KR20230084335A - 광학 컷오프 에지를 구비한 도광 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
도광 장치는 내부 반사에 의해 광을 안내하기 위한 2개의 평행면(26)을 포함하는 복수의 면을 구비한 도광 요소(13)를 포함한다. 투명 광학 요소(19)는 도광 요소의 결합 표면(14)에 부착되기 위한 인터페이스 표면을 가지며, 투명 광학 요소 내에서 전파되는 광이 인터페이스 표면과 결합 표면(14)을 통과해서 도광 요소(13) 내에 전파되도록 구성된다. 비투명 코팅(15)은 도광 요소(13)의 하나 이상의 면의 적어도 일부분에 도포되어 도광 요소(13)의 결합 표면(14)에 인접하여 또는 오버래핑하는 에지(17)를 정의한다. 투명 접착제가 결합 표면과 인터페이스 표면 사이에 채용되어 광학적 투과성 인터페이스를 형성한다. 투명 접착제의 과다 영역(31)은 에지(17)까지 연장되고 에지를 오버랩한다.
Description
본 발명은 도광 장치에 관한 것으로, 특히, 우수하게 정의된 광학 컷오프 에지를 갖는 도광 장치 및 이러한 장치를 제조하기 위한 대응하는 방법에 관한 것이다.
광학 장치를 제조 할 때, 상이한 영역이 선택된 비선형 배향으로 경사지는 표면을 갖는 복잡한 형태의 도광 장치를 제공하는 것이 종종 바람직하다. 본 발명과 관련된 이러한 장치의 예는 커플링-인(coupling-in) 구성을 갖는 도광 요소, 및 상이한 횡단 치수 및/또는 상이한 배향을 갖는 도광 요소들 사이의 전이(transition) 영역을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 도 1a 및 도 1b는 PCT 공개번호 WO2015/162611호의 도 3 및 도 7에 대응하는 커플링-인 프리즘고 함께 도광 요소를 포함하는 장치의 두개의 예를 각각 나타낸다. 괄호안의 도면의 최초 참조 번호를 참조하면, 이들 각각의 장치는 제1 및 제2 평행면(26)을 갖는 도광 요소(20)와, 바람직한 경사진 입사면을 제공하도록 도광 요소에 부착하기 위한 결합 프리즘(44,54)을 구비하여, 광은 프리즘의 표면(46,58)의 법선에 가깝게 도입되고 그 다음 표면(26)에서 내부 반사에 의해 광의 내부 전파에 바람직한 각도로 도광 요소에 입력된다.
본 발명은 광학 컷오프 에지를 구비한 도광 장치 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 도광 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예의 교시에 따르면,
(a) 제1 및 제2 평행면을 포함하는 복수의 면(faces)을 구비한 도광 요소(light guiding element) - 상기 도광 요소는 제1 및 제2 평행면에서 내부 반사에 의해 광을 안내하도록 구성되고, 상기 복수의 면 중 하나는 결합 표면(coupling surface)를 제공함 - ;
(b) 상기 결합 표면에 부착하기 위한 인터페이스 표면을 가지는 투명 광학 요소 - 상기 투명 광학 요소는 투명 광학 요소 내를 전파하는 광이 상기 인터페이스 표면 및 상기 결합 표면을 통과하여 상기 도광 요소 내를 전파하도록 구성됨 - ;
(c) 상기 도광 요소의 복수의 면의 적어도 하나의 적어도 일부분에 도포되는 비투명 코팅 - 상기 코팅은 상기 도광 요소의 상기 결합 표면에 인접하거나 상기 도광 요소의 상기 결합 표면과 오버래핑되는 에지를 정의 함 - ; 및
(d) 광학적으로 투과성인 인터페이스를 형성하도록 상기 결합 표면과 상기 인터페이스 표면 사이에 배치된 다량의 투명 접착제 - 상기 접착제는 상기 에지로 연장되고 상기 에지를 오버래핑함 - ; 를 포함하는 장치가 제공된다.
본 발명의 실시예의 다른 특징에 따르면, 상기 결합 표면은 상기 제1 및 제2 평행면 중 하나에 제공된다.
본 발명의 실시예의 다른 특징에 따르면, 상기 코팅은 상기 결합 표면과 상기 인터페이스 표면 사이에서 연장한다.
본 발명의 실시예의 다른 특징에 따르면, 결합 표면은 상기 제1 및 제2 평행면에 대해 경사진다.
본 발명의 실시예의 다른 특징에 따르면, 결합 표면 및 상기 제1 평행면은 그라운드 에지에서 만나고, 상기 에지는 상기 그라운드 에지와 오버래핑되지 않는 다.
본 발명의 실시예의 다른 특징에 따르면, 상기 접착제는 상기 그라운드 에지와 상기 인터페이스 표면 사이에 형성된 리세스를 충진한다.
본 발명의 실시예의 다른 특징에 따르면, 결합 표면은 상기 제1 및 제2 평행면에 대해 비스듬하게 기울어져 있다.
본 발명의 실시예의 다른 특징에 따르면, 결합 표면은 상기 제1 및 제2 평행면에 수직이다.
본 발명의 실시예의 다른 특징에 따르면, 상기 인터페이스 표면은 상기 결합 표면보다 크다.
본 발명의 실시예의 다른 특징에 따르면, 상기 코팅은 금속 코팅이다.
본 발명의 실시예의 다른 특징에 따르면, 상기 코팅은 유전체 코팅이다.
본 발명의 실시예의 다른 특징에 따르면, 상기 투명 광학 요소는 상기 도광 요소로 광의 입력을 위해 배향된 입력 표면을 제공하도록 구성된 커플링 프리즘이다.
본 발명의 실시예의 다른 특징에 따르면, 상기 에지는 상기 투명 광학 요소로부터 상기 도광 요소로 통과하는 광선에 대한 광학 컷오프 에지를 정의한다.
또한 본 발명의 실시예의 교시에 따르면,
(a) 제1 및 제2 평행면을 포함하는 복수의 면(faces)을 구비한 도광 요소(light guiding element) - 상기 도광 요소는 제1 및 제2 평행면에서 내부 반사에 의해 광을 안내하도록 구성되고, 상기 복수의 면 중 하나는 결합 표면(coupling surface)를 제공함 - ;
(b) 상기 결합 표면에 부착되는 인터페이스 표면과 상기 도광 요소로 광을 입력하기 위한 입력 표면을 구비한 커플링 프리즘;
(c) 상기 도광 요소의 결합 표면의 적어도 일부분에 도포된 비투명 코팅 - 상기 코팅은 상기 도광 요소와 커플링 프리즘 사이에서 연장되고, 상기 코팅은 상기 결합 프리즘으로부터 상기 상기 표면을 통해 도광 요소로 지나는 광에 대한 광학적 컷오프 에지를 정의함 - ; 를 포함하는 장치가 제공된다.
본 발명의 실시예의 다른 특징에 따르면, 상기 결합 프리즘은 접착제 없이 상기 도광 요소의 상기 결합 표면에 부착된다.
또한 본 발명의 실시예의 교시에 따르면,
(a) 제1 및 제2 평행면을 포함하는 복수의 면(faces)을 구비한 도광 요소(light guiding element) - 상기 도광 요소는 제1 및 제2 평행면에서 내부 반사에 의해 광을 안내하도록 구성되고, 상기 복수의 면 중 하나는 결합 표면(coupling surface)를 제공함 - ;
(b) 상기 결합 표면에 부착하기 위한 인터페이스 표면과 상기 도광 요소 내로의 광의 입력을 위한 입력 표면을 구비한 결합 프리즘; 및
(c) 광학적으로 투과성인 인터페이스를 형성하도록 상기 결합 표면과 상기 인터페이스 표면 사이에 배치된 다량의 투명 접착제 - 상기 접착제의 양의 일부는 상기 도광 요소와 상기 커플링 프리즘 사이의 각진 리세스의 일부분 충전물을 형성함 - ;를 포함하는 장치가 제공되고, 여기서 부분 충전물 아래의 상기 도광 요소의 면들 중 하나를 따라 에어 갭이 연장되고, 상기 에어 갭은 상기 도광 요소의 상기 결합 표면에 인접한 광학적 컷오프 에지를 정의하도록 상기 접착제 내의 에지에서 종결된다.
또한 본 발명의 실시예의 교시에 따르면 광학 조립체를 제조하기 위한 방법이 제공되는데, 이 방법은,
(a) 제1 및 제2 평행면을 포함하는 복수의 면을 구비한 도광 요소를 제공하는 단계 - 상기 도광 요소는 제1 및 제2 평행면에서 내부 반사에 의해 광을 안내하도록 구성됨 - ;
(b) 상기 도광 요소의 상기 복수의 면 중 적어도 하나의 적어도 일부분에 코팅을 도포하는 단계;
(c) 상기 도광 요소의 결합 표면과 상기 코팅의 에지를 동시에 형성하도록 상기 코팅과 교차하는 평면을 따라 상기 도광 요소를 그라인딩하는 단계; 및
(d) 투명 광학 요소의 인터페이스 표면을 상기 결합 표면에 결합시키는 단계 - 상기 투명 광학 요소는, 투명 광학 요소 내를 전파하는 광이 상기 인터페이스 표면 및 상기 결합 표면을 통과하여 상기 도광 요소 내에 전파되도록 구성됨 - ;를 포함하고,
결합시키는 단계는 상기 결합 표면과 상기 인터페이스 표면 사이에 투명 접착제를 도포함으로써 수행되며, 투명 접착제의 양은 결합 표면과 인터페이스 표면이 함께 가압될 때 상기 투명 접착제의 과잉분이 상기 코팅의 에지를 오버랩하도록 도포되어 진다.
본 발명의 실시예의 다른 특징에 따르면, 상기 코팅은 상기 에지가 광학 컷오프 에지를 정의하는 불투명 코팅이다.
본 발명의 실시예의 다른 특징에 따르면, 투명 접착제 내에 형성된 에어-갭의 에지에 의해 정의된 컷오프 에지를 남기도록 상기 코팅을 선택적으로 제거하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따르면 전술한 과제를 해결할 수 있다.
이하 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 방식으로 설명된다.
도 1a 및 도 1b는 PCT 공보 WO 2015/162611호의 도 3 및 도 7에 대응하는 도면으로 본 발명이 유리하게 적용될 수 있는 도광 장치를 나타내는 도면;
도 1c는 본 발명의 유리하게 적용될 수 있는 본 발명의 양태에 따른 도광 장치의 개략적인 등측도(isometric).
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 접착제가 없는 접합부(junction), 접착제를 갖는 접합부, 및 본 발명의 실시예에 따른 접착제에 의해 중첩된 보호층을 각각 도시하는 2개의 투명 광학요소의 접합 영역의 개략적인 확대 단면 단면도이고, 각 경우에 대한 다양한 광선 경로를 나타내는 도면;
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 도광 장치의 제조 동안의 단계들을 예시하는 개략적인 등측도의 시퀀스를 나타내는 도면으로서, 코팅의 도포 후, 결합 표면의 그라인딩 후, 커필링-인 프리즘의 본딩 후의 도광 요소를 각각 나타내는 도면;
도 3d는 본 발명의 특정 실시예의 대안적인 제조 순서에 따라 미리 형성된 에지에 코팅을 도포 한 후의 도광 요소의 개략적인 등측도;
도 4a 및 도 4b는 코팅의 도포 후, 커플링-인 프리즘의 본딩 후에 각각 도광 요소를 나타내는 본 발명의 추가 실시예의 제조 동안의 단계를 나타내는 개략 측면도;
도 4c는 도 4a 및 도 4b의 제조 공정으로부터 얻어진 장치의 전체 광학 효과를 나타내는 도 4b와 유시한 도면;
도 5a 내지 도 5c는 도 4c의 장치의 변형된 구현예를 제조하는 동안의 단계들을 예시하는 개략적인 측면도;
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도광 장치의 제조 동안의 단계들을 예시하는 개략적인 등측도로서, 코팅의 도포 후, 결합 표면의 그라인딩 후, 커플링-인 프리즘(coupling-in prism)의 본딩 후를 각각 나타내는 도면;
도 6d는 도 6a 내지 도 6c의 제조 공정으로부터 얻어진 장치의 전체적 광학 효과를 나ㅏ내는 도 6c와 유사한 도면;
도 7a는 도 2c와 유사한 도면으로 코팅층이 에어 갭을 남기도록 제거된 본 발명의 변형예를 나타낸 도면;
도 7b는 도 6d와 유사한 도면으로 도 7a의 에어 갭을 이용한 장치의 구현예를 나타낸 도면;
도 8a는 본 발명의 실시예의 교시에 따라 구성되고 동작하는 도 1c 및 도 3c의 장치의 다른 변형예인 도광 장칙의 등측도;
도 8b는 도 8a의 장치를 통해 도광 요소의 베이스에 인접하여 취해지고 도광 요소를 따라 입력 이미지 개구의 전파를 나타내는 도면;
도 9는 본 발명의 양태의 교시에 따라 구현된 2개의 도광 요소의 중첩으로부터 형성된 도광 장치의 개략적 단부도(end view);
도 1a 및 도 1b는 PCT 공보 WO 2015/162611호의 도 3 및 도 7에 대응하는 도면으로 본 발명이 유리하게 적용될 수 있는 도광 장치를 나타내는 도면;
도 1c는 본 발명의 유리하게 적용될 수 있는 본 발명의 양태에 따른 도광 장치의 개략적인 등측도(isometric).
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 접착제가 없는 접합부(junction), 접착제를 갖는 접합부, 및 본 발명의 실시예에 따른 접착제에 의해 중첩된 보호층을 각각 도시하는 2개의 투명 광학요소의 접합 영역의 개략적인 확대 단면 단면도이고, 각 경우에 대한 다양한 광선 경로를 나타내는 도면;
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 도광 장치의 제조 동안의 단계들을 예시하는 개략적인 등측도의 시퀀스를 나타내는 도면으로서, 코팅의 도포 후, 결합 표면의 그라인딩 후, 커필링-인 프리즘의 본딩 후의 도광 요소를 각각 나타내는 도면;
도 3d는 본 발명의 특정 실시예의 대안적인 제조 순서에 따라 미리 형성된 에지에 코팅을 도포 한 후의 도광 요소의 개략적인 등측도;
도 4a 및 도 4b는 코팅의 도포 후, 커플링-인 프리즘의 본딩 후에 각각 도광 요소를 나타내는 본 발명의 추가 실시예의 제조 동안의 단계를 나타내는 개략 측면도;
도 4c는 도 4a 및 도 4b의 제조 공정으로부터 얻어진 장치의 전체 광학 효과를 나타내는 도 4b와 유시한 도면;
도 5a 내지 도 5c는 도 4c의 장치의 변형된 구현예를 제조하는 동안의 단계들을 예시하는 개략적인 측면도;
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도광 장치의 제조 동안의 단계들을 예시하는 개략적인 등측도로서, 코팅의 도포 후, 결합 표면의 그라인딩 후, 커플링-인 프리즘(coupling-in prism)의 본딩 후를 각각 나타내는 도면;
도 6d는 도 6a 내지 도 6c의 제조 공정으로부터 얻어진 장치의 전체적 광학 효과를 나ㅏ내는 도 6c와 유사한 도면;
도 7a는 도 2c와 유사한 도면으로 코팅층이 에어 갭을 남기도록 제거된 본 발명의 변형예를 나타낸 도면;
도 7b는 도 6d와 유사한 도면으로 도 7a의 에어 갭을 이용한 장치의 구현예를 나타낸 도면;
도 8a는 본 발명의 실시예의 교시에 따라 구성되고 동작하는 도 1c 및 도 3c의 장치의 다른 변형예인 도광 장칙의 등측도;
도 8b는 도 8a의 장치를 통해 도광 요소의 베이스에 인접하여 취해지고 도광 요소를 따라 입력 이미지 개구의 전파를 나타내는 도면;
도 9는 본 발명의 양태의 교시에 따라 구현된 2개의 도광 요소의 중첩으로부터 형성된 도광 장치의 개략적 단부도(end view);
본 발명은 도광 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 도광 장치의 원리 및 동작은 도면 및 첨부된 설명을 참조하여 더 잘 이해 될 수 있다.
본 발명은 2개의 투명 요소가 결합되는 넓은 범위의 상황, 특히 배타적이지는 않지만, 두 요소의 외부 표면이 경사져서 또는 스탭져서 만나는 상황에 관한 것이다. 광학 시스템의 투명한 요소들 사이의 결합(joint)은 실제 구현을 위한 많은 도전을 제시한다. 첫째, 투명 재료 블록의 에지는 완벽하게 날카로운 에지가 아니며 치핑(chipping) 또는 기타 결함을 가지는 일부 곡률 반경에 의해 수정(왜곡)된다. 이 라운딩의 확장은 일반적으로 재료의 특성과 사용된 장비 유형에 따라 변화된다. 도 2a는 2 개의 투명한 광학 요소(13,19)의 결합 영역의 개략적인 부분 단면 확대도를 도시하며, 그라인딩 이후 요소(13)의 에지(32)는 곡률 반경을 나타낸다. 이 곡률 반경은 광학 장치의 전반적인 품질을 감소시키는 다양한 산란 효과를 초래한다. 따라서, 광선(R11,R13)은 산란없이 광학 요소(19)로부터 광학 요소(13)로 통과하고 광학 요소(13)를 따라 의도된 바와 같이 전파하고, 광선(R15)는 광학 요소 (13)에서 제외되며, 광선(R12,R14)는 에지 (32)의 라운딩에 기인하여 표면의 다양한 중간 각도에서 상호작용하고, 결과적으로 장치 설계에 대응하는 각도 이외의 각도에서 광선이 산란되고, 전체 장치에 대한 신호 대 잡음을 감소시킨다.
추가의 문제점은 도 2b에 도시된 바와 같이 광학 접착제의 사용을 통해 발생한다. 인터페이스 표면에서 균일한 광학 특성을 확보하기 위해, 충분한 양의 광학 접착제가 대향 표면들 사이에 개재되고, 이들을 함께 가압한 후, 결합되는 대향 표면의 전체 영역이 접착제로 덮혀진다. 이것은 전형적으로 결합될 표면의 말단에서 과잉된 접착제의 유출을 유발하여, 임의의 크기 및 제어되지 않은 형상을 가질 수 있는 과도 영역(overspill area)(31)을 형성한다. 접착제는 투명한 접착제이고 또한 전형적으로 투명한 광학 요소와 인덱스 매칭되기 때문에, 과도 영역(31)은 광학 요소(13) 내에서 산란 및 원치 않는 광선 전파 각도를 야기할 수 있는 광학 광선의 추가 경로를 정의한다. 따라서 예시된 바와 같이, 광선(R23,R24)는 광학 요소(13)를 따라 의도한 대로 광학 요소(19)로부터 광학 요소(13)로 전달되고 산란없이 전파하며, 광선(R22)는 광학 요소(13)에 도달하지 않고 빠져 나간다. 그러나 광선(R21,R25)는 접착제의 과도 영역(31)의 다양한 임의적으로 경사진 표면과 작용하고 결과적으로 장치 설계에 대응하는 각도 이외의 각도에서 광선이 산란되고 전체 장치에 대한 신호 대 잡음이 감소된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 도 2c에 도시된 바와 같이, 2개의 투명한 광학 소자, 통상적으로, 제1 및 제2 평행면(26)을 포함하는 복수의 면을 갖는 도광 요소 (13)를 포함하며, 그에 따라 광이 요소(13) 내에서 제1 및 제2 평행면(26)에 의해 안내될 수 있는 광학 장치가 제공된다. 제2 투명 광학 요소(19)는 도광 요소(13)의 결합 표면에 부착하기위한 인터페이스 표면을 갖는다. 불투명 코팅(15)은 도광 요소(13)의 적어도 하나의 면의 적어도 일부, 이 경우, 평행면(26) 중 하나에 적용된다. 코팅 (15)은 바람직하게 도광 요소의 표면에서의 내부 반사에 대한 반사 특성을 제공 (또는 유지)하도록 선택되고, 바람직하게는 도광 요소(13)의 결합 표면에 인접한 또는 일부 경우 오버래핑 아래쪽의 에지(17)를 정의한다. 광학적으로 투과성인 인터페이스 표면을 형성하도록 다량의 투명 접착제가 결합 표면과 인터페이스 표면 사이에 배치되고, 접착제는 에지(17)를 향애 연장되고 부분적으로 이와 오버랩되는 과도 영역(31)을 형성하게 된다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 이 예시적인 구현예에 따른 코팅(15)의 존재는 장치의 광학 특성을 상당히 향상시킨다. 첫째로, 도광 요소(13)의 표면 상에 코팅 (15)이 존재하기 때문에, 과도 영역(31)의 접착제는 도광 요소(13)의 내부 반사 특성을 손상시키지 않으므로, 광선 R31은 도광 요소 내에서 반사되고 정확하게 전파된다. 또한, 여기에서 에지(17)는 광학 컷오프 에지로서 작용하고, 왜곡되지 않은 도광 요소에 입사하는 광선들(R31, R33 및 R34)과 그로부터 배제되는 광선(R32 및 R35) 사이를 깨끗하게 묘사한다. 광선 R35와 같이 접착제 과다 영역(31)의 불규칙한 표면에 의해 반사되는 임의의 미광(stray light)은 도광 요소로부터 배제된다.
코팅(15)은 광학 요소의 표면에 적용하기에 적합한 임의의 재료로 형성될 수 있으며, 필요한 광 차단 특성을 제공하고, 투명 광학 요소의 내부 반사 특성을 제공한다. 예로는 다양한 금속 코팅 및 다양한 유전체 코팅이 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 특히 바람직한 비제한적인 예에서, 산화를 방지하기 위한 얇은 실링 층에 의해 보호된 은의 코팅이 이와 같은 적용에 특히 효과적이고 적합한 것으로 발견되었다.
본 발명은 2개의 투명 광학 요소가 함께 결합되는 넓은 범위의 응용에 적용 가능하다. 특히 중요하게 적용되는 서브 세트는 광이 다른 도광 요소 또는 커플링-인-구성(19) 중 어느 하나로부터 도광 요소(13)로 도입되는 장치와 연관이 있다.
이런 응용은 다수의 상이한 부착 지오메트리를 고용할 수 있고, 광학 요소(19)를, 도 1a 내지 도 1c에 도시한 바와 같이, 도광 요소(13)의 여러 상이한 표면에 부착하는 것을 고용한다. 도 1a에서, 커플링-인 프리즘은 도광 요소의 주요 평행면 중 하나에 부착되며, 도 1b에 도시된 바와 같이, 프리즘의 부착은 비스듬히 경사진 커플링-인 표면에서 발생한다. 부착은 2쌍의 평행면을 가진 사각형상 동광 요소와 연관된 도 1의 새로운 구성에 도시된 바와 같이, 도광 요소의 주 표면에 수직인 단부면에서 발생할 수 있다. 이들 기하 구조들 각각에 대한 본 발명의 구현 예의 추가예를 이하에서 발견할 수 있다.
본 발명에 따른 광학 장치를 제조하는 일련의 동작은 채용된 특정 설계에 따라 변경될 수 있다. 도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 하나의 특히 바람직하지만 비제한적인 양태의 방법에 대응하는, 제조 단계의 순서를 나타낸다. 이 경우, 광학 조립체의 제조는 두 개의 주요 평행면을 갖는 슬랩(slab)형일 수도 있고 또는 도 3a에서 도시한 바와 같이 4개의 접혀진 내부 반사를 통해 광을 안내하는 2쌍의 평행면을 가진 직사각형상(정사각형 포함) 일 수도 있는 도광 요소(13)일 수 있는 도광 요소(13)의 적어도 한면의 적어도 일부에 코팅(15)을 적용하는 단계를 포함한다. 본 명세서에 나타낸 특히 바람직한 순서에 따르면, 도광 요소(13)는 도 3b에 도시된 바와 같이 단부 결합 표면(14)과 코팅(15)의 에지(17)를 동시에 형성하도록 코팅과 교차하는 평면을 따라 그라운드된다. 커플링-인 프리즘(19)과 같은 투명 광학 요소의 인터페이스 표면은 결합 표면(14)에 결합되어, 투명 광학 요소 내에서 광 전파는 도광 요소 내에서 전파되도록 인터페이스 표면과 결합 표면을 통과할 수 있다. 프리즘(19)과 도광 요소(13)의 본딩은 결합 표면과 인터페이스 표면 사이에 일정량의 투명 접착제를 도포함으로써 수행된다. 접착제는 결합 표면 및 인터페이스 표면이 함께 가압될 때 과량의 투명 접착제가 코팅(15)의 에지(17)와 겹치도록 도포되고, 도 2c을 참조하여 전술한 것과 유사한 최종 구성을 생성하는데, 코팅은 접착제가 도광 요소 특성에 악영향을 미치지 않도록 방지하고, 에지(17)는 어떠한 빔이라도 도광 요소로 들어가고 들어오지 않도록 우수하게 정의된 광 차단 에지를 제공한다. 이 접근법은 도 1c와 같은 직교 결합 표면, 도 3b 및 도 3c와 같은 경사진 결합 표면을 포함하는 임의의 각도에서 표면을 결합하는데 유리하게 이용된다.
글라인딩/폴리싱 공정에서 결합 표면(14)과 에지(17)를 동시에 형성하는 것은 도 2c에 도한 바와 같이, 결합 표면의 말단에서 발생하는 비-평면 에지 효과를 너머 결합 표면(14)에 대한 에지(17)의 정확한 위치 설정을 보장하며 코팅 공정 동안 날카로운 에지의 형성할 필요성을 회피한다. 이 프로세스의 결과로서, 결합 표면(14) 및 도광 요소의 평행한 면 중 하나는 그라운드 에지에서 만나고, 코팅의 에지(17)는 그라운드 에지와 비중첩 관계에 있다. 이 맥락에서 "그라운드 에지"는 편평한 표면에서 벗어나는 각 변이(angular transition)가 발생하는 전체 영역을 의미한다.
대안적으로, 도 3d에 도시된 바와 같이, 코팅 영역(15)은 코팅의 도포 중에 에지(17)를 한정하는 방식으로 도광 요소(13)에 적용될 수있다. 일반적으로 본 발명의 코팅을 도포하기 위한 기술, 특히 우수하게 정의된 에지를 형성하도록 층의 선택적 도포를 위한 기술은 당업자에게 공지되어 있으며, 사용된 코팅의 유형, 그리고 적용되는 해당 응용 기술에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 보호된 은 코팅 또는 유전 코팅은 스퍼터 코팅 또는 습식 화학 증착과 같은 종래의 증착 기술에 의해 도포될 수 있으며, 코팅의 형태는 포토레지스트의 패턴을 정의하는 리소그래피 기술, 접착 테이프의 적용에 의한 기계적 마스킹을 포함하는 다양한 종래 기술에 의해 정의될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 도포 공정 중에 정의된 우수한 에지를 갖는 코팅의 도포는, 다른 투명 광학 요소가 도 1a의 구성에서와 같이 주요 평행면들 중 하나 상의 도광 요소에 결합되는 용도에 특히 유용하다 이러한 응용예가 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 이하에 설명된다.
본 발명의 코팅은 결합될 광학 요소들 중 하나 또는 둘 모두의 하나 이상의 표면 상에 적용될 수 있으며, 표면 전체 또는 보다 바람직하게는 접착제 보호 특성을 위해 필요한 접착 영역에 충분히 근접한 표면인, 표면의 일부분에만 적용될 수 있다. 따라서, 많은 구현예에서, 최종 조립된 장치에서 코팅의 전체 면적은 대응 표면의 총 표면적의 절반보다 적고, 어떤 경우에는 결합된 표면의 전체 면적보다 적다.
특정 응용에서, 일측 면 상의 또는 면의 서브셋의 코팅은 불충분할 수 있다. 예를 들어, 결합후에 특정 표면이 플러시(flush)되게 2 개의 구성 요소가 결합되는 경우, 공통 평면에서 2 개의 구성 요소를 재표면 처리하는데 효과적인 추가의 폴리싱 단계를 수행함으로써 결합 후에 효과적으로 초과 접착제를 제거하는 것이 가능할 수 있다.
다시 도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 이들은 결합 표면이 광 안내를 정의하는 주요 평행 표면 중 하나에 제공되는 본 발명의 구현예를 나타낸다. 이 경우, 코팅(15)은 부착 후 투명 광학 요소(19)에 의해 중첩되는 위치내에 에지(17)를 정의하도록 유리하게 도포된다(도 4b). 투명 광학 요소(19)의 부착 후에, 코팅은 결합 표면과 인터페이스 표면 사이에서 연장되는 것으로 보여진다. 결과적으로, 접착제의 과도 영역(31) 및 커플링 프리즘(19)의 그라운드 에지는 광 차단 에지(17)의 외측으로 떨어져서, 접착제 과다와 커플링 프리즘 에지의 임의의 불완전성이 광학 컷오프 에지(17)의 광학 특성에 악영향을 미치지 않게 된다.
도 4c는 조립된 구성 요소의 전체 광학 특성을 개략적으로 나타낸다. 여기에 도시된 다른 많은 바람직한 실시예에서와 같이, 투명 광학 요소(19)는 도광 요소(13)로의 광의 입력을 위해 배향된 입력 표면(18)을 제공하도록 구성된 커플링 프리즘이다. 광이 미리정해진 범위의 각도 범위 내에서 구성요소 내에서 전파되는 시스템의 이룹로서 구현되는 도광 요소에 있어서, 입력 표면(18)은 유리하게는 입력 광선 방향에 대략 수직으로 배향될 수도 있고, 따라서 왜곡을 최소화할 수 있다. 추가적으로, 광학적 컷오프로서 에지(17)를 사용하면, 이러한 구성은 도광 요소를 이미지의 광선으로 "채우기(filling)" 위해 사용될 수 있고, 여기서 약간 오버사이즈된(oversized) 이미지 개구가 광학 컷오프 에지 (light cutoff edge)에 의해 "트리밍" 되어 이미지(및 그 반사 콘쥬게이트(conjugates))가 도광 요소 내의 모든 위치에 존재하게되는 것을 보장한다. 이 목적을 위해, 에지(17)는 반드시 직선 에지일 필요는 없지만, 어떠한 형상이 요구되든 깨끗하게(cleanly) 정의된 에지 여야 한다. 도광 요소를 이미지로 채우기위한 다양한 배치가 한 쌍의 평행면을 갖는 도광 요소에 대한 PCT 특허 공보 제WO2015/162611호와, 2쌍의 평행면을 갖는 도광 요소에 대한 현재 계류중인 PCT 특허 출원 PCT/IL2017/051028호(본 출원의 출원일 당시에 미공개 상태)에 설명되고 있다. 이들 각각의 구성에서, 결합된(in-coupled) 이미지를 트리밍하는 역할을 수행하는 광학 컷오프 에지는 본 발명의 교시에 따라 유리하게 구현될 수 있다. 트리밍 에지 두께는 얇은 코팅층의 두께에 의해 정의되고 이는 산란을 최소화할 수 있다는 것에 주목해야 한다.
또한, 도 5a 내지 도 5c는 도 4a 및 도 4c에 도시된 것과 기능적으로 유사한 광학 조립체의 변형된 제조 순서 및 최종 형태를 나타내지만, 광학적인 지오메트리가 개선된다. 이 경우, 도광 요소(13)는 도 4a에서와 같이 코팅(15)으로 코팅된다. 다음 단계(도 5b)에서, 직사각형 프리즘(19)은 도광 요소(13)의 주 평행면 중 하나에 접착되어 코팅(15)을 부분적으로 덮는다. 조립 중에 직사각형 프리즘을 사용하면 프리즘을 도광 요소에 더 효과적으로 함께 가압할 수 있다. 이어서, 결합된 프리즘 및 도광 요소는 점선을 따라 폴리싱되어 도 5c에 도시된 바와 같이 개선된 장치 지오메트리를 생성할 수 있다.
비록 광학 요소가 광학 접착제의 사용에 의해 결합되는 장치와 관련하여 주로 기술되었지만, 본 발명의 특정예는 접착제없이 구현 될 수 있고, 이 경우 대체 접합 기술이 사용될 수 있음에 유의해야 한다. 도 4a 내지 도 4c 및 도 5a 내지 도 5c의 구조는 이러한 구현예에 적합한 구조의 예로서, 도광 요소(13)의 결합 표면과 투명 광학 소자(19)의 인터페이스 표면이 높은 평탄도로 조제된 후 표면들을 직접 접촉시키게 하는 글루리스 접촉 본딩(직접 본딩)에 의해 결합될 수 있다. 이 경우, 접착제 과도로 인한 문제는 발생되지 않는다. 그러나 구성요소 사이에 연장되는 광학 컷오프 에지에 코팅을 제공하는 기술은 높은 품질의 광학 컷오프 성능을, 결합 프리즘의 에지 내의 어떤 결함과도 무관하게 제공하는 것을 보장한다.
이제 도 6a 내지 도 6d를 참조하면, 이들 도면은 도 1b의 것과 유사한 지오메트리 맥락에서 본 발명을 구현하는 예시적인 비제한적인 공정을 나타낸다. 이 실시예에서, 도 6a에 도시된 바와 같이, 도광 요소(13)가 먼저 코팅(15)으로 코팅된다. 이어서 도광 요소의 단부가 폴리싱되어 결합 표면을 형성함과 동시에 도 6b에 도시한 바와 같이 트리밍 에지(17)을 생성하도록 코팅 영역이 단축된다. 도 6c에서, 프리즘(19)은 접착제 과도(31) 중첩 에지(17)와 함께 도광 요소(13)의 결합 표면에 결합된다. 프리즘(19)의 인터페이스 표면은 도광 요소의 결합 표면보다 유리하게 더 크다. 도 6d는 결합된 조립체의 전체 광학 구조를 개략적으로 도시하는데, 여기서 에지(17)는 광학적 컷오프를 제공하고, 광학 특성은 요소의 경사진 에지의 결함에 둔감하다.
이제 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 이들 도면은 본 발명의 또 다른 변형예를 나타낸다. 이 경우, 컷오프 에지를 형성하기 위해 불투명 코팅을 사용하는 대신에, 제거가능한 코팅(15)이 접착제 도포 중에 도광 요소 표면을 보호하고 컷오프 에지(17)를 정의하는데 사용된다. 결합이 완료되고 접착제가 코팅이 고형화되면, 투명 접착제에 형성된 에어-갭(34)의 에지에 의해 정의된 컷오프 에지가 남도록 코팅이 선택적으로 제거된다.
이 경우, 코팅/층은 특정 광학 요구를 가질 필요가 없고, 커플링-인 프리즘 (19)을 부착하기 위해 접착제를 도포하는 동안에만 존재한다. 에어-갭(34)은 층의 재료(포토레지스트 또는 왁스)가 제거된 후 생성된다. 다양한 광선의 움직임을 포함하는 이러한 구성의 광학 특성은, 광선(R21)의 반사율(각각의 층 대신에)은 도광 요소의 전체 내부 반사(TIR)에 의한 것이고, 광선(R25)의 반사율(코팅의 외부 표면 대신에)은 접착제 내에서의 TIR에 의한 것을 제외하고는, 도 2c에 도시된 광선과 유사하다. 트리밍 에지(17)는 이제 공기 갭의 에지에 의해 결정되고, 그 후에 광학 경로는 연속적이다. 장치의 전반적인 광학 특성은 도 7b에 개략적으로 도시되어 있다.
본 발명은 도 1c에 도시된 바와 같이 도광 요소의 연장 방향에 수직인 결합 표면을 포함하여 임의의 배향의 표면에서 결합되는 광학 요소의 맥락에서 구현될 수 있다. 전술한 바와 같이, 본 발명은 "2D 도파관"이라 불리는 4-폴드-반사에 의해 광선이 전파되는 2쌍의 평행면을 갖는 도광 요소에도 적용가능하다.
특정 경우, 보호층 코팅은 결합되는 2개 요소의 선택된 표면상에서 유리하게 사용될 수 있다. 즉, 도 8a 및 도 8b에서, 프리즘(19)과 도광 요소(13) 사이의(도 8a에서 영역 37) 불연속성에 의해 야기될 수있는 불균일성을 감소시키기 위해 도광 요소(13)의 양 측면 상에 보호 코팅을 도포하는 것이 바람직 할 수있다. 코팅은 80f1 및 80f2로서 도광 요소(13)의 양 측면에 도시되어 있다. 80fl, 80f2 및 다른 2 개의 직각 측면을 포함하여, 도광 요소(13)의 단부 모든 둘레에 보호 코팅층을 도입함으로써, 도파관의 안내는 모든 사이드로부터의 접착제 과도 또는 에지 불균일성으로부터 보호될 것이다. 프리즘(19)과 80f2 근처의 도광 요소(13) 사이의 단차가 작으면(또는 존재하지 않으면), 코팅 80f3를 보호함으로써 접착제 과도로부터 프리즘(19)의 반사율을 보호하는 것이 바람직할 수 있다.
마지막으로 도 9를 참조하면, 본 명세서에서는 주로 도광 요소에 부착되는 커플링-인 프리즘과 관련하여 설명되었지만, 본 발명은 예를 들어, 제1 도광 요소 (또는 "도파관") 다른 도파관으로 공급되는 것과 같은 다른 응용에도 적용될 수 있다. 도 9는 직사각형(2D)의 도광 요소(10)가 슬랩 타입(ID)의 도광 요소(20)로 공급되는 그러한 일례를 나타낸다. 이러한 구성은 전술한 계류중인 PCT 특허 출원 PCT/IL2017/051028(이 출원의 출원일 당시 미공개)에 설명되는 많은 그런 옵션들 중 하나에 대응하고, 본 발명은 상기 문헌에 설명된 커플링 프리즘의 유무에 관계없이 다양한 변형예에 동등하게 적용될 수 있다.
도파관(10)은 도파관(20) 보다 약간 더 커서 도파관(20)의 완전한 조명(채움)이 가능하다. 접착제(2110)는 도파관(20,10)의 하나 또는 모두에서 과도할 수 있다. 특히 바람직한 본 발명의 실시예는 40fl, 40f2, 40f3 및 40f로 도시된 바와 같이, 두 도파로 상에 보호 코팅층을 제공할 수 있다.
첨부된 청구범위가 다중 종속성이 없이 작성되었지만, 이는 다중 종속성이 허용되지 않는 관할권의 공식 요구사항을 만족시키기 위한 것으로, 청구범위를 다중 종속성으로 표현함으로써 암시될 수있는 모든 특징의 가능한 조합은 명백하게 본 발명의 일부로 간주될 수 있음에 주의해야 한다.
전술한 설명은 단지 하나의 예로서 제공되는 것으로 의도되었고, 다른 다양한 실시예가 첨부된 청구 범위에서 정의된 본 발명의 범위 내에서 실현가능하다는 것으로 이해되어야 한다.
Claims (17)
- 장치에 있어서,
(a) 제1 및 제2 평행면(parallel face)을 포함하는 복수의 면(face)을 갖는 도광 요소(light guiding element) - 상기 도광 요소는 상기 제1 및 제2 평행면에서의 내부 반사에 의해 이미지의 광선을 안내하도록 구성되고, 상기 복수의 면 중 하나는 결합 표면(coupling surface)을 제공함 -;
(b) 상기 결합 표면에 부착하기 위한 인터페이스 표면을 갖는 투명 광학 요소 - 상기 투명 광학 요소는 상기 투명 광학 요소 내를 전파하는 이미지의 광선(ray)이 상기 도광 요소 내에서 전파하도록 상기 인터페이스 표면 및 상기 결합 표면을 통과하도록 구성됨 -;
(c) 상기 도광 요소의 상기 복수의 면 중 적어도 하나의 적어도 일부에 도포된 비투명 코팅(non-transparent coating)을 포함하고, 상기 코팅은 상기 도광 요소의 상기 결합 표면에 인접하거나 오버래핑(overlapping)되는 에지를 정의하고, 및
상기 코팅은 상기 투명 광학 요소로부터 상기 도광 요소로 통과하는 이미지의 광선에 대한 광학 컷오프 에지(optical cutoff edge)를 정의하고, 상기 비투명 코팅은 상기 적어도 하나의 면의 밑에 있는(underlying) 영역에서 내부 반사를 생성하도록 구성된, 장치. - 제1항에 있어서,
광학적으로 투과성인 인터페이스를 형성하기 위해 상기 결합 표면과 상기 인터페이스 표면 사이에 배치된 다량의 투명 접착제를 추가로 포함하고, 상기 접착제는 상기 광학 컷오프 에지로 연장되거나 오버래핑되는, 장치. - 제1항에 있어서,
상기 결합 표면은 상기 제1 및 제2 평행면 중 하나에 제공되는, 장치. - 제3항에 있어서,
상기 코팅은 상기 결합 표면과 상기 인터페이스 표면 사이에서 연장되는, 장치. - 제2항에 있어서, 상기 결합 표면은 상기 제1 및 제2 평행면에 대해 경사진, 장치.
- 제5항에 있어서,
상기 결합 표면 및 상기 제1 평행면은 그라운드 에지(ground edge)에서 만나고, 상기 에지는 상기 그라운드 에지와 오버래핑되지 않는, 장치. - 제6항에 있어서,
상기 접착제는 상기 접지 에지와 상기 인터페이스 표면 사이에 형성된 리세스를 충진(fill)하는, 장치. - 제5항에 있어서, 상기 결합 표면은 상기 제1 및 제2 평행면에 대해 비스듬히 기울어져 있는, 장치.
- 제5항에 있어서,
상기 결합 표면은 상기 제1 및 제2 평행면에 수직인, 장치. - 제1항에 있어서,
상기 인터페이스 표면은 상기 결합 표면보다 큰, 장치. - 제1항에 있어서,
상기 코팅은 금속 코팅인, 장치. - 제1항에 있어서,
상기 코팅은 유전체 코팅인, 장치. - 제1항에 있어서,
상기 투명 광학 요소는 상기 도광 요소에 이미지 광선의 입력을 위해 배향된 입력 표면을 제공하도록 구성된 커플링 프리즘(coupling prism)인, 장치. - 제13항에 있어서,
상기 커플링 프리즘은 접착제 없이 상기 도광 요소의 상기 결합 표면에 부착되는, 장치. - 장치에 있어서,
(a) 제1 및 제2 평행면을 포함하는 복수의 면을 갖는 도광 요소 - 상기 도광 요소는 상기 제1 및 제2 평행면에서의 내부 반사에 의해 이미지의 광선을 안내하도록 구성되고, 상기 복수의 면 중 하나는 결합 표면을 제공함 -;
(b) 상기 결합 표면에 부착하기 위한 인터페이스 표면 및 상기 도광 요소로 이미지의 광선(ray of an image)을 입력하기 위한 입력 표면을 갖는 커플링 프리즘; 및
(c) 광학적으로 투과성 인터페이스를 형성하기 위해 상기 결합 표면과 상기 인터페이스 표면 사이에 배치된 다량의 투명 접착제를 포함하고, 상기 다량의 접착제의 일부는 상기 도광 요소와 상기 커플링 프리즘 사이의 각진 리세스의 부분 충전물을 형성하고,
에어 갭은 상기 부분 충전물 아래의 상기 도광 요소의 면들 중 하나를 따라 연장되고, 상기 에어 갭은 상기 도광 요소의 상기 결합 표면에 인접한 광학 컷오프 에지를 정의하도록 상기 접착제 내의 에지에서 종결되는, 장치. - 광학 조립체를 제조하는 방법으로서,
(a) 제1 및 제2 평행면을 포함하는 복수의 면을 갖는 도광 요소를 제공하는 단계 - 상기 도광 요소는 상기 제1 및 제2 평행면에서 내부 반사에 의해 이미지의 광선을 안내하도록 구성되고, 상기 복수의 면 중 하나는 결합 표면을 제공함 -;
(b) 상기 도광 요소의 상기 복수의 면 중 적어도 하나의 적어도 일부에 비투명 코팅을 도포하는 단계 - 상기 비투명 코팅은 상기 도광 요소의 상기 결합 표면에 인접하거나 오버래핑되는 에지를 정의함- ; 및
(c) 투명 광학 요소의 인터페이스 표면을 상기 결합 표면에 본딩하는 단계를 포함하고, 상기 투명 광학 요소는 상기 투명 광학 요소 내에서 전파되는 이미지의 광선이 상기 도광 요소 내에서 전파하도록 상기 인터페이스 표면과 결합 표면을 통과하도록 구성되고,
상기 본딩은 상기 결합 표면과 상기 인터페이스 표면 사이에 다량의 투명 접착제를 도포함으로써 수행되며, 상기 다량의 접착제는 상기 결합 표면과 상기 인터페이스 표면이 함께 가압될 때 상기 투명 접착제가 상기 코팅의 에지로 연장되거나 오버래핑되도록 도포되고,
상기 에지는 상기 투명 광학 요소로부터 상기 도광 요소로 통과하는 이미지의 광선에 대한 광학 컷오프 에지를 정의하고, 상기 비투명 코팅은 상기 적어도 하나의 평행면의 밑에 있는 영역에서 내부 반사를 생성하도록 구성되어, 상기 투명 접착제의 과잉분이 상기 도광 요소의 내부 반사 특성을 손상시키지 않는, 광학 조립체 제조 방법. - 제16항에 있어서,
상기 결합 표면은 상기 평행 표면 중 하나에 제공되는, 광학 조립체 제조 방법.
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