KR20230109740A - 광학 디바이스들에 대한 광학 해상도 측정 방법 - Google Patents

광학 디바이스들에 대한 광학 해상도 측정 방법 Download PDF

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양양 선
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Abstract

본 명세서의 실시예들은 광학 디바이스(device) 변조 전달 함수(MTF)를 결정하는 방법을 제공한다. 본 명세서에 설명된 방법은 패턴(pattern)의 기준 이미지(baseline image)를 광 엔진(engine)으로부터 검출기로 투사하는 단계를 포함한다. 기준 이미지가 분석되어 기준 함수를 결정한다. 기준 함수의 기준 고속 푸리에 변환(FFT) 또는 기준 MTF가 획득된다. 이 방법은 패턴의 이미지를 광 엔진으로부터 하나 이상의 광학 디바이스들로 투사하는 단계를 더 포함한다. 패턴은 하나 이상의 광학 디바이스들로부터 검출기로 아웃커플링(outcouple)된다. 이미지가 분석되어 함수를 결정한다. 이미지에 대응하는 함수 FFT 또는 함수 MTF가 획득된다. 하나 이상의 광학 디바이스들의 광학 디바이스 MTF는 이미지를 분석함으로써 결정된 기준 FFT와 함수 FFT를 비교함으로써, 또는 이미지를 분석함으로써 결정된 기준 MTF와 함수 MTF를 비교함으로써 결정된다.

Description

광학 디바이스들에 대한 광학 해상도 측정 방법
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로 광학 디바이스(device)들에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 명세서에 설명된 실시예들은 광학 디바이스의 변조 전달 함수(MTF)를 결정하는 방법을 제공한다.
[0002] 가상 현실은 일반적으로 사용자가 외관상 물리적 실재를 경험하는, 컴퓨터로 생성된 시뮬레이션(simulate)된 환경으로 간주된다. 가상 현실 경험은 3D로 생성될 수 있으며, 실제 환경을 대체하는 가상 현실 환경을 디스플레이(display)하기 위해 니어-아이 디스플레이 패널(near-eye display panel)들을 렌즈들로서 갖는 안경 또는 다른 웨어러블(wearable) 디스플레이 디바이스들과 같은 헤드 마운트 디스플레이(head-mounted display)(HMD)를 통해 볼 수 있다.
[0003] 그러나, 증강 현실은 사용자가 여전히 안경 또는 다른 HMD 디바이스의 디스플레이 렌즈들을 통해 주변 환경을 볼 수 있으면서도, 디스플레이를 위해 생성되어 환경의 일부로 나타나는 가상 객체들의 이미지(image)들도 또한 볼 수 있는 경험을 가능하게 한다. 증강 현실에는 사용자가 경험하는 환경을 강화시키거나 또는 증강하는 가상 이미지들, 그래픽(graphic)들, 및 비디오(video)뿐만 아니라, 오디오(audio) 및 햅틱(haptic) 입력들과 같은 임의의 유형의 입력도 포함될 수 있다. 신흥 기술로서, 증강 현실에는 많은 도전 과제들 및 설계 제약들이 존재한다.
[0004] 그러한 도전 과제 중 하나는 이미지 품질 표준들이 충족되는지 확인하기 위해 광학 디바이스들의 광학 해상도를 결정하는 것이다. 광학 디바이스들을 위한 현재의 측정 시스템들은 일반적으로 넓은 시야에 걸쳐 낮은 샘플링 레이트(sampling rate)들 그리고 낮은 처리량을 가지며, 측정 시스템들 내의 카메라들 및 이미지 프로젝터(projector)들로 인한 이미지 품질의 결함들을 적절히 보정하지 못한다. 추가적으로, 측정 시스템들은 부피가 클 수 있으며, 측정 시스템의 이미지 프로젝터들과 연관된 결함들의 영향을 받기 쉽다. 따라서, 이미지 프로젝터 또는 카메라와 연관된 결함들에 의해 영향을 받지 않고 개선된 처리량을 갖는 광학 해상도 측정을 위한 시스템 및 방법을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 당업자에게 필요한 것은 광학 디바이스의 MTF를 결정하는 방법이다.
[0005] 일 실시예에서, 방법이 제공된다. 이 방법은 패턴(pattern)의 기준 이미지를 투사하는 단계를 포함한다. 기준 이미지는 측정 시스템의 광 엔진(engine)으로부터 투사된다. 측정 시스템은 광 엔진 아래에 배치된 스테이지(stage)를 포함한다. 스테이지는 하나 이상의 광학 디바이스들이 상부에 배치되도록 작동될 수 있다. 스테이지 위에 배치된 광 엔진은 기준 이미지를 하나 이상의 광학 디바이스들에 투사한다. 측정 시스템은 스테이지를 향하도록 배향된 검출기를 더 포함한다. 이 방법은 기준 이미지를 캡처하는 단계를 더 포함한다. 기준 이미지는 검출기에 의해 캡처된다. 이 방법은 기준 이미지를 분석하여 기준 이미지 상에서 제1 복수의 점들을 로케이팅(locate)하는 단계를 더 포함한다. 제1 복수의 점들은 기준 함수로 변환된다. 이 방법은 기준 함수의 기준 고속 푸리에 변환(FFT)을 획득하는 단계 및 하나 이상의 광학 디바이스들을 스테이지 상에 배치하는 단계를 더 포함한다. 이 방법은 패턴의 이미지를 광 엔진으로부터 하나 이상의 광학 디바이스들로 투사하는 단계 및 이미지를 캡처하는 단계를 더 포함한다. 이미지는 검출기에 의해 캡처된다. 이 방법은 이미지를 분석하여 이미지 상에서 제2 복수의 점들을 로케이팅하는 단계를 더 포함한다. 제2 복수의 점들은 함수로 변환된다. 이 방법은 이미지에 대응하는 함수 FFT를 획득하는 단계, 및 기준 FFT와 이미지에 대응하는 함수 FFT를 비교함으로써 하나 이상의 광학 디바이스들의 광학 디바이스 변조 전달 함수(MTF)를 결정하는 단계를 더 포함한다.
[0006] 다른 실시예에서, 방법이 제공된다. 이 방법은 패턴의 기준 이미지를 투사하는 단계를 포함한다. 기준 이미지는 측정 시스템의 광 엔진으로부터 투사된다. 측정 시스템은 광 엔진 아래에 배치된 스테이지를 포함한다. 스테이지는 하나 이상의 광학 디바이스들이 상부에 배치되도록 작동될 수 있다. 스테이지 위에 배치된 광 엔진은 기준 이미지를 하나 이상의 광학 디바이스들에 투사한다. 측정 시스템은 스테이지를 향하도록 배향된 검출기를 더 포함한다. 이 방법은 기준 이미지에 대응하는 기준 고속 푸리에 변환(FFT)을 획득하는 단계 및 패턴의 이미지를 하나 이상의 광학 디바이스들에 투사하는 단계를 더 포함한다. 이미지는 광 엔진으로부터 하나 이상의 광학 디바이스들로 투사된다. 이 방법은 이미지를 캡처하는 단계를 더 포함한다. 이미지는 검출기에 의해 캡처된다. 이 방법은 이미지에 대응하는 함수 FFT를 획득하는 단계, 및 기준 FFT를 이미지에 대응하는 함수 FFT에 비교함으로써 하나 이상의 광학 디바이스들의 광학 디바이스 변조 전달 함수(MTF)를 결정하는 단계를 더 포함한다.
[0007] 또 다른 실시예에서, 방법이 제공된다. 이 방법은 패턴의 기준 이미지를 광 엔진으로부터 측정 시스템의 검출기로 투사하는 단계를 포함한다. 이 방법은 검출기에 의해 기준 이미지를 캡처하는 단계, 및 기준 이미지를 분석하여 기준 고속 푸리에 변환(FFT)을 결정하는 단계를 더 포함한다. 이 방법은 패턴의 이미지를 광 엔진으로부터 하나 이상의 광학 디바이스들로 투사하는 단계를 더 포함한다. 이미지는 하나 이상의 광학 디바이스들을 통해 검출기로 투사된다. 이 방법은 검출기에 의해 이미지를 캡처하는 단계, 및 이미지를 분석하는 단계를 더 포함한다. 이 방법은 하나 이상의 광학 디바이스들의 광학 디바이스 변조 전달 함수(MTF)를 결정하는 단계를 더 포함한다.
[0008] 본 개시내용의 위에 인용된 특징들이 상세히 이해될 수 있도록, 위에서 간략하게 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있으며, 이 실시예들 중 일부가 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 단지 예시적인 실시예들을 예시하는 것이므로 그 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하고, 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있다는 점에 유의해야 한다.
[0009] 도 1a는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 기판의 사시, 정면도이다.
[0010] 도 1b는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 광학 디바이스의 사시, 정면도이다.
[0011] 도 2는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 측정 시스템의 개략적인 단면도이다.
[0012] 도 3은 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 광학 디바이스의 변조 전달 함수(MTF)를 결정하기 위한 방법의 흐름도이다.
[0013] 도 4는 광학 디바이스의 변조 전달 함수(MTF)를 결정하기 위한 방법 중에 시스템을 개략적으로 예시하는 도면이다.
[0014] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 특징들은 추가의 언급없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있음이 고려된다.
[0015] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로 광학 디바이스들에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 명세서에 설명된 실시예들은 광학 디바이스의 변조 전달 함수(MTF)를 결정하는 방법을 제공한다. 이 방법은 패턴의 기준 이미지를 투사하는 단계를 포함한다. 기준 이미지는 측정 시스템의 광 엔진으로부터 투사된다. 측정 시스템은 광 엔진 아래에 배치된 스테이지를 포함한다. 스테이지는 하나 이상의 광학 디바이스들이 상부에 배치되도록 작동될 수 있다. 스테이지 위에 배치된 광 엔진은 기준 이미지를 하나 이상의 광학 디바이스들에 투사한다. 측정 시스템은 스테이지를 향하도록 배향된 검출기를 더 포함한다. 이 방법은 기준 이미지를 캡처하는 단계를 더 포함한다. 기준 이미지는 검출기에 의해 캡처된다. 이 방법은 기준 이미지를 분석하여 기준 이미지 상에서 제1 복수의 점들을 로케이팅하는 단계를 더 포함한다. 제1 복수의 점들은 기준 함수로 변환된다. 이 방법은 기준 함수의 기준 FFT 또는 기준 MTF를 획득하는 단계, 및 하나 이상의 광학 디바이스들을 스테이지 상에 배치하는 단계를 더 포함한다. 이 방법은 패턴의 이미지를 광 엔진으로부터 하나 이상의 광학 디바이스들로 투사하는 단계, 및 이미지를 캡처하는 단계를 더 포함한다. 이미지는 검출기에 의해 캡처된다. 이 방법은 이미지를 분석하여 이미지 상에서 제2 복수의 점들을 로케이팅하는 단계를 더 포함한다. 제2 복수의 점들은 함수로 변환된다. 이 방법은 이미지에 대응하는 함수 FFT 또는 함수 MTF를 획득하는 단계, 및 기준 FFT를 함수의 FFT에 비교함으로써 또는 기준 MTF를 함수 MTF에 비교함으로써 하나 이상의 광학 디바이스들의 광학 디바이스 MTF를 결정하는 단계를 더 포함한다.
[0016] 도 1a는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 기판(101)의 사시, 정면도이다. 기판은 기판(101)의 표면(103) 상에 배치된 복수의 광학 디바이스들(100)을 포함한다. 광학 디바이스들(100)은 가상, 증강 또는 혼합 현실에 활용되는 도파관 결합기들이다. 본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 광학 디바이스들(100)은 메타표면(metasurface)들과 같은 평평한 광학 디바이스들이다.
[0017] 기판(101)은 당업계에서 사용되는 임의의 기판일 수 있으며, 기판(101)의 용도에 따라 선택된 레이저 파장에 대해 불투명하거나 또는 투명할 수 있다. 추가적으로, 기판(101)은 다양한 형상들, 두께들, 및 직경들을 가질 수 있다. 예를 들어, 기판(101)은 약 150 mm 내지 약 300 mm의 직경을 가질 수 있다. 기판(101)은 원형, 직사각형, 또는 정사각형 형상을 가질 수 있다. 기판(101)은 약 300 ㎛ 내지 약 1 mm 두께를 가질 수 있다. 기판(101) 상에는 9 개의 광학 디바이스들(100)만이 도시되어 있지만, 임의의 개수의 광학 디바이스들(100)이 표면(103) 상에 배치될 수 있다.
[0018] 도 1b는 광학 디바이스(100)의 사시, 정면도이다. 본 명세서에 설명된 광학 디바이스들(100)은 예시적인 광학 디바이스들이며, 다른 광학 디바이스들이 본 개시내용의 양태들과 함께 사용되거나 또는 본 개시내용의 양태들을 달성하기 위해 수정될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 광학 디바이스(100)는 기판(101)의 표면(103) 상에 배치된 복수의 광학 디바이스 구조들(102)을 포함한다. 광학 디바이스 구조들(102)은 미크론 미만의(sub-micron) 치수들, 예를 들어 나노 크기의 치수들을 갖는 나노 구조들일 수 있다. 광학 디바이스 구조들(102)의 영역들은 제1 격자(104a), 제2 격자(104b), 및 제3 격자(104c)와 같은 하나 이상의 격자들(104)에 대응된다. 본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 광학 디바이스(100)는 입력 결합 격자에 대응하는 적어도 제1 격자(104a) 및 출력 결합 격자에 대응하는 제3 격자(104c)를 포함한다. 본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 광학 디바이스(100)는 또한 중간 격자에 대응하는 제2 격자(104b)를 포함한다. 광학 디바이스 구조들(102)은 각지거나 또는 바이너리(binary)일 수 있다. 광학 디바이스 구조들(102)은 원형, 삼각형, 타원형, 규칙적인 다각형, 불규칙한 다각형, 및/또는 불규칙한 형상의 단면들을 포함하는(그러나 이에 제한되지 않음) 다른 형상들을 가질 수 있다.
[0019] 작동 시, 제1 격자(104a)는 광 소스(source)로부터 강도를 갖는 입사 광 빔(beam)들(가상 이미지)을 수신한다. 입사 빔들은 광학 디바이스 구조들(102)에 의해 입사 빔들의 모든 강도를 갖는 T1 빔들로 분할되어, 가상 이미지를 중간 격자(이용되는 경우) 또는 제3 격자(104c)로 지향시킨다. 본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, T1 빔들은 T1 빔들이 중간 격자의 광학 디바이스 구조들(102)과 접촉할 때까지 광학 디바이스(100)를 통해 내부 전반사(TIR)를 거치게 된다. 중간 격자의 광학 디바이스 구조들(102)은 T1 빔들을, 광학 디바이스(100)를 통해 제3 격자(104c)의 광학 디바이스 구조들(102)로 TIR을 거치는 T-1 빔들로 회절시킨다. 제3 격자(104c)의 광학 디바이스 구조들(102)은 T-1 빔들을 사용자의 눈으로 아웃커플링(outcouple)하여 사용자의 관점에서 광 소스로부터 생성된 가상 이미지의 시야를 변조하고, 사용자가 가상 이미지를 볼 수 있는 시야각을 더욱 증가시킨다. 본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 다른 실시예들에서, T1 빔들은, T1 빔들이 제3 격자(104c)의 광학 디바이스 구조들(102)과 접촉하고 광 소스로부터 생성된 가상 이미지의 시야를 변조하기 위해 아웃커플링될 때까지, 광학 디바이스(100)를 통해 TIR을 거친다.
[0020] 광학 디바이스들(100)이 이미지 품질 표준들을 충족하도록 보장하기 위해, 광학 디바이스들(100)의 광학 디바이스 MTF가 획득된다. 일부 실시예들에서, 광학 디바이스 MTF는 이미지 해상도 및 이미지 콘트라스트(contrast)와 관련된 이미지 품질 정보를 제공한다. 본 명세서에 설명된 측정 시스템(200)의 실시예들은 증가된 처리량 및 더 높은 품질 제어로 광학 디바이스 MTF를 획득할 수 있는 능력을 제공한다. 추가적으로, 본 명세서에 설명된 측정 시스템(200)의 실시예들은 측정된 광학 디바이스 MTF가 왜곡 및/또는 비점 수차(astigmatism)와 같은 이미지 프로젝터 및/또는 카메라의 결함들에 의해 크게 영향을 받지 않도록 광학 디바이스 MTF를 획득할 수 있는 능력을 제공한다. 본 명세서에 설명된 실시예들은 카메라 또는 프로젝터에만 기인하는 결함들을 포함할 수 있는, 광학 디바이스(100)와 측정 시스템(200) 사이의 이미지 품질 분리를 허용할 수 있다. MTF는 광학 디바이스들(100)이 특정 해상도에서 콘트라스트를 물체로부터 이미지로 전송할 수 있는 능력을 결정하기 위해 활용되는 메트릭(metric)이다.
[0021] 도 2는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 측정 시스템(200)의 개략적인 단면도이다. 측정 시스템(200)은 스테이지(207)가 통과하여 이동할 수 있게 하는 제1 개구(203) 및 제2 개구(205)를 갖는 본체(201)를 포함한다. 스테이지(207)는 측정 시스템(200)의 본체(201) 내에서 X 방향, Y 방향 및 Z 방향으로 이동하도록 작동 가능하다. 스테이지(207)는 광학 디바이스들(100)(여기에 도시된 바와 같음) 또는 하나 이상의 기판들(101)을 보유하도록 작동 가능한 트레이(tray)(209)를 포함한다.
[0022] 측정 시스템(200)은 광학 디바이스(100)의 MTF가 결정될 수 있도록 이미지들을 투사하도록 작동 가능하다. 스테이지(207) 및 트레이(209)는 투명할 수 있으므로, 측정 시스템(200)을 이용하여 획득된 MTF는 스테이지(207) 또는 트레이(209)의 반투명에 의해 영향을 받지 않는다. 측정 시스템(200)은 본 명세서에 설명된 측정 시스템(200) 및 방법(300)의 동작을 제어하도록 작동 가능한 제어기(220)와 통신한다.
[0023] 제어기(220)는 측정 시스템(200)에 결합된다. 제어기(220)는, 서로 결합되는 프로세서(252), 메모리(254) 및 지원 회로들(256)을 포함한다. 제어기(220)는 와이어(wire)(258)를 통해 측정 시스템(200)에 전기적으로 결합된다. 프로세서(252)는 임의의 형태의 범용 마이크로프로세서, 또는 범용 중앙 프로세싱 유닛(CPU) 중 하나일 수 있으며, 이들 각각은 프로그래머블 로직 제어기(PLC), 감독 제어 및 데이터 수집(SCADA) 시스템들, 범용 그래픽 프로세싱 유닛(GPU), 또는 다른 적합한 산업용 제어기와 같은 산업 환경에서 사용될 수 있다. 메모리(254)는 비-일시적이며, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 읽기 전용 메모리(ROM), 또는 로컬 또는 원격의 임의의 다른 형태의 디지털 스토리지(storage)와 같은 용이하게 사용 가능한 메모리 중 하나 이상일 수 있다. 메모리(254)는, 프로세서(252)에 의해 실행될 때, 방법(300)의 실행을 용이하게 하는 명령어들을 포함한다. 메모리(254) 내의 명령어들은 본 개시내용의 방법을 구현하는 프로그램과 같은 프로그램 제품의 형태이다. 프로그램 제품의 프로그램 코드는 다수의 상이한 프로그래밍 언어들 중 임의의 하나에 부합할 수 있다. 예시적인 컴퓨터 판독 가능 저장 매체들에는 다음이 포함된다(그러나 이에 제한되지 않음): (i) 정보가 영구적으로 저장되는 쓰기 불가능한 저장 매체들(예를 들어, CD-ROM 드라이브(drive), 플래시 메모리(flash memory), ROM 칩들, 또는 임의의 유형의 솔리드 스테이트(solid-state) 비휘발성 반도체 메모리에 의해 판독 가능한 CD-ROM 디스크들과 같은, 컴퓨터 내의 읽기 전용 메모리 디바이스들); 및 (ⅱ) 변경 가능한 정보가 저장되는 쓰기 가능한 저장 매체들(예를 들어, 임의의 유형의 솔리드 스테이트 랜덤 액세스 반도체 메모리 또는 하드 디스크 드라이브 또는 디스켓 드라이브 내의 플로피 디스크들). 이러한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체들은, 본 명세서에 설명된 방법들의 기능들을 지시하는 컴퓨터 판독 가능 명령어들을 지니고 있을 때, 본 개시내용의 예들이다.
[0024] 측정 시스템(200)은 광학 디바이스들(100)의 최상부 측을 향해 배향된 상부 부분(204) 및 광학 디바이스들(100)의 최하부 측을 향해 배향된 하부 부분을 포함한다. 측정 시스템(200)의 상부 부분(204)은 정렬 카메라(208), 광 엔진(210), 및 반사 검출기(212)를 포함한다. 정렬 카메라(208)는 스테이지(207) 및 광학 디바이스들(100)의 포지션(position)을 결정하도록 작동될 수 있다. 광 엔진(210)은 제1 격자(104a)를 조명하도록 작동될 수 있다. 본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 광 엔진(210)은 패턴의 이미지를 제1 격자(104a)에 투사한다. 반사 검출기(212)는 광학 디바이스들(100)의 최상부 측으로부터 제3 격자(104c)로부터 투사된 아웃커플링된 빔들을 검출한다. 제1 서브시스템(202)의 하부 부분(206)은 코드 판독기(214) 및 투과 검출기(216)를 포함한다. 코드 판독기(214)는 광학 디바이스(100)의 QR(quick response) 코드 또는 바코드(barcode)와 같은 광학 디바이스들의 코드를 판독하도록 작동될 수 있다. 코드 판독기(214)에 의해 판독된 코드는 다양한 광학 디바이스들(100)에 대한 광학 디바이스 MTF를 획득하기 위한 명령어들을 포함할 수 있다. 투과 검출기(216)는 광학 디바이스들(100)의 최하부 측을 통해 제3 격자(104c)로부터 투사된 아웃커플링된 빔들을 검출한다.
[0025] 본 명세서에 설명된 방법(300)은, 광 엔진(210)으로 광학 디바이스(100)의 제1 격자(104a)를 조명하는 단계를 포함하며, 여기서 인커플링된(incoupled) 광은 그가 투과 검출기(216)에 의해 캡처된 이미지들로서 아웃커플링(예를 들어, 반사 또는 투과)될 때까지 TIR을 거치게 된다. 이미지들은 광 엔진(210)으로부터의 적색, 녹색, 및 청색 채널(channel)들에 대응할 수 있다. 이미지들은 광학 디바이스(100)의 MTF를 추출하기 위해 방법(300)에 설명된 바와 같이 프로세싱된다.
[0026] 도 3은 광학 디바이스 MTF를 결정하기 위한 방법(300)의 흐름도이다. 도 4는 광학 디바이스 MTF를 결정하기 위한 방법 동안의 측정 시스템(200)을 개략적으로 도시한 도면이다. 설명을 용이하게 하기 위해, 방법(300)은 도 4에 도시된 측정 시스템(200)을 참조하여 설명될 것이다. 방법(300)은 본 명세서에 설명되지 않은 다른 측정 시스템들에서도 수행되도록 작동될 수 있다.
[0027] 측정 시스템(200)은 광 엔진(210) 및 투과 검출기(216)를 포함한다. 본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 측정 시스템(200)은 또한 반사 검출기(212)(도 2에 도시됨)를 포함한다. 광 엔진(210)은 광 소스(402), 레티클(reticle)(404), 및 제1 렌즈(406)를 포함한다. 광 엔진(210)은 쿼터 웨이브 플레이트(quarter wave plate) 또는 선형 편광기 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 광 소스(402)는 적색, 녹색 및 청색 광을 투사하도록 구성된다. 레티클(404)은 디스플레이일 수 있다. 투과 검출기(316)는 제2 렌즈(408) 및 카메라(410)를 포함한다.
[0028] 동작(301)에서, 기준 이미지는 광학 디바이스(100)가 존재하지 않는 상태에서 측정 시스템(200)의 광 엔진(210)에 의해 투사된다. 기준 이미지는 패턴을 형성하기 위해 광 소스(402)가 레티클(404)을 통해 적색, 녹색, 또는 청색 광을 투사한 후 투사된다. 기준 이미지는 패턴이 있다. 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 광 엔진(210)은 약 10 도 내지 약 120 도의 시야(FOV)를 갖는 고해상도 이미지 프로젝터이다. 광 엔진(210)의 FOV는 고정되거나 또는 조정 가능하다. 패턴은 레티클(404)에 의해 결정된다. 레티클(404)은 바둑판 패턴, 선 쌍 패턴, 또는 점 매트릭스 패턴 중 하나를 가질 수 있다. 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 레티클(404)은 고해상도 패터닝된 마스크이다. 레티클(404)의 패턴은 전자 빔, 이온 빔, 또는 포토 리소그래피를 통해 형성될 수 있다. 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 다른 실시예들에서, 광 엔진(210)은 LCOS, CLP, 마이크로LED, 또는 OLED 마이크로디스플레이 중 하나이다.
[0029] 동작(302)에서, 기준 이미지가 캡처된다. 기준 이미지는 투과 검출기(216)에 의해 캡처될 수 있다. 기준 이미지는 레티클(404)에 의해 형성된 패턴을 갖는다. 본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 투과 검출기(216)는 카메라(410)를 포함한다. 카메라(410)는 고해상도 카메라이다. 카메라(410)는 약 10 도 내지 약 120 도의 FOV를 갖는다. 카메라(410)의 FOV는 고정되거나 또는 조정 가능하다. 카메라(410)는 CCD 또는 CMOS 센서일 수 있다. 카메라(410)는 측정당 약 1 도의 FOV 샘플링 레이트를 갖는다.
[0030] 동작(303)에서, 기준 이미지가 분석된다. 본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 기준 이미지는 분석되어 기준 이미지 상에서 복수의 점들을 로케이팅한다. 복수의 점들 각각은 기준 이미지에 걸쳐 상이한 FOV에 대응될 수 있다. 예를 들어, 복수의 점들 각각은 바둑판 패턴에서 인접한 정사각형들의 에지에 대응될 수 있다. 복수의 점들은 형성된 패턴에 따라 기준 함수로 변환된다. 예를 들어, 기준 함수는 점 확산 함수, 선 확산 함수, 또는 에지 확산 함수일 수 있다.
[0031] 동작(304)에서, 기준 이미지에 대응하는 기준 함수의 기준 FFT 또는 기준 MTF가 획득된다. 기준 FFT 또는 기준 MTF를 적절하게 획득하기 위해, 기준 이미지에 걸친 광 강도 변화가 최소화될 필요가 있다. 기준 이미지의 노출 시간을 조정함으로써 기준 이미지에 걸친 광 강도 변화가 감소될 수 있다. 노출 시간은 기준 함수의 복수의 점들 각각에 대해 조정될 수 있다.
[0032] 동작(305)에서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 광학 디바이스(100)가 존재하는 상태에서 측정 시스템(200)의 광 엔진(210)을 이용하여 이미지가 투사된다. 이미지는 패턴을 형성하기 위해 광 소스(402)가 레티클(404)을 통해 적색, 녹색 또는 청색 광을 투사한 후 투사된다. 이미지는 패턴을 포함한다. 패턴은 제1 격자(104a)에 투사되고, 패턴이 제3 격자(104c)로부터 아웃커플링될 때까지 광학 디바이스(100)를 통해 TIR을 거치게 된다. 본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 광학 디바이스(100)는 표면 릴리프 격자 기반 도파관 결합기, 체적 홀로그램(hologram) 기반 도파관 결합기, 버드 배스(bird bath) 도파관 결합기, 부분 반사 미러 어레이(mirror array) 결합기, 또는 광학 자유 결합기(free from optics combiner)를 포함할 수 있다. 패턴은 레티클(404)에 의해 결정된다. 레티클(404)은 바둑판 패턴, 선 쌍 패턴, 또는 점 매트릭스 패턴 중 하나를 가질 수 있다. 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 레티클(404)은 고해상도 패터닝된 마스크이다.
[0033] 동작(306)에서, 광학 디바이스(100)의 이미지가 캡처된다. 이미지는 투과 검출기(216)에 의해 캡처될 수 있다. 이미지는 광학 디바이스(100)의 최하부 측 상의 제3 격자(104c)로부터 투과 검출기(216)를 향해 아웃커플링된다. 이미지는 레티클(404)에 의해 결정된 패턴을 갖는다. 본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 투과 검출기(216)는 카메라(410)를 포함한다. 본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 반사 검출기(212)는 패턴의 이미지를 캡처할 수 있다. 예를 들어, 이미지가 광학 디바이스(100)의 최상부 측으로부터 아웃커플링될 때, 반사 검출기(212)는 이미지를 부분적으로 캡처하거나 또는 완전히 캡처할 수 있다.
[0034] 동작(307)에서, 이미지는 분석된다. 본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 이미지는 복수의 점들을 로케이팅하기 위해 분석된다. 복수의 점들 각각은 이미지에 걸쳐 상이한 FOV에 대응될 수 있다. 예를 들어, 복수의 점들 각각은 바둑판 패턴에서 인접한 정사각형들의 에지에 대응될 수 있다. 복수의 점들은 패턴에 따라 함수로 변환된다. 예를 들어, 함수는 점 확산 함수, 선 확산 함수, 또는 에지 확산 함수일 수 있다. 본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 함수는 기준 함수에 대응된다. 예를 들어, 기준 함수가 점 확산 함수인 경우, 함수는 또한 점 확산 함수일 것이다.
[0035] 동작(308)에서, 이미지에 대응하는 함수의 함수 FFT 또는 함수의 함수 MTF가 획득된다. 함수 FFT 또는 함수 MTF를 적절하게 획득하기 위해, 이미지에 걸친 광 강도 변화를 최소화할 필요가 있다. 이미지의 노출 시간을 조정함으로써 이미지에 걸친 광 강도 변화를 감소시킬 수 있다. 노출 시간은 함수의 복수의 점들 각각에 대해 조정될 수 있다.
[0036] 동작(309)에서, 광학 디바이스 MTF가 획득된다. 광학 디바이스 MTF는, 이미지에 대응하는 함수 FFT를 기준 FFT로 나눔으로써, 또는 함수 MTF를 기준 MTF로 나눔으로써 획득된다. 방법(300)에 의해 획득된 광학 디바이스 MTF는 광 엔진(210)의 결함들에 덜 영향을 받는다. 예를 들어, 광 엔진(210)에 존재하는 난시 및 왜곡은 존재하는 결함들을 분리하고 보정하기 위해 이미지에 대응하는 함수 FFT 또는 함수 MTF와 별도로 기준 FFT 또는 기준 MTF를 획득함으로써 필터링된다. 본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 광학 디바이스(100)의 전체 FOV의 MTF는 광학 디바이스의 이미지를 사용하여 캡처된다.
[0037] 요약하면, 광학 디바이스의 MTF를 결정하는 방법이 본 명세서에 설명되어 있다. 본 명세서에 설명된 방법은, 패턴의 기준 이미지를 광 엔진으로부터 검출기로 투사하는 단계를 포함한다. 기준 이미지를 분석하여 기준 함수를 결정한다. 기준 함수의 기준 FFT 또는 기준 MTF가 획득된다. 이 방법은 패턴의 이미지를 광 엔진으로부터 하나 이상의 광학 디바이스들로 투사하는 단계를 더 포함한다. 패턴은 하나 이상의 광학 디바이스들로부터 검출기로 아웃커플링된다. 이미지가 분석되어 함수가 결정된다. 이미지에 대응하는 함수 FFT 또는 함수 MTF가 획득된다. 광학 디바이스 MTF는 기준 FFT를 함수 FFT에 비교함으로써 또는 기준 MTF를 함수 MTF에 비교함으로써 결정된다. 여기에 설명된 방법은 광 엔진의 잠재적인 결함들에 의해 영향을 받지 않고 광학 디바이스 MTF 측정들을 제공할 것이다. 추가적으로, 고해상도 이미지 프로젝터 및 고해상도 카메라는 각각 약 10 도 내지 약 120 도의 FOV를 가지므로, 본 명세서에 제공된 방법들은 광학 디바이스의 전체적이고 밀집된 FOV에 대한 MTF 데이터를 하나의 이미지로 캡처하므로(예를 들어, 하나의 샷(shot)에서 모든 FOV 각도들의 병렬 프로세싱), 광학 디바이스 제작 및 품질 제어를 위한 처리량을 개선시킨다. 전반적으로, 여기에 제공된 방법들은 광학 디바이스 MTF의 분리를 허용함으로써, 이미지 프로젝터 및 카메라로 인해 발생하는 이미지 품질의 결함들의 보정을 허용한다. 이러한 방식으로, 품질 저하를 피할 수 있고 더 높은 처리량을 달성할 수 있다.
[0038] 전술한 바가 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 실시예들이, 본 개시내용의 기본적인 범위를 벗어나지 않으면서 안출될 수 있고, 본 개시내용의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (20)

  1. 패턴(pattern)의 기준 이미지(baseline image)를 투사하는 단계 ― 상기 기준 이미지는 측정 시스템의 광 엔진(engine)으로부터 투사되고, 상기 측정 시스템은:
    상기 광 엔진 아래에 배치된 스테이지(stage) ― 상기 스테이지는 하나 이상의 광학 디바이스(device)들이 상부에 배치되도록 작동 가능하고, 상기 스테이지 위에 배치된 상기 광 엔진은 상기 기준 이미지를 상기 하나 이상의 광학 디바이스들에 투사함 ― ; 및
    상기 스테이지를 향하도록 배향된 검출기를 가짐 ― ;
    상기 기준 이미지를 캡처(capture)하는 단계 ― 상기 기준 이미지는 상기 검출기에 의해 캡처됨 ― ;
    상기 기준 이미지를 분석하여 상기 기준 이미지 상에서 제1 복수의 점들을 로케이팅(locate)하는 단계 ― 상기 제1 복수의 점들은 기준 함수로 변환됨 ― ;
    상기 기준 함수의 기준 고속 푸리에 변환(FFT; fast Fourier transform)을 획득하는 단계;
    상기 하나 이상의 광학 디바이스들을 상기 스테이지 상에 배치하는 단계;
    상기 패턴의 이미지를 투사하는 단계 ― 상기 이미지는 상기 광 엔진으로부터 상기 하나 이상의 광학 디바이스들로 투사됨 ― ;
    상기 이미지를 캡처하는 단계 ― 상기 이미지는 상기 검출기에 의해 캡처됨 ― ;
    상기 이미지를 분석하여 상기 이미지 상에서 제2 복수의 점들을 로케이팅하는 단계 ― 상기 제2 복수의 점들은 함수로 변환됨 ― ;
    상기 이미지에 대응하는 함수 FFT를 획득하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 광학 디바이스들의 광학 디바이스 변조 전달 함수(MTF; modulation transfer function)를 결정하는 단계 ― 상기 광학 디바이스 MTF는 상기 기준 FFT를 상기 이미지에 대응하는 상기 함수 FFT에 비교함으로써 결정됨 ― 를 포함하는,
    방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 기준 이미지를 캡처할 때 상기 기준 이미지의 노출 시간을 조정하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 이미지를 캡처할 때 상기 이미지의 노출 시간을 조정하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 기준 함수 및 상기 함수는 점 확산 함수, 선 확산 함수, 또는 에지(edge) 확산 함수 중 하나인,
    방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 광학 디바이스 MTF를 결정하는 단계는, 상기 이미지에 대응하는 상기 함수 FFT를 상기 기준 FFT로 나누는 단계를 포함하는,
    방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 스테이지를 향하도록 배향된 반사 검출기에 의해 상기 이미지를 캡처하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 광 엔진은 약 10 도 내지 약 120 도의 시야(FOV; field of view)를 갖는 고해상도 이미지 프로젝터(projector)인,
    방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 복수의 점들 각각 및 상기 제2 복수의 점들 각각 중 하나 이상이 바둑판 패턴에서 인접한 사변형들의 에지를 나타내는,
    방법.
  9. 패턴의 기준 이미지를 투사하는 단계 ― 상기 기준 이미지는 측정 시스템의 광 엔진으로부터 투사되고, 상기 측정 시스템은:
    상기 광 엔진 아래에 배치된 스테이지 ― 상기 스테이지는 하나 이상의 광학 디바이스들이 상부에 배치되도록 작동 가능하고, 상기 스테이지 위에 배치된 상기 광 엔진은 상기 기준 이미지를 상기 하나 이상의 광학 디바이스들에 투사함 ― ; 및
    상기 스테이지를 향하도록 배향된 검출기를 가짐 ― ;
    상기 기준 이미지를 캡처하는 단계 ― 상기 기준 이미지는 상기 검출기에 의해 캡처됨 ― ;
    상기 기준 이미지에 대응하는 기준 고속 푸리에 변환(FFT)을 획득하는 단계;
    상기 패턴의 이미지를 상기 하나 이상의 광학 디바이스들에 투사하는 단계 ― 상기 이미지는 상기 광 엔진으로부터 상기 하나 이상의 광학 디바이스들로 투사됨 ― ;
    상기 이미지를 캡처하는 단계 ― 상기 이미지는 상기 검출기에 의해 캡처됨 ― ;
    상기 이미지에 대응하는 함수 FFT를 획득하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 광학 디바이스들의 광학 디바이스 변조 전달 함수(MTF)를 결정하는 단계 ― 상기 광학 디바이스 MTF는 상기 기준 FFT를 상기 이미지에 대응하는 상기 함수 FFT에 비교함으로써 결정됨 ― 를 포함하는,
    방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 기준 이미지를 캡처할 때 상기 기준 이미지의 노출 시간을 조정하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 광 엔진은 약 10 도 내지 약 120 도의 시야(FOV)를 갖는 고해상도 이미지 프로젝터인,
    방법.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 복수의 점들 각각 및 상기 제2 복수의 점들 각각 중 하나 이상이 바둑판 패턴에서 인접한 사변형들의 에지를 나타내는,
    방법.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 스테이지를 향하도록 배향된 반사 검출기에 의해 상기 이미지를 캡처하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  14. 제9 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 광학 디바이스들의 상기 광학 디바이스 MTF를 결정하는 단계는 상기 이미지에 대응하는 상기 함수 FFT를 상기 기준 FFT로 나누는 단계를 포함하는,
    방법.
  15. 패턴의 기준 이미지를 광 엔진으로부터 측정 시스템의 검출기로 투사하는 단계;
    상기 검출기에 의해 상기 기준 이미지를 캡처하는 단계;
    상기 기준 이미지를 분석하는 단계;
    상기 패턴의 이미지를 상기 광 엔진으로부터 하나 이상의 광학 디바이스들로 투사하는 단계 ― 상기 이미지는 상기 하나 이상의 광학 디바이스들을 통해 상기 검출기로 투사됨 ― ;
    상기 검출기에 의해 상기 이미지를 캡처하는 단계;
    상기 이미지를 분석하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 광학 디바이스들의 광학 디바이스 변조 전달 함수(MTF)를 결정하는 단계를 포함하는,
    방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 기준 이미지를 분석하는 단계는 기준 MTF를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 이미지를 분석하는 단계는 함수 MTF를 결정하는 단계를 포함하며, 상기 하나 이상의 광학 디바이스들의 상기 광학 디바이스 MTF를 결정하는 단계는 상기 이미지를 분석함으로써 결정된 상기 함수 MTF를 상기 기준 MTF로 나누는 단계를 포함하는,
    방법.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 기준 이미지를 분석하는 단계는 기준 고속 푸리에 변환(FFT)을 결정하는 단계를 포함하고, 상기 이미지를 분석하는 단계는 상기 이미지에 대응하는 함수 FFT를 결정하는 단계를 포함하며, 상기 하나 이상의 광학 디바이스들의 상기 광학 디바이스 MTF를 결정하는 단계는 상기 이미지를 분석함으로써 결정된 상기 함수 FFT를 상기 기준 FFT로 나누는 단계를 포함하는,
    방법.
  18. 제15 항에 있어서,
    상기 기준 이미지를 캡처할 때 상기 기준 이미지의 노출 시간을 조정하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  19. 제15 항에 있어서,
    상기 광 엔진은 약 10 도 내지 약 120 도의 시야(FOV)를 갖는 고해상도 이미지 프로젝터인,
    방법.
  20. 제15 항에 있어서,
    스테이지가 상기 광 엔진 아래에 배치되고 상기 스테이지를 향하도록 배향된 반사 검출기에 의해 상기 이미지를 캡처하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
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