KR20210111278A

KR20210111278A - Ar, hmd 및 hud 애플리케이션을 위한 광학 도파관들의 불-균일한 서브-동공 반사기들 및 방법들

Info

Publication number: KR20210111278A
Application number: KR1020217024427A
Authority: KR
Inventors: 아드리안 스태너드
Original assignee: 페이스북 테크놀로지스, 엘엘씨
Priority date: 2019-01-09
Filing date: 2020-01-09
Publication date: 2021-09-10
Also published as: US20200225400A1; JP2022516730A; US11662513B2; WO2020146683A1; EP3908878A4; CN113544573A; CN113544573B; EP3908878A1

Abstract

성장 패턴 모델들에 기반한 방법들은 증강 현실(AR), 머리 장착 디스플레이들(HMD) 및/또는 헤드업 디스플레이(HUD) 애플리케이션들에 대한 광학 결합기들(100, 200, 300, 400, 600, 700 및 800) 또는 다른 컴포넌트들의 반사 도트들(108)의 패턴들을 결정하는 데 활용된다. 성장된 패턴들로 배열된 반사 도트들(108)을 포함하는 광학 결합기들(100, 200, 300, 400, 600, 700 및 800)이 제공된다.

Description

AR, HMD 및 HUD 애플리케이션을 위한 광학 도파관들의 불-균일한 서브-동공 반사기들 및 방법들

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 2019년 1월 9일에 출원되고 발명의 명칭이 "Non-uniform sub-pupil reflectors and methods in Optical Waveguides for AR, HMD and HUD applications"인 미국 가출원 번호 62790458호의 이익을 주장한다. 위에서 확인된 특허 출원의 전체 내용은 마치 완전히 설명된 것처럼 본원에 참조로 포함된다.

실시예들은 광학 장치 및 방법들에 관한 것이다. 더 구체적으로 그러나 배타적이지 않은 실시예들은 반사 도트(dot)들을 포함하는 증강 현실 이미지 및/또는 가상 현실 광학 컴포넌트들에 관한 것입니다. 추가적으로 또는 대안적으로, 실시예들은 반사 도트들을 포함하는 광학 도파관들에 관한 것이다. 추가적으로 또는 대안적으로, 실시예들은 증강 현실(AR), 머리 장착 디스플레이(HMD: head mounted display)들 및/또는 헤드업 디스플레이(HUD: head up display) 애플리케이션들에 대한 광학 도파관들 또는 다른 컴포넌트들의 반사 도트들의 모양, 크기 및 분포 중 어느 하나 또는 조합을 결정하는 방법들에 관한 것이다.

광학 도파관은 많은 증강 현실 디스플레이 또는 가상 현실 시스템들의 기본 컴포넌트이다.

회절 기법들에 의존하는 기존 시스템들은 광과 이미지의 30%가 착용자와 반대 방향으로 디스플레이 밖으로 회절되게 하고, 부분 반사 시스템들은 최대 20%를 반사할 수 있다. 예를 들어 야간 작전들 동안 필요한 미광이 최소화되어야 하는 군사 애플리케이션들, 또는 일반적으로 착용자의 눈들 및 안면 표정의 가시성이 외부-결합 컴퓨터 생성 이미지에 의해 방해받는 증강 현실 애플리케이션들에서, 원하지 않는 광과 이미지가 디스플레이의 대향측으로부터 착용자에게 지향되는 것을 방지하는 개선된 광학 도파관을 제공하는 것이 필요하다.

본 출원은 MTF가 인간의 눈에 최적일 수 있고 회절 효과들이 실질적으로 감소될 수 있도록 광학 도파관들의 각각의 반사 도트의 분포 및 모양을 최적화하는 데 요구되는 분석 및 기법들을 처리한다.

반사 도트들을 포함하는 전술한 광학 도파관의 비-제한적인 예들은 발명의 명칭이 "Optical Combiner Apparatus"인 2016년 7월 8일자로 출원되고 미국 특허 출원 번호 15/206,111호, 현재 미국 공개 번호 US-2018-0011322-A1(2018년 1월 11일 공개됨)에 설명되고, 그 전체 내용들은 여기에 완전히 설명된 것처럼 참조로 포함된다.

제 1 양태에 따르면, 광학 결합기가 제공된다. 광학 결합기는 광학적 투명 기판, 및 광학적 투명 기판에 포함되고 기판의 파 전파 축을 따라 배치된 패턴화된 영역을 포함할 수 있다. 패턴화된 영역은 부분적으로 광학적으로 반사성일 수 있고 부분적으로 광학적으로 투명할 수 있다. 패턴화된 영역은 광학적 투명 기판의 복수의 광학적 투명 영역들 및 광학적 투명 기판 파 전파 축에 관하여 경사진 복수의 광학적으로 반사성 영역을 포함할 수 있다.

광학 기판에 부분적으로 광학적으로 반사성이고 부분적으로 광학적으로 투명한 패턴화된 영역을 포함함으로써, 제조가 더 쉽고 더 나은 성능을 갖는 개선된 광학 결합기들이 제공된다.

다른 양태에 따르면, 증강 현실 광학 결합기가 제공된다. 광학 결합기는 광학 이미지를 수신하고 먼 현실 세계 장면을 통해 보기 위한 투명한 광학 도파관 기판 및 수신된 광학 이미지를 반사하기 위해 투명한 광학 도파관 내에 배열된 복수의 반사 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 복수의 반사 엘리먼트들은 광학 결합기를 사용할 때 수신된 광학 이미지가 반사되어 현실 세계의 장면 뷰(view)에 중첩되어, 현실 세계 장면에 중첩된 광학 이미지를 동시에 보면서 먼 현실 세계의 장면을 볼 수 있게 하도록 배열될 수 있다.

또 다른 양태에 따르면, 증강 현실 광학 장치가 제공된다. 증강 현실 광학 장치는 머리 장착 디스플레이 및 머리 장착 디스플레이상에 지지되는 전술한 광학 결합기들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또 다른 양태들에 따르면, 광선들을 결합하는 방법들이 제공된다. 일 양태에서, 광선들을 결합하는 방법은 광학 투명 도파관 기판의 길이를 따라 상기 광학 투명 기판에 포함된 패턴 영역을 향해 제 1 광학 이미지 광선들을 전파시키는 단계; 광학 도파관 기판의 폭을 통해 제 2 광학 이미지 광선들을 투과시키는 단계; 및 상기 패턴 영역의 반사 영역들로부터 상기 기판을 따라 상이한 지점들에서 상기 제 1 광학 이미지 광선들을 상기 광학 기판으로부터 선택적으로 반사시키는 단계를 포함하고; 상기 반사된 제 1 광학 이미지 광선들은 상기 광학 투명 기판으로부터 투과된 상기 제 2 광학 이미지 광선들에 중첩된다.

제 1 광학 이미지 광선들은 컴퓨터 생성 광선들일 수 있다. 제 2 광학 이미지 광선들은 먼 현실 세계 장면에서 나올 수 있다. 패턴 영역은 이전에 설명된 패턴 영역일 수 있다.

일부 실시예들에 따르면, 광학 결합기는 복수의 광학 이미지 광선들을 포함하는 광학 이미지를 수신하고 먼 현실 세계 장면을 통해 보기 위한 투명 광학 도파관 기판으로서, 상기 투명 광학 도파관 기판은 상기 먼 현실 세계 장면의 광선들을 수신하기 위한 후면, 상기 후면과 대향하고 상기 후방 현실 세계 장면의 상기 광선들이 상기 투명 광학 도파관 기판으로부터 출사하게 하는 전면, 상기 광학 이미지를 수신하기 위한 광학 이미지 수신 단부 또는 측, 및 상기 광학 이미지 수신 측 또는 단부로부터 상기 투명 광학 도파관 기판의 체적을 따라 연장되는 광학 전파 축을 포함하는, 상기 투명 광학 도파관 기판; 상기 수신된 광학 이미지를 반사하기 위해 상기 투명 광학 도파관 기판 내에 배열된 복수의 반사 엘리먼트들로서, 상기 복수의 반사 엘리먼트들은 광학 이미지 파 전파 축에 관련하여 동일한 각도로 경사진 복수의 반사 도트들을 포함하고, 상기 복수의 반사 도트들은 광학 이미지 전파 축에 수직으로 이격되고 상기 광학 투명 기판의 체적을 따라 이격되어 횡단하는, 상기 복수의 반사 엘리먼트들; 상기 투명 광학 기판의 복수의 횡방향 연장 광학 투명 영역들을 포함하고, 상기 복수의 횡방향 연장 광학 투명 영역들은 횡방향으로 이격된 반사 도트들 사이에 두어지고; 복수의 반사 도트들 및 복수의 횡방향 연장 광학 투명 영역들은 상기 투명 광학 기판의 체적을 따라 횡방향으로 분포되어, 상기 광학 이미지 수신 단부 또는 측에 더 가까이 분포된 반사 도트들에 의해 반사되지 않은 광학 이미지 광선들이 상기 광학 투명 기판의 상기 체적을 따라 상이한 지점들에 배치된 반사 도트들에 의해 상기 광학 이미지 수신 단부 또는 측으로부터 더 멀리서 선택적으로 반사될 때까지 반사 도트들에 의해 반사되지 않고 인접한 횡방향 이격 반사 도트들 사이의 상기 횡방향 연장 광학 투명 영역들을 통해 선택적으로 통과하여, 상기 선택적으로 반사된 광학 이미지 광선들은 수신되는 광학 이미지의 반사 이미지를 함께 형성한다.

일부 양태들에 따르면, 광학 결합기가 제공된다. 광학 결합기는 광학적 투명 기판; 및 상기 광학적 투명 기판에 포함되고 상기 기판의 파 전파 축을 따라 배치된 패턴화된 영역을 포함하고; 상기 패턴화된 영역은 부분적으로 광학적으로 반사성이고 부분적으로 광학적으로 투명하고; 상기 패턴화된 영역은 상기 광학적 투명 기판의 복수의 광학적 투명 영역들 및 복수의 광학적 반사성 서브-동공 도트들을 포함하고, 상기 복수의 광학 반사 서브-동공 도트는 상기 광학적 투명 기판 파 전파 축에 관련하여 경사지고; 상기 패턴화된 영역은 성장 패턴 영역이다.

다른 양태에 따르면, 프로세스에 의해 구성된 광학 결합기가 제공된다. 프로세스는 광학적 투명 기판을 제공하는 단계; 및 상기 광학적 투명 기판에서 상기 기판의 파 전파 축을 횡단하는 적어도 하나의 공통 또는 별개의 평면에 적어도 하나의 패턴화된 영역을 통합하는 단계를 포함할 수 있고; 상기 패턴화된 영역은 부분적으로 광학적으로 반사성이고 부분적으로 광학적으로 투명하고; 상기 광학적 투명 기판에서 상기 기판의 파 전파 축을 횡단하는 적어도 하나의 공통 또는 별개의 평면에 적어도 하나의 패턴화된 영역을 통합하는 단계는 패턴 성장 모델에 따라 복수의 광학적 반사 서브-동공 도트들의 패턴을 성장시킴으로써 복수의 광학적 반사 서브-동공 도트들의 패턴을 결정하는 단계, 및 상기 광학적 투명 기판에서 패턴 성장 모델에 따라 성장된 패턴의 상기 복수의 광학적 반사 서브-동공 도트들을 상기 공통 또는 별개의 평면에 배열하는 단계를 포함한다.

또 다른 양태에 따르면, 광학 결합기에 대한 복수의 광학적 반사 서브-동공 도트들의 패턴을 결정하는 방법이 제공된다. 방법은: a) 패턴 성장 모델에 따라 제 1 시간(t-1)에서 광학적 반사 서브동공 도트들의 초기 성장 패턴을 제공하는 단계; b) 제 1 시간(t-1)에서 상기 초기 성장 패턴에 대해 MFT 분석을 수행하는 단계; c) 단계 b)에서 수행된 상기 MFT 분석에 기반하여 어큐턴스(acutance)(A)를 결정하는 단계, d) 제 1 시간(t-1)에서 상기 초기 성장 패턴에 대해 FFT 분석을 수행하는 단계; e) 단계 d)에서 수행된 상기 FFT 분석에 기반하여 회절을 결정하는 단계; f) 제 2 시간(t)에서 단계 a) 내지 단계 e)를 반복하는 단계; 및 g) 결정된 어큐턴스(A) 및 회절에 따라 특정 시간의 성장 패턴을 선택하는 단계를 포함한다.

또 다른 양태에 따르면, 프로세서로 하여금 광학 결합기를 위한 복수의 광학적 반사 서브-동공 도트들의 패턴을 성장시키는 방법을 수행하게 하도록 구성된 콘텐츠를 포함하는 컴퓨터-판독가능 매체로서, 방법은: a) 패턴 성장 모델에 따라 제 1 시간(t-1)에서 광학적 반사 서브동공 도트들의 초기 성장 패턴을 제공하는 단계; b) 제1 시간(t-1)에서 상기 초기 성장 패턴에 대해 MFT 분석을 수행하는 단계; c) 단계 b)에서 수행된 상기 MFT 분석에 기반하여 어큐턴스(A)를 결정하는 단계, d) 제 1 시간(t-1)에서 상기 초기 성장 패턴에 대해 FFT 분석을 수행하는 단계; e) 단계 d)에서 수행된 상기 FFT 분석에 기반하여 회절을 결정하는 단계; f) 제 2 시간(t)에서 단계 a) 내지 단계 e)를 반복하는 단계; 및 g) 결정된 어큐턴스(A) 및 회절에 따라 특정 시간의 성장 패턴을 선택하는 단계를 포함한다.

또 다른 양태에 따르면, 반사 도트들의 패턴을 성장시키기 위한 디바이스는 a) 패턴 성장 모델에 따라 제 1 시간(t-1)에서 광학적 반사 서브-동공 도트들의 초기 성장 패턴을 제공하고; b) 제 1 시간(t-1)에서 상기 초기 성장 패턴에 대해 MFT 분석을 수행하고; c) 단계 b)에서 수행된 상기 MFT 분석에 기반하여 어큐턴스(A)를 결정하고, d) 제 1 시간(t-1)에서 상기 초기 성장 패턴에 대해 FFT 분석을 수행하고; e) 단계 d)에서 수행된 상기 FFT 분석에 기반하여 회절을 결정하고; f) 제 2 시간(t)에서 단계 a) 내지 단계 e)를 반복하고; g) 결정된 어큐턴스(A) 및 회절에 따라 특정 시간의 성장 패턴을 선택하도록 구성된 데이터 프로세서를 포함한다.

본 발명이 보다 쉽게 이해될 수 있도록, 이제 첨부 도면들에 대해 참조가 이루어질 것이다.
도 1은 일 실시예에 따라 반사 도트들의 모양, 크기 및 분포 중 어느 하나 또는 조합이 구성가능한 예시적인 광학 결합기의 전면 사시도이다.
도 2a는 이미지 투사기와 함께 사용하기 위한 실시예에 따라 반사 도트들의 모양, 크기 및 분포 중 어느 하나 또는 조합이 구성가능한 광학 결합기의 평면도이다.
도 2b는 도 2a의 광학 결합기의 정면도이다.
도 3a는 일 실시예에 따라 반사 도트들의 모양, 크기 및 분포 중 어느 하나 또는 조합이 구성가능한 성긴 애퍼처 반사기(sparse aperture reflector)의 정면도이다.
도 3b는 도 3a의 성긴 애퍼처 반사기의 측면도이다.
도 4a는 일 실시예에 따라 반사 도트의 모양, 크기 및 분포 중 어느 하나 또는 조합이 구성가능한 성긴 개구 반사기의 정면도이다.
도 4b는 도 4a의 성긴 개구 반사기의 측면도이다.
도 5는 일 실시예에 따라 증강 현실 이미지 결합기가 이미지들을 결합하는 방법을 일반적으로 도시하는 개략도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 증강 현실 이미지 결합기가 이미지들을 결합하는 방법을 상세히 도시하는 개략도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 증강 현실 머리 장착 디스플레이 안경의 정면도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 증강 현실 머리 장착 디스플레이 헬멧의 정면도이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 예시적인 광학 결합기의 정면 사시도이다.
도 10은 일 실시예에 따라 배치된 공통 평면에 관련하여 상이한 각도들로 기울어진 광학 결합기의 반사 엘리먼트들을 보여주는 부분도이다.
도 11a는 본 기술의 실시예들의 방법들 및 장치를 설명하기 위한 목적으로, 상이한 애퍼처들에 대한 회절-제한 MTF를 예시하는 그래프이다.
도 11b는 본 기술의 실시예들의 방법들 및 장치를 설명하기 위한 목적으로 400 ㎛ 애퍼처 및 10% 경계를 갖는 단일 엘리먼트를 예시한다.
도 11c는 도 11b의 400 ㎛ 및 10% 개구를 갖는 단일 엘리먼트에 대한 MTF 바이러스 주파수 또는 본 기술의 실시예들의 방법들 및 장치를 설명하기 위한 목적을 예시한다.
도 11d는 400 ㎛ 애퍼처와 60% 경계를 갖는 단일 엘리먼트를 예시한다.
도 11e는 도 11d의 400 ㎛ 및 60 % 애퍼처를 갖는 단일 엘리먼트에 대한 MTF 바이러스 주파수를 예시한다.
도 12a는 일 실시예에 따른 30 um-크기의 육각형의 로그 그리드를 예시한다.
도 12b는 도 12a의 로그 그리드의 주파수 대 MTF를 예시한다.
도 12c는 도 12a의 로그 그리드의 회절을 예시한다.
도 13은 일 실시예에 따른 서브-동공 반사기들의 패턴들을 생성하는 방법을 예시한다.
도 14는 일 실시예에 따른 도 13의 패턴 생성 방법에 의해 생성된 고성능을 제공하는 분산된 반사기 도트 모양들의 예시적인 패턴을 예시한다.
도 15는 인간 눈에 대한 특수 주파수 대 MFT와 비교하여 도 14의 생성된 반사기 도트들의 패턴(성긴 애퍼처 반사기)에 대한 특수 주파수 대 MFT를 예시한다.
도 16은 전체 2.5 mm x 2.5 mm 동공 윈도우에 대한 상대적 세기 대 각도를 도시함으로써 도 14의 랜덤 엘리먼트들의 순 회절을 예시한다.
도 17은 패턴 성장에 대한 튜링 확산 방정식(Basis of Turing diffusion equation)의 기초를 예시하는 방정식 다이어그램이다.
도 18은 도 17의 활용에 의해 수정된, 즉 생산 열화 및 확산 파라미터들을 변화시킴으로써 수정된 도 13의 방법에 의해 생성된 실시예에 따른 성장된 패턴 반사기를 예시한다.
도 19는 인간 눈에 대한 특수 주파수 대 MFT와 비교하여 도 18의 생성된 반사기 도트들의 생성된 패턴(성긴 애퍼처 반사기)에 대한 특수 주파수 대 MFT를 예시한다.
도 20은 반사율 대 각도를 도시함으로써 도 18의 랜덤 엘리먼트들의 회절을 예시한다.
도 21은 도 17의 활용에 의해 수정된, 즉 생산 열화 및 확산 파라미터들을 변화시킴으로써 수정된 도 13의 방법에 의해 생성된 다른 실시예에 따른 성장된 패턴 반사기를 예시한다.
도 22는 인간 눈에 대한 특수 주파수 대 MFT와 비교하여 도 21의 반사기의 반사기 도트들의 생성된 패턴(성긴 애퍼처 반사기)에 대한 특수 주파수 대 MFT를 예시한다.
도 23은 반사율 대 각도를 도시함으로써 도 21의 랜덤 엘리먼트들의 회절을 예시한다.
도 24는 컴퓨터 시스템 형태의 기계의 실시예의 개략도이다.

이하의 설명에서, 제한이 아닌 설명의 목적들을 위해, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 특정 실시예들, 절차들, 기법들 등과 같은 특정 세부사항들이 제시된다. 그러나, 본 발명이 이러한 특정 세부사항들에서 벗어나는 다른 실시예들에서 실시될 수 있음이 통상의 기술자에게 명백할 것이다.

본 출원에 설명된 기술적 특징들은 반사 도트들의 모양, 크기 및 분포 중 어느 하나 또는 조합이 증강 현실(AR), 머리 장착 디스플레이들(HMD) 및/또는 헤드업 디스플레이(HUD) 애플리케이션들을 위해 구성되는 광학 도파관들 또는 다른 컴포넌트들에 관련된 장치의 다양한 실시예들을 구성하는 데 사용될 수 있다.

본원에 설명된 기술적 특징들은 증강 현실(AR), 머리 장착 디스플레이(HMD)들 및/또는 헤드업 디스플레이(HUD) 애플리케이션들용 광학결합기들의 반사 도트들의 모양, 크기 및 분포 중 어느 하나 또는 조합을 구성하기 위한 방법들의 다양한 실시예들을 구성하는 데 사용될 수 있다.

2018년 1월 11일에 공개되고, 발명의 명칭이 "Optical Combiner Apparatus"인 US-2018-0011322-A1호가 먼저 참조될 것이고, 그 전체 내용들은 본원에 완전히 설명된 것처럼 참조로 통합되고, 이는 반사 도트들의 모양, 크기 및 분포 중 어느 하나 또는 조합이 본 기술의 일부 양태들에 따라 구성가능한 반사 도트들을 포함하는 광학 도파관들의 예들이다. 이를 위해, 이제 첨부된 도면들을 참조하면, 도 1은 실시예에 따른 예시적인 광학 결합기의 정면도를 도시한다. 광학 결합기(100)는 광학적 투명 도파관 기판(105)으로부터 형성된다.

기판(105)은 도파관 기판의 길이를 따라 연장되는 파 전파 축(106)을 갖는다. 기판(105)의 광학 수신 단부 또는 측에 진입하는 광학 이미지 광선들은 전파 축(106)을 따라 기판을 통해 전파된다. 기판(105)은 유리 또는 플라스틱과 같은(그러나 이에 제한되지 않음) 광학 도파관 기판 재료로 만들어진 시-스루 기판(see- through substrate)이다. 기판 후면에 진입하는 광선들(150)은 기판 재료를 통과하고 기판 전면으로부터 빠져나간다. 기판의 일측에 위치하고 기판의 전면을 통해 보고 있는 관찰자는 기판 재료를 통해 볼 수 있고 기판의 다른 측에 위치된 물체들, 장면들 등을 관찰할 수 있다.

패턴화된 영역(107)은 광학적 투명 기판의 체적에 포함된다. 패턴화된 영역(107)은 부분적으로 광학적으로 반사성이고 부분적으로 광학적으로 투명하다. 패턴화된 영역(107)은 광학적 투명 기판(105)의 복수의 광학적 투명 영역(109) 및 광학적 투명 기판 파 전파 축(106)에 관련하여 경사진 복수의 광학적 반사 영역들(108)을 포함한다. 명확성을 위해, 모든 반사 영역들이 도시되지 않고 도시된 모든 반사 영역들(108) 및 투명 영역들(109)이 참조 번호들로 라벨링되지 않는다. 기판의 단부에서 캡처된 광학 이미지 광선들(140)은 전파 축(106)을 따라 전파하고, 패턴화된 영역(107)으로 통과하고, 경사진 광학 반사 영역들(108)에 의해 기판(105)을 따라 상이한 지점들에서 선택적으로 반사된다. 반사된 광학 이미지 광선들(142)은 기판(105)의 전면을 빠져나간다.

예시의 용이함을 위해, 광선들(140)은 광선들을 통해 직선으로만 도시된다. 도시되지 않은 직선을 통과하기 보다는 도파관을 따라 바운스(bounce)되는 수많은 다른 광선들이 있다(바운싱 광선의 예들은 도 2a, 도 2b 및 도 6에 제공됨). 일부 실시예들에서, 패턴화된 영역(107)은 규칙적인 패턴화된 영역이다. 일부 다른 실시예들에서, 패턴 영역(107)은 불규칙한 패턴화된 영역 또는 규칙적인 패턴 영역과 불규칙한 패턴화된 영역의 조합이다.

패턴화된 영역은 다양한 형태들을 취할 수 있다. 일부 실시예들에서, 패턴 영역(107)의 광학 반사 영역들(108)은 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이 광학적 투명 기판(105)에 분포된 복수의 광학적 반사 엘리먼트들이고, 광학적 투명 영역들(109)은 복수의 반사 엘리먼트들에 의해 차지되지 않은 광학 투명 기판 재료(105)의 영역들이다. 일부 다른 실시예들에서, 패턴 영역(107)은 광학적 투명 영역들이 기판에 포함된 반사 재료 층 또는 체적에 형성된 복수의 애퍼처들 또는 개구들을 포함하고 광학적 반사 영역들이 광학적 반사 재료를 포함하는 역 설계이다.

도 1의 광학 결합기에서, 광학 반사 영역들(108)은 반사 도트들인 광학 반사 엘리먼트들을 포함한다. 설명 및 시각화의 용이함을 위해, 도 1 및 다른 첨부 도면들에서, 반사 도트들은 축척이 아닌 확대되어 도시되어 있다. 또한, 모든 반사 도트들이 도시되지 않는다. 실제로, 예를 들어 기판에는 통상적으로 수천 개의 작은 반사 도트들이 있고 도트들은 인간의 눈으로 쉽게 볼 수 없을 정도로 작아서 광학 결합기의 시 스루 성능을 실질적으로 방해하지 않는다. 일부 실시예들에서, 광학 반사 엘리먼트들은 반사 도트들보다는 반사 심볼들, 문자들 등과 같은 다른 유형들의 개별 반사 엘리먼트들일 수 있다.

일부 실시예들에서, 반사 도트들 또는 다른 엘리먼트들 중 적어도 일부 각각은 완전히 반사성이다. 일부 다른 실시예들에서, 반사 도트들 또는 다른 반사 엘리먼트들 중 적어도 일부 각각은 부분적으로 반사성이다. 예를 들어, 반사 도트들 중 적어도 일부는 각각 5-100% 사이의 반사율들을 갖는다. 일부 실시예들에서, 반사 엘리먼트들 중 적어도 일부의 반사율들은 동일하다. 일부 실시예들에서, 반사 엘리먼트들 중 적어도 일부의 반사율들은 상이하다.

광학 반사 도트들은 각각 단일 반사 금속 층 또는 반사 산화물들 또는 다른 재료들의 다중 층들과 같은 반사 재료로 만들어지지만 이에 제한되지 않는다. 반사 도트 재료는 공지된 증착 기법들에 의해 증착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 오버몰딩된 반사 층들을 사용한 사출 성형 및 광학 3D 프린팅은 패턴 영역을 포함하는 광학 기판을 형성하는 데 사용될 수 있다. 도 1의 실시예에서, 반사 도트들은 기판의 길이를 따라 이격된 복수의 별개의 평면들(115, 120, 125, 130)에 분포된다. 각각의 평면(115, 120, 125, 130)은 기판(105)의 상단 측 및 하단 측 사이에서 연장되고 도 1에 도시된 바와 같이 전파 축(106)에 관련하여 경사진다. 각각의 평면의 반사 도트들은 도 1에 도시된 정사각형 도트들의 직사각형 매트릭스와 같은 규칙적인 패턴 및 모양을 갖는다. 그러나, 다른 실시예들에서, 평면들 중 하나 이상에서 반사 도트들의 패턴은 다른 규칙적인 모양의 매트릭스들 또는 패턴들을 가질 수 있거나, 불규칙한 패턴을 가질 수 있다. 또한, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 각각의 반사 도트, 또는 적어도 일부의 반사 도트들의 모양, 크기, 기울기, 및/또는 간격은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.

또한, 일부 실시예들에서, 반사 도트들(108)은 각각의 별개의 평면(115, 120, 125, 130)을 넘어 연장되는 기판의 체적 섹션에 분포된다. 예로서, 도 1은 반사 도트들(108)이 별개의 평면들(115, 120, 125, 130)에 분포되고 또한 평면들 사이의 기판의 중간 영역들을 차지하는 것을 예시한다. 광학 결합기의 일부 실시예들에서, 반사 도트들(108)은 별개의 평면들에 분포되지 않고 오히려 도파관 기판의 길이를 따라 이격된 별개의 체적 섹션들 전체에 걸쳐 분포된다.

여하튼, 반사 엘리먼트들이 상이한 실시예들에서 정확히 어떻게 분포되는지와 상관없이, 반사 엘리먼트들은 기판(105)의 길이를 따라 이격된 그룹들을 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 1에서, 반사 도트들의 제 1 그룹(101)은 기판(105)의 길이를 따라 전파하는 광학 이미지 광선들을 부분적으로 반사하기 위해 배열된다. 도파관을 따라 추가로 이격된 후속 그룹들(102, 103, 104)의 반사 엘리먼트들은 반사 엘리먼트들의 제 1 그룹에 의해 반사되지 않은 광학 이미지 광선들을 반사하도록 배열된다.

반사 엘리먼트들 사이의 광학 투명 기판 갭들과 함께 별개의 평면 및/또는 별개의 체적 섹션 주위에 분포된 반사 도트들의 각각의 그룹은 부분적 반사 개별 반사기로서 집합적으로 동작한다. 도 1은 4개의 그러한 개별 반사기들을 예시한다. 그러나, 다른 실시예들에서, 광학 결합기는 단일 반사기로부터 많은 반사기들까지 범위의 임의의 수의 그러한 반사기들을 가질 수 있다.

광학 결합기(100)는 각각의 반사기의 전체 면적에 걸쳐 코팅된 복잡한 반사 층의 세트를 갖는 반사기들보다는 반사 엘리먼트들로 구성된 매우 단순한 구조이다.

이미지를 형성하는 광선들이 도파관 기판을 따라 이동할 때 광학 이미지 결합기로서의 광학 결합기의 동작은 매우 단순하고, 광선들 중 일부는 제 1 반사기의 반사 도트들에 부딪치고 눈을 향해 재-지향된다. 대부분의 광선들은 제 1 반사기의 작은 면적만을 차지하므로 도트들을 놓친다. 예를 들어 도트들이 전체 면적의 5%를 차지하는 경우, 전체 반사율은 또한 약 5%이고 이미지 에너지의 95%가 다음 반사기 등을 통과한다. 반사 도트들은 기판 내로 직선으로 전파된 광학 광선들(140)을 반사하지만, 또한 넓은 "바운스"를 통해 도달하고 반사 도트들에 여입사각(glancing angle)으로 충돌하는 다른 광선들(140)도 반사한다(예를 들어 다가오는 바운싱 관성들 및 반사 도트들로부터의 반사들을 위한 예를 들어 도 2a, 도 2b & 도 6에 도시된 광학 결합기들을 참조).

일부 실시예들에서, 제 1 반사기(도트들 그룹(101))는 상대적으로 낮은 반사율(작은 면적의 도트들)을 갖고 후속 반사기들은 더 큰 반사율(더 큰 면적의 도트들)을 가지며 도파관 기판을 따라 더 멀리서 반사율이 증가한다. 광학 투명 갭 비율에 대한 도트 면적들은 각각의 반사기에 대해 선택된 반사율을 획득하기 위해 변경된다.

또 다른 일부 실시예들에서, 모든 반사 도트들(108)은 별개의 평면들 및/또는 별개의 체적 섹션들을 차지하기보다는 도파관의 길이를 따라 연장되는 기판 체적 전체에 걸쳐 분포된다. 그러한 실시예들에서, 반사 도트들(108) 및 광학적 투명 갭들 또는 그 사이의 영역들은 기판 체적을 통해 연장되는 하나의 연속적인 부분 반사 반사기를 효과적으로 형성한다. 도 9는 일 실시예에 따른 하나의 그러한 광학 결합기(900)를 예시한다. 반사 도트들(108)은 기판(105)의 체적 전체에 걸쳐 분포된 것으로 도시되어 있다. 이미 언급된 바와 같이, 예시의 용이함을 위해 모든 반사 도트들이 도시되지 않는다. 또한, 도 9에 도시된 특정 도트들의 패턴은 단지 예시적인 도트 패턴이다. 반사 도트들(108)은 연속 반사기를 따라 상대적 반사율이 낮은 것에서 높은 것으로 더 증가하도록 여전히 배열된다.

광학 결합기의 또 다른 일부 실시예들에서, 광학 기판은 비 시-스루 기판이다.

도 2a 및 도 2b는 각각 일 실시예에 따른 광학 이미지 생성기와 함께 사용하기 위한 광학 결합기의 평면도 및 정면도를 도시한다. 광학 결합기(200)는 유리 또는 플라스틱의 슬래브(slab)(205)(평평한, 평행한 측면들), 또는 근안 디스플레이들을 위한 다른 광학적 투명 도파관이다. 대안적인 실시예들에서, 도파관은 만곡되고 면들은 반드시 평행하지 않을 수 있다. 광학 결합기(200)는 광학 결합기(100)와 유사하지만 제조의 용이함을 위해 각각의 부분 반사 반사기는 반사 도트들 또는 다른 유형들의 반사 엘리먼트들의 표면 패턴으로 구성된 성긴 애퍼처 반사 표면이다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 4 개의 이러한 반사기들(215, 220, 225, 230)의 어레이가 있지만, 광학 결합기(200)는 임의의 수, 통상적으로 3 개 및 6 개를 가질 수 있다. 반사기(215)는 어레이에서 가장 낮은 반사율을 갖고, 반사기(220)는 다음으로 가장 높은 반사율을 갖고, 반사기(225)는 다음으로 가장 높은 반사율을 갖고 반사기(240)는 가장 높은 반사율을 갖는다. 예로서, 일부 실시예들에서, 제 1 반사기(215)는 약 5-7%의 반사율을 갖고, 제 2 반사기(220)는 약 10%의 반사율을 갖고, 제 3 반사기(225)는 20%의 반사율을 갖고, 제 4 반사기(230)는 약 80%의 반사율을 갖는다.

성긴 애퍼처 표면 반사기들(215-230)은 표면상에 형성되고 많은 상이한 구성들을 가질 수 있는 복수의 반사 도트들(도트(108)와 같은), 또는 다른 반사 엘리먼트들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 반사 도트들 또는 다른 엘리먼트들은 임의의 모양들이고 랜덤 포지션들에서 표면상에 매트릭스로 배열된다. 반사 도트들은 결정론적 방식으로 또는 랜덤 함수에 따라 표면 주위에 포지셔닝될 수 있다.

도 2a 및 도 2b에서, 광학 이미지 광선들(140)을 생성하기 위한 광 소스는 이미지 투사기(265)이다. 단순화된 상황이 도 2a 및 도 2b에 묘사되고, 도 2a 및 도 2b는 투사기(265)로부터 발생하는 단일 광선(275)이 프리즘(270)을 사용하여 도파관 기판(205)에 광학적으로 결합되는 방법을 도시한다. 그러나, 도 1에 도시된 바와 같이 광선들(140)로서 도파관의 단부에 직접 주입을 포함하는 다른 광학 결합 방법들이 가능하다. 다른 실시예들에서, 투사기(265) 대신에 또는 이에 추가하여 다른 광학 발생기들이 사용될 수 있다.

하나의 그러한 성긴 애퍼처 반사기 표면은 도 3a 및 도 3b에 더 상세히 도시되고, 도 3a 및 도 3b는 (도 2a 및 도 2b의 광학 결합기의 하나 이상의 반사기들(215-230)로서 사용하기 위한) 일 실시예에 따른 성긴 애퍼처 반사기 시스템의 평면도 및 측면도를 각각 예시한다. 제조의 용이함을 위해, 성긴 애퍼처 반사기 시스템(330)은 반사 도트들(180) 또는 규칙적인 XY 피치(305) 상의 다른 엘리먼트들의 단순 매트릭스(350)를 갖는다. 도 3a에 도시된 매트릭스의 각각의 흑색 정사각형 영역은 복수의 반사 도트들을 포함한다. 예를 들어, 각각의 정사각형은 크기가 약 20 미크론인 수백 개의 더 작은 정사각형들을 포함한다. 도 3a 및 도 3b에서, 반사 매트릭스(350)는 다른 반사기들과 조립될 때 광 도파관 기판(205)의 일부를 형성하는 별도의 광학적 투명 기판상에 지지된다. 일부 다른 실시예들에서, 반사 매트릭스(350)는 도파관 기판(205)의 중간 영역의 표면상에 직접 형성된다(예를 들어, 도 2a 및 도 2b의 245-260의 중간 영역들 참조). 성긴 애퍼처 반사기 표면(330)의 높이(A)는 통상적으로 35-50 mm로 제한되지 않지만 원하는 특정 광학 결합기 특징에 따라 변화할 것이다. 성긴 애퍼처 반사기 표면의 폭(B)은 광학 결합기에 필요한 반사기들의 수와 광 도파관 기판의 두께에 따라 결정된다. 반사 도트들 또는 다른 엘리먼트들의 두께(T1)는 다양하지만 통상적으로 0.1 - 1 마이크로미터(um)로 제한되지 않는다.

도 4a 및 도 4b는 (도 2a 및 도 2b의 광학 결합기의 하나 이상의 반사기들(215-230)로서 사용하기 위한) 다른 실시예에 따른 성긴 애퍼처 반사기 시스템의 평면도 및 측면도를 각각 예시한다. 성긴 애퍼처 반사기 시스템(400)은 반사 도트들 또는 다른 엘리먼트들의 배열 및 파라미터들이 시스템(300)과 상이하다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 반사기 시스템의 전면에 패턴화된 반사 도트들은 몇 가지 다른 모양들을 갖는다. 도트 모양들은 규칙적인 모양들 및/또는 랜덤 모양들이다. 예를 들어, 도 4a 및 도 4b에서, 제 1 도트(420)는 임의의 모양을 갖고 제 2 도트(415)는 임의의 모양을 갖는다. 반사 도트들은 상이한 분리 거리들을 갖는다. 반사 도트 두께는 또한 상이한 반사 도트들에 대해 변화할 수 있다. 광학 결합기 성능 및 이미징은 다음을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 반사기 파라미터들의 최적화에 의해 제어 및 개선될 수 있다: 도트들의 모양(규칙적 또는 랜덤 모양들), 도트 피처(feature)의 최소 치수, 도트 피처의 최대 치수, 표면에 대한 랜덤화 정도, 도트 반사 재료의 두께, 도트들 사이의 최소 분리, 도트들 간의 최대 분리 및 도트들이 차지하는 면적의 분율. 일부 실시예들에서, 적어도 일부 반사 도트들 또는 다른 엘리먼트들은 완전히 또는 실질적으로 반사성 전면 및 완전히 또는 실질적으로 흡수성 후면을 갖는다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 일부 반사 도트들 또는 엘리먼트들은 매립형 릴리프 반사기(buried relief reflector)(460) 및 포지티브 릴리프 반사기(455)를 포함한다.

본원에 설명된 광학 결합기들의 일부 실시예들에서, 광학 기판의 반사 엘리먼트들(108) 등의 적어도 일부는 서로 상이한 각도들로 기울어지고/지거나 반사 엘리먼트들의 적어도 일부는 서로 평행하게 기울어진다. 또한, 일부 추가 실시예들에서, 반사 엘리먼트들의 일부는 반사 엘리먼트들에 의해 차지된 평면들에 관련하여 개별적으로 기울어진다. 예로서 도 10은 일 실시예에 따른 광학 기판에서 차지되는 공통 평면(1000)에 대해 상이한 각도들로 기울어진 반사 엘리먼트들(이 경우 직사각형 반사 도트들)(1002, 1008)을 도시하는 광학 결합기의 부분도이다. 제 1 반사 도트(1002)는 공통 평면(1000)에 대해 제 1 각도(1004)만큼 x축에서 기울어진 반면, 제 2 반사 도트(1008)는 공통 평면에 대해 제 2 각도(1010)만큼 x축에서 기울어지고, 제 2 각도(1010)는 제 1 각도(1004)와 상이하다. 또한, 제 1 반사 도트(1002)는 공통 평면(1000)에 대해 제 3 각도(1004)만큼 z 축에서 기울어진 반면, 제 2 반사 도트(1008)는 공통 평면(1000)에 대해 제 4 각도(1010)만큼 z 축에서 기울어지고, 제 4 각도(1012)는 제 3 각도(1006)와 상이하다. 다른 실시예들에서, 반사 엘리먼트들의 적어도 일부는 x, y, z 평면(또는 이들의 임의의 조합)에서 상이하게 또는 동일한 방식으로 기울어질 수 있다.

설명된 실시예들의 광학 결합기들은 공지된 도파관 반사기들에 비해 많은 장점들을 갖는다. 실시예들의 광학 결합기들은 반사기들를 통과할 때 주의 깊은 편광 제어를 요구하는 공지된 결합기들과 달리 입력 편광에 둔감하다. 실시예들의 광학 결합기들은 반사율이 넓은 범위의 입사각들에 걸쳐 유지되는 것을 보장하기 위해 주의 깊은 설계를 요구하는 공지된 결합기들과 달리 본질적으로 광대역 광학 대역폭을 갖는다. 실시예들의 광학 결합기들은 반사 도트들 또는 다른 엘리먼트들의 패턴이 반사 재료의 단일 층을 사용하여 제조될 수 있기 때문에 덜 복잡하다. 대조적으로, 알려진 결합기들에서, 각각의 반사기 어레이는 하나의 반사 표면을 만들기 위해 20 개 내지 30 개의 개별적으로 주의 깊게 증착된 층들을 요구할 것이다. 광학 결합기들은 반사 필름들의 매우 복잡한 다층들 및 다층들의 손상되기 쉬운 성질로 인해 제조하기 어려운 공지된 결합기들에 비해 쉽게 제조되고 강건하다.

일부 양태들에서, 광학 결합기들은 증강 현실 이미지들과 현실 세계 장면들을 결합하는 데 사용될 수 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 증강 현실 이미지 결합기(515)는 광학적으로 투사된 컴퓨터 생성 이미지(510)와 현실 세계 장면(505)을 오버레이하고 결합된 이미지를 관찰자의 눈 또는 눈들(500)로 중계하는 광학 구조이다. 광학 결합기(515)는 도 1 내지 도 4를 참조하여 위에 설명된 광학 결합기들 중 어느 하나이다. 복수의 반사 도트들은 광학 결합기를 사용할 때 수신된 컴퓨터 생성 광학 이미지가 반사되어 현실 세계 장면 뷰에 중첩되도록 배열된다.

증강 현실 이미지 결합기에서 이미지들이 어떻게 결합되는지 더 적절하게 설명하기 위해, 도 6이 참조되고, 도 6은 실시예에 따른 증강 현실 광학 결합기 시스템의 단순화된 개략도이다. 이 도면은 도파관 내에 포함된 광학적으로 투사된 컴퓨터 그래픽 광선들이 관찰자의 눈으로 중계되고 현실 세계 장면으로부터의 광선이 어떻게 통과하는지 보여준다. 광학 결합기(600)는 도 1 내지 도 4를 참조하여 위에 설명된 광학 결합기들 중 어느 하나일 수 있다.

그러나, 설명의 용이함을 위해, 도 6은 3개의 이격된 성긴 반사기들을 보여주고 각각의 성긴 반사기에 4 개의 반사 도트들만을 도시하도록 크게 단순화되었다. 예를 들어, 투사된 이미지(615)로부터 발생하는 안내된 광선들(620, 625, 630)은 광 도파관 기판의 광학 수신 단부에서 캡처되고 관찰자의 눈(605)을 향해 중계된다. 특히, 도파관에서 캡처된 투사된 이미지(615)로부터 발생하는 예시적인 안내된 광선(620)은 성긴 영역 반사기(n=1) 상에 형성된 반사 엘리먼트(635)로부터 관찰자의 눈(605)을 향해 중계된다. 또한, 투사된 이미지(615)로부터 발생하고 도파관에서 캡처된 예시적인 안내된 광선(625)은 성긴 영역 반사기(635)의 투명 영역 및 성긴 영역 반사기(n=2)의 후속 투명 영역(640)을 통과한다. 또한, 도파관에서 캡처된 투사된 이미지(615)로부터 발생하는 예시적인 안내된 광선(630)은 성긴 영역 반사기(n=2) 상에 형성된 반사 엘리먼트로부터 관찰자의 눈(605)을 향해 중계된다. 현실 장면에서 발생하는 임의의 광선들의 묶음(650)은 광학 결합기를 통과한다.

일부 양태들에서, 광학 결합기들 중 하나 이상은 머리 장착 디스플레이들에 통합된다. 일부 실시예들에서, 한 쌍의 광학 결합기들은 안경 또는 고글 폼 팩터 증강 현실 머리 장착 디스플레이들에 포함된다. 도 7은 일 실시예에 따른 한 쌍의 머리 장착 디스플레이 안경의 정면도를 도시한다. 안경 또는 고글형 머리 장착 디스플레이(700)는 쌍안 뷰를 위한 컴퓨터 형성 이미지들을 생성하는 프로세싱 모듈(705)을 갖는다. 좌안 광학 결합기 및 투사 시스템(710) 및 우안 광학 결합기 및 투사 시스템(715)은 머리 장착 디스플레이에 포함된다. 각각의 시스템(710, 715)의 광학 결합기는 도 1 내지 도 6을 참조하거나 참조하지 않고 본원 설명된 실시예들의 광학 결합기들 중 어느 하나이다. 광학 이미지 투사기(265) 및 광학 결합(270)은 예를 들어 투사기 시스템의 일부를 형성할 수 있다. 광-기계적 프레임(720)은 광학 부품을 정확한 기하학적 정렬로 안전하게 유지한다.

일부 실시예들에서, 형성된 이미지들은 단안 뷰를 위한 것이고 광학 결합기 및 투사 시스템들(710, 715) 중 하나만이 머리 장착 디스플레이에 포함된다.

일부 실시예들에서, 광학 결합기들 중 하나 이상이 통합되는 머리 장착 디스플레이는 헬멧 폼 팩터 증강 현실 머리 장착 디스플레이이다. 도 8은 일 실시예에 따른 머리 장착 디스플레이 헬멧의 정면도를 도시한다. 헬멧 머리 장착 디스플레이(800)는 쌍안 뷰를 위한 컴퓨터 형성 이미지들을 생성하는 프로세싱 모듈(805)을 갖는다. 좌안 광학 결합기 및 투사 시스템(815) 및 우안 광학 결합기 및 투사 시스템(820)은 머리 장착 디스플레이에 포함된다. 각각의 시스템(815, 820)의 광학 결합기는 도 1 내지 도 6을 참조하거나 참조하지 않고 본원 설명된 실시예들의 광학 결합기들 중 어느 하나이다. 광학 이미지 투사기(265) 및 광학 결합(270)은 예를 들어 투사기 시스템의 일부를 형성할 수 있다. 광-기계적 서브 프레임(810)은 광학 부품을 정확한 기하학적 정렬로 안전하게 유지한다. 광-기계적 서브 프레임(810)은 헬멧의 기계적 강건 쉘(shell)(835)에 의해 지지된다.

일부 실시예들에서, 형성된 이미지들은 단안 뷰를 위한 것이고 광학 결합기 및 투사 시스템들(815, 820) 중 하나만이 머리 장착 디스플레이에 포함된다.

이제 도 1 내지 도 10에 예시되고 본 기술의 양태들에 따른 증강 현실(AR), 머리 장착 디스플레이(HMD) 및/또는 헤드업 디스플레이(HUD) 애플리케이션들에 대해 위에 설명된 실시예들의 광학 도파관의 공통 또는 별개의 평면들에 반사 도트들의 모양, 크기 및 분포 중 어느 하나 또는 조합을 구성하기 위한 방법들에 대해 참조가 이루어질 것이다. 이제 반사 도트들의 모양, 크기 및 분포 중 어느 하나 또는 조합이 이러한 방법들에 따라 구성되는 광학 결합기들 및/또는 그 컴포넌트들에 대한 참조가 이루어질 것이다.

광학 도파관들에 반사 도트들의 모양, 크기 및 분포 중 어느 하나 또는 조합을 구성하기 위한 방법들이 위의 도 1 내지 도 10과 관련하여 위에서 설명된 근안 광학 도파관들의 전술한 실시예들에서 반사 도트들을 구성하는 것으로 제한되지 않고, 다른 실시예들에서, 방법들이 다른 광학 도파관들 및/또는 광학 결합기들에 반사 도트들의 모양, 크기 및 분포 중 어느 하나 또는 조합을 구성하기 위한 것일 수 있지만 컴퓨터 생성 이미지를 반사 또는 부분적으로 반사하기 위해 하나 이상의 공통 또는 별개의 평면들 상의 패턴화된 반사 도트들에 의존하거나 이를 사용할 수 있다는 것이 인식될 것이다. 또한, 본 기술의 일부 실시예들의 방법들에 따라 반사 도트들의 모양, 크기 및 분포 중 어느 하나 또는 조합이 구성되는 광학 결합기들 및 장치가 도 1 내지 도 10과 관련하여 위에서 설명된 근안 광학 도파관의 실시예들과 상이하고 컴퓨터 생성 이미지를 반사하거나 부분적으로 반사하기 위해 하나 이상의 공통 별개의 평면들의 패턴화된 반사 도트들에 의존하거나 이를 사용할 수 있는 광학 도파관들 및/또는 고아학 결합기들일 수 있다는 것이 인식될 것이다.

정의: 서브-동공 반사기/서브-동공-크기는 치수가 인간 눈의 가장 작은 통상적인 동공 크기 미만(즉, < 2 mm)인 것을 의미한다. 영역이 반-반사가 되도록 하기 위해, 치수들은 400 미크론 미만의 치수여야 한다(예를 들어, 직경이 < 400의 원 또는 측면이 400 미크론의 정사각형). 광학 기판의 각각의 반사 도트는 광학 애퍼처를 형성한다. 모델링에 따라 계산된 애퍼처로부터 반사 도트의 모양과 치수를 결정하기 위해 반사 도트의 기울기 또는 경사를 고려하는 데 간단한 기하학이 사용될 수 있다. 복수의 반사 도트들이 있기 때문에, 복수의 서브-동공 광학 애퍼처들이 존재한다. 그러므로, 다음과 모델링 접근법을 채택하는 것이 유리하다. 앞에 이미 나타낸 바와 같이, 반사 도트들의 모양은 모양이 규칙적이거나 불규칙적일 수 있고 첨부 도면들에 도시된 모양들로 어떤 식으로든 제한되지 않는다.

서브-동공-크기 반사 도트들을 포함하는 투명 반사기 표면들에 이미지들을 형성하는 프로세스는 시 스루 이미지와 반사 이미지들 둘 모두에서 회절 효과들을 최소화하기 위한 특수한 처리 및 모듈식 전달 함수(MTF: modular transfer function)의 주의 깊은 분석을 요구한다.

임의의 애퍼처 모양의 MTF를 계산하기 위해, 이미징 시스템의 광학 전달 함수가 푸리에 변환으로 다음 방정식과 같이 주어지는 것이 주목된다:

(1)

여기서

는 배향각(η)을 갖는 특수 주파수(f)에 의존하는 위상 전달 함수(PTF)이고 - 이는 각각의 특수 주파수의 세부사항이 물체 평면의 해당 세부사항에 관련하여 이미지 평면의 포지션에서 얼마나 많이 시프트했는지를 말한다.

이미지 평면의 축이 대칭 점 스프레드 함수(symmetrical point spread function)의 대칭 축과 같을 때, PTF는 모든 주파수들에 대해 0이고(문서(C. W. a. O. Becklund, Introduction To The optical Transfer Function, SPIE, 2010) 참조), 그 전체 내용들은 마치 본원에 완전히 설명된 것처럼 참조로 통합된다.

임펄스 함수(h(f, η))의 푸리에 변환(H(f, η))의 계수는 MTF(방정식 [2] 참조)이다.

임펄스 함수(h(f, η)) 자체는 회절 제한 시스템에서 애퍼처의 회절 패턴과 관련된다. 이는 고속 푸리에 변환(FFT)이 또한 PSF를 결정하는 데 사용될 수 있다는 것을 의미한다:

(2)

여기서 P(x,y)는 애퍼처 함수이다. 절대 제곱은 H(f, η)의 연산이 애퍼처 함수의 FFT를 취소하지 않는다는 것을 의미한다. 요약해서: MTF는 PSF의 푸리에 변환에 의해 주어진다. PSF는 동공 함수의 푸리에 변환의 절대값의 제곱이고(방정식 [2] 참조) - 즉, 회절 제한 OTF는 회절 애퍼처(P(x,y))의 2D 자동 상관이다.

그러므로, 푸리에 변환 접근법은 정의한 임의의 동공 함수에 대한 MTF를 계산하게 한다. G. Boreman, Modulation Transfer Function in Optical and Electro-Optical Systems, SPIE, 2001로부터의 사례 연구(그 전체 내용들은 본원에 완전히 설명된 것처럼 참조로 포함됨)는 도 11a에 도시되고, 도 11a는 상이한 애퍼처들에 대한 회절-제한 MFT이고((Y 축은 MTF의 백분율을 나타내고 x 축은 특수 주파수를 나타냄), 여기서 작은 범위의 단순 애퍼처들(관심 있는 원, 정사각형 및 가려진 원형 애퍼처들)이 도시되고, 측면들(a)의 정사각형 애퍼처는 직경(a)의 원형 애퍼처에 대해 MTF 위의 y = -x 라인으로 나타난다. 검사시 정사각형은 더 큰 면적을 포함하고, 따라서 더 많은 특수 주파수들에 개방되고, 더 많은 특수 주파수들은 더 평평한 MTF 응답을 제공하도록 합산된다. 정사각형과 면적이 같은 원은 (a가 증가하기 때문에) 차단 주파수가 더 높지만, 여전히 동일한 롤-오프(roll-off) 곡선을 나타낸다.

Matlab®과 같은 수학적 소프트웨어 패키지에서 모델링하기 위해, 모델 공간에서 시작하여 각각의 공간 지점을 나타내는 픽셀 샘플링 속도(해상도)(예를 들어, 마이크론당 10 개의 픽셀들)를 정의한다.

스케일링: MTF에 대한 차단 주파수는 다음 방정식으로부터 도출될 수 있다:

(3)

여기서 F/# = 인간 눈의 EFL에 대한 EFL/D(~24.2 mm) 및 애퍼처 어레이의 직경(D) - MTF 스케일의 경우, 파장은 (lp/mm를 제공하기 위해) mm 단위로 표시되고 EFL = 유효 초점 길이(위에서 약 24.2 mm로 주어짐).

회절 평면의 경우, FFT 어레이가 일 방향으로 N 개의 픽셀들을 포함하면, 주파수 범위는 ±N/2이다(이는 나이퀴스트(Nyquist)의 정리에 따른 주파수 스펙트럼의 기본임). 따라서, 특수 주파수 스케일은 다음 방정식과 같다:

(4)

주의할 점은 회절 패턴의 공간적 차원이 거리(EFL) 만큼 변위되므로 원래 애퍼처/이미지와 동일한 스케일이 아니라는 것이다. 공간적 범위는 다음과 같이 주어진 방정식(4)의 역수이다:

(5)

다음과 같은 공간적 단계 크기를 사용하여:

(6)

각도 스케일은 다음을 획득하기 쉽다:

(7)

MTF의 경우, 또한 하기 방정식에 의해 lp/mm(mm당 LPS)를 lp/°로 변환할 수 있다:

(8)

여기서 x는 뷰잉 폭의 물리적 범위이고 θ는 눈에 닿는 각도이다. 이것은 인간 눈의 각도 분해능 성능을 비교할 때 유용하다.

FFT 계산을 위해서, 가장 큰 엘리먼트 크기에 비례하는 패딩 경계를 제공하는 것이 중요하다. 그렇게 하지 않으면 다음 도 11b - 도 11e에서 보여주는 바와 같이 차단 주파수 아래에 잘못된 세부사항을 초래한다.

도 11b는 도 11a의 이론적 결과들에 대한 테스트 특징인 실시예에 따른 400 ㎛ 애퍼처 및 10% 경계를 갖는 단일 엘리먼트(a/2 차폐를 갖는 애퍼처)를 예시한다. 도 11c는 도 11b의 400 ㎛ 및 10% 애퍼처를 갖는 단일 엘리먼트에 대한 MTF 바이러스 주파수를 예시한다. 도 11b와 도 11c는 불충분한 어레이 패딩이 차단 주파수 아래에서 잘못된 MTF 세부사항을 생성하는 애퍼처의 경우를 도시한다.

도 11d는 일 실시예에 따른 400 ㎛ 애퍼처 및 60% 경계를 갖는 단일 엘리먼트를 예시한다. 도 11e는 도 11d의 400 ㎛ 및 60 % 애퍼처를 갖는 단일 엘리먼트에 대한 MTF 바이러스 주파수를 예시한다. 도 11d와 도 11e는 충분한 어레이 패딩이 차단 주파수 아래에서 정확한 MTF 프로파일을 생성하는 애퍼처의 경우를 도시하고, 이는 도 11a의 이론적 플롯과 일치한다.

따라서, FFT 경계 패딩을 60% 이상 증가시키는 효과는 1/2 차폐를 갖는 도 11a 애퍼처와 일치하는 MTF 프로파일을 초래한다.

이어서, 이 분석을 확장하여 MTF 및 회절에 대한 상이한 모양들 및 배열들, 예를 들어 비-균일한 분포의 육각형 모양 반사기들의 효과를 고려할 수 있다. 도 12a는 일 실시예에 따른 30 um-크기의 육각형들의 로그 그리드를 예시한다. 그리드는 14.4866%의 반사율과 157 개의 엘리먼트들을 갖는다. 도 12b는 도 12a의 로그 그리드의 주파수 대 MTF를 예시한다. 도 12c는 도 12a의 로그 그리드의 회절을 예시한다.

다음 문제가 확인되었다. 적어도 일부 실시예들은 이미지가 서브-눈-동공 크기의 반사 영역들에 의해 인간의 눈을 향해 재지향되도록 허용하고, 이러한 크기 제한으로 인해, MTF 및 이미지 세기에서 회절 및 열화와 같은 아티팩트(artefact)들을 최소화하기 위해 반사 영역들의 주의 깊은 분포가 요구된다.

기술 솔루션이 제공되었다. 지금까지, 근안 디스플레이들에서 서브-동공 크기의 반사 도트들/모양들의 패턴들을 사용하여 이미징을 위한 반사 표면들을 생성하려는 알려진 시도들이 없었다. 이 애플리케이션은 처리할 새로운 패터닝 성형 기법들 포함한다. MTF에 기반하여 카메라 시스템들의 주관적인 이미지 선명도를 결정하기 위한 메트릭인 어큐턴스의 디스플레이들로의 적용으로부터 추가 새로움이 발생한다.

MTF 최적화는 방정식 (3)의 차단 주파수에 의해 입증된 바와 같이 MTF에 이러한 작은 반사 엘리먼트들을 사용한 결과들의 이해에 의해 시작된다. 인간 눈은 통상적으로 2-3 mm의 동공 직경에 대해 최대 30 사이클들/θ(1 arcmin 세부 사항에 해당)이지만, 8 사이클들/θ에서 피크들의 각 주파수들을 거의 분석할 수 있다(문서(A. Guirao et al, "Average Optical Performance of the Human Eye as a Function of Age in a Normal Population", pp203-213, OKS, January 1999, Vol. 40, No. 1)를 참조하고, 이의 전체 내용들은 본원에 완전히 설명된 것처럼 참조로 포함됨). 이것은 19lp/mm의 피크와 71 lp/mm의 차단을 제안한다.

방정식 (3)은 0.5 mm 이하의 서브-동공 반사기 크기가 컴퓨터-생성 이미지의 전체 세부사항을 반영하는 데 적절할 것이라는 것을 시사한다. 그러나, 투사기 디스플레이들 자체는 기본적으로 해상도가 더 제한된다. 편광 광학 및 시준 미러(분야에서 잘 알려져 있음)를 갖는 기존 LCOS 투사기 설계는 통상적으로 최대 9 lp/θ를 달성할 수 있고 - 이는 주로 디스플레이 패널 해상도만이 아니라 광학 및 광학-기계적 제약들 때문이다.

이어서, 최적화는 어큐턴스를 계산함으로써 인간 눈 반응과 더 관련되어 개선될 수 있다. 이것은 휘도와 관련된 이미지의 인간 눈에 의해 인지되는 선명도이다(문서(C. W. a. O. Becklund, Introduction To The optical Transfer Function, SPIE, 2010 which is incoprorated herein in its entirety, and Documentation - Current v5.2, Acutance and SQF (Subjective Quality Factor), published by Imatest ®at http://www.imatest.com/docs/sqf/)를 참조하고, 이 문서는 그 전체가 본원에 통합됨).

이런 비교적 새로운 메트릭은 카메라 이미징 시스템이 렌즈 성능을 인간 눈과 비교하는 데 사용되므로, 이것은 HMD들뿐만 아니라 디스플레이 이미징에 대한 메트릭의 새로운 애플리케이션, 지금까지 첫 번째 애플리케이션이다.

(9)

여기서 CSF(f)는 인간 눈의 대비 감도 함수이고, f는 고려 중인 주파수 범위의 상한(단위 사이클/θ)(어느 것이든 더 높은 눈이 지원하는 최대 주파수 또는 반사 애퍼처의 최대 주파수)이다.

회절 최소화

현재 방사상 좌표(r)를 조각별로 곱하면서 원점에서 외향으로 적분하는 것이 회절 곡선의 계수 아래에 가중된 영역을 제공하므로, 외부 에지들에 에너지(광)가 더 많을수록, 적분 결과 값이 더 높다는 것이 주목된다. 이것은 회절을 최소화할 수 있는 수치적 메트릭의 기본을 형성하고 - 모든 광 에너지가 회절되지 않는 이상적인 경우, 광은 r=0인 원점에 있을 것이므로, 회절 피적분 함수는 0을 산출한다.

(10)

서브-동공 반사기들에 대한 최적의 패턴

동공 샘플링 영역 내에 2 개의 동일한 지점 소스들이 없을 때 회절이 최소화됨이 도시된다. 또한 반사 도트들이 더 클 때 MTF가 더 높다는 것이 도시된다. 그러므로, 주어진 길이를 허용하면서 모양과 분포가 비주기적인 다양한 모양들을 생성하는 것이 가능하다.

랜덤 위치들 외에 랜덤 지점들을 추가하기 위한 패턴 생성이 허용되는 경우, 매우 높은 성능을 제공하는 아래와 같은 분산 반사기 모양들을 발견할 수 있다. 도 14는 랜덤 위치들 외에 랜덤 지점들의 부가를 허용하는 도 13의 패턴 생성 방법에 의해 생성되는 고성능을 제공하는 실시예에 따른 분포된 반사기 도트 모양들의 예시적인 패턴을 예시한다. 패턴은 랜덤하게 분포된 100 um - 400 um 크기의 랜덤 무작위 다각형들을 포함한다. 그리드의 반사율은 30%이고 80 개의 엘리먼트들(다각형들)이 있다. 도 15는 인간 눈에 대한 특수 주파수 대 MFT와 비교하여 도 14의 생성된 반사기 도트들의 생성된 패턴(성긴 애퍼처 반사기)에 대한 특수 주파수 대 MFT를 예시한다. 도 16은 반사율 대 각도를 도시함으로써 도 14의 랜덤 엘리먼트들의 회절을 예시한다.

최적화 전략들을 위해, 또한 잘 알려진 2 개의 시각심리 원리(psychovisual principle)들이 주목된다:

휘도의 변화들은 컬러의 변화들보다 더 중요하고: 인간 망막은 약 1억 2천만개의 휘도-민감 간상세포들을 포함하지만, 단지 약 6 백만개의 컬러-민감 원추세포들만을 포함한다. 저주파 변화들은 고주파 변화들보다 더 중요하다. 인간 눈은 물체들의 에지들 같은 저주파 광의 변화들을 잘 판단한다. 복잡한 패턴이나 질감의 미세한 세부사항과 같은 고주파 광 변화들을 판단하는 데 덜 정확하다. 위장은 고주파 패턴들이 위장된 사물의 저주파 에지들을 방해하기 때문에 부분적으로 작동한다. 이는 다음에 기반하여 추가 전략들을 제안한다:

1. 준-연속 반사기 모양들(튜링 성장 모델(Turing growth model)에 따름)

2. 더 큰 순 반사 면적이 달성될 수 있도록 특정 컬러들과 각도에 최적화된 반사 코팅들(유전체)을 갖는 부분 반사 분포들.

일부 실시예들에서, 가장 유용한 방법은 의사 랜덤 환경에서 패턴 "성장"을 허용하기 위한 튜링 반응 확산 모델의 적용이다. 이는 Alan Turing으로 명명되고 원래 수학적 방식으로 동물 위장과 같은 패턴 형성을 설명하는 데 사용되었다. 도 13은 일 실시예에 따른 서브-동공 반사기들의 패턴들을 생성하는 데 사용될 수 있는 패턴 성장을 최적화하는 그러한 방법을 예시한다. 일단 성장 패턴(1301)이 초기에 제공되면(비제한적인 예로서, 도 14 또는 도 18은 분포가 패턴을 성장시키기 위한 예시적인 시작점을 제공함), 제 1 프로세스(1302) 및 제 2 프로세스(1305) 둘 모두가 진행된다. 일부 실시예들에서, 제 1 프로세스 및 제 2 프로세스는 직렬로 수행되지만, 다른 실시예들에서는 병렬로 수행될 수 있다. 프로세스(1302 및 1305)에 대해 별도의 출력들 및 계산들이 각각 제공된다. 프로세스(1302)는 단계(1303)에서 MFT 분석을 수행하는 것을 포함한다. 그 후, 프로세스(1302)는 단계(1304)에서 어큐턴스(A)를 계산하는 것을 포함한다(방정식 9 참조). 단계(1304)에서 계산된 어큐턴스(At)가 현재 최고 값(At-1)보다 크면(단계 1308 참조), 패턴이 유지될 수 있다(단계 1310 참조). 그렇지 않고 계산된 어큐턴스(At)가 At-1보다 크지 않다면(단계 1308 참조), 제 1 프로세스는 성장 패턴(1301)을 제공하는 단계로 복귀하고 프로세스가 다시 시작된다. 제 2 프로세스(1305)는 단계(1306)에서 FFT 분석을 수행하는 것을 포함한다(방정식 10 참조). 이후, 프로세스(1305)는 회절(D(r))을 계산하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 이것은 적분된 회절 및/또는 방사상 가중될 수 있다(단계 1307 참조). 단계(1307)에서 계산된 D(r)이 현재 최저 값(Dt-1)보다 작은 경우(단계 1309 참조), 단계(1301)에서 제공된 성장 패턴은 광학 결합기에서 반사 도트들의 패턴으로 사용하기 위해 유지/선택되고(제 1 프로세스(1302)가 또한, 동일한 패턴이 유지될 수 있다(단계(1304, 1307, 1310) 참조)는 결정을 초래하고, 그렇지 않고 계산된 회절(Dt)이 Dt-1보다 작지 않은 경우(단계 1309 참조), 제 2 프로세스는 성장 패턴(1301)을 제공하는 단계로 복귀하고 이어서 프로세스가 다시 시작된다. 여기서 t는 현재 시간이고 t-1은 이전 시간이다. 따라서, At가 At-1보다 크고 Dt가 Dt-1보다 작을 때 광학 결합기와 함께 사용하기 위한 성장 패턴이 선택된다. 선택된 성장 패턴에 따라 반사 도트들이 배열된 광학 결합기들은 기존 광학 결합기들에 비해 MTF 및 이미지 세기의 회절 및 열화와 같은 아티팩트들을 감소시킨다.

성장-패턴 반사기들(튜링 확산 알고리즘)

이제 성장-패턴 반사기들의 제조를 위한 반사 도트들의 패턴들을 성장시키기 위해 본 기술의 일부 접근법에 따라 채택될 수 있는 반응-확산 모델링 프로세스가 더 상세히 참조될 것이다.

기본적인 설명은 문서(Kestrels and Cerevisiae, Histories of Science from Kele W. Cable, Alan Turing's Reaction-Diffusion Model - Simplification of the Complex, published December 1 2010, (https://phylogenous.wordpress.com/2010/12/01/alan-turings-reaction-diffusionmodel-simplification-of-the-complex/))에서 발견될 수 있고, 그 전체 내용은 본원에 완전히 설명된 것처럼 참조로 통합되고 - 다양한 비대칭 패턴들은 제어된 방식으로 성장될 수 있다. 비대칭은 회절 효과들을 감소시키기 위해 이용된다. 도 17은 일 실시예에 따른 케스트렐 및 세레비시아에(Kestrels 및 Cerevisiae)로부터 취해진 패턴 성장에 대한 튜링 확산 방정식들의 기초를 예시하는 방정식 다이어그램이다.

도 17은 알란 튜링(Alan Turing)이 1952년 자신의 논문 "The chemical basis of morphogenesis"에서 원래 정의한 바와 같이 패턴 형성을 위한 반응-확산 프로세스를 일으키는 원리 수학적 관계들의 개요를 설명한다(기사(The chemical basis of morphogenesis, Alan Mathison Turing, Published:14 August 1952 https://doi.org/10.1098/rstb.1952.0012, Volume 237, Issue 641 Published by:Royal Society)를 참조하고, 그 전체 내용들은 본원에 완전히 설명된 바와 같이 참조로 통합됨). 이것은 2 개-컴포넌트 반응-확산 시스템이고, 이에 의해 2 개의 균질하게 분포된 반응성 화합물들("모르포겐(morphogen)"이라 칭해짐)(u와 v)은 소정 공간(이 경우 예를 들어 동공-크기의 영역)을 차지한다. 둘 모두의 모르포겐들은 조직에서 원래 생성된 곳에서 멀리 스프레드(또는 "확산") 수 있다(랜덤 분포로 프로세스를 시작함). 하나의 모르포겐(u)은 천천히 확산되어, 근처 위치들에서 발달의 활성제 역할을 한다. 제 2 모르포겐(v)은 제 1 억제제이고, 발생된 곳에서 더 빠르게 스프레드되므로, 더 긴 범위에서 작용한다. 개발 동안 공간 패턴들의 자율적 생성을 허용하는 것은 이 2 개의 모르포겐들의 상호작용(또는 "반응")이다. 스프레딩 속도는 활성화제 및 억제제 각각에 대해 확산 계수(Du 및 Dv), 및 라플라시안 공간 연산자들(Δu 및 Δv)에 의해 결정된다. 반응은 F(u,v) 및 G(u,v)에 의해 제어되는 생성 및 duu 및 dvv에 의해 제어되는 열화 둘 모두를 포함한다. 비-선형 역학 시스템들에 대해 F(u,v) 및 G(u,v)가 획득된다(문서(Physica A: Statistical Mechanics and its Applications Volume 419, 1 February 2015, Pages 487-497, Pattern formation and Turing instability in an activator-inhibitor system with power-law coupling, F.A.dos S. SilvaR.L.Viana S.R.Lopes, https://doi.org/10.1016/j.physa.2014.09.059, Elsevier)를 참조하고, 그 전체 내용은 본원에 완전히 설명된 것처럼 참조로 통합됨):

(11)

여기서 ρ _u 및 ρ _v 는 각각 활성화제 및 억제제 생산율이다. 대안적인 반응-확산 성장 모델들의 예들은 예를 들어 문서(Hearn DJ (2019) Turing-like mechanism in a stochastic reaction-diffusion model recreates three dimensional vascular patterning of plant stems. PLoS ONE 14(7): e0219055. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0219055)에서 발견될 수 있고, 그 전체 내용이 본원에 완전히 설명된 것처럼 참조로 통합되고, 이는 또한 유사한 패턴들을 생성한다.

일부 다른 실시예들에서, 다른 반응-확산 모델이 채택될 수 있다. 또한, 다른 실시예들에서 다른 유형들의 성장 패턴들이 채택될 수 있다.

도 18 내지 도 23은 생산 열화 및 확산 파라미터들을 변화시킴으로써 수정되는, 도 17의 활용에 의해 수정된 도 13의 방법을 사용하여 생성된 성장 패턴 반사기들의 예들을 예시한다. 도 18은 반사율 29%를 갖는 성장 패턴 반사기를 예시한다. 도 19는 인간 눈에 대한 특수 주파수 대 MFT와 비교하여 도 18의 반사기 도트들의 생성된 패턴(성긴 애퍼처 반사기)에 대한 특수 주파수 대 MFT를 예시한다. 도 20은 반사율 대 각도를 도시함으로써 도 18의 랜덤 엘리먼트들의 회절을 예시한다. 도 21은 반사율 44%를 갖는 성장 패턴 반사기를 예시한다. 도 22는 인간 눈에 대한 특수 주파수 대 MFT와 비교하여 도 21의 반사기의 반사기 도트들의 생성된 패턴(성긴 애퍼처 반사기)에 대한 특수 주파수 대 MFT를 예시한다. 도 23은 반사율 대 각도를 도시함으로써 도 21의 랜덤 엘리먼트들의 회절을 예시한다. 도 22의 MTF 플롯을 도 19와 비교하면, MTF 응답이 단순한 기하학적 모양의 경우보다 순 반사율에 훨씬 덜 민감하고, 이는 이러한 비대칭 및 필라멘트 패터닝의 유용성을 보여준다.

위에서 설명한 튜링 반응 확산 모델(및 또한 실시예들의 다른 반응-확산 모델)에 기반한 성장 모델은 반응(u, v)에 대해 적어도 2 개의 화합물들을 갖지만, 다른 실시예들에서는 패턴을 생성하는 반응들을 모델링하기 위해 3 개 및 4 개의 화합물들(그러나 이에 제한되지 않음) 같은 2 개 초과의 화합물들이 있을 수 있다.

본 기술의 다른 양태들에서, 반사 도트들의 패턴은 반드시 튜링 반응 모델 또는 반응 확산 모델이 아닌 성장 패턴 모델들을 활용함으로써 제공된다. 일부 실시예들에서, 성장 패턴 모델은 반응 확산 모델링 프로세스에 기반한다. 일부 실시예들에서, 반응 확산 모델 프로세스는 소정 클러스터를 제공하기 위해 경험적으로 발견된 소정 범위에 걸쳐 열화 및 확산 파라미터들의 난수들을 사용하여 랜덤 시드로부터 개시된다. 비제한적인 예로서, 도 14 또는 도 18은 분포가 반사 도트들의 패턴을 성장시키는 시작점의 예를 제공한다. 일부 실시예들에서, 확산 파라미터는 고정되고 일부 다른 실시예들에서 확산 파라미터는 반복된다. 일부 실시들에서, 생산 및 열화 계수들은 촉매 또는 집단을 제공하기 위해 수 퍼센트만큼 랜덤하게 변경된다. 도 13은 일부 실시예들에 따라 서브-동공 반사기 도트들의 패턴들을 생성하는 데 사용될 수 있고 도 17에 나타낸 반응-확산 프로세스(그러나 이에 제한되지 않음) 같은 반응 확산 모델링 프로세스를 활용하는 패턴 성장을 최적화하는 방법을 예시한다.

본 기술의 양태들에 따르면, 광학 결합기 또는 광학 도파관에서 반사 도트의 패턴(들)은 도 11 내지 도 23을 참조하여 본원에 설명된 어느 하나 이상의 실시예들에 따른 반사 도트들의 패턴들을 생성하기 위한 방법들에 따라 결정된다.

일부 실시예들에서, 도 1 내지 도 10을 참조하여 본원에 설명된 광학 도파관들 또는 시스템들(100, 200, 300, 400, 600, 700 및 800)의 실시예들 중 어느 하나 이상의 공통 또는 별개의 평면들에 있는 반사 도트들의 패턴(들)은 도 11 내지 도 23을 참조하여 본원에 설명된 실시예에 따른 어느 하나 이상의 실시예들에 따른 반사 도트들의 패턴들을 생성하는 방법들에 따라 결정된다.

예를 들어, 일부 실시예들에서, 도 2의 광학 결합기(200)의 성긴 애퍼처 반사기들(215, 220, 225, 230) 중 어느 하나 이상의 반사 도트들(108)의 패턴은 도 11 내지 도 23을 참조하여 본원에 설명된 실시예들에 따른 반사 도트들의 패턴들을 생성하기 위한 방법들 중 어느 하나 이상에 따라 결정된다. 일부 실시예들에서, 성긴 애퍼처 반사기들(215, 220, 225, 230) 중 하나 이상은 성장 패턴 반사기이고, 이에 의해 반사기 도트들의 패턴은 생산 열화 및 확산 파라미터들을 변경함으로써 수정된, 도 17의 활용에 의해 수정되는 도 13을 참조하여 설명된 실시예(들)를 포함하는 본원에 설명된 패턴들을 성장시키는 방법의 실시예들 중 어느 하나에 따라 결정된다.

또한, 예로서, 일부 실시예들에서, 도 3의 성긴 애퍼처 반사기(330)의 반사기 도트들의 패턴은 도 11 내지 도 23을 참조하여 본원에 설명된 실시예들에 따른 반사 도트들의 패턴들을 생성하기 위한 방법들 중 어느 하나 이상에 따라 결정된다. 일부 실시예들에서, 성긴 애퍼처 반사기들(330) 중 하나 이상은 성장 패턴 반사기이고, 이에 의해 반사기 도트들의 패턴은 생산 열화 및 확산 파라미터들을 변경함으로써 수정된, 도 17의 활용에 의해 수정되는 도 13을 참조하여 설명된 실시예(들)를 포함하는 본원에 설명된 패턴들을 성장시키는 방법의 실시예들 중 어느 하나에 따라 결정된다. 예로서, 도 3a에 예시된 각각의 흑색 정사각형은 본원에 설명된 반사 도트들의 패턴들을 성장시키는 방법들 중 어느 하나에 따라 제공된 성장 패턴에 대응하는 패턴으로 배열된 복수의 반사 도트들에 해당할 수 있다. 예를 들어, 도 3a에 예시된 각각의 흑색 정사각형은 도 18 또는 도 21에 도시된 성장 패턴 그리드(그러나 이에 제한되지 않음)와 같은 성장 패턴에 따라 배열된 복수의 반사 도트들일 수 있다.

또한, 추가 예로서, 일부 실시예들에서, 광학 결합기(100)의 별개의 평면들(115, 120, 125, 130) 중 어느 하나 이상의 반사 도트들(108)의 패턴은 도 11 내지 도 23을 참조하여 본원에 설명된 실시예들에 따른 반사 도트들의 패턴들을 생성하기 위한 방법들 중 어느 하나 이상에 따라 결정된다. 일부 실시예들에서, 광학 결합기(100)의 공통 또는 별개의 평면들(115, 120, 125, 130) 중 어느 하나 이상의 반사 도트들(108)의 패턴은 생산 열화 및 확산 파라미터들을 변경함으로써 수정된, 도 17의 활용에 의해 수정되는 도 13을 참조하여 설명된 실시예(들)를 포함하는 본원에 설명된 패턴들을 성장시키는 방법들 중 어느 하나 이상에 따라 결정된 성장 패턴이다.

또한 추가로, 일부 실시예들에서, 도 10의 별개의 평면(1000)의 광학 결합기의 별개의 평면들 중 어느 하나 이상의 반사기 도트들의 패턴은 도 11 내지 도 23을 참조하여 본원에 설명된 실시예들에 따른 반사 도트들의 패턴들을 생성하기 위한 방법들 중 어느 하나 이상에 따라 결정된다. 일부 실시예들에서, 별개의 평면(1000)을 포함하는 공통 또는 별개의 평면들 중 어느 하나 이상에서 반사 도트들(108)의 패턴은 생산 열화 및 확산 파라미터들을 변경함으로써 수정된, 도 17의 활용에 의해 수정되는 도 13을 참조하여 설명된 실시예(들)를 포함하는 본원에 설명된 패턴들을 성장시키는 방법들 중 어느 하나 이상에 따라 결정된 성장 패턴이다.

본 기술의 일부 양태들에 따르면, 광학 기판에서 성장된 패턴들의 반사 도트들을 배열하는 방법들 중 어느 하나는 광학 결합기들에 대한 추가 최적화 전략들에 사용될 수 있다.

광학 도파관들의 경우, 이미지를 구성하는 광선 각도들은 서로에 관련하여 유지될 필요가 있고, 이를 위해 반사 평면들, 즉 패턴들을 포함하는 평면들은 서로 평행할 필요가 있다. 제조 편의를 위해, 광선들은 일련의 별개의 평행한 평면들로 제한되지만, 각각의 반사 엘리먼트가 서로 평행한 한, 최적화에 따라 어디에든 분포될 수 있다(예로서 도 9를 참조).

또 다른 양태들에 따르면, 본원에 개시된 실시예들의 광학 결합기들 중 임의의 광학 결합기는 광학적 반사 서브-동공 도트들이 본 명세서에 개시된 패턴 성장 모델은 광학적 반사성 서브-동공 도트가 전술한 패턴 성장 모델들 중 어느 하나에 의해 성장된 패턴에 대응하는 패턴으로 배열되는 프로세스에 의해 구성된다. 광학 결합기들을 구성하는 비제한적인 예들은 도 3a, 도 3b 및 도 4a 및 도 4b를 참조하여 위에 설명되어 있다.

적어도 일부 실시예들의 고유한 특징들은 흡수 또는 반사방지 코팅들을 가질 수 있는 작은 반사 피처들(도트)에 의한 도파관 이미징을 허용하여 더 높은 입사각들에서 기존의 유전체 코팅들로 어려움과 아티팩트들이 발생하는 2차 이미지 형성을 억제한다.

새로운 기법들은 인간의 시각에 더 적합한 더 크게 개선된 이미징 해상도(MTF), 및 감소된 회절 효과들을 갖는 최적의 반사기 구성들을 결정한다.

도 24는 컴퓨터 시스템(4401) 형태의 기계의 일 실시예의 개략도이고, 컴퓨터 시스템(4401) 내에 명령들의 세트가 있고, 명령들의 세트는 기계로 하여금 본원에 설명되거나 예상된 패턴 성장 모델들 중 어느 하나에 따른 복수의 반사 도트들의 패턴을 결정하는 방법들 중 어느 하나를 포함(그러나 이에 제한되지 않음)하는 본원에 설명된 프로세스 중 어느 하나 또는 조합을 수행하는 데 사용되는 컴퓨터-구현 방법 단계들을 포함하는, 본원에 논의된 방법론들 중 어느 하나 이상을 수행하게 한다. 다양한 예시적인 실시예들에서, 기계는 독립형 디바이스로서 동작하고, 다른 기계들에 연결(예를 들어, 네트워킹)될 수 있거나 머리 장착 디스플레이 또는 헤드업 디스플레이 자체에 통합될 수 있다. 네트워킹된 배치에서, 기계는 서버-클라이언트 네트워크 환경에서 서버 또는 클라이언트 기계의 능력으로, 또는 피어-투-피어(또는 분산된) 네트워크 환경에서 피어 기계로서 동작할 수 있다. 기계는 로봇 구성 마킹 디바이스, 기지국, 개인용 컴퓨터(PC), 태블릿 PC, 셋톱박스(STB), 개인 휴대 정보 단말기(PDA), 셀룰러 전화, 휴대용 음악 플레이어(예를 들어, 동영상 전문가 그룹 오디오 계층 3(MP3) 플레이어와 같은 휴대용 하드 드라이브 오디오 디바이스), 웹 기기, 네트워크 라우터, 스위치 또는 브리지, 또는 (순차적 또는 그렇지 않으면) 해당 기계에 의해 취해질 동작들을 지정하는 명령들의 세트를 실행할 수 있는 임의의 기계일 수 있다. 또한, 단일 기계만이 예시되지만, "기계"이라는 용어는 또한 본원에 논의된 방법론들 중 어느 하나 이상을 수행하기 위해 명령들의 세트(또는 다수의 세트들)를 개별적으로 또는 공동으로 실행하는 기계들의 임의의 집합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

컴퓨터 시스템(4401)의 실시예는 프로세서 또는 다중 프로세서들(4405)(예를 들어, 중앙 처리 장치(CPU), 그래픽 처리 장치(GPU), 또는 둘 모두), 및 버스(4420)를 통해 서로 통신하는 메인 메모리(4410) 및 정적 메모리(4415)를 포함한다. 컴퓨터 시스템(4401)은 비디오 디스플레이(4435)(예를 들어, 액정 디스플레이(LCD))를 더 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템(4401)은 또한 영숫자 입력 디바이스(들)(4430)(예를 들어, 키보드), 커서 제어 디바이스(예를 들어, 마우스), 음성 인식 또는 생체 인증 유닛(도시되지 않음), 드라이브 유닛(4437)(또한 디스크 드라이브 유닛으로 지칭됨), 신호 생성 디바이스(4440)(예를 들어, 스피커) 및 네트워크 인터페이스 디바이스(4445)를 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템(4401)은 데이터를 암호화하기 위한 데이터 암호화 모듈(도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다.

드라이브 유닛(4437)은 본원에 설명된 방법론들 또는 기능들 중 어느 하나 이상을 구현하거나 활용하는 명령들 및 데이터 구조들(예를 들어, 명령들(4455))의 하나 이상의 세트들이 저장되어 있는 컴퓨터 또는 기계-판독가능 매체(4450)를 포함한다. 명령들(4455)은 또한 컴퓨터 시스템(4401)에 의한 실행 동안 메인 메모리(4410) 및/또는 프로세서들(4405) 내에 완전히 또는 적어도 부분적으로 상주할 수 있다. 메인 메모리(4410) 및 프로세서들(4405)은 또한 기계-판독가능 매체를 구성할 수 있다.

명령들(4455)은 추가로 다수의 잘-알려진 전송 프로토콜들(예를 들어, HTTP(Hyper Text Transfer Protocol)) 중 어느 하나를 활용하여 네트워크 인터페이스 디바이스(4445)를 통해 네트워크를 거쳐 더 송신 또는 수신될 수 있다. 기계-판독가능 매체(4450)가 예시적인 실시예에서 단일 매체로 도시되었지만, "컴퓨터-판독가능 매체"라는 용어는 명령들의 하나 이상의 세트들을 저장하는 단일 매체 또는 다중 매체(예를 들어, 중압집중식 또는 분산식 데이터베이스 및/또는 연관된 캐시들 및 서버들)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. "컴퓨터-판독가능 매체"라는 용어는 또한 기계에 의한 실행을 위한 명령들의 세트를 저장, 인코딩 또는 전달할 수 있고 기계가 본 출원의 방법론들 중 어느 하나 이상을 수행하게 하거나, 또는 그러한 명령들의 세트에 의해 활용되거나 이와 연관된 데이터 구조들을 저장, 인코딩 또는 전달할 수 있는 임의의 매체를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, "컴퓨터-판독가능 매체"라는 용어는 솔리드-스테이트 메모리들, 광학 및 자기 매체들, 반송파 신호들을 포함(그러나 이에 제한되지 않음)하는 것으로 이해되어야 한다. 그러한 매체들은 또한 제한 없이 하드 디스크들, 플로피 디스크들, 플래시 메모리 카드들, 디지털 비디오 디스크들, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM) 등을 포함할 수 있다. 본원에 설명된 예시적인 실시예들은 컴퓨터에 설치된 소프트웨어를 포함하는 운영 환경에서, 하드웨어로, 또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합으로 구현될 수 있다.

컴퓨터 시스템(4401)의 모든 컴포넌트들이 요구되지 않고 따라서 필요하지 않은 경우 입/출력(I/O) 디바이스들(예를 들어, 입력 디바이스(들)(4430))과 같은 컴퓨터 시스템(4401)의 부분들은 제거될 수 있다. 통상의 기술자는 인터넷 서비스가 인터넷 서비스에 결합된 하나 이상의 컴퓨팅 디바이스들에 대한 인터넷 액세스를 제공하도록 구성될 수 있고, 컴퓨팅 디바이스들이 하나 이상의 프로세서들, 버스들, 메모리 디바이스들, 디스플레이 디바이스들, 입/출력 디바이스들 등을 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 또한, 통상의 기술자들은 인터넷 서비스가 하나 이상의 데이터베이스들, 저장소들, 서버들 등에 결합될 수 있고, 이는 본원에 설명된 바와 같이 본 개시내용의 임의의 실시예들을 구현하기 위해 활용될 수 있음을 인식할 수 있다.

본원에 사용된 바와 같이, "모듈"이라는 용어는 또한 주문형 집적 회로("ASIC"), 전자 회로, 하나 이상의 소프트웨어 또는 펌웨어 프로그램들을 실행하는 프로세서(공유, 전용 또는 그룹), 조합 논리 회로, 및/또는 설명된 기능을 제공하는 다른 적합한 컴포넌트들 중 임의의 것을 지칭할 수 있다.

아래 청구범위들의 모든 수단 또는 단계 플러스 기능 엘리먼트들의 상응하는 구조들, 재료들, 작용들 및 등가물들은 구체적으로 청구된 다른 청구된 엘리먼트들과 조합하여 기능을 수행하기 위한 임의의 구조, 재료 또는 작용을 포함하도록 의도된다. 본 기술의 설명은 예시 및 설명의 목적들로 제시되었지만, 개시된 형태로 본 기술을 완전하게 하거나 제한하려고 의도되지 않는다. 본 기술의 범위 및 사상을 벗어나지 않으면서 많은 수정들 및 변형들이 통상의 기술자들에게 명백할 것이다. 예시적인 실시예들은 본 기술의 원리들 및 그 실제 적용을 가장 잘 설명하고, 다른 통상의 기술자들이 고려된 특정 용도에 적합한 다양한 수정들을 갖는 다양한 실시예들에 대해 본 기술을 이해할 수 있도록 선택되고 설명되었다.

본 기술의 양태들은 본 기술의 실시예들에 따른 방법들, 장치들(시스템들) 및 컴퓨터 프로그램 제품들의 흐름도 예시들 및/또는 블록도들을 참조하여 위에서 설명되었다. 흐름도 예시들 및/또는 블록도들의 각 블록, 및 흐름도 예시들 및/또는 블록도들의 블록들의 조합들이 컴퓨터 프로그램 명령들에 의해 구현될 수 있음이 이해될 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램 명령들은 기계를 생성하기 위해 범용 컴퓨터, 특수 목적 컴퓨터, 또는 다른 프로그램가능한 데이터 프로세싱 장치의 프로세서에 제공되어, 컴퓨터 또는 다른 프로그램가능한 데이터 프로세싱 장치의 프로세서를 통해 실행되는 명령들은 흐름도 및/또는 블록 다이어그램 블록 또는 블록들에 지정된 기능들/동작들을 구현하기 위한 수단을 생성한다.

이러한 컴퓨터 프로그램 명령들은 또한 컴퓨터, 다른 프로그램가능한 데이터 프로세싱 장치, 또는 다른 디바이스들이 특정 방식으로 기능하도록 지시할 수 있는 컴퓨터 판독가능한 매체에 저장되어, 컴퓨터 판독가능한 매체에 저장된 명령들은 흐름도 및/또는 블록 다이어그램 블록 또는 블록들에 지정된 기능/동작을 구현하는 명령들을 포함하는 제조 물품을 생성할 수 있다.

컴퓨터 프로그램 명령들은 또한 컴퓨터, 다른 프로그램가능한 데이터 프로세싱 장치, 또는 다른 디바이스들에 로드되어 컴퓨터, 다른 프로그램가능한 장치 또는 다른 디바이스들에서 수행될 일련의 동작 단계들이 컴퓨터 구현 프로세스를 생성하게 하고, 따라서 컴퓨터 또는 다른 프로그램가능한 장치에서 실행되는 명령들은 흐름도 및/또는 블록도 블록 또는 블록들에 지정된 기능들/동작들을 구현하기 위한 프로세스들을 제공할 수 있다.

도면들의 블록도들은 본 기술의 다양한 실시예들에 따른 시스템들, 방법들 및 컴퓨터 프로그램 제품들의 가능한 구현들의 아키텍처, 기능 및 동작을 예시한다. 이와 관련하여, 블록 다이어그램들은 지정된 논리 기능(들)을 구현하기 위한 하나 이상의 실행가능한 명령들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또한, 일부 대안적인 구현들에서, 블록에 언급된 기능들이 도면들에 언급된 순서와 다르게 발생할 수 있다는 점이 주목되어야 한다. 예를 들어, 연속적으로 도시된 2 개의 블록은 실제로 실질적으로 동시에 실행될 수 있거나, 관련된 기능에 따라 블록들은 때때로 역순으로 실행될 수 있다. 블록 다이어그램들 및/또는 흐름도의 각각의 블록과, 블록 다이어그램들 및/또는 흐름도의 블록들의 조합들이 지정된 기능들 또는 동작들, 또는 특수 목적 하드웨어 및 컴퓨터 명령들의 조합들을 수행하는 특수 목적 하드웨어-기반 시스템들에 의해 구현될 수 있다는 것이 또한 주목될 것이다.

본 명세서 전체에서 "일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 참조는 실시예와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 위치들에서 "일 실시예에서" 또는 "실시예에서" 또는 "일 실시예에 따라"(또는 유사한 의미를 갖는 다른 문구들)의 출현들은 반드시 모두 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 또한, 특정 특징들, 구조들 또는 특성은 하나 이상의 실시예들에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다. 또한, 본원의 논의의 맥락에 따라, 단수 용어는 그 복수 형태들을 포함할 수 있고, 복수 용어는 그 단수 형태를 포함할 수 있다. 유사하게, 하이픈이 붙은 용어(예를 들어, "온-디맨드(on-demand)")는 때때로 하이픈이 없는 버전(예를 들어, "온 디맨드(on demand)")과 상호 교환적으로 사용될 수 있고, 대문자로 쓰여진 엔트리(예를 들어, "Software")는 대문자가 아닌 버전(예를 들어, "software")과 상호 교환적으로 사용될 수 있고, 복수 용어는 아포스트로피(apostrophe)(예를 들어, PE's 또는 PEs) 없이 또는 이를 사용하여 나타내질 수 있고, 이탤릭체로 쓰여진 용어(예를 들어, "N+1")는 이탤릭체가 아닌 버전(예를 들어 "N+1")과 상호 교환적으로 사용될 수 있다. 이러한 간헐적인 상호 교환은 서로 일치하지 않는 것으로 간주되지 않는다.

또한, 일부 실시예들은 태스크 또는 태스크들의 세트를 수행하는 "수단"의 관점에서 설명될 수 있다. "수단"이 프로세서, 메모리, 카메라와 같은 I/O 디바이스, 또는 이들의 조합들과 같은 구조의 관점에서 본원에 표현될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 대안적으로, "수단"은 기능 또는 방법 단계를 설명하는 알고리즘을 포함할 수 있는 반면, 또 다른 실시예들에서 "수단"은 수학 공식, 산문, 또는 흐름도 또는 신호 다이어그램 관점에서 표현된다.

본원에 사용된 용어는 단지 특정한 실시예들만을 설명하기 위한 것이고 본 발명을 제한하도록 의도되지 않는다. 본원에 사용된 바와 같이, 단수 형태들("a", "an" 및 "the")은 문맥이 명백하게 달리 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함하는 것으로 의도된다. 본 명세서에서 사용될 때 "포함하다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어들이 언급된 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 엘리먼트들 및/또는 컴포넌트들의 존재를 지정하지만, 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 엘리먼트들, 컴포넌트들, 및/또는 이들의 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것이 추가로 이해될 것이다.

임의의 개시내용들이 참조로 본원에 통합되고 그러한 통합된 개시내용들이 부분적으로 및/또는 전체적으로 본 개시내용과 충돌하는 경우, 충돌 및/또는 더 넓은 개시내용 및/또는 용어들의 더 넓은 정의까지, 본 개시내용은 제어한다. 그러한 통합된 개시내용들이 서로 부분적으로 및/또는 전체적으로 충돌하는 경우, 충돌의 범위 내에서 이후-날짜 개시내용이 제어한다.

본원에 사용된 용어는 직접 또는 간접, 전체 또는 부분, 일시적 또는 영구적, 즉시 또는 지연, 동기 또는 비동기, 동작 또는 비동작을 의미할 수 있다. 예를 들어, 엘리먼트가 다른 엘리먼트에 "있거나", "연결되거나" 또는 "결합된" 것으로 지칭될 때, 엘리먼트는 다른 엘리먼트에 직접 있거나, 연결되거나 결합될 수 있고/있거나 간접 및/또는 직접 변형들을 포함하여, 개재 엘리먼트들이 존재할 수 있다. 대조적으로, 엘리먼트가 다른 엘리먼트에 "직접 연결되거나" 또는 "직접 결합된" 것으로 지칭될 때, 개재 엘리먼트들이 존재하지 않는다. 본원의 설명은 제한이 아닌 예시적이다. 기술의 많은 변형들은 본 개시내용을 검토후 통상의 기술자들에게 명백해질 것이다.

본원에 언급된 모든 공개물들(아래에 나열된 것을 포함함), 특허들 및 특허 출원들은 마치 각각의 개별 공개물, 특허 또는 특허 출원이 전체가 참조로 통합되는 것으로 구체적이고 개별적으로 표시된 것과 동일한 정도로 그 전체가 참조로 통합된다.

참조문헌들

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[10] Hearn DJ (2019) Turing-like mechanism in a stochastic reaction-diffusion model recreates three dimensional vascular patterning of plant stems, PLoS ONE 14(7): e0219055. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0219055 or https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0219055#sec001

Claims

광학 결합기로서,
광학적 투명 기판; 및
상기 광학적 투명 기판에 포함되고 상기 기판의 파 전파 축을 따라 배치된 패턴화된 영역을 포함하고,
상기 패턴화된 영역은 부분적으로 광학적으로 반사성이고 부분적으로 광학적으로 투명하고,
상기 패턴화된 영역은 상기 광학적 투명 기판의 복수의 광학적 투명 영역들 및 복수의 광학적 반사 서브-동공 도트(sub-pupil dot)들을 포함하고, 상기 복수의 광학적 반사 서브-동공 도트들은 상기 광학적 투명 기판 파 전파 축에 관련하여 경사지고,
상기 패턴화된 영역은 성장 패턴 영역인, 광학 결합기.
제 1 항에 있어서, 상기 성장 패턴 영역은 반응 확산 모델에 따라 결정되는, 광학 결합기.
제 1 항에 있어서, 상기 반응 확산 모델은 튜링 리치 확산 모델(Turing Reach Diffusion model)을 포함하는, 광학 결합기.
제 1 항에 있어서, 상기 광학적 투명 기판은 광학 도파관 기판을 포함하는, 광학 결합기.
제 4 항에 있어서, 상기 광학 광학적 투명 기판은 근안 광학 도파관 기판을 포함하는, 광학 결합기.
프로세스에 의해 구성된 광학 결합기로서,
상기 프로세스는
광학적 투명 기판을 제공하는 단계; 및
상기 광학적 투명 기판에서 상기 기판의 파 전파 축을 횡단하는 적어도 하나의 공통 또는 별개의 평면에 적어도 하나의 패턴화된 영역을 통합하는 단계로서, 상기 패턴화된 영역은 부분적으로 광학적으로 반사성이고 부분적으로 광학적으로 투명한, 상기 적어도 하나의 패턴화된 영역을 통합하는 단계를 포함하고,
상기 광학적 투명 기판에서 상기 기판의 상기 파 전파 축을 횡단하여 배치된 상기 적어도 하나의 공통 또는 별개의 평면에 상기 적어도 하나의 패턴화된 영역을 통합하는 단계는:
패턴 성장 모델에 따라 복수의 광학적 반사 서브-동공 도트들의 패턴을 성장시킴으로써 상기 복수의 광학적 반사 서브-동공 도트들의 패턴을 결정하는 단계, 및
상기 광학적 투명 기판에서 상기 패턴 성장 모델에 따라 성장된 패턴의 상기 복수의 광학적 반사 서브-동공 도트들을 상기 공통 또는 별개의 평면에 배열하는 단계를 포함하는, 광학 결합기.
제 6 항에 있어서,
패턴 성장 모델에 따라 상기 복수의 광학적 반사 서브-동공 도트들의 패턴을 성장시킴으로써 상기 복수의 광학적 반사 서브-동공 도트들의 패턴을 결정하는 단계는 반응-확산 성장 모델에 따라 상기 복수의 광학적 반사 서브-동공 도트들의 패턴을 성장시킴으로써 상기 복수의 광학적 반사 서브-동공 도트들의 패턴을 결정하는 단계를 포함하는, 광학 결합기.
제 7 항에 있어서,
반응-확산 성장 모델에 따라 상기 복수의 광학적 반사 서브-동공 도트들의 패턴을 성장시킴으로써 상기 복수의 광학적 반사 서브-동공 도트들의 패턴을 결정하는 단계는 튜링 반응-확산 성장 모델에 따라 상기 복수의 광학적 반사 서브-동공 도트들의 패턴을 성장시킴으로써 상기 복수의 광학적 반사 서브-동공 도트들의 패턴을 결정하는 단계를 포함하는, 광학 결합기.
제 1 항에 있어서, 광학적 투명 기판을 제공하는 것은 광학적으로 근안 광학 도파관 기판인 광학 도파관 기판을 제공하는 것을 포함하는, 광학 결합기.
제 6 항에 있어서,
상기 패턴 성장 모델에 따라 상기 복수의 광학적 반사 서브-동공 도트들의 패턴을 성장시킴으로써 상기 복수의 광학적 반사 서브-동공 도트들의 패턴을 결정하는 단계는:
a) 상기 패턴 성장 모델에 따라 제 1 시간(t-1)에서 광학적 반사 서브-동공 도트들의 초기 성장 패턴을 제공하는 단계;
b) 상기 제 1 시간(t-1)에서의 상기 초기 성장 패턴에 대해 MFT 분석을 수행하는 단계;
c) 단계 b)에서 수행된 상기 MFT 분석에 기반하여 어큐턴스(acutance)(A)를 결정하는 단계;
d) 상기 제 1 시간(t-1)에서의 상기 초기 성장 패턴에 대해 FFT 분석을 수행하는 단계;
e) 단계 d)에서 수행된 상기 FFT 분석에 기반하여 회절을 결정하는 단계;
f) 제 2 시간(t)에서 단계 a) 내지 단계 e)를 반복하는 단계; 및
g) 결정된 어큐턴스(A) 및 회절에 따라 특정 시간의 상기 성장 패턴을 선택하는 단계를 포함하는, 광학 결합기.
제 10 항에 있어서,
상기 성장 패턴 모델은 반응-확산 성장 모델을 포함하고;
단계 d)에서 수행된 상기 FFT 분석에 기반하여 회절을 결정하는 단계는 단계 d)에서 수행된 상기 FFT 분석에 기반하여 방사상-가중 회절을 적분하는 단계를 포함하는, 광학 결합기.
제 11 항에 있어서,
상기 결정된 어큐턴스(A) 및 회절에 따라 특정 시간의 상기 성장 패턴을 선택하는 단계 (g)는:
현재 제 2 시간(t)에서 결정된 상기 어큐턴스(A)가 이전 제 1 시간(t-1)에서의 상기 어큐턴스(A)보다 더 크고 상기 현재 제 2 시간(t)에서의 상기 적분된 회절이 상기 이전 제 1 시간(t-1)에서의 상기 적분된 회절보다 작은 경우 상기 현재 제 2 시간(t)에서 획득된 성장 패턴을 선택하는 단계를 포함하는, 광학 결합기.
제 12 항에 있어서,
상기 결정된 어큐턴스(A) 및 회절에 따라 현재 제 2 시간(t)의 상기 성장 패턴을 선택하는 단계 (g)는:
상기 현재 제 2 시간(t)에서 결정된 상기 어큐턴스(A)가 상기 이전 제 1 시간(t-1)에서의 상기 어큐턴스(A)보다 크지 않고 상기 현재 제 2 시간(t)에서의 상기 적분된 회절이 상기 이전 제 1 시간(t-1)에서의 상기 적분된 회절보다 작지 않은 경우, 현재 제 2 시간(t)에서 결정된 상기 어큐턴스(A)가 상기 이전 제 1 시간(t-1)에서의 상기 어큐턴스(A)보다 크고 상기 현재 제 2 시간(t)에서의 상기 적분된 회절이 상기 이전 제 1 시간(t-1)에서의 상기 적분된 회절보다 작을 때까지 해당 또는 각각의 후속 시간 동안 단계 (a) 내지 단계 (f)를 반복하는 단계를 더 포함하는, 광학 결합기.
제 13 항에 있어서, 상기 반응-확산 성장 모델은 튜링 반응-확산 성장 모델인, 광학 결합기.
광학 결합기에 대한 복수의 광학적 반사 서브-동공 도트들의 패턴을 결정하는 방법으로서,
상기 방법은, 컴퓨터에서:
a) 패턴 성장 모델에 따라 제 1 시간(t-1)에서 광학적 반사 서브-동공 도트들의 초기 성장 패턴을 제공하는 단계;
b) 상기 제 1 시간(t-1)에서의 상기 초기 성장 패턴에 대해 MFT 분석을 수행하는 단계;
c) 단계 b)에서 수행된 상기 MFT 분석에 기반하여 어큐턴스(A)를 결정하는 단계;
d) 상기 제 1 시간(t-1)에서의 상기 초기 성장 패턴에 대해 FFT 분석을 수행하는 단계;
e) 단계 d)에서 수행된 상기 FFT 분석에 기반하여 회절을 결정하는 단계;
f) 제 2 시간(t)에서 단계 a) 내지 단계 e)를 반복하는 단계; 및
g) 결정된 어큐턴스(A) 및 회절에 따라 특정 시간의 상기 성장 패턴을 선택하는 단계를 포함하는, 복수의 광학적 반사 서브-동공 도트들의 패턴을 결정하는 방법.
제 15 항에 있어서, 상기 성장 패턴 모델은 반응-확산 성장 모델을 포함하는, 복수의 광학적 반사 서브-동공 도트들의 패턴을 결정하는 방법.
제 16 항에 있어서,
단계 d)에서 수행된 상기 FFT 분석에 기반하여 회절을 결정하는 단계는 단계 d)에서 수행된 상기 FFT 분석에 기반하여 방사상-가중 회절을 적분하는 단계를 포함하는, 복수의 광학적 반사 서브-동공 도트들의 패턴을 결정하는 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 결정된 어큐턴스(A) 및 회절에 따라 특정 시간의 상기 성장 패턴을 선택하는 단계 (g)는:
현재 제 2 시간(t)에서 결정된 상기 어큐턴스(A)가 이전 제 1 시간(t-1)에서의 상기 어큐턴스(A)보다 더 크고 상기 현재 제 2 시간(t)에서의 상기 적분된 회절이 상기 이전 제 1 시간(t-1)에서의 상기 적분된 회절보다 작은 경우 상기 현재 제 2 시간(t)에서 획득된 성장 패턴을 선택하는 단계를 포함하는, 복수의 광학적 반사 서브-동공 도트들의 패턴을 결정하는 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 결정된 어큐턴스(A) 및 회절에 따라 현재 제 2 시간(t)의 상기 성장 패턴을 선택하는 단계 (g)는:
상기 현재 제 2 시간(t)에서 결정된 상기 어큐턴스(A)가 상기 이전 제 1 시간(t-1)에서의 상기 어큐턴스(A)보다 크지 않고 상기 현재 제 2 시간(t)에서의 적분된 회절이 상기 이전 제 1 시간(t-1)에서의 상기 적분된 회절보다 작지 않은 경우, 상기 현재 제 2 시간(t)에서 결정된 상기 어큐턴스(A)가 상기 이전 제 1 시간(t-1)에서의 상기 어큐턴스(A)보다 크고 상기 현재 제 2 시간(t)에서의 상기 적분된 회절이 상기 이전 제 1 시간(t-1)에서의 상기 적분된 회절보다 작을 때까지 해당 또는 각각의 후속 시간 동안 단계 (a) 내지 단계 (f)를 반복하는 단계를 더 포함하는, 광학 결합기.
제 19 항에 있어서, 상기 반응-확산 성장 모델은 튜링 반응-확산 성장 모델인, 광학 결합기.
제 15 항에 있어서, 상기 성장 패턴 모델은 랜덤 생성 성장 패턴 모델을 포함하는, 복수의 광학적 반사 서브-동공 도트들의 패턴을 결정하는 방법.
프로세서로 하여금 광학 결합기에 대한 복수의 광학적 반사 서브-동공 도트들의 패턴을 성장시키는 방법을 수행하게 하도록 구성된 컴퓨터-판독가능 매체로서,
상기 방법은:
a) 패턴 성장 모델에 따라 제 1 시간(t-1)에서 광학적 반사 서브-동공 도트들의 초기 성장 패턴을 제공하는 단계;
b) 상기 제 1 시간(t-1)에서의 상기 초기 성장 패턴에 대해 MFT 분석을 수행하는 단계;
c) 단계 b)에서 수행된 상기 MFT 분석에 기반하여 어큐턴스(A)를 결정하는 단계;
d) 상기 제 1 시간(t-1)에서의 상기 초기 성장 패턴에 대해 FFT 분석을 수행하는 단계;
e) 단계 d)에서 수행된 상기 FFT 분석에 기반하여 회절을 결정하는 단계;
f) 제 2 시간(t)에서 단계 a) 내지 단계 e)를 반복하는 단계; 및
g) 결정된 어큐턴스(A) 및 회절에 따라 특정 시간의 상기 성장 패턴을 선택하는 단계를 포함하는, 컴퓨터-판독가능 매체.
제 22 항에 있어서, 상기 성장 패턴 모델은 반응-확산 성장 모델을 포함하는, 컴퓨터-판독가능 매체.
제 23 항에 있어서,
단계 d)에서 수행된 상기 FFT 분석에 기반하여 회절을 결정하는 단계는 단계 d)에서 수행된 상기 FFT 분석에 기반하여 방사상-가중 회절을 적분하는 단계를 포함하는, 컴퓨터-판독가능 매체.
제 24 항에 있어서,
상기 결정된 어큐턴스(A) 및 회절에 따라 특정 시간의 상기 성장 패턴을 선택하는 단계 (g)는:
현재 제 2 시간(t)에서 결정된 상기 어큐턴스(A)가 이전 제 1 시간(t-1)에서의 상기 어큐턴스(A)보다 더 크고 상기 현재 제 2 시간(t)에서의 상기 적분된 회절이 상기 이전 제 1 시간(t-1)에서의 상기 적분된 회절보다 작은 경우 상기 현재 제 2 시간(t)에서 획득된 성장 패턴을 선택하는 단계를 포함하는, 컴퓨터-판독가능 매체.
제 25 항에 있어서,
상기 결정된 어큐턴스(A) 및 회절에 따라 상기 현재 제 2 시간(t)의 상기 성장 패턴을 선택하는 단계 (g)는:
상기 현재 제 2 시간(t)에서 결정된 상기 어큐턴스(A)가 상기 이전 제 1 시간(t-1)에서의 상기 어큐턴스(A)보다 크지 않고 상기 현재 제 2 시간(t)에서의 상기 적분된 회절이 상기 이전 제 1 시간(t-1)에서의 상기 적분된 회절보다 작지 않은 경우, 현재 제 2 시간(t)에서 결정된 상기 어큐턴스(A)가 상기 이전 제 1 시간(t-1)에서의 상기 어큐턴스(A)보다 크고 상기 현재 제 2 시간(t)에서의 상기 적분된 회절이 상기 이전 제 1 시간(t-1)에서의 상기 적분된 회절보다 작을 때까지 해당 또는 각각의 후속 시간 동안 단계 (a) 내지 단계 (f)를 반복하는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터-판독가능 매체.
제 26 항에 있어서, 상기 반응-확산 성장 모델은 튜링 반응-확산 성장 모델인, 컴퓨터-판독가능 매체.
제 22 항에 있어서, 상기 성장 패턴 모델은 랜덤 생성 성장 패턴 모델을 포함하는, 컴퓨터-판독가능 매체.