KR20220110807A - 외부 광원으로부터의 광을 제어하기 위한 광학 장치 - Google Patents
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Abstract
외부 광원(2)으로부터 광을 제어하기 위한 광학 장치(1)에 관한 것으로서, 상기 광학 장치(1)는 적어도 상기 외부 광원(2)으로부터 방출된 광 빔을 안내하기 위한 제1 및 제2 도파관(3, 4), 및 적어도 광 빔을 방출하기 위한 제1 발광 영역(6)을 가지는 제1 빔 성형 구조체(5) 및 광 빔을 방출하기 위한 제2 발광 영역(6)을 가지는 제2 빔 성형 구조체(7)를 포함하고, 상기 제1 도파관(3)은 상기 외부 광원(2)으로부터 방출된 상기 광 빔을 상기 제1 빔 성형 구조체(5)로 안내하고, 상기 제2 도파관(4)은 상기 외부 광원(2)으로부터 방출된 상기 광 빔을 상기 제2 빔 성형 구조체(7)로 안내하되, 상기 제1 및 제2 빔 성형 구조체(5, 7)는 각각, 상기 각각의 빔 성형 구조체(5, 7)의 상기 각각의 발광 영역(6, 8)으로부터 방출되는 광 빔의 복사 밀도 프로파일(radiant density profile)의 균일성이 상기 각각의 도파관(3, 4)에 의해 상기 각각의 빔 성형 구조체(5, 7)로 안내되는 상기 광 빔의 복사 밀도 프로파일의 균일성보다 높도록 구성된다. 이러한 광학 장치(1)를 포함하는 백라이트 유닛(22); 및 이러한 백라이트 유닛(22) 및 공간 광 변조기(17)를 포함하는 광학 시스템, 특히 홀로그래픽 디스플레이에 관한 것이다.
Description
본 발명은 외부 광원으로부터의 광을 제어하기 위한 광학 장치에 관한 것으로, 상기 외부 광원으로부터 방출된 광 빔을 안내하기 위한 적어도 제1 및 제2 도파관, 및 광 빔을 방출하기 위한 제1 발광 영역을 가지는 적어도 제1 빔 성형 구조체 및 광 빔을 방출하기 위한 제2 발광 영역을 가지는 제2 빔 성형 구조체를 포함하되, 상기 제1 도파관은 상기 외부 광원으로부터 방출된 상기 광 빔을 상기 제1 빔 성형 구조체로 안내하고, 상기 제2 도파관은 상기 외부 광원으로부터 방출된 상기 광 빔을 상기 제2 빔 성형 구조체로 안내한다.
코히어런트(coherent, 또는 '간섭성') 광을 더 넓은 영역에 걸쳐 분산시키는 일부 광학 장치가 알려져 있다. 이것은 예를 들어 홀로그래픽 디스플레이의 백라이트 유닛에 필요하다. 홀로그램 디스플레이는 본질적으로 물체에 의해 방출된 광 필드를 충실하게 재현할 수 있으므로, 시각적으로 구별할 수 없게 된다. 그것들은 눈 당(per eye) 하나의 이미지를 제공하여 3차원 감각을 도입하는 이를테면, (자동) 입체 디스플레이에 비해 상당한 이점을 가지지만, 다음과 같은 근본적인 문제점이 있다: 뇌가 3차원(3D) 장면을 인식하기 때문에, 눈은 그 안의 임의의 부분에 초점을 맞출 수 있어야 하지만, 장면의 하나의 초점-평면만이 디스플레이에 의해 보여질 수 있다. 이러한 불일치는 시각적 피로 및 메스꺼움을 야기하고, 이는 3D 디스플레이의 보급을 가로막는 주요 문제이자 요인 중 하나이다. 홀로그램 디스플레이는 이러한 문제를 회피하고, 생성된 이미지는 눈에 완전히 자연스럽게 나타난다.
상기 파면을 동적으로 생성하는 작업은 0과 2π 사이의 픽셀들 사이에서 상대적 위상(및 진폭)을 교대로 변경할 수 있는 공간 광 변조기(spatial light modulators, SLMs)에 의해 수행되고, 따라서 임의의 파면을 생성한다. 액정 디스플레이와 유사하게 작용하는 투과형 SLM 및 반사형 SLM, 즉 LCOS(Liquid Crystal on Silicon) 및/또는 DLP(Digital Light Processing) 둘 모두는 이미 홀로그래픽 이미지를 생성하는 데 사용되어 왔다. SLM 및 LCOS 둘 모두는 소형(compact)이고, 예를 들어 헤드 장착형 홀로그래픽 고글(head-mounted holographic goggles)에 사용하기에 적합하다.
그러나, 중요한 과제는, 소형이면서 신뢰할 수 있는 방식으로 코히어런트 평면파로 SLM을 공급하는 방법이다. 레이저 빔을 실험실 환경에서 렌즈를 사용하여 큰 직경으로 확장하는 것이 비교적 용이하지만, 이러한 접근 방식은, 예를 들어 큰 치수로 인해, 상업용 장치에 대해 실용적이지도 경제적이지도 않다. 간섭 기반 백라이트 유닛은 다소 소형이고 심지어 투명한 방식으로 실현될 수 있고, 다양한 타입이 입증/제안되었다. 간섭 기반 장치는 온도 및 습도 변화에 매우 민감하고, 이들 효과의 보상은 가능하지 않은데, 그 이유는 방출된 빔의 위상이 이러한 조건 하에서 잘 정의되지 않거나 잘 결정될 수 없기 때문이며, 이는 상업용 애플리케이션에 대한 과제를 제기한다. 특히, 소비자 하드웨어에 대해, 표준 온도 범위가 0℃ 내지 70℃에 도달하기 때문에 문제가 된다. 종종 사용되는 홀로그래픽 부피 격자(holographic volume gratings)는 또한 온도 및 습도 변화 둘 모두에 민감하여, 방출된 파면의 변화를 야기하고, 따라서 또한 동일한 이유로 인해 충분히 보상될 수 없는 홀로그래픽 이미지 품질의 감소를 야기한다. 또한, 홀로그래픽 격자의 효율은 여전히 주요 과제이다.
종래의 디스플레이들을 위한, 즉, 비-코히어런트 백라이팅을 생성하기 위한 백라이팅 유닛들은 잘 알려져 있다. 예를 들어, US 2013/0308339 A1은 투명한 평판(transparent slab)를 가지는 광 안내 밸브 장치를 개시한다. (코히어런트 또는 비-코히어런트) 광원으로부터 방출된 광은 단일 도파관으로서 작용하는 평판에서 확산되고 그의 표면들에서 반사된다. 상기 투명한 평판은 상기 투명한 평판의 전방 표면으로부터 광을 방출하도록 작용하는 계단식 후방 표면(stepped back surface)을 포함한다. 그러나, 일 지점에서 전방 표면을 떠나는 광은 상기 평판 내에서 다양한 광학 경로들을 취할 수 있어서, 방출된 광은 코히어런트일 수 없고 그의 위상들은 잘 정의되지 않는다. 또한, 상기 광은 전방 표면 위에서 균질하게 방출되지 않는다. 따라서, 이러한 장치는 예를 들어 홀로그래픽 디스플레이를 위한 백라이팅 유닛으로서 적합하지 않다.
한편, US 9,395,690 B2는 조명 장치, 확대 유닛 및 광 변조기를 갖는 홀로그래픽 디스플레이를 보여준다. 상기 조명 장치는 적어도 하나의 광원 및 광 시준 유닛을 포함한다. 광 시준 유닛은 적어도 하나의 광원의 광을 시준한다. 상기 광 시준 유닛에서의 광 섬유 스위치들의 캐스케이드는 시준 렌즈 어레이의 렌즈들을 조명하는 것을 허용한다. 상기 시준 렌즈 어레이는 원통형 렌즈들을 포함할 수 있다. 그러나, 이는 소형 설계(compact design)를 허용하지 않는다. 투과 부피 격자들의 후속 사용은 방출되는 위상의 명확한 정의를 더욱 감소시키고, 이와 관련하여 또한 주위 조건들, 예를 들어 주위 온도에서의 변화들에 대한 안정성을 또한 감소시킨다. 따라서, 이는 일부 영역에 걸쳐 안정한 코히어런트 광 균질성을 제공하지 않는다.
US 2009/180282 A1은 LCD 백라이트 유닛을 보여준다. 평판에서 확산된 광은 복수 개의 광 추출 특징부에 의해 추출된다. 따라서, 광은 임의의 경로를 취하고, 코히어런트 광이 제공되지 않으며, 각각의 광 추출 특징부에 의해 추출된 광의 균일성은 증가되지 않는다.
US 2010/259804 A1은 도파관들 및 출력 커플링 요소들을 가지는 조명 유닛을 보여준다. 그러나, 출력 커플링 요소들은 단지 광을 방출하는 것에 불과하지만, 각각의 출력 커플링 요소로부터 방출되는 광의 균일성은 증가되지 않는다.
따라서, 공지된 광학 장치는 소형이고, 특히 평평하고, 신뢰할 수 있는 홀로그래픽 디스플레이에 적합하지 않다. 그러나, 더 넓은 영역에 걸쳐 코히어런트 광을 분산시키는 광학 장치들은 또한 구조화된 광 감지(3D 감지) 또는 LIDAR와 같은 다른 애플리케이션들에 대해 요구된다. 특히, 상기 광학 장치의 효율은 또한 이러한 애플리케이션들에 대해 매우 중요한 측면이기도 하고, 다른 점에 더하여 본 광학 장치들에 의해 충분히 달성되지 않는다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 문제점들 중 적어도 일부를 해결하거나 완화하고, 외부 광원으로부터의 광을 제어함으로써 콤팩트한 방식으로 코히어런트 광으로 특정 영역을 균일하게 조명할 수 있게 하는 광학 장치를 제공하는 것이다. 특히, 콤팩트한 방식은 광학 장치가 본질적으로 단일 빔 성형 구조(가령, 단일 렌즈 세트)로 동일한 영역을 커버하는 해결 수단과 비교하여 상기 영역에 수직인 감소된 치수를 가지면서 상기 영역의 조명을 허용해야 한다는 것을 의미한다.
이는 처음에 언급된 바와 같이 외부 광원으로부터의 광을 제어하기 위한 광학 장치에 의해 달성되며, 여기서 상기 제1 및 제2 빔 성형 구조체는 각각의 빔 성형 구조체의 각각의 발광 영역으로부터 방출된 광 빔의 복사 밀도 및/또는 세기 프로파일의 균일성이 각각의 도파관에 의해 각각의 빔 성형 구조체로 안내된 광 빔의 균일성보다 더 높도록 각각 구성된다.
이러한 방식으로, 상기 제1 및 제2 발광 영역의 균일한 조명이 달성될 수 있다. 동시에, 상기 제1 및 제2 도파관에 의해 상기 각각의 빔 성형 구조체로 안내되고, 상기 각각의 발광 영역으로부터 방출되는 상기 광 빔들로 인해, 상기 각각의 발광 영역으로부터 방출되는 상기 광의 광학 경로 및 그에 따른 위상이 잘 정의된다. 더욱이, 상기 각각의 도파관에 결합되는 것부터 상기 각각의 발광 영역으로부터 방출될 때까지, 상기 제1 및 제2 각각의 요소들로부터의 광은 서로 간섭하지 않고 그들 사이에 혼합이 없을 것이다. 다시 말해서, 본 개시내용은 일반적으로 전체 발광 영역을 커버하기 위해 사용되는 2개 이상의 광학 경로들 사이의 혼합을 회피한다. 광학 경로들의 이러한 분리로 인해, 상기 장치는 온도 변화들 및 결과적인 변형들에 비교적 둔감하여, 각각의 광학 경로에서 코히어런스를 개별적으로 유지한다. 이상적으로, 상기 영역 내의 지점들에서의 광의 위상은 특히 상기 광학 장치의 온도 또는 주변 온도에 의존하여 잘 정의될 수 있거나, 쉽게 결정될 수 있다. 또한, 적어도 제1 및 제2 도파관을 갖는 그러한 셋업에서, 제1 및 제2 도파관들 각각은 위에서 정의된 바와 같은 상기 광을 빔 성형 구조체로 안내하고, 도파관들 중 하나와 연관되며, 예를 들어, 빔을 큰 직경으로 확장시키는 단일 렌즈에 비해 더 소형의 광학 장치를 허용한다.
빔 성형 구조체의 영향은 빔 형상이 탑햇 빔 형상(top-hat beam shape)과 더 유사하게 되도록 빔 형상을 조작해야 한다. 복사 밀도 프로파일의 균일성 하에서, cw-빔들에 대해 ISO 13694:2018에 정의된 바와 같은 빔 균일성(Un)이 이해되며, 여기서 n은 0.3이고 더 낮은(즉, 0에 가까움) Un은 더 높은 빔 균일성을 의미한다. 따라서, 상기 각각의 빔 성형 구조체의 각각의 발광 영역으로부터 방출된 광 빔의 복사 밀도 프로파일의 균일성은 각각의 도파관에 의해 각각의 빔 성형 구조체로 안내된 광 빔의 것보다 더 높다는 것은 상기 각각의 발광 영역으로부터 방출된 (각각의 발광 영역으로부터 방출되고 있는) 광 빔의 빔 균일성이 (각각의 도파관을 떠나고 있는) 각각의 도파관에 의해 각각의 빔 성형 구조체로 안내된 광 빔의 빔 균일성보다 더 높다는 것을 의미한다. Un은 적어도 0.05, 적어도 0.1 또는 적어도 0.2만큼 상기 빔 성형 구조체의 영향에 의해 선택적으로 감소된다. 선택적으로, 상기 빔 균일성은 또한 0.1, 0.2, 0.4, 0.5, 0.6 또는 0.7 중 하나인 n에 대해 증가된다(그리고 이에 따라 감소된다). 이러한 측정은 상기 외부 광원에 의해 공급된 상기 광 빔이 가우시안 빔이라는 가정 하에 적용되어야 한다.
상기 광학 장치는 반드시 완전한 백라이트 유닛을 형성할 필요는 없지만, 예를 들어 백라이트 유닛의 하나의 컴포넌트일 수 있다. 상기 광학 장치는 반드시 평면파들을 방출할 필요는 없고, 광학 장치는 반드시 외부 광원을 포함하지는 않는다. 상기 각각의 발광 영역들은 물리적인 표면 영역들일 필요는 없지만, 예를 들어 상이한 광학 요소들 사이의 경계들일 수도 있다. 상기 제1 및/또는 제2 발광 영역의 에지들은 구조적으로 한정될 필요는 없지만, 이들은 상기 광 빔이 상기 각각의 빔 성형 구조체로부터 방출되는 영역을 표현한다. 또한, 상기 제1 및/또는 제2 발광 영역으로부터 방출되는 광은 상기 광학 장치로부터 즉시 방출될 필요는 없고; 그러나, 그럴 수 있다.
상기 광학 장치는 적어도 2개의(즉, 상기 제1 및 제2) 도파관들을 포함한다. 바람직하게는, 상기 광학 장치는 상기 외부 광원으로부터 방출된 광 빔을 안내하기 위한 2개 이상의 도파관들, 및 2개 이상의 빔 성형 구조들을 포함하고, 그 수의 빔 성형 구조들 각각은 광 빔을 방출하기 위한 각각의 발광 영역을 포함하고, 그 수의 도파관들 각각은 외부 광원으로부터 방출된 광 빔을 그 수의 빔 성형 구조체들 중 각각의 하나로 안내하고, 그 수의 빔 성형 구조체들 각각은 그 수의 빔 성형 구조체들 중 각각의 하나의 각각의 발광 영역으로부터 방출된 광 빔의 복사 밀도 프로파일의 균일성이 각각의 도파관들에 의해 각각의 빔 성형 구조체들로 안내된 광 빔의 균일성보다 높도록 구성된다. 결과적으로, 상기 제1 및 제2 빔 성형 구조체 및/또는 상기 제1 및 제2 도파관의 또한 바람직한 구현예들은 2개 이상의 도파관들 및/또는 빔 성형 구조체들에 적용될 수 있고, 상기 제1 및 제2 도파관 및/또는 제1 및 제2 빔 성형 구조체와 상호 작용하는 부가적인 요소들은 또한 유사한 방식으로 2개 이상의 도파관들 및/또는 빔 성형 구조체와 상호 작용할 수 있다. 바람직하게는, 상기 광학 장치는 다수의 적어도 10개의 도파관들, 빔 성형 구조체들 및 각각의 연관된 요소들을 포함한다.
상기 적어도 제1 및 제2 도파관은 광학 도파관들일 수 있고, 서로 구별될 수 있고, 즉 중첩되지 않을 수 있다. 상기 제1 및/또는 제2 발광 영역은 평면일 수 있거나 평평할 수 있다. 상기 제1 및 제2 발광 영역은 동일한 평면에 놓일 수 있다. 상기 제1 및 제2 발광 영역은 서로 인접할 수 있고, 즉 서로로부터 거리를 두고 있는 상기 발광 영역들의 최대 치수의 10% 미만일 수 있다. 더욱이, 상기 제1 및 제2 발광 영역은 적어도 하나 이상의 방향들에서 연속적일 수 있거나 본질적으로 연속적일 수 있다. 상기 제1 및/또는 제2 발광 영역은 예를 들어 타원형, 특히 원형 또는 육각형 형상을 가질 수 있다. 상기 제1 및/또는 제2 발광 영역의 최대 치수는 바람직하게는 1 mm 미만이다. 홀로그래픽 디스플레이를 위해 BLU에서 사용될 때, 상기 광학 장치의 상기 발광 영역들은 상기 홀로그래픽 디스플레이의 픽셀들에 대응할 수 있지만 반드시 그럴 필요는 없다.
선택적인 구현예에서, 상기 제1 및 제2 빔 성형 구조체는 각각 광학 성형 요소를 포함할 수 있고, 제1 및 제2 도파관들은 상기 제1 및 제2 빔 성형 구조체의 상기 각각의 광학 성형 요소로 상기 외부 광원으로부터 방출되는 광 빔을 지향시키고, 상기 광학 성형 요소들은 상기 각각의 광학 성형 요소로 지향되는 광 빔의 파면 및/또는 복사 강도 분포를 조작하도록 구성된다. 여기서, 바람직하게는, 상기 조작은 상기 광 빔의 광선들이 교차하지 않도록 양 방향 맵핑(bijective mapping) 및/또는 광 빔이 조작된다. 상기 조작은 상기 인입하는 광 빔이 코히어런트한 경우 및/또는 상기 광 빔의 코히어런스 길이가 감소되지 않도록 결과적인 광 빔이 코히어런트하도록 해야 한다. 선택적으로, 상기 위상 프로파일 분포 및 진폭 프로파일 분포는 동일한 방식으로 조작된다. 또한, 선택적으로, 상기 각각의 광학 성형 요소는 상기 각각의 발광 영역으로부터 이격된다. 선택적으로, 상기 제1 및 제2 도파관들은 상기 광 빔이 상기 각각의 광학 성형 요소와 간섭한 후에 상기 발광 영역을 향해 지향되도록 상기 각각의 광학 성형 요소들로 상기 광 빔을 지향시킨다.
상기 제1 및/또는 제2 빔 성형 구조체의 상기 광학 성형 요소는 상기 각각의 광학 성형 요소로 지향된 상기 광 빔의 복사 강도(또는 밀도) 프로파일의 균일성을 증가시키도록 구성된 광학 프로파일러 요소일 수 있다. 상기 광학 프로파일러 요소들은 특히 이러한 방식으로 가우시안 빔을 조작하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 상기 광학 프로파일러 요소들은 가우시안 빔을 탑햇 빔(top hat beam)으로 성형하도록 구성된다. 상기 광학 프로파일러 요소들은 회절 광학 요소들(diffractive optical elements, DOEs)일 수 있다. 이러한 방식으로, 특정 영역은 코히어런트 광으로 쉽게 균질하게 조명될 수 있다. 또한, 이는 상기 광학 장치의 얇은 레이아웃을 허용한다.
추가의 선택적인 구현예에서, 상기 제1 및/또는 제2 빔 성형 구조체의 상기 광학 성형 요소는 상기 각각의 광학 발산 요소로 지향되는 상기 광 빔의 빔 발산을 증가시키도록 구성되는 광학 발산 요소일 수 있다. 상기 광학 발산 요소들은 미러들, 예를 들어 마이크로-미러들, 특히 만곡된 마이크로-미러들, 또는 회절 광학 요소들일 수 있다. 상기 광학 발산 요소들은 상기 빔 발산 각도를 넓게 하고, 즉 복사 강도 분포를 넓게 한다. 이는 상기 외부 광원으로부터 방출되는 하나의 광 빔으로 더 큰 영역을 조명할 수 있게 한다. 다른 선택적인 구현예에서, 상기 광학 성형 요소 각각은 광학 프로파일러 요소 및 광학 발산 요소 둘 모두이다.
또 다른 선택적인 구현예에 따르면, 상기 광학 장치는 계면을 포함할 수 있으며, 여기서 상기 제1 및 제2 발광 영역은 상기 계면에 의해 제공된다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 발광 영역은 상기 각각의 광학 성형 요소와 간섭한 후에 상기 계면을 향해 지향되는 상기 광 빔에 대해 각각의 발광 영역 외부에서 발생하는 전반사에 의해 각각 한정될 수 있다. 이러한 방식으로, 전반사를 사용함으로써 상기 계면에 중첩하는 광 원뿔의 원치 않는 간섭 효과가 회피될 수 있다. 이는 광 빔/광 원뿔의 일부만이 상기 계면으로부터 빠져나가고, 나머지는 "차단(cut-off)"인 것을 선택할 수 있게 한다. 이러한 "차단(cut-off)" 효과는 상기 발광 영역 외부에서 전송될 상기 빔의 일부를 선택하고, 후속하여 조명 목적을 위해 사용될 수 있는 반면, 다른 부분은 상기 계면에서 반사된다. 이는 광 빔의 중심 영역 또는 그 광 빔의 광 원뿔이 선택될 수 있기 때문에, 상기 제1 및 제2 발광 영역 또는 상기 계면에 걸쳐 각각 균일한 강도 분포를 생성하고, 따라서 균일한 강도 분포를 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 외부 광원은 가우스형 모드를 방출할 수 있고, 상기 계면(및/또는 아래에 정의된 바와 같은 발광 표면)에 걸친 상기 필드 강도 변동을 20%로 제한하기 위해, 나머지가 전반사되는 동안 상기 광 빔의 빔 강도의 50%를 포함하는 대략 반경 내의 중심 부분만이 사용된다. 또한, 상기 계면이 평행한 후면을 가지는 플레이트의 전방 표면으로서 제공되는 경우, 전반사를 경험한 상기 광 빔의 일부는 상기 계면을 통해 상기 플레이트를 떠나고 그의 측면 상에 플레이트를 빠져나갈 수 없다. 이러한 메커니즘은 광학 성형 요소들이 광학 발산 요소들인 경우에 특히 유용하다. 상기 빔 발산이 얼마나 증가되는지를 조정함으로써, 상기 광 빔의 어떤 부분이 상기 계면을 떠나고 어떤 부분이 전반사될 것인지가 조절될 수 있다. 상기 전반사되는 부분은 상기 각각의 빔 성형 구조체들로부터 그리고 따라서 상기 각각의 발광 영역으로부터 방출되는 광 빔에 속하지 않는다. 따라서, 이러한 방식으로, 상기 각각의 빔 성형 구조체로부터 방출되는 광 빔의 복사 밀도 프로파일의 균일성은 상기 빔의 외부 부분을 차단함으로써 증가될 수 있다. 선택적으로, 상기 광학 성형 요소들은 상기 광 빔이 상기 계면에 수직으로 충돌하도록 상기 계면에서 상기 광 빔을 지향시킬 수 있다. 즉, 상기 광학 성형 요소와 상기 계면 사이의 상이한 z에 대한 전력 밀도 분포의 1차 모멘트(ISO 13694:2018에 정의된 바와 같음)에 의해 정의된 상기 광 빔의 중심 축이 상기 계면에 수직이 되도록 한다. 이러한 방식으로, 상기 균일성이 증가될 수 있고, 상기 각각의 발광 영역은 원형일 수 있다.
상기 각각의 광학 성형 요소로부터의 상기 발광 영역들 또는 상기 계면의 거리 및 서로로부터 상기 광학 성형 요소들의 거리는 상기 사용된 빔 성형 기술 및 전반사의 사용 여부에 의해 주어진다. 예를 들어, 만곡된 마이크로-미러들로부터 반사된 가우시안 빔들이 전반사와 조합하여 사용되면, 상기 광학 성형 요소들은 ca. 880 μm, 특히 청색광 외부 광원에 대해 구성되어야 하는 경우 886 μm에서 적색광 외부 광원에 대해 877 μm까지, 광학 성형 요소와 500 μm의 계면까지의 거리로 서로 이격된다.
상기 계면은 제1 매질(상기 광 빔이 상기 각각의 발광 영역에서 방출되기 전에 전파됨)과 제2 매질 사이의 경계 계면일 수 있고, 상기 제1 매질의 굴절률은 상기 제2 매질의 굴절률보다 크거나 같을 수 있다. 특히, (유리) 기판 대 공기 경계 또는 기판 대 기판 경계일 수 있다.
상기 제1 발광 영역이 상기 제2 발광 영역과 중첩되지 않는 경우가 유리하다. 이렇게 하여, 코히어런트 광 빔들(각각 잘 정의된 위상 또는 광 경로 길이를 가짐)이 상기 계면으로부터 방출된다.
선택적으로, 상기 광학 장치는 발광 표면을 포함하고, 상기 제1 및 제2 발광 영역은 상기 발광 표면에 의해 제공되고, 흡수성 재료의 (바람직하게 육각형) 허니콤 구조체는 발광 표면의 상부에 제공된다. 예를 들어, (바람직하게 육각형) 허니콤 구조체의 제1 (바람직하게 육각형) 셀은 상기 제1 발광 영역을 포함할 수 있고, (바람직하게 육각형) 허니콤 구조체의 제2 (바람직하게 육각형) 셀은 상기 제2 발광 영역을 포함할 수 있다. 상기 허니콤 구조체 및 그의 셀들은 또한 예를 들어 능면체(rhombohedral) 또는 삼각형일 수 있다. 상기 발광 표면은 상기 광학 성형 요소들로부터 이격될 수 있다. 선택적으로, 상기 발광 표면은 상기 계면이다. 일반적으로, 상기 발광 영역들은 타원형, 특히 원형 원주를 가질 것이다. 따라서, 발광 표면은 그것들이 중첩하지 않고 발광 영역들로 완전히 충전될 수 없고, 따라서 상이한 광학 경로들로부터의 광 빔들이 간섭한다. 발광 표면의 상부에 허니콤 구조를 사용함으로써, 흡수성 경계들이 상이한 발광 영역들 사이에 형성될 수 있고, 따라서 별개의 광학 경로들을 가지는 광 빔들의 스폿들의 형상을 정의할 수 있게 하고, 따라서 (추가적인 광학 손실의 비용에서) 최대 100%의 발광 표면의 더 높은 충전 팩터의 조명을 달성할 수 있게 한다. 대안적으로, 상기 발광 표면은 또한 발광 영역들을 성형하고 상승된 허니콤 구조체와 유사한 효과를 달성하기 위해 흡수성 재료로 부분적으로 코팅될 수 있다.
상기 광학 장치는 상기 외부 광원으로부터 방출된 상기 광 빔을 안내하기 위한 적어도 하나의 버스 도파관 및 적어도 제1 및 제2 광학 커플러, 특히 방향성 커플러들(즉, 소산 커플링(evanescent coupling)에 의해 버스 도파관들로부터 도파관들로 상기 광을 분배하도록 제공된 커플러)를 포함할 수 있고, 상기 제1 광학 커플러는 상기 버스 도파관으로부터 상기 외부 광원으로부터 방출된 광을 상기 제1 도파관에 커플링하고, 상기 제2 광학 커플러는 상기 버스 도파관으로부터 상기 외부 광원으로부터 방출된 광 빔을 상기 제2 도파관에 커플링한다. 특히, 상기 제1 및/또는 제2 광학 커플러는 각각 버스 도파관 및 제1 및 제2 도파관을 각각 포함하고/하거나 이들에 의해 (적어도 부분적으로) 형성된다. 상기 광학 커플러들은 예를 들어 단순히 상기 제1 및 제2 도파관을 각각 상기 버스 도파관에 충분히 가깝게 함으로써 형성될 수 있다. 이는 상기 외부 광원으로부터 방출된 광 빔을 상기 제1 및 제2 도파관으로 용이하게 분배할 수 있게 한다. 상기 버스 도파관은 또한 상기 외부 광원으로부터 방출된 광을 2개 이상의 도파관들로 안내할 수 있고/있거나 2개 이상의 버스 도파관에 대해 제공될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 상위 레벨 버스 도파관에 대해 제공될 수 있고, 상기 외부 광원으로부터 방출된 광 빔을 적어도 하나의 하위-랭킹 버스 도파관으로 안내하거나 광학 커플러(및 선택적으로 하나 이상의 빔 성형 구조체들로)에 의해 광을 하위-랭킹 버스 도파관으로 커플링하며, 여기서 상기 하위-랭킹 버스 도파관들은 광을 하나 이상의 빔 성형 구조체들로 안내한다.
상기 광학 장치는 투명 기판을 포함할 수 있고, 상기 제1 및 제2 도파관은 상기 투명 기판 내에 형성된다. 이러한 방식으로, 상기 도파관들은 소형의 방식으로 용이하게 제공될 수 있고, 그들 사이의 좁은 간격들로 제공될 수 있다. 더욱이, 상기 온도 감도는 잘 알려져 있고, 따라서 용이하게 보상될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 도파관은 직접 레이저 묘화(direct laser writing), 특히 펨토초-레이저 묘화(femtosecond-laser writing)에 의해 상기 투명 기판 내에 형성된다. 이러한 방식으로, 상기 투명 기판은 매우 얇을 수 있고, 예를 들어, 500 μm 미만의 두께를 가질 수 있다. (펨토초-) 레이저 묘화된 도파관들은 낮은 전파 손실들(예를 들어, <0.2 dB/cm), 높은 온도 안정성, 제조의 용이함 및 다른 (레이저-묘화된) 마이크로-광학 컴포넌트들과의 통합을 가지는 3D에서 광학 회로들을 구축하는 능력을 결합한다. 더욱이, 적어도 하나의 버스 도파관은 (다시, 예를 들어, 직접 레이저 묘화에 의해) 상기 투명 기판 내에 형성될 수 있다. 상기 발광 표면 및/또는 상기 인터페이스는 상기 투명 기판의 (전방) 표면에 의해 제공될 수 있다.
상기 제1 및 제2 빔 성형 구조체는 적어도 부분적으로 상기 투명 기판에 의해 제공될 수 있고, 특히 각각의 광학 성형 요소들은 상기 투명 기판에 의해 제공될 수 있다. 상기 광학 성형 요소들, 예를 들어 마이크로-미러들의 형태는 (펨토 초-)레이저 절제(femtosecond-laser ablation)를 사용하여 매우 높은 정밀도로 그리고 거의 임의의 형상으로 가공될 수 있다. 후속적으로, 이들은 예를 들어, 표면 품질을 증가시키기 위해 이산화탄소(CO2) 레이저를 통해 연마될 수 있다. 상기 광학 성형 요소들은, 예를 들어 상기 기판의 후면에 또는 그에 인접하여 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 광학 성형 요소들은 상기 기판의 후면에 형성된 마이크로-미러들일 수 있다. 또한, 상기 광학 성형 요소들은 상기 기판의 후면과 접촉하는 회절 광학 요소들일 수 있다. 상기 후면은 예를 들어, 전방 표면에 대향하는 표면, 특히 발광 표면에 대향하는 표면 및/또는 상기 계면에 대향하는 표면이다(궁극적으로 마이크로-미러들과 같은 형성된 광학 성형 요소에 관하여). 상기 후면은 상기 전방 표면, 상기 발광 표면 및/또는 상기 계면에 실질적으로 평행할 수 있다.
이어서, 상기 백라이트는 다음과 같이 작동할 수 있다: 얇은 유리 기판 내에 매립된 (펨토초-)레이저 묘화된 도파관들, 및 라벨링된 버스 도파관들은 상기 (투명한) 기판의 표면 영역 전체에 걸쳐 외부 레이저(광학 장치의 일부가 아닐 수 있음)로부터의 상기 레이저 광을 운반한다; 상기 도파관들 사이의 감쇠 커플링(evanescent coupling)을 통한 광학(방향성) 커플러들은, 상기 버스 도파관들로부터의 상기 광을 도파관들로 분배하기 위해 그리고 그에 따라 마이크로-미러들 또는 DOE들이 위치되는 기판의 후면 측면 상의 다양한 포지션들로 제공되며; 후자는, 예를 들어, SLM(광학 장치의 일부가 아닐 수 있음)의 다수의 픽셀들을 각각 조명하는 광 원뿔들을 생성하기 위해 사용된다. 상기 유리-공기 경계에서 전반사를 사용함으로써, 그렇지 않으면 원치 않는 간섭 효과들을 초래하는 오버랩할 그 광 원뿔들은 크롭핑되고(cropped) 격리된다.
상기 투명 기판의 에지에 위치될 수 있는 상기 외부 광원으로부터 비롯된 상기 광은 펨토초-레이저 묘화된 도파관들 및 빔 성형 구조체들을 사용하여 상기 전방 표면 영역 위에 분포된다. 이들 도파관들은 상기 기판 내의 임의의 원하는 3D 궤적을 따를 수 있고, 광학 (방향성) 커플러들을 사용하여 이들 사이에서 광을 커플링할 수 있다. 20 μm의 최소 도파관 간격들이 용이하게 달성 가능하여, 매우 조밀한 도파관 네트워크를 허용한다.
상기 마이크로-미러는 미러 구조체의 표면 품질 및 상기 각각의 도파관을 빠져나간 후 상기 광 빔의 (기판 내의) 자유 공간 전파 거리에 따라 매우 작게(예를 들어, 직경이 <30 μm) 제조될 수 있다. 상기 광학 성형 요소들, 예를 들어 상기 마이크로-미러들로부터의 반사는 상기 유리-공기 계면에서의 전반사로 인해 순수하게 발생할 수 있거나, 상기 미러 구조체는 반사성 재료(예를 들어, 은)로 코팅될 수 있다. 상기 광학 성형 요소들, 특히 상기 마이크로-미러들은 또한 예를 들어, 유리 프레스 성형 또는 중합체 마이크로-구조체 제작과 같은 수단에 의해 제조될 수 있다.
상기 외부 광원으로부터 상기 발광 영역들로, 특히 SLM과 같은 외부 장치로의 상기 광 경로 길이는 변하고, 따라서 상이한 스폿들로부터의 위상은 상이할 것이다. 이러한 위상 오프셋들은 SLM에서 용이하게 보정되고 보상될 수 있다. 상기 상이한 경로 길이들로 인해, 온도 변화들은 상기 상이한 위상들에 상이하게 그리고 그들 각각의 광 경로 길이에 비례하여 영향을 미칠 것이다. 이러한 효과를 감소시키기 위해, 매우 낮은 열-광학 팽창 계수를 가지는 유리가 상기 투명 기판(예를 들어, Corning EAGLE XG, δ1 = 31.7-7/℃)을 위해 사용될 수 있고, 따라서 상기 위상 시프트는 작을 수 있고, 예를 들어 SLM을 사용하기 위해 더 용이하게 보정될 수 있다.
상업적 응용 및 장치의 경우, 상기 광학 장치, 보다 특히 홀로그래픽 백라이트와 같이 사용될 수 있는 장치들은, 모바일 장치들의 경우 0℃ 내지 70℃ 또는 상기 자동차 부문의 경우 심지어 -40℃ 내지 125℃와 같이, 넓은 온도 범위에 걸쳐 안정하게 작용해야 한다. 온도 변화들은 상기 광학 장치의 상이한 픽셀(예를 들어, 상이한 발광 영역들) 사이에서, 특히 상기 광학 장치에 의해 조명되는 SLM의 위상 시프트를 유도하여, 이미지 품질을 저하시키거나 심지어 이를 완전히 파괴할 수 있다. 여전히, SLM의 과제는 각각의 픽셀에 위상 시프트를 도입하는 것이 어쨌든 있기 때문에, (a) 상기 위상 시프트가 천천히 발생하고 (b) 상기 위상 시프트가 알려진 경우 임의의 위상 시프트가 쉽게 보상될 수 있다. 통상적인 SLM은 각각의 픽셀에 대한 상기 위상 값을 ca. 10ms 내에서 업데이트할 수 있으며, 여기서 통상적인 조건 하에서 1 mK 이하의 온도 시프트가 일어나는 것으로 가정될 수 있다. 또한, 예를 들어 100 mm 길이의 샘플에서 0.01°K 온도 변화가 일어나는 것으로 가정될 수 있다. 예를 들어, 보로실리케이트 유리(borosilicate glass)의 체적 팽창 계수는 31.7 · 10-7/°K이고, 온도 변화로 인한 굴절률 변화 속도는 2.2 · 10-6/°K일 수 있다. 450 nm의 파장에서, 굴절률은 예를 들어 n0 = 1.51825이다. 이어서, 총 위상 변화는 위상-플립의 0.5%로 계산되고, 따라서 무시할 수 있는 것으로 보일 수 있다.
더 긴 타임 프레임(time-frames) 및 더 큰 온도 드리프트(temperature drifts) 조건 (b) 에 대해서는 관련성이 있게 된다. 이러한 위상 시프트에 대항하는 가장 간단한 방법은 특히 상기 투명 기판 내에 마하-젠더 유사 구조체를 사용하는 것이다. 따라서, 다음을 포함하는 것이 유리하다:
상기 광학 장치가 상기 기판 내에 형성된 적어도 제1 및 제2 간섭계 도파관,
제1 간섭계 도파관으로부터의 광 빔을 제2 간섭계 도파관에 커플링하기 위한 제1 간섭계 커플러,
상기 제1 간섭계 도파관으로부터의 광 빔을 상기 제2 간섭계 도파관에 커플링하기 위한 제2 광학 간섭계 커플러, 및
상기 제1 간섭계 도파관에 연결된 광검출기.
또는, 상기 제2 광 간섭계 커플러는 상기 제2 간섭계 도파관으로부터의 광 빔을 상기 제1 간섭계 도파관에 결합시키기 위한 것이고, 상기 광 검출기는 상기 제2 간섭계 도파관에 연결될 수 있다. 또한, 대안적으로, 상기 광학 장치, 특히 마하-젠더 유사 구조체는 다음을 포함할 수 있다:
상기 기판 내에 형성된 적어도 제1 및 제2 간섭계 도파관,
상기 제1 간섭계 도파관으로부터의 광 빔과 상기 제2 간섭계 도파관으로부터의 광 빔의 간섭을 측정하기 위한 광검출기.
하나 이상의 이러한 마하-젠더-유사 구조체에 대해 제공될 수 있다. 상기 광검출기는 예를 들어, 포토다이오드이다. 상기 제1 및 제2 간섭계 도파관은 마하-젠더-유사 간섭계의 상이한 아암들에 필적할 만하며, 그들의 길이는 상이할 수 있다. 상기 광검출기에 의한(예를 들어, 상기 기판의 단부/측면에서) 강도 변동의 관점에서 판독될 수 있는 상기 제1 및 제2 간섭계 도파관 사이에서 온도 의존적 위상-시프트가 발생한다. 상기 측정 정확도를 증가시키기 위해 다수의 마하-젠더-유사 구조체들이 구성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 제1 간섭계 도파관은 상기 외부 광원으로부터 방출된 광 빔을 수신하도록 구성된다. 임의의 파장이 사용될 수 있지만, 다른 도파관들에서 또한 전파되는 동일한 파장을 사용하는 것이 가장 편리하다. 0℃ 내지 70℃의 온도 범위에 걸쳐, 100 mm의 도파관의 길이에 대한 전체 위상 드리프트는 366·2π일 수 있다(예를 들어, 상기 참조). 하나 이상의 마하-젠더-유사 구조체에 의해, 상기 위상 드리프트가 결정될 수 있고, 예를 들어 SLM에 의해 보상될 수 있다. 상기 제1 및 제2 간섭계 도파관의 길이는 최대 예상 온도 시프트에 대해, 상기 유도된 위상 시프트가 2π보다 크지 않도록 선택되어야 한다. 측정 정확도를 증가시키기 위해 상이한 길이를 가지는 추가의 마하-젠더-유사 구조체가 구축될 수 있다.
또 다른 관심사는 상기 외부 광원의 파장 안정성이다. 수직-공진형 표면 방출 레이저(Vertical-cavity surface-emitting laser, VCSELs) 및 분산 피드백 레이저(Distributed Feedback Laser, DFB) 다이오드는 전형적으로 0.07nm/℃의 파장 안정성을 갖는다. 따라서, 이미 0.002nm의 파장 변화는 100mm 떨어진 픽셀 사이의 2π 위상 차이를 초래할 것이다. 따라서, 상기 외부 광원은 바람직하게는, 예를 들어 전기 통신 목적을 위해 사용되는 레이저 다이오드들에 대해 일상적으로 행해지는 바와 같이 온도 안정화된다. 유리하게는, 상기 외부 광원은 상기 광학 장치로부터 거리를 두고 위치될 수 있고, 상기 외부 광원으로부터 방출된 광 빔은 광섬유를 통해 광학 장치로 안내된다.
선택적인 구현예에서, 상기 광학 장치는 상기 제1 및 제2 발광 영역으로부터 방출된 상기 광 빔들의 빔 발산을 감소시키기 위한 광학 빔 발산 감소 구조체를 포함한다. 바람직하게는, 상기 광학 빔 발산 구조체는 상기 광 빔들의 파면이 (공간적으로 제한된) 평면 파의 형상을 가지도록 상기 제1 및 제2 발광 영역으로부터 방출된 광 빔들을 성형한다. 이러한 방식으로, 코히어런트 평면 파가 상기 광학 장치에 의해 공급될 수 있다. 상기 광학 발산 감소 구조체는 바람직하게는 상기 계면, 상기 발광 표면 및/또는 상기 투명 기판의 전방 표면의 전방에 정렬되거나 그에 의해 형성된다. 상기 광학 발산 감소 구조체는 바람직하게는 DOE 또는 렌즈 어레이, 특히 프레넬(Fresnel) 어레이이다.
고려할 또 다른 요인은 더 작은 각도를 가지지만 전반사의 임계 각도에 가까운 각도를 가지는 상기 계면으로부터 방출된 광 빔들이 상기 전방 표면에 거의 평행한 상기 기판 외부의 전파 각도를 가질 것이라는 것이다. DOE 또는 렌즈형 구조물은 예를 들어, SLM과 함께 사용하기 위해 평면파를 생성하는데 사용될 수 있다. 이러한 광학 빔 발산 감소 구조체는 공기에 의해 상기 기판으로부터 분리될 수 있고/있거나 예를 들어 전반사의 유효 원리를 유지하기 위해 낮은 굴절률 재료로부터 제조될 수 있다.
유리한 구현예에서, 상기 광학 장치는 적어도 하나의 추가 외부 광원으로부터의 광을 제어하도록 구성된다. 예를 들어, 상기 광학 장치는 3개의 외부 광원들로부터의 광을 제어하도록 구성될 수 있고, 이들 중 하나는 청색 광원(467 nm의 파장), 녹색 광원(532 nm) 및 적색 광원(630 nm)일 수 있다. 상기 광학 장치는 이러한 방식으로, 예를 들어 다색 홀로그래픽 디스플레이에 대해 다색 조명을 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 도파관은 또한 상기 적어도 하나의 추가 외부 광원 중 하나로부터 방출된 광 빔을 안내하기 위한 것일 수 있고, 상기 제1 도파관은 상기 하나의 추가 외부 광원으로부터 방출된 상기 광 빔을 상기 제1 빔 성형 구조체로 안내하고, 상기 제2 도파관은 상기 하나의 추가 외부 광원으로부터 방출된 상기 광 빔을 상기 제2 빔 성형 구조체로 안내한다; 또는 대안적으로, 상기 광학 장치는 적어도 하나의 추가 외부 광원 중 하나로부터 방출된 광 빔을 안내하기 위한 적어도 제1 및 제2 추가 도파관, 및 광 빔을 방출하기 위한 제1 추가 발광 영역을 가지는 적어도 제1 추가 빔 성형 구조체, 및 광 빔을 방출하기 위한 제2 추가 발광 영역을 가지는 제2 추가 빔 성형 구조체를 포함할 수 있고, 상기 제1 추가 도파관은 상기 적어도 하나의 추가 외부 광원 중 하나로부터 방출된 상기 광 빔을 상기 제1 추가 빔 성형 구조체로 안내하고, 상기 제2 추가 도파관은 상기 적어도 하나의 외부 광원 중 하나로부터 방출된 상기 광 빔을 상기 제2 추가 빔 성형 구조체로 안내하고, 상기 제1 및 제2 추가 빔 성형 구조체 각각은 상기 각각의 추가 빔 성형 구조체의 상기 각각의 추가 발광 영역으로부터 방출될 때 상기 각각의 추가 빔 성형 구조체로 안내된 상기 광 빔의 복사 밀도 프로파일의 균일성을 증가시키도록 구성된다.
즉, 상기 적어도 하나의 추가 외부 광원, 예를 들어 3개의 외부 광원들로부터 방출된 상기 광 빔은 각각의 외부 광원이 3개의 1차 컬러의 세트와 상이한 컬러를 가지고, 동일한 광학 장치 내에서 조합될 수 있고, 동일한 도파관(빔 성형 구조체 당)에서 공동-전파되거나 또는 별개의 도파관들에서 전파될 수 있다. 특히, 상기 도파관들이 레이저 기록된 도파관들인 경우, 예를 들어 단지 10 μm의 도파관 간격 및 크로스-토크가 없는 도파관 간격이 용이하게 달성 가능하고, 상기 빔들은 예를 들어 동일한(또는 상이한) 광학 성형 요소, 특히 마이크로-미러들로부터 반사될 수 있다.
상기 광학 장치의 광학 효율은 주로 도파관 전파 손실, 도파관 커플링 손실에 대한 외부 광원 및 전반사의 양에 의존한다. 도파관 전파 손실은 예를 들어, 모든 파장에 대해 <0.2 dB/cm 이고, 정확한 전체 손실은 (상기 기판에서의) 도파관 레이아웃에 의존한다. 상기 외부 광원, 특히 레이저 다이오드의 효율, (단일 모드) 도파관들에 대한 커플링은 대부분 광학 인터페이스에서의 모드-매칭(mode-match) 및 프레넬 반사(Fresnel reflections)에 의존한다. 수직-캐비티 표면-방출 레이저들(VCSELs)은 90%를 초과하는 도파관들 중 하나와 매우 잘 매칭하는 원형 모드 프로파일을 가진다. 에지-방출 레이저 다이오드들의 경우에, 상기 커플링 효율은 고도로 타원형인 모드 형상으로 인해 더 낮다. 전형적으로, 50% 내지 80%의 커플링 효율이 달성될 수 있다. 전반사로 인한 손실된 광의 양은 요구되는 균일성 및 사용된 빔-성형 접근법에 의존한다. 예를 들어 가우시안 빔 프로파일에 관하여: 80%의 균일성(최대보다 최소)을 달성하려면 전체 빔 강도의 대략 50%의 균일성을 잘라내야 한다(즉, 폐기되어야 한다).
본 발명은 또한 본 명세서에 기재된 바와 같은 광학 장치를 포함하고 외부 광원을 포함하는 백라이트 유닛에 관한 것이다. 바람직하게는, 상기 외부 광원은 레이저 다이오드이다.
본 발명은 또한 공간 광 변조기, 및 본 명세서에 기재된 바와 같은 백라이트 유닛 또는 광학 장치를 포함하는 광학 시스템, 특히 홀로그래픽 디스플레이에 관한 것이다.
일반적으로, 상기 광학 장치, 상기 백라이트 유닛 및/또는 상기 광학 시스템은 대형의 코히어런트 파면의 생성이 유용한 많은 응용들에 사용될 수 있다. 예를 들어 빔 스티어링을 통해 능동적으로 3D 감지가 가능한데, SLM이 LIDAR(Light Detection and Ranging) 애플리케이션을 위해 하나 이상의 레이저 빔을 능동적으로 제어하는 데 사용하거나, 또는 DOE를 사용하여 구조화된 광을 생성하는 데 사용되는 수동적으로 3D 감지한다.
구조화된 광 감지 또는 구조화된 광 3D 감지는 모바일 장치들에서 많은 유망한 애플리케이션들을 가지며, Apple Inc.에 의해 그들의 FaceID 인증 시스템으로 도입되었다. 포인트들의 그리드가 환경에 투영되고, 이러한 그리드의 왜곡은 카메라에 의해 맵핑되며, 그 후 카메라는 3D 정보를 산출한다. 미래의 애플리케이션들은 포인트 그리드의 해상도를 증가시키고, 단일 샷들로부터 연속적인 측정들로 이동할 것이다. 두 가지 것들은 정확성 및 전력 소비의 관점에서 달성하기 어렵지만, 본 명세서에서 설명되는 광학 장치, 백라이트 유닛 또는 광학 시스템을 사용하여 쉽게 해결될 수 있다. 상기 포인트 그리드의 해상도는 빔들의 수 및 그들의 발산각에 의존하며, 이는 평면-파면을 사용하여 강하게 증가될 수 있고, DOE로 변조될 수 있다. 에너지 소비는 신호 대 잡음비를 증폭시킴으로써 감소될 수 있다: 온도 변동들 및 레이저 다이오드들의 제조 변동들(예를 들어, 25nm)로 인해, 신호 대 잡음비를 감소시키는 현재의 디바이스들에서 사용될 필요가 있다. 현재 개시되는 광학 장치, 백라이트 유닛 또는 광학 시스템을 사용하여, 몇몇 레이저 다이오드들이 병렬로 사용될 수 있고, 주어진 조건에서 훨씬 더 좁은 필터-스펙트럼에 잘 맞는 것만이 턴 온된다. 접근법은 임의의 원하는 파장에 대해 작용하며, 원하는 파장에서 선택될 수 있다.
자동차, 드론 및 로봇의 자율 주행은 LiDAR의 사용에 크게 의존한다. 본질적으로, LiDAR는 넓은 영역에 걸쳐 스캐닝되고 반사의 지연(time-of-flight measurement, TOF 측정)을 측정하는 펄스형 레이저 빔에 의존한다. LiDAR가 널리 사용되지만, LiDAR는 여전히 매스-마켓(mass-market)에서의 채택을 금지하는 매우 고가의 기술이다. 주요 어려움은 온도 변화가 크고 강한 진동을 가지는 자동차 환경에서 장거리에 걸쳐 높은 정확도로 레이저 빔을 조향하는 난제에 있다. 현재 개시된 광학 장치, 백라이트 유닛 또는 광학 시스템 (및 SLM)을 사용하여, 소형이면서 매우 안정한 LiDAR 시스템이 구축될 수 있다. 백라이트/SLM의 큰 가능한 개구는 감지 거리를 증가시키는 매우 긴 빔-발산 길이(beam-divergence length)를 갖는 넓은 레이저 빔의 사용을 허용한다. 부가적으로, 가격은 스케일로 생성될 때 매우 낮을 수 있고, 둘 모두는 SLM에 대한 것과 같은 레이저 기록을 위한 것이다. 3D 감지(940 nm 및 1550 nm)에서 가장 흔히 사용되는 파장에 대한 도파관의 설계는 간단하다. 부가적으로, 시준된 빔을 갖고 능동 빔 조향을 회피하는 플래시 LiDAR를 구축하는 것이 또한 가능하다.
예로서, 본 발명은 도면들에 도시된 몇몇 선택된 구현예들에 관하여 추가로 설명된다. 그러나, 이들 구현예들은 본 발명을 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다.
도 1은 광학 장치의 바람직한 구현예이다.
도 2는 광학 성형 요소로서 마이크로-미러를 가지는 광학 장치의 바람직한 구현예의 상세도이다.
도 3은 광학 성형 요소로서 마이크로-미러 및 광학 빔 발산 감소 구조체로서 DOE를 가지는 광학 장치의 다른 바람직한 구현예의 상세도이다.
도 4는 광학 성형 요소로서 마이크로-미러 및 광학 빔 발산 감소 구조체로서 렌즈를 가지는 광학 장치의 다른 바람직한 구현예의 상세도이다.
도 5는 광학 성형 요소로서 DOE 및 광학 빔 발산 감소 구조체로서 제2 DOE를 가지는 광학 장치의 다른 바람직한 구현예의 상세도이다.
도 6은 광학 성형 요소로서 DOE 및 광학 빔 발산 감소 구조체를 가지는 광학 장치의 다른 바람직한 구현예의 상세도이다.
도 7의 개략적 평면도에서의 백라이트 유닛의 바람직한 구현예이다.
도 8은 개략적 평면도에서의 백라이트 유닛의 다른 바람직한 구현예이다.
도 9는 개략적 단면도에서의 도 8과 동일한 구현예에서의 백라이트 유닛이다.
도 10은 광학 장치의 바람직한 구현예의 마하-젠더-유사 구조체를 도시한다.
도 1은 광학 장치의 바람직한 구현예이다.
도 2는 광학 성형 요소로서 마이크로-미러를 가지는 광학 장치의 바람직한 구현예의 상세도이다.
도 3은 광학 성형 요소로서 마이크로-미러 및 광학 빔 발산 감소 구조체로서 DOE를 가지는 광학 장치의 다른 바람직한 구현예의 상세도이다.
도 4는 광학 성형 요소로서 마이크로-미러 및 광학 빔 발산 감소 구조체로서 렌즈를 가지는 광학 장치의 다른 바람직한 구현예의 상세도이다.
도 5는 광학 성형 요소로서 DOE 및 광학 빔 발산 감소 구조체로서 제2 DOE를 가지는 광학 장치의 다른 바람직한 구현예의 상세도이다.
도 6은 광학 성형 요소로서 DOE 및 광학 빔 발산 감소 구조체를 가지는 광학 장치의 다른 바람직한 구현예의 상세도이다.
도 7의 개략적 평면도에서의 백라이트 유닛의 바람직한 구현예이다.
도 8은 개략적 평면도에서의 백라이트 유닛의 다른 바람직한 구현예이다.
도 9는 개략적 단면도에서의 도 8과 동일한 구현예에서의 백라이트 유닛이다.
도 10은 광학 장치의 바람직한 구현예의 마하-젠더-유사 구조체를 도시한다.
도 1은 외부 광원(2)(본 구현예의 일부가 아님), 예를 들어 가우시안 빔 형상을 가진 레이저 다이오드로부터의 광을 제어하기 위한 상기 광학 장치(1)의 바람직한 구현예를 도시한다. 상기 광학 장치(1)는 제1 도파관(3), 제2 도파관(4) 및 하나의 추가 도파관을 포함한다. 물론, 상기 광학 장치(1)는 하나 이상의 추가 도파관을 포함할 수 있다. 또한, 상기 광학 장치(1)는 제1 발광 영역(6)을 가지는 제1 빔 성형 구조체(5) 및 제2 발광 영역(8)을 가지는 제2 빔 성형 구조체(7)를 포함한다. 상기 광학 장치(1)는 또한 버스 도파관(9)을 포함한다. 상기 버스 도파관(9)은 상기 외부 광원으로부터 방출된 광 빔을 안내하도록 구성되고, 제1 광학 커플러(10) 및 제2 광학 커플러(11)를 가지고, 상기 제1 광학 커플러(10)는 상기 버스 도파관(9)으로부터 상기 외부 광원으로부터 방출된 광 빔을 상기 제1 도파관(3)에 커플링하고, 상기 제2 광학 커플러(11)는 상기 버스 도파관(9)으로부터 상기 외부 광원으로부터 방출된 광 빔을 상기 제2 도파관(4)에 커플링한다. 더 구체적으로, 상기 광학 커플러들(10, 11) 각각은 상기 버스 도파관(9)에 의해 안내된 상기 광 빔의 일부를 각각의 제1 및 제2 도파관(3, 4)에 재지향시킨다. 후속적으로, 상기 제1 도파관(3)은 상기 외부 광원으로부터 방출된 상기 광 빔을 상기 제1 빔 성형 구조체(5)에 안내하고, 상기 제2 도파관(4)은 상기 외부 광원으로부터 방출된 상기 광 빔을 상기 제2 빔 성형 구조체(7)에 안내한다.
상기 제1 빔 성형 구조체(5) 및 상기 제2 빔 성형 구조체(7)는, 각각 상기 각각의 빔 성형 구조체(5, 7)의 상기 각각의 발광 영역(6, 8)으로부터 방출된 광 빔의 복사 밀도 프로파일의 균일성이 상기 각각의 도파관(3, 4)에 의해 상기 각각의 빔 성형 구조체(5, 7)로 안내되는 상기 광 빔의 균일성보다 더 높도록 구성된다. 상기 제1 및 제2 빔 성형 구조체(5, 7)는 각각의 광학 성형 요소(12)를 각각 포함하고, 상기 제1 및 제2 도파관들(3, 4)은 각각의 광학 성형 요소(12)에서 상기 외부 광원으로부터 방출된 상기 광 빔을 지향시킨다. 상기 광학 성형 요소들(12)은 상기 각각의 광학 성형 요소(12)에서 지향된 상기 광 빔의 파면을 조작하도록 구성된다. 본 구현예에서, 상기 광학 성형 요소들(12)은 상기 광 빔의 개방 각도를 넓히는 광학 발산 요소(13), 특히 (곡선형) 마이크로-미러들이다. 상기 빔 각도의 넓힘으로 인해, 상기 발광 영역들(6, 8)은 또한 동일한 총 조명 면적을 제공하면서 상기 각각의 광학 성형 요소들(12)에 더 가까울 수 있다.
상기 광학 장치(1)는 투명 기판(14)을 포함한다. 상기 제1 도파관(3), 상기 제2 도파관(4) 및 상기 버스 도파관(9)은 특히 직접 레이저 라이팅(direct laser writing)에 의해 상기 투명 기판(14) 내에 형성된다. 상기 투명 기판(14)의 전면은 인터페이스(15)를 제공하며, 이러한 인터페이스는 본 구현예에 상기 기판(14) 및 공기의 경계이다. 상기 제1 및 제2 발광 영역들(6, 8)은 상기 계면(15)에 의해 제공된다. 상기 제1 및 제2 발광 영역들(6, 8)은 상기 각각의 광학 성형 요소(12)를 간섭한 후에 상기 계면(15)을 향해 지향된 상기 광 빔에 대해 각각의 발광 영역(6, 8) 외부에서 발생하는 전반사에 의해 각각 구분된다. 도 1에는 상기 인터페이스(15)를 통과하는, 즉 상기 인터페이스(15)에서 전반사를 겪지 않는 광학 성형 요소들(12)로부터 반사된 빔의 일부만이 도시되어 있다는 것이 주목된다. 대조적으로, 도 2 내지 도 6에서는 상기 계면(15)에서 반사될 광 빔의 일부가 도시되어 있다. 상기 광 빔을 넓히고 이어서 상기 계면(15)에서 전반사를 넓히기 위해 상기 광학 발산 요소(13)를 사용함으로써, 상기 각각의 발광 영역(6, 8)으로부터 방출된 상기 광 빔의 복사 밀도 프로파일의 균일성이 증가될 수 있다. 대안적으로, 상기 광학 성형 요소들(12)은 물론 광 프로파일러 요소들(19)일 수 있으며(도 5 및 도 6 참조), 이는 상기 각각의 발광 영역(6, 8)으로부터 방출된 상기 광 빔의 복사 밀도 프로파일의 균일성을 증가시킬 수 있다(상기 계면(15)에서의 전반사와 조합하여 또는 그렇지 않고). 상기 전반사의 임계 각도는, 잘 알려진 바와 같이, 상기 투명 기판 및 - 본 구현예에서 - 공기의 굴절률들에 의해 결정된다. 상기 광학 성형 요소들(12)(또는 그들의 광 빔의 각각을 넓힘), 상기 계면(15)으로부터의 그들의 거리 및 상기 계면(15)에서의 전반사의 임계 각도(또는 관련 굴절률들, 각각)는 상기 제1 발광 영역(6)이 상기 제2 발광 영역들(8)과 중첩되지 않도록 구성된다.
본 구현예에서, 상기 제1 및 제2 빔 성형 구조체들(5, 7)은 결과적으로 상기 각각의 발광 영역(6, 8) 외부에서 전반사가 일어나는 각각의 광학 성형 소자(12) 및 상기 계면(15)에 의해 형성된다.
본 발명은 상기 광학 장치(1)가 매우 얇게 할 수 있고, 상기 투명 기판(14)은 얇은 플레이트일 수 있으며, 이 경우에 도 1은 상기 투명 기판(14)의 더 작은 치수들에 평행한 단면의 도면이다. 상기 광학 성형 요소들(12)은 상기 투명 기판(14)의 후면에 형성된다. (상기 광학 성형 요소들(12)을 형성하는 만입부를 제외한) 상기 후면은 상기 계면(15)에 실질적으로 평행하다. 유리하게는, 상기 기판(14)의 전면 및 후면이 평행하기 때문에, 전반사로 인해 상기 계면(15)으로부터 반사된 상기 광 빔의 부분은 상기 후면을 통해 상기 기판을 떠나거나(상기 계면보다 더 높은 임계각을 갖는 경우), 또는 상기 기판의 상기 후면 및 상기 전면으로부터 반복적으로 반사될 수 있어서, 상기 기판(14)의 측면들로부터 그것이 방출될 것이다. 따라서, 그것은 상기 계면으로부터 방출되지 않으며, 그것은 상기 발광 영역들(6, 8)로부터 방출된 상기 광 빔들과 간섭하지 않을 것이다. 상기 계면(15)으로부터 전반사되고 후속하여 임계각보다 더 낮은 각도에서 상기 계면(15)에서 일부 다른 광학 성형 요소(12)에 의해 산란되고 따라서 상기 계면(15)으로부터 방출되는 소량의 광은 무시할 수 있다.
상기 광학 장치(1)는 상기 제1 및 제2 발광 영역(6, 8)으로부터 방출된 상기 광 빔들의 빔 발산을 감소시키기 위한 광학 빔 발산 감소 구조체(16)를 추가 포함한다. 광학 빔 발산 감소 구조체(16)는 바람직하게는 발광 영역(6, 8)으로부터 방출된 광을 (공간적으로 제한된) 평면 파로 변환하는 DOE이다.
또한, 도 1은 상기 광학 장치(1)의 상부에서 방출된 광의 위상을 변조하기 위한 SLM(17)을 도시한다. 상기 SLM(17) 대신에, DOE들이 또한 정적 광 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 도 1은 또한 특히 상기 외부 광원을 배제한 광학 시스템(18)의 상세를 도시하는 것으로 고려될 수 있다.
도 2 내지 도 6은 각각 광학 장치(1)의 바람직한 구현예의 상세를 도시한다. 예를 들어, 이들은 상기 제2 도파관(4)을 도시하지 않는다. 상기 광학 장치(1)는 도 1의 맥락에서 설명된 것과 유사하게 작동한다. 도 1에 도시된 구현예와 유사하게, 외부 광원(2)(상기 광학 장치(1)의 일부가 아님)으로부터 방출된 광 빔은 버스 도파관(9)에 의해 안내되고, 상기 제1 도파관(3)에 부분적으로 커플링되며, 이는 차례로 상기 광학 발산 요소(13)인 광학 성형 요소(12)에서 상기 광 빔을 지향시킨다. 도 2 내지 도 4에서, 상기 광학 성형 요소(12)는 상기 기판(14)의 후면에 의해 형성된 마이크로-미러이다. 도 5 및 도 6에서, 상기 광학 성형 요소(12)는 상기 기판(14)의 상기 후면에 접촉하고 그와 정렬된 DOE로서 형성된다. 도 5 및 도 6의 상기 광학 성형 요소(12)는 동시에 광학 프로파일러 요소(19)일 수 있다. 도 2 내지 도 6 모두에서, 상기 광학 성형 요소(12)가 상기 광학 성형 요소(12)에서 지향된 상기 광 빔의 개방 각도를 넓히는 것을 알 수 있다. 또한, 임계 각도보다 큰 입사각을 갖는, 인터페이스(15)에서 광학 성형 요소(12)에 의해 지향된 광 빔의 부분이 인터페이스(15)에서 반사되는 것을 알 수 있다.
도 3 내지 도 6에 도시된 구현예들은 상기 제1 발광 영역(6)을 둘러싸는 하나의 셀(21)의 경계를 가지는 허니콤 구조체(20)를 추가 포함한다. 상기 허니콤 구조체(20)는 상기 제1 발광 영역(6)을 제공하는 발광 표면(28)의 상부에 있고 이를 터치한다. 상기 발광 표면(28)은 본 구현예에서 상기 기판(14)의 전방 표면, 즉 상기 계면(15)(본 구현예에서)에 의해 제공된다. 상기 허니콤 구조체(20)는 흡수성 재료로 제조된다. 상기 계면(15)에서의 전반사는 일반적으로 상기 발광 영역들(6, 8)만이 타원형이 되게 한다. 특히, 상기 발광 영역들(6, 8)은 예를 들어 상기 광학 성형 요소들(12)이 마이크로-미러들인 경우에 원형일 수 있거나, 상기 광학 성형 요소들(12)이 DOEs인 경우에 임의의 형상일 수 있다. 따라서, 상기 발광 영역들(6, 8) 없이 상기 계면의 더 큰 영역을 균일하게 방출하여 상이한 도파관들(3, 4)로부터의 상기 광 빔들이 각각 중첩하거나 혼합하여 잘 정의된 위상을 갖지 않는 것이 가능하지 않을 것이다. 상기 허니콤 구조체(20)는 상기 기판(14)의 상기 전방 표면에 수직인 특정(셀) 높이를 갖는다. 이러한 방식으로, 상기 각각의 발광 영역들(6, 8)에 의해 조명되는 영역은 각각의 발광 영역(6, 8)(도 8 참조)으로부터의 가변 거리를 가지는 상기 셀(21)의 벽들에 의해 형상화될 수 있고, 따라서 상기 발광 영역들(6, 8)의 경계 영역들로부터 방출되는 상기 광 빔의 가변 분율들을 흡수한다.
도 3 내지 도 6에 도시된 구현예들은 광학 빔 발산 감소 구조체(16)를 추가 포함한다. 따라서, 상기 광 빔들은 궁극적으로 도 2에서 도시되지 않은 (공간적으로 제한된) 평면파로서 도 3 내지 도 6의 상기 광학 장치(1)로부터 방출될 것이다. 상기 두꺼운 화살표들은 상기 광 빔들의 방향 및 특히 상기 인터페이스(15)에서의 그들의 굴절 및 반사를 나타낸다. 이들 화살표들은 단지 예시 목적들을 위한 것이며 정확하지 않다는 것이고; 예를 들어, 도 3 내지 도 6에서, 이들 화살표들은 이미 광학 빔 발산 감소 구조체(16) 이전에 평면파를 나타내는 것으로 보이지만, 그렇지는 않다.
도 7 및 도 8은 상기 광학 시스템(1) 및 상기 외부 광원(2)을 포함하는 상기 백라이트 유닛(22)의 상면도이다. 상기 광학 시스템(1)은 도 1 내지 도 6의 맥락에서 설명된 바와 유사하게 작동한다. 상기 외부 광원(2)으로부터 방출된 상기 광 빔은 더 높은 순위의 버스 도파관(9) 내로 커플링되고, 여기서 일부는 차례로 더 낮은 순위의 버스 도파관(9) 내로 커플링된다. 더 높은 순위의 및 더 낮은 순위의 버스 도파관(9) 둘 모두로부터, 상기 광 빔은 도파관들(3, 4) 내로 커플링되고 상기 빔 성형 구조체들(5, 7)로 안내된다. 상기 빔 성형 구조체들(5, 7)의 광학 성형 요소들(12)로부터, 상기 광 빔들은 상기 기판(15)의 전방 표면을 향해 지향되고 상기 발광 영역들(6, 8)로부터 방출된다. 도 8의 구현예는, 도 7의 구현예와 대조적으로, 허니콤 구조체(20)를 포함한다. 상기 허니콤 구조체(20)의 상기 셀들(21)은 육각형이고, 각각은 하나의 발광 영역(6, 8)을 포괄하여, 더 큰 영역의 조명의 충전 인자가 증가될 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 9는 도 8의 A로 표시된 평면(도면에서 수직인 평면)을 따른 도 8의 상기 백라이트 유닛(22)의 구현예의 개략적인 단면도이다. 라인 A를 따른 이러한 섹션에 대해, 상기 허니콤 구조체(20)의 상기 셀들(21)의 벽들은 상기 발광 영역들(6, 8)로부터 이격되어 있음을 알 수 있다.
도 10은 광학 경로 길이의 온도 의존적 변화 및 이에 따른 위상 변화를 결정하기 위해 사용될 수 있는 마하-젠더-유사 구조체(Mach-Zehnder-like structure)를 도시한다. 광 빔은 상기 외부 광원(2)으로부터 상기 기판(14) 내의 도파관으로 커플링되고, 이러한 도파관은 예를 들어 버스 도파관(9)일 수 있다. 이러한 도파관으로부터, 상기 광 빔은 상기 기판(14) 내에 형성된 제1 간섭계 도파관(23)으로 커플링된다. 상기 광 빔의 일부는 이어서 상기 제1 간섭계 커플러(25)에 의해 상기 제2 간섭계 도파관(24)으로 커플링된다. 이어서, 상기 광 빔은 상기 제2 간섭계 도파관(24)으로부터 다시 상기 제1 간섭계 도파관(23)으로 커플링되고, 여기서 상기 광 빔은 제2 간섭계 도파관(24)으로 커프링되지 않은 상기 광 빔의 일부와 간섭한다. 이어서, 상기 제1 간섭계 도파관(23)에서 단독으로 전파되는 상기 광 빔 및 상기 제2 간섭계 도파관(24)에서 또한 전파되는 상기 광 빔의 간섭은 상기 제1 간섭계 도파관(23)에 연결된 상기 광검출기(27)에서 측정된다. 이어서, 상기 기판(14)의 열팽창은 (예를 들어, 상기 제1 및 상기 제2 간섭계 도파관들(23, 24)의 경로에 따라) 상기 광검출기(27)에 의해 측정된 간섭의 변화를 초래할 것이다. 도 10은 제2 마하-젠더-유사 구조체를 도시하고, 여기서 상기 제2 간섭계 도파관(24')은 상기 간섭계 도파관(23, 24)에 의해 형성된 마하-젠더-유사 구조에 대한 것보다 더 짧은 거리에서 상기 제1 간섭계 도파관(23')에 연결된다. 이어서, 상기 제2 마하-젠더-유사 구조체의 상기 광 빔은 다른 광검출기(27')로 커플링된다. 상기 간섭계 도파관(23, 24, 23', 24')의 상이한 레이아웃들을 가지는 하나 이상의 이러한 마하-젠더-유사 구조체의 사용은 더 민감한 온도 교정을 허용한다.
Claims (14)
- 외부 광원(2)으로부터의 광을 제어하기 위한 광학 장치(1)로서,
상기 외부 광원(2)으로부터 방출된 광 빔을 안내하기 위한 적어도 제1 및 제2 도파관(3, 4), 및
광 빔을 방출하기 위한 제1 발광 영역(6)을 가지는 적어도 제1 빔 성형 구조체(5) 및 광 빔을 방출하기 위한 제2 발광 영역(6)을 가지는 적어도 제2 빔 성형 구조체(7)를 포함하고,
상기 제1 도파관(3)은 상기 외부 광원(2)으로부터 방출된 상기 광 빔을 상기 제1 빔 성형 구조체(5)로 안내하고, 상기 제2 도파관(4)은 상기 외부 광원(2)으로부터 방출된 상기 광 빔을 상기 제2 빔 성형 구조체(7)로 안내하되,
상기 제1 및 제2 빔 성형 구조체(5, 7)는 각각, 상기 각각의 빔 성형 구조체(5, 7)의 상기 각각의 발광 영역(6, 8)으로부터 방출되는 광 빔의 복사 밀도 프로파일(radiant density profile)의 균일성이 상기 각각의 도파관(3, 4)에 의해 상기 각각의 빔 성형 구조체(5, 7)로 안내되는 상기 광 빔의 복사 밀도 프로파일의 균일성보다 높도록 구성되는,
광학 장치(1). - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 빔 성형 구조체(5, 7)는 각각 광학 성형 요소(optical shaping element)(12)를 포함하고,
상기 제1 및 제2 도파관(3, 4)은 상기 외부 광원(2)으로부터 방출되는 상기 광 빔을 상기 제1 및 제2 빔 성형 구조체(5, 7)의 상기 각각의 광학 성형 요소(12)에 지향시키고,
상기 광학 성형 요소들은 상기 각각의 광학 성형 요소(12)에 지향되는 상기 광 빔의 파면을 조작하도록 구성되는,
광학 장치(1). - 제 2 항에 있어서,
상기 제1 및/또는 제2 빔 성형 구조체(5, 7)의 상기 광학 성형 요소(12)는 상기 각각의 광학 성형 요소(19)에 지향되는 상기 광 빔의 복사 강도 프로파일의 균일성을 증가시키도록 구성되는 광학 프로파일러 요소(optical profiler element)(19)인,
광학 장치(1). - 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 제1 및/또는 제2 빔 성형 구조체(5, 7)의 상기 광학 성형 요소(12)는 각각의 광학 발산 요소(13)에 지향되는 상기 광 빔의 빔 발산을 증가시키도록 구성되는 광학 발산 요소(optical diverging element)(13)인,
광학 장치(1). - 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광학 장치(1)는 계면(interface)(15)을 포함하고,
상기 제1 및 제2 발광 영역(6)은 상기 계면(15)에 의해 제공되고, 상기 각각의 광학 성형 요소(12)와 간섭한 후에 상기 계면(15)을 향해 지향된 상기 광 빔에 대해 상기 각각의 발광 영역(6, 8) 외부에서 발생하는 전반사(total internal reflection)에 의해 각각 경계 지어지는(delimited),
광학 장치(1). - 제 5 항에 있어서,
상기 제1 발광 영역(6)은 상기 제2 발광 영역(8)과 중첩되지 않은,
광학 장치(1). - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광학 장치(1)는 발광 표면(light emitting surface)(28)을 포함하고,
상기 제1 및 제2 발광 영역(6, 8)은 상기 발광 표면(28)에 의해 제공되고,
허니콤 구조체(20)의 흡수 물질은 상기 발광 표면(28)의 상부에 제공되며,
상기 허니콤 구조체(28)의 제1 셀(21)은 상기 제1 발광 영역(6)을 둘러싸고, 상기 허니콤 구조체(20)의 제2 셀(21)은 상기 제2 발광 영역(8)을 둘러싸는,
광학 장치(1). - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광학 장치(1)는
상기 외부 광원(2)으로부터 방출된 상기 광 빔을 안내하기 위한 적어도 하나의 버스 도파관(9), 및
적어도 제1 및 제2 광학 커플러(10, 11), 특히 방향성 커플러,
를 포함하고,
상기 제1 광학 커플러(10)는 상기 외부 광원(2)으로부터 방출된 광을 상기 버스 도파관(9)으로부터 상기 제1 도파관(3)에 커플링하고, 상기 제2 광학 커플러(11)는 상기 외부 광원(2)으로부터 방출된 광을 상기 버스 도파관(9)으로부터 상기 제2 도파관(4)에 커플링하는,
광학 장치(1). - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
투명 기판을 포함하고,
상기 제1 및 제2 도파관(3, 4)은 상기 투명 기판(14) 내에 형성되는,
광학 장치(1). - 제 9 항에 있어서,
상기 기판(14) 내에 형성된 적어도 제1 및 제2 간섭계 도파관(25, 26),
상기 제1 간섭계 도파관(23)으로부터의 광 빔을 상기 제2 간섭계 도파관(24)으로 커플링하기 위한 제1 간섭계 커플러(25),
상기 제1 간섭계 도파관(23)으로부터의 광 빔을 상기 제2 간섭계 도파관(24)으로 커플링하기 위한 제2 간섭계 커플러(26), 및
상기 제1 간섭계 도파관(25)에 연결된 광검출기(27),
를 포함하는,
광학 장치(1). - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 발광 영역(6, 8)으로부터 방출된 상기 광 빔들의 빔 발산을 감소시키기 위한 광학 빔 발산 감소 구조체(optical beam divergence reducing structure)(16)를 포함하는,
광학 장치(1). - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 추가 외부 광원으로부터의 광을 제어하도록 구성되는,
광학 장치(1). - 백라이트 유닛(22)으로서,
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 광학 장치(1)를 특징으로 하고,
상기 외부 광원(2), 특히 레이저를 포함하는,
백라이트 유닛(22). - 광학 시스템(18)으로서,
특히 홀로그래픽 디스플레이이며,
공간 광 변조기(spatial light modulator)(17)를 포함하며,
제 13 항에 따른 백라이트 유닛(22)을 특징으로 하는,
광학 시스템(18).
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