계
    중 하나 이상을 포함하는
    방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 광학 결합기는, 이동 수단의 윈드 쉴드의 일부를 포함하는
    방법.
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