KR20230020646A - Hoe를 복제하는 방법 및 이에 의하여 복제된 hoe - Google Patents

Abstract

본 발명은 HOE를 복제하는 방법 및 이에 의하여 복제된 HOE를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 곡면에서 작동하는 간섭패턴이 기록된 마스터 HOE(holographic optical elements)를 준비하는 단계; 포토폴리머 수지를 포함하는 피복제용 매체의 일면에 상기 마스터 HOE를 배치하는 단계; 및 상기 피복제용 매체의 일면에 대면하는 타면에 제1각도로 발산하는 참조광을 조사하는 단계를 포함하고, 상기 조사된 참조광이 상기 마스터 HOE에서 회절된 재생광 및 상기 조사된 참조광 간의 간섭에 의해, 상기 마스터 HOE의 간섭패턴이 상기 피복제용 매체에 복제되는 것을 특징으로 하는, HOE를 복제하는 방법이 제공된다.

Description

HOE를 복제하는 방법 및 이에 의하여 복제된 HOE{METHOD FOR DUPLICATING HOLOGRAPHIC OPTICAL ELEMENTS AND HOLOGRAPHIC OPTICAL ELEMENTS DUPLICATED BY THE SAME}

본 발명은 HOE를 복제하는 방법 및 이 방법에 의하여 복제된 홀로그래픽 매체에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 곡면에서 기록된 HOE의 간섭패턴을 평면 상태의 홀로그래픽 매체에 복제하는 방법 및 이 방법에 의하여 곡면에서 작동하는 간섭패턴이 복제된 홀로그래픽 매체에 관한 것이다.

홀로그래피(holography)는 두 개의 레이저광이 서로 만나 일으키는 빛의 간섭 현상을 이용하여 입체 정보를 기록하고 재생하는 기술을 의미하며, 홀로그램(hologram)은 홀로그래피로 촬영된 것을 의미한다.

홀로그래피는 완벽한 3차원 영상을 제공할 수 있는 특성을 가지며, 이러한 특성으로 인하여 신용카드의 위조 방지 및 소프트웨어의 복제 방지, 지폐 또는 서류의 위조 방지, 광통신, 홀로그램 아트 등 다양한 응용 분야에 사용되고 있다.

근래에는 광학 기능을 갖춘 홀로그래픽 광학 소자(holographic optical elements, HOE)의 구현에 많은 관심이 집중되고 있다. 홀로그래픽 광학 소자는 높은 회절 효율과 협대역 주파수 특성, 그리고 여러 가지 광학 기능을 하나의 소자로 구현 가능하다. 이러한 특성으로 인하여. 홀로그래픽 광학 소자는 비행기와 자동차의 정보 표시를 위한 HUD(head-up display), 증강현실용 HMD(head mounted display), 2D/3D 디스플레이용 스크린 등에 널리 활용되고 있다.

홀로그래픽 광학 소자에는 기준광(참조광)과 물체광에 의하여 특정 격자 패턴이 형성되어 있으며, 특정 격자 패턴이 형성된 홀로그래픽 광학 소자에 기준광이 조사되면 홀로그램이 재생될 수 있다.

이러한 홀로그래픽 광학 소자는 광학적으로 복제될 수 있다. 광학식 복제 방법에서는, 먼저 레이저와 같은 간섭성(coherence)이 높은 빛으로 구성된 기준광과 물체광 사이의 간섭패턴 정보를 감광성 매질에 기록하는 방식으로 마스터 홀로그래픽 광학 소자를 생성한다. 다음으로, 마스터 홀로그래픽 광학 소자와 피복제용 매체(예를 들어, 포토폴리머)를 밀착 또는 근접시킨 후에 참조광을 조사하는 방식으로 복제가 이루어진다.

광학식 복제 방법은 복제를 위한 광(참조광)이 마스터 홀로그래픽 광학 소자와 피복제용 매체 중에서 어느 것으로 먼저 조사되는지 여부에 따라 투과형과 반사형으로 구분될 수 있다.

반사형에서는 참조광이 피복제용 매체에 먼저 조사된 다음에, 피복제용 매체를 통과한 참조광이 마스터 홀로그래픽 광학 소자에 조사된다. 마스터 홀로그래픽 광학 소자에 조사된 참조광은 마스터 홀로그래픽 광학 소자에 의해 회절된다. 마스터 홀로그래픽 광학 소자에서 회절된 광은 재생광으로 지칭되며, 이는 물체광으로 작용하여 참조광과 간섭을 일으키고, 이러한 과정을 통해 마스터 홀로그래픽 광학 소자의 간섭패턴이 피복제용 매체에 복제된다.

투과형에서는 참조광이 마스터 홀로그래픽 광학 소자에 먼저 조사된 다음에, 마스터 홀로그래픽 광학 소자를 통과한 참조광이 피복제용 매체에 조사된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 곡면에서 작동하는 홀로그래픽 광학 소자를 대량으로 생산할 수 있는 새로운 복제 방법 및 이 방법에 의해 복제된 홀로그래픽 광학소자를 제공하는 것이다.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 곡면에서 작동하는 간섭패턴이 기록된 마스터 HOE(holographic optical elements)를 준비하는 단계; 포토폴리머 수지를 포함하는 피복제용 매체의 일면에 상기 마스터 HOE를 배치하는 단계; 및 상기 피복제용 매체의 일면에 대면하는 타면에 제1각도로 발산하는 참조광을 조사하는 단계를 포함하고, 상기 조사된 참조광이 상기 마스터 HOE에서 회절된 재생광 및 상기 조사된 참조광 간의 간섭에 의해, 상기 마스터 HOE의 간섭패턴이 상기 피복제용 매체에 복제되는 것을 특징으로 하는, HOE를 복제하는 방법이 제공된다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 곡면에서 작동하는 홀로그래픽 광학 소자를 대량 생산 또는 대량 복제할 수 있으며, 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 효과는 상술한 효과로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본원 명세서 및 첨부된 도면으로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 HOE를 복제하는 방법의 일 예를 설명하기 위한 순서도이다.
도 2 및 도 3은 마스터 홀로그래픽 광학 소자를 준비하는 과정에 대한 일 예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 HOE를 복제하는 과정에 대한 일 예를 설명하기 위한 예시도이다.

본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"는 "A 및 B, 또는 A 또는 B"를 의미한다.

증강 현실(augmented reality, AR) 안경, HMD(head mounted display), HUD(head up display) 등과 같은 AR 디스플레이 기기를 구현하기 위해, 회절 격자가 새겨진 홀로그래픽 광학 소자가 활용될 수 있다.

홀로그래픽 광학 소자에 다양한 광이 조사되어 사용자가 원하는 다양한 영상이 입체적으로 출력될 수 있으며, 사용자는 홀로그래픽 광학 소자 너머에 보이는 현실과 홀로그래픽 광학 소자에 형성된 영상을 동시에 볼 수 있다.

AR 디스플레이 장치의 대량 생산을 위해서는 홀로그래픽 광학 소자의 대량 생산이 요구되며, 홀로그래픽 광학 소자의 대량 생산을 위해서는 홀로그래픽 광학 소자의 효율적인 복제 기술이 요구된다.

안경이나 고글(goggles) 등 곡면으로 이루어진 기구에서 AR을 구현하기 위해서는 곡면에서 작동하는 홀로그래픽 광학 소자(곡면에서 작동하는 간섭패턴이 기록된 홀로그래픽 광학 소자)가 필요하다.

홀로그래픽 광학 소자는 제작된 환경과 같은 조건에서 작동하므로, 곡면에서 작동하는 홀로그래픽 광학 소자는 곡면에서(곡면으로 구성된 상태에서) 제작되어야 한다.

그러나, 홀로그래픽 광학 소자를 곡면 상태에서 복제하는 것은 홀로그래픽 광학 소자를 평면 상태에서 복제하는 것에 비해 라미네이션 과정이 수월하게 이루어지지 않으므로, 대량 생산에 적합하지 않다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 곡면에서 작동하는 홀로그래픽 광학 소자의 대량 생산 또는 대량 복제를 위한 새로운 복제 방법을 제공한다.

본 발명이 제안하는 HOE를 복제하는 방법(이하 '복제 방법'이라 한다)은 곡면 상태에서 간섭패턴이 기록된 마스터 홀로그래픽 광학 소자를 평면 상태에서 복제하는 것이다. 도 1은 복제 방법의 일 예를 설명하기 위한 순서도이다.

먼저, 도 1에 나타낸 바와 같이, 마스터 HOE를 준비하는 과정(S110)이 수행될 수 있다.

마스터 HOE는 포토폴리머 또는 다른 홀로그램 물질을 이용하여 구현될 수 있으며, 미리 설정된 형상을 가지는 간섭패턴이 형성 또는 기록될 수 있다. 마스터 HOE에 기록된 간섭패턴은 곡면에서 작동할 수 있다.

여기서, 간섭패턴이 곡면에서 작동한다는 것은 마스터 HOE가 곡면인 상태에서 마스터 HOE에 참조광을 조사하는 경우에, 간섭패턴에 대응되는 홀로그램이 재생될 수 있음을 의미한다.

또한, 간섭패턴이 작동하는 곡면은 마스터 HOE와 이를 이용하여 복제된 피복제용 매체가 부착 또는 이용되는 안경이나 고글 등과 같이 곡면 형상으로 이루어진 기구의 곡면에 해당할 수 있다. 이하에서는, 마스터 HOE와 이를 이용하여 복제된 피복제용 매체가 부착 또는 이용되는 기구를 '대상 기구'라 지칭하도록 한다.

마스터 HOE를 준비하는 과정에 대한 일 예가 도 2 및 도 3에 나타나 있다.

도 2 및 도 3에서, Glass는 대상 기구에 해당하거나, 대상 기구와 같은 곡면(곡률 반경)을 가지는 별도의 기구에 해당할 수 있다. Glass는 홀로그래픽 매체((master) HOE)의 위치와 형상을 유지시키는 기능을 수행할 수 있다.

(master) HOE는 곡면에서 작동하는 간섭패턴이 기록됨으로써 마스터 HOE로 형성되는 홀로그래픽 매체에 해당한다. (master) HOE는 곡면의 곡률을 가지도록 구성될 수 있다(S112). 예를 들어, (master) HOE는 대상 기구에 부착됨으로써 곡면의 곡률을 가지도록 구성될 수 있다.

이 상태에서, 기준광(실선 화살표)이 (master) HOE의 일면에 미리 설정된 방향으로 조사될 수 있다(S114).

미리 설정된 방향은 도 2를 기준으로 하여 아래 방향(또는, 수직 방향)에 해당할 수 있으며, 기준광들은 아래 방향으로 서로 평행하게 조사될 수 있다. 도 3을 기준으로 하면, 미리 설정된 방향은 아래 방향(수직 방향)에 대해 일정한 각도(예를 들어, θ 또는 0도)를 가지는 방향일 수 있다.

또한, 물체광(점선 화살표)이 (master) HOE의 타면에 제2각도로 조사될 수 있다(S114).

(master) HOE의 타면은 기준광이 조사된 (master) HOE 일면에 대면하는 면일 수 있다. 제2각도는 기준광이 조사된 방향을 기준으로 한 각도일 수 있다. 예를 들어, 도 2에 나타낸 바와 같이, 기준광이 아래 방향으로 조사된 경우에, 제2각도는 이 기준광의 방향에 대해 α의 각도를 가질 수 있다. 다른 예로, 도 3에 나타낸 바와 같이, 기준광이 아래 방향에 대해 일정한 각도를 가지는 방향으로 조사된 경우에, 제2각도는 아래 방향에 대해 α-θ로부터 α+θ까지의 각도를 가질 수 있다. 이 경우, 제2각도를 아래 방향이 아닌 기준광을 중심으로 표현하면, 제2각도는 기준광의 방향에 대해 α의 각도를 가질 수 있다.

기준광이 (master) HOE의 일면에 미리 설정된 방향으로 조사되고, 물체광이 (master) HOE의 타면에 제2각도로 조사됨으로써, 곡면에서 작동하는 간섭패턴이 (master) HOE에 형성될 수 있다. 즉, 곡면에서 작동하는 간섭패턴이 기록된 마스터 HOE가 형성 또는 준비될 수 있다.

이와 같이, 기준광의 방향에 대해 α의 각도를 가지는 물체광이 (master) HOE의 타면에 조사됨으로써 (master) HOE에 간섭패턴이 기록되므로, α를 '기록 각도'라 할 수 있다.

도 2에 표현된 θ는 '평면 상태인 (master) HOE의 타면에 대해 수직한 방향(일점 쇄선의 실선)'과 '미리 설정된 방향(예를 들어, 아래 방향)' 사이의 각도를 나타낼 수 있다.

'평면 상태인 (master) HOE의 타면에 대해 수직한 방향(일점 쇄선의 직선)'과 '미리 설정된 방향(예를 들어, 아래 방향)' 사이의 각도는 '곡면 상태인 (master) HOE의 곡률 반경'과 '(master) HOE의 크기(도 2를 기준으로 가로 방향의 길이)'에 의해 결정될 수 있다. 따라서, θ는 (master) HOE의 크기와 곡면의 곡률 반경에 의해 결정되는 것으로 이해될 수 있다.

앞서 설명된 바와 같이, 물체광은 제2각도로 조사되며, 이 제2각도는 기준광의 방향에 대해 α의 각도를 가질 수 있다. 따라서, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 일점 쇄선의 직선과 물체광이 이루는 각도는 α-θ로부터 α+θ까지의 범위를 가질 수 있으며, (master) HOE의 중간 지점에서는 α일 수 있다.

마스터 HOE가 준비되면, 피복제용 매체의 일면에 마스터 HOE를 배치하는 과정(S120)과 피복제용 매체의 타면에 제1각도로 발산하는 참조광(발산광)을 조사하는 과정(S130)이 수행될 수 있다.

마스터 HOE를 배치하는 과정과 피복제용 매체에 참조광을 조사하는 과정에 대한 일 예가 도 4에 나타나 있다.

도 4에서, Copy는 피복제용 매체를 나타내며, Master는 마스터 HOE를 나타낸다. Glass는 피복제용 매체와 마스터 HOE의 위치와 형상을 유지시키는 기능을 수행할 수 있다. 피복제용 매체는 포토폴리머 수지를 포함할 수 있으며, 곡면에서 작동하는 간섭패턴이 기록된 마스터 HOE가 이 피복제용 매체의 일면에 배치될 수 있다.

이 상태에서, 피복제용 매체의 타면에는 제1각도로 발산하는 참조광(실선 화살표)이 조사될 수 있다. 여기서, 피복제용 매체의 타면은 마스터 HOE가 부착된 일면에 대면하는 면일 수 있다.

제1각도는 앞에서 설명된 θ에 해당할 수 있다. 구체적으로, θ는 도 2에서 '평면 상태인 (master) HOE의 타면에 대해 수직한 방향'과 '기준광이 조사되는 방향' 사이의 각도를 나타내므로, 도 4에서는 '마스터 HOE가 평면 상태인 경우에 마스터 HOE에 대해 수직한 방향'과 '참조광이 조사되는 방향' 사이의 각도를 나타낼 수 있다. 따라서, 제1각도는 앞에서 설명된 곡면의 곡률 반경에 의해 결정될 수 있다.

제1각도로 발산하는 참조광은 Objective lens를 사용하여 구현되거나 collimation된 후의 convex lens를 사용하여 구현될 수 있다. x는 lens의 초점으로부터 곡면의 곡률 반경만큼 떨어진 지점까지의 거리에 해당할 수 있다.

피복제용 매체의 타면에 조사된 참조광은 마스터 HOE에서 회절되어 재생광을 생성할 수 있다. 참조광과 재생광은 서로 간섭하게 되고, 이러한 간섭 현상에 의해 마스터 HOE의 간섭패턴이 피복제용 매체에 복제될 수 있다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명은 곡면 상태에서 간섭패턴이 기록된 마스터 홀로그래픽 광학 소자를 평면 상태에서 복제할 수 있도록 구성되므로, 곡면 상태에서 간섭패턴을 복제하는 방법에 비해 복제 과정을 더욱 용이하게 구현할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 곡면에서 작동하는 홀로그래픽 광학 소자를 대량 생산 또는 대량 복제할 수 있으며, 생산성을 향상시킬 수 있다.

도 1에서는 각 과정들을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 1에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 각 과정들 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 1은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.

이상에서는, 여러가지 실시예들을 들어 본 발명을 상세하게 설명하였다. 다만, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있다. 즉, 본 명세서의 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.

본 발명은 본 명세서에 기재된 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (5)

1. 곡면에서 작동하는 간섭패턴이 기록된 마스터 HOE(holographic optical elements)를 준비하는 단계;
   포토폴리머 수지를 포함하는 피복제용 매체의 일면에 상기 마스터 HOE를 배치하는 단계; 및
   상기 피복제용 매체의 일면에 대면하는 타면에 제1각도로 발산하는 참조광을 조사하는 단계를 포함하고,
   상기 조사된 참조광이 상기 마스터 HOE에서 회절된 재생광 및 상기 조사된 참조광 간의 간섭에 의해, 상기 마스터 HOE의 간섭패턴이 상기 피복제용 매체에 복제되는 것을 특징으로 하는, HOE를 복제하는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1각도는,
   상기 곡면의 곡률 반경에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 준비하는 단계는,
   홀로그래픽 매체를 상기 곡면의 곡률을 가지도록 구성하는 단계; 및
   기준광을 상기 홀로그래픽 매체의 일면에 미리 설정된 방향으로 조사하고, 물체광을 상기 홀로그래픽 매체의 일면에 대면하는 타면에 제2각도로 조사하여 상기 마스터 HOE를 형성하는 단계를 포함하고,
   상기 제2각도는,
   상기 기준광이 조사된 방향을 기준으로 한 각도인 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제2각도는,
   상기 홀로그래픽 매체의 사이즈와 상기 곡면의 곡률 반경에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 방법에 의해 상기 곡면에서 작동하는 간섭패턴이 복제된 HOE.

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