KR20200135843A - 디스플레이 장치 - Google Patents

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KR20200135843A
KR20200135843A KR1020207030461A KR20207030461A KR20200135843A KR 20200135843 A KR20200135843 A KR 20200135843A KR 1020207030461 A KR1020207030461 A KR 1020207030461A KR 20207030461 A KR20207030461 A KR 20207030461A KR 20200135843 A KR20200135843 A KR 20200135843A
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노르베르트 라이스터
하겐 샴
유리 그리차이
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시리얼 테크놀로지즈 에스.에이.
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Abstract

본 발명은 3차원 장면을 표시하기 위한 디스플레이 장치에 관한 것이다. 디스플레이 장치는 적어도 하나의 조명 장치, 적어도 하나의 공간 광 변조 장치 및 적어도 하나의 브래그-편광 격자를 포함한다. 브래그-편광 격자는 적어도 하나의 복굴절 층을 가지며, 입사광은 적어도 20°의 편향 각도로 편향될 수 있다.

Description

디스플레이 장치
본 발명은 3차원 장면을 표시하기 위한 디스플레이 장치에 관한 것이다. 이러한 디스플레이 장치는 적어도 하나의 편광 격자 소자, 특히 브래그-특성을 갖는 편광 격자 소자를 갖는다.
편광 격자가 액정 위에 구성될 수 있고 따라서 복굴절을 갖거나 이방성으로 작용하는 회절 광학 소자임은 일반적으로 공개되어 있다. 따라서 이러한 편광 격자는 액정 분자의 배향의 공간적인 주기적 변화에 기초하며, 이는 복굴절의 국부적 변화를 야기한다. 상기 편광 격자는 입사하는 편광된 광을 국부적으로 변조한다. 편광 격자는 박막으로서 하나의 회절 차수에서 높은 회절 효율을 가질 수 있고, 이 경우 회절 효율값은 광의 편광에 의존한다. 편광 격자는 광의 편광 상태를 변경할 수 있고, 예를 들어 상기 편광 격자는 선형 편광된 광을 좌측 편광된 또는 우측 편광된 광으로 변환할 수 있다.
편광 격자의 이러한 특성으로 인해 상기 편광 격자는 디스플레이 장치 또는 디스플레이에 특히 적합하다. 거기에서 상기 편광 격자는 예를 들어 편광 빔 스플리터 또는 빔 제어 소자로서 사용될 수 있다.
격자 평면에 대해 수직으로 배향축의 연속적인 회전에 의해 생성되는 편광 격자가 개발되었으며, 이 경우 하나의 주기 내에서 180°인 배향축의 회전 각도가 생긴다. 이러한 편광 격자는 원형 편광 격자로서 공개되어 있으며, 상기 원형 편광 격자는 디스플레이 부문의 응용 분야에서 큰 관심을 끌고 있다. 이러한 편광 격자는 일반적으로 나선형으로 상승하는 분자 배향으로 형성되며, 이러한 배향은 격자를 통한 국부적 선형 복굴절의 회전과 z방향으로 균일성을 야기한다. 이러한 격자를 제조하기 위해 주로 사용되는 방법은 편광 홀로그래피이고, 이러한 방법에서 서로 수직으로 편광된 2개의 가간섭성 광선이 간섭 패턴을 생성한다. 수직으로 입사하는 광에 대한 원형 편광 격자의 회절 효율 η은 다음과 같이 결정될 수 있다:
Figure pct00001
이 경우 η은 파장, ηm은 m차 회절 차수의 회절 효율, Δηl는 선형 복굴절, d는 격자 두께, S‘3 = S3/S0는 입사광의 정규화된 스토크스 파라미터(stokes parameter)이다. 이 경우 z축에 가까운 방향으로 전파되는 모든 파동의 근축 접근이 가정된다. 따라서 이들은 특정 거동을 나타내는 작은 회절 각도를 갖는 격자를 설명한다. 원형 편광된 광은 원형 편광 격자에 의해 효과적으로 회절되거나 편향될 수 있다. 이 경우 3개의 회절 차수만, 즉 0차 회절 차수와 ±1차 회절 차수가 존재한다. 각각의 회절 차수는 복굴절의 값이 정확할 때 0% 내지 거의 100%의 회절 효율 η을 가질 수 있다. 특히 ±1차 회절 차수는, sin2(∏Δn d/λ) = 1일 때, 즉 Δn d = λ/2일 때, 거의 100%의 회절 효율을 가질 수 있다. +1차 회절 차수 또는 -1차 회절 차수로 광의 회절 방향 또는 편향 방향의 회절 효율 η±1은 입사광의 원형 편광에 의존하고, 즉 편광 격자에 스토크스 파라미터 S‘3 = -1을 갖는 좌원 편광된 광이 입사하는지 또는 스토크스 파라미터 S‘3 = +1을 갖는 우원 편광된 광이 입사하는지에 의존한다. 0차 회절 차수의 회절 효율 η0은 입사광의 편광 방향과 무관하다. 그와 달리 원형 편광 격자에 스토크스 파라미터 S‘3 = 0을 갖는 선형 편광된 광이 부딪치면, 동일한 강도를 갖는 광은 각각 동일한 회절 효율로 +1차 회절 차수로 및 -1차 회절 차수로 회절 또는 편향된다. 원형 편광 격자에 원형 편광된 광이 부딪치면, 상기 광은 반대로 원형 편광된 광으로 변환된다. 광이 수직으로 입사하는 경우, 특히 비교적 긴 주기, 즉, ∧ > 2㎛의 주기를 갖는 격자는 원형 편광 격자의 이러한 회절 특성을 갖는다.
공개된 원형 편광 격자의 양호한 회절 특성에도 불구하고 디스플레이 장치 또는 디스플레이에서 이용을 위해 높은 회절 효율 외에도 광의 큰 편향 각도도 제공할 수 있는 적절한 광학 소자를 필요로 한다. 이 경우 약 2㎛의 격자 주기를 갖는 지금까지 공개된 편광 격자에 의해 달성될 수 있는 각도보다 훨씬 큰 회절 각도 또는 편향 각도, 즉 532nm의 파장일 때 약 15°의 각도를 필요로 한다. 시뮬레이션의 결과, 사용된 파장에 격자 주기가 가까워질 때, 1차 회절 차수에서 최대 회절 효율은 급격히 감소하는 것으로 나타났다. 얇은 원형 편광 격자에서 높은 회절 효율과 큰 회절 각도를 동시에 달성하기 위해, 높은 선형 복굴절을 갖는 재료들이 사용될 수 있다. 그러나 이러한 편광 격자를 구현하는 것은 기술적으로 어렵다.
편광 홀로그래피를 이용해서 원형 편광 격자를 제조하는데 이용되는 가장 잘 알려진 재료는 배향층에 제공되는 소위 반응성 메소젠이라고 하는 액정 재료이다. 이러한 원형 편광 격자는 2개의 층, 즉 반응성 메소젠이 있는 층과 배향층으로 구성되고, 상기 층들은 두 단계로 형성된다. 먼저, 편광 홀로그래피를 이용하여 얇은 배향층의 배향 방향의 주기적인 회전이 생성된다. 이어서 반응성 메소젠 혼합물이 배향층 위에 제공되며, 상기 혼합물은 배향층의 표면 패턴에 따라 정렬되고 UV-노출에 의해 고정된다.
간행물 "Polarization volume grating with high efficiency and large diffraction angle" [Yi. Weng, D. Xu, Yu. Zhang, X. Lim, Sh. Wu: Opt. Express 24 17746(2016)]에 소위 편광 볼륨 격자라고 하는 새로운 유형의 격자가 기술되고, 이론적으로 상기 격자에 의해 반응성 메소젠 배향층에서 작은 격자 주기와 높은 회절 효율이 제공될 수 있다. 콜레스테릭 액정과 2개의 공간 차원으로 변조된 변조 배향층을 사용하여 주기적 구조를 형성하는 것에 제안된다. 이러한 2개의 공간 변조의 중첩은 경사진 회절 평면을 생성할 수 있다. 시뮬레이션 결과, 최대 100%의 높은 회절 효율이 달성될 수 있는 것이 입증되었다.
또한, 브래그-회절에 기초하는 편광 격자가 공개되어 있으며, 상기 편광 격자는 대안적인 제조 방법을 기반으로 하며 마찬가지로 높은 회절 효율과 큰 편향 각도를 실현할 수 있다. 이러한 브래그-편광 격자는 또한 편광 홀로그래피를 이용해서 생성된다. 그러나 이러한 브래그-편광 격자는 광 가교 액정 폴리머의 특수한 특성과 소위 벌크 광 배향 공정이라는 2단계 광화학/열 제조 공정을 기반으로 한다.
본 발명의 과제는, 회절 특성을 가지며 장면의 3차원 표시를 위한 적어도 하나의 편광 격자를 포함하는, 선행 기술에 공개된 디스플레이 장치에 대한 대안적인 디스플레이 장치를 제공하는 것이다. 또한, 디스플레이 장치는 특히 증강 현실- 및/또는 가상 현실 분야에서 이용될 수 있어야 한다.
본 발명에 따르면, 상기 과제는 청구항 제 1 항의 특징들을 갖는 디스플레이 장치에 의해 해결된다.
본 발명에 따르면, 3차원 장면을 표시하기 위한 디스플레이 장치는 적어도 하나의 조명 장치, 적어도 하나의 공간 광 변조 장치 및 적어도 하나의 브래그-편광 격자를 갖는다. 브래그-편광 격자는 적어도 하나의 복굴절 층을 가지며, 이 경우 입사광은 적어도 20°의 편향 각도 또는 회절 각도로 편향될 수 있다.
이 경우 브래그-편광 격자는, 특히 홀로그래픽 디스플레이 장치에서, 디스플레이 장치의 요구되는 특성을 더 간단하고 효율적으로 충족할 수 있도록, 홀로그래픽 및 스테레오스코픽 디스플레이 장치로서 형성될 수 있는 디스플레이 장치 또는 디스플레이에서 사용된다. 특히 디스플레이 장치는 직시형 디스플레이, 헤드 업 디스플레이 또는 헤드 마운티드 디스플레이로서 형성될 수 있다.
브래그-편광 격자는 볼륨 격자의 일반적인 특성은 물론 편광 격자의 일반적인 특성도 갖는 새로운 유형의 격자를 형성한다. 결과적으로 3차원 장면을 표시하기 위한 디스플레이 장치에서 이용을 위해 적절하게 제조된 브래그-편광 격자는 최대 100%의 높은 회절 효율, 적어도 20°의, 바람직하게는 > 50°의 큰 편향 각도, 높은 편광 감도, 넓은 각도 수용, 넓은 색채 수용 및 편광 상태에 따라 0차 회절 차수와 ±1차 회절 차수 사이에서 선택하는 기능을 가질 수 있다.
공개된 바와 같이, 격자 주기가 더 작아지면, 격자에 광의 수직 입사 시 원형 편광 격자의 회절 효율은 마찬가지로 급격히 감소한다. 격자 주기가 짧으면 회절 격자의 적어도 2개의 공개되 모델, 즉 라만-나스(Raman-Nath) 모델과 브래그(Bragg)-모델이 고려되어야 한다. 회절 격자를 식별하기 위한 공개된 파라미터는 Q(Cook-Klein-Criterion) 및 p이다:
Figure pct00002
여기서 λ는 파장, d는 격자의 두께, Λ은 격자 주기, n은 평균 굴절률이고, Δn은 복굴절이다. Q < 1이고 p < 1이면, 격자는 "얇은" 것으로 간주될 수 있다. Q > 1 또는 p > 1이면, 이러한 격자는 "두꺼운" 것으로 간주될 수 있으며, 브래그-모델에 속한다. 예를 들어, Λ < 1㎛의 격자 주기, n = 1.5 내지 1.7의 굴절률에서 약 1㎛의 격자의 두께 및 Δn = 0.2의 복굴절의 값을 갖는 격자의 경우에 브래그 특성이 존재하는 것이 밝혀졌다. 격자가 브래그 특성을 가지면, 이는 격자에 대한 광의 특정 입사각에서 최대 회절 효율이 달성됨을 의미한다. 이 각도는 브래그-각도로서 공개되어 있다. 디스플레이 장치에 있어서, 광이 격자에 가급적 수직으로 입사하는 것이 매우 중요하다. 그러나 광의 수직 입사 시 격자의 최대 회절 효율을 제공하기 위해, 격자 평면들은 기판에 대해 틸팅되어야 한다.
또한, 시뮬레이션 결과, 격자가 예를 들어 1.5㎛에 이르는 작은 물리적 두께를 갖더라도, 0.7㎛의 격자 주기의 경우에 ρ의 값은 약 5이기 때문에, 1.4㎛ 및 0.7㎛의 격자 주기를 갖는 격자도 "얇은" 격자로 지칭될 수 없음이 입증되었다. 이와 달리 큰 격자 주기, 즉 Λ > 2㎛, 마찬가지로 1.5㎛의 물리적 두께를 갖는 일반적으로 공개된 원형 편광 격자는 얇은 격자로서 간주될 수 있다. 예를 들어, Λ= 2㎛, d = 1.5㎛, n = 1.5, Δn = 0.2 및 λ = 532nm의 경우에, ρ= 약 0.5이고, 즉 p < 1이다.
또한, 큰 격자 주기, 즉 Λ > 2㎛를 갖는 일반적으로 공개된 원형 편광 격자는, 입사광의 우원 편광이 제공되는지 또는 좌원 편광이 제공되는지에 따라, +1차 회절 차수와 -1차 회절 차수 사이의 편광 전환을 제공하는 것이 입증되었다. 그러나 이하 브래그-편광 격자로서 지칭되며 본 발명에 따른 디스플레이 장치에서 사용되는 브래그 특성과 작은 격자 주기를 갖는 원형 편광 격자는 ±1차 회절 차수와 0차 회절 차수 사이의 편광 전환을 나타낸다.
이와 다르지만 때때로 마찬가지로 "얇은" 또는 "두꺼운" 격자라는 용어가 사용되는 구별점은 (예를 들어 "Thin and thick gratings: terminology clarification": T.K. Gaylord 및 M.G. Moharam, Applied Optics, Vol. 20, p.3271, 1981을 통해 공개됨) 각도- 및 파장 선택성과 관련된다. 이 경우 격자의 격자 주기 Λ 대 물리적 두께 d의 비율이 중요하다. d/Λ < 10인 격자는 이것이 넓은 각도- 및 파장 선택성을 갖는다는 점에서 얇은 격자로 간주되는 한편, d/Λ > 10인 격자는 이것이 좁은 각도- 및 파장 선택성을 갖는다는 점에서 두꺼운 격자로 간주된다.
본 발명은 여기에서 라만-나스 모델 및 브래그-모델과 관련해서 브래그-특성을 갖고 따라서 이러한 점에서 두꺼운 격자로 볼 수 있는 브래그-편광 격자의 사용과 관련된다. 파장 선택성의 관점에서 이러한 브래그-편광 격자는 가시 스펙트럼 내의 상이한 파장, 예를 들어 유사한 회절 효율을 갖는 청색, 녹색 및 적색 광에 이용될 수 있고, 따라서 ±150nm의 넓은 파장 선택성을 갖는다. 이러한 브래그-편광 격자는 그 편광 특성에 따라 적절한 입사각에서만 높은 회절 효율을 갖고, 이 경우 상기 격자의 각도 선택성은 ±10도 이상의 범위, 예를 들어 ±17.5일 수 있고, 따라서 비교적 넓다. 적어도 하나의 브래그-편광 격자의 회절 효율은 여기서 η > 80%, 바람직하게는 η > 90%이다.
따라서 이러한 브래그-편광 격자는 각도- 및 파장 선택성과 관련해서 포토폴리머 기반의 브래그-격자와 다르며, 상기 포토폴리머 기반의 브래그 격자는 일반적으로 좁은 파장 범위에 대해서만, 즉 청색 또는 녹색 또는 적색 광에 대해서만 높은 회절 효율을 갖고 투과성 격자의 경우 ±1도 내지 반사성 격자의 경우 ±5도의 범위의 각도 선택성을 갖는다. 따라서 브래그-편광 격자의 각도- 및 파장 선택성은, 이러한 의미에서 두꺼운 격자의 각도- 및 파장 선택성과 일치하지 않는다. 예를 들어 브래그-편광 격자는 약 0.7㎛ 내지 2㎛의 두께 및 1㎛ 미만의 격자 주기 Λ를 가질 수 있다. 이러한 브래그-편광 격자는 특히 중요한 브래그-특성, 즉 광 입사각이 적절한 경우에만 높은 회절 효율과 0차 회절 차수 및 +1차 회절 차수 또는 -1차 회절 차수만을 포함한다. 또한 여기에 사용된 브래그-편광 격자는 벌크 광 정렬 공정을 이용해서 제조되어야 하며, 이에 따라 배향층의 표면의 분자 배향의 독립성이 보장될 수 있다. 또한, 틸팅된 격자 평면들의 형성은 매우 자연스러운 방식으로 제공된다. 액정의 방향자는 (즉, 배향 방향) 격자 라인에 대해 수직인 평면에 놓인다. 국부적 복굴절은 격자 평면 기울기와 무관하다. 이는 이러한 격자에 사용되는 광 가교 액정 폴리머의 주요 장점이며, 상기 장점은 여기에서 본 발명에 따라 활용되어야 하며 따라서 이러한 브래그-편광 격자를 디스플레이 장치에서 효율적으로 사용할 수 있는 가능성을 제공한다.
브래그-편광 격자의 이러한 특수한 장점으로 인해 상기 격자는 특히 광 편향을 위해 이용될 수 있다. 특히, 디스플레이 장치에서 적어도 하나의 이러한 브래그-편광 격자를 사용함으로써 바람직한 개선된 디스플레이 장치가 제공될 수 있는데, 그 이유는 광선의 매우 효과적인 편향으로 인해 표시될 장면 또는 정보의 생성이, 특히 홀로그래픽 수단으로, 간단하게 높은 품질로 이루어질 수 있기 때문이다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예와 개선예들은 다른 종속 청구항들에 제시된다.
바람직하게는 브래그-편광 격자는 Λ < 1㎛의 격자 주기를 가질 수 있다.
바람직하게는 입사광의 편광 상태를 변경할 수 있는 적어도 하나의 편광 스위치가 제공되는 것이 고려될 수 있다.
이를 위해 적어도 하나의 편광 스위치로서 이미 공개된 또는 지금까지 얻을 수 있는 액정 기반 편광 스위치가 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 디스플레이 장치에 제공된 적어도 하나의 편광 스위치에 의해 적어도 하나의 조명 장치에서 나오는 광의 편광 상태는 광의 요구되는 편광에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어 적어도 하나의 브래그-편광 격자가, 입사광이 -1차 회절 차수로 편향되도록, 우원 편광된 광을 필요로 하면, 우원 편광 상태의 이러한 설정은 적어도 하나의 편광 스위치에 의해 이루어질 수 있다.
또한, 적어도 하나의 브래그-편광 격자는 적어도 하나의 편광 스위치와 조합될 수 있으며, 이러한 2개의 구성 요소의 전체 배치는 제어 가능한 브래그-편광 격자로서 형성될 수 있고, 이 경우 제어 가능한 브래그-편광 격자의 스위칭 상태에 따라 입사광은 편향되거나 편향되지 않은 상태로 상기 격자로부터 방사된다.
이러한 방식으로 0차 회절 차수와 ±1 회절 차수 사이에서 전환될 수 있어서, 제어 가능한 브래그-편광 격자에 부딪치는 광은 바람직하게는 > 50°의 큰 편향 각도로, 요구되는 회절 차수로 적절하게 편향되거나 회절될 수 있다.
브래그-편광 격자에 의해 효율적인 방식으로 광은 0차 회절 차수로 또는 1차 회절 차수로 또는 2개의 1차 회절 차수 중 하나로 편향될 수 있으며, 이 경우 1차 회절 차수로 편광된 광의 편광 상태는 브래그-편광 격자에 부딪치는 광의 편광 상태와 다르다. 입사광의 편광 상태는 광의 통과 및 ±1 회절 차수로 편향 후에 변경되어, 예를 들어 우원 편광된 광은 좌원 편광된 광으로 변환된다. 좌원 편광된 광은 편향되지 않은 상태로 투과된다.
바람직하게는 조명 장치로부터 방출되는 광의 사용된 파장은 가시 범위 이내, 바람직하게는 400nm 내지 700nm일 수 있다. 이는, 적어도 하나의 브래그-편광 격자가 가시 파장 범위에서 높은 회절 효율을 가지며 큰 편향 각도 또는 회절 각도를 생성할 수 있음을 의미한다. 그러나 일반적으로 브래그-편광 격자의 편향 각도는 파장에 따라 변하고, 즉, 분산이 발생한다. 일부 응용예에서, 복수의 파장의 광을 동일한 각도로 편향시키기 위해, 분산을 보상하는 것이 필요하다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 또한, 장면들의 컬러 표현에서 광의 분산을 보상하기 위해 적어도 하나의 보상 격자 소자가 제공될 수 있다. 예를 들어 브래그-편광 격자는 녹색 광을 소정의 각도로 편향시킬 수 있지만, 분산으로 인해 적색 및 청색 광은 잘못된 각도로 편향시킬 수 있다. 이러한 경우에 적색 광을 위한 적어도 하나의 보상 격자 소자 및 청색 광을 위한 적어도 하나의 보상 격자 소자가 제공될 수 있다.
이러한 방식으로, 표시되는 개별 RGB(적색-녹색-청색)-장면 또는 부분 장면의 색 보정이 이루어질 수 있으므로, 장면의 각 개별 컬러 영상은 표시되는 장면의 관찰자 앞에 있는 시야 내에서 동일한 위치에 생성된다. 또한, 보상 격자 소자에 의해 3개의 기본 색상 중 2개에 대해 개별 광선의 분산이 보정되며, 따라서 보상 격자 소자는 요구되는 방향으로 광을 편향시켜서, 모든 색상의 광선이 다시 거의 서로 평행하게 연장되고 개별 컬러 영상이 동일한 위치에 생성되어 올바른 컬러 장면이 가능해진다.
보상 격자 소자로서, 특히 좁은 파장 선택성을 갖는 볼륨 격자, 예를 들어 포토폴리머를 기반으로 하는 볼륨 격자는, 이러한 볼륨 격자가 한 가지 색상의 광만, 예를 들어 적색 광만 또는 청색 광만을 효율적으로 편향하는 방식으로 이용된다. 본 발명은 그러나 이러한 유형의 보상 소자에 제한되지 않는다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 반사성으로 형성된 공간 광 변조 장치의 전면 광 조명을 생성하기 위해 공간 광 변조 장치가 균일하게 조명될 수 있도록 서로 결합된 적어도 2개의 브래그-편광 격자와 광 가이드가 제공되는 것이 고려될 수 있다.
디스플레이 장치에서 브래그-편광 격자는 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 균일한 조명을 위해서도 제공될 수 있다. 이는, 디스플레이 장치에 전면 광 조명 및 반사성 공간 광 변조 장치가 제공되어야 하는 경우에, 특히 바람직할 수 있다. 광 가이드 및 적어도 2개의 브래그-편광 격자는, 반사성으로 형성된 공간 광 변조 장치가 균일하게 또는 균질하게 조명될 수 있도록 디스플레이 장치 내에 서로에 대해 배치된다. 또한, 광 가이드 내로 광의 인커플링을 위해 제 1 브래그-편광 격자가 제공될 수 있다. 이러한 방식으로 광 가이드 내로 큰 편향 각도로 인커플링된 광은 반사에 의해, 바람직하게는 전반사에 의해 광 가이드 내에서 전파된다. 광 가이드 내로 광의 인커플링을 위해 브래그-편광 격자와 관련하여 편광 스위치도 제공될 수도 있다.
적절한 그리고 특히 균일한 방식으로 광 가이드로부터 다시 광을 아웃커플링하기 위해, 본 발명에 따라 제 2 브래그-편광 격자가 제공될 수 있다. 브래그-편광 격자는 이를 위해, 반사에 의해, 바람직하게는 전반사에 의해 광 가이드 내에서 전파되는 광이 브래그-편광 격자의 전체 표면을 통해 아웃커플링될 수 있도록 형성되어, 공간 광 변조 장치가 고르게 및 균일하게 조명될 수 있다.
광 가이드와 공간 광 변조 장치 사이에 광 방향으로 바람직하게 편광 스위치 또는 파장판이 제공될 수 있으며, 상기 편광 스위치/파장판은 공간 광 변조 장치에서 반사 후에 광 가이드로부터 아웃커플링된 광의 편광 상태를 변경하므로, 다시 광 가이드에 부딪치는 광이 상기 광 가이드를 방해받지 않고 통과할 수 있다. 브래그-편광 격자는 편광 스위치로부터 나와서 반대 편광 방향을 갖는 광에 민감하지 않게 작용한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 투과성으로 형성된 공간 광 변조 장치의 조명의 생성을 위해 공간 광 변조 장치가 균일하게 조명될 수 있도록 서로 결합된 적어도 2개의 브래그-편광 격자와 하나의 광 가이드가 제공되는 것이 고려될 수 있다.
투과성으로 형성된 공간 광 변조 장치를 조명하기 위해 2개 이상의 브래그-편광 격자와 조합된 하나의 광 가이드가 제공될 수 있다. 이러한 광 가이드는 이를 위해 적어도 2개의 브래그-편광 격자에 결합될 수 있다. 적어도 2개의 브래그-편광 격자 중 하나의 브래그-편광 격자는 광의 인커플링을 위해 제공될 수 있고, 적어도 2개의 브래그-편광 격자 중 다른 하나는 광 가이드로부터 광의 아웃커플링을 위해 제공될 수 있다. 여기에서도 광 가이드 내로 광의 인커플링을 위해 브래그-편광 격자와 함께 편광 스위치가 제공될 수 있다.
적어도 2개의 브래그-편광 격자는 이를 위해 동일한 광학 특성, 즉 예를 들어 동일한 격자 주기 및/또는 동일한 격자 두께 및/또는 동일한 편향 각도 및/또는 격자 평면들의 동일한 기울기를 갖는다. 이는, 3개의 기본 색상(RGB)으로 공간 광 변조 장치의 조명 시 존재할 수 있는 임의의 색수차를 동시에 브래그-편광 격자에 의해 보상하기 위해 바람직하고, 그 결과 추가로 존재하는 보상 소자들이 방지될 수 있다. 이는 투과성 및 반사성 공간 광 변조 장치의 조명에도 적용된다.
또한 바람직하게, 적어도 하나의 광학계가 제공되고, 상기 적어도 하나의 광학계는 관찰자가 표시된 장면을 인지할 수 있는 가상 관찰자 영역을 생성하기 위해 제공되는 것이 고려될 수 있다.
가상 관찰자 영역을 생성하는 특히 홀로그래픽 직시형 디스플레이는 조명 빔 경로를 갖는다. 디스플레이 장치 또는 디스플레이는 적어도 하나의 광원을 가진 조명 장치를 포함한다. 예를 들어, 조명 장치는 공간 광 변조 장치를 조명하는 시준된 평평한 파면을 생성하는 백라이트로서 형성될 수 있다. 시준된 파면은 무한 거리에서 공간 광 변조 장치를 조명하는 가상 광원에 해당한다. 공간 광 변조 장치는 또한 발산 또는 수렴 파면으로도 조명될 수 있고, 이는 공간 광 변조 장치의 앞 또는 뒤에 한정된 거리에 있는 실제 또는 가상 광원에 해당한다. 광학계는 공간 광 변조 장치에서 나오는 광을 가상 관찰자 영역의 위치에 포커싱한다. 공간 광 변조 장치 내에 홀로그램이 기록되지 않으면, 광원의 영상과 더 높은 회절 차수로서 이러한 영상의 주기적인 반복이 관찰자 평면에 생성된다. 그러나 공간 광 변조 장치 내에 적절한 홀로그램이 기록되면, 0차 회절 차수 근처에 가상 관찰자 윈도우라고도 할 수 있는 가상 관찰자 영역이 생성된다. 이것은 이하에서, 가상 관찰자 영역이 광원 상의 평면에 위치하는 방식으로 설명된다. 홀로그래픽 직시형 디스플레이의 경우에 광학계를 갖고 광원의 영상을 생성하는 필드 렌즈가 대개 공간 광 변조 장치에 근처에 위치한다. 관찰자는, 공간 광 변조 장치의 이미징 없이, 실제 이격 거리에서 공간 광 변조 장치를 보며, 관찰자의 적어도 한쪽 눈이 가상 관찰자 영역의 위치에 있을 때, 표시된 3차원 장면을 가상 관찰자 영역을 통해 인지할 수 있다.
예를 들어 헤드 마운티드 디스플레이(HMD), 헤드 업 디스플레이(HUD) 또는 다른 투영 디스플레이와 같은 다른 바람직한 홀로그래픽 디스플레이 장치의 경우에 추가로 이미징 빔 경로가 제공될 수도 있다. 이러한 디스플레이 장치에 관찰자가 보는 공간 광 변조 장치의 실제 또는 가상의 영상이 생성되며, 조명 빔 경로는 또한 가상 관찰자 영역의 생성에도 중요하다. 따라서 여기서는 2개의 빔 경로, 즉 조명 빔 경로와 이미징 빔 경로가 모두 중요하다.
예를 들어 스테레오스코픽 디스플레이 장치와 같은 다른 디스플레이 장치에서도 이미징 빔 경로와 조명 빔 경로가 존재하는 경우가 발생할 수 있다. 스위트 스팟을 생성하기 위한 스테레오스코픽 디스플레이 장치는 예를 들어 언급된 홀로그래픽 디스플레이와 유사한 광학 배치, 즉 공간 광 변조 장치의 시준된 조명과 광학계뿐만 아니라, 규정된 산란 각도를 갖는 산란 소자와 같은 추가 구성 요소도 포함한다. 산란 소자가 디스플레이 장치에서 제거되면, 광학계는 스위트 스팟의 평면에 광원 영상을 생성할 것이다. 산란 소자를 사용함으로써 광은 그 대신 관찰자의 눈 사이의 거리보다 좁은 확장된 스위트 스팟에 걸쳐 분배된다. 조명 빔 경로는, 비네팅 효과(Vignetting Effect) 없이 입체 영상을 온전하게 볼 수 있도록 하기 위해 중요하다. 3차원 스테레오 디스플레이 장치는 또한 공간 광 변조 장치를 관찰자에 대한 특정 거리로 이미징하는 이미징 빔 경로도 가질 수 있다.
디스플레이 장치는 일반적인 경우에 광학계에 2개의 빔 경로, 즉 조명 빔 경로와 이미징 빔 경로 모두에 영향을 미치는 렌즈 또는 다른 이미징 소자를 가질 수 있다. 예를 들어, 단일 이미징 소자는, 이것이 공간 광 변조 장치의 영상 및 광원의 이미징을 관찰자 평면에 생성하도록, 공간 광 변조 장치와 관찰자 사이에 배치될 수 있다.
적어도 하나의 가상 관찰자 영역과 함께 작동하는 디스플레이 장치에 의해 예를 들어 넓은 시야를 생성할 수 있도록 하기 위해, 바람직하게는 적어도 하나의 광학계가 제공되고, 상기 광학계는, 공간 광 변조 장치의 세그먼트들로 구성된 다중 이미징이 생성될 수 있도록 형성되는 것이 고려될 수 있고, 상기 다중 이미징은 시야를 결정하고, 상기 시야 내에 공간 광 변조 장치에서 코딩된 장면의 정보가 가상 관찰자 영역을 통해 관찰하기 위해 재구성될 수 있다.
넓은 시야(FOV; field of view)를 생성하기 위해 공간 광 변조 장치의 이러한 다중 이미징을 가능하도록 하기 위해, 적어도 하나의 브래그-편광 격자는 적어도 하나의 편광 스위치와 조합될 수 있고, 적어도 하나의 제어 가능한 브래그-편광 격자로서 형성될 수 있으며, 적어도 하나의 제어 가능한 브래그-편광 격자의 하나의 스위칭 상태에서 공간 광 변조 장치의 세그먼트들로 구성된 다중 이미징의 하나의 세그먼트가 생성될 수 있고, 적어도 하나의 제어 가능한 브래그-편광 격자의 다른 스위칭 상태에서 다른 세그먼트가 생성될 수 있다.
넓은 시야를 생성하기 위한 본 발명의 대안적인 실시예에서 광 가이드가 제공될 수 있으며, 상기 광 가이드에 의해 그리고 적어도 하나의 광학계와 함께 공간 광 변조 장치의 세그먼트들로 구성된 다중 이미징이 생성될 수 있다. 이를 위해 광 가이드는 평면으로 또는 평평하게 또는 만곡되어 형성될 수도 있다. 광 가이드는 일부 영역에서만 만곡되어 형성되는 것도 가능하다.
바람직하게는, 광 가이드 내로 인커플링된 광이 반사 하에, 바람직하게는 전반사 하에 광 가이드 내에서 전파되고 적어도 하나의 제어 가능한 브래그-편광 격자에 의해 광 가이드로부터 아웃커플링될 수 있는 것이 제공될 수 있다. 대안으로서 광은 전반사 대신에, 각도 선택적 반사기로서 작용하는 유전체 층 스택에 의해서도 광 가이드 내에서 전파될 수도 있다. 유전체 층 스택은 광 가이드의 경계면에 제공될 수 있으므로, 유전체 층 스택에서 요구되는 각도로 광이 편향되거나 반사되어, 광 가이드 내에서 필요에 따라 광이 전파될 수 있고, 적어도 하나의 제어 가능한 브래그-편광 격자에 의해 광 가이드로부터 적절하게 아웃커플링된다.
이를 위해 적어도 하나의 제어 가능한 브래그-편광 격자는 브래그-편광 격자와 편광 스위치로 형성될 수 있다. 편광 스위치는 바람직하게 구조화된 편광 스위치로서 형성될 수 있다. 구조화된 편광 스위치에 의해 광 가이드 내에서 전파되는 광의 편광 방향이 국부적으로 변경될 수 있으므로, 넓은 시야가 생성될 수 있도록, 광 가이드 내의 어느 위치에서 또는 어디에서 광이 아웃커플링되어야 하는지 규정될 수 있다. 이러한 방식으로, 요구되는 위치에 공간 광 변조 장치의 이미징을 위한 광이 광 가이드로부터 아웃커플링되고 그에 따라 공간 광 변조 장치의 다수의 이미징이 생성되는 것이 달성될 수 있다. 공간 광 변조 장치의 이러한 다수의 이미징에 의해 이러한 이미징이 정렬됨으로써 넓은 시야가 생성된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 광 가이드 내로 광의 인커플링을 위해 적어도 하나의 제어 가능한 브래그-편광 격자가 제공되는 것이 고려될 수 있으며, 이 경우 적어도 하나의 제어 가능한 브래그-편광 격자는 브래그-편광 격자 및 편광 스위치로 형성되고, 제어 가능한 브래그-편광 격자에 의해 입사광은 광 입사각에서 1차 회절 차수로 회절 가능하다. 광 입사각은 이 경우 전반사의 임계각보다 크거나 유전체 층 스택의 반사각에 맞춰진 값을 가질 수 있다.
제어 가능한 브래그-편광 격자는 광 가이드 내로 광의 인커플링을 위해 제공될 수도 있다. 브래그-편광 격자에 부딪치는 광은, 브래그-편광 격자의 격자 구조의 회절 구조 또는 격자 평면이 상기 편광 격자에 어떻게 규정되어 있는지에 따라, 1차 회절 차수로 회절된다. 이러한 방식으로, 바람직하게는 전반사 하에 광 가이드 내에서 광이 전파되는 광의 광 입사각이 생성된다.
항상 동일한 각도로 광 가이드 내로 광이 인커플링되어야 하는 경우, 광 가이드 내로 광이 인커플링되거나 인커플링되지 않는 2개의 상태 사이의 전환을 가능하게 하는 제어 가능한 브래그-편광 격자들 대신, 수동형 (제어 불가능한) 브래그-편광 격자가 사용될 수도 있다.
또한 바람직하게, 적어도 2개의 브래그-편광 격자의 스택이 제공되는 것이 고려될 수 있고, 이 경우 적어도 2개의 브래그-편광 격자가 각각 편광 스위치에 결합되고, 광 가이드에서 다양한 광 입사각이 생성될 수 있으며, 반사 하에, 바람직하게는 전반사 하에 광 가이드 내에서 광이 전파된다.
적어도 2개의 편광 스위치와 함께 적어도 2개의 브래그-편광 격자의 스택은 광 가이드 내로 광의 제어 가능한 인커플링부로서 제공될 수 있다. 그 결과, 다양한 광 입사각이 생성될 수 있으며, 상기 광 입사각으로 광 가이드 내에서 광이 적절하게 전파된다. 예를 들어, 격자 주기 및 주기에 맞춰진 격자 평면들의 경사각은 적어도 2개의 브래그-편광 격자의 경우에 상이할 수 있다.
적어도 2개의 브래그-편광 격자는 이 경우, 격자 구조들의 격자 평면들이 서로 규정된 각도를 형성하도록 서로에 대해 배치된다. 이는, 2개의 브래그-편광 격자의 격자 평면들이 예를 들어 서로 평행하게 또는 거울 반전되어 또는 서로 90°회전되어 배치되는 것을 의미하고, 이 경우 그러나 다른 각도도 가능하다. 편광 스위치는, 필요하다면, 요구되는 편광에 따라 상기 편광 스위치가 입사광의 편광 상태를 변경하도록 제어될 수 있으므로, 적어도 하나의 브래그-편광 격자로부터 또는 복수의 브래그-편광 격자의 조합으로부터 요구되는 각도로 광이 편향되어 광 가이드 내로 입사한다. 격자 주기는, 광 가이드 내에서 광을 전파하는 각도를 결정한다. 그런 다음 광이 아웃커플링될 때까지 상기 각도로 광 가이드 내에서 광이 전파된다. 따라서 상이한 격자 주기의 브래그-편광 격자를 제공함으로써 다양한 각도로 광 가이드 내로 광이 인커플링될 수 있으므로, 다양한 각도로 광 가이드 내에서 광을 전파할 수 있다. 개별 브래그-편광 격자의 격자 평면들의 서로에 대한 배향은 광 가이드 내에서 광을 전파하는 방향을 결정한다. 따라서 예를 들어, 거울 대칭으로 배치된 2개의 브래그-편광 격자를 통해 광 가이드 내에서 광을 인커플링 위치에서 반대 방향으로 전파할 수 있다. 이러한 배치는 예를 들어, 헤드 마운티드 디스플레이에서 광을 코의 높이에서 인커플링한 다음 광 가이드 내에서 선택적으로 왼쪽 눈 또는 오른쪽 눈으로 편향시키는 것을 가능하게 한다. 광 가이드로부터 광의 아웃커플링은 예를 들어 마찬가지로 브래그-편광 격자에 의해 또는 볼륨 격자를 이용해서도 이루어질 수 있으며, 이 경우 2개의 격자 유형은, 이들이 광의 요구되는 광 전파 각도에 대해 설계되도록 형성되어야 한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 브래그-편광 격자가 적어도 하나의 편광 스위치에 결합되는 것이 제공될 수 있다.
예를 들어 표시될 바람직하게 3차원 장면을 넓은 시야에 생성하기 위해, 공간 광 변조 장치의 다중 이미징의 생성될 장면 또는 세그먼트의 개별 타일이 생성될 수 있다.
편광 스위치로 편광을 설정함으로써 브래그-편광 격자는 0차 회절 차수로 또는 1차 회절 차수로 광을 편향시킨다. 이러한 방식으로, 단일 브래그-편광 격자와 단일 편광 스위치를 사용하여, 공간 광 변조 장치의 다중 이미징의 각각 2개의 타일 또는 세그먼트가 예를 들어 수직 방향으로 또는 수평 방향으로 생성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 격자 평면을 가진 각각 하나의 격자 구조를 갖는 적어도 2개의 브래그-편광 격자가 제공되는 것이 고려될 수도 있으며, 이 경우 2개의 브래그-편광 격자는, 이들의 격자 평면들이 서로 규정된 각도를 형성하도록, 서로에 대해 배치된다. 또한, 적어도 2개의 브래그-편광 격자의 격자 주기는 서로 다를 수 있다. 즉, 적어도 2개의 브래그-편광 격자는 상이한 격자 주기를 가질 수 있다.
이는, 하나의 브래그-편광 격자가 하나의 편광 스위치에 결합되는 것을 의미한다. 브래그-편광 격자의 격자 구조의 격자 평면들은 서로 각도를 갖고, 즉, 이들은 예를 들어 서로 평행하게 또는 거울 반전되어 또는 서로 90°회전되어 배치되고, 이 경우 다른 각도도 가능하다. 서로 90°각도를 갖는 2개의 브래그-편광 격자를 조합함으로써, 공간 광 변조 장치의 다중 이미징의 각각 2개의 타일 또는 세그먼트, 따라서 총 4개의 타일 또는 세그먼트가 예를 들어 수직 방향으로 또는 수평 방향으로도 생성될 수 있는데, 그 이유는 2개의 브래그-편광 격자의 각각으로부터 선택적으로 0차 회절 차수로 및 1차 회절 차수로 광이 편향될 수 있기 때문이다. 따라서 총 4개의 조합이 가능하다(0 수평/0 수직, 0 수평/1 수직, 1 수평/0 수직 또는 1 수평/1 수직). 공간 광 변조 장치의 다중 이미징의 타일들 또는 세그먼트들의 생성은 순차적으로 이루어질 수 있다. 거울 반전되어 배치된 2개의 브래그-편광 격자는, 예를 들어 공간 광 변조 장치의 다중 이미징의 3개의 타일 또는 세그먼트가 수평 방향 또는 수직 방향으로 생성될 수 있다. 상이한 격자 주기를 갖는 브래그-편광 격자에 의해 동일한 방향으로 상이한 편향 각도가 생성될 수도 있고, 따라서 예를 들어 타일 또는 세그먼트의 개수는 수평 방향으로 또는 수직 방향으로 증가할 수 있다.
공간 광 변조 장치의 다중 이미징의 생성된 세그먼트들은 실질적으로 갭 없이 서로 인접하게 배치될 수 있다. 바람직하게 공간 광 변조 장치의 다중 이미징의 생성된 세그먼트들은 서로 부분적으로 중첩되거나 겹쳐질 수 있다. 중첩 영역들은 생성될 장면의 정보를 공간 광 변조 장치 내로 코딩 시 고려될 수 있다.
공간 광 변조 장치의 세그먼트들로 구성된 다중 이미징을 생성하기 위해 적어도 하나의 편광 스위치 및 적어도 하나의 광학계와 함께 적어도 하나의 브래그-편광 격자가 제공될 수 있다.
또한, x방향, y방향(측면 방향) 및/또는 z방향(디스플레이 장치의 축방향)으로 가상 관찰자 영역의 대략적인 추적을 위해 적어도 하나의 광학계 관련하여 적어도 하나의 브래그-편광 격자가 제공될 수 있다.
가상 관찰자 영역의 대략적인 추적을 위한 사용은 공간 광 변조 장치의 세그먼트들로 구성된 다중 이미징과 무관하게, 예를 들어 공간 광 변조 장치의 간단한 이미징을 수행하거나 이미징을 수행하지 않는 디스플레이 장치에서도, 소위 직시형 디스플레이에서도 가능하다.
특히, 가상 관찰자 영역의 대략적인 추적 또는 대략적인 트래킹을 위해 브래그-편광 격자가 제공될 수 있다. 이 경우, 대략적인 추적은 측면 방향으로뿐만 아니라, z방향으로 축방향으로 또는 관찰자로부터 멀어지거나 관찰자를 향해 이루어질 수 있다. 가상 관찰자 영역의 정밀 추적은 액정 격자(LCG; liquid crystal grating)에 의해 공개된 방식으로 이루어질 수 있다. 액정 격자의 제한된 편향 각도를 확장하기 위해, 액정 격자는 브래그-편광 격자와 조합될 수 있다. 이러한 방식으로 액정 격자와 브래그-편광 격자의 조합을 통해 가상 관찰자 영역을 추적하는데 필요한 각도를 상당히 확대될 수 있고, 거의 두 배가 될 수 있다.
실시예에서 적어도 하나의 광학계는 예를 들어 포토폴리머에 기반한 적어도 2개의 통상적인 볼륨 격자를 가질 수 있고, 상기 볼륨 격자는 각각 상이한 좁은 각도 선택성을 갖고, 상이한 측면 초점 또는 상이한 초점 거리를 갖는 필드 렌즈로서 형성된다. 광의 편광은, 적어도 하나의 브래그-편광 격자가 0차 회절 차수 또는 1차 회절 차수로 광을 편향시키도록, 적어도 하나의 편광 스위치에 의해 설정된다. 볼륨 격자의 입사각은, 높은 회절 효율을 갖는 볼륨 격자가 적어도 하나의 브래그-편광 격자의 0차 회절 차수로부터 광을 포커싱하고 제 2 또는 추가 볼륨 격자는 높은 회절 효율을 갖는 브래그-편광 격자의 1차 회절 차수로부터 광을 포커싱하도록 설정된다.
또한, 본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 브래그-편광 격자로서 형성되고 편광 스위치에 결합되는 적어도 하나의 렌즈 소자가 제공되는 것이 고려될 수 있다.
브래그-편광 격자로서 적어도 하나의 렌즈 소자는 예를 들어 상이한 국부적 격자 주기를 갖는 격자 구조를 가질 수 있다.
따라서 디스플레이 장치에 제공된 브래그-편광 격자는 그 자체로도 렌즈 소자 또는 포커싱 소자로서 형성될 수 있다. 따라서 브래그-편광 격자는 브래그-편광 격자 상의 위치에 의존하고 렌즈 기능에 부합하는 국부적 격자 주기를 갖는다. 브래그-편광 격자는 0차 회절 차수 또는 1차 회절 차수로 편향하기 때문에, 예를 들어 0차 회절 차수의 경우에 브래그-편광 격자의 렌즈 기능이 꺼지고, 1차 회절 차수의 다른 경우에는 브래그-편광 격자의 렌즈 기능이 켜진다.
바람직하게 적어도 하나의 렌즈 소자는 z방향으로 가상 관찰자 영역을 추적하기 위한 필드 렌즈로서 제공될 수 있다.
적어도 하나의 제어 가능한 브래그-편광 격자는 또한 가상 관찰자 영역의 대략적인 추적을 위한 소자들과 조합하여 디스플레이 장치에서 전환 가능하거나 제어 가능한 소자로 사용될 수 있으며, 이 경우 대략적인 추적을 위한 소자들은 렌즈 기능도 갖거나 포함할 수 있다. 예를 들어, 대략적인 추적을 위한 이러한 소자들은 예를 들어 포토폴리머를 기반으로 하는 적어도 2개의 볼륨 격자로서 형성될 수 있고, 상기 볼륨 격자들은 좁은 각도 선택성을 갖고, 상이한 측면 초점 또는 상이한 초점 거리를 갖는 필드 렌즈로서 형성된다.
편광은, 적어도 하나의 브래그-편광 격자가 0차 회절 차수 또는 1차 회절 차수로 광을 편향시키도록, 적어도 하나의 편광 스위치에 의해 설정된다. 이러한 경우에 적어도 하나의 브래그-편광 격자 자체는 프리즘처럼 작용하고, 상기 편광 격자에 결합된 편광 스위치의 스위칭 상태에 따라 입사광을 2개의 다른 각도로 편향시키고, 이 경우 이러한 편향 각도는 빔 경로 내의 후속하는 적어도 2개의 상이한 볼륨 격자의 각도 수용에 맞게 조정되어, 하나의 볼륨 격자 또는 다른 볼륨 격자가 취급된다. 적어도 2개의 브래그-편광 격자의 사용 시 이들은 또한, 그들의 격자 평면들이 서로 규정된 각도를 형성하도록 및/또는 상이한 격자 주기를 갖도록 서로에 대해 배치될 수 있다. 하나의 브래그-편광 격자는 예를 들어 +45°방향으로, 제 2 브래그-편광 격자는 수평면에 대해 대략 -45°, 각각 30°의 각도만큼 광을 편향시킬 수 있으며, 이 경우 2개의 볼륨 격자-필드 렌즈는, 이들 중 하나의 볼륨 격자-필드 렌즈는 +45°방향으로 30°의 각도로 입사하는 광을 그리고 다른 볼륨 격자-필드 렌즈는 -45°방향으로 30°각도로 입사하는 광을 높은 회절 효율로 포커싱하도록 형성될 수 있다.
장면의 컬러 표현을 위해 바람직하게, 브래그-편광 격자가 가시 범위 내의 다양한 파장의 광을 높은 회절 효율로 상이한 각도로 편향시키는 것이 이용될 수 있다. 포토폴리머 기반의 볼륨 격자-필드 렌즈는 그와 달리 좁은 각도- 및 파장 선택성을 갖는다. 동일한 초점을 갖는 RBG-볼륨 격자-필드 렌즈의 3개의 쌍의 경우에 렌즈들이 높은 회절 효율로 편향시키는 광 입사각은, 상기 광 입사각이 브래그-편광 격자의 분산에 적합하도록 설계될 수 있다. 예를 들어 브래그-편광 격자는 1차 회절 차수에서 청색 광을 35°만큼, 녹색 광을 40.5°만큼 그리고 적색 광을 48.7°만큼 편향시킨다. 동일한 초점을 갖는 3개의 볼륨 격자-필드 렌즈는, 청색 볼륨 격자-필드 렌즈는 비스듬하게 입사하는 광을 35°만큼, 녹색 볼륨 격자-필드 렌즈는 입사하는 광을 40.5°만큼 그리고 적색 볼륨 격자-필드 렌즈는 비스듬하게 입사하는 광을 48.7°만큼 높은 회절 효율로 편향시키도록 설계된다.
또한, 예를 들어 적어도 2개의 브래그-편광 격자가 사용될 수 있다. 이들은, 그 격자 평면들이 서로 규정된 각도를 형성하도록 및/또는 이들이 상이한 격자 주기를 갖도록 서로에 대해 배치된다. 브래그-편광 격자마다 각각 3쌍의 RGB 볼륨 격자-필드 렌즈가 할당될 수 있으며, 이 경우 상이한 3쌍은 상이한 측면 초점 또는 상이한 초점 거리를 갖는다.
그와 달리 브래그-편광 격자 자체가 필드 렌즈로서 형성되면, 분산을 보정하기 위해 또한 보상 격자 소자들이 제공될 수 있다. 대안으로서 적색, 녹색 또는 청색 광에 대해 각각 별도의 브래그-편광 격자가 제공될 수 있어서, 예를 들어 청색 광을 사용하는 경우 이를 위해 제공된 브래그-편광 격자는 1차 회절 차수에서 작동되고, 적색 및 녹색 광에 대해 제공되는 브래그-편광 격자는 0차 회절 차수에서 작동된다.
따라서 본 발명에 따른 디스플레이 장치에서, 가상 관찰자 영역의 대략적인 추적 및/또는 추적을 위해 z방향으로, 즉 디스플레이 장치의 축방향으로 제공되며 바람직하게 3차원 장면의 컬러 표현을 위한 필드 렌즈 또는 필드 렌즈들 (RGB- 3개의 필드 렌즈)의 스택은 자체로도 제어 가능한 브래그-편광 격자로서 또는 적어도 2개의 제어 가능한 브래그-편광 격자의 스택으로서 형성될 수 있고, 상기 브래그-편광 격자들 중 각각 하나의 브래그-편광 격자는 선택적으로 1차 회절 차수에서 또는 0차 회절 차수에서 작동된다. 광의 요구되는 편광으로 관련 브래그-편광 격자를 위한 스위칭은 이들과 결합된 편광 스위치를 통해 이루어진다.
물론, 제어 가능한 브래그-편광 격자는 측면 방향으로, 즉 x방향으로 및/또는 y방향으로 또는 수평 및/또는 수직 방향으로 가상 관찰자 영역의 대략적인 추적을 위해서도 이용될 수 있다. 예를 들어 액정 격자(LCG - liquid crystal grating)는 또한 가상 관찰자 영역을 정밀 추적에도 사용될 수 있다. 따라서, 제한된 광 편향 각도를 갖는 액정 격자는, 광 편향 각도를 확장하기 위해, 제어 가능한 브래그-편광 격자와 조합될 수 있다.
각도 선택 소자들과 조합된 편향 소자로서 또는 가상 관찰자 영역의 대략적인 추적을 위한 렌즈 소자로서 제어 가능한 브래그-편광 격자의 가능한 응용예들은 아래에 설명된다.
예를 들어 제어 가능한 브래그-편광 격자들은 하나 이상의 고정된 깊이 평면 사이에서 전환을 가능하게 하는 헤드 업 디스플레이에 사용될 수 있다.
이동 수단, 예를 들어 자동차에서 경우에 따라서는, 이동 수단의 운전자 또는 조작자로부터 매우 멀리 떨어져 있는 대상물들, 예를 들어 도로 위의 교통 표지판 및 경고판은 물론, 운전자와 매우 가까운 대상물, 예를 들어 이동 수단의 조작 소자들을 표시할 필요가 있다.
헤드 업 디스플레이(HUD)는 예를 들어 광학 소자로서 볼륨 격자를 가질 수 있고, 상기 볼륨 격자는 특정 초점 거리를 갖는 렌즈 소자로서 형성되고 고정적인 거리에서 영상을 생성하는 볼륨 격자를 가질 수 있다. HUD는 상이한 초점 거리를 갖는 복수의 볼륨 격자, 예를 들어 2개의 볼륨 격자의 스택도 포함할 수도 있다. HUD에 적어도 하나의 제어 가능한 브래그-편광 격자를 제공함으로써 적어도 하나의 제어 가능한 브래그-편광 격자의 0차 회절 차수 또는 1차 회절 차수의 사용에 따라 볼륨 격자들의 각도 선택성에 의해 볼륨 격자들 중 하나가 선택될 수 있고, 광은 적절하게 이러한 선택된 볼륨 격자로 향할 수 있다. 예를 들어, 운전자로부터 70cm 거리에서 공간 광 변조 장치의 영상 또는 운전자로부터 5m 거리의 영상 사이에서 전환될 수 있다. 운전자와 영상 사이의 다양한 거리들 사이에서 이러한 전환은 스테레오스코픽 HUD 디스플레이 장치에 이용될 수 있다. 공간 광 변조 장치의 영상의 깊이 평면은 장면의 재구성에 사용된 서브 홀로그램의 크기 및 공간 광 변환 장치 내로 코딩될 홀로그램을 결정하기 위한 컴퓨팅 과정에 영향을 미치기 때문에, 3차원 장면을 홀로그래픽으로 표시할 수 있는 것을 가능하게 하며 가상 관찰자 윈도우를 갖는 홀로그래픽 HUD 디스플레이 장치의 경우에도 운전자와 영상 사이의 다양한 거리 사이에서 이러한 전환이 바람직할 수 있다. 따라서 멀리 떨어져 있는 3차원 장면은 더 간단한 방식으로 공간 광 변조 장치의 멀리 떨어져 있는 영상으로 계산될 수 있으며, 운전자에 가까이 있는 3차원 장면은 공간 광 변조 장치의 근접한 영상으로 더 쉽게 계산될 수 있다.
가상 관찰자 영역의 대략적인 추적을 위해 볼륨 격자-필드 렌즈의 사용 시와 마찬가지로, 볼륨 격자-렌즈의 광 입사각이 브래그-편광 격자의 분산에 맞게 조정되는 경우, 3쌍의 RGB 볼륨 격자-렌즈는 다른 한편으로 단일 브래그-편광 격자에 의해 취급될 수 있다. 따라서, 예를 들어 3쌍의 RGB 볼륨 격자-렌즈는 운전자 또는 관찰자로부터 약 70cm 거리에서 공간 광 변조 장치의 영상을 생성할 수 있으며, 다른 3쌍은 운전자 또는 관찰자로부터 5m 거리에서 공간 광 변조 장치의 영상을 생성할 수 있고, 적어도 하나의 제어 가능한 브래그-편광 격자를 이용해서 2개의 3쌍 사이에서 전환될 수 있다.
적어도 하나의 제어 가능한 브래그-편광 격자와 적어도 하나의 각도 선택적 격자 소자의 조합의 이용에 대안으로서 다른 한편으로 적어도 하나의 제어 가능한 브래그-편광 격자 자체가 상이한 초점 거리를 갖는 렌즈 기능(들)을 포함할 수 있다. 여기서도 브래그-편광 격자의 분산을 보정하기 위한 보상 격자 소자들 또는 별도의 제어 가능한 브래그-편광 격자들이 각각의 파장에 대해 제공될 수 있다.
또한, 하나의 대상물에 대해 적어도 2개의 깊이 평면 사이에서 전환을 위해 스테레오스코픽 헤드 마운티드 디스플레이(HMD)에서 제어 가능한 브래그-편광 격자들이 이용될 수 있다. 표시된 대상물들의 깊이 평면들을 변위시키기 위해, 스테레오스코픽 HMD에도 전환 가능한 광학 소자들이 사용될 수 있다.
이러한 다초점 HMD는 시선 추적(gaze tracking)을 위한 장치를 가질 수 있다. 이로써, 표시된 3차원 장면의 어떤 대상물을 관찰자가 의식적으로 보고 있거나 그 순간에 포커싱하는지가 감지될 수 있다. 예를 들어 장면들의 3차원 모델로부터 이러한 포커싱된 대상물의 깊이 위치가 결정될 수 있는 경우, 공간 광 변조 장치의 영상의 깊이 위치는, 이 깊이 위치가 대상물의 깊이 위치에 가능한 한 가깝도록 복수의 가능한 깊이 위치들에서 선택될 수 있다. 복수의 가능한 깊이 위치들에서 선택은 적어도 하나의 제어 가능한 브래그-편광 격자에 의해 이루어질 수 있다. 이러한 적어도 하나의 제어 가능한 브래그-편광 격자는 상이한 렌즈 기능 및 각각의 각도 선택성을 갖는 HMD에 제공된 볼륨 격자를 취급한다.
다른 한편으로 3쌍의 RGB 볼륨 격자는 각각 브래그-편광 격자의 분산에 맞게 조정될 수 있다.
대안으로서 이러한 절차는, 자체로 상이한 렌즈 기능을 포함하는 적어도 2개의 제어 가능한 브래그-편광 격자에 의해서도 이루어질 수 있다.
다른 한편으로 이 경우 분산을 보정하기 위해 보상 격자 소자들이 제공될 수 있거나 각각의 컬러마다 별도로 제어 가능한 브래그-편광 격자들이 제공될 수 있다.
깊이 평면의 설정 시에도 가변 초점 HMD에서 예를 들어 깊이 위치의 대략적인 설정은 브래그-편광 격자에 의해 다른 가변 초점 소자, 예를 들어 적어도 하나의 액정 격자(LCG)에 의한 깊이 위치의 정밀 설정과 조합될 수 있다.
예를 들어 이러한 스테레오스코픽 HMD는 광 가이드를 가질 수 있다. 광 가이드 내로 광의 인커플링 전에 공간 광 변조 장치는 무한대로 이미징된다. 광 가이드의 광 아웃커플링 영역에는 상이한 초점 거리를 갖는 렌즈 기능을 포함하는 복수의 볼륨 격자가 제공된다. 예를 들어 마찬가지로 광 가이드의 광 아웃커플링 영역에 제공되는 제어 가능한 브래그-편광 격자의 제공에 의해 상기 볼륨 격자 중 하나가 취급된다. 상이한 렌즈 기능을 포함하는 복수의 제어 가능한 브래그-편광 격자가 광 가이드의 광 아웃커플링 영역에 제공되거나 배치되는 것도 가능하다. 상이한 렌즈 기능을 포함하는 격자들의 취급 또는 사용은, 광 가이드로부터 아웃커플링 후 공간 광 변조 장치의 다중 이미징에 의해 시야를 확대하기 위해, 관찰자로부터 상이한 거리에서 또는 상이한 측면 위치에서도 공간 광 변조 장치의 이미징을 가능하게 한다.
본 발명의 다른 실시예에서도 설명된 바와 같이, 분산의 보정을 위한 조치들이 또한 취해질 수 있다.
그러나 제어 가능한 브래그-편광 격자들의 사용은 광 가이드를 포함하는 HMD 디스플레이 장치에만 국한되어서는 안 되며, 제어 가능한 브래그-편광 격자들은 다른 디스플레이 장치에서도 이용될 수 있다.
또한 HMD에서 이용 가능성도 스테레오스코픽 HMD에 국한되어서는 안 되며, 따라서 예를 들어 홀로그래픽 HMD 또는 디스플레이 장치와 같은 다른 3차원 디스플레이에서도 이용 가능하다.
HMD 또는 HUD 또는 다른 3차원 디스플레이 장치에서도 2개 이상의 깊이 평면 사이의 전환은 특히 단일 시차(single parallax)를 이용해서 공간 광 변조 장치 내로 코딩되는 홀로그램에도 바람직할 수 있다. 홀로그램의 개별 시차-코딩으로 인해 3차원 장면의 고해상도 표시가 가능한 깊이 범위는 제한된다. 3차원 영상의 다양한 깊이 평면들 사이에서 전환에 의해 이러한 깊이 범위는 바람직하게 확장될 수 있다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치는 홀로그래픽 디스플레이 장치로서 또는 스테레오스코픽 디스플레이 장치로서 형성될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 직시형 디스플레이, 헤드 업 디스플레이 또는 헤드 마운티드 디스플레이로서 형성될 수 있다. 이러한 2개의 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 헤드 마운티드 디스플레이를 형성할 수 있으며, 이 경우 관찰자의 왼쪽 눈과 관찰자의 오른쪽 눈에 각각 이러한 디스플레이 장치가 할당된다.
본 발명의 교리를 바람직한 방식으로 형성하고 및/또는 기술된 실시예들 또는 구성들을 서로 조합하기 위한 다양한 가능성이 있다. 이를 위해, 한편으로는 독립 특허 청구항에 종속된 특허 청구항들이 참조되고, 다른 한편으로는 일반적으로 교리의 바람직한 구성들이 설명된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예들의 후속하는 설명이 참조된다. 본 발명은 기본적으로 기술된 실시예를 참고로 설명되지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 브래그-편광 격자의 분자 구조를 도시한 개략도;
도 2는 상이한 편광 상태에서 브래그-편광 격자의 거동을 도시한 개략도;
도 3은 광 편향을 위한 본 발명에 따른 광학 구조를 도시한 기본도;
도 4는 광 아웃커플링을 위한 광 가이드 및 브래그-편광 격자를 도시한 기본도;
도 5는 분산 보정과 관련하여 정보의 컬러 생성을 위한 본 발명에 따른 광학 구조를 도시한 기본도;
도 6은 공간 광 변조 장치의 본 발명에 따른 조명을 도시한 개략도;
도 7은 가상 관찰자 영역의 대략적인 추적을 위한 본 발명에 따른 가능성을 도시한 개략도;
도 8은 제어 가능한 브래그-편광 격자를 포함하는 본 발명에 따른 헤드 업 디스플레이를 기본적으로 도시한 측면도;
도 9는 제어 가능한 브래그-편광 격자를 포함하는 본 발명에 따른 대안적인 헤드 업 디스플레이를 기본적으로 도시한 측면도;
도 10은 제어 가능한 브래그-편광 격자를 포함하는 본 발명에 따른 헤드 업 디스플레이를 기본적으로 도시한 측면도;
도 11은 본 발명에 따른 대안적인 헤드 업 디스플레이를 기본적으로 도시한 평면도;
도 12는 SLM의 다중 이미징의 다수의 세그먼트의 생성 시 광 가이드로부터 광 아웃커플링을 도시한 기본도.
도 13은 도 12에 따른 개별 세그먼트의 중첩을 기본적으로 도시한 도면;
도 14는 광 가이드 내로 광 인커플링의 본 발명에 따른 가능성을 도시한 기본도:
도 15a 및 도 15b는 도시된 대상물의 다수의 깊이 평면들 사이에서 전환될 수 있는 헤드 업 디스플레이를 기본적으로 도시한 도면;
도 16a 및 도 16b는 도시된 대상물의 다수의 깊이 평면들 사이에서 전환될 수 있는 헤드 마운티드 디스플레이를 기본적으로 도시한 도면;
도 17은 가상 관찰자 영역의 대략적인- 및 정밀 추적을 위한 장치를 도시한 평면도.
간략히 언급하면, 동일한 소자들/부품들/구성 요소들은 도면에서 동일한 참조 번호를 갖는다.
많은 광학 응용예에서, 특히 3차원 대상물 또는 장면을 표시하기 위한 디스플레이 장치 또는 디스플레이 분야에서, 광학 소자로 광의 수직 입사가 요구된다. 또한, 회절 격자에서 입사광의 높은 회절 효율과 효율적인 편향이 동시에 요구된다. 제시된 바와 같이, 브래그-편광 격자는 수직 광 입사 시 높은 회절 효율을 제공한다. 이 경우 이러한 브래그-편광 격자를 제조하기 위한 다양한 컨셉이 이미 공개되어 있다. 예를 들어, 격자를 제조하기 위한 방법은 광 구조화된 배향층(PAL)과 결합된 반응성 메소젠을 기반으로 하며, 링 또는 격자 평면들은 격자의 기판에 대해 수직으로 배향된다. 이 경우 기판에 대해 평행한 평면에서 항상 액정 방향자의 배향이 유지된다. 그러나 이는 경사각이 큰 경우에 격자의 국부적 복굴절을 감소시킨다.
현재 여기에서 이용되는 브래그-편광 격자는 다른 제조 공정을 기반으로 한다. 이 경우 브래그-편광 격자는 벌크 광 정렬에 의해 생성된다. 이러한 절차는, 분자 배향이 배향층의 구조화된 표면과 무관한 것을 보장한다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 간단하고 자연스러운 방식으로 사선 격자 링 또는 격자 평면들의 형성을 가능하게 한다. 비스듬하게 광의 입사 시 격자의 노출이 이루어져, 액정 폴리머의 복합적인 3차원 배향이 유도된다. 기호 ∧B는 이러한 방식으로 생성된 브래그-편광 격자의 격자 주기를 나타낸다. 홀로그래픽 노출 전에 브래그-편광 격자용 재료는 규정된 각도 φ로 회전되어, 재료는 사선 간섭 패턴으로 노출된다. 그러나 여기에서 액정 방향자는, 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 링 또는 격자 평면들에 대해 수직인 평면에 위치한다. 결과적으로 국부적 복굴절은 링의 기울기에 의존하지 않는다. 여기에서 이러한 장점은 디스플레이 장치 또는 디스플레이에서 다양한 응용예에 이용된다.
이러한 방식으로 브래그-편광 격자가 생성되고, 상기 편광 격자는 약 98%, 즉 100%에 가까운 높은 회절 효율을 갖고, 이는 브래그-편광 격자로 수직 광 입사 시 작동한다.
도 2에 수직 광 입사 시 상이한 편광 상태에서 이러한 브래그-편광 격자의 거동이 개략도에 도시된다. 도 2a)에 브래그-편광 격자(BP)가 도시되며, 상기 편광 격자는 우원 편광된 광(CR)으로 조명된다. 브래그-편광 격자(BP)는 이어서 입사광을 -1차 회절 차수로(-1. BO) 회절시킨다. 우원 편광된 광이 브래그-편광 격자(BP)에 의해 회절되면, 이 광은 좌원 편광된 광(CL)으로 변환된다. 이러한 -1차 회절 차수에서 약 98%의 회절 효율이 달성되어, 광의 거의 100%가 이 회절 차수로 편향되고 광 손실이 거의 없다. 이는, 광이 +1차 회절 차수로와 마찬가지로 0차 회절 차수로 전혀 또는 거의 편향되지 않거나 회절되지 않음을 의미한다.
도 2b)에는, 수직 광 입사 상태에서 브래그-편광 격자(BP)에 좌원 편광된 광(CL)이 부딪치는 경우가 도시된다. 이러한 편광된 광은 브래그-편광 격자(BP)에 의해 회절 없이 투과되어 0차 회절 차수(0. BO)로 정렬된다. 브래그-편광 격자를 투과할 때 광의 편광 상태는 변경되지 않는다. 이는, 브래그-편광 격자(BP)를 통과한 후에도 좌원 편광된 광이 여전히 존재함을 의미한다.
그와 달리 도 2c)에서, 선형 편광된 광(LP)은 브래그-편광 격자(BP)에 부딪친다. 이 경우 광은 대략 거의 일정하게 -1차 회절 차수(-1. BO) 및 0차 회절 차수(0. BO)로 회절된다. 따라서 이러한 2개의 회절 차수로 회절 효율이 분배된다.
일반적으로, 브래그-편광 격자는 원형 편광 상태의 광을 1차 회절 차수로 편향시키고 다른 원형 편광 상태의 광을 0차 회절 차수로 편향시키는 특성을 갖는다. 이는, 광이 항상 우원 편광된 광일 필요는 없고, 상기 광은 도 2에서 설명된 바와 같이, 1차 회절 차수로 편향되고, 좌원 편광된 광은 0차 회절 차수로 편향됨을 의미한다. 그와 달리, 브래그-편광 격자의 구성에 따라 반대일 수도 있다.
여기에 사용된 브래그-편광 격자는 약 0.7㎛ 내지 약 2㎛, 대개 약 1.2㎛ 내지 약 1.8㎛, 바람직하게는 약 1.5㎛의 얇은 두께로 인해 넓은 스펙트럼 수용 및 큰 각도 수용(angle acceptance)을 갖는다. 따라서 녹색 및 적색과 청색 파장 범위에서 브래그-편광 격자의 높은 회절 효율이 존재하고, 상기 효율은 각각 90% 이상이다. 따라서 브래그-편광 격자는 전체 가시 스펙트럼 범위에서, 즉 약 400nm 내지 약 700nm의 파장 λ에서 이용될 수 있다.
브래그-편광 격자의 각도 수용(FWHM- 반치 전폭, Full Width at Half Maximum)은 일반적으로 대략 약 35°(즉, ± 17.5°)이다. 이것은 낮은 한 자리 수 각도 범위 이내인, 즉 < ±5°인, 포토폴리머를 기반으로 하는 볼륨 격자의 각도 수용보다 훨씬 높다.
다음의 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 이러한 브래그-편광 격자는 따라서 광의 효율적인 편향을 위해 사용될 수 있으며, 이 경우 50°이상의 큰 편향각이 달성될 수 있다. 이들 도면은 브래그-편광 격자의 기본 응용예를 도시하며, 도 6 내지 도 16은 브래그-편광 격자의 사용에 대한 특수한 실시예를 나타낸다.
도 3에는 광 편향을 위한 본 발명에 따른 광학 구조의 기본도가 도시된다. 이러한 광학 구조는 제 1 브래그-편광 격자(BP1) 및 제 2 브래그-편광 격자(BP2)를 갖는다. 또한, 제 1 브래그-편광 격자(BP1)에 할당된 제 1 편광 스위치(PS1) 및 제 2 브래그-편광 격자(BP2)에 할당된 제 2 편광 스위치(PS2)가 제공된다. 각각의 브래그-편광 격자와 편광 스위치는 제어 가능한 브래그-편광 격자를 형성한다. 제 1 브래그-편광 격자(BP1)는 격자 평면들(3)을 갖는 격자 구조를 가지며, 상기 격자 평면들(3)은 격자 내에 비스듬하게 배치되거나 규정된 방향으로 틸팅된다. 여기서 이러한 격자 평면들(3)은 왼쪽으로 틸팅된다. 제 2 브래그-편광 격자(BP2)도 격자 평면들(4)을 갖는 격자 구조를 가지며, 이러한 격자 평면들(4)도 비스듬하게 배치되거나 규정된 방향으로 틸팅된다. 그러나 이러한 격자 평면들(4)은 제 1 브래그-편광 격자(BP1)의 격자 평면들(3)에 대해 일정한 각도로 또는 거울 반전되어 배치된다. 격자 평면들이 기울어져 있는 방향 및 격자의 회전 방향 (격자 내의 액정 분자가 격자 주기 내에서 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 회전하는지 여부)은, 1차 회절 차수의 경우에 브래그-편광 격자는 어느 방향으로 편향시키는지 그리고 브래그-편광 격자는 어떤 편광 상태에서 1차 회절 차수로 편향시키는지 결정한다. 편광된 광이 편광 스위치(PS1, PS2)와 함께 브래그-편광 격자(BP1, BP2)의 이들 스택에 부딪치면, 이 광은 주어진 편광에 따라 개별 브래그-편광 격자로부터 각각 0차 회절 차수 또는 1차 회절 차수로 회절되거나 편향된다. 보다시피, 우원 편광된 광으로 광을 변환하도록 스위칭되는 제 1 편광 스위치(PS1)에 선형 편광된 광이 부딪치면, 상기 광은 제 1 브래그-편광 격자(BP1)에 의해 좌원 편광된 광으로 변환되어 -1차 회절 차수로 회절된다. 이 광은 오프(OFF) 상태인 제 2 편광 스위치(PS2)를 편향 없이 통과하고, 제 2 브래그-편광 격자(BP2)를 통과한다. 이미 우원 편광된 광도 제 1 편광 스위치(PS1)에 부딪칠 수 있지만, 이 경우 상기 스위치는, 편광의 변화가 발생하지 않도록 오프 상태여야 한다. 광의 편향이 요구되지 않은 경우, 2개의 편광 스위치(PS1 및 PS2)는 모두 오프 상태일 수 있으며, 이 경우 좌원 편광된 광이 제 1 편광 스위치(PS1)에 부딪쳐서, 상기 광은 격자 스택을 통과하여 편향 없이 0차 회절 차수로 정렬된다. 그러나 +1차 회절 차수로 광을 편향하고자 한다면, 편광 스위치(PS1)는 오프 상태에 있을 수 있으며, 이 경우 좌원 편광된 광은 동시에 상기 스위치에 부딪쳐야 하고, 그 결과 편향되지 않은 상태로 제 1 브래그-편광 격자(BP1)를 통과할 수 있도다. 이제 제 2 편광 스위치(PS2)가 온(ON) 상태이므로, 거기에 부딪치는 광은 좌원에서 우원 편광된 광으로 변환되고, 제 2 브래그-편광 격자(BP2)에 의해 +1차 회절 차수로 거의 광 손실이 없이 회절된다. 이러한 방식으로 광은 다양한 3개의 방향으로 향할 수 있다. 이로써 제어 가능한 브래그-편광 격자 스택을 이용해서 다양한 편향 방향들 사이의 전환이 가능하다.
도 4에는 광 가이드(LG)와 브래그-편광 격자(BP)로 구성된 광학 구조의 단면이 도시된다. 여기서 브래그-편광 격자(BP)는 광 가이드(LG) 내에서 전파되는 광의 아웃커플링에 이용된다. 광 가이드로부터 광을 아웃커플링하기 위해, 예를 들어 광의 규정된 입사각에 대해 설계된 볼륨 격자를 사용하는 것은 지금까지 공개되어 있다. 브래그-편광 격자는 광의 소정의 편광을 필요로 하지만, 넓은 각도 수용을 갖기 때문에, 이제 광의 아웃커플링에도 브래그-편광 격자가 사용될 수 있다. 이를 위해 브래그-편광 격자(BP)는 광의 편광을 변경하기 위해 제공되는 편광 스위치(PS)와 조합된다.
도 4의 상부도에서 광은 규정된 편광으로 광 가이드(LG) 내에서 전파되고, 이 경우 브래그-편광 격자(BP)의 위치에서 광 가이드(LG)로부터 광의 아웃커플링이 이루어지지 않으므로, 편광 스위치(PS)는 오프 상태에 있고, 즉 거기에 부딪치는, 예를 들어 좌원 편광된 광의 편광은 변경되지 않는다. 그 결과 광은 편향되지 않은 상태로 브래그-편광 격자(BP)를 통과하고, 비스듬한 각도로 표면에 부딪치고, 광 가이드(LG)의 경계면에 제공된 유전체 층스택에서 반사에 의해 또는 전반사 하에 광 가이드(LG) 내에서 더 전파된다. 광 가이드(LG)의 위치에서 광 가이드(LG) 내에서 전파되는 광의 아웃커플링이 도 4의 하부 도면에 도시되며, 이 경우 이는 간단하게만 도시된다. 그러나 거기에서 편광 스위치(PS)는 온 상태이므로, 상기 편광 스위치는 입사광의 편광을 변경한다. 광 가이드(LG) 내에서 광이 우원 편광으로 전파되면, 편광 스위치(PS)는 거기에 부딪치는 광을 좌원 편광된 광으로 변경하여, 이 광은 브래그-편광 격자(BP)를 통과할 때 회절되거나 편향된다. 회절 또는 편향으로 인해, 광 가이드(LG)의 표면에 거의 수직으로 또는 작은 각도로 광이 부딪치므로, 상기 표면에서 더 이상 전반사가 발생하지 않거나 유전체 층 스택에서 더 이상 반사가 발생하지 않는다. 따라서 광 가이드(LG)로부터 광이 아웃커플링된다.
격자는 반사성으로도 형성될 수 있으며, 광 가이드의 반대 측면을 따라 광을 아웃커플링할 수 있다.
적어도 하나의 브래그-편광 격자는 컬러 정보를 생성하기 위해, 예를 들어 디스플레이 장치로 컬러 대상물 또는 장면을 생성하기 위해 이용될 수도 있다. 이에 적합한 광학 구조는 도 5에 기본적으로 도시된다. 이러한 광학 구조는 또한 광의 발생하는 분산을 보정하기 위해 제공된 보상 격자 소자들의 스택(5)도 갖는다. 여기서 스택(5)은 2개의 볼륨 격자(5B 및 5R)를 포함한다. 보상 격자 소자 또는 볼륨 격자(5B)는 녹색 광(G)에 대해 청색 광(B)의 상이한 회절을 보정하기 위해 제공되고, 보상 격자 소자 또는 볼륨 격자(5R)는 녹색 광(G)에 대해 적색 광(R)의 상이한 회절을 보정하기 위해 제공된다. 이 경우, 녹색 광(G)은 도 5의 광학 구조를 통과한 후에 올바른 방향으로 회절되므로, 적색 및 청색 광의 방향들만 보상 격자 소자(5B 및 5R)에 의해 보정되어야 하는 것이 가정된다. 보상 격자 소자(5B 및 5R)는 이 경우 수동형 보상 격자 소자이고, 적색 광 또는 청색 광의 특정 입사각에 대해 설계된다.
도 5에 도시된 광학 구조는 도 4에서와 유사한 광 가이드이다. 모두 3개의 기본색(RGB)의 광은 동일한 각도로 광 가이드 내에서 전파되어야 하고 선택적으로 광 가이드로부터 아웃커플링되어야 하지만, 아웃커플링 이후에 마찬가지로 RGB에 대해 동일한 각도로 더 전파되어야 한다. 따라서 브래그-편광 격자 및 보상 격자 소자로 이루어진 배치는 적색, 녹색 및 청색 광을 전체적으로 동일한 각도로 편향시켜야 한다. 브래그-편광 격자와 보상 격자 소자의 이러한 스택은 광 가이드를 제외한 배치에서 적색, 녹색 및 청색 광을 동일한 각도로 편향시키기 위해 사용될 수도 있다.
도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 적색 광(R), 녹색 광(G) 및 청색 광(B)은 오프 상태 또는 온 상태일 수 있는 편광 스위치(PS)에 부딪친다. 편광 스위치(PS)에 부딪치는 광은 이 실시예에서 우원(CR) 편광된다. 편광 스위치(PS)가 현재 오프 상태이면, 우원 편광된 광은 그것의 편광의 변동 없이 이 편광 스위치(PS)를 통과하고, 광 방향으로 후속하는 브래그-편광 격자(BP)를 지나서 비스듬한 각도로 광 가이드(6)의 표면에 부딪친다. 광 가이드(6)의 상기 표면으로부터 광은, 파장에 관계없이 유전체 층 스택에서 반사에 의해 또는 전반사 하에 적절하게 반사되고 광 가이드(6) 내에서 더 전파된다. 편광 스위치(PS)가 이제 온 상태로 전환되면, 우원 편광된 광이 좌원(CL) 편광된 광으로 변환된다. 해당하는 색상(RGB)의 좌원 편광된 광은 브래그-편광 격자(BP)에 부딪치고, 이것으로부터 적절하게 회절되거나 편향된다. 편향된 광은 이제 수직으로 또는 작은 각도로 광 가이드(6)의 표면에 부딪친다. 브래그-편광 격자에서 편향으로 인해 변경된 광 가이드(6) 표면에 대한 입사각 때문에 유전체 층 스택에서 반사 또는 전반사가 발생하지 않고, 3개의 모든 기본 색상에 대해 광 가이드(6)로부터 광이 아웃커플링된다. 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 적색 광(R), 녹색 광(G) 및 청색 광(B)은 분산으로 인해 상이한 방향으로 편향된다. 따라서 예를 들어 녹색 광(G)은 광 가이드(6)의 표면에 대해 수직으로 상기 광 가이드로부터 아웃커플링된다. 그러나 청색 광(B)과 적색 광(R)은 각각 작은 각도로 비스듬하게 광 가이드(6)로부터 아웃커플링된다. 상이한 색상의 광이 동일한 방향으로 편향되도록 하기 위해, 광 가이드(6)로부터 아웃커플링 후에 광 전파 방향으로 2개의 보상 격자 소자(5B 및 5R)가 제공된다. 이러한 보상 격자 소자(5B 및 5R) 또는 보상 격자 스택(5)은 청색 광 및 적색 광의 광선을 다시 녹색 광에 대해 평행하게 정렬하고, 즉 적색 파장의 광과 청색 파장의 광은 해당 색상과 각도에 대해 설계된 보상 격자 소자(5B 및 5R)에 의해 요구되는 방향으로 편향된다. 이러한 방식으로 컬러 정보의 정확하고 효율적인 표시도 달성될 수 있다.
도 6에는 제어 가능한 브래그-편광 격자를 이용한 디스플레이 장치에 제공된 공간 광 변조 장치(SLM)의 조명이 도시된다. 이 실시예에서, 공간 광 변조 장치(SLM; 이하 SLM으로만 지칭됨)는 반사성으로 형성된다. SLM의 조명을 위해 광 가이드(LG), 2개의 브래그-편광 격자(BP1 및 BP2) 및 2개의 편광 스위치(PS1 및 PS2)가 제공되며, 이들은 SLM을 균일하게 조명하기 위해 서로 결합된다. 브래그-편광 격자(BP1)는 광 가이드(LG) 내로 광을 인커플링하기 위해 제공된다. 이를 위해 브래그-편광 격자(BP1)는 편광 스위치(PS1)에 광학적으로 결합되어, 필요한 경우, 규정된 요구에 따라 브래그-편광 격자(BP1)를 이용해서 광 가이드(LG) 내로 광이 인커플링되도록, 광의 편광이 변경될 수 있다. 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 우원 편광된 광은 편광 스위치(PS1)에 의해 좌원 편광된 광으로 변환되고, 상기 광은 브래그-편광 격자(BP1)에 의해 광 가이드(LG) 내로 인커플링된 다음, 반사 하에, 바람직하게는 전반사 하에 광 가이드(LG) 내에서 전파된다. SLM을 광으로 균일하게 조명하기 위해, 광 가이드(LG) 내에서 전파되는 광은 브래그-편광 격자(BP2)의 전체 표면에 걸쳐 아웃커플링된다. 이는, SLM의 균일한 조명을 형성하기 위해, 광 가이드(LG) 내에서 전파되는 광이 브래그-편광 격자(BP2)에 의해 특정 위치에서 항상 부분적으로만 아웃커플링됨을 의미한다. 각 위치에서 광의 작은 부분만이 광 가이드(LG)로부터 아웃커플링되도록 하기 위해, 브래그-편광 격자의 회절 효율은 의도적으로 낮게 선택될 수 있다. 여전히 좌원 편광된 광은 실선으로 도시된 화살표에 따라 편광 스위치(PS2)에 부딪치고, 스위치 온 상태에 있는 편광 스위치(PS2)를 통과하여 SLM에 균일하게 부딪친다. 제 1 통과 시 편광 스위치(PS2)는 광을 선형 편광된 광으로 변경한다. 그런 다음 SLM은, 예를 들어 표시할 정보에 따라 입사하는 선형 편광된 광을 변조한다. 반사성으로 형성된 SLM으로 인해 이러한 광은 상기 SLM으로부터 다시 광 가이드(LG)의 방향으로 반사되거나 향한다. 이러한 반사된 광은 마찬가지로 온 상태인 편광 스위치(PS2)를 다시 통과하여, 지금까지 선형 편광된 광은 우원 편광된 광으로 변환된다. 광의 이러한 변환은, 광이 방해받지 않고 브래그-편광 격자(BP2)와 광 가이드(LG)를 통과할 수 있거나 이러한 2개의 소자에 의해 광학적으로 영향을 받지 않도록 하기 위해 중요하다.
도 6에 도시된 SLM-조명은 SLM의 단색 조명 또는 사용된 파장에만 관련된다. SLM의 색상(RGB) 조명이 제공되면, 분산을 보정하기 위해 경우에 따라서 보상 격자 소자들의 사용이 필수적일 수 있다. 인커플링 및 아웃커플링을 위해 제공된 브래그-편광 격자(BP1 및 BP2)는 바람직하게는 동일한 광학적 특성, 예를 들어 동일한 격자 주기 및/또는 격자 평면들의 동일한 각도 및/또는 격자의 동일한 두께를 가질 수 있다. 이러한 격자가 그에 상응하게 형성되는 경우, 브래그-편광 격자(BP1 및 BP2)에 의해 색 효과(chromatic effect)는 이미 적어도 부분적으로 보상될 수 있다.
도 6에 따른 브래그-편광 격자의 이러한 이용 가능성은 특히 전면 광 장치에서 마이크로 SLM을 조명하는데 적합하다.
광 가이드 내로 광의 인커플링은 전환 가능하게 구현되지 않아도 된다. 이는, 광 가이드 내로 광의 인커플링을 위해 적어도 하나의 브래그-편광 격자만이 제공될 수 있고, 이 경우 상기 브래그-편광 격자는 편광 스위치에 결합되지 않아도 됨을 의미한다. 또한, 능동형 또는 제어 가능한 편광 스위치(PS2)는 수동형 편광 스위치로서, 예를 들어 지연판으로서 형성될 수도 있다.
물론, 투과형 SLM과 관련하여 유사한 구조를 이용하는 것도 가능하다. 그러나 이 경우 하나의 편광 스위치(PS)만이 필요하며, 이는 브래그-편광 격자(BP1)와 함께 광 가이드 내로 광을 인커플링하는데 이용된다.
디스플레이 장치에서 브래그-편광 소자를 사용하기 위한 다른 실시예가 도 7에 도시되어 있다. 거기에 도시된 이러한 구조는 관찰자 평면에서 가상 관찰자 영역의 대략적인 추적을 가능하게 해야 한다. 즉, 도 7에 도시된 구조는 추적 장치의 유형을 나타낸다. 출원인의 홀로그래픽 디스플레이 장치, 예를 들어 WO 2010/149587 A1호에 따른 디스플레이 장치 또는 광 변조 장치는, 이미 홀로그래픽 디스플레이 장치와 관련해서 가상 관찰자 영역의 추적을 위한 해결 방법에 기술된다. 거기에 공개된 바와 같이, 관찰자가 가상 관찰자 영역에 적어도 한쪽의 눈을 위치 설정하는 경우에만, 홀로그래픽으로 재구성된 장면들이 관찰자에게 보이므로, 관찰자는 이러한 눈을 통해 보고 장면을 인지할 수 있다. 그러나 관찰자는 이를 위해 고정된 위치를 취해야 한다. 그와 달리 관찰자가 움직이면, 이 가상 관찰자 영역은 관찰자의 눈의 새로운 위치를 추적해야 하며, 이는 용어 '트래킹(tracking)'이라는 용어로 공개되어 있다. 이를 위해 관찰자의 눈 위치는 위치 검출 시스템에 의해 결정되고 가상 관찰자 영역은 추적 장치에 의해 추적된다.
가상 관찰자 영역의 이러한 추적은 예를 들어 도 7에 도시된 바와 같이 이루어질 수 있고, 이 경우 도 7에는, SLM 또는 가상 관찰자 영역이 도시되지 않고, 추적 장치 자체만 도시된다. 추적 장치는 브래그-편광 격자(BP)와 편광 스위치(PS)를 포함하고, 따라서 편광 스위치(PS)에서 편광의 설정에 의해 입사광의 편향과 광의 비 편향 사이에서 선택될 수 있다. 따라서 이러한 방식으로 가상 관찰자 영역은 새로운 위치로 이동될 수 있다. 도시된 경우와 같이, 변조된 색상(RGB)의 광은 도시되지 않은 SLM으로부터, 함께 제어 가능한 브래그-편광 격자를 형성하는 브래그-편광 격자(BP)와 편광 스위치(PS)의 조합에 부딪치면, 이러한 컬러 광은, 편광 스위치(PS)가 오프 상태에 있는 경우, 관찰자의 눈과 가상 관찰자 영역의 고정적으로 규정된 위치에서 브래그-편광 격자(BP)를 편향되지 않은 상태로 통과한다. 이 광은 이로써 이전에 고정적으로 규정된 관찰자의 위치에서 가상 관찰자 영역을 생성하는데 이용된다. 그러나 관찰자가 위치를 SLM 또는 SLM의 영상과 관련해서 위치를 변경하면, 편광 스위치(PS)를 스위치 온함으로써 광이 다른 방향으로 편향될 수 있다. 이는, 광이 미리 규정된 편광으로 편광 스위치(PS)에 부딪치면, 편광 스위치(PS)는 입사 편광을 브래그-편광 격자(BP)가 민감한 편광으로 변경함을 의미한다. 이러한 편광된 광은 이제 브래그-편광 격자(BP)에 입사하고, 상기 편광 격자에 의해 적절하게, 도시된 화살표에 의해 알 수 있듯이, 반대되는 편광에 의해 1차 회절 차수로 편향된다. 컬러 광의 사용 시 브래그-편광 격자(BP)의 엷은 색상의 편향 각도들은 다르기 때문에, 보상 격자 소자, 예를 들어 볼륨 격자와 같은 후속 광학 소자들도 광의 분산을 보정하는 스택(7) 내에 제공된다. 스택(7) 내의 이러한 보상 격자 소자는 바람직하게는 브래그-편광 격자(BP)로부터 보상 격자 소자에 입사하는 광의 색상 및 광 입사각에 대해 각각 맞춰진 각도- 및 파장 선택성을 갖는다. 스택(7) 내의 제 1 보상 격자 소자는 예를 들어 그것의 파장 선택성에 따라 적색 광만을 편향시키고, 제 2 보상 격자 소자는 청색 광만, 제 3 보상 격자 소자는 녹색 광만을 편향시킨다. 스택(7) 내의 보상 격자 소자 이후에 3개의 모든 파장의 광은 모두 동일한 각도로 더 전파된다.
광이 다른 방향으로 향할 수 있도록 하기 위해, 추가 편광 스위치 및 추가 보상 격자 소자와 관련하여 추가 브래그-편광 격자가 제공될 수 있다. 그러나 이 경우 추가 브래그-편광 격자의 격자 구조의 격자 평면들은 이미 존재하는 브래그-편광 격자의 격자 구조의 격자 평면들에 대해 일정한 각도로 배치되거나 2개의 브래그-편광 격자는, 그것의 격자 평면들이 서로 각도를 형성하도록 배치된다. 또는 추가 브래그-편광 격자는 다른 격자 주기를 갖고, 보상 격자 소자들도 다른 격자 주기를 갖는다.
예를 들어, 편광 스위치, 브래그-편광 격자 및 보상 격자 소자로 이루어진 도 7에 도시된 전체 배치는, 반대 방향으로 광의 편향을 얻기 위해, 반전될 수 있다.
예를 들어, 편광 스위치, 브래그-편광 격자 및 보상 격자 소자로 수평 편향을 설정하고 추가 편광 스위치, 브래그-편광 격자 및 보상 격자 소자로 수직 편향을 설정하기 위해, 전체 배치는 예를 들어 90°회전될 수도 있다.
이러한 원리는, 바람직하게 헤드 업 디스플레이에서, 가상 관찰자 윈도우의 추적, 특히 대략적인 추적 또는 대략적인 트래킹에 적합하다. 그러나 이 원리는 추적뿐만 아니라, 여기에서는 특히 HMD(Head-Mounted Display)에서, 표시될 정보의 타일링에 적합하며, HUD에서 이용에도 적합하다. 이러한 응용예는 추후에 더 설명된다.
디스플레이 장치, 특히 가상 관찰자 영역과 함께 작동하는 홀로그래픽 디스플레이 장치에는 가상 관찰자 영역을 생성하기 위해 광학계 외에 적어도 하나의 필드 렌즈도 제공될 수 있고, 상기 필드 렌즈는 광학계과 함께 SLM에 의해 변조된 광을 포커싱하고 관찰자의 눈을 향하게 하므로, 거기에 가상 관찰자 영역이 생성될 수 있다. 표시할 장면이 컬러로 디스플레이되어야 하고 적어도 하나의 필드 렌즈가 회절성으로 형성되면, 회절 렌즈의 분산으로 인해 기본 색상(RGB) 당 하나의 필드 렌즈가 제공되고, 즉 디스플레이 장치에 3개의 필드 렌즈가 제공된다. 예를 들어, 필드 렌즈들은 좁은 파장 선택성을 갖는 볼륨 격자로서 형성되므로, 이 3개의 필드 렌즈 중 높은 회절 효율을 갖는 하나만이 각 기본 색상에 대해 렌즈로서 작용한다. 실질적으로 가간섭성 광을 방출하기 위해, 홀로그래픽 디스플레이 장치에서 주로 레이저 또는 LED가 광원으로 사용되기 때문에, 개별적인 컬러 부분 장면(서브 프레임) 또는 단색 부분 상, 즉 녹색 장면, 청색 장면 및 적색 장면이 시간 순서로 표시된다. 각각의 부분 장면은 전체적인 재구성을 포함하거나 표시된 색상들에 대한 장면들의 일부만을 포함한다. 전체 장면을 색상(RGB)으로 올바르게 표시하기 위해, 개별 부분 장면들이 결합되어 정확히 중첩되어야 한다. 이는 주로 3개의 필드 렌즈에 의해 수행되며, 상기 필드 렌즈는 파장 선택적으로 각각 하나의 색상에 대해서만 높은 회절 효율을 갖고, 이를 위해 광의 사전 편향을 위한 3개의 격자 소자와 결합되며, 이 경우 각각의 격자 소자는 이와 연결된 필드 렌즈에 맞게 설계되고, 일반적으로 좁은 파장 선택성을 갖는 볼륨 격자로서도 설계되므로, 상기 격자 소자들은 각각 하나의 색상에 대해서만 높은 회절 효율로 광을 사전 편향한다.
본 발명에 따른 실시예에서, 각각 하나의 색상에 대해서만 광을 사전 편향하기 위한 3개의 격자 소자는 3개의 모든 색상에 대한 작업을 수행하는 하나의 브래그-편광 격자로 대체된다. 넓은 파장- 및 각도 수용으로 인해 상기 브래그-편광 격자가 이에 가장 적합하다. 그러나 각 색상에 대한 개별 필드 렌즈는, 그것의 수용 각도 또는 가능한 광 입사각이 브래그-편광 격자의 자연 분산과 조정되도록 설계 또는 형성되어야 한다. 이제 더 이상 3개의 격자 소자 아닌, 하나의 격자 소자만 있기 때문에, 광의 사전 편향을 위한 개별 격자 소자들 사이의 누화(crosstalk)가 바람직하게 방지될 수 있다.
도 7에 따른 구조는 가상 관찰자 윈도우의 추적뿐만 아니라, 홀로그래픽 디스플레이 장치에 의해 생성된 재구성된 장면이 표시되는 시야를 확대하는 데에도 사용될 수 있다. 이를 위해 디스플레이 장치에 제공되는 광학계를 이용하여 세그먼트로 구성된 SLM의 다중 이미징이 생성되고, 상기 이미징은 시야를 결정하고, 상기 시야 내에 SLM에서 코딩된 장면 또는 대상물의 정보가 가상 관찰자 영역을 통해 보기 위해 재구성된다. 시야를 확대하기 위한 장치는, 도 7에 도시된 것과 유사하게, 브래그-편광 격자와 편광 스위치에 의해 형성되는 적어도 하나의 제어 가능한 브래그-편광 격자를 포함할 수 있다. 이러한 장치는 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, SLM의 다중 이미징의 적어도 2개의 세그먼트 또는 타일을 생성하여 관찰자의 시야를 확대하기 위해 HUD에서 사용될 수 있다. 예를 들어 자동차 또는 비행기와 같은 운송 수단에서, 예를 들면 속도 디스플레이, 온도 디스플레이, 표지판, 경고, 차선 변경 또는 어시스턴트 기능, 내비게이션 시스템 기능 또는 라디오 기능과 같은 정보를 정보의 관찰자 또는 운송 수단의 조작자의 시야 내로 페이드인 하기 위해 HUD(Head-Up-Display)가 사용된다. HUD는 대개 투영 시스템을 갖고, 상기 투영 시스템은 조명 장치(8), 이 실시예에서 레이저 광원, SLM 및 렌즈와 같은 이미징 소자를 가진 광학계(9)를 포함한다. 투영 시스템으로부터 방출되며 두꺼운 화살표로 도시된 광은 렌즈 소자, 미러 소자 및/또는 보정 소자를 포함할 수 있는 광학 유닛(10)을 통해 기본적으로 윈드실드(11)에서 가상 관찰자 영역(12)의 방향으로 반사된다. 가상 관찰자 영역(12)은 관찰자의 적어도 한쪽 눈의 영역에 위치 설정된다. 관찰자에 대한 가상 관찰자 영역(12)의 정확한 위치 설정은 HUD에서 해당하는 장치에 의해 수행될 수 있다. 표시되는 가상 정보는 가상 관찰자 영역(12)으로부터 이동 수단의 윈드실드(11)까지 및 그것을 넘어서 형성된 공간 영역에 페이드 인 된다. 윈드실드(11)는 광투과성으로 구현되므로, 관찰자는 주변에 페이드 인 된 표시된 정보나 표시된 영상을 인지할 수 있다.
가상 관찰자 영역(12)과 윈드실드(11) 사이에서 또는 그것을 넘어 시야를 확대하기 위해, HUD에 제어 가능한 브래그-편광 격자가 제공되며, 상기 편광 격자는 브래그-편광 격자(BP)와 편광 스위치(PS)로 형성된다. SLM의 다중 이미징의 적어도 2개의 세그먼트 또는 타일을 생성하기 위해, 조명 장치(8)로부터 방출된 광은 SLM을 향하고 거기에서 표시될 장면에 필요한 정보에 따라 진폭 및/또는 위상이 적절하게 변조된다. SLM은 반사성 또는 투과성으로 형성될 수 있다. 이러한 변조된 광은 광학계에 의해 적절하게 포커싱되고, 제 1 세그먼트 또는 타일을 생성하기 위해 오프 상태에 있는 편광 스위치(PS)로 향하므로, 입사광의 편광 상태는 변경되지 않는다. 브래그-편광 격자(BP)에 부딪치는 광은 이어서 0차 회절 차수로 편향되어 제 1 세그먼트(S1)가 생성되며, 상기 세그먼트는 광학 유닛(10) 및 윈드실드(11)를 통해 관찰자 방향으로 향한다. 제 2 세그먼트를 생성하기 위해 SLM에 의해 변조된 광은 다시 광학계(9)를 통해 이제 온 상태인 편광 스위치(PS)로 향하므로, 입사광의 편광은, 후속 브래그-편광 격자(BP)에 의해 회절되도록 변경된다. 이어서 브래그-편광 격자(BP)는 입사광을 1차 회절 차수로 회절시키므로, 제 2 세그먼트(S2)가 생성된다. 이러한 제 2 세그먼트(S2)도 광학 유닛(10) 및 윈드실드(11)를 통해 관찰자의 방향으로 향한다. SLM의 다중 이미징의 2개의 세그먼트(S1 및 S2)는 제어 가능한 브래그-편광 격자가 없는 HUD에 비해 훨씬 확대되거나 거의 두 배가 된 시야를 형성한다.
마찬가지로 브래그-편광 격자와 편광 스위치로 형성되고 도 8에 도시된 제어 가능한 브래그-편광 격자의 영역에 직접 배치된 제어 가능한 추가적인 브래그-편광 격자를 추가함으로써, 추가 세그먼트의 생성에 의해 시야가 더 확대될 수 있다. 시야에 정보의 컬러 표현을 위해 RGB-광원을 사용하는 경우 개별 컬러 세그먼트들의 포커싱에 적합한 필드 렌즈들이 제공되어야 한다. 이 필드 렌즈는 적색, 녹색 또는 청색 광에 대한 상이한 볼륨 격자일 수 있다. 그러나 HUD-구조에서 굴절 필드 렌즈, 예를 들어 파장과 무관한 초점 거리를 갖는 무색 렌즈 또는 파장과 무관하게 포커싱하는 미러 소자도 이용될 수 있다. 브래그-편광 격자에 추가하여, 예를 들어 볼륨 격자와 같은 보상 격자 소자가 사용될 수 있고, 상기 볼륨 격자는 적색, 녹색 및 청색 광이 동일한 각도로 편향되어, 동일한 위치에 다른 파장에 대한 세그먼트(S2)가 생성되게 한다.
도 9에 따른 헤드 업 디스플레이(HUD)의 대안적인 구성에서, HUD는 도 8과 유사한 구조를 갖는다. 또한, 투영 시스템이 제공되며, 상기 투영 시스템은 조명 장치(8), 여기서도 레이저 광원, SLM 및 렌즈와 같은 이미징 소자를 가진 광학계(9)를 포함한다. 투영 시스템으로부터 방출되며 두꺼운 화살표로 표시된 광은 렌즈 소자, 미러 소자 및/또는 보정 소자를 포함할 수 있는 광학 유닛(10)을 통해 기본적으로 윈드실드(11)에서 가상 관찰자 영역(12)의 방향으로 반사된다. 가상 관찰자 영역(12)은 또한 관찰자의 적어도 한쪽 눈의 영역에 위치 설정된다. 관찰자에 대한 가상 관찰자 영역(12)의 정확한 위치 설정은 HUD에서 해당하는 장치에 의해 수행될 수 있다. 표시되는 가상 정보는 가상 관찰자 영역(12)으로부터 이동 수단의 윈드실드(11)까지 및 그것을 넘어서 형성된 공간 영역에 페이드 인 된다. 윈드실드(11)는 광투과성으로 구현되므로, 관찰자는 주변에 페이드 인 된 표시된 정보나 표시된 영상을 인지할 수 있다. 도 8과는 달리, 여기에서 광 가이드(LG)는 윈드실드(11)에 통합되거나 윈드실드(11) 상에 제공되거나 거기에 직접 위치 설정되거나 윈드실드(11) 자체가 광 가이드로써 이용된다. 윈드실드는 광 가이드로부터 더 멀리 떨어져서 제공될 수도 있다. 광 가이드(LG)의 형태는 윈드실드(11)에 대해 조정되고, 즉 상기 광 가이드는 평평하게 또는 적어도 부분적으로 만곡되어 형성될 수 있다. 브래그-편광 격자(BP)와 편광 스위치(PS)로 형성된 제어 가능한 브래그-편광 격자는 광 가이드(LG) 내로 광을 인커플링하기 위해 제공된다. 이러한 배치로 적어도 2개의 세그먼트를 생성하기 위해, 제 1 세그먼트(S1)에 대해 편광 스위치(PS)는 오프 상태로 되므로, 거기에 부딪치는 광의 편광이 변경되지 않고, 광은 이어서 제공된, 광의 이러한 편광에 민감하게 형성되지 않은 브래그-편광 격자(BP)에 부딪친다. 따라서 광은 편향 없이 브래그-편광 격자(BP)를 통과하므로, 0차 회절 차수로 광이 정렬되고, 필요한 경우 추가의 수동형 격자, 예를 들어 볼륨 격자(VG1)를 통해 광 가이드(LG) 내로 인커플링된다. 광 가이드(LG)의 경계면에서 한 번 이상의 반사 후에, 광은 이를 위해 제공된 위치에서 광 가이드(LG)로부터 아웃커플링된다. 광 가이드로부터 광의 아웃커플링은 예를 들어 마찬가지로 수동형 격자, 예를 들어 볼륨 격자(VG2)에 의해 이루어질 수 있다. 제 2 세그먼트의 생성을 위해 편광 스위치(PS)는 온 상태로 되므로, SLM에 의해 변조된 입사광의 편광이 변경되고, 후속해서 제공된 브래그-편광 격자(BP)는 이에 대해 민감하게 반응한다. 이제 이러한 광이 브래그-편광 격자(BP)에 부딪치면, 상기 광은 상기 편광 격자에 의해 회절되고, 1차 회절 차수로 편향되며, 필요한 경우 수동형 볼륨 격자(VG1)와 조합하여 변경된 각도로 광 가이드(LG) 내로 인커플링된다. 이 광도 광 가이드(LG) 내에서 전파되고, 규정된 위치에서, 필요한 경우 예를 들어 볼륨 격자와 같은 추가 볼륨 격자(VG2)에 의해, 광 가이드(LG)로부터 다시 아웃커플링된다. 이러한 방식으로 관찰자의 방향으로 향하고 제 1 세그먼트(S1)와 함께 확대된 시야를 형성하는 제 2 세그먼트(S2)가 생성된다.
추가 세그먼트를 생성하여 시야를 더욱 확대하기 위해, 적어도 하나의 추가의 제어 가능한 브래그-편광 격자가 광 가이드(LG)의 광 인커플링 영역에 제공될 수 있다.
도 8 및 도 9에 따른 장치와 유사하게, 시야를 결정하며 SLM의 세그먼트들로 구성된 다중 이미징을 생성하여 시야를 확대하기 위한 장치는 HMD(Head Mounted Display)에서도 사용될 수 있다. 시야를 확대하기 위한 이러한 장치를 포함하는 HMD의 가능한 실시예가 도 10에 도시되어 있다. 이를 위해, 디스플레이 장치 또는 HMD에 제공된 광학계를 이용하여 세그먼트들로 구성된 SLM의 다중 이미징이 생성되고, 상기 이미징은 시야를 결정하고, 상기 시야 내에 SLM에서 코딩된 장면 또는 대상물의 정보가 가상 관찰자 영역을 통해 보기 위해 재구성된다. 시야를 확대하기 위한 장치는, 도 7에 도시된 것과 유사하게, 브래그-편광 격자와 편광 스위치에 의해 형성되는 적어도 하나의 제어 가능한 브래그-편광 격자를 포함할 수 있다. HMD는 조명 장치(15), 이 실시예에서 레이저 광원, SLM 및 예를 들어 렌즈와 같은 이미징 소자를 가진 광학계(16)를 포함한다. SLM으로부터 방출되며 두꺼운 화살표로 도시된 광은 렌즈 소자, 미러 소자 및/또는 보정 소자를 포함할 수 있는 광학 유닛(17)을 통해 HMD의 사용자의 눈앞에 직접 배치된 광학 소자(18)의 방향으로 편향된다. 예를 들어 안경 렌즈일 수 있는 이러한 광학 소자(18)에서 입사광은, 상기 광이 가상 관찰자 영역(19)의 방향으로 향하도록 편향된다. 가상 관찰자 영역(19)은 HMD의 사용자의 적어도 한쪽 눈 영역에 위치 설정된다. 그러면 사용자의 눈은 SLM에서 코딩된 정보 또는 홀로그램의 재구성을 인식한다.
HMD에서도 사용자를 위한 생성될 시야를 확대하기 위해, 제어 가능한 브래그-편광 격자가 HMD에 제공되며, 상기 편광 격자는 브래그-편광 격자(BP)와 편광 스위치(PS)로 형성된다. 조명 장치(15)로부터 방출된 광은 SLM의 다중 이미징의 적어도 2개의 세그먼트를 생성하기 위해 SLM을 조명하고, 표시될 장면에 필요한 정보에 따라 SLM에 의해 적절하게 진폭 및 위상이 변조된다. 이와 같이 변조된 광은 광학계(16)에 의해 적절하게 포커싱되고, 제 1 세그먼트를 생성하기 위해 오프 상태에 있는 편광 스위치(PS)로 향하므로, 입사광의 편광 상태는 변경되지 않는다. 그 후에 브래그-편광 격자(BP)에 부딪치는 광은 거기서 편향되지 않고 0차 회절 차수로 정렬되며, 그 결과 광학 유닛(17) 및 광학 소자(18)를 통해 관찰자의 방향으로 향하는 제 1 세그먼트(S1)가 생성된다. 동시에 가상 관찰자 영역(19)이 생성되고, 사용자의 눈은 상기 관찰자 영역을 통해 표시된 장면을 인지할 수 있다. 제 2 세그먼트의 생성을 위해, SLM에 의해 변조된 광은 다시 광학계(16)를 통해 온 상태인 편광 스위치(PS)로 향한다. 입사광의 편광은, 후속해서 배치된 브래그-편광 격자(BP)가 1차 회절 차수로 광을 회절하도록 변경되고, 그 결과 제 2 세그먼트(S2)가 생성된다. 이러한 제 2 세그먼트(S2)도 광학 유닛(17) 및 광학 소자(18)를 통해 사용자의 눈 방향으로 향하고, 이 경우 제 2 가상 관찰자 영역이 생성되고, 상기 영역은 관찰자 평면에서 제 1 가상 관찰자 영역과 동일한 위치에 생성되어야 한다. 여기서도 HMD와 관련하여 SLM의 다중 이미징의 2개의 세그먼트(S1 및 S2)는 확대된 시야를 형성한다. 표시될 정보 또는 장면은 SLM의 합성된 가상 영상에 의해 시간 순서로 생성된다.
이 실시예에서도 시야는 적어도 하나의 제어 가능한 추가 브래그-편광 격자를 추가함으로써 따라서 적어도 하나의 추가 세그먼트를 생성함으로써 더 확대될 수 있다. 시야에 정보의 컬러 표현을 위해 조명 장치(15)에서 RGB 광원이 사용되면, HMD에서도 개별 컬러 세그먼트를 포커싱하는데 적합한 관련 필드 렌즈가 제공되고, 상기 필드 렌즈는 적절하게 형성되므로, 컬러 세그먼트에 따라 관련 필드 렌즈가 선택될 수 있고, 이러한 세그먼트는 올바른 방향으로 포커싱된다.
도 11에 마찬가지로 HMD가 도시되어 있지만, 도 10에 따른 HMD의 대안으로 형성된다. 이 경우, 사용자 또는 관찰자의 좌안 및 우안(22, 23) 각각에 대해 SLM의 합성된 가상 고해상도 합성 영상의 생성이 평면도에 개략적으로 도시된다. HMD의 이 실시예에서 눈(22, 23)에 대한 각각의 빔 경로에 광 가이드(LG)가 제공되고, 상기 광 가이드는 눈(22, 23) 바로 앞의 영역에 배치된다. 광 가이드(LG)는 완전히 평평하게 구현되지 않아도 되고, 적어도 부분적으로 만곡되어 형성될 수도 있다.
도 11에서 알 수 있는 바와 같이, 좌안 및 우안(22, 23)에 대한 개별 광학 구성 요소들은 대체로 동일하거나 거울 대칭으로 구성되므로, 이하 한쪽 눈(22 또는 23)에 대한 채널만이 설명된다. 여기서 반사성으로 형성된 SLM은 전면 광 조명(24)을 통해 조명되고, 이 경우 물론 투과성으로 형성된 SLM도 사용될 수 있다. 또한, 조명 장치(25)의 가간섭성 광이 홀로그래픽 HMD를 위해 전면 광 조명(24) 내로 인커플링된다. SLM 이후 광 방향의 빔 경로에 광학계(26)가 제공되며, 상기 광학계에 의해 SLM에 의해 변조된 광이 광 가이드(LG)에 부딪친다. 광 가이드(LG) 내로 광 인커플링을 위해 여기에서 적어도 하나의 제어 가능한 브래그-편광 격자가 제공된다. 이러한 제어 가능한 브래그-편광 격자는 여기에서도 또한 브래그-편광 격자(BP)와 편광 스위치(PS)에 의해 형성된다. 편광 스위치(PS)가 오프 상태이고, 광이 브래그-편광 격자(BP)로부터 편향 없이 0차 회절 차수로 향하여 광 가이드(LG) 내로 인커플링되면, 바람직하게는 광 가이드(LG)의 2개의 경계면에서 전반사에 의해, 광 가이드(LG) 내에서 광이 전파되고, 적어도 하나의 아웃커플링 격자(27)를 통해, 예를 들어 여기서 반사성으로 형성된 볼륨 격자를 통해 눈(22, 23)의 방향으로 광 가이드(LG)로부터 아웃커플링된다. 이러한 방식으로 넓은 시야를 위한 제 1 세그먼트가 생성된다. 편광 스위치(PS)가 이제 온 상태로 되면, 제 2 세그먼트가 생성될 수 있다. 편광 스위치(PS)에 의해 입사광의 편광이 변경됨으로써, 후속해서 배치된 브래그-편광 격자(BP)가 변경된 편광에 민감하게 형성되면, 상기 편광 격자는 1차 회절 차수로 광을 회절시키고 상기 광은 이러한 입사각으로 광 가이드 내로 인커플링된다. 이 광도 전반사에 의해 바람직하게 광 가이드(LG) 내에서 전파된 다음 적어도 하나의 아웃커플링 격자(27)를 이용해서 광 가이드(LG)로부터 아웃커플링되고, 사용자의 눈(22, 23)의 방향으로 향한다. 적어도 하나의 아웃커플링 격자(27)는 광 가이드(LG)의 규정된 위치에서 각각의 규정된 광 입사각을 규정된 광 출사각 및 규정된 광 아웃커플링각으로 변환하기 위해 제공된다. 물론, 적어도 하나의 아웃커플링 격자(27)는 투과성으로도 형성될 수 있고, 눈(22, 23)을 향하는 광 가이드(LG)의 측면에 배치될 수 있다. 눈(22, 23)의 위치에서, 도 8 내지 도 10에 설명된 바와 같이, 또한 가상 관찰자 영역이 생성되고, 상기 영역을 통해 눈은 표시된 정보 또는 장면을 인지할 수 있다. 광 가이드(LG)로부터 광의 아웃커플링을 위해 복수의 아웃커플링 격자가 제공될 수도 있으며, 상기 아웃커플링 격자들은 상이한 각도 범위에 대해 설계된다. 표시될 정보 또는 장면은 또한 SLM의 합성된 가상 영상에 의해 시간 순서로 생성된다. 장면의 컬러 표현 및 추가 세그먼트들의 생성과 관련하여, 도 10에 대해 이미 설명된 것이 여기에서도 적용되어야 한다.
도 12는, 도 9 내지 11에 따라 적어도 2개의 세그먼트를 생성하는 경우 광 가이드로부터 광을 아웃커플링하기 위한 적절한 가능한 방법을 도시한다. 이러한 광 아웃커플링 원리는 HMD뿐만 아니라 HUD에서도 이용될 수 있다.
이를 위해, 광 가이드(LG)는 제어 가능한 브래그-편광 격자에 결합되며, 상기 편광 격자는 여기에서도 또한 브래그-편광 격자(BP)와 편광 스위치(PS)를 포함한다. 브래그-편광 격자(BP)는 격자의 표면에 기울어져 제공된 격자 평면들을 가진 격자 구조를 갖는다. 편광 스위치(PS)는, 광 가이드(LG)의 규정된 위치에서 세그먼트에 대해 광이 아웃커플링될 수 있는 것을 달성하기 위해, 정밀 해상도를 갖는 구조화된 편광 스위치, 바람직하게는 1차원으로 구조화된 편광 스위치로서 형성된다. 이는, 구조화된 편광 스위치(PS)가 개별 영역(30)으로 분할되고, 상기 영역들은 각각 개별적으로 전환 가능하거나 제어 가능함을 의미한다. 바람직하게는 전반사에 의해 광 가이드(LG) 내에서 전파되는 제 1 세그먼트(S1)의 광을 생성하고 가이드(LG)로부터 아웃커플링하기 위해, 예를 들어 편광 스위치(PS)는 오프 상태로 남겨지므로, 예를 들어 우원 편광된 광[(Rpol)(= CR)]이 존재한다. 구조화된 편광 스위치(PS) 및 브래그-편광 격자(BP)를 통과하는 광은 편향되지 않은 상태로 이들을 통과하고, 0차 회절 차수로 정렬된다. 이러한 광은 광 가이드(LG)의 경계면에 부딪치고 이것으로부터 반사된 다음, 상기 광이 규정대로 아웃커플링되어야 하는 광 가이드(LG) 내의 위치에 상기 광이 도달할 때까지 이 각도로 광 가이드(LG) 내에서 더 전파된다. 이를 위해 광 가이드 내의 이러한 규정된 위치에서 구조화된 편광 스위치(PS)의 단일 영역(30)이 제어되므로, 상기 이 영역(30)만이 온 상태에 있게 된다. 구조화된 편광 스위치(PS)의 상기 영역(30)에 부딪치는 광의 편광은, 구조화된 편광 스위치(PS)에 후속하는 브래그-편광 격자(BP)가 이에 민감하게 설계되므로, 변경된다. 본 경우에 이는, 우원 편광된 광이 구조화된 편광 스위치(PS)의 영역(30)에 의해 좌원 편광된 광으로 변환된 다음, 상기 광은 브래그-편광 격자(BP)에 부딪치고, 상기 편광 격자에 의해 1차 회절 차수로 회절되어 광 가이드(LG)로부터 아웃커플링되는 것을 의미한다. 이러한 방식으로, 도 12a)에서 알 수 있는 바와 같이, SLM의 다중 이미징의 제 1 세그먼트(S1)가 생성된다.
도 12b)에서, SLM의 다중 이미징의 제 2 세그먼트(S2)가 어떠한 방식으로 생성되는지 알 수 있다. 이러한 제 2 세그먼트(S2)는 광 가이드(LG)의 다른 위치에서 상기 광 가이드로부터 아웃커플링된다. 이를 위해, 구조화된 편광 스위치(PS)의 다른 영역(30)은 온 상태로 되어, 이 위치에서 광의 편광이 변경되므로, 거기에서 광 가이드(LG)로부터 광이 아웃커플링될 수 있다. 이러한 방식으로, 구조화된 편광 스위치(PS)의 다양한 영역들(30)이 제어될 수 있고, 광 가이드(LG)의 규정된 위치에서 광이 아웃커플링될 수 있으며, 도 12c) 및 도 12d)에 개략적으로만 도시된 바와 같이, 다수의 세그먼트(Sn)가 생성될 수 있고, 상기 세그먼트들은 함께 넓은 시야를 형성 또는 생성할 수 있고, 상기 시야에 재구성된 장면이 표시될 수 있다. 도 12c)는 한 방향으로만, 여기서 수직 방향으로 세그먼트들의 생성을 도시한다. 도 12d)는 그와 달리 생성을 2차원으로 도시하고, 즉 2차원 시야를 생성하기 위해, 세그먼트들이 수직 및 수평으로 생성된다.
바람직하게는 광은 전반사에 의해 광 가이드(LG) 내에서 전파되어야 한다. 그러나 이는, 규정된 광 입사각으로는 구현될 수 없고, 따라서 광 입사각은 전반사의 임계각보다 크지 않을 수 있다. 그럼에도 불구하고 반사 하에 광 가이드 내에서 광이 전파되도록 하기 위해, 각도 선택적으로 적절하게 입사광을 반사하는 유전체 층 스택이 광 가이드의 경계면에 제공될 수 있다.
구조화된 편광 스위치(PS)의 영역들(30)의 크기는 사용된 재료의 두께, 굴절률 및 필요한 경우 사용된 광 가이드의 곡률과 같은 형상에 의존하므로, 영역들(30)은 적절하게 조정될 수 있다.
시야 및 재구성된 장면 내에 갭이 존재하지 않도록, SLM의 다중 이미징의 생성된 세그먼트들은 실질적으로 갭 없이 서로 인접하게 배치되거나 또는 바람직하게는 서로 부분적으로 중첩 또는 겹쳐야 한다. 바람직하게 영역들(30)은, 개별 인접 세그먼트들의 에지 영역에서 중첩이 가능해지도록 그리고 중첩 영역이 약 5%보다 크지 않도록 설계되어야 한다. 도 13에서 알 수 있는 바와 같이, 구조화된 편광 스위치(PS)의 영역들(30)은, 인접한 세그먼트들의 에지 영역들의 중첩을 달성하기 위해, 개별 스텝 폭으로 적절하게 조정될 수 있다. 구조화된 편광 스위치(PS)가 각각 도 13의 상부 및 도 12에 도시되어 있으며, 상기 스위치의 별도로 제어 가능한 섹션들(30)은 아웃커플링되어야 하는 세그먼트만큼 넓다. 편광 스위치(PS)의 각각의 섹션(30)은, 세그먼트(1) 또는 세그먼트(2)를 아웃커플링하기 위해 스위치 온 된다. 따라서 세그먼트들의 중첩이 달성될 수 없다. 이와 달리, 미세 구조화된 편광 스위치(PS)가 도 13의 중앙에 도시되어 있다. 구조화된 편광 스위치(PS)의 각각 4개의 섹션(300)은 여기에서, 세그먼트를 아웃커플링하기 위해 스위치 온 된다. 도 13의 하부도에 도시된 바와 같이, 제 2 세그먼트(S2)는, 이 개략도에서 구조화된 편광 스위치(PS)의 하나의 섹션(300)만큼, 이 경우에 25%만큼 제 1 세그먼트(S1)와 중첩하도록 변위될 수 있다. 하나의 세그먼트에 대응하여 구조화된 편광 스위치(PS)의, 예를 들어 20개의 섹션(300)의 상응하게 더 정밀한 구조화에 의해, 세그먼트(S1)와 세그먼트(S2) 사이에 예를 들어 5%만큼, 상응하게 더 미세한 중첩이 설정될 수 있다.
도 14에, 일반적으로 광 또는 SLM에 의해 변조된 광이 광 가이드 내로 인커플링될 수 있는 가능한 방법이 도시된다. 이러한 원리는 일반적으로 광 가이드 내로 광의 인커플링 시 이용될 수 있고, 특히, 각각 적어도 하나의 광 가이드를 포함하는 HUD 또는 HMD에서처럼 디스플레이 장치에서 이용될 수 있다. 광 가이드(LG) 내로 광의 인커플링을 위해, 적어도 하나의 제어 가능한 브래그-편광 격자가 제공되며, 상기 편광 격자는 브래그-편광 격자(BP)와 편광 스위치(PS)로 형성된다. 이러한 방식으로, 광이 브래그-편광 격자(BP)에 대해 올바른 편광을 가지면, 광은 1차 회절 차수로 광의 회절에 의해 광 가이드 내로 인커플링될 수 있다. 반사 하에 광 가이드(LG) 내에서 전파되는 광의 아웃커플링을 위해, 적어도 하나의 아웃커플링 격자(32)가 제공될 수 있으며, 상기 아웃커플링 격자는 예를 들어, 도 12 및 도 13에 공개된 바와 같이, 제어 가능한 브래그-편광 격자로서 또는 볼륨 격자로서도 형성될 수 있고, 상기 격자는 광이 아웃커플링될 수 있도록, 그것의 각도 선택성에 따라 해당하는 광 입사각에 대해 설계되어야 한다.
도 14에, 넓은 시야를 달성하기 위해 특히 SLM의 다중 이미징의 다수의 세그먼트를 생성하는데 적합한 광의 인커플링을 위한 가능한 방법이 구체적으로 도시되어 있다. 이를 위해, 적어도 2개의 제어 가능한 브래그-편광 격자의 스택이 제공되며, 상기 격자들은 인커플링 수단으로써 이용되고 광 가이드(LG)에 배치된다. 각각의 제어 가능한 브래그-편광 격자는 브래그-편광 격자(BP1, BP2)와 편광 스위치(PS1, PS2)를 갖는다. 제어 가능한 2개의 브래그-편광 격자의 이러한 스택을 이용해서, 광은 2개의 서로 다른 광 입사각으로 광 가이드(LG) 내로 인커플링될 수 있다. 이를 위해, 2개의 브래그-편광 격자(BP1 및 BP2)는 상이한 격자 주기를 가지며, 이는 격자 평면들의 상이한 기울기에 의해 도 14에 도시된다. 그 결과, SLM의 다중 이미징의 2개의 세그먼트를 생성하기 위해 광 가이드(LG) 내로 인커플링될 수 있는 2개의 상이한 광 입사각이 달성될 수 있다. 도 14의 상부도에서, 편광 스위치(PS1)는 제 1 광 입사각의 생성을 위해 온 상태로 되는 한편, 편광 스위치(PS2)는 오프 상태이다. 이러한 방식으로 관련 브래그-편광 격자(BP1)가 선택되고, 상기 편광 격자는 올바른 편광을 갖는 입사광을 1차 회절 차수로 회절시키고 이로써 광은 규정된 제 1 광 입사각으로 광 가이드(LG) 내로 인커플링된다. 이는 실선 화살표로 도시된다.
한편, 도 14의 하부 도면에 따라 편광 스위치(PS2)는 온 상태이고 편광 스위치(PS1)는 오프 상태이면, 상부 도면과 다른 광 입사각이 달성될 수 있다. 따라서 제어 가능한 제 1 브래그-편광 격자에 입사하는 광은 편향 또는 회절 없이 브래그-편광 격자(BP1)를 통과하므로, 광은 브래그-편광 격자(BP2)에 의해서만 1차 회절 차수로 회절되고 규정된 다른 광 입사각으로 광 가이드(LG) 내로 인커플링된다. 이는 하부도에 실선 화살표로 도시된다. 전술한 바와 같이, 2개의 광 세그먼트는 적어도 하나의 아웃커플링 격자(32)에 의해 아웃커플링될 수 있다.
SLM의 다중 이미징의 추가 세그먼트들을 생성하기 위해, 광 가이드(LG) 내로 광 인커플링을 위해 제어 가능한 추가 브래그-편광 격자가 제공될 수 있다. 브래그-편광 격자는 반사성으로도 형성될 수 있으며 광 가이드의 반대쪽으로 광을 아웃커플링할 수 있다.
도 15에는, 헤드 업 디스플레이(HUD)가 도 15a) 및 도 15b)에 개략적으로 도시되어 있으며, 상기 헤드 업 디스플레이는 도시된 대상물의 적어도 2개의 깊이 평면 사이에서 전환 가능하게 형성된다.
HUD는 조명 장치(35), SLM, 도시되지 않은 광학계 및 이 실시예에서 대상물의 2개의 서로 다른 깊이 평면 사이에서 전환을 위한 적어도 2개의 제어 가능한 브래그-편광 격자를 포함한다. 2개의 제어 가능한 브래그-편광 격자는 각각 브래그-편광 격자(BP) 및 각각의 브래그-편광 격자에 광학적으로 결합된 편광 스위치(PS)를 포함한다. 조명 장치(35)는 표시될 정보에 따라 입사광을 변조하는 SLM을 조명한다. SLM을 향한 광 전파 방향으로 빔 경로에 렌즈 소자로서 형성된 2개의 브래그-편광 격자(BP1 및 BP2)와 2개의 편광 스위치(PS1 및 PS2)가 배치된다. 이러한 렌즈 소자는 상이한 초점 거리를 갖는다.
도 15a)는, 광 전파 방향으로 제공된 제 1 브래그-편광 격자(BP1)가 입사광을 1차 회절 차수로 편향시키는 한편, 광 전파 방향으로 제 1 브래그-편광 스위치(PS1) 뒤에 배치된 제 2 브래그-편광 스위치(PS2)는 입사광을 0차 회절 차수로 편향시키도록, 편광 스위치(PS1 및 PS2)가 제어되는 경우에 HUD를 도시한다. 제 1 브래그-편광 격자(BP1)에 있는 렌즈는 따라서 "스위치 온" 되고, 제 2 브래그-편광 격자(BP2)에 있는 렌즈는 "스위치 오프" 된다. 이 경우에 SLM의 가상 영상(38)은 여기서 눈으로 도시된 관찰자(36)로부터 더 먼 거리에 생성된다. 관찰자(36)는 HUD가 통합된 이동 수단의 윈드실드(37)를 통해 SLM의 이러한 가상 영상(38)을 보고 인지할 수 있다.
도 15b)에서 편광 스위치(PS1 및 PS2)는, 제 1 브래그-편광 격자(BP1)가 입사광을 0차 회절 차수로 편향시키고 제 2 브래그-편광 격자(BP2)는 입사광을 1차 회절 차수로 편향시키도록 제어된다. 도시된 예에서 제 2 브래그-편광 격자(BP2)는 SLM의 실제 영상(39)을 생성하고, 관찰자(36)는 이동 수단 내에서, 즉 윈드실드(37) 전방에서 상기 영상을 보고 인지할 수 있다.
또한, 2개의 브래그-편광 격자(BP1 및 BP2)에 분산을 보정하기 위한 보상 격자 소자들이 제공될 수도 있다.
본 발명은 물론 SLM의 실제 및 가상의 영상의 경우에 제한되는 것이 아니라, 오히려 관찰자에 대한 다양한 거리에 SLM의 복수의 가상 또는 복수의 실제 영상이 생성될 수도 있다.
또한, 본 발명은 2개의 투과성 브래그-편광 격자의 사용으로 제한되어서는 안 된다. 2개의 브래그-편광 격자 중 하나 또는 모두가 반사성으로도 형성될 수 있다.
또한, 본 발명은 SLM과 윈드실드 사이의 광 경로에 있는 브래그-편광 격자로도 제한되어서는 안 된다. 특히 하나 이상의 반사성 브래그-편광 격자는 윈드실드에 부착될 수도 있다.
도 16은 도시된 대상물이 2개의 상이한 깊이 평면에 표시될 수 있는 헤드 마운티드 디스플레이(HMD)를 개략적으로 도시한다.
HMD는 조명 장치(40), SLM, 광학계(41), 광 가이드(42), 광 인커플링 장치(43) 및 광 아웃커플링 장치(44)를 포함한다. SLM은 조명 장치(40)에 의해 조명되고, 표시될 정보 또는 장면에 따라 광을 변조한다. 그런 다음 SLM은, 여기서 렌즈 소자로서 도시된 광학계(41)에 의해 무한대로 이미징된다. 이는, SLM의 단일 픽셀로부터 나오는 광선이 서로 평행하게 연장되는 것을 의미한다. 이러한 광선은 이어서 광 인커플링 장치(43)에 의해 광 가이드(42) 내로 인커플링되고, 상기 광선이 광 아웃커플링 장치(44)에 의해 다시 광 가이드(42)로부터 아웃커플링될 때까지 반사에 의해 광 가이드(42) 내에서 전파된다. 도 16에서 볼 수 있는 바와 같이, 2개의 제어 가능한 브래그-편광 격자가 제공되며, 상기 편광 격자들은 광 아웃커플링 장치(44)와 여기에서도 눈으로서 도시된 관찰자(45) 사이에 배치된다. 이 실시예에서 2개의 제어 가능한 브래그-편광 격자는, 즉 관찰자(45)의 방향에서 볼 때, 광 가이드(42)의 내측 표면 또는 경계면에 배치된다. 2개의 브래그-편광 격자는 각각 편광 스위치(PS1, PS2) 및 각각 브래그-편광 격자(BP1, BP2)를 갖고, 상기 브래그-편광 격자(BP1, BP2)는 렌즈 소자로서 형성되거나 렌즈 기능을 갖는다.
도 16a)에서 2개의 편광 스위치(PS1 및 PS2)는, 광 아웃커플링 장치(44) 뒤에 광 방향으로 제공된 제 1 브래그-편광 격자(BP1)가 입사광을 1차 회절 차수로 회절시키고 후속해서 배치된 제 2 브래그-편광 격자(BP2)는 입사광을 0차 회절 차수로 편향시키도록 제어 또는 전환된다. 이러한 방식으로, 관찰자(45)로부터 제 1 거리에 SLM의 영상(46)이 생성된다.
도 16b)에서 편광 스위치(PS1 및 PS2)는 이제 다른 방식으로, 제 1 브래그-편광 격자(BP1)가 입사광을 0차 회절 차수로 편향시키고 또는 정렬하도록 및 제 2 브래그-편광 격자(BP2)는 입사광을 1차 회절 차수로 회절시키도록 제어 또는 전환된다. 이러한 방식으로 관찰차(45)로부터 제 2 거리에 SLM의 영상(48)이 생성된다.
이러한 개략적으로 도시된 도 16에서 광 가이드와 SLM의 영상 사이의 거리 및 SLM의 영상의 크기는 실물 크기의 조망에 비해 각각 축소되어 도시된다. 광 가이드 자체는 일반적으로 불과 수 밀리미터의 두께이다. 눈과 광 가이드 사이의 거리는 약 25mm 내지 30mm일 수 있다. 그러나 SLM의 영상은 일반적으로 광 가이드로부터 약 20cm 내지 수 미터 이내에 떨어져서 생성될 수 있으며, 일반적으로 SLM 자체에 비해 확대된다.
또한, 2개의 브래그-편광 격자(BP1 및 BP2)를 위해 분산을 보정하기 위한 보상 격자 소자들도 제공될 수 있다.
도 16에 따른 이러한 배치는 바람직하게는 관찰자의 시선 추적과 조합하여서도 사용될 수 있다. 이 경우 예를 들어, 관찰자가 SLM의 제 2 영상보다 SLM의 제 1 영상에 더 가까운 특정 대상물을 보거나 포커싱하는 것이 감지되면, 그에 따라서 SLM의 제 1 영상(46)이 HMD에 의해 생성된다. 한편, 포커싱된 대상물이 SLM의 제 2 영상에 더 가깝거나 근처에 있으면, 그에 따라서 SLM의 제 2 영상(48)이 생성된다.
설명된 원리 또는 공개된 절차는 또한 2개 이상의 제어 가능한 브래그-편광 격자 및 2개 이상의 상 평면 또는 깊이 평면으로 확장될 수 있다. 이러한 원리는 추가의 수동형 렌즈 소자와도 조합될 수 있다. 또는 상기 원리는, 2개의 브래그-편광 격자의 2개의 렌즈 기능의 조합에 의해 관찰자에 대해 더 떨어져 있는 깊이 평면에 SLM의 영상을 생성하기 위해, 2개의 제어 가능한 브래그-편광 격자의 2개의 브래그-편광 격자도 1차 회절 차수로 편향시킬 수 있다.
HMD의 축방향으로 또는 z방향으로 이러한 방식의 추적은 물론 정밀 추적과 조합될 수도 있다. 설명된 원리는 물론 도 15에 따른 HUD에도 적용된다.
도 17에는 표시되는 장면의 관찰자가 새로운 위치로 이동하는 경우, 디스플레이 장치에 의해 생성된 가상 관찰자 영역이 적어도 하나의 제어 가능한 브래그-편광 격자에 의해 변위될 수 있는 방법, 즉 새로운 위치로 이동될 수 있는 방법이 일반적인 방식으로 도시된다. 디스플레이 장치는 바람직하게 홀로그래픽으로 표시되는 장면을 생성하기 위해 조명 장치, 적어도 하나의 SLM 및 광학계를 가지며, 이러한 소자들은 명료함을 위해 여기에 도시되지 않으며, 도 17은 가상 관찰자 영역의 추적에만 집중된다.
디스플레이 장치는 관찰자(50)의 눈 영역에 가상 관찰자 영역을 생성하여, 관찰자(50)는 이 가상 관찰자 영역을 통해 봄과 동시에 표시된 장면을 인지할 수 있다. 도 17의 상부 영역에 위치하는 관찰자(50)의 머리는 측면 방향으로, 여기에서 x방향으로, 가상 관찰자 윈도우의 대략적인 추적을 설명하기 위해 이용되며, 도 17의 하부 영역에 있는 관찰자(50)의 머리는 축방향으로, 즉 z방향으로 가상 관찰자 윈도우의 대략적인 추적을 설명하기 위해 이용된다.
관찰자(50)의 위치 변동 시 가상 관찰자 영역을 추적하기 위해 디스플레이 장치는 브래그-편광 격자(BP) 및 편광 스위치(PS)로 형성된 적어도 하나의 제어 가능한 브래그-편광 격자, 적어도 2개의 격자 소자, 여기에서는 볼륨 격자(VG1 및 VG2) 및 액정 격자(LCG)를 포함한다. 볼륨 격자(VG1 및 VG2)와 관련하여 제어 가능한 브래그-편광 격자는 여기에서 xyz 방향으로 가상 관찰자 영역의 대략적인 추적에 이용되는 반면, 액정 격자(LCG)는 가상 관찰자 영역의 정밀 추적을 위해 제공된다.
편광된 광이 브래그-편광 격자(BP)와 관련하여 편광 스위치(PS)에 부딪치면, 이 광은 주어진 편광에 따라 브래그-편광 격자에 의해 0차 회절 차수로 또는 1차 회절 차수로 회절되거나 편향된다.
가상 관찰자 영역의 대략적인 추적을 위해 각각 상이한 좁은 각도 선택성을 갖는 볼륨 격자(VG1, 및 VG2)는 상이한 측면 초점 또는 상이한 초점 거리를 가진 필드 렌즈로서 형성되므로, 광은 따라서 z방향으로 상이하게 포커싱될 수 있다. 조명 장치로부터 방출되고 SLM에 의해 변조된 입사광의 편광은, 브래그-편광 격자(BP)가 광을 0차 회절 차수 또는 1차 회절 차수로 편향하도록, 편광 스위치(PS)를 이용해서 설정된다. 볼륨 격자(VG1 및 VG2)의 입사각은, 높은 회절 효율을 갖는 볼륨 격자, 예를 들어 볼륨 격자(VG1)가 브래그-편광 격자(BP)의 0차 회절 차수의 광을 제 1 z-평면으로, 예를 들어 관찰자(50)가 도 17의 상부 영역에 위치하는 z-평면으로 포커싱하도록 설정 또는 설계된다. 추가 볼륨 격자, 예를 들어 볼륨 격자(VG2)는 브래그-편광 격자(BP)의 1차 회절 차수의 광을 높은 회절 효율로 다른 z평면으로, 예를 들어 관찰자(50)가 도 17의 하부 영역에 위치한 z평면으로 포커싱한다. 요구되는 z평면으로 광을 포커싱하는 렌즈 기능을 가진 격자 소자들은 적어도 하나의 제어 가능한 브래그-편광 격자를 사용하여 제어될 수 있다.
예를 들어 여기에서 도시된 바와 같이 x방향으로 가상 관찰자 영역의 대략적인 추적을 위해 광의 편광은, 브래그-편광 격자(BP)가 입사광을 0차 회절 차수 또는 1차 회절 차수로 편향시키도록 편광 스위치(PS)를 이용해서 설정된다. 입사광은 브래그-편광 격자(BP)에 결합된 편광 스위치(PS)의 스위칭 상태에 따라 2개의 서로 다른 각도로 편향된다. 이러한 2개의 편향 각도는 빔 경로에 후속해서 배치된 상이한 볼륨 격자(VG1 및 VG2)의 각도 수용에 맞게 조정되므로, 볼륨 격자(VG1) 또는 볼륨 격자(VG2)가 취급되고, 광은 적절하게 편향된다. 이러한 방식으로 광은 측면 방향(x-y 방향)으로 의도대로 편향될 수 있고, 가상 관찰자 영역은 관찰자(50)의 두 머리의 도시에서 알 수 있는 바와 같이, 관찰자(50)의 새로운 위치에 따라 변위될 수 있다.
대략적인 추적의 두 가지 가능성, 즉 측면 방향 추적 및 축방향 추적은 서로 조합될 수 있다. 또한, 대략적인 추적은 액정 격자(LCG)에 의해 수행될 수 있는 가상 관찰자 영역의 정밀 추적과 조합될 수 있다.
본 발명은 여기에 도시된 실시예로 제한되지 않는다. 실시 형태 또는 실시예들의 다른 조합도 가능하다. 결론적으로 특히, 전술한 실시예들은 청구된 교리를 설명하는 데에만 이용되며, 이들은 실시예에 한정되어서는 안 된다는 점에 주목해야 한다.

Claims (37)

  1. 3차원 장면을 표시하기 위한 디스플레이 장치로서, 적어도 하나의 조명 장치, 적어도 하나의 공간 광 변조 장치 및 적어도 하나의 브래그-편광 격자를 포함하며, 상기 브래그-편광 격자는 적어도 하나의 복굴절 층을 가지며, 입사광은 적어도 20°의 편향 각도로 편향될 수 있는 것인 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 브래그-편광 격자는 ≥ ±10도의 넓은 각도 선택성 및 ±150nm의 넓은 파장 선택성과 관련하여 η > 80%의 높은 회절 효율을 갖는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 적어도 하나의 브래그-편광 격자는 벌크 광 정렬 공정에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 브래그-편광 격자는 0.7㎛ 내지 2㎛ 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 브래그-편광 격자는 Λ < 1㎛의 격자 주기를 갖는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 조명 장치로부터 방출되는 광의 파장이 가시 범위 이내, 바람직하게는 400nm 내지 700nm인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 입사광의 편광 상태를 변경시킬 수 있는 적어도 하나의 편광 스위치가 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  8. 제 5 항에 있어서, 적어도 하나의 브래그-편광 격자는 적어도 하나의 편광 스위치와 조합되고, 제어 가능한 브래그-편광 격자로서 형성되고, 상기 브래그-편광 격자의 스위칭 상태에 따라 입사광이 편향되거나 편향되지 않은 상태로 상기 편광 격자로부터 아웃커플링되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 브래그-편광 격자에 의해 광은 0차 회절 차수로 또는 1차 회절 차수로 편향될 수 있고, 1차 회절 차수로 편향된 광의 편광 상태는 브래그-편광 격자에 부딪치는 광의 편광 상태와 다른 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 장면들의 컬러 표현에서 광의 분산을 보상하기 위해 적어도 하나의 보상 격자 소자가 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 반사성으로 형성된 공간 광 변조 장치의 전면 광 조명을 생성하기 위해 공간 광 변조 장치를 균일하게 조명될 수 있도록 서로 결합된 적어도 2개의 브래그-편광 격자와 하나의 광 가이드가 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 광 가이드 내로 광의 인커플링을 위해 제 1 브래그-편광 격자가 제공되고, 상기 광은 반사 하에 전파되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 광은 전반사 하에 광 가이드 내에서 전파되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  14. 제 11 항, 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 반사 하에 광 가이드 내에서 전파되는 광의 아웃커플링을 위해 제 2 브래그-편광 격자가 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 광 가이드와 공간 광 변조 장치 사이에 광 방향으로 편광 스위치 또는 파장판이 제공되고, 상기 편광 스위치/상기 파장판은 광 가이드로부터 아웃커플링된 광의 편광 상태를 변경하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  16. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 투과성으로 형성된 공간 광 변조 장치의 조명의 생성을 위해, 공간 광 변조 장치가 균일하게 조명될 수 있도록 서로 결합된 적어도 2개의 브래그-편광 격자와 하나의 광 가이드가 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  17. 제 11 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 광의 인커플링을 위한 브래그-편광 격자와 광 가이드로부터 광의 아웃커플링을 위한 브래그-편광 격자는 동일한 광학 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 광의 인커플링을 위한 브래그-편광 격자와 광 가이드로부터 광의 아웃커플링을 위한 브래그-편광 격자는 동일한 격자 주기 및/또는 동일한 격자 두께 및/또는 격자 평면들의 동일한 기울기를 갖는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  19. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 광학계가 제공되고, 상기 적어도 하나의 광학계는 관찰자가 표시된 장면을 인지할 수 있는 가상 관찰자 영역을 생성하기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  20. 제 1 항 내지 제 10 항 및 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 광학계가 제공되고, 상기 광학계는 공간 광 변조 장치의 세그먼트들로 구성된 다중 이미징이 생성될 수 있도록 형성되고, 상기 다중 이미징은 시야를 결정하고, 상기 시야 내에 공간 광 변조 장치에서 코딩된 장면의 정보가 가상 관찰자 영역을 통해 관찰하기 위해 재구성될 수 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 적어도 하나의 브래그-편광 격자는 적어도 하나의 편광 스위치와 조합되고, 적어도 하나의 제어 가능한 브래그-편광 격자로서 형성되고, 상기 적어도 하나의 제어 가능한 브래그-편광 격자의 하나의 스위칭 상태에서 공간 광 변조 장치의 세그먼트들로 구성된 다중 이미징의 하나의 세그먼트가 생성될 수 있고, 적어도 하나의 제어 가능한 브래그-편광 격자의 다른 스위칭 상태에서 다른 세그먼트가 생성될 수 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  22. 제 21 항에 있어서, 광 가이드가 제공되고, 상기 광 가이드에 의해 그리고 적어도 하나의 광학계와 함께 공간 광 변조 장치의 세그먼트들로 구성된 다중 이미징이 생성될 수 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  23. 제 22 항에 있어서, 광 가이드 내로 인커플링된 광은 반사 하에 광 가이드 내에서 전파되고 적어도 하나의 제어 가능한 브래그-편광 격자에 의해 광 가이드로부터 아웃커플링될 수 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  24. 제 23 항에 있어서, 적어도 하나의 편광 스위치는 구조화된 편광 스위치로서 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  25. 제 22 항에 있어서, 광 가이드 내로 광의 인커플링을 위해 적어도 하나의 제어 가능한 브래그-편광 격자가 제공되고, 상기 적어도 하나의 제어 가능한 브래그-편광 격자는 브래그-편광 격자 및 편광 스위치로 형성되고, 상기 제어 가능한 브래그-편광 격자에 의해 입사광이 광 입사각에서 1차 회절 차수로 회절 가능한 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  26. 제 25 항에 있어서, 광 입사각은 전반사의 임계각보다 큰 값을 갖는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  27. 제 25 항에 있어서, 적어도 2개의 브래그-편광 격자의 스택이 제공되고, 상기 적어도 2개의 브래그-편광 격자는 각각 편광 스위치에 결합되고, 광 가이드에서 다양한 입사각이 생성될 수 있고, 반사 하에 광 가이드 내에서 광이 전파되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 .
  28. 제 19 항, 제 20 항 또는 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 2개의 브래그-편광 격자가 제공되고, 상기 편광 격자들은 각각 격자 평면들을 갖는 격자 구조를 가지며, 상기 2개의 브래그-편광 격자는, 이들의 격자 평면들이 서로 규정된 각도를 형성하도록 서로에 대해 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  29. 제 28 항에 있어서, 적어도 2개의 브래그-편광 격자는 상이한 격자 주기를 갖는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  30. 제 28 항 또는 제 29 항에 있어서, 적어도 2개의 브래그-편광 격자는 적어도 2개의 편광 스위치에 결합되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  31. 제 20 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서, 공간 광 변조 장치의 다중 이미징의 생성된 세그먼트들은 실질적으로 갭 없이 서로 인접하게 배치되거나 서로 부분적으로 중첩하고, 중첩 영역들은 생성될 장면의 정보를 공간 광 변조 장치 내로 코딩 시 고려될 수 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  32. 제 19 항에 있어서, x방향, y방향 및/또는 z방향으로 가상 관찰자 영역의 대략적인 추적을 위해 적어도 하나의 광학계와 관련하여 적어도 하나의 브래그-편광 격자가 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  33. 제 1 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서, 브래그-편광 격자로서 형성되고 편광 스위치에 결합되는 적어도 하나의 렌즈 소자가 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  34. 제 33 항에 있어서, 브래그-편광 격자로서 적어도 하나의 렌즈 소자는 상이한 국부적 격자 주기를 가진 격자 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  35. 제 33 항 또는 제 34 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 렌즈 소자는 z방향으로 가상 관찰자 영역을 추적하기 위한 필드 렌즈로서 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  36. 제 1 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서, 디스플레이 장치는 홀로그래픽 디스플레이 장치로서 또는 스테레오스코픽 디스플레이 장치로서 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  37. 제 1 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서, 디스플레이 장치는 직시형 디스플레이로서, 헤드 업 디스플레이로서 또는 헤드 마운티드 디스플레이로서 형성되고, 이러한 2개의 디스플레이 장치는 헤드 마운티드 디스플레이를 형성하고, 관찰자의 왼쪽 눈과 관찰자의 오른쪽 눈에 각각 할당되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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