KR20230132533A - 광 세기 모니터링 기능이 있는 통합 레이저 패키지 - Google Patents
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Abstract
웨어러블 헤드업 디스플레이에서 사용할 수 있는 광학 엔진 및 레이저 프로젝터와 관련된 시스템 및 방법이 설명된다. 광학 엔진은 레이저 라이트 빔을 출력하도록 구성되고 완전히 또는 부분적으로 밀봉되고 출사창이 있는 캡슐화된 패키지에 배치되는 레이저 다이오드를 포함할 수 있다. 홀로그램 또는 표면-릴리프 회절 격자는 광학 엔진 인클로저의 출사창의 주요 출력 표면에 통합되거나 배치될 수 있다. 회절 격자는 주요 출력 표면과 평행하지 않은 출사창의 하나 이상의 표면에 또는 그 표면을 가로질러 배치된 하나 이상의 광검출기를 향해 레이저 라이트의 일부를 재지향시키도록 구성될 수 있다. 출사창의 주요 출력 표면은 방출된 레이저 라이트의 기본 전파 방향에 직교하지 않도록 경사질 수 있다.
Description
본 명세서는 광 세기 모니터링 기능이 있는 통합 레이저 패키지에 관한 것이다.
프로젝터는 다른 물체에 이미지나 비디오를 표시하기 위해 다른 물체(예: 프로젝션 스크린과 같은 다른 물체의 표면)에 광의 패턴을 투사하거나 비추는 광학 장치이다. 레이저 프로젝터는 광원이 적어도 하나의 레이저를 포함하는 프로젝터이며, 여기서 레이저는 이미지 또는 비디오를 표시하기 위해 다른 물체(예: 스크린 또는 렌즈)의 디스플레이 영역에 걸쳐 공간적으로 분산되는 레이저 라이트 패턴을 제공하도록 일시적으로 변조된다. 레이저 프로젝터의 성능을 더 잘 제어하기 위해, 때때로 레이저 프로젝터의 레이저 출력 전력을 모니터링하는 것이 유리한다. 예를 들어, 레이저 프로젝터의 레이저 출력 전력을 정확하게 모니터링하면 레이저 프로젝터가 레이저 출력 전력을 제어하여 디스플레이의 화이트 포인트 및/또는 밝기를 조정하고 튜닝할 수 있다.
예에서, 레이저 프로젝터는 광 세기를 측정하도록 구성된 광검출기와 광학 엔진을 포함한다. 광학 엔진은 라이트 빔을 출력하도록 구성된 레이저 소스, 상기 레이저 소스에 의해 출력되는 라이트 빔의 광학 경로 상에 배치된 출사창, 및 상기 출사창의 주요 출력 표면에 배치된 회절 격자, 라이트 빔의 일부를 광검출기로 재지향시키는 회절 격자를 포함한다.
일부 실시예에서, 레이저 프로젝터는 레이저 소스를 둘러싸고 출사창을 포함하는 인클로저를 포함한다.
일부 실시예에서, 회절 격자는 홀로그래픽 회절 격자이다.
일부 실시예에서, 회절 격자는 표면-릴리프 회절 격자이다.
일부 실시예에서, 라이트 빔의 광학 경로와 중첩하는 회절 격자의 적어도 일부는 라이트 빔의 파장에 대응하는 공진 파장을 갖는다.
일부 실시예에서, 광학 엔진은 기판의 표면에 배치되며, 상기 광검출기는 인클로저의 출사창의 측벽을 가로질러 배치되며, 상기 광검출기는 상기 인클로저의 출사창의 측벽을 가로질러 배치되고, 상기 측벽은 상기 주요 출력 표면에 인접하고 그리고 상기 기판의 표면에 수직인 평면을 정의(define)하고, 상기 회절 격자는 상기 라이트 빔의 일부를 상기 출사창의 상기 측벽을 통해 상기 광검출기를 향하여 재지향시킨다.
일부 실시예에서, 상기 광학 엔진은 기판 상에 배치되고, 상기 광검출기는 상기 출사창 바로 아래 및 상기 라이트 빔의 상기 광학 경로 바로 아래에 배치되며, 그리고 상기 회절 격자는 상기 기판을 향하는 상기 출사창의 바닥 표면을 통해 상기 광검출기를 향해 상기 라이트 빔의 일부를 재지향시킨다.
일부 실시예에서, 광검출기는 기판에 임베딩된다.
일부 실시예에서, 광학 엔진은 기판의 제1 측면 상에 배치되고, 상기 광검출기는 상기 제1 측면과 대향하는 상기 기판의 제2 측면 상에 배치되고, 그리고 상기 회절 격자는 상기 출사창의 바닥 표면을 통해 그리고 상기 기판을 통해 상기 제1 측면에서 상기 제2 측면으로 연장되는 개구부를 통해 상기 광검출기를 향해 상기 라이트 빔의 일부를 재지향시킨다.
일부 실시예에서, 상기 광학 엔진은 제1 기판 상에 배치되고, 상기 광검출기는, 상기 광검출기가 상기 라이트 빔의 광학 경로 및 상기 출사창 바로 위에 배치되도록, 상기 제1 기판 위에 배치된 제2 기판 상에 배치되고, 상기 회절 격자는 상기 제2 기판을 향하고 상기 제1 기판으로부터 멀어지는 방향을 향하는 상기 출사창의 상부 표면을 통해 상기 광검출기를 향하여 상기 라이트 빔의 일부를 재지향시킨다.
일부 실시예에서, 상기 출사창의 주요 출력 표면은 상기 출사창의 주요(primary) 입력 표면에 대해 경사지고, 상기 라이트 빔은 상기 출사창의 주요 입력 표면에 입사한다.
예에서, 레이저 프로젝터는 광 세기를 측정하도록 구성된 적어도 하나의 광검출기와 광학 엔진을 포함한다. 광학 엔진은 복수의 라이트 빔을 출력하도록 구성된 복수의 레이저 소스; 상기 복수의 레이저 소스를 둘러싸는 인클로저 -상기 인클로저는 상기 복수의 레이저 소스에 의해 출력되는 상기 복수의 라이트 빔의 각각의 광학 경로에 배치된 출사창을 가짐-; 그리고 상기 출사창의 주요 출력 표면에 배치된 회절 격자를 포함하며, 상기 회절 격자는 상기 복수의 라이트 빔 각각의 일부를 상기 적어도 하나의 광검출기를 향하여 재지향시시킨다.
일부 실시예에서, 레이저 프로젝터는 출사창과 적어도 하나의 광검출기 사이에 시준 렌즈를 포함한다.
일부 실시예에서, 회절 격자는 홀로그래픽 회절 격자를 포함한다.
일부 실시예에서, 회절 격자는 표면-릴리프 회절 격자를 포함한다.
일부 실시예에서, 회절 격자는 복수의 라이트 빔 중 제1 라이트 빔의 제1 파장에 대응하는 제1 공진 파장을 갖는 제1 부분을 포함한다. 제1 부분은 제1 라이트 빔의 제1 광학 경로와 중첩된다. 회절 격자는 복수의 라이트 빔 중 제2 라이트 빔의 제2 파장에 대응하는 제2 공진 파장을 갖는 제2 부분을 더 포함한다. 제2 부분은 제2 라이트 빔의 제2 광학 경로와 중첩된다.
일부 실시예에서, 상기 광학 엔진은 기판의 표면 상에 배치되고, 상기 적어도 하나의 광검출기는 인클로저의 출사창의 제1 측벽을 가로질러 배치된 제1 광검출기를 포함하고, 상기 제1 측벽은 상기 주요 출력 표면에 인접하고 그리고 상기 기판의 표면에 수직인 평면을 정의하고, 상기 회절 격자는 상기 복수의 라이트 빔 중 적어도 제1 라이트 빔의 제1 부분을 상기 출사창의 제1 측벽을 통해 상기 제1 광검출기를 향하여 재지향시킨다.
일부 실시예에서, 상기 적어도 하나의 광검출기는 상기 인클로저의 출사창의 제2 측벽을 가로질러 배치된 제2 광검출기를 더 포함하고, 상기 제2 측벽은 상기 제1 측벽의 맞은편에 있고, 상기 회절 격자는 상기 복수의 라이트 빔 중 적어도 제2 라이트 빔의 제2 부분을 상기 출사창의 제2 측벽을 통해 상기 제2 광검출기를 향하여 재지향시킨다.
일부 실시예에서, 상기 광학 엔진은 상기 출사창의 제1 측벽에 배치된 제1 다이크로익 필터 및 상기 출사창의 제2 측벽에 배치된 제2 다이크로익 필터를 더 포함하고, 상기 제1 다이크로익 필터는 상기 제1 라이트 빔의 파장에 대응하는 제1 파장의 라이트 빔을 투과시키고 그리고 상기 제2 라이트 빔의 파장에 대응하는 제2 파장의 라이트 빔을 반사하도록 구성되며, 그리고 상기 제2 다이크로익 필터는 상기 제2 파장의 라이트 빔을 투과시키고 상기 제1 파장의 라이트 빔을 반사하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 상기 광학 엔진은 기판 상에 배치되고, 상기 적어도 하나의 광검출기는: 상기 출사창 바로 아래 및 상기 복수의 라이트 빔 중 제1 라이트 빔의 제1 광학 경로 바로 아래에 배치되는 제1 광검출기 -상기 회절 격자는 상기 기판과 마주하는 상기 출사창의 바닥 표면을 통해 상기 제1 광검출기를 향하여 상기 제1 라이트 빔의 제1 부분을 재지향시킴-; 그리고 상기 출사창 바로 아래 및 상기 복수의 라이트 빔 중 제2 라이트 빔의 제2 광학 경로 바로 아래에 배치되는 제2 광검출기를 포함하며, 상기 회절 격자는 상기 제2 라이트 빔의 제2 부분을 상기 출사창의 바닥 표면을 통해 상기 제2 광검출기를 향하여 재지향시킨다.
일부 실시예에서, 제1 광검출기 및 제2 광검출기는 각각 기판에 임베딩된다.
일부 실시예에서, 상기 광학 엔진은 상기 기판의 제1 측면 상에 배치되고, 상기 제1 광검출기 및 상기 제2 광검출기는 상기 제1 측면과 대향하는 상기 기판의 제2 측면에 각각 배치되고, 상기 회절 격자는 상기 제1 라이트 빔의 제1 부분을 상기 출사창의 바닥 표면을 통해 그리고 상기 제1 측면에서 상기 제2 측면으로 상기 기판을 통해 연장되는 제1 개구부를 통해 상기 제1 광검출기를 향하여 재지향시키고, 상기 회절 격자는 상기 제2 제1 라이트 빔의 제2 부분을 상기 출사창의 바닥 표면을 통해 그리고 제1 측면에서 상기 제2 측면으로 상기 기판을 통해 연장되는 제2 개구부를 통해 상기 제2 광검출기를 향하여 재지향시킨다.
일부 실시예에서, 상기 광학 엔진은 제1 기판 상에 배치되고, 상기 적어도 하나의 광검출기는, 상기 적어도 하나의 광검출기가 상기 출사창 바로 위에 그리고 상기 복수의 라이트 빔의 광학 경로 중 적어도 하나 바로 위에 배치되도록, 상기 제1 기판 위에 배치된 제2 기판 상에 배치되며, 상기 회절 격자는 상기 제2 기판을 향하고 그리고 상기 제1 기판으로부터 멀어지는 방향을 향하는 상기 출사창의 상부 표면을 통해 상기 적어도 하나의 광검출기를 향하여 상기 복수의 라이트 빔 중 적어도 하나의 일부를 재지향시킨다.
일부 실시예에서, 출사창의 주요 출력 표면은 출사창의 주요 입력 표면에 대해 경사지고, 라이트 빔은 출사창의 주요 입력 표면에 입사한다.
예에서, 광학 엔진은 라이트 빔을 출력하도록 구성된 레이저 소스; 상기 레이저 소스에 의해 출력되는 상기 라이트 빔의 광학 경로에 배치된 출사창 -상기 출사창은 상기 출사창의 주요 입력 표면을 통해 상기 라이트 빔을 수신함-; 그리고 상기 출사창의 주요 출력 표면에 배치된 회절 격자를 포함하며, 상기 회절 격자는 상기 주요 입력 표면과 상기 주요 출력 표면 사이에서 연장되는 상기 출사창의 적어도 하나의 표면을 통해 상기 라이트 빔의 일부를 재지향(redirect)시킨다.
일부 실시예에서, 상기 광학 엔진은 상기 레이저 소스를 둘러싸고 그리고 상기 출사창을 포함하는 인클로저를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 라이트 빔의 대부분은 출사창을 빠져나간다(출사창을 출사한다).
일부 실시예에서, 상기 광학 엔진은, 상기 출사창을 출사할 때 상기 라이트 빔의 광학 경로에 배치된 광검출기; 그리고 상기 출사창과 상기 광검출기 사이의 시준 렌즈를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 회절 격자는 홀로그래픽 회절 격자를 포함한다.
일부 실시예에서, 회절 격자는 표면-릴리프 회절 격자를 포함한다.
일부 실시예에서, 라이트 빔의 광학 경로와 중첩하는 회절 격자의 적어도 일부는 라이트 빔의 파장에 대응하는 공진 파장을 갖는다.
일부 실시예에서, 상기 광학 엔진은 기판의 표면 상에 배치되고, 상기 회절 격자는 상기 출사창의 제1 측벽을 통해 상기 라이트 빔의 일부를 재지향시키고, 그리고 상기 제1 측벽은 주요 입력 표면과 주요 출력 표면 사이에서 연장되고 그리고 상기 기판의 표면에 수직인 평면을 정의(한정)한다.
일부 실시예에서, 상기 회절 격자는 상기 출사창의 제2 측벽을 통해 상기 라이트 빔의 일부를 추가로 재지향시키고, 상기 제2 측벽은 상기 출사창에 대해 상기 제1 측벽과 대향한다.
일부 실시예에서, 상기 레이저 소스는 제1 레이저 소스이고, 상기 라이트 빔은 제1 라이트 빔이며, 상기 광학 엔진은: 제2 라이트 빔을 출력하도록 구성된 제2 레이저 소스; 상기 출사창의 제1 측벽에 배치된 제1 다이크로익 필터; 그리고 상기 출사창의 제2 측벽에 배치된 제2 다이크로익 필터를 포함하며, 상기 제1 다이크로익 필터는 상기 제1 라이트 빔의 파장에 대응하는 제1 파장의 라이트 빔을 투과시키고 상기 제2 라이트 빔의 파장에 대응하는 제2 파장의 라이트 빔을 반사하도록 구성되고, 상기 제2 다이크로익 필터는 상기 제2 파장의 라이트 빔을 투과시키고 상기 제1 파장의 라이트 빔을 반사하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 상기 광학 엔진은 기판의 표면 상에 배치되고 그리고 상기 회절 격자는 상기 기판과 마주하는 상기 출사창의 바닥 표면을 통해 상기 라이트 빔의 일부를 재지향시킨다.
일부 실시예에서, 상기 광학 엔진은 기판의 표면 상에 배치되고, 상기 회절 격자는 상기 주요 입력 표면과 주요 출력 표면 사이에서 연장되고 상기 기판으로부터 멀어지는 방향을 향하는 상기 출사창의 상부 표면을 통해 상기 라이트 빔의 일부를 재지향시킨다.
일부 실시예에서, 기 출사창의 주요 출력 표면은 상기 출사창의 주요 입력 표면에 대해 경사지고, 상기 라이트 빔은 상기 출사창의 주요 입력 표면에 입사한다.
본 개시내용은 첨부된 도면을 참조함으로써 당업자에게 더 잘 이해될 수 있고, 그의 수많은 특징 및 이점이 명백해진다. 다른 도면에서 동일한 참조 기호를 사용하면 유사하거나 동일한 항목을 나타낸다.
도 1은 일부 실시예에 따른 웨어러블 헤드업 디스플레이의 측면도의 블록도이다.
도 2는 일부 실시예에 따라 광학 엔진을 포함하는 레이저 프로젝터를 갖는 웨어러블 헤드업 디스플레이의 등각도이다.
도 3은 레이저 라이트의 일부를 광검출기로 재지향시키기 위한 별개의 픽오프 컴포넌트를 포함하는 레이저 프로젝터의 평면도의 블록도이다.
도 4는 일부 실시예에 따라 홀로그래픽 회절 격자를 갖는 출사창을 포함하는 광학 엔진을 갖는 레이저 프로젝터의 평면도의 블록도이다.
도 5는 일부 실시예에 따라 반사 표면-릴리프(surface-relief) 회절 격자를 갖는 출사창을 포함하는 광학 엔진을 갖는 레이저 프로젝터의 평면도의 블록도이다.
도 6은 회절 격자를 갖는 출사창을 포함하는 광학 엔진을 갖는 레이저 프로젝터의 평면도의 블록도이며, 여기서 회절 격자에 입사하는 레이저 라이트의 일부는 일부 실시예에 따라 출사창의 양쪽 측면을 통해 그리고 각각의 컬러 필터를 통해 측면과 정렬된 광검출기를 향하여 재지향된다(방향이 바뀜).
도 7은 회절 격자를 갖는 출사창을 포함하는 광학 엔진을 갖는 레이저 프로젝터의 측면도의 블록도이며, 회절 격자에 입사하는 레이저 라이트의 일부는 일부 실시예에 따라 출사창이 배치되는 기판에 임베딩된 광검출기를 향해 출사창의 바닥 표면을 통해 재지향된다.
도 8은 회절 격자를 갖는 출사창을 포함하는 광학 엔진을 갖는 레이저 프로젝터의 측면도의 블록도이며, 회절 격자에 입사된 레이저 라이트의 일부는 일부 실시예에 따라, 출사창의 바닥 표면을 통해, 출사창이 배치된 기판의 관통 개구부를 통해 그리고 출사창으로부터 기판의 반대쪽에 배치된 광검출기를 향하여 재지향된다.
도 9는 회절 격자를 갖는 출사창을 포함하는 광학 엔진을 갖는 레이저 프로젝터의 측면도의 블록도이며, 여기서 출사창은 제1 기판 상에 배치되고, 일부 실시예에 따라 회절 격자에 입사하는 레이저 라이트의 일부는 출사창의 상부 표면을 통해 출사창의 상부 표면 위에 위치된 제2 기판 상에 배치된 광검출기를 향하여 재지향된다.
도 10은 실시예에 따라 출사창의 바닥 표면으로부터 출사창의 상부 표면까지 위쪽 및 바깥쪽으로 경사지는 주요 출력 표면을 갖는 출사창의 사시도 및 측면도를 도시한다.
도 11은 실시예에 따라 출사창의 상부 표면으로부터 출사창의 바닥 표면까지 하향(아래쪽) 및 외측(바깥쪽)으로 경사진 주요 출력 표면을 갖는 출사창의 사시도 및 측면도를 도시한다.
도 12는 실시예에 따라 출사창의 좌측 표면으로부터 출사창의 우측 표면으로 오른쪽 및 바깥쪽으로 경사진 주요 출력 표면을 갖는 출사창의 사시도 및 측면도를 도시한다.
[발명을 실시하기 위한 구볼륨인 내용]
본 발명은 광 세기 및/또는 레이저 출력 파워 측정(예를 들어, 모니터링) 능력뿐만 아니라 레이저 기반 광학 엔진을 갖는 레이저 프로젝터를 제공하기 위한 시스템 및 방법을 설명한다. 본 명세서에 기술된 다양한 실시예에 따르면, 레이저 프로젝터의 광학 엔진은 인클로저에 둘러싸일 수 있는(예: 부분적으로 또는 완전히 밀봉) 적어도 하나의 레이저 소스(예를 들어, 레이저 다이오드 또는 복수의 레이저 다이오드)를 포함한다. 인클로저(enclosure)는 측벽 또는 상부 표면 중 하나와 통합될 수 있거나 측벽 또는 상부 표면 중 하나를 형성하는 광학 창(본 명세서에서 "출사창(exit window)"이라고도 함)을 포함할 수 있다. 레이저 소스에서 출력되는 레이저 라이트 빔은 레이저 프로젝터의 활성 동작 중에 인클로저를 빠져나가기(출사) 위해 출사창을 통과할 수 있다. 광학 엔진은 전력 모니터링을 위해 상대적으로 작은 기판 영역을 지원하여 광학 엔진의 전체 크기를 줄일 수 있다. 따라서 레이저 프로젝터 또는 광학 엔진은 웨어러블 헤드업 디스플레이 또는 기타 헤드 마운트 디스플레이를 비롯한 다양한 디스플레이 디자인에 유연하게 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 출사창을 통과한 후, 라이트 빔은 각각의 시준 렌즈(collimating lenses)를 통해 다이크로익 필터(dichroic filter)/빔 결합기로 전달되고, 여기에서 상이한 파장의 라이트 빔이 결합된다. 결합된 라이트 빔은 그 후 스마트 안경의 홀로그램 렌즈 또는 다른 유형의 웨어러블 헤드업 디스플레이와 같은 물체의 디스플레이 표면을 통해 라이트 빔을 투사하는 하나 이상의 스캐닝 요소로 향할 수 있다. 여기에 설명된 다양한 실시예는 웨어러블 헤드업 디스플레이와 관련하여 제공되지만, 본 발명의 레이저 프로젝터 및 광학 엔진은 프로젝션 엔진, 라이다 시스템(lidar systems), 감지 시스템, 거리 측정 시스템(ranging systems), 외부 공동 레이저 다이오드(예: 통합 강도 안정화 서보(integrated intensity stabilization servo)) 등과 같은 다른 시스템에 대신 포함될 수 있음을 이해해야 한다.
일반적으로 레이저 프로젝터의 광학 엔진의 레이저 소스의 레이저 출력 전력을 모니터링하는 것이 바람직하며, 이는 투사된 이미지 또는 비디오의 품질에 대한 제어를 개선하고 그리고 레이저 출력 전력의 실시간 또는 거의 실시간 측정에 기초하여 광학 엔진의 최대 출력 전력을 동적으로 제한하기 위해 레이저 프로젝터를 포함하는 장치의 제어기 또는 프로세서를 가능하게 한다. 예를 들어, 레이저 출력 전력 모니터링은 이러한 웨어러블 장치에서 일반적으로 제한된 전력 및 공간(예: 볼륨) 가용성으로 인해 웨어러블 헤드업 디스플레이에 사용되는 레이저 프로젝터의 설계에 특히 중요한 경향이 있다. 레이저 출력 전력 모니터링 기능을 갖춘 레이저 프로젝터를 설계하는 기존 방법은 레이저 프로젝터 기판에 상대적으로 큰 풋프린트를 필요로 하며, 이는 포토다이오드와 같은 광검출기의 배치, 픽오프 미러와 같은 광학 컴포넌트의 배치 및 광검출기에 대한 명확한 광학 경로를 유지하기 위한 전용 인쇄 회로 기판(PCB)일 수 있다. 경우에 따라 이 풋프린트는 광학 엔진 자체의 공간만큼 클 수 있다. 따라서, 레이저 프로젝터의 광학 엔진에 대한 레이저 출력 전력 모니터링을 구현하는 광검출기(들) 및/또는 광학 컴포넌트(들)(때때로 본 명세서에서는 "레이저 출력 전력 모니터링 컴포넌트(들)"이라고 총칭함)이 차지하는 기판 영역을 줄이는 것이 유리할 것이다.
여기에 설명된 시스템, 장치 및 기술은 예를 들어 출사창의 주요 출력 표면 상에 또는 내부에 배치될 수 있고 그리고 레이저 소스(들)에 의해 출력된 레이저 라이트 빔(들)으로부터의 입사광의 일부를 하나 이상의 광검출기로 재지향(redirect)(예를 들어, 회절을 통해)시킬 수 있는 회절 격자를 갖는 광학 엔진의 인클로저의 출사창을 이용함으로써, 레이저 전력 출력 모니터링 컴포넌트에 필요한 기판 영역의 감소를 제공할 수 있으며, 하나 이상의 광검출기는 포토다이오드일 수 있고, 출사창의 하나 이상의 표면을 통해 배치될 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 출사창은 출사창에 배치되거나 형성될 수 있고 레이저 소스로부터의 입사광을 하나 이상의 광검출기로 재지향시키는 회절 격자를 포함한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 광검출기는 회절 격자에 의해 재지향되고 그리고 출사창의 한쪽 또는 양쪽 측벽을 통해 출력되는 광을 수신하기 위해 기판의 상부 표면(top surface) 상에 배치될 수 있다. 출사창의 "측벽(side wall)" 또는 "측면(side surface)"은 출사창의 주요 입력 표면과 광학 엔진이 배치되는 기판의 표면과 교차하는(예: 기판의 표면에 수직인) 평면을 정의하는 출사창의 주요 출력 표면 사이에서 연장되는 출사창의 표면으로 정의(defined)될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 광검출기가 출사창 아래에 배치되고 기판에 완전히 또는 부분적으로 임베딩되어, 하나 이상의 광 검출기가 회절 격자에 의해 재지향되고 출사창의 바닥 표면을 통해 출력되는 광을 수신할 수 있다. 일부 실시예에서, 출사창은 기판의 제1 측면상에 배치되고, 포토다이오드일 수 있는 하나 이상의 광검출기는 기판의 제1 측면과 대향하는 제2 측면 상의 출사창 아래에 배치될 수 있고, 하나 이상의 광검출기가 회절 격자에 의해 재지향되고 출사창의 바닥 표면을 통해 출력되는 광을 수신하며, 이는 하나 이상의 광검출기에 도달하기 위해 기판의 전체 두께를 통해 연장되는 하나 이상의 개구부를 통과한다. 일부 실시예에서, 상기 하나 이상의 광검출기는 상기 창(윈도우)가 배치된 제1 기판의 표면과 대향하는 제2 기판의 표면상에서 상기 출사창 상부에 배치될 수 있어, 하나 이상의 광검출기가 회절 격자에 의해 재지향되고 창의 상부 표면을 통과하는 광을 수신하도록 한다.
출사창은 일반적으로 직육면체 모양일 수 있지만, 레이저 소스에 의해 출력된 레이저 라이트 빔이 전파되는 각각의 축(즉, 각각의 메인 기본 축)에 대해 직교하지 않도록 출사창의 주요 출력 표면 (즉, 레이저 소스에서 출력된 레이저 라이트 빔이 통과하는 표면)을 경사지게(slant) 하는 것이 유리할 수 있다. 출사창의 주요 출력 표면을 경사지게 함으로써, 회절 격자에 의해 다시 레이저 소스로 재지향(방향이 바뀌는)되는 광의 피드백은 실질적으로 직육면체인 출사창의 피드백에 비해 감소된다. 일부 실시예에서, 출사창의 주요 출력 표면은 출사창의 바닥 표면에서 출사창의 상부 표면까지 위로 그리고 바깥쪽으로 경사질 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 출사창의 주요 출력 표면은 상기 출사창의 상부 표면에서 상기 출사창의 바닥 표면까지 외측으로 하향 경사질 수 있고, 여기서 바닥 표면(bottom surface)은 광학 엔진이 배치되는 기판의 표면을 향하고 그리고 상부 표면(top surface)은 그 기판으로부터 멀어지는 방향을 향한다. 일부 실시예에서, 출사창의 주요 출력 표면(primary output surface)은 출사창의 제1 측면에서 출사창의 제2 측면으로 외측으로 경사(slanted outward)질 수 있다.
도 1은 스캐닝 레이저 프로젝터일 수 있는 레이저 프로젝터(110)를 사용하는 웨어러블 헤드업 디스플레이(WHUD)(100)의 측면도를 도시하는 예시도이다. 예를 들어, WHUD(100)는 스마트 글래스 또는 가상 현실(VR) 헤드셋일 수 있다. 레이저 프로젝터(110)는 적색 레이저 다이오드(도 1에서 "R"로 표시됨), 녹색 레이저 다이오드(도 1에서 "G"로 표시됨), 및 청색 레이저 다이오드(도 1에서 "B"로 표시됨)를 포함하는 광학 엔진(111) 그리고 2개의 자유축을 중심으로 제어가능하게 회전할 수 있는 스캔 미러(112)를 포함한다. 2개의 자유축에 대해 회전 가능한 단일 스캔 미러(112)는 여기서 예시적인 예로서만 사용되며, 당업자는 2개의 스캔 미러가 각각 2개의 직교 자유축 중 각각의 자유축에 대해 제어가능하게 회전하고 각각 레이저 라이트(120)의 광학 경로에 대해 순서대로 배치되는 구성과 같은, 유사한 기능이 다른 미러 구성을 사용하여 실현될 수 있음을 이해할 것이다. 레이저 프로젝터(110)에 의해 출력되는 레이저 라이트(120)은 적색 레이저 라이트(적색 레이저 다이오드에 의한 출력), 녹색 레이저 라이트(녹색 레이저 다이오드에 의한 출력) 및/또는 청색 레이저 라이트(청색 레이저 다이오드에 의한 출력)의 변조된 조합을 포함할 수 있다. 스캔 미러(112)로부터 반사된 레이저 라이트(120)은 레이저 라이트(120)을 다시 사용자의 눈(190)을 향하도록 재지향시키는 홀로그램 광학 소자("HOE")(130) 상에 입사된다. 일반적으로, 본 명세서에서 "사용자"라는 용어는 레이저 프로젝터를 포함하는 장치의 사용자를 지칭한다. 도 1의 특정 컨텍스트에서, "사용자"라 함은 WHUD(100)를 착용하거나 사용하는 사람을 의미한다. 당업자는 WHUD(100)가 사용자의 머리에 착용될 때 적어도 HOE(130)가 사용자의 적어도 하나의 눈(190)의 시야(field of view) 내에 위치하도록, WHUD(100)가 지지 프레임 및/또는 사용자가 도 1에 도시된 요소를 착용할 수 있게 하는 다른 지지/정렬 구조(들)(클러터를 줄이기 위해 도 1에 도시되지 않음)를 포함할 수 있음을 이해할 것이다.
HOE(130)는 레이저 라이트(120)에 대해 HOE(130)의 반대측으로부터 입사하는 환경 광(140)에 대해 실질적으로 광학적으로 투명할 수 있다(즉, 환경 광(140)을 구성하는 대부분의 파장에 대해 광학적으로 투명함). HOE(130)는 투사된 레이저 라이트(120)과 외부 환경 광(140)을 사용자 시야에 효과적으로 결합시키기 때문에, HOE(130)는 "투명 결합기(transparent combiner)", "홀로그래픽 광학 결합기(holographic optical combiner)" 또는 이와 유사한 것과 같은 "결합기" 또는 관련 변형으로 지칭될 수 있다. WHUD(100)의 지지 프레임(도 1에 도시되지 않음)이 안경의 일반적인 형상, 외형 및/또는 기하학을 갖는 경우, HOE(130)는 WHUD(100)의 하나 이상의 투명 렌즈(들)(예: 하나 이상의 PL(prescription lenses) 또는 하나 이상의 비-PL(non-prescription lenses))에 탑재될 수 있다.
일부 실시예에서, WHUD(100)는 함께 눈 추적 기능을 수행하는 컴퓨터 프로세서 및 카메라 또는 다른 센서와 같은 하나 이상의 컴포넌트를 포함할 수 있다. 일반적으로 HOE(130)(즉, 디스플레이 표면)에 투사되는 이미지 또는 비디오를 더 잘 제어하고 WHUD(100)의 최대 출력을 제한하기 위해 레이저 프로젝터(110)에서 레이저 출력을 모니터링하는 것이 바람직하다. 레이저 프로젝터(110)와 같은 레이저 프로젝터에서 레이저 출력 전력을 모니터링하는 것은 전형적으로 레이저 라이트(120)의 일부를 온칩(on-chip) 광검출기로 재지향시키기 위해 개별 픽오프 컴포넌트를 사용하여 수행된다. 그러나 이러한 레이저 출력 전력 모니터링 방식은 레이저 프로젝터 기판에 상대적으로 큰 풋프린트(footprint)를 필요로 한다. 레이저 출력 전력 모니터링 컴포넌트의 풋프린트를 줄이기 위해, 광학 엔진(111)의 컴포넌트 중 일부 또는 전부를 포함하는 인클로저의 출사창은 레이저 라이트(120)의 일부를 출사창의 상부, 바닥(하부) 또는 측벽을 통해 출사창의 상부, 하부 또는 측벽의 광학 경로를 가로질러 배치된 하나 이상의 광검출기로 재지향시키도록 구성된다. 예를 들어, 광학 엔진(111)은 인클로저의 출사창 상에 또는 출사창 내에 회절 격자를 포함할 수 있으며, 회절 격자는 포토다이오드일 수 있는 하나 이상의 광검출기를 향해 레이저 라이트(120)의 일부를 재지향시키고, 이는 레이저 프로젝터(110)의 광학 엔진(111)의 레이저 출력 전력이 (예를 들어, 컴퓨터 프로세서 또는 WHUD(100)의 고정 또는 프로그래밍 가능한 논리 회로에 의해) 후속적으로 유도될 수 있는 재지향된 광의 세기를를 검출한다. 레이저 라이트의 일부를 재지향시키기 위해, 광학 엔진(111)과 같은 광학 엔진의 출사창을 사용하기 위한 다양한 접근법이 도 4-9의 다양한 실시예에서 아래에 제공된다.
도 2는 본 시스템, 장치(디바이스) 및 방법에 따른 레이저 프로젝터(202)를 갖는 웨어러블 헤드업 디스플레이(WHUD)(200)의 개략도이다. WHUD(200)는 사용 시 사용자의 머리에 착용되는 안경의 모양과 외관을 가진 지지 구조(204)를 포함한다. 지지 구조(204)는 안경 렌즈(206), 투명 결합기(208), 레이저 프로젝터(202) 및 제어기 또는 프로세서(210)를 포함하는 복수의 컴포넌트를 캐리(carry)한다. 일부 실시예에서, 레이저 프로젝터(202)는 도 1 및 도 4-9의 레이저 프로젝터(110, 400, 500, 600, 700, 800 또는 900) 중 하나 이상과 유사하거나 동일할 수 있다. 예를 들어, 레이저 프로젝터(202)는 광학 엔진(111, 402, 502, 602, 702, 802, 902)과 같은 광학 엔진을 포함할 수 있다. 레이저 프로젝터(202)는 전술한 바와 같이 프로젝터(202)의 동작을 제어하는 제어기(210)(예를 들어, 마이크로프로세서)에 통신가능하게 결합될 수 있다. 제어기(210)는 비일시적 프로세서 판독 가능 저장 매체를 포함하거나 통신 가능하게 연결될 수 있으며, 제어기는 레이저 프로젝터(202)의 동작을 제어하기 위해 비일시적 프로세서 판독 가능 저장 매체(예: ROM, RAM, FLASH, EEPROM, 메모리 레지스터, 자기 디스크, 광 디스크, 기타 스토리지와 같은 메모리 회로)로부터 데이터 및/또는 명령어를 실행할 수 있다.
WHUD(200)의 동작에 있어서, 제어기(210)는 레이저 프로젝터(202)가 레이저를 조사하도록 제어한다. 도 1을 참조하여 전술한 바와 같이, 레이저 프로젝터(202)는 적어도 하나의 제어 가능한 미러(도 2에는 도시되지 않음)를 통해 투명 결합기(208)를 향해 레이저 라이트(예를 들어, 도 1의 레이저 라이트(120))의 집성 빔(aggregate beam)을 생성하고 지향시킨다. 집성 빔은 투명 결합기(208)에 의해 사용자 눈의 시야를 향하여 지향된다. 투명 결합기(208)는 사용자의 눈에 입사하는 레이저 라이트의 스폿이 투명 결합기(208)에서의 스폿과 적어도 거의 동일한 크기 및 형상이 되도록 집성 빔을 시준할 수 있다. 투명 결합기(208)는 적어도 하나의 홀로그래픽 광학 요소를 포함하는 홀로그래픽 결합기일 수 있다.
레이저 프로젝터(202)의 광학 엔진은 출사창을 갖는 인클로저를 포함할 수 있고, 여기서 광학 엔진의 하나 이상의 컴포넌트(예: 레이저 라이트을 출력하는 레이저 다이오드)는 인클로저 내에 배치되고 그리고 인클로저에 의해 완전히 또는 부분적으로 밀봉된다. 출사창은 출사창의 표면(예: 레이저 다이오드에서 출력되는 대부분의 레이저 라이트이 인클로저를 빠져나가는(출사하는) 주요 출력 표면)에 통합되거나 그 표면에 배치되는 회절 격자를 포함할 수 있다. 레이저 라이트의 일부는 회절 격자에 의해 포토다이오드일 수 있고 레이저 라이트의 재지향된 부분의 광 세기를 측정하는 하나 이상의 광검출기로 재지향된다. 제어기(110)는
하나 이상의 포토다이오드에 의해 검출된 레이저 라이트의 재지향된 부분의 광 세기인 레이저 출력 전력을 결정하고 그리고 검출된 레이저 출력 전력에 기초하여 레이저 프로젝터의 최대 출력 전력을 선택적으로 제한하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기(210)는 검출된 레이저 출력 전력에 적어도 부분적으로 기초하여 레이저 프로젝터에 의한 이미지 또는 비디오의 투사(프로젝션)를 제어하도록 부가적으로 또는 대안적으로 구성될 수 있다. 예를 들어 레이저 출력 전력을 모니터링하여, 제어기(110)는 레이저 프로젝터(202)에 의해 출력되는 레이저 라이트 빔의 전체 및 색상별 밝기 강도를 실시간 또는 거의 실시간으로 결정할 수 있고, 그리고 제어기(110)는 결정된 밝기 강도에 기초하여 레이저 프로젝터(202)가 출력하는 레이저 라이트 빔의 전체 밝기 및 색상 균형을 제어할 수 있다.
도 3은 레이저 라이트을 광검출기(PD)(310)로 재지향시키기 위해 픽오프(pickoff) 컴포넌트(320)를 이용하는 레이저 프로젝터(300)를 도시한다. 레이저 프로젝터(300)는 청색(B), 녹색(G) 및 적색(R)을 포함하는 광학 엔진(302), 각각의 레이저 라이트 빔(330)을 출력하는 레이저 소스(312-1, 312-2, 312-3)를 포함한다. 라이트 빔은 시준되고, 결합되고, 결합된 레이저 라이트 빔을 WHUD의 렌즈와 같이객체의 디스플레이 영역에 투사하는 스캐닝 요소(308)로 지향되고, 결합된 레이저 라이트 빔에 표시된 이미지 또는 비디오를 사용자가 볼 수 있다. 라이트 빔(330)은 광학 엔진(302)과 스캐닝 요소(308) 사이의 광학 경로에 배치된 픽오프 컴포넌트(320)를 통해 지향된다. 픽오프 컴포넌트(320)는 레이저 라이트 빔(330)의 일부인 광(332)(본 명세서에서 때때로 "리디렉션된(재지향된) 레이저 라이트(332)"이라 함)을 PD(310)로 재지향(리디렉션)시키고, PD(310)는 재지향된 레이저 라이트(332)의 세기(강도)를 측정한다. 측정된 광 세기는 광학 엔진(302)의 레이저 출력 전력을 계산하고 모니터링하는 데 사용된다. 광학 엔진(302), 스캐닝 요소(들)(308), 픽오프 컴포넌트(320) 및 PD(310)는 예를 들어 인쇄 회로 기판(PCB)일 수 있는 기판(301) 상에 모두 배치된다.
픽오프 컴포넌트(320), PD(310), 및 픽오프 컴포넌트(320)와 PD(310) 사이의 광학 경로 주변의 기판(301)의 영역(340)은 일반적으로 크고(예를 들어, 광학 엔진(302)의 면적과 대략 동일한 크기), 다른 컴포넌트의 배치를 위해 사용될 수 있거나 레이저 프로젝터(300)에 필요한 전체 기판 영역을 줄이기 위해 레이저 프로젝터(300)에서 생략될 수 있는 공간을 많이 차지한다. 도 4 내지 도 9의 실시예에 기술된 기술은 픽오프 컴포넌트(120)를 필요로 하지 않고, 대신에 광학 엔진 인클로저의 출사창의 하나 이상의 상부, 하부(바닥) 또는 측벽을 통해 광을 재지향시킴으로써, 따라서 레이저 출력 전력 모니터링에 필요한 기판 영역을 유리하게 줄인다.
도 4는 홀로그래픽 회절 격자를 사용하여 광다이오드일 수 있는 광검출기를 향하여 광을 재지향시키는 예시적인 레이저 프로젝터(400)를 도시한다. 구체적으로, 레이저 프로젝터(400)는 모두 기판(401) 상에 배치된 광학 엔진(402), 시준 렌즈(collimating lenses)(404), 다이크로익 필터/결합기(406), 하나 이상의 스캐닝 요소(408) 및 PD(410)를 포함한다. 기판(401)은 예를 들어 인쇄 회로 기판(PCB)일 수 있다.
광학 엔진(402)은 청색 레이저 소스(412-1), 녹색 레이저 소스(412-2), 적색 레이저 소스(412-3)을 포함한다. 레이저 소스(412)는 각각 하나 이상의 레이저 다이오드를 포함할 수 있다. 각각의 레이저 소스(412)는 그 레이저 소스(412)에 대해 표시된 각각의 색상(적색, 녹색 또는 청색)에 대응하는 좁은 파장 대역에서 각각의 레이저 라이트 빔(430)을 방출하도록 구성될 수 있다. 일부 대안적인 실시예에서, 적외선(IR) 파장 대역에서 광을 방출하도록 구성된 제4 레이저 소스가 광학 엔진(402)에 포함될 수 있다.
광학 엔진(402)은 내부 볼륨을 완전히 또는 부분적으로 밀봉하는 인클로저(403)를 더 포함하고, 여기서 레이저 소스는 해당 내부 볼륨 내에 배치된다. 인클로저(403)는 레이저 프로젝터(400)의 동작 중에 레이저 소스(412)에 의해 방출된 레이저 라이트 빔(430)이 통과하는 출사창(414)을 포함한다. 일부 실시예에서, 기판(401)의 일부는 인클로저(403) 바닥(floor)의 일부 또는 전부를 형성한다. 인클로저(403)의 측벽 및 일부 실시예에서 출사창(414)은 예를 들어, 접착제로 기판(401)에 부착되고, 접착제는 인클로저(403)의 요소와 기판(401) 사이에 부분적 또는 완전한 밀폐 밀봉을 형성할 수 있다. 일부 대안적인 실시예에서, 유리 납땜, 유리 프릿(glass frit) 및 양극 접합(본딩)과 같은 다른 접착 및 밀봉 방법이 인클로저(403)를 기판(404)에 부착하고 밀봉하는 데 사용될 수 있다. 출사창(414)과는 별개로, 인클로저(403)는 외부 광이 인클로저(403)에 들어가는 것을 차단하고 그리고 레이저 라이트이 임의의 다른 개구부를 통해 인클로저(403)에서 나가는(출사) 것을 방지하기 위해 불투명할 수 있다. 예를 들어, 인클로저(403)의 천장, 바닥(floor) 및 측벽(다시, 출사창(414) 제외)은 불투명할 수 있다. 본 예에서, 출사창(414)은 인클로우저(403)의 일 측벽의 전부 또는 일부를 형성하고 그리고 레이저 소스(412)에 의해 출력되는 레이저 라이트 빔의 광학 경로에 배치된다. 일부 대안적인 실시예에서, 출사창(414)은 인클로저(403)의 상부 표면의 일부를 형성하고(즉, 기판(401)의 반대편에 배치되고 기판(401)에 수직하지 않게 정렬됨), 인클로저(403)에 둘러싸인 하나 이상의 미러(거울)(도시하지 않음)는 레이저 소스(412)로부터 출사창(414)을 통해 인클로저(403)의 상부 표면을 향해 광을 반사한다. 출사창(414)은 레이저 소스(412)를 향하는 주요 입력 표면에서 레이저 라이트 빔(430)을 수용하고 그리고 주요 입력 표면에 대향 배치된 주요 출력 표면을 통해 라이트 빔(430)을 출력한다.
출사창(414)의 주요 출력 표면을 출사한 후, 레이저 라이트 빔(430)은 시준 렌즈(404)에 의해 시준되어, 각각의 레이저 라이트 빔(430)은 다이크로익 필터/결합기(406)에 포커싱하기 위해 최소 확산(minimal spread)으로 정렬된다. 일부 대안적인 실시예에서, 다이크로익 필터(dichroic filter)/결합기(combiner)(406) 대신에 하나 이상의 편광 빔 스플리터가 사용될 수 있다. 다이크로익 필터/결합기(406)는 레이저 라이트 빔(430)을 단일의 결합된 빔으로 결합하고 결합된 빔을 스캐닝 요소(408) 쪽으로 재지향시키며, WHUD의 렌즈와 같은 객체의 디스플레이 영역에 결합된 빔을 투사하여 결합된 빔에 표시된 이미지 또는 비디오를 사용자가 볼 수 있다.
출사창(414)은 레이저 라이트 빔(430)의 일부인 라이트(광)(432)(때때로 본 명세서에서 "리디렉션된 레이저 라이트(432)으로 지칭됨)를, 재지향된 라이트(광)의 일부 또는 전부의 광학 경로와 오른쪽 측벽 근처에 배치된 PD(410)를 향해, 출사창(414)의 측벽(예를 들어, 도 4에 도시된 배향에 대한 우측 벽)을 통해 재지향(예를 들어, 회절을 통해)시키도록 치수화된 홀로그래픽 회절 격자(416)를 포함한다. PD(410)는 재지향된 레이저 광(라이트)(432)의 세기(강도)를 측정한다. 측정된 광 세기는 PD(410)에 연결된 제어기 또는 마이크로프로세서에 제공되며, 이는 광학 엔진(402)의 레이저 출력 전력을 계산 및 모니터링하고, 광학 엔진(402)의 계산된 레이저 출력 전력에 기초하여 광학 엔진(402)의 최대 레이저 출력 전력을 제한할 수 있다. 회절 격자는 감산 방법(subtractive methods), 가산 방법(additive methods), 홀로그래피(예: 편광 홀로그래피) 또는 이들의 조합과 같은 다양한 방법에 의해 형성될 수 있는 주기적인 구조이다. 주어진 회절 격자는 회절 격자가 들어오는 광에 대해 어떻게 배향되는지에 따라 반사 모드(즉, "반사 회절 격자") 또는 투과 모드(즉, "투과 회절 격자")로 배향될 수 있다. 회절 격자는 회절 격자가 반응하는 광의 입사각 및 파장의 범위에 대해 협대역 또는 광대역일 수 있다. 주어진 회절 격자에 대한 제조 방법은 일반적으로 회절 격자에 필요한 피처 크기 및 시스템의 다른 부분과의 통합 및/또는 회절 격자 자체의 사용 사례에 따라 달라진다. 회절 격자를 제조하는 일부 방법은 반도체 공정을 사용하여 기판 상의 격자의 주기적인 구조를 에칭 및/또는 리소그래피(예를 들어, 나노임프린트 리소그래피, 직접 자외선(UV) 리소그래피, 그레이스케일 리소그래피 등을 통해)로 정의하는 것을 포함한다. 이러한 격자는 본 명세서에서 "표면-릴리프(surface-relief)" 회절 격자로 지칭된다. 예를 들어, 감산 격자(subtractive grating)는 스타일러스(예: 다이아몬드 스타일러스)를 사용하거나 다른 재료 종속 반도체 제조 기술을 사용하여 기판에 홈을 파서 만들 수 있다. 홀로그래피와 같은 회절 격자를 위한 다른 제조 방법은 격자의 주기적인 구조를 정의하기 위해 감광성 재료에서 간섭되는 다중 간섭성 광원을 사용한다. 홀로그램 격자는 입사광이 브래그(Bragg) 조건을 만족할 때 다른 격자 유형보다 훨씬 더 높은 효율을 가질 수 있다. 예를 들어, 가장 간단한 홀로그램 회절 격자는 일반적으로 정재파 패턴이 기판에 노출된 두 레이저 빔의 간섭 프린지 필드에 의해 형성되며, 그런 다음 일반적으로 사인파 단면을 갖는 라인 패턴을 형성하도록 처리된다. 회절 격자가 형성되는 기판은 유전체, 반금속, 반도체, 금속, 결정질, 유리, 유기 또는 무기 재료 또는 이들의 적용가능한 조합을 포함할 수 있다.
유형에 관계없이 회절 격자는 광의 입사각과 광의 파장에 따라 달라지는 각도로 입사광을 반사한다. 본 실시예에서, 입사 레이저 라이트 빔(430)의 작은 부분만이 홀로그래픽 회절 격자(416)로부터 반사되고, 광의 나머지는 출사창(414)의 주요 출력 표면을 통해 출력된다. 일부 실시예에서, 홀로그래픽 회절 격자(416)는 볼륨 위상 홀로그래픽 격자(VPHG: volume phase holographic grating)이다. 일부 실시예에서, 홀로그래픽 회절 격자(416)는 반사 모드에서 동작하고 하나 이상의 원하는 공진 파장 각각에 대해 협대역 응답을 제공하는 두꺼운 볼륨 홀로그래픽 필름(thick volume holographic film)을 포함하며, 각각의 공진 파장에 대해 두꺼운 볼륨 홀로그래픽 필름(예를 들어, 약 0.001 내지 약 0.1의 굴절률 변조를 갖는 약 20 내지 200㎛ 두께)에 개별 격자가 포함된다. 일부 실시예에서, 홀로그램 회절 격자(416)는 파장 및 발산의 소스 파라미터의 가변성과 이러한 파라미터에 대한 원하는 감도에 따라 반사 모드 또는 투과 모드에서 동작하는 얇은 볼륨 홀로그램 필름(예를 들어, 약 0.001의 굴절률 변조를 갖는 약 1㎛ 두께)을 포함하며, 각 공진 파장에 대해 얇은 볼륨 홀로그램 필름에 별도의 격자가 포함되어 있다. 홀로그래픽 회절 격자(416)의 회절 요소는 레이저 라이트 빔(430)의 전파의 기본 방향과 평행한 방향으로 연장하는 것으로 도시되어 있지만, 이러한 요소는 기울어질 수 있거나 레이저 라이트 빔의 일부의 원하는 반사/회절 방향을 달성하기 위해 요구되는 바와 같이 레이저 라이트 빔의 전파의 기본 방향에 대해 경사진 하나 이상의 표면을 포함할 수 있음을 이해해야 한다.
일부 실시예에서, 출사창(414) 내에서 발생하는 내부 반사량을 증가시키기 위해, 출사창(414)의 상부 표면, 하부 표면 또는 좌측 벽면 중 하나 이상에 반사 코팅이 적용될 수 있으며, 이는 출사창(414)의 우측벽을 통해 PD(410)를 향해 출력되는 광(432)의 양을 유리하게 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 출사창(414)의 이러한 표면에 반사 코팅을 추가하면 회절 격자(416)의 내부 전반사(TIR: total internal reflection) 조건에서 깨질 수 있는 광의 일부를 재지향할 수 있으며, 이는 회절 격자(416) 상의 입사광의 일부의 각도로 인해 회절 격자(416)의 임계 각도보다 작거나 출사창(414)과 다른 컴포넌트(예를 들어, 접착제, 기판(401), 인클로저(403) 등) 사이의 접촉으로 인해 발생할 수 있다.
일부 실시예에서, 홀로그래픽 회절 격자(416)의 하나 이상의 부분은 레이저 라이트 빔(430)의 하나 이상의 색상에 대응하는 각각의 공진 파장을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 녹색 레이저 라이트 빔(430)의 광학 경로에 있는 홀로그래픽 회절 격자(416)의 제1 부분은 녹색 레이저 라이트 빔(430)의 파장과 일치하는 제1 피크 공진 파장으로 구성될 수 있고(예를 들어, 약 510 내지 570nm 사이), 청색 레이저 라이트 빔(430)의 광학 경로에 있는 홀로그래픽 회절 격자(416)의 제2 부분은 청색 레이저 라이트 빔(430)의 파장과 일치하는 제2 피크 공진 파장으로 구성될 수 있고(예를 들어, 약 360 내지 480nm 사이), 적색 레이저 라이트 빔(430)의 광학 경로에 있는 홀로그래픽 회절 격자(416)의 제3 부분은 적색 레이저 라이트 빔(430)의 파장과 일치하는 제3 피크 공진 파장으로 구성될 수 있다(예를 들어, 약 650 내지 670nm 사이). 홀로그래픽 회절 격자(416)를 그 길이를 따라 각각 다른 공진 파장을 갖는 부분으로 분할하도록 조정(tailoring)함으로써, 이러한 방식으로 레이저 라이트 빔(430) 중 상이한 하나의 파장에 각각 대응하므로, PD(410)의 응답성 향상 및 PD(410)까지의 경로 길이 감소가 달성될 수 있다. 예를 들어, 각 색상에 대해 회절 격자(416)를 특별히 조정함으로써, PD(410)에 도달하는 회절된 광의 양이 가장 효율적인 각도에서 광을 회절시켜 광학 경로의 손실을 최소화하므로, 최대화될 수 있거나 그렇지 않으면 증가될 수 있다. 예를 들어, 회절 격자(416)에 색상 특정 부분을 제공함으로써, 출사창(414) 내의 TIR 바운스의 수가 감소될 수 있거나, 레이저 라이트 빔(430)이 PD(410)를 향하여 더 양호하게 지향되어 모든 또는 실질적으로 모든 회절 광이 PD(410)에 도달할 수 있다.
일부 실시예에서, 시준 렌즈(collimating lens)(433)와 같은 하나 이상의 광학 요소는 출사창(414)의 우측 벽과 PD(410) 사이에 배치되어 광(432)을 PD(410)에 집중시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 그러한 광학 요소는 추가로 또는 대안적으로 포커싱 렌즈, 기하 광학, 또는 출사창(414)의 우측 벽의 출구 면에 인쇄되는 메타표면 광학을 포함할 수 있다.
도 5는 광다이오드일 수 있는 광검출기를 향해 광을 재지향시키기 위해 반사 표면-릴리프 회절 격자를 사용하는 예시적인 레이저 프로젝터(500)를 도시한다. 구체적으로, 레이저 프로젝터(500)는 모두 기판(501) 상에 배치된 광학 엔진(502), 시준 렌즈(504), 다이크로익 필터/결합기(506), 하나 이상의 스캐닝 요소(508) 및 PD(510)를 포함한다. 기판(501)은 예를 들어 PCB일 수 있다.
레이저 프로젝터(500)의 광학 엔진(502), 인클로저(503), 시준 렌즈(504), 다이크로익 필터/결합기(506), 스캐닝 요소(508), PD(510), 레이저 소스(512), 출사창(514) 및 레이저 라이트 빔(530)의 다양한 양태는 도 4의 레이저 프로젝터(400)의 대응하는 컴포넌트와 실질적으로 동일하며, 그리고 이러한 요소에 대한 이전 설명 중 일부는 간결함을 위해 여기에서 반복되지 않는다.
도 4의 레이저 프로젝터(500)와 레이저 프로젝터(400)의 차이점은 홀로그램 회절 격자보다는 출사창(514)에 또는 출사창(514) 상에 표면-릴리프 회절 격자(516)를 사용하는 것이다. 반사 표면-릴리프 회절 격자(516)는 표면(예를 들어, 출사창(514)의 주요 출력 표면)에서 릴리프 구조의 반복 패턴을 포함하고, 여기서 입사광은 광의 입사각과 광의 파장에 따라 달라지는 각도로 표면-릴리프 회절 격자에서 반사된다. 일부 실시예에서, 반사 표면-릴리프 회절 격자(516)는 블레이즈 반사(blazed reflective) 표면-릴리프 회절 격자일 수 있다. 일부 실시예에서, 반사 표면-릴리프 회절 격자(516)는 낮은 피쳐(low feature) 높이를 갖는 미세 피치 이진 격자(binary grating)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 반사 표면-릴리프 회절 격자(516)에 대한 격자 피치는 320nm와 440nm 사이이고 격자 높이는 약 2-300nm이다.
이진 격자 피치는 레이저 라이트 빔(530)의 입력 파장과 출사창(514)의 굴절률에 기초하여 선택된다. 예를 들어, 적색, 녹색 및 청색 입력 파장(예: 각각 610-660nm, 520-550nm 및 440-470nm)과 약 1.51의 출사창 굴절률에 대해, 이진 격자의 피치는 TIR에 있는 청색 입력 파장을 목표로 하는 약 440nm와 같을 수 있다. 격자 피치는 출사창(514)의 굴절률이 증가함에 따라 증가하고 굴절률이 감소함에 따라 감소한다. 각 격자의 높이는 격자에 사용되는 재료에 따라 다르다. 예를 들어, 약 1.51의 굴절률을 갖는 유리 출사창(514)의 직접 에칭 또는 나노임프린트 리소그래피를 위해, 이진 격자는 청색 파장에 대해 1% 결합 효율 및 적색 파장에 대해 0.5% 결합 효율을 달성하기 위해 각각 약 20nm의 높이를 가질 수 있다. 다른 예로서, 약 1.51의 굴절률을 갖는 유리 출사창(514)의 직접 에칭 또는 나노임프린트 리소그래피를 위해, 이진 격자는 청색 파장에 대해 8% 결합 효율을 달성하기 위해 각각 약 100nm의 높이를 가질 수 있다. 다른 예로서, 약 1.51의 굴절률을 갖는 유리 출사창(514)의 직접 에칭 또는 나노임프린트 리소그래피를 위해, 이진 격자는 청색 파장에 대해 약 2% 결합 효율 및 적색 파장에 대해 약 2% 결합 효율을 달성하기 위해 각각 약 200nm의 높이를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 반사 표면-릴리프 회절 격자를 사용하기보다는, 매우 낮은 충진율을 갖는 투과성 표면-릴리프 회절 격자는 격자의 플러스-마이너스 대칭성을 파괴하면서 유사하게 낮은 결합 효율을 달성하는 데 사용된다. 본 예에서, 반사 표면-릴리프 회절 격자(516)의 낮은 입력 파장 결합 효율로 인해, 입사 레이저 라이트 빔(530)의 작은 부분만이 반사 표면-릴리프 회절 격자(516)로부터 반사되고, 광의 나머지는 출사창(514)의 주요 출력 표면을 통해 출력된다.
반사 표면-릴리프 회절 격자(516)는 측벽(예를 들어, 출사창(514)의 도 5에 도시된 오리엔테이션(orientation)에 대한 우측 벽)을 통해 방향이 바뀌는(재지향되는) 광의 일부 또는 전부의 광경로에 있고 그리고 우측벽 근처에 배치된 PD(510)를 향하여 레이저 라이트 빔(530)의 일부인 광(라이트)(532)을 재지향하도록(예를 들어, 회절을 통해)(때때로 본 명세서에서 "리디렉션된 레이저 라이트(532)으로 지칭됨) 치수화된다. PD(510)는 재지향된 레이저 광(라이트)(532)의 세기를 측정한다. 측정된 광 세기는 PD(510)에 연결된 제어기 또는 마이크로프로세서에 제공되며, 이는 광학 엔진(502)의 레이저 출력 전력을 계산, 모니터링 및 조정하고, 광학 엔진(502)의 계산된 레이저 출력 전력에 기초하여 광학 엔진(502)의 최대 레이저 출력 전력을 제한할 수 있다.
일부 실시예에서, 출사창(514) 내에서 발생하는 내부 반사량을 증가시키기 위해 출사창(514)의 상부 표면, 하부 표면 또는 좌측벽 중 하나 이상에 반사 코팅이 적용될 수 있으며, 이는 PD(510)를 향해 출사창(514)의 우측벽을 통해 출력되는 광(532)의 양을 유리하게 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 출사창(514)의 이러한 표면에 반사 코팅을 추가하면 회절 격자(516)의 내부 전반사(TIR) 조건에서 깨질 수 있는 광의 일부를 재지향할 수 있으며, 이는 회절 격자(516) 상의 입사광의 일부의 각도로 인해 회절 격자(516)의 임계 각도보다 작거나 출사창(514)과 다른 컴포넌트(예를 들어, 접착제, 기판(501), 인클로저(503) 등) 사이의 접촉으로 인해 발생할 수 있다.
일부 실시예에서, 반사 표면-릴리프 회절 격자(516)의 하나 이상의 부분은 레이저 라이트 빔(530)의 하나 이상의 색상에 대응하는 각각의 공진 파장을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 녹색 레이저 라이트 빔(530)의 광학 경로에 있는 반사 표면-릴리프 회절 격자(516)의 제1 부분은 녹색 레이저 라이트 빔(530)의 파장과 일치하는 제1 피크 공진 파장으로 구성될 수 있고(예를 들어, 약 510 내지 570nm 사이), 청색 레이저 라이트 빔(530)의 광학 경로에 있는 반사 표면-릴리프 회절 격자(416)의 제2 부분은 청색 레이저 라이트 빔(530)의 파장과 일치하는 제2 피크 공진 파장으로 구성될 수 있고(예를 들어, 약 360 내지 480nm 사이), 적색 레이저 라이트 빔(530)의 광학 경로에 있는 반사 표면-릴리프 회절 격자(516)의 제3 부분은 적색 레이저 라이트 빔(530)의 파장과 일치하는 제3 피크 공진 파장으로 구성될 수 있다(예를 들어, 약 650 내지 670nm 사이). 반사 표면-릴리프 회절 격자(516)를 그 길이를 따라 각각 다른 공진 파장을 갖는 부분으로 분할하도록 조정함으로써, 이러한 방식으로 레이저 라이트 빔(530) 중 상이한 하나의 파장에 각각 대응하므로, PD(510)의 응답성 향상 및 PD(510)까지의 경로 길이 감소가 달성될 수 있다. 예를 들어, 각 색상에 대해 특별히 반사 표면-릴리프 회절 격자(516)를 조정함으로써, PD(510)에 도달하는 회절된 광의 양은 최대화되거나 증가될 수 있으며, 이는 가장 효율적인 각도에서 광을 회절하면 광학 경로의 손실이 최소화되기 때문이다. 예를 들어, 반사 표면-릴리프 회절 격자(516)에 색상 특정 부분을 제공함으로써, 출사창(514) 내의 TIR 바운스의 수가 감소될 수 있거나, 레이저 라이트 빔(530)이 PD(510)를 향하여 더 양호하게 지향되어 모든 또는 실질적으로 모든 회절 광이 PD(510)에 도달할 수 있다.
일부 실시예에서, 시준 렌즈(533)와 같은 하나 이상의 광학 요소는 출사창(514)의 우측벽과 PD(510) 사이에 배치되어 광(532)을 PD(510)에 집중시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 광학 요소는 추가로 또는 대안적으로 포커싱 렌즈, 기하 광학(geometric optic), 또는 출사창(514)의 우측벽의 출구 면에 인쇄되는 메타표면 광학을 포함할 수 있다.
도 6은 포토 다이오드일 수 있는 2개의 광검출기를 향하여 광을 재지향시키기 위해 반사 표면-릴리프 회절 격자를 사용하는 예시적인 레이저 프로젝터(600)를 도시한다. 구체적으로, 레이저 프로젝터(600)는 광학 엔진(602), 출사창(614) 및 반사 회절 격자(616)를 갖는 인클로저(603), 시준 렌즈(604), 다이크로익 필터/결합기(606), 하나 이상의 스캐닝 요소(608), 및 2개의 PD(610)(즉, 도 6의 오리엔테이션에 대하여 왼쪽 PD(610-1) 및 오른쪽 PD(610-2))를 포함하며, 이들은 모두 기판(601) 상에 배치된다. 기판(601)은 예를 들어 PCB일 수 있다. 본 실시예에서는 반사 표면-릴리프 회절 격자가 도시되어 있지만, 홀로그래픽 회절 격자와 같은 다른 유형의 회절 격자가 다른 실시예에서 출사창(614)의 주요 출력 표면에 대신 배치될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
광학 엔진(602), 인클로저(603), 시준 렌즈(604), 다이크로익 필터/결합기(606), 스캐닝 요소(608), PD(610), 레이저 소스(612), 출사창(614) 및 레이저 프로젝터(600)의 레이저 라이트 빔(630)의 다양한 양태는 도 4의 레이저 프로젝터(400)의 대응하는 컴포넌트와 실질적으로 동일하며, 그리고 이러한 요소에 대한 이전 설명 중 일부는 간결함을 위해 여기에서 반복되지 않는다.
2개의 PD(610-1, 610-2)는 출사창(614)의 측벽을 가로질러 배치되어, 레이저 소스(612)에 의해 출력된 레이저 라이트 빔(630)의 일부인 광(632)이 출사창(614)의 측벽을 통해 PD(610-1 및 610-2)를 향하여 재지향된다. 반사 회절 격자(616)는 본 예에서 이진 회절 격자일 수 있고, 라이트 빔을 출사창(614)의 양측벽을 향하여 좌우로 방향을 바꾸어 양쪽 PD(610)를 향하게 할 수 있다. 본 실시예에서 다이크로익 필터(618-1, 618-2)는 출사창(614)의 좌우 측벽에 각각 배치된다. 다이크로익 필터(618-1)는 출사창(614)의 좌측벽에 배치되며, 청색 레이저 소스(612-1)에서 출력되는 청색 레이저 라이트 빔(630)의 파장을 포함하고, 녹색 레이저 소스(612-2)에 의해 출력되는 녹색 레이저 라이트 빔(630)의 파장을 집합적으로 포함하는 하나 이상의 파장대의 광을 실질적으로 투과시키고(예: 투과율이 80% 이상), 적색 레이저 소스(612-3)에 의해 출력된 적색 레이저 라이트 빔(630)의 파장을 포함하는 파장대의 광을 실질적으로 반사한다(예: 반사율이 80% 이상). 다이크로익 필터(618-2)는 출사창(614)의 우측벽에 배치되고 그리고 적색 레이저 소스(612-3)에서 출력되는 적색 레이저 라이트 빔(630)의 파장을 포함하는 파장대역의 광을 실질적으로 투과시키며(예: 투과율이 80% 이상), 청색 레이저 소스(612-1)에 의해 출력된 청색 레이저 라이트 빔(630)의 파장을 포함하고, 녹색 레이저 소스(612-2)에 의해 출력되는 녹색 레이저 라이트 빔(630)의 파장을 집합적으로 포함하는 하나 이상의 파장 대역에서 광을 실질적으로 반사한다(예: 반사율이 80% 이상). 이와 같이, PD(610-1)는 녹색 및 청색 레이저 라이트 빔의 반사 부분(632-1)을 주로 수신하고, PD(610-2)는 적색 레이저 라이트 빔의 반사 부분(632-2)을 수신한다. 따라서 PD(610-1)는 청색 및 녹색 레이저 라이트 빔의 결합 세기(combined intensity)를 측정하고, PD(610-2)는 적색 레이저 라이트 빔의 세기를 측정한다. 측정된 광(라이트) 세기는 PD(610-1 및 610-2)에 연결된 제어기 또는 마이크로프로세서에 제공되며, 이는 광학 엔진(602)의 레이저 출력 전력을 계산 및 모니터링하고, 광학 엔진(602)의 계산된 레이저 출력 전력에 기초하여 광학 엔진(602)의 최대 레이저 출력 전력을 제한할 수 있다. 예를 들어, 레이저 라이트 빔(630)의 개별 색상의 밝기 강도(세기)를 측정할 때, 측정 중인 광의 색상에 해당하지 않는 레이저 소스(612)는 꺼지고 측정 중인 광의 색상에 해당하는 레이저 소스(612)는 켜진 상태로 유지하며, 레이저 프로젝터(600)는 일반적으로 이러한 측정이 수행되는 동안 이미지 데이터를 표시할 수 없다. PD(610-1)은 청색광과 녹색광을 측정하고, PD(610-2)는 적색광을 측정할 수 있는 여러 포토다이오드(610)와 컬러 필터를 제공함으로써, 적색 및 청색 또는 적색 및 녹색 휘도 강도가 동시에 측정될 수 있기 때문에 레이저 라이트 빔(630)의 휘도 강도를 측정하는 데 필요한 오프 타임(off-time)의 양이 유리하게 감소된다. 또한, PD(610-1)는 적색 레이저 라이트 빔의 파장에 응답하도록 튜닝될 수 있고, PD(610-2)는 청색 및 녹색 레이저 라이트 빔의 파장에 응답하도록 튜닝될 수 있으며, 이는 PD(610)가 덜 수신된 광으로 휘도 강도를 정확하게 측정할 수 있게 하고(예를 들어, PD(610)로 재지향되어야 하는 라이트 빔(630)의 부분을 유리하게 감소시킴) 및/또는 PD(610)가 각각의 휘도 강도 측정을 정확하게 획득하는 데 필요한 시간을 줄인다.
다이크로익 필터(618)는 본 예에서 특정 PD(610)로 통과할 수 있는 광의 색상을 제한하는 데 사용되지만, 대안적인 실시예에서, 편광 필터와 같은 다른 유형의 필터가 다이크로익 필터(618) 대신에 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 다른 대안적인 실시예로서, PD(610)가 반사 표면-릴리프 회절 격자(616)로부터 반사된 광의 모든 검출 가능한 파장을 수신하고 측정하도록 다이크로익 필터(618)가 생략될 수 있다.
일부 실시예에서, 반사 코팅은 출사창(614) 내에서 발생하는 내부 반사의 양을 증가시키기 위해 출사창(614)의 상부 표면 또는 바닥 표면(하부 표면) 중 하나 이상에 도포될 수 있고, 이는 PD(610)를 향해 출사창(614)의 측벽을 통해 출력되는 광(632)의 양을 유리하게 증가시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 반사 표면-릴리프 회절 격자(616)의 하나 이상의 부분은 레이저 라이트 빔(630)의 하나 이상의 색상에 대응하는 각각의 공진 파장을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 녹색 레이저 라이트 빔(630)의 광학 경로에 있는 반사 표면-릴리프 회절 격자(616)의 제1 부분은 녹색 레이저 라이트 빔(630)의 파장과 일치하는 제1 피크 공진 파장으로 구성될 수 있고(예를 들어, 약 510 내지 570nm 사이), 청색 레이저 라이트 빔(630)의 광학 경로에 있는 반사 표면-릴리프 회절 격자(616)의 제2 부분은 청색 레이저 라이트 빔(630)의 파장과 일치하는 제2 피크 공진 파장으로 구성될 수 있고(예를 들어, 약 360 내지 480nm 사이), 적색 레이저 라이트 빔(630)의 광학 경로에 있는 반사 표면-릴리프 회절 격자(616)의 제3 부분은 적색 레이저 라이트 빔(630)의 파장과 일치하는 제3 피크 공진 파장으로 구성될 수 있다(예를 들어, 약 650 내지 670nm 사이). 반사 표면-릴리프 회절 격자(616)를 그 길이를 따라 각각 다른 공진 파장을 갖는 부분으로 분할하도록 조정함으로써, 이러한 방식으로 레이저 라이트 빔(630) 중 상이한 하나의 파장에 각각 대응하므로, PD(610)의 응답성의 개선 및 PD(610)에 대한 경로 길이의 감소가 달성될 수 있다. 예를 들어, 회절 격자(616)를 각각의 색상에 대해 특별히 조정함으로써, PD(610)에 도달하는 회절된 광의 양은 최대화될 수 있거나 그렇지 않으면 증가될 수 있는데, 가장 효율적인 각도에서 광을 회절시키는 것이 광학 경로에서의 손실을 최소화하기 때문이다. 예를 들어, 회절 격자(616)에 색 특정 부분을 제공함으로써, 출사창(614) 내의 TIR 바운스의 수가 감소될 수 있거나, 레이저 라이트 빔(630)이 PD(610)를 향하여 더 양호하게 지향되어 모든 또는 실질적으로 모든 회절 광이 PD(610)에 도달할 수 있다.
일부 실시예에서, 시준 렌즈(633-1 및 633-2)와 같은 하나 이상의 광학 요소는 출사창(614)의 측벽과 PD(610) 사이에 배치되어 광(632)을 PD(610)에 집중시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 광학 요소는 추가로 또는 대안적으로 출사창(614)의 좌측 및 우측 벽의 출력 표면 상에 인쇄되는 포커싱 렌즈, 기하 광학, 또는 메타표면 광학을 포함할 수 있다.
도 7은 기판에 임베딩된 광검출기를 향해 광의 방향을 바꾸도록(재지향하도록) 반사 표면-릴리프 회절 격자를 사용하는 레이저 프로젝터(700)의 예시적인 측단면도를 도시하며, 여기서 광검출기는 포토다이오드일 수 있다. 레이저 프로젝터(700)는 인클로저(703), 레이저 소스(712) 및 출사창(714)을 갖는 광학 엔진(702), PD(710), 시준 렌즈(704), 다이크로익 필터/결합기(706) 및 하나 이상의 스캐닝 요소(미도시)를 포함한다. 레이저 프로젝터(700)의 탑다운 뷰는 제공되지 않으나, 레이저 프로젝터(700)의 배열은 PD의 배치와 별개로, 도 5에 도시된 레이저 프로젝터(500)의 것과 실질적으로 유사하며, 도 5의 레이저 프로젝터(500)의 대응하는 컴포넌트를 갖는 도 7의 컴포넌트에 대한 설명 중 일부는 간결함을 위해 여기서 반복되지 않는다.
본 예에서, 기판(701)의 표면에 위치시키기 보다는, PD(710)는 PD(701)의 상부 표면이 기판(701)의 상부 표면과 실질적으로 평면이 되도록 출사창(714) 아래의 기판(701)에 임베딩된다. 반사 표면-릴리프 회절 격자(716)는 레이저 라이트 빔(730)의 반사 부분(732)을 출사창(714)의 바닥(floor)을 통해 PD(710)를 향해 아래쪽으로 재지향시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 반사 코팅이 PD(710)를 향해 재지향된(redirected) 광(732)의 양을 증가시키기 위해, 출사창(714)의 상부 표면, 좌측 벽 또는 우측 벽 중 하나 이상에 적용될 수 있다. 일부 실시예에서, 출사창(714)의 바닥 표면은 PD(710)의 굴절률과 출사창(714)의 바닥 표면에 굴절률이 일치하는 접착제로 PD(710)에 부착될 수 있다. 전술한 바와 같이, 일부 실시예에서, 반사 표면-릴리프 회절 격자(716)의 하나 이상의 부분은 레이저 라이트 빔(730)의 하나 이상의 색상에 대응하는 각각의 공진 파장을 갖도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 PD(710)는 기판(701)의 제2 측면 상에 배치될 수 있으며, 여기서 각각의 PD(710)는 각각 상이한 레이저 라이트 빔(730)의 광학 경로 바로 아래에 수직으로 겹치도록 배치된다. 본 예에서 반사 표면-릴리프 회절 격자가 도시되어 있지만, 홀로그래픽 회절 격자와 같은 다른 유형의 회절 격자가 다른 실시예에서 출사창(714)의 주요 출력 표면에 대신 배치될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 기판(701)에 PD(710)를 임베딩함으로써, 레이저 프로젝터(700)의 풋프린트는 PD가 기판(701)의 표면에 배치되는 실시예에 비해 상대적으로 감소될 수 있지만, 다소 증가된 제조 복잡성 및 제한의 비용이 든다(예: PD의 크기, 유형, 재료 및/또는 응답성, 전기 연결 방법 및/또는 적용 가능한 기판 유형을 잠재적으로 제한).
도 8은 레이저 다이오드(800)의 광학 엔진이 배치된 측면으로부터 기판의 반대측에 배치된 광검출기를 향하여 광을 재지향시키기 위해 반사 표면-릴리프 회절 격자를 사용하는 레이저 프로젝터(800)의 예시적인 측단면도를 도시하며, 여기서 광검출기는 포토다이오드일 수 있다. 레이저 프로젝터(800)는 인클로저(803), 레이저 소스(812) 및 출사창(814)을 갖는 광학 엔진(802), PD(810), 시준 렌즈(804), 다이크로익 필터/결합기(806) 및 하나 이상의 스캐닝 요소(미도시)를 포함한다. 레이저 프로젝터(800)의 탑다운 뷰는 제공되지 않지만, 레이저 프로젝터(800)의 배열은 PD의 배치와 별개로, 도 5에 도시된 레이저 프로젝터(500)의 배열과 실질적으로 유사할 수 있음을 이해해야 하며, 도 5의 레이저 프로젝터(500)에 대응하는 컴포넌트를 갖는 도 8의 컴포넌트에 대한 설명 중 일부는 간결함을 위해 여기서 반복되지 않는다.
본 예에서, 기판(801)의 표면에 위치시키기 보다는, PD(810)는 광학 엔진(802)이 배치되고 그리고 출사창(814) 바로 아래에 배치되는 기판의 제1 측면과 반대인 기판(801)의 제2 측면에 배치된다. 기판(801)은 PD(810)와 출사창(814)의 바닥 표면 사이에 배치된 개구부(aperture)(예를 들어, pass-through)를 포함한다. 반사 표면-릴리프 회절 격자(816)는 레이저 라이트 빔(830)의 반사 부분(832)을 아래쪽으로, 출사창(814)의 바닥을 통해 그리고 개구부(801)를 통해 PD(810)를 향하여 재지향시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 반사 코팅은 PD(810)를 향해 재지향된 광(832)의 양을 증가시키기 위해, 출사창(814)의 상부 표면, 좌측 벽 또는 우측 벽 중 하나 이상에 적용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 일부 실시예에서, 반사 표면-릴리프 회절 격자(816)의 하나 이상의 부분은 레이저 라이트 빔(830)의 하나 이상의 색상에 대응하는 각각의 공진 파장을 갖도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 PD(810)는 기판(801)의 제2 측면 상에 배치될 수 있으며, 여기서 각각의 PD(810)는 각각 상이한 레이저 라이트 빔(830)의 광학 경로 바로 아래에 수직으로 겹치도록 배치된다. 본 실시예에서는 반사 표면-릴리프 회절 격자가 도시되어 있지만, 홀로그램 회절 격자와 같은 다른 유형의 회절 격자가 다른 실시예에서 출사창(814)의 주요 출력 표면에 대신 배치될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
광학 엔진(802)에서 기판(801)의 반대쪽에 PD(810)를 배치함으로써, 레이저 프로젝터(800)의 풋프린트는 PD가 광학 엔진(802)과 동일한 기판(801) 표면 상에 배치되는 실시예에 비해 상대적으로 감소될 수 있지만, 다소 증가된 제조 복잡성 및 제한의 비용이 든다(예: PD의 크기, 유형, 재료 및/또는 응답성, 전기 연결 방법 및/또는 적용 가능한 기판 유형을 잠재적으로 제한).
도 9는 레이저 프로젝터(900)의 광학 엔진이 있는 기판 위에 위치된 제2 기판 상에 배치된 광검출기를 향해 광을 재지향시키기 위해 반사 회절 격자를 사용하는 레이저 프로젝터(900)의 예시적인 측단면도를 도시하며, 여기서 광검출기는 포토다이오드일 수 있다. 레이저 프로젝터(900)는 인클로저(903), 레이저 소스(912) 및 출사창(914)을 갖는 광학 엔진(902), 시준 렌즈(904), 다이크로익 필터/결합기(906) 및 하나 이상의 스캐닝 요소(표시되지 않음)가 배치된 제1 기판(901)을 포함하고, 적어도 PD(910)가 배치된 제2 기판(950)을 포함한다. 레이저 프로젝터(900)의 탑다운 뷰는 제공되지 않지만, 레이저 프로젝터(900)의 배열은 PD의 배치와 별개로, 도 5에 도시된 레이저 프로젝터(500)의 배열과 실질적으로 유사할 수 있음을 이해해야 하며, 도 5의 레이저 프로젝터에서 대응하는 컴포넌트를 갖는 도 9의 컴포넌트에 대한 설명 중 일부는 간결함을 위해 여기서 반복되지 않는다.
본 예에서, 제1 기판(901)의 일면에 배치하는 것이 아니라, PD(910)는 광학 엔진(902)이 배치된 제1 기판(901) 위에 위치하고 그리고 출사창(914) 바로 위에 배치된 제2 기판(950) 상에 배치된다. 반사 표면-릴리프 회절 격자(916)는 레이저 라이트 빔(930)의 반사 부분(932)을 출사창(914)의 상부 표면을 통해 PD(910)를 향하여 위쪽으로 재지향시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 반사 코팅이 PD(910)를 향해 재지향된 광(932)의 양을 증가시키기 위해 출사창(914)의 바닥 표면, 좌측 벽 또는 우측 벽 중 하나 이상에 적용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 일부 실시예에서, 반사 표면-릴리프 회절 격자(916)의 하나 이상의 부분은 레이저 라이트 빔(930)의 하나 이상의 색상에 대응하는 각각의 공진 파장을 갖도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 PD(910)가 제2 기판(950) 상에 배치될 수 있고, 각각의 PD(910)는 각각 상이한 레이저 라이트 빔(930)의 광학 경로 바로 위에 그리고 수직으로 겹치도록 배치된다. 본 예에서는 반사 표면-릴리프 회절 격자가 도시되어 있지만, 홀로그래픽 회절 격자와 같은 다른 유형의 회절 격자가 다른 실시예에서 출사창(914)의 주요 출력 표면에 대신 배치될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
광학 엔진(902)에서 기판(901)의 반대쪽에 PD(910)를 배치함으로써, 제1 기판(901) 상의 레이저 프로젝터(900)의 풋프린트는 PD가 광학 엔진(902)과 동일한 기판(901) 상에 배치되는 실시예들에 비해 상대적으로 감소될 수 있으며, 더 적은 공간, 재료 호환성 및 전기 연결 제약으로 인해 레이저 출력 전력 강도 모니터링에 더 다양한 PD를 사용할 수 있도록 허용할 수 있으며, 시준 또는 포커싱 광학(예를 들어, PD(910)와 출사창(914) 사이의 광학 경로에서)과 같은 광학 컴포넌트을 위한 추가 공간을 제공하지만, 이 배열은 제2 기판(950)의 추가를 필요로 한다.
반사 회절 격자가 도 4 내지 도 9의 예에서 제공되었지만, 투과형 회절 격자가 도 4 내지 도 9의 임의의 회절 격자(416, 516, 616, 716, 816 및 916) 대신에 사용될 수 있지만, 광학 출력 표면보다는 대응하는 출사창의 광학 입력 표면에 배치될 것임을 이해해야 한다.
도 4 내지 도 9의 임의의 출사창(414, 514, 614, 714, 814, 914)의 형상은 직사각형 프리즘의 형상으로 제한되지 않을 수 있음을 이해해야 합니다. 일부 실시예에서, 출사창의 주요 출력 표면은 도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이 경사질 수 있어, 출사창의 주요 출력 표면의 평면이 레이저 다이오드에 의해 출력되는 임의의 라이트 빔의 방향과 직교하지 않도록 한다.
예를 들어, 도 10은 레이저 다이오드에 의해 출력되는 라이트 빔(1030)의 방향과 직각이 아니고 그리고 후면(1024)에 의해 정의된 평면과 평행하지 않는 평면을 정의하는 주요 출력 표면(1022)을 갖는 출사창(1014)의 사시도(1000-1) 및 측면도(1000-2)를 도시하고, 주요 출력 표면(1022)은 둔각을 형성하도록 출사창(1014)의 바닥 표면과 만난다. 즉, 출사창(1014)은 측면도(1000-2)에 도시된 오리엔테이션에 대해 출사창(1014)의 바닥 표면으로부터 출사창(1014)의 상부 표면까지 위쪽 및 바깥쪽으로 기울어져 있다. 예를 들어, 주요 출력 표면(1022)은 출사창(1014)의 주요 입력 표면에 대해 경사져 있다. 측면도(1000-2)에 도시된 바와 같이, 출사창(1014)의 측면은 직각 사다리꼴 형상이다. 출사창(1014) 상부 표면의 폭(W1)은 출사창(1014) 바닥 표면의 폭(W2)보다 크다. 일부 실시예에서, 출사창(1014)의 표면이 만나는 하나 이상의 에지는 모깍은(chamfered) 또는 만곡될 수 있다.
다른 예로, 도 11은 레이저 다이오드에 의해 출력되는 라이트 빔(1130)의 방향과 직교하지 않고 그리고 후방 표면(1124)에 의해 정의된 평면과 평행하지 않은 평면을 정의하는 주요 출력 표면(1122)을 갖는 출사창(1114)의 사시도(1100-1) 및 측면도(1100-2)를 도시하며, 주요 출력 표면(1122)은 출사창(1114)의 바닥 표면과 만나 예각을 형성한다. 즉, 출사창(1114)은 측면도(1100-2)에 도시된 오리엔테이션에 대해 출사창(1114)의 상부 표면으로부터 출사창(1114)의 바닥 표면까지 하향 및 외측으로 경사져 있다. 예를 들어, 주요 출력 표면(1122)은 출사창(1114)의 주요 입력 표면에 대해 경사져 있다. 측면도(1100-2)에 도시된 바와 같이, 출사창(1114)의 측면은 직각 사다리꼴 형상이다. 출사창(1114) 상부 표면의 폭(W3)은 출사창(1114) 바닥 표면의 폭(W4)보다 작다. 일부 실시예에서, 출사창(1114)의 표면이 만나는 하나 이상의 에지는 모깍은(chamfered) 또는 만곡될 수 있다.
다른 예로, 도 12는 레이저 다이오드에 의해 출력되는 라이트 빔(1230)의 방향과 직각이 아니고 그리고 후방 표면(1224)에 의해 정의된 평면과 평행하지 않은 평면을 정의하는 주요 출력 표면(1222)을 갖는 출사창(1214)의 사시도(1200-1) 및 하향식 도면(1200-2)을 도시하며, 여기서 주요 출력 표면(1222)은 출사창(1214)의 제1 측면(1226)(즉, 하향식 뷰(1200-2)에 도시된 방향에 대한 우측 표면)과 만나 예각을 형성하고 출사창(1214)의 제2 측면(1228)(즉, 하향식 뷰(1200-2)에 도시된 방향에 대한 좌측 표면)과 만나 둔각을 형성한다. 즉, 출사창(1214)은 출사창(1214)의 제2 측면(1228)으로부터 출사창(1214)의 제1 측면(1226)까지 하향식 도면(top-down view)(1200-2)에 도시된 배향에 대해 우측 및 외향으로 경사진다. 예를 들어, 주요 출력 표면(1222)은 출사창(1214)의 주요 입력 표면에 대해 경사져 있다. 측면(1228)의 길이(L1)는 측면(1226)의 길이(L2)보다 작다. 일부 실시예에서, 출사창(1214)의 표면이 만나는 하나 이상의 에지는 모깍은(chamfered) 또는 만곡될 수 있다.
다른 예로, 출사창은 직육면체 형상을 유지할 수 있고, 도 4 내지 도 6에 도시된 출사창의 오리엔테이션에 대해, 인클로저의 나머지 부분을 회전시키지 않고 출사창의 상부 및 하부 표면의 중심점을 통해 확장되는 축을 중심으로 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 회전(예를 들어, 페이지의 평면에서)(예: 약 0.1~15도 정도)할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 출사창은 장축을 중심으로 약 0.1 내지 10도만큼 회전될 수 있다. 이러한 방식으로 출사창의 방향(오리엔테이션)을 변경함으로써 출사창의 주요 입력 표면(즉, 레이저 소스로부터 라이트 빔을 처음 수신하고 주요 출력 표면의 반대쪽 표면)은 레이저 소스에서 출력되는 라이트 빔의 기본 전파 방향과 직교하지 않는다.
도 10 내지 도 12의 다양한 예에 도시된 바와 같이, 레이저 소스로부터 출력되는 라이트 빔의 전파의 주요 방향에 직교하지 않도록 출사창의 주요 출력 표면을 배열함으로써, 광학 엔진의 레이저 다이오드로의 광학 피드백의 양이 유리하게 감소된다. 이러한 광학적 피드백은 출사창에 배치되거나 내부에 통합된 회절 격자에 의해 재지향되는 레이저 다이오드에 의해 출력되는 라이트 빔에 의해 야기될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
일반적인 설명에서 위에서 설명한 모든 액티비티 또는 요소가 필요한 것은 아니며 특정 액티비티 또는 장치의 일부가 필요하지 않을 수 있으며, 설명된 것 외에도 하나 이상의 추가 액티비티가 수행되거나 포함된 요소가 있을 수 있다. 또한 액티비티가 나열되는 순서가 반드시 수행되는 순서는 아니다. 또한, 구체적인 실시예를 참조하여 개념을 설명하였다. 그러나, 당업자라면 하기 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한적인 의미가 아닌 예시적인 것으로 간주되어야 하며, 이러한 모든 변형은 본 개시의 범위 내에 포함되도록 의도된다. 장점, 다른 장점 및 문제에 대한 해결책은 특정 실시예와 관련하여 위에서 설명되었다.
이점, 장점, 문제에 대한 솔루션 및 모든 이점, 장점 또는 솔루션이 발생하거나 더 두드러지게 만들 수 있는 모든 기능은 일부 또는 모든 제품의 중요하거나 필요하거나 필수적인 기능으로 해석되지 않는다. 더욱이, 상기 개시된 특정 실시예는 단지 설명을 위한 것일 뿐이며, 개시된 요지는 상이하지만 본 명세서의 교시의 혜택을 받는 당업자에게 명백한 동등한 방식으로 수정 및 실시될 수 있다. 아래의 청구 범위에 기술된 것 외에 여기에 표시된 구성 또는 디자인의 세부 사항에 대한 제한은 없다. 따라서, 위에 개시된 특정 실시예가 변경되거나 수정될 수 있고 그러한 모든 변형이 개시된 요지의 범위 내에서 고려된다는 것이 명백하다. 따라서, 여기에서 추구하는 보호는 아래의 청구범위에 설명된 바와 같다.
도 1은 일부 실시예에 따른 웨어러블 헤드업 디스플레이의 측면도의 블록도이다.
도 2는 일부 실시예에 따라 광학 엔진을 포함하는 레이저 프로젝터를 갖는 웨어러블 헤드업 디스플레이의 등각도이다.
도 3은 레이저 라이트의 일부를 광검출기로 재지향시키기 위한 별개의 픽오프 컴포넌트를 포함하는 레이저 프로젝터의 평면도의 블록도이다.
도 4는 일부 실시예에 따라 홀로그래픽 회절 격자를 갖는 출사창을 포함하는 광학 엔진을 갖는 레이저 프로젝터의 평면도의 블록도이다.
도 5는 일부 실시예에 따라 반사 표면-릴리프(surface-relief) 회절 격자를 갖는 출사창을 포함하는 광학 엔진을 갖는 레이저 프로젝터의 평면도의 블록도이다.
도 6은 회절 격자를 갖는 출사창을 포함하는 광학 엔진을 갖는 레이저 프로젝터의 평면도의 블록도이며, 여기서 회절 격자에 입사하는 레이저 라이트의 일부는 일부 실시예에 따라 출사창의 양쪽 측면을 통해 그리고 각각의 컬러 필터를 통해 측면과 정렬된 광검출기를 향하여 재지향된다(방향이 바뀜).
도 7은 회절 격자를 갖는 출사창을 포함하는 광학 엔진을 갖는 레이저 프로젝터의 측면도의 블록도이며, 회절 격자에 입사하는 레이저 라이트의 일부는 일부 실시예에 따라 출사창이 배치되는 기판에 임베딩된 광검출기를 향해 출사창의 바닥 표면을 통해 재지향된다.
도 8은 회절 격자를 갖는 출사창을 포함하는 광학 엔진을 갖는 레이저 프로젝터의 측면도의 블록도이며, 회절 격자에 입사된 레이저 라이트의 일부는 일부 실시예에 따라, 출사창의 바닥 표면을 통해, 출사창이 배치된 기판의 관통 개구부를 통해 그리고 출사창으로부터 기판의 반대쪽에 배치된 광검출기를 향하여 재지향된다.
도 9는 회절 격자를 갖는 출사창을 포함하는 광학 엔진을 갖는 레이저 프로젝터의 측면도의 블록도이며, 여기서 출사창은 제1 기판 상에 배치되고, 일부 실시예에 따라 회절 격자에 입사하는 레이저 라이트의 일부는 출사창의 상부 표면을 통해 출사창의 상부 표면 위에 위치된 제2 기판 상에 배치된 광검출기를 향하여 재지향된다.
도 10은 실시예에 따라 출사창의 바닥 표면으로부터 출사창의 상부 표면까지 위쪽 및 바깥쪽으로 경사지는 주요 출력 표면을 갖는 출사창의 사시도 및 측면도를 도시한다.
도 11은 실시예에 따라 출사창의 상부 표면으로부터 출사창의 바닥 표면까지 하향(아래쪽) 및 외측(바깥쪽)으로 경사진 주요 출력 표면을 갖는 출사창의 사시도 및 측면도를 도시한다.
도 12는 실시예에 따라 출사창의 좌측 표면으로부터 출사창의 우측 표면으로 오른쪽 및 바깥쪽으로 경사진 주요 출력 표면을 갖는 출사창의 사시도 및 측면도를 도시한다.
[발명을 실시하기 위한 구볼륨인 내용]
본 발명은 광 세기 및/또는 레이저 출력 파워 측정(예를 들어, 모니터링) 능력뿐만 아니라 레이저 기반 광학 엔진을 갖는 레이저 프로젝터를 제공하기 위한 시스템 및 방법을 설명한다. 본 명세서에 기술된 다양한 실시예에 따르면, 레이저 프로젝터의 광학 엔진은 인클로저에 둘러싸일 수 있는(예: 부분적으로 또는 완전히 밀봉) 적어도 하나의 레이저 소스(예를 들어, 레이저 다이오드 또는 복수의 레이저 다이오드)를 포함한다. 인클로저(enclosure)는 측벽 또는 상부 표면 중 하나와 통합될 수 있거나 측벽 또는 상부 표면 중 하나를 형성하는 광학 창(본 명세서에서 "출사창(exit window)"이라고도 함)을 포함할 수 있다. 레이저 소스에서 출력되는 레이저 라이트 빔은 레이저 프로젝터의 활성 동작 중에 인클로저를 빠져나가기(출사) 위해 출사창을 통과할 수 있다. 광학 엔진은 전력 모니터링을 위해 상대적으로 작은 기판 영역을 지원하여 광학 엔진의 전체 크기를 줄일 수 있다. 따라서 레이저 프로젝터 또는 광학 엔진은 웨어러블 헤드업 디스플레이 또는 기타 헤드 마운트 디스플레이를 비롯한 다양한 디스플레이 디자인에 유연하게 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 출사창을 통과한 후, 라이트 빔은 각각의 시준 렌즈(collimating lenses)를 통해 다이크로익 필터(dichroic filter)/빔 결합기로 전달되고, 여기에서 상이한 파장의 라이트 빔이 결합된다. 결합된 라이트 빔은 그 후 스마트 안경의 홀로그램 렌즈 또는 다른 유형의 웨어러블 헤드업 디스플레이와 같은 물체의 디스플레이 표면을 통해 라이트 빔을 투사하는 하나 이상의 스캐닝 요소로 향할 수 있다. 여기에 설명된 다양한 실시예는 웨어러블 헤드업 디스플레이와 관련하여 제공되지만, 본 발명의 레이저 프로젝터 및 광학 엔진은 프로젝션 엔진, 라이다 시스템(lidar systems), 감지 시스템, 거리 측정 시스템(ranging systems), 외부 공동 레이저 다이오드(예: 통합 강도 안정화 서보(integrated intensity stabilization servo)) 등과 같은 다른 시스템에 대신 포함될 수 있음을 이해해야 한다.
일반적으로 레이저 프로젝터의 광학 엔진의 레이저 소스의 레이저 출력 전력을 모니터링하는 것이 바람직하며, 이는 투사된 이미지 또는 비디오의 품질에 대한 제어를 개선하고 그리고 레이저 출력 전력의 실시간 또는 거의 실시간 측정에 기초하여 광학 엔진의 최대 출력 전력을 동적으로 제한하기 위해 레이저 프로젝터를 포함하는 장치의 제어기 또는 프로세서를 가능하게 한다. 예를 들어, 레이저 출력 전력 모니터링은 이러한 웨어러블 장치에서 일반적으로 제한된 전력 및 공간(예: 볼륨) 가용성으로 인해 웨어러블 헤드업 디스플레이에 사용되는 레이저 프로젝터의 설계에 특히 중요한 경향이 있다. 레이저 출력 전력 모니터링 기능을 갖춘 레이저 프로젝터를 설계하는 기존 방법은 레이저 프로젝터 기판에 상대적으로 큰 풋프린트를 필요로 하며, 이는 포토다이오드와 같은 광검출기의 배치, 픽오프 미러와 같은 광학 컴포넌트의 배치 및 광검출기에 대한 명확한 광학 경로를 유지하기 위한 전용 인쇄 회로 기판(PCB)일 수 있다. 경우에 따라 이 풋프린트는 광학 엔진 자체의 공간만큼 클 수 있다. 따라서, 레이저 프로젝터의 광학 엔진에 대한 레이저 출력 전력 모니터링을 구현하는 광검출기(들) 및/또는 광학 컴포넌트(들)(때때로 본 명세서에서는 "레이저 출력 전력 모니터링 컴포넌트(들)"이라고 총칭함)이 차지하는 기판 영역을 줄이는 것이 유리할 것이다.
여기에 설명된 시스템, 장치 및 기술은 예를 들어 출사창의 주요 출력 표면 상에 또는 내부에 배치될 수 있고 그리고 레이저 소스(들)에 의해 출력된 레이저 라이트 빔(들)으로부터의 입사광의 일부를 하나 이상의 광검출기로 재지향(redirect)(예를 들어, 회절을 통해)시킬 수 있는 회절 격자를 갖는 광학 엔진의 인클로저의 출사창을 이용함으로써, 레이저 전력 출력 모니터링 컴포넌트에 필요한 기판 영역의 감소를 제공할 수 있으며, 하나 이상의 광검출기는 포토다이오드일 수 있고, 출사창의 하나 이상의 표면을 통해 배치될 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 출사창은 출사창에 배치되거나 형성될 수 있고 레이저 소스로부터의 입사광을 하나 이상의 광검출기로 재지향시키는 회절 격자를 포함한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 광검출기는 회절 격자에 의해 재지향되고 그리고 출사창의 한쪽 또는 양쪽 측벽을 통해 출력되는 광을 수신하기 위해 기판의 상부 표면(top surface) 상에 배치될 수 있다. 출사창의 "측벽(side wall)" 또는 "측면(side surface)"은 출사창의 주요 입력 표면과 광학 엔진이 배치되는 기판의 표면과 교차하는(예: 기판의 표면에 수직인) 평면을 정의하는 출사창의 주요 출력 표면 사이에서 연장되는 출사창의 표면으로 정의(defined)될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 광검출기가 출사창 아래에 배치되고 기판에 완전히 또는 부분적으로 임베딩되어, 하나 이상의 광 검출기가 회절 격자에 의해 재지향되고 출사창의 바닥 표면을 통해 출력되는 광을 수신할 수 있다. 일부 실시예에서, 출사창은 기판의 제1 측면상에 배치되고, 포토다이오드일 수 있는 하나 이상의 광검출기는 기판의 제1 측면과 대향하는 제2 측면 상의 출사창 아래에 배치될 수 있고, 하나 이상의 광검출기가 회절 격자에 의해 재지향되고 출사창의 바닥 표면을 통해 출력되는 광을 수신하며, 이는 하나 이상의 광검출기에 도달하기 위해 기판의 전체 두께를 통해 연장되는 하나 이상의 개구부를 통과한다. 일부 실시예에서, 상기 하나 이상의 광검출기는 상기 창(윈도우)가 배치된 제1 기판의 표면과 대향하는 제2 기판의 표면상에서 상기 출사창 상부에 배치될 수 있어, 하나 이상의 광검출기가 회절 격자에 의해 재지향되고 창의 상부 표면을 통과하는 광을 수신하도록 한다.
출사창은 일반적으로 직육면체 모양일 수 있지만, 레이저 소스에 의해 출력된 레이저 라이트 빔이 전파되는 각각의 축(즉, 각각의 메인 기본 축)에 대해 직교하지 않도록 출사창의 주요 출력 표면 (즉, 레이저 소스에서 출력된 레이저 라이트 빔이 통과하는 표면)을 경사지게(slant) 하는 것이 유리할 수 있다. 출사창의 주요 출력 표면을 경사지게 함으로써, 회절 격자에 의해 다시 레이저 소스로 재지향(방향이 바뀌는)되는 광의 피드백은 실질적으로 직육면체인 출사창의 피드백에 비해 감소된다. 일부 실시예에서, 출사창의 주요 출력 표면은 출사창의 바닥 표면에서 출사창의 상부 표면까지 위로 그리고 바깥쪽으로 경사질 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 출사창의 주요 출력 표면은 상기 출사창의 상부 표면에서 상기 출사창의 바닥 표면까지 외측으로 하향 경사질 수 있고, 여기서 바닥 표면(bottom surface)은 광학 엔진이 배치되는 기판의 표면을 향하고 그리고 상부 표면(top surface)은 그 기판으로부터 멀어지는 방향을 향한다. 일부 실시예에서, 출사창의 주요 출력 표면(primary output surface)은 출사창의 제1 측면에서 출사창의 제2 측면으로 외측으로 경사(slanted outward)질 수 있다.
도 1은 스캐닝 레이저 프로젝터일 수 있는 레이저 프로젝터(110)를 사용하는 웨어러블 헤드업 디스플레이(WHUD)(100)의 측면도를 도시하는 예시도이다. 예를 들어, WHUD(100)는 스마트 글래스 또는 가상 현실(VR) 헤드셋일 수 있다. 레이저 프로젝터(110)는 적색 레이저 다이오드(도 1에서 "R"로 표시됨), 녹색 레이저 다이오드(도 1에서 "G"로 표시됨), 및 청색 레이저 다이오드(도 1에서 "B"로 표시됨)를 포함하는 광학 엔진(111) 그리고 2개의 자유축을 중심으로 제어가능하게 회전할 수 있는 스캔 미러(112)를 포함한다. 2개의 자유축에 대해 회전 가능한 단일 스캔 미러(112)는 여기서 예시적인 예로서만 사용되며, 당업자는 2개의 스캔 미러가 각각 2개의 직교 자유축 중 각각의 자유축에 대해 제어가능하게 회전하고 각각 레이저 라이트(120)의 광학 경로에 대해 순서대로 배치되는 구성과 같은, 유사한 기능이 다른 미러 구성을 사용하여 실현될 수 있음을 이해할 것이다. 레이저 프로젝터(110)에 의해 출력되는 레이저 라이트(120)은 적색 레이저 라이트(적색 레이저 다이오드에 의한 출력), 녹색 레이저 라이트(녹색 레이저 다이오드에 의한 출력) 및/또는 청색 레이저 라이트(청색 레이저 다이오드에 의한 출력)의 변조된 조합을 포함할 수 있다. 스캔 미러(112)로부터 반사된 레이저 라이트(120)은 레이저 라이트(120)을 다시 사용자의 눈(190)을 향하도록 재지향시키는 홀로그램 광학 소자("HOE")(130) 상에 입사된다. 일반적으로, 본 명세서에서 "사용자"라는 용어는 레이저 프로젝터를 포함하는 장치의 사용자를 지칭한다. 도 1의 특정 컨텍스트에서, "사용자"라 함은 WHUD(100)를 착용하거나 사용하는 사람을 의미한다. 당업자는 WHUD(100)가 사용자의 머리에 착용될 때 적어도 HOE(130)가 사용자의 적어도 하나의 눈(190)의 시야(field of view) 내에 위치하도록, WHUD(100)가 지지 프레임 및/또는 사용자가 도 1에 도시된 요소를 착용할 수 있게 하는 다른 지지/정렬 구조(들)(클러터를 줄이기 위해 도 1에 도시되지 않음)를 포함할 수 있음을 이해할 것이다.
HOE(130)는 레이저 라이트(120)에 대해 HOE(130)의 반대측으로부터 입사하는 환경 광(140)에 대해 실질적으로 광학적으로 투명할 수 있다(즉, 환경 광(140)을 구성하는 대부분의 파장에 대해 광학적으로 투명함). HOE(130)는 투사된 레이저 라이트(120)과 외부 환경 광(140)을 사용자 시야에 효과적으로 결합시키기 때문에, HOE(130)는 "투명 결합기(transparent combiner)", "홀로그래픽 광학 결합기(holographic optical combiner)" 또는 이와 유사한 것과 같은 "결합기" 또는 관련 변형으로 지칭될 수 있다. WHUD(100)의 지지 프레임(도 1에 도시되지 않음)이 안경의 일반적인 형상, 외형 및/또는 기하학을 갖는 경우, HOE(130)는 WHUD(100)의 하나 이상의 투명 렌즈(들)(예: 하나 이상의 PL(prescription lenses) 또는 하나 이상의 비-PL(non-prescription lenses))에 탑재될 수 있다.
일부 실시예에서, WHUD(100)는 함께 눈 추적 기능을 수행하는 컴퓨터 프로세서 및 카메라 또는 다른 센서와 같은 하나 이상의 컴포넌트를 포함할 수 있다. 일반적으로 HOE(130)(즉, 디스플레이 표면)에 투사되는 이미지 또는 비디오를 더 잘 제어하고 WHUD(100)의 최대 출력을 제한하기 위해 레이저 프로젝터(110)에서 레이저 출력을 모니터링하는 것이 바람직하다. 레이저 프로젝터(110)와 같은 레이저 프로젝터에서 레이저 출력 전력을 모니터링하는 것은 전형적으로 레이저 라이트(120)의 일부를 온칩(on-chip) 광검출기로 재지향시키기 위해 개별 픽오프 컴포넌트를 사용하여 수행된다. 그러나 이러한 레이저 출력 전력 모니터링 방식은 레이저 프로젝터 기판에 상대적으로 큰 풋프린트(footprint)를 필요로 한다. 레이저 출력 전력 모니터링 컴포넌트의 풋프린트를 줄이기 위해, 광학 엔진(111)의 컴포넌트 중 일부 또는 전부를 포함하는 인클로저의 출사창은 레이저 라이트(120)의 일부를 출사창의 상부, 바닥(하부) 또는 측벽을 통해 출사창의 상부, 하부 또는 측벽의 광학 경로를 가로질러 배치된 하나 이상의 광검출기로 재지향시키도록 구성된다. 예를 들어, 광학 엔진(111)은 인클로저의 출사창 상에 또는 출사창 내에 회절 격자를 포함할 수 있으며, 회절 격자는 포토다이오드일 수 있는 하나 이상의 광검출기를 향해 레이저 라이트(120)의 일부를 재지향시키고, 이는 레이저 프로젝터(110)의 광학 엔진(111)의 레이저 출력 전력이 (예를 들어, 컴퓨터 프로세서 또는 WHUD(100)의 고정 또는 프로그래밍 가능한 논리 회로에 의해) 후속적으로 유도될 수 있는 재지향된 광의 세기를를 검출한다. 레이저 라이트의 일부를 재지향시키기 위해, 광학 엔진(111)과 같은 광학 엔진의 출사창을 사용하기 위한 다양한 접근법이 도 4-9의 다양한 실시예에서 아래에 제공된다.
도 2는 본 시스템, 장치(디바이스) 및 방법에 따른 레이저 프로젝터(202)를 갖는 웨어러블 헤드업 디스플레이(WHUD)(200)의 개략도이다. WHUD(200)는 사용 시 사용자의 머리에 착용되는 안경의 모양과 외관을 가진 지지 구조(204)를 포함한다. 지지 구조(204)는 안경 렌즈(206), 투명 결합기(208), 레이저 프로젝터(202) 및 제어기 또는 프로세서(210)를 포함하는 복수의 컴포넌트를 캐리(carry)한다. 일부 실시예에서, 레이저 프로젝터(202)는 도 1 및 도 4-9의 레이저 프로젝터(110, 400, 500, 600, 700, 800 또는 900) 중 하나 이상과 유사하거나 동일할 수 있다. 예를 들어, 레이저 프로젝터(202)는 광학 엔진(111, 402, 502, 602, 702, 802, 902)과 같은 광학 엔진을 포함할 수 있다. 레이저 프로젝터(202)는 전술한 바와 같이 프로젝터(202)의 동작을 제어하는 제어기(210)(예를 들어, 마이크로프로세서)에 통신가능하게 결합될 수 있다. 제어기(210)는 비일시적 프로세서 판독 가능 저장 매체를 포함하거나 통신 가능하게 연결될 수 있으며, 제어기는 레이저 프로젝터(202)의 동작을 제어하기 위해 비일시적 프로세서 판독 가능 저장 매체(예: ROM, RAM, FLASH, EEPROM, 메모리 레지스터, 자기 디스크, 광 디스크, 기타 스토리지와 같은 메모리 회로)로부터 데이터 및/또는 명령어를 실행할 수 있다.
WHUD(200)의 동작에 있어서, 제어기(210)는 레이저 프로젝터(202)가 레이저를 조사하도록 제어한다. 도 1을 참조하여 전술한 바와 같이, 레이저 프로젝터(202)는 적어도 하나의 제어 가능한 미러(도 2에는 도시되지 않음)를 통해 투명 결합기(208)를 향해 레이저 라이트(예를 들어, 도 1의 레이저 라이트(120))의 집성 빔(aggregate beam)을 생성하고 지향시킨다. 집성 빔은 투명 결합기(208)에 의해 사용자 눈의 시야를 향하여 지향된다. 투명 결합기(208)는 사용자의 눈에 입사하는 레이저 라이트의 스폿이 투명 결합기(208)에서의 스폿과 적어도 거의 동일한 크기 및 형상이 되도록 집성 빔을 시준할 수 있다. 투명 결합기(208)는 적어도 하나의 홀로그래픽 광학 요소를 포함하는 홀로그래픽 결합기일 수 있다.
레이저 프로젝터(202)의 광학 엔진은 출사창을 갖는 인클로저를 포함할 수 있고, 여기서 광학 엔진의 하나 이상의 컴포넌트(예: 레이저 라이트을 출력하는 레이저 다이오드)는 인클로저 내에 배치되고 그리고 인클로저에 의해 완전히 또는 부분적으로 밀봉된다. 출사창은 출사창의 표면(예: 레이저 다이오드에서 출력되는 대부분의 레이저 라이트이 인클로저를 빠져나가는(출사하는) 주요 출력 표면)에 통합되거나 그 표면에 배치되는 회절 격자를 포함할 수 있다. 레이저 라이트의 일부는 회절 격자에 의해 포토다이오드일 수 있고 레이저 라이트의 재지향된 부분의 광 세기를 측정하는 하나 이상의 광검출기로 재지향된다. 제어기(110)는
하나 이상의 포토다이오드에 의해 검출된 레이저 라이트의 재지향된 부분의 광 세기인 레이저 출력 전력을 결정하고 그리고 검출된 레이저 출력 전력에 기초하여 레이저 프로젝터의 최대 출력 전력을 선택적으로 제한하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기(210)는 검출된 레이저 출력 전력에 적어도 부분적으로 기초하여 레이저 프로젝터에 의한 이미지 또는 비디오의 투사(프로젝션)를 제어하도록 부가적으로 또는 대안적으로 구성될 수 있다. 예를 들어 레이저 출력 전력을 모니터링하여, 제어기(110)는 레이저 프로젝터(202)에 의해 출력되는 레이저 라이트 빔의 전체 및 색상별 밝기 강도를 실시간 또는 거의 실시간으로 결정할 수 있고, 그리고 제어기(110)는 결정된 밝기 강도에 기초하여 레이저 프로젝터(202)가 출력하는 레이저 라이트 빔의 전체 밝기 및 색상 균형을 제어할 수 있다.
도 3은 레이저 라이트을 광검출기(PD)(310)로 재지향시키기 위해 픽오프(pickoff) 컴포넌트(320)를 이용하는 레이저 프로젝터(300)를 도시한다. 레이저 프로젝터(300)는 청색(B), 녹색(G) 및 적색(R)을 포함하는 광학 엔진(302), 각각의 레이저 라이트 빔(330)을 출력하는 레이저 소스(312-1, 312-2, 312-3)를 포함한다. 라이트 빔은 시준되고, 결합되고, 결합된 레이저 라이트 빔을 WHUD의 렌즈와 같이객체의 디스플레이 영역에 투사하는 스캐닝 요소(308)로 지향되고, 결합된 레이저 라이트 빔에 표시된 이미지 또는 비디오를 사용자가 볼 수 있다. 라이트 빔(330)은 광학 엔진(302)과 스캐닝 요소(308) 사이의 광학 경로에 배치된 픽오프 컴포넌트(320)를 통해 지향된다. 픽오프 컴포넌트(320)는 레이저 라이트 빔(330)의 일부인 광(332)(본 명세서에서 때때로 "리디렉션된(재지향된) 레이저 라이트(332)"이라 함)을 PD(310)로 재지향(리디렉션)시키고, PD(310)는 재지향된 레이저 라이트(332)의 세기(강도)를 측정한다. 측정된 광 세기는 광학 엔진(302)의 레이저 출력 전력을 계산하고 모니터링하는 데 사용된다. 광학 엔진(302), 스캐닝 요소(들)(308), 픽오프 컴포넌트(320) 및 PD(310)는 예를 들어 인쇄 회로 기판(PCB)일 수 있는 기판(301) 상에 모두 배치된다.
픽오프 컴포넌트(320), PD(310), 및 픽오프 컴포넌트(320)와 PD(310) 사이의 광학 경로 주변의 기판(301)의 영역(340)은 일반적으로 크고(예를 들어, 광학 엔진(302)의 면적과 대략 동일한 크기), 다른 컴포넌트의 배치를 위해 사용될 수 있거나 레이저 프로젝터(300)에 필요한 전체 기판 영역을 줄이기 위해 레이저 프로젝터(300)에서 생략될 수 있는 공간을 많이 차지한다. 도 4 내지 도 9의 실시예에 기술된 기술은 픽오프 컴포넌트(120)를 필요로 하지 않고, 대신에 광학 엔진 인클로저의 출사창의 하나 이상의 상부, 하부(바닥) 또는 측벽을 통해 광을 재지향시킴으로써, 따라서 레이저 출력 전력 모니터링에 필요한 기판 영역을 유리하게 줄인다.
도 4는 홀로그래픽 회절 격자를 사용하여 광다이오드일 수 있는 광검출기를 향하여 광을 재지향시키는 예시적인 레이저 프로젝터(400)를 도시한다. 구체적으로, 레이저 프로젝터(400)는 모두 기판(401) 상에 배치된 광학 엔진(402), 시준 렌즈(collimating lenses)(404), 다이크로익 필터/결합기(406), 하나 이상의 스캐닝 요소(408) 및 PD(410)를 포함한다. 기판(401)은 예를 들어 인쇄 회로 기판(PCB)일 수 있다.
광학 엔진(402)은 청색 레이저 소스(412-1), 녹색 레이저 소스(412-2), 적색 레이저 소스(412-3)을 포함한다. 레이저 소스(412)는 각각 하나 이상의 레이저 다이오드를 포함할 수 있다. 각각의 레이저 소스(412)는 그 레이저 소스(412)에 대해 표시된 각각의 색상(적색, 녹색 또는 청색)에 대응하는 좁은 파장 대역에서 각각의 레이저 라이트 빔(430)을 방출하도록 구성될 수 있다. 일부 대안적인 실시예에서, 적외선(IR) 파장 대역에서 광을 방출하도록 구성된 제4 레이저 소스가 광학 엔진(402)에 포함될 수 있다.
광학 엔진(402)은 내부 볼륨을 완전히 또는 부분적으로 밀봉하는 인클로저(403)를 더 포함하고, 여기서 레이저 소스는 해당 내부 볼륨 내에 배치된다. 인클로저(403)는 레이저 프로젝터(400)의 동작 중에 레이저 소스(412)에 의해 방출된 레이저 라이트 빔(430)이 통과하는 출사창(414)을 포함한다. 일부 실시예에서, 기판(401)의 일부는 인클로저(403) 바닥(floor)의 일부 또는 전부를 형성한다. 인클로저(403)의 측벽 및 일부 실시예에서 출사창(414)은 예를 들어, 접착제로 기판(401)에 부착되고, 접착제는 인클로저(403)의 요소와 기판(401) 사이에 부분적 또는 완전한 밀폐 밀봉을 형성할 수 있다. 일부 대안적인 실시예에서, 유리 납땜, 유리 프릿(glass frit) 및 양극 접합(본딩)과 같은 다른 접착 및 밀봉 방법이 인클로저(403)를 기판(404)에 부착하고 밀봉하는 데 사용될 수 있다. 출사창(414)과는 별개로, 인클로저(403)는 외부 광이 인클로저(403)에 들어가는 것을 차단하고 그리고 레이저 라이트이 임의의 다른 개구부를 통해 인클로저(403)에서 나가는(출사) 것을 방지하기 위해 불투명할 수 있다. 예를 들어, 인클로저(403)의 천장, 바닥(floor) 및 측벽(다시, 출사창(414) 제외)은 불투명할 수 있다. 본 예에서, 출사창(414)은 인클로우저(403)의 일 측벽의 전부 또는 일부를 형성하고 그리고 레이저 소스(412)에 의해 출력되는 레이저 라이트 빔의 광학 경로에 배치된다. 일부 대안적인 실시예에서, 출사창(414)은 인클로저(403)의 상부 표면의 일부를 형성하고(즉, 기판(401)의 반대편에 배치되고 기판(401)에 수직하지 않게 정렬됨), 인클로저(403)에 둘러싸인 하나 이상의 미러(거울)(도시하지 않음)는 레이저 소스(412)로부터 출사창(414)을 통해 인클로저(403)의 상부 표면을 향해 광을 반사한다. 출사창(414)은 레이저 소스(412)를 향하는 주요 입력 표면에서 레이저 라이트 빔(430)을 수용하고 그리고 주요 입력 표면에 대향 배치된 주요 출력 표면을 통해 라이트 빔(430)을 출력한다.
출사창(414)의 주요 출력 표면을 출사한 후, 레이저 라이트 빔(430)은 시준 렌즈(404)에 의해 시준되어, 각각의 레이저 라이트 빔(430)은 다이크로익 필터/결합기(406)에 포커싱하기 위해 최소 확산(minimal spread)으로 정렬된다. 일부 대안적인 실시예에서, 다이크로익 필터(dichroic filter)/결합기(combiner)(406) 대신에 하나 이상의 편광 빔 스플리터가 사용될 수 있다. 다이크로익 필터/결합기(406)는 레이저 라이트 빔(430)을 단일의 결합된 빔으로 결합하고 결합된 빔을 스캐닝 요소(408) 쪽으로 재지향시키며, WHUD의 렌즈와 같은 객체의 디스플레이 영역에 결합된 빔을 투사하여 결합된 빔에 표시된 이미지 또는 비디오를 사용자가 볼 수 있다.
출사창(414)은 레이저 라이트 빔(430)의 일부인 라이트(광)(432)(때때로 본 명세서에서 "리디렉션된 레이저 라이트(432)으로 지칭됨)를, 재지향된 라이트(광)의 일부 또는 전부의 광학 경로와 오른쪽 측벽 근처에 배치된 PD(410)를 향해, 출사창(414)의 측벽(예를 들어, 도 4에 도시된 배향에 대한 우측 벽)을 통해 재지향(예를 들어, 회절을 통해)시키도록 치수화된 홀로그래픽 회절 격자(416)를 포함한다. PD(410)는 재지향된 레이저 광(라이트)(432)의 세기(강도)를 측정한다. 측정된 광 세기는 PD(410)에 연결된 제어기 또는 마이크로프로세서에 제공되며, 이는 광학 엔진(402)의 레이저 출력 전력을 계산 및 모니터링하고, 광학 엔진(402)의 계산된 레이저 출력 전력에 기초하여 광학 엔진(402)의 최대 레이저 출력 전력을 제한할 수 있다. 회절 격자는 감산 방법(subtractive methods), 가산 방법(additive methods), 홀로그래피(예: 편광 홀로그래피) 또는 이들의 조합과 같은 다양한 방법에 의해 형성될 수 있는 주기적인 구조이다. 주어진 회절 격자는 회절 격자가 들어오는 광에 대해 어떻게 배향되는지에 따라 반사 모드(즉, "반사 회절 격자") 또는 투과 모드(즉, "투과 회절 격자")로 배향될 수 있다. 회절 격자는 회절 격자가 반응하는 광의 입사각 및 파장의 범위에 대해 협대역 또는 광대역일 수 있다. 주어진 회절 격자에 대한 제조 방법은 일반적으로 회절 격자에 필요한 피처 크기 및 시스템의 다른 부분과의 통합 및/또는 회절 격자 자체의 사용 사례에 따라 달라진다. 회절 격자를 제조하는 일부 방법은 반도체 공정을 사용하여 기판 상의 격자의 주기적인 구조를 에칭 및/또는 리소그래피(예를 들어, 나노임프린트 리소그래피, 직접 자외선(UV) 리소그래피, 그레이스케일 리소그래피 등을 통해)로 정의하는 것을 포함한다. 이러한 격자는 본 명세서에서 "표면-릴리프(surface-relief)" 회절 격자로 지칭된다. 예를 들어, 감산 격자(subtractive grating)는 스타일러스(예: 다이아몬드 스타일러스)를 사용하거나 다른 재료 종속 반도체 제조 기술을 사용하여 기판에 홈을 파서 만들 수 있다. 홀로그래피와 같은 회절 격자를 위한 다른 제조 방법은 격자의 주기적인 구조를 정의하기 위해 감광성 재료에서 간섭되는 다중 간섭성 광원을 사용한다. 홀로그램 격자는 입사광이 브래그(Bragg) 조건을 만족할 때 다른 격자 유형보다 훨씬 더 높은 효율을 가질 수 있다. 예를 들어, 가장 간단한 홀로그램 회절 격자는 일반적으로 정재파 패턴이 기판에 노출된 두 레이저 빔의 간섭 프린지 필드에 의해 형성되며, 그런 다음 일반적으로 사인파 단면을 갖는 라인 패턴을 형성하도록 처리된다. 회절 격자가 형성되는 기판은 유전체, 반금속, 반도체, 금속, 결정질, 유리, 유기 또는 무기 재료 또는 이들의 적용가능한 조합을 포함할 수 있다.
유형에 관계없이 회절 격자는 광의 입사각과 광의 파장에 따라 달라지는 각도로 입사광을 반사한다. 본 실시예에서, 입사 레이저 라이트 빔(430)의 작은 부분만이 홀로그래픽 회절 격자(416)로부터 반사되고, 광의 나머지는 출사창(414)의 주요 출력 표면을 통해 출력된다. 일부 실시예에서, 홀로그래픽 회절 격자(416)는 볼륨 위상 홀로그래픽 격자(VPHG: volume phase holographic grating)이다. 일부 실시예에서, 홀로그래픽 회절 격자(416)는 반사 모드에서 동작하고 하나 이상의 원하는 공진 파장 각각에 대해 협대역 응답을 제공하는 두꺼운 볼륨 홀로그래픽 필름(thick volume holographic film)을 포함하며, 각각의 공진 파장에 대해 두꺼운 볼륨 홀로그래픽 필름(예를 들어, 약 0.001 내지 약 0.1의 굴절률 변조를 갖는 약 20 내지 200㎛ 두께)에 개별 격자가 포함된다. 일부 실시예에서, 홀로그램 회절 격자(416)는 파장 및 발산의 소스 파라미터의 가변성과 이러한 파라미터에 대한 원하는 감도에 따라 반사 모드 또는 투과 모드에서 동작하는 얇은 볼륨 홀로그램 필름(예를 들어, 약 0.001의 굴절률 변조를 갖는 약 1㎛ 두께)을 포함하며, 각 공진 파장에 대해 얇은 볼륨 홀로그램 필름에 별도의 격자가 포함되어 있다. 홀로그래픽 회절 격자(416)의 회절 요소는 레이저 라이트 빔(430)의 전파의 기본 방향과 평행한 방향으로 연장하는 것으로 도시되어 있지만, 이러한 요소는 기울어질 수 있거나 레이저 라이트 빔의 일부의 원하는 반사/회절 방향을 달성하기 위해 요구되는 바와 같이 레이저 라이트 빔의 전파의 기본 방향에 대해 경사진 하나 이상의 표면을 포함할 수 있음을 이해해야 한다.
일부 실시예에서, 출사창(414) 내에서 발생하는 내부 반사량을 증가시키기 위해, 출사창(414)의 상부 표면, 하부 표면 또는 좌측 벽면 중 하나 이상에 반사 코팅이 적용될 수 있으며, 이는 출사창(414)의 우측벽을 통해 PD(410)를 향해 출력되는 광(432)의 양을 유리하게 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 출사창(414)의 이러한 표면에 반사 코팅을 추가하면 회절 격자(416)의 내부 전반사(TIR: total internal reflection) 조건에서 깨질 수 있는 광의 일부를 재지향할 수 있으며, 이는 회절 격자(416) 상의 입사광의 일부의 각도로 인해 회절 격자(416)의 임계 각도보다 작거나 출사창(414)과 다른 컴포넌트(예를 들어, 접착제, 기판(401), 인클로저(403) 등) 사이의 접촉으로 인해 발생할 수 있다.
일부 실시예에서, 홀로그래픽 회절 격자(416)의 하나 이상의 부분은 레이저 라이트 빔(430)의 하나 이상의 색상에 대응하는 각각의 공진 파장을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 녹색 레이저 라이트 빔(430)의 광학 경로에 있는 홀로그래픽 회절 격자(416)의 제1 부분은 녹색 레이저 라이트 빔(430)의 파장과 일치하는 제1 피크 공진 파장으로 구성될 수 있고(예를 들어, 약 510 내지 570nm 사이), 청색 레이저 라이트 빔(430)의 광학 경로에 있는 홀로그래픽 회절 격자(416)의 제2 부분은 청색 레이저 라이트 빔(430)의 파장과 일치하는 제2 피크 공진 파장으로 구성될 수 있고(예를 들어, 약 360 내지 480nm 사이), 적색 레이저 라이트 빔(430)의 광학 경로에 있는 홀로그래픽 회절 격자(416)의 제3 부분은 적색 레이저 라이트 빔(430)의 파장과 일치하는 제3 피크 공진 파장으로 구성될 수 있다(예를 들어, 약 650 내지 670nm 사이). 홀로그래픽 회절 격자(416)를 그 길이를 따라 각각 다른 공진 파장을 갖는 부분으로 분할하도록 조정(tailoring)함으로써, 이러한 방식으로 레이저 라이트 빔(430) 중 상이한 하나의 파장에 각각 대응하므로, PD(410)의 응답성 향상 및 PD(410)까지의 경로 길이 감소가 달성될 수 있다. 예를 들어, 각 색상에 대해 회절 격자(416)를 특별히 조정함으로써, PD(410)에 도달하는 회절된 광의 양이 가장 효율적인 각도에서 광을 회절시켜 광학 경로의 손실을 최소화하므로, 최대화될 수 있거나 그렇지 않으면 증가될 수 있다. 예를 들어, 회절 격자(416)에 색상 특정 부분을 제공함으로써, 출사창(414) 내의 TIR 바운스의 수가 감소될 수 있거나, 레이저 라이트 빔(430)이 PD(410)를 향하여 더 양호하게 지향되어 모든 또는 실질적으로 모든 회절 광이 PD(410)에 도달할 수 있다.
일부 실시예에서, 시준 렌즈(collimating lens)(433)와 같은 하나 이상의 광학 요소는 출사창(414)의 우측 벽과 PD(410) 사이에 배치되어 광(432)을 PD(410)에 집중시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 그러한 광학 요소는 추가로 또는 대안적으로 포커싱 렌즈, 기하 광학, 또는 출사창(414)의 우측 벽의 출구 면에 인쇄되는 메타표면 광학을 포함할 수 있다.
도 5는 광다이오드일 수 있는 광검출기를 향해 광을 재지향시키기 위해 반사 표면-릴리프 회절 격자를 사용하는 예시적인 레이저 프로젝터(500)를 도시한다. 구체적으로, 레이저 프로젝터(500)는 모두 기판(501) 상에 배치된 광학 엔진(502), 시준 렌즈(504), 다이크로익 필터/결합기(506), 하나 이상의 스캐닝 요소(508) 및 PD(510)를 포함한다. 기판(501)은 예를 들어 PCB일 수 있다.
레이저 프로젝터(500)의 광학 엔진(502), 인클로저(503), 시준 렌즈(504), 다이크로익 필터/결합기(506), 스캐닝 요소(508), PD(510), 레이저 소스(512), 출사창(514) 및 레이저 라이트 빔(530)의 다양한 양태는 도 4의 레이저 프로젝터(400)의 대응하는 컴포넌트와 실질적으로 동일하며, 그리고 이러한 요소에 대한 이전 설명 중 일부는 간결함을 위해 여기에서 반복되지 않는다.
도 4의 레이저 프로젝터(500)와 레이저 프로젝터(400)의 차이점은 홀로그램 회절 격자보다는 출사창(514)에 또는 출사창(514) 상에 표면-릴리프 회절 격자(516)를 사용하는 것이다. 반사 표면-릴리프 회절 격자(516)는 표면(예를 들어, 출사창(514)의 주요 출력 표면)에서 릴리프 구조의 반복 패턴을 포함하고, 여기서 입사광은 광의 입사각과 광의 파장에 따라 달라지는 각도로 표면-릴리프 회절 격자에서 반사된다. 일부 실시예에서, 반사 표면-릴리프 회절 격자(516)는 블레이즈 반사(blazed reflective) 표면-릴리프 회절 격자일 수 있다. 일부 실시예에서, 반사 표면-릴리프 회절 격자(516)는 낮은 피쳐(low feature) 높이를 갖는 미세 피치 이진 격자(binary grating)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 반사 표면-릴리프 회절 격자(516)에 대한 격자 피치는 320nm와 440nm 사이이고 격자 높이는 약 2-300nm이다.
이진 격자 피치는 레이저 라이트 빔(530)의 입력 파장과 출사창(514)의 굴절률에 기초하여 선택된다. 예를 들어, 적색, 녹색 및 청색 입력 파장(예: 각각 610-660nm, 520-550nm 및 440-470nm)과 약 1.51의 출사창 굴절률에 대해, 이진 격자의 피치는 TIR에 있는 청색 입력 파장을 목표로 하는 약 440nm와 같을 수 있다. 격자 피치는 출사창(514)의 굴절률이 증가함에 따라 증가하고 굴절률이 감소함에 따라 감소한다. 각 격자의 높이는 격자에 사용되는 재료에 따라 다르다. 예를 들어, 약 1.51의 굴절률을 갖는 유리 출사창(514)의 직접 에칭 또는 나노임프린트 리소그래피를 위해, 이진 격자는 청색 파장에 대해 1% 결합 효율 및 적색 파장에 대해 0.5% 결합 효율을 달성하기 위해 각각 약 20nm의 높이를 가질 수 있다. 다른 예로서, 약 1.51의 굴절률을 갖는 유리 출사창(514)의 직접 에칭 또는 나노임프린트 리소그래피를 위해, 이진 격자는 청색 파장에 대해 8% 결합 효율을 달성하기 위해 각각 약 100nm의 높이를 가질 수 있다. 다른 예로서, 약 1.51의 굴절률을 갖는 유리 출사창(514)의 직접 에칭 또는 나노임프린트 리소그래피를 위해, 이진 격자는 청색 파장에 대해 약 2% 결합 효율 및 적색 파장에 대해 약 2% 결합 효율을 달성하기 위해 각각 약 200nm의 높이를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 반사 표면-릴리프 회절 격자를 사용하기보다는, 매우 낮은 충진율을 갖는 투과성 표면-릴리프 회절 격자는 격자의 플러스-마이너스 대칭성을 파괴하면서 유사하게 낮은 결합 효율을 달성하는 데 사용된다. 본 예에서, 반사 표면-릴리프 회절 격자(516)의 낮은 입력 파장 결합 효율로 인해, 입사 레이저 라이트 빔(530)의 작은 부분만이 반사 표면-릴리프 회절 격자(516)로부터 반사되고, 광의 나머지는 출사창(514)의 주요 출력 표면을 통해 출력된다.
반사 표면-릴리프 회절 격자(516)는 측벽(예를 들어, 출사창(514)의 도 5에 도시된 오리엔테이션(orientation)에 대한 우측 벽)을 통해 방향이 바뀌는(재지향되는) 광의 일부 또는 전부의 광경로에 있고 그리고 우측벽 근처에 배치된 PD(510)를 향하여 레이저 라이트 빔(530)의 일부인 광(라이트)(532)을 재지향하도록(예를 들어, 회절을 통해)(때때로 본 명세서에서 "리디렉션된 레이저 라이트(532)으로 지칭됨) 치수화된다. PD(510)는 재지향된 레이저 광(라이트)(532)의 세기를 측정한다. 측정된 광 세기는 PD(510)에 연결된 제어기 또는 마이크로프로세서에 제공되며, 이는 광학 엔진(502)의 레이저 출력 전력을 계산, 모니터링 및 조정하고, 광학 엔진(502)의 계산된 레이저 출력 전력에 기초하여 광학 엔진(502)의 최대 레이저 출력 전력을 제한할 수 있다.
일부 실시예에서, 출사창(514) 내에서 발생하는 내부 반사량을 증가시키기 위해 출사창(514)의 상부 표면, 하부 표면 또는 좌측벽 중 하나 이상에 반사 코팅이 적용될 수 있으며, 이는 PD(510)를 향해 출사창(514)의 우측벽을 통해 출력되는 광(532)의 양을 유리하게 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 출사창(514)의 이러한 표면에 반사 코팅을 추가하면 회절 격자(516)의 내부 전반사(TIR) 조건에서 깨질 수 있는 광의 일부를 재지향할 수 있으며, 이는 회절 격자(516) 상의 입사광의 일부의 각도로 인해 회절 격자(516)의 임계 각도보다 작거나 출사창(514)과 다른 컴포넌트(예를 들어, 접착제, 기판(501), 인클로저(503) 등) 사이의 접촉으로 인해 발생할 수 있다.
일부 실시예에서, 반사 표면-릴리프 회절 격자(516)의 하나 이상의 부분은 레이저 라이트 빔(530)의 하나 이상의 색상에 대응하는 각각의 공진 파장을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 녹색 레이저 라이트 빔(530)의 광학 경로에 있는 반사 표면-릴리프 회절 격자(516)의 제1 부분은 녹색 레이저 라이트 빔(530)의 파장과 일치하는 제1 피크 공진 파장으로 구성될 수 있고(예를 들어, 약 510 내지 570nm 사이), 청색 레이저 라이트 빔(530)의 광학 경로에 있는 반사 표면-릴리프 회절 격자(416)의 제2 부분은 청색 레이저 라이트 빔(530)의 파장과 일치하는 제2 피크 공진 파장으로 구성될 수 있고(예를 들어, 약 360 내지 480nm 사이), 적색 레이저 라이트 빔(530)의 광학 경로에 있는 반사 표면-릴리프 회절 격자(516)의 제3 부분은 적색 레이저 라이트 빔(530)의 파장과 일치하는 제3 피크 공진 파장으로 구성될 수 있다(예를 들어, 약 650 내지 670nm 사이). 반사 표면-릴리프 회절 격자(516)를 그 길이를 따라 각각 다른 공진 파장을 갖는 부분으로 분할하도록 조정함으로써, 이러한 방식으로 레이저 라이트 빔(530) 중 상이한 하나의 파장에 각각 대응하므로, PD(510)의 응답성 향상 및 PD(510)까지의 경로 길이 감소가 달성될 수 있다. 예를 들어, 각 색상에 대해 특별히 반사 표면-릴리프 회절 격자(516)를 조정함으로써, PD(510)에 도달하는 회절된 광의 양은 최대화되거나 증가될 수 있으며, 이는 가장 효율적인 각도에서 광을 회절하면 광학 경로의 손실이 최소화되기 때문이다. 예를 들어, 반사 표면-릴리프 회절 격자(516)에 색상 특정 부분을 제공함으로써, 출사창(514) 내의 TIR 바운스의 수가 감소될 수 있거나, 레이저 라이트 빔(530)이 PD(510)를 향하여 더 양호하게 지향되어 모든 또는 실질적으로 모든 회절 광이 PD(510)에 도달할 수 있다.
일부 실시예에서, 시준 렌즈(533)와 같은 하나 이상의 광학 요소는 출사창(514)의 우측벽과 PD(510) 사이에 배치되어 광(532)을 PD(510)에 집중시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 광학 요소는 추가로 또는 대안적으로 포커싱 렌즈, 기하 광학(geometric optic), 또는 출사창(514)의 우측벽의 출구 면에 인쇄되는 메타표면 광학을 포함할 수 있다.
도 6은 포토 다이오드일 수 있는 2개의 광검출기를 향하여 광을 재지향시키기 위해 반사 표면-릴리프 회절 격자를 사용하는 예시적인 레이저 프로젝터(600)를 도시한다. 구체적으로, 레이저 프로젝터(600)는 광학 엔진(602), 출사창(614) 및 반사 회절 격자(616)를 갖는 인클로저(603), 시준 렌즈(604), 다이크로익 필터/결합기(606), 하나 이상의 스캐닝 요소(608), 및 2개의 PD(610)(즉, 도 6의 오리엔테이션에 대하여 왼쪽 PD(610-1) 및 오른쪽 PD(610-2))를 포함하며, 이들은 모두 기판(601) 상에 배치된다. 기판(601)은 예를 들어 PCB일 수 있다. 본 실시예에서는 반사 표면-릴리프 회절 격자가 도시되어 있지만, 홀로그래픽 회절 격자와 같은 다른 유형의 회절 격자가 다른 실시예에서 출사창(614)의 주요 출력 표면에 대신 배치될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
광학 엔진(602), 인클로저(603), 시준 렌즈(604), 다이크로익 필터/결합기(606), 스캐닝 요소(608), PD(610), 레이저 소스(612), 출사창(614) 및 레이저 프로젝터(600)의 레이저 라이트 빔(630)의 다양한 양태는 도 4의 레이저 프로젝터(400)의 대응하는 컴포넌트와 실질적으로 동일하며, 그리고 이러한 요소에 대한 이전 설명 중 일부는 간결함을 위해 여기에서 반복되지 않는다.
2개의 PD(610-1, 610-2)는 출사창(614)의 측벽을 가로질러 배치되어, 레이저 소스(612)에 의해 출력된 레이저 라이트 빔(630)의 일부인 광(632)이 출사창(614)의 측벽을 통해 PD(610-1 및 610-2)를 향하여 재지향된다. 반사 회절 격자(616)는 본 예에서 이진 회절 격자일 수 있고, 라이트 빔을 출사창(614)의 양측벽을 향하여 좌우로 방향을 바꾸어 양쪽 PD(610)를 향하게 할 수 있다. 본 실시예에서 다이크로익 필터(618-1, 618-2)는 출사창(614)의 좌우 측벽에 각각 배치된다. 다이크로익 필터(618-1)는 출사창(614)의 좌측벽에 배치되며, 청색 레이저 소스(612-1)에서 출력되는 청색 레이저 라이트 빔(630)의 파장을 포함하고, 녹색 레이저 소스(612-2)에 의해 출력되는 녹색 레이저 라이트 빔(630)의 파장을 집합적으로 포함하는 하나 이상의 파장대의 광을 실질적으로 투과시키고(예: 투과율이 80% 이상), 적색 레이저 소스(612-3)에 의해 출력된 적색 레이저 라이트 빔(630)의 파장을 포함하는 파장대의 광을 실질적으로 반사한다(예: 반사율이 80% 이상). 다이크로익 필터(618-2)는 출사창(614)의 우측벽에 배치되고 그리고 적색 레이저 소스(612-3)에서 출력되는 적색 레이저 라이트 빔(630)의 파장을 포함하는 파장대역의 광을 실질적으로 투과시키며(예: 투과율이 80% 이상), 청색 레이저 소스(612-1)에 의해 출력된 청색 레이저 라이트 빔(630)의 파장을 포함하고, 녹색 레이저 소스(612-2)에 의해 출력되는 녹색 레이저 라이트 빔(630)의 파장을 집합적으로 포함하는 하나 이상의 파장 대역에서 광을 실질적으로 반사한다(예: 반사율이 80% 이상). 이와 같이, PD(610-1)는 녹색 및 청색 레이저 라이트 빔의 반사 부분(632-1)을 주로 수신하고, PD(610-2)는 적색 레이저 라이트 빔의 반사 부분(632-2)을 수신한다. 따라서 PD(610-1)는 청색 및 녹색 레이저 라이트 빔의 결합 세기(combined intensity)를 측정하고, PD(610-2)는 적색 레이저 라이트 빔의 세기를 측정한다. 측정된 광(라이트) 세기는 PD(610-1 및 610-2)에 연결된 제어기 또는 마이크로프로세서에 제공되며, 이는 광학 엔진(602)의 레이저 출력 전력을 계산 및 모니터링하고, 광학 엔진(602)의 계산된 레이저 출력 전력에 기초하여 광학 엔진(602)의 최대 레이저 출력 전력을 제한할 수 있다. 예를 들어, 레이저 라이트 빔(630)의 개별 색상의 밝기 강도(세기)를 측정할 때, 측정 중인 광의 색상에 해당하지 않는 레이저 소스(612)는 꺼지고 측정 중인 광의 색상에 해당하는 레이저 소스(612)는 켜진 상태로 유지하며, 레이저 프로젝터(600)는 일반적으로 이러한 측정이 수행되는 동안 이미지 데이터를 표시할 수 없다. PD(610-1)은 청색광과 녹색광을 측정하고, PD(610-2)는 적색광을 측정할 수 있는 여러 포토다이오드(610)와 컬러 필터를 제공함으로써, 적색 및 청색 또는 적색 및 녹색 휘도 강도가 동시에 측정될 수 있기 때문에 레이저 라이트 빔(630)의 휘도 강도를 측정하는 데 필요한 오프 타임(off-time)의 양이 유리하게 감소된다. 또한, PD(610-1)는 적색 레이저 라이트 빔의 파장에 응답하도록 튜닝될 수 있고, PD(610-2)는 청색 및 녹색 레이저 라이트 빔의 파장에 응답하도록 튜닝될 수 있으며, 이는 PD(610)가 덜 수신된 광으로 휘도 강도를 정확하게 측정할 수 있게 하고(예를 들어, PD(610)로 재지향되어야 하는 라이트 빔(630)의 부분을 유리하게 감소시킴) 및/또는 PD(610)가 각각의 휘도 강도 측정을 정확하게 획득하는 데 필요한 시간을 줄인다.
다이크로익 필터(618)는 본 예에서 특정 PD(610)로 통과할 수 있는 광의 색상을 제한하는 데 사용되지만, 대안적인 실시예에서, 편광 필터와 같은 다른 유형의 필터가 다이크로익 필터(618) 대신에 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 다른 대안적인 실시예로서, PD(610)가 반사 표면-릴리프 회절 격자(616)로부터 반사된 광의 모든 검출 가능한 파장을 수신하고 측정하도록 다이크로익 필터(618)가 생략될 수 있다.
일부 실시예에서, 반사 코팅은 출사창(614) 내에서 발생하는 내부 반사의 양을 증가시키기 위해 출사창(614)의 상부 표면 또는 바닥 표면(하부 표면) 중 하나 이상에 도포될 수 있고, 이는 PD(610)를 향해 출사창(614)의 측벽을 통해 출력되는 광(632)의 양을 유리하게 증가시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 반사 표면-릴리프 회절 격자(616)의 하나 이상의 부분은 레이저 라이트 빔(630)의 하나 이상의 색상에 대응하는 각각의 공진 파장을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 녹색 레이저 라이트 빔(630)의 광학 경로에 있는 반사 표면-릴리프 회절 격자(616)의 제1 부분은 녹색 레이저 라이트 빔(630)의 파장과 일치하는 제1 피크 공진 파장으로 구성될 수 있고(예를 들어, 약 510 내지 570nm 사이), 청색 레이저 라이트 빔(630)의 광학 경로에 있는 반사 표면-릴리프 회절 격자(616)의 제2 부분은 청색 레이저 라이트 빔(630)의 파장과 일치하는 제2 피크 공진 파장으로 구성될 수 있고(예를 들어, 약 360 내지 480nm 사이), 적색 레이저 라이트 빔(630)의 광학 경로에 있는 반사 표면-릴리프 회절 격자(616)의 제3 부분은 적색 레이저 라이트 빔(630)의 파장과 일치하는 제3 피크 공진 파장으로 구성될 수 있다(예를 들어, 약 650 내지 670nm 사이). 반사 표면-릴리프 회절 격자(616)를 그 길이를 따라 각각 다른 공진 파장을 갖는 부분으로 분할하도록 조정함으로써, 이러한 방식으로 레이저 라이트 빔(630) 중 상이한 하나의 파장에 각각 대응하므로, PD(610)의 응답성의 개선 및 PD(610)에 대한 경로 길이의 감소가 달성될 수 있다. 예를 들어, 회절 격자(616)를 각각의 색상에 대해 특별히 조정함으로써, PD(610)에 도달하는 회절된 광의 양은 최대화될 수 있거나 그렇지 않으면 증가될 수 있는데, 가장 효율적인 각도에서 광을 회절시키는 것이 광학 경로에서의 손실을 최소화하기 때문이다. 예를 들어, 회절 격자(616)에 색 특정 부분을 제공함으로써, 출사창(614) 내의 TIR 바운스의 수가 감소될 수 있거나, 레이저 라이트 빔(630)이 PD(610)를 향하여 더 양호하게 지향되어 모든 또는 실질적으로 모든 회절 광이 PD(610)에 도달할 수 있다.
일부 실시예에서, 시준 렌즈(633-1 및 633-2)와 같은 하나 이상의 광학 요소는 출사창(614)의 측벽과 PD(610) 사이에 배치되어 광(632)을 PD(610)에 집중시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 광학 요소는 추가로 또는 대안적으로 출사창(614)의 좌측 및 우측 벽의 출력 표면 상에 인쇄되는 포커싱 렌즈, 기하 광학, 또는 메타표면 광학을 포함할 수 있다.
도 7은 기판에 임베딩된 광검출기를 향해 광의 방향을 바꾸도록(재지향하도록) 반사 표면-릴리프 회절 격자를 사용하는 레이저 프로젝터(700)의 예시적인 측단면도를 도시하며, 여기서 광검출기는 포토다이오드일 수 있다. 레이저 프로젝터(700)는 인클로저(703), 레이저 소스(712) 및 출사창(714)을 갖는 광학 엔진(702), PD(710), 시준 렌즈(704), 다이크로익 필터/결합기(706) 및 하나 이상의 스캐닝 요소(미도시)를 포함한다. 레이저 프로젝터(700)의 탑다운 뷰는 제공되지 않으나, 레이저 프로젝터(700)의 배열은 PD의 배치와 별개로, 도 5에 도시된 레이저 프로젝터(500)의 것과 실질적으로 유사하며, 도 5의 레이저 프로젝터(500)의 대응하는 컴포넌트를 갖는 도 7의 컴포넌트에 대한 설명 중 일부는 간결함을 위해 여기서 반복되지 않는다.
본 예에서, 기판(701)의 표면에 위치시키기 보다는, PD(710)는 PD(701)의 상부 표면이 기판(701)의 상부 표면과 실질적으로 평면이 되도록 출사창(714) 아래의 기판(701)에 임베딩된다. 반사 표면-릴리프 회절 격자(716)는 레이저 라이트 빔(730)의 반사 부분(732)을 출사창(714)의 바닥(floor)을 통해 PD(710)를 향해 아래쪽으로 재지향시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 반사 코팅이 PD(710)를 향해 재지향된(redirected) 광(732)의 양을 증가시키기 위해, 출사창(714)의 상부 표면, 좌측 벽 또는 우측 벽 중 하나 이상에 적용될 수 있다. 일부 실시예에서, 출사창(714)의 바닥 표면은 PD(710)의 굴절률과 출사창(714)의 바닥 표면에 굴절률이 일치하는 접착제로 PD(710)에 부착될 수 있다. 전술한 바와 같이, 일부 실시예에서, 반사 표면-릴리프 회절 격자(716)의 하나 이상의 부분은 레이저 라이트 빔(730)의 하나 이상의 색상에 대응하는 각각의 공진 파장을 갖도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 PD(710)는 기판(701)의 제2 측면 상에 배치될 수 있으며, 여기서 각각의 PD(710)는 각각 상이한 레이저 라이트 빔(730)의 광학 경로 바로 아래에 수직으로 겹치도록 배치된다. 본 예에서 반사 표면-릴리프 회절 격자가 도시되어 있지만, 홀로그래픽 회절 격자와 같은 다른 유형의 회절 격자가 다른 실시예에서 출사창(714)의 주요 출력 표면에 대신 배치될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 기판(701)에 PD(710)를 임베딩함으로써, 레이저 프로젝터(700)의 풋프린트는 PD가 기판(701)의 표면에 배치되는 실시예에 비해 상대적으로 감소될 수 있지만, 다소 증가된 제조 복잡성 및 제한의 비용이 든다(예: PD의 크기, 유형, 재료 및/또는 응답성, 전기 연결 방법 및/또는 적용 가능한 기판 유형을 잠재적으로 제한).
도 8은 레이저 다이오드(800)의 광학 엔진이 배치된 측면으로부터 기판의 반대측에 배치된 광검출기를 향하여 광을 재지향시키기 위해 반사 표면-릴리프 회절 격자를 사용하는 레이저 프로젝터(800)의 예시적인 측단면도를 도시하며, 여기서 광검출기는 포토다이오드일 수 있다. 레이저 프로젝터(800)는 인클로저(803), 레이저 소스(812) 및 출사창(814)을 갖는 광학 엔진(802), PD(810), 시준 렌즈(804), 다이크로익 필터/결합기(806) 및 하나 이상의 스캐닝 요소(미도시)를 포함한다. 레이저 프로젝터(800)의 탑다운 뷰는 제공되지 않지만, 레이저 프로젝터(800)의 배열은 PD의 배치와 별개로, 도 5에 도시된 레이저 프로젝터(500)의 배열과 실질적으로 유사할 수 있음을 이해해야 하며, 도 5의 레이저 프로젝터(500)에 대응하는 컴포넌트를 갖는 도 8의 컴포넌트에 대한 설명 중 일부는 간결함을 위해 여기서 반복되지 않는다.
본 예에서, 기판(801)의 표면에 위치시키기 보다는, PD(810)는 광학 엔진(802)이 배치되고 그리고 출사창(814) 바로 아래에 배치되는 기판의 제1 측면과 반대인 기판(801)의 제2 측면에 배치된다. 기판(801)은 PD(810)와 출사창(814)의 바닥 표면 사이에 배치된 개구부(aperture)(예를 들어, pass-through)를 포함한다. 반사 표면-릴리프 회절 격자(816)는 레이저 라이트 빔(830)의 반사 부분(832)을 아래쪽으로, 출사창(814)의 바닥을 통해 그리고 개구부(801)를 통해 PD(810)를 향하여 재지향시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 반사 코팅은 PD(810)를 향해 재지향된 광(832)의 양을 증가시키기 위해, 출사창(814)의 상부 표면, 좌측 벽 또는 우측 벽 중 하나 이상에 적용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 일부 실시예에서, 반사 표면-릴리프 회절 격자(816)의 하나 이상의 부분은 레이저 라이트 빔(830)의 하나 이상의 색상에 대응하는 각각의 공진 파장을 갖도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 PD(810)는 기판(801)의 제2 측면 상에 배치될 수 있으며, 여기서 각각의 PD(810)는 각각 상이한 레이저 라이트 빔(830)의 광학 경로 바로 아래에 수직으로 겹치도록 배치된다. 본 실시예에서는 반사 표면-릴리프 회절 격자가 도시되어 있지만, 홀로그램 회절 격자와 같은 다른 유형의 회절 격자가 다른 실시예에서 출사창(814)의 주요 출력 표면에 대신 배치될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
광학 엔진(802)에서 기판(801)의 반대쪽에 PD(810)를 배치함으로써, 레이저 프로젝터(800)의 풋프린트는 PD가 광학 엔진(802)과 동일한 기판(801) 표면 상에 배치되는 실시예에 비해 상대적으로 감소될 수 있지만, 다소 증가된 제조 복잡성 및 제한의 비용이 든다(예: PD의 크기, 유형, 재료 및/또는 응답성, 전기 연결 방법 및/또는 적용 가능한 기판 유형을 잠재적으로 제한).
도 9는 레이저 프로젝터(900)의 광학 엔진이 있는 기판 위에 위치된 제2 기판 상에 배치된 광검출기를 향해 광을 재지향시키기 위해 반사 회절 격자를 사용하는 레이저 프로젝터(900)의 예시적인 측단면도를 도시하며, 여기서 광검출기는 포토다이오드일 수 있다. 레이저 프로젝터(900)는 인클로저(903), 레이저 소스(912) 및 출사창(914)을 갖는 광학 엔진(902), 시준 렌즈(904), 다이크로익 필터/결합기(906) 및 하나 이상의 스캐닝 요소(표시되지 않음)가 배치된 제1 기판(901)을 포함하고, 적어도 PD(910)가 배치된 제2 기판(950)을 포함한다. 레이저 프로젝터(900)의 탑다운 뷰는 제공되지 않지만, 레이저 프로젝터(900)의 배열은 PD의 배치와 별개로, 도 5에 도시된 레이저 프로젝터(500)의 배열과 실질적으로 유사할 수 있음을 이해해야 하며, 도 5의 레이저 프로젝터에서 대응하는 컴포넌트를 갖는 도 9의 컴포넌트에 대한 설명 중 일부는 간결함을 위해 여기서 반복되지 않는다.
본 예에서, 제1 기판(901)의 일면에 배치하는 것이 아니라, PD(910)는 광학 엔진(902)이 배치된 제1 기판(901) 위에 위치하고 그리고 출사창(914) 바로 위에 배치된 제2 기판(950) 상에 배치된다. 반사 표면-릴리프 회절 격자(916)는 레이저 라이트 빔(930)의 반사 부분(932)을 출사창(914)의 상부 표면을 통해 PD(910)를 향하여 위쪽으로 재지향시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 반사 코팅이 PD(910)를 향해 재지향된 광(932)의 양을 증가시키기 위해 출사창(914)의 바닥 표면, 좌측 벽 또는 우측 벽 중 하나 이상에 적용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 일부 실시예에서, 반사 표면-릴리프 회절 격자(916)의 하나 이상의 부분은 레이저 라이트 빔(930)의 하나 이상의 색상에 대응하는 각각의 공진 파장을 갖도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 PD(910)가 제2 기판(950) 상에 배치될 수 있고, 각각의 PD(910)는 각각 상이한 레이저 라이트 빔(930)의 광학 경로 바로 위에 그리고 수직으로 겹치도록 배치된다. 본 예에서는 반사 표면-릴리프 회절 격자가 도시되어 있지만, 홀로그래픽 회절 격자와 같은 다른 유형의 회절 격자가 다른 실시예에서 출사창(914)의 주요 출력 표면에 대신 배치될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
광학 엔진(902)에서 기판(901)의 반대쪽에 PD(910)를 배치함으로써, 제1 기판(901) 상의 레이저 프로젝터(900)의 풋프린트는 PD가 광학 엔진(902)과 동일한 기판(901) 상에 배치되는 실시예들에 비해 상대적으로 감소될 수 있으며, 더 적은 공간, 재료 호환성 및 전기 연결 제약으로 인해 레이저 출력 전력 강도 모니터링에 더 다양한 PD를 사용할 수 있도록 허용할 수 있으며, 시준 또는 포커싱 광학(예를 들어, PD(910)와 출사창(914) 사이의 광학 경로에서)과 같은 광학 컴포넌트을 위한 추가 공간을 제공하지만, 이 배열은 제2 기판(950)의 추가를 필요로 한다.
반사 회절 격자가 도 4 내지 도 9의 예에서 제공되었지만, 투과형 회절 격자가 도 4 내지 도 9의 임의의 회절 격자(416, 516, 616, 716, 816 및 916) 대신에 사용될 수 있지만, 광학 출력 표면보다는 대응하는 출사창의 광학 입력 표면에 배치될 것임을 이해해야 한다.
도 4 내지 도 9의 임의의 출사창(414, 514, 614, 714, 814, 914)의 형상은 직사각형 프리즘의 형상으로 제한되지 않을 수 있음을 이해해야 합니다. 일부 실시예에서, 출사창의 주요 출력 표면은 도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이 경사질 수 있어, 출사창의 주요 출력 표면의 평면이 레이저 다이오드에 의해 출력되는 임의의 라이트 빔의 방향과 직교하지 않도록 한다.
예를 들어, 도 10은 레이저 다이오드에 의해 출력되는 라이트 빔(1030)의 방향과 직각이 아니고 그리고 후면(1024)에 의해 정의된 평면과 평행하지 않는 평면을 정의하는 주요 출력 표면(1022)을 갖는 출사창(1014)의 사시도(1000-1) 및 측면도(1000-2)를 도시하고, 주요 출력 표면(1022)은 둔각을 형성하도록 출사창(1014)의 바닥 표면과 만난다. 즉, 출사창(1014)은 측면도(1000-2)에 도시된 오리엔테이션에 대해 출사창(1014)의 바닥 표면으로부터 출사창(1014)의 상부 표면까지 위쪽 및 바깥쪽으로 기울어져 있다. 예를 들어, 주요 출력 표면(1022)은 출사창(1014)의 주요 입력 표면에 대해 경사져 있다. 측면도(1000-2)에 도시된 바와 같이, 출사창(1014)의 측면은 직각 사다리꼴 형상이다. 출사창(1014) 상부 표면의 폭(W1)은 출사창(1014) 바닥 표면의 폭(W2)보다 크다. 일부 실시예에서, 출사창(1014)의 표면이 만나는 하나 이상의 에지는 모깍은(chamfered) 또는 만곡될 수 있다.
다른 예로, 도 11은 레이저 다이오드에 의해 출력되는 라이트 빔(1130)의 방향과 직교하지 않고 그리고 후방 표면(1124)에 의해 정의된 평면과 평행하지 않은 평면을 정의하는 주요 출력 표면(1122)을 갖는 출사창(1114)의 사시도(1100-1) 및 측면도(1100-2)를 도시하며, 주요 출력 표면(1122)은 출사창(1114)의 바닥 표면과 만나 예각을 형성한다. 즉, 출사창(1114)은 측면도(1100-2)에 도시된 오리엔테이션에 대해 출사창(1114)의 상부 표면으로부터 출사창(1114)의 바닥 표면까지 하향 및 외측으로 경사져 있다. 예를 들어, 주요 출력 표면(1122)은 출사창(1114)의 주요 입력 표면에 대해 경사져 있다. 측면도(1100-2)에 도시된 바와 같이, 출사창(1114)의 측면은 직각 사다리꼴 형상이다. 출사창(1114) 상부 표면의 폭(W3)은 출사창(1114) 바닥 표면의 폭(W4)보다 작다. 일부 실시예에서, 출사창(1114)의 표면이 만나는 하나 이상의 에지는 모깍은(chamfered) 또는 만곡될 수 있다.
다른 예로, 도 12는 레이저 다이오드에 의해 출력되는 라이트 빔(1230)의 방향과 직각이 아니고 그리고 후방 표면(1224)에 의해 정의된 평면과 평행하지 않은 평면을 정의하는 주요 출력 표면(1222)을 갖는 출사창(1214)의 사시도(1200-1) 및 하향식 도면(1200-2)을 도시하며, 여기서 주요 출력 표면(1222)은 출사창(1214)의 제1 측면(1226)(즉, 하향식 뷰(1200-2)에 도시된 방향에 대한 우측 표면)과 만나 예각을 형성하고 출사창(1214)의 제2 측면(1228)(즉, 하향식 뷰(1200-2)에 도시된 방향에 대한 좌측 표면)과 만나 둔각을 형성한다. 즉, 출사창(1214)은 출사창(1214)의 제2 측면(1228)으로부터 출사창(1214)의 제1 측면(1226)까지 하향식 도면(top-down view)(1200-2)에 도시된 배향에 대해 우측 및 외향으로 경사진다. 예를 들어, 주요 출력 표면(1222)은 출사창(1214)의 주요 입력 표면에 대해 경사져 있다. 측면(1228)의 길이(L1)는 측면(1226)의 길이(L2)보다 작다. 일부 실시예에서, 출사창(1214)의 표면이 만나는 하나 이상의 에지는 모깍은(chamfered) 또는 만곡될 수 있다.
다른 예로, 출사창은 직육면체 형상을 유지할 수 있고, 도 4 내지 도 6에 도시된 출사창의 오리엔테이션에 대해, 인클로저의 나머지 부분을 회전시키지 않고 출사창의 상부 및 하부 표면의 중심점을 통해 확장되는 축을 중심으로 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 회전(예를 들어, 페이지의 평면에서)(예: 약 0.1~15도 정도)할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 출사창은 장축을 중심으로 약 0.1 내지 10도만큼 회전될 수 있다. 이러한 방식으로 출사창의 방향(오리엔테이션)을 변경함으로써 출사창의 주요 입력 표면(즉, 레이저 소스로부터 라이트 빔을 처음 수신하고 주요 출력 표면의 반대쪽 표면)은 레이저 소스에서 출력되는 라이트 빔의 기본 전파 방향과 직교하지 않는다.
도 10 내지 도 12의 다양한 예에 도시된 바와 같이, 레이저 소스로부터 출력되는 라이트 빔의 전파의 주요 방향에 직교하지 않도록 출사창의 주요 출력 표면을 배열함으로써, 광학 엔진의 레이저 다이오드로의 광학 피드백의 양이 유리하게 감소된다. 이러한 광학적 피드백은 출사창에 배치되거나 내부에 통합된 회절 격자에 의해 재지향되는 레이저 다이오드에 의해 출력되는 라이트 빔에 의해 야기될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
일반적인 설명에서 위에서 설명한 모든 액티비티 또는 요소가 필요한 것은 아니며 특정 액티비티 또는 장치의 일부가 필요하지 않을 수 있으며, 설명된 것 외에도 하나 이상의 추가 액티비티가 수행되거나 포함된 요소가 있을 수 있다. 또한 액티비티가 나열되는 순서가 반드시 수행되는 순서는 아니다. 또한, 구체적인 실시예를 참조하여 개념을 설명하였다. 그러나, 당업자라면 하기 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한적인 의미가 아닌 예시적인 것으로 간주되어야 하며, 이러한 모든 변형은 본 개시의 범위 내에 포함되도록 의도된다. 장점, 다른 장점 및 문제에 대한 해결책은 특정 실시예와 관련하여 위에서 설명되었다.
이점, 장점, 문제에 대한 솔루션 및 모든 이점, 장점 또는 솔루션이 발생하거나 더 두드러지게 만들 수 있는 모든 기능은 일부 또는 모든 제품의 중요하거나 필요하거나 필수적인 기능으로 해석되지 않는다. 더욱이, 상기 개시된 특정 실시예는 단지 설명을 위한 것일 뿐이며, 개시된 요지는 상이하지만 본 명세서의 교시의 혜택을 받는 당업자에게 명백한 동등한 방식으로 수정 및 실시될 수 있다. 아래의 청구 범위에 기술된 것 외에 여기에 표시된 구성 또는 디자인의 세부 사항에 대한 제한은 없다. 따라서, 위에 개시된 특정 실시예가 변경되거나 수정될 수 있고 그러한 모든 변형이 개시된 요지의 범위 내에서 고려된다는 것이 명백하다. 따라서, 여기에서 추구하는 보호는 아래의 청구범위에 설명된 바와 같다.
Claims (37)
- 레이저 프로젝터로서,
광 세기를 측정하는 광검출기; 그리고
광학 엔진을 포함하며,
상기 광학 엔진은,
라이트 빔을 출력하도록 구성된 레이저 소스;
상기 레이저 소스에 의해 출력된 상기 라이트 빔의 광학 경로에 배치된 출사창; 그리고
상기 출사창의 주요(primary) 출력 표면에 배치된 회절 격자를 포함하며, 상기 회절 격자는 상기 라이트 빔의 일부를 상기 광검출기를 향하여 재지향(redirect)시키는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터. - 제1항에 있어서, 상기 레이저 프로젝터는,
상기 레이저 소스를 둘러싸고 그리고 상기 출사창을 포함하는 인클로저를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터. - 제1항에 있어서, 상기 회절 격자는 홀로그램 회절 격자인 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터.
- 제1항에 있어서, 상기 회절 격자는 표면-릴리프 회절 격자인 레이저 프로젝터.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 라이트 빔의 광학 경로와 중첩하는 상기 회절 격자의 적어도 일부는 상기 라이트 빔의 파장에 대응하는 공진 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 엔진은 기판의 표면에 배치되고,
상기 광검출기는 상기 인클로저의 출사창의 측벽을 가로질러 배치되고,
상기 측벽은 상기 주요 출력 표면에 인접하고 그리고 상기 기판의 표면에 수직인 평면을 정의하고,
상기 회절 격자는 상기 라이트 빔의 일부를 상기 출사창의 상기 측벽을 통해 상기 광검출기를 향하여 재지향시키는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광학 엔진은 기판 상에 배치되고,
상기 광검출기는 상기 출사창 바로 아래 및 상기 라이트 빔의 상기 광학 경로 바로 아래에 배치되며, 그리고
상기 회절 격자는 상기 기판을 향하는 상기 출사창의 바닥 표면을 통해 상기 광검출기를 향해 상기 라이트 빔의 일부를 재지향시키는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터. - 제7항에 있어서, 상기 광검출기는 상기 기판에 임베딩되는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터.
- 제7항에 있어서,
상기 광학 엔진은 상기 기판의 제1 측면 상에 배치되고,
상기 광검출기는 상기 제1 측면과 대향하는 상기 기판의 제2 측면 상에 배치되고, 그리고
상기 회절 격자는 상기 출사창의 바닥 표면을 통해 그리고 상기 기판을 통해 상기 제1 측면에서 상기 제2 측면으로 연장되는 개구부를 통해 상기 광검출기를 향해 상기 라이트 빔의 일부를 재지향시키는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광학 엔진은 제1 기판 상에 배치되고,
상기 광검출기는, 상기 광검출기가 상기 라이트 빔의 광학 경로 및 상기 출사창 바로 위에 배치되도록, 상기 제1 기판 위에 배치된 제2 기판 상에 배치되고,
상기 회절 격자는 상기 제2 기판을 향하고 상기 제1 기판으로부터 멀어지는 방향을 향하는 상기 출사창의 상부 표면을 통해 상기 광검출기를 향하여 상기 라이트 빔의 일부를 재지향시키는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출사창의 주요 출력 표면은 상기 출사창의 주요(primary) 입력 표면에 대해 경사지고, 상기 라이트 빔은 상기 출사창의 주요 입력 표면에 입사하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터.
- 특히 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 따른 레이저 프로젝터로서,
광 세기를 측정하도록 구성된 적어도 하나의 광검출기; 그리고
광학 엔진을 포함하며,
상기 광학 엔진은,
복수의 라이트 빔을 출력하도록 구성된 복수의 레이저 소스;
상기 복수의 레이저 소스를 둘러싸는 인클로저 -상기 인클로저는 상기 복수의 레이저 소스에 의해 출력되는 상기 복수의 라이트 빔의 각각의 광학 경로에 배치된 출사창을 가짐-; 그리고
상기 출사창의 주요 출력 표면에 배치된 회절 격자를 포함하며, 상기 회절 격자는 상기 복수의 라이트 빔 각각의 일부를 상기 적어도 하나의 광검출기를 향하여 재지향시키는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터. - 제12항에 있어서, 상기 레이저 프로젝터는,
상기 출사창과 상기 적어도 하나의 광검출기 사이의 시준 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터. - 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 회절 격자는 홀로그램 회절 격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터.
- 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 회절 격자는 표면-릴리프 회절 격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터.
- 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회절 격자는,
상기 복수의 라이트 빔 중 제1 라이트 빔의 제1 파장에 대응하는 제1 공진 파장을 갖는 제1 부분 -상기 제1 부분은 제1 라이트 빔의 제1 광학 경로와 중첩함-; 그리고
상기 복수의 라이트 빔 중 제2 라이트 빔의 제2 파장에 대응하는 제2 공진 파장을 갖는 제2 부분을 포함하며, 상기 제2 부분은 제2 라이트 빔의 제2 광학 경로와 중첩하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터. - 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광학 엔진은 기판의 표면 상에 배치되고, 상기 적어도 하나의 광검출기는 인클로저의 출사창의 제1 측벽을 가로질러 배치된 제1 광검출기를 포함하고, 상기 제1 측벽은 상기 주요 출력 표면에 인접하고 그리고 상기 기판의 표면에 수직인 평면을 정의하고,
상기 회절 격자는 상기 복수의 라이트 빔 중 적어도 제1 라이트 빔의 제1 부분을 상기 출사창의 제1 측벽을 통해 상기 제1 광검출기를 향하여 재지향시키는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터. - 제17항에 있어서,
상기 적어도 하나의 광검출기는 상기 인클로저의 출사창의 제2 측벽을 가로질러 배치된 제2 광검출기를 더 포함하고, 상기 제2 측벽은 상기 제1 측벽의 맞은편에 있고, 상기 회절 격자는 상기 복수의 라이트 빔 중 적어도 제2 라이트 빔의 제2 부분을 상기 출사창의 제2 측벽을 통해 상기 제2 광검출기를 향하여 재지향시키는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터. - 제18항에 있어서,
상기 광학 엔진은 상기 출사창의 제1 측벽에 배치된 제1 다이크로익 필터 및 상기 출사창의 제2 측벽에 배치된 제2 다이크로익 필터를 더 포함하고,
상기 제1 다이크로익 필터는 상기 제1 라이트 빔의 파장에 대응하는 제1 파장의 라이트 빔을 투과시키고 그리고 상기 제2 라이트 빔의 파장에 대응하는 제2 파장의 라이트 빔을 반사하도록 구성되며, 그리고
상기 제2 다이크로익 필터는 상기 제2 파장의 라이트 빔을 투과시키고 상기 제1 파장의 라이트 빔을 반사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터. - 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광학 엔진은 기판 상에 배치되고,
상기 적어도 하나의 광검출기는:
상기 출사창 바로 아래 및 상기 복수의 라이트 빔 중 제1 라이트 빔의 제1 광학 경로 바로 아래에 배치되는 제1 광검출기 -상기 회절 격자는 상기 기판과 마주하는 상기 출사창의 바닥 표면을 통해 상기 제1 광검출기를 향하여 상기 제1 라이트 빔의 제1 부분을 재지향시킴-; 그리고
상기 출사창 바로 아래 및 상기 복수의 라이트 빔 중 제2 라이트 빔의 제2 광학 경로 바로 아래에 배치되는 제2 광검출기를 포함하며, 상기 회절 격자는 상기 제2 라이트 빔의 제2 부분을 상기 출사창의 바닥 표면을 통해 상기 제2 광검출기를 향하여 재지향시키는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터. - 제20항에 있어서, 상기 제1 광검출기와 상기 제2 광검출기는 각각 상기 기판에 임베딩되는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터.
- 제20항에 있어서, 상기 광학 엔진은 상기 기판의 제1 측면 상에 배치되고,
상기 제1 광검출기 및 상기 제2 광검출기는 상기 제1 측면과 대향하는 상기 기판의 제2 측면에 각각 배치되고,
상기 회절 격자는 상기 제1 라이트 빔의 제1 부분을 상기 출사창의 바닥 표면을 통해 그리고 상기 제1 측면에서 상기 제2 측면으로 상기 기판을 통해 연장되는 제1 개구부를 통해 상기 제1 광검출기를 향하여 재지향시키고,
상기 회절 격자는 상기 제2 제1 라이트 빔의 제2 부분을 상기 출사창의 바닥 표면을 통해 그리고 제1 측면에서 상기 제2 측면으로 상기 기판을 통해 연장되는 제2 개구부를 통해 상기 제2 광검출기를 향하여 재지향시키는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터. - 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 엔진은 제1 기판 상에 배치되고,
상기 적어도 하나의 광검출기는, 상기 적어도 하나의 광검출기가 상기 출사창 바로 위에 그리고 상기 복수의 라이트 빔의 광학 경로 중 적어도 하나 바로 위에 배치되도록, 상기 제1 기판 위에 배치된 제2 기판 상에 배치되며,
상기 회절 격자는 상기 제2 기판을 향하고 그리고 상기 제1 기판으로부터 멀어지는 방향을 향하는 상기 출사창의 상부 표면을 통해 상기 적어도 하나의 광검출기를 향하여 상기 복수의 라이트 빔 중 적어도 하나의 일부를 재지향시키는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터. - 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출사창의 주요 출력 표면은 상기 출사창의 주요 입력 표면에 대해 경사지고(slanted), 라이트 빔은 상기 출사창의 주요 입력 표면에 입사하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터.
- 특히, 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 따른 레이저 프로젝터용 광학 엔진으로서,
라이트 빔을 출력하도록 구성된 레이저 소스;
상기 레이저 소스에 의해 출력되는 상기 라이트 빔의 광학 경로에 배치된 출사창 -상기 출사창은 상기 출사창의 주요 입력 표면을 통해 상기 라이트 빔을 수신함-; 그리고
상기 출사창의 주요 출력 표면에 배치된 회절 격자를 포함하며, 상기 회절 격자는 상기 주요 입력 표면과 상기 주요 출력 표면 사이에서 연장되는 상기 출사창의 적어도 하나의 표면을 통해 상기 라이트 빔의 일부를 재지향(redirect)시키는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터용 광학 엔진. - 제25항에 있어서, 상기 광학 엔진은,
상기 레이저 소스를 둘러싸고 그리고 상기 출사창을 포함하는 인클로저를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터용 광학 엔진. - 제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 라이트 빔의 대부분은 상기 출사창을 통해 출사하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터용 광학 엔진.
- 제25항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 엔진은,
상기 출사창을 출사할 때 상기 라이트 빔의 광학 경로에 배치된 광검출기; 그리고
상기 출사창과 상기 광검출기 사이의 시준 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터용 광학 엔진. - 제25항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회절 격자는 홀로그램 회절 격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터용 광학 엔진. - 제25항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회절 격자는 표면-릴리프 회절 격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터용 광학 엔진. - 제25항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 라이트 빔의 광학 경로와 중첩하는 상기 회절 격자의 적어도 일부는 상기 라이트 빔의 파장에 대응하는 공진 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터용 광학 엔진. - 제25항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광학 엔진은 기판의 표면 상에 배치되고,
상기 회절 격자는 상기 출사창의 제1 측벽을 통해 상기 라이트 빔의 일부를 재지향시키고, 그리고
상기 제1 측벽은 주요 입력 표면과 주요 출력 표면 사이에서 연장되고 그리고 상기 기판의 표면에 수직인 평면을 정의하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터용 광학 엔진. - 제32항에 있어서, 상기 회절 격자는 상기 출사창의 제2 측벽을 통해 상기 라이트 빔의 일부를 추가로 재지향시키고, 상기 제2 측벽은 상기 출사창에 대해 상기 제1 측벽과 대향하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터용 광학 엔진.
- 제33항에 있어서, 상기 레이저 소스는 제1 레이저 소스이고, 상기 라이트 빔은 제1 라이트 빔이며,
상기 광학 엔진은:
제2 라이트 빔을 출력하도록 구성된 제2 레이저 소스;
상기 출사창의 제1 측벽에 배치된 제1 다이크로익 필터; 그리고
상기 출사창의 제2 측벽에 배치된 제2 다이크로익 필터를 포함하며,
상기 제1 다이크로익 필터는 상기 제1 라이트 빔의 파장에 대응하는 제1 파장의 라이트 빔을 투과시키고 상기 제2 라이트 빔의 파장에 대응하는 제2 파장의 라이트 빔을 반사하도록 구성되고,
상기 제2 다이크로익 필터는 상기 제2 파장의 라이트 빔을 투과시키고 상기 제1 파장의 라이트 빔을 반사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터용 광학 엔진. - 제25항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 엔진은 기판의 표면 상에 배치되고 그리고 상기 회절 격자는 상기 기판과 마주하는 상기 출사창의 바닥 표면을 통해 상기 라이트 빔의 일부를 재지향시키는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터용 광학 엔진.
- 제25항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 엔진은 기판의 표면 상에 배치되고, 상기 회절 격자는 상기 주요 입력 표면과 주요 출력 표면 사이에서 연장되고 상기 기판으로부터 멀어지는 방향을 향하는 상기 출사창의 상부 표면을 통해 상기 라이트 빔의 일부를 재지향시키는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터용 광학 엔진.
- 제25항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출사창의 주요 출력 표면은 상기 출사창의 주요 입력 표면에 대해 경사지고, 상기 라이트 빔은 상기 출사창의 주요 입력 표면에 입사하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터용 광학 엔진.
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