KR20220147595A - 증강 현실 영상을 렌더링하기 위한 장치 및 그 장치를 포함하는 시스템 - Google Patents

증강 현실 영상을 렌더링하기 위한 장치 및 그 장치를 포함하는 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20220147595A
KR20220147595A KR1020227029009A KR20227029009A KR20220147595A KR 20220147595 A KR20220147595 A KR 20220147595A KR 1020227029009 A KR1020227029009 A KR 1020227029009A KR 20227029009 A KR20227029009 A KR 20227029009A KR 20220147595 A KR20220147595 A KR 20220147595A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
dimensional
grating array
array
dimensional grating
optical waveguide
Prior art date
Application number
KR1020227029009A
Other languages
English (en)
Inventor
밍후이 루오
웬 쟈오
탕동 청
루이빈 리
링 리
핑 주
린센 천
Original Assignee
에스브이지 테크 그룹 컴퍼니 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에스브이지 테크 그룹 컴퍼니 리미티드 filed Critical 에스브이지 테크 그룹 컴퍼니 리미티드
Publication of KR20220147595A publication Critical patent/KR20220147595A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1814—Diffraction gratings structurally combined with one or more further optical elements, e.g. lenses, mirrors, prisms or other diffraction gratings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1814—Diffraction gratings structurally combined with one or more further optical elements, e.g. lenses, mirrors, prisms or other diffraction gratings
    • G02B5/1819—Plural gratings positioned on the same surface, e.g. array of gratings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/005—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed on the light output side of the light guide
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12007—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
    • G02B6/12009—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T19/00—Manipulating 3D models or images for computer graphics
    • G06T19/006—Mixed reality
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1814—Diffraction gratings structurally combined with one or more further optical elements, e.g. lenses, mirrors, prisms or other diffraction gratings
    • G02B5/1819—Plural gratings positioned on the same surface, e.g. array of gratings
    • G02B5/1823—Plural gratings positioned on the same surface, e.g. array of gratings in an overlapping or superposed manner
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1866—Transmission gratings characterised by their structure, e.g. step profile, contours of substrate or grooves, pitch variations, materials
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Graphics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

증강 현실 영상을 디스플레이하기 위한 장치(10), 및 상기 장치(10)를 포함하는 증강 현실 디스플레이를 구현하기 위한 시스템을 개시한다. 상기 장치(10)는, 광 도파관 렌즈(110); 및 상기 광 도파관 렌즈(110)의 표면에 위치하는 제1 2차원 격자 어레이(121); 및 상기 광 도파관 렌즈(110)의 표면에 위치하는 제2 2차원 격자 어레이(122)를 포함하되, 상기 광 도파관 렌즈(110)의 표면 상의 상기 제1 2차원 격자 어레이(121) 및 상기 제2 2차원 격자 어레이(122)의 위치는 상기 제1 2차원 격자 어레이(121) 및 상기 제2 2차원 격자 어레이(122)의 더 큰 가장자리들이 서로 대향하도록 배치되고, 상기 제1 2차원 격자 어레이(121)는 상기 제1 2차원 격자 어레이(121)로 방출되는 광선이 전체 제1 2차원 격자 어레이(121)로 확장되고, 상기 제2 2차원 격자 어레이(122)로 또한 전파될 수 있도록 구성되며, 상기 제2 2차원 격자 어레이(122)는 상기 제2 2차원 격자 어레이(122)로 전파되는 광선이 상기 제2 2차원 격자 어레이(122) 전체로 확장되고, 이어서 상기 광 도파관 렌즈(110)로부터 방출되도록 구성되고, 또한 상기 제1 2차원 격자 어레이(121) 및 상기 제2 2차원 격자 어레이(122)는 동일한 주기를 갖는다.

Description

증강 현실 영상을 렌더링하기 위한 장치 및 그 장치를 포함하는 시스템
본 발명은 영상 디스플레이 기술, 특히 증강 현실 영상을 렌더링하기 위한 장치 및 상기 장치를 포함하는 증강 현실 디스플레이를 구현하기 위한 시스템에 관한 것이다.
증강 현실(Augmented Reality: AR) 기술은 현실 세계 정보와 가상 세계 정보를 이음매 없이 통합하는 새로운 디스플레이 기술이다. 이 기술은 현실 세계 정보를 보여줄 뿐만 아니라 가상 정보를 동시에 디스플레이하여 두 종류의 정보의 상호 보충 및 중첩을 실현한다. 시각적 증강 현실에서 헬멧 장착 디스플레이는 현실 세계 이미지와 컴퓨터로 생성된 가상 이미지의 혼합 이미지를 사용자에게 제공하는 데 사용된다.
현재, 주류의 근안(near eye) 증강 현실 디스플레이 장치들의 대부분은 광 도파관(optical waveguide) 원리를 사용한다. 예를 들어, 일반적인 증강 현실 디스플레이 장치에서 마이크로 디스플레이 공간 광 변조기(예컨대, LCOS) 상의 이미지는 3개의 홀로그램 격자들을 통해 광 도파관에 결합되고, 이어서 각각 3개의 광 도파관을 통해 전송되고, 최종적으로 해당 홀로그램 격자 커플링을 통해 사람의 눈의 정면에 직접 출력되어 사람의 눈에 투영된다. 컬러 투영을 실현하기 위해서는 다층 광 도파관을 사용할 수 있다.
증강 현실 디스플레이 장치의 홍보 및 응용에 있어, 크기, 성능 및 가격은 그 대중성을 제한하는 중요한 요인들이다. 따라서 이러한 요인들을 고려하여 비용 효율적인 제품을 제공하는 방법은 해당 업계에서 관심이 많은 주제이다.
본 발명의 목적은 구조가 간단하고, 소형이며, 제조 비용이 저렴한 장점을 갖는 증강 현실 영상을 렌더링하는 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 증강 현실 영상을 렌더링하기 위한 장치는,
광 도파관 렌즈; 및
상기 광 도파관 렌즈의 표면에 위치하는 제1 2차원 격자 어레이;
상기 광 도파관 렌즈의 표면에 위치하는 제2 2차원 격자 어레이를 포함하되,
상기 광 도파관 렌즈의 표면 상의 상기 제1 2차원 격자 어레이 및 상기 제2 2차원 격자 어레이의 위치는 그 둘 중 더 큰 가장자리들이 대향하도록 설정되고,
상기 제1 2차원 격자 어레이는 상기 제1 2차원 격자 어레이에 입사되는 광선이 한편으로는 전체 제1 2차원 격자 어레이로 확장되고, 다른 한편으로는, 상기 제2 2차원 격자 어레이로 전파되도록 구성되며,
상기 제2 2차원 격자 어레이는 상기 제2 2차원 격자 어레이로 전파되는 광선이 한편으로는 전체 제2 2차원 격자 어레이로 확장되고, 다른 한편으로는, 상기 광 도파관 렌즈로부터 방출되도록 구성되고,
상기 제1 2차원 격자 어레이 및 상기 제2 2차원 격자 어레이는 동일한 주기를 갖는다.
선택적으로, 상기 장치에서, 상기 제1 2차원 격자 어레이는 상기 제1 2차원 격자 어레이로부터 방출된 광선이 광 도파관 렌즈 내에서 전반사 방식으로 상기 제2 2차원 격자 어레이로 전파되도록 구성된다.
선택적으로, 상기 장치에서, 상기 제1 2차원 격자 어레이의 2개의 격자들의 배향 사이의 각도는 상기 제2 2차원 격자 어레이의 중간에서 고휘도 영역을 형성하는 것을 피하기에 충분히 크게 설정된다.
선택적으로, 상기 장치에서, 상기 각도는 90° 내지 160° 사이이다.
선택적으로, 상기 장치에서, 상기 제2 2차원 격자 어레이의 격자들은 가변 깊이로 변조된다.
선택적으로, 상기 장치에서, 상기 제1 2차원 격자 어레이 및 상기 제2 2차원 격자 어레이의 구조적 형태는 원통형, 원추형, 정사각형 및 사다리꼴로 이루어진 그룹 중 하나이다.
선택적으로, 상기 장치에서, 상기 제1 2차원 격자 어레이 및 상기 제2 2차원 격자 어레이는 실질적으로 직사각형이다.
선택적으로, 상기 장치에서, 상기 제2 2차원 격자 어레이에 대면하는 상기 제1 2차원 격자 어레이의 가장자리의 중간 부분은 2개의 단부에 비해 상기 제2 2차원 격자 어레이로부터 더 멀리 떨어져 있다.
선택적으로, 상기 장치에서, 상기 제2 2차원 격자 어레이에 대면하는 상기 제1 2차원 격자 어레이의 가장자리는 상기 제2 2차원 격자 어레이의 적어도 일부를 둘러싼다.
선택적으로, 상기 장치에서, 상기 제1 2차원 격자 어레이 및 상기 제2 2차원 격자 어레이는 상기 광 도파관 렌즈의 표면 상에 직접 형성된다.
선택적으로, 상기 장치에서, 상기 제1 2차원 격자 어레이 및 상기 제2 2차원 격자 어레이는 중간층에 의해 상기 광 도파관 렌즈의 표면에 형성된다.
선택적으로, 상기 장치에서, 상기 제1 2차원 격자 어레이 및 상기 제2 2차원 격자 어레이는 상기 광 도파관 렌즈의 동일한 표면 상에 위치된다.
선택적으로, 상기 장치에서, 상기 제1 2차원 격자 어레이 및 상기 제2 2차원 격자 어레이는 상기 광 도파관 렌즈의 2개의 대향하는 표면 상에 위치된다.
선택적으로, 상기 장치에서, 상기 제1 2차원 격자 어레이는 각각 상기 광 도파관 렌즈의 2개의 대향하는 표면에 위치된 1차원 격자 어레이들을 포함하고, 상기 제2 2차원 격자 어레이는 상기 2개의 대향하는 표면들 중 하나에 위치된다.
선택적으로, 상기 장치에서, 상기 제1 2차원 격자 어레이와 상기 제2 2차원 격자 어레이 사이에는 간격이 존재한다.
선택적으로, 상기 장치에서, 상기 제1 2차원 격자 어레이와 상기 제2 2차원 격자 어레이는 서로 가깝다.
선택적으로, 상기 장치에서, 상기 광 도파관 렌즈의 단부 면은 광 흡수층으로 코팅된다.
선택적으로, 상기 장치에서, 상기 제1 2차원 격자 어레이 및 상기 제2 2차원 격자 어레이의 격자 주기는 200 nm 내지 600 nm이다.
선택적으로, 상기 장치에서, 상기 제1 2차원 격자 어레이 및 상기 제2 2차원 격자 어레이의 격자 깊이는 50 nm 내지 600 nm이다.
본 발명의 다른 목적은 확대된 사출 동공 창(exit pupil window)을 갖는, 렌즈 면의 활용도가 향상된 증강현실 디스플레이 구현 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 증강 현실 디스플레이를 구현하기 위한 시스템은:
영상 정보를 포함하는 광선을 제공하도록 구성된 이미지 소스; 및
전술한 증강 현실 영상을 렌더링하기 위한 장치를 포함한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서, 인-커플링(in-coupling) 영역으로서 기능하는 상기 제1 2차원 격자 어레이 및 아웃-커플링(out-coupling) 영역으로서 기능하는 상기 제2 2차원 격자 어레이는 광 도파관의 표면 상에 배치되며, 여기서 상기 제1 2차원 격자 어레이는 확장 및 가이드 기능 모두를 갖는다. 아웃-커플링 영역으로 광선을 지향시키도록 구성된 가이드 영역이 생략되기 때문에, 디바이스의 전체적인 구조를 보다 간단하고 컴팩트하게 만들 수 있으며, 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, 전용 가이드 영역을 생략하는 것은 또한 아웃-커플링 영역의 면적을 확장하는 데에 도움이 되어, 사출 동공 창의 면적을 증가시켜 더 양호한 시각적 효과를 제공할 수 있다. 또한, 제1 2차원 격자 어레이의 두 격자들의 방향 사이의 각도를 충분히 크게 설정함으로써, 특정 방향의 고강도 광선 성분이 제2 2차원 격자 어레이의 중간으로 들어가는 것이 방지될 수 있고, 또한 시야(field of view) 이미지의 불균일한 광학 효율의 문제가 억제되거나 제거될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명의 일 실시 예에 따른 증강 현실 영상을 렌더링하기 위한 장치의 평면도 및 사시도이다.
도 2는 증강 현실 영상을 렌더링하기 위한 장치(10)에 진입한 후의 광선의 전파 경로의 개략도이다.
도 3은 도 1b의 X-Z 평면에 그 단면이 위치하는, 도 1a 및 도 1b에 도시된 증강 현실 영상을 렌더링하기 위한 장치의 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 1b의 Y-Z 평면에 그 단면이 위치하는, 도 1a 및 도 1b 도시된 증강 현실 영상을 렌더링하기 위한 장치의 개략적인 단면도이다.
도 5는 도 1a 및 도 1b에 도시된 증강 현실 영상을 렌더링하기 위한 장치의 변형된 형태의 개략적인 단면도이다.
도 6은 광선에 대한 2차원 격자 어레이의 회절 효과의 개략도이다.
도 7은 시야 내에서 밝은 광선이 발생하는 상황을 개략적으로 도시한다.
도 8a, 8b 및 8c는 다른 배향 각도를 갖는 2차원 격자 어레이의 개략도이다.
도 9는 나비 넥타이(bow-tie)형 디자인을 사용하는 제1 2차원 격자 어레이의 개략도이다.
도 10은 도 1a에 도시된 2차원 격자 어레이가 사용될 경우 광선 투과의 개략적인 사시도이다.
도 11은 도 10에 도시된 2차원 격자 어레이가 사용될 경우 광선 투과의 개략적인 사시도이다.
도 12는 나비형 디자인을 사용하는 제1 2차원 격자 어레이의 개략도이다.
도 13a 및 도 13b는 각각 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 증강 현실 영상을 렌더링하기 위한 장치의 평면도 및 사시도이다.
도 14는 도 13b의 X-Z 평면에 그 단면이 위치하는, 도 13a 및 도 13b에 도시된 증강 현실 영상을 렌더링하기 위한 장치의 개략적인 단면도이다.
도 15는 도 13b의 Y-Z 평면에 그 단면이 위치하는, 도 13a 및 도 13b에 도시된 증강 현실 영상을 렌더링하기 위한 장치의 개략적인 단면도이다.
본 발명은 이하 본 발명의 예시적인 실시 예들이 도시되어 있는 첨부 도면들을 참조하여 보다 완전하게 설명된다. 그러나, 본 발명은 다른 형태로 구현될 수도 있으며, 여기에 제시된 실시 예들에만 한정되는 것으로 해석되어서는 안 될 것이다. 상기 제시된 실시 예들은 본 명세서의 개시를 포괄적이고 완전하게 하여, 본 발명의 보호 범위를 당해 기술분야의 전문가들에게 보다 포괄적으로 전달하도록 의도된다.
본 명세서에서, "포함한다, 포함하는(comprising)" 및 "갖는다, 갖는(including)"과 같은 용어들은, 본 명세서 및 특허청구범위에 직접적이고 명확하게 기재되어 있는 유닛들 및 단계들에 추가하여, 본 발명의 기술적 해결책들이 본 명세서 및 청구범위에 직접적이고 명확하게 기술되어 있지 않은 다른 유닛들 및 단계들의 존재를 배제하지 않는다는 것을 의미한다.
"제1(first)", "제2(second)"와 같은 용어들은 시간, 공간, 크기 등의 관점에서 유닛들의 순서를 나타내는 것이 아니라 단지 그 유닛들을 구별하기 위해 사용된다.
종래 기술에서는 시야 이미지를 확장하기 위해 수평 및 수직 방향으로 입사광선을 확장할 필요가 있으며, 그 확장된 광선을 아웃-커플링 영역으로 향하게 하기 위해 특별한 회전 영역이 사용된다. 이를 위해서는 복잡한 구조 설계와 고정밀 제조 공정이 요구된다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서, 인-커플링 및 가이딩 영역으로서 역할을 하는 제1 2차원 격자 어레이(first two-dimensional grating array) 및 아웃 커플링 영역으로서 역할을 하는 제2 2차원 격자 어레이(second two-dimensional grating array)가 광 도파관 렌즈의 표면 상에 배치된다. 광선이 제1 2차원 격자 어레이에 입사할 때, 제1 2차원 격자 어레이의 작용 하에, 상기 광선은 한편으로는 전체 제1 2차원 격자 어레이로 확장되고, 다른 한편으로는 제2 2차원 격자 어레이로 전파된다. 즉, 제1 2차원 격자 어레이는 광선을 확장하는 기능과 광선을 지정된 영역으로 안내하는 기능을 모두 갖는다. 아웃 커플링 영역으로 광선을 안내하는 전용의 가이드 영역 또는 광학 기능 구조가 생략되기 때문에, 장치의 전체 구조가 더 간단하고 컴팩트해질 수 있고, 이것은 소형화에 대한 응용 요건을 만족시키는 데 도움이 되고 정확성 요건도 또한 줄여준다. 게다가, 전용의 가이드 영역을 생략하는 것은 아웃 커플링 영역의 면적을 확장하여 사출 동공 창의 면적을 늘리는 데 또한 유리하다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서, 광 도파관 렌즈의 표면 상의 제1 2차원 격자 어레이 및 제2 2차원 격자 어레이의 위치는, 제1 2차원 격자 어레이에서 제2 2차원 격자 어레이로 충분한 광선이 전파되는 한, 유연하게 설정될 수 있다. 선택적으로, 상기 제1 2차원 격자 어레이 및 상기 제2 2차원 격자 어레이의 더 큰 가장자리들은 가능한 한 많은 광선이 제1 2차원 격자 어레이로부터 제2 2차원 격자 어레이로 전파될 수 있도록 대향하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예들에서, 제1 2차원 격자 어레이로부터 방출된 광선은 제1 2차원 격자 어레이에 대해 적절한 구조적 파라미터들을 선택함으로써 광 도파관 렌즈 내에서 전반사 방식으로 제2 2차원 격자 어레이에 전파될 수 있다.
상기 2차원 격자 어레이는 단일한 빔 그룹의 2개의 중첩된 노출에 의해 형성될 수 있다. 예시적으로, 먼저 노출 광원과 도파관의 위치가 고정되고 1차 노출을 수행하여 1차원 격자 구조를 형성한다; 그 다음, 노출 광원의 위치가 변경되지 않은 상태에서, 도파관이 중심을 따라 미리 정해진 각도만큼 회전시킨 다음, 2차 노출을 완료하여 2차원 격자 어레이 구조를 형성한다. 상기 두 노출의 회전 각도는 상기 형성된 2차원 격자 어레이 구조의 두 격자들의 방향 사이의 각도에 해당한다. 선택적으로, 두 격자들의 방향 사이의 각도는 90° 내지 160° 사이이다.
선택적으로, 단일 빔 그룹의 2개의 중첩된 노출의 상기 언급된 프로세스에서, 노출 광원은 2개의 평면파를 제공하여 노출 간섭 표면을 형성한다. 2차원 격자 어레이를 형성하기 위해 다른 프로세스가 사용될 수도 있다는 점을 유념하여야 할 것이다. 예를 들어, 4개의 평면파가 노출 광원에 의해 동시에 제공될 수 있으며, 이들은 두 그룹으로 분할되어, 각 그룹은 노출 간섭 표면에 해당하므로, 한번의 노출로 2차원 격자 어레이를 획득할 수 있다. 상기 형성된 2차원 격자 어레이의 구조적 형태는 원통형, 원뿔형, 정사각형 및 사다리꼴과 같은 다양한 모양일 수 있으나, 이에 국한되지는 않으며, 두 개의 방향, 즉 2-노출 간섭 표면의 노출 방향들과 일치하는 2차원 격자 어레이의 2개의 격자들의 배향(orientation)에서, 점과 같은 주기성으로 분포된다. 이해의 편의를 위해, 2차원 격자 어레이의 두 격자들의 배향은 각각 제1 배향(G1) 및 제2 배향(G2)으로 설정된다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서, 상기 제1 2차원 격자 어레이의 2개의 격자들의 배향 사이의 각도를 충분히 크게끔 설정함으로써(예를 들어, 상기 각도는 90° 내지 160° 사이에서 설정됨), 특정 방향의 고강도 광선 성분(예컨대, 격자 벡터를 따라 방출되는 광선 성분과 같은)이 제2 2차원 격자 어레이에 진입한 후에 상기 제2 2차원 격자 어레이의 중간에 고휘도 영역을 형성하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서, 제1 2차원 격자 어레이 및 제2 2차원 격자 어레이의 형상은 제한되지 않는다는 점에 유의해야 할 것이다. 선택적으로, 제1 2차원 격자 어레이 및 제2 2차원 격자 어레이는 실질적으로 직사각형이고; 또는 선택적으로는, 제2 2차원 격자 어레이를 향하는 제1 2차원 격자 어레이의 가장자리가 만곡되거나 절곡될 수 있고(예를 들어, 상기 가장자리의 중간 부분은 2개의 단부에 비교하면 제2 2차원 격자 어레이로부터 더 멀리 떨어져 있다); 또는 선택적으로는, 제2 2차원 격자 어레이를 향하는 제1 2차원 격자 어레이의 가장자리가 상기 제2 2차원 격자 어레이의 적어도 일부를 둘러싼다.
또한, 본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서, 제1 2차원 격자 어레이와 제2 2차원 격자 어레이 사이의 간격에 대한 어떤 제한도 없음을 유념하여야 할 것이다. 선택적으로, 제1 2차원 격자 어레이와 제2 2차원 격자 어레이 사이에 간격이 있을 수 있으며, 이 경우 그 둘 사이에 매끄러운 도파관 영역이 존재하고, 이것은 인간의 눈에 의해 보이는 아웃-커플링 영역의 효율성을 극대화하고 불필요한 회절 감쇠를 방지할 수 있다. 선택적으로, 제1 2차원 격자 어레이 및 제2 2차원 격자 어레이는 또한 함께 통합되거나 근접할 수도 있다.
이하 본 발명의 실시 예들이 첨부된 도면과 함께 설명된다.
도 1a 내지 도 1b는 각각 본 발명의 일 실시 예에 따른 증강 현실 영상을 렌더링하기 위한 장치의 평면도 및 사시도이다. 예시적으로, 본 실시 예의 증강 현실 영상을 렌더링하기 위한 장치는 안경의 형태를 취할 수 있다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 실시 예의 증강 현실 영상 렌더링 장치(10)는 광 도파관 렌즈(110)와, 상기 광 도파관 렌즈의 표면에 배치된 제1 2차원 격자 어레이(121) 및 제2 2차원 격자 어레이(122)를 포함한다.
선택적으로, 상기 제1 2차원 격자 어레이(121) 및 상기 제2 2차원 격자 어레이(122)는 광 도파관 렌즈(110)의 표면에 직접 형성될 수 있다. 선택적으로, 제1 2차원 격자 어레이(121) 및 제2 2 1차원 격자 어레이(122)는 또한 중간층에 의해 광 도파관 렌즈(110)의 표면 상에 형성될 수 있다.
선택적으로, 광 도파관 렌즈(110)는 가시광 대역에서 높은 투과율을 갖는 광 도파관이고, 굴절률 범위는 1.4보다 크고, 두께는 2mm 이하이다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 제1 2차원 격자 어레이(121) 및 상기 제2 2차원 격자 어레이(122)는 대체로 직사각형이며, 광 도파로 렌즈(110) 상에서 그것들의 위치는 각각의 더 긴 가장자리들(longer edges)이 서로 대향되도록 설정된다.
이 실시 예에서, 상기 제1 2차원 격자 어레이(121) 및 상기 제2 2차원 격자 어레이(122)는 동일한 주기를 갖는다. 2차원 격자 어레이는 두 방향으로 주기성을 가지므로, 여기에서 기술된 동일한 주기는 두 방향에서 동일한 주기를 지칭한다. 선택적으로, 서로 다른 파장을 갖는 광선의 회절 효율에 따라 제1 2차원 격자 어레이(121) 및 제2 2차원 격자 어레이(122)에 대해 적절한 주기가 선택된다(예를 들어, 200nm-600nm 범위에서 선택됨).
상술한 바와 같이, 제1 2차원 격자 어레이의 두 격자들의 방향 사이의 각도는 특정 방향의 고강도 광선 성분이 제2 2차원 격자 어레이의 중간에서 고휘도 영역을 형성하는 것을 회피하도록 충분히 크게 설정될 수 있다. 이 실시 예에서, 선택적으로, 상기 각도는 90°내지 160°의 범위 내에서 선택될 수 있다.
이 실시 예에서, 선택적으로, 회절 효율에 대한 격자 깊이(grating depth) 및 듀티 비율(duty ratio)의 영향에 따라, 상기 제1 2차원 격자 어레이(121) 및 상기 제2 2차원 격자 어레이(122)에 대한 적절한 격자 깊이(예를 들어, 50 nm 내지 600 nm 사이) 및 듀티 비율이 선택된다. 게다가, 상기 제2 2차원 격자 어레이의 밝기를 균등화하기 위해, 제2 2차원 격자 어레이의 격자 깊이는 다양한 깊이로 조절될 수 있다.
이 실시 예에서, 선택적으로, 제1 2차원 격자 어레이(121) 및 제2 2차원 격자 어레이(122)의 구조적 형태는 원통형, 원추형, 정사각형 및 사다리꼴과 같은 다양한 형상일 수 있지만, 이들에만 제한되지는 않는다.
본 실시 예에서, 선택적으로, 상기 제1 2차원 격자 어레이(121) 및 상기 제2 2차원 격자 어레이(122)는 광 도파관 렌즈(110)의 동일한 면에 위치될 수 있다. 그러나, 이들은 광 도파관 렌즈(110)의 마주보는 두 면 상에 각각 위치하는 것도 또한 가능하다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 증강 현실 영상을 렌더링하기 위한 장치의 동작 원리를 설명하면 다음과 같다.
도 2는 증강 현실 영상을 렌더링하기 위한 장치(10)에 진입한 후 광선의 전파 경로의 개략도이다. 이 실시 예에서, 이미지 소스로부터의 광선은 종이 표면과 특정 각도를 이루는 방향(예를 들어, 종이 표면에 수직인 방향)을 따라 제1 2차원 격자 어레이(121)에 입사되고, 제1 2차원 격자 어레이(121)에 의해 회절되어 도 2에 도시된 바와 같이 다수의 제1 준위 및 -제1 준위 회절 광선을 형성한다. 제1 2차원 격자 어레이를 통해 결합된 이러한 광선은 광 도파관 렌즈(110)의 상면과 하면 사이에서 반사됨으로써 그 광선을 수평 방향(도면의 X축 방향)으로 확장할 수 있다. 도 3 및 3을 참조하여 이하에서 더 설명이 이루어질 것이다.
다른 한편으로, 제1 2차원 격자 어레이(121)는 광 도파관 렌즈(110)의 표면 상에 위치하므로, 그 회절된 광선은 광 도파관 렌즈 내에서 전파될 때 상기 제1 2차원 격자 어레이(121)에 여러 번 도달하게 될 것이며, 상기 회절된 광선의 일부는 반사성 회절(reflective diffraction)을 형성하고 동시에 방위각(azimuth)을 변경함으로써, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제2 2차원 격자 어레이(122)(도면에서 아래로 향하는 종이의 방향)로 전파될 것이다.
상기 제2 2차원 격자 어레이(122)에 가까운 방향으로 전파된 광선이 제2 2차원 격자 어레이(122)에 도달한 후, 이들은 광 도파관 렌즈(110)의 상면과 하면 사이에서 반사됨으로써 그 광선을 수평 방향으 확장시킨다(아래에서 도 3 및 도 4를 참조하여 더 설명됨).
다른 한편으로, 제2 2차원 격자 어레이(122)는 광 도파로 렌즈(110)의 표면에 위치하기 때문에, 그 회절된 광선은 광학 도파관 렌즈(110) 내에서 전파될 때 제2 2차원 격자 어레이(122)에 여러 번 도달하게 될 것이며, 상기 회절된 광선의 일부는 투과성 회절(transmissive diffraction)을 형성하고 동시에 방위각을 변경하고, 이로써 종이 표면과 특정 각도를 이루는 방향(예컨대, 도면에서 종이 표면에 수직인 방향)으로 광 도파관 렌즈(110)로부터 방출하거나 결합하도록 한다. 따라서, 인간의 눈은 제2 2차원 격자 어레이(122)의 전체 영역에서 선명한 이미지를 볼 수 있다.
도 3은 도 1a 및 도 1b에 도시된 증강 현실 영상을 렌더링하기 위한 장치의 개략적인 단면도로서, 단면은 도 1b의 X-Z 평면에 위치한다. 도 4는 도 1a 및 도 1b에 도시된 증강 현실 영상을 렌더링하기 위한 장치의 개략적인 단면도로서, 단면은 도 1b의 Y-Z 평면에 위치한다.
도 3을 참조하면, 이미지 소스로부터의 광선이 제1 2차원 격자 어레이(121)에 도달한다. 상기 광선은 제1 2차원 격자 어레이(121)에 의해 회절된 후, 광 도파관 렌즈(110) 내에 결합되어 도 3에서의 X축 방향을 따라 확장된다. 제1 2차원 격자 어레이(121)를 적절한 각도로 기울임으로써, 광선 결합(커플링)의 회절 효율을 향상시킬 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 회절된 광이 광 도파로 렌즈 내에서 전파될 때, 상기 제1 2차원 격자 어레이(121)의 작용에 의해, 상기 회절된 광선의 일부가 방위각을 변경하며, 이로써 그 광선들은 도 4에서의 Y축 방향을 따라서 광 도파관 렌즈(110) 내부의 다중 반사를 통해 상기 제2 2차원 격자 어레이(122)에 도달한다.
도 4를 참조하면, 상기 제2 2차원 격자 어레이(122)의 작용에 의해, 상기 회절된 광선의 일부가 투과성 회절을 형성함과 동시에 방위각을 변경하여, 도 4에서의 Z-축 방향을 따라 광 도파관 렌즈(110)로부터 방출 또는 결합됨으로써, 증강 현실 영상을 사용자에게 렌더링한다.
이 실시 예에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 광 흡수층(130)이 광 도파관 렌즈(110)의 단부 면 또는 주변에 코팅될 수 있다. 상기 광 흡수층은 광 도파관 렌즈의 단부 면에 도달하는 광선을 흡수하여, 광 도파관 렌즈 내에서 전파되는 광선에 대한 단부 면 반사의 간섭을 방지할 수 있다.
도 6은 광선에 대한 2차원 격자 어레이의 회절 효과의 개략적 도면이며, 도 7에 도시된 2차원 격자 어레이의 두 격자들의 배향 사이의 각도는 120°이다.
이하의 설명에서는 도 6에 도시된 2차원 격자 어레이가 제1 2차원 격자 어레이(121)이고, 제2 2차원 격자 어레이(122)는 상기 제1 2차원 격자 어레이(121) 아래에 위치한다고 가정한다(도 7의 Y축 화살표는 아래쪽 방향을 나타냄). 도 6에 도시된 바와 같이, 2차원 격자 어레이의 배열점 A에 광선(1)이 입사되면, 격자의 회절 작용에 의해, 4개의 방향으로 회절된 광선이 생성될 것이며, 이들은 격자 어레이의 제1 배향(G1)의 방향에 따른 광선 3과 광선 5, 및 격자 어레이의 제2 배향(G2)의 방향에 따른 광선 2 및 광선 4이다. 도 6에 도시된 상황에서, 광선 3 및 광선 4는 제2 2차원 격자 어레이 또는 아웃-커플링 영역으로부터 멀어지는 방향으로 전파하고, 광선 5는 격자 어레이의 제1 배향(G1)을 따라 아웃-커플링 영역에 가까운 방향으로 전파한다. 그와 동시에, 광선 2는 격자 어레이의 제2 배향(G2)의 방향을 따라 배열점 B로 전파한다. 어레이 구조의 작용으로, 광선 6, 광선 7, 광선 8, 및 광선 9가 생성될 것이다. 아웃-커플링 영역의 방향으로 격자 어레이의 제2 배향(G2) 방향으로 전파하는 광선 7은 광선 2의 에너지의 대부분을 점유하고, 광선 6은 격자 어레이의 제1 배향(G1) 방향으로 아웃-커플링 영역으로부터 멀어지게 전파하고, 광선 9는 Z축을 따라 투과성 회절에 의해 2차원 격자 어레이에서 방출되고, 그리고 광선 8은 격자 어레이의 제1 배향(G1) 방향으로 배열점(D)에까지 전파한다. 도 6에서의 다른 광선의 경우, 2차원 회절 격자 어레이의 작용 하에서 유사한 변화가 일어난다.
도 6에 도시된 상황에서, 반사성 회절과 비교하여, 상기 제1 2차원 격자 어레이(121) 및 상기 제2 2차원 격자 어레이(122)의 2개의 격자 배향을 따라 전파하는 광선 성분들은 더 큰 강도를 가지며, 결과적으로 제1 2차원 격자 어레이(121) 및 제2 2차원 격자 어레이(122)에서 2개의 밝은 원통형 영역들을 생성한다. 두 격자들의 배향 사이의 각도가 작을 경우, 상기 원통형 영역은 제2 2차원 격자 어레이(122)의 중간에 위치할 것이며, 결과적으로 관찰 영역에서 관찰된 명백한 불균일한 밝기를 야기한다. 도 7을 참조하면, 관찰 영역 내에서 밝은 광선이 발생하는 상황을 개략적으로 도시되어 있다.
도 8a, 8b 및 8c는 상이한 배향 각도를 갖는 2차원 격자 어레이들의 개략도이며, 여기서 도 8a에 도시된 2차원 격자 어레이의 2개의 격자들의 배향 사이의 각도는 도 8a는 90°이고, 도 8b에 도시된 2차원 격자 어레이의 2개의 격자들의 배향 사이의 각도는 120°이고, 그리고 도 8c에 도시된 2차원 격자 어레이의 2개의 격자들의 배향 사이의 각도는 160°이다. 도 8a 내지 도 8c에 도시된 2차원 격자 어레이에서, 입사 광선은 이미지 확장 및 광선 투과를 달성하기 위해 다중 전반사 및 회절을 겪는다. 더욱이, 큰 배향각은 관찰 영역의 시야(viewing)를 충족시킬 뿐만 아니라 도 7에 도시된 시계(field of view)의 불균일한 밝기를 방지한다.
이 실시 예에서, 상기 제1 2차원 격자 어레이 및 상기 제2 2차원 격자 어레이는 실질적으로 직사각형이다. 선택적으로, 도 1a 및 도 1b에 도시된 제1 2차원 격자 어레이는 도 9에 도시된 바와 같이 나비 넥타이(bow-tie) 형태로 디자인될 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 제2 2차원 격자 어레이(122)는 실질적으로 직사각형이고, 상기 제1 2차원 격자 어레이(121)의 더 긴 가장자리(장변)는 만곡되거나 굴곡되어 있다. 특히, 상기 제2 2차원 격자 어레이(122)와 마주하는 상기 제1 2차원 격자 어레이(121)의 가장자리의 중간 부분은 양 단부들에 비해 상기 제2 2차원 격자 어레이(122)로부터 더 멀어진다.
도 10은 도 1a에 도시된 2차원 격자 어레이가 사용될 경우 광선 투과의 개략적인 사시도이다. 도 11은 도 9에 도시된 2차원 격자 어레이가 사용될 경우 광선 투과의 개략적인 사시도이다. 투과각이 계속 증가함에 따라, 도 10에 도시된 제1 2차원 격자 어레이가 나비-넥타이 디자인을 채택하기 때문에, 중심에서 벗어난 광선(off-center rays)은 여전히 제1 2차원 격자 어레이에서 전송될 수 있고, 즉, 중심에서 벗어난 광선은 제1 2차원 격자 어레이의 작용 하에 제2 2차원 격자 어레이 안으로 여전히 굴절될 수 있으며, 이에 따라 광선의 탈출 손실(escape loss)을 방지하거나 억제한다는 것을 비교에 의해 알 수 있다.
이 실시 예에서, 선택적으로, 도 1a 및 도 1b에 도시된 제1 2차원 격자 어레이는 도 12에 도시된 제1 2차원 격자 어레이로 대체될 수도 있다.
도 12를 참조하면, 제2 2차원 격자 어레이(122)는 실질적으로 직사각형이고, 상기 제2 2차원 격자 어레이(122)를 향하는 제1 2차원 격자 어레이(121)의 가장자리는 상기 제2 2차원 격자 어레이의 적어도 일부를 둘러싼다. 도 9에 도시된 나비-넥타이 디자인과 유사한, 도 12에 도시된 제2 2차원 격자 어레이에 있어, 상기한 중심을 벗어난 광선은 제1 2차원 격자 어레이의 작용 하에 제2 2차원 격자 어레이 안으로 여전히 굴절될 수 있고, 이에 따라 광선의 탈출 손실을 방지하거나 억제할 수 있다.
도 13a 및 도 13b는 각각 본 발명의 다른 실시 예에 따른 증강 현실 영상을 렌더링하기 위한 장치의 평면도 및 사시도이다. 예시적으로, 본 실시 예의 증강 현실 영상을 렌더링하기 위한 장치는 안경의 형태를 취할 수 있다.
도 13a 및 도 13b를 참조하면, 본 실시 예의 증강 현실 영상을 렌더링하기 위한 장치(10)는 광 도파관 렌즈(110)와, 상기 광 도파관 렌즈의 표면 상에 배치된 제1 2차원 격자 어레이(121) 및 제2 2차원 격자 어레이(122)를 포함한다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 실시 예들과는 상이하게, 본 실시 예에서는 제1 2차원 격자 어레이(121)에 포함된 2개의 1차원 격자 어레이들(121A 및 121B)이 상기 광 도파관 렌즈(110)의 대향하는 두 면들(본 도면에서는 광 도파관 렌즈의 상면 및 하면)에 각각 위치하되, 여기서 상기 1차원 격자 어레이들(121A 및 121B)은 상이한 배향을 갖는다. 도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이, 상기 제2 2차원 격자 어레이(122)는 2개의 대향 표면들 중 하나에 위치된다(예를 들어, 본 도면에서 광 도파관 렌즈의 상면).
상술한 차이점들에 더하여, 이 실시 예는 도 1a 및 도 1b에 도시된 실시 예의 다양한 특징들을 이용할 수 있다. 반복을 피하기 위해, 아래에서는 차이점과 관련된 측면들을 주로 설명한다.
도 13b을 참조하면, 이미지 소스로부터의 광선은 광 도파관 렌즈(110)의 상면에 위치한 1차원 격자 어레이(121A)에 입사되고, 1차원 격자 어레이에 의해 회절되어 회절된 광선을 형성한다. 이러한 결합된(in-coupled) 회절광은 광 도파로 렌즈(110)의 상면과 하면 사이에서 반사되어 수평 방향(도면에서 X축 방향)으로 광을 확장시킬 수 있다. 상기 회절된 광선이 광 도파관 렌즈 내에서 전파될 때, 이들은 1차원 격자 어레이(121A)에 여러 번 도달하고, 상기 회절된 광선의 일부는 반사성 회절을 형성하고 동시에 방위각을 변경함으로써, 제2 2차원 격자 어레이(122)로 전파될 것이다.
다른 한편으로, 이미지 소스로부터의 광선의 일부는 1차원 격자 어레이(121A)에 의해 회절되지 않고 하면 상의 1차원 격자 어레이(121B)에 도달하고, 상기 1차원 격자 어레이(121B)에 의해 회절되어 회절된 광선을 형성한다. 이러한 회절된 광선은 광 도파로 렌즈(110)의 상면과 하면 사이에서도 반사되어 수평 방향(도면에서 X축 방향)으로 확장되고, 방위각을 변경함으로써 제2 2차원 격자 어레이(122)로 전파될 수 있다.
상기 1차원 격자 어레이들(121A 및 121B)에 대한 적절한 구조적 파라미터들을 선택함으로써, 이러한 회절된 광선의 회절 각도는 광 도파관 렌즈의 전반사 조건을 만족할 수 있으며, 이로써 이들은 전반사 방식으로 광 도파관 렌즈 내에서 전파된다.
도 14는 도 13a 및 도 13b에 도시된 증강 현실 영상을 렌더링하기 위한 장치의 개략적인 단면로서, 단면은 도 13b의 X-Z 평면에 위치한다. 도 15는 도 13a 및 도 13b에 도시된 증강 현실 영상을 렌더링하기 위한 장치의 개략적인 단면도로서, 그 단면은 도 13b의 Y-Z 평면에 위치한다.
도 14를 참조하면, 이미지 소스로부터의 광선은 1차원 격자 어레이(121A)에 도달한다. 회절된 광선(도면에서 실선으로 표시됨)은 상기 1차원 격자 어레이(121A)의 회절 작용에 의해 형성된다. 상기 회절된 광선은 광 도파관 렌즈(110)의 상면과 하면 사이에서 여러 번 반사되고, 그 광선은 도 14에서의 X축 방향을 따라 연장된다. 다른 한편으로, 이미지 소스로부터의 광선의 일부는 상기 1차원 격자 어레이(121A)에 의해 회절되지 않고 상기 1차원 격자 어레이(121B)에 도달하며, 이러한 광선의 일부도 1차원 격자 어레이(121B)에 의해 회절되어 회절된 광선을 형성하고(도면에서 점선으로 표시됨), 상기 회절된 광선은 또한 광 도파관 렌즈(110)의 상면과 하면 사이에서 여러 번 반사됨으로써, 광선이 도 14에서의 X축 방향을 따라 확장된다.
도 15에 도시된 바와 같이, 상기 1차원 격자 어레이들(121A 및 121B)에 의해 형성된 회절된 광선이 광 도파로 렌즈(110) 내에서 전파될 때, 상기 회절된 광선의 일부는 상기 1차원 격자 어레이들(121A 및 121B)의 작용에 의해 방위각을 변화시킨다. 방위각을 변화시키는 광선 성분은 광 도파관 렌즈(110) 내부에서 여러 번 반사되어 상기 제2 2차원 격자 어레이(122)에 도달한다.
도파관 렌즈(110) 내에서 광선의 양방향 투과가 구현되기 때문에, 관찰 영역의 범위를 확대할 수 있을 뿐만 아니라 디스플레이 효율을 향상시킬 수 있다.
계속해서 도 15를 참조하면, 상기 제2 2차원 격자 어레이(122)의 작용 하에, 일부 회절된 광선은 투과 회절을 형성하고 동시에 방위각을 변경하여, 도 15에서 Z축 방향을 따라 광 도파관 렌즈(110) 밖으로 빠져나가거나 결합함으로써, 증강 현실 영상을 사용자에게 렌더링한다.
전술한 설명은 본 발명의 원리 및 바람직한 실시 예들을 설명한다. 그러나, 본 발명은 논의된 특정 실시 예로 제한되는 것으로 해석되어서는 안 될 것이다. 전술한 바람직한 실시 예들은 제한적이기보다는 예시적인 것으로 간주되어야 하며, 당해 기술분야의 전문가라면 후술하는 청구범위에 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이러한 실시 예들에서 변경을 할 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 증강 현실 영상을 렌더링하기 위한 장치에 있어서,
    광 도파관 렌즈; 및
    상기 광 도파관 렌즈의 표면에 위치하는 제1 2차원 격자 어레이;
    상기 광 도파관 렌즈의 표면에 위치하는 제2 2차원 격자 어레이를 포함하되,
    상기 광 도파관 렌즈의 표면 상의 상기 제1 2차원 격자 어레이 및 상기 제2 2차원 격자 어레이의 위치는 그 둘 중 더 큰 가장자리들이 서로 대향하도록 설정되고,
    상기 제1 2차원 격자 어레이는 상기 제1 2차원 격자 어레이에 입사되는 광선이 한편으로는 전체 제1 2차원 격자 어레이로 확장되고, 다른 한편으로는, 상기 제2 2차원 격자 어레이로 전파되도록 구성되며,
    상기 제2 2차원 격자 어레이는 상기 제2 2차원 격자 어레이로 전파되는 광선이 한편으로는 전체 제2 2차원 격자 어레이로 확장되고, 다른 한편으로는, 상기 광 도파관 렌즈로부터 방출되도록 구성되고,
    상기 제1 2차원 격자 어레이 및 상기 제2 2차원 격자 어레이는 동일한 주기를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 2차원 격자 어레이는 상기 제1 2차원 격자 어레이로부터 방출된 광선이 광 도파관 렌즈 내에서 전반사 방식으로 상기 제2 2차원 격자 어레이로 전파되도록 구성되는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 2차원 격자 어레이의 2개의 격자들의 배향 사이의 각도는 상기 제2 2차원 격자 어레이의 중간에서 고휘도 영역을 형성하는 것을 피하기에 충분히 크게 설정되는 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 각도는 90° 내지 160° 사이인 것인 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 2차원 격자 어레이의 격자들은 가변 깊이로써 변조되는 것인 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 2차원 격자 어레이 및 상기 제2 2차원 격자 어레이의 구조적 형태는 원통형, 원추형, 정사각형 및 사다리꼴로 이루어진 그룹 중 하나인 것인 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 2차원 격자 어레이 및 상기 제2 2차원 격자 어레이는 실질적으로 직사각형인 것인 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 2차원 격자 어레이에 대면하는 상기 제1 2차원 격자 어레이의 가장자리의 중간 부분은 2개의 단부에 비해 상기 제2 2차원 격자 어레이로부터 더 멀리 떨어져 있는 것인 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 2차원 격자 어레이에 대면하는 상기 제1 2차원 격자 어레이의 가장자리는 상기 제2 2차원 격자 어레이의 적어도 일부를 둘러싸는 것인 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 2차원 격자 어레이 및 상기 제2 2차원 격자 어레이는 상기 광 도파관 렌즈의 표면 상에 직접 형성되는 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 2차원 격자 어레이 및 상기 제2 2차원 격자 어레이는 중간층에 의해 상기 광 도파관 렌즈의 표면에 형성되는 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 2차원 격자 어레이 및 상기 제2 2차원 격자 어레이는 상기 광 도파관 렌즈의 동일한 표면 상에 위치되는 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 2차원 격자 어레이 및 상기 제2 2차원 격자 어레이는 상기 광 도파관 렌즈의 2개의 대향하는 표면 상에 위치되는 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 2차원 격자 어레이는 각각 상기 광 도파관 렌즈의 2개의 대향하는 표면 상에 위치된 1차원 격자 어레이들을 포함하고, 상기 제2 2차원 격자 어레이는 상기 2개의 대향하는 표면들 중 하나에 위치되는 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1 2차원 격자 어레이와 상기 제2 2차원 격자 어레이 사이에는 간격이 존재하는 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제1 2차원 격자 어레이와 상기 제2 2차원 격자 어레이는 서로 가까이 배치되는 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 광 도파관 렌즈의 단부 면은 광 흡수층으로 코팅되는 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제1 2차원 격자 어레이 및 상기 제2 2차원 격자 어레이의 격자 주기는 200 nm 내지 600 nm인 것인 장치.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 제1 2차원 격자 어레이 및 상기 제2 2차원 격자 어레이의 격자 깊이는 50 nm 내지 600 nm인 것인 장치.
  20. 증강 현실 디스플레이를 구현하기 위한 시스템에 있어서,
    영상 정보를 포함하는 광선을 제공하도록 구성된 이미지 소스; 및
    청구항 제1항 내지 제19항 중의 어느 한 항에 따른 증강 현실 영상을 렌더링하기 위한 장치,를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
KR1020227029009A 2020-02-28 2020-11-03 증강 현실 영상을 렌더링하기 위한 장치 및 그 장치를 포함하는 시스템 KR20220147595A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010128082.3A CN113325579A (zh) 2020-02-28 2020-02-28 用于呈现增强现实图像的装置和包含该装置的系统
CN202010128082.3 2020-02-28
PCT/CN2020/126117 WO2021169383A1 (zh) 2020-02-28 2020-11-03 用于呈现增强现实图像的装置和包含该装置的系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220147595A true KR20220147595A (ko) 2022-11-03

Family

ID=77412609

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227029009A KR20220147595A (ko) 2020-02-28 2020-11-03 증강 현실 영상을 렌더링하기 위한 장치 및 그 장치를 포함하는 시스템

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230101961A1 (ko)
JP (1) JP2023514761A (ko)
KR (1) KR20220147595A (ko)
CN (1) CN113325579A (ko)
WO (1) WO2021169383A1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114839713B (zh) * 2022-05-18 2024-04-02 南京工业职业技术大学 一种基于头盔显示的二维扩瞳全息波导结构
CN115016057B (zh) 2022-08-03 2022-11-04 北京驭光科技发展有限公司 衍射光波导以及具有其的显示设备
CN115542558B (zh) * 2022-12-02 2024-01-26 杭州光粒科技有限公司 一种全息偏振光学模组、近眼显示系统及增强现实穿戴设备

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080137178A1 (en) * 2006-12-06 2008-06-12 Yong Duck Chung Reflection-type optical modulator module
DE102014214839A1 (de) * 2014-07-29 2016-02-04 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Interferometer
US11366316B2 (en) * 2015-05-18 2022-06-21 Rockwell Collins, Inc. Head up display (HUD) using a light pipe
US10286716B2 (en) * 2015-10-27 2019-05-14 Ecole Polytechnique Fédérale Lausanne (EPFL) Synthesis of superposition shape images by light interacting with layers of lenslets
FI129113B (en) * 2017-12-22 2021-07-15 Dispelix Oy Waveguide display and display element with new lattice configuration
US10295723B1 (en) * 2018-05-01 2019-05-21 Facebook Technologies, Llc 2D pupil expander using holographic Bragg grating
WO2019243046A1 (en) * 2018-06-18 2019-12-26 Lumileds Holding B.V. Lighting device comprising led and grating
CN109407313B (zh) * 2018-10-29 2020-02-28 北京枭龙科技有限公司 一种衍射波导显示装置
CN113325507A (zh) * 2018-12-26 2021-08-31 上海鲲游光电科技有限公司 一种基于二维光栅的平面光波导
CN110244463A (zh) * 2019-05-23 2019-09-17 天津大学 一种具有自然渐晕补偿效果的波导显示光栅耦合器
CN110727116A (zh) * 2019-11-13 2020-01-24 东南大学 一种基于偏振体全息光栅的二维扩瞳方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021169383A1 (zh) 2021-09-02
JP2023514761A (ja) 2023-04-10
US20230101961A1 (en) 2023-03-30
CN113325579A (zh) 2021-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20220147595A (ko) 증강 현실 영상을 렌더링하기 위한 장치 및 그 장치를 포함하는 시스템
EP3757660B1 (en) Optical apparatus
EP2859400B1 (en) Wide field-of-view virtual image projector
JP2021517265A (ja) 射出瞳拡大器
JP6720315B2 (ja) 反射型転換アレイを有する結像光ガイド
US11994680B2 (en) Methods and systems for high efficiency eyepiece in augmented reality devices
JP2021512357A (ja) 格子ミラーを有する回折ディスプレイ要素
CN113495319A (zh) 光学结构和光学装置
CN113777707A (zh) 光学结构和光学装置
CN112630969B (zh) 一种光栅波导显示装置
CN212515221U (zh) 呈现增强现实图像的装置和实现增强现实显示的系统
CN114280790B (zh) 一种衍射光波导器件及近眼显示设备
CN111175971A (zh) 一种近眼光学显示系统、增强现实眼镜
EP3998506A1 (en) Near-eye display device, augmented reality glasses including same, and operating method therefor
CN113325505A (zh) 一种光波导镜片及三维显示装置
CN112462519A (zh) 一种出光均匀的光栅波导显示装置
CN215641931U (zh) 光学结构和光学装置
CN111323923B (zh) 一种增强现实显示的光学系统
CN211928226U (zh) 一种光波导镜片及三维显示装置
WO2024001830A1 (zh) 一种衍射光波导结构、光学装置以及近眼显示设备
CN116755253A (zh) 一种光波导、显示组件及ar设备
CN218567743U (zh) 光学装置和近眼显示设备
WO2023220133A1 (en) Dual index waveguide stack
CN113050281A (zh) 一种光学系统及混合现实设备
CN111474719A (zh) 波导装置和增强现实设备

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination