KR20230018363A

KR20230018363A - 증강 현실 또는 가상 현실 디스플레이를 위한 도파관

Info

Publication number: KR20230018363A
Application number: KR1020227038469A
Authority: KR
Inventors: 톰 비달 미켈슨; 모하메드 살림 발레라
Original assignee: 스냅 인코포레이티드
Priority date: 2020-04-03
Filing date: 2021-03-22
Publication date: 2023-02-07
Also published as: CN115362405A; WO2021197907A1; US20230161162A1; EP4127814A1; TW202142920A; CN115362405B; CN119986891A

Abstract

증강 현실 또는 가상 현실 디스플레이에 사용하기 위한 도파관(1)으로서, 광결정에 복수의 광학 구조(22, 28, 26)를 포함하는 출력 회절 요소; 도파관의 제 1 주 표면 및 도파관의 제 2 주 표면;을 포함하고, 제 1 주 표면은, 제 2 주 표면으로부터 도파관의 평면에 수직인 방향으로 분리되고, 광은, 제 1 주 표면과 제 2 주 표면 사이에서 내부 전반사를 거치면서, 출력 회절 요소를 향해 도파관을 따라 전파되고, 복수의 광학 구조들(22, 28, 26)은 도파관의 평면에 입력 방향으로부터 광을 수신하고 광을 복수의 차수들로 회절시키게 되는 어레이로 배치되고, 일부 차수들은 도파관의 평면에서 입력 방향에 대한 각도로 회절되어, 도파관의 평면을 가로질러 2D 확장을 제공하고, 다른 차수들은 도파관의 평면에 수직한 방향으로 관찰자를 향해 분리되고, 복수의 광학 구조들(22, 28, 26)의 광학 구조들(22, 28, 26) 중 적어도 하나는 도파관의 평 면에 수직인 방향의 프로파일을 갖고, 프로파일은 도파관의 평면에 평행한 하나 이상의 방향을 따라 변화하여, 분리된 차수들은 도파관의 제 2 주 표면에 비해 도파관의 제 1 주 표면으로부터 우선적으로 제공된다.

Description

증강 현실 또는 가상 현실 디스플레이를 위한 도파관

본 발명은 증강 현실 또는 가상 현실 디스플레이에 사용하기 위한 도파관에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 입력 광이 출력 요소에서 2개의 직교 방향으로 확장되고 도파관 외부로 관찰자를 향한 우선적인 방향으로 결합되는 도파관에 관한 것이다. 시스템의 개선된 효율성을 보장하면서 증강 현실 디스플레이에서 아이박스(eyebox)의 물리적 확장을 허용할 수 있다.

증강 현실 디스플레이를 통해 사용자는 주변 환경과, 그에 투사된 이미지를 볼 수 있다. 군사 또는 운송 애플리케이션에서 투사된 이미지는 사용자가 인식하는 실제 세계에 오버레이될 수 있다. 이러한 디스플레이의 다른 응용 프로그램에는 비디오 게임 및 안경과 같은 웨어러블 장치가 포함된다.

일반적인 증강 현실 설정에서는 사용자 앞에 투명한 디스플레이 화면이 제공되어 사용자가 계속해서 실제 세계를 볼 수 있다. 디스플레이 화면은 일반적으로 유리 도파관이며, 한쪽에는 프로젝터가 제공된다. 프로젝터의 광은 회절 격자에 의해 도파관에 결합된다. 투사된 광은 도파관 내에서 완전히 내부적으로 반사된다. 그런 다음 광은 사용자가 볼 수 있도록 다른 회절 격자에 의해 도파관 밖으로 결합된다. 프로젝터는 실제 세계에 대한 사용자의 시각을 증대시키는 정보 및/또는 이미지를 제공할 수 있다.

증강 현실 디스플레이에서 입력 광을 2차원으로 확장하기 위한 광학 장치가 WO 2016/020643에 개시되어 있다. 프로젝터의 입력 광을 도파관으로 결합하기 위해 입력 회절 광학 요소가 제공된다. 광학 장치는 광학 장치는 또한 도파관에서 서로 중첩된 2개의 회절 광학 요소를 갖는 출력 요소를 포함하여, 2 개의 회절 광학 요소 각각이 입력 회절 광학 요소로부터 광을 수신하고 쌍으로 이루어진 다른 회절 광학 요소를 향해 결합할 수 있도록 하며, 이에 도파관에서 나온 광을 관찰자를 향해 결합하는 출력 회절 광학 요소로 작용할 수 있게 된다. 일 실시 예에서, 서로 중첩된 2개의 회절 광학 요소들은 광결정(photonic crystal)에 제공된다. 이것은 주변 도파관 매체에 대한 굴절률 변화를 갖는 도파관 표면 내에 또는 표면 상에 배치된 기둥들의 어레이를 가짐으로써 달성된다. WO 2016/020643의 기둥들은 관찰자의 관점에서 도파관의 평면에서 볼 때 원형 단면 형상을 갖는 것으로 나타난다. 이 배치는 2차원으로 광을 동시에 확장하고 도파관 밖으로 광을 결합하는 데 매우 효과적인 것으로 밝혀졌다. 유리하게는 이것은 제조 비용을 감소시킬 수 있는 도파관 상의 공간 사용을 개선할 수 있다.

다이아몬드 단면 형상을 갖는 기둥을 갖는 광학 장치가 WO2018/178626에 개시되어 있다. 노치가 있는 변형 다이아몬드 단면 형상도 표시되어 있다. 원형 단면보다는 이러한 모양을 갖는 기둥은 다른 부분보다 상대적 밝기가 더 높은 출력 요소에서 중앙 스트립의 발생을 줄여 출력 이미지에서 바람직하지 않은 "스트립 효과(striping effect)”를 다소 줄이는 것으로 나타났다. 다른 형상들도 제시되어 있다.

이러한 유형의 도파관의 한 가지 단점은 광이 출력 요소에 입사할 때 도파관에서 나오는 광을 결합하는 회절 차수가 반대 방향으로 확장될 수 있다는 것이다. 여기에는 격자를 통해 관찰자에게 전송되는 차수와 격자에 의해 반사되어 관찰자에게 나가는 차수가 포함될 수 있다. 일반적으로 도파관 시스템은 관찰자가 이러한 외부 결합 차수들 중 하나만 볼 수 있도록 설계되었다. 이것은 관찰자를 위한 이미지를 형성하는 데 사용될 수 있는 광의 일부가 이 원치 않는 분리되는 방향(outcoupling direction)으로 낭비되기 때문에 도파관의 효율성을 감소시킨다. 또한 원치 않는 결합 순서는 외부 관찰자가 착용자가 보고 있는 것을 볼 수 있게 하여 프라이버시 문제를 일으킬 수 있는 이미지를 형성할 수도 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 증강 현실 또는 가상 현실 디스플레이에 사용하기 위한 도파관이 제공되며, 광결정에 복수의 광학 구조들을 구비하는 출력 회절 요소를 포함하고, 복수의 광학 구조들은, 상기 도파관의 평면에 입력 방향으로부터 광을 수신하고 상기 광을 복수의 차수들로 회절시키게 되는 어레이로 배치되고, 일부 차수들은 상기 도파관의 평면에서 상기 입력 방향에 대한 각도로 회절되어, 상기 도파관의 평면을 가로질러 2D 확장을 제공하고, 다른 차수들은 상기 도파관의 평면에 수직한 방향으로 관찰자를 향해 분리되고, 상기 복수의 광학 구조들 중 적어도 하나는, 상기 도파관의 평면에 수직인 방향의 프로파일을 갖고, 프로파일은 상기 도파관의 평면에 평행한 하나 이상의 방향을 따라 변화하여, 분리된 차수들은 상기 도파관의 하나의 주 표면으로부터 우선적으로 제공된다.

바람직하게는, 분리되는 차수들은, 관찰자를 향해 도파관의 평면에 수직인 방향에 있다.

바람직하게는, 도파관은 도파관의 제 1 주 표면, 및 도파관의 제 2 주 표면을 포함하고, 제 1 주 표면은 제 2 주 표면으로부터 도파관의 평면에 수직인 방향으로 분리되고, 여기서 광은 제 1 및 제 2 주 표면 사이에서 내부 전반사를 거치면서, 출력 회절 요소를 향해 도파관을 따라 전파된다.

바람직하게는, 분리된 차수들은 도파관의 제 2 주 표면에 비해 도파관의 제 1 주 표면으로부터 제공된다. 이것은 도파관의 제 2 주 표면과 비교하여 도파관의 제 1 주 표면으로부터 우선적일 수 있다.

이러한 방식으로 각각의 광학 구조는 도파관의 평면을 가로질러 변화하는 높이를 가질 수 있다. 따라서, 광학 구조들은 블레이즈드(blazed) 구조를 가질 수 있다. 유리하게는 이 블레이즈드 구조는 도파관의 하나의 주 표면, 즉 측면으로부터 관찰자를 향하여 광을 우선적으로 회절시킬 수 있다. 이러한 방식으로 전송 또는 반영된 차수들을 제거하거나 크게 억제할 수 있다. 도파관 밖으로 광이 투과 또는 반사 차수로 단일 방향으로만 분리되면 출력 회절 광학 요소의 광학 효율이 증가할 수 있다. 이는 웨어러블 장치의 배터리 절약을 유리하게 개선하거나 프로젝터의 전력 요구를 줄일 수 있다. 도파관의 평면은 x-y 평면에 있을 수 있다. 이 표기에서 광학 구조의 높이는 z-축을 따라서 있다. 주 표면들은 도파관의 대향하는 측들일 수 있다.

도파관 평면을 가로지르는 2D 확장은 2D 동공 복제(2D pupil replication)를 초래한다. 따라서, 분리되지 않은 차수들는 입력 방향에 대한 각도로 회절되어 복수의 회절 차수들을 제공한다. 입력 방향에 대한 각도는 ±60°일 수 있다. 대안적으로 각도는 ±45°일 수 있다. 또는 입력 방향과 다른 다른 각도일 수 있다.

일부 배치에서, 복수의 광학 구조들 중 적어도 하나의 프로파일은 도파관의 평면에 평행한 하나 이상의 방향을 따라 연속적으로 변화할 수 있다. 이러한 방식으로, 광학 구조들의 프로파일은 광학 구조에 걸쳐 연속적으로 변화하는 기울기를 가질 수 있다. 연속적인 기울기는 회절된 차수들의 효율성과 방향성에 대한 개선된 제어를 제공할 수 있다.

대안적으로, 복수의 광학 구조들 중 적어도 하나는 그 프로파일에서 불연속성을 갖는다. 다른 배치에서, 복수의 광학 구조들 중 적어도 하나는 복수의 불연속부를 포함한다. 이러한 방식으로, 프로파일의 변화는 광학 구조에서 하나 이상의 단차들(steps)을 가짐으로써 달성될 수 있다. 각 단차는 도파관의 평면에 수직인 수직 섹션에 의해 분리된, 도파관의 평면과 평행한 실질적으로 평평한 부분을 가질 수 있다. 이것은 광학 구조들의 제조에 도움이 될 수 있으며, 또한 전송된 출력 차수들에 대해 반사된 출력 차수의 효율성을 증가시키는 원하는 효과를 제공하거나 그 반대의 경우도 마찬가지이다.

바람직하게는, 복수의 광학 구조들 중 적어도 일부의 프로파일의 변화는 복수의 광학 구조 중 다른 것의 프로파일의 변화와 상이할 수 있다. 모든 광학 구조들이 동일한 방식으로 변하는 프로파일을 갖는 것은 아니다. 광학 구조들 사이의 프로파일 변화의 차이를 가짐으로써 광학 구조들은 다양한 산란 특성을 가질 수 있다. 일부 배치에서 광학 구조들의 프로파일의 변화는 출력 회절 요소에 걸쳐 변한다. 따라서, 출력 회절 요소의 상이한 영역에서의 광학 구조들은 프로파일에서 상이한 변화를 가져올 수 있다(즉, 서로에 대해). 프로파일의 변화는, 그 변화가 측정될 수 있는 정도를 정의하는 척도에서의 프로파일 변동 척도로 표현될 수 있다.

이러한 방식으로, 광학 구조의 프로파일 변화는 출력 회절 요소의 특정 영역에서 원하는 산란을 달성하기 위해 출력 회절 요소에 걸쳐 변할 수 있다. 예를 들어, 출력 회절 요소의 제 1 영역에서 광학 구조들은 프로파일에서 모두 유사한 변화를 가질 수 있는 반면, 출력 회절 요소의 다른 제 2 영역에서 광학 구조들의 프로파일 변화는 제 1 영역에서와 상이할 수 있다.. 대안적으로, 광학 요소들의 프로파일의 상이한 변화들은 출력 회절 요소에 걸쳐 무작위적으로 분포될 수 있다.

입력 방향은 도파관의 평면에서 제 1 축을 정의할 수 있고, 광학 구조들이 프로파일에서 변화하는 하나 이상의 방향들은 입력 방향에 대해 각도를 이룰 수 있다. 이 각도는 ±60°일 수 있다. 일반적으로 입력 광의 일부는 ±60° 각도에서 광학 구조들에 의해 회절될 수 있다. 이러한 배치는 초기 작동 후 광이 후속 광학 구조에 입사할 때, 광학 구조 높이의 기울기가 광이 해당 광학 구조에 입사하는 방향과 실질적으로 동일한 방향임을 보장하게 된다. 대안적으로, 각도는 ±45° 또는 다른 각도일 수 있다. 예를 들어, 입력 방향 위에 주어진 표기법을 사용하면 y축을 따를 수 있다.

제 1 축의 제 1 측 상의 광학 구조들에서 프로파일이 변화하는 방향은 입력 방향에 대해 제 1 각도에 있을 수 있고, 제 1 축의 제 2 측 상의 광학 구조들에서 프로파일이 변화하는 방향은입력 방향에 대해 제 2 각도에 있을 수 있다. 제 1 축의 제 1 측과 제 1 축의 제 2 측은 광이 출력 회절 요소에 입사되는 지점으로부터 연장되는 입력 방향을 따라 형성되는 라인에 의해 분리되는 도파관의 평면 내에 있다. 이러한 방식으로, 초기 작동 후, 광이 후속 광학 구조에 입사할 때 광학 구조의 프로파일의 기울기는 광이 해당 광학 구조에 입사하는 방향과 동일하게 된다. 일 실시 예의 배치에서 제 1 각도는 +60°일 수 있고 제 2 각도는 -60°일 수 있다. 다른 배치에서, 제 1 각도는 +45°일 수 있고 제 2 각도는 -45°일 수 있다. 또 다른 배치에서, 각도들은 서로 다른 임의의 각도를 가질 수 있다.

일부 배치에서 제 1 축 상의 광학 구조들은 입력 방향에서 프로파일이 변화한다. 따라서, 입력 격자로부터의 광의 초기 회절을 제공하는 광학 구조는 입력 방향에 의해 정의된 축을 따라 변화하는 프로파일을 가질 수 있다. 이것은 출력 격자를 갖는 입력 광의 초기 회절 시에 광이 단일의 의도된 방향, 즉 투과된 또는 반사된 차수로 우선적으로 회절되는 것을 보장한다.

일부 배치에서, 복수의 광학 구조들 중 적어도 하나의 광학 구조의 프로파일이 적어도 하나의 광학 구조에 광이 입사하는 지점으로부터 멀어지는 방향으로 음의 구배를 갖도록 배치된다. 이것은 반사된 회절 차수들이 우선적으로 선택되고 투과된 회절 차수들이 우선적으로 억제되도록 한다. 일부 배치에서, 복수의 광학 구조 모두는 이러한 방식으로 배치될 수 있다. 즉, 광이 입사되는 광학 구조들의 측에의 프로파일은, 광이 입사되는 측에서 가장 먼 광학 구조의 측에서의 프로파일보다 더 높거나 더 큰 물리적 범위를 갖는다. 물리적 범위(physical extent)는 z축에 있다. 이것은 프로파일이 광이 입사하는 광학 구조의 측에서 아래쪽으로의 기울기를 갖는 것을 의미한다. 이러한 기울기는 연속적이거나 계단식일 수 있다. 이러한 방식으로, 광학 구조는, 광이 입사되는 측에서 가장 먼 광학 구조의 섹션과 비교할 때, 광이 입사되는 섹션에서 z축으로 더 높게 확장된다.

대안적으로, 또는 추가적으로, 복수의 광학 구조들 중 적어도 하나의 광학 구조의 프로파일은 적어도 하나의 광학 구조에 광이 입사하는 지점으로부터 멀어지는 방향으로 양의 구배를 갖도록 배치된다. 이것은 투과 회절 차수들이 우선적으로 선택되고 반사 회절된 차수들이 우선적으로 억제되도록 한다. 일부 배치에서, 복수의 광학 구조들 모두는 이러한 방식으로 배치될 수 있다. 즉, 광이 입사되는 광학 구조의 측에서의 프로파일은 광이 입사되는 측에서 가장 먼 광학 구조의 측에서의 프로파일보다 낮거나 더 작은 물리적 범위를 갖는다. 이것은 프로파일이 광이 입사하는 광학 구조의 측에서 위쪽으로의 기울기를 갖는 것을 의미한다. 이 기울기는 연속적이거나 계단식일 수 있다. 이러한 방식으로, 광학 구조는 광이 입사되는 광학 구조의 섹션과 비교할 때, 광이 입사하는 가장 먼 섹션에서 z축으로 더 높게 확장된다.

바람직하게는, 도파관은 광을 도파관에 결합하고 입력 방향으로 어레이의 복수의 광학 구조에 광을 제공하도록 구성된 회절 출력 광학 요소와 별개인 입력 회절 광학 요소를 포함할 수 있다.

복수의 광학 구조 각각은 도파관의 평면에서 볼 때 상이한 각도에서 각각의 법선 벡터를 갖는 복수의 실질적으로 직선인 측면을 포함하는 형상을 가질 수 있다. 즉, xy 평면에서 볼 때 광학 구조의 단면은 서로 다른 각도에서 각각의 법선 벡터를 갖는 실질적으로 직선인 복수의 변을 갖는 형상일 수 있다. 예를 들어, WO2018/178626에 기술된 바와 같이 노치가 있는 다이아몬드 형상일 수 있다. 또는 원형 또는 직사각형과 같은 다른 단면 형상을 가질 수 있다.

도파관에서 광학 구조의 어레이는 광결정으로 지칭될 수 있다. 도파관은 광학 디스플레이 내에 제공될 수 있다.

광학 구조는 바람직하게는 주변 매질로부터 굴절률의 차이를 나타낸다. 이러한 방식으로, 광학 구조는 도파관 내에 내장될 수 있고 구조와 도파관 매체 사이의 굴절률 차이로 인해 회절 특성이 생성될 수 있다.

광학 구조들은 도파관의 표면 상의 표면 릴리프 피쳐(surface relief feature)로서 제공될 수 있다. 표면 릴리프 피쳐의 굴절률과 이를 둘러싸는 공기 사이의 불일치는 원하는 회절 특성을 제공할 수 있다. 일부 실시양태에서, 회절 효율을 제어하기 위해 광학 구조 상에 코팅이 제공될 수 있다.

바람직하게는, 도파관은 평면 슬래브 도파관(planar slab waveguide)이다. 도파관을 통한 광의 전파는 광이 도파관의 평면에서 도파관의 제 1 주 표면과 도파관의 평면에서 도파관의 제 2 주 표면으로부터 입사 및 반사될 때 전반사를 통해 이루어진다. 이러한 방식으로 광이 각 면에서 반사됨에 따라 입력 회절 요소에서 출력 회절 요소 쪽으로 도파관을 따라 전파된다.

추가 양태에 따르면, 상기 양태의 도파관을 포함하는 증강 현실 또는 가상 현실 디스플레이가 제공된다.

추가 양태에 따르면, 증강 현실 또는 가상 현실 디스플레이를 위한 도파관의 제조 방법이 제공되며, 이 방법은 광결정에 복수의 광학 구조들을 포함하는 출력 회절 요소를 제공하는 단계; 복수의 광학 구조들을 배치하는 단계;를 포함하고, 복수의 광학 구조들은, 상기 도파관의 평면에 입력 방향으로부터 광을 수신하고 상기 광을 복수의 차수들로 회절시키게 되는 어레이로 배치되고, 일부 차수들은 상기 도파관의 평면에서 상기 입력 방향에 대한 각도로 회절되어, 상기 도파관의 평면을 가로질러 2D 확장을 제공하고, 다른 차수들은 상기 도파관의 평면에 수직한 방향으로 관찰자를 향해 분리되고, 상기 복수의 광학 구조들 중 적어도 하나는, 상기 도파관의 평면에 수직인 방향의 프로파일을 갖고, 프로파일은 상기 도파관의 평면에 평행한 하나 이상의 방향을 따라 변화하여, 분리된 차수들은 상기 도파관의 하나의 주 표면으로부터 우선적으로 제공된다.

이제 본 발명의 실시 예들이 아래의 도면들을 참조하여 예시로서 설명된다.
도 1a 및 1b는 공지된 도파관의 평면도 및 에지 뷰를 도시한다.
도 2a는 출력 관찰 위치가 출력 격자가 위치하는 반대쪽 도파관의 주 표면으로부터에 있는 도파관을 도시한다.
도 2b는 출력 관찰 위치가 출력 격자가 위치하는 도파관의 동일한 주 표면으로부터에 있는 도파관을 도시한다.
도 3a-3f는 본 발명에 따른 회절 출력 요소에 사용하기 위한 광학 구조의 다수의 상이한 배치들을 도시한다.
도 4는 반사된 차수들이 전송되고 분리된 차수들보다 더 높은 효율로 도파관으로부터 분리되는 것을 보장하도록 구성된 본 발명에 따른 예시적인 출력 격자를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 도 4의 예시적인 출력 격자를 도시하며, 반사된 차수들이 전송되고 분리된 차수들보다 더 높은 효율로 도파관으로부터 분리되는 것을 보장하도록 구성된 본 발명에 따른 예시적인 출력 격자를 도파관의 평면에서 볼 때의 광학 구조를 도시한다.

도 1a는 WO 2016/020643에 개시된 바와 같은 도파관(1)의 평면도를 나타내고, 도 1b는 에지 뷰를 나타낸다.

입력 회절 격자(2, input diffraction grating)는 프로젝터(미도시)로부터의 광을 도파관(1, waveguide)으로 결합하기 위해 도파관(1)의 표면에 제공된다. 도파관에 결합된 광은 내부 전반사에 의해 광결정, photonic crystal)을 포함하는 출력 요소(4, output element)를 향해 이동한다. 이 예시에서 광결정은 기둥들(pillars)을 포함한다. 기둥들은 주변 도파로 매질의 굴절률에 대해 다른 굴절률을 가지며 육각 대칭을 갖는 어레이로 배치된다. 기둥들은 나노 구조체들(nanostructures), 회절 광학 구조체들(diffractive optical structures) 또는 광학 구조체들(optical structures)로 지칭될 수 있다.

도 1a에 도시되는 바와 같이, 입력 격자(2, input grating)로부터의 광은 입력 광 경로(8, input light path)를 따라 출력 격자(4)를 향해 결합된다. 도 1b에 도시되는 바와 같이, 광은 도파관(1)의 제 1 주 표면(5)과 제 2 주 표면(7) 사이의 내부 전반사(total internal reflection)에 의해 전파된다. 위치(6a)는 입력 광이 광학 구조 어레이에 의해 형성된 격자와 처음 상호 작용하는 지점을 보여줍니다. 그런 다음 광은 위치(6a)에서 여러 회절 차수들(diffraction orders)로 회절된다.

광의 일 부분은 경로(10a)와 경로(10b)로 표시된 순서대로 ±60° 회절된다.

광의 추가적인 부분은, 일명 출력 차수들(output orders)로서 도파관 밖으로 회절된다. 이들은 도 1b에서 반사된 차수(12b, reflected order) 및 전송된 차수(12a, transmitted order)로 볼 수 있다. 평면 밖으로 반사된 차수(12a)는 도 1a에 도시되어 있지만, 두 차수들은 모두 도 1b에 도시된 바와 같이 존재한다. 반사된 차수(12b)는 광이 출력 격자(4)와의 회절 후에 도파관(1)을 통해 다시 통과한 다음 도파관 밖으로 나가게된다. 전송된 차수(12a)는 광이 출력 격자(4) 밖으로 그리고 출력 격자(4)가 위치된 도파관(1)의 동일한 측에 있는 도파관(1) 밖으로 통과하게 된다. 따라서, 반사된 차수(12b) 및 투과된 차수(12b) 서로 반대 방향이며, 도파관(1)의 서로 다른 각각의 주 표면으로부터 연장된다. 반사된 차수(12b)는 도파관(1)의 제 1 주 표면(5)을 통과한다. 전달된 차수(12a)는 도파관(1)의 제 2 주 표면(7)을 통과한다.

위치(6a)에서의 회절 후, 각각의 턴 차수들(10a 10b, turn orders)의 광은 추가적인 턴 차수들과, 추가적인 출력 차수들을 생성하는 이러한 위치들에서 광학 구조들의 어레이에 의해 위치들(6b, 6c)에서 회절된다. 추가 출력 차수들(further output orders)은 도 1b에 반사된 차수(14b) 및 전송된 차수(14a)로 도시되어 있다.

반사된 차수와 전송된 차수 모두 이미지를 형성할 수 있다는 점이 이해될 수 있다. 그러나, 기존의 도파관 시스템에서의 전형적인 설계는 반사 또는 전송된 차수들만 실제로 관찰자에 의해 활용 되도록 지시한다. 이것은 도 2a 및 2b에서 도시된다..

도 2a는 관찰자의 관찰 위치(16b)가 출력 격자(4)가 위치되는 주 표면에 대향하는 도파관(1)의 주 표면(5)으로부터에 있는 도파관(1)을 도시한다. 이러한 배치에서 반사된 차수(12b)는 이미지를 관찰 위치(16b)에 제공하는 것이다.

도 2b는 관찰자의 관찰 위치(16a)가 출력 격자(4)가 위치하는 도파관(1)의 주 표면(7)으로부터인 대안적인 유형의 도파관(1)을 도시한다. 이러한 배치에서 전송된 차수(12a)는 이미지를 관찰 위치(16a)에 제공한다.

위에 인용된 선행 기술에 개시된 것과 같은 종래의 시스템에서, 전송되거나 반사된 차수들 중 하나만이 이미지를 생성하는 데 사용되더라도 다른 차수는 여전히 존재한다. 이는 이미지 생성 차수가 눈에서 멀어지는 방향으로 존재함을 의미한다. 이것은 이 광이 손실되어 시스템의 효율성을 감소시킨다는 것을 의미한다. 이는 또한 사용자가 보고 있는 정보를 제 3 자가 볼 수 있기 때문에 개인 정보 보호 문제를 일으킬 수 있다.

본 발명은 전송 차수들 또는 반사된 차수들만 생성되도록 원하지 않는 전송 또는 반사 차수들의 이러한 문제를 방지하는 것에 관한 것이다.

도 3a-f는 회절 출력 요소에 사용하기 위한 광학 구조의 다양한 배치를 도시한다. 도 3a는 WO2018/178626에 기술된 바와 같이 노치 다이아몬드(notched diamond) 형상을 갖는 광학 구조(20)를 도시한다. 도시되는 바와 같이, 광학 구조(20, optical structure)는 평평하고 균일한 프로파일을 갖는다. 이러한 프로파일을 갖는 광학 구조는 도 1b와 같이 투과 및 반사 차수들이 모두 존재하도록 한다.

도 3a에 도시된 광학 구조(20)의 프로파일을 수정함으로써, 투과되거나 반사된 출력 차수 중 하나가 억제될 수 있다는 점을 밝혀냈다. 특히, 이것은 광학 구조 전반에 걸쳐 변화하는 프로파일을 가짐으로써 달성할 수 있다.

도 3b는 다양한 프로파일을 갖는 그러한 구조의 예인 광학 구조(22)를 도시한다. 도파관 광학 구조(22, waveguide optical structure)의 평면에서 광학 구조(20)의 노치 다이아몬드(notched diamond) 형상을 갖는다. 그러나, 광학 구조(22)의 프로파일은 변화한다. 이 프로파일의 변화는 도파관의 평면을 가로지르는 방향이다. 따라서, 광학 구조(22)는 광학 구조(22)의 일 단부와 반대쪽 단부 사이에 기울기(slope) 또는 구배(gradient)를 갖는다. 도시되는 같이, 광학 구조(22)의 프로파일은 광학 구조(22)의 일 측에서 타측으로 연속적으로 변화한다. 도 3b에서 볼 때 이것은 수직 방향에 대한 각도이다. 경사는 노치 평행사변형(notched parallelogram)의 가장 긴 측(101)으로부터 수직에 대한 이 각도에서, 즉 광학 요소의 대각선을 가로질러 가장 긴 측(103)까지 연장된다. 이것은 도파관의 평면에서 볼 때 y 및 x축을 따른 것이다.

도 3c는 투과된 또는 반사된 차수들을 선택적으로 억제할 수 있는 광학 구조의 또 다른 예시인 광학 구조(24)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 광학 구조(24)는 다양한 프로파일을 갖는다. 불연속부(28, Discontinuity)는 광학 구조(24)의 프로파일의 2개의 영역(30a, 30b)을 분리한다. 제 1 영역(30a)은 프로파일의 변화를 생성하는 제 2 영역(30b)보다 높다. 이것은 두 영역 사이의 불연속부(28)에서 단차를 생성한다. 단차, 그에 따라 불연속부는 광학 구조의 전체 범위에 걸쳐 일측에서 반대측으로 가로질러 연장된다. 단차(및 불연속부)는 도 3c에서 볼 수 있듯이 수직 방향에 대한 각도로 광학 구조를 가로질러 확장된다. 이 각도는 프로파일의 변화가 발생하는 각도에 수직이다. 프로파일의 변화는 광학 구조(24)의 측(101)에서 측(103)까지이다. 다시 말해서, 불연속부는 노치 평행사변형의 측들(103, 101)에 평행한 각도로 위치된다. 불연속부(28)는 전술한 각도를 따라 광학 구조(24) 의 중심 에 위치된다. 도파관의 평면에 수직인 광학 구조의 물리적 범위(physical extent)는 높이로 간주될 수 있다. 단차 높이는 광학 구조 높이의 절반이다. 또한, 광학 구조의 에지(103)와 출력 격자(4)의 주변 영역 사이에 추가적인 단차(29)가 존재하는 것으로 간주될 수 있음을 알 수 있다.

도 3d는 투과된 또는 반사된 차수들을 선택적으로 억제할 수 있는 광학 구조의 또 다른 예시인 광학 구조(26)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 광학 구조(26)는 다양한 프로파일을 갖는다. 광학 구조(26)는 광학 구조(26)의 5개의 상이한 평평한 영역들(34a-e)사이에 각각 4개의 불연속부들(32a-d)를 갖는다. 불연속부들(32a-d) 각각은 광학 구조(26)의 프로파일의 2개의 인접한 평평한 영역들(30a-e)을 분리하는 수직 섹션이다. 각각의 불연속부는 측(101)과 측(103) 사이의 광학 구조를 가로질러 균등하게 이격되어 있다. 영역들(30a-e)의 높이는 광학 구조에 걸쳐 감소하여 프로파일의 변화를 생성한다. 이것은 광학 구조(33)의 에지와 출력 격자(4)의 주변 영역이 추가 단차로 취해짐에 따라 5개의 단차를 생성한다. 불연속부들(32a-e)(및 그에 따른 단차) 각각은 도 3c와 관련하여 전술한 바와 같은 각도로 배치되고, 각각은 광학 구조의 범위를 가로질러 연장된다. 도 3d에 도시되는 바와 같이 각 단차는 동일한 높이를 갖는다. 이것은 광학 구조(26)의 가장 높은 지점 높이의 20%이다. 그러나, 다른 배치에서 각각의 단차의 높이는 서로에 대해 변화할 수 있다.

유리하게는 광학 구조(24) 및 광학 구조(26)에서와 같이 단차를 가짐으로써 광학 구조는 광학 구조(22)보다 제조하기 쉬우면서도 투과된 또는 반사된 차수들을 억제 하는 효과를 제공한다.

도 3e는 다양한 프로파일을 갖는 그러한 구조의 또 다른 예인 광학 구조(25)를 도시한다. 도파관 광학 구조(25)의 평면에서 광학 구조(20)의 노치 다이아몬드 형상을 갖는다. 그러나, 광학 구조(25)의 프로파일은 변화한다. 이 프로파일의 변화는 도파관의 평면을 가로지르는 방향에서 이루어진다. 따라서, 광학 구조(25)는 광학 구조(25)의 일 단부와 반대쪽 단부 사이에 기울기 또는 구배를 갖는다. 도시된 바와 같이, 광학 구조(25)의 프로파일은 광학 구조(25)의 일측에서 타측으로 연속적으로 변화한다. 도 3e의 관점에서 볼 때, 이 구배는 광학 구조의 꼭지점(107, vertex)과 꼭지점(105) 사이에 있다. 꼭지점(105)과 꼭지점(107)은 노치 평행사변형 단면의 가장 큰 두 변 사이에 있는 꼭지점이다. 도 3b의 광학 구조와 달리 도 3e에 도시된 광학 구조(25)의 프로파일은 도 3e에서 볼 때 수직 축을 따라, 즉 상기 축에 대한 각도보다는 도파관의 평면에서 볼 때 y-축을 따라 변화한다.

도 3f는 투과된 또는 반사된 차수들 선택적으로 억제할 수 있는 광학 구조의 또 다른 예시인 광학 구조(27)를 도시한다. 도 3f에 도시된 광학 구조(27)는 도 4에 도시된 광학 구조(42)와 광학 구조(44)의 조합으로 고려될 수 있다. 도 3e의 광학 구조에서와 같이, 도 3f에 도시된 광학 구조(27)의 프로파일은 상기 축에 대한 각도가 아니라 수직 축을 따라 변한다. 그러나, 2개의 불연속부들(38a, 38b)은 광학 구조(27)의 프로파일의 2개의 영역들(39a, 39b)을 분리한다. 제 1 영역(39a)은 프로파일의 변화를 생성하는 제 2 영역(39b)보다 높다. 이것은 두 영역 사이의 불연속부들(38a 38b)에서 단차를 생성한다. 영역(39b)은 4개의 변을 갖는 다이아몬드 단면 형상을 갖는 반면, 영역(39a)은 10개의 변을 갖는 단면 형상을 갖는다. 불연속부들(38a 38b)은 단면 평면에서 서로 직각이고 각각은 광학 구조(27)의 중심점(41)에서 만나도록 광학 구조(27)의 다른측으로부터 연장 된다. 도파관의 평면에 수직인 광학 구조(27)의 물리적 범위는 높이로 간주될 수 있다. 단차(38)의 높이는 광학 구조 높이의 절반이다. 광학 구조(27)는 도 3e에 도시된 광학 구조(25)의 수정된 계단식 버전으로 간주될 수 있다.

도 3b 내지 3f에 도시된 각각의 광학 구조들는 도 1b에 도시된 바와 같이 출력 격자(4)에 사용될 수 있지만 도파관의 제 1 주 표면(5) 또는 제 2 주 표면(7)으로부터 우세하게 나오도록 투과 또는 반사에서 우선적인 분리(outcoupling)를 제공할 수 있다.

도 4는 반사된 차수들이 (전송된 차수들과 비교하여) 도파관에서 우선적으로 분리되는 것을 보장하도록 구성된 예시적인 출력 격자(4)를 도시한다. 입력 격자(2)의 광은 입력 광 경로(8)을 따라 출력 격자 (4)에 입사한다. 입력 광은 처음에 위치(40a)에서 광학 구조의 어레이에 의해 형성된 격자에서 회절된다. 이것은 도 1과 관련하여 설명된 바와 같다. 이 위치(40a)에서 광학 구조는 도 3e에 도시된 바와 같은, 또는 도 3f에 도시된 바와 같은 프로파일과 같이 하나 이상의 단차를 갖는 광학 구조를 갖는다. 이는 도 1과 관련하여 설명된 바와 같이 턴 차수들(10a, 10b, turn orders)을 초래한다. 그러나, 위치(40a)에서 광학 구조의 어레이와 입력 광의 상호작용시에 생성된 분리된 차수들은, 우선적으로 반사 차수(50)이고, 투과 차수는 억제 된다.

턴 차수(10b)로부터의 광은 위치(40b)에서 광학 구조의 어레이에 의해 제공되는 격자에 입사한다. 이 위치(40b)에서 광학 구조(42)의 프로파일은 도 4의 삽입도(a)에 도시되어 있다. 광학 구조(42)는 도 3c에 도시된 광학 구조(24)와 유사한 계단식 프로파일을 갖는다. 그러나, 광학 구조(42)는 턴 차수(10b)와 동일한 방향으로 변화하는 프로파일을 갖는다. 이것은 입력 방향에 대해 -60°의 각도에 있을 수 있다. 위치(40b)에서, 턴 차수(10b)로부터의 광은, 도파관에 수직인 평면(즉, 도 4에 도시된 표기로 z-축)에서 가장 멀리 연장되는 광학 구조(42)의 측, 즉 도파관의 평면에 수직한 가장 큰 물리적 범위를 갖는 측 또는 가장 높은 측을 향해 입사한다. 이 프로파일을 갖는 위치(40b)의 광학 구조(42) 어레이로, 위치(40b)의 광학 구조(42)로부터 분리된 차수들은 우선적으로 반사된 차수들(52)이고, 전송된 차수들은 억제 된다.

턴 차수(10a)로부터의 광은 위치(40c)에서 광학 구조의 어레이에 의해 제공되는 격자에 입사한다. 이 위치에서 광학 구조(44)의 프로파일은 도 4의 삽입도(b)에 도시되어 있다. 광학 구조(44)는 도 3c에 도시된 광학 구조(24)와 유사한 계단식 프로파일을 갖는다. 그러나, 광학 구조(44)는 턴 차수(10a)의 방향과 동일한 방향으로 변화하는 프로파일을 갖는다. 이것은 입력 방향에 대해 +60°의 각도에 있다. 위치(40c)에서 턴 차수(10a)로부터의 광은 도파관에 수직인 평면에서 가장 멀리 연장되는 광학 구조(44)의 측, 즉 도파관의 평면에 수직인 가장 큰 물리적 범위를 갖는 측을 향해 입사한다. 이 프로파일을 갖는 위치(40c)의 광학 구조(44) 어레이로, 위치(40c)의 광학 구조(44)로부터 분리된 차수들은 우선적으로 반사된 차수들(54)이며, 전송된 차수들은 억제 된다.

도파관의 평면은 도 1a 및 도 4에 도시된 바와 같이 x-y 평면에 의해 정의된다. 도 4와 같이 도파관의 평면에서 볼 때 입력 방향에 대해 출력 격자의 왼쪽에 배치된 모든 광학 구조는 삽입도(a)와 같은 광학 구조이다. 이것은 입력 방향에 대해 -x 방향의 모든 광학 구조들이다.

또한, 입력 방향에 대해 출력 격자의 오른쪽에 배치된 모든 광학 구조는 삽입도(b)와 같은 광학 구조이다. 이것은 입력 방향에 대해 +x 방향의 모든 광학 구조들이다.

입력 방향에 있는 임의의 광학 구조는 도 3e 또는 도 3f에 도시된 광학 구조와 관련하여 설명된 프로파일을 갖는다.

도 4는 삽입도(a)와 (b)에서 광학 구조의 모양을 보여주고 프로파일의 변화를 보여주지만, 도파관 평면에서 광학 구조의 실제 모양은 도 4의 출력 격자(4)에 도시되지 않는다. 명확성을 위해,도파관 평면에서 광학 구조의 모양이 도 5에 도시된다. 도 5에서 도시된 바와 같이, 광학 구조(42, 44 25) 각각은 x-y 평면에서 위에서 아래로 보았을 때 노치 다이아몬드 형상을 갖는다. 각 위치들(40a 40b 40c)에 단일 광학 구조만이 도 5에 도시되어 있지만 실제로는 도파관의 해당 위치에서 동일한 모양을 갖는 각 위치에서 서로 오프셋된 광학 구조들의 어레이가 있을 수 있다. 단차의 위치를 나타내는 불연속부(28)는 또한 광학 구조들(42, 44)에서 명확하게 볼 수 있으며, 그 배향은 도 4와 관련하여 이상에서 논의된 바와 같을 수 있다.

전송 차수들만이 요구되는 대안적인 배치에서, 각각의 광학 구조의 프로파일은 도 4에 도시된 것과 반대 방향으로 변화할 수 있다. 예를 들어, 광학 구조들(40b, 40c)은 광이 광학 구조들을 향해 입사되는 지점으로부터 평면에 수직인 방향으로 높이 또는 물리적 범위가 증가할 수 있다. 이는 입력 방향을 따라 놓여 있는 광학 구조들에 대해서도 마찬가지일 수 있다.

각 광학 구조의 프로파일이 균일한 출력 격자의 경우 평균 반사 휘도(reflected luminance)는 203nits/L로, 평균 투과 휘도(transmitted luminance)는 141nits/L로 확인되었다. 이것은 1.45의 투과 휘도에 대한 반사 비율(ratio of reflected)을 제공한다. 이것은 출력 격자 전체에 걸쳐 도 3a에 도시된 광학 구조(20)를 갖는다.

도 4와 같이 각 광학 구조의 프로파일이 변화하는 출력 격자의 경우 평균 반사 휘도는 330nits/L이고 평균 투과 휘도는 110nits/L이다. 이것은 3.00의 투과 휘도에 대한 반사 비율을 제공한다.

이러한 결과는 출력 격자에서 다양한 프로파일을 갖는 광학 구조를 사용하여 관찰자를 향하는 방향으로 광을 우선적으로 회절시켜 반대 방향으로 원치 않는 회절을 감소시킬 수 있음을 나타낸다. 유사-블레이즈드 구조(pseudo-blazed structures)라고 할 수 있는 이러한 구조들을 사용하면 눈에서 휘도가 60% 증가함을 알 수 있다.

위에서 설명된 바와 같이, 반대 방식으로 프로파일의 변화를 지향함으로써 전송된 차수들이 우선적으로 선택될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

본 개시의 양태를 상세하게 설명하였지만, 첨부된 청구범위에 정의된 바와 같은 본 개시의 양태의 범위를 벗어남이 없이 수정 및 변형이 가능하다는 것이 명백할 것이다. 본 개시의 양태의 범위를 벗어나지 않고 상기 구성, 제품 및 방법에서 다양한 변경이 이루어질 수 있으므로, 상기 설명에 포함되고 첨부 도면에 도시된 모든 사항은 제한적인 의미가 아닌 예시적인 의미로 해석되어야 한다.

위에서 설명한 광학 구조들은 3D 나노 구조 요소들(nanostructures elements) 또는 기둥일 수 있으며, 프로파일의 변화는 나노 구조의 높이 또는 도파관의 평면에 수직인 물리적 범위의 변화로 간주될 수 있다. 따라서, 도파관의 평면에 수직인 나노 구조의 높이 또는 물리적 범위는 다양할 수 있다. 다른 배치에서, 광학 구조는 굴절률(refractive index)의 작동 표면(operational surface)을 갖는 도파관의 층에 의해 제공될 수 있다. 이들 표면의 프로파일, 즉 도파관의 평면에 수직인 방향의 위치는 전술한 바와 같이 다양할 수 있다.

위에 도시된 실시 예에서, 입력 방향(8)을 따라 배치된 광학 구조들은 입력 방향과 동일한 방향으로 변화하는 프로파일을 갖는 것으로 설명된다. 그러나, 다른 배치에서 그러한 구조의 프로파일은 균일할 수 있으며, 즉 도 3a에 도시된 바와 같은 광학 구조(20)와 같이 블레이즈가 존재하지 않을 수 있다. 다른 배치에서, 입력 방향을 따른 제 1 광학 구조만이 이 프로파일을 가질 수 있다.

다른 배치에서, 입력 방향을 따른 광학 구조는 도 4에 도시된 삽입도(a) 및/또는 삽입도(b)에 도시된 광학 구조의 프로파일을 가질 수 있다. 이것은 이 중심선의 너비가 약 0.5μm 너비와 같이 작을 수 있기 때문이다. 따라서 이 중심선을 따른 광학 구조의 프로파일은 전체 이미지의 방향성에 최소한의 영향을 미칠 수 있다.

도 3c, 3d 및 3f에 도시된 예에서 광학 구조들은 계단식 프로파일을 가질 수 있다. 단차의 수는 이 그림에 표시된 예에 제한되지 않다. 예를 들어, 단차의 수는 1, 2, 3, 4, 5 또는 그 이상 일 수 있다.

Claims

증강 현실 또는 가상 현실 디스플레이에 사용하기 위한 도파관에 있어서,
광결정에 복수의 광학 구조들을 구비하는 출력 회절 요소;
상기 도파관의 제 1 주 표면 및 상기 도파관의 제 2 주 표면으로서, 상기 제 1 주 표면은 상기 제 2 주 표면으로부터 상기 도파관의 평면에 수직인 방향으로 분리되는, 상기 제 1 주 표면 및 상기 제 2 주 표면;을 포함하고,
광은 상기 제 1 주 표면과 상기 제 2 주 표면 사이에서 내부 전반사를 거치면서, 상기 출력 회절 요소를 향해 상기 도파관을 따라 전파되고;
상기 복수의 광학 구조들은, 상기 도파관의 평면에 입력 방향으로부터 광을 수신하고 상기 광을 복수의 차수들로 회절시키게 되는 어레이로 배치되고, 일부 차수들은 상기 도파관의 평면에서 상기 입력 방향에 대한 각도로 회절되어 상기 도파관의 평면을 가로질러 2D 확장을 제공하고, 다른 차수들은 상기 도파관의 평면에 수직한 방향으로 관찰자를 향해 분리되고,
상기 복수의 광학 구조들 중 적어도 하나는, 상기 도파관의 평면에 수직인 방향의 프로파일을 갖고, 상기 프로파일은 상기 도파관의 평면에 평행한 하나 이상의 방향을 따라 변화하여, 분리된 차수들은 상기 도파관의 상기 제 2 주 표면에 비해 상기 도파관의 제 1 주 표면으로부터 우선적으로 제공되는, 도파관.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 광학 구조들 중 적어도 하나의 프로파일은 상기 도파관의 평면에 평행한 하나 이상의 방향을 따라 연속적으로 변화하는, 도파관.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 광학 구조들 중 적어도 하나는, 그것의 프로파일에서 불연속성을 갖는, 도파관.
제 3 항에 있어서,
상기 복수의 광학 구조들 중 적어도 하나는, 복수의 불연속부들을 포함하는, 도파관.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 광학 구조들 중 적어도 일부의 프로파일의 변화는 상기 복수의 광학 구조들 중 다른 광학 구조들의 프로파일의 변화와 상이한, 도파관.
제 5 항에 있어서,
광학 구조들의 프로파일 변화는, 상기 출력 회절 요소에 걸쳐 변화하여, 상기 출력 회절 요소의 상이한 영역들에서의 광학 구조들이 서로에 대해 상이한 프로파일의 변화를 갖는, 도파관.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 입력 방향은 상기 도파관의 평면에서 제 1 축을 정의하고, 상기 광학 구조들이 프로파일에서 변화하는 하나 이상의 방향은 상기 입력 방향에 대해 각도를 이루는, 도파관.
제 7 항에 있어서,
상기 제 1 축의 제 1 측에서 상기 광학 구조들의 프로파일이 변화하는 방향은, 상기 입력 방향에 대해 제 1 각도에 있고, 상기 제 2 축의 제 2 측에서 상기 광학 구조들의 프로파일이 변화하는 방향은, 상기 입력 방향에 대해 제 1 각도에 있고, 상기 제 1 축의 제 1 측 및 제 1 축의 제 2 측은 광이 상기 출력 회절 요소에 입사되는 지점으로부터 연장되는 상기 입력 방향을 따라 형성된 라인에 의해 분리되는 상기 도파관의 평면 내에 있는, 도파관.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 광학 구조들 중 적어도 하나는, 상기 적어도 하나의 광학 구조들의 프로파일이 상기 적어도 하나의 광학 구조에 광이 입사하는 지점으로부터 멀어지는 방향으로 음의 구배를 갖도록 배치되는, 도파관.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 광학 구조들 중 적어도 하나는, 상기 적어도 하나의 광학 구조들의 프로파일이 상기 적어도 하나의 광학 구조에 광이 입사하는 지점으로부터 멀어지는 방향으로 양의 구배를 갖도록 배치되는, 도파관.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 출력 회절 요소와 분리되고, 상기 광을 상기 도파관에 결합하고, 상기 입력 방향으로 어레이의 복수의 광학 구조들에 광을 제공하게 되는, 입력 회절 광학 요소를 포함하는, 도파관.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
제 1 항에 있어서, 복수의 광학 구조들 각각은 상기 도파관의 평면에서 볼 때, 상이한 각도들에서 각각의 법선 벡터를 갖는 복수의 실질적인 직선 측들을 포함하는, 도파관.
증강 현실 또는 가상 현실 디스플레이에 있어서,
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 도파관을 포함하는, 디스플레이.
증강 현실 또는 가상 현실 디스플레이용 도파관의 제조 방법에 있어서,
광결정에 복수의 광학 구조들을 포함하는 출력 회절 요소를 제공하는 단계;
복수의 광학 구조들을 배치하는 단계;를 포함하고,
상기 도파관은, 상기 도파관의 제 1 주 표면 및 상기 도파관의 제 2 주 표면을 포함하고, 상기 제 1 주 표면은 상기 제 2 주 표면으로부터 상기 도파관의 평면에 수직인 방향으로 분리되고, 광은 상기 제 1 주 표면과 상기 제 2 주 표면 사이에서 내부 전반사를 거치면서, 상기 출력 회절 요소를 향해 상기 도파관을 따라 전파되고;
상기 복수의 광학 구조들은, 상기 도파관의 평면에 입력 방향으로부터 광을 수신하고 상기 광을 복수의 차수들로 회절시키게 되는 어레이로 배치되고, 일부 차수들은 상기 도파관의 평면에서 상기 입력 방향에 대한 각도로 회절되어 상기 도파관의 평면을 가로질러 2D 확장을 제공하고, 다른 차수들은 상기 도파관의 평면에 수직한 방향으로 관찰자를 향해 분리되고, 상기 복수의 광학 구조들 중 적어도 하나는, 상기 도파관의 평면에 수직인 방향의 프로파일을 갖고, 상기 프로파일은 상기 도파관의 평면에 평행한 하나 이상의 방향을 따라 변화하여, 분리된 차수들은 상기 도파관의 상기 제 2 주 표면에 비해 상기 도파관의 제 1 주 표면으로부터 우선적으로 제공되는, 방법.