KR20210002657U - 에어갭이 없는 수직 니어 아이 디스플레이 - Google Patents

Abstract

니어 아이 디스플레이는 이미지 각도 시야 및 물리적 출사 개구의 대향 단부들을 정의하는 제1 및 제2 극단 광선, 및 상기 이미지 각도 시야의 중간점을 정의하는 주 광선을 포함하는 복수의 광선들이 투과되는 상기 출사 개구를 갖는 프로젝터를 포함한다. 상기 니어 아이 디스플레이는 길이를 따라 제1 평행한 표면 및 제2 평행한 표면을 갖는 광-유도 광학 소자(LOE), 및 상기 한 쌍의 평행한 표면들에 대해 비스듬히 기울어진 반사기를 더 포함한다. 상기 니어 아이 디스플레이는, 상기 복수의 광선들 각각이, 미리 결정된 진입 지점에서 상기 제1 평행한 표면을 통해 상기 LOE에 진입하고, 미리 결정된 반사 지점에서 상기 LOE의 제1 평행한 표면에 반사되고, 이어서 상기 LOE 내에서 내부 전반사를 겪는 순서로 구성된 광 경로를 따르도록 배열되고, 여기서 상기 제1 극단 광선의 반사 지점은 상기 제2 극단 광선의 진입 지점을 넘어서 위치된다.

Description

에어갭이 없는 수직 니어 아이 디스플레이

본 발명은 니어 아이 디스플레이(near-eye display)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 에어갭(air-gap) 없는 수직 니어 아이 디스플레이에 관한 것이다.

일부 니어 아이 디스플레이 시스템에서, 소형 이미지 프로젝터는 시준된 이미지에 대응하는 광을 광-유도 광학 소자(light-guide optical element, "LOE") 내로 주입한다. 이미지는 내부 전반사(total internal reflection, "TIR")에 의해 LOE 내에서 전파되고, 결국 일련의 상호 평행 비스듬한 부분 반사 표면들 또는 회절 소자들에 의해 관찰자의 눈에 결합된다.

일부 경우에, 이미지가 전파되는 LOE의 길이가 프로젝터의 출사 광축에 수직으로 배향되는 것이 바람직하다. 이러한 배향은 프로젝터를 빠져나가는 전체 이미지 시야(full image field of view)가 LOE의 입력 개구(input aperture)를 향해 반사되어야 하는 특정한 난제들을 나타낸다. 반사 후에 LOE 내의 광선들 각각의 TIR을 보장하기 위해, LOE는 일반적으로 에어갭에 의해 프로젝터로부터 분리된다. 그러나, 수직 니어 아이 디스플레이의 일부 어플케이션에서, 니어 아이 디스플레이는 에어갭이 없는 아키텍처(architecture)를 사용하여 구성되는 것이 바람직하거나 필요할 수도 있다.

본 발명의 일 양태에 따른 니어 아이 디스플레이가 제공된다. 상기 니어 아이 디스플레이는, 이미지 각도 시야(image angular field view) 및 물리적 출사 개구(physical exit aperture)의 대향 단부들을 정의하는 제1 및 제2 극단 광선(extreme ray), 및 상기 이미지 각도 시야의 중간점을 정의하는 주 광선(chief ray)을 포함하는 복수의 광선들이 투과되는 상기 출사 개구를 갖는 프로젝터; 길이를 따라 제1 평행한 표면 및 제2 평행한 표면을 포함하고, 상기 주 광선의 광축에 실질적으로 수직으로 배향된 광-유도 광학 소자(LOE); 및 상기 프로젝터로부터의 광을 상기 LOE에 커플-인(couple-in)하기 위해 상기 한 쌍의 평행한 표면들에 대해 비스듬히 기울어지고, 상기 LOE에 인접한 프리즘의 표면에 적어도 부분적으로 구비되는 반사기를 포함하고, 여기서 상기 니어 아이 디스플레이는, 상기 복수의 광선들 각각이, 상기 각각의 광선과 연관된 미리 결정된 진입 지점에서 상기 제1 평행한 표면을 통해 상기 LOE에 진입하고, 상기 각각의 광선과 연관된 미리 결정된 반사 지점에서 상기 LOE의 제1 평행한 표면에 반사되고, 이어서 상기 LOE 내에서 내부 전반사를 겪는 순서로 구성된 광 경로를 따르도록 배열되고, 상기 LOE의 길이를 따라, 상기 제1 극단 광선과 연관된 반사 지점은 상기 제2 극단 광선과 연관된 진입 지점 넘어서 위치된다.

일부 양태에 따르면, 상기 프로젝터의 출구 개구는 상기 제2 극단 광선과 연관된 진입 지점 이후이지만, 상기 제1 극단 광선의 반사 지점 이전인 지점에서 상기 제1 평행한 표면의 길이를 따라 종료한다.

일부 양태에 따르면, 상기 제1 평행한 표면의 일부분은 반사층으로 코팅되고, 상기 일부분은 상기 제1 극단 광선의 반사 지점을 포함하고, 상기 제2 극단 광선의 진입 지점을 포함하지 않는다.

일부 양태에 따르면, 상기 반사층은 금속 코팅 또는 유전체 코팅 중 하나를 포함한다.

일부 양태에 따르면, 상기 니어 아이 디스플레이는 상기 프로젝터의 적어도 일부분과 상기 제1 평행한 표면 사이에 개재된 웨지 프리즘(wedge prism)을 더 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 니어 아이 디스플레이가 제공된다. 상기 니어 아이 디스플레이는 이미지 각도 시야 및 물리적 출사 개구의 대향 단부들을 정의하는 제1 및 제2 극단 광선, 및 상기 이미지 각도 시야의 중간점을 정의하는 주 광선을 포함하는 복수의 광선들이 투과되는 상기 출사 개구를 갖는 프로젝터; 길이를 따라 제1 평행한 표면 및 제2 평행한 표면을 포함하고, 상기 주 광선의 광축에 실질적으로 수직으로 배향된 광-유도 광학 소자(LOE) - 상기 LOE는 제1 굴절률(refractive index, "RI")을 가짐 -; 상기 제1 평행한 표면의 제1 부분을 따라 상기 프로젝터와 상기 제1 평행한 표면 사이의 중간층 - 상기 중간층은 상기 제1 RI보다 더 낮은 제2 RI를 가짐 -; 및 상기 프로젝터로부터의 광을 상기 제2 평행한 표면을 통해 상기 LOE로 재지향시키도록 구성된 커플링-인 소자(coupling-in element)를 포함하고, 여기서 상기 니어 아이 디스플레이는, 상기 복수의 광선들 각각이, 상기 각각의 광선과 연관된 미리 결정된 진입 지점에서 상기 제1 평행한 표면을 통해 상기 LOE에 진입하고, 상기 각각의 광선과 연관된 미리 결정된 반사 지점에서 상기 LOE의 제1 평행한 표면에 반사되고, 이어서 상기 LOE 내에서 내부 전반사를 겪는 순서로 구성된 광 경로를 따르도록 배열되고, 상기 LOE의 길이를 따라, 상기 제1 극단 광선과 연관된 반사 지점은 상기 제2 극단 광선과 연관된 진입 지점 이전에 위치된다.

일부 양태에 따르면, 상기 커플링-인 소자는 상기 한 쌍의 평행한 표면들에 대해 비스듬하게 경사진 반사기를 포함한다.

일부 양태에 따르면, 상기 반사기는 상기 LOE에 인접한 프리즘의 표면에 적어도 부분적으로 구비된다.

일부 양태에 따르면, 상기 커플링-인 소자는 회절 격자를 포함한다.

일부 양태에 따르면, 상기 중간층은 접착층 또는 투명 플레이트(plate) 중 하나를 포함한다.

일부 양태에 따르면, 상기 니어-아이 디스플레이는 상기 제2 극단 광선과 연관된 진입 지점을 넘어서는 상기 제1 평행한 표면의 제2 부분을 따라 상기 프로젝터와 상기 제1 평행한 표면 사이에 반사층을 더 포함한다.

일부 양태에 따르면, 상기 반사층은 금속 코팅 또는 유전체 코팅 중 하나를 포함한다.

본 발명을 이해하고 그것이 실제로 어떻게 수행될 수 있는지를 알기 위해, 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 비제한적인 예들을 통해 설명될 것이다.
도 1은 수직 니어 아이 디스플레이 시스템의 평면도를 개략적으로 도시한다;
도 2는 종래 기술에 따른 수직 니어 아이 디스플레이의 단면도를 개략적으로 도시한다;
도 3A는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수직 니어 아이 디스플레이의 단면도를 개략적으로 도시한다;
도 3B는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수직 니어 아이 디스플레이의 단면도를 개략적으로 도시한다;
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 수직 니어 아이 디스플레이의 단면도를 개략적으로 도시한다;
도 5A 및 도 5B는 본 발명의 제4 실시예에 따른 수직 니어 아이 디스플레이의 단면도를 개략적으로 도시한다; 및
도 5C 및 도 5D는 도 5A 및 도 5B에 도시된 실시예에서 표면(14A)의 반사 시에 TIR을 겪는 데 필요한 광선들의 입사각의 범위를 개략적으로 도시한다.

다음 상세한 설명에서, 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부사항들이 제시된다. 그러나, 본 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 이러한 특정 세부사항 없이 실시될 수도 있다는 것을 이해할 것이다.　다른 경우에서, 잘 알려진 방법들, 절차들 및 구성요소들은 본 발명을 모호하게 하지 않도록 상세히 설명되지 않았다.

도 1은 관찰자의 머리(10)에 착용된 니어 아이 디스플레이 시스템의 평면도를 개략적으로 도시한다. 니어 아이 디스플레이 시스템은 프로젝터(12) 및 각각의 눈에 대한 연관된 LOE(14)를 포함한다. 인체공학적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 프로젝터(12)가 그것의 연관된 LOE(14)에 수직(또는 수직에 가깝게)되는 것이 종종 바람직하다. "수직"은 이미지가 LOE를 빠져나가는 광의 빔에 대략 수직인 축을 따라 LOE 내에서 전파됨을 의미합니다.

도 2는 기존의 수직 니어 아이 디스플레이의 단면도를 개략적으로 도시한다. 프로젝터 내에 포함된 이미지 커플링-아웃 광학 소자(예를 들어, 시준 광학계, 편광 빔 스플리터(polarizing beam splitter) 등)에 대응하는 프로젝터 광학계(12)(이하, 간단히 "프로젝터"로 지칭됨)는 주 광선(16A) 및 이미지 각도 시야(FOV)의 외부 경계들을 정의하고 마찬가지로 프로젝터(12)의 출사 개구의 대향 단부들에서 물리적으로 투과되는 극단 광선들에 대응하는 2개의 광선들(16B, 16C)을 투과시켜, 어떠한 광도 광선들(16B, 16C)을 넘어 프로젝터를 빠져나가지 않는다. 프로젝터(12)는 명료함을 위해 도 2에서 생략된 많은 다른 광선들을 16B와 16C 사이에 투과시킨다는 것이 당업자에 의해 이해되어야 한다. 2축 개구 확장의 경우에, 여기서 "프로젝터"로서 도시된 소자는 실제로 다른 LOE 일 수 있고(즉, 도 2의 페이지 내로 연장), 여기서 도시된 광선들은, 부분 반사 패싯들(facets) 또는 회절 소자들에 의해, LOE(14)의 대응하는 넓은 치수로(즉, 페이지 내로) 제1 LOE의 길이를 따라 제1 LOE로부터 커플-아웃(coupled- out)된다.

광선들(16A, 16B, 16C)의 각각은 반사기(18)로부터 LOE(14)를 향해 반사된다. 반사기(18)는 프리즘(19)에 의해 지지될 수 있다. 반사기(18)는, 광선들이 LOE 내에 트랩(trapped)되고, LOE의 주 평행한 표면들 사이의 TIR(Total Internal Reflection)에 의해 LOE를 따라 전파되도록 LOE(14)의 입력 개구(32)를 향해 광선들 각각을 반사시키도록 미리 결정된 위치 및 각도로 배향된다. 광선(16B)이 반사기 상의 비교적 높은 지점에서 반사기(18)에 닿기(hit) 때문에, 광선(16B)은 프로젝터를 향해 즉시 다시 반사된다. 따라서, 지점(20)에서의 광선(16B)을 (프로젝터(12)에 진입하기보다는) LOE의 입력 개구를 향해 재지향시키기 위해, 프로젝터는 에어갭(22)에 의해 프리즘(19)으로부터 분리된다. 프리즘(19)과 에어갭(22) 사이의 굴절률(RI)의 차이는 광선(16B)이 LOE(14)의 입력 개구를 향해 프리즘 (19)의 표면에서 반사되게 한다. 에어갭의 기능이 광선(16B)을 참조해서만 설명되었지만, 에어갭은 다른 광선들에 대해서도 마찬가지로 요구된다.

그러나, 일부 경우에서, 수직 니어 아이 디스플레이가 에어갭이 없는 아키텍처를 사용하여 구성되는 것이 바람직할 수 있다. 에어갭이 없는 니어 아이 디스플레이의 이점들 중 일부는 더 높은 제조 정밀도 및 환경 조건들의 변동에 대한 취약성의 감소를 포함한다.

도 3A 및 도 3B는 본 발명의 실시예들에 따른 에어갭이 없는 수직 니어 아이 디스플레이의 단면도를 개략적으로 도시한다. 니어 아이 디스플레이는 이미지 각도 시야 및 물리적 출사 개구의 대향 단부들을 정의하는 극단 광선들(16B, 16C) 및 이미지 각도 시야의 중간점을 정의하는 주 광선(16A)을 포함하는 복수의 광선들이 투과되는 출사 개구(12A)를 갖는 프로젝터(12)를 포함한다.

니어 아이 디스플레이는 LOE의 길이를 따라 2개의 평행한 표면들(14A, 14B)을 갖는 LOE를 더 포함한다. LOE는 주 광선(16A)의 광축에 실질적으로 수직으로 배향된다. "실질적으로 수직"은 어느 방향으로든 최대 약20도의 회전 오프셋(rotational offset)을 포함한다. 프로젝터(12)로부터의 광선들은 표면(14A)을 통해 LOE에 진입한다. 프로젝터(12)의 출구 개구(12A)와 LOE(14)의 표면(14A) 사이에 에어갭이 존재하지 않는다.

니어 아이 디스플레이는 프로젝터(12)로부터의 광을 표면(14B)을 통해 LOE(14)로 커플-인하기 위해 한 쌍의 평행한 표면들(14A, 14B)에 대해 비스듬하게 경사진 반사기(18)를 더 포함한다. 반사기(18)는 LOE(14)와 프리즘(19) 사이에 에어갭이 존재하지 않도록 LOE(14)에 인접하고 표면(14B)에 접합되는 프리즘(19)의 표면에 적어도 부분적으로 구비될 수 있다. 일부 실시예에서, 프리즘(19)이 종료하는 표면(14B)의 길이를 따른 지점(32A)은 표면(14B)에 반사되는 광선들이 LOE 내에서 TIR을 겪는 LOE(14)를 따라 "컷오프(cut-of)"를 정의한다.

니어 아이 디스플레이는, 프로젝터(12)를 빠져나가는 복수의 광선들 각각이, 각각의 광선과 연관된 진입 지점을 정의하는 제1 미리 결정된 지점에서 표면(14A)을 통해 LOE(14)에 진입하고, 각각의 선과 연관된 반사 지점을 정의하는 제2 미리 결정된 지점에서 표면(14)에 반사되고, 이어서 LOE 내의 표면들(14A, 14B) 사이에서 TIR을 겪는 순서로 구성되는 광 경로를 따르도록 배열된다. 도 3A 및 도 3B에 도시된 바와 같이, 각각의 반사 지점들에서 표면(14A)에 반사되기 전에, 광선들 중 적어도 일부는 표면(14B)을 통해 LOE를 빠져나갈 것이고, 반사기(18)에서 LOE을 향해 다시 반사될 것이고, 표면(14B)을 통해 LOE로 재진입할 것이다.

아래에서 설명될 바와 같이, 에어갭이 없는 아키텍처에서 광선(16B)(뿐만 아니라 16B에 가깝고 평행한 광선들)의 TIR을 달성하기 위해, 니어-아이 디스플레이는, 극단 광선(16B)이 표면(14A)에 반사되는 미리 결정된 지점(20)이, 극단 광선(16C)이 표면(14A)을 통해 LOE에 진입하는 미리 결정된 지점(24) 넘어서 LOE의 길이를 따라 위치되도록 배열된다.

프로젝터와 프리즘 사이의 LOE(14)의 개재는 도 2에 도시된 종래 기술의 구성에 비해 프로젝터(12)로부터 반사기(18)로의 더 긴 광선 경로를 초래한다. 더 긴 광선 경로로 인해, 반사기(18)에서 반사된 후, 광선(16B)은 광선(16C)의 진입 지점(24)을 넘어서는 표면(14A)의 길이를 따라 반사 지점(20)에서 LOE표면(14A)에 닿는다. 지점(20)이 광선들이 프로젝터의 개구를 빠져나가는 가장 먼 지점을 넘어서면, 광선(16B)(뿐만 아니라 16B에 가까운 광선들)은 지점(20)으로부터 반사 시에 TIR을 겪도록 강제될 수 있다. 예를 들어, 도 3A에 도시된 바와 같이, 공기 공간(26)은 지점(24)을 넘어 프로젝터의 출구 개구(12A)의 일부분을 트리밍(trimming)함으로써 지점(20)에 대향하여 생성될 수 있다. 대안적으로, 도 3B에 도시된 바와 같이, 반사층(28)은 지점(20)을 포함하지만 지점(24)을 포함하지 않는 표면(14A)의 일부분에 접합될 수 있다. 반사층은 금속(예를 들어, 은) 또는 유전체 코팅일 수 있다. 다른 종류의 반사층들 또한 가능하다.

도 4는 웨지 프리즘(34)이 프로젝터(12)와 LOE(14) 사이에 도입되는 대안적인 실시예를 개략적으로 도시한다. 이 실시예에서, 프로젝터는 LOE에 대해 경사진 배향 (예를 들어, 주 광선(16A)에 의해 정의된 바와 같음)에 있고, 광선들(16A 내지 16C) 각각은 도 3A 및 도 3B의 대응하는 지점들보다 낮은 각각의 지점들에서 반사기(18)에 닿는다. 이 경우, 프리즘(19)의 크기가 감소될 수 있으며, 이는 인체공학적으로 바람직할 수 있다. 프리즘(34)의 쐐기각(wedge angle), 또는 보다 일반적으로, LOE의 주 표면들(14A, 14B)에 대한 투영된 이미지의 광축의 각도 오프셋(angular offset)은 작고, 일반적으로 1도 내지 15도이고, 이에 의해 이미지 주입의 거의 수직인 전체 기하학적 형상을 유지한다.

도 4에 도시된 실시예는 프리즘(19)이 LOE(14)를 따라 더 낮게 연장되고, TIR이 공기와는 대조적으로 제2 반사층(30)에 의해 지점(32)에 도입되는 또 다른 양태(웨지 프리즘(34)과는 무관함)를 추가로 도입한다.

도 5A 및 도 5B는 접착 코팅, 또는 대안적으로 투명 플레이트로 이루어진 중간층(40)이 표면(14A)과 프로젝터(12) 사이의 계면의 제1 부분 사이에 접합되는 또 다른 실시예를 개략적으로 도시한다. 제1 부분은 극단 광선(16B)의 반사 지점(20)뿐만 아니라 극단 광선(16C)의 진입 지점(24)을 포함한다. 중간층(40)은 LOE(14)의 RI(예를 들어, RI=1.6)보다 낮은 RI(예를 들어, RI=1.4)를 가져서, 에어갭을 모방하고, 이미지 시야의 적어도 제1 부분, 특히 광선(16B)과, 도시된 바와 같이 표면(14A)의 최상부 위치들에서 표면(14A)에 반사되는, 기판의 주 표면들에 대해 가장 얕은 각도를 갖는 광선(16B)에 가까운 광선들에 대한 TIR을 생성한다.

니어 아이 디스플레이는 프로젝터로부터의 광을 표면(14B)을 통해 LOE로 재지향시키도록 구성되는 표면(14)의 일부분을 따라 커플링-인 소자(18')를 더 포함한다. 이 경우, 커플링-인 소자(18')는 도 5A에 도시된 바와 같은 반사 표면을 갖는 프리즘, 또는 대안적으로 도 5B에 도시된 것과 같은 회절 소자(예를 들어, 회절 격자)일 수 있다.

일부 실시예에서, LOE는, (표면(14A)으로부터의 반사 시에 TIR을 겪도록 강제되는 의미에서) 접착층(40)에 의해 트랩되지 않을 더 가파른 각도로 표면(14A)의 하부 부분들에서 반사되는 이미지 시야의 제2 부분에 대한 TIR를 생성하기 위해, 반사층(28)이 (일부 실시예에서 제1 부분과 부분적으로 중첩될 수 있는) 표면(14A)의 제2 부분에 적용되는 것을 포함한다. 대안적으로, 프로젝터(12)는, 표면(14A)의 하부 부분들에서 반사되는 이미지 시야의 제2 부분(즉, 중간층이 LOE 내의 TIR을 위해 트랩하지 않았을 더 가파른 각도로 LOE의 표면에 닿는 광선들)에 대한 TIR를 생성하기 위해, 광선(16C)의 진입 지점(24)을 넘어선 지점에서 트리밍될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 부분 및 제2 부분은 부분적으로 중첩될 수 있다. 즉, 중간층(40) 및 반사층(28)은 부분적으로 중첩될 수 있다.

보다 명확하게 하기 위해, 접착층(40)이 TIR을 강제하는데 효과적인 입사각의 범위를 도시하는 도 5C 및 도 5D를 참조한다. 도 5C에 도시된 바와 같이, 입사각(42)은 입사 광선과 LOE의 평행한 표면들에 대한 법선 사이의 각도를 지칭한다. 이제 도 5D를 참조하면, 공기에 의해 둘러싸인 RI=1.6을 갖는 LOE를 가정하면, TIR에 대한 임계 입사각은 대략 38.6도이다. 따라서, 38.6도 내지 90도의 입사각을 갖는 범위(44) 내의 광선들은 TIR을 겪을 것이다. 그러나, RI=1.4을 갖는 접착층에 의해 둘러싸이면, 임계각은 61도가 되고, 따라서 61도 내지 90도의 입사각을 갖는 광선들은 TIR을 겪을 것이다. 실제로는, 접착층을 사용하여, 표면(14A)에 닿는 광선 각도의 전체 범위는 x-축 (대략 41.3도 내지 대략 66도)을 따라 음영 영역(48)을 통해 도시된다. 덧붙여 말하면, LOE 내의 대략 24.7도(즉, 41.3도 내지 66도)의 각도 시야 폭은 스넬(Snell) 법칙 근사를 사용하여 공기 중에서 대략 40도의 주입된 이미지 시야에 대략적으로 대응한다. 이미지의 높은 각도 섹션(section)은 더 얕은 입사각(50)을 갖고, 도 5A에서 16B에 평행한 광선들에 관련되는 반면, 낮은 각도 섹션은 가파른 입사각(52)에 관련되고, 광선(16C)에 평행한 광선들과 연관된다.

TIR을 겪기 위해 필요한 광선들의 입사각의 범위(48) 내에서, RI=1.4을 갖는 접착층(40)은 범위(54) 내의 광선들, 즉 표면(14A)에서의 입사각이 61도 내지 66도인 광선들에 대해 TIR을 강제하는데 효과적이다. 따라서, 반사층(28)(또는 대안적으로 프로젝터의 트리밍)은 61도 미만의 각도, 즉 대략 41.3 내지 61도의 범위에서 14A에 닿는 광선들에 필요하다.

따라서, 이 실시예에서, 임계각(예를 들어, 상기 예에서 61도) 초과의 입사각(상기 정의된 바와 같음)을 갖는 이미지 각도 시야의 제1 부분에서의 광선들은 LOE의 RI보다 더 낮은 RI를 갖는 중간층(40)을 통해 표면(14A)으로부터의 반사 시에 TIR을 겪도록 강제된다. 반면에, 임계각 미만의 입사각들(상기 정의된 바와 같음)을 갖는 이미지 각도 시야의 제2 부분에서의 광선들은 반사층(28)에 의해서 또는 표면(14A)이 공기와의 계면을 공유하는 LOE 더 아래에 있는 표면(14A)을 따라 지점들에 닿음으로써 표면(14A)으로부터의 반사 시에 TIR을 겪도록 강요받는다.

도 5A 및 도 5B에 도시된 실시예는, 도 3A 및 도 3B에서 도시된 실시예들에 비해, 접착층(40)이 입사각에 기초하여 광선들을 선택적으로 반사 또는 투과시킬 것이기 때문에 광선(16B)이 LOE 표면(14A)에 반사되는 지점이 심지어 광선(16C)이 LOE 표면(14A)을 통해 투과되는 지점 이전에 있을 수 있다는 추가적인 이점을 갖는다. 또한, 프로젝터 출구 개구(12A)의 크기는 광선(16B)의 TIR을 손상시키지 않고 감소될 수 있다.

접착제를 사용한 TIR의 정확한 각도 범위와 그에 따른 반사층(28)의 공간적 배치는 Zemax™ 소프트웨어 또는 LightTools™와 같은 수치적 비순차적 시뮬레이션 도구를 사용하여 정의할 수 있습니다.

본 명세서에 상세히 설명된 모든 예들이 반사 또는 부분 반사 표면들에 의한 기판에 대한 이미지들의 커플링-인 및 커플링-아웃 에 기초하지만, 동일한 원리들이 당업계에 공지된 바와 같은 대응하는 변형을 사용하여, 이미지들의 커플링-인 및 커플링-아웃을 위해 사용되는 회절 소자들의 맥락에서 동등하게 구현될 수 있다는 것을 유의해야 한다. 예를 들어, 경사진 커플링-인 반사기는 일반적으로 기판의 주 표면 상에 또는 그에 평행한 회절 표면으로 대체될 것이다. 이러한 모든 변형은 본원의 개시내용에 기초하여 당업자의 역량 내에서 이루어진다.

Claims (12)

1. 이미지 각도 시야 및 물리적 출사 개구의 대향 단부들을 정의하는 제1 및 제2 극단 광선, 및 상기 이미지 각도 시야의 중간점을 정의하는 주 광선을 포함하는 복수의 광선들이 투과되는 상기 출사 개구를 포함하는 프로젝터;
   길이를 따라 제1 평행한 표면 및 제2 평행한 표면을 포함하고, 상기 주 광선의 광축에 실질적으로 수직으로 배향된 광-유도 광학 소자(LOE); 및
   상기 프로젝터로부터의 광을 상기 LOE에 커플-인하기 위해 상기 한 쌍의 평행한 표면들에 대해 비스듬히 기울어지고, 상기 LOE에 인접한 프리즘의 표면에 적어도 부분적으로 구비되는 반사기를 포함하고,
   상기 니어 아이 디스플레이는, 상기 복수의 광선들 각각이, 상기 각각의 광선과 연관된 미리 결정된 진입 지점에서 상기 제1 평행한 표면을 통해 상기 LOE에 진입하고, 상기 각각의 광선과 연관된 미리 결정된 반사 지점에서 상기 LOE의 제1 평행한 표면에 반사되고, 이어서 상기 LOE 내에서 내부 전반사를 겪는 순서로 구성된 광 경로를 따르도록 배열되고,
   상기 LOE의 길이를 따라, 상기 제1 극단 광선과 연관된 반사 지점은 상기 제2 극단 광선과 연관된 진입 지점 넘어서 위치되는 니어아이 디스플레이.
2. 제 1항에 있어서, 상기 프로젝터의 출구 개구는 상기 제2 극단 광선과 연관된 진입 지점 이후이지만 상기 제1 극단 광선의 반사 지점 이전인 지점에서 상기 제1 평행한 표면의 길이를 따라 종료하는, 니어 아이 디스플레이.
3. 제1 항에 있어서, 상기 제1 평행한 표면의 일부분은 반사층으로 코팅되고, 상기 일부분은 상기 제1 극단 광선의 반사 지점을 포함하고, 상기 제2 극단 광선의 진입 지점을 포함하지 않는, 니어 아이 디스플레이.
4. 제3항에 있어서, 상기 반사층은 금속 코팅 또는 유전체 코팅 중 하나를 포함하는, 니어 아이 디스플레이.
5. 제1항에 있어서, 상기 프로젝터의 적어도 일부분과 상기 제1 평행면 사이에 개재된 웨지 프리즘을 더 포함하는, 니어 아이 디스플레이.
6. 이미지 각도 시야 및 물리적 출사 개구의 대향 단부들을 정의하는 제1 및 제2 극단 광선, 및 상기 이미지 각도 시야의 중간점을 정의하는 주 광선을 포함하는 복수의 광선들이 투과되는 상기 출사 개구를 포함하는 프로젝터;
   길이를 따라 제1 평행한 표면 및 제2 평행한 표면을 포함하고, 상기 주 광선의 광축에 실질적으로 수직으로 배향된 광-유도 광학 소자(LOE) - 상기 LOE는 제1 굴절률(refractive index, "RI")을 가짐 -;
   상기 제1 평행한 표면의 제1 부분을 따라 상기 프로젝터와 상기 제1 평행한 표면 사이의 중간층 - 상기 중간층은 상기 제1 RI보다 더 낮은 제2 RI를 가짐 -; 및
   상기 프로젝터로부터의 광을 상기 제2 평행한 표면을 통해 상기 LOE로 재지향시키도록 구성된 커플링-인 소자를 포함하고
   상기 니어 아이 디스플레이는, 상기 복수의 광선들 각각이, 상기 각각의 광선과 연관된 미리 결정된 진입 지점에서 상기 제1 평행한 표면을 통해 상기 LOE에 진입하고, 상기 각각의 광선과 연관된 미리 결정된 반사 지점에서 상기 LOE의 제1 평행한 표면에 반사되고, 이어서 상기 LOE 내에서 내부 전반사를 겪는 순서로 구성된 광 경로를 따르도록 배열되고,
   상기 LOE의 길이를 따라, 상기 제1 극단 광선과 연관된 반사 지점은 상기 제2 극단 광선과 연관된 진입 지점 이전에 위치되는 니어 아이 디스플레이.
7. 제6항에 있어서, 상기 커플링-인 소자는 상기 한 쌍의 평행한 표면들에 대해 비스듬하게 경사진 반사기를 포함하는, 니어 아이 디스플레이.
8. 제7항에 있어서, 상기 반사기는 상기 LOE에 인접한 프리즘의 표면에 적어도 부분적으로 구비되는, 니어 아이 디스플레이.
9. 제6항에 있어서, 상기 커플링-인 소자는 회절 격자를 포함하는, 니어-아이 디스플레이.
10. 제6항에 있어서, 상기 중간층은 접착층 또는 투명 플레이트 중 하나를 포함하는, 니어 아이 디스플레이.
11. 제6항에 있어서, 상기 제2 극단 광선과 연관된 진입 지점을 넘어서는 상기 제1 평행한 표면의 제2 부분을 따라 상기 프로젝터와 상기 제1 평행한 표면 사이에 반사층을 더 포함하는, 니어 아이 디스플레이.
12. 제11항에 있어서, 상기 반사층은 금속 코팅 또는 유전체 코팅 중 하나를 포함하는, 니어 아이 디스플레이.

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