KR102349597B1 - 비평면 부분 반사면 어레이를 활용한 시역 확장형 도파관 디스플레이 구조체 - Google Patents

비평면 부분 반사면 어레이를 활용한 시역 확장형 도파관 디스플레이 구조체 Download PDF

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KR102349597B1 KR1020190166327A KR20190166327A KR102349597B1 KR 102349597 B1 KR102349597 B1 KR 102349597B1 KR 1020190166327 A KR1020190166327 A KR 1020190166327A KR 20190166327 A KR20190166327 A KR 20190166327A KR 102349597 B1 KR102349597 B1 KR 102349597B1
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Abstract

도파관의 아웃커플러를 평면이 아닌 구면/비구면/자유곡면 기반의 부분 반사면 어레이로 구현함으로써, 추가 광학 소자 없이도 시준된 도파광에 대하여 선명한 영상을 제공할 수 있는 시역 확장형 도파관 디스플레이 구조체가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 시역 확장형 도파관 디스플레이 구조체는 디스플레이; 디스플레이로부터 나온 광을 평행광으로 시준시키는 시준 렌즈; 서로 평행한 2개 이상의 주요 면을 갖는 구조로 형성되어, 입사된 시준광을 가이드하는 도파관 기판; 시준 렌즈를 통과한 시준광을 도파관 기판 내로 입사시키는 인커플러; 및 부분 반사면이 구비되어, 도파관 기판으로 전달된 시준광을 출광시키는 아웃커플러;를 포함하고, 이때, 입사된 시준광은, 각각의 아웃커플러에서 부분 반사되어 출광됨으로써, 최종적으로 사출동(exit pupil)이 확장된 형태의 도파관 디스플레이가 구성되도록 한다. 이에 의해, 도파관 자체만으로도 관측이 용이한 깊이에서 오는 광선 분포를 표현할 수 있어, 추가적인 오목렌즈 (혹은 오목렌즈+볼록렌즈 Pair)를 사용 배제할 수 있으며, 이를 통해 광학계 전체의 두께, 부피, 무게를 저감할 수 있음은 물론 광학 부품의 생산성 향상에도 도움을 줄 수 있다.

Description

비평면 부분 반사면 어레이를 활용한 시역 확장형 도파관 디스플레이 구조체{Waveguide display structure for extended field of vision using non-planar partial reflector array}
본 발명은 도파관 디스플레이 구조체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도파관의 아웃커플러를 평면이 아닌 구면/비구면/자유곡면 기반의 부분 반사면 어레이로 구현함으로써, 추가 광학 소자 없이도 시준된 도파광에 대하여 선명한 영상을 제공할 수 있는 시역 확장형 도파관 디스플레이 구조체에 관한 것이다.
통상적으로는 도파관 디스플레이의 설계 용이성 및 관측 화각 내 크로스토크 방지를 위하여 도파관으로 입사하는 빛 및 도파관에서 출광하는 빛으로 시준된 평행광을 사용한다.
하지만 평행광으로 출광되는 영상은 일반적으로 사용자가 용이하게 관측할 수 있는 결상면을 형성하지 못하기 때문에, 도파로와 사용자의 동공 사이에 별도의 곡률을 지니는 추가 광학 소자(오목렌즈 등)를 추가적으로 활용하여 관측 영상을 2m 내지 3m 정도의 원거리에 형성시키기 위한 노력이 필요하다.
즉, 부분반사면 어레이를 사용한 도파관 디스플레이는 도 1에 도시된 바와 같이, 도파관 외부의 디스플레이 화소가 시준 렌즈를 통하여 평행광으로 시준되고, 평면 거울 혹은 프리즘을 활용한 인커플러를 거쳐 도파관 기판 내부로 입사하는데, 전반사에 의해 전파된 도파광은 마찬가지로 평면 형태의 부분 반사면으로 구성된 아웃커플러 어레이에 반사되어 부분 출광되며, 반사면의 개수에 비례하여 사출동(exit pupil)을 확장함으로써 시역을 넓힐 수 있지만, 높은 수준으로 시준된 평행광은, 사용자가 직접 관측할 때는 오히려 초점을 또렷하게 맺지 못하고 해상도가 저하되는 것처럼 느껴지게 되기 때문에, 도파관과 사용자 사이에 별도의 곡률을 지니는 추가 광학소자(오목 렌즈)를 사용하여 출광된 평행광을 특정 관측 깊이(2m - 3m 수준)에서 출발한 발산광처럼 느껴지도록 바꿔주어야 하는 단점이 존재한다.
아울러 이러한 오목렌즈로 인하여 외부의 실사 영상이 왜곡되는 것을 방지하기 위하여 도파관을 기준으로 오목렌즈의 반대편에 유사한 곡률을 지니는 볼록렌즈 또한 추가적으로 탑재하여야 하는 불편함이 있다. 이러한 추가 광학 소자들은 가공성 등으로 인하여 도파관과 유사한 수준의 두께(1-5mm)를 필요로 하며 이로 인해 전체 광학 시스템의 두께가 두꺼워지는 한계가 있다.
즉, 두 개의 추가 렌즈를 탑재함으로 인하여, 도파관 디스플레이는 도파관 자체의 두께보다 두꺼워질 수 밖에 없으며, 추가 렌즈 도입으로 인한 무게 및 비용의 증가 또한 문제가 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 평행광으로 입사 및 도파하는 각 픽셀의 방사광을, 아웃커플러 위치에 따라 분할된 비평면 부분 반사면 어레이를 통하여 출광시킴으로써 별도의 오목렌즈 없이도 관측이 용이한 깊이(2m-3m)에서 출광된 것과 같은 발산광을 구현하는 비평면 부분 반사면 어레이를 활용한 시역 확장형 도파관 디스플레이 구조체를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 시역 확장형 도파관 디스플레이 구조체는 디스플레이; 디스플레이로부터 나온 광을 평행광으로 시준시키는 시준 렌즈; 서로 평행한 2개 이상의 주요 면을 갖는 구조로 형성되어, 입사된 시준광을 가이드하는 도파관 기판; 시준 렌즈를 통과한 시준광을 도파관 기판 내로 입사시키는 인커플러; 및 부분 반사면이 구비되어, 도파관 기판으로 전달된 시준광을 출광시키는 아웃커플러;를 포함하고, 이때, 입사된 시준광은, 각각의 아웃커플러에서 부분 반사되어 출광됨으로써, 최종적으로 사출동(exit pupil)이 확장된 형태의 도파관 디스플레이가 구성되도록 한다.
그리고 각각의 아웃커플러는, 오목렌즈의 역할인 결상면 형성 역할을 대체 수행하도록, 부분 반사면이 곡면으로 구성될 수 있다.
또한, 시역 확장형 도파관 디스플레이 구조는, 각각의 아웃커플러를 통해 오목렌즈를 대체함으로써, 구조의 간소화를 위해, 결상면을 형성하기 위한 오목렌즈 및 실사 왜곡을 방지하기 위한 볼록 렌즈의 생략이 가능할 수 있다.
그리고 아웃커플러의 중심 지점에서의 도파광의 입사각도(
Figure 112019128869569-pat00001
) 및 입사각도에 의해 반사되는 각도(
Figure 112019128869569-pat00002
)는, 비축(Off-axis) 형태의 구면 거울의 곡면을 차용하며, 중심 픽셀의 시준광이 도파되어 오는 도파각도가
Figure 112019128869569-pat00003
이고, 중심에서 그은 접선이 도파관의 기판면과 이루는 각도가
Figure 112019128869569-pat00004
인 경우, 하기 수식 1을 이용하여 산출할 수 있다.
(수식 1)
Figure 112019128869569-pat00005
또한, 중심 아웃커플러에 인접한 아웃커플러는, 중심 아웃커플러와 동일한 곡률 반경으로 형성되되, 도파관의 두께만큼 위 또는 아래로 이동된 곡률 중심을 가지는 구면 부분 반사면으로 구성될 수 있다.
그리고 아웃커플러의 비평면 반사면은, 부분 반사면이 구면으로 형성되는 경우에 구면 부분 반사면에서 발생할 수 있는 수차를 방지하도록, 완전한 구면이 아닌 비구면 형상 또는 자유곡면 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 아웃커플러의 비구면 부분 반사면은, 도파관의 하면과
Figure 112019128869569-pat00006
의 각도를 가지고 기울어지도록 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 시역 확장형 도파관 디스플레이 방법은, 시준 렌즈를 통해, 디스플레이로부터 나온 광을 평행광으로 시준시키는 단계; 인커플러를 통해, 시준 렌즈를 통과한 시준광을 서로 평행한 2개 이상의 주요 면을 갖는 구조로 형성되는 도파관 기판 내로 입사시키는 단계; 및 부분 반사면이 구비된 아웃커플러를 통해, 도파관 기판 내로 입사된 시준광을 출광시키는 단계;를 포함하고, 이때, 입사된 시준광은, 각각의 아웃커플러에서 부분 반사되어 출광됨으로써, 최종적으로 사출동(exit pupil)이 확장된 형태의 도파관 디스플레이가 구성되도록 한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 도파관 자체만으로도 관측이 용이한 깊이에서 오는 광선 분포를 표현할 수 있어, 추가적인 오목렌즈 (혹은 오목렌즈+볼록렌즈 Pair)를 사용 배제할 수 있으며, 이를 통해 광학계 전체의 두께, 부피, 무게를 저감할 수 있음은 물론 광학 부품의 생산성 향상에도 도움을 줄 수 있다.
도 1은 종래의 평면 부분 반사면에 기반한 도파관 디스플레이 구조체의 설명에 제공된 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비평면 부분 반사면 어레이를 활용한 시역 확장형 도파관 디스플레이 구조체의 설명에 제공된 도면,
도 3은 구면 반사면에서의 사입사된 평행광의 결상 특성의 설명에 제공된 도면,
도 4 내지 도 5는 아웃커플러를 구성하는 구면 반사면 어레이의 각 반사면에 대한 곡률 중심 특성의 설명에 제공된 도면,
도 6 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비구면 부분 반사면 어레이의 설명에 제공된 도면, 그리고
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 비평면 부분 반사면 어레이를 활용한 시역 확장형 도파관 디스플레이 방법의 설명에 제공된 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비평면 부분 반사면 어레이를 활용한 시역 확장형 도파관 디스플레이 구조체(이하에서는 '시역 확장형 도파관 디스플레이 구조체'라고 총칭하기로 함)의 설명에 제공된 도면이며, 도 3은 구면 반사면에서의 사입사된 평행광의 결상 특성의 설명에 제공된 도면이고, 도 4 내지 도 5는 아웃커플러를 구성하는 구면 반사면 어레이의 각 반사면에 대한 곡률 중심 특성의 설명에 제공된 도면이다.
도파관 디스플레이는 사용자의 측면 또는 상면부에 위치한 디스플레이로부터 나온 빛을 디스플레이로부터 나온 광을 서로 평행한 2개 이상의 주요 면을 갖는 구조로 형성된 도파관 기판 내로 입사시키는 인커플러 및 사용자의 동공 앞에 위치하여 기판으로 전달된 빛을 출광시키는 아웃커플러로 구성된다. 이때, 인/아웃커플러는 회절광학소자, 홀로그래픽광학소자, 반사면, 부분 반사면 등으로 구성될 수 있으며, 도파관 기판 내부를 통해 전달되는 빛은 전반사에 기인하기 때문에 별도의 반사 코팅 없이도 긴 도파거리를 전파할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시역 확장형 도파관 디스플레이 구조체는, 특히 어레이 형태로 복수의 부분 반사면이 배열된 아웃커플러 구조를 가지는 도파관 디스플레이에서, 각 반사면이 곡면(구면, 비구면, 자유곡면 등)으로 구성된 광학 구조를 제안함으로써, 평행광으로 입사 및 도파하는 각 픽셀의 방사광을, 아웃커플러 위치에 따라 분할된 비평면 부분 반사면 어레이를 통하여 출광시키고, 이를 통해, 별도의 오목렌즈 없이도 관측이 용이한 깊이에서 출광된 것과 같은 발산광을 구현할 수 있다.
구체적으로, 본 시역 확장형 도파관 디스플레이 구조체는, 도 2에 도시된 바와 같이 시준된 화소광을 그대로 사용하되, 아웃커플러를 비평면 형태로 변형함으로써 별도의 오목/볼록 렌즈를 사용하지 않아도 사용자가 용이하게 영상을 관측할 수 있는 도파관 디스플레이의 광학 구조이다.
이때, 평행광으로 시준시키는 시준 렌즈를 통과한 시준광이 도파관 기판 내로 입사되면, 입사된 시준광은 곡면 거울 형태로 구성되어 부분 반사 코팅된 아웃커플러 어레이를 만나게 되며, 기존 구조와 마찬가지로 각각의 아웃커플러에서 부분 반사되어 출광됨으로써, 최종적으로 사출동(exit pupil)이 확장된 형태의 도파관 디스플레이를 구성한다.
다만, 각각의 아웃커플러는 부분 반사면이 곡면으로 구성됨에 따라, 도 1에서 오목렌즈가 하던 결상면 형성의 역할을 아웃커플러 자체가 대신할 수 있게 되어 전체적인 구조를 간소화할 수 있다.
아울러 오목렌즈가 불필요해짐에 따라, 실사 왜곡을 방지하기 위한 볼록 렌즈 또한 제거할 수 있어, 전체 도파관 디스플레이 구조를 단순화할 수 있으며 생산성 향상에도 도움을 줄 수 있다.
즉, 각각의 아웃커플러는, 오목렌즈의 역할인 결상면 형성 역할을 대체 수행하도록, 부분 반사면이 곡면으로 구성되며, 시역 확장형 도파관 디스플레이 구조는, 각각의 아웃커플러를 통해 오목렌즈를 대체함으로써, 구조의 간소화를 위해, 결상면을 형성하기 위한 오목렌즈 및 실사 왜곡을 방지하기 위한 볼록 렌즈의 생략이 가능하게 되는 것이다.
도 3은 곡면 형태의 부분 반사면의 하나의 실시예로서, 구면 거울면을 사용하는 원리를 보여준다.
아웃커플러의 중심 지점에서의 도파광의 입사각도(
Figure 112019128869569-pat00007
) 및 입사각도에 의해 반사되는 각도(
Figure 112019128869569-pat00008
)는, 비축(Off-axis) 형태의 구면 거울의 곡면을 차용하며, 중심 픽셀의 시준광이 도파되어 오는 도파각도가
Figure 112019128869569-pat00009
이고, 중심에서 그은 접선이 도파관의 기판면과 이루는 각도가
Figure 112019128869569-pat00010
인 경우, 하기 수식 1을 이용하여 산출할 수 있다.
(수식 1)
Figure 112019128869569-pat00011
아웃커플러가 유한 크기의 빔폭을 지니는 도파광과 만나는 경계 지점을 각각 A, B라 할 때, 시준된 도파광이 아웃커플러를 통해 반사되는 빔은 지점 A, B 사이의 거리보다 큰 빔폭을 지니는 발산하는 구면파의 형태로 변형된다.
관측자는 구면파의 가상 시발점을 해당 화소의 결상 위치로 인지하게 되며, 이때, 결상면의 깊이는 구면의 곡률 중심까지의 거리와 유사한 수준을 만족시킬 수 있다.
어레이 형태의 복수 아웃커플러를 구성함에 있어, 각 아웃커플러의 곡률 반경은 동일하나, 곡률 중심의 좌표는 다르게 설정될 수 있다.
도 4 내지 도 5는 세 개의 아웃커플러로 구현된 하나의 실시예로서, 각 아웃커플러의 곡률 중심을 정하는 방법을 도시한다.
먼저 중심 아웃커플러를 기준으로 구면 부분반사면의 곡률 반경 및 곡률 중심을 도출한다.
중심 아웃커플러에 인접한 아웃커플러는, 중심 아웃커플러와 동일한 곡률 반경으로 형성되되, 도파관의 두께만큼 위 또는 아래로 이동된 곡률 중심을 가지는 구면 부분 반사면으로 구성된다.
이해를 돕기 위하여 세 개의 아웃커플러를 도파광의 진행 방향에 따라 적층하여 살펴보면, 도 5와 같이 모델링할 수 있다. 즉, 전체 구면 부분 반사면인 곡선 C0가 수행하는 볼록 거울의 역할을, 각 아웃커플러에서 위치에 따라 C1, C2, C3로 분할하여 기능을 수행하는 것으로 이해할 수 있다.
도 6 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비구면 부분 반사면 어레이의 설명에 제공된 도면이다.
도 6 내지 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 아웃커플러의 비평면 반사면은, 부분 반사면이 구면으로 형성되는 경우에 구면 부분 반사면에서 발생할 수 있는 수차를 방지하도록, 완전한 구면이 아닌 비구면 형상 또는 자유곡면 형상으로 형성될 수 있다.
아웃커플러의 비구면 부분 반사면은, 도파관의 하면과
Figure 112019128869569-pat00012
의 각도를 가지고 기울어지도록 형성되며, 중심 아웃커플러의 중앙에서 거리 r 만큼 떨어진 지점에서의 표면 Sag는 다음과 같이 비구면 표현식을 따를 수 있다. 이때, R은 곡률 반경, K는 conic constant, α i는 비구면 계수이다.
(비구면 표현식)
Figure 112019128869569-pat00013
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 비평면 부분 반사면 어레이를 활용한 시역 확장형 도파관 디스플레이 방법의 설명에 제공된 도면이다. 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 비평면 부분 반사면 어레이를 활용한 시역 확장형 도파관 디스플레이 방법은, 시준 렌즈를 통해, 디스플레이로부터 나온 광을 평행광으로 시준시키는 시준 단계(S810), 인커플러를 통해, 시준 렌즈를 통과한 시준광을 도파관 기판 내로 입사시키는 입사 단계(S820) 및 부분 반사면이 구비된 아웃커플러를 통해, 서로 평행한 2개 이상의 주요 면을 갖는 구조로 형성되는 도파관 기판 내로 입사된 시준광을 출광시키는 출광 단계(S830)로 구성될 수 있다.
이때, 입사된 시준광은, 각각의 아웃커플러에서 부분 반사되어 출광됨으로써, 최종적으로 사출동(exit pupil)이 확장된 형태의 도파관 디스플레이가 구성되도록 할 수 있다.
이를 통해, 평행광으로 입사 및 도파하는 각 픽셀의 방사광을, 아웃커플러 위치에 따라 분할된 비평면 부분 반사면 어레이를 통하여 출광시키고, 이를 통해, 별도의 오목렌즈 없이도 관측이 용이한 깊이에서 출광된 것과 같은 발산광을 구현할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 장치와 방법의 기능을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기술적 사상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터간에 연결된 네트워크를 통해 전송될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
110 : 디스플레이
120 : 시준 렌즈
130 : 도파관 기판
140 : 인커플러
150 : 아웃커플러
151 : 부분 반사면

Claims (8)

  1. 디스플레이;
    디스플레이로부터 나온 광을 평행광으로 시준시키는 시준 렌즈;
    서로 평행한 2개 이상의 면을 갖는 구조로 형성되어, 입사된 시준광을 가이드하는 도파관 기판;
    시준 렌즈를 통과한 시준광을 도파관 기판 내로 입사시키는 인커플러; 및
    부분 반사면이 구비되어, 도파관 기판으로 전달된 시준광을 출광시키는 아웃커플러;를 포함하고,
    입사된 시준광은,
    각각의 아웃커플러에서 부분 반사되어 출광됨으로써, 최종적으로 사출동(exit pupil)이 확장된 형태의 도파관 디스플레이가 구성되도록 하고,
    각각의 아웃커플러는,
    오목렌즈의 역할인 결상면 형성 역할을 대체 수행하도록, 부분 반사면이 곡면으로 구성되고,
    아웃커플러의 중심 지점에서의 도파광의 입사각도(
    Figure 112021097578003-pat00028
    ) 및 입사각도에 의해 반사되는 각도(
    Figure 112021097578003-pat00029
    )는,
    비축(Off-axis) 형태의 구면 거울의 곡면을 차용하며, 중심 픽셀의 시준광이 도파되어 오는 도파각도가
    Figure 112021097578003-pat00030
    이고, 중심에서 그은 접선이 도파관의 기판면과 이루는 각도가
    Figure 112021097578003-pat00031
    인 경우, 하기 수식 1을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 시역 확장형 도파관 디스플레이 구조체.
    (수식 1)
    Figure 112021097578003-pat00032

  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    시역 확장형 도파관 디스플레이 구조는,
    각각의 아웃커플러를 통해 오목렌즈를 대체함으로써, 구조의 간소화를 위해, 결상면을 형성하기 위한 오목렌즈 및 실사 왜곡을 방지하기 위한 볼록 렌즈의 생략이 가능한 것을 특징으로 하는 시역 확장형 도파관 디스플레이 구조체.
  4. 삭제
  5. 디스플레이;
    디스플레이로부터 나온 광을 평행광으로 시준시키는 시준 렌즈;
    서로 평행한 2개 이상의 면을 갖는 구조로 형성되어, 입사된 시준광을 가이드하는 도파관 기판;
    시준 렌즈를 통과한 시준광을 도파관 기판 내로 입사시키는 인커플러; 및
    부분 반사면이 구비되어, 도파관 기판으로 전달된 시준광을 출광시키는 아웃커플러;를 포함하고,
    입사된 시준광은,
    각각의 아웃커플러에서 부분 반사되어 출광됨으로써, 최종적으로 사출동(exit pupil)이 확장된 형태의 도파관 디스플레이가 구성되도록 하고,
    각각의 아웃커플러는,
    오목렌즈의 역할인 결상면 형성 역할을 대체 수행하도록, 부분 반사면이 곡면으로 구성되며,
    중심 아웃커플러에 인접한 아웃커플러는,
    중심 아웃커플러와 동일한 곡률 반경으로 형성되되, 도파관의 두께만큼 위 또는 아래로 이동된 곡률 중심을 가지는 구면 부분 반사면으로 구성되는 것을 특징으로 하는 시역 확장형 도파관 디스플레이 구조체.
  6. 청구항 1에 있어서,
    아웃커플러의 비평면 반사면은,
    부분 반사면이 구면으로 형성되는 경우에 구면 부분 반사면에서 발생할 수 있는 수차를 방지하도록, 완전한 구면이 아닌 비구면 형상 또는 자유곡면 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 시역 확장형 도파관 디스플레이 구조체.
  7. 디스플레이;
    디스플레이로부터 나온 광을 평행광으로 시준시키는 시준 렌즈;
    서로 평행한 2개 이상의 면을 갖는 구조로 형성되어, 입사된 시준광을 가이드하는 도파관 기판;
    시준 렌즈를 통과한 시준광을 도파관 기판 내로 입사시키는 인커플러; 및
    부분 반사면이 구비되어, 도파관 기판으로 전달된 시준광을 출광시키는 아웃커플러;를 포함하고,
    입사된 시준광은,
    각각의 아웃커플러에서 부분 반사되어 출광됨으로써, 최종적으로 사출동(exit pupil)이 확장된 형태의 도파관 디스플레이가 구성되도록 하고,
    아웃커플러의 비평면 반사면은,
    부분 반사면이 구면으로 형성되는 경우에 구면 부분 반사면에서 발생할 수 있는 수차를 방지하도록, 완전한 구면이 아닌 비구면 형상 또는 자유곡면 형상으로 형성되며,
    아웃커플러의 비구면 부분 반사면은,
    도파관의 하면과
    Figure 112021097578003-pat00033
    의 각도를 가지고 기울어지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 시역 확장형 도파관 디스플레이 구조체.
  8. 시준 렌즈를 통해, 디스플레이로부터 나온 광을 평행광으로 시준시키는 단계;
    인커플러를 통해, 시준 렌즈를 통과한 시준광을 서로 평행한 2개 이상의 면을 갖는 구조로 형성되는 도파관 기판 내로 입사시키는 단계; 및
    부분 반사면이 구비된 아웃커플러를 통해, 도파관 기판 내로 입사된 시준광을 출광시키는 단계;를 포함하고,
    입사된 시준광은,
    각각의 아웃커플러에서 부분 반사되어 출광됨으로써, 최종적으로 사출동(exit pupil)이 확장된 형태의 도파관 디스플레이가 구성되도록 하고,
    각각의 아웃커플러는,
    오목렌즈의 역할인 결상면 형성 역할을 대체 수행하도록, 부분 반사면이 곡면으로 구성되고,
    아웃커플러의 중심 지점에서의 도파광의 입사각도(
    Figure 112021097578003-pat00034
    ) 및 입사각도에 의해 반사되는 각도(
    Figure 112021097578003-pat00035
    )는,
    비축(Off-axis) 형태의 구면 거울의 곡면을 차용하며, 중심 픽셀의 시준광이 도파되어 오는 도파각도가
    Figure 112021097578003-pat00036
    이고, 중심에서 그은 접선이 도파관의 기판면과 이루는 각도가
    Figure 112021097578003-pat00037
    인 경우, 하기 수식 1을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 시역 확장형 도파관 디스플레이 방법.
    (수식 1)
    Figure 112021097578003-pat00038

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