KR20240033657A

KR20240033657A - 광 제어 막

Info

Publication number: KR20240033657A
Application number: KR1020230115360A
Authority: KR
Inventors: 스미턴 티모시; 시아 이렌
Original assignee: 엔비직스 엘티디
Priority date: 2022-09-05
Filing date: 2023-08-31
Publication date: 2024-03-12
Also published as: US20240077651A1; EP4332685A1; CN117647857A; GB202212903D0; GB2622102A

Abstract

광 제어 막을 제작하는 방법. 방법은 투명 재료와 광 흡수 재료의 복수의 교번하는 층들을 제공하는 단계를 포함한다. 광 흡수 재료 층 각각은 투명 재료의 각각의 층들 사이에 산재된다. 투명 재료와 광 흡수 재료의 복수의 교번하는 층들은 스택 방향으로 스택된다. 스택 방향은 복수의 교번하는 층들 중 적어도 하나의 표면의 평면에 수직이다. 방법은 직선 에지를 사용하여, 제 1 절단 평면 및 제 2 절단 평면에서 투명 재료와 광 흡수 재료의 복수의 교번하는 층들을 통해 절단하는 단계를 더 포함하고, 절단은 제 1 절단 평면에 평행한 제 1 절단 표면 및 제 2 절단 평면에 평행한 제 2 절단 표면을 포함하는 중간 막을 발생시킨다. 제 1 절단 평면 및 제 2 절단 평면 각각은 스택 방향에 대해 90 ° 이하의 각도로 배향된다. 방법은 반복되는 프리즘 구조를 갖는 툴을 사용하여, 중간 막의 제 1 절단 표면 상에 반복되는 프리즘 구조를 핫 엠보싱 (hot embossing) 하는 단계를 더 포함하고, 핫 엠보싱은 톱니 모양 (serrated)/물결 모양의 (corrugated) 제 1 표면을 발생시킨다.

Description

광 제어 막{LIGHT CONTROL FILM}

본 개시는 광 제어 막을 제작하는 방법에 관한 것이다. 일부 실시 예들은 홀로그래픽 프로젝터 (holographic projector), 픽처 생성 유닛 (picture generating unit) 또는 헤드-업 디스플레이 (head-up display) 에서 광 제어 막을 사용하는 것에 관한 것이다.

객체 (object) 에서 산란된 광은 진폭 및 위상 정보를 모두 포함한다. 이 진폭 및 위상 정보는 예를 들어, 간섭 무늬 (interference fringes) 를 포함하는 홀로그래픽 기록 (recording), 또는 "홀로그램 (hologram)"을 형성하기 위해 공지의 간섭 기법들 (techniques) 에 의해 감광 플레이트 상에 캡처될 수 있다. 홀로그램은 원래 객체를 나타내는 2 차원 또는 3 차원 홀로그래픽 재구성 (holographic reconstruction), 또는 리플레이 (replay) 이미지를 형성하도록 적합한 광을 사용한 조사 (illumination) 에 의해 재구성될 수도 있다.

컴퓨터-생성된 홀로그래피는 간섭 프로세스를 수치적으로 시뮬레이팅할 수도 있다. 컴퓨터-생성된 홀로그램 (computer-generated hologram; CGH) 은 프레넬 변환 (Fresnel transform) 또는 푸리에 변환 (Fourier transform) 과 같은 수학적 변환에 기초한 기법에 의해 계산될 수도 있다. 이들 타입들의 홀로그램들은 프레넬/푸리에 변환 홀로그램들 또는 단순히 프레넬/푸리에 홀로그램들로 지칭될 수도 있다. 푸리에 홀로그램은 객체의 푸리에 도메인/평면 표현 또는 객체의 주파수 도메인/평면 표현으로 간주될 수도 있다. 컴퓨터-생성된 홀로그램은 또한 예를 들어 코히어런트 광선 추적 (coherent ray tracing) 또는 포인트 클라우드 (point cloud) 기법에 의해 계산될 수도 있다.

컴퓨터-생성된 홀로그램은 입사된 광의 진폭 및/또는 위상을 변조하도록 구성된 공간 광 변조기 (spatial light modulator; SLM) 상에서 인코딩될 수도 있다. 광 변조는 예를 들어, 전기적으로 어드레스 가능한 액정들 (liquid crystals; LCs), 광학적으로 어드레스 가능한 액정들 또는 마이크로 미러들을 사용하여 달성될 수도 있다.

공간 광 변조기는 통상적으로 셀들 또는 엘리먼트들로 또한 지칭될 수도 있는 복수의 개별적으로 어드레스 가능한 픽셀들을 포함한다. 광 변조 스킴 (scheme) 은 이진, 멀티 레벨 또는 연속적일 수도 있다. 대안적으로, 디바이스는 연속적일 수도 있고 (즉, 픽셀들로 구성되지 않음) 따라서 광 변조는 디바이스에 걸쳐 연속적일 수도 있다. 공간 광 변조기는 변조된 광이 반사되어 출력된다는 것을 의미하는 반사성일 수도 있다. 공간 광 변조기는 변조된 광이 투과되어 출력된다는 것을 의미하는 투과성일 수도 있다.

홀로그래픽 프로젝터 (holographic projector) 는 본 명세서에 기술된 시스템을 사용하여 제공될 수도 있다. 이러한 프로젝터들은 헤드-업 디스플레이들 (head-up displays), "HUD"에 적용된다.

본 개시의 양태들은 첨부된 독립 청구항들에서 규정된다.

일 양태에서, 광 제어 막을 제작하는 방법이 제공된다. 방법은 투명 재료와 광 흡수 재료의 복수의 교번하는 층들을 제공하는 단계를 포함한다. 광 흡수 재료 층 각각은 투명 재료의 각각의 층들 사이에 산재된다. 투명 재료와 광 흡수 재료의 복수의 교번하는 층들은 스택 방향으로 스택된다. 스택 방향은 복수의 교번하는 층들 중 적어도 하나의 표면의 평면에 수직이다. 방법은 직선 에지를 사용하여, 제 1 절단 평면 및 제 2 절단 평면에서 투명 재료와 광 흡수 재료의 복수의 교번하는 층들을 통해 절단하는 단계를 더 포함하고, 절단은 제 1 절단 평면에 평행한 제 1 절단 표면 및 제 2 절단 평면에 평행한 제 2 절단 표면을 포함하는 중간 막을 발생시킨다. 제 1 절단 평면 및 제 2 절단 평면 각각은 스택 방향에 대해 90 ° 이하의 각도로 배향된다. 방법은 반복되는 프리즘 구조 (prismatic structure) 를 갖는 툴을 사용하여, 중간 막의 제 1 절단 표면 상에 반복되는 프리즘 구조를 핫 엠보싱하는 (hot embossing) 단계를 더 포함하고, 핫 엠보싱은 톱니 모양 (serrated)/물결 모양의 (corrugated) 제 1 표면을 발생시킨다. 유리하게, 광 제어 막의 톱니 모양/물결 모양의 표면들은 태양광이 아이-박스로 직접 반사되는 것을 방지한다. 부가적으로, 톱니 모양의 표면들을 갖는 광 제어 막은 투명한 광학 표면 상의 태양 눈부심 (glare) 을 제거할 수 있다. 게다가, 핫-엠보싱 프로세스는 광 제어 막을 제작하는 더 신뢰할 수 있고 비용 효율적인 방식을 허용하는 경향이 있다.

방법은 툴을 사용하여, 중간 막의 제 2 절단 표면 상에 반복되는 프리즘 구조를 핫 엠보싱하는 단계를 더 포함할 수도 있고, 핫 엠보싱은 톱니 모양/물결 모양의 제 2 표면을 발생시킨다.

방법은 반복되는 프리즘 구조를 핫 엠보싱하는 단계 전에 프리즘 구조의 리지들 (ridges) 을 광 흡수 재료 층들의 에지들과 정렬하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 제 1 절단 평면 및 제 2 절단 평면은 서로 평행할 수도 있다.

톱니 모양의 제 1 표면은 제 1 절단 표면에 대해 30 °보다 더 큰, 예컨대 35 °보다 더 큰 각도의 제 1 전면 패싯 (facet) 을 포함할 수도 있다. 톱니 모양의 제 2 표면은 제 2 절단 표면에 대해 30 °보다 더 큰, 예컨대 35 °보다 더 큰 각도의 제 2 전면 패싯을 포함할 수도 있다. 유리하게, 본 발명자들은 이것이 톱니 모양의 제 1 표면 및/또는 톱니 모양의 제 2 표면을 통해 전파하는 반사된 태양광이 아이-박스에 도달할 수 없다는 것을 의미한다는 것을 발견하였다. 동시에, 모든 내부 반사는 광 흡수 재료의 스트립들의 배향으로 인해 광 흡수 재료의 스트립들에 의해 흡수된다. 일부 실시 예들에서, 효과적인 태양광/반사 억제에 필요한 (표면 법선으로부터 측정된) 루버 (louvre) 각도는 60 ° 미만, 예컨대 55 ° 미만이다.

복수의 교번하는 층들을 제공하는 단계는: 제 1 투명 재료 층을 제공하는 단계; 제 1 광 흡수 재료 층을 제 1 투명 재료 층 상에 제공하는 단계; 제 1 광 흡수 재료 층이 제 1 투명 재료 층과 제 2 투명 재료 층 사이에 있도록 제 1 광 흡수 재료 층 상에 제 2 투명 재료 층을 제공하는 단계; 및 제 2 투명 재료 층이 제 1 광 흡수 재료 층과 제 2 광 흡수 재료 층 사이에 있도록 제 2 투명 재료 층 상에 제 2 광 흡수 재료 층을 제공하는 단계를 포함할 수도 있다.

제 1 광 흡수 재료 층 및/또는 제 2 광 흡수 재료 층을 제공하는 단계는 에어브러싱 (airbrushing) 또는 용액 코팅 (solution coating) 을 포함할 수도 있다.

투명 재료 층들 각각은 광을 산란하도록 구성된 마주 보는 거친 표면들을 포함한다. 거친 표면들 각각은 각각의 투명 재료의 층과 각각의 광 흡수 재료의 층 사이의 경계일 수도 있다. 유리하게, 투명 층들의 거친 표면들, 예를 들어 PMMA 시트들은 광을 산란시키는 경향이 있어서 반사된 태양광이 아이-박스에 도달하는 것을 더 방지한다. 게다가, 거친 표면들 상에 증착된 광 흡수 재료 층은 또한 광 흡수 재료 층 상에 거친 표면을 발생시킨다. 광 산란을 증가시키는 광 흡수 재료 층 상의 거친 표면은 광 흡수 층이 반사된 태양광을 더 효과적으로 흡수할 수 있다는 것을 의미한다.

광 흡수 재료 층들은 흑색 접착제 또는 흑색 페인트, 또는 흑색 실리콘 고무 또는 이들의 임의의 조합이다. 투명 재료 층들은 PMMA 또는 투명한 실리콘 고무 또는 이들의 임의의 조합으로 이루어진다. 광 흡수 재료 층 각각은 10 ㎛ 내지 100 ㎛의 두께를 갖는다. 투명 재료 층들 각각은 0.1 ㎜ 내지 10 ㎜의 두께를 갖는다. 상기 양태들의 방법은 톱니 모양의 제 1 표면 및/또는 제 2 표면 상에 반사 방지 (anti-reflective) 코팅을 도포하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 투명 재료 층 각각은 쐐기 형상이다 (wedge shaped). 복수의 교번하는 층들의 층들은 서로 평행하다.

또 다른 양태에서, 차량용 헤드-업 디스플레이를 제작하는 방법이 제공된다. 방법은, 헤드-업 디스플레이 동작 동안, 태양광 눈부심에 도움이 되는 구성으로 배치된 (arrange) 반사 표면을 갖는 광학 컴포넌트를 제공하는 단계, 및 임의의 선행하는 양태들의 방법을 사용하여 제작된 광 제어 막을 광학 컴포넌트의 반사 표면 상에 배치하는 (dispose) 단계를 포함한다.

또 다른 양태에서, 차량용 헤드-업 디스플레이가 제공된다. 헤드-업 디스플레이는, 헤드-업 디스플레이 동작 동안, 태양광 눈부심에 도움이 되는 또는 태양광 눈부심에 민감한 (susceptible) 구성으로 배치된 반사 표면을 갖는 광학 컴포넌트; 및 광학 컴포넌트의 반사 표면 상에 배치된 임의의 선행하는 양태를 사용하여 제작된 광 제어 층을 포함한다. 광 제어 층은 반사 억제 컴포넌트일 수도 있다.

본 개시에서, 용어 "복제본 (replica)"은 단지 복소 광 필드가 복수의 상이한 광학 경로들을 따라 지향되도록 공간적으로 변조된 광이 분할된다는 것을 반영하도록 사용된다. 단어 "복제본"은 퓨필 (pupil) 확장기에 의한 부분 반사-투과와 같은 복제 이벤트 후 복소 광 필드의 발생 또는 인스턴스 (instance) 각각을 지칭하도록 사용된다. 복제본 각각은 상이한 광학 경로를 따라 이동한다. 본 개시의 일부 실시 예들은 이미지가 아닌 홀로그램으로 인코딩되는 광, 즉, 이미지 자체가 아닌 이미지의 홀로그램으로 공간적으로 변조되는 광의 전파에 관한 것이다. 따라서 홀로그램의 복수의 복제본들이 형성된다고 할 수도 있다. 홀로그래피 기술의 당업자는 홀로그램을 사용하여 인코딩된 광의 전파와 연관된 복소 광 필드가 전파 거리에 따라 변화할 것이라는 것을 인식할 것이다. 용어 "복제본"의 본 명세서에서 사용은 전파 거리와 무관하고 따라서 복제 이벤트와 연관된 2 개의 광 경로들 또는 분기들은 분기들이 상이한 길이일지라도 서로의 "복제본들"로서 여전히 지칭되고, 복소 광 필드는 경로 각각을 따라 상이하게 전개된다 (evolve). 즉, 2 개의 복소 광 필드들은 이들이 동일한 복제 이벤트 또는 일련의 복제 이벤트들로부터 발생한다면, 상이한 전파 거리들과 연관되더라도 본 개시에 따라 여전히 "복제본들"로 간주된다.

본 개시에 따른 "회절된 광 필드" 또는 "회절 광 필드"는 회절에 의해 형성된 광 필드이다. 회절된 광 필드는 대응하는 회절 패턴을 조사함으로써 형성될 수도 있다. 본 개시에 따라, 회절 패턴의 예는 홀로그램이고 회절된 광 필드의 예는 홀로그래픽 광 필드 또는 이미지의 홀로그래픽 재구성을 형성하는 광 필드이다. 홀로그래픽 광 필드는 리플레이 (replay) 평면 상의 이미지의 (홀로그래픽) 재구성을 형성한다. 홀로그램으로부터 리플레이 평면으로 전파하는 홀로그래픽 광 필드는 홀로그램 도메인의 광 또는 홀로그램으로 인코딩된 광을 포함한다고 할 수도 있다. 회절된 광 필드는 회절 구조체의 가장 작은 피처 사이즈 및 (회절된 광 필드의) 광의 파장에 의해 결정된 회절 각도를 특징으로 한다. 본 개시에 따라, 또한 "회절된 광 필드"는 대응하는 회절 구조체로부터 공간적으로 분리된 평면 상에 재구성을 형성하는 광 필드라고 할 수도 있다. 회절 구조체로부터 회절된 광 필드를 뷰어로 전파하기 위한 광학 시스템이 본 명세서에 개시된다. 회절된 광 필드는 이미지를 형성할 수도 있다.

용어 "홀로그램"은 객체에 관한 진폭 정보 또는 위상 정보, 또는 이들의 일부 조합을 포함하는 기록 (recording) 을 지칭하도록 사용된다. 용어 "홀로그래픽 재구성"은 홀로그램을 조사함으로써 형성된 객체의 광학적 재구성 (optical reconstruction) 을 지칭하도록 사용된다. 본 명세서에 개시된 시스템은 홀로그래픽 재구성이 실제 이미지이고 홀로그램으로부터 공간적으로 분리되기 때문에 "홀로그래픽 프로젝터 (projector)"로서 기술된다. 용어 "리플레이 필드 (replay field)"는 홀로그래픽 재구성이 형성되고 완전히 포커싱되는 2D 영역을 지칭하도록 사용된다. 홀로그램이 픽셀들을 포함하는 공간 광 변조기 (spatial light modulator; SLM) 상에 디스플레이된다면, 리플레이 필드는 복수의 회절된 차수의 형태로 반복될 것이고, 회절된 차수 각각은 0 차 리플레이 필드의 복제본이다. 0 차 리플레이 필드는 가장 밝은 리플레이 필드이기 때문에 일반적으로 선호되거나 주 (primary) 리플레이 필드에 대응한다. 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 용어 "리플레이 필드"는 0 차 리플레이 필드를 지칭하는 것으로 간주되어야 한다. 용어 "리플레이 평면"은 모든 리플레이 필드들을 포함하는 공간의 평면을 지칭하도록 사용된다. 용어들 "이미지", "리플레이 이미지" 및 "이미지 영역"은 홀로그래픽 재구성의 광에 의해 조사된 리플레이 필드의 영역들을 지칭한다. 일부 실시 예들에서, "이미지"는 "이미지 스폿들" 또는 단지 편의상 "이미지 픽셀들"로 지칭될 수도 있는 이산적인 (discrete) 스폿들을 포함할 수도 있다.

용어들 "인코딩", "라이팅 (writing)" 또는 "어드레싱 (addressing)"은 픽셀 각각의 변조 레벨을 각각 결정하는 각각의 복수의 제어 값들을 SLM의 복수의 픽셀들에 제공하는 프로세스를 기술하도록 사용된다. SLM의 픽셀들은 복수의 제어 값들을 수신하는 것에 응답하여 광 변조 분포를 "디스플레이"하도록 구성된다고 할 수도 있다. 따라서, SLM은 홀로그램을 "디스플레이"한다고 할 수도 있고 홀로그램은 광 변조 값들 또는 레벨들의 어레이로 간주될 수도 있다.

용인할 수 있는 품질의 홀로그래픽 재구성은 원래 객체의 푸리에 변환 (Fourier transform) 과 관련된 위상 정보만을 포함하는 "홀로그램"으로부터 형성될 수 있다는 것을 알게 되었다. 이러한 홀로그래픽 기록은 위상-온리 (phase-only) 홀로그램으로 지칭될 수도 있다. 실시 예들은 위상-온리 홀로그램에 관한 것이지만, 본 개시는 진폭-온리 홀로그래피에 동일하게 적용 가능하다.

본 개시는 또한 원래 객체의 푸리에 변환과 관련된 진폭 및 위상 정보를 사용하여 홀로그래픽 재구성을 형성하는 데 동일하게 적용 가능하다. 일부 실시 예들에서, 이는 원래 객체와 관련된 진폭 및 위상 정보 모두를 포함하는 소위 완전 복소 홀로그램을 사용한 복소 변조에 의해 달성된다. 이러한 홀로그램은 홀로그램의 픽셀 각각에 할당된 값 (그레이 레벨) 이 진폭 및 위상 컴포넌트를 갖기 때문에 완전-복소 홀로그램으로 지칭될 수도 있다. 픽셀 각각에 할당된 값 (그레이 레벨) 은 진폭 컴포넌트 및 위상 컴포넌트 모두를 갖는 복소수로서 표현될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 완전-복소 컴퓨터-생성된 홀로그램 (computer-generated hologram; CGH) 이 계산된다.

위상 값, 위상 컴포넌트, 위상 정보, 또는 단순히 "위상-지연"의 약칭으로서 컴퓨터-생성된 홀로그램 또는 공간 광 변조기의 픽셀들의 위상에 대한 참조가 이루어질 수도 있다. 즉, 기술된 임의의 위상 값은 실제로 해당 픽셀에 의해 제공된 위상 지연의 양을 나타내는 숫자 (예를 들어, 0 내지 2ð의 범위) 이다. 예를 들어, π/2의 위상 값을 갖는 것으로 기술된 공간 광 변조기의 픽셀은 수용된 광의 위상을 π/2 라디안만큼 지연시킬 것이다. 일부 실시 예들에서, 공간 광 변조기의 픽셀 각각은 복수의 가능한 변조 값들 (예를 들어, 위상 지연 값들) 중 하나로 동작 가능하다. 용어 "그레이 레벨"은 복수의 이용 가능한 변조 레벨들을 지칭하도록 사용될 수도 있다. 예를 들어, 용어 "그레이 레벨"은 상이한 위상 레벨들이 상이한 그레이 음영들을 제공하지 않더라도 위상-온리 변조기에서 복수의 이용 가능한 위상 레벨들을 지칭하도록 편의를 위해 사용될 수도 있다. 용어 "그레이 레벨"은 또한 복소 변조기에서 복수의 이용 가능한 복소 변조 레벨들을 지칭하기 위해 편의상 사용될 수도 있다.

따라서 홀로그램은 그레이 레벨들의 어레이―즉, 위상-지연 값들 또는 복소 변조 값들의 어레이와 같은 광 변조 값들의 어레이―를 포함한다. 홀로그램은 또한 공간 광 변조기 상에 디스플레이될 때 회절을 유발하고 일반적으로 공간 광 변조기의 픽셀 피치보다 더 작은 파장을 갖는 광으로 조사되는 패턴이기 때문에 회절 패턴으로 간주된다. 렌즈 또는 격자로서 기능하는 회절 패턴들과 같은 다른 회절 패턴들과 홀로그램을 결합하는 것에 대한 참조가 본 명세서에서 이루어진다. 예를 들어, 격자로서 기능하는 회절 패턴은 리플레이 평면 상의 리플레이 필드를 변환하도록 홀로그램과 결합될 수도 있고 또는 렌즈로서 기능하는 회절 패턴은 필드 근방 리플레이 평면 상에 홀로그래픽 재구성을 포커싱하도록 홀로그램과 결합될 수도 있다.

상이한 실시 예들 및 실시 예들의 그룹들이 이하의 상세한 기술 (description) 에서 개별적으로 개시될 수도 있지만, 임의의 실시 예 또는 실시 예들의 그룹의 임의의 피처는 임의의 실시 예 또는 실시 예들의 그룹의 임의의 다른 피처 또는 피처들의 조합과 결합될 수도 있다. 즉, 본 개시에 개시된 피처들의 모든 가능한 조합들 및 치환들이 구상된다.

특정한 실시 예들은 다음의 도면들을 참조하여 단지 예로서 기술된다.
도 1은 스크린 상에 홀로그래픽 재구성 (holographic reconstruction) 을 생성하는 반사성 공간 광 변조기 (spatial light modulator; SLM) 를 도시하는 개략도이다.
도 2는 8 개의 이미지 영역들/컴포넌트들, V1 내지 V8, 및 대응하는 홀로그램 채널들, H1 내지 H8의 단면들을 포함하는 투사할 이미지를 도시한다.
도 3은 복수의 이산적인 (discrete) 영역들로 광을 지향시키는 실리콘 액정 (liquid crystal on silicon; LCOS) 상에 디스플레이된 홀로그램을 도시한다.
도 4는 도 2 및 도 3에 예시된 바와 같이 계산된 홀로그램을 디스플레이하는 디스플레이 디바이스를 포함하는 시스템을 도시한다.
도 5a는 광 빔을 2 차원들로 확장하기 위해 배치된 (arrange) 2 개의 복제기들을 포함하는 시스템의 (축척대로가 아닌) 사시도를 도시한다.
도 5b는 광 빔을 2 차원들로 복제하도록 배치된 2 개의 복제기들을 포함하는 또 다른 시스템의 (축척대로가 아닌) 사시도를 도시한다.
도 6a는 광 제어 막을 갖는 복제기를 갖는 차량 (vehicle) 의 헤드-업 디스플레이 (head-up display) 로부터 아이-박스로의 이미지 광의 광학 경로를 도시하는 (축척대로가 아닌) 개략적인 측면도이고, 그리고 도 6b는 광 제어 막으로부터 아이-박스로의 이미지 광의 광학 경로를 도시하는 개략적인 평면도이다.
도 7은 루버들 (louvres) 의 어레이를 포함하는 예시적인 광 제어 막의 (축척대로가 아닌) 단면도이다.
도 8은 루버들의 어레이를 포함하는 광 제어 막의 (축척대로가 아닌) 단면도이다.
도 9a는 투명 재료 층의 (축척대로가 아닌) 단면도이다.
도 9b는 투명 재료 층 상에 광 흡수 재료 층을 증착하는 것을 도시하는 (축척대로가 아닌) 단면도이다.
도 9c는 투명 재료와 광 흡수 재료의 복수의 교번하는 층들의 (축척대로가 아닌) 단면도이다.
도 9d는 복수의 교번하는 층들로부터 절단된 중간 층의 (축척대로가 아닌) 단면도이다.
도 9e는 중간 층으로부터 제작된 광 제어 막의 (축척대로가 아닌) 단면도이다.
동일한 참조 번호들은 동일하거나 유사한 부품을 지칭하기 위해 도면들 전반에 걸쳐 사용될 것이다.

본 발명은 이하에 기술된 실시 예들로 제한되지 않고 첨부된 청구항들의 전체 범위로 확장된다. 즉, 본 발명은 상이한 형태들로 구현될 수도 있고 예시의 목적으로 제시된 기술된 실시 예들로 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다.

단수형의 용어들은 달리 명시되지 않는 한 복수형을 포함할 수도 있다.

다른 구조체의 상/아래 또는 또 다른 구조체의 상부 부분/하부 부분에 형성되는 것으로 기술된 구조체는 구조체들이 서로 콘택트하는 경우 및 또한 제 3 구조체가 그 사이에 배치되는 (dispose) 경우를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

시간 관계를 기술할 때 ―예를 들어, 이벤트들의 시간적 순서가 "후", "후속", "다음", "전" 등으로 기술될 때― 본 개시는 달리 명시되지 않는 한 연속적이고 비-연속적인 이벤트들을 포함하도록 취해진다. 예를 들어, 기술 (description) 은 "단지 (just)", "즉시 (immediate)" 또는 "바로 (direct)"와 같은 표현이 사용되지 않는 한 연속적이지 않은 경우를 포함하도록 취해진다.

용어들 "제 1", "제 2", 등이 본 명세서에서 다양한 엘리먼트들 (elements) 을 기술하도록 사용될 수도 있지만, 이들 엘리먼트들은 이들 용어들에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 하나의 엘리먼트를 또 다른 엘리먼트와 구별하기 위해서만 사용된다. 예를 들어, 첨부된 청구항들의 범위로부터 벗어나지 않고 제 1 엘리먼트는 제 2 엘리먼트로 지칭될 수 있고, 유사하게, 제 2 엘리먼트는 제 1 엘리먼트로 지칭될 수 있다.

상이한 실시 예들의 피처들은 부분적으로 또는 전체적으로 서로 커플링되거나 결합될 수도 있고, 서로 다양하게 상호 동작할 수도 있다. 일부 실시 예들은 서로 독립적으로 수행될 수도 있고, 공존하는 관계로 함께 수행될 수도 있다.

본 개시에서, 장치의 구조적 유닛들에 적용될 때 용어 "실질적으로"는 장치를 제조하기 위해 사용된 방법의 기술적 허용 오차 내에서 생성될 구조적 유닛들의 기술적 특징으로서 해석될 수도 있다.

홀로그래픽 투사를 위한 종래의 광학 구성

도 1은 컴퓨터-생성된 홀로그램이 단일 공간 광 변조기 (spatial light modulator; SLM) 상에서 인코딩되는 실시 예를 도시한다. 컴퓨터-생성된 홀로그램은 재구성 (reconstruction) 을 위한 객체의 푸리에 변환 (Fourier transform) 이다. 따라서 홀로그램은 객체의 푸리에 도메인 또는 주파수 도메인 또는 스펙트럼 도메인 표현이라고 할 수도 있다. 이 실시 예에서, 공간 광 변조기는 반사성 실리콘 액정 (liquid crystal on silicon), "LCOS", 디바이스이다. 홀로그램은 공간 광 변조기 상에 인코딩되고 홀로그래픽 재구성은 리플레이 (replay) 필드, 예를 들어 스크린 또는 확산기와 같은 광 수용 표면에서 형성된다.

광원 (110), 예를 들어 레이저 또는 레이저 다이오드가 시준 렌즈 (collimating lens) (111) 를 통해 SLM (140) 을 조사하도록 (illuminate) 배치된다. 시준 렌즈는 일반적으로 광의 평면형 파면 (wavefront) 으로 하여금 SLM 상에 입사하게 한다. 도 1에서, 파면의 방향은 수직을 벗어난다 (예를 들어, 투명 층의 평면에 대해 정확하게 직교하는 것으로부터 2 ° 또는 3 °). 그러나, 다른 실시 예들에서, 일반적으로 평면형 파면이 수직 입사로 제공되고 빔 스플리터 구성 (arrangement) 이 입력 광학 경로 및 출력 광학 경로를 분리하도록 사용된다. 도 1에 도시된 실시 예에서, 이 구성은 광원으로부터의 광이 SLM의 미러된 후면 표면으로부터 반사되고 출사 (exit) 파면 (112) 을 형성하도록 광-변조 층과 상호 작용하는 것이다. 출사 파면 (112) 은 스크린 (125) 에 포커스를 갖는, 푸리에 변환 렌즈 (120) 를 포함하는 광학계에 적용된다. 더 구체적으로, 푸리에 변환 렌즈 (120) 는 SLM (140) 으로부터 변조된 광의 빔을 수용하고 스크린 (125) 에서 홀로그래픽 재구성을 생성하도록 주파수-공간 변환을 수행한다.

특히, 이러한 타입의 홀로그래피에서, 홀로그램의 픽셀 각각은 전체 재구성에 기여한다. 리플레이 필드 상의 특정한 지점들 (또는 이미지 픽셀들) 과 특정한 광-변조 엘리먼트들 (또는 홀로그램 픽셀들) 사이에는 일대일 (one-to-one) 상관관계가 없다. 즉, 광-변조 층을 나가는 변조된 광은 리플레이 필드에 걸쳐 분포된다.

이들 실시 예들에서, 공간에서 홀로그래픽 재구성의 포지션은 푸리에 변환 렌즈의 굴절 (dioptric) (포커싱) 배율에 의해 결정된다. 도 1에 도시된 실시 예에서, 푸리에 변환 렌즈는 물리적 렌즈이다. 즉, 푸리에 변환 렌즈는 광학적 푸리에 변환 렌즈이고, 푸리에 변환은 광학적으로 수행된다. 모든 렌즈는 푸리에 변환 렌즈로서 작용할 수 있지만 렌즈의 성능은 수행하는 푸리에 변환의 정확도를 제한할 것이다. 당업자는 광학 푸리에 변환을 수행하기 위해 렌즈를 사용하는 방법을 이해한다. 본 개시의 일부 실시 예들에서, 뷰어의 눈의 렌즈는 홀로그램 대 이미지 변환을 수행한다.

홀로그램 계산 (Hologram calculation)

일부 실시 예들에서, 컴퓨터-생성된 홀로그램은 푸리에 변환 홀로그램, 또는 단순히 푸리에 홀로그램 또는 푸리에-기반 홀로그램이고, 여기서 이미지는 포지티브 렌즈의 푸리에 변환 특성들을 활용함으로써 원거리 필드에서 재구성된다. 푸리에 홀로그램은 리플레이 평면에서 목표된 광 필드를 렌즈 평면으로 다시 푸리에 변환함으로써 계산된다. 컴퓨터-생성된 푸리에 홀로그램들은 푸리에 변환들을 사용하여 계산될 수도 있다. 실시 예들은 단지 예로서 푸리에 홀로그래피 및 Gerchberg-Saxton 타입 알고리즘들에 관한 것이다. 본 개시는 유사한 방법에 의해 계산될 수도 있는 프레넬 (Fresnel) 홀로그래피 및 프레넬 홀로그램에 동일하게 적용 가능하다. 일부 실시 예들에서, 홀로그램은 위상 또는 위상-온리 홀로그램이다. 그러나, 본 개시는 또한 포인트 클라우드 방법들에 기초한 것들과 같은 다른 기법들에 의해 계산된 홀로그램들에 적용 가능하다.

일부 실시 예들에서, 홀로그램 엔진은 디스플레이 시스템의 제한 어퍼처에 의해 차단된 광의 기여를 홀로그램 계산으로부터 배제하도록 구성된다. 2021년 2월 5일 출원되고 본 명세서에 참조로서 인용된, 영국 특허 출원 제 2101666.2 호는 시선-추적 (eye-tracking) 및 광선 추적 (ray tracing) 이 고스트 이미지들을 제거하는 포인트 클라우드 홀로그램의 계산을 위해 디스플레이 디바이스의 서브-영역 (sub-area) 을 식별하도록 사용되는 제 1 홀로그램 계산 방법을 개시한다. 디스플레이 디바이스의 서브-영역은 본 개시의 어퍼처와 대응하고, 홀로그램 계산으로부터 광 경로들을 배제하는 데 사용된다. 2021년 8월 26일 출원되고 본 명세서에 참조로서 인용된 영국 특허 출원 제 2112213.0 호는 홀로그램 계산 동안 광학 시스템의 퓨필들 (pupils) 에 따라 광 필드 크롭핑 (light field cropping) 단계들을 포함하는 수정된 Gerchberg-Saxton 타입 알고리즘에 기초한 제 2 방법을 개시한다. 광 필드의 크롭핑은 본 개시의 제한 어퍼처의 결정에 대응한다. 2021년 12월 23일 출원되고 또한 본 명세서에 참조로서 인용된 영국 특허 출원 제 2118911.3 호는 홀로그램 복제기 (replicator) 에 의해 형성된 소위 확장된 변조기의 영역을 결정하는 단계를 포함하는 홀로그램을 계산하는 제 3 방법을 개시한다. 확장된 변조기의 영역은 또한 본 개시에 따른 어퍼처이다.

일부 실시 예들에서, 이미지 데이터를 수신하고 알고리즘을 사용하여 실시간으로 홀로그램들을 계산하도록 구성된 실시간 엔진이 제공된다. 일부 실시 예들에서, 이미지 데이터는 이미지 프레임들의 시퀀스를 포함하는 비디오이다. 다른 실시 예들에서, 홀로그램들은 미리 계산되고, 컴퓨터 메모리에 저장되고, SLM 상의 디스플레이를 위해 필요에 따라 리콜된다 (recall). 즉, 일부 실시 예들에서, 미리 결정된 홀로그램들의 저장소가 제공된다.

소형 디스플레이 디바이스를 사용한 대형 아이-박스

일반적으로, 본 개시는 이미지 투사에 관한 것이다. 본 발명은 이미지 투사 방법 및 디스플레이 디바이스를 포함하는 이미지 프로젝터에 관한 것이다. 본 개시는 또한 이미지 프로젝터 및 뷰잉 시스템을 포함하는 투사 시스템에 관한 것이고, 여기서 이미지 프로젝터는 디스플레이 디바이스로부터 뷰잉 시스템으로 광을 투사하거나 중계한다 (relay). 본 개시는 단안 뷰잉 시스템 및 양안 뷰잉 시스템에 동일하게 적용 가능하다. 뷰잉 시스템은 뷰어의 눈 또는 눈들을 포함할 수도 있다. 뷰잉 시스템은 광학 배율 (optical power) 을 갖는 광학 엘리먼트 (예를 들어, 인간 눈의 렌즈/렌즈들) 및 뷰잉 평면 (예를 들어, 인간 눈/눈들의 망막들) 을 포함한다. 프로젝터는 '광 엔진'으로 지칭될 수도 있다. 디스플레이 디바이스 및 디스플레이 디바이스를 사용하여 형성된 (또는 지각된) 이미지는 서로 공간적으로 분리된다. 이미지는 디스플레이 평면 상에서 형성되거나, 뷰어에 의해 지각된다. 일부 실시 예들에서, 이미지는 가상 이미지이고 디스플레이 평면은 가상 이미지 평면으로 지칭될 수도 있다. 다른 예들에서, 이미지는 홀로그래픽 재구성에 의해 형성된 실제 이미지이고 이미지는 뷰잉 평면으로 투사되거나 중계된다. 이들 다른 예들에서, 자유 공간 내에 또는 디스플레이 디바이스와 뷰어 사이의 스크린 또는 다른 광 수용 표면 상에 형성된 중간 홀로그래픽 재구성의 공간적으로 변조된 광은 뷰어에게 전파된다. 두 경우들에서, 이미지는 디스플레이 디바이스 상에 디스플레이된 회절 패턴 (예를 들어, 홀로그램 또는 키노폼 (kinoform)) 을 조사함으로써 형성된다.

디스플레이 디바이스는 픽셀들을 포함한다. 디스플레이의 픽셀들은 광을 회절시키는 회절 패턴 또는 구조체를 디스플레이할 수도 있다. 회절된 광은 디스플레이 디바이스로부터 공간적으로 분리된 평면에서 이미지를 형성할 수도 있다. 잘 이해된 광학계에 따라, 최대 회절 각도의 크기는 픽셀들의 사이즈 및 광의 파장과 같은 다른 인자들에 의해 결정된다.

실시 예들에서, 디스플레이 디바이스는 "LCOS" (liquid crystal on silicon) 공간 광 변조기 (SLM) 와 같은 공간 광 변조기이다. 광은 LCOS로부터 카메라 또는 눈과 같은 뷰잉 엔티티/시스템을 향해 (예를 들어, 0으로부터 최대 회절 각도로) 회절 각도들의 범위에 걸쳐 전파된다. 일부 실시 예들에서, 확대 기법들은 LCOS의 종래의 최대 회절 각도를 넘어 가용한 회절 각도들의 범위를 증가시키도록 사용될 수도 있다.

일부 실시 예들에서, 홀로그램 (의 광) 자체는 눈들로 전파된다. 예를 들어, ―비공식적으로 홀로그램과 함께/에 의해 "인코딩"된다고 할 수도 있는― 홀로그램의 공간적으로 변조된 광 (아직 홀로그래픽 재구성, 즉 이미지로 완전히 변환되지 않음) 은 뷰어의 눈들로 직접 전파된다. 실제 이미지 또는 가상 이미지가 뷰어에 의해 지각될 수도 있다. 이들 실시 예들에서, 디스플레이 디바이스와 뷰어 사이에 형성된 중간 홀로그래픽 재구성/이미지가 없다. 때때로, 이들 실시 예들에서, 눈의 렌즈는 홀로그램 대 이미지 변환 (conversion) 또는 변환 (transform) 을 수행한다고 한다. 투사 시스템, 또는 광 엔진은 뷰어가 디스플레이 디바이스를 효과적으로 직접 바라보도록 구성될 수도 있다.

본 명세서에서 "복소 광 필드 (complex light field)"인 "광 필드"가 참조된다. 용어 "광 필드"는 단지 적어도 2 개의 직교하는 공간 방향들, 예를 들어 x 및 y에서 유한 사이즈를 갖는 광의 패턴을 나타낸다. 단어 "복소 (complex)"는 단지 광 필드의 지점 각각에서 광이 진폭 값 및 위상 값에 의해 규정될 수도 있고, 따라서 복소수 또는 값들의 쌍으로 표현될 수도 있다는 것을 나타내도록 본 명세서에서 사용된다. 홀로그램 계산의 목적을 위해, 복소 광 필드는 복소수의 2 차원 어레이일 수도 있고, 복소수들은 광 필드 내의 복수의 이산적인 (discrete) 위치들에서 광 강도 및 위상을 규정한다.

잘 이해된 광학계의 원리들에 따라, 눈 또는 다른 뷰잉 엔티티/시스템에 의해 뷰잉될 수 있는 디스플레이 디바이스로부터 전파되는 광의 각도들의 범위는 디스플레이 디바이스와 뷰잉 엔티티 사이의 거리에 따라 가변한다. 1 m 뷰잉 거리에서, 예를 들어, 미리 결정된 (given) 눈 포지션에 대해 망막에서 이미지를 형성하기 위해 LCOS로부터 작은 범위의 각도들만이 눈의 퓨필을 통해 전파될 수 있다. 미리 결정된 눈 포지션에 대해 망막에서 이미지를 형성하도록 눈의 퓨필을 통해 성공적으로 전파될 수 있는, 디스플레이 디바이스로부터 전파되는 광선들의 각도들의 범위는 뷰어에게 '가시적인' 이미지의 부분을 결정한다. 즉, 이미지의 모든 부분들이 뷰잉 평면 상의 임의의 일 지점 (예를 들어, 아이-박스와 같은 뷰잉 윈도우 내 임의의 일 눈 포지션) 으로부터 가시적이지는 않다.

일부 실시 예들에서, 뷰어에 의해 지각된 이미지는 디스플레이 디바이스의 업스트림에 나타나는 가상 이미지이다―즉, 뷰어는 디스플레이 디바이스보다 그들로부터 더 멀어지는 것으로 이미지를 지각한다. 따라서 개념적으로, 뷰어는 상대적으로 큰 거리, 예를 들어, 1 미터에서 매우 작고, 예를 들어 1 ㎝ 직경일 수도 있는 '디스플레이 디바이스-사이즈 윈도우'를 통해 가상 이미지를 보고 있다고 간주될 수도 있다. 그리고 사용자는 또한 매우 작을 수 있는 눈(들)의 퓨필(들)을 통해 디스플레이 디바이스-사이즈 윈도우를 뷰잉할 것이다. 따라서, 시계 (field of view) 는 작아지고, 보일 수 있는 특정한 각도 범위는 임의의 미리 결정된 시간에 눈 포지션에 크게 종속된다.

퓨필 확장기는 이미지를 형성하기 위해 눈의 퓨필을 통해 성공적으로 전파될 수 있는 디스플레이 디바이스로부터 전파되는 광선들의 각도들의 범위를 증가시키는 방법의 문제를 해결한다. 디스플레이 디바이스는 일반적으로 (상대적 측면에서) 작고, 투사 거리는 (상대적 측면에서) 크다. 일부 실시 예들에서, 투사 거리는 디스플레이 디바이스의 입사 퓨필 (entrance pupil) 및/또는 어퍼처의 직경, 또는 폭 (즉, 픽셀들의 어레이의 사이즈) 보다 적어도 10 배, 예컨대 적어도 100 배 더 크다.

퓨필 확장기의 사용은 또한 뷰잉 영역 (즉, 사용자의 아이-박스) 을 측 방향으로 증가시킬 수 있고, 따라서 사용자가 이미지를 볼 수 있게 하는 동안 눈/눈들의 일부 운동이 발생하게 한다. 당업자가 인식할 바와 같이, 이미징 시스템에서, 뷰잉 영역 (사용자의 아이-박스) 은 뷰어의 눈들이 이미지를 지각할 수 있는 영역이다. 본 개시는 비-무한 가상 이미지 거리들―즉, 근거리 가상 이미지들―을 포괄한다.

종래에, 2 차원 퓨필 확장기는 표면으로부터의 출력 광이 뷰잉 윈도우 또는 아이-박스를 형성하는, 한 쌍의 마주 보는 반사 표면들을 사용하여 각각 형성된 하나 이상의 1 차원 광 도파관들 (optical waveguides) 을 포함한다. 디스플레이 디바이스로부터 수용된 광 (예를 들어, LCOS로부터 공간적으로 변조된 광) 은 적어도 일 차원에서 시계 (또는 뷰잉 영역) 를 증가시키도록 도파관 또는 도파관 각각에 의해 복제된다. 특히, 도파관은 입사 파면의 진폭의 분할에 의한 여분의 광선들 또는 "복제본들 (replicas)"의 생성으로 인해 뷰잉 윈도우를 확대한다.

디스플레이 디바이스는 5 ㎝ 미만 또는 2 ㎝ 미만과 같이 10 ㎝ 미만일 수도 있는 제 1 차원를 갖는 활성 또는 디스플레이 영역을 가질 수도 있다. 디스플레이 디바이스와 뷰잉 시스템 사이의 전파 거리는 1.5 m 초과 또는 2 m 초과와 같이 1 m 초과일 수도 있다. 도파관 내 광 전파 거리는 최대 1.5 m 또는 최대 1 m와 같이 최대 2 m일 수도 있다. 방법은 이미지를 수신할 수도 있고 15 ㎳ 미만 또는 10 ㎳ 미만과 같은 20 ㎳ 미만에서 충분한 품질의 대응하는 홀로그램을 결정할 수도 있다.

―본 개시에 따른 회절된 광 필드 또는 홀로그래픽 광 필드의 예로서만 기술된― 일부 실시 예들에서 홀로그램은 복수의 채널들로 광을 라우팅하도록 구성되고, 채널 각각은 이미지의 상이한 부분 (즉, 서브-영역) 에 대응한다. 회절 구조체에 의해 형성된 채널들은 단지 이미지 정보와 함께 홀로그램에 의해 인코딩된 광의 채널들을 반영하도록 본 명세서에서 "홀로그램 채널들"로 지칭된다. 채널 각각의 광은 이미지 또는 공간적 도메인이 아니라 홀로그램 도메인 내에 있다고 할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 홀로그램은 푸리에 또는 푸리에 변환 홀로그램이고 따라서 홀로그램 도메인은 푸리에 또는 주파수 도메인이다. 홀로그램은 동일하게 프레넬 또는 프레넬 변환 홀로그램일 수도 있다. 홀로그램은 또한 포인트 클라우드 홀로그램일 수도 있다. 홀로그램은 본 명세서에서 홀로그램으로부터 재구성될 수 있는 이미지가 유한한 사이즈를 갖고 복수의 이미지 서브-영역들로 임의로 분할될 수 있다는 것을 반영하기 위해 복수의 홀로그램 채널들로 광을 라우팅하는 것으로 기술되고, 여기서 홀로그램 채널 각각은 이미지 서브-영역 각각에 대응할 것이다. 중요하게, 이 예의 홀로그램은 조사될 때 이미지 콘텐츠를 분배하는 방법을 특징으로 한다. 구체적으로 그리고 고유하게, 홀로그램은 이미지 콘텐츠를 각도에 의해 분할한다. 즉, 이미지 상의 지점 각각은 조사될 때 홀로그램에 의해 형성된 공간적으로 변조된 광의 고유한 광선 각도―적어도, 홀로그램이 2 차원이기 때문에 고유한 한 쌍의 각도들―와 연관된다. 의심의 여지를 없애기 위해, 이 홀로그램 거동은 통상적이지 않다. 이 특수한 타입의 홀로그램에 의해 형성된 공간적으로 변조된 광은 조사될 때, 복수의 홀로그램 채널들로 분할될 수도 있고, 홀로그램 채널 각각은 광선 각도들의 범위에 의해 (2 차원들로) 규정된다. 전술한 바로부터 공간적으로 변조된 광에서 고려될 수도 있는 임의의 홀로그램 채널 (즉, 광선 각도들의 서브-범위) 은 이미지의 각각의 부분 또는 서브-영역과 연관될 것이라는 것이 이해될 것이다. 즉, 이미지의 부분 또는 서브-영역을 재구성하는 데 필요한 모든 정보는 이미지의 홀로그램으로부터 형성된 공간적으로 변조된 광의 각도들의 서브-범위 내에 포함된다. 공간적으로 변조된 광이 전체로서 관찰될 때, 복수의 이산적인 광 채널들의 어떠한 증거도 존재할 필요는 없다.

그럼에도 불구하고, 홀로그램은 여전히 식별될 수도 있다. 예를 들어, 홀로그램에 의해 형성된 공간적으로 변조된 광의 연속적인 부분 또는 서브-영역만이 재구성된다면, 이미지의 서브-영역만이 가시적이어야 한다. 공간적으로 변조된 광의 상이한, 연속적인 부분 또는 서브-영역이 재구성된다면, 이미지의 상이한 서브-영역이 가시적이어야 한다. 이 타입의 홀로그램의 추가 식별 특징은 ―적어도, 홀로그램이 계산된 올바른 평면에서― 사이즈가 상이할 수도 있지만 임의의 홀로그램 채널의 단면적의 형상이 입사 퓨필의 형상에 실질적으로 대응한다 (즉, 실질적으로 동일) 는 것이다. 광/홀로그램 채널 각각은 홀로그램으로부터 상이한 각도 또는 각도들의 범위로 전파된다. 이들은 이러한 타입의 홀로그램을 특징화하거나 식별하는 예시적인 방식들이지만, 다른 방식들이 사용될 수도 있다. 요약하면, 본 명세서에 개시된 홀로그램은 이미지 콘텐츠가 홀로그램에 의해 인코딩된 광 내에 어떻게 분배되는지에 의해 특징화되고 식별될 수 있다. 다시, 어떠한 의심도 피하기 위해, 광을 지향시키거나 복수의 홀로그램 채널들로 이미지를 각도 분할하도록 구성된 홀로그램에 대한 본 명세서의 참조는 단지 예로서 이루어지고, 본 개시는 임의의 타입의 홀로그래픽 광 필드 또는 심지어 임의의 타입의 회절 또는 회절된 광 필드의 퓨필 확장에 동일하게 적용 가능하다.

시스템은 콤팩트하고 간소화된 물리적 형태로 제공될 수 있다. 이는 시스템이 공간이 제한되고 부동산 값이 높은 적용 예들을 포함하는, 광범위한 실제 적용 예들에 적합하게 한다. 예를 들어, 차량 (vehicle) 또는 자동차 (automotive) 헤드-업 디스플레이 (head-up display; HUD) 와 같은 HUD로 구현될 수도 있다.

본 개시에 따라, 발산하는 광선 다발들을 포함할 수도 있는, 회절된 광 또는 회절된 광에 대해 퓨필 확장이 제공된다. 회절된 광 필드는 "광 원뿔 (light cone)"에 의해 규정될 수도 있다. 따라서, (2 차원 평면 상에 규정된 바와 같이) 회절된 광 필드의 사이즈는 대응하는 회절 구조체 (즉, 디스플레이 디바이스) 로부터의 전파 거리에 따라 증가한다. 뷰어에게 전달된 광이 홀로그램에 따라 공간적으로 변조된다는 것을 전달하기 위해, 퓨필 확장기/퓨필 확장기들은 홀로그램을 복제하거나 홀로그램의 적어도 하나의 복제본을 형성한다고 할 수 있다.

일부 실시 예들에서, 2 개의 1 차원 도파관 퓨필 확장기들이 제공되고, 1 차원 도파관 퓨필 확장기 각각은 공간 광 변조기의 출사 퓨필 (exit pupil) (또는 출사 퓨필의 광) 의 복수의 복제본들 또는 사본들을 형성함으로써 시스템의 출사 퓨필의 사이즈를 효과적으로 증가시키도록 구성된다. 출사 퓨필은 광이 시스템에 의해 출력되는 물리적인 영역으로 이해될 수도 있다. 또한 도파관 퓨필 확장기 각각은 시스템의 출사 퓨필의 사이즈를 확장시키도록 구성된다고 할 수도 있다. 또한 도파관 퓨필 확장기 각각은 시스템에 의해 출력되는 광을 보거나/수용하기 위해, 뷰어의 눈이 위치될 수 있는 아이-박스의 사이즈를 확장/증가시키도록 구성된다고 할 수도 있다.

광 채널링

일부 실시 예들에 따라 형성된 홀로그램은 광학 시스템의 어퍼처에 의해 규정된 단면 형상을 가질 수도 있는 복수의 홀로그램 채널들을 제공하도록 이미지 콘텐츠를 각도로 분할한다. 홀로그램은 회절된 광 필드의 이 채널링을 제공하도록 계산된다. 일부 실시 예들에서, 이는 상기 기술된 바와 같이, 광학 시스템의 어퍼처 (가상 또는 실제) 를 고려함으로써 홀로그램 계산 동안 달성된다.

도 2 및 도 3은 본 명세서에 개시된 바와 같이 퓨필 확장기와 함께 사용될 수도 있는 이러한 타입의 홀로그램의 예를 도시한다. 그러나, 이 예는 본 개시에 대해 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다.

도 2는 8 개의 이미지 영역들/컴포넌트들, V1 내지 V8을 포함하는 투사할 이미지 (252) 를 도시한다. 도 2는 단지 예로서 8 개의 이미지 컴포넌트들을 도시하고 이미지 (252) 는 임의의 수의 컴포넌트들로 분할될 수도 있다. 도 2는 또한 ―예를 들어 적합한 뷰잉 시스템의 렌즈에 의해 변환될 때― 이미지 (252) 를 재구성할 수 있는 인코딩된 광 패턴 (254) (즉, 홀로그램) 을 도시한다. 인코딩된 광 패턴 (254) 은 제 1 이미지 컴포넌트/영역 내지 제 8 이미지 컴포넌트/영역, V1 내지 V8에 대응하는, 제 1 서브-홀로그램 또는 컴포넌트 내지 제 8 서브-홀로그램 또는 컴포넌트, H1 내지 H8을 포함한다. 도 2는 홀로그램이 각도에 의해 이미지 콘텐츠를 분해할 수도 있는 방법을 더 도시한다. 따라서 홀로그램은 그것이 수행하는 광의 채널링을 특징으로 할 수도 있다. 이는 도 3에 예시된다. 구체적으로, 이 예에서 홀로그램은 복수의 이산적인 영역들로 광을 지향시킨다. 이산적인 영역들은 도시된 예에서 디스크이지만 다른 형상들이 구상된다. 최적의 디스크의 사이즈 및 형상은 도파관을 통한 전파 후, 뷰잉 시스템의 입사 퓨필과 같은 광학 시스템의 어퍼처의 사이즈 및 형상과 관련될 수도 있다.

도 4는 도 2 및 도 3에 예시된 바와 같이 계산된 홀로그램을 디스플레이하는 디스플레이 디바이스를 포함하는 시스템 (400) 을 도시한다.

시스템 (400) 은 이 구성에서 LCOS (402) 를 포함하는 디스플레이 디바이스를 포함한다. LCOS (402) 는 홀로그램을 포함하는 변조 패턴 (또는 '회절 패턴') 을 디스플레이하고 그리고 어퍼처 (404) 로 작용하는 퓨필, 렌즈 (409), 및 뷰잉 평면으로 작용하는 망막 (미도시) 을 포함하는 눈 (405) 을 향해 홀로그래피 인코딩된 광을 투사하도록 구성된다. LCOS (402) 를 조사하도록 구성된 광원 (미도시) 이 있다. 눈 (405) 의 렌즈 (409) 는 홀로그램 대 이미지 변환을 수행한다. 광원은 임의의 적합한 타입일 수도 있다. 예를 들어, 이는 레이저 광원을 포함할 수도 있다.

뷰잉 시스템 (400) 은 LCOS (402) 와 눈 (405) 사이에 포지셔닝된 도파관 (408) 을 더 포함한다. 도파관 (408) 의 존재는 LCOS (402) 로부터의 모든 각도 콘텐츠가 도시된 상대적으로 큰 투사 거리에서도 눈에 의해 수용되게 한다. 이는 공지된 방식으로 도파관 (408) 이 퓨필 확장기로서 작용하기 때문에 그리고 따라서 본 명세서에서 간략하게 기술된다.

간단히 말해서, 도 4에 도시된 도파관 (408) 은 실질적으로 연장된 (elongate) 포메이션 (formation) 을 포함한다. 이 예에서, 도파관 (408) 은 굴절 재료의 광학 슬랩 (slab) 을 포함하지만, 다른 타입들의 도파관이 또한 공지되고 사용될 수도 있다. 도파관 (408) 은 LCOS (402) 로부터 투사되는 광 원뿔 (즉, 회절된 광 필드) 과 예를 들어 비스듬한 각도로 교차하도록 위치된다. 이 예에서, 도파관 (408) 의 사이즈, 위치 및 포지션은 광 원뿔 내의 8 개의 광선 다발들 각각으로부터의 광이 도파관 (408) 에 입사하는 것을 보장하도록 구성된다. 광 원뿔로부터의 광은 제 1 평면형 표면 (LCOS (402) 에 가장 가깝게 위치됨) 을 통해 도파관 (408) 으로 입사되고, 실질적으로 제 1 표면 반대편 (눈에 가장 가깝게 위치됨) 의 제 2 평면형 표면을 통해 방출되기 전에, 도파관 (408) 의 길이를 따라 적어도 부분적으로 가이드된다. 잘 이해될 바와 같이, 제 2 평면형 표면은 부분적으로 반사성, 부분적으로 투과성이다. 즉, 광의 광선 각각이 제 1 평면형 표면으로부터 도파관 (408) 내에서 이동하고 제 2 평면형 표면에 부딪칠 (hit) 때, 광의 일부는 도파관 (408) 으로부터 투과되고 일부는 제 2 평면형 표면에 의해, 다시 제 1 평면형 표면을 향하여 반사될 것이다. 제 1 평면형 표면은 도파관 (408) 내로부터 그것에 부딪치는 모든 광이 제 2 평면형 표면을 향해 다시 반사되도록 반사성이다. 따라서, 광의 일부는 투과되기 전에 도파관 (408) 의 2 개의 평면형 표면들 사이에서 단순히 굴절될 수도 있는 한편, 다른 광은 반사될 수도 있고, 따라서 투과되기 전에, 도파관 (408) 의 평면형 표면들 사이에서 하나 이상의 반사, (또는 '바운스 (bounce)') 를 겪을 수도 있다.

도 4는 도파관 (408) 의 길이를 따라 총 9 개의 "바운스" 지점들, B0 내지 B8을 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이 이미지의 모든 지점들 (V1 내지 V8) 에 관련된 광이 도파관 (408) 의 제 2 평면형 표면으로부터 "바운스" 각각에서 도파관으로부터 투과되지만, 이미지의 각도 부분 중 하나로부터의 광 (예를 들어, V1 내지 V8 중 하나의 광) 만이 각각의 "바운스" 지점, B0 내지 B8 각각으로부터 눈 (405) 에 도달하게 하는 궤적을 갖는다. 더욱이, 이미지의 상이한 각도 부분, V1 내지 V8로부터의 광은 각각의 "바운스" 지점 각각으로부터 눈 (405) 에 도달한다. 따라서, 도 4의 예에서, 인코딩된 광의 각도 채널 각각은 도파관 (408) 으로부터 단 한번 눈에 도달한다.

지각된 이미지를 형성하기 위해 눈이 수용된 변조된 광을 변환할 것을 요구하는 가상 이미지들이 일반적으로 본 명세서에서 논의되었지만, 본 명세서에 기술된 방법들 및 구성들은 실제 이미지들에 적용될 수 있다.

2 차원 퓨필 확장

도 4에 도시된 구성이 1 차원으로 퓨필 확장을 제공하는 단일 도파관을 포함하지만, 퓨필 확장은 1보다 더 큰 차원으로, 예를 들어 2 차원으로 제공될 수 있다. 더욱이, 도 4의 예는 각각 이미지의 상이한 부분에 대응하는, 광 채널들을 생성하도록 계산된 홀로그램을 사용하지만, 본 개시 및 이하에 기술되는 시스템들은 이러한 홀로그램 타입으로 제한되지 않는다.

도 5a는 광 빔 (502) 을 2 차원으로 확장하기 위해 구성된 2 개의 복제기들 (504, 506) 을 포함하는 시스템 (500) 의 사시도를 도시한다.

도 5a의 시스템 (500) 에서, 제 1 복제기 (504) 는 서로 평행하게 스택되고, 도 4의 도파관 (408) 과 유사한 방식으로 복제본―또는 퓨필 확장―을 제공하도록 구성된 제 1 쌍의 표면들을 포함한다. 제 1 쌍의 표면들은 서로에 대해 유사하게 (일부 경우들에서, 동일하게) 사이징되고 성형되고 일 방향으로 실질적으로 연장된다. 시준된 광 빔 (502) 은 제 1 복제기 (504) 상의 입력부를 향해 지향된다. 숙련된 독자들에게 친숙할, 2 개의 표면들 사이의 내부 반사 프로세스, 및 표면들 중 하나 (도 5a에 도시된 바와 같이 상부 표면) 상의 복수의 출력 지점들 각각으로부터의 광의 부분적인 투과로 인해, 광 빔 (502) 의 광은 제 1 복제기 (504) 의 길이를 따라, 제 1 방향으로 복제된다. 따라서, 제 1 복수의 복제 광 빔들 (508) 은 제 1 복제기 (504) 로부터 제 2 복제기 (506) 를 향해 방출된다.

제 2 복제기 (506) 는 서로 평행하게 스택되고, 제 1 복수의 광 빔들 (508) 의 시준된 광 빔들 각각을 수용하도록 구성되고 제 1 방향에 실질적으로 직교하는, 제 2 방향의 광 빔들 각각을 확장함으로써 복제본―또는, 퓨필 확장―을 제공하도록 구성된 제 2 쌍의 표면들을 포함한다. 제 1 쌍의 표면들은 유사하게 (일부 경우들에서, 동일하게) 사이징되고 서로 형상화되고 실질적으로 직사각형이다. 직사각형 형상은 제 2 복제기가 제 1 복수의 광 빔들 (508) 을 수용하기 위해, 제 1 방향을 따른 길이를 갖도록, 그리고 제 2 방향으로 복제본을 제공하기 위해, 제 2, 직교 방향을 따른 길이를 갖도록 제 2 복제기에 대해 구현된다. 2 개의 표면들 사이의 내부 반사 프로세스, 및 표면들 중 하나 (도 5a에 도시된 바와 같이 상부 표면) 상의 복수의 출력 지점들 각각으로부터의 광의 부분적인 투과로 인해, 제 1 복수의 광 빔들 (508) 내 광 빔 각각의 광은 제 2 방향으로 복제된다. 따라서, 제 2 복수의 광 빔들 (510) 이 제 2 복제기 (506) 로부터 방출되고, 제 2 복수의 광 빔들 (510) 은 제 1 방향 및 제 2 방향 각각을 따라 입력 광 빔 (502) 의 복제본들을 포함한다. 따라서, 제 2 복수의 광 빔들 (510) 은 복제본 광 빔들의 2 차원 그리드, 또는 어레이를 포함하는 것으로 간주될 수도 있다.

따라서, 도 5a의 제 1 복제기 (504) 및 제 2 복제기 (506) 는 2 차원 복제기 (또는 "2 차원 퓨필 확장기") 를 제공하도록 결합된다고 할 수 있다. 따라서, 복제본 광 빔들 (510) 은 헤드-업 디스플레이와 같은 디스플레이 시스템의 확장된 아이-박스로의 광학 경로를 따라 방출될 수도 있다.

도 5a의 시스템에서, 제 1 복제기 (504) 는 서로 평행하게 스택된 한 쌍의 연장된 직선 (rectilinear) 반사 표면들을 포함하는 도파관이고, 그리고 유사하게, 제 2 복제기 (506) 는 서로 평행하게 스택된 한 쌍의 직사각형 반사 표면들을 포함하는 도파관이다. 다른 시스템들에서, 제 1 복제기는 단단한 연장된 직선 도파관일 수도 있고 제 2 복제기는 고체 평면의 직사각형 형상의 도파관일 수도 있고, 도파관 각각은 유리와 같은 광학적으로 투명한 고체 재료를 포함한다. 이 경우에, 한 쌍의 평행한 반사 표면들은 당업자에게 친숙한, 각각의 반사 표면 코팅 및 반사-투과 표면 코팅 (reflective-transmissive surface coating) 을 선택 가능하게 (optionally) 포함하는 한 쌍의 마주 보는 주 측벽들에 의해 형성된다.

도 5b는 2 차원의 광 빔 (522) 을 복제하도록 구성된 2 개의 복제기들 (520, 540) 을 포함하는 시스템 (500) 의 사시도를 도시하고, 여기서 제 1 복제기는 고체 연장된 도파관 (520) 이고 제 2 복제기는 고체 평면 도파관 (540) 이다.

도 5b의 시스템에서, 제 1 복제기/도파관 (520) 은 연장된 평행 반사 표면들 (524a, 524b) 의 쌍이 제 2 복제기/도파관 (540) 의 평면에 수직이도록 구성된다. 따라서, 시스템은 제 1 복제기 (520) 의 출력 포트로부터 제 2 복제기 (540) 의 입력 포트 내로 광을 커플링하도록 구성된 광 커플러를 포함한다. 예시된 구성에서, 광학 커플러는 제 1 복제기로부터 제 2 복제기로 필요한 광학 커플링을 달성하기 위해 광의 광학 경로를 폴딩하거나 (fold) 회전시키도록 구성된 평면형/폴딩 미러 (530) 이다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 미러 (530) 는 제 1 복제기/도파관 (520) 의 출력 포트/반사-투과 표면 (524a) 으로부터 ―제 1 차원으로 연장하는 복제본들의 1 차원 어레이를 포함하는― 광을 수용하도록 구성된다. 미러 (530) 는 제 2 차원의 길이를 따라 도파 (waveguiding) 및 복제본 형성을 제공하도록 비스듬히 (at an angle) 제 2 복제기 (540) 의 (완전히) 반사성 표면의 입력 포트로 수용된 광을 광학 경로 상으로 재지향시키도록 (redirect) 틸팅된다. 미러 (530) 는 도시된 방식으로 광을 재지향시킬 수 있는 광학 엘리먼트의 일 예이고, 이 태스크를 수행하기 위해 하나 이상의 다른 엘리먼트들이 대신 사용될 수도 있다는 것이 인식될 것이다.

예시된 구성에서, 제 1 복제기 (520) 의 (부분적으로) 반사-투과 표면 (524a) 은 제 1 차원의 길이를 따라 도파 및 복제본 형성을 제공하도록 비스듬히 입력 빔 (522) 을 수용하는 제 1 복제기/도파관 (520) 의 입력 포트에 인접하다. 따라서, 제 1 복제기/도파관 (520) 의 입력 포트는 반사-투과 표면 (524a) 과 동일한 표면에서 입력 단부에 포지셔닝된다. 숙련된 독자는 제 1 복제기/도파관 (520) 의 입력 포트가 임의의 다른 적합한 포지션에 있을 수도 있다는 것을 이해할 것이다.

따라서, 도 5b의 구성은 제 1 복제기 (520) 및 미러 (530) 로 하여금 제 1 차원 및 제 3 차원의 평면 (x-z 평면으로 예시됨) 에서 제 1 상대적으로 박층의 일부로서 제공되게 한다. 특히, ―제 1 복제기 (520) 가 위치되는― 제 2 차원 (y 차원으로 예시됨) 의 제 1 평면 층의 사이즈 또는 "높이"가 감소된다. 미러 (530) 는 제 1 복제기 (520) 가 위치되는 제 1 층/평면 (즉, "제 1 평면 층") 으로부터 멀어지게 광을 지향시키고, 제 2 복제기 (540) 가 위치되는 제 1 층/평면 (즉, "제 2 평면 층") 상부에 그리고 실질적으로 평행하게 위치된 제 2 층/평면을 향해 지향시키도록 구성된다. 따라서, ―제 1 복제기 및 제 2 복제기 (520, 540) 및 제 1 차원 및 제 3 차원으로 스택된 제 1 평면 층 및 제 2 평면 층에 위치된 미러 (530) (x-z 평면으로 예시됨) 를 포함하는― 제 2 차원 (y 차원으로 예시됨) 의 시스템의 전체 사이즈 또는 "높이"는 콤팩트하다. 숙련된 독자는 본 개시를 구현하기 위해 도 5b의 구성의 많은 변형들이 가능하고 고려된다는 것을 이해할 것이다.

이미지 프로젝터는 발산 또는 회절된 광 필드를 투사하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 광 필드는 홀로그램으로 인코딩된다. 일부 실시 예들에서, 회절된 광 필드는 발산하는 광선 다발들을 포함한다. 일부 실시 예들에서, 회절된 광 필드에 의해 형성된 이미지는 가상 이미지이다.

일부 실시 예들에서, 제 1 쌍의 평행한/상보적인 표면들은 연장 표면 (elongate surface) 또는 연장된 표면 (elongated surface) 이고 제 1 차원을 따라 상대적으로 길고 제 2 차원을 따라 상대적으로 짧고, 예를 들어 2 개의 다른 차원들 각각을 따라 상대적으로 짧고, 차원 각각은 실질적으로 각각의 다른 차원들에 직교한다. 제 1 쌍의 평행한 표면들 사이에서/로부터의 광의 반사/투과 프로세스는 광으로 하여금 제 1 도파관 퓨필 확장기 내에서 전파하게 하도록 구성되고, 광 전파의 일반적인 방향은 제 1 도파관 퓨필 확장기가 상대적으로 긴 방향 (즉, "연장된" 방향) 이다.

회절된 광을 사용하여 이미지를 형성하고 ―예를 들어, 헤드-업 디스플레이에 의한 자동차 산업계에서― 실제 적용 예에 적합한 아이-박스 사이즈 및 시계를 제공하는 시스템이 본 명세서에 개시된다. 회절된 광은 회절 구조로부터 이미지의 홀로그래픽 재구성―예를 들어, 푸리에 또는 프레넬 홀로그램과 같은 홀로그램―을 형성하는 광이다. 회절 및 회절 구조의 사용은 매우 작은 픽셀들 (예를 들어, 1 ㎛) 의 고밀도를 갖는 디스플레이 디바이스―이는 실제로 소형 디스플레이 디바이스 (예를 들어 1 ㎝) 를 의미함―를 필요로 한다. 본 발명자들은 회절된 광 필드, 예를 들어 발산하는 (시준되지 않은) 광선 다발들을 포함하는 회절된 광을 사용하여 2D 퓨필 확장을 제공하는 방법의 문제를 해결하였다.

일부 실시 예들에서, 디스플레이 시스템은 회절되거나 발산하는 광을 제공하거나 형성하도록 구성된 디스플레이 디바이스―예컨대 픽셀화된 디스플레이 디바이스, 예를 들어 공간 광 변조기 (SLM) 또는 LCOS (Liquid Crystal on Silicon) SLM―를 포함한다. 이러한 양태들에서, SLM의 어퍼처는 시스템의 제한 어퍼처이다. 즉, 공간 광 변조기의 어퍼처―더 구체적으로, SLM 내에 포함된 광 변조 픽셀들의 어레이를 구획하는 (delimit) 영역의 사이즈―는 시스템을 나갈 수 있는 광선 다발의 사이즈 (예를 들어, 공간적 크기) 를 결정한다. 본 개시에 따라, 시스템의 출사 퓨필은 (광 회절을 위한 픽셀 사이즈를 갖는 소형 디스플레이 디바이스에 의해 제한되는) 시스템의 출사 퓨필이 적어도 하나의 퓨필 확장기의 사용에 의해 공간적으로 더 커지거나 (larger) 더 커지거나 (bigger) 더 커지는 (greater) 것을 반영하도록 확장된다고 언급된다.

회절되거나 발산하는 광 필드는 광 필드의 전파 방향에 실질적으로 직교하는 방향으로 규정된 "광 필드 사이즈"를 갖는다고 할 수도 있다. 광이 회절/발산하기 때문에, 광 필드 사이즈는 전파 거리에 따라 증가한다.

일부 실시 예들에서, 회절된 광 필드는 홀로그램에 따라 공간적으로 변조된다. 즉, 이러한 양태들에서, 회절 광 필드는 "홀로그래픽 광 필드"를 포함한다. 홀로그램은 픽셀화된 디스플레이 디바이스 상에 디스플레이될 수도 있다. 홀로그램은 CGH (computer-generated hologram) 일 수도 있다. 이는 푸리에 홀로그램 또는 프레넬 홀로그램 또는 포인트 클라우드 홀로그램 또는 임의의 다른 적합한 타입의 홀로그램일 수도 있다. 홀로그램은, 선택 가능하게, 홀로그램 광의 채널들을 형성하도록 계산될 수도 있고, 채널 각각은 뷰어에 의해 뷰잉되도록 (또는 가상 이미지라면, 지각되도록) 의도된 이미지의 상이한 각각의 부분에 대응한다. 픽셀화된 디스플레이 디바이스는 복수의 상이한 홀로그램들을 연속적으로 또는 순차적으로 디스플레이하도록 구성될 수도 있다. 본 명세서에 개시된 양태들 및 실시 예들 각각은 복수의 홀로그램들의 디스플레이에 적용될 수도 있다.

제 1 도파관 퓨필 확장기의 출력 포트는 제 2 도파관 퓨필 확장기의 입력 포트에 커플링될 수도 있다. 제 2 도파관 퓨필 확장기는 ―제 1 도파관 퓨필 확장기에 의해 출력되는 광 필드의 일부, 바람직하게 대부분, 바람직하게 모든 복제본들을 포함하는― 회절된 광 필드를 입력 포트로부터 제 2 도파관 퓨필 확장기의 제 3 쌍의 평행한 표면들 사이의 내부 반사에 의한 각각의 출력 포트로 도파하도록 구성될 수도 있다.

제 1 도파관 퓨필 확장기는 제 1 방향으로 퓨필 확장, 또는 복제본을 제공하도록 구성될 수도 있고, 제 2 도파관 퓨필 확장기는 제 2, 상이한 방향으로 퓨필 확장, 또는 복제본을 제공하도록 구성될 수도 있다. 제 2 방향은 제 1 방향에 실질적으로 직교할 수도 있다. 제 2 도파관 퓨필 확장기는 제 1 도파관 퓨필 확장기가 제 1 방향으로 제공하는 퓨필 확장을 보존하고 그리고 제 2, 상이한 방향으로 제 1 도파관 퓨필 확장기로부터 수신하는 복제본들의 일부, 바람직하게 대부분, 바람직하게 모두를 확장 (또는 복제) 하도록 구성될 수도 있다. 제 2 도파관 퓨필 확장기는 제 1 도파관 퓨필 확장기로부터 직접적으로 또는 간접적으로 광 필드를 수용하도록 구성될 수도 있다. 하나 이상의 다른 엘리먼트들이 제 1 도파관 퓨필 확장기와 제 2 도파관 퓨필 확장기 사이의 광 필드의 전파 경로를 따라 제공될 수도 있다.

제 1 도파관 퓨필 확장기는 실질적으로 연장될 수도 있고 제 2 도파관 퓨필 확장기는 실질적으로 평면형일 수도 있다. 제 1 도파관 퓨필 확장기의 연장된 형상은 제 1 차원을 따른 길이에 의해 규정될 수도 있다. 제 2 도파관 퓨필 확장기의 평면형, 또는 직사각형 형상은 제 1 차원을 따른 길이 및 제 1 차원에 실질적으로 직교하는 제 2 차원을 따른 폭 (width), 또는 폭 (breadth) 에 의해 규정될 수도 있다. 제 1 차원을 따른 제 1 도파관 퓨필 확장기의 사이즈 또는 길이는 제 1 차원 또는 제 2 차원을 따르는 제 2 도파관 퓨필 확장기의 길이 또는 폭에 각각 대응하게 된다. 입력 포트를 포함하는, 제 2 도파관 퓨필 확장기의 한 쌍의 평행한 표면들의 제 1 표면은 제 2 도파관 퓨필 확장기가 제 1 도파관 퓨필 확장기에 의해 출력된 복제본들 각각을 수신하게 구성되도록, 제 1 도파관 퓨필 확장기 상의 한 쌍의 평행한 표면들의 제 1 표면 상의 출력 포트에 의해 규정된 영역에 대응하도록 성형되고, 사이징되고, 그리고/또는 위치될 수도 있다.

제 1 도파관 퓨필 확장기 및 제 2 도파관 퓨필 확장기는 제 1 방향 및 제 1 방향에 수직인 제 2 방향으로의 퓨필 확장을 집합적으로 제공할 수도 있고, 선택 가능하게, 제 1 방향 및 제 2 방향을 포함하는 평면은 제 2 도파관 퓨필 확장기의 평면에 실질적으로 평행하다. 즉, 제 2 도파관 퓨필 확장기의 길이 및 폭을 각각 규정하는 제 1 차원 및 제 2 차원은 도파관 퓨필 확장기가 퓨필 확장을 제공하는 제 1 방향 및 제 2 방향에 각각 (또는 제 2 방향 및 제 1 방향에 각각) 평행할 수도 있다. 제 1 도파관 퓨필 확장기 및 제 2 도파관 퓨필 확장기의 조합은 일반적으로 "퓨필 확장기"로서 지칭될 수도 있다.

제 1 도파관 확장기 및 제 2 도파관 확장기에 의해 제공된 확장/복제는 2 개의 방향들 각각으로 디스플레이 시스템의 출사 퓨필을 확장시키는 효과를 갖는다고 할 수도 있다. 확장된 출사 퓨필에 의해 규정된 영역은 결국 확장된 아이-박스 영역을 규정할 수도 있고, 이 영역으로부터 뷰어는 회절되거나 발산하는 광 필드의 광을 수용할 수 있다. 아이-박스 영역은 뷰잉 평면 상에 위치되거나 뷰잉 평면을 규정한다고 할 수도 있다.

출사 퓨필이 확장되는 2 개의 방향들은 제 1 도파관 확장기 및 제 2 도파관 확장기가 복제/확장을 제공하는 제 1 방향 및 제 2 방향과 동일 평면 상에 있거나 평행할 수도 있다. 대안적으로, 광 결합기, 예를 들어 차량의 윈드스크린 (또는, 윈드실드) 과 같은 다른 엘리먼트들을 포함하는 구성들에서, 출사 퓨필은 윈드스크린으로부터와 같이 다른 엘리먼트로부터 출사 퓨필인 것으로 간주될 수도 있다. 이러한 구성들에서, 출사 퓨필은 제 1 도파관 퓨필 확장기 및 제 2 도파관 퓨필 확장기가 복제/확장을 제공하는 제 1 방향 및 제 2 방향과 동일 평면에 있지 않고 (non-coplanar) 평행하지 않을 (non-parallel) 수도 있다. 예를 들어, 출사 퓨필은 제 1 도파관 및 제 2 도파관 퓨필 확장기가 복제/확장을 제공하는 제 1 방향 및 제 2 방향에 실질적으로 수직일 수도 있다.

뷰잉 평면, 및/또는 아이-박스 영역은 제 1 도파관 퓨필 확장기 및 제 2 도파관 퓨필 확장기가 복제/확장을 제공하는 제 1 방향 및 제 2 방향에 대해 동일 평면에 있지 않거나 평행하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 뷰잉 평면은 제 1 도파관 및 제 2 도파관 퓨필 확장기가 복제/확장을 제공하는 제 1 방향 및 제 2 방향에 실질적으로 수직일 수도 있다.

제 1 도파관 퓨필 확장기 및 제 2 도파관 퓨필 확장기 내에서 내부 반사를 달성하도록 적합한 런치 조건들을 제공하기 위해, 제 1 도파관 퓨필 확장기의 연장된 차원은 제 2 도파관 퓨필 확장기의 제 1 차원 및 제 2 차원에 대해 틸팅될 수도 있다.

결합기 형상 보상

홀로그램을 아이-박스로 투사하는 것의 장점은 광학 보상이 홀로그램에 인코딩될 수 있다는 것이다 (예를 들어, 본 명세서에 인용된 유럽 특허 제 2936252 호 참조). 본 개시는 투사 시스템의 일부로서 사용된 광 결합기의 복소 곡률을 보상하는 홀로그램들과 호환 가능하다. 일부 실시 예들에서, 광 결합기는 차량의 윈드스크린이다. 이 접근법의 완전한 상세들은 유럽 특허 제 2936252 호에 제공되고, 이들 시스템들 및 방법들의 상세한 특징들은 본 명세서의 본 개시의 새로운 교시에 필수적이지 않고 단지 본 개시의 교시로부터 이익을 얻는 구성들의 예시이기 때문에 여기서 반복되지 않는다.

제어 디바이스

본 개시는 또한 광 채널링 홀로그램으로부터 뷰어로의 광의 전달을 제어하기 위해 제어 디바이스 (예를 들어, 광 셔터링 디바이스) 를 포함하는 광학 구성들과 호환 가능하다. 홀로그래픽 프로젝터는 아이-박스 포지션으로 각도 채널들의 전달을 제어하도록 구성된 제어 디바이스를 더 포함할 수도 있다. 2021년 6월 14일 출원되고 본 명세서에 참조로서 인용된, 영국 특허 출원 제 2108456.1 호는 적어도 하나의 도파관 퓨필 확장기 및 제어 디바이스를 개시한다. 독자는 제어 디바이스의 광학적 구성이 기본적으로 사용자의 아이-박스 포지션에 기초하고 본 명세서에 기술된 광 채널링을 달성하는 임의의 홀로그램 계산 방법과 호환 가능하다는 것을 적어도 이 이전의 개시로부터 이해할 것이다. 제어 디바이스는 광 셔터링 또는 어퍼처링 디바이스라고 할 수도 있다. 광 셔터링 디바이스는 어퍼처들 또는 윈도우들의 1D 어레이를 포함할 수도 있고, 어퍼처 또는 윈도우 각각은 아이-박스로 홀로그램 광 채널들 및 이의 복제본들의 전달을 제어하기 위해 광 투과성 상태와 광 비-투과성 상태 사이에서 독립적으로 스위칭 가능하다. 어퍼처 또는 윈도우 각각은 복수의 액정 셀들 또는 픽셀들을 포함할 수도 있다.

도 6a 및 도 6b는 차량에서 동작하는 헤드-업 디스플레이에서 이러한 광 제어 막의 사용을 도시한다. 예시된 구성에서, 공기와의 계면에서 헤드-업 디스플레이 (608) 의 광학 컴포넌트 (예를 들어, 도 5a의 제 2 복제기 (506)) 는 x-y 평면으로 예시된, 실질적으로 수평으로 배향된다. 예를 들어, 광학 컴포넌트는 차량 대시보드의 상향으로 대면하는 표면의 개구부 내에 포지셔닝될 수도 있다. 광학 컴포넌트의 투과 표면은 루버들 (louvres) 의 1 차원 어레이를 포함하는 광 제어 막 (606) 에 의해 커버된다 (cover). 루버들은 x-z 평면으로 예시된, 실질적으로 수직 평면에 있을 수도 있다. 예시된 구성에서, 루버들은 수직 평면에 대해 (즉, 광 제어 층의 평면에 대해 직교하는 배향으로부터) 틸팅된다. 특히, 루버들은 경사진 (sloped) 측벽들을 갖는다. 루버들은 광 흡수 또는 광 감쇠할 수도 있다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 헤드-업 디스플레이 (608) 로부터의 이미지 광은 광 제어 막 (606) 의 루버들 사이를 통과하고 광 결합기 (602) (예를 들어, 윈드실드) 로 투과된다. 광 결합기 (602) 는 뷰어 (예를 들어, 차량 운전자) 가 (윈드 실드를 통해 관찰된 외부 장면과 결합된) 가상 이미지를 지각할 수 있는, 아이-박스 (612) 를 향해, y 방향으로 예시된 이미지 광을 실질적으로 수평으로 재지향시킨다.

도 7은 루버들의 어레이를 포함하는 예시적인 광 제어 막을 더 상세히 도시한다.

광 제어 막 (712) 은 광 제어 막 (712) 의 두께를 규정하는 제 1 (하단/내부) 표면 및 제 2 (상단/외부) 표면을 포함한다. 예시된 구성에서, 광 제어 막 (712) 의 표면들이 고르지 않을 수도 있기 때문에, 광학적으로 투명한 코팅 층 (또한 "클래딩 (cladding) 층"으로 지칭될 수도 있음) 이 평탄화를 위해 제 1 표면 및 제 2 표면 각각 상에 제공된다. 따라서, 광 제어 막 (712) 은 각각의 외측 표면들 (720, 722) 을 갖는 한 쌍의 광학적으로 투명한 코팅 층들 또는 클래딩 층들 또는 막들 사이에 샌드위치된다 (sandwiched). 당업자는 광 제어 막 (712) 이 광학 컴포넌트 (예를 들어, 제 2 복제기 (506)) 의 평면 투과 표면 상에 직접 형성되는 구성들에서 제 1 (하단/내부) 표면 상에 코팅/평탄화 층이 필요하지 않다는 것을 인식할 것이다. 광 제어 막 (712) 은 내부에 배치된 복수의 광 흡수 루버들을 갖는 광학적으로 투명한 재료의 코어를 포함한다. 루버들은 인접한 루버들 사이에 균일한 간격 또는 피치 (708) 로, y 방향으로 연장하는 것으로 예시된 1 차원 어레이로 주기적으로 배치된다. 루버들 사이의 간격은 회절 또는 고스트 이미지들을 유발하지 않고 광 흡수를 최적화하도록 충분히 작다. 예들에서, 루버들 사이의 간격은 약 10 내지 1000 ㎛, 예컨대 50 내지 250 ㎜일 수도 있다. 루버들은 광 제어 막 (712) 의 전체 두께를 통해 연장하고 그리고 점선들로 도시된 바와 같이, 제 2 (상단/외부) 표면으로부터 투과 각도들 (706) 의 범위를 제한하도록 배치된 배향, 피치 및 기하 구조로 구성된다.

예시된 구성에서, 루버 각각은 광 제어 막 (712) 의 제 2 (상단/외부) 표면에서 두께 (710) 로 테이퍼링하는 (taper) (좁아지는) 사다리꼴 단면을 갖는다 (즉, 평행하지 않은, 경사진 측벽들을 가짐). 따라서, 틸팅 각도 (714) 로 예시된 바와 같이, 루버 각각의 측벽들은 (수직 평면 또는 x-z 평면으로 도시된) 광 제어 막 (712) 의 제 1 표면 및 제 2 표면에 수직인 평면에 대해 틸팅된다. 예시된 구성에서, 루버들의 기하 구조는 동일하고, 그리고 루버 각각의 마주 보는 측벽들은 상이한 각도들로 틸팅된다. 당업자가 인식할 바와 같이, 다른 구성들에서, 루버들은 직사각형 단면을 가질 수도 있고 (즉, 평행한, 비-경사진 (non-sloped) 측벽들을 가짐) 그리고/또는 광 제어 막의 제 1 표면 및 제 2 표면에 수직인 평면에, 뿐만 아니라 이에 대해 임의의 목표된 틸팅 각도로 배향될 수도 있다.

따라서, 헤드-업 디스플레이의 광학 컴포넌트의 투과 표면으로부터 입사하는 이미지 광 (704) 은 광 제어 막 (712) 및 루버들 사이의 연관된 코팅/평탄화 층들을 통과한다. 실시 예들에서, 루버들은 이미지가 아이-박스 내 모든 포지션들에서 가시적이도록 요구되는 각도들의 범위에서, 루버들 사이의 광학적으로 투명한 코어를 통해 이미지 광 (704) 의 통과를 허용하도록 기하학적으로 구성된다. 따라서, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 명세서에 기술된 바와 같이, 특수한 홀로그램을 구현하는 예들에서, 투과 각도들의 범위는 홀로그램의 모든 각도 채널들로 하여금 아이-박스에 도달하게 할 수도 있다. 예를 들어, 이미지 광 (704) 은 예를 들어 도 7의 실선 화살표로 도시된 바와 같이 루버들 사이에서 아이-박스로 통과하는 하나 이상의 규정된 광학 경로 각도들로 (예를 들어, 본 명세서에 기술된 바와 같은 광학 컴포넌트의 복수의 투과 지점들로부터 광선 다발들로서) 투과될 수도 있다. 루버들 사이의 작은 간격으로 인해, 광학 컴포넌트의 투과 표면을 따라 복수의 투과 지점들 중 하나에 형성된 복제본 각각은 광 제어 막 (712) 의 복수의 루버들 상에 입사할 수도 있다.

그러나, 상기 주지된 바와 같이, 태양광은 화살표 (700) 로 도시된 바와 같이 광 제어 막 (712) 의 제 2 (상단/외부) 표면 상에 입사할 수도 있다. 따라서, 광 제어 막 (712) 의 제 2 (상단/외부) 표면은 광 제어 막 (712) 의 "광 수용 표면"으로서 본 명세서에 기술된다. 태양광은 임의의 각도로 광 제어 막 (712) 의 표면 상에 입사할 수도 있고, 화살표 (700) 로 도시된 광선 각도는 단지 예라는 것이 인식될 것이다. 평면형 상단 표면 (720) (즉, 공기와의 외부 계면) 에서 광 제어 막 (712) 내로 커플링된 태양광은 화살표 (700) 로 도시된 바와 같이, 광이 "제 1 패스"에서 루버들 중 하나에 의해 직접적으로 흡수되도록 하는 각도로 입사할 수도 있다. 대안적으로, 편평한 상단 표면 (720) 에서 광 제어 막 (712) 내로 커플링되는 태양광은 광이 루버들 사이에서 광학 컴포넌트 (미도시) 내로 통과하는 각도로 입사할 수도 있다. 이 경우, 광학 컴포넌트로부터 반사된 태양광은 "제 2 패스"에서 루버들 중 하나에 의해 흡수되어 광 제어 막 (712) 에 의해 투과되지 않는다. 그러나, 태양광의 일부는 평면형 상단 표면 (720) (즉, 공기와의 외부 계면) 에서 반사될 수도 있다. 이 경우, 태양광이 아이-박스로의 광학 경로를 따르는 각도로 반사될 위험이 있다. 도 7은 루버들 사이에서 그리고 광 제어 막 (712) 으로부터 투과되는 헤드-업 디스플레이로부터의 이미지 광의 광선 (704) 에 평행한 각도로 점선의 예시적인 반사된 태양광 광선 (702) 을 도시한다. 예시된 이미지 광의 광선 (704) 은 루버들 사이를 통과하는 각도로 광학 컴포넌트의 투과 지점으로부터 투과된 복제본의 발산하는 광선 다발의 복수의 광선들의 단지 일 예라는 것이 인식될 것이다. 이에 더하여, 동일한 복제본의 광선들은 동일한 광선 각도들 또는 상이한 광선 각도들로 인접한 루버들의 다른 쌍들 사이를 통과할 수도 있다는 것이 인식될 것이다. 따라서, 반사된 태양광 광선 (702) 은 아이-박스로의 예시된 이미지 광의 광선 (704) 과 동일한 광학 경로를 따를 것이고 뷰어에게 눈부심 (glare) 을 유발할 것이다. 이 문제는 이하에 기술된 실시 예들에 의해 예시된 바와 같이, 본 개시에 의해 해결된다. 실시 예들의 기술에서, 유사한 참조 번호들은 도 7의 예와 유사한 피처들을 나타내도록 (denote) 사용된다.

도 8은 본 개시의 실시 예에 따른 광 제어 막 (812) 을 도시한다. 광 제어 막 (812) 은 일반적으로 광 제어 막 (812) 의 제 2 (상단/외부) 표면 상의 코팅 층이 생략된 것을 제외하고 상기 기술된 도 7의 예와 동일하다. 따라서, 광 제어 막 (812) 의 제 2 (상단/외부) 표면은 태양광-수용 표면 (820) 을 형성한다. 따라서, 도 7의 예에서와 같이, 광 제어 막 (812) 은 내부에 배치된 균일하게 이격된 루버들의 1 차원 어레이를 갖는 광학적으로 투명한 재료의 코어를 포함한다. 루버들은 광 제어 막 (812) 의 전체 두께를 통해 연장하고 그리고 사다리꼴 구성으로 구성된다 (즉, 틸팅된 측벽들 또는 경사진 측벽들을 가짐). 상기 기술된 바와 같이, 광 제어 막 (812) 은 도 5a의 제 2 복제기 (506) 와 같은 헤드-업 디스플레이의 광학 컴포넌트의 평면형 반사 표면 상에 형성될 수도 있다.

본 개시에 따라, 광 제어 막 (812) 의 광 수용 표면 (820) 은 톱니 모양이다 (serrated). 특히, 광 수용 표면 (820) 은 루버들의 어레이와 통합되어 (in coordination with) 톱니 모양이다. 예를 들어, 태양광 수용 표면 (820) 의 톱니들 (serrations) 의 구성은 아래에 놓인 (underlying) 루버들의 어레이의 구성과 통합되거나 (coordinated), 동기화되거나, 정렬된다. 따라서, 태양광 수용 표면 (820) 의 톱니 모양의 구성은 1 차원이고 그리고 제 1 차원으로 연장한다. 도 8의 실시 예에서, 톱니 모양의 구성은 광 제어 막 (812)/광학 컴포넌트의 평면에 대해 기울어진 (angled) (즉, 수평 또는 x-y 평면에 대해 기울어진) 표면들에 의해 분리된 균일하게 이격된 톱니들 (또한 "돌출부들" 또는 "치형 (teeth)"으로 지칭됨) 의 1 차원 어레이를 포함한다. 따라서, 도 8의 실시 예에서, 태양광 수용 표면 (820) 의 단면은 일반적으로 톱니 모양 (saw-tooth) 구성을 갖는다. 게다가, 도 8의 실시 예에서, 균일하게 이격된 톱니들은 루버들과 정렬된다. 따라서, 태양광 수용 표면 (820) 의 톱니의 주기성은 루버들의 어레이의 주기성과 실질적으로 같다고 할 수도 있다.

도 7을 참조하여 상기 기술된 바와 같이, 광 제어 막 (812) 에 의해 투과된 광은 루버들의 배향, 피치 및 기하 구조 (예를 들어, 측벽 각도) 에 의해 규정된 각도들 (806) 의 범위로 제한된다. 따라서, 헤드-업 디스플레이 (미도시) 의 광학 컴포넌트로부터의 이미지 광 (804) 은 루버들 사이 광 제어 막 (712) 을 통과하고 아이-박스로의 광학 경로를 따르기 위해, 각도들 (806) 의 제한된 범위 내인 광선 각도들에서만 투과된다. 게다가, 도 7을 참조하여 상기 기술된 바와 같이, 광 제어 막 (812) 내로 커플링된 태양광 (800) 은 루버들 중 하나에 의해 흡수되고 그리고/또는 제한된 범위의 투과 각도들 (806) 로 인해 아이-박스로 투과되는 것이 방지된다.

이에 더하여, 본 개시에 따라, 상단 표면 (820) (즉, 공기와의 외부 계면) 에 의해 반사되는 태양광 (800) 은 점선으로 도시된 바와 같이, 톱니 모양의 구성으로 인해 아이-박스로부터 멀어지는 방향으로 (예를 들어, 본 명세서에 기술된 바와 같이, 자동차 애플리케이션에서, 아이-박스로 이미지 광을 반사하는 윈드실드로부터 멀어지는 방향으로) 반사된다. 특히, 루버들 사이의 광학적으로 투명한 코어 영역들 위의 광 제어 막 (812) 의 기울어진 제 2 (상단/외부) 표면 (820) 으로 인해, 표면 법선은 광 제어 막 (812)/광학 컴포넌트의 평면 (즉, 수평 또는 x-y 평면) 에 대한 법선에 대해 유사하게 기울어진다. 따라서, 반사 법칙으로 인해, 태양광 (800) 의 각도는 도 7의 광 제어 막 (712) 의 평면형 표면 (720) 을 사용한 반사 각도와 비교하여 변화된다 (예를 들어, 증가된다). 예들에서, 기울어진 표면들은 어느 방향으로든 15 ° 내지 75 °, 예컨대 30 ° 내지 60 ° 범위의 각도인, 광 제어 막 (812)/광학 컴포넌트의 평면 (에 대한 법선) 에 대해 기울어지거나 (angled) 기울어진다 (inclined). 중요하게, 광 수용 표면 (820) 의 기울어진 표면들의 경사 (slope) 또는 경사 (inclination) 는 반사된 태양광 (802) 의 광선들의 각도가 헤드-업 디스플레이로부터 이미지 광 (804) 에 대해 허용된/요구된 각도들 (806) 의 엄격한 범위 내에 있지 않아서, 태양광 광선들이 아이-박스로의 광학 경로를 따르지 않고 눈부심을 유발하지 않도록 한다.

광 제어 막의 제작 방법

일부 홀로그래픽 HUD들에서, 유리 도파관들은 목표된 아이-박스 사이즈 및 시계를 충족시키기 위해 2D 퓨필 확장을 달성하도록 사용된다. 광학적 방향 전환 (turning) 컴포넌트와 함께 코팅된 도파관들은 차량의 대시보드 상에 편평하고 고 반사성인 표면을 형성하고, 이들 중 임의의 것은 태양광 눈부심 (즉, 뷰어의 눈으로 반사된 태양광) 의 원천일 수도 있다. 특정한 각도들에서 반사된 태양광은 아이-박스 내로 HUD 방출의 광학 경로를 따를 것이다. 이는 운전자 눈을 멀게 하고 (blinded) 그리고/또는 운전자를 산만하게 할 (distracted) 수도 있다는 것을 의미한다. 루버 막으로 또한 지칭되는 특수 광 제어 막은 통상적으로 디스플레이들 (예를 들어, LCD) 로부터 방출된 광에 대해 차량 윈도우들로부터 원치 않은 반사들을 감소시키도록 사용된다. 통상적으로 플라스틱 재료들로 이루어진 광 제어 막은 루버들의 치수 및 배향에 의해 규정된 각도들의 고정된 범위로 광 투과를 제한하는, 광 흡수 루버들에 의해 분리된 복수의 투명 영역들을 갖는다. 그러나, 이들 종래의 광 제어 막들은 외부 광원 (예를 들어, 태양) 으로부터 반사를 제거할 수 없다.

광 제어 막을 제작하는 방법은 도 9a 내지 도 9e를 참조하여 이하에 기술된다. 방법은 투명 재료 층 (902) 을 제공하는 단계를 포함한다. 투명 재료 층 (902) 의 (축척대로가 아닌) 단면도가 도 9a에 도시된다. 투명 재료 층 (902) 은 제 1 표면 (904) 및 제 1 표면 (904) 반대편의 제 2 표면 (906) 을 갖는다. 제 1 표면 (904) 및 제 2 표면 (906) 은 거칠다/고르지 않다. 제 1 표면 (904) 및 제 2 표면 (906) 을 통해 전파하는 모든 광은 산란될 것이다. 이 실시 예에서, 투명 재료 층 (902) 의 두께 d는 1 ㎜이다. 이 실시 예에서, 투명 재료 층 (902) 은 PMMA 층이다.

방법은 투명 재료 층 (902) 상에 광 흡수 재료 층 (908) 을 증착하는 단계를 더 포함한다. 도 9b는 투명 재료 층 (902) 상으로 광 흡수 재료 층 (908) 을 에어브러싱하는 (airbrushing) (축척대로가 아닌) 단면도이다. 이 실시 예에서, 광 흡수 재료 층 (908) 은 제 1 표면 (904) 상에 증착된다. 광 흡수 재료 층 (908) 의 층은 흑색 접착제 또는 흑색 페인트이다. 광 흡수 재료 층 (908) 의 층은 에어브러싱 또는 용액 코팅 (solution coating) 기법들을 사용하여 증착될 수 있다. 광 흡수 재료 층 (908) 의 두께는 10 ㎛ 내지 100 ㎛이다.

방법은 광 흡수 층 (908) 상에 또 다른 투명 재료 층을 라미네이팅하는 (laminate) 단계를 더 포함한다. 또 다른 투명 재료 층은 투명 재료 층 (902), 예를 들어 마주 보는 거친 표면들을 갖는 또 다른 PMMA 시트와 동일할 수도 있다. 2 개의 투명 재료 층들은 서로 평행하다. 2 개의 투명 재료 층들 사이의 광 흡수 층 (908) 은 2 개의 투명 재료 층들의 거친 표면들의 패딩을 형성한다.

방법은 광 흡수 재료 층 (908) 을 증착하는 단계와 유사하게 투명 재료 층 상에 또 다른 광 흡수 재료 층을 증착하는 단계를 더 포함한다.

투명 재료 및 광 흡수 재료의 레이어링 (layering) 은 미리 결정된 전체 두께를 갖는 투명 재료와 광 흡수 재료의 복수의 교번하는 층들 (910) 이 달성될 때까지 반복된다. 복수의 교번하는 층들 (910) 의 층들은 스택 방향 (911) 으로 스택된다. 두께는 스택 방향 (911), 즉 교번하는 층들 (910) 이 스택되는 방향으로 규정된다. 투명 재료와 광 흡수 재료의 복수의 교번하는 층들 (910) 의 (축척대로가 아닌) 단면도가 도 9c에 도시된다.

방법은 제 1 포지션에서 그리고 스택 방향 (911) 에 대해 절단 각도 θ_c로 직선 에지를 사용하여, 투명 재료와 광 흡수 재료의 복수의 교번하는 층들을 통해 제 1 절단 (912) 을 만드는 단계를 더 포함한다. 절단 각도 θ_c는 90 ° 이하일 수도 있다. 제 1 절단 (912) 은 상단 절단 표면을 발생시킨다. 방법은 제 2 포지션에서 그리고 스택 방향 (911) 에 대해 절단 각도 θ_c로 직선 에지를 사용하여, 투명 재료와 광 흡수 재료의 복수의 교번하는 층들을 통해 제 2 절단 (914) 을 만드는 단계를 더 포함한다. 제 2 절단 (914) 은 하단 절단 표면을 발생시킨다. 제 1 절단 (912) 및 제 2 절단 (914) 은 서로 실질적으로 평행하다. 제 1 절단 (912) 및 제 2 절단 (914) 은 실질적으로 평면이다.

제 1 절단 (912) 및 제 2 절단 (914) 각각은 직선 에지가 복수의 교번하는 층들 (910) 의 상단부 (916) 와 대면하도록 직선 에지를 포함하는 절단 도구 (implement) 를 배향하는 것을 더 포함할 수도 있다. 이러한 방식으로 배향되면, 절단 도구는 절단 각도 θc로 배향된 제 1 절단 평면 또는 제 2 절단 평면을 따라 이동하여 복수의 교번하는 층들 (910) 을 절단한다.

제 1 절단 및 제 2 절단은 주기적인 포지션들에 포지셔닝된 광 흡수 재료들의 스트립들을 포함하는 중간 층을 발생시킬 것이다. 중간 층은 또한 상단 절단 표면 및 하단 절단 표면을 가질 것이다. 중간 막의 상단 절단 표면 및 하단 절단 표면은 폴리싱될 수도 있다. 광 흡수 재료들의 스트립들 각각과 상단 절단 표면 사이의 각도는 θ_a이고, θ_a = 90 ° - θ_c이다. 중간 막은 루버 막의 구조를 갖는다. 복수의 교번하는 층들 (910) 로부터 절단된 중간 층의 (축척대로가 아닌) 단면도가 도 9d에 도시된다. 각도 θ_c는 또한 사용 시 (표면 법선으로부터 측정된) 루버 각도이다.

방법은 1D 프리즘 구조 (prismatic structure) 를 핫-엠보싱 (hot-embossing) 하기 위한 툴 (919) 을 제공하는 단계를 더 포함한다. 툴 (919) 은 핫 엠보싱 스탬프 (stamp) 일 수도 있다. 툴 (919) 은 기판 (920) 및 기판으로부터 연장하는 반복되는 프리즘 구조 (922) 를 포함한다. 반복되는 프리즘 구조 (922) 는 전면 패싯 (facet) (924) 및 후면 패싯 (926) 을 포함한다. 전면 패싯 (924) 및 후면 패싯 (926) 은 적어도 부분적으로 프리즘을 규정한다. 툴 (919) 은 전면 패싯들 (924) 이 후면 패싯 (926) 과 만나는 부분들에 의해 규정된 리지들 (ridges) 을 더 포함한다. 전면 패싯 (924) 과 상단 절단 표면 사이에 각도 θ_f가 있다. 후면 패싯 (926) 은 광 흡수 재료의 스트립과 동일한 방식으로 배향된다. 즉, 후면 패싯과 기판 사이의 각도 θ_b는 광 흡수 재료의 스트립과 중간 막의 절단 표면 사이의 각도 θ_a와 동일하다.

도 9e는 광 제어 막을 형성하기 위해 핫 엠보싱을 겪는 중간 층의 (축척대로가 아닌) 단면도를 도시한다. 방법은 툴 (919) 의 리지들이 주기적으로 포지셔닝된 광 흡수 재료들의 스트립들의 에지들을 오버레이하고 (overlay) 그리고 전면 패싯들 (924) 이 투명 재료들을 오버레이하도록 중간 층의 상단 절단 표면과 툴 (919) 을 정렬하는 단계를 더 포함한다.

방법은 정렬된 툴 (919) 을 사용하여, 톱니 모양의 제 1 표면을 형성하도록 중간 막의 상단 절단 표면을 핫-엠보싱하는 단계를 더 포함한다. 톱니 각각은 인접한 광 흡수 스트립들의 각각의 쌍들 사이에 형성된다. 톱니 모양의 제 1 표면의 톱니 각각은 180 - θ_f각도이다. 따라서, 각도 θ_f는 톱니 모양의 제 1 표면의 톱니들의 각도를 결정한다. 일부 실시 예들에서, 효과적인 태양광 반사 억제를 위해, 각도 θ_f는 150 ° 미만, 예컨대 145 ° 미만이다.

방법은 툴 (919) 의 리지들이 주기적으로 포지셔닝된 광 흡수 재료들의 스트립들의 에지들을 오버레이하고 그리고 전면 패싯들 (924) 이 투명 재료들을 오버레이하도록 중간 층의 하단 절단 표면과 툴 (919) 을 정렬하는 단계를 더 포함한다.

방법은 정렬된 툴 (919) 을 사용하여, 톱니 모양의 제 2 표면을 형성하도록 중간 막의 하단 절단 표면을 핫-엠보싱하는 단계를 더 포함하고, 핫 엠보싱은 광 제어 막을 제작한다. 톱니 각각은 인접한 광 흡수 스트립들의 각각의 쌍들 사이에 형성된다. 톱니 모양의 제 2 표면의 톱니 각각은 180 - θ_f각도이다. 따라서, 각도 θ_f는 톱니 모양의 제 2 표면의 톱니들의 각도를 결정한다. 톱니 모양의 제 1 표면 및 제 2 표면의 톱니들은 서로 평행하다.

방법은 광 제어 막의 톱니 모양의 제 1 표면 및/또는 톱니 모양의 제 2 표면에 반사 방지 (anti-reflective) 코팅들을 도포하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

상기 기술된 방식으로 제작된 광 제어 막은 홀로그래픽 HUD의 출사 표면을 커버하도록 포지셔닝될 수 있고 그리고 (윈드실드를 통해 투과된) 태양광과 직접적으로 콘택트한다. 홀로그래픽 HUD는 임의의 광학 표면을 통해 상대적인 각도, 위상, 및 강도를 유지하기 위해 다발로 모든 광선들을 필요로 하는 방출들을 출력할 수도 있다. 무광택 (matte) 표면은 이러한 홀로그래픽 HUD들에서 눈부심 완화를 위한 적절한 해결책이 아니다. 본 발명자들은 주기적인 톱니 모양의 편평한 표면이 외측 표면으로부터의 직접적인 반사를 처리할 수 있다는 것을 발견하였다. 특히, 본 발명자들은 30 ° 초과 또는 심지어 35 ° 초과로 기울어진 (톱니 모양의 표면과 수평 축 사이의 각도로 규정된) 톱니 모양의 표면들은 반사된 태양광이 아이-박스에 도달할 수 없다는 것을 의미한다는 것을 발견하였다. 한편, (예를 들어, 유리 또는 코팅들로부터) 내측 표면들로부터의 모든 반사는 HUD 내장 광선 (gut ray) 에 정렬되는 루버들 (즉, 광 흡수 재료의 스트립들) 에 의해 흡수된다.

예

제작 프로세스는 다음의 단계들을 포함할 수도 있다:

(예를 들어) 양면에 거친 (산란) 표면을 갖는 PMMA (약 1 ㎜ 두께) 시트를 준비한다. 표면을 통한 모든 광은 상이한 각도들로 산란될 것이다.

―예를 들어 에어브러싱 또는 용액 코팅 기법들에 의해― PMMA 시트의 일면 상에 얇은 (약 10 내지 100 ㎛ 두께) 흑색 접착성 페인트/접착제를 도포한다.

흑색 접착 표면 상에 거친 표면을 갖는 또 다른 PMMA 시트를 라미네이팅한다. 2 개의 PMMA 시트는 흑색 접착 재료가 거친 표면들의 패딩을 형성하는 동안 전체적인 평행도를 유지한다.

스택의 총 두께가 디스플레이 애플리케이션을 위해 필요한 치수에 접근하도록 단계 2와 단계 3을 반복한다.

스택을 비스듬히 절단하기 위해 직선 에지를 갖는 나이프를 사용한다. 절단 후 필요한 경우 표면을 폴리싱한다. 생성된 막은 비스듬히 정렬된 주기적인 흑색 접착 스트립들을 갖는다. 각도는 사용 시 디스플레이 광의 내장 광선에 평행할 수도 있다.

1D 프리즘 구조를 핫 엠보싱하기 위한 툴링 (tooling) 을 준비한다. 프리즘의 전면 패싯은 톱니 모양의 표면의 각도를 결정하는 한편, 프리즘의 측면 패싯은 단계 5의 루버 각도에 정렬된다. 프리즘 구조는 단계 5의 흑색 접착 스트립들과 동일한 피치를 가져야 한다.

단계 5의 루버 막의 두 표면들 모두를 핫-엠보싱하는 툴링을 사용하여, 편평한, 톱니 모양의 PMMA 표면이 인접한 흑색 접착 스트립들의 쌍 각각 사이에 형성되도록 프리즘 코너들이 흑색 접착 스트립들의 에지에 정확하게 랜딩하게 (land) 한다. 막의 양면 상의 톱니 모양의 PMMA 표면들은 항상 평행하다.

선택 가능하게 반사 방지 코팅들을 톱니 모양의 표면(들)에 도포한다.

변형 예에서, 구조체가 컴포넌트를 통한 루버 각도의 변동을 필요로 한다면, 단계 1 및 단계 3에서 사용된 PMMA 피스들 (pieces) 은 인접한 루버 배리어들 사이에 각도 차가 있도록 쐐기 형상일 (wedge shaped) 수도 있다.

부가적인 특징들

본 명세서에 기술된 방법들 및 프로세스들은 컴퓨터-판독 가능 매체 상에 구현될 수도 있다. 용어 "컴퓨터-판독 가능 매체"는 RAM (random-access memory), ROM (read-only memory), 버퍼 메모리, 플래시 메모리, 및 캐시 메모리와 같은 데이터를 일시적으로 또는 영구적으로 저장하도록 구성된 매체를 포함한다. 용어 "컴퓨터-판독 가능 매체"는 또한 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행될 때, 인스트럭션들이 머신으로 하여금 본 명세서에 기술된 방법론들 중 임의의 하나 이상을 전체적으로 또는 부분적으로 수행하게 하도록 머신에 의해 실행될 인스트럭션들을 저장할 수 있는 임의의 매체, 또는 복수의 매체들의 조합을 포함하는 것으로 여겨진다.

용어 "컴퓨터-판독 가능 매체"는 또한 클라우드-기반 저장 시스템들을 포괄한다. 용어 "컴퓨터-판독 가능 매체"는 이로 제한되는 것은 아니지만, 고체-상태 메모리 칩, 광 디스크, 자기 디스크, 또는 이들의 임의의 적합한 조합의 예시적인 형태의 하나 이상의 유형의 (tangible) 비-일시적 데이터 저장소들 (예를 들어, 데이터 볼륨들) 을 포함한다. 일부 예시적인 실시 예들에서, 실행을 위한 인스트럭션들은 반송파 매체에 의해 전달될 수도 있다. 이러한 반송파 매체의 예들은 과도 매체 (예를 들어, 인스트럭션들을 전달하는 전파 신호) 를 포함한다.

첨부된 청구항들의 범위로부터 벗어나지 않고 다양한 수정들 및 변형들이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이다. 본 개시는 첨부된 청구항들 및 이들의 등가물들의 범위 내에서 모든 수정들 및 변형들을 커버한다.

Claims

광 제어 막을 제작하는 방법에 있어서,
투명 재료와 광 흡수 재료의 복수의 교번하는 층들을 제공하는 단계로서, 상기 투명 재료와 광 흡수 재료의 교번하는 층들은 스택 방향으로 스택되는, 상기 투명 재료와 광 흡수 재료의 교번하는 층들을 제공하는 단계;
직선 에지를 사용하여, 제 1 절단 평면 및 제 2 절단 평면에서 상기 투명 재료와 광 흡수 재료의 복수의 교번하는 층들을 통해 절단하는 단계로서, 상기 절단은 상기 제 1 절단 평면에 평행한 제 1 절단 표면 및 상기 제 2 절단 평면에 평행한 제 2 절단 표면을 포함하는 중간 막을 발생시키고, 상기 제 1 절단 평면 및 상기 제 2 절단 평면 각각은 상기 스택 방향에 대해 90 ° 미만의 각도로 배향되는, 상기 절단하는 단계; 및
반복되는 프리즘 구조 (prismatic structure) 를 갖는 툴을 사용하여, 상기 중간 막의 상기 제 1 절단 표면 상에 상기 반복되는 프리즘 구조를 핫 엠보싱하는 (hot embossing) 단계로서, 상기 핫 엠보싱은 톱니 모양의 (serrated) 제 1 표면을 발생시키는, 상기 핫 엠보싱하는 단계를 포함하는, 광 제어 막 제작 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 툴을 사용하여, 상기 중간 막의 상기 제 2 절단 표면 상에 상기 반복되는 프리즘 구조를 핫 엠보싱하는 단계를 더 포함하고, 상기 핫 엠보싱은 톱니 모양의 제 2 표면을 발생시키는, 광 제어 막 제작 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 반복되는 프리즘 구조를 핫 엠보싱하는 단계 전에 상기 프리즘 구조의 리지들 (ridges) 을 상기 광 흡수 재료 층들의 에지들과 정렬하는 단계를 더 포함하는, 광 제어 막 제작 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 반복되는 프리즘 구조는,
기판;
상기 기판으로부터 연장하는 전면 패싯 (facet); 및
상기 기판으로부터 연장하는 후면 패싯을 포함하고;
상기 전면 패싯 및 상기 후면 패싯은 적어도 부분적으로 프리즘을 규정하고, 그리고
상기 프리즘 구조의 상기 리지들은 상기 전면 패싯들이 상기 후면 패싯들과 만나는 곳에 의해 규정되는, 광 제어 막 제작 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 후면 패싯들과 상기 기판 사이의 각도들은 상기 광 흡수 재료 층들과 상기 제 1 절단 표면 및/또는 상기 제 2 절단 표면 사이의 각도들과 실질적으로 동일한, 광 제어 막 제작 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 절단 평면 및 상기 제 2 절단 평면은 서로 평행한, 광 제어 막 제작 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 톱니 모양의 제 1 표면은 30 °보다 더 큰, 예컨대 35 °보다 더 큰 각도의 제 1 전면 패싯을 포함하는, 광 제어 막 제작 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 톱니 모양의 제 2 표면은 30 °보다 더 큰, 예컨대 35 °보다 더 큰 각도의 제 2 전면 패싯을 포함하는, 광 제어 막 제작 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 복수의 교번하는 층들을 제공하는 단계는,
제 1 투명 재료 층을 제공하는 단계;
제 1 광 흡수 재료 층을 상기 제 1 투명 재료 층 상에 제공하는 단계;
상기 제 1 광 흡수 재료 층이 상기 제 1 투명 재료 층과 제 2 투명 재료 층 사이에 있도록 상기 제 1 광 흡수 재료 층 상에 제 2 투명 재료 층을 제공하는 단계; 및
상기 제 2 투명 재료 층이 상기 제 1 광 흡수 재료 층과 제 2 광 흡수 재료 층 사이에 있도록 상기 제 2 투명 재료 층 상에 제 2 광 흡수 재료 층을 제공하는 단계를 포함하는, 광 제어 막 제작 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
투명 재료와 광 흡수 재료의 상기 복수의 교번하는 층들을 제공하는 단계는 적어도 하나의 투명 재료 층 상에 적어도 하나의 광 흡수 재료 층을 에어브러싱하거나 (airbrushing) 용액 코팅하는 (solution coating) 단계를 포함하는, 광 제어 막 제작 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 투명 재료 층들 각각은 광을 산란하도록 구성된 마주 보는 거친 표면들을 포함하는, 광 제어 막 제작 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 광 흡수 재료 층들은 흑색 접착제 또는 흑색 페인트, 또는 흑색 실리콘 고무 또는 이들의 임의의 조합인, 광 제어 막 제작 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 투명 재료 층들은 PMMA 또는 투명한 실리콘 고무 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는, 광 제어 막 제작 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 광 흡수 재료 층 각각은 10 ㎛ 내지 100 ㎛의 두께를 갖는, 광 제어 막 제작 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 투명 재료 층 각각은 0.1 ㎜ 내지 10 ㎜의 두께를 갖는, 광 제어 막 제작 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 톱니 모양의 제 1 표면 및/또는 상기 톱니 모양의 제 2 표면 상에 반사 방지 (anti-reflective) 코팅을 도포하는 단계를 더 포함하는, 광 제어 막 제작 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 투명 재료 층 각각은 쐐기 형상인 (wedge shaped), 광 제어 막 제작 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 복수의 교번하는 층들의 상기 층들은 서로 평행한, 광 제어 막 제작 방법.
차량 (vehicle) 용 헤드-업 디스플레이 (head-up display) 를 제작하는 방법에 있어서,헤드-업 디스플레이 동작 동안, 태양광 눈부심 (glare) 에 도움이 되는 구성으로 배치된 (arrange) 반사 표면을 갖는 광학 컴포넌트를 제공하는 단계; 및
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 방법을 사용하여 제작된 상기 광 제어 막을 상기 광학 컴포넌트의 상기 반사 표면 상에 배치하는 (dispose) 단계를 포함하는, 차량용 헤드-업 디스플레이 제작 방법.
차량용 헤드-업 디스플레이에 있어서,
헤드-업 디스플레이 동작 동안, 태양광 눈부심에 도움이 되는 구성으로 배치된 반사 표면을 갖는 광학 컴포넌트; 및
상기 광학 컴포넌트의 상기 반사 표면 상에 배치된 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 방법을 사용하여 제작된 광 제어 층을 포함하는, 차량용 헤드-업 디스플레이.