KR20210120002A - 투명 베이스 몸체를 포함하는 스크린 - Google Patents

Abstract

전면(7) 및 후면(8)을 가지는 투명 베이스 몸체(6), 및 이미지 센서(11)를 포함하는 스크린이 제시되는데, 상기 베이스 몸체(6)는 제1 방향(R1)으로 서로 이격되어 있는 커플링-인 영역(4) 및 커플링-아웃 영역(5)을 가진다. 상기 커플링-인 영역(4)은 검출되는 물체로부터 나와서 상기 전면(7)에 입사되는 방사선의 일 부분만을 편향시키는 회절 구조를 포함하고, 이로써 편향되는 부분은 상기 커플링-아웃 영역(5)에 도달하여 상기 커플링-아웃 영역(5)에 입사될 때까지, 반사에 의해 상기 베이스 몸체(6) 내에서 커플링-인된 방사선으로서 전파되고, 상기 커플링-아웃 영역(5)은 상기 입사되는 커플링-인된 방사선의 적어도 부분을 편향시키고, 이로써 편향되는 부분은 상기 전면(7) 또는 상기 후면(8)을 통해 상기 베이스 몸체(6)를 빠져나가 상기 이미지 센서(11)로 입사된다.

Description

투명 베이스 몸체를 포함하는 스크린

본 발명은 검출기 시스템을 위한 기능화된 도파관에 관한 것이다.

예를 들어, 차량의 창 또는 앞유리와 같은 유리 또는 플라스틱으로 구성되는 투명 표면들은 투명 베이스 몸체를 포함하고 또한 일반적으로 바람, 온도, 입자들 또는 방사선과 같은 환경적 영향으로부터 사람 또는 물체들을 보호하도록만 기능한다.

추가적인 광학적 기능을 제공하는 이러한 투명 베이스 몸체를 이용가능하게 해주는 데 관심이 점점 커지고 있다.

그러므로, 본 발명의 목적은 추가적인 광학적 기능을 갖는 투명 베이스 몸체를 제공하는 데 있다.

본 발명은 독립항들로 정의된다. 유리한 구성들은 종속항들에 구체화되어 있다.

본 발명에 따른 기능화된 도파관의 경우에 있어서, 부분적으로 투명한 입력 커플링 영역 및 제1 방향으로 이로부터 이격되어 있는 출력 커플링 영역이 투명 베이스 몸체 내에 마련 또는 구현된다. 부분적으로 투명한 입력 커플링 영역은 큰 각도 및 파장 범위에서 이를 통한 정상적인 보기 동안 입력 커플링 영역의 투명도를 유지하는 데 사용되는 회절 구조를 포함할 수 있다. 이로써 투명 베이스 몸체의 전면에 충돌하는 방사선의 일 부분만이 투명 입력 커플링 영역을 이용해 편향되어 이로써 편향된 부분이 출력 커플링 영역에 대한 반사 및 충돌에 의해 출력 커플링 영역까지 베이스 몸체 내에서 커플링-인된 방사선으로서 전파된다.

이 경우에 있어서, 입력 커플링 영역의 투명도는 방사선의 입력 커플링의 효율에 종속한다. 입력 커플링 효율이 증가될수록, 기능화된 도파관의 입력 커플링 영역 내에서의 투명도는 감소한다. 가능한 가장 높은 투명도를 위해, 예를 들어 회절 구조(특히 적어도 하나의 체적 홀로그램)를 이용한 방사선의 입력 커플링은 정확하게 매우 효율적으로 될 수 있어 충분한 방사선 전력이 출력 커플링 영역에 충돌할 수 있다. 부분적으로 투명한 입력 커플링 영역은 입력 커플링 효율이 예를 들어 2%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45% 또는 50%가 되도록 구현될 수 있다. 특히, 입력 커플링 효율은 2% 내지 50%의 범위에 있을 수 있어, 입력 커플링 영역의 투명도는 50% 내지 98%의 범위에 있게 된다. 다른 예시적인 실시예들의 입력 커플링 영역(들) 또한 이러한 입력 커플링 효율 또는 이러한 투과적 특성들을 포함할 수 있다.

투명한 입력 커플링 영역은 바람직하게 투명 베이스 몸체의 전면에 충돌하는 방사선의 편향된 부분의 편향이 이미징 광학적 기능이 없는(예를 들어 포커싱 효과가 없는), 순수한 편향으로서 발생되도록 구현된다.

반사는 특히 투명 베이스 몸체의 전면 및/또는 후면에서의 내부 전반사일 수 있다. 하지만, 반사 층들 또는 코팅들 또는 부분적 반사 층들 또는 코팅들이 이 목적으로 제공되는 것 또한 가능하다.

부분적으로 투명한 몸체의 전면 및 후면은 평면 표면들로 구현될 수 있다. 이 경우에 있어서, 부분적으로 투명한 베이스 몸체는, 예를 들어 평면-평행 판으로서 구현될 수 있다.

하지만, 전면 및/또는 후면이 곡면으로서 구현되는 것 또한 가능하다.

부분적으로 투명한 베이스 몸체는 유리 및/또는 플라스틱으로 구성될 수 있다. 이것은 일체형일 수 있거나 또는 다중층 구성을 포함할 수 있다.

특히, 투명 베이스 몸체는 가시광선 파장 범위로부터의 광 또는 방사선에 투명할 수 있다. 나아가, 근적외선 및/또는 적외선 범위에 투명성을 보일 수 있다.

투명 베이스 몸체의 출력 커플링 영역은 이에 충돌하는 커플링-인된 방사선의 적어도 하나의 부분을 편향시키고, 이로써 편향되는 부분은 베이스 몸체로부터 나올 수 있다. 이것은 바람직하게 투명 베이스 몸체의 전면 또는 후면을 통해 나올 수 있다.

출력 커플링 영역은 부분적으로 투명하게 구현될 수 있다. 특히, 출력 커플링 영역의 출력 커플링 효율은 예를 들어 2%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45% 또는 50%일 수 있다. 특히, 출력 커플링 영역의 출력 커플링 효율은 2% 내지 50%의 범위에 있을 수 있어, 출력 커플링 영역의 투명도는 50% 내지 98%의 범위에 있게 된다. 다른 예시적인 실시예들의 출력 커플링 영역(들) 또한 이러한 출력 커플링 효율 또는 이러한 투과적 특성들을 포함할 수 있다.

부분적으로 투명한 실시예는, 예를 들어, 입력 커플링 영역 및 출력 커플링 영역이 회절 구조들로서(예. 체적 홀로그램들로서) 구현된다면, 유리하다. 입력 커플링 영역 및 출력 커플링 영역은 그후 예를 들어 필름으로 구현될 수 있는데, 이것은 생산 엔지니어링의 관점에서 유리하다.

하지만, 출력 커플링 영역이 최대 출력 커플링 효율을 포함하는 것 또한 가능하다. 이것은 예를 들어 반사 코팅(바람직하게 완전한 반사 코팅)을 이용해 실현될 수 있다.

입력 커플링 영역 및 출력 커플링 영역은 편향 외에도 광학적 이미징 기능을 야기하지 않도록 구현될 수 있다. 하지만, 입력 커플링 영역 및/또는 출력 커플링 영역이 편향에 더하여 광학적 이미징 기능을 제공하고 이로써 광학적 이미징을 야기시키는 것 또한 가능하다. 이러한 측면에서, 광학적 이미징 기능은 예를 들어 수렴 렌즈 요소 또는 발산 렌즈 요소, 오목 또는 볼록 거울의 기능을 실현할 수 있고, 이때 곡면들은 (중심이 되는 또는 중심이 아닌) 구면 또는 비구면 곡면들일 수 있다.

입력 커플링 영역의 회절 구조는 매립된 회절 구조로서, 2 개의 기판들 사이의 회절 구조로서 또는 전면 또는 후면 상에 구현되는 회절 구조로서 실현될 수 있다.

나아가, 출력 커플링 영역은 회절 구조를 포함할 수 있다. 출력 커플링 영역의 회절 구조는 매립된 회절 구조로서 또는 전면 또는 후면 상의 회절 구조로서 구현될 수 있다.

반사성 또는 투과성 체적 홀로그램은 입력 커플링 영역 및/또는 출력 커플링 영역의 회절 구조로서 제공될 수 있다. 나아가, 출력 커플링 및/또는 입력 커플링 영역의 회절 구조는 투과성 또는 반사성 부조 격자(relief grating)인 것이 가능하다.

출력 커플링 영역은 거울 표면, 프리즘 및/또는 반사성 또는 투과성 프레즈넬 구조를 더 포함할 수 있다. 이 변형들은 회절 구조에 대한 대안으로서 또는 출력 커플링 영역의 회절 구조에 더하여 제시될 수 있다.

나아가, 본 발명에 따른 기능화된 도파관을 포함하는(모든 개선들을 포함하는) 검출기 시스템이 제공된다. 검출기 시스템은, 또한 이하에서 검출 시스템으로 지칭되고, 검출기를 포함할 수 있고, 여기에 출력 커플링 영역에 의해 편향되는 방사선의 일 부분이 충돌한다. 검출기는 베이스 몸체의 전면 또는 후면에 연결될 수 있다. 특히, 직접 연결이 존재할 수 있다. 검출기는 디지털 이미지 센서(예. CCD 센서 또는 CMOS 센서), 검출기 어레이 또는 예를 들어 태양 전지일 수 있다.

나아가, 검출기 시스템은 적어도 하나의 광학적 이미징 요소가 검출기와 전면 및/또는 후면 사이의 영역 내에 배치되도록 구현될 수 있다. 적어도 하나의 광학 이미징 요소는 예를 들어, 렌즈로, 굴절 렌즈로 또는 굴절 카메라 렌즈로 구현될 수 있다. 또한 검출기와 전면 및/또는 후면 사이의 영역은 이미징 광학 요소들이 없는 것이 가능하다. 다시 말하면, 출력 커플링 영역으로부터 커플링 아웃된 방사선은 이로써 추가적인 광학적 이미징 요소들을 통과하지 않고 검출기에 충돌한다. 이 경우에 있어서, 출력 커플링 영역이 편향에 더하여 광학적 이미징 특성을 포함한다면 유리하다.

기능화된 도파관은 무한-무한 이미징을 수행하도록 구현될 수 있다. 하지만, 이 도파관은 유한-무한 이미징, 무한-유한 이미징 또는 유한-유한 이미징을 수행하는 것 또한 가능하다.

물론, 검출기 시스템은, 또한 적어도 하나의 광학적 이미징 요소가 또한 검출기와 전면 및/또는 후면 사이에 배치되도록 구체화될 수 있다. 적어도 하나의 광학적 이미징 요소는 특히 출력 커플링 영역에 의해 편향되는 방사선의 일부를 안내하도록 기능하고, 또한 예를 들어 렌즈 요소로서 구현될 수 있다. 적어도 하나의 광학적 이미징 요소는 예를 들어 렌즈로서, 굴절 렌즈로서 또는 굴절 카메라 렌즈로서 구현될 수 있다.

기능화된 도파관의 경우에 있어서, 제1 방향을 가로지르는 제2 방향으로 입력 커플링 영역의 범위는 제2 방향으로 출력 커플링 영역의 범위보다 더 클 수 있다. 입력 커플링 영역의 범위(또는 예를 들어, 폭)은 여기서 특히 광학적으로 사용되는 범위 또는 의도된 것과 같이 유효하게 사용되는 범위를 의미하는 것으로 이해된다. 이것은 예를 들어 이로부터 편향된 광선이 검출기 시스템에 충돌하는 입력 커플링 영역의 일부(section)의 범위이다.

나아가, 입력 커플링 영역 및 출력 커플링 영역은 제2 방향으로 서로에 대하여 중심이 되는(centered) 방식으로 배치될 수 있다.

하지만, 입력 커플링 영역 및 출력 커플링 영역은 또한 제2 방향으로 서로에 대하여 중심이 아닌(decentered) 방식으로 배치되는 것이 가능하다.

제2 방향으로 나란히 배치되는 복수의 출력 커플링 영역들이 준비될 수 있다. 출력 커플링 영역들 중 적어도 하나는 추가적으로 제1 방향을 가로지르는 편향 기능을 포함할 수 있다.

기능화된 도파관의 시야(field of view, 이하에서 "FoV"로 지칭됨)는 검출기의(또는 적어도 하나의 광학적 이미징 요소, 예를 들어 렌즈를 갖는 검출기의) FoV와 조화되는 것이 가능하다. 이것은 특히 제1 방향을 따른 입력 커플링 영역과 출력 커플링 영역 사이의 거리 및 제1 방향을 가로지르는 입력 커플링 영역의 범위 및 제1 방향을 가로지르는 출력 커플링 영역의 범위를 조정함으로써 수행될 수 있다. 기능화된 도파관의 FoV에 적합한 검출기의(또는 적어도 하나의 광학적 이미징 요소를 갖는 검출기의) FoV의 조정은 렌즈 초점 거리 및/또는 검출기의 크기의 조정을 이용해 발생될 수 있다. 바람직하게, 기능화된 도파관의 FoV는 검출기의(또는 적어도 하나의 광학적 이미징 요소를 갖는 검출기의) FoV에 대응한다. 이것은 기능화된 도파관의 FoV의 목표 설정(targeted setting) 및/또는 검출기의(또는 적어도 하나의 광학적 이미징 요소를 갖는 검출기의) FoV의 목표 설정에 의해 발생될 수 있다.

나아가, 조명(illumination) 및/또는 투영(projection) 시스템을 위한 기능화된 도파관이 제공되는데, 이때 도파관은 전면 및 후면을 갖는 투명 베이스 몸체를 포함한다. 원칙적으로, 투명 베이스 몸체는 검출기 시스템을 위한 기능화된 도파관용 투명 베이스 몸체와 동일한 방식으로 구현 및 개선될 수 있다.

이러한 관점에서, 베이스 몸체는 입력 커플링 영역 및 제1 방향으로 이로부터 이격되어 있는 출력 커플링 영역을 포함할 수 있고, 이때 상기 입력 커플링 영역은 조명 및/또는 투영 시스템의 광 또는 이미지 소스로부터 나와서 입력 커플링 영역에 충돌하는 방사선의 적어도 일 부분을 편향시키고, 이로써 편향되는 부분은 상기 출력 커플링 영역에 대한 반사 및 충돌에 의해 상기 출력 커플링 영역까지 상기 베이스 몸체 내에서 커플링-인된 방사선으로서 전파된다. 상기 출력 커플링 영역은 이에 충돌하는 상기 커플링-인된 방사선을 편향시키는 구조, 예를 들어 회절 구조를 포함할 수 있고, 이로써 편향되는 부분은 상기 전면 또는 상기 후면을 통해 상기 베이스 몸체로부터 나온다. 회절 구조는 가능한 한 많은 방사선이 반사되도록 광 또는 이미지 소스로부터 나오는 방사선의 파장들로 조정될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 회절 구조는 여전히 예를 들어, 이를 통해 볼 때 소망하는 투명도(transparency)를 포함할 수 있다. 나아가, 회절 구조는 광 또는 이미지 소스로부터의 방사선의 일 부분만을 편향시키는 것이 가능하다.

출력 커플링 영역의 구조는 투과성 또는 반사성 회절 구조, 투과성 또는 반사성 체적 홀로그램, 미러 표면, 프리즘 또는 투과성 또는 반사성 부조 격자일 수 있다.

이로써 투명한 출력 커플링 영역이 제시된다. 제1 방향을 가로지르는 제2 방향으로 출력 커플링 영역의 범위는 제2 방향으로 입력 커플링 영역의 범위보다 더 클 수 있다.

나아가 이러한 조명 및/또는 투영 시스템을 위한 기능화된 도파관을 갖는 조명 및/또는 투영 시스템이 제시되는데, 이때 광 및/또는 이미지 소스가 추가적으로 제공되는데, 이로부터 광이 입력 커플링 영역에 충돌한다.

검출기 시스템을 위한 기능화된 도파관의 경우에 있어서, 입력 커플링 영역은 적어도 2 개의 체적 홀로그램들을 포함할 수 있고, 그 각각은 검출되는 물체로부터 나와서 전면 상에 충돌하는 방사선의 일 부분만을 편향시켜서, 이로써 편향되는 부분은 상기 출력 커플링 영역에 대한 반사 및 충돌에 의해 상기 출력 커플링 영역까지 상기 베이스 몸체 내에서 커플링-인된 방사선으로서 전파된다. 입력 커플링 영역의 체적 홀로그램들은 그들의 편향 기능이 서로 다른 스펙트럼 각도 특성들을 포함한다는 점에서 다를 수 있다. 결과적으로 서로 다른 파장들이 동일한 입사각에 대해서 편향될 수 있다. 출력 커플링 영역은 이에 충돌하는 커플링-인된 방사선 중 적어도 하나의 부분을 편향시켜서, 그 편향되는 부분이 검출기 시스템에 충돌하기 위해 (바람직하게 전면 또는 후면을 통해) 베이스 몸체로부터 나온다.

이러한 도파관은 입력 커플링 영역의 체적 홀로그램들이 서로 다른 스펙트럼 각도 특성들을 포함하기 때문에 더 많은 색상들이 투과되는 것을 가능하게 하고 또한, 결과적으로, 동일한 입사각에 대하여, 서로 다른 파장들을 편향시켜서, 베이스 몸체 내에서 커플링-인된 방사선의 일부가 되게 한다.

입력 커플링 영역의 체적 홀로그램들은 (그 사이에 간격이 있든 없든) 인접하게 배치될 수 있고; 특히, 이들은 제1 방향으로 인접하게 배치될 수 있다. 하지만, 입력 커플링 영역의 체적 홀로그램들은 또한 층층이 (다시 말하면 바람직하게 제1 방향을 가로지르고 또한 제2 방향을 가로지르는 적재 방향으로) 배치되는 것이 가능하고, 이로써 말하자면 체적 홀로그램들의 레이어 스택이 존재하게 된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 입력 커플링 영역의 모든 또는 일부의 체적 홀로그램들의 기능들은 하나의 단일 체적 홀로그램으로 구현될 수 있다. 이러한 일 구현은 또한 멀티플렉싱으로 지칭된다. 입력 커플링 영역의 이러한 가능한 구성들은 설명되는 모든 예시적인 실시예들에 제공될 수 있다.

출력 커플링 영역은 입력 커플링 영역의 각각의 체적 홀로그램에 대하여 할당된 체적 홀로그램을 포함할 수 있는데, 이것은 입력 커플링 영역의 대응하는 체적 홀로그램과 동일한 편향 중 스펙트럼 각도 특성을 제공한다. 입력 커플링 영역의 체적 홀로그램들의 분산은 이로써 보상될 수 있다.

출력 커플링 영역의 체적 홀로그램들은 (그 사이에 간격이 있든 없든) 인접하게 배치될 수 있고; 특히, 이들은 제1 방향으로 인접하게 배치될 수 있다. 하지만, 출력 커플링 영역의 체적 홀로그램들은 또한 층층이 (다시 말하면 바람직하게 제1 방향을 가로지르고 또한 제2 방향을 가로지르는 적재 방향으로) 배치되는 것이 가능하고, 이로써 말하자면 체적 홀로그램들의 레이어 스택이 존재하게 된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 출력 커플링 영역의 모든 또는 일부의 체적 홀로그램들의 기능들은 하나의 단일 체적 홀로그램으로 구현될 수 있다. 이러한 일 구현은 또한 멀티플렉싱으로 지칭된다. 출력 커플링 영역의 이러한 가능한 구성들은 설명되는 모든 예시적인 실시예들에 제공될 수 있다.

입력 커플링 영역의 체적 홀로그램들은 반사성 또는 투과성 체적 홀로그램들로서 구현될 수 있다. 출력 커플링 영역의 체적 홀로그램들에도 동일하게 적용된다.

입력 커플링 영역은 적어도 또는 정확히 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 40까지, 50까지 또는 100까지 이르는 (또는 1과 100 사이의 어떤 값) 체적 홀로그램들을 포함할 수 있다.

검출기 시스템을 위한 기능화된 도파관의 경우에 있어서, 입력 커플링 영역은 복수의 회절 입력 커플링 구조들을 포함할 수 있고, 이것들은 제1 방향으로 인접하고 또한 이들이 제1 방향을 가로지는 제2 방향 및 전면에 수직한 것에 의해 포괄되는 평면 내에 서로 다른 수평 시야들을 포함한다는 점에서 다르고, 이로써 이들은 출력 커플링 영역을 향해 서로 다른 수평 시야들로부터 방사선을 편향시킨다.

이로써 더 큰 수평 시야가 검출기에 포획되고 이로 안내된다.

회절 입력 커플링 구조들은 이들이 출력 커플링 영역을 향해 서로 다른 수평 시야들로부터의 방사선을 편향시키도록 구현될 수 있다.

이로써 더 큰 수평 시야가 검출기에 포획되고 이로 안내된다.

회절 입력 커플링 구조들은 이들이 서로 다른 편향되는 파장들을 이용해 편향 중 서로 다른 수평 시야들로부터의 방사선을 인코딩하도록 구현될 수 있고, 이로써 출력 커플링 및/또는 검출은 다른 수평 시야들에 대하여 선택적으로 가능하다.

출력 커플링 영역은 회절 입력 커플링 구조에 대하여 할당된 회절 출력 커플링 구조를 포함할 수 있고, 이것은 할당된 회절 입력 커플링 구조의 파장들을 갖는 방사선을 선택적으로 편향시킨다.

회절 출력 커플링 구조들은 할당된 입력 커플링 구조들의 방사선이 검출기 시스템의 서로 다른 지역적 영역들에 충돌하도록 이 방사선을 편향시킬 수 있다.

칼라 필터가 적어도 하나의 검출기의 다른 지역적 영역에 대하여 제공될 수 있고, 이것은 대응하는 파장 범위만 검출기로 안내한다.

회절 입력 커플링 구조들은 이들이 서로 다른 편향 각도 범위들로부터 방사선을 인코딩하도록 구현될 수 있어, 이로써 출력 커플링 및/또는 검출은 서로 다른 수평 시야에 대하여 선택적으로 가능하다.

입력 커플링 영역은 각가의 회절 입력 커플링 구조 앞에 라멜라 구조를 갖는 쉐이딩 스탑(shading stop)을 포함할 수 있는데, 이것은 각각의 회절 입력 커플링 구조에 대하여 제1 방향 및 전면에 수직한 것에 의해 포괄되는 평면 내에서 서로 다른 수직 시야를 정의한다.

출력 커플링 영역은 각각의 회절 입력 커플링 구조에 대하여 할당된 회절 출력 커플링 구조를 포함할 수 있는데, 이것은 할당된 회절 입력 커플링 구조들의 서로 다른 편향 각도 범위들로부터의 방사선을 선택적으로 편향시킨다. 회절 출력 커플링 구조들은 제1 방향으로 인접하게 배치될 수 있다.

회절 출력 커플링 구조들은 각각의 경우에 있어서 반사성 또는 투과성 체적 홀로그램으로서 구현될 수 있다.

검출기 시스템을 위한 기능화된 도파관은 입력 커플링 영역이 제2 방향을 따라 제2 방향으로 서로 다른 편향 구성요소를 포함한다는 점에서 다른, 적어도 2 개의 서로 다른 회절 입력 커플링 구조들을 포함하도록 구현 또는 개선될 수 있다.

이로써 커플링-인된 방사선의 이용에 있어서 더 높은 효율이 존재한다.

제2 방향으로의 편향 성분은 출력 커플링 영역에 대하여 제2 방향을 따른 오프셋이고, 각각의 회절 입력 커플링 구조들에 있어서, 커플링-인된 방사선에 대하여 존재하는 오프셋을 보상하도록, 선택될 수 있다.

출력 커플링 영역은 서로 다른 회절 입력 커플링 구조들에 의해 커플링 인되는 방사선을 동일한 각도 범위로 편향시키도록 구현될 수 있다.

검출기 시스템을 위한 기능화된 도파관은 입력 커플링 영역이 입력 커플링 부조 격자를 포함하고 출력 커플링 영역이 출력 커플링 부조 격자를 포함하도록 구현 또는 개선될 수 있다.

특히, 입력 커플링 부조 격자 및 출력 커플링 부조 격자는 동일한 격자 간격(grating period)을 포함할 수 있다.

기능화된 도파관은 또한 투명한 베이스 몸체를 갖는 스크린으로 구현될 수 있다. 이 경우에 있어서, 투명한 베이스 몸체는 스크린의 일 부분일 수 있다.

스크린은 예를 들어 휴대가능한 장치(예를 들어 스마트폰 또는 랩탑과 같은) 의 스크린, 정지 스크린 또는 예를 들어 자동차 내에 설치되는, 일부 다른 스크린일 수 있다.

상기 출력 커플링 영역은 상기 제1 방향을 따라 상기 입력 커플링 영역보다 상기 베이스 몸체의 모서리에 더 가까이 배치될 수 있다.

나아가, 상기 입력 커플링 영역은 상기 후면에 배치될 수 있다.

나아가, 상기 스크린은 상기 베이스 몸체의 상기 후면 상에 배치되는 발광 층을 포함할 수 있고, 또한 상기 입력 커플링 영역은 상기 베이스 몸체와 상기 발광 층 사이에 배치될 수 있다.

상기 이미지 센서는 상기 스크린의 디스플레잉 영역으로 기능하고 또한 상기 이미지 센서를 이용해 기록하는 동안 비워지는 영역 내 상기 베이스 몸체의 후면에 배치될 수 있다.

상기 스크린은 상기 물체를 기록하는, 추가적인 카메라를 포함할 수 있고, 이때 상기 카메라에 의해 발생되는 기록은 상기 이미지 센서를 이용한 상기 물체의 기록을 후속적으로 채색하는 데 사용된다.

이 스크린은 실제 이미지를 생성하는 층인, 베이스 몸체의 후면 상에 배치되는 발광 층을 포함할 수 있다. 이를 위해, 상기 발광 층은, 예를 들어 발광 화소들을 포함할 수 있다. 이 경우에 있어서, 실제 이미지는 화소들의 평면에 생성된다. 이 화소들 각각은 적어도 50°, 60°, 70°, 80°, 90°, 100°, 110°, 120°, 130°, 140°, 150°, 160°, 170° 에서 180°보다 적은 방출 각도를 포함할 수 있다.

이 화소화된 발광 층은 베이스 몸체의 후면 상에 배치되기 때문에, 화소들에 의해 방출되는 광은 베이스 몸체를 통해 전송되고 관찰자에게 도달한다.

발광 층에 의해 방출되는 광이 입력 커플링 영역의 회절 구조에서 회절되어 이로써 관찰자에게 도달하지 않는 것을 방지하기 위해, 입력 커플링 영역의 회절 구조는 특정 편광을 갖는 광만 회절되어 이로써 베이스 몸체(또는 도파관) 내에서 안내되도록 설계될 수 있다. 발광 층에 의해 방출되는 광은 그후 입력 커플링 영역의 회절 구조에 대하여 불충분한 편광을 포함하고 또한 입력 커플링 영역의 회절 구조에 의해 방해 없이 전송될 수 있다. 그러므로, 발광 층은 더 이상 미광 소스를 구성하지 않고 또한 이미지 센서를 이용해 기록 중 미광의 입력 커플링을 차단하기 위해 더 이상 입력 커플링 영역의 영역 내에 화소화된 발광 층을 남겨 놓거나 또는 생략할 필요가 없어진다.

정의된 편광을 위한 가능성들은, 그 중에서도, LCD 디스플레이들 또는 발광 층과 베이스 몸체 사이에 편광 필름의 적용일 수 있다.

기능화된 도파관(또는 설명되는 검출기 시스템)은 이것이 차량을 위한 기능화된 창으로서 (또는 검출기 시스템으로서) 제공되도록 구현 또는 개선될 수 있다. 차량은 자동차, 트럭, 항공기, 동력 또는 무동력 차량 또는 다른 차량일 수 있다. 창은 예를 들어 앞유리, 측면 창 또는 뒷유리와 같이, 차량의 임의의 창일 수 있다. 특히 차량을 위한 복수의 창들(또는 검출기 시스템들)이 제시될 수 있다. 이들은 예를 들어 사람 또는 차량 내 물건의 위치를 검출하는 데 사용될 수 있다. 나아가, 하나 또는 복수의 이러한 기능화된 창들을 포함하는 (또는 하나 또는 복수의 검출기 시스템들을 포함하는) 차량이 제공된다.

출력 커플링 영역은 제1 방향을 따라 상기 입력 커플링 영역보다 상기 베이스 몸체의 모서리에 더 가까이 배치될 수 있다.

이러한 방식으로 기능화된 창은 설명된 방식으로 구현 및 개선될 수 있는 검출기 시스템(또는 검출 시스템)에 사용될 수 있다. 특히, 검출기는 출력 커플링 영역에 의해 편향되는 방사선의 일 부분이 충돌하는 그 위치에 제공될 수 있다. 출력 커플링 영역과 검출기 사이에, 검출기 시스템은 적어도 하나의 광학적 이미징 요소를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 광학적 이미징 요소는, 예를 들어 렌즈로서, 굴절 렌즈로서 또는 굴절 카메라 렌즈로서 구현될 수 있다.

베이스 몸체는 추가적인 입력 커플링 영역 및 제1 방향으로 이로부터 이격되어 있는 추가적인 출력 커플링 영역을 포함할 수 있고, 이때 추가적인 입력 커플링 영역은 광 또는 이미지 소스로부터 나오고 또한 추가적인 입력 커플링 영역에 충돌하는 방사선의 적어도 하나의 부분을 편향시켜서, 이로써 편향되는 부분이 추가적인 출력 커플링 영역에 의한 반사 및 충돌을 이용해 추가적인 출력 커플링 영역까지 베이스 몸체 내에서 커플링 인된 추가적인 방사선으로서 전파된다. 추가적인 출력 커플링 영역은 이에 충돌하는 커플링 인된 추가적인 방사선을 편향시키는 구조, 예를 들어 회절 구조를 포함할 수 있어, 이로써 편향되는 부분은 소망하는 조명 및/또는 투영을 야기시키기 위해 상기 전면 또는 상기 후면을 통해 상기 베이스 몸체로부터 나온다. 회절 구조는 가능한 한 많은 방사선이 반사되도록 광 또는 이미지 소스로부터 나오는 방사선의 파장들로 조정될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 회절 구조는 여전히 예를 들어, 이를 통해 볼 때 소망하는 투명도를 포함할 수 있다. 나아가, 회절 구조는 광 또는 이미지 소스로부터의 방사선의 일 부분만을 편향시키는 것이 가능하다.

출력 커플링 영역의 구조는 투과성 또는 반사성 회절 구조, 투과성 또는 반사성 체적 홀로그램, 미러 표면, 프리즘 또는 투과성 또는 반사성 부조 격자일 수 있다.

이로써 2 개의 추가적인 광학적 기능들을 포함하는 창이 제공된다.

커플링-인된 방사선 및 커플링-인된 추가적인 방사선은 예를 들어 베이스 몸체 내 동일한 영역 내 적어도 부분들에서 반대 방향들로 전파된다. 동일한 전송 채널은 이로써 다른 방향들에서 이용된다.

물론, 커플링-인된 방사선 및 커플링-인된 추가적인 방사선은 또한 베이스 몸체 내 다른 영역들에서 완전히 전파될 수 있다.

입력 커플링 영역 및 추가적인 출력 커플링 영역은 적어도 부분적으로 베이스 몸체 내 동일한 영역에 구현될 수 있다. 이들은 통합되는 방식으로 공동으로 구현될 수 있는데, 예를 들어 이들은 층층이 적재되는 방식으로 구현될 수 있거나, 및/또는 부분적으로 중첩될 수 있다.

나아가, 입력 커플링 영역 및 추가적인 출력 커플링 영역은 베이스 몸체 내 다른 영역들에 구현되는 것이 가능하다.

나아가, 기능화된 도파관은 조명 및/또는 투영을 위한 기능화된 창으로서 구현 또는 개선될 수 있는데, 이때 베이스 몸체는 입력 커플링 영역 및 제1 방향으로 이로부터 이격되어 있는 출력 커플링 영역을 포함한다. 입력 커플링 영역은 광 또는 이미지 소스로부터 나오고 또한 입력 커플링 영역에 충돌하는 방사선의 적어도 하나의 부분을 편향시켜서, 이로써 편향되는 부분은 출력 커플링 영역에 의한 반사 및 충돌을 이용해 출력 커플링 영역까지 베이스 몸체 내에서 커플링 인된 추가적인 방사선으로서 전파된다. 출력 커플링 영역은 이에 충돌하는 커플링 인된 방사선을 편향시키는 구조, 예를 들어 회절 구조를 포함할 수 있어, 이로써 편향되는 부분은 소망하는 조명 및/또는 투영을 야기시키기 위해 베이스 몸체로부터 (바람직하게 상기 전면 또는 상기 후면을 통해) 나온다. 출력 커플링 영역의 회절 구조는 바람직하게 부분적으로 투명하다. 회절 구조는 가능한 한 많은 방사선이 반사되도록 광 또는 이미지 소스로부터 나오는 방사선의 파장들로 조정될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 회절 구조는 여전히 예를 들어, 이를 통해 볼 때 소망하는 투명도를 포함할 수 있다. 나아가, 회절 구조는 광 또는 이미지 소스로부터의 방사선의 일 부분만을 편향시키는 것이 가능하다.

출력 커플링 영역의 구조는 투과성 또는 반사성 회절 구조, 투과성 또는 반사성 체적 홀로그램, 미러 표면, 프리즘 또는 투과성 또는 반사성 부조 격자일 수 있다.

나아가, 검출을 위한 제1 입력 커플링 영역은 검출을 위한 제1 출력 커플링 영역보다 더 큰 수평 범위를 포함할 수 있고, 투영 및/또는 조명을 위한 제2 출력 커플링 영역은 투영 및/또는 조명을 위한 제2 입력 커플링 영역보다 더 큰 수평 범위 및 더 큰 수직 범위를 포함할 수 있다.

이러한 관점에서, 검출을 위한 홀로그램 스트립(동공 복제가 필요치 않음) 및 투영 및/또는 조명을 위한 홀로그램 표면은 투명한 베이스 몸체의 가시 영역 상부에 위치될 수 있고, 이때 홀로그램 표면은 일반적으로 수평 및 수직 방향들로 투명한 베이스 몸체의 비가시 영역 내 제2 입력 커플링 영역보다 눈들의 포지셔닝을 위한 더 큰 범위를 포함할 수 있다.

제1 입력 커플링 영역 및 제2 출력 커플링 영역은 투명한 베이스 몸체의 가시 영역 내에 놓일 수 있다(특히 기능화된 도파관이 검출기 시스템 및 조명 및/또는 투영 시스템의 일부라면).

나아가 조명 및/또는 투영을 위한 기능화된 창을 포함하는 조명 및/또는 투영 시스템이 제공된다. 나아가 조명 및/또는 투영 시스템은 광 또는 이미지 소스를 포함할 수 있다.

기능화된 도파관은 이것이 검출기 시스템 뿐만 아니라 조명 및/또는 투영 시스템에도 적절하도록 구현 또는 개선될 수 있다. 이를 위해, 베이스 몸체는 제2 출력 커플링 영역을 포함할 수 있는데, 이것은 조명 방사선으로서 제2 출력 커플링 영역에 충돌하는 광 또는 이미지 소스로부터의 광의 적어도 일 부분을 편향시키고, 이로써 편향되는 부분은 조명 및/또는 투영을 위해 기능한다.

제2 출력 커플링 영역은 상기에서 설명된 출력 커플링 영역 및 제1 출력 커플링 영역 각각과 동일한 방식으로 구현 및 개선될 수 있다.

도파관은 베이스 몸체가 제2 입력 커플링 영역을 포함하도록 구현될 수 있는데, 이것은 광 또는 이미지 소스로부터의 광을 편향시켜서 이 편향된 광이 베이스 몸체 내에서 제2 출력 커플링 영역에 의한 반사 및 충돌을 이용해 제2 출력 커플링 영역까지 전파된다.

대안적으로 또는 추가적으로, 광 또는 이미지 소스로부터의 광은 베이스 몸체에, 결과적으로 제2 출력 커플링 영역에, 자유 빔으로서 충돌할 수 있고, 이로써 반사를 이용해 베이스 몸체 내에서 안내되지 않는다.

나아가 검출기 시스템 및 조명 및/또는 투영 시스템을 위한 기능화된 도파관을 갖는 검출 시스템 및 조명 및/또는 투영 시스템이 제공된다. 이 시스템을 광 또는 이미지 소스를 포함할 수 있다.

기능화된 도파관, 기능화된 스크린 및 기능화된 창의, 설명된 서로 다른 실시예들은, 기술적으로 편리한 한, 서로 결합될 수 있다. 또한 개별 그룹들의 특징들을 교환하는 것도 가능하다.

본 발명에 따른 검출 시스템은 카메라(예. 디지털 카메라 또는 비디오 카메라)로서 구현될 수 있다.

상기에서 언급된 특징들 및 이하에서 설명될 특징들은 구체적인 조합들에서 뿐만 아니라 다른 조합들로 또는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 그 자체로 이용될 수 있음이 이해된다.

본 발명은 또한 본 발명에 필수적인 특징들을 개시하는, 첨부된 도면들을 참조하여, 예시적인 실시예들에 기초하여 이하에서 더 상세하게 설명될 것이다. 이 예시적인 실시예들은 단지 설명을 위한 것일 뿐 한정하려는 것으로 해석되어서는 안된다. 예를 들어, 복수의 요소들 또는 구성요소들을 갖는 예시적인 일 실시예의 설명은 이 모든 요소들 또는 구성요소들이 구현을 위해 다 필요한 의미로 해석되어서는 안된다. 이보다는, 다른 예시적인 실시예들 또한 다른 대안적인 요소들 또는 구성요소들, 더 적은 수의 요소들 또는 구성요소들, 또는 추가적인 요소들 또는 구성요소들을 포함할 수 있다. 서로 다른 예시적인 실시예들의 요소들 또는 구성요소들은, 달리 언급되지 않는 한, 서로 조합될 수 있다. 예시적인 실시예들 중 하나에 대해 설명된 변형들 및 변경들 또한 다른 예시적인 실시예들에 적용가능할 수 있다. 반복을 피하기 위해, 다른 도면들에서 동일한 요소들 또는 대응하는 요소들은 동일한 참조부호들에 의해 지시되고 또한 여러번 설명되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 검출기 시스템의 일 실시예의 측면도이다.
도 2는 도 1의 도파관(1)의 평면도이다.
도 3은 도파관(1)의 상면도이다.
도 4는 입력 커플링 영역(4)의 반사성 체적 홀로그램의 스펙트럼으로 분해된, 각도-종속적인 편향 효율을 보여주는 대략적인 도면이다.
도 5는 파장의 함수로서 3 개의 서로 다른 입사 각들에 대한 편향 효율을 보여주는 대략적인 도면이다.
도 6은 검출기 화소들에 의해 발생되는 정의된 각도 범위에 걸친 평균화를 설명하기 위한 측면도의 부분 확대도이다.
도 7a 내지 도 7c는 입력 커플링 영역과 출력 커플링 영역 사이의 서로 다른 폭 비들을 설명하기 위한 도파관의 평면도들이다.
도 7d는 렌즈(1)를 갖는 검출기 시스템(2)에서 수평 시야의 가능한 제약을 설명하기 위한 상면도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 도파관(1)의 다른 예시적인 실시예들을 보여준다.
도 8c는 수직 시야의 가능한 감소를 설명하기 위한 도파관(1)의 출력 커플링 영역의 측면 확대도이다.
도 9a 및 도 9b는 입력 커플링 영역을 위한 체적 홀로그램의 생성을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 다른 예시적인 실시예에 따른 도파관의 평면도이다.
도 11a 내지 도 11f는 도 10으로부터의 도파관의 입력 커플링 영역의 측면도들이다.
도 12는 도 10에 따른 입력 커플링 영역의 스펙트럼으로 분해된, 각도-종속적인 편향 효율을 보여주는 대략적인 도면이다.
도 13a 내지 도 13c는 파장의 함수로서 서로 다른 입사 각도들의 편향 효율을 보여주는 대략적인 도면이다.
도 14a 내지 도 14f는 도 10에 따른 도파관의 출력 커플링 영역을 설명하기 위한 대략적인 측면도들이다.
도 15는 40 개의 서로 다른 체적 홀로그램들을 갖는 도파관의 입력 커플링 영역에 대한 스펙트럼으로 분해된, 각도-종속적인 편향 효율을 보여주는 대략적인 도면이다.
도 16은 다른 예시적인 실시예에 따른 본 발명에 따른 도파관의 평면도이다.
도 17은 도 16의 도파관의 상면도이다.
도 18a 및 도 18b는 도 16 및 도 17에 따른 도파관의 기능을 설명하기 위한 입력 커플링 영역의 측면도들이다.
도 19a 내지 도 19c는 도 16에 따른 도파관의 상호 측면으로 오프셋된 입력 커플링 체적 홀로그램들의 입사각-종속적이고 스펙트럼 종속적인 효율을 보여주는 대략적인 도면이다.
도 20은 스펙트럼 필터링을 포함하여 도 16에 따른 실시예의 출력 커플링 홀로그램들의 스펙트럼 각도-종속적인 스펙트럼을 보여주는 대략적인 도면이다.
도 21 및 도 22는 다른 예시적인 실시예를 설명하기 위한 2 개의 다른 도파관들(1)의 평면도들이다.
도 23은 본 발명에 따른 도파관의 다른 실시예의 측면도이다.
도 24는 도 23에 따른 도파관의 기하학적 투과 스펙트럼을 보여주는 대략적인 도면이다.
도 25는 도 23의 도파관의 출력 커플링 영역의 측면 확대도이다.
도 26은 검출기 시스템의 입사 동공에 의한 비네팅의 경우에 있어서 기하학적 투과 스펙트럼을 보여주는 대략적인 도면이다.
도 27은 도 23에 따른 도파관의 매립된 입력 커플링 격자의 격자 간격을 통한 시뮬레이션된 단면을 대략적으로 보여준다.
도 28은 파장의 함수로서 부조 격자의 회절 효율을 보여주는 대략적인 도면이다.
도 29는 다른 예시적인 실시예의 평면도이다.
도 30은 도 29의 예시적인 실시예의 측면도이다.
도 31은 다른 예시적인 실시예를 보여준다.
도 32는 도 31에 대한 측면도이다.
도 33은 광학 시스템을 위한 대략적인 도면이다.
도 34는 본 발명에 따른 도파관을 갖는 도 33에 따른 광학 시스템을 보여준다.
도 35는 특히 투영 및/또는 조명에 사용될 수 있는, 본 발명에 따른 도파관의 다른 예시적인 실시예를 보여준다.
도 36은 도 35의 도파관의 측면도이다.
도 37은 도 35의 도파관의 상면도이다.
도 38 내지 도 40은 도파관을 이용한 조명 및/또는 투영을 대략적으로 보여준다.
도 41a 내지 도 41c는 광/조명 소스로부터 출력 커플링 영역까지 자유 빔 경로를 포함하는 조명 및/또는 투영을 보여주는데, 이때 출력 커플링 영역은 반사 방식으로 이용된다.
도 42a 내지 도 42c는 출력 커플링 영역이 투과 방식으로 이용되는 경우 도 41a 내지 도 41c에 따른 대응하는 배치를 보여준다.
도 43a 내지 도 43c는 투영 및/또는 조명과 검출의 조합의 일 변형을 보여준다.
도 44a 내지 도 44c는 투영 및/또는 조명과 검출의 조합의 다른 변형을 보여준다.
도 45는 도파관이 현미경에 사용되는, 예시적인 실시예를 보여준다.
도 46 내지 도 46d는 차량의 앞유리 내의 도파관의 실시예 또는 도파관의 통합의 예시적인 실시예들을 보여준다.
도 47a 내지 도 47c는 자동차의 측면도로 본 발명에 따른 도파관의 통합의 변형들을 보여준다.

도 1 내지 도 3에 따른 도면들은 카메라(3)를 실현하기 위해 검출기 시스템(2)과 함께 본 발명에 따른 도파관(1)의 일 실시예를 보여준다.

이를 위해, 도파관(1)은 입력 커플링 영역(4) 및 이로부터 이격되어 있는 출력 커플링 영역(5)을 포함하고 또한, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 평면 전면(7) 및 평면 후면(8)을 갖는 평면-평행 판(6) 상에 구현될 수 있다. 평면-평행 판(6)은, 베이스 몸체(6)로서 지칭될 수 있는데, 예를 들어 유리 또는 플라스틱과 같은, 투명 물질로 형성된다.

검출기 시스템(2) 및 출력 커플링 영역(5)을 갖는 판(6)의 하부 부분은, 도 1에 대략적으로 도시되어 있는, 하우징(G) 내에 배치될 수 있는데, 이로써 일견하여 카메라(3)가 포함되어 있다는 것이 사용자에게는 분명하지 않다.

카메라(3)를 이용해, 객체(9)는 객체(9)로부터 발산되는 광 빔들(L1, L2, L3)이 전면(7)을 통해 판(6)으로 진입하여 입력 커플링 영역(4)에 의해 편향됨으로써 소정의 각으로 전면(7)에 충돌하여 내부 전반사가 발생하는 이러한 방식으로 이미징될 수 있다. 광 빔들(L1, L2 및 L3)은 이로써 전면(7) 및 후면(8)에서 내부 전반사를 이용해 출력 커플링 영역(5)까지 안내되고, 이 출력 커플링 영역은 전면(7)을 향하는 방향으로 편향을 야기시켜서, 광 빔들(L1 내지 L3)은 전면(7)을 통해 판으로부터 나온다. 광 빔들(L1 내지 L3)은 이로써 제1 방향(R1, 여기서는 y-방향)을 따라 입력 커플링 영역(4)으로부터 출력 커플링 영역(5)까지 도파관(1) 내에서 전파된다.

검출기 시스템(2)의 렌즈(10)를 이용해, 광 빔들(L1 내지 L3)은 그후 검출기 시스템(2)의 검출기(11)에 포커싱되어, 소망하는 객체(9)의 이미지가 검출기(11)를 이용해 기록될 수 있다.

입력 커플링 영역(4)은 입사 각-종속적인 파장 선택성을 포함하는 반사성 체적 홀로그램으로서 구현되어, 이로써 큰 각도 및 파장 범위에 대하여 높은 투명도를 가진다(도 1의 투과되는 광 빔(L1')에 의해 지시되는 바와 같이; 도시의 단순화를 위해, 다른 투과되는 광 빔들은 도시되지 않았음). 이것은 객체(9)로부터 발산되고 입력 커플링 영역(4)에 충돌하는 광 빔들(L1 내지 L3)의 일부만이 설명되는 방식으로 편향됨을 의미한다. 객체(9)로부터의 다른 광 빔들은 입력 커플링 영역(4)을 통해 전파되고 후면(8)을 통해 판(6)으로부터 나온다. 입력 커플링 영역(4)은 이로써 부분적으로 투명하게 지정될 수 있다.

도 4는 대응하는 광 빔의 입사각의 함수로서 입력 커플링 영역(4)의 반사성 체적 홀로그램에 대하여 스펙트럼으로 분해된, 각도-종속적인 편향 효율을 대략적으로 보여주는데, 여기서 파장(μm)은 x-축을 따라 플로팅되고 그리고 입사각(°)은 y-축을 따라 플로팅된다. 도 5는 입사각 + 20°, 0° 및 - 20°에 대한 편향 효율을 보여주는데, 이때, 파장(nm)은 x-축을 따라 플로팅되고 그리고 효율은 y-축을 따라 플로팅된다.

입사각 - 20°에 있어서, 입력 커플링 영역(4)의 반사성 체적 홀로그램은 높은 효율을 가지고 392 nm에서 398 nm 까지의 스펙트럼 범위 (λ_central = 395 nm ± 3 nm) 의 방사선을 편향시켜서 평면-평행 판(6)으로 이를 커플링시키는 것이 도 4 및 도 5로부터 이해될 수 있다. 입사각 0°에 대하여 높은 효율은 528 nm 내지 536 nm의 스펙트럼 범위 (λ_central = 532 nm ± 4 nm)에 존재하고, 그리고 입사각 + 20°에 있어서 600 nm 내지 610 nm의 스펙트럼 범위 (λ_central = 605 nm ± 5 nm)에 대하여 높은 입력 커플링 효율이 있다.

도 1 내지 도 3에 따른 도파관(1)은 입력 커플링 영역(4) 및 출력 커플링 영역(5) 어느 것도 이미징 기능을 포함하지 않도록 구현되기 때문에, 도파관(1)의 무한-무한 구성이 존재한다. 또한 도파관(1)이 무한-무한 이미징을 수행한다고 언급될 수 있다. 입력 커플링 영역(4)의 반사성 체적 홀로그램의 스펙트럼 및 각도-종속적인 편향 효율은 이로써 각각의 시야 각(및 이로써 이미징되는 객체(9)의 각각의 점)이, 입력 커플링 영역(4)에 의한 입력 커플링 후, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명된 바와 같이, 작은 스펙트럼 범위로 구성되는 효과를 가진다. 이것은, 검출기(11) 상에서, 궁극적으로 스펙트럼 프로파일을 갖는(또는 색상 프로파일을 갖는) 이미지로 이어지는, 스펙트럼으로 분해되는 각도 분포로 귀결된다. 출력 커플링 영역(5)을 이용해 커플링 아웃되는 광 빔들(L1 내지 L3)은 이로써 렌즈(10)를 이용해 검출기(11) 상에서 위치 분포로 변환되는, 각도 스펙트럼을 이용해 커플링 아웃된다. 검출기(11)는 예를 들어 CCD 검출기 또는 CMOS 검출기일 수 있다.

입력 커플링 영역(4)이 반사성 체적 홀로그램을 포함하기 때문에, 반사성 체적 홀로그램을 이용한 입력 커플링은 각각의 각도에 대하여 커플링-인되는 스펙트럼 범위 내에서의 분산으로 이어진다. 출력 커플링 영역(5)이 입력 커플링 영역(4)과 동일한 방식으로 구현되는 반사성 체적 홀로그램을 포함한다면, 입력 커플링 영역(4)에 의해 야기되는 분산은 보상되어 모든 스펙트럼 구성요소들은 대응하는 각도로 다시 편향된다.

설명된 도파관(1)의 무한-무한 구성에 대한 대안으로서, 입력 커플링 영역(4) 및/또는 출력 커플링 영역(5)은 렌즈 요소 기능 또는 오목 거울 기능의 형태로 예를 들어 이미징 기능을 포함할 수 있다. 결과적으로, 유한-무한, 무한-유한 또는 유한-유한 이미징 구성들은 도파관(1)을 이용해 실현될 수 있다. 입력 커플링 영역(4)의 경우에 있어서, 이것은 예를 들어 도파관(1)에 너무 근접하게 위치되어 객체가 광학적으로 무한대로 멀리 있다고 가정할 수 없는 객체(9)를 기록하는 데 사용될 수 있다. 출력 커플링 영역(5)의 경우에 있어서, 이러한 렌즈 요소 또는 오목 거울 기능의 구현은 커플링-아웃되는 각도 스펙트럼을 직접 이 구현되는 렌즈 요소 또는 거울 기능의 초점 평면 내의 위치 분포로 변환하는 것을 가능하게 해준다. 이 경우에 있어서, 예를 들어, 렌즈(9)는 생략될 수 있다. 이 경우에 있어서, 검출기 시스템(2)은 검출기(11) 및 또한 출력 커플링 영역(5)의 렌즈 요소 및/또는 오목 거울 기능을 포함한다고 언급될 수 있다. 렌즈(10)는 생략될 수 있기 때문에 검출기(11)는 예를 들어 도파관(1)의 전면(7) 상에 직접 위치 및/또는 고정될 수 있고, 이로써 고도의 통합, 최소 부피 및 높은 견고성이 실현될 수 있다.

이미 설명된 바와 같이, 출력 커플링 영역(5)을 이용한 출력 커플링 후 스펙트럼으로 분해되는 각도 분포는, 렌즈(10) 또는 출력 커플링 영역(5)에 통합된 이미징 기능을 이용해 검출기(11) 상의 위치 분포로 변환된다. 이러한 검출기(11)는 화소들의 형태로 이산화(discretization)를 포함한다. 검출기 측 상의 펼쳐진 도파관 시스템을 보여주는, 도 6의 도시에 따르면, 각각의 화소(PX)는 화소 크기(PG), 광학축(A_P)으로부터의 그 거리 및 렌즈(10) 또는 출력 커플링 영역(5)의 이미징 기능의 초점 거리(F_AK)에 의해 주어진 정의된 각도 범위에 대하여 여기서 평균된다.

도 4 및 도 5의 도시들에 따르면, 각도 범위의 기록은 또한 스펙트럼 범위에 걸친 통합과 연관된다. 이 경우에 있어서, 스펙트럼 대역폭은 화소에 의해 기록되는, 최대 각도(α₂, 도 4) 및 최소 각도(α₁, 도 4)에 의해 주어지고, 이 각도들은 이하와 같이 계산될 수 있다:

,

이때, n은 각각의 화소의 번호 (0 → 광학축 상, n < 0 → 광학 축 아래, n > 0 → 광학 축 위), PG는 화소 크기를 지시하고 f는 광학 시스템의 초점 거리를 지시한다.

이 한계 각도들의 도움으로, 각각의 화소가 통합되어 있는 대역폭은 이후에 예를 들어 코겔니크 결합파 이론(Kogelniks coupled-wave theory)에 기초하여 계산될 수 있다. 화소에 의해 검출되는 전체 스펙트럼은 이로써 검출되는 각도 범위 내의 스펙트럼으로 구성되고, 이로써 도 5에 도시된 바와 같이 도시된 스펙트럼에서의 확대(broadening)로 귀결된다. 검출기(11)가 모든 각도 범위들이 투과되는, 단 하나의 화소로 구성되는 제한적인 경우에 있어서, 모든 스펙트럼 구성요소들을 갖는 이미지 정보가 기록될 것이다.

동공(모든 시야 각들의 주요 광선들이 교차하는 위치 또는 빔-한정 스톱)의 위치는, 도파관(1)의 무한-무한 구성의 경우에 있어서, 입력 커플링 영역(4)의 폭(B1)(제2 방향(R2)을 따라 제1 방향(R1)을 가로지르는 범위, 여기서는 x-방향에 대응함)(도 2)의 출력 커플링 영역(5)의 폭(B2)에 대한 비에 의해 결정되고, 방향(R2)으로 도파관(1)의 시야는 도파관(1) 내에서 전파 방향(R1) 또는 제1 방향(R1)을 따른 입력 커플링 영역(4)과 출력 커플링 영역(5) 사이의 거리(D)에 추가적으로 종속한다.

물론, 입력 커플링 영역(4) 및 출력 커플링 영역(5)의 치수들은 스톱들로 제한될 수 있다. 광학적으로 사용되는 치수 또는 광학적으로 사용되는 폭이 여기서 항상 가정된다. 이것들은 또한 이후에 유효 폭들로서 지칭된다.

도 7a, 도 7b 및 도 7c는 입력 커플링의 출력 커플링 영역(4, 5)의 3 개의 본질적으로 다른 폭 비들을 보여준다. 비네팅되지 않는 시야 각들만 동공 위치의 분석에서 고려된다.

도 7a는 비 B1/B2 > 1에 있어서 도파관(1)의 출력 커플링 영역(5)이 동공으로서 행동하는 것을 보여준다. 모든 각도들은 이로써 출력 커플링 영역(5)의 각각의 위치에 존재한다.

B1/B2 = 1 (도 7b)의 특수한 경우에 있어서, 중간 시야 각만이 도파관(1)을 통해 비네팅 없이 전파된다. 이 경우에 있어서, 입력 커플링 영역(4) 및 출력 커플링 영역(5) 모두는 동공을 형성한다.

비 B1/B2 < 1 (도 7c)의 경우에 있어서, 입력 커플링 영역(4)은 도파관(1)의 동공이어서, 서로 다른 각도들이 존재하고, 출력 커플링 영역(5)의 각각의 위치에서, 커플링 아웃된다.

나아가, 원칙적으로 도파관(1)의 시야(또한 이하에서는 FoV로 지칭됨)와 검출기 시스템(2)의 시야(또한 이하에서 FoV로 지칭됨) 사이의 구별을 도출하는 것이 가능하다. 여기서 2 개의 시야들(또는 2 개의 FoV들) 중 더 작은 것으로 전체 시스템의 시야를 결정한다.

도파관(1)에 의해 포획되고 다시 커플링 아웃되는 수평 FoV(x-방향으로)는, 도파관(1)의 무한-무한 구성의 경우에 있어서, 입력 커플링 영역(4) 및 출력 커플링 영역(5)의 폭들(B1, B2) 및 이 영역들 사이의 거리(D)에 의해 결정된다(동공이 입력 커플링 영역(4) 및/또는 출력 커플링 영역(5) 상에 놓여 있는지 여부에 독립적으로). 검출기 시스템(2)의 FoV는 렌즈(10)의(또는 출력 커플링 영역(5) 내에 포함된 렌즈 요소 기능의) 초점 거리에 의해 및 수평 FoV의 방향으로 검출기(11)의 크기에 의해 제1 근사치로 주어진다.

이상적인 경우에 있어서, 도파관(1) 및 검출기 시스템(2)의 FoV는 동일하다. 이것은 도파관(1)의 전체 FoV에 대한 최적 해상도로 귀결된다. 검출기 시스템(2)의 FoV가 도파관(1)의 FoV보다 더 크면, 전체 시스템의 수평 FoV는 입력 커플링 영역(4)의 폭, 출력 커플링 영역(5)의 폭 및 입력 커플링 영역(4)과 출력 커플링 영역(5) 사이의 거리(D)에 의해 주어진다. 유리하게도, 전체 FoV는 이로써 포획된다. 하지만, 감소된 해상도가 존재한다. 검출기 시스템(2)의 수평 FoV가 도파관(1)의 FoV보다 작은 경우에 있어서, 전체 시스템의 FoV는 검출기 시스템의 FoV에 의해 제한된다. 이것은 증가된 해상도의 장점으로 귀결되고, 도파관(1)의 FoV의 일 부분만이 포획된다. 렌즈(10)가 사용되면, 도 7d에 지시된 바와 같이, 외측 각도 범위들이 더 이상 렌즈(10)에 의해 포획될 수 없기 때문에, 소정의 조건들 하에서, 검출기 시스템(2)과 도파관(1) 사이의 거리가 FoV로 제한되는 것이 발생할 수 있다.

검출기 시스템(2)의 FoV와 도파관(1)의 FoV의 원하는 조화는 B1, B2 및 D의 조정에 의해 발생될 수 있다. 검출기 시스템(2)의 FoV의 도파관(1)의 FoV로의 원하는 조정은 렌즈 초점 거리 및/또는 검출기의 크기의 조정에 의해 발생될 수 있다.

이미 설명된 바와 같이, 도파관(1)의 동공 위치는 입력 커플링 영역(4)의 폭(B1)의 출력 커플링 영역(5)의 폭(B2)에 대한 비에 의해 정의된다. 출력 커플링 영역(5)에 존재하는 각도 분포의 형태는 이에 따라서 변한다. 이것은 구체적인 배치들 및 적용들에 대하여 유리한 특성들로 귀결된다.

B1/B2 > 1의 경우에 있어서, 출력 커플링 영역(5)은 도파관(1)의 동공을 형성한다. 모든 비네팅되지 않는 빔들이 고려되면, 모든 시야 각들은 이로써 출력 커플링 영역(5)의 각각의 위치에 존재한다. 결과적으로, 모든 시야 각들, 즉 도파관(1)의 완전한 FoV는, 충분히 큰 입사 동공으로 및 충분히 큰 FoV를 갖는 단 하나의 검출기 시스템(2)을 이용해 포획될 수 있다. 도파관(1)의 큰 FoV를 달성하기 위해, 이로써 입력 커플링 영역(4)이 출력 커플링 영역(5)보다 더 넓게 만들어지는 것이 유리하다. 게다가 입력 커플링 영역(4)과 출력 커플링 영역(5) 사이의 거리가 작은 것이 유리하다.

도 7a에 따른 도시는 입력 커플링 영역(4)과 출력 커플링 영역(5)의 수평으로 대칭적인 배치가 존재하는 것을 가정하였고, 이로써 도파관(1)의 대칭적인 FoV로 귀결된다. 하지만, 출력 커플링 영역(5)은, 도 8a에 지시된 바와 같이, 측면으로(x-방향으로) 오프셋되는 것이 가능하다. 이것은 또한 수평 FoV의 오프셋으로 귀결된다. 출력 커플링 영역(5)의 대응하는 교정 없이, 변위의 결과로서의 대응하는 오프셋을 갖는 이 각도 분포는 또한 검출기(11) 상에서 변위된 방식으로 생성된다. 이것은 검출기 시스템(2)의 FoV가 초과되어 이로써 전체 FoV가 제한되는 결과를 가져올 수 있다. 이것은 출력 커플링 영역(5)에 추가적인 편향 기능(예를 들어, 프리즘, 틸팅된 미러, 선형 격자 등과 같이)을 구현하는 것에 의해 변경될 수 있다. 그러므로, 커플링-아웃되는 각도 스펙트럼의 오프셋은 보상되어(또는 대칭화되어) 출력 커플링 FoV는 다시 검출기 시스템(2)의 FoV에 일치될 수 있다. 또는, 검출기 시스템(2)을 각도 오프셋에 따라 틸팅시키는 것 또한 가능하다. 단 하나의 변위된 출력 커플링 영역(5)이 제공되는 것이 아니고, 이웃하는 복수의 출력 커플링 영역들(5₁, 5₂)이 제공되는 것이라면, 대응하는 보상 및 조정된 검출 시스템(2)을 포함하여, 복수의 개별적인 FoV들로 구성된 확대된 수평 FoV가 생성될 수 있다(도 8b).

이 구성의 경우에 있어서, 전체 출력 커플링 영역(5) 모두의 폭이 입력 커플링 영역(4)의 폭과 같은, 한정된 경우를 달성하는 것이 가능하다. 하지만, 중요한 것은 각각의 개별적인 출력 커플링 영역(5)이 입력 커플링 영역(4)과 관련하여 별개로 분리되어 고려되어야 한다는 것이다. 각각의 개별적인 출력 커플링 영역(5)에 있어서 폭 비가 B1/B2 > 1이라면, 각각의 출력 커플링 영역(5)은 시스템의 동공으로 남아 있어 설명된 관계들도 여전히 성립한다.

수평 동공 위치 및 수평 FoV의 예에 기초하여 설명된 관계들은 유사하게 수직 동공 위치 및 수직 FoV와 관련될 수 있고, 이때 이 방향으로 빔 경로의 폴딩이 고려되어야 한다. 하지만, 수직 방향으로, 이하의 특정 특성들이 발생하고, 이때 비네팅된 빔 또한 고려된다.

도파관(1)의 무한-무한 구성의 경우에 있어서, 무한 범위의 가상의 도파관 시스템에 의해 포획되어 출력 커플링 표면으로 전달되는 수직 FoV는 도파관(1) 내에서 내부 전반사의 결정적 각도 및 전면(7) 및 후면(8) 또는 도파관 인터페이스에 수직하는 것에 대하여 90°보다 작은 전파 각도에 의해 주어진다. 그러나, 유한 범위의 현실 도파관(1)에 있어서, 전면(7) 또는 후면(8)에 수직하는 것에 대하여 80° 보다 작은 전파 각도가 빔들(L1 내지 L3)이 큰 각도 범위로부터 출력 커플링 영역(5)으로 전파하고 이를 지나치지 못하게 보장하도록 실현되어야 한다. 1.5의 통상적인 굴절율에 대해서, 전면(7) 또는 후면(8)에 수직하는 것에 대하여 40°와 80° 사이의 각도 범위는 이로써 도파관(1)에서 전파되고 출력 커플링 영역(5)에 의해 다시 커플링 아웃된다.

수평 FoV와 유사하게, 전체 시스템(검출기 시스템(2)과 함께 도파관(1))의 수직 FoV 또한 검출기 시스템(2)의 수직 FoV에 의해 제한될 수 있다. 다시 커플링 인 및 아웃되는 스펙트럼으로 분리된 각도 범위를 고려하면, 검출기(11)의 스펙트럼 민감도는 추가적으로 수직 FoV에 대하여 제한적으로 영향을 미칠 수 있다. 예를 들면, 검출기(11)가 특히 긴 파장 및/또는 짧은 파장의 방사선을 수용하지 않는다면, 검출기(11)의 유효 범위는 감소되고 이로써 검출기 시스템(2)의 수직 FoV도 마찬가지로 감소된다(도 8c).

설명되는 예시적인 실시예들에 있어서, 검출기 상의 이미지는 설명되는 색상 프로파일을 포함하고, 이로써 풀 칼라 이미지는 도파관(1)을 이용해 전달 및 기록될 수 없다.

입력 커플링 영역(4) 및 출력 커플링 영역(5)을 위한, 설명되는 반사성 체적 홀로그램들은 예를 들어 도 9a에 도시된 바와 같이, 도파관(1)에 통합된 감광성 체적-홀로그램 물질(12)이 입사각 0°으로 전면(7)에 입사되는, 532 nm의 파장을 갖는 기준 파(13), 및 입사각 60°로 후면(8)에 입사되는, 동일한 파장을 갖는 신호 파(14)에 노출되도록 생성될 수 있고, 이때 기준 파(13) 및 신호 파(14)는 동일한 레이저로부터 유래되어, 간섭 장 또는 간섭 부피는 감광성 체적-홀로그램 물질에 발생하고 또한 대응하는 굴절율 변형들이 거기서 형성될 수 있다.

감광성 유리, 중크롬산염 젤라틴 또는 광중합체가 감광성 체적-홀로그램 물질들서 이용될 수 있다. 이들은 예를 들어 PC 필름(폴리카보네이트 필름)에 적용되고 이에 대응하여 노출될 수 있다. 필름은 그후 도파관(1)을 생성하기 위해 도파관(1)을 위한 기판 상에 적층될 수 있다. 이 경우에 있어서, 필름은 예를 들어 입력 커플링 영역(4) 및 출력 커플링 영역(5)의 영역에만 적층될 수 있다. 또는, 전체 도파관 표면에 대한 전-면적 적층도 가능하고, 이때 대응하는 입력 및 출력 커플링 기능은 입력 및 출력 커플링 영역들에만 노출된다. 체적 홀로그램들을 보호하기 위해, 적층된 체적 홀로그램에 추가적인 기판을 적용하는 것이 편리하다. 이하의 기본적인 구조를 갖는 레이어 스택이 이로써 실현된다: 투명 기판, 시멘트 또는 접착층, 체적 홀로그램, 시멘트 또는 접착층, 투명 기판.

이미 설명된 스펙트럼 각도 종속성을 고려하면, +20°의 각도로 물질 내 반사성 체적 홀로그램에 충돌하는 입사 평면 파(W1)(도 9b)로부터, 605 nm ± 5 nm의 스펙트럼 범위가 전면(7)을 향해 편향되어 이로써 편향된 파(W1)는 대략 40°의 각도(ß₁)로 전면(7)에 충돌한다. 입력 커플링 영역(4)의 반사성 체적 홀로그램은 평면 파(W1)의 나머지 파장들에 대해 투명하다.

0°의 각도로 반사성 체적 홀로그램에 충돌하는 평면 파(W2)의 경우에 있어서, 532 nm ± 4 nm 범위로부터의 파장들은 대략 60°의 각도(ß₂)로 전면(7)에 충돌하도록 반사된다. 평면 파(W2)의 나머지 파장들은 반사성 체적 홀로그램을 통과하여, 이로써 반사성 체적 홀로그램은 이 평면 파(W2)의 파장들에 대해 투명하다.

-20°의 각도로 물질 내 반사성 체적 홀로그램에 충돌하는 평면 파(W3)로부터, 395 nm ± 3 nm의 파장들은 전면으로 반사되어 이로써 대략 80°의 각도(ß₃)로 전면(7)에 충돌한다. 평면 파(W3)의 나머지 파장들은 반사성 체적 홀로그램을 통과하여, 이로써 반사성 체적 홀로그램은 이 파장들에 대해 투명하다.

최대 가능한 스펙트럼 범위에서 도파관(1)을 통한 각도 정보(무한으로부터 이미지 정보)의 전송을 실현하기 위해, 도 4에 도시된 각도-종속적인 스펙트럼은 단지 하나의 반사성 체적 홀로그램이 아니라, 이보다는 도 10 및 도 11a 내지 도 11f에 도시된 바와 같이, 아래로 층층이 배치되는 복수의 반사성 체적 홀로그램들(4₁, 4₂, 4₃, 4₄ 및 4₅)을 포함하는 입력 커플링 영역(4)으로 인해 개선될 수 있다. 체적 홀로그램들(4₁ 내지 4₅)은 이들이 서로 다른 스펙트럼 각도 선택성들을 포함하고, 그 결과 서로 다른 파장들이 동일한 입사각에 대하여 체적 홀로그램들(4₁ 내지 4₅)에 의해 반사된다는 점에서 다르다. 이 각도 선택성을 고려하면, 예를 들어 전면(7)을 향한 반사를 이용해 체적 홀로그램(4₁)에 의해, 도파관(1)에 결합되는 방사선은, 그 아래의 홀로그램들(4₂ 내지 4₅)에 의해 영향받지 않고(또는 단지 약간의 영향만 받고) 이로써 커플링-인된 방사선은 영향받지 않고 출력 커플링 영역(5)으로(최대 가능한 범위까지) 전파될 수 있다.

체적 홀로그램들(4₁ 내지 4₅)은 또한 z-방향으로 위로 층층히 배치될 수 있고, 이로써 도파관 상에 레이어 스택이 생성된다. 나아가, 하나의 홀로그램 내에 5개 모든 홀로그램들의 기능들(또는 체적 홀로그램)을 구현하는 것이 가능하고, 또한 이는 멀티플렉싱으로 지칭된다.

다른 스펙트럼 각도 특성들은 예를 들어 도 9a에서와 같이 동일한 각도 설정이 주어지면 기준 파(12) 및 신호 파(13)에 대하여 다른 파장들을 이용하는 것에 의해 달성될 수 있다. 또는, 모든 체적 홀로그램들(4₁ 내지 4₅)에 대하여 동일한 파장들을 이용하는 것이 가능하고, 이때 기준 파(12) 및 신호 파(13)의 입사각은 적절한 방식으로 변경될 수 있다.

반사성 체적 홀로그램들(4₁ 내지 4₅)은 도 9a에 따른 노출 구성으로 서로 다른 파장들에 기록되었다. 이러한 관점에서, 노출 파장은 체적 홀로그램(4₁)에 대해서는 900 nm(흑색), 체적 홀로그램(4₂)에 대해서는 660 nm(적색), 체적 홀로그램(4₃)에 대해서는 532 nm(녹색), 체적 홀로그램(4₄)에 대해서는 400 nm(청색) 및 체적 홀로그램(4₅)에 대해서는 370 nm(자색)이었다.

도 11b 내지 도 11f는 체적 홀로그램들(4₁ 내지 4₅) 각각에 대하여 - 20°의 최소 각도, + 20°의 최대 각도 및 0°의 입사 중심 각도를 통해, 각도 범위의 입력 커플링을 대략적으로 보여준다. 0°에서, 이 경우에 있어서, 각각의 반사성 체적 홀로그램(4₁ 내지 4₅)은 각각의 반사성 체적 홀로그램(4₁ 내지 4₅)의 노출이 수행되었던 그 중심 파장 주위의 스펙트럼 범위에서 각각 편향되고 또한 커플링 인한다.

도 12는, 도 4에서와 동일한 방식으로, 5 개의 반사성 체적 홀로그램들(4₁ 내지 4₅)에 의해 도파관(1)에 커플링되는, 시뮬레이션된 전체 스펙트럼을 보여준다. 이에 따라, 각각의 반사성 체적 홀로그램(4₁ 내지 4₅)은 각각의 입사각에서 서로 다른 스펙트럼 범위에 기여한다. 모든 반사성 체적 홀로그램들(4₁ 내지 4₅) 전체가 고려된다면, 결과적으로 개별적인 각도들에 있어서의 스펙트럼 대역폭은 증가되고 광대역 이미지 정보가 모든 입사 각도들에 대하여 전체로서 궁극적으로 보장된다.

나아가, 입사 각도가 증가함에 따라 더 짧은 파장들의 방향으로 커플링-인 스펙트럼에 있어서의 천이 및 입사 각도들을 감소시키는 더 긴 파장들의 방향으로 커플링-인 스펙트럼에 있어서의 천이는 도 12로부터 이해될 수 있다.

도 13a는 예를 들어 0°의 입사각을 가지고 커플링 인되는 스펙트럼을 보여준다. 도 13b는 + 20°의 입사각에 대한 대응하는 스펙트럼을 보여주고, -20°의 입사각에 대하여 커플링-인되는 스펙트럼은 도 13c에 도시되어 있다. 도 13a 내지 도 13c에 다른 도시들 모두에 있어서, 파장(μm)은 x-축을 따라 표현되고 0(입력 커플링 없음) 내지 1(완전한 입력 커플링)의 범위에서의 입력 커플링 효율은 y-축을 따라 표현된다. 도 5에 따른 도시와의 비교는 하나의 반사성 체적 홀로그램과 비교했을 때, 목표 방식으로 기록되는 체적 홀로그램들의 더 높은 수(1 개의 반사성 체적 홀로그램과 비교했을 때 5 개의 반사성 체적 홀로그램들)에 따라 커플링-인되는 스펙트럼의 샘플링에 상당한 개선이 있음을 보여준다.

도 14는 출력 커플링에 대한 대응하는 반사성 체적 홀로그램들(4₁ 내지 4₅)을 보여준다. 반사성 체적 홀로그램들(4₁ 내지 4₅)의 전체 높이는 가능한 한 많은 광이 검출될 수 있도록 하기 위해 바람직하게 검출기 시스템(2)의 입사 동공(14)과 유사하도록 선택된다.

입력 커플링 홀로그램들의 경우에서와 유사하게, 출력 커플링을 위한 체적 홀로그램들(4₁ 내지 4₅) 역시 z-방향으로 위로 층층이 배치될 수 있고, 이로써 도파관 상에 레이어 스택이 생성된다. 나아가, 하나의 홀로그램 내에 5개 모든 홀로그램들의 기능들 또는 하나의 체적 홀로그램을 구현하는 것이 가능하고, 또한 이는 멀티플렉싱으로 지칭된다.

가상의 연속 스펙트럼이 예를 들어, 모든 각도에서 도파관(1)으로 커플링될 수 있어, 이로써 풀 칼라 이미지 정보의 전달을 보장하도록 하기 위해, 예를 들어, 목표 방식으로 노출되는 40 개의 반사성 체적 홀로그램들이 위로 층층이 배치될 수 있다. 각도-종속적인 입력 커플링 스펙트럼의 대응하는 시뮬레이션은 도 15에 도시되어 있다. 도 9a의 노출 구성에 따른 개별적인 반사성 체적 홀로그램들을 기록하기 위한 노출 파장들은, 예를 들어, 이하와 같이 선택될 수 있는데, 이때 파장은 각각의 경우에 있어서 nm로 지시된다: 358, 368, 378, 389, 400, 411, 421, 432, 443, 454, 464, 474, 487, 498, 509, 519, 532, 544, 556, 568, 583, 598, 613, 629, 645, 662, 679, 696, 715, 735, 755, 775, 795, 815, 835, 855, 875, 896, 917 및 940.

또는, 반사성 체적 홀로그램들은 또한 하나의 파장에 및 기준 및 신호 파들(12, 13)의 조정된 노출 각도를 가지고 기록될 수 있다.

방사선이 도파관(1)에서 출력 커플링 영역(5)까지 전파된 후, 일반적으로 비교적 큰 면적으로 이 폭넓은 출력 커플링 영역(5)의 각각의 위치에서 모든 각도들 및 완전한 스펙트럼이 존재한다. 출력 커플링은 그후 이전에 설명된 바와 같이, 대응하는 반사성 체적 홀로그램들로 수행될 수 있다. 입력 커플링 영역(4)에 존재한 것과 동일한 40 개의 체적 홀로그램들이 바람직하게 생성된다.

하지만, 출력 커플링 영역(5)은 종종 전혀 투명할 필요가 없기 때문에, 출력 커플링 영역(5)까지 전파되는 방사선의 다른 종류의 출력 커플링 또한 가능하다. 이러한 관점에서, 틸팅된 미러 표면, 프리즘, 반사성 코팅된 격자들, 투과 격자들 및/또는 투과 또는 반사에 있어서 멀티-오더 프레즈넬 구조들을 이용하는 것이 가능하다. 투명하지 않은 검출기(11)가 여하튼 제공될 수 있기 때문에 도파관(1)의 이 지점에서 투명하지 않은 광학적 표면들의 이용도 가능하다.

출력 커플링 영역(5)의 구현을 위한 이러한 가능성 또한, 물론 이미 설명된 예시적인 실시예들 및 앞으로 설명될 예시적인 실시예들에 적용된다.

틸팅된 미러 표면 및 투과 또는 반사에 있어서 멀티-오더 프레즈넬 구조는 유리하게 고효율을 포함하고 또한 편향 중 추가적인 분산이 없다. 하지만, 이들은 분산 보상으로 이어지지 않는다. 출력 커플링을 위한 반사성 코팅된 격자들 및 투과성 격자들은 소망하는 분산 교정을 수행할 수 있다. 하지만, 이들은 더 낮은 효율을 포함한다. 프리즘은 고효율을 포함하지만, 분산을 증폭시킬 수 있는 단점이 있다. 반사성 체적 홀로그램들의 실시예의 경우에 있어서, 소망하는 분산 교정은 유리하게도 각각의 파장 채널이 별도의 분리된 반사성 체적 홀로그램을 통해 커플링 아웃되기 때문에 존재한다. 하지만, 출력 커플링 영역(5)의 면적이 개별적인 반사성 체적 홀로그램들의 수 만큼 나눠져야 하기 때문에 상대적으로 낮은 효율이 존재한다.

도 16 내지 도 18b는 수평 FoV(다시 말하면 x-z 평면에서의 FoV)가 확대된 도파관(1)의 예시적인 일 실시예를 보여준다. 검출기 시스템(2)의 FoV는 도파관(1)의 FoV를 제한하지 않음이 여기서 가정된다.

입력 커플링 영역(4)은 동일한 폭의 3 개의 반사성 체적 홀로그램들(4₁, 4₂ 및 4₃)을 포함하는데, 이것들은 각도 공간에 있어서 도 17의 상면도에 특히 도시되어 있는 바와 같이, 층층이 위로(y-방향으로) 배치되고 또한 서로 다른 각도 범위들을 커버하고 이로써 x-z 평면에서의 수평 시야가 서로 다르다.

y-방향으로 층층이 위로 홀로그램들(4₁, 4₂ 및 4₃)의 배치에 대한 대안으로서, 이들은 또한 z-방향으로 층층이 위로 배치될 수 있고, 이로써 도파관 상에 레이어 스택이 생성된다. 나아가, 하나의 홀로그램 내에 3개 모든 홀로그램들의 기능들(또는 하나의 체적 홀로그램)을 구현하는 것이 가능하고, 또한 이는 멀티플렉싱으로 지칭된다.

이러한 관점에서, 예를 들어, 제2 반사성 체적 홀로그램(4₂)은 x-z 평면에서 각도 범위(γ₀ ± γ₁ )를 이로 인해 γ₀ = 0에 대하여 중앙 시야를 커버할 수 있다. 이 경우에 있어서, 중앙 시야는 예를 들어 제2 체적 홀로그램(4₂)의 폭에 의해, 대응하여 할당되는 제2 출력 커플링 홀로그램(5₂)의 폭 및 2 개의 체적 홀로그램들(4₂, 5₂) 사이의 거리에 의해 주어진다.

제2 반사성 체적 홀로그램(4₂)과 비교하면, 제1 반사성 체적 홀로그램(4₁)은 수평 방향으로(x-z 평면에서) 추가적인 1-차원 편향 기능을 포함한다. 제1 체적 홀로그램(4₁)에 할당된 수평 시야는 이로써 각도 범위에서 가해진 편향 기능의 절대 값(각도 오프셋)에 의해 변위되고 γ₀ - 2·γ₁ ± γ₁에 이른다. 제3 반사성 체적 홀로그램(4₃)에 대하여 대응하여 가해진 편향 기능은 γ₀ + 2 ·γ₁ + γ₁ 의 수평 시야로 귀결된다. 서로 다른 수평 FoV는 이로써 출력 커플링을 목적으로 하여 대응하는 체적 홀로그램(5₁ 내지 5₃)과 조합되어 각각의 체적 홀로그램(4₁ 내지 4₃)에 의해 전송될 수 있다. 각각의 가해진 편향 기능의 절대 값 및 방향(각도 오프셋) 의 도움으로, 전체 FoV는 목표 방식으로 영향받을 수 있다. 이러한 측면에서, 예를 들어 대칭적이거나 또는 비대칭적인 전체 FoV들 및 부분 FoV들 사이의 간격들 또는 중첩하는 부분 FoV들을 갖는 FoV들을 생성하는 것이 가능하다.

도 17에 따라 가능한 최대, 대칭적이고 간격이 없는 수평 FoV를 달성하기 위해, 구현되는 편향 기능들은 이전 부분에서의 설명에 따라 각도 범위들이 서로 인접하고 가능한 한 적게 중첩되는 이러한 방식으로 선택되어야 한다.

여기서 설명되는 예시적인 실시예의 경우에 있어서, 모든 수평 각도 범위들은 도 16에 지시된 바와 같이, 입력 커플링 후 동일한 수평 채널에서 전파된다. 이것은 또한 단 하나의 검출 시스템(2)에 의한 검출을 보장하기 위해 필요하다. 모든 입력 커플링 홀로그램들(4₁ 내지 4₃)이 편향 기능과는 별도로 동일하게 기록되면, 게다가, 도 18a에 따라, 수직 방향으로의 중첩 또한 발생한다. 그러므로, 출력 커플링 후, 모든 수평 FoV들은 검출기(11) 상에 중첩될 것이다. 개별적인 수평 각도 범위들을 구분하기 위해, 여기서 설명되는 예시적인 실시예는 도 18b에 따라 수직 각도 범위들의 대응하는 번호 내 수평 각도 범위들을 인코딩하기 위해 제공한다. 이 경우에 있어서, 입력 커플링 영역(4)이 큰 각도 및 파장 범위에서 이를 통해 정상적으로 볼 수 있도록 투명하게 유지되도록 보장하기 위해 주의를 기울였다. 수직 각도 범위들에서의 수평 각도 범위들의 인코딩은 반사성 체적 홀로그램들(4₁ 내지 4₃)이 도파관(1) 내에서 서로 다른 수직 전파 각도 범위들로 편향되도록 구현되도록 영향받을 수 있다. 대응하는 편향 특성들을 갖는 반사성 체적 홀로그램은 이를 위해 이용될 수 있다. 또는, 각각의 수직 FoV를 제한하기 위한 라멜라 구조(그물망) - 미도시-는 각각의 반사성 체적 홀로그램(4₁ 내지 4₃) 앞에서 틸팅될 수 있다. 하지만, 입력 커플링 영역(4)의 투명도는 결과적으로 상당히 제약된다.

이 서로 다른 수직 전파 각도 범위들의 구분으로, 각각의 입력 커플링 체적 홀로그램(4₁ 내지 4₃)으로부터의 방사선 및 이로 인한 각각의 수평 FoV는 서로 다른 수직 FoV에서 전파된다. 출력 커플링 후, 서로 다른 수직 FoV들은 그후 검출기(11) 상에 층층이 측면으로 놓여 있는 상호 인접한 위치 분포들로 변환된다. 확대된 수평 FoV는 이로써 포획될 수 있고, 수직 FoV는 수평 FoV의 확대 인자만큼 감소된다.

수직 FoV에서 인코딩되는 수평 FoV들의 검출기-측 스펙트럼 및 각도-종속적인 분리는, 이하에서 더 상세하게 설명되고, 또한 다른 일 변형으로 이용될 수 있다.

각각의 수평 FoV가 편향 기능(각도 오프셋)과는 별도로 동일하게 구현된 체적 홀로그램과 커플링 인되면, 각각의 수평 FoV는 도파관(1)을 통해 동일한 수직 각도 범위 및 스펙트럼 범위에서 전파된다. 예를 들어, 도 4에 도시된 입사-각에 종속하는 스펙트럼은 각각의 수평 FoV에 대한 대략적인 결과들이다. 검출기 측 분리는 더 이상 가능하지 않다.

하지만, 대안적으로, 각각의 수평 FoV는 도파관(1) 내 서로 다른 방향들에서 특정 체적 홀로그램과 커플링 인될 수 있는데, 이때 각각의 체적 홀로그램(4₁ 내지 4₃)은 서로 다른 구성(노출 각도 및/또는 파장)으로 기록되었다.

도 19a, 도 19b 및 도 19c는, 상호 측면으로 오프셋된 입력 커플링 체적 홀로그램들(4₁, 4₂ 및 4₃)(도 18b)의 입사-각 종속적이고 스펙트럼 종속적인 효율을 보여준다. 이하에서의 고려는 수직으로 커플링된 각도 범위가 도파관 내의 내부 전반사에 의해 ± 20°로 제한됨을 가정한다. 나아가, 검출기(11)는 400 nm 내지 700 nm의 스펙트럼 선택성만을 포함한다. 물론, 이 절차는 다른 수직 각도 범위들 및 검출기 선택성들에도 역시 적용가능하다.

도 19b의 도시에 따르면, 제1 체적 홀로그램(4₁)은 도파관(1)으로 400 nm 과 440 nm 사이의 스펙트럼 범위에서 6.67°과 20° 사이의 입사각 범위를 커플링한다. 제1 체적 홀로그램(4₁)과 달리, 제2 체적 홀로그램(4₂)은 도파관(1)으로 400 nm 내지 650 nm의 스펙트럼에 대하여 전체 입사각 범위로부터의 방사선을 커플링한다. 제3 체적 홀로그램(4₃)은 도파관(1)으로 565 nm 내지 700 nm의 스펙트럼 범위에서 -6.67°과 20° 사이의 입사각 범위를 커플링할 것이다. 각각의 수평 시야는 이로써 서로 다른 특성들을 갖는 특정 체적 홀로그램(4₁ 내지 4₃)에 의해 도파관(1)으로 커플링된다. 이 특성들은 출력 커플링 후 수평 FoV를 분리하는 데 이용된다.

홀로그램들(4₁, 4₂ 및 4₃)은 또한 z-방향으로 층층이 위로 배치될 수 있고, 이로써 도파관 상에 레이어 스택이 생성된다. 나아가, 하나의 홀로그램 내에 3개 모든 홀로그램들의 기능들(또는 하나의 체적 홀로그램)을 구현하는 것이 가능하고, 또한 이는 멀티플렉싱으로 지칭된다.

출력 커플링 영역(5)에 있어서 모든 입력 커플링 체적 홀로그램들(4₁ 내지 4₃)에 의해 커플링 인되는 스펙트럼 각도 스펙트럼이 각각의 위치에 존재하는 것으로 예상되어야 한다. 출력 커플링 영역(5)에 있어서, 수직 입력 커플링과 동일한 행동을 하는 체적 홀로그램들(5₁, 5₂, 5₃)은 층층이 위로 측면으로 오프셋되어 배치된다. 이 홀로그램들(5₁ 내지 5₃) 각각은 그후 도 19a 내지 도 19c에 따라 도시된 스펙트럼 각도 분포를 대응하는 입력 커플링 체적 홀로그램(4₁ 내지 4₃)에 의해 커플링 인된 방사선의 출력 커플링에 제공한다.

입력 커플링 영역에서와 유사하게, 홀로그램들(5₁, 5₂ 및 5₃)은 대안적으로 z-방향으로 층층이 위로 배치될 수 있고, 이로써 도파관 상에 레이어 스택이 생성된다. 나아가, 하나의 홀로그램 내에 3개 모든 홀로그램들의 기능들(또는 하나의 체적 홀로그램)을 구현하는 것이 가능하고, 또한 이는 멀티플렉싱으로 지칭된다.

출력 커플링 후, 전체 시야는 분리되어, 서로 다른 수평 FoV들은 개별적으로 검출될 수 있게 된다. 이를 위해, 먼저 검출기(11)의 검출기 영역은 수직으로 분할된다. 이 경우에 있어서, 각각의 영역 부분은 수직 각도 범위에 대응한다. 이 경우에 있어서, 영역 부분들(수직 각도 범위들)의 수는 서로 다른 수평 FoV들의 수와 동일하다. 정상적인 경우에 있어서, 검출기 영역(수직 전체 각도 범위)는 동일한 크기들의 영역 부분들로 재분할된다(서로 다른 크기들의 영역 부분들로의 재분할 또한 가능하다). 하지만, 도 19c에 따르면, 스펙트럼 중첩은 개별적인 각도 범위들 내에서 반사 체적 홀로그램들에서의 전형적인 행동으로 인해 발생하고, 이로써 궁극적으로 다른 수평 FoV들은 동일한 수직 FoV들과 중첩될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 스펙트럼 필터들이 검출기(11)의 각각의 부분 영역에 대하여, 즉 각각의 수직 부분 각도 범위에 대하여, 제공될 수 있는데, 이 스펙트럼 필터들은 대응하는 각도 범위에 대하여 의도치 않는 스펙트럼 성분들의 억제를 실현한다. 결과적으로, 서로 다른 수평 FoV들은 검출기 상의 서로 다른 영역들(즉, 수직 각도 범위들/FoV들)에 고유하게 할당될 수 있다. 결과적으로, 서로 다른 수평 FoV들의 서로 다른 수직 FoV들에의 고유한 할당은 도 18b에 따라 실현된다.

스펙트럼 필터들의 이용의 대안으로서, 필요한 스펙트럼 범위에서만 출력 커플링을 실현하는, 특수한 출력 커플링 체적 홀로그램들을 이용하는 것 또한 가능하다.

이하의 스펙트럼 필터들의 적용 또는 스펙트럼적으로 조정된 출력 커플링 체적 홀로그램들의 이용 시, 도 20에 도시된 각도-종속적인 스펙트럼이 발생한다. 이로써 서로 다른 수평 FoV들의 중첩들은 더 이상 발생하지 않고 또한 대응하는 수직 FoV들에의 수평 FoV의 고유한 할당이 이로써 발생한다.

이러한 방식으로, 검출가능한 수평 FoV가 확대된다. 하지만, 동시에 이것은 수직 FoV의 감소로 이어진다.

수직 FoV에서 수평 FoV의 각도 인코딩과 비교했을 때, 설명되는 수직 FoV에서 수평 FoV의 스펙트럼 인코딩의 장점은 주로 입력 커플링 영역(4)을 통해 정상적으로 볼 때 큰 각도 및 스펙트럼 범위에서 더 높은 투명도로 구성된다.

스펙트럼 인코딩의 단점은 각각의 수평 FoV가 서로 다른 스펙트럼 대역을 포획하고 또한 예를 들어, 특정 수평 FoV에서, 대응하는 스펙트럼 범위에서 방사선이 없거나 또는 거의 없다면 그 결과 정보를 잃어버릴 수 있다는 것이다. 이 결점은 복수의 출력 커플링 영역들에 서로 다른 수평 FoV들에 대하여 스펙트럼적으로 이에 대응하여 천이된 입력 커플링 스펙트럼을 제공함으로써 보상될 수 있다. 하지만, 이때 대응하는 수의 검출기 시스템들(2) 또한 필요하다.

도파관(1)의 전체 시스템의 전반적인 설계 및 특히 입력 및 출력 커플링 체적 홀로그램들의 설계에 있어서, 이하의 측면들이 고려되어야 한다:

n 개의 서로 다른 수평 FoV들의 실현은 n 개의 서로 다른 입력 및 출력 커플링 체적 홀로그램들 및 또한 대응하는 밴드패스 또는 에지 필터 기능들을 포함하는 n 개의 각도 범위들(검출기 영역들)을 필요로 한다. n 개의 수평 각도 범위들은 n 개의 수직 각도 범위들로 변환된다.

체적 홀로그램들의 개별적인 효율 프로파일들은 동일한 각도 범위 내에서 어떠한 스펙트럼 중첩들도 포함해서는 안된다. 그렇지 않다면 수직 FoV들 및 이로 인해 수평 FoV들의 스펙트럼 분리가 더 이상 가능하지 않기 때문이다. 서로 다른 수평 FoV들의 방사선 성분들의 중첩은 스펙트럼 필터링에도 불구하고 발생할 것이다.

방사선 전력을 가능한 한 많이 포획하기 위해, 각각의 체적 홀로그램은 가능한 최대 스펙트럼 범위가 커버되는 각각의 각도 범위에서 커버되도록 설계되어야 한다. 하지만, 검출기의 스펙트럼 선택성 또한 여기서 고려되어야 한다. 도 19b 및도 19c의 각도- 및 파장-종속적 효율 프로파일들의 비교는 40 nm의 방사선의 대역폭만이 +6.67°과 +20° 사이의 각도 범위에서 이용됨을 명확하게 해준다. 이에 대응하여 체적 홀로그램의 최적화된 설계는 이 대역폭을 증가시키고 또한 이로 인해 전위적으로 더 높은 방사선 전력으로 커플링되는 것을 가능하게 해줄 것이다. +6.67°과 +20° 사이의 각도 범위와 달리, -6.67°과 -20° 사이의 각도 범위에 있어서 135 nm의 스펙트럼 범위가 커플링 인된다.

수평 FoV의 재분할은 체적 홀로그램의 스펙트럼 특성들에 결합된다. 정상적인 경우에 있어서, 모든 수직 부분 FoV들은 동일한 크기이다. 하지만, 적용에 따라서는, 서로 다른 크기들의 수직 FoV 또한 서로 다른 수평 FoV들에 대하여 실현될 수 있다. 이것은 개별적인 검출기 영역들의 상류측 필터링과 조합하여 체적 홀로그램들의 대응하는 설계를 필요로 한다.

도 21은 입력 커플링 영역(4)이 출력 커플링 영역(5)보다 더 넓고 입력 커플링 영역(4)이 반사성 체적 홀로그램에 의해 실현되는 도파관(1)의 예시적인 일 실시예를 보여준다. 출력 커플링 영역(5)은 또한 반사성 체적 홀로그램을 포함할 수 있다. 이 경우에 있어서, FoV는 이 영역들의 크기 및 이들 사이의 거리에 의해 주어진다. 도 22와 관련되어 설명되는 예시적인 실시예의 경우에 있어서, 검출기 시스템(2)의 FoV는 도파관(11)의 FoV를 제약하지 않음이 가정된다.

검출 효율을 증가시키기 위한 도 22에 따른 접근은 입력 커플링 영역(4)을 수직으로(제2 방향으로 따라) 3 개의 입력 커플링 하부영역들(4₁, 4₂ 및 4₃)로 재분할하는 것을 제공한다. 중앙 입력 커플링 영역(또는 중앙 반사성 체적 홀로그램(4₁))은 제1 방향(x-성분 없이 y-방향으로만)으로 출력 커플링 영역(5)으로 편향시키기 위한 기능만을 포함하는 한편, 제2 방향(중앙 체적 홀로그램(4₁)을 향해)을 따른 수평 편향 기능(또는 편향의 x-성분)은 도 22에 대략적으로 지시되어 있는 바와 같이, 우측 입력 커플링 하부영역(4₂)으로 추가적으로 통합된다. 제2 방향(중앙 체적 홀로그램(4₁)을 향해)을 따른 대응하는 수평 편향 기능은 또한 좌측 입력 커플링 하부영역(4₃)으로 통합된다.

이 편향 기능 없이는, 입력 커플링 영역(4₂) 및 출력 커플링 영역(5)에 대한 FoV는 영역들의 크기들, 이들 사이의 거리 및 출력 커플링 영역(5)에 대한 입력 커플링(4₂)의 이심(decentration, 제2 방향을 따른)로부터 기인할 것이다(좌측 입력 커플링 영역(4₃)과 출력 커플링 영역의 조합에도 동일하게 적용될 것이다). 이 FoV는 중앙 FoV에 대하여 (중앙 입력 커플링 영역(4₁) 및 출력 커플링 영역(5)에 의해 주어지는) 각도 오프셋을 가진다. 전체적으로, 그 결과는 2 개의 입력 커플링 영역들의 전체 폭에 의해 주어지는 확대된 FoV가 된다.

설명되는 각도 오프셋은 설명되는 편향 기능의 2 개의 측면 입력 커플링 영역들(4₂ 및 4₃)에의 통합에 의해 보상될 수 있다. 출력 커플링 체적 홀로그램(5)과 조합되어, 중심에서 벗어난 입력 커플링 체적 홀로그램(4₂, 4₃)는 그후 중앙 입력 커플링 체적 홀로그램(4₁)과 동일한 FoV를 커버한다. 하지만, 중심에서 벗어난 입력 커플링 체적 홀로그램(4₂, 4₃)으로부터 방출되는 방사선은 그후 도파관 내에서 수평 각도 오프셋을 가지고 수평 방향으로 전파되고 이 오프셋을 가지고 도파관(1)으로부터 커플링 아웃된다. 이로써 동일한 FoV가 출력 커플링 후 서로 옆에 존재한다. 서로 옆에 놓인 이 동일한 FoV들은 충분히 큰 FoV를 갖는 검출기 시스템(2)을 이용해 포획될 수 있다. 따라서 수평 FoV에 대하여 검출되는 방사선 전력에 있어서 증가가 있지만, 신호대잡음비에 관련된 전력 밀도에는 증가가 없다.

이를 달성하기 위해, 출력 커플링 영역(5)은 체적 홀로그램들의 도움으로 중앙 입력 커플링 체적 홀로그램(4₁)에 의해 커플링 인된 방사선 및 중심에서 벗어난 입력 커플링 체적 홀로그램들(4₂, 4₃)에 의해 커플링 인된 방사선을 동일한 각도 범위로 커플링 아웃하는 이러한 방식으로 구성된다.

이것은 노출에 포함되는, 서로 다른 출력 커플링 기능들을 포함하는 출력 커플링 영역(5)으로 인해 달성된다. 이 경우에 있어서, 각각의 출력 커플링 기능은 대응하는 입력 커플링 체적 홀로그램(4₁ 내지 4₃)의 방사선에 대해서만 효율적이어서(체적 홀로그램의 각도 선택성), 이로써 궁극적으로 다른 방향들로부터 출력 커플링 영역(5)으로 전파되는 방사선은 대응하는 출력 커플링 기능에 의해 동일한 각도 범위로 커플링 아웃된다. 각도 선택성의 강도는 체적-홀로그램 물질의 두께 및 굴절율 변조 및 노출 구성을 이용해 설정될 수 있다.

이 기능들 중 하나는 본래 출력 커플링 기능에 대응하고 또한 방사선의 수직 출력 커플링만 제공한다. 구현되는 다른 모든 기능들은 특별히, 조정된 각도 선택성을 포함하여, 이로써 이들은 각각의 수평 각도 오프셋 주위 수평 각도 범위에만 효율적이고, 이것은 출력 커플링 영역(5)의 방향으로 대응하는, 중심에서 벗어난 입력 커플링 영역(4₂, 4₃)으로부터 전파된다. 이 출력 커플링 기능은, 수직 출력 커플링 기능에 더하여, 수평 각도 오프셋의 보상을 포함하여, 이로써 중심에서 벗어난 입력 커플링 영역(4₂, 4₃)에 의해 생성되는 FoV가 중심에서 벗어난 입력 커플링 영역(4₁)에 의해 생성되는 FoV와 중첩된다. 결론적으로, 이것은 FoV 내 전력 밀도에 있어서의 증가로 그리고 이로 인한 신호대잡음비의 개선으로 귀결된다.

여기서 설명되는 방법은 또한 광학적 의미에서 동공 감소로 지칭될 수 있다(cf. 이미징 동안의 동공 복제 또는 동공 확장 = 반대 광 경로). 이러한 방식으로, 전력은 입력 커플링 영역(4)에 있어서 큰 영역에 걸쳐 수집될 수 있고 또한 출력 커플링 영역(5)에 있어서 작은 영역에 걸쳐서 커플링 아웃될 수 있다.

이로써 매우 낮은 효율 및 이로써 높은 투과성을 가지는 입력 커플링 영역(4)을 실현하는 것이 가능하다. 따라서, 이것은 이미지 정보가 가능한 최고 투과성을 가지는 입력 커플링 영역(4)을 이용해 높은 광 강도를 가지고 포획되는 것을 가능하게 해준다. 한편, 입력 커플링 영역은 단지 매우 작은 출력 커플링 영역에 가능한 한 많은 방사선 전력을 집중시키기 위해 예를 들어 여전히 수용가능한 투과성을 가지고, 즉 높은 입력 커플링 효율을 가지고, 실현될 수 있다. 예를 들면, 방사선 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 매우 작은 태양 전지가 그후 출력 커플링 영역에 피팅될 수 있다. 검출기 어레이에 출력 커플링을 수행하는 것 또한 가능하다.

서로 다른 출력 커플링 기능들의 구현은 충분히 높은 굴절율 확대를 갖는 충분히 두꺼운 체적-홀로그램 물질로 가능하다. 단 하나의 홀로그램 영역에 서로 다른 기능들의 이 구현은 또한 기능 멀티플렉싱으로 지칭된다. 또는, 개별적인 출력 커플링 기능들은 또한 층층이 위로 적층된 복수의 체적-홀로그램 필름들에 노출될 수 있다.

수직 방향에서와 유사하게, 수평 방향으로도, 역시 이것은 각도-종속적인, 스펙트럼 입력 커플링이 수반되고 이로써 각도-종속적인 스펙트럼 프로파일이 수평 방향으로 발생한다는 것이 고려되어야 한다. 하지만, 스펙트럼 정보는 수직 방향으로 스펙트럼 분포로 인해 잃어버리기 때문에, 이 색상 프로파일은 이 방법의 중대한 단점을 구성하지 않는다.

도 22로부터 알 수 있는 바와 같이, 입력 커플링 영역(4)의 수직 재분할로 효율에 있어서의 증가는, 입력 커플링 영역의 폭은 일정하게 남아 있으면서, 그러나, 수평 FoV의 감소와 연관된다. 이 단점은 수직 FoV의 감소로 귀결될지라도, 도 16 내지 도 18에 따른 변형들과의 조합에 의해 보상될 수 있다.

대조적으로, 도 21로부터의 입력 커플링 영역이 도 16에 따라 수평으로 재분할되면, 단 하나의 입력 커플링 체적 홀로그램의 본래 FoV(도 21)는 확대될 수 있다. 하지만, 입력 커플링 체적 홀로그램 영역이 일정하게 남아 있으면서, 전체적으로 커플링-인 방사선 전력에 있어서의 증가는 이 경우에 있어서 달성되지 않는다. 하지만, 각각의 입력 커플링 체적 홀로그램의 영역이 확대되면, 시스템의 효율은 상기에서 설명된 절차의 도움으로 개선될 수 있다.

원칙상, 입력 커플링 체적 홀로그램들은 도파관(1) 상에 자유로이 분포될 수 있다. 이때 입력 커플링 체적 홀로그램 및 대응하여 조정되는 커플링-아웃되는 각도 범위들의 교정에 대하여 개별적인 FoV에 미치는 영향이 고려될 필요가 있다.

도 23은 부조 격자가 입력 커플링 영역(4) 및 출력 커플링 영역(5) 모두에 구현되는 예시적인 일 실시예를 보여준다. 격자 간격을 정의하기 위한 규칙들은 체적 홀로그램과 실질적으로 동일하다. 회절 각도는 도파관(1)에서의 내부 전반사를 보장할 것이 요구된다. 나아가, 대칭적 격자들이 입력 및 출력 커플링을 위해 유리하게 이용된다. 나아가, 선택적으로, 원한다면, 이미징 기능이 입력 커플링 격자 및/또는 출력 커플링 격자에 적용될 수 있다. 그러므로, 예를 들어 도파관(1)으로부터 단 50 cm의 거리에 있는 물체들조차도 선명하게 이미징될 수 있다.

체적 홀로그램들과 비교하여 부조 구조들로서의 입력 및 출력 커플링 격자들의 실시예의 장점은 더 낮은 각도 및 파장 선택성으로 구성된다. 이미 설명된 바와 같이, 체적 홀로그램이 사용되면, 관찰 각도는 제한된 파장 범위와 연결된다. 도 11에 따른 실시예 없이, 조명 스펙트럼에 있어서의 간격들은 죽은 수직 관찰 각도들로 귀결된다. 이 실패들은 더 높은 파장 및 부조 구조들의 각도 수용에 의해 방지될 수 있다.

입력 커플링 격자(20)는 예를 들어, 도 23의 두께(d₁)를 갖는 좌측 판(22)의 우측 표면(21) 상에, 에폭시 수지 또는 UV-경화 중합체를 이용해 몰딩될 수 있다. 이 경우에 있어서, 전형적인 중합체들은 대략 1.5의 굴절율 n을 포함한다.

입력 커플링 격자(20)는 얇고 높은 굴절율 유전체 층(23)을 이용해 이어서 코팅된다. 그 전형적인 굴절율은 n > 2.0이다. 예를 들면, 10과 100 nm 사이의 값들이 층(23)에 대한 두께로서 이용될 수 있다. 이 경우에 있어서, 전체 영역에 걸쳐 균일한 투과 효과를 달성하기 위해 입력 커플링 격자(20) 뿐만 아니라 얇고 높은 굴절율 층(23)으로 전체 좌측 판(22)까지 코팅하는 것이 특히 유리하다.

제2 판(24)(두께 d₂를 갖는)은 이어서 입력 커플링 격자(20)와 두께(d₁)를 갖는 연관된 판(22) 상에 에폭시 수지 또는 UV-경화 중합체를 이용해 부착하여 결합된다. 입력 커플링 부조 격자(20)는 이로써 2 개의 판들(22 및 24)에 의해 형성되는 기판 내에 매립되고, 또한 그 얇고, 높은 굴절 층으로 인해, 5%와 20% 사이의 회절 효율을 갖는 반사 격자(20)로서 행동한다.

출력 커플링 격자(25)에 있어서, 동일한 수의 선들(격자 간격)을 갖는 격자가 사용되지만, 이것은 좌측 판(22)의 외측 표면(7) 상에 또는 제2 판(24)의 외측 표면(8) 상에 몰딩된다. 도 23에 도시된 예시적인 실시예의 경우에 있어서, 출력 커플링 격자(25)는 전면(7) 상에 몰딩된다. 알루미늄은 높은 출력 커플링 효율을 획득하기 위해 몰딩 후 이 격자(25) 상에 기상 증착된다. 대략 50%의 효율 값들은 넓은 파장 및 각도 스펙트럼에 대하여 여기서 달성가능하다.

입력 커플링 격자(20) 및 출력 커플링 격자(25)를 갖는 도파관(1)은 입력 커플링 격자(20)의 에지들 및 출력 커플링 격자(25)의 에지들 각각이 스톱으로서 행동하기 때문에 2 개의 스톱들을 가지고, 이 스톱들은 빔 경로를 절단한다. 도 23에 따른 도시는 정확히 하나의 파장에 대하여 단 하나의 빔을 도시하였다. 동일한 객체 지점으로부터 방출되는 다른 파장들은 입력 커플링 격자(20)에 의해 도파관(1) 내에서 다른 각도들로 편향된다. 도파관(1) 내에서 이 파장과 전파 각도 사이의 관계는 비록 선형은 아닐지라도, 연속적이다.

결론적으로, 많은(예. 10, 20 등) 반사들을 갖는 긴 도파관들(1)의 경우에 있어서, 입력 커플링 격자(20)의 영역이 출력 커플링 격자(25) 상에 정확히 떨어질 가능성이 있다. 광의 많은 부분이 이때 전송된다. 하지만, 또한 입력 커플링 격자(20)의 스톱이 출력 커플링 격자(25) 아래에서 한번, 위에서 한번만 이미징되어, 광이 출력 커플링 격자(25) 내에서 커플링 아웃되지 않는 것이 발생할 수도 있다.

그 결과, 전송되는 스펙트럼은 거의 주기적으로 교대하는 효율적 및 비효율적 범위들로 분할된다. 이러한 순수히 기하학적으로 지시되는 전송 스펙트럼은 도 24에 도시되어 있고, 이때 파장(nm)은 x-축을 따라 플로팅되고 또한 0(입력 커플링 격자(20) 상에 입사되는 광의 전송이 없음)과 1(격자 회절 효율을 무시하고, 입력 커플링 격자(20) 상에 입사되는 전체 광이 출력 커플링 격자(25)를 거쳐 커플링 아웃됨.) 사이의 전송 효율은 y-축을 따라 플로팅된다. 이 전송 효율은 - 15°의 입사 각에 대해, 이것은 400 내지 530 nm의 파장 범위를 커버하고(파선), 0°의 입사각에 대해, 이것은 440 내지 645 nm의 파장 범위를 커버하고(실선), + 15°의 입사 각에 대해, 이것은 555 nm 내지 690 nm의 파장 범위를 커버하도록(점선) 도시되어 있다. 이 경우에 있어서, 스펙트럼 한계들은 내부 전반사에 대한 조건으로부터 먼저 발생하고 두번째로 출력 커플링 격자가 여전히 충돌되는(외측 영역들에서 내부 전반사 없이) 입력 커플링 후 편향 각도로부터 발생한다. 이로부터 투과되는 스펙트럼 간격은 입사 각도로 천이됨을 알 수 있다. 투과되는 스펙트럼 간격은 도파관(1)의 굴절율이 증가함에 따라 더 커지게 된다.

도 25는 검출기 시스템(2)의 입사 동공(EP)에 의해 야기되는 비네팅을 대략적으로 도시한다. 결론적으로, 커플링-아웃되는 광선들의 일부는 검출기(11)에 충돌하지 않을 수 있는데, 이것은 도 26에 대략적으로 도시되어 있는 바와 같이, 기하학적으로 지시되는 전송 스펙트럼으로 이어진다. 도 25의 도시는 도 24의 도시에 대응한다. 예상되는 바와 같이, 이 비네팅은 - 15°와 + 15°의 입사 각들에 대하여 더 나쁜 전송 스펙트럼으로 이어진다.

입력 커플링 격자(20)는 톱니 격자로서 구성될 수 있는데, 다시 말하면 각각의 격자 간격의 프로파일 형태가 적어도 대략적으로 톱니 형태를 따른다. 도 27은 매립된 입력 커플링 격자의 격자 간격을 통해 시뮬레이션된 단면을 보여주는데, 이때 약간의 프로파일 라운딩이 격자에 대하여 가정되었다. 0 내지 430 nm의 측면 범위는 x-축을 따라 플로팅되고 또한 0 내지 300 nm의 프로파일 부분은 y-축을 따라 플로팅되고, 이로써 대략 120 nm의 블레이즈 깊이를 갖는 대략 60 nm의 층 두께로 귀결된다. 이러한 구조는 넓은 파장 범위를 대략 10 내지 15%의 효율을 가지고 도파관(1)으로 커플링하는 것을 가능하게 해준다. 최종 회절 효율(반사율)은 도 28에서 400 내지 650 nm의 파장 범위에 대해서(x-축을 따라 플로팅되는) 플로팅된다. 곡선들(RE0 및 RM0)은 s-편광 필드(RE) 및 p-편광 필드(RM)에 대하여 0 차 반사에 대한 반사율을 보여준다.

도 27과 유사한 프로파일 형태가 출력 커플링 격자(25)에 사용될 수 있다. 하지만, 높은 반사율 유전체 대신 금속 코팅이 사용된다.

도 29 및 도 30은 도파관(1)이 디스플레이(30)에 통합되어 있는 예시적인 일 실시예를 보여준다. 디스플레이(30)는 이동가능한 소비자 장치(예를 들어 핸드폰 또는 랩탑과 같은)의 디스플레이일 수 있다. 또한 정지되어 있는 컴퓨터의 디스플레이일 수 있다.

도 29 및 도 30의 도시들에서 알 수 있는 바와 같이, 반사성 체적 홀로그램을 갖는 입력 커플링 영역(4)은 후면(8) 상에 구현되고, 이 홀로그램은 빔 편향을 가져와서 편향되는 광선들이 예를 들어 내부 전반사를 이용해 출력 커플링 체적 홀로그램을 갖는 출력 커플링 영역(5)에 충돌할 때까지 디스플레이 내부에서 안내되는데, 이것은 카메라 센서(11)를 향하는 방향으로 편향을 야기시킨다. 이렇게 기록된 이미지는 말하자면 입력 커플링 영역(4)을 현재 바라보고 있는 사용자(B)의 정면 시야와 같다. 이로써 이미지는 입력 커플링 영역(4)의 영역에 위치되는 카메라 센서에 의한 기록에 대응한다. 따라서, 도 29 및 도 30에 따른 해법은, 디스플레이의 디스플레이 기능이 나쁜 영향을 받지 않으면서, 디스플레이에 통합되어 있는 투명 이미지 센서로서 설계될 수 있다. 이로써 디스플레이(30)의 위치에 이미지들 또는 이미지 시퀀스들의 기록들에 영향을 미치는 것이 가능하고 이미징되는 장면의 정면 시야는 이로써 실현된다.

디스플레이를 향한 사용자(B)의 보기 방향이 카메라에 의해 기록되는 이미지의 중심과 일치하기 때문에, 이 특성은 예를 들어 비디오 전화 또는 자화상의 기록(소위 셀피들)과 같은 적용들을 위해 유리하게 사용될 수 있다. 따라서, 비디오 전화 중, 예를 들어 통화의 양 당사자들이 눈맞춤을 다소간 유지할 수 있는데, 이것은 대응하는 카메라들이 항상 디스플레이의 에지에 설치되어졌기 때문에 지금까지는 가능하지 않았었다. 이 눈맞춤은 더 자연스럽고 더 몰입감 있는 대화 경험으로 귀결된다. 자화상을 찍을 때, 사용자는 카메라에서 디스플레이를 향해 시선을 향할 필요 없이, 예를 들어 기록될 이미지의 실시간 미리보기를 추적할 수 있다.

편향 기능에 더하여, 예를 들어 출력 커플링 격자(5)는 이미징 기능을 포함할 수 있어, 카메라 센서(11)의 상류에 추가적인 광학적 유닛이 더 이상 필요치 않다. 카메라의 디스플레이(30)에의 통합 정도는 이로써 최대화될 수 있다.

체적 홀로그램들에 있어서 전형적인, 확연한 파장 및 각도 선택성을 갖는 회절 효율 덕분에 그리고 맞춤형 방식으로 회절 효율을 설정할 수 있는 가능성 덕분에, 입력 커플링 격자에 의해 커버되는 디스플레이(30)의 그 부분은 대부분 부분에 있어서는 투명하게 보이고 디스플레이 상에서 디스플레이되는 컨텐츠들은 관찰자가 볼 수 있게 남아 있다. 이를 위해, 한편, 입력 커플링 격자(4)의 효율은 카메라 센서(11)의 부분에서 이미지 획득을 가능하게 하기 위해 충분히 높아야 한다. 다른 한편, 입력 커플링 격자의 효율은 투명도가 유지되고 관찰자에 대하여 방해하는 결과들이 발생하지 않도록 충분히 낮아야 한다. 따라서, 입력 커플링 영역에 적용되는 체적 홀로그램의 최종 투명도 또한 사용되는 카메라 센서(11)의 감광도에 종속한다.

도 1 내지 도 3의 실시예에 따른 입력 커플링 영역(4) 및 출력 커플링 영역(5)의 가장 단순한 구축에 있어서, 서로 다른 파장 범위가 검출기(11) 또는 카메라 센서(11)로 각각의 각도에 대하여 전송되고, 이로써 수직 색상 프로파일을 갖는 이미지가 발생한다. 이 이미지는 이후에 단색 이미지로 변환될 수 있다. 자연스러운 다색 이미지를 획득하기 위해, 예를 들어 단색 이미지는 후속하여 추가적인 전방 카메라에 의해 기록되는 이미지 정보로 실시간으로 채색될 수 있다. 이러한 방식으로, 자연스런 이미지는 정면 시야의 언급된 장점을 갖는 체적-홀로그램적으로 구현된 카메라 기능에 의해 이용가능해질 수 있다.

또는, 체적-홀로그램적으로 구현된 카메라 기능의 색상 기능은 도 10 내지 도 15의 예시적인 실시예에 따라 실현될 수 있다. 추가적인 전방 카메라 및 후속하는 채색의 필요가 이로써 제거될 수 있다.

도 29 및 도 30에 도시된 예시적인 실시예는, 그렇지 않다면 디스플레이에 의해 방출되는 광이 카메라 센서(11)에 떨어질 수 있기 때문에, 출력 커플링 영역(5) 및 또한 카메라 센서(11)가 디스플레이(30)의 비-디스플레잉 영역(31) 아래에 놓임을 가정했다. 이것은 이미지의 기록을 방해할 것이다.

하지만, 비활성의 경우에 투명한 디스플레이(30)가 사용되면, 카메라 센서 또한 도 31 및 도 32에 따른 예시적인 실시예의 경우에 도시된 바와 같이, 디스플레이에 의해 실제로 사용되는 영역 아래에 배치될 수 있다.

이미지의 기록 동안, 디스플레이(30)의 관련 영역은 이때 비워지고, 이로써 출력 커플링 영역(5)으로부터 나오는 광만이 카메라 센서(11)에 떨어진다. 이러한 방식으로, 디스플레이(30)는 카메라 기능이 활성화되지 않을 때 디스플레이 목적으로 온전히 사용될 수 있다. 카메라 기능이 활성화될 때, 이때 디스플레이(30)의 일 부분만이 비워진다. 따라서 디스플레이 영역은 필요한 만큼만, 나아가 모서리 근방만 제한된다.

다양한 적용들에 있어서, 광학 시스템의 실제 광학적 기능에 커다란 영향을 미치지 않으면서, 추가적으로 방사선이 도입될 수 있거나 및/또는 방사선이 광학 시스템의 빔 채널들에서 검출될 수 잇다면, 고려할만한 추가 값이 생성될 수 있다. 방사선 검출의 경우에 있어서, 방사선은 적절한 점에서 빔 경로로부터 반사되어 센서로 안내된다. 방사선이 시스템에 도입되는 경우에 있어서, 반대 광 경로가 사용되고 추가적인 방사선 성분들이 도입된다. 이것은 예를 들어 객체 공간을 조명하기 위해 또는 추가적인 정보를 도입하기 위해 사용될 수 잇다.

알려진 방식으로, 부분적으로 반사성 코팅된 기판들(40)이 도 33에 대략적으로 도시된 바와 같이, 이를 위해 사용되는데, 이때 2 개의 렌즈 요소들(41 및 42)은 광학 시스템을 위해 대략적으로 도시되어 있다. 이것은 소위 결합기 원리로 지칭된다. 하지만, 이것은 광학 시스템에 있어서 충분한 구조적 공간을 필요로 하고, 이 구조적 공간은 입력 및/또는 출력 반사의 위치에서의 투영되는 빔 지름 또는 틸팅된 기판(40)의 크기에 의해 주어진다. 나아가, 빔 경로의 동일 위치에서 방사선을 도입 및 또한 검출하는 것은 높은 비용(특수 코팅들, 방사선 중첩을 위한 복합 광학계)으로만 가능하다.

이미 설명된 바와 같은 본 발명에 따른 도파관(1)이 이 경우에 사용될 수 있고, 역시 이 도파관은 도 34에 대략적으로 도시된 바와 같이, 구조 공간에 대한 사소한 요건들을 가지고 방사선을 도입 및/또는 검출하는 것을 가능하게 해준다.

방사선을 도입 및 검출하는 것에 더하여, 필터링을 이용해, 내부 또는 외부로 반사되는 방사선의 스펙트럼 특성들에 의도적으로 영향을 주는, 접근 또한 충분히 가능성 있다. 도파관(1)의 높은 투명도 덕분에, 이 다기능 구성요소들은 사실상 광학 시스템의 어떠한 위치에서든 (필요하다면 심지어 광학축 상에도) 사용될 수 있다. 나아가, 체적 홀로그램들의 구체적인 물리적 특성들은 사실상 동일한 위치에서 이 기능들을 구현하는 것을 가능하게 한다.

언급된 광학 시스템들은 예를 들어, 창들, 자동차 유리들 등과 같은, 투명 표면들 뿐만 아니라 기술적인 광학 시스템들인 것으로 이해되어야 한다. 대부분의 경우들에 있어서, 틸팅된, 부분적으로 반사성 코팅된 기판을 이용한 내부 또는 외부로 반사하는 정보는 수용가능한 해법을 구성하지 않는다. 하지만, 설명된 도파관(1)의 원리는, 이를 통해 보는 것, 즉 본래 빔 경로에 크게 영향을 미치지 않으면서, 이 기능들을 직접 투명 기판(창, 자동차 유리들, 등) 자체에 구현하는 것을 가능하게 해준다. 결론적으로, 이것은 전체적으로 정상적인 경우에 있어서 예를 들어 바람, 온도, 입자들 또는 방사선과 같은, 환경적 영향들에 대하여 사람들 또는 객체들을 보호하는 기능만 하는 표면들에 대하여 신규한 적용들을 야기시킨다.

이러한 관점에서, 설명된 도파관(1)의 원리는 또한 조명 및/또는 투영하기 위해 이용될 수 있다. 이를 위해, 도파관(1) 내의 광 경로는 반대 방향으로 이용되고 정적 또는 동적 광원(또는 이에 대응하여 발광하는 이미지 소스)이 검출기 대신 사용된다. 결론적으로, 도 35, 도 36 및 도 37에 도시된 바와 같이, 이전의 출력 커플링 영역은 입력 커플링 영역(4)이 되고, 이전의 입력 커플링 영역은 출력 커플링 영역(5)이 된다. 광원(32)으로부터의 방사선은 입력 커플링 영역(4)을 통해 도파관(1)에 결합되고 이 도파관 내에서 출력 커플링 영역(5)까지 안내되고, 이를 통해 하류에 이에 대응하여 배치되는 공간 또는 광학 시스템으로의 출력 커플링은 이때 발생된다.

투영과 조명 양 경우들에 있어서 일반적으로 방사선은 공간 또는 빔 경로에서 미리 정의된 형태(각도 및/또는 위치 분포)로 제공되기 때문에, 물리적 관점에서 투영과 조명 사이에 근본적인 차이들은 없다. 객체의 조명은 도 38에 대략적으로 도시되어 있다. 도 39는 관찰자(B)에 대한 가상 이미지의 투영을 대략적으로 보여준다. 도 40은 실제 이미지(여기서는 문자 F)의 투영을 대략적으로 보여준다. 실제 이미지의 투영은 조명과 동일하다.

입력 커플링 영역(4) 및 출력 커플링 영역(5)이 체적 홀로그램들(바람직하게 반사성 체적 홀로그램들)로 실현될 수 있기 때문에, 사실상 투명한 광원들 또는 사실상 투명한 투영 장치들은 체적 홀로그램들의 높은 각도 및 파장 선택성을 고려하여 실현될 수 있다. 입력 커플링으로부터 출력 커플링으로의 높은 전달 효율, 정의된 방출 특성의 생성(즉, 각도 또는 위치 분포) 및 소망하는 스펙트럼 조성들이 이 경우에 있어서 실현될 수 있다.

검출 시스템에 있어서, 수평 방향으로 입력 및 출력 커플링 영역들(4, 5)의 범위는 요구되는 FoV에 맞게 조정될 수 있다. 수직 방향으로(또는 제1 방향으로), 영역들의 크기는 검출기 시스템의 조리개의 크기에 의해 주어진다. 확장된 FoV를 달성하기 위해, 출력 커플링 영역(5)의 범위보다 더 큰, 수평 방향으로(또는 제2 방향으로) 입력 커플링 영역(4)의 범위는 바람직하게 선택되어야 한다. 입력 커플링 스트립이 발생한다.

투영 시스템에 있어서, 2D 동공 복제가 확장된 영역(아이박스)에 걸친 이미지 정보 또는 조명을 이용가능하게 하기 위해 바람직하다. 이 경우에 있어서, 기판에 결합된 동공은 수평 및 수직 방향들로 복제된다. 출력 커플링 영역은 이로써 수평 및 수직 방향들로의 그 범위가 입력 커플링 영역의 범위와는 다른 영역이다(이것은 상기에서 설명된 검출 시스템에 대한 차이이다).

검출 및 투영 시스템의 연결 시, 상기에서 설명된 범위들을 갖는 검출의 입력 커플링 영역 및 상기에서 설명된 범위들을 갖는 투영의 출력 커플링 영역은 이로써 도파관의 가시 영역 내에 위치된다.

물론, 투영 및/또는 조명을 위한 도파관(1)의, 이 경우에 있어서, 역시 광학 이미징 기능들은 입력 커플링 및/또는 출력 커플링 영역(4, 5)에 할당될 수 있다. 결론적으로, 도파관(1)의 유한-무한, 무한-유한, 유한-유한 또는 무한-무한 구성들은 다시 한번 실현될 수 있다. 그러므로, 입력 및/또는 출력 커플링 중 방사선 전파 및 또한 각도 분포 및/또는 정의된 위치에의 분포에 의도적으로 영향을 미치는 것이 가능하다. 광학적 이미징 기능들에 더하여 또는 이를 대신하여 예를 들어 렌즈 요소 및/또는 오목 거울 기능들의 형태로, 확산기 또는 빔 전달 기능들 또한 입력 커플링 및/또는 출력 커플링 영역들에 도입될 수 있고, 이로써 유사하게 방사선의 전파에 의도적으로 영향을 미치는 것이 가능하다.

검출 구성의 경우에 있어서와 같이, 조명/투영 구성의 경우에 있어서도 역시, 입력 및 출력 커플링 영역들(4, 5)의 유효 크기는 기능화된 도파관(1)에 의해 이송되고, 수용되고 각각 방출되는 각도 범위에 상당한 영향을 미친다.

LED들, 레이저들 등은 광원(32)으로서 사용될 수 있고 또한 디스플레이들(예. DMD 디스플레이들, LCD 디스플레이 등)은 이미지 소스들로서 사용될 수 있다. 시간적으로 가변적인 각도 또는 위치 분포들은 동적 광원들 또는 동적 이미지 소스들의 이용에 의해 생성될 수 잇다. 그러므로, 조정가능한 조명 해법들은 예를 들어, 현미경들에서 실현될 수 있거나, 또는 다른 가변적인 정보(가상 또는 실제 이미지 컨텐츠)가 빔 경로들에 도입될 수 있다.

도파관-기반의 해법의 대안으로서, 도 41a, 도 41b 및 도 41c에 따른 반사성 체적 홀로그램들에 기초하여 또는 도 42a, 도 42b 및 도 42c에 따른 투과성 체적 홀로그램에 기초하여 정상적인 보기 및 자유 빔 셋-업에 큰 각도 및 길이 범위에서 높은 투명성을 갖는 조명 및/또는 투영 기능들을 실현하는 것이 가능하다.

여러번 이미 설명된 바와 같이, 체적 홀로그램들은 각도-종속적인 스펙트럼 선택성을 보인다. 이 특성 덕분에, 특정 각도에서 정의된 파장 범위 내 방사선이 여전히 효율적으로 편향되고 또한 예를 들어 도파관(1)으로 결합된다. 이 효과는 일반적인 검출 및 조명 적용들에 있어서는 단점이지만, 예를 들어 스펙트럼 검출 또는 조명 적용들에 있어서는 유리하게 이용될 수 있다.

조명 분야에 있어서, 체적 홀로그램의 이 행위는 방향성을 가지고 입사하는 방사선의 경우에 있어서 정의된 스펙트럼 범위를 필터링하는 데 이용될 수 있다. 이러한 측면에서, 부분적 코히어런스를 갖는 협대역 광원을 실현하는 것이 가능하고, 이것은 예를 들어 레이저들과 대조적으로 가상의 또는 실제 이미지 컨텐츠의 홀로그램적 투영에 특히 적절하다. 수렴하는 또는 발산하는 방사선의 경우에 있어서, 이에 대응하여 기록되는 체적 홀로그램들을 이용해, 체적 홀로그램에 의해 편향되는 파장 스펙트럼은 체적 홀로그램에 존재하는 각도 분포에 의해 영향받는 것이 가능하다.

체적 홀로그램의 각도-종속적인 스펙트럼 민감도는 검출 적용들에 물론 활용될 수 있다. 도 4에 따른 시뮬레이션된, 입사 각-종속적이고 스펙트럼 종속적인 효율에 따르면, 각각의 입사 각에 대하여, 서로 다른 스펙트럼 범위가 예를 들어 효율적으로 편향되고 또한 수직으로 도파관(1)으로 결합된다. 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 가장 단순한 카메라의 셋-업에 있어서, 입력 커플링 체적 홀로그램(4)에 대응하는 출력 커플링 체적 홀로그램(5)이 사용되고 도파관(1)에서 전파되는 각도들의 출력 커플링에 제공되고, 이때 각각의 각도는 필터링 또는 입력 커플링의 결과로서 정의된 스펙트럼 범위를 구성한다. 각도 분포는 후속적으로 출력 커플링 체적 홀로그램(5) 내의 이미징 기능을 이용해 또는 렌즈를 이용해 검출기(11) 상의 위치 분포로 변환되는데, 이때 수직 방향으로의 각각의 위치는 이때 정의된 스펙트럼 범위에 대응한다. 검출기(11) 상의 동기화된 강도 검출 및 수직 방향으로 각도 스캔을 이용해, 각도-종속적인 스펙트럼 정보가 수평 방향에 평행한 방식으로 결정될 수 있다.

이러한 시스템은 예를 들어, 항공기 아래측에 피팅될 수 있다. 검출 시스템(2), 항공기의 비행 속도 및 위치의 지식을 통해, 넘치는 영역에 대한 스펙트럼 정보가 결정될 수 있고, 이때 데이터는 평행화된 방식으로 수평으로 기록된다.

상기에서 설명된 예시적인 실시예들은 투명 표면들을 기능화하는 가능성을 제시하고 있고, 이때 이 표면들의 높은 투명성은 이를 통해 정상적으로 볼 때 큰 각도 및 파장 범위에서 유지될 수 있다. 이 경우에 있어서, 투명 영역에서의 방사선은, 구체적인 체적 홀로그램들(4)을 이용해, 검출의 경우에 도파관으로 또한 조명/투영의 경우에 도파관(1)으로부터 결합된다. 이 투명 검출 및/또는 방출 영역 사이의 전파는 기판 또는 도파관 내부의 내부 전반사에 기초하여 발생된다. 하지만, 반사는 또한 적절한 반사성 코팅에 기초하여 가능하다. 광학전자제품들(검출기들 및 제어 소스들)은 이후에 디자인 또는 기능의 측면에서 유리한 위치에 도입될 수 있다. 결론적으로, 방사선 검출 및/또는 방사선 방출의 위치는 더 이상 광학저나제품들의 위치에 얽매이지 않는다.

상기에서 설명된 체적-홀로그램적으로 도입된 기능들의 높은 투명도는, 체적 홀로그램들의 적절한 디자인이 주어지면, 기능들은 서로 영향을 미치지 않거나 또는 단지 약간만 영향을 미치기 때문에, 이 기능들이 사실상 동일한 위치에서 실현되도록 허용한다.

이것은 예를 들어 개별적인 기능들이 층층이 위로 적용되어 구현되는(스택으로서) 체적 홀로그램들에 의해 실제로 실현될 수 있다. 또는 (체적-홀로그램 물질의 충분히 큰 최대 굴절율 변형을 이용해) 복수의 광학적 기능들 또한 체적 홀로그램에 노출될 수 있다. 기능화된 도파관(1)의 투명도는 체적 홀로그램들(4, 5)의 적절한 설계가 주어지면 여기서 유지된다. 도파관-기반의 빔 이송 및 이와 연관된 작은 디자인과 조합되어, 먼저 예를 들어 창들과 같은 매우 기능화된, 투명 표면들을 실현하는 것이 가능하다. 두번째로, 이 접근은 광학 시스템들의 기능이 빔 경로에 상대적으로 작은 간섭을 이용해 상당히 확장되는 것을 허용한다.

도 43d는 조명 기능(도 43a), 검출 기능(도 43b) 및 투영 기능(도 43c)이 체적-홀로그램적으로 도입되고 또한 방사선 이송이 도파관-기반의 방식으로 실현되는 창(40)의 기능화의 일 예를 보여준다. 입력 커플링 영역 및 출력 커플링 영역을 위한 서로 다른 체적 홀로그램들은 인덱스에 의해 구별된다: 4₁, 4₂, 등, 5₁, 5₂, 등.

또는, 개별적인 기능들은 또한 비-도파관-기반의 방식으로 구현될 수 있다(즉, 자유 빔 전파 접근법들을 이용해).

도 44a는 조명을 위한 이것을 대략적으로 도시하고, 도 44b는 검출을 위한 이것을 대략적으로 도시하고 또한 도 44c는 투영을 위한 이것을 대략적으로 도시한다. 하지만, 도파관에 의해 생성되는 구조적 공간 장점은 (적어도 부분적으로) 이 예시적인 실시예들에서 다시 잃어버린다. 도 44a 내지 도 44c는 반사 체적 홀로그램들을 갖는 개별적인 자유 빔 구성들을 가지고 설명되는 구현들을 보여준다. 이것은 도 44d, 도 44e 및 도 44f에 투과성 체적 홀로그램들과 함께 도시되어 있다. 자유 빔 전파에 의해 실현되지 않는 모든 기능들은 도 44a 내지 도 44f에 있어서 도파관-기반의 방식으로 구현된다.

광학 시스템의 기능의 확장은 샘플 개요를 기록하기 위해 현미경(45)에서의 조명 및 검출에 기초하여 도 45에 도시되어 있다. 이 경우에 있어서, 방사선은 도파관(1)으로 결합되고 체적-홀로그램적 출력 커플링 영역(5)으로 안내되는데, 이것은 그후 투영 공간(샘플 캐리어(46)으로 방사선의 출력 커플링을 제공한다. 샘플(47)로부터 역산란되는 방사선은 이어서 추가적인 체적 홀로그램(4')에 의해 도파관(1)으로 다시 결합되고, 이 도파관은 그후 검출기(11)까지 방사선 이송을 제공한다.

현미경(45)의 조명 시스템의 적절한 설계가 주어지면, 도파관-기반의 시스템(1)은 투과된 광 조명 빔 경로를 방해하지 않으면서, 예를 들어 빔 경로 내 샘플 파인더로서 남아 있을 수 있다. 도 45에 도시된 배치에 대한 대안으로서, 도파관-기반의 조명 및 이미징 시스템(도파관(1))은 또한 샘플(47) 상에 피팅될 수 있다. 일반적으로 그러나, 현미경의 경우에 있어서는, 현미경(45)의 대물렌즈(48)와 샘플(47) 사이의 구조적 공간은 크게 제한된다.

양 변형들에 있어서, 조명 및 검출이 현미경(45)의 광학축 상의 동일한 위치에 위치되는 특성은 시스템의 전체 기능에 긍정적인 영향을 미친다. 샘플(47)의 수직 조명 및 방사선의 수직 검출의 결과로서, 상대적으로 높은 효율(검출 전력/조명 전력)을 달성하는 것이 가능하다. 투영 기능은 동시에 이용가능하게 된다. 이것은 종래의 광학 시스템들에 있어서는 높은 비용 및/또는 많은 구조적 공간으로만 달성될 수 있다. 기능화된 창(40) 또는 기능화된 도파관(1)의 경우에 있어서, 유사한 특성은 투명 방사선 소스들 및 검출기들로만 가능할 수 있다.

설명되는 도파관(1)의 실시예들은 차량 분야(예를 들어, 자동차, 트럭, 모터사이클 등)에서 사용될 수 있다.

차량의 외부 환경들 및 내부를 감시 또는 관찰할 수 있도록 하기 위해, 예를 들어 카메라와 같은 점점 더 많은 광학적 투영 시스템들이 내부 및 외부 모두에 설치되고 있다. 사람에 의한 차량의 순수한 수동 제어로부터 보조 운전을 거쳐 자율 주행까지 변화하는 과정에서, 미래에는 포괄적이고 안전한 센서 시스템을 보장하기 위해 점점 더 많은 강력한 검출기들이 자동차 분야에서 사용될 것임이 가정되어야 한다. 하지만, 이 검출기들은 특히 자동차 분야에서 미적인 요구들에 방해가 되어서는 안된다. 이상적으로 센서 시스템은 자동차의 고객 또는 관찰자에게 보이지 않는다.

현재, 광학적 검출 시스템들은 예를 들어 B-필러와 같은, 예를 들어 투명하지 않은 영역에 통합되어 있다. 후자는 그후 렌즈를 위한 작은 개구부만을 가진다. 디자인에 자유도를 증가시키고 또한 승객들이 외부를 향해 더 나은 시야를 확보할 수 있도록 허용하기 위해, 미래에는 차체의 투명하지 않은 영역들이 감소될 것이다. 종래의 접근들에 기초하여 특정 영역들에 피팅되어야 하는 센서들은 이때 더 이상 사실상 보이지 않도록 통합될 수 없다. 이 현상은 현재 도로 표지판 및 차선 인식을 위한 광학 시스템에서 이미 나타나고 있고, 이것은 올바른 측정 데이터를 결정할 수 있도록 하기 위해 반드시 앞유리의 중앙 상부 영역에 피팅되어야 한다. 전통적인 광학 시스템들을 이용하여, 앞유리에 투명하지 않은 영역을 생성하는데, 이것은 운전자의 시야를 제한할 수 있고 또한 자동차의 외관에 나쁜 영향을 미친다. 설명되는 도파관들을 이용해, 미래에는 투명도를 크게 손상시키지 않으면서, 자동차의 모든 창들에 검출기 영역들이 구비될 수 있을 것이다. 이 경우에 있어서, 방사선은 창에 마련되는 입력 커플링 영역에 의해 창으로 결합될 수 있고 또한 도파관들을 통해 검출기까지 전송될 수 있고, 이것은 자동차의 투명하지 않은 영역에 위치될 수 있다.

도 46a, 도 46b, 도 46c 및 도 46d는 자동차(51)의 앞유리(50)에 도파관(1)의 실현의 다양한 변형들을 대략적으로 보여준다. 입력 커플링 영역(4)은 이 위치에서는 앞유리의 투명도에 커다란 영향을 미치지 않기 때문에, 앞유리(50) 내 원하는 위치에 위치될 수 있다. 입력 커플링 영역(4)을 통해 커플링 인되는 방사선은 이후에 앞유리(50) 내의 반사를 이용해 출력 커플링 영역(5)까지 안내되고, 이 출력 커플링 영역은 이를 통해 보는 데 더 이상 사용되지 않는 일 영역에 위치될 수 있다. 검출기 시스템(2)(미도시) 역시 이 영역에 위치될 수 있다.

도 46a에 따른 변형에 있어서, 출력 커플링 영역(5)은 자동차의 지붕 영역에 있다. 도 46b에 따른 변형에 있어서, 출력 커플링 영역은 후드 또는 계기판 영역에 있다. 물론, 도 46c 및 도 46d에 도시된 바와 같이, 측면을 향한 입력 커플링 또한 가능하여, 이때 출력 커플링 영역(5)은 예를 들어 우측(도 46c) 또는 좌측(도 46d) A-필러 영역에 위치된다. 결론적으로 앞유리(50)(또는 다른 투명 영역)는 큰 파장 및 각도 범위에서 이를 통한 정상적인 보기 동안 이 영역의 투명도에 상당한 영향을 주지 않기 위해 (체적-) 홀로그램 구조들 및/또는 마이크로-광학 부조 구조들의 도움으로 기능화될 수 있다. 설명된 기능적 구현을 이용해, 외부로부터 또는 자동차 내부로부터의 방사선은 앞유리(50)에 결합된다. 앞유리는 이때 도파관으로서 기능하고 또한, 예를 들어 내부 전반사를 이용해, 출력 커플링 영역까지 방사선의 전파를 제공하는데, 이것은 그후 검출기 시스템(2)으로 방사선을 커플링 아웃시킨다. 결론적으로, 앞유리의 실질적으로 투명한 표면은 검출 영역으로서 이용될 수 있는 한편, 검출기(11)는 디자인 및/또는 기능 측면에서 유리한 위치에 피팅될 수 있다. 결론적으로, 방사선 검출 및/또는 방사선 포획의 위치는 더 이상 검출기(11)의 위치에 얽매이지 않는다. 이것은 특히 방사선 검출이 반드시 특정 위치에서 발생되어야 한다면 특히 유리하지만, 후자는 동시에 높은 투명도를 가지도록 의도된다.

도 46a 내지 도 46d와 연관되어 설명된 도파관 시스템은 또한 객체 공간을 조명하기 위해 및/또는 투영 목적으로 반대 광 경로에 사용될 수 있다. 이 구성에 있어서, 정적 또는 동적 소스(예. 광원 및/또는 이미지 소스)로부터 방출되는 방사선은 도파관, 즉 창(50)으로, 출력 커플링 영역을 통해, 결합되는데, 이때 출력 커플링 영역은 입력 커플링 영역으로서 기능하고 차량의 투명하지 않은 영역에 위치되고, 또한 입력 커플링 영역(4)의 도움으로 다시 커플링 아웃되는데, 입력 커플링 영역은 이제 출력 커플링 영역으로서 기능하고 투명 영역에 위치된다.

물론, 설명되는 검출 및 설명되는 투영 및/또는 조명이 결합되고 또한 이후에 앞유리의 투명 영역에 배치되는 입력 커플링 및 출력 커플링 영역들이 이미 설명된 바와 같이, 층층이 또는 함께 근접하게 구현되는 것 또한 가능하다. 최적화된 검출은 특히 스펙트럼적으로 및 각도-종속적인 방식으로, 검출에 대한 조명의 목표 조정에 대하여 달성될 수 있다.

도파관(1)의 가장 단순한 구축(하나의 파장에 기록되는, 무한-무한 구성)에 있어서, 폴딩/파안내 방향으로 각각의 각도에서 단지 하나의 특정 스펙트럼 대역만이 도파관으로 결합되고 궁극적으로 다시 커플링 아웃됨을 고려되어야 한다. 입력 커플링 및 출력 커플링 영역들(4, 5)이 예를 들어, 도 46a 및 도 46v에 도시된 바와 같이, 층층이 위로 배치된다면, 각도- 및/또는 위치-종속적인 색상 프로파일은 수직 방향으로 도로에 대하여 발생한다. ± 90° 만큼 배치를 회전시킬 때(도 46c및 도 46d에 도시된 바와 같이), 색상 프로파일은 수평 방향으로(다시 말하면 도로에 평행하게) 지시된다. 따라서, 출력 커플링 영역(5)에 대한 입력 커플링 영역(4)의 지향은 각각의 목적에 따라 신중하게 선택되어야 한다. 이 경우에 있어서, 서로 수직하는 2 개의 방향들의 서로 다른 FoV의 표현을 고려할 필요가 있다(입력 커플링 영역(4)과 출력 커플링 영역(5) 사이의 거리 및 크기 비 및 검출기의 스펙트럼 민감도에 의해 주어지는).

나아가, 각각의 창(50)의 경사 및 검출되어야 하는 객체의 예상되는 위치가 입력 커플링 영역의 설계시에 고려되어야 한다. 이러한 관점에서, 예를 들어, 운전자가 앞유리에 도입되는 입력 커플링 영역(4)의 도움으로 관찰할 때, 수직 방향으로의 광학 축이 운전자의 얼굴 영역에 거의 대응하고, 예를 들어 운전자의 몸통은 검출되지 않도록 대응하는 편향 기능의 형태로 수직 FoV의 각도 변위를 도입하는 것이 필요하다. 예상되는 객체에의 조정 및 이의 투영은 이로써 입력 커플링 영역(4)의 특정 디자인을 이용해 수행될 수 있다. 동일한 관계가 조명으로서 도파관 시스템의 이용에도 발생한다. 여기서 출력 커플링 영역(5)은 이때 객체 공간의 원하는 조명에 맞게 조정되어야 한다.

도 10 내지 도 15와 연관하여 설명된 바와 같은 RGB 기능을 제공하기 위한 실시예는 스펙트럼 성분들의 부재의 결과로서 개별적인 각도 범위들에 있어서의 검출 오류를 방지하기 위해 자동차 분야의 센서 시스템에 있어서 유리하다. 이러한 방식으로 정의되는 스펙트럼 범위(이상적으로 검출기의 스펙트럼 민감도)에서 신호는 모든 각도에서 검출될 수 있음이 보장된다. 나아가, 입력 커플링 영역(4)의 스펙트럼 둔감 덕분으로 검출 오류들에 대한 안전은 또한, 설명된 표면 부조 구조들의 도움으로, 입력 커플링 및 출력 커플링 영역들(4, 5)의 구현을 이용해 증가될 수 있다.

도 16 내지 도 20과 연관하여 설명된 바와 같이 수평 FoV를 확대하기 위한 도파관의 변형은, 이 변형에서 수평 FoV는 수직 FoV에서 인코딩에 의해 증가되는데, 수직 FoV보다 훨씬 더 큰 수평 FoV가 종종 여기서 요구되기 때문에 자동차 분야에서 유리하게 이용될 수 있다.

도 21 및 도 22와 연관하여 설명된 바와 같이 검출 효율을 증가시키기 위한 변형은 창의 형태로 큰 면적들이 입력 커플링 영역(4)을 위해 이용가능하기 때문에 자동차 분야에서 유리하게 이용될 수 있다. 그러므로, 가능한 한 많은 빔 전력이 검출기 시스템(2)으로 안내될 수 있고 또한 열악한 조명 조건 하에서 이미지 정보를 획득하는 것 역시 가능하다.

나아가, 가시광선 스펙트럼 범위 밖의 방사선, 예를 들어 근적외선의 방사선이 커플링 인되는 가능성 역시 있다. 이에 대응하여 적절한 검출기 시스템의 이용으로, 또한 인간에게는 열악한 조명 조건 하에서 이미지 정보를 획득하는 것이 가능하다.

도 33 내지 도 45와 연관하여 설명되었던 것과 같이, 기능화된 도파관(1)은 방사선을 포획하기 위해서 뿐만 아니라, 객체 공간을 조명하기 위해서 또는 투영을 위해 기능화될 수 있다. 이를 위해, 반대 광 경로가 도파관(1)을 이용해 설명된 검출 배치들과 비교했을 때 사용된다. 이러한 방식으로, 자동차의 외부 및/또는 내부 영역은 열악한 조명 조건 하에서조차도 신뢰할 수 있는 검출을 보장하기 위해 목표 방식으로 조명될 수 있다. 이러한 관점에서, 예를 들어 개별적인 스펙트럼 범위들이 부재할 때 도파관(1)의 가장 단순한 실시예에서 발생할 수 있는 것과 같이, 개별적인 각도 범위들에서의 검출 오류를 방지하는 것이 가능하다. 인공 조명 및 입력 커플링 영역의 각도-종속적인, 스펙트럼 민감도는 이 경우에 있어서 서로 조화되어야 한다.

자동차의 앞유리(50) 및 뒷유리의 경우에 있어서, 오늘날 이미 정의된 위치들에 위치되는 검출 영역들이 가능한 한 투명하게 만들어지고 또한 대응하는 검출기들 또는 검출 시스템들(2)이 차체 내부의 투명하지 않은 영역들로 이동되도록 하는 특히 높은 요구가 있다. 이것은 운전자 보조 시스템들을 위한 광학 센서들의 동시 통합으로 운전에게 자유로운 시야를 허용하고, 이로써 도로 교통에 있어서의 안전이 증가될 수 있다. 외부 영역에서의 검출 외에도, 상기에서 설명된 기능화는 또한 차량의 내부에서 이미지 정보를 획득하는 것을 가능하게 해준다. 이러한 이미지 시퀀스가 획득되면, 대응하는 데이터 처리와 조합하여, 예를 들어 피로도 인식 또는 몸짓 제어와 같은, 추가적인 안전 시스템들을 구현하는 것이 가능하다. 카메라의 보이는 개구부 없이도 운전자 및/또는 승객의 확인 또한 이러한 방식으로 가능하다.

앞유리 및 뒷유리에서와 동일한 방식으로, 고정된 측면 창들의 경우에 있어서도 역시, 프레임 차체 영역들에, 출력 커플링 영역들 및 검출기들을 수용하는 것이 가능하다. 여기서, 또한, 추가적인 기능화가 내부 및 외부 영역들에서, 표면의 투명도에 실질적으로 영향을 미치지 않으면서, 이미지 정보를 획득하기 위해 제공될 수 있다.

차량의 다른 창들에 복수의 검출 시스템들을 통합하는 것 또한 가능하다. 이러한 방식으로, 공간 내의 사람들 및 객체들의 3-차원 좌표계의 경우에서와 같이 위치를 결정하는 것이 가능하다(키워드: 단층촬영 및 이로 인한 복수의 관점들에서의 측정).

기능화된 영역들 및 검출기의 배치는 유사하게 조명 설계에 적용될 수 있다. 하지만, 이 경우에 있어서, 출력 커플링 영역, 즉 방출 영역은 투명 영역에 위치되고 또한 방사선 소스를 포함하는 입력 커플링 영역은 투명하지 않은 영역에 위치된다.

검출 및/또는 조명 시스템의 적절한 설계가 주어지면, 조명 시스템의 출력 커플링 영역은 검출 시스템의 입력 커플링 영역과 일치할 수 있다.

고정된 창들과 비교했을 때, 변위가능한 창들의 경우에 있어서 출력 커플링 영역의 배치는 이동 중 또는 그 후에 투명하지 않은 영역 내에 위치되지 않거나 또는 차체 내부에 위치되지 않는 영역들에 놓이도록 바람직하게 선택된다. 이에 더하여, 검출 시스템은 이동 중 또는 그 후에 검출 기능을 보장하기 위해 이동가능한 창에 고정적으로 연결되어야 한다. 도 47a 내지 도 47c는 이동가능한 측면 창의 예에 기초하여 입력 커플링 및 출력 커플링 영역들의 다양한 배치들을 보여준다.

Claims (18)

1. 전면(7) 및 후면(8)을 가지는 투명 베이스 몸체(6), 및 이미지 센서(11)를 갖는 스크린에 있어서,
   상기 베이스 몸체(6)는 입력 커플링 영역(4) 및 제1 방향(R1)으로 이로부터 이격되어 있는 출력 커플링 영역(5)을 포함하고,
   상기 입력 커플링 영역(4)은 검출되는 객체로부터 나와서 상기 전면(7)에 충돌하는 방사선의 일 부분만을 편향시키는 회절 구조를 포함하고, 이로써 편향되는 부분은 상기 출력 커플링 영역(5)에 대한 반사 및 충돌에 의해 상기 출력 커플링 영역(5)까지 상기 베이스 몸체(6) 내에서 커플링-인된 방사선으로서 전파되고,
   상기 출력 커플링 영역(5)은 이에 충돌하는 상기 커플링-인된 방사선의 적어도 하나의 부분을 편향시키고, 이로써 편향되는 부분은 상기 이미지 센서(11)에 충돌하기 위해 상기 전면(7) 또는 상기 후면(8)을 통해 상기 베이스 몸체(6)로부터 나오는, 스크린.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 출력 커플링 영역(4)은 상기 제1 방향을 따라 상기 입력 커플링 영역(5)보다 상기 베이스 몸체(6)의 모서리에 더 가까이 배치되는, 스크린.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 입력 커플링 영역(4)은 상기 후면(8)에 배치되는, 스크린.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스크린은 상기 베이스 몸체(6)의 상기 후면(8) 상에 배치되는 발광 층을 포함하는, 스크린.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 입력 커플링 영역은 상기 베이스 몸체(6)와 상기 발광 층 사이에 배치되는, 스크린.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 발광 층은 실제 이미지를 생성하는, 스크린.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이미지 센서(11)는 상기 스크린의 디스플레잉 영역으로 기능하고 또한 상기 이미지 센서(11)를 이용해 기록하는 동안 비워지는 영역 내 상기 베이스 몸체(6)의 후면에 배치되는, 스크린.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스크린은 상기 물체를 기록하는, 추가적인 카메라를 포함하고, 이때 상기 카메라에 의해 발생되는 기록은 상기 이미지 센서(11)를 이용한 상기 객체의 기록을 후속적으로 채색하는 데 사용되는, 스크린.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 방향(R1)을 가로지르는 제2 방향(R2)으로 상기 입력 커플링 영역(4)의 범위는 상기 제2 방향(R2)으로 상기 출력 커플링 영역(5)의 범위보다 큰, 스크린.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입력 커플링 영역(4)의 상기 회절 구조는 반사성 또는 투과성 체적 홀로그램으로서 구현되는, 스크린.
11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입력 커플링 영역(4)의 회절 구조는 반사성 또는 투과성 부조 격자로서 구현되는, 스크린.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출력 커플링 영역(5)은 반사성 또는 투과성 체적 홀로그램으로서 구현되는, 스크린.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출력 커플링 영역(5)의 회절 구조는 반사성 또는 투과성 부조 격자로서 구현되는, 스크린.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출력 커플링 영역(5)은 미러 표면 또는 프리즘을 포함하는, 스크린.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출력 커플링 영역(5)은 반사성 또는 투과성 프레즈넬 구조를 포함하는, 스크린.
16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입력 커플링 영역(4) 및/또는 상기 출력 커플링 영역(5)은 또한 빔 편향에 더하여 이미징 광학적 기능을 포함하는, 스크린.
17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이미지 센서(11)는 상기 베이스 몸체(6)의 상기 전면 또는 후면(7, 8)에 연결되는, 스크린.
18. 제 17 항에 있어서, 별도의 이미징 광학 요소가 상기 이미지 센서(11)와 상기 전면 및/또는 상기 후면(7, 8) 사이에 배치되지 않는, 스크린.

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