KR20240040974A - Method and system for manufacturing multi-function HOE using hologram replication technology - Google Patents

Method and system for manufacturing multi-function HOE using hologram replication technology Download PDF

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KR20240040974A
KR20240040974A KR1020220119932A KR20220119932A KR20240040974A KR 20240040974 A KR20240040974 A KR 20240040974A KR 1020220119932 A KR1020220119932 A KR 1020220119932A KR 20220119932 A KR20220119932 A KR 20220119932A KR 20240040974 A KR20240040974 A KR 20240040974A
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신동학
박완용
정종성
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임명진
양동훈
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Abstract

본발명은 홀로그램 복제 기술을 이용한 복합기능 HOE 제작 방법에 관한 것으로, 서로 다른 광학특성을 가지는 단일 기능 HOE들을 각각 제작 하는 단계;
상기 제작된 단일 기능 HOE들을 사용 목적에 최적화된 구조로 배열하여 마스터 HOE를 제작하는 단계;
홀로그램 복제 기술을 통해 마스터 HOE의 간섭패턴을 하나의 감광매질에 기록하여 복합기능 HOE를 제작하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본발명은 홀로그램 복제 기술을 이용한 복합기능 HOE 제작 시스템에 관한 것으로,
단일기능 HOE 제작부(10);
마스터 HOE 제작부(20);
홀로그램복제부(30);로 구성되는 것으로,
본 발명에 따르면 하나의 HOE가 두 가지 이상의 광학적 기능을 수행할 수 있도록 하기 위한 복합기능 HOE 제작 및 시스템의 구성이 가능한 현저한 효과가 있다.
The present invention relates to a method of manufacturing a multi-functional HOE using hologram replication technology, comprising the steps of manufacturing single-function HOEs each having different optical characteristics;
manufacturing a master HOE by arranging the manufactured single-function HOEs into a structure optimized for the purpose of use;
It is characterized by comprising the step of producing a multi-functional HOE by recording the interference pattern of the master HOE on a photosensitive medium through hologram replication technology.
In addition, the present invention relates to a multi-functional HOE manufacturing system using hologram replication technology,
Single-function HOE production department (10);
Master HOE Production Department (20);
It consists of a hologram replication unit (30),
According to the present invention, there is a remarkable effect of being able to manufacture a multi-functional HOE and configure a system so that one HOE can perform two or more optical functions.

Description

홀로그램 복제 기술을 이용한 복합기능 HOE 제작 방법 및 시스템{Method and system for manufacturing multi-function HOE using hologram replication technology}{Method and system for manufacturing multi-function HOE using hologram replication technology}

본 발명은 홀로그래피(Holography)기반으로 복합적인 기능을 수행할 수 있는 홀로그래픽 광학 소자 (HOE : Holographic optical elements)의 제작 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system for manufacturing holographic optical elements (HOE) that can perform complex functions based on holography.

본 발명은 하나의 HOE가 두 가지 이상의 광학적 기능을 수행할 수 있도록 하기 위한 복합기능 HOE의 제작 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system for manufacturing a multi-functional HOE so that one HOE can perform two or more optical functions.

본 발명은 종례의 복합기능 HOE 제작 시스템과 달리 서로 다른 광학특성을 가지는 단일기능 HOE들을 각각 제작 후 이 HOE들을 사용자의 목적에 대응하는 구조로 배열하여 마스터 HOE를 제작하고 홀로그램 복제 기술을 통하여 하나의 복합기능 HOE를 제작하므로 복합기능 HOE의 광학적 기능에 대한 설계 및 수정 후 재제작 과정이 매우 용이한 복합기능 HOE의 제작 방법 및 시스템에 관한 것이다.Unlike conventional multi-function HOE production systems, the present invention manufactures single-function HOEs with different optical characteristics, arranges these HOEs in a structure corresponding to the user's purpose to produce a master HOE, and uses hologram replication technology to create a single HOE. This relates to a manufacturing method and system for a multi-functional HOE that makes it very easy to design and modify the optical function of the multi-functional HOE and then remanufacture it.

본 발명은 복합기능 HOE 제작 과정에서 단일 기능 HOE를 제작하기 위한 광학 시스템만 필요로 하므로 상대적으로 간단한 광학 시스템을 요구하는 복합기능 HOE 제작 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-functional HOE manufacturing and system that requires a relatively simple optical system since the multi-functional HOE manufacturing process requires only an optical system for manufacturing a single-functional HOE.

본 발명에서 제작된 복합기능 HOE는 종례의 복합적 기능을 수행하는 HOE와 달리 단일 HOE 내에서 서로 다른 광학적 역할을 수행하는 영역사이에 크로스토크(Crosstalk)가 없는 복합기능 HOE의 제작 방법 및 시스템에 관한 것이다.The multi-function HOE manufactured in the present invention, unlike conventional HOEs that perform complex functions, relates to a method and system for manufacturing a multi-function HOE without crosstalk between areas that perform different optical roles within a single HOE. will be.

본 발명에서 제작된 복합기능 HOE는 종례의 복합적 기능을 수행하는 HOE 제작 방법과 달리 제작 과정에서 마스크를 사용하지 않음으로 마스크에 의한 노이즈가 없는 복합기능 HOE의 제작 방법 및 시스템에 관한 것이다.The multi-function HOE manufactured in the present invention relates to a method and system for manufacturing a multi-function HOE without noise caused by a mask by not using a mask during the manufacturing process, unlike conventional HOE manufacturing methods that perform complex functions.

HOE는 홀로그래피의 원리를 이용한 기술로 회절광학소자(DOE)의 일종으로 무겁고 복잡한 광학소자를 대체할 수 있는 유용한 기술로 각광받고 있다.?HOE는 높은 회절 효율과 협대역 주파수 특성에 따라 단일 재료에 다양한 기능을 구현할 수 있기 때문에 미러, 렌즈 또는 지향성 확산기가 될 수 있다. 따라서 HOE는 홀로그램 메모리, 홀로그램 프로젝션 스크린, 홀로그램 프린터, 3D 헤드마운트 디스플레이(HMD) 등 많은 분야에서 널리 적용되고 있다. 종래특허기술의 일례로서 등록번호 10-2264211호에는 광도파로와 HOE를 이용한 AR 홀로그래픽 디스플레이이 공개되어 있다. 또한 공개번호 10-2021-0102344호에는 투영 시스템에서 투영을 위해 제공되는 홀로그래픽 광학 소자(HOE)를 제조하기 위한 방법이 공개되어 있다. 이러한 홀로그래픽 광학 소자, 투영 장치, 데이터 안경용 안경 렌즈 및 이러한 데이터 안경HOE is a technology that uses the principles of holography and is a type of diffractive optical element (DOE). It is in the spotlight as a useful technology that can replace heavy and complex optical elements. HOE is a technology that can replace heavy and complex optical elements by Because it can implement a variety of functions, it can be a mirror, lens, or directional diffuser. Therefore, HOE is widely applied in many fields such as holographic memory, holographic projection screen, holographic printer, and 3D head-mounted display (HMD). As an example of conventional patent technology, registration number 10-2264211 discloses an AR holographic display using an optical waveguide and HOE. Additionally, Publication No. 10-2021-0102344 discloses a method for manufacturing a holographic optical element (HOE) provided for projection in a projection system. Such holographic optical elements, projection devices, spectacle lenses for data glasses and such data glasses.

HOE는 회절광학소자(DOE)의 일종으로 일반적인 광학소자가 광학소자의 곡률이나 형태에 의존하여 빛을 모으거나 퍼질 수 있게 하는 등의 굴절이나 또는 빛의 광경로에 변화를 주는 것과 달리 회절원리에 의해 빛을 회절시켜 파면(wavefront)을 새롭게 재구성함으로써 광학적 기능을 수행 한다.HOE is a type of diffractive optical element (DOE). Unlike general optical elements that collect or spread light depending on the curvature or shape of the optical element, or change the optical path of light, HOE relies on the principle of diffraction. It performs an optical function by diffracting light and reconstructing the wavefront.

한편, 복합기능 HOE는 하나의 HOE가 두가지 이상의 광학적 기능을 수행할 수 있도록 하나의 감광매질(photosensitive material)에 여러 개의 광학 특성을 간섭패턴으로 기록한 것으로써 시스템의 복잡성과 크기를 간소화 할 수 있는 장점이 있어 빛의 파장에 따라 또는 결상특성에 따라 새로운 광소자나 시스템을 필요로 하는 증강현실 (AR), 헤드마운트디스플레이 (HMD), 디지털홀로그래피마이크로스코피 (DHM)등의 분야에 응용을 위해 매우 활발히 연구되고 있다.Meanwhile, multi-function HOE has the advantage of simplifying the complexity and size of the system by recording multiple optical characteristics as interference patterns in a single photosensitive material so that one HOE can perform two or more optical functions. Therefore, very active research is being conducted for applications in fields such as augmented reality (AR), head-mounted display (HMD), and digital holography microscopy (DHM), which require new optical devices or systems depending on the wavelength of light or imaging characteristics. It is becoming.

그러나, 복합기능 HOE 제작시에 한번의 간섭패턴 기록 과정을 통해 복합기능 HOE의 제작을 위해서는 복잡한 광학시스템 셋업이 요구되는 단점이 있으며 복합기능 HOE가 수행해야하는 광학 기능의 개수가 증가할 수록 광학시스템의 복잡도 역시 증가한다.However, there is a disadvantage that a complex optical system setup is required to manufacture a multi-function HOE through a single interference pattern recording process. As the number of optical functions that a multi-function HOE must perform increases, the optical system becomes more expensive. Complexity also increases.

또한, 이와 같은 광학시스템의 복잡도의 증가는 복합기능 HOE의 광학적 기능 수행 영역에 대한 재설계 및 수정 후 재제작시에 매우 큰 단점으로 작용한다. In addition, this increase in the complexity of the optical system acts as a significant disadvantage when redesigning and modifying the optical function performance area of the multi-function HOE and then remanufacturing it.

또한, 이러한 단점을 극복하기 위해 단일 감광매질 위에 마스킹을 통하여 간섭패턴이 기록될 영역을 통제하고 조절하는 과정을 여러 번 반복하여 복합기능 HOE를 제작하는 방법이 있다.Additionally, in order to overcome these shortcomings, there is a method of manufacturing a multi-functional HOE by repeating the process of controlling and adjusting the area where the interference pattern will be recorded through masking on a single photosensitive medium several times.

그러나 마스킹을 이용하는 방법은 간섭패턴 기록시 감광매질 위에 위치한 마스크에 의해서 발생하는 회절패턴 또한 HOE에 기록 되므로 HOE 사용시 원하지 않는 노이즈가 발생하는 단점이 있다. However, the method using masking has the disadvantage of generating unwanted noise when using HOE because the diffraction pattern generated by the mask placed on the photosensitive medium is also recorded in the HOE when recording the interference pattern.

HOE의 복제기술에 있어서 광학식 복제에 쓰이는 마스터 홀로그램은 일반적으로 레이저와 같은 간섭성(coherence)이 높은 빛으로 구성된 기준빔과 물체빔 사이의 간섭패턴 정보를 포토폴리머(photopolymer) 또는 실버할라이드(silver halide) 같은 감광성 홀로그램 기록매질에 기록하여 제작된다.In HOE's replication technology, the master hologram used for optical replication is generally a photopolymer or silver halide that stores the interference pattern information between the reference beam and the object beam, which is composed of high-coherence light such as a laser. ) is produced by recording on the same photosensitive hologram recording medium.

또한 HOE의 복제는 복사체와 피복사체를 밀착 또는 근접시킨 후 이 위에 기준빔을 입사시키는 과정을 통해 이루어지며, 이 때 광원인 레이저빔은 평행빔(plane beam)을 입사빔으로 주로 사용한다.In addition, the replication of HOE is accomplished through the process of bringing the radiator and the covered object into close contact or proximity and then incident a reference beam on them. At this time, the laser beam, which is the light source, mainly uses a plane beam as the incident beam.

홀로그램 복제는 입사빔과 마스터 홀로그램에서 회절되는 회절빔 사이의 간섭패턴을 감광매질에 기록하는 기술이다.Hologram replication is a technology that records the interference pattern between the incident beam and the diffracted beam diffracted from the master hologram on a photosensitive medium.

홀로그램 복제기술은 마스터 홀로그램이 제작될 때의 방법에 따라서 크게 투과형과 반사형으로 분류될 수 있다.Hologram replication technology can be broadly classified into transparent and reflective types depending on the method by which the master hologram is produced.

투과형 홀로그램 복제기술은 입사빔이 복사체(마스터 홀로그램)을 먼저 투과한 후 피복사체(홀로그램 기록매질)에 복사체에 의해 회절된 회절빔과 입사빔 사이의 간섭패턴을 기록한다. Transmissive hologram replication technology records the interference pattern between the incident beam and the diffracted beam diffracted by the radiator on the radiator (hologram recording medium) after the incident beam first passes through the radiator (master hologram).

반사형 홀로그램 복제기술은 입사빔이 피복사체(홀로그램 기록매질)을 먼저 투과한 후 복사체(마스터 홀로그램)에서 반사된 파면의 특성을 피복사체에 기록한다. 이때 입사빔은 기준빔역할을 수행하며 반사빔은 오브젝트빔 역할을 수행한다.Reflective hologram replication technology records the characteristics of the wavefront reflected from the radiator (master hologram) on the radiator after the incident beam first passes through the radiator (hologram recording medium). At this time, the incident beam serves as a reference beam and the reflected beam serves as an object beam.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 홀로그램 복제 기술을 이용한 복합기능 HOE를 제작하는 방법 및 시스템을 제공하는 것에 있다.The purpose of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above and to provide a method and system for manufacturing a multi-functional HOE using hologram replication technology.

본 발명의 또 다른 목적은, 서로 다른 광학특성을 가지는 단일기능 HOE들을 각각 제작 후 이 HOE들을 사용 목적에 대응하는 구조로 배열하여 마스터 HOE를 제작하고 홀로그램 복제 기술을 통하여 하나의 복합기능 HOE를 제작하는 과정을 통해 복합기능 HOE의 광학적 기능에 대한 설계 및 수정 후 재제작 과정이 매우 용이한 복합기능 HOE의 제작 방법 및 시스템을 제공하는 것에 있다.Another object of the present invention is to manufacture single-function HOEs with different optical characteristics, arrange these HOEs in a structure corresponding to the purpose of use, produce a master HOE, and produce a single multi-function HOE through hologram replication technology. The goal is to provide a manufacturing method and system for a multi-functional HOE that is very easy to design and modify the optical function of the multi-functional HOE and then remanufacture through the process.

본 발명의 또 다른 목적은, 복합기능 HOE 내에서 사용자의 의도에 따라 두가지 이상의 각기 다른 광학적 기능을 수행하는 영역에 대한 크기 및 위치의 설정이 자유로운 복합기능 HOE의 제작 방법 및 시스템을 제공하는 것에 있다.Another object of the present invention is to provide a method and system for manufacturing a multi-function HOE in which the size and position of areas that perform two or more different optical functions can be freely set according to the user's intention. .

본 발명의 또 다른 목적은, 복합기능 HOE 제작 과정에서 단일 기능 HOE를 제작하기 위한 광학 시스템만 필요로 하는 상대적으로 광학 시스템의 구조가 간단한 복합기능 HOE 제작 및 시스템을 제공하는 것에 있다.Another object of the present invention is to provide a multi-functional HOE manufacturing process and a system with a relatively simple optical system structure that requires only an optical system for manufacturing a single-functional HOE in the multi-functional HOE manufacturing process.

본 발명의 또 다른 목적은, 복합기능 HOE 내에서 서로 다른 광학적 역할을 수행하는 영역사이에 크로스토크(Crosstalk)가 없는 복합기능 HOE의 제작 방법 및 시스템을 제공하는 것에 있다.Another object of the present invention is to provide a method and system for manufacturing a multi-function HOE without crosstalk between areas performing different optical roles within the multi-function HOE.

본 발명의 또 다른 목적은, 복합기능 HOE를 제작시에 발생할 수 있는 마스크에 의한 노이즈가 없는 복합기능 HOE의 제작 방법 및 시스템을 제공하는 것에 있다.Another object of the present invention is to provide a method and system for manufacturing a multi-function HOE without noise caused by a mask that may occur when manufacturing the multi-function HOE.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 홀로그램 복제 기술을 이용한 복합기능 HOE 제작 방법 및 시스템은 서로 다른 광학특성을 가지는 단일 기능 HOE들을 각각 제작 후 제작된 단일 기능 HOE들을 사용 목적에 최적화된 구조로 배열하여 마스터 HOE를 제작하고 이를 홀로그램 복제 기술을 통해 마스터 HOE의 간섭패턴을 하나의 감광매질에 기록하여 복합기능 HOE를 제작하는 것을 특징으로 한다. To achieve this purpose, the method and system for manufacturing multi-functional HOEs using hologram replication technology according to the present invention manufactures single-function HOEs with different optical characteristics and then arranges the manufactured single-function HOEs into a structure optimized for the purpose of use. It is characterized by producing a master HOE and recording the interference pattern of the master HOE on a photosensitive medium through hologram replication technology to produce a multi-functional HOE.

상기 복합기능 HOE 제작 방법 및 시스템은 단일기능 HOE 제작부, 마스터 HOE 제작부, 홀로그램복제부로 구성됨을 특징으로 한다.The multi-functional HOE manufacturing method and system is characterized by being composed of a single-function HOE manufacturing unit, a master HOE manufacturing unit, and a hologram replication unit.

상기 복합기능 HOE 제작 방법 및 시스템에서 단일기능 HOE 제작부는 최종 결과물인 복합기능 HOE가 수행해야할 광학적 특성(기능?)의 개수를 고려하여 그 개수 만큼 단일 기능 HOE를 제작하는 것을 특징으로 한다. In the multi-function HOE manufacturing method and system, the single-function HOE manufacturing unit considers the number of optical characteristics (functions?) to be performed by the final result, the multi-function HOE, and manufactures a single-function HOE corresponding to that number.

상기 복합기능 HOE 제작 방법 및 시스템의 마스터 HOE 제작부는 단일 기능 HOE 제작부에서 제작된 서로 다른 광학적 기능을 수행하는 단일기능 HOE들을 사용자의 목적에 따라 배열하여 마스터 HOE를 제작하는 것을 특징으로 한다. The master HOE manufacturing unit of the multi-functional HOE manufacturing method and system is characterized in that the master HOE is manufactured by arranging single-function HOEs that perform different optical functions manufactured in the single-function HOE manufacturing unit according to the user's purpose.

상기 복합기능 HOE 제작 방법 및 시스템의 홀로그램 복제부는 마스터 HOE의 간섭패턴을 홀로그램 복제기술을 이용하여 하나의 감광매질에 복제하여 단일 필름 형태의 복합기능 HOE로 제작하는 것을 특징으로 한다.The hologram replication part of the multi-functional HOE manufacturing method and system is characterized in that it replicates the interference pattern of the master HOE onto a photosensitive medium using hologram replication technology to produce a multi-functional HOE in the form of a single film.

상기 복합기능 HOE 제작 방법 및 시스템은 서로 다른 광학적 기능을 수행하는 단일 기능 HOE들의 배열을 통하여 복합기능 HOE를 제작하므로 복합기능 HOE의 제작, 설계, 수정 후 재제작 과정이 매우 용이한 것을 특징으로 한다. The method and system for manufacturing a multi-function HOE manufactures a multi-function HOE through an array of single-function HOEs that perform different optical functions, so the process of manufacturing, designing, modifying, and then remanufacturing the multi-function HOE is very easy. .

상기 복합기능 HOE 제작 방법 및 시스템은 단일 기능 HOE를 제작하기 위한 광학 시스템만 필요로 하므로 상대적으로 간단한 광학 시스템으로 복합기능 HOE 제작 및 시스템 구성이 가능한 것을 특징으로 한다.The method and system for manufacturing a multi-function HOE requires only an optical system for manufacturing a single-function HOE, and is therefore characterized in that it is possible to manufacture a multi-function HOE and configure the system with a relatively simple optical system.

상기 복합기능 HOE 제작 방법 및 시스템은 복합기능 HOE가 수행해야할 광학적 기능의 개수를 고려하여 각 광학적 기능에 대응하는 단일 HOE들을 각각 제작한 후 이들을 사용목적에 따라 배열 하여 마스터 HOE를 제작 함으로 최종 결과물인 복합기능 HOE 사용시 각기 다른 광학적 기능을 수행하는 영역사이에 크로스토크(crosstalk)가 없는 것을 특징으로 한다. The multi-function HOE manufacturing method and system considers the number of optical functions to be performed by the multi-function HOE, manufactures single HOEs corresponding to each optical function, and then arranges them according to the purpose of use to produce a master HOE, resulting in the final result. When using a multi-function HOE, there is no crosstalk between areas that perform different optical functions.

상기 복합기능 HOE 제작 방법 및 시스템은 복합기능 HOE 제작 과정에서 마스크를 사용하지 않음으로 마스크로 인한 노이즈가 없는 HOE 제작을 특징으로 한다. The method and system for manufacturing a multi-function HOE is characterized by manufacturing a HOE without noise caused by a mask by not using a mask in the process of manufacturing a multi-function HOE.

본 발명에 따르면 하나의 HOE가 두 가지 이상의 광학적 기능을 수행할 수 있도록 하기 위한 복합기능 HOE 제작 및 시스템의 구성이 가능하다.According to the present invention, it is possible to manufacture a multi-function HOE and configure a system so that one HOE can perform two or more optical functions.

또한 본 발명에 따르면 제작된 복합기능 HOE는 종례의 복합기능 HOE 제작 시스템과 달리 서로 다른 광학특성을 가지는 단일 기능 HOE들을 각각 제작 후 이 HOE들을 사용자의 목적에 따라 배열하여 마스터 HOE를 제작하고 홀로그램 복제 기술을 통하여 하나의 복합기능 HOE를 제작하므로 복합기능 HOE의 제작, 설계, 수정 후 재제작 과정이 매우 용이한 복합기능 HOE의 제작 및 시스템의 구성이 이 가능하다.In addition, the multi-function HOE produced according to the present invention is different from the conventional multi-function HOE production system, where single-function HOEs with different optical characteristics are manufactured, and then these HOEs are arranged according to the user's purpose to produce a master HOE and replicate the hologram. By manufacturing a single multi-functional HOE through technology, it is possible to manufacture a multi-functional HOE and configure a system that is very easy to manufacture, design, modify, and then remanufacture.

또한 본 발명에 따르면 복합기능 HOE 제작 과정에서 단일 기능 HOE를 제작하기 위한 광학 시스템만 필요로 하므로 상대적으로 광학계의 구조가 간단한 복합기능 HOE 제작 및 시스템의 구성이 가능하다.In addition, according to the present invention, since only an optical system for manufacturing a single-function HOE is required in the process of manufacturing a multi-function HOE, it is possible to manufacture a multi-function HOE and configure a system with a relatively simple optical system structure.

또한 본 발명에서 제작된 복합기능 HOE는 종례의 복합적 기능을 수행하는 HOE와 달리 단일 HOE 내에서 서로 다른 광학적 역할을 수행하는 영역사이에 크로스토크(Crosstalk)가 없는 복합기능 HOE의 제작이 가능하다.In addition, unlike conventional HOEs that perform multiple functions, the multi-function HOE manufactured in the present invention can be manufactured without crosstalk between areas that perform different optical roles within a single HOE.

본 발명에서 제작된 복합기능 HOE는 종례의 복합적 기능을 수행하는 HOE와 달리 제작 과정에서 마스크를 사용하지 않음으로 마스크에 의한 노이즈가 없는 복합기능 HOE의 제작 방법 및 시스템의 구성이 가능한 현저한 효과가 있다.Unlike conventional HOEs that perform multiple functions, the multi-function HOE manufactured in the present invention does not use a mask during the manufacturing process, so it has the remarkable effect of being able to construct a manufacturing method and system for a multi-function HOE without noise caused by a mask. .

도 1은 본 발명 시스템의 블록도.
도 2a, b는 본 발명 시스템의 단일 기능 HOE 제작을 위한 광학적 설계도.
도 3a, b은 도 2a, b의 광학적 설계도로 제작된 단일 기능 HOE 샘플 제작부.
도 4a, b는 본 발명 시스템의 복합기능 HOE 마스터 제작부
도 5는 본 발명 시스템의 제작된 마스터 복제를 위한 광학적 설계도
도 6a, 6b은 도 5의 설계도로 마스터 복제를 위한 광학적 제작부
도 7은 복제된 복합기능 HOE 샘플 예시
도 8은 종래 홀로그램 복제의 기본개념도
1 is a block diagram of the system of the present invention.
Figures 2a, b are optical schematic diagrams for fabricating a single-function HOE of the system of the present invention.
Figures 3a and b show a single-function HOE sample fabrication unit manufactured using the optical design of Figures 2a and b.
Figures 4a and b show the multi-functional HOE master production unit of the present invention system.
5 is an optical schematic for fabricated master replication of the system of the present invention.
Figures 6a and 6b are the schematic diagram of Figure 5, showing an optical fabrication unit for master replication.
Figure 7 is an example of a replicated multi-functional HOE sample.
Figure 8 is a basic conceptual diagram of conventional hologram replication.

본발명은 홀로그램 복제 기술을 이용한 복합기능 HOE 제작 방법에 관한 것으로, 서로 다른 광학특성을 가지는 단일 기능 HOE들을 각각 제작 하는 단계; The present invention relates to a method of manufacturing a multi-functional HOE using hologram replication technology, comprising the steps of manufacturing single-function HOEs each having different optical characteristics;

상기 제작된 단일 기능 HOE들을 사용 목적에 최적화된 구조로 배열하여 마스터 HOE를 제작하는 단계;manufacturing a master HOE by arranging the manufactured single-function HOEs into a structure optimized for the purpose of use;

홀로그램 복제 기술을 통해 마스터 HOE의 간섭패턴을 하나의 감광매질에 기록하여 복합기능 HOE를 제작하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.It is characterized by comprising the step of producing a multi-functional HOE by recording the interference pattern of the master HOE on a photosensitive medium through hologram replication technology.

또한, 본발명은 홀로그램 복제 기술을 이용한 복합기능 HOE 제작 시스템에 관한 것으로,In addition, the present invention relates to a multi-functional HOE manufacturing system using hologram replication technology,

단일기능 HOE 제작부(10); Single-function HOE production department (10);

마스터 HOE 제작부(20); Master HOE Production Department (20);

홀로그램복제부(30);로 구성됨을 특징으로 한다.It is characterized by being composed of a hologram replication unit (30).

또한, 상기 단일기능 HOE 제작부(10)는 최종 결과물인 복합기능 HOE가 수행해야할 광학적 특성의 개수에 따라 단일 기능 HOE를 제작하는 것이며, In addition, the single-function HOE manufacturing unit 10 manufactures a single-function HOE according to the number of optical characteristics to be performed by the final result, a multi-function HOE,

상기 마스터 HOE 제작부(20)는 상기 단일 기능 HOE 제작부(10)에서 제작된 서로 다른 광학적 기능을 수행하는 단일기능 HOE들을 사용자의 목적에 따라 배열하여 마스터 HOE를 제작하는 것을 특징으로 한다.The master HOE manufacturing unit 20 is characterized in that it manufactures a master HOE by arranging the single-function HOEs that perform different optical functions manufactured in the single-function HOE manufacturing unit 10 according to the user's purpose.

본발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described in detail with the accompanying drawings as follows.

도1은 본 발명인 홀로그램 복제 기술을 이용한 복합기능 HOE 제작 과정에 대한 개략도 이다.Figure 1 is a schematic diagram of the manufacturing process of a multi-functional HOE using the hologram replication technology of the present invention.

도1에 표현된 바와 같이 본 발명에서 복합기능 HOE 제작 시스템은 단일기능 HOE 제작부, 마스터 HOE 제작부, 홀로그램 복제부로 구성된다. As shown in Figure 1, the multi-functional HOE manufacturing system in the present invention consists of a single-function HOE manufacturing unit, a master HOE manufacturing unit, and a hologram replication unit.

도1의 단일기능 HOE 제작부에서는 최종 복합기능 HOE가 수행해야하는 광학적 기능의 개수를 고려하여 그 개수만큼의 단일기능 HOE를 제작한다.The single-function HOE production department in Figure 1 considers the number of optical functions that the final multi-function HOE must perform and manufactures the number of single-function HOEs.

도1의 단일기능 HOE 제작부에서는 예시로써 세개의 단일기능 HOE를 제작 한다.The single-function HOE production department in Figure 1 produces three single-function HOEs as examples.

도1의 마스터 HOE 제작부에서는 최종 복합기능 HOE 내에서 서로 다른 광학적 기능을 수행 해야 할 영역들의 위치를 고려하여 단일기능 HOE에서 제작된 HOE들을 배열하여 마스터 HOE를 제작한다.The master HOE production department in Figure 1 manufactures the master HOE by arranging the HOEs manufactured from the single-function HOE, taking into account the positions of areas that must perform different optical functions within the final multi-function HOE.

도1의 홀로그램 복제부 에서는 마스터 HOE 제작부에서 제작된 마스터 HOE에 기록된 간섭패턴을 홀로그램 복제 기술을 이용하여 감광매질에 복제하여 최종 복합기능 HOE를 제작한다.In the hologram replication unit of Figure 1, the interference pattern recorded in the master HOE produced in the master HOE production unit is copied to a photosensitive medium using hologram replication technology to produce the final complex functional HOE.

도 2는 본 발명인 홀로그램 복제 기술을 이용한 복합기능 HOE 제작방법 및 시스템에서 단일 기능 HOE 제작부에 대한 광학시스템 개념도이다. Figure 2 is a conceptual diagram of an optical system for a single-function HOE manufacturing unit in the multi-functional HOE manufacturing method and system using the hologram replication technology of the present invention.

도 2에서 M(Mirror)은 거울, SF(Spatial Filter)는 공간필터, BS(Beam Splitter)는 빔분할기이다.In Figure 2, M (Mirror) is a mirror, SF (Spatial Filter) is a spatial filter, and BS (Beam Splitter) is a beam splitter.

도 2에서 레이저로부터 출력되는 레이저 빔은 광경로상에 위치한 빔분할기(BS)를 통해 기준빔 및 신호빔으로 나뉘어진다.In Figure 2, the laser beam output from the laser is divided into a reference beam and a signal beam through a beam splitter (BS) located on the optical path.

기준빔과 신호빔은 도 2에 표현된 바와 같이 각각의 광경로를 지나 감광매질에 간섭패턴을 기록하며, 이때, 기준빔과 신호빔의 파면의 형태는 구면파이다. As shown in FIG. 2, the reference beam and the signal beam pass through each optical path and record an interference pattern on the photosensitive medium. At this time, the wavefront shape of the reference beam and the signal beam is a spherical wave.

홀로그램 기록매질에 대한 기준빔과 신호빔의 입사각 및 거리는 HOE가 사용될 시스템의 특성을 고려하여 설정한다.The incident angle and distance of the reference beam and signal beam on the holographic recording medium are set considering the characteristics of the system in which the HOE will be used.

도 2(a)와 (b)는 단일 기능 HOE 제작을 위한 광학설계의 예시로써 예시의 경우 각 광학셋업에서 광소자의 간단한 조정을 통하여 각각 상대적으로 짧은 투영거리를 가지는 단일 기능 HOE (도 2(a))와 상대적으로 긴 투영거리를 가지는 단일 기능 HOE (도 2(b))를 제작할 수 있다.Figures 2(a) and (b) are examples of optical designs for manufacturing single-function HOEs. In this example, single-function HOEs with relatively short projection distances can be fabricated through simple adjustment of optical elements in each optical setup (Figure 2(a) )) and a single-function HOE (Figure 2(b)) with a relatively long projection distance can be fabricated.

도 3은 도 2의 광학 시스템을 이용하여 실제로 제작된 단일 기능 HOE 샘플들을 보여준다.Figure 3 shows single-function HOE samples actually fabricated using the optical system of Figure 2.

도 3(a)는 짧은 투영거리를 가지는 단색 광원이며 G 레이저로 기준빔 0.27mW, 신호빔 0.28mW로 노출시간 300s로 제작된 HOE를 보여준다.Figure 3(a) shows the HOE, which is a monochromatic light source with a short projection distance, manufactured with a G laser with a reference beam of 0.27 mW and a signal beam of 0.28 mW with an exposure time of 300 s.

도 3(b)는 긴 투영거리를 가지는 단색 광원 G 레이저로 기준빔 0.18mW, 신호빔 0.19mW로 노출시간 300s로 제작된 HOE를 보여준다.Figure 3(b) shows an HOE manufactured with a monochromatic light source G laser with a long projection distance, a reference beam of 0.18 mW, a signal beam of 0.19 mW, and an exposure time of 300 s.

도 4는 본 발명인 홀로그램 복제 기술을 이용한 복합기능 HOE 제작방법 및 시스템에서 마스터 HOE의 형태 및 광학특성에 대한 예시를 보여준다.Figure 4 shows an example of the shape and optical characteristics of the master HOE in the multi-functional HOE manufacturing method and system using the hologram replication technology of the present invention.

도 4(a)는 마스터 HOE의 예시로써 유리판위에 각각 서로 다른 광학 특성을 가지는 두 개의 단일기능 HOE를 부착한 것을 표현한 것이다.Figure 4(a) is an example of a master HOE and shows two single-function HOEs, each with different optical characteristics, attached to a glass plate.

도 4(b)는 마스터 HOE의 광학 특성의 예시로써 고정된 위치에서 입력되는 광원의 정보에 대한 결상 깊이가 마스터 HOE를 구성하는 각 HOE들의 광학 특성에 대응하여 결정됨을 표현한 것이다. Figure 4(b) is an example of the optical characteristics of the master HOE and expresses that the imaging depth for information on a light source input at a fixed position is determined in accordance with the optical characteristics of each HOE constituting the master HOE.

도 5는 본 발명인 홀로그램 복제 기술을 이용한 복합기능 HOE 제작방법 및 시스템에서 마스터 HOE를 복제하기 위한 광학시스템 개념도로써 이 과정을 통하여 최종 복합기능 HOE가 제작된다.Figure 5 is a conceptual diagram of an optical system for replicating a master HOE in the method and system for manufacturing a multi-function HOE using the hologram replication technology of the present invention. Through this process, the final multi-function HOE is manufactured.

그림에서 M(Mirror)은 거울, SF(Spatial Filter)는 공간필터, Iris는 레이저 조리개이다.In the picture, M (Mirror) is a mirror, SF (Spatial Filter) is a spatial filter, and Iris is a laser aperture.

도 5에 표현된 시스템은 반사형 홀로그램 복제기술로써 그림에서 보여지는 바와 같이 R, G, B 세 개의 레이저 광원으로 부터 출력되는 레이저 빔들은 각 광경로상에 위치한 광학 소자들을 지나 감광매질위로 조사 된다.The system shown in Figure 5 is a reflective hologram replication technology. As shown in the figure, laser beams output from three laser light sources, R, G, and B, pass through optical elements located on each optical path and are irradiated onto a photosensitive medium. .

반사형 홀로그램 복제기술의 원리와 같이 입사빔은 감광매질(홀로그램 기록매질)을 먼저 투과한 후 마스터 HOE에서 반사된 파면의 특성을 감광매질에 기록한다. 이때 입사빔은 기준빔역할을 수행하며 반사빔은 오브젝트빔 역할을 수행한다.Like the principle of reflective hologram replication technology, the incident beam first passes through a photosensitive medium (hologram recording medium), and then the characteristics of the wavefront reflected from the master HOE are recorded on the photosensitive medium. At this time, the incident beam serves as a reference beam and the reflected beam serves as an object beam.

도 6(a)는 도 5의 설계도를 바탕으로 구성한 홀로그램 복제 광학시스템이다.Figure 6(a) is a hologram replication optical system constructed based on the design diagram of Figure 5.

도 6(b)는 도 4의 과정에서 마스터를 복제하기 전 최적화된 회절문양을 찾기 위한 광학시스템이다.Figure 6(b) is an optical system for finding an optimized diffraction pattern before replicating the master in the process of Figure 4.

도 7은 마스터 HOE로부터 복제한 최종 복합기능 HOE 결과물의 예시이다. Figure 7 is an example of the final multi-functional HOE result replicated from the master HOE.

10 : 단일 기능 HOE 제작부
20 : 마스터 HOE 제작부
30 : 홀로그램복제부
1 : 레이저 2 : 셔터
3 : BS 4 : SF
5 : IRIS 6 : M(미러)
7 : lens 8 : Hoe
9 :글래스 11 : 마스터(MASTER)
12 : DM(Dichroic Mirror)
10: Single-function HOE production department
20: Master HOE Production Department
30: Hologram replication department
1: Laser 2: Shutter
3 : BS 4 : SF
5: IRIS 6: M (mirror)
7 : lens 8 : Hoe
9:Glass 11:MASTER
12: DM(Dichroic Mirror)

Claims (3)

서로 다른 광학특성을 가지는 단일 기능 HOE들을 각각 제작 하는 단계;
상기 제작된 단일 기능 HOE들을 사용 목적에 최적화된 구조로 배열하여 마스터 HOE를 제작하는 단계;
홀로그램 복제 기술을 통해 마스터 HOE의 간섭패턴을 하나의 감광매질에 기록하여 복합기능 HOE를 제작하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 홀로그램 복제 기술을 이용한 복합기능 HOE 제작 방법
Manufacturing single-function HOEs each having different optical characteristics;
manufacturing a master HOE by arranging the manufactured single-function HOEs into a structure optimized for the purpose of use;
A method of manufacturing a multi-function HOE using hologram replication technology, comprising: manufacturing a multi-function HOE by recording the interference pattern of the master HOE on a photosensitive medium through hologram replication technology.
단일기능 HOE 제작부(10);
마스터 HOE 제작부(20);
홀로그램복제부(30);로 구성되는 것을 특징으로 하는 홀로그램 복제 기술을 이용한 복합기능 HOE 제작 시스템
Single-function HOE production department (10);
Master HOE Production Department (20);
A multi-functional HOE production system using hologram replication technology, characterized in that it consists of a hologram replication unit (30).
제2항에 있어서, 상기 단일기능 HOE 제작부(10)는 최종 결과물인 복합기능 HOE가 수행해야할 광학적 특성의 개수에 따라 단일 기능 HOE를 제작하는 것이며, 상기 마스터 HOE 제작부(20)는 상기 단일 기능 HOE 제작부(10)에서 제작된 서로 다른 광학적 기능을 수행하는 단일기능 HOE들을 사용자의 목적에 따라 배열하여 마스터 HOE를 제작하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 복제 기술을 이용한 복합기능 HOE 제작 시스템The method of claim 2, wherein the single-function HOE manufacturing unit (10) manufactures the single-function HOE according to the number of optical characteristics to be performed by the final result, the multi-function HOE, and the master HOE manufacturing unit (20) manufactures the single-function HOE. A multi-function HOE production system using hologram replication technology, characterized in that a master HOE is produced by arranging single-function HOEs that perform different optical functions produced in the production unit 10 according to the user's purpose.
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