KR20220026472A - 홀로그래픽 회절 격자 구조를 갖는 웨이브가이드에 기초한 증강현실 디바이스 및 홀로그래픽 회절 격자 구조를 기록하는 장치 - Google Patents

Abstract

홀로그래픽 회절 격자 구조를 갖는 웨이브가이드에 기초한 증강현실 디바이스, 홀로그래픽 회절 격자 구조를 기록하는 장치가 개시된다. 개시된 홀로그래픽 회절 격자 구조를 기록하는 장치는 광원에서 생성된 광을 제1 광빔 및 제2 광빔으로 분할하는 빔 스플리터와; 제1 광빔의 경로 상에 배치되는 제1 진폭 필터 및 이등변 삼각형의 횡단면을 갖는 제1 삼각 프리즘과; 제2 광빔의 경로 상에 배치되는 제2 진폭 필터와 제2 삼각 프리즘;을 포함하며, 제1 광빔의 제1 부분은 감쇠없이 제1 삼각 프리즘의 일 측면에 입사된 후 굴절되어 밑면으로 나가며 제1 광빔의 제2 부분은 제1 진폭 필터에서 감쇠된 후 제1 삼각 프리즘의 다른 측면에 입사되고 굴절되어 밑면으로 나가고, 제2 광빔은 제2 진폭 필터에서 감쇠된 후 제2 삼각 프리즘을 거쳐 제1 프리즘과 제2 프리즘 사이의 공간으로 향하여 진행하고, 제1 프리즘과 제2 프리즘 사이의 공간에 홀로그래픽 회절 격자 구조를 기록하기 위한 회절 격자 재료가 배치된다.

Description

홀로그래픽 회절 격자 구조를 갖는 웨이브가이드에 기초한 증강현실 디바이스 및 홀로그래픽 회절 격자 구조를 기록하는 장치{Augmented reality device based on waveguide with holographic diffractive grating structure and apparatus for recording the holographic diffractive grating structure}

본 발명은 홀로그래픽 회절 격자 구조를 갖는 웨이브가이드에 기초한 증강현실 디바이스 및 홀로그래픽 회절 격자 구조를 기록하는 장치에 관한 것이다.

증강현실 안경과 같은 증강현실 디바이스는 웨어러블 개인용 디바이스다. 증강현실 디바이스는 예를 들어 스마트 폰 또는 기타 전자 디바이스에 대한 추가 화면으로 사용되거나, 사용자의 TV나 스마트 폰을 대체할 수 있을 것이다.

이러한 증강현실 디바이스에는 다음 사항이 요구될 수 있다.

- 인간의 눈이 보는 전체 영역을 덮을 수 있고 가상 이미지를 넓은 영역에 중첩시킬 수 있는 광시야;

- 고품질의 이미지;

- 경량;

- 소형화;

- 저렴한 비용;

- 높은 해상도

- 높은 콘트라스트 등

이러한 요구 사항을 달성함에 있어서, 관련 문제들이 있을 수 있다. 예를 들어, 광시야는 손실없이 전체 이미지를 완전히 볼 수 있는 넓은 영역을 제공할 필요가 있다. 이를 달성하기 위한 다양한 접근 방법들이 있다. 일 접근 방법은 광시야를 제공할 수 있지만 사용자의 눈이 손실없이 전체 이미지를 완전히 볼 수 있는 넓은 영역을 제공할 수는 없다. 다른 접근 방법은 눈이 손실없이 전체 이미지를 볼 수 있는 넓은 영역을 제공할 수 있지만 광시야를 제공할 수는 없다. 출사 동공 확장(exit pupil expanding)을 사용하지 않는 종래의 증강현실 디바이스는 입력-커플링(in-coupling) 격자 및 출력-커플링(out-coupling) 격자를 가지고 있다. 입력-커플링 격자 및 출력-커플링 회절 격자는 홀로그래픽 광학 소자(Holographic optical element, HOE) 또는 회절 광학 소자(Diffractvie optical element, DOE)로 형성된다. 이러한 종래의 증강현실 디바이스는 개략적으로 다음과 같이 동작한다. 프로젝터는 평행 빔을 형성함으로서 무한대에서 이미지를 형성한다. 입력-커플링 격자는 웨이브가이드(waveguide) 상에 마련되며 프로젝터의 출사 동공 쪽에 배치된다. 평행 빔은 입력-커플링 격자(HOE/DOE)에 의해 평행성을 깨지 않고 웨이브가이드에 입력되고, 내부 전반사를 통하여 빔은 웨이브가이드에서 전파되고 출력-커플링 회절 격자(HOE/DOE)에 도달하게 된다. 종래 기술에서는 회절 격자에서 회절된 광에서 오직 한 개 차수의 회절광만이 사용되고, 입력-커플링 및 출력-커플링 회절 격자가 하나의 평면에서만 사용되므로, 넓은 입력 필드라도 출력단에서 좁은 화면(picture)으로 되어, 보기에 꽤 불편하게 된다. 가령, 눈동자가 전방을 바라 보면 가장자리에 있는 이미지 부분은 어두운 영역을 나타내기 때문에 이미지의 중앙 영역만이 선명하게 보이는 반면에, 눈동자가 수직하게 위치 이동하게 되면, 반대로 중앙 부분이 어두운 영역으로 나타나게 될 것이다. 즉, 종래의 증강현실 디바이스에서 사용자는 좁은 띠(strip)와 같은 이미지만을 볼 수 있게 된다.

한편, 종래의 증강현실 디바이스에서 시야각을 증가시키고자 한다면 시스템의 크기와 무게가 증가하게 될 것이다.

종래의 증강현실 디바이스는 웨이브가이드, 이미지 입력 소자, 확장 소자(expanding element), 이미지 출력 소자를 포함할 수 있다. 확장 소자가 있게 됨에 따라 디바이스 자체의 무게가 증가하고 크기가 커지게 된다. 확장 소자는 그 자체로 이미지 형성에 관여하지는 않지만 이미지 품질을 향상시키고 아이 모션 박스(eye motion box)를 증가시킨다. 시야각을 증가시키기 위해 종래의 증강현실 디바이스는 3개 이상의 회절 소자를 포함하는 복합 웨이브가이드 구조를 사용한다. 종래의 증강현실 디바이스에 사용되기 적합한 릴리프 위상 회절 소자(Relief phase Diffraction Element)는 복잡한 제조 공정이 요구되는데, 이는 높은 불량률을 수반하기에 최종 제품의 가격을 높이게 된다. 또한 광의 입력, 출사 동공 확장 및 광 출력을 위해 여러 개의 개별 소자를 사용해야 하기 때문에 디바이스는 상당히 부피가 크고 무겁게 된다.

홀로그래픽 광학 소자(HOE)를 사용할 때의 문제는 포토 폴리머와 같은 기록 재료의 회절 효율이 낮다는 것이다. 이러한 재료는 굴절률 n 및 굴절률 변화 Δn을 충분히 가지고 있지 못하여, 광시야를 확보하기에는 얇은 층에서 높은 회절 효율을 제공하지 못하며 따라서 넓은 각도 선택성과 우수한 이미지 균일성을 제공하지 못한다. 종래 기술로부터 알려진 바와 같이, 재료의 굴절률 n이 클수록 광이 더 큰 각도 필드(angular field)로 웨이브가이드를 통과할 수 있다. 주기적인 굴절률의 변화 Δn은 회절 격자를 생성한다. 릴리프 위상 회절 격자의 경우 굴절률의 변화 Δn은 재료와 공기의 굴절률 차이로 볼 수 있는데, 0.3 이상이다. 홀로그래픽 광학 소자(HOE)의 Δn은 재료 내부(두께 방향)에서 더 높은 굴절률을 가진 재료의 매스 트랜스퍼(mass transfer)에 의해 제공되므로 회절 광학 소자(DOE)의 Δn보다 몇 배 더 낮다. Δn 값은 재료의 고정된 두께에서 최대 회절 효율을 결정하며, Δn의 값이 클수록 회절 효율이 높아진다. 이론적으로는 재료의 두꺼운 층과 상대적으로 낮은 Δn으로 높은 회절 효율을 얻을 수 있지만, 이는 격자의 각도 선택성을 악화시키고 따라서 시야각을 감소시킨다. 따라서 홀로그래픽 광학 소자(HOE)에 이상적인 재료는 높은 굴절률 n과 높은 Δn을 갖는 얇은 두께(0.5 - 2μm)의 재료이다. 그러나 이러한 재료는 현재 존재하지 않다.

따라서, 종래 기술에서 회절 격자의 수를 증가 시키는 것은 웨이브가이드의 크기를 증가시키거나 웨이브가이드의 수를 증가시키게 된다.

웨이브가이드에 입력되는 모든 빔은 내부 전반사를 이용하기에 경계를 넘어 가지 않도록 할 필요가 있다. 그러나 매질의 굴절률이 제한되어 있기 때문에, 내부 반사 각도가 제한되며, 이는 시야를 제한하게 되므로, 회절 소자의 각도 선택성과 같은 지표가 중요하다.

해결하고자 하는 과제는 광시야를 제공할 수 있는 홀로그래픽 회절 격자 구조를 기록하는 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

해결하고자 하는 과제는 광시야를 제공할 수 있는 회절 격자 구조를 갖는 웨이브가이드를 제공하는데 있다.

해결하고자 하는 과제는 광 손실을 최소화하면서 광시야로 증강현실을 디스플레이하는 증강현실 디바이스를 제공하는데 있다.

해결하고자 하는 과제는 제조가 쉽고 소형 경량인 증강현실 디바이스를 제공하는데 있다.

해결하려는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

일 측면에 따르는 홀로그래픽 회절 격자 구조를 기록하는 장치는, 광원; 광원에서 생성된 광을 제1 광빔 및 제2 광빔으로 분할하도록 구성된 빔 스플리터; 제1 광빔의 경로 상에 배치되는 제1 진폭 필터와 제1 삼각 프리즘; 및 제2 광빔의 경로 상에 배치되는 제2 진폭 필터와 제2 삼각 프리즘;을 포함하며, 제1 진폭 필터는, 제1 광빔의 제1 부분이 제1 진폭 필터를 거치지 않고 제1 삼각 프리즘으로 향하고 제1 광빔의 제1 부분과 다른 제2 부분이 제1 진폭 필터를 통과하여 감쇠된 후 제1 삼각 프리즘으로 향하도록 배치되고, 제1 삼각 프리즘은, 제1 광빔의 제1 부분이 이등변 삼각형의 등변들 중 하나에 상응하는 제1 삼각 프리즘의 제1 면에 입사한 후 이등변 삼각형의 밑변에 상응하는 제1 삼각 프리즘의 제1 출사면으로 출사하고, 제1 광빔의 제2 부분이 이등변 삼각형의 등변들 중 다른 하나에 상응하는 제1 삼각 프리즘의 제2 면에 입사한 후 제1 출사면으로 출사하도록 배치되고, 제2 삼각 프리즘은, 제2 광빔이 제2 진폭 필터를 통과하여 감쇠된 후 제2 삼각 프리즘의 제1 면에 입사하고 제2 삼각 프리즘의 제2 출사면으로 출사하며, 제2 삼각 프리즘의 제2 출사면이 제1 삼각 프리즘의 제1 출사면에 이격되면서 평행하도록 배치되며, 홀로그래픽 회절 격자 구조를 기록하기 위한 회절 격자 재료는 제1 삼각 프리즘의 제1 출사면과 제2 삼각 프리즘의 제2 출사면 사이의 공간에 위치한다.

일 실시예에서, 1 광빔의 제1 부분이 제1 삼각 프리즘의 제1 면에 입사하는 입사각과 제1 광빔의 제2 부분이 제1 삼각 프리즘의 제2 면에 입사하는 입사각이 서로 같을 수 있다.

일 실시예에서, 홀로그래픽 회절 격자 구조를 기록하는 장치는 빔 스플리터와 제1 진폭 필터 사이의 제1 광빔의 경로 상에 배치되어 제1 광빔의 빔폭을 확장하는 제1 광빔 확장기와, 빔 스플리터와 제2 진폭 필터 사이의 제2 광빔의 경로 상에 배치되어 제2 광빔의 빔폭을 확장하는 제2 광빔 확장기 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 홀로그래픽 회절 격자 구조를 기록하는 장치는 빔 스플리터와 제1 삼각 프리즘 사이의 제1 광빔의 경로 상에 배치되어 제1 광빔의 경로를 변경하는 제1 광경로 변환부재와, 빔 스플리터와 제2 삼각 프리즘 사이의 제2 광빔의 경로 상에 배치되어 제2 광빔의 경로를 변경하는 제2 광경로 변환부재 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 광원은 가간섭성 광원일 수 있다.

일 실시예에서, 홀로그래픽 회절 격자 구조를 기록하는 장치는 제1 진폭 필터의 후방에 위치하는 제1 셔터와; 제2 진폭 필터의 후방에 위치하는 제2 셔터를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 제1 및 제2 셔터는 각각 제1 광빔의 제2 부분 및 제2 광빔을 비동기적으로 주기적인 개방 및 폐쇄를 수행하도록 구성될 수 있다.

일 실시예에서, 제1 및 제2 셔터는 기계식 셔터 또는 편광 회전자를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 홀로그래픽 회절 격자 구조를 기록하는 장치는 제1 삼각 프리즘의 이등변 삼각형의 밑변에 대응하는 면과 그에 평행한 제2 삼각 프리즘의 면 사이의 공간에 위치하며, 홀로그래픽 회절 격자 구조를 기록하기 위한 회절 격자 재료가 위치하는 상면을 갖는 회전 테이블을 더 포함할 수 있다.

다른 측면에 따르는 홀로그래픽 격자 구조를 기록하는 방법은 전술한 홀로그래픽 회절 격자 구조를 기록하는 장치에 의해 기록하는 방법으로서, 광원에 의해 광을 생성하는 단계;

빔 스플리터에 의해 광을 제1 광빔 및 제2 광빔으로 분할하는 단계;

제1 광빔의 제1 부분을 제1 진폭 필터를 거치지 않고 제1 삼각 프리즘의 이등변 삼각형의 등변 중 하나에 상응하는 제1 면으로 향하게 하는 단계;

제1 광빔의 제1 부분과 다른 제2 부분을 제1 진폭 필터에 통과시켜 감쇠시킨 후 제1 삼각 프리즘의 이등변 삼각형의 등변 중 다른 하나에 상응하는 제2 면으로 향하게 하는 단계,

제1 광빔의 제1 부분과 제1 광빔의 제2 부분을 이등변 삼각형의 제1 및 제2 면에 입사 및 굴절시키고 제1 삼각 프리즘의 이등변 삼각형의 밑변에 상응하는 제1 출사면에서 출사시키는 단계;

제2 광빔을 제2 진폭 필터에 통과시켜 감쇠시킨 후 제2 삼각 프리즘의 제1 면에 입사 및 굴절시키고 제2 삼각 프리즘의 제2 출사면으로 출사시키는 단계;

홀로그래픽 회절 격자 구조를 기록하기 위한 회절 격자 재료를 제1 삼각 프리즘의 제1 출사면과 제2 삼각 프리즘의 제2 출사면 사이의 공간에 배치하는 단계;

제1 광빔의 제1 부분과 제1 광빔의 제2 부분을 제1 삼각 프리즘의 제1 출사면을 통해 회절 격자 재료에 입사시켜 제1 광빔의 제1 부분과 제1 광빔의 제2 부분에 의한 간섭 패턴을 형성함으로써 회절 격자 재료 내에 제1 회절 격자를 기록하는 단계; 및

제2 광빔을 제2 삼각 프리즘의 제2 출사면을 통해 회절 격자 재료에 입사시켜 제1 광빔의 제1 부분과 제2 광빔에 의한 간섭 패턴을 형성함으로써 회절 격자 재료 내에 제2 회절 격자를 기록하는 단계;를 포함한다.

일 실시예에서, 제1 광빔의 제1 부분이 제1 삼각 프리즘의 제1 면에 입사하는 입사각과 제1 광빔의 제2 부분이 제1 삼각 프리즘의 제2 면에 입사하는 입사각을 서로 같게 하여, 제1 광빔의 제1 부분과 제1 광빔의 제2 부분에 의한 간섭 패턴의 최대 및 최소 강도들이 회절 격자 재료의 제1 면에서 깊이 방향으로 수직하게 배열할 수 있다.

일 실시예에서, 제1 광빔의 제1 부분과 제2 광빔에 의한 간섭 패턴의 최대 및 최소 강도들이 회절 격자 재료의 제1 면에 대향되는 제2 면에 경사지게 배열할 수 있다.

일 실시예에서, 제1 회절 격자는 확장 회절 격자일 수 있다.

일 실시예에서, 제1 회절 격자는 투과성 확장 회절 격자일 수 있다.

일 실시예에서, 제2 회절 격자는 출력-커플링 회절 격자일 수 있다.

일 실시예에서, 제2 회절 격자는 반사성 출력-커플링 회절 격자일 수 있다.

일 실시예에서, 제1 회절 격자의 표면 주기와 제2 회절 격자의 표면 주기는 동일할 수 있다.

일 실시예에서, 홀로그래픽 격자 구조를 기록하는 방법은, 제1 광빔 확장기에 의해 제1 광빔을 확장하는 단계; 및 제2 광빔 확장기에 의해 제2 광빔을 확장하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 제1 및 제2 회절 격자의 기록 깊이는 제1 및 제2 진폭 필터의 투과율의 선택에 의해 정의될 수 있다.

일 실시예에서, 제1 및 제2 회절 격자의 기록 깊이는 노광 시간의 선택에 의해 정의될 수 있다.

일 실시예에서, 회절 격자 재료는 웨이브가이드의 일면에 도포될 수 있다.

일 실시예에서, 회절 격자 재료는 제1 삼각 프리즘의 제1 출사면 또는 제2 삼각 프리즘의 제2 출사면에 롤링될 수 있다.

일 실시예에서, 홀로그래픽 격자 구조를 기록하는 방법은 회절 격자 재료를 회전 테이블에 배치하는 단계를 더 포함하고, 제1 회절 격자를 기록하는 단계 및 제2 회절 격자를 기록하는 단계는, 회절 격자 재료가 놓인 회전 테이블을 각도 +α 만큼 회전시키고, 회절 격자 재료에 제1 회절 격자 구조를 기록하는 단계와, 회전 테이블을 각도 -α만큼 회전시키고, 회절 격자 재료에 제2 회절 격자 구조를 기록하는 단계를 포함하며, 제1 회절 격자 구조는 회절 격자 재료의 상면 및 하면으로부터 각각 소정 두께로 기록되는 제1 확장 회절 격자와 제1 출력-커플링 회절 격자를 포함하며, 제2 회절 격자 구조를 제1 확장 회절 격자와 제1 출력-커플링 회절 격자 사이에 형성할 수 있다.

일 실시예에서, 회절 격자 재료는 웨이브가이드의 일면에 제1 및 제2 층으로 형성하며, 제1 및 제2 회절 격자 구조를 회절 격자 재료의 제1 및 제2 층에 각각 형성하며, 제1 및 제2 회절 격자 구조 각각은 제1 및 제2 회절 격자를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 회절 격자 재료는 웨이브가이드의 서로 대향하는 상면 및 하면에 마련된 제1 및 제2 층을 포함하며, 제1 및 제2 회절 격자 구조를 회절 격자 재료의 제1 및 제2 층에 각각 형성하며, 제1 및 제2 회절 격자 구조 각각은 제1 및 제2 회절 격자를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 제1 및 제2 회절 격자 구조는 입력 회절 소자의 벡터에 대해 대칭인 각도로 회전할 수 있다.

또 다른 측면에 따르는 증강현실 디바이스는 증강현실을 디스플레이하는 디바이스로서, 프로젝션 시스템; 입력 회절 소자; 및 전술한 홀로그래픽 격자 구조를 기록하는 방법에 의해 제조된 홀로그래픽 회절 격자 구조;를 포함한다.

또 다른 측면에 따르는 증강현실 디바이스를 동작시키는 방법은, 프로젝션 시스템; 및 입력 회절 소자와, 전술한 홀로그래픽 격자 구조를 기록하는 방법에 의해 제조된 홀로그래픽 회절 격자 구조:를 포함하는 증강현실 디바이스를 동작시키는 방법으로서, A) 프로젝션 시스템으로부터 광을 입력 회절 소자에 도달하게 하고, 입력 회절 소자를 통해 "+1" 회절 차수가 형성되며, "+1" 회절 차수의 광은 웨이브가이드 모드를 통해 홀로그래픽 회절 격자 구조의 확장 회절 격자에 도달하며, B) 확장 회절 격자에 도달한 "+1" 회절 차수의 광은 회절하여 "0" 회절 차수와 "+1" 회절 차수를 형성하며, C) "0" 회절 차수의 광은 내부 전반사를 통해 홀로그래픽 회절 격자 구조를 가진 회절 격자 재료에 남아 있으며 확장 회절 격자에서 홀로그래픽 회절 격자 구조의 출력-커플링 회절 격자로 진행할 때 회절되어 다시 "0" 회절 차수 및 "+1" 회절 차수를 형성하며; D) 각 "+1" 회절 차수는 "0" 회절 차수 및 "+1" 회절 차수를 다시 형성함으로써 확장 회절 격자를 떠나 출력-커플링 회절 격자로 들어가며; E) "+1" 회절 차수는 회절 격자 구조를 떠나 관찰자의 눈으로 향하며; F) 각 "0" 회절 차수가 회절 격자 재료에서 다시 전파되고 단계(C)-(D)가 반복되어, 증강현실 디바이스의 출사 동공을 확장시킨다.

또 다른 측면에 따르는 증강현실 디바이스는 증강현실을 디스플레이하는 디바이스로서, 프로젝션 시스템; 및 입력 회절 소자와, 전술한 홀로그래픽 격자 구조를 기록하는 방법에 의해 제조되는 홀로그래픽 회절 격자 구조를 수용하는 웨이브가이드:를 포함한다.

또 다른 측면에 따르는 증강현실 안경은 좌안 소자 및 우안 소자를 포함하고, 좌안 소자 및 우안 소자 각각은 프로젝션 시스템; 및 입력 회절 소자와, 전술한 홀로그래픽 격자 구조를 기록하는 방법에 의해 제조되는 홀로그래픽 회절 격자 구조를 수용하는 웨이브가이드:를 포함하는 증강현실 디바이스를 포함하며, 홀로그래픽 회절 격자 구조를 갖는 웨이브가이드는 홀로그래픽 회절 격자 구조가 사용자의 눈에 대향되게 위치하는 방식으로 좌안 소자 및 우안 소자에 위치한다.

또 다른 측면에 따르는 증강현실 디바이스는 증강현실을 디스플레이하는 디바이스로서, 프로젝션 시스템; 입력 회절 소자; 및 확장 회절 격자와 출력-커플링 회절 격자를 갖는 홀로그래픽 회절 격자 구조를 수용하는 웨이브가이드;를 포함하며, 확장 회절 격자는 웨이브가이드에 도포된 회절 격자 재료의 제1 면에서 깊이 방향으로 형성된 제1 간섭 패턴의 형상을 가지며, 출력-커플링 회절 격자는 회절 격자 재료의 제1 면에 대향되는 제2 면에서 깊이 방향으로 형성된 제2 간섭 패턴의 형상을 가지며, 제1 간섭 패턴의 형상은 제1 간섭 패턴의 최대 및 최소 강도들이 회절 격자 재료의 제1 면에서 깊이 방향으로 수직하게 배열되며, 제2 간섭 패턴의 형상은 제2 간섭 패턴의 최대 및 최소 강도들이 회절 격자 재료의 제1 면에 대향되는 제2 면에서 깊이 방향으로 경사지게 배열된다.

개시된 실시예들에 따른 홀로그래픽 회절 격자 구조를 기록하는 장치 및 방법에 따르면, 단일 웨이브가이드 상에 광시야를 제공할 수 있는 홀로그래픽 회절 격자 구조를 기록할 수 있다.

개시된 실시예들에 따른 홀로그래픽 회절 격자 구조는 단일 웨이브가이드에 기록될 수 있으며 광시야를 제공할 수 있다.

개시된 실시예들에 따른 증강현실 디바이스는 광시야를 제공할 수 있다.

개시된 실시예들에 따른 홀로그래픽 회절 격자 구조 및 이를 갖는 웨이브가이드에 기초한 증강현실 디바이스는 콤팩트하고 제조가 용이하며, 따라서 제조비용을 낮출 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 홀로그래픽 회절 격자 구조를 기록하는 장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 홀로그래픽 회절 격자 구조를 기록하는 장치에서 회절 격자 재료가 위치한 프리즘 시스템을 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 홀로그래픽 회절 격자 구조를 기록하는 장치를 개략적으로 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 웨이브가이드에 도포된 회절 격자 재료를 도시한다.
도 5a는 일 실시예에 따른 회절 격자 구조를 도시한다.
도 5b는 일 실시예에 따른 회절 격자 구조를 도시한다.
도 5c는 일 실시예에 따른 회절 격자 구조를 도시한다.
도 6은 일 실시예에 따른 사이클로그램과 이에 의해 얻어지는 회절 격자 재료의 회절 격자 구조를 도시한다.
도 7a는 일 실시예에 따라 하나의 기록 재료층에 기록된 회절 격자의 이중 구조의 평면도를 도시한다.
도 7b는 도 7a의 회절 격자의 이중 구조의 측면도를 도시한다.
도 8은 일 실시예에 따른 홀로그래픽 회절 격자 구조를 기록하는 장치에서 회전 테이블이 배치된 프리즘 시스템을 도시한다.
도 9a는 일 실시예에 따른 회절 격자의 이중 구조를 도시한다.
도 9b는 일 실시예에 따른 회절 격자의 이중 구조를 도시한다.
도 9c는 일 실시예에 따른 회절 격자의 이중 구조를 도시한다.
도 10a는 일 실시예에 따른 회절 격자 구조가 적층된 단일 웨이브가이드의 평면도를 도시한다.
도 10b는 도 10a에서 A1-A1을 따라 본 측단면도를 도시한다.
도 10c는 도 10a에서 A2-A2를 따라 본 측단면도를 도시한다.
도 11a는 일 실시예에 따라 회절 격자 구조가 상부 및 하부 표면에 마련된 단일 웨이브가이드의 평면도를 도시한다.
도 11b는 도 11a의 회절 격자 구조가 상부 및 하부 표면에 마련된 단일 웨이브가이드의 측면도를 도시한다.
도 12는 일 실시예에 따른 증강현실을 디스플레이하는 증강현실 디바이스를 도시한다.
도 13은 일 실시예에 따른 증강현실 안경을 도시한다.
도 14a는 종래예에 따른 확대된 시야를 도시한다.
도 14b는 일 실시예에 따른 홀로그래픽 회절 격자 구조를 사용하여 확대된 시야를 도시한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 개시의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형상으로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 개시를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본 명세서의 실시예에서 사용되는 용어는 본 개시의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 실시예의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 개시에서, '증강현실(Augmented Reality; AR)'은 실제 세계의 물리적 환경 공간이나 실제 세계 물체 상에 가상 이미지를 오버레이(overlay)하여 함께 보여주는 것을 의미한다.

본 개시에서, '증강현실 장치(Augmented Reality Device)'라 함은 증강현실을 표현할 수 있는 장치로서, 사용자가 안면부(顔面部)에 착용하는 안경 형상의 증강현실 안경 장치(Augmented Reality Glasses)뿐만 아니라, 두부(頭部)에 착용하는 헤드 마운트 디스플레이(Head Mounted Display; HMD)나 증강현실 헬멧(Augmented Reality Helmet) 등을 포괄한다.

본 개시에서, '아이 모션 박스(eye motion box, EMB)'는 눈이 움직이는 동안 손실없이 전체 가상 이미지를 완전히 볼 수 있는 영역이다. 아이 모션 박스는 전체 시야, 즉 이미지의 임의의 지점에서 나오는 광빔이 눈의 동공으로 들어가는 공간에서 선형 영역이다. 아이 모션 박스 밖에서는 시야의 일부가 손실된다. 눈은 지속적으로 움직이고 회전하며 동시에 눈의 동공은 지속적으로 이동한다. 아이 모션 박스는 크고 시야와 일치하는 것이 바람직하다. 시야각이 클수록 아이 모션 박스가 커진다.

광학 시스템의 시야(각)는 이미지를 형성하는 광학 시스템에서 빠져 나가는 광빔들의 원뿔로 이해될 수 있다. 시야의 중심은 이미지의 중심에 해당하고 시야의 가장자리는 가능한 가장 큰 이미지의 가장자리에 해당한다.

출사 동공(또는 광학 시스템의 동공)은 이미지 공간에서 구경 조리개의 근축 이미지이며, 광선의 직접적인 경로에서 광학 시스템의 후속 부분에 의해 형성된다. 출사 동공의 주된 특성은 전체 이미지 필드가 출사 동공의 어느 지점에나 존재한다는 것이다. 출사 동공을 확장함으로써 광학 시스템의 길이 방향 치수를 늘리지 않고도 출사 동공의 크기를 증가시킬 수 있다. 통상의 광학 디바이스는 출사 동공의 크기를 크게 할 수 있지만, 이와 동시에 광학 시스템의 길이 방향 치수도 증가한다; 웨이브가이드 광학은, 웨이브가이드 내부의 광빔의 다중 반사 덕분에, 길이 방향 치수를 증가시키지 않고 이를 가능하게 한다.

회절 효율은 회절 격자의 특성으로 기본 단위의 백분율 또는 분수로 측정된다. 회절 효율은 회절 격자에 입사하는 에너지에 대한 회절 차수들 중 하나에 포함된 에너지의 비율이다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 개시를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 일 실시예에 따른 홀로그래픽 회절 격자 구조(5)를 기록하는 장치(10)를 개략적으로 도시한다.

도 1을 참조하면, 장치(10)는 광원(1)과 빔 스플리터(2)를 포함한다. 광원(1)은 광(L)을 출사한다. 광원(1)은 가간섭성 광원일 수 있다. 예를 들어, 광원(1)은 단일 주파수와 충분한 가간섭성 길이를 가지는 레이저 광원일 수 있다. 광원(1)의 파장은 후술하는 홀로그래픽 회절 격자 구조(5)를 기록하는 회절 격자 재료의 감광성을 기반으로 선택되며 UV 대역, 가시광 대역 또는 IR 대역이 될 수 있다.

빔 스플리터(2)는 광(L)을 제1 광빔(L1) 및 제2 광빔(L2)으로 분할한다. 빔 스플리터(2)는 예를 들어 큐브형 빔 스플리터나 평판형 빔 스플리터일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

제1 광빔(L1)의 경로 상에는 제1 진폭 필터(3b) 및 제1 삼각 프리즘(3c)이 마련된다.

제1 진폭 필터(3b)는, 제1 광빔(L1)의 제1 부분(도 2의 도면 참조번호 A 참조)이 제1 진폭 필터(3b)를 거치지 않고 제1 삼각 프리즘(3c)으로 직접 진행하고, 제1 광빔(L1)의 제1 부분과 다른 제2 부분(도 2의 도면 참조번호 B1 참조)만이 통과하도록 배치된다. 제1 진폭 필터(3b)는 제1 광빔(L1)의 제2 부분의 강도(intensity)를 감쇠시킨다. 제1 광빔(L1)의 제2 부분은 제1 광빔(L1)에서 제1 부분을 제외한 나머지일 수 있다. 제1 광빔(L1)의 제1 부분은 제1 광빔(L1)의 절반일 수 있으며, 제1 광빔(L1)의 제2 부분은 제1 광빔(L1)의 나머지 절반일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

제1 삼각 프리즘(3c)은 횡단면이 이등변 삼각형인 이등변 삼각 프리즘이다. 제1 삼각 프리즘(3c)은 이등변 삼각형의 등변들 중 하나에 상응하는 제1 면(31c)과, 이등변 삼각형의 등변들 중 다른 하나에 상응하는 제2 면(32c)과, 이등변 삼각형의 밑변에 상응하는 제3 면(이하, 제1 출사면)(33c)을 포함한다.

제1 삼각 프리즘(3c)은 제1 광빔(L1)의 제1 부분이 제1 삼각 프리즘(3c)의 제1 면(31c)에 입사된 후 제1 삼각 프리즘(3c)의 제1 출사면(33c)에서 출사하고 제1 진폭 필터(3b)를 통과한 제1 광빔(L1)의 나머지 제2 부분이 제1 삼각 프리즘(3c)의 제2 면(32c)에 입사한 후 제1 삼각 프리즘(3c)의 제1 출사면(33c)에서 출사되도록 배치된다. 나아가, 제1 삼각 프리즘(3c)은 제1 광빔(L1)의 제1 및 제2 부분이 제1 삼각 프리즘(3c)의 제1 및 제2 면(31c, 32c)에 각각 동일한 입사각으로 입사되도록 배치될 수 있다.

빔 스플리터(2)와 제1 진폭 필터(3b) 사이의 광경로에는 제1 광빔(L1)을 확장하는 제1 광빔 확장기(expander)(3)가 추가적으로 마련될 수 있다. 제1 광빔 확장기(3)는 제1 광빔(L1)의 빔폭을 적절히 확장시킨다. 제1 광빔(L1)의 빔폭은 회절 격자 재료에 기록되는 회절 격자 구조(5)의 면적을 결정하는 일 요소일 수 있다. 가령, 제1 광빔 확장기(3)는 후술하는 제1 광빔(L1)의 제1 부분이 회절 격자 재료 전체를 조명하도록 제1 광빔(L1)의 빔폭을 확장할 수 있다.

빔 스플리터(2)와 제1 삼각 프리즘(3c) 사이의 광경로에는 제1 광빔(L1)의 광경로를 변경하는 제1 거울(3a)이 추가적으로 마련될 수 있다. 예를 들어 제1 거울(3a)은 빔 스플리터(2)와 제1 진폭 필터(3b) 사이의 광경로 상에 배치되어, 제1 거울(3a)에서 반사된 제1 광빔(L1)의 제1 부분이 등변 삼각 프리즘(3c)에 직접 도달하되 제1 거울(3a)에서 반사된 제1 광빔(L1)의 나머지 제2 부분은 제1 진폭 필터(3b)에 도달하도록 할 수 있다. 이러한 제1 거울(3a)은 제1 광빔(L1)의 광경로를 변경하는 광경로 변환부재의 일 예이다.

제2 광빔(L2)의 경로 상에는 제2 진폭 필터(4b)와 제2 삼각 프리즘(4c)이 마련된다.

제2 진폭 필터(4b)는 제2 광빔(L2)의 강도를 감쇠시킨다.

제2 진폭 필터(4b)를 통과하여 감쇠된 제2 광빔(L2)은 제2 삼각 프리즘(4c)의 제1 면(41c)에 도달하고, 굴절되어 제2 삼각 프리즘(4c)의 인접한 제2 면(이하, 제2 출사면)(42c)을 통해 출사된다. 제2 삼각 프리즘(4c)의 형상은 제1 삼각 프리즘(3c)의 형상과 다를 수 있다. 제2 삼각 프리즘(4c)의 제2 출사면(42c)을 통해 출사되는 제2 광빔의 출사각은 후술하는 제2 간섭 패턴의 방향에 따라 적절히 선택될 수 있다.

제2 삼각 프리즘(4c)은 자신의 제2 출사면(42c)이 제1 삼각 프리즘(3c)의 제1 출사면(33c)에 이격되면서 평행하도록 배치된다. 제1 삼각 프리즘(3c)의 제1 출사면(33c)과 제2 삼각 프리즘(4c)의 제2 출사면(42c) 사이의 공간에는 회절 격자 재료가 위치하여 회절 격자 재료에 회절 격자 구조(5)를 기록하도록 할 수 있다.

빔 스플리터(2)와 제2 진폭 필터(4b) 사이의 광경로에는 제2 광빔(L2)을 확장하는 제2 광빔 확장기(4)가 추가적으로 마련될 수 있다. 제2 광빔 확장기(4)는 제2 광빔(L2)의 빔폭을 적절히 확장시킨다. 제2 광빔(L2)의 빔폭은 회절 격자 재료에 기록되는 회절 격자 구조(5)의 면적을 결정하는 일 요소일 수 있다.

빔 스플리터(2)와 제2 삼각 프리즘(4c) 사이의 광경로에는 제2 광빔(L2)의 광경로를 변경하는 제2 거울(4a)이 추가적으로 마련될 수 있다. 예를 들어, 제2 거울(4a)은 빔 스플리터(2)와 제2 진폭 필터(4b) 사이의 광경로 상에 배치될 수 있다. 제2 거울(4a)은 제2 광빔(L2)의 광경로를 변경하는 광경로 변환부재의 일 예이다.

도 2는 일 실시예에 따른 홀로그래픽 회절 격자 구조(5)를 기록하는 장치(10)에서 회절 격자 재료가 위치한 프리즘 시스템을 도시한다.

도 2를 참조하면 홀로그래픽 회절 격자 구조(5)를 기록하는 장치(10)의 프리즘 시스템은 제1 삼각 프리즘(3c)과 제2 삼각 프리즘(4c)으로 구성된다. 제1 삼각 프리즘(3c)과 제2 삼각 프리즘(4c)은 제1 삼각 프리즘(3c)의 제1 출사면(33c)과 제2 삼각 프리즘(4c)의 제2 출사면(42c)이 이격되어 평행하도록 배치된다. 제1 삼각 프리즘(3c)의 제1 출사면(33c)과 제2 삼각 프리즘(4c)의 제2 출사면(42c) 사이의 공간은 회절 격자 구조(5)가 기록되는 공간이다. 홀로그래픽 회절 격자 구조(5)를 기록하는 회절 격자 재료는 제1 삼각 프리즘(3c)의 제1 출사면(33c)과 제2 삼각 프리즘(4c)의 제2 출사면(42c) 사이에 위치한다. 회절 격자 재료는 볼륨 홀로그래픽 회절 격자를 기록하기 위한 것이다.

일 실시예에서 회절 격자 재료는 웨이브가이드(도 3의 참조번호 6 참조) 표면에 도포되어 소정 두께의 레이어(layer)으로 형성될 수 있다. 일 실시예에서 회절 격자 재료는 제1 삼각 프리즘(3c)의 제1 출사면(33c)에 도포되어 소정 두께의 레이어로 형성될 수 있다. 일 실시예에서 회절 격자 재료는 제2 삼각 프리즘(4c)의 제2 출사면(42c)에 도포되어 소정 두께의 레이어로 형성될 수도 있다. 회절 격자 재료가 제1 삼각 프리즘(3c)이나 제2 삼각 프리즘(4c)에 도포되는 경우, 회절 격자 재료에 회절 격자 구조(5)를 기록한 이후 후속 공정으로 회절 격자 재료를 분리하여 회절 격자 구조(5)를 필름 형태로 사용할 수 있을 것이다. 회절 격자 재료가 도포되는 방식은 다양할 수 있다. 예를 들어, 회절 격자 재료는 액체 형태로 살포(spreading), 분사(spraying) 등의 방식으로 도포되거나, 롤러를 이용하여 재료를 롤링하는 방식으로 도포될 수 있다.

포토 폴리머, 광 굴절 유리 등과 같은 투명 감광성 재료는 회절 격자 재료로 사용될 수 있다. 알려진 투명 감광성 재료는 회절 격자 재료로 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 현재의 기술은 이전에 감광성으로 간주되지 않았던 재료, 예를 들어 보통 유리에도 이러한 회절 격자 구조(5)를 기록하는 것을 가능하게 한다.

다음으로 도 1 및 도 2를 참조하여 홀로그래픽 회절 격자 구조(5)를 기록하기 위한 장치(10)의 동작을 설명하기로 한다.

광원(1)으로부터 출사된 광(L)은 빔 스플리터(2)에 도달한다. 광(L)은 빔 스플리터(2)에 의해 제1 광빔(L1) 및 제2 광빔(L2)으로 분할된다.

제1 광빔(L1)은 제1 광빔 확장기(3)를 통과한다. 제1 광빔 확장기(3)은 가간섭성과 좁은 지향성을 갖는 제1 광빔(L1)을 확장한다. 이후 제1 광빔(L1)은 제1 거울(3a)에 도달하며, 제1 거울(3a)은 제1 광빔(L1)을 이등변 삼각 프리즘(3b)으로 향하게 한다. 제1 광빔(L1)의 제1 부분(도 2의 A 참조)은 감쇠없이 제1 삼각 프리즘(3c)으로 진행하되, 제1 광빔(L2)의 제2 부분(도 2의 B1 참조)은 제1 진폭 필터(3b)를 통과하면서 강도가 감쇠된다.

제1 광빔(L1)의 감쇠되지 않은 제1 부분은 제1 삼각 프리즘(3c)의 제1 면(31c)에서 그 내부로 굴절되어 제1 출사면(33c)을 통해 출사된다.

제1 진폭 필터(3b)를 통과하고 감쇠된 제1 광빔(L1)의 제2 부분은 제1 삼각 프리즘(3c)의 제2 면(32c)에서 그 내부로 굴절되어 제1 출사면(33c)을 통해 출사된다.

제2 광빔(L2)은 제2 광빔 확장기(4)에 도달하고, 그 다음 제2 거울(4a)로, 그 다음으로 진폭 필터(4b)로 도달하며, 이는 제2 광빔(L2)의 강도를 감쇠시킨다. 감쇠된 제2 광빔(L2)은 제2 삼각 프리즘(4c)의 제1 면(41c)에서 그 내부로 굴절되어 제2 출사면(42c)을 통해 출사된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제1 삼각 프리즘(3c)은 제1 진폭 필터(3b)를 통과하지 않는 제1 광빔의 제1 부분 A가 그 측면들 중 (이등변 삼각형의 한 면에 대응하는) 하나, 즉 제1 면(31c)에 도달하는 방식으로 위치한다. 제1 광빔(L1)의 상기 제1 부분 A를 참조 빔(A)이라 부르기로 한다. 참조 빔(A)은 제1 진폭 필터(3b)에 의해 감쇠되지 않으므로 회절 격자 재료의 전체를 통과하도록 조정된다. 제1 진폭 필터(3b)에 의해 감쇠된 제1 광빔(L1)의 두 번째 부분 B1은 제1 삼각 프리즘(3c)의 다른 측면, 즉 제2 면(32c)에 도달한다. 상기 두 번째 부분 B1을 제1 물체 빔(B1)이라 부르기로 한다. 제2 진폭 필터(4b)에 의해 감쇠되어 제2 삼각 프리즘(4c)의 제1 면(41c)에 도달하는 제2 광빔(L2)은 제2 물체 빔(B2)라 부르기로 한다.

참조 빔(A)과 제1 물체 빔(B1)은 각각 제1 삼각 프리즘(3c)의 양 측면(즉, 제1 면(31c)과 제2 면(32c))에 동일한 입사각으로 입사되도록 할 수 있다. 이 경우, 제1 삼각 프리즘(3c)의 제1 면(31c)과 제2 면(32c)은 밑면인 제1 출사면(33c)에 대해 동일한 각도를 가지므로(즉, 제1 삼각 프리즘(3c)이 이등변 삼각 프리즘이므로), 참조 빔(A)과 제1 물체 빔(B1)은 제1 출사면(33c)의 법선을 기준으로 동일한 출사각으로 출사될 수 있다. 이에 따라 참조 빔(A)과 제1 물체 빔(B1)은 회절 격자 재료의 제1 면(도 2에서 회절 격자 재료의 상면)의 법선을 기준으로 동일한 각도로 회절 격자 재료에 도달하게 되어, 간섭 패턴 강도의 최대값 및 최소값 지점들(즉, 최대 및 최소 강도)이 회절 격자 재료의 제1 면(상면)에서 깊이 방향으로 수직하게 배열되는, 즉 회절 격자 재료의 두께를 가로 질러 위치하는 간섭 패턴을 생성한다. 회절 격자 재료의 제1 면(상면)에 수직한 방향으로 형성되는 간섭 패턴은 수직 구조의 확장 회절 격자(G1)를 제공할 수 있다. 감쇠된 제1 물체 빔(B1)은 회절 격자 재료에서 흡수되어 회절 격자 재료의 특정 거리의 깊이에서는 실질적으로 사라지므로, 기록 깊이는 제1 및 제2 진폭 필터(3b, 4b)의 투과 계수를 선택함으로써 달성될 수 있다. 가령, 제1 물체 빔(B1)의 강도를 적절히 감쇠시킴으로써 확장 회절 격자(G1)는 회절 격자 재료의 절반에만 기록되도록 할 수 있다.

참조 빔(A)은 제1 진폭 필터(3b)에 의해 감쇠되지 않아 높은 강도로 회절 격자 재료 전체를 조명하고 제1 물체 빔(B1)과 제2 물체 빔(B2) 모두와 간섭 패턴을 생성한다. 감쇠된 제1 물체 빔(B1)은 회절 격자 재료의 일부만을 조명하도록 할 수 있다.

회절 격자 재료는 광 감응성과 강한 광 흡수 특성을 가지고 있으며, 이로 인해 광이 도달하는 재료의 위치에서 화학 반응이 일어나고 재료의 굴절률 변화가 발생한다. 노광 시간을 선택하여 회절 격자 재료에서 굴절률의 변화 깊이를 조정할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 제2 삼각 프리즘(4c)은 제2 진폭 필터(4b)에 의해 감쇠된 제2 물체 빔(B2)이 측면들 중 하나(즉, 제1 면(41c))에 도달하도록 위치된다. 제2 삼각 프리즘(4c)의 형상은 제1 삼각 프리즘(3c)의 형상과 다르므로, 참조 빔(A)이 회절 격자 재료의 제1 면(상면)에 입사되는 입사각과 제2 물체 빔(B2)이 회절 격자 재료의 제2 면(하면)에 입사되는 입사각이 다르며, 따라서 참조 빔(A)과 제2 물체 빔(B2)에 의해 획득되는 간섭 패턴을 형성하는 선들(rays)은 회절 격자 재료의 표면에 대해 소정 각도로 기울어진다.

간섭 패턴 강도의 최대값 및 최소값 지점들(즉, 최대 및 최소 강도)은 회절 격자 재료의 제2 면(하면)에서 깊이 방향으로 경사지게 배열되며, 이러한 간섭 패턴이 기록된 회절 격자 재료(5)는 출력-커플링 회절 격자(G2)를 형성한다.

확장 회절 격자(G1)는 회절 격자 재료(5)의 제1 면(상면)쪽에서 소정 깊이로 형성되며, 출력-커플링 회절 격자(G2)는 회절 격자 재료(5)의 제1 면에 대향되는 제2 면(하면)쪽에서 소정 깊이로 형성될 수 있다.

회절 격자의 파수 벡터(wave vector)는 격자 홈들(grooves)에 수직하고 작동 표면(working surface)과 동일한 평면에 위치한다. 회절 격자의 파수 벡터의 모듈러스(modulus)는 |R| = 2π/d 이다(d는 회절 격자의 주기). 출력-커플링 회절 격자(G2)의 파수 벡터는 회절 격자 재료의 평면 내에 있지 않으며, 이는 증강현실 디바이스에서 동작하는 동안 광이 웨이브가이드에서 제거되는 것을 보장할 수 있다. 홀로그래픽 회절 격자 구조(5)의 기록은 강력한 참조 빔과 감쇠된 물체 빔을 사용하기 때문에 상기 홀로그래픽 회절 격자는 회절 격자 재료의 소정 깊이까지 기록되며, 상기 깊이에서는 감쇠된 물체 빔의 회절 격자 재료에 의한 흡수가 실질적으로 없다고 볼 수 있다. 한편, 감쇠된 물체 빔이 회절 격자 재료에 의해 흡수되기 시작하는 곳에는 간섭 패턴이 없게 될 것이다.

확장 회절 격자(G1)와 출력-커플링 회절 격자(G2)의 표면 주기는 동일해야 한다. 확장 회절 격자(G1)와 출력-커플링 회절 격자(G2)의 표면 주기가 서로 다르면 이중 결상(imaging)이 발생하고 회절 격자의 각도 선택성으로 인해 시야의 일부가 손실되기 때문이다. 회절 격자의 표면 주기는 제1 삼각 프리즘(3c) 및 제2 삼각 프리즘(4c)의 기하학적 구조 및 굴절률에 의해 규정되므로, 회절 격자의 표면 주기가 동일하게 기록되도록 제1 삼각 프리즘(3c)과 제2 삼각 프리즘(4c)을 선택해야 한다. 이러한 선택이 회절 격자의 소망하는 주기에 대한 계산에 의해 결정될 수 있다. 즉, 제1 삼각 프리즘(3c)과 제2 삼각 프리즘(4c) 각각의 각도는 회절 격자의 소정의 주기를 정의할 수 있다.

도 3은 일 실시예에 따른 홀로그래픽 회절 격자 구조(5)를 기록하는 장치(11)를 개략적으로 도시한다.

도 3을 참조하면, 홀로그래픽 회절 격자 구조(5)를 기록하는 장치(11)는 제1 및 제2 물체 빔(B1, B2)을 주기적으로 개폐하고 컨트롤러에 의해 제어되는 제1 및 제2 셔터(3d, 4d)를 더 포함할 수 있다. 제1 셔터(3d)는 제1 진폭 필터(3b)와 제1 삼각 프리즘(3c) 사이의 제1 물체 빔(B1)의 광경로 상에 배치되며, 제2 셔터(4d)는 제2 진폭 필터(4b)와 제2 삼각 프리즘(4c) 사이의 제2 물체 빔(B2)의 광경로 상에 배치된다. 제1 및 제2 셔터(3d, 4d)는 기계식 셔터일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 셔터(3d) 및/또는 제2 셔터(4d)는 편광 회전자(polarization rotator)를 이용한 방식일 수 있으며, 이는 기계식 셔터와 달리 기계적 회전이나 움직임 없이 사용될 수 있다.

제1 및 제2 셔터(3d, 4d)는 제1 및 제2 물체 빔(B1, B2)의 개방을 번갈아 제공한다. 참조 빔(A)은 제1 및 제2 셔터(3d, 4d)의 개폐 동작과 무관하게 회절 격자 재료로 진행한다. 제1 동작에서 제1 셔터(3d)는 개방되고 제2 셔터(3d)는 닫은 상태가 되어, 제1 물체 빔(B1)과 참조 빔(A)에 의해 확장 회절 격자(도 2의 G1)가 기록된다. 제1 동작에 후속하는 제2 동작에서 제1 셔터(3d)가 닫히고 제2 셔터(3d)가 개방되어 제2 물체 빔(B2)과 참조 빔(A)에 의해 출력-커플링 회절 격자(도 2의 G2)가 기록된다. 이러한 기록 방법은 기록하는 동안 제1 및 제2 물체 빔(B1, B2)이 동시에 없음을 보장한다. 즉, 본 실시예의 장치(11)는 제1 및 제2 물체 빔(B1, B2)이 서로 간섭하지 않고 기생 간섭 패턴, 기생 회절 격자가 기록되지 않도록 할 수 있다. 제1 및 제2 셔터(3d, 4d)는 높은 스위칭 주파수로 비동기식으로 동작할 수 있다.

도 4는 웨이브가이드(6)에 도포된 회절 격자 재료를 보여준다.

도 4를 참조하면, 회절 격자 재료는 웨이브가이드(6)에 도포된다. 웨이브가이드(6)에 도포된 회절 격자 재료에 형성된 회절 격자 구조(5)는 확장 회절 격자(G1) 및 출력-커플링 회절 격자(G2)를 포함할 수 있다.

확장 회절 격자(G1)의 파수 벡터는 회절 격자 재료를 따라 지향된다. 즉, 확장 회절 격자(G1)의 파수 벡터는 회절 격자 재료의 표면과 평행한 방향으로 지향된다. 출력-커플링 회절 격자(G2)의 파수 벡터는 회절 격자 재료의 두께 방향으로 향하는 수직 성분을 가지고 있다. 확장 회절 격자(G1)의 표면 주기와 출력-커플링 회절 격자(G2)의 표면 주기는 일치한다. 확장 회절 격자(G1)는 투과형 회절 격자이고, 출력-커플링 회절 격자(G2)는 반사형 회절 격자일 수 있다. 확장 회절 격자(G1)와 출력-커플링 회절 격자(G2)가 한 층의 동일한 회절 격자 재료에 기록되므로, 홀로그래픽 회절 격자 구조(5)를 갖는 웨이브가이드에 기초한 증강현실 디바이스의 소형화, 제조 용이성 및 저렴한 비용을 가능하게 한다.

회절 격자 재료에 기록된 회절 격자 구조(5)는 광 선택성을 제공하는데, 회절 격자의 두께가 작을수록 각도 선택성 영역이 넓어진다. 당해 분야에 알려진 바와 같이, 각도 선택성은 회절 격자에 입사되는 광의 회절 가능한 각도 범위로 지칭된다. 각도 선택성이 넓을수록 회절 격자에서 회절될 수 있는 각도의 범위가 넓어지므로, 이러한 회절 격자에서 회절될 수 있는 시야가 더 넓어질 수 있다. 회절 격자의 선택성은 아이 모션 박스에 영향을 주지 않으며, 모든 회절 격자들이 동일한 치수의 웨이브가이드들에 의해 하나의 장소에 위치할 수 있다는 점 덕분에 아이 모션 박스는 증가되며, 따라서 눈으로의 광 출력-커플링하는 유효 존이 크게 획득될 수 있다.

확장 회절 격자의 홈들(grooves)은, 제조 과정에서, 입사광의 결과적인 회절 차수의 일부가 내부 전반사를 겪게 되는 회절 격자 재료를 따르는 방향(즉, 회절 격자 재료의 표면과 평행한 방향)을 향하도록, 배향될 수 있다.

확장 회절 격자에서, 회절의 결과로서, 광은 여러 개의 빔들(회절 차수들)로 분할되어 입사된 빔에 대해 특정 각도들로 전파된다. 확장 회절 격자는 적어도 두 개의 회절 차수를 형성한다. 입사 방향에 대해 전파 방향을 변경하지 않는 회절 영차 "0"의 빔은 재료-공기 경계에서 내부 전반사 효과로 인해 동일한 각도로 다시 회절 격자 구조(5)로 되돌아간다. "+1" 회절 차수의 방향은 출력-커플링 회절 격자의 각도 선택성과 일치한다. "+1" 회절 차수의 빔은 반사 출력-커플링 회절 격자에 도달하여, 출력-커플링 회절 격자에서 다시 두 개의 주요 차수, 즉 회절 영차(zero order)와 "+1" 회절 차수로 나뉘게 될 것이다. 여기서 회절 영차의 빔은 내부 전반사로 인해 회절 격자 구조(5) 내부로 전파될 것이며, "+1" 회절 차수의 빔은 회절 격자 구조(5)를 빠져 나가는 각도로 전파될 것이다.

회절 격자들이 매우 얇고, 방향을 변경하지 않고 전파하는 회절 영차가 있기 때문에, 확장 회절 격자 및 출력-커플링 회절 격자의 순서는 관계가 없으며, 따라서 광이 확장 회절 격자 또는 출력-커플링 회절 격자에 들어가는 순서는 중요하지 않다. 입사된 광은 먼저 반사 출력-커플링 회절 격자에 도달할 수 있지만, 각도 선택성 범위를 벗어나 있지 않기 때문에 회절하지 않고 변경없이 통과할 것이다. 따라서, 입사된 광의 회절은 확장 회절 격자에서만 발생하며, 1차 회절 차수의 전파 각도는 회절 이후의 회절 영차와 다르며 출력-커플링 회절 격자의 각도 선택성 영역에 속하기에, 1차 회절 차수의 빔들이 출력-커플링 회절 격자에서 회절되는 것이 허용된다.

회절 영차(즉, "0" 회절 차수)의 빔들 각각은 내부 전반사로 인해 회절 격자 구조(5)를 가진 회절 격자 재료에 남아 있으며 확장 회절 격자(G1)에서 반사 출력-커플링 회절 격자(G2)로 진행한 후 회절되어 다시 "0" 및 "+1" 회절 차수를 형성한다. "+1" 회절 차수의 빔들은 확장 회절 격자(G1)를 떠나 반사 출력-커플링 회절 격자로 들어가 다시 "0"과 "+1" 회절 차수를 형성하며, 이후 "+1" 회절 차수의 빔들은 회절 격자 구조(5)를 떠나게 된다. 그리고 "0" 차수의 빔들은, 앞서 설명한 것처럼, 회절 격자 구조(5)를 가진 회절 격자 재료에서 다시 전파되고, 새로운 "0" 및 "+1" 회절 차수를 생성하며, 그 결과 출사 동공은 회절 격자 구조(5)를 가진 회절 격자 재료에 갇힌 원래의 광에 비해 확장된다. 회절 격자 구조(5)가 일반적으로 충분한 강성을 갖지 않는 매우 얇은 층의 회절 격자 재료에 형성되기 때문에, 웨이브가이드(6)는 공간과 시간에서 회절 격자 구조(5)의 안정성을 보장하는 고형의 단단한 기판의 역할을 한다. 웨이브가이드(6)는 회절 격자 구조(5)보다 몇 배 더 두껍고 내부 전반사(TIR)의 인접 지점까지의 빔 경로를 증가시킨다.

도 5a는 일 실시예에 따른 회절 격자 구조를 도시한다. 도 5a를 참조하면, 회절 격자 구조는 확장 회절 격자와 출력-커플링 회절 격자를 포함하며, 나아가 회절 격자 재료에는 확장 회절 격자와 출력-커플링 회절 격자 사이에 "기록되지 않은" 재료층이 남아있을 수 있다. 본 실시예에서는, 기생 회절 격자가 생성되지 않지만 회절 격자의 회절 효율이 낮을 수 있다.

도 5b는 일 실시예에 따른 회절 격자 구조를 도시한다. 도 5b를 참조하면, 회절 격자 구조는 확장 회절 격자와 출력-커플링 회절 격자가 "일부 겹쳐진" 구조를 가질 수 있다. 이러한 실시예에서는, 회절 격자의 높은 효율이 달성되지만, 기생 회절 격자가 발생할 수 있으며, 이러한 기생 회절 격자는 마이너 광선의 간섭 패턴으로부터 발생한다. 예를 들어 기생 회절 격자는 빔이 가장자리(edges)나 프레넬 반사체들(Fresnel reflections)로부터 반사될 때 발생될 수 있다.

도 5c는 일 실시예에 따른 회절 격자 구조를 도시한다. 도 5c를 참조하면, 회절 격자 구조는 확장 회절 격자와 출력-커플링 회절 격자가 "완전히 겹쳐진" 구조를 가질 수 있다. 즉, 회절 격자 재료의 두께 방향으로 전체에 걸쳐 확장 회절 격자 및 출력-커플링 회절 격자로 기록될 수 있다. 본 실시예의 회절 격자 구조는 회절 효율이 높지만 기생 회절 격자가 나타날 수 있다.

제조 과정에서 광 강도를 조정함으로써 기록되는 회절 격자의 깊이를 조정할 수 있다. 또한 진폭 필터에 의해 광이 얼마나 감쇠되는지에 따라 도 5a에 도시된 것처럼 회절 격자를 회절 격자 재료의 부분적인 깊이까지 기록할 수 있다. 즉, 확장 회절 격자와 출력-커플링 회절 격자 사이에 재료의 "기록되지 않은" 층이 있을 수 있다. 회절 격자의 회절 효율은 "기록되지 않은" 층의 두께에 따라 달라진다. 홀로그래픽 회절 격자의 서로 다른 깊이는 서로 다른 회절 효율을 제공한다. 확장(증배) 및 광 출력과 관련하여, 회절 격자는 균일한 분포, 균일한 시야를 위한 광의 확장 및 출력을 보장하기 위하여, 이들 두 회절 격자에 대한 회절 효율이 단일 회절 격자의 회절 효율보다 훨씬 낮아야 한다는 사실에 의해 특징지어 진다.

높은 회절 효율에서는, 많은 에너지가 첫 번째 회절 차수에서 소모되고, (0 차수를 통한) 추가적인 확장을 위해 남은 에너지가 거의 없다는 점에 유의해야 한다. 광 에너지의 작은 부분만이 출력-커플링 또는 확장 영역의 가장자리에 도달할 것이며, 가장자리에 도달한 광의 에너지는 최초 회절에서의 광의 에너지보다 약한 크기 정도가 될 것이며, 따라서 확장 회절 격자와 출력-커플링 회절 격자를 구비한 회절 격자 구조는, 높은 회절 효율에서, 밝기가 고르지 않은 이미지를 생성하게 되거나 출력된 광의 강도는 눈의 감도 임계값보다 낮게 될 것이다. 따라서 확장 회절 격자와 출력-커플링 회절 격자의 회절 효율은 수 퍼센트 크기 정도이어야 한다.

일 실시예에서, 제1 및 제2 진폭 필터(3b, 4b)는 서로 다른 투과율을 가질 수 있다. 일 예로, 제1 진폭 필터(3b)의 투과율이 더 낮고 제2 진폭 필터(4b)의 투과율이 더 높을 수 있으며, 이에 따라 제1 물체 빔(B1)은 더 약해져 확장 회절 격자가 더 작은 두께로 기록되고, 제2 물체 빔(B2)은 더 세져 출력-커플링 회절 격자는 더 큰 두께로 기록될 것이다. 물론 제1 진폭 필터(3b)의 투과율이 더 높고 제2 진폭 필터(4b)의 투과율이 더 낮을 수도 있을 것이며, 이러한 경우 확장 회절 격자의 두께와 출력-커플링 회절 격자의 두께는 앞서의 예와 반대가 될 것이다. 이와 같이 확장 회절 격자와 출력-커플링 회절 격자는 서로 다른 두께를 가짐에 따라 서로 다른 회절 효율을 갖게 된다.

일 실시예에서, 셔터들 중 하나는 더 긴 시간 동안 개방될 수 있고, 다른 하나는 더 짧은 시간 동안 개방될 수 있다. 노광 시간이 더 길어지면, 즉, 제조 중에 셔터가 더 오래 개방될수록, 회절 격자가 더 깊은 두께로 기록되고 이에 따라 회절 격자의 회절 효율이 더 커지게 기록된다.

도 6은 일 실시예에 따른 사이클로그램과 이에 의해 얻어지는 회절 격자 재료의 회절 격자 구조(5)를 도시한다.

도 6의 좌측의 사이클로그램에서 시간은 가로축을 따라 표시되고, 셔터의 개폐 상태에 대응한 영(zero) 또는 하나의 신호가 세로축을 따라 표시되어 있다. 또한, 사이클로그램의 상단 그래프는 제1 셔터(도 3의 3d)의 동작 타이밍을 나타내며, 하단 그래프는 제2 셔터(도 3의 4d)의 동작 타이밍을 나타낸다.

일 실시예에서 도 6의 사이클로그램에 도시되듯이 제1 및 제2 셔터(3d, 4d)는 서로 교번하며 활성화되되, 제2 셔터(4d)의 개방 시간이 제1 셔터(3d)의 개방 시간보다 더 길 수 있다. 이에 따라 제2 물체 빔(B2)의 노광 시간이 더 길어지고 회절 격자 재료에 노광되는 제2 물체 빔(B2)의 광량(light dose)이 더 커지며, 따라서 제2 물체 빔(B2)과 관련된 출력-커플링 회절 격자의 두께가 제1 물체 빔(B1)과 관련된 확장 회절 격자의 두께보다 더 커진다. 이는 회절 격자 재료의 하부쪽의 출력-커플링 회절 격자가 상부쪽의 확장 회절 격자보다 더 높은 효율을 가짐을 의미한다.

일 실시예에서 제1 셔터(3d)의 개방 시간이 제2 셔터(4d)의 개방 시간보다 더 길고, 이에 따라 확장 회절 격자가 출력-커플링 회절 격자보다 더 높은 효율을 가질 수도 있다.

도 7a는 일 실시예에 따라 단일 회절 격자 재료에 기록된 회절 격자의 이중 구조의 평면도를 도시하며, 도 7b는 도 7a의 회절 격자의 이중 구조의 측면도를 도시한다.

도 7a 및 7b를 참조하면, 회절 격자 재료는 입력 회절 소자(8)을 포함하는 웨이브가이드(6)에 도포되어 단일 레이어를 형성한다. 입력 회절 소자(8)는 입력-커플링 회절 격자일 수 있다. 회절 격자 재료에는 이중의 회절 격자 구조(5)가 기록된다. 이중의 회절 격자 구조(5) 중 제1 구조(51)는 제1 확장 회절 격자 및 이에 대응하는 제1 출력-커플링 회절 격자를 포함하며, 회절 격자의 이중 구조 중 다른 하나인 제2 구조(52)는 제2 확장 회절 격자 및 이에 대응하는 제2 출력-커플링 회절 격자를 포함한다. 제1 및 제2 확장 회절 격자는 투과성이고 제1 및 제2 출력-커플링 회절 격자는 반사성일 수 있다. 제1 및 제2 구조(51, 52)는 서로에 대해 소정 각도로 회전된 상태로 형성되어 있을 수 있다. 회절 격자의 이중 구조는 웨이브가이드(6)를 통해 가이드되고 눈을 향해 확장될 수 있는 최대 시야각을 제공한다. 이 경우, 영(zero) 레벨은 입력 회절 소자(8)의 벡터 또는 시야의 중심이 입력 회절 소자(8) 이후에 전파되는 웨이브가이드(6)의 평면에 있는 선으로 간주된다.

상기와 같은 회절 격자의 이중 구조를 가진 회절 격자 재료에서 영 레벨을 기준으로, 회절 격자의 이중 구조 중 제1 구조(51)는 각도 +α만큼 회전하여 있고 회절 격자의 이중 구조 중 제2 구조(52)는 각도 -α만큼 회전하여 있다. 즉, 회절 격자 재료의 두께 방향으로 이중의 회절 격자 구조(5)가 위치하며 이중의 회절 격자 구조(5)는 소정 각도로 서로에 대해 배치된다.

도 7a에 도시된 바와 같이, 광은 각도 +α 만큼 회전된 제1 확장 회절 격자에 도달하여 "0" 회절 차수 및 "+1" 회절 차수가 형성된다. "+1" 회절 차수는 제2 출력-커플링 회절 격자의 선택성에 대응될 수 있다. 즉, "+1" 회절 차수는 제2 확장 회절 격자를 우회하여 바로 제2 출력-커플링 격자에 도달할 수 있다.

일 실시예에서 웨이브가이드(6)에 투사하는 프로젝터 시스템에서의 시야각은 수직으로 두 부분, 즉 상부의 제1 부분과 하부의 제2 부분으로 나뉠 수 있다. 시야각의 제1 및 제2 부분으로부터의 광선은 입력 회절 소자(8)를 통해 웨이브가이드(6)에 입사된다.

시야각의 제1 부분으로부터의 광선의 확장은 제1 구조의 제1 확장 회절 격자에 의해 달성되고 출력은 제1 구조의 제1 출력-커플링 회절 격자에 의해 달성된다. 즉, 시야각의 제1 부분에 대응되는 입력 회절 소자(8)를 통과한 광은, 이들이 제1 구조의 제1 확장 회절 격자의 각도 선택성의 범위 내에 있으나 제2 구조의 제2 확장 회절 격자의 각도 선택성 범위 바깥에 있기 때문에, 제1 구조의 제1 확장 회절 격자에서만 회절될 수 있다. 제1 확장 회절 격자에서의 회절 중에 "0" 회절 차수 및 "+1" 회절 차수가 형성되고, "0" 회절 차수의 빔은 방향을 변경하지 않고 웨이브가이드(6)를 따라 더 전파되며, 재차 제1 구조의 제1 확장 회절 격자에서 회절할 수 있다. "+1" 회절 차수는 "0" 회절 차수의 전파(propagation) 각도와 다른 전파 각도를 가지며, "+1" 회절 차수의 전파 각도는 제2 구조의 제2 출력-커플링 회절 격자의 각도 선택성의 범위 내에 있다. 따라서, "+1" 회절 차수는 제2 출력-커플링 회절 격자에서만 회절되어 "0" 회절 차수 및 "+1" 회절 차수를 형성하며, 그 중 "0" 회절 차수의 빔은 방향을 바꾸지 않고 웨이브가이드(6) 내부에서 진행을 계속하며, "+1" 회절 차수의 빔은 웨이브가이드(6)를 빠져 나와 사용자의 눈으로 들어간다.

전술한 시야각의 제2 부분으로부터의 광선의 확장은 제2 구조의 제2 확장 회절 격자에 있고 출력은 제1 구조의 제1 출력-커플링 회절 격자에 있다. 즉, 시야각의 제2 부분에 대응되는 입력 회절 소자(8)를 통과한 광은, 이들이 제2 구조의 제2 확장 회절 격자의 각도 선택성의 범위 내에 있으나 제1 구조의 제1 확장 회절 격자의 각도 선택성 범위 바깥에 있기 때문에, 제2 구조의 제2 확장 회절 격자에서만 회절될 수 있다. 회절 과정에서 "0" 회절 차수 및 "+1" 회절 차수가 형성되고, "0" 회절 차수의 빔은 방향을 변경하지 않고 웨이브가이드(6)를 따라 더 전파되며, 재차 제2 구조의 제2 확장 회절 격자에서 회절할 수 있다. "+1" 회절 차수는 "0" 회절 차수의 전파 각도와 다른 전파 각도를 가지며, 이 각도는 제1 구조의 제1 출력-커플링 회절 격자의 선택성에 해당한다. 따라서, "+1" 회절 차수는 제1 출력-커플링 회절 격자에서만 회절되어 "0" 회절 차수 및 "+1" 회절 차수를 형성하며, 그 중 "0" 회절 차수의 빔은 방향을 바꾸지 않고 웨이브가이드(6) 내부에서 진행을 계속하며, "+1" 회절 차수의 빔은 웨이브가이드(6)를 빠져 나와 사용자의 눈으로 들어간다.

상술한 회절 격자의 이중 구조는 +α 및 -α 만큼 각 구조의 회전으로 인해 시야각을 최소 2배 증가시킬 수 있게 한다.

도 8은 일 실시예에 따른 홀로그래픽 회절 격자 구조(5)를 기록하는 장치에서 회전 테이블이 배치된 프리즘 시스템을 도시한다. 도 8을 참조하여, 하나의 회절 격자 재료에 두 개의 회절 격자 구조(5)를 기록하는 장치와 방법을 설명하기로 한다.

본 실시예의 장치는 회전 테이블(9)이 추가적으로 마련된다는 점을 제외하고는 도 1이나 도 3을 참조하여 설명한 장치(10, 11)와 실질적으로 동일하다. 회절 격자 재료는 회전 테이블(9)에 놓이며 제1 삼각 프리즘(3c)과 제2 삼각 프리즘(4c) 사이의 공간에 위치한다. 도 8에 도시되듯이, 회절 격자 재료는 웨이브가이드(6)에 도포되고, 웨이브가이드(6)는 회전 테이블(9)에 놓여질 수 있다. 회절 격자 재료의 상하면으로 광이 조사될 수 있도록 회전 테이블(9)은 회절 격자 재료 또는 웨이브가이드(6)의 면적에 상응한 부위에 구멍이 뚫려 있거나 투명부재가 위치하도록 구성될 수 있다.

회전 테이블(9)이 각도 + α만큼 회전하며, 제1 소정 시간 구간에서 회절 격자 재료의 상부 및 하부에 제1 확장 회절 격자 및 제1 출력-커플링 회절 격자를 포함하는 회절 격자의 제1 구조를 기록하는 동작이 수행된다. 그 다음 광원이 오프되거나 제1 및 제2 물체 빔이 제1 및 제2 셔터에 의해 차단된 상태에서 회전 테이블(9)이 -α의 각도로 회전한다. 이후 제2 소정 시간 구간에서 제2 확장 회절 격자와 제2 출력-커플링 회절 격자를 포함하는 제2 구조가 회절 격자 재료에 기록된다. 광 감응 반응이 상기 회절 격자 재료의 표면으로부터 소정 깊이까지의 구간에서 일어나고 이에 따라 회절 격자 재료의 상기 구간에서의 광 감응성이 마모되었기 때문에, 이들 구간에서는 더 이상 기록될 수 없다. 따라서 모든 후속 격자는 회절 격자 재료의 더 깊은 깊이에서 기록된다.

도 9a는 일 실시예에 따른 회절 격자의 이중 구조를 도시한다. 도 9a에서 실선은 +α 회전시 기록된 구조를, 점선은 -α 회전시 기록된 구조를 나타낸다.

도 9a를 참조하면, 회절 격자의 이중 구조는 서로 간에 갭을 가지고 있다. 본 실시예의 회절 격자의 이중 구조에서는 회절 효율이 낮지만 기생 회절 격자가 없다.

도 9b는 일 실시예에 따른 회절 격자의 이중 구조를 도시한다. 도 9b를 참조하면, 회절 격자의 이중 구조가 부분적으로 중첩되어 있다. 본 실시예의 회절 격자의 이중 구조에서는 회절 효율이 높지만 기생 회절 격자가 발생할 수 있다.

도 9c는 일 실시예에 따른 회절 격자의 이중 구조를 도시한다. 도 8c를 참조하면, 회절 격자의 이중 구조를 이루는 제1 및 제2 구조는 회절 격자 재료의 전체 두께에 걸쳐 기록된다. 본 실시예의 회절 격자의 이중 구조에서는 높은 회절 효율이 관찰되지만 기생 회절 격자가 발생할 수 있다. 만일 도 3을 참조하여 설명한 셔터를 사용하여 기록한 경우 기생 회절 격자가 없을 수 있다.

도 10a는 일 실시예에 따른 회절 격자 구조(5)가 적층된 단일 웨이브가이드의 평면도를 도시하며, 도 10b는 도 10a에서 A1-A1을 따라 본 측단면도를 도시하며, 도 10c는 도 10a에서 A2-A2를 따라 본 측단면도를 도시한다.

도 10a 내지 도 10c를 참조하면, 회절 격자 구조(5)는 제1 및 제2 회절 격자 구조(51, 52)를 포함하며, 회절 격자 재료는 제1 및 제2 층을 포함한다. 회절 격자 재료의 제1 및 제2 층은 단일 웨이브가이드(6) 상에 도포되어 형성될 수 있다. 제1 및 제2 회절 격자 구조(51, 52)는 각각 회절 격자 재료의 제1 및 제2 층에 기록된다. 제1 및 제2 회절 격자 구조(51, 52) 각각은 확장 회절 격자와 출력-커플링 회절 격자를 포함한다. 제1 층은 각도 -α로 회전하고, 제2 층은 각도 + α로 회전하며, 이는 동일한 구조를 회전시키고 조립함으로써 얻어질 수 있다. 모든 회절 격자의 주기는 동일할 수 있다. K1out 격자 벡터(제1 출력-커플링 회절 격자의 벡터), K1exp 격자 벡터(제1 확장 회절 격자의 벡터), K2out 격자 벡터(제2 출력-커플링 회절 격자의 벡터) 및 K2exp 격자 벡터(제2 출력-커플링 회절 격자의 벡터)는 웨이브가이드 평면의 격자 선에 수직이다. K1out 격자 벡터와 K2out 격자 벡터는 회절 격자 재료의 제1 및 제2 층에 수직한 성분을 가지고 있다. K1exp 격자 벡터와 K2exp 격자 벡터는 제1 및 제2 층의 표면에 나란하며, 제1 및 제2 층에 수직한 성분을 가지고 있지 않다. 본 실시예는 회절 격자 구조(5)가 2개층을 갖는 경우를 설명하고 있으나, 이에 제한되지 않고 3개층 이상의 복수층을 가질 수도 있다.

도 11a는 일 실시예에 따라 회절 격자 구조(5)가 상부 및 하부 표면에 마련된 단일 웨이브가이드(6)의 평면도를 도시하며, 도 11b는 도 11a의 회절 격자 구조(5)가 상부 및 하부 표면에 마련된 단일 웨이브가이드(6)의 측면도를 도시한다.

도 11a 및 도 11b를 참조하면, 회절 격자 구조(5)는 제1 및 제2 회절 격자 구조(51, 52)를 포함하며, 회절 격자 재료는 제1 및 제2 층을 포함한다. 회절 격자 재료의 제1 및 제2 층은 단일 웨이브가이드(6) 상면 및 하면에 마련될 수 있다. 제1 및 제2 회절 격자 구조(51, 52)는 각각 회절 격자 재료의 제1 및 제2 층에 기록된다. 제1 및 제2 회절 격자 구조(51, 52) 각각은 확장 회절 격자와 출력-커플링 회절 격자를 포함한다. 회절 격자 재료의 제1 및 제2 층의 위치를 제외한 나머지는 도 10a 내지 도 10c를 참조하여 설명한 실시예와 실질적으로 동일할 수 있다. 본 실시예는 회절 격자 구조(5)가 각각 회절 격자 재료의 상하면에 1개층을 갖는 경우를 설명하고 있으나, 이에 제한되지 않고 회절 격자 재료의 상하면에 2개층 이상의 복수층을 가질 수도 있다.

도 12는 일 실시예에 따른 증강현실을 디스플레이하는 증강현실 디바이스를 도시한다.

도 12를 참조하면, 증강현실 디바이스는 프로젝션 시스템(7), 입력 회절 소자(8), 웨이브가이드(6), 및 회절 격자 구조(5)를 포함한다. 회절 격자 구조(5)는 회절 격자 재료에 기록되어 형성되며 확장 회절 격자와 출력-커플링 회절 격자를 포함할 수 있다. 이러한 회절 격자 구조(5)는 전술한 실시예들의 회절 격자 구조(5) 중 어느 하나일 수 있다.

증강현실 디바이스는 다음과 같이 동작한다.

프로젝션 시스템(7)에 의해 형성된 광빔들은 웨이브가이드(6)에 위치한 입력 회절 소자(8)에 도달한다. 입력 회절 소자(8)에서 회절되어 형성된 "+1" 회절 차수의 광선은 내부 전반사(TIR)에 의해 웨이브가이드(6)을 따라 회절 격자 구조(5)를 향해 전파된다. 회절 격자 구조(5)에 도달하면 광선은 회절 격자 구조(5)의 확장 회절 격자에서 회절되기 시작하고 회절 격자 구조의 출력-커플링 회절 격자에서의 회절로 인해 관찰자의 눈으로 출력된다.

도 13은 일 실시예에 따른 증강현실 안경을 도시한다.

도 13을 참조하면, 증강현실 안경은 렌즈 대신에 도 12를 참조하여 설명한 증강현실 디바이스를 우안용 및 좌안용 소자로 사용할 수 있다. 즉, 증강현실 안경은 좌안 및 우안 각각에 대해 웨이브가이드(6) 및 프로젝션 시스템(7)을 포함할 수 있다. 각각의 웨이브가이드(6)는 회절 격자 구조(5)를 가지며 프레임에 고정된다. 각각의 프로젝션 시스템(7)은 마이크로 프로젝터에 기반하며 사람 머리의 관자놀이 부근에 위치하고 안경의 프레임에 고정된다. 각 웨이브가이드(6)는 프로젝션 시스템(7)으로부터 웨이브가이드(6)으로 광을 입력하기 위한 입력 회절 소자(8)를 포함한다. 각 웨이브가이드(6)는 회절 격자 구조(5)를 갖는 영역이 대응하는 눈에 대향되게 위치하도록 배치된다. 회절 격자 구조(5)는 전술한 실시예들에서 설명된 임의의 회절 격자 구조일 수 있다. 프로젝션 시스템(7)은 입력 회절 소자(8)에 대향되게 위치한다.

프로젝션 시스템(7)을 위한 정보 처리 및 이미지 형성은 증강현실 디바이스 자체의 컴퓨터(예: 안경 다리에 내장됨)에서 직접 이루어지거나, 증강현실 디바이스가 스마트 폰, 태블릿, 컴퓨터, 노트북, 기타 모든 지능형(스마트) 디바이스 등과 같은 외부 전자 디바이스에 연결될 수 있다. 상기 증강현실 디바이스와 외부 전자 디바이스 간의 신호 전송은 유선 통신 및/또는 무선 통신을 통해 수행될 수 있다. 증강현실 디바이스는 내장된 전원(충전식 배터리)과 외부 디바이스 및 외부 전원 중 적어도 어느 하나에서 전원을 공급받을 수 있다.

도 14a는 종래예에 따른 확대된 시야를 도시하며, 도 14b는 일 실시예에 따른 홀로그래픽 회절 격자 구조를 사용하여 확대된 시야를 도시한다.

도 14a 및 도 14b를 참조하면, 종래 기술과 비교하여 본 개시의 회절 격자 구조를 갖는 웨이브가이드를 채용함에 따라 시야가 얼마나 증가하는지 알 수 있다. 본 개시의 회절 격자 구조를 갖는 웨이브가이드가 증강현실 디바이스에 적용될 때, 광시야를 확보함에 따라 실제의 몰입감을 제공할 수 있다.

고해상도는 사용자가 실제 세계와 거의 같은 세계에서 디테일을 볼 수 있기 때문에 실제와 같은 존재감을 제공한다. 본 개시의 회절 격자 구조를 갖는 웨이브가이드는 고해상도 이미지와 광시야를 가질 필요가 있는 AR/VR(증강 및 가상 현실) 디바이스, HUD(헤드 업 디스플레이) 디바이스, HMD(헬멧 장착 디스플레이) 디바이스 어느 것에서도 사용될 수 있다. 또한 본 개시의 회절 격자 구조를 갖는 웨이브가이드는 투명한 데모 디스플레이(demonstration displays) 제조에 널리 사용될 수 있다.

전술한 본 발명인 홀로그래픽 회절 격자 구조를 갖는 웨이브가이드에 기초한 증강현실 디바이스 및 홀로그래픽 회절 격자 구조를 기록하는 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

1: 광원 2: 빔 스플리터
3a, 4a: 거울 3b, 4b: 진폭 필터
3c: 제1 삼각 프리즘 4c: 제2 삼각 프리즘
3d, 4d: 셔터 5: 회절 격자 구조
6: 웨이브가이드 7: 프로젝터 시스템
8: 입력 회절 소자 9: 회전 테이블

Claims (33)

1. 홀로그래픽 회절 격자 구조를 기록하는 장치에 있어서,
   광원;
   상기 광원에서 생성된 광을 제1 광빔 및 제2 광빔으로 분할하도록 구성된 빔 스플리터;
   상기 제1 광빔의 경로 상에 배치되는 제1 진폭 필터와 제1 삼각 프리즘; 및
   상기 제2 광빔의 경로 상에 배치되는 제2 진폭 필터와 제2 삼각 프리즘;을 포함하며,
   상기 제1 진폭 필터는, 상기 제1 광빔의 제1 부분이 상기 제1 진폭 필터를 거치지 않고 상기 제1 삼각 프리즘으로 향하고 상기 제1 광빔의 제1 부분과 다른 제2 부분이 상기 제1 진폭 필터를 통과하여 감쇠된 후 상기 제1 삼각 프리즘으로 향하도록 배치되고,
   상기 제1 삼각 프리즘은, 상기 제1 광빔의 제1 부분이 이등변 삼각형의 등변들 중 하나에 상응하는 상기 제1 삼각 프리즘의 제1 면에 입사한 후 상기 이등변 삼각형의 밑변에 상응하는 상기 제1 삼각 프리즘의 제1 출사면으로 출사하고, 상기 제1 광빔의 제2 부분이 상기 이등변 삼각형의 등변들 중 다른 하나에 상응하는 상기 제1 삼각 프리즘의 제2 면에 입사한 후 상기 제1 출사면으로 출사하도록 배치되고,
   상기 제2 삼각 프리즘은, 상기 제2 광빔이 상기 제2 진폭 필터를 통과하여 감쇠된 후 상기 제2 삼각 프리즘의 제1 면에 입사하고 상기 제2 삼각 프리즘의 제2 출사면으로 출사하며, 상기 제2 삼각 프리즘의 제2 출사면이 상기 제1 삼각 프리즘의 제1 출사면에 이격되면서 평행하도록 배치되며,
   홀로그래픽 회절 격자 구조를 기록하기 위한 회절 격자 재료는 상기 제1 삼각 프리즘의 제1 출사면과 상기 제2 삼각 프리즘의 제2 출사면 사이의 공간에 위치하는, 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 광빔의 제1 부분이 상기 제1 삼각 프리즘의 제1 면에 입사하는 입사각과 상기 제1 광빔의 제2 부분이 상기 제1 삼각 프리즘의 제2 면에 입사하는 입사각이 서로 같은, 장치.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 빔 스플리터와 상기 제1 진폭 필터 사이의 상기 제1 광빔의 경로 상에 배치되어 상기 제1 광빔의 빔폭을 확장하는 제1 광빔 확장기와, 상기 빔 스플리터와 상기 제2 진폭 필터 사이의 상기 제2 광빔의 경로 상에 배치되어 상기 제2 광빔의 빔폭을 확장하는 제2 광빔 확장기 중 적어도 하나를 더 포함하는, 장치.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 빔 스플리터와 상기 제1 삼각 프리즘 사이의 상기 제1 광빔의 경로 상에 배치되어 상기 제1 광빔의 경로를 변경하는 제1 광경로 변환부재와, 상기 빔 스플리터와 상기 제2 삼각 프리즘 사이의 상기 제2 광빔의 경로 상에 배치되어 상기 제2 광빔의 경로를 변경하는 제2 광경로 변환부재 중 적어도 하나를 더 포함하는, 장치.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 광원은 가간섭성 광원인, 장치.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 진폭 필터의 후방에 위치하는 제1 셔터와; 상기 제2 진폭 필터의 후방에 위치하는 제2 셔터를 더 포함하는, 장치.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 셔터는 각각 상기 제1 광빔의 제2 부분 및 제2 광빔을 비동기적으로 주기적인 개방 및 폐쇄를 수행하도록 구성된, 장치.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 셔터는 기계식 셔터 또는 편광 회전자를 포함하는, 장치.
9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 삼각 프리즘의 상기 이등변 삼각형의 밑변에 대응하는 면과 그에 평행한 상기 제2 삼각 프리즘의 면 사이의 공간에 위치하며, 홀로그래픽 회절 격자 구조를 기록하기 위한 회절 격자 재료가 위치하는 상면을 갖는 회전 테이블을 더 포함하는, 장치.
10. 제1 항에 따른 홀로그래픽 회절 격자 구조를 기록하는 장치에 의해 홀로그래픽 격자 구조를 기록하는 방법으로서,
    광원에 의해 광을 생성하는 단계;
    빔 스플리터에 의해 상기 광을 제1 광빔 및 제2 광빔으로 분할하는 단계;
    상기 제1 광빔의 제1 부분을 상기 제1 진폭 필터를 거치지 않고 제1 삼각 프리즘의 이등변 삼각형의 등변 중 하나에 상응하는 제1 면으로 향하게 하는 단계;
    상기 제1 광빔의 제1 부분과 다른 제2 부분을 제1 진폭 필터에 통과시켜 감쇠시킨 후 상기 제1 삼각 프리즘의 상기 이등변 삼각형의 등변 중 다른 하나에 상응하는 제2 면으로 향하게 하는 단계,
    상기 제1 광빔의 제1 부분과 상기 제1 광빔의 제2 부분을 상기 이등변 삼각형의 제1 및 제2 면에 입사 및 굴절시키고 상기 제1 삼각 프리즘의 상기 이등변 삼각형의 밑변에 상응하는 제1 출사면에서 출사시키는 단계;
    상기 제2 광빔을 제2 진폭 필터에 통과시켜 감쇠시킨 후 제2 삼각 프리즘의 제1 면에 입사 및 굴절시키고 상기 제2 삼각 프리즘의 제2 출사면으로 출사시키는 단계;
    홀로그래픽 회절 격자 구조를 기록하기 위한 회절 격자 재료를 상기 제1 삼각 프리즘의 제1 출사면과 상기 제2 삼각 프리즘의 제2 출사면 사이의 공간에 배치하는 단계;
    상기 제1 광빔의 제1 부분과 상기 제1 광빔의 제2 부분을 상기 제1 삼각 프리즘의 제1 출사면을 통해 상기 회절 격자 재료에 입사시켜 상기 제1 광빔의 제1 부분과 상기 제1 광빔의 제2 부분에 의한 간섭 패턴을 형성함으로써 상기 회절 격자 재료 내에 제1 회절 격자를 기록하는 단계; 및
    상기 제2 광빔을 상기 제2 삼각 프리즘의 제2 출사면을 통해 상기 회절 격자 재료에 입사시켜 상기 제1 광빔의 제1 부분과 상기 제2 광빔에 의한 간섭 패턴을 형성함으로써 상기 회절 격자 재료 내에 제2 회절 격자를 기록하는 단계;를 포함하는, 방법.
11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 광빔의 제1 부분이 상기 제1 삼각 프리즘의 제1 면에 입사하는 입사각과 상기 제1 광빔의 제2 부분이 상기 제1 삼각 프리즘의 제2 면에 입사하는 입사각을 서로 같게 하여, 상기 제1 광빔의 제1 부분과 상기 제1 광빔의 제2 부분에 의한 간섭 패턴의 최대 및 최소 강도들이 상기 회절 격자 재료의 제1 면에서 깊이 방향으로 수직하게 배열하는, 방법.
12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 광빔의 제1 부분과 상기 제2 광빔에 의한 간섭 패턴의 최대 및 최소 강도들이 상기 회절 격자 재료의 상기 제1 면에 대향되는 제2 면에 경사지게 배열하는, 방법.
13. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 회절 격자는 확장 회절 격자인, 방법.
14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 회절 격자는 투과성 확장 회절 격자인, 방법.
15. 제10 항에 있어서,
    상기 제2 회절 격자는 출력-커플링 회절 격자인, 방법.
16. 제15 항에 있어서,
    상기 제2 회절 격자는 반사성 출력-커플링 회절 격자인, 방법.
17. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 회절 격자의 표면 주기와 상기 제2 회절 격자의 표면 주기는 동일한, 방법.
18. 제10 항에 있어서,
    제1 광빔 확장기에 의해 상기 제1 광빔을 확장하는 단계; 및
    제2 광빔 확장기에 의해 상기 제2 광빔을 확장하는 단계;를 더 포함하는, 방법.
19. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 회절 격자의 기록 깊이는 상기 제1 및 제2 진폭 필터의 투과율의 선택에 의해 정의되는, 방법.
20. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 회절 격자의 기록 깊이는 노광 시간의 선택에 의해 정의되는, 방법.
21. 제10 항에 있어서,
    상기 회절 격자 재료는 웨이브가이드의 일면에 도포되는, 방법.
22. 제10 항에 있어서,
    상기 회절 격자 재료는 상기 제1 삼각 프리즘의 제1 출사면 또는 상기 제2 삼각 프리즘의 제2 출사면에 롤링되는, 방법.
23. 제10 항에 있어서,
    상기 회절 격자 재료를 회전 테이블에 배치하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제1 회절 격자를 기록하는 단계 및 상기 제2 회절 격자를 기록하는 단계는,
    상기 회절 격자 재료가 놓인 회전 테이블을 각도 +α 만큼 회전시키고, 상기 회절 격자 재료에 제1 회절 격자 구조를 기록하는 단계와,
    상기 회전 테이블을 각도 -α만큼 회전시키고, 상기 회절 격자 재료에 제2 회절 격자 구조를 기록하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 회절 격자 구조는 상기 회절 격자 재료의 상면 및 하면으로부터 각각 소정 두께로 기록되는 제1 확장 회절 격자와 제1 출력-커플링 회절 격자를 포함하며,
    상기 제2 회절 격자 구조를 상기 제1 확장 회절 격자와 상기 제1 출력-커플링 회절 격자 사이에 형성하는, 방법.
24. 제10 항에 있어서,
    상기 회절 격자 재료는 웨이브가이드의 일면에 제1 및 제2 층으로 형성하며,
    제1 및 제2 회절 격자 구조를 상기 회절 격자 재료의 제1 및 제2 층에 각각 형성하며,
    상기 제1 및 제2 회절 격자 구조 각각은 상기 제1 및 제2 회절 격자를 포함하는, 방법.
25. 제24 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 회절 격자 구조는 상기 입력 회절 소자의 벡터에 대해 대칭인 각도로 회전하는, 방법.
26. 제10 항에 있어서,
    상기 회절 격자 재료는 웨이브가이드의 서로 대향하는 상면 및 하면에 마련된 제1 및 제2 층을 포함하며,
    제1 및 제2 회절 격자 구조를 상기 회절 격자 재료의 제1 및 제2 층에 각각 형성하며,
    상기 제1 및 제2 회절 격자 구조 각각은 상기 제1 및 제2 회절 격자를 포함하는, 방법.
27. 증강현실을 디스플레이하는 증강현실 디바이스로서,
    프로젝션 시스템;
    입력 회절 소자; 및
    제10 항 내지 제26 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조된 홀로그래픽 회절 격자 구조;를 포함하는 증강현실 디바이스.
28. 제27 항에 따른 증강현실 디바이스를 동작시키는 방법으로서,
    A) 프로젝션 시스템으로부터 광을 입력 회절 소자에 도달하게 하고, 상기 입력 회절 소자를 통해 "+1" 회절 차수가 형성되며, "+1" 회절 차수의 광은 웨이브가이드 모드를 통해 홀로그래픽 회절 격자 구조의 확장 회절 격자에 도달하며,
    B) 상기 확장 회절 격자에 도달한 "+1" 회절 차수의 광은 회절하여 "0" 회절 차수와 "+1" 회절 차수를 형성하며,
    C) 상기 "0" 회절 차수의 광은 내부 전반사를 통해 상기 홀로그래픽 회절 격자 구조를 가진 회절 격자 재료에 남아 있으며 상기 확장 회절 격자에서 상기 홀로그래픽 회절 격자 구조의 출력-커플링 회절 격자로 진행할 때 회절되어 다시 "0" 회절 차수 및 "+1" 회절 차수를 형성하며;
    D) 각 "+1" 회절 차수는 "0" 회절 차수 및 "+1" 회절 차수를 다시 형성함으로써 상기 확장 회절 격자를 떠나 상기 출력-커플링 회절 격자로 들어가며;
    E) "+1" 회절 차수는 상기 홀로그래픽 회절 격자 구조를 떠나 관찰자의 눈으로 향하며;
    F) 각 "0" 회절 차수가 상기 회절 격자 재료에서 다시 전파되고 단계(C)-(D)가 반복되어, 증강현실 디바이스의 출사 동공을 확장시키는, 방법.
29. 증강현실을 디스플레이하는 증강현실 디바이스로서,
    프로젝션 시스템; 및
    입력 회절 소자와, 제10 항 내지 제26 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조되는 홀로그래픽 회절 격자 구조를 수용하는 웨이브가이드:를 포함하는 증강현실 디바이스.
30. 제29 항에 있어서,
    상기 홀로그래픽 회절 격자 구조는 상기 웨이브가이드에 도포되는, 증강현실 디바이스.
31. 좌안 소자 및 우안 소자를 포함하고,
    상기 좌안 소자 및 상기 우안 소자 각각은 제29 항에 따른 증강현실 디바이스를 포함하며,
    홀로그래픽 회절 격자 구조를 갖는 웨이브가이드는 상기 홀로그래픽 회절 격자 구조가 사용자의 눈에 대향되게 위치하는 방식으로 상기 좌안 소자 및 상기 우안 소자에 위치하는, 증강현실 안경.
32. 증강현실을 디스플레이하는 증강현실 디바이스로서,
    프로젝션 시스템;
    입력 회절 소자; 및
    확장 회절 격자와 출력-커플링 회절 격자를 갖는 홀로그래픽 회절 격자 구조를 수용하는 웨이브가이드;를 포함하며,
    상기 확장 회절 격자는 상기 웨이브가이드에 도포된 회절 격자 재료의 제1 면에서 깊이 방향으로 형성된 제1 간섭 패턴의 형상을 가지며,
    상기 출력-커플링 회절 격자는 상기 회절 격자 재료의 제1 면에 대향되는 제2 면에서 깊이 방향으로 형성된 제2 간섭 패턴의 형상을 가지며,
    상기 제1 간섭 패턴의 형상은 상기 제1 간섭 패턴의 최대 및 최소 강도들이 상기 회절 격자 재료의 제1 면에서 깊이 방향으로 수직하게 배열되며,
    상기 제2 간섭 패턴의 형상은 상기 제2 간섭 패턴의 최대 및 최소 강도들이 상기 회절 격자 재료의 상기 제1 면에 대향되는 제2 면에서 깊이 방향으로 경사지게 배열하는, 증강현실 디바이스.
33. 제32 항에 있어서,
    상기 확장 회절 격자는 투과성 확장 회절 격자이며, 상기 출력-커플링 회절 격자는 반사성 출력-커플링 회절 격자인, 증강현실 디바이스.

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