KR20210102344A - 투영 시스템에서 투영을 위해 제공되는 홀로그래픽 광학 소자(hoe)를 제조하기 위한 방법, 이러한 홀로그래픽 광학 소자, 투영 장치, 데이터 안경용 안경 렌즈 및 이러한 데이터 안경 - Google Patents

투영 시스템에서 투영을 위해 제공되는 홀로그래픽 광학 소자(hoe)를 제조하기 위한 방법, 이러한 홀로그래픽 광학 소자, 투영 장치, 데이터 안경용 안경 렌즈 및 이러한 데이터 안경 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 투영 시스템에서 투영을 위해 제공되는 홀로그래픽 광학 소자(HOE)(210)를 제조하기 위한 방법(100)에 관한 것이다. 이 방법(100)에 따르면, 두 가지 이상의 상이한 구성에 대해 제1 가우시안 빔(212) 및 제2 가우시안 빔(214)이 하나의 홀로그래픽 필름(200) 상에서 간섭하게 함으로써 홀로그램(210)이 기록된다. 이 경우, 제1 가우시안 빔(212)은, 두 가지 이상의 상이한 구성을 위해 HOE(210)를 재구성하는 재구성 빔과 동일한 레퍼런스 빔(reference beam)이다. 또한, 제2 가우시안 빔(214)은, 재구성 빔을 이용하여 HOE(210)를 재구성할 때 투영 시스템 내에서 투영을 위해 사용되는 투영 빔과 동일한 오브젝트 빔(object beam)이다. 두 가지 이상의 상이한 구성에 대해 제2 가우시안 빔(214)을 위해 하나 이상의 빔 특성이 사전 설정되고, 이들 빔 특성은 각각 투영 시스템의 사전 설정된 투영 특성에 좌우된다.

Description

투영 시스템에서 투영을 위해 제공되는 홀로그래픽 광학 소자(HOE)를 제조하기 위한 방법, 이러한 홀로그래픽 광학 소자, 투영 장치, 데이터 안경용 안경 렌즈 및 이러한 데이터 안경
본 발명은, 투영 시스템에서 투영을 위해 제공되는 홀로그래픽 광학 소자(HOE)를 제조하기 위한 방법, 이러한 홀로그래픽 광학 소자, 투영 장치, 데이터 안경용 안경 렌즈 및 이러한 데이터 안경에 관한 것이다.
공보 DE 2016 201 567 A1호에는 데이터 안경용 투영 장치가 개시되어 있다. 이 투영 장치는, 제1 이미지 정보를 나타내는 하나 이상의 제1 광선 및 제2 이미지 정보를 나타내는 하나 이상의 제2 광선을 생성하기 위한 이미지 생성 유닛을 포함한다. 제1 광선과 제2 광선은 빔 발산과 관련하여 서로 구별된다. 또한, 제1 이미지 정보와 제2 이미지 정보는 지각 가능한 이미지 선명도와 관련하여 서로 구별된다. 또한, 상기 투영 장치는, 눈의 제1 가시 범위 내에서 제1 광선을 사용하여 제1 이미지 정보를 표시하도록, 그리고 눈의 제1 가시 범위 밖에 있는 제2 가시 범위 내에서 제2 광선을 사용하여 제2 이미지 정보를 표시하도록 구성된 하나 이상의 편향 소자를 포함한다.
고전적인 아날로그 홀로그램인 구면파 디플렉터의 경우, 예를 들어 발산 및 수렴 구면파를 이용한 기록 시 하나의 홀로그래픽 레이어가 조명될 수 있음으로써, 상기 두 구면파 중 하나를 이용하여 재생할 때 광이 제2 수렴 구면파 내로 편향되는 방식으로 상기 홀로그래픽 레이어에서 회절된다. 이 방법은, 반사 법칙을 따르지 않는 구성에서 광의 편향을 가능하게 한다.
예컨대 포인트 소스의 위치에서 시작하여 가우시안 빔에 의해 상기와 같은 HOE가 국부적으로 조명되면, 이 빔은, 구면파 디플렉터의 기록을 위해 사용된 수렴 구면파가 도달하게 될 타깃 포인트의 방향으로 편향된다.
그 밖에도 종래 기술로부터는, 홀로그래픽 편향 소자를 기반으로 하는 근안 디스플레이(Near-To-Eye Display)가 공지되어 있다.
홀로그래픽 편향 소자를 기반으로 하는 또 다른 근안 디스플레이가 레티나 스캐너 디스플레이(RSD: Retina Scanner Display)로서 공지되어 있고, 빔을 다시 사용자의 동공으로 편향시키는 홀로그래픽 편향 소자 위의 빔을 스캐닝하기 위해 (적어도) 하나의 MEMS 미러를 사용하며, 그 결과 광자극(light stimulus)이 광원 및 미러의 표적 제어에 의해 망막에 직접 배치될 수 있다.
헬멧 장착형 혹은 헤드 장착형(HMD) 또는 헤드 착용형 디스플레이(HWD)의 개발은 20세기의 60년대부터 활발한 연구 분야였다. 그 발현 중 하나가 가상현실(VR: Virtual Reality) 시스템이다. 그러나 다른 무엇보다, 업무와 일상생활에서 상황에 따른 개별화된 정보 제공의 흥미로운 가능성을 약속하는 증강 현실(AR: Augmented Reality) 또는 혼합 현실 장치의 개발이다.
높은 비용 및 부피가 큰 광학 장치로 인해, HMD는 오늘날까지 주로 군사 분야에서 사용되고 있다. 물론 시민 전문가 그룹과 소비자도 일상생활 및 여가 시간에 편리하고 저렴한 HMD 장치의 혜택을 누릴 수 있다. 그러나 지금까지 대규모로 생산되어 시장에 성공적으로 출시된 소비자 제품은 없었다. 여기서 가장 큰 문제는, 예컨대 광학적 사양과 기계적 사양에 대한 요건들이 상호 영향을 미치는 점이다. 현재 시장에는 두 가지 상이한 유형의 HMD가 있다. 하나는 이미징 및 감지 시스템이 가급적 작게 유지되는, 그리고 그러한 이유로 제한된 기능 범위만을 갖는 가볍고 편리한 HMD다. 다른 하나는, 상대적으로 부피가 큰 광학 장치를 구비하고 필요에 따라 복수의 센서 및 카메라와 결합되는 HMD로서, 이들 HMD는 주변 환경 인식과 중첩된 이미지 정보 간의 상호 작용 및 더욱 정교한 이미지 표시를 가능하게 하지만, 훨씬 더 크고 무거우며 취급에 있어서 덜 인체 공학적이다.
가급적 공간 절약적인 구조적 형상을 갖는 정교한 이미징을 실현하기 위한 한 가지 접근 방식은 레이저 기반의 망막 스캐너이다. 대부분의 다른 컨셉과 달리, 이 경우에는 디스플레이 면의 이미지를 이미징 시스템을 통해 사용자의 시야로 페이드인(fade-in)하는 이미징 광학 장치가 사용되지 않는다. 그 대신, 이 경우에는 하나 이상의 레이저 소스를 사용해서, 다색 시스템의 경우에는 복수의 레이저 소스를 사용해서도, 빔이 생성되며, 이 빔은 MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System) 미러를 통해 편향되고, 미러의 편향에 의해 망막 위로 스캐닝될 수 있다. 이로써, 사람의 시각 체계 내에서의 대기 시간(latency time)에 의해, 미러 및 레이저 소스의 표적 제어를 통해 하나의 평면 이미지 또는 중첩된 이미지 콘텐츠(image contents)의 인상(impression)이 생성될 수 있다. 이러한 시스템 컨셉의 장점은, 광학 부품 수가 적고, 게다가 이들 광학 부품이 설치 공간을 많이 필요로 하지 않는다는 점이다.
가우시안 빔의 자유 공간 전파는 주로 빔 웨이스트(beam waist)의 파장 및 반경에 의해 결정되는 점이 공지되어 있다. 굴절 렌즈를 통한 가우시안 빔의 전파는 무엇보다 입사 빔의 파장 및 빔 웨이스트를 이용해서, 그리고 이미징 광학 장치 내에서의 물체측 후초점 거리(back focal length)와 유사하게 렌즈의 초점 거리(back focal length) 및 렌즈와 관련한 빔 웨이스트의 위치를 이용해서 기술된다.
예컨대 구면파 디플렉터와 같은 고전적인 아날로그 홀로그래픽 편향 소자를 가우시안 빔으로 조명할 때, 이 가우시안 빔은 상응하는 입사각에서 반사각으로 편향되며, 여기서는 일반적으로 반사각이 입사각과 같지 않다. 하지만, 홀로그래픽 레이어의 회절은, 대등한 거리에 걸쳐 자유 공간 전파로부터의 전파 거동의 편차를 야기할 수 있는 추가 위상 항(phase term)의 각인(imprint)으로 이어진다.
그로 인해, 예컨대 빔 웨이스트의 반경 및 위치와 같은 중요한 빔 파라미터가, 예상되는 시스템 특성과의 상당히 큰 편차를 야기할 수 있는 자유 공간 전파에 추가하여, HOE에 의해 영향을 받게 된다. 특히, 구면파 디플렉터에 의해 편향된 가우시안 빔의 빔 프로파일은 일반적으로 비대칭이다.
본원 방법은, 투영 시스템에서 투영을 위해 제공되는 홀로그래픽 광학 소자를 제조하는 데 이용된다. 이 경우, 투영 시스템 또는 프로젝터는, 2차원 템플릿, 예컨대 이미지를 투영면 또는 이미지 표면으로 투영하는 광학 장치일 수 있다. 투영 시스템은 망막 스캐너일 수도 있다.
본원 방법에 따르면, 두 가지 이상의 상이한 구성에 대한 제1 가우시안 빔과 제2 가우시안 빔이 하나의 홀로그래픽 필름상에서 간섭하게 함으로써, 홀로그램이 기록된다.
이 경우, 각각의 구성에 대해 홀로그래픽 필름에서의 간섭은 서브 홀로그램이 기록될 때까지 노출된다. 일반적으로, 서로 다른 구성들 간의 이동 시, 제1 및 제2 가우스 빔을 생성하는 레이저(들)는 꺼진다. 대안적으로 또는 추가로, 레이저(들)는 이동식 스크린에 의해 차단될 수 있으며, 그리고/또는 이동식 미러를 통해 일시적으로 빔 트랩(beam trap) 내로 우회될 수 있다.
제1 또는 제2 가우시안 빔의 적어도 2개의 상이한 구성의 각각의 구성은 하나 이상의 빔 특성에 의해 특성화된다.
바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 하나 이상의 빔 특성은 전파 방향, 빔 웨이스트의 크기 또는 빔 웨이스트의 위치를 포함하는 목록으로부터 선택된다. 본원에서, 가우시안 빔에 대한 빔 웨이스트의 크기는, 전파 방향에 수직인 직교 공간 방향을 따라 상이할 수 있다. 즉, x-축을 위한 빔 웨이스트와 y-축을 위한 빔 웨이스트가 있을 수 있다. 상기 두 빔 웨이스트의 위치는 전파 방향을 따라서 상이할 수 있다. 또한, HOE 상에서의 타원율 또는 빔 반경도 전술한 목록의 일부일 수 있다.
본원에서 가우시안 빔은 공간 기본 모드(TEM00)로 이해된다. 여기서는 전파 방향에 수직인 제1 공간 방향을 따르는 강도 프로파일(intensity profile)이 가우시안 분포이다. 상기 제1 공간 방향을 x-축이라고 할 수 있다. 이때, z축으로 불리는 전파 방향을 따르는 분포는 특정 포인트(xO)에 빔 웨이스트를 갖는다. 가우시안 빔은, 제1 공간 방향에 대해 수직이고 y-축으로 불리는 제2 공간 방향을 따라서도 마찬가지로 가우스형 강도 분포를 갖는다. 하지만, z-축을 따라 상기 분포가 최소로 팽창되는 지점이 반드시 포인트(xO)과 일치할 필요는 없으며, 오히려 yO로 불리는 다른 지점일 수 있다. 일반적으로, xy-평면에서는 이와 같은 가우스 빔의 강도 분포가 타원형이다.
각각의 구성은 상이한 빔 파라미터에 의해 특성화될 수 있다. 예컨대, 각각의 구성은 빔 파라미터의 한 부분 집합(subset)에 대해 동일하거나 같은 빔 파라미터를 가질 수 있고, 빔 파라미터의 상보적인 부분 집합에 대해서는 상이한 빔 파라미터를 가질 수 있다. 이와 관련한 일례는 예를 들어, 각각의 구성에 대한 전파 방향은 상이하지만, 빔 파라미터는 그와 달리 같거나 사전 설정된 범위 내에서 같은데, 예컨대 빔은 각각의 구성에 대해 회전 대칭일 수 있고, HOE로부터의 빔 웨이스트의 거리는 각각의 구성에 대해 같을 수 있다. 또 다른 일례는, 제2 가우시안 빔이 모든 구성에 대해, 예컨대 반사 소자의 모든 각도 위치에 대해 유사한 타원율을 갖는 것, 다시 말해 모든 각도 위치에 대한 타원율이 사전에 결정된 범위 내에 있는 것일 수 있다.
제1 가우시안 빔은, 두 가지 이상의 상이한 구성에 대해, HOE를 재구성하는 레퍼런스 빔(reference beam) 또는 재구성 빔과 동일한 레퍼런스 빔이다. 재구성 빔은 상이한 구성들에 대해 상이한 빔 특성을 가질 수 있다. 따라서, 재구성 빔은 상이한 구성들에 대해 각각 상이한 광학 장치를 갖춘 상이한 레이저의 도움으로 생성될 수 있다.
바람직하게, 제1 가우시안 빔은 망막 스캐너 내에서 사용될 수 있는 스캐닝 유닛을 이용하여 홀로그래픽 필름으로 향한다. 이때, 제1 가우시안 빔은 바람직하게 레이저 빔 소스의 도움으로 생성되며, 생성된 레이저 빔은 반사 소자의 도움으로 홀로그래픽 필름으로 향한다. 상기 반사 소자는 대안적으로 스캐닝 미러 또는 MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System) 미러로 불릴 수 있다.
또한, 반사 소자와 HOE 사이에 광학 소자가 배치되지 않는 것이 바람직하다. 광학 소자는, 공기를 통한 광선 전파와는 다르게 변하는 빔 특성을 갖는 장치이다. 또한, 생성된 홀로그램 또는 HOE는 동일한 스캐닝 유닛을 구비한 데이터 안경에서 사용되는 것이 바람직하다.
또한, 제2 가우시안 빔은, 재구성 빔을 이용해서 HOE를 재구성할 때, 투영 시스템에서 투영을 위해 사용되는 투영 빔과 동일한 오브젝트 빔(object beam)이다.
본원 방법에 따르면, 투영 빔에 대한 두 가지 이상의 상이한 구성에 대해 하나 이상의 빔 특성이 사전 설정되며, 이들 빔 특성은 각각 투영 시스템의 사전 설정된 투영 특성에 좌우된다.
본원 방법을 통해 바람직하게는, 이 방법을 사용하여 제조된 HOE가, 사전 설정되어 정확하게 정의된 빔 특성을 갖는 가우시안 빔을 이용한 국소 조명을 통해, 특히 투영 시스템의 요건에 정확하게 매칭될 수 있는 가우시안 빔을 생성할 수 있는 점이 달성된다.
본원 방법의 바람직한 일 실시예에 따르면, 제1 가우시안 빔이 사전 설정된 제1 각도로 그리고 제2 가우시안 빔이 사전 설정된 제2 각도로 홀로그래픽 필름을 조명하고, 그 결과 제1 가우시안 빔 및 제2 가우시안 빔이 홀로그래픽 필름을 각각 국부적으로, 즉, 공간적으로 제한된 지점에서 조명하게 됨으로써 HOE가 제조된다.
HOE에 입사하는 가우시안 빔이 또 다른 가우시안 빔으로 편향되는 특성으로 인해, 이 방법으로 제조된 HOE를 홀로그래픽 가우시안 빔 디플렉터라고도 한다.
또 다른 바람직한 일 실시예에 따르면, 제2 가우시안 빔에 대한 멱함수가 최적화된다. 이로써, 제2 가우시안 빔의 사전 설정된 특성이 최적화될 수 있으며, 특히 투영 시스템에 매칭될 수 있다.
또 다른 바람직한 일 실시예에 따르면, 멱함수는, 두 가지 이상의 상이한 구성에 대해 그리고 HOE와 투영면 사이의 사전 설정된 각각 하나의 지점에 대해, 하나 이상의 빔 특성으로부터 파생된 변수인 피가수(summand)를 각각 갖는 가중 합계 함수이다. 이때, 하나 이상의 빔 특성으로부터 파생된 변수는 예컨대 스팟 크기, 가우시안 빔의 대칭, 스팟의 타원율, 또는 하나 이상의 빔 특성으로부터 파생된 다른 변수들일 수 있다. 또 다른 파생 변수는 하나의 파생 변수의 수학적 함수일 수 있는데, 예컨대 스팟의 타원율의 절대 제곱일 수 있다. 전술한 멱함수는 바람직하게, 모든 상이한 구성에 대해 제2 가우시안 빔의 적합한 특성화를 달성한다.
바람직한 일 실시예에 따르면, 홀로그램은 반사 홀로그램이거나 반사 홀로그램을 구비한다. 이와 같은 특징은 다른 무엇보다, HOE가 예컨대 안경 렌즈상에서 망막 스캐너 내에 사용될 수 있다는 장점을 갖는다.
바람직한 일 실시예에 따르면, 홀로그래픽 필름은 평평하게 또는 평평한 기판, 즉, 캐리어 기판상에 배치되며, 특히 도포된다. 대안적으로, 홀로그래픽 필름은 구부러지거나 휘어질 수 있는데, 특히 안경 렌즈의 표면과 똑같이 구부러질 수 있다. 이를 통해, 본원 방법에 의해 제조된 HOE는 안경 렌즈 상에서 망막 스캐너 내에 사용될 수 있게 된다.
HOE는 전술한 방법에 따라 제조된다. HOE는 전술한 투영 시스템에서 사용될 수 있다. 전술한 방법을 사용하여 제조된 이와 같은 HOE는, 예컨대 망막 스캐너 또는 다른 휴대용 근안 디스플레이(Near-Eye Display)에서 사용될 수 있다.
투영 장치는 데이터 안경용으로 제공된다. 본원에서, 투영 장치는, 광선을 방출하는 광원; 하나의 광선을 데이터 안경 사용자의 수정체의 방향으로 편향시킴으로써 그리고/또는 상기 하나의 광선을 포커싱함으로써 상기 사용자의 망막으로 이미지를 투영하기 위해, 데이터 안경의 안경 렌즈에 배치되어 있거나 배치될 수 있는 HOE; 그리고 광선을 HOE 상으로 반사하기 위한 빔 편향 소자;를 구비한다.
바람직하게, HOE는 전술한 홀로그래픽 광학 소자이다.
안경 렌즈는 데이터 안경용으로 제공되며, 이 경우 홀로그래픽 광학 소자는 안경 렌즈의 표면에 배치된다. 이 경우, HOE는 바람직하게 사용자 또는 사용자의 눈을 향하는 안경 렌즈의 표면에 배치된다.
데이터 안경은 선행하는 청구항에 따른 하나 이상의 안경 렌즈를 구비한다. 바람직하게, 데이터 안경은 전술한 투영 장치를 구비한다.
HOE, 안경 렌즈 및 데이터 안경은 전술한 방법과 동일하거나 유사한 장점들을 갖는다.
본 발명의 실시예들은 도면들에 도시되어 있고, 이하의 상세한 설명부에서 더 상세하게 설명된다.
도 1a는 하나의 기록을 도시하고, 도 1b는 종래 기술의 구면파 디플렉터의 의 재구성을 도시한 도면이다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 가우시안 빔이 구면파 디플렉터에 충돌하는 경우의 구면파 디플렉터의 편향 거동을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 HOE의 기록을 위한 장치를 도시한다.
도 5는 도 4에 그 형성이 도시되어 있는 HOE의 재구성을 도시한다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 HOE의 기록을 위한 장치를 도시한다.
도 7은 도 6에 그 형성이 도시되어 있는 HOE의 재구성을 도시한다.
도 8은 일 실시예에 따른 투영 장치의 개략도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 데이터 안경의 개략적인 등각 투영도이다.
도 1에서 부분 도면 도 1a은 하나의 기록을 보여주고, 부분 도면 도 1b는 HOE의, 특히 편향 HOE(본 경우에는 종래 기술의 구면파 디플렉터)의 재구성 또는 재생을 보여준다. 부분 도면 도 1a에서는, 2개의 구면파의 광원이 간섭되는 홀로그래픽 필름(200)을 볼 수 있다. 제1 구면파(204)는 발산하고, 포인트(202)로부터 방출되며, 부분 도면 도 1a의 관점에서 볼 때 우측으로부터 홀로그래픽 필름(200)에 충돌한다. 제2 구면파(208)는 수렴되고, 부분 도면 도 1a의 관점에서 볼 때 좌측으로부터 홀로그래픽 필름(200)에 충돌하며, 홀로그래픽 필름(200)이 없는 경우에는 포인트(206)로 포커싱될 것이다. 따라서, 홀로그래픽 필름(200) 상에 하나의 간섭 패턴이 기록되고, 이 간섭 패턴으로부터 HOE(210), 특히 편향 HOE 또는 구면파 디플렉터(211)가 생성된다.
부분 도면 도 1b에는, 이제 최종 HOE(210), 특히 편향 HOE에 충돌하는 발산 구면파(204)의 도움으로 어떻게 수렴 구면파(208)가 재구성되는지가 도시되어 있다.
도 2에는, 입사되는 가우시안 빔을 위한 편향 소자로서 종래 기술에 따른 구면파 디플렉터(211)가 어떻게 국부적으로 이용되는지가 도시되어 있다.
도 2a에는, 도 1a 및 도 1b의 도면과 동일한 도 2a의 관점에서 볼 때 구면파 디플렉터(211) 상의 맨 위에 충돌하는 가우시안 빔이 포인트(206)로 어떻게 회절되는지가 도시되어 있다. 도 2b에는, 구면파 디플렉터(211) 상의 중앙에 충돌하는 가우시안 빔이 포인트(206)로 어떻게 회절되는지가 도시되어 있다. 도 2c에는, 구면파 디플렉터(211) 상의 맨 아래에 충돌하는 가우시안 빔이 어떻게 포인트(206)로 회절되는지가 도시되어 있다. 또한, 구면파 디플렉터(211)의 홀로그래픽 레이어에서의 회절은 추가 위상 항의 각인으로 이어지며, 상기 추가 위상 항은 상황에 따라 대등한 거리에 걸쳐 자유 공간 전파로부터 전파 거동의 편차를 야기할 수 있다. 그로 인해, 예컨대 빔 웨이스트의 반경 및 위치와 같은 중요한 빔 파라미터가 자유 공간 전파에 추가로 구면파 디플렉터(211)에 의해 영향을 받게 될 수 있으며, 이는 예상되는 시스템 특성과의 상당히 큰 편차를 야기할 수 있다.
도 3은, 투영 시스템 내에 투영을 위해 제공되는 홀로그래픽 광학 소자(HOE)의 제조 방법(300)을 보여준다.
제1 단계(310)에서, 주어진 투영 시스템을 위해 사용될 투영 빔이 어떠한 빔 특성을 가져야 하는지가 결정된다. 본 경우에는, 회전 대칭의 빔 특성이 최적화된다. HOE(210)에 의해 편향된, 오브젝트 빔이라고도 불리는 제2 가우시안 빔은 사용된 상이한 구성들에 대해 투영 빔과 동일하다.
그 다음 단계(320)에서는, 제2 가우시안 빔을 투영 시스템에 매칭시키기 위해 제2 가우시안 빔에 대한 멱함수가 최적화된다. 이 경우, 멱함수는, 상이한 구성에 대해 그리고 HOE(210)와 투영면 사이의 각각 사전 설정된 지점에 대해, 개별 빔의 타원율에 대한 척도인 피가수를 각각 갖는 가중 합계 함수이다. 이 최적화로부터, 상이한 구성들에 대한 제2 가우시안 빔의 필요한 빔 특성이 얻어진다.
다음 단계(330)에서는, 제1 가우시안 빔과 제2 가우시안 빔이 상이한 구성에 대해 하나의 평평한 홀로그래픽 필름에서 간섭됨으로써 하나의 반사 홀로그램이 기록된다. 이 경우, 제1 가우시안 빔 및 제2 가우시안 빔은 서로 상이한 측으로부터 필름으로 조사된다.
본 실시예에서 제1 가우시안 빔은, 상이한 구성들에 대해 투영 시스템 내에서 HOE(210)를 재구성하는 재구성 빔과 동일한 레퍼런스 빔이다.
도 4는, 세 가지 상이한 구성에 대해, 제1 가우시안 빔(212) 및 제2 가우시안 빔(214)이 홀로그래픽 필름(200)에서 어떻게 간섭하게 되는지를 보여주는데, 이와 같은 간섭에 의해 홀로그램, HOE(210), 특히 편향 HOE가 기록된다.
제1 가우시안 빔(212)뿐만 아니라 제2 가우시안 빔도 레이저 빔 소스(104)의 도움으로 생성되며, 이 레이저 빔 소스는 먼저 콜리메이터(114)에 의해 시준된 다음에 적절한 초점 길이의 렌즈(115)의 도움으로 포커싱된다. 제1 가우시안 빔(212)의 빔 파라미터를 상응하게 준비하기 위해서는, 본 도면에 도시되지 않은 또 다른 광학 장치가 필요할 수 있다. 일반성의 상실 없이, 통상의 기술자는 제1 가우시안 빔(212) 또는 제2 가우시안 빔(214)의 필요한 빔 파라미터를 실험적으로 변경하고 확정할 수 있다고 가정할 수 있다.
본 실시예에서, 제1 가우시안 빔(212)은, 세 가지 상이한 구성에 대해 투영 시스템 내에서 HOE를 재구성하는 재구성 빔(216)과 동일한 레퍼런스 빔이다. 재구성 빔은 이하에서 설명될 도 5에서 볼 수 있다. 세 가지 상이한 구성에 대해, 제1 가우시안 빔(212)은 상이한 빔 특성을 가질 수 있다.
제2 가우시안 빔(214)은, 재구성 빔(216)을 이용해서 HOE(210)를 재구성할 때, 투영 시스템 내에서 투영을 위해 사용되는 투영 빔(218)과 동일한 오브젝트 빔이다. 세 가지 상이한 구성에 대해, 제2 가우시안 빔(214)은 상이한 빔 특성을 가질 수 있다.
세 가지 상이한 구성에 대해, 제2 가우시안 빔(214) 또는 투영 빔(218)에 대해서는 빔 웨이스트 및 상기 빔 웨이스트의 위치와 같은 빔 특성이 사전 설정된다. 투영 빔(218)의 이와 같은 빔 특성은 투영 시스템의 사전 설정된 투영 특성에 좌우된다.
제1 가우시안 빔(212) 및 제2 가우시안 빔(214)의 제1 구성에서는, 제1 가우시안 빔(212) 및 제2 가우시안 빔(214)이 제1 위치(220)에서 홀로그래픽 필름(200)에 충돌한다. 제1 가우시안 빔(212) 및 제2 가우시안 빔(214)의 제2 구성에서는, 제1 가우시안 빔(212) 및 제2 가우시안 빔(214)이 제2 위치(222)에서 홀로그래픽 필름(200)에 충돌한다. 제1 가우시안 빔(212) 및 제2 가우시안 빔(214)의 제3 구성에서는, 제1 가우시안 빔(212) 및 제2 가우시안 빔(214)이 제3 위치(224)에서 홀로그래픽 필름(200)에 충돌한다. 따라서, 제1 위치(220), 제2 위치(222), 그리고 제3 위치(224)에서 서브 홀로그램이 기록된다. 3개의 서브 홀로그램의 기록 후에 최종 HOE(210)가 생성된다.
도 5에서는, 도 4를 참조하여 그 기록을 설명했던 HOE(210)가 어떻게 재생되거나 재구성되는지를 볼 수 있다. HOE(210)의 기록 시 사용된 제1 가우시안 빔(212)은 도 5에 도시된 재구성 빔(216)과 동일하다. 재구성 빔(216)이 HOE(210)에 충돌하면, 이 재구성 빔은 HOE(210)에 의해 투영 빔(218)으로 편향되며, 이는 HOE(210)의 기록을 위해 사용되었던 제2 가우시안 빔(214)과 동일하다. 이는 세 가지 구성 모두에 적용된다.
도 5의 HOE(210)는, 도 2a, 도 2b 또는 도 2c의 HOE(210)에 비해 투영 빔(218)이 회전 대칭이라는 장점이 있다.
도 6은 실질적으로 도 4에 상응한다. 다만, 레이저 빔 소스(104)에 의해 방출되어 콜리메이터(114)에 의해 시준되고, 렌즈(115)에 의해 포커싱된 레이저 빔이 스캔 가능한 빔 편향 소자(226)에 의해 상이하게 편향됨으로써, 제1 가우시안 빔(212)의 세 가지 구성이 하나의 동일한 레이저 빔에 의해 생성되었다는 점에서, 제1 가우시안 빔(212)의 세 가지 구성이 상이하다. 제2 가우시안 빔(214)의 세 가지 구성도 마찬가지로, 레이저 빔 소스(104)가 콜리메이터(114) 및 렌즈(115)와 함께 포인트(206)를 중심으로 피벗됨으로써, 단일 레이저 빔 소스(104)에 의해 생성된다. 이는 도 6에 화살표(P)로 명시되어 있다.
도 7은, 도 6에서 설명된 방법에 의해 얻어진 HOE(210)의 재구성 또는 재생을 보여준다.
도 8은, 투영 장치(100)의 기본 기능 방식을 보여준다. 광원(104)으로서의 레이저 다이오드에 의해 방출된 광선(106)은 시준 소자(114)로서의 렌즈에 의해 시준되고, 반사 소자(112)로서의 마이크로미러의 방향으로 안내된다. 반사 소자(112)는, HOE로서 구현된 편향 소자(102)의 방향으로 광을 편향시킨다. 편향 소자(102)는 안경 렌즈(402) 상에 도포되어 있다. 편향 소자(102)에 의해 편향된 광선(106)은 이어서 눈 및 수정체(108)에 충돌하고, 이곳으로부터 광선(106)은 사용자 안구(107)의 망막(110)에 포커싱된다.
광원(104)은 안경 프레임(120)에 고정된 하우징(105) 내에 배치된다. 하우징(105)의 출구에는 시준 소자(114)가 배치된다. 광원(104), 시준 소자(114) 및 반사 소자(112)는 도면에 도시되지 않은 하나의 공통 하우징 내에 배치될 수 있으며, 이 경우 반사 소자(112)에 의해 반사된 광선(106)은 하우징의 일 측에 배치된 윈도우를 통과하여 디커플링된다. 이 하우징은 안경 다리(118) 또는 안경 프레임(120)에 부착될 수 있다.
도 9는, 일 실시예에 따른 투영 장치(100)를 갖는 데이터 안경(400)의 개략도를 보여준다. 본 실시예에서, 투영 장치(100)는 스캐너 광학 장치(152) 및 편향 소자(102)를 구비한다. 스캐너 광학 장치(152)는 하우징(105) 내에 배치되어 있고, 도면에 도시되지 않은 광선(106)을 방출 윈도우(148)를 통해 편향 소자(102)로 송출한다. 데이터 안경(400)은, 편향 소자(102)가 배치되어 있는 안경 렌즈(402)를 갖는다. 예를 들어, 편향 소자(102)는 안경 렌즈(402)의 부분으로서 구현된다. 대안적으로, 편향 소자(102)는 별도의 소자로서 구현되고, 적합한 접합 방법을 이용하여 안경 렌즈(402)와 연결된다.

Claims (12)

  1. 투영 시스템 내에 투영을 위해 제공되는 HOE(210)를 제조하기 위한 방법(300)에 있어서,
    두 가지 이상의 상이한 구성에 대해 제1 가우시안 빔(212)과 제2 가우시안 빔(214)이 하나의 홀로그래픽 필름(200) 상에서 간섭하게 됨으로써 홀로그램(210)이 기록되며,
    제1 가우시안 빔(212)은, 두 가지 이상의 상이한 구성에 대해 HOE(210)를 재구성하는 데 이용되는 재구성 빔과 동일한 레퍼런스 빔이고,
    제2 가우시안 빔(214)은, 재구성 빔을 이용하여 HOE(210)를 재구성할 때 투영 시스템 내에서 투영을 위해 사용되는 투영 빔과 동일한 오브젝트 빔이며,
    상기 두 가지 이상의 상이한 구성에 대해 제2 가우시안 빔(214)을 위해 하나 이상의 빔 특성이 사전 설정되고, 이들 빔 특성은 각각 투영 시스템의 사전 설정된 투영 특성에 좌우되는 것을 특징으로 하는, HOE 제조 방법(300).
  2. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 빔 특성은 전파 방향, 빔 웨이스트의 크기 또는 빔 웨이스트의 위치를 포함하는 목록으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, HOE 제조 방법(300).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2 가우시안 빔(214)에 대한 멱함수가 최적화되는 것을 특징으로 하는, HOE 제조 방법(300).
  4. 제3항에 있어서, 상기 멱함수는, 두 가지 이상의 상이한 구성에 대해 그리고 HOE(210)와 투영면 사이의 사전 설정된 각각 하나의 지점에 대해, 하나 이상의 빔 특성으로부터 파생된 변수인 피가수를 각각 갖는 가중 합계 함수인 것을 특징으로 하는, HOE 제조 방법(300).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 홀로그램(210)은 반사 홀로그램이거나 반사 홀로그램을 가진 것을 특징으로 하는, HOE 제조 방법(300).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 홀로그래픽 필름(200)은 평평하거나 휘어진 것을 특징으로 하는, HOE 제조 방법(300).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 방법(100)으로 제조된 홀로그래픽 광학 소자(210).
  8. 데이터 안경(400)용 투영 장치(100)로서,
    이 투영 장치가 다음의 특징들:
    광선(106)을 방출하기 위한 광원(104);
    하나의 광선(106)을 데이터 안경(400) 사용자의 수정체(108)의 방향으로 편향시킴으로써 그리고/또는 상기 하나의 광선(106)을 포커싱함으로써 상기 사용자의 망막(110)으로 이미지를 투영하기 위해, 데이터 안경(400)의 안경 렌즈(402)에 배치되어 있거나 배치될 수 있는 HOE(210); 및
    광선(106)을 HOE(210) 상으로 반사하기 위한 빔 편향 소자(226);
    를 구비한, 데이터 안경용 투영 장치(100).
  9. 제8항에 있어서, HOE(210)는 제7항에 따른 홀로그래픽 광학 소자(210)인 것을 특징으로 하는, 투영 장치(100).
  10. 데이터 안경(400)용 안경 렌즈(402)에 있어서,
    제7항에 따른 HOE(210)가 안경 렌즈(402)의 표면에 배치되는 것을 특징으로 하는, 데이터 안경용 안경 렌즈(402).
  11. 제10항에 따른 하나 이상의 안경 렌즈(402)를 가진 데이터 안경(400).
  12. 제11항에 있어서, 제8항 또는 제9항에 따른 투영 장치(100)를 더 구비한 데이터 안경(400).
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