KR20220043305A - Wavelength compensation method and system of hologrpahic optical element - Google Patents

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KR20220043305A KR1020200126545A KR20200126545A KR20220043305A KR 20220043305 A KR20220043305 A KR 20220043305A KR 1020200126545 A KR1020200126545 A KR 1020200126545A KR 20200126545 A KR20200126545 A KR 20200126545A KR 20220043305 A KR20220043305 A KR 20220043305A
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Abstract

Provided are an optical structure, capable of preventing distortion of reproduced light by pre-compensating for the difference from the reproduced light during optical recording, and a manufacturing method thereof. According to an embodiment of the present invention, a wavelength compensation method of a holographic optical element, comprises the steps of: dividing, by a manufacturing device, a region of interest within a holographic optical element into a plurality of local regions; deriving, by the manufacturing device, local reference beams and local signal beams for individual local regions; deriving, by the manufacturing device, a compensation reference wavefront and a compensation signal wavefront required for final recording by aggregating the derived local reference beams and local signal beams; performing, by the manufacturing device, wavefront approximation of the compensation reference wavefront and the compensation signal wavefront; and performing, by the manufacturing device, optical recording of the holographic optical element on the basis of an approximation result. Accordingly, a desired grid can be recorded by adjusting a light incident condition of an owned laser to relieve a requiring condition for matching recorded light and reproduced light, such that a manufactured holographic optical element-based head-mounted display (HMD) and head-up display (HUD) are low costs and can be used for a small projection module to allow advanced development through an introduction of a miniaturized light source and a low-cost light source.

Description

홀로그래픽 광학소자의 파장 보상 방법 및 장치{Wavelength compensation method and system of hologrpahic optical element}Wavelength compensation method and system of holographic optical element

본 발명은 영상 제공을 위한 홀로그래픽 광학소자 관련 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광기록 시 재생광과의 차이를 사전 보상하여 재생광의 왜곡을 방지할 수 있는 광학 구조와 그의 제작 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a technology related to a holographic optical device for providing an image, and more particularly, to an optical structure capable of preventing distortion of reproduced light by pre-compensating for a difference from reproduced light during optical recording, and a method for manufacturing the same .

홀로그래픽 광학소자는 광기록을 통하여 기록될 때 사용한 레이저의 파장 및 방사각 등의 광특성과 동일한 입광 조건에서만 올바르게 동작하여 왜곡 없는 재생광을 출력하기 때문에, 기존에는 재생 조건과 동일한 특성의 레이저를 수배하여 홀로그래픽 광학소자의 광기록에 사용해왔다. Since the holographic optical element operates correctly only under the same light incident conditions as the optical characteristics such as the wavelength and radiation angle of the laser used when recording through optical recording, and outputs reproducing light without distortion, in the past, a laser having the same characteristics as the reproduction condition was used. It has been used for optical recording of holographic optical devices.

하지만 HMD(Head-mounted Display)와 같이 소형/저전력 특성을 만족해야 하는 응용처에서 사용하는 광원은 칩 형태로 공급 가능한 레이저 다이오드 또는 LED를 선호하며, 이러한 재생광의 특성과 동일한 형태의 고출력 레이저를 구현하기는 매우 어렵기 때문에 임의의 파장 및 파면을 가지는 재생광에 대하여 사전 보상을 통한 HOE(Hologrpahic optical element) 기록 기술이 필요하다. However, laser diodes or LEDs that can be supplied in chip form are preferred for light sources used in applications that need to satisfy small/low power characteristics such as head-mounted displays (HMDs). is very difficult, so a HOE (Hologrpahic optical element) recording technique through pre-compensation for reproduction light having an arbitrary wavelength and wavefront is required.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, HOE(Hologrpahic optical element)를 이용한 투시형(See-through) 디스플레이 개발에 있어, 기록광과 재생광 간의 차이(파장, 입광 방향 등) 및 매질 수축 현상을 고려하여, 재생 단계에서 사용자가 의도한 광파를 왜곡 및 효율 저하 없이 재현할 수 있는 광학적 보상 기록 방법 및 장치를 제공함에 있다.The present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to develop a see-through display using a hologram optical element (HOE). , light incident direction, etc.) and medium shrinkage, to provide an optical compensation recording method and apparatus capable of reproducing a light wave intended by a user in the reproduction step without distortion and reduction in efficiency.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 홀로그래픽 광학소자의 파장 보상 방법은, 제작 장치가, 홀로그래픽 광학소자 내 관심영역을 복수 개의 국소 영역으로 분할하는 단계; 제작 장치가, 개별 국소 영역에 대하여 국소 기준빔 및 국소 신호빔을 도출하는 단계; 제작 장치가, 도출된 국소 기준빔 및 국소 신호빔을 종합하여 최종 기록에 필요한 보상 기준 파면 및 보상 신호 파면을 도출하는 단계; 제작 장치가, 보상 기준 파면 및 보상 신호 파면의 파면 근사화를 수행하는 단계; 및 제작 장치가, 근사화 결과를 기반으로, 홀로그래픽 광학소자의 광기록을 수행하는 단계;를 포함한다.According to an embodiment of the present invention for achieving the above object, there is provided a method for compensating a wavelength of a holographic optical device, comprising: dividing, by a manufacturing apparatus, a region of interest in the holographic optical device into a plurality of local regions; deriving, by the fabrication apparatus, a local reference beam and a local signal beam for each local area; deriving, by the manufacturing apparatus, a compensation reference wavefront and a compensation signal wavefront necessary for final recording by synthesizing the derived local reference beam and local signal beam; performing, by the manufacturing device, wavefront approximation of the compensation reference wavefront and the compensation signal wavefront; and performing, by the manufacturing apparatus, optical recording of the holographic optical device based on the approximation result.

그리고 국소 기준빔 및 국소 신호빔을 도출하는 단계는, 개별 국소 영역에서 재생광 간 간섭을 통해 생성되어야 하는 격자 모델링을 수행하는 단계; 모델링된 격자를 매질 수축 및 파장 편차 보상에 따라 기록에 필요한 보상 격자로 변환하는 단계; 및 변환된 보상 격자를 생성할 수 있는 국소 기준빔 및 국소 신호빔을 도출하는 단계;를 포함할 수 있다. And deriving the local reference beam and the local signal beam may include: performing grating modeling to be generated through interference between reproduced lights in individual local areas; converting the modeled grating into a compensating grating required for recording according to medium shrinkage and wavelength deviation compensation; and deriving a local reference beam and a local signal beam capable of generating the converted compensation grating.

또한, 격자 모델링을 수행하는 단계는, 홀로그래픽 광학소자에 입광하는 파장의 투사빔을 편향시키는 경우, 필요한 격자 벡터가 홀로그래픽 기록매질 내에서 기설정된 격자 기울임 각도를 만족하는 벡터인 수 있다. Also, in the step of performing grating modeling, when a projection beam having a wavelength incident on the holographic optical device is deflected, a required grating vector may be a vector satisfying a predetermined grating tilt angle in the holographic recording medium.

그리고 국소 기준빔 및 국소 신호빔의 입광 각도는, λ d 가 홀로그래픽 광학소자에 θ 1,d 로 입광하는 파장이고, θ 2,d 가 파장 λ d 의 투사빔이며, θ 1,r 가 국소 기준빔의 입광 각도이고, θ 2,r 가 국소 신호빔의 입광 각도이면, 하기 수식 1에 따라 정리될 수 있다. Incident angles of the local reference beam and the local signal beam are: λ d is the wavelength incident to the holographic optical element at θ 1,d , θ 2,d is the projection beam of the wavelength λ d , θ 1,r is the local If θ 2,r is the incident angle of the reference beam, and θ 2,r is the incident angle of the local signal beam, it can be arranged according to Equation 1 below.

(수식 1)

Figure pat00001
(Formula 1)
Figure pat00001

또한, 국소 기준빔 및 국소 신호빔의 입광 각도는, θ 1,r 가 국소 기준빔의 입광 각도이고,θ 2,r 가 국소 신호빔의 입광 각도이고, λ d 가 홀로그래픽 광학소자에 θ 1,d 로 입광하는 파장이고, θ 2,d 가 파장 λ d 의 투사빔이며,

Figure pat00002
인 경우, 하기 수식 2에 따라 정리될 수 있다. Incidentally, as for the incident angles of the local reference beam and the local signal beam, θ 1,r is the incident angle of the local reference beam, θ 2,r is the incident angle of the local signal beam, λ d is θ 1 to the holographic optical element , d is the incident wavelength, θ 2,d is the projected beam of wavelength λ d ,
Figure pat00002
In the case of , it can be arranged according to Equation 2 below.

(수식 2)

Figure pat00003
(Equation 2)
Figure pat00003

더불어, 광기록을 수행하는 단계는, 개별 국소 영역에 대하여 도출된 국소 기준빔 및 국소 신호빔이 개별 국소 영역에 입광되도록 하여 광기록을 수행하되, 홀로그래픽 광학소자의 전체 영역에 대하여, 광기록을 반복적으로 수행함으로써, 최종적으로 요구되는 보상 기준 파면 및 보상 신호 파면이 구현되도록 할 수 있다. In addition, in the performing optical recording, the optical recording is performed by allowing the local reference beam and the local signal beam derived for each local area to be incident on the individual local areas, but with respect to the entire area of the holographic optical element, optical recording By repeatedly performing , it is possible to implement the finally required compensation reference wavefront and compensation signal wavefront.

그리고 광기록을 수행하는 단계는, 단일 광학 소자를 통하여 보상 기록 파면의 구현이 어려운 경우, 공간광변조기(Spatial light modulator, SLM)를 이용하여, 레이저 빔을 복소 변조함으로써, 타겟이 되는 보상 기록 파면을 구현하고, 공간광변조기에 의해 복소 변조된 파면은, 홀로그래픽 기록매질의 표면에서 각 국소 영역의 보상 기준빔 및 보상 신호빔을 만족하도록 할 수 있다. In the step of performing optical recording, when it is difficult to implement a compensation recording wavefront through a single optical element, a spatial light modulator (SLM) is used to complex-modulate a laser beam, thereby becoming a target compensation recording wavefront. , and the wavefront complex-modulated by the spatial light modulator can satisfy the compensation reference beam and compensation signal beam of each local area on the surface of the holographic recording medium.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 홀로그래픽 광학소자의 제작 장치는, 홀로그래픽 광학소자 내 관심영역을 복수 개의 국소 영역으로 분할하는 분할부; 개별 국소 영역에 대하여 국소 기준빔을 도출하는 국소 기준빔 패스; 개별 국소 영역에 대하여 국소 신호빔을 도출하는 국소 신호빔 패스; 국소 기준빔 패스와 국소 신호빔 패스 각각의 방향을 조절하는 복수의 방향조정부; 및 국소 기준빔 패스와 국소 신호빔 패스 각각에 대하여 레이저의 평행광을 보상 설계한 광파로 변환하는 복수의 파면조정부를 포함한다. Meanwhile, according to another embodiment of the present invention, an apparatus for manufacturing a holographic optical device includes: a division unit for dividing a region of interest in the holographic optical device into a plurality of local regions; a local reference beam pass for deriving a local reference beam for an individual local area; a local signal beam path for deriving a local signal beam for an individual local area; a plurality of direction adjustment units for adjusting respective directions of the local reference beam path and the local signal beam path; and a plurality of wavefront adjusting units for converting the parallel light of the laser into a compensatingly designed light wave for each of the local reference beam path and the local signal beam path.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 보유한 레이저의 입광 조건을 조절함으로써 원하는 격자를 기록할 수 있어, 기록광-재생광 일치에 대한 요구 조건을 완화시킴으로써 제작되는 홀로그래픽 광학소자 기반의 HMD(Head-mounted Display), HUD(Head-up Display) 등에 있어 저렴하고 소형의 프로젝션 모듈을 활용할 수 있어, 소형화된 광원 및 저비용 광원 도입 등을 통한 고도화 개발이 가능하다. As described above, according to the embodiments of the present invention, a desired grating can be recorded by adjusting the light incident condition of the laser, so that the holographic optical element base manufactured by alleviating the requirement for recording light-reproducing light matching Inexpensive and small projection module can be used for HMD (Head-mounted Display) and HUD (Head-up Display) of

또한 본 발명의 실시예들에 따르면, 목표로 하는 임의의 파면 조건에서 브래그 조건으로 동작 가능한 고효율 HOE 광학소자 제작이 가능하다.In addition, according to embodiments of the present invention, it is possible to manufacture a high-efficiency HOE optical device capable of operating under a Bragg condition in an arbitrary target wavefront condition.

도 1은, HOE 렌즈 기반 투시형 디스플레이에서 파장 편차에 의한 재생빔 왜곡 문제의 설명에 제공된 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 광학소자의 파장 보상 방법의 설명에 제공된 흐름도,
도 3은, 국소 기준빔 및 국소 신호빔의 도출 과정에서의 재생광 조건 및 기록광 조건의 설명에 제공된 도면,
도 4는, 국소 기준빔 및 국소 신호빔으로부터 보상 기록 파면을 도출하는 과정의 설명에 제공된 도면, 그리고
도 5는, 파장 보상된 홀로그래픽 광학소자의 제작 장치의 설명에 제공된 도면이다.
1 is a view provided for the explanation of a reproduction beam distortion problem due to wavelength deviation in an HOE lens-based see-through display;
2 is a flowchart provided for explaining a wavelength compensation method of a holographic optical device according to an embodiment of the present invention;
3 is a view provided for explanation of reproduction light conditions and recording light conditions in the process of deriving a local reference beam and a local signal beam;
4 is a diagram provided for the description of a process for deriving a compensating recording wavefront from a local reference beam and a local signal beam;
5 is a view provided for explanation of an apparatus for manufacturing a wavelength-compensated holographic optical element.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 1은, HOE 렌즈 기반 투시형 디스플레이에서 파장 편차에 의한 재생빔 왜곡 문제의 설명에 제공된 도면이다. 1 is a view provided for explanation of a reproduction beam distortion problem due to wavelength deviation in an HOE lens-based see-through display.

일반적으로 홀로그래픽 광학소자(Hologrpahic optical element, HOE)는 서로 다른 방향에서 입광하는 두 광파(기준빔 및 신호빔)의 간섭 패턴을 기록매질(예: 포토폴리머, 광굴절폴리머, 실버할라이드 등)에 기록함으로써 제작된다. In general, a holographic optical element (HOE) records the interference pattern of two light waves (reference beam and signal beam) incident from different directions onto a recording medium (eg, photopolymer, photorefractive polymer, silver halide, etc.). created by recording.

이때, 기록된 간섭 패턴은 홀로그래픽 기록매질 내에 주기적으로 반복되는 형태의 체적 격자(Volume grating)을 형성하며, 추후 재생 단계에서 입광하는 투사빔이 체적 격자의 브래그 조건(Bragg condition)을 만족할 경우 회절 현상을 통하여 재생빔을 출력한다. 만일 입광하는 빛이 기록된 체적 격자의 브래그 조건에서 벗어날 경우, 회절광의 세기 저하 및 출광 방향 왜곡 등의 문제가 발생하기 때문이다. At this time, the recorded interference pattern forms a periodically repeating volume grating in the holographic recording medium, and diffraction when the incident beam satisfies the Bragg condition of the volume grating in the subsequent reproduction step. Outputs a playback beam through development. This is because, if the incident light deviates from the Bragg condition of the recorded volume grating, problems such as a decrease in the intensity of the diffracted light and distortion of the outgoing light direction occur.

도 1은, 렌즈 기능의 HOE를 이용한 투시형 디스플레이가 대표적인 예시된 도면이다. 1 is a diagram representatively exemplified of a see-through display using an HOE of a lens function.

구체적으로, 도 1a는, 투사계에서 출발한 가상 영상이 사용자 안구 전면의 HOE 렌즈를 통하여 회절 및 집광됨으로써 사용자의 동공으로 가상 영상을 투사하는 시스템이 예시된 도면이다. Specifically, FIG. 1A is a diagram illustrating a system for projecting a virtual image to a user's pupil by diffracting and condensing a virtual image originating from the projection system through the HOE lens in front of the user's eyeball.

만일, 투사빔의 파장(λ d )이 HOE 렌즈의 기록광 파장(λ r )과 다를 경우, 도 1b에 예시된 바와 같이 해당 파장 편차에 따라 HOE 렌즈의 집광 위치가 변질되며 영상의 색상이 번지거나 경우에 따라 관측이 불가능한 경우가 발생하게 된다. If the wavelength ( λ d ) of the projection beam is different from the wavelength of recording light ( λ r ) of the HOE lens, as illustrated in FIG. 1B , the converging position of the HOE lens is changed according to the corresponding wavelength deviation, and the color of the image is blurred Or, in some cases, observation may not be possible.

이를 보상하기 위하여, HOE 렌즈의 광학적 기록에 있어, 본 실시예에 따른 홀로그래픽 광학소자의 파장 보상 방법을 제안하고자 한다. To compensate for this, in the optical recording of the HOE lens, a method for compensating the wavelength of the holographic optical device according to the present embodiment is proposed.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 광학소자의 파장 보상 방법의 설명에 제공된 흐름도이다. 2 is a flowchart provided to explain a method for compensating a wavelength of a holographic optical device according to an embodiment of the present invention.

본 실시예에 따른 홀로그래픽 광학소자의 파장 보상 방법은 HOE를 이용한 투시형(See-through) 디스플레이 개발에 있어, 기록광과 재생광 간의 차이(파장, 입광 방향 등) 및 매질 수축 현상을 고려하여, 재생 단계에서 사용자가 의도한 광파를 왜곡 및 효율 저하 없이 재현할 수 있다. The wavelength compensation method of the holographic optical device according to this embodiment considers the difference (wavelength, incident direction, etc.) between the recording light and the reproduction light and the medium shrinkage in the development of a see-through display using HOE. , it is possible to reproduce the light wave intended by the user in the reproduction stage without distortion or degradation of efficiency.

이를 위해, 본 실시예에 따른 홀로그래픽 광학소자의 파장 보상 방법은, 파장 보상된 홀로그래픽 광학소자의 제작 장치를 이용하여, 홀로그래픽 광학소자 내 관심영역을 복수 개의 국소 영역으로 분할하고(S210), 개별 국소 영역에 대하여 국소 기준빔 및 국소 신호빔을 도출할 수 있다. To this end, the wavelength compensation method of the holographic optical device according to the present embodiment divides the region of interest in the holographic optical device into a plurality of local regions using the wavelength-compensated holographic optical device manufacturing apparatus (S210). , it is possible to derive a local reference beam and a local signal beam for each local area.

구체적으로, 홀로그래픽 광학소자의 파장 보상 방법은, 국소 기준빔 및 국소 신호빔을 도출하는 과정에서, 개별 국소 영역에서 재생광 간 간섭을 통해 생성되어야 하는 격자 모델링을 수행하고(S220), 모델링된 격자를 매질 수축 및 파장 편차 보상에 따라 기록에 필요한 보상 격자로 변환하여(S230), 변환된 보상 격자를 생성할 수 있는 국소 기준빔 및 국소 신호빔을 도출할 수 있다(S240).Specifically, in the wavelength compensation method of the holographic optical device, in the process of deriving a local reference beam and a local signal beam, grating modeling that should be generated through interference between reproduced lights in individual local areas is performed (S220), and the modeled By converting the grating into a compensation grating necessary for recording according to medium shrinkage and wavelength deviation compensation (S230), a local reference beam and a local signal beam capable of generating the converted compensation grating can be derived (S240).

그리고 홀로그래픽 광학소자의 파장 보상 방법은, 파장 보상된 홀로그래픽 광학소자의 제작 장치를 이용하여, 도출된 국소 기준빔 및 국소 신호빔을 종합하여 최종 기록에 필요한 보상 기준 파면 및 보상 신호 파면을 도출하고(S250), 보상 기준 파면 및 보상 신호 파면의 파면 근사화를 수행하며(S260), 근사화된 보상 파면을 위한 홀로그래픽 광학소자의 광기록 셋업을 구현하여(S270), 근사화 결과를 기반으로, 홀로그래픽 광학소자의 광기록을 수행할 수 있다(S280). And, the wavelength compensation method of the holographic optical device derives the compensation reference wavefront and compensation signal wavefront necessary for final recording by synthesizing the derived local reference beam and the local signal beam using a wavelength-compensated holographic optical device manufacturing apparatus. and (S250), perform wavefront approximation of the compensation reference wavefront and the compensation signal wavefront (S260), implement the optical recording setup of the holographic optical element for the approximated compensation wavefront (S270), and based on the approximation result, Optical recording of the graphic optical element may be performed (S280).

즉, 홀로그래픽 광학소자의 파장 보상 방법은, 전체 홀로그래픽 광학소자의 영역을 매우 적은 국소 영역의 집합으로 분할한 뒤, 각 국소 영역에서 생성되어야 하는 격자를 모델링하고 이를 보상하기 위한 평면파 형태의 국소 기준빔과 국소 신호빔을 도출한다. That is, the wavelength compensation method of the holographic optical device divides the entire area of the holographic optical device into a set of very few local areas, and then models the grating to be generated in each local area and compensates for it in the form of a plane wave. A reference beam and a local signal beam are derived.

이는 전체 홀로그래픽 광학소자 내의 격자가 비록 복잡하고 비주기적이라 할지라도, 충분히 많은 개수의 국소 영역으로 분할할 경우 개별 국소 영역은 주기적이고 단순한 형태의 격자로 근사가 가능하기 때문이다. This is because, although the grating in the entire holographic optical device is complex and non-periodic, if it is divided into a sufficiently large number of local regions, each local region can be approximated with a periodic and simple grating.

따라서, 개별 국소 영역에서의 파장 및 수축 보상은 주기적 격자를 기반으로 하여 빠르게 수행될 수 있고, 도출된 국소 기준빔과 국소 신호빔을 전체 HOE영역을 대상으로 종합하여 실제 기록에 필요한 보상 파면(보상 기준 파면 및 보상 신호 파면)을 도출할 수 있다.Therefore, wavelength and contraction compensation in individual local areas can be quickly performed based on periodic gratings, and compensation wavefront (compensation) necessary for actual recording by synthesizing the derived local reference beam and local signal beam over the entire HOE area. reference wavefront and compensation signal wavefront) can be derived.

이를 통해, 파장, 방사각 등의 광특성이 다른 재생빔을 고려하여 기록 단계에서 기록빔 간의 각도와 파면을 변조하여 그 차이를 보상할 수 있다. Through this, it is possible to compensate for the difference by modulating the angle and the wavefront between the recording beams in the recording step in consideration of the reproduction beams having different optical characteristics such as wavelength and radiation angle.

도 3은, 국소 기준빔 및 국소 신호빔의 도출 과정에서의 재생광 조건 및 기록광 조건의 설명에 제공된 도면이다.3 is a view provided for explanation of the reproduction light condition and the recording light condition in the process of deriving the local reference beam and the local signal beam.

도 3을 참조하면, 재생 단계에서 HOE에 θ 1,d 로 입광하는 파장 λ d 의 투사빔을 θ 2,d 로 편향시키고자 한다면, 필요한 격자 벡터는 홀로그래픽 기록매질 내에서 θ g,d 의 격자 기울임 각도를 만족하여야 한다. Referring to FIG. 3 , if the projection beam of wavelength λ d incident on the HOE at θ 1,d in the reproduction step is to be deflected to θ 2,d , the required grating vector is θ g,d in the holographic recording medium. The grid tilt angle must be satisfied.

이를 바탕으로, 매질의 수축을 고려하여 기록 단계에서 필요한 격자를 도출하고(도 3의 θ g,r 로 기울어진 격자 벡터), 이 기록 필요 격자의 브래그 조건을 만족하는 파장 λ r 의 두 벡터 쌍을 구한다. Based on this, the grating required in the recording step is derived in consideration of the contraction of the medium (the grating vector tilted to θ g,r in Fig. 3), and two vector pairs of wavelength λ r that satisfy the Bragg condition of the grating required for recording to save

이때, 벡터쌍은 각각 국소 기준빔 및 국소 신호빔의 입광 방향을 의미하며, 입광 각도 θ 1,r , θ 2,r 은 재생 단계와는 파장 및 수축 정도에 따라 변동이 있게 된다. In this case, the vector pair means the incident directions of the local reference beam and the local signal beam, respectively, and the incident angles θ 1,r , θ 2,r are different from the reproduction stage depending on the wavelength and the degree of contraction.

예를 들어, λ d 가 홀로그래픽 광학소자에 θ 1,d 로 입광하는 파장이고, θ 2,d 가 파장 λ d 의 투사빔이며, θ 1,r 가 국소 기준빔의 입광 각도이고, θ 2,r 가 국소 신호빔의 입광 각도이고, 매질 수축이 매우 작다면, 국소 기준빔 및 국소 신호빔의 입광 각도는, 면, 하기 수식 1에 따라 정리될 수 있다. For example, λ d is the wavelength incident to the holographic optical element at θ 1,d , θ 2,d is the projection beam of the wavelength λ d , θ 1,r is the incident angle of the local reference beam, and θ 2 If ,r is the incident angle of the local signal beam and the medium contraction is very small, the incident angles of the local reference beam and the local signal beam can be arranged according to Equation 1 below.

(수식 1)

Figure pat00004
(Formula 1)
Figure pat00004

또한, 국소 기준빔 및 국소 신호빔의 입광 각도는, θ 1,r 가 국소 기준빔의 입광 각도이고,θ 2,r 가 국소 신호빔의 입광 각도이고, λ d 가 홀로그래픽 광학소자에 θ 1,d 로 입광하는 파장이고, θ 2,d 가 파장 λ d 의 투사빔이며,

Figure pat00005
인 경우, 하기 수식 2에 따라 정리될 수 있다. Incidentally, as for the incident angles of the local reference beam and the local signal beam, θ 1,r is the incident angle of the local reference beam, θ 2,r is the incident angle of the local signal beam, λ d is θ 1 to the holographic optical element , d is the incident wavelength, θ 2,d is the projected beam of wavelength λ d ,
Figure pat00005
In the case of , it can be arranged according to Equation 2 below.

(수식 2)

Figure pat00006
(Equation 2)
Figure pat00006

도 4는, 국소 기준빔 및 국소 신호빔으로부터 보상 기록 파면을 도출하는 과정의 설명에 제공된 도면이다. 4 is a diagram provided for explanation of a process for deriving a compensation recording wavefront from a local reference beam and a local signal beam.

국소 기준빔 및 국소 신호빔은 HOE 제작 및 광기록 과정에서 개별 국소 영역에 입광되어야 하는 조건이므로, 이를 전체 HOE 영역에 대하여 반복함으로써, 최종적으로 요구되는 보상 기준 파면 및 보상 신호 파면이 구현되도록 할 수 있다. Since the local reference beam and the local signal beam are conditions that must be incident on individual local areas during the HOE fabrication and optical recording process, by repeating this for the entire HOE area, the finally required compensation reference wavefront and compensation signal wavefront can be realized. there is.

하지만 이러한 과정을 거친 보상 기록 파면은 그 형태가 복잡하여 단일 광학 소자를 통하여 구현하기가 어려울 수 있다. However, the compensating recording wavefront that has undergone such a process has a complex shape, so it may be difficult to implement through a single optical element.

이 경우 복잡한 형태의 광파를 기록 과정에서 재현하기 위하여 공간광변조기(Spatial light modulator, SLM)와 홀로그래피의 원리를 이용할 수 있다. In this case, a spatial light modulator (SLM) and the principle of holography can be used to reproduce a complex type of light wave in the recording process.

이때, 타겟이 되는 보상 기록 파면은 레이저 빔을 복소 변조함으로써 구현될 수 있으며, 이 때 SLM에서 복소 변조된 파면은 홀로그래픽 기록매질의 표면에서 각 국소 영역의 보상 기준빔, 보상 신호빔을 만족하여야 한다.In this case, the target compensation recording wavefront can be implemented by complex modulating the laser beam. At this time, the complex modulated wavefront in the SLM must satisfy the compensation reference beam and compensation signal beam of each local area on the surface of the holographic recording medium. do.

더불어, 필요 시 제작 장치의 용이한 구현을 위하여 복잡한 형태의 파면을 지니는 기록 필요 광파를 단순한 형태로 근사할 수 있음은 물론이다. In addition, if necessary, it is of course possible to approximate a recording-needed light wave having a complex wavefront in a simple form for easy implementation of the manufacturing apparatus.

예를 들어 도 4와 같이 보상 기록 파면으로 수렴하는 형태의 광파가 요구될 경우, 각각 하나(혹은 복수)의 초점을 가지는 구면파(혹은 구면파 어레이)로 근사함으로써 파장 보상된 홀로그래픽 광학소자의 제작 장치의 구현 비용을 절감할 수 있다. For example, when light waves converging to the compensating recording wavefront are required as shown in FIG. 4 , the wavelength-compensated holographic optical device manufacturing apparatus by approximating to a spherical wave (or spherical wave array) each having one (or multiple) focal points implementation cost can be reduced.

도 5는, 파장 보상된 홀로그래픽 광학소자의 제작 장치의 설명에 제공된 도면이다. 5 is a view provided for explanation of an apparatus for manufacturing a wavelength-compensated holographic optical element.

통상 풀컬러로 동작하는 홀로그래픽 광학소자를 제작함에 있어, 재생광과 기록광 간의 파장 편차는 적녹청 각 대역에서 그 정도가 상이하다. Generally, in manufacturing a holographic optical device operating in full color, the degree of wavelength deviation between the reproduction light and the recording light is different in each red, green, blue, and blue band.

따라서 홀로그래픽 광학소자를 기록할 때에는 적녹청 각 파장에 대해서 단계별 기록(Sequential recording)이 적합하며, 파장 별로 보상 기록 파면을 구현하기 위한 스킴이 다를 수 있으므로, 도 5에 예시된 바와 같이 기준빔과 신호빔 양 쪽에서 입사광의 방향 및 초점 위치 등을 미세 조정할 수 있는 광기록 장치가 필요하다. Therefore, when recording a holographic optical element, sequential recording is suitable for each wavelength of red, green, and blue, and since the scheme for realizing a compensating recording wavefront for each wavelength may be different, as illustrated in FIG. There is a need for an optical recording device capable of finely adjusting the direction and focal position of incident light from both sides of the signal beam.

이를 위해, 본 실시예에 따른, 홀로그래픽 광학소자의 제작 장치는, 홀로그래픽 광학소자 내 관심영역을 복수 개의 국소 영역으로 분할하는 분할부(501), 개별 국소 영역에 대하여 국소 기준빔을 도출하는 국소 기준빔 패스(502), 개별 국소 영역에 대하여 국소 신호빔을 도출하는 국소 신호빔 패스(503), 국소 기준빔 패스와 국소 신호빔 패스 각각의 방향을 조절하는 복수의 방향조정부(510) 및 국소 기준빔 패스와 국소 신호빔 패스 각각에 대하여 레이저의 평행광을 보상 설계한 광파로 변환하는 복수의 파면조정부(520)를 포함한다. To this end, the apparatus for manufacturing a holographic optical element according to the present embodiment includes a division unit 501 for dividing a region of interest in the holographic optical element into a plurality of local regions, and a method for deriving a local reference beam for each local region. A local reference beam path 502, a local signal beam path 503 for deriving a local signal beam for an individual local area, a plurality of direction adjustment units 510 for adjusting the directions of the local reference beam path and the local signal beam path, respectively; A plurality of wavefront adjustment units 520 for converting the parallel light of the laser into a compensatingly designed light wave for each of the local reference beam path and the local signal beam path is included.

즉, 홀로그래픽 광학소자의 제작 장치는, 국소 신호빔 패스와 국소 기준빔 패스를 포함하여 홀로그래픽 매질 위치에서 간섭을 일으키도록 설계된다. That is, the apparatus for manufacturing the holographic optical element is designed to cause interference at the location of the holographic medium including the local signal beam path and the local reference beam path.

그리고 각 빔 패스에서는 빔 패스의 방향을 조절하는 방향조정부(510), 레이저의 평행광을 보상 설계한 광파로 변환하는 파면조정부(520)가 광파의 초점(530)의 위치를 기록하려는 단계별 파장에 맞추어 이동시키는 역할을 수행한다. And in each beam path, the direction adjusting unit 510 for adjusting the direction of the beam path, and the wavefront adjusting unit 520 for converting the parallel light of the laser into a compensated designed light wave are at the wavelength of each step to record the position of the focal point 530 of the light wave. It plays a role in moving.

방향조정부(510)는 상하좌우로의 회전이동을 지원하기 위하여 최소 1축 이상의 미세한 회전 기능을 지원하여야 한다. The direction adjustment unit 510 must support a minute rotation function of at least one axis in order to support the rotation movement up, down, left, and right.

예를 들면, 방향조정부(510)는 Galvo Mirror, MEMS Mirror 등을 이용한 2축 전동 스캐닝 장치로 구현될 수 있다. For example, the direction adjustment unit 510 may be implemented as a 2-axis electric scanning device using a Galvo Mirror, a MEMS Mirror, or the like.

파면조정부(520)는 1축 방향의 이동을 지원하여야 하며, 전동 스테이지와 연계된 구면, 비구면, 자유곡면 등의 단일 렌즈 혹은 렌즈 군으로 구성될 수 있다. The wavefront adjustment unit 520 must support movement in the uniaxial direction, and may be composed of a single lens or a lens group such as a spherical surface, an aspherical surface, a free-form surface, etc. linked to the motorized stage.

구체적으로, 파면조정부(520)는, 광기록을 수행하는 과정에서는, 1축 이상의 미세 조정 가능한 이동(translation)을 지원하고 각 빔패스의 전체 방향을 1축 이상으로 미세 조정 가능한 회전(rotation)을 지원하게 된다. Specifically, in the process of performing optical recording, the wavefront adjusting unit 520 supports finely adjustable translation of one or more axes and performs a rotation that can finely adjust the entire direction of each beam path in one or more axes. will support

만일 전술한 바와 같이 복잡한 보상 기록 파면을 근사하지 않을 경우, 파면조정부(520)는 렌즈/렌즈군 대신 SLM 및 필터링 광학계를 통하여 복소 변조 기능을 수행하는 시스템으로 구현될 수도 있다.If the complex compensating recording wavefront is not approximated as described above, the wavefront adjusting unit 520 may be implemented as a system that performs a complex modulation function through an SLM and a filtering optical system instead of a lens/lens group.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.In the above, preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described, but the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and it is common in the technical field to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Various modifications are possible by those having the knowledge of, of course, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or perspective of the present invention.

501 : 분할부
502 : 국소 기준빔 패스
503 : 국소 신호빔 패스
510 : 방향조정부
520 : 파면조정부
530 : 광파의 초점
501: division
502: local reference beam pass
503: local signal beam path
510: direction control unit
520: wave front adjustment unit
530: focus of light wave

Claims (8)

제작 장치가, 홀로그래픽 광학소자 내 관심영역을 복수 개의 국소 영역으로 분할하는 단계;
제작 장치가, 개별 국소 영역에 대하여 국소 기준빔 및 국소 신호빔을 도출하는 단계;
제작 장치가, 도출된 국소 기준빔 및 국소 신호빔을 종합하여 최종 기록에 필요한 보상 기준 파면 및 보상 신호 파면을 도출하는 단계;
제작 장치가, 보상 기준 파면 및 보상 신호 파면의 파면 근사화를 수행하는 단계; 및
제작 장치가, 근사화 결과를 기반으로, 홀로그래픽 광학소자의 광기록을 수행하는 단계;를 포함하는 홀로그래픽 광학소자의 파장 보상 방법.
dividing, by the manufacturing apparatus, the region of interest in the holographic optical device into a plurality of local regions;
deriving, by the fabrication apparatus, a local reference beam and a local signal beam for each local area;
deriving, by the manufacturing apparatus, a compensation reference wavefront and a compensation signal wavefront necessary for final recording by synthesizing the derived local reference beam and local signal beam;
performing, by the manufacturing device, wavefront approximation of the compensation reference wavefront and the compensation signal wavefront; and
A method of compensating for a wavelength of a holographic optical device, comprising: a manufacturing apparatus, performing optical recording of a holographic optical device based on the approximation result.
청구항 1에 있어서,
국소 기준빔 및 국소 신호빔을 도출하는 단계는,
개별 국소 영역에서 재생광 간 간섭을 통해 생성되어야 하는 격자 모델링을 수행하는 단계;
모델링된 격자를 매질 수축 및 파장 편차 보상에 따라 기록에 필요한 보상 격자로 변환하는 단계; 및
변환된 보상 격자를 생성할 수 있는 국소 기준빔 및 국소 신호빔을 도출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 광학소자의 파장 보상 방법.
The method according to claim 1,
The step of deriving a local reference beam and a local signal beam includes:
performing lattice modeling to be generated through interference between the reproduced light in individual local regions;
converting the modeled grating into a compensating grating required for recording according to medium shrinkage and wavelength deviation compensation; and
and deriving a local reference beam and a local signal beam capable of generating a converted compensation grating.
청구항 2에 있어서,
격자 모델링을 수행하는 단계는,
홀로그래픽 광학소자에 입광하는 파장의 투사빔을 편향시키는 경우, 필요한 격자 벡터가 홀로그래픽 기록매질 내에서 기설정된 격자 기울임 각도를 만족하는 벡터인 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 광학소자의 파장 보상 방법.
3. The method according to claim 2,
The step of performing lattice modeling is,
A method of compensating for a wavelength of a holographic optical device, characterized in that when a projection beam of a wavelength incident on the holographic optical device is deflected, a required grating vector is a vector that satisfies a predetermined grating tilt angle in the holographic recording medium.
청구항 3에 있어서,
국소 기준빔 및 국소 신호빔의 입광 각도는,
λ d 가 홀로그래픽 광학소자에 θ 1,d 로 입광하는 파장이고, θ 2,d 가 파장 λ d 의 투사빔이며, θ 1,r 가 국소 기준빔의 입광 각도이고, θ 2,r 가 국소 신호빔의 입광 각도이면, 하기 수식 1에 따라 정리되는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 광학소자의 파장 보상 방법.
(수식 1)
Figure pat00007

4. The method according to claim 3,
The incident angle of the local reference beam and the local signal beam is,
λ d is the wavelength incident to the holographic optical element at θ 1,d , θ 2,d is the projection beam of the wavelength λ d , θ 1,r is the incident angle of the local reference beam, and θ 2,r is the local If the incident angle of the signal beam, the wavelength compensation method of a holographic optical device, characterized in that it is arranged according to Equation 1 below.
(Formula 1)
Figure pat00007

청구항 3에 있어서,
국소 기준빔 및 국소 신호빔의 입광 각도는,
θ 1,r 가 국소 기준빔의 입광 각도이고,θ 2,r 가 국소 신호빔의 입광 각도이고, λ d 가 홀로그래픽 광학소자에 θ 1,d 로 입광하는 파장이고, θ 2,d 가 파장 λ d 의 투사빔이며,
Figure pat00008
인 경우, 하기 수식 2에 따라 정리되는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 광학소자의 파장 보상 방법.
(수식 2)
Figure pat00009

4. The method according to claim 3,
The incident angle of the local reference beam and the local signal beam is,
θ 1,r is the incident angle of the local reference beam, θ 2,r is the incident angle of the local signal beam, λ d is the wavelength incident to the holographic optical element at θ 1,d , θ 2,d is the wavelength is the projection beam of λ d ,
Figure pat00008
In the case of , the wavelength compensation method of a holographic optical device, characterized in that it is arranged according to Equation 2 below.
(Equation 2)
Figure pat00009

청구항 1에 있어서,
광기록을 수행하는 단계는,
개별 국소 영역에 대하여 도출된 국소 기준빔 및 국소 신호빔이 개별 국소 영역에 입광되도록 하여 광기록을 수행하되, 홀로그래픽 광학소자의 전체 영역에 대하여, 광기록을 반복적으로 수행함으로써, 최종적으로 요구되는 보상 기준 파면 및 보상 신호 파면이 구현되도록 하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 광학소자의 파장 보상 방법.
The method according to claim 1,
The steps of performing optical recording include:
Optical recording is performed by allowing the local reference beam and local signal beam derived for each local area to be incident on the individual local area, but by repeatedly performing optical recording for the entire area of the holographic optical element, finally required A method of compensating for a wavelength of a holographic optical device, characterized in that a compensation reference wavefront and a compensation signal wavefront are implemented.
청구항 6에 있어서,
광기록을 수행하는 단계는,
단일 광학 소자를 통하여 보상 기록 파면의 구현이 어려운 경우, 공간광변조기(Spatial light modulator, SLM)를 이용하여, 레이저 빔을 복소 변조함으로써, 타겟이 되는 보상 기록 파면을 구현하고,
공간광변조기에 의해 복소 변조된 파면은,
홀로그래픽 기록매질의 표면에서 각 국소 영역의 보상 기준빔 및 보상 신호빔을 만족하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 광학소자의 파장 보상 방법.
7. The method of claim 6,
The steps of performing optical recording include:
When it is difficult to implement a compensating recording wavefront through a single optical element, a spatial light modulator (SLM) is used to complex-modulate a laser beam to implement a target compensated recording wavefront,
The complex modulated wavefront by the spatial light modulator is
A method of compensating a wavelength for a holographic optical device, characterized in that it satisfies a compensation reference beam and a compensation signal beam of each local area on the surface of the holographic recording medium.
홀로그래픽 광학소자 내 관심영역을 복수 개의 국소 영역으로 분할하는 분할부;
개별 국소 영역에 대하여 국소 기준빔을 도출하는 국소 기준빔 패스;
개별 국소 영역에 대하여 국소 신호빔을 도출하는 국소 신호빔 패스;
국소 기준빔 패스와 국소 신호빔 패스 각각의 방향을 조절하는 복수의 방향조정부; 및
국소 기준빔 패스와 국소 신호빔 패스 각각에 대하여 레이저의 평행광을 보상 설계한 광파로 변환하는 복수의 파면조정부를 포함하는 것을 파장 보상된 홀로그래픽 광학소자의 제작 장치.
a division unit dividing the region of interest in the holographic optical device into a plurality of local regions;
a local reference beam pass for deriving a local reference beam for an individual local area;
a local signal beam path for deriving a local signal beam for an individual local area;
a plurality of direction adjustment units for adjusting respective directions of the local reference beam path and the local signal beam path; and
An apparatus for manufacturing a wavelength-compensated holographic optical device, comprising: a plurality of wavefront adjusting units for converting parallel light of a laser into a compensatingly designed light wave for each of a local reference beam path and a local signal beam path.
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KR20180051187A (en) * 2016-11-08 2018-05-16 서울대학교산학협력단 Apparatus for manufacturing Holographic Optical Element, and apparatus for reconstruction of holograms
KR20200027793A (en) * 2018-09-05 2020-03-13 삼성전자주식회사 image display device and image display method using a multiplex holographic optical element.

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