KR20170136016A - 투영 장치 - Google Patents

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KR20170136016A
KR20170136016A KR1020177034794A KR20177034794A KR20170136016A KR 20170136016 A KR20170136016 A KR 20170136016A KR 1020177034794 A KR1020177034794 A KR 1020177034794A KR 20177034794 A KR20177034794 A KR 20177034794A KR 20170136016 A KR20170136016 A KR 20170136016A
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convex
light
projection
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KR1020177034794A
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조나단 마슨
루치오 킬처
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인텔 코포레이션
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Abstract

본 발명에 따른 투영 장치(30,50,100)는 가상 이미지(48)를 이루는 하나 이상의 픽셀을 정의하는데 사용되는 광 빔(32a, b,c, 62a, b,c)을 제공하는 광원(31,61);상기 광원(31,61)에 의해 제공되는 광 빔(32a, b,c, 62a, b,c)을 수신하도록 구성되며, 상기 광 빔을 스캔하기 위해 적어도 하나의 진동축(7,17) 주변을 진동(oscillate)하는 MEMS 마이크로 미러(34); 복수의 볼록 반사 투영부(39)를 포함하는 반사 소자(38)로서, 상기 MEMS 마이크로 미러(34)에 의해 반사된 광 빔(32a, b,c, 62a, b,c)이 상기 볼록 반사 투영부(39)에 입사하여 상기 볼록 반사 투영부에 의해 반사되도록 하는, 상기 반사 소자; 및 상기 볼록 반사 투영부에 의해 반사되는 광 빔(32a, b,c, 62a, b,c)을 수신하도록 구성된 빔 합성기(45,81)로서, 자신이 수신한 상기 광 빔을 적어도 부분적으로 반사하여 상기 광 빔이 아이박스(47) 안쪽으로부터 볼 수 있는 가상 이미지(48)를 형성하도록 구성된 상기 빔 합성기(45,81)를 포함하여 이루어진다. 또한 이와 대응하는 가상 이미지 투영 방법도 제공된다.

Description

투영 장치{A PROJECTION DEVICE}
본 발명은 투영 장치에 관한 것으로, 구체적으로는, 제한적인 것은 아니지만, 광 빔을 빔 합성기(beam combiner)에 반사하여 가상 이미지를 투영하는 복수의 반사형 볼록 투영부를 포함하는 반사 소자 형태의 산광기(diffuser)를 포함하는 투영 장치에 관한 것이다. 또한 가상 이미지를 투영하는 대응하는 방법이 제공된다.
대부분의 투영 장치는 투영된 이미지에서 스페클(speckle)의 발생을 감소시키기 위해 산광기를 사용한다.
대부분의 경우에, 마이크로 렌즈 어레이가 산광기로서 사용된다. 통상적으로, 마이크로 렌즈 어레이 내의 마이크로 렌즈는 볼록 렌즈이고 크기가 10 내지 500㎛이다. 마이크로 렌즈 어레이는 동작 동안 투과성이며, 따라서 광 빔은 확산되기 위해 마이크로 렌즈 어레이 내의 마이크로 렌즈를 투과해야 한다. 유감스럽게도 광 빔이 마이크로 렌즈 어레이 내의 마이크로 렌즈를 투과할 때 광 빔은 회절되고 마이크로 렌즈 어레이에서 다량의 광 손실이 발생할 것이다. 또한, 광 빔이 마이크로 렌즈 어레이 내의 마이크로 렌즈를 투과할 때 다량의 기생광(parasitic light)이 생성되는데, 이 기생광은 투영된 이미지에 스페클 및/또는 기생 패턴을 생성하고 인접 픽셀들 간의 전체적인 콘트라스트를 감소시킨다.
대부분의 마이크로 렌즈 어레이에서 마이크로 렌즈는 투과 홀더부(transparent holder portion)에 의해 자신의 어레이 형성부에 유지된다. 통상적으로 투과 홀더부는 유리로 이루어진다. 광 빔은 마이크로 렌즈에 도달하기 전에 먼저 투과 홀더부를 통과해야 한다. 따라서 투과 홀더부는 회절 및 광 손실 양을 더욱 증가시키고 생성되는 기생광의 양도 증가시킨다. 투과 홀더부 및 투과 렌즈는 색수차를 더 생성할 수 있다.
따라서, 전술한 마이크로 렌즈 어레이 중 어느 하나를 이용하는 투영 장치는 다량의 회절, 광 손실, 기생광 및 색수차로 인해 고품질 이미지를 투영할 수 없을 것이다.
다른 마이크로 렌즈 어레이는 각각이 오목 프로파일을 갖는 반사형 마이크로렌즈들의 어레이를 포함한다. 그러한 마이크로 렌즈 어레이를 대규모로 제조하기 위한 주형(mould)은 제조하기가 매우 어려운데, 이는 연속하는 렌즈들 사이의 접합부가 깎여질(pointed) 필요가 있기 때문이며, 만약 연속하는 렌즈들 사이의 접합부가 충분히 깎여지지 않으면 그 접합부는 사용 중에 다량의 기생 반사를 생성할 것이며 이는 투영된 이미지의 품질을 저하시킬 것이다. 따라서, 각각이 반사형 오목 프로파일을 갖는 마이크로 렌즈들의 어레이를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이들을 사용하며 양호한 품질의 이미지를 투영할 수 있는 대규모의 투영 시스템을 생산하는 것은 어렵고 비용이 많이 든다.
또한, 각각이 오목 프로파일을 갖는 반사형 마이크로 렌즈들의 어레이를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이는 수신하는 광 빔을 집속(focusing)할 것이며, 집속된 광 빔은 사용자의 눈에 손상을 주거나 우연히 먼지 입자(예컨대, 이러한 투영 장치가 차량 내에서 사용될 경우, 차량 윈드쉴드에서 찾아볼 수 있는 먼지 입자 또는 차량의 대시보드 상의 먼지 입자)를 태울 정도로 충분한 광 에너지를 갖고 있을 수도 있으므로 이 집속된 광 빔은 사용자에게 위협이 된다.
또한, 볼록 렌즈를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이의 경우에는 마이크로 렌즈 어레이가 프로젝터와 (예컨대, 헤드업(head-up) 디스플레이 투영 시스템 내의)합성기 스크린 사이에 위치해야 하고, 오목 프로파일을 갖는 반사형 마이크로 렌즈를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이의 경우에는 반사형 오목 마이크로 렌즈 어레이 상에서 반사되는 광이 합성기 스크린 쪽으로 확산되기 시작하기 전에 먼저 이들 렌즈의 초점 거리에서 집속되므로 합성기 내에서 동일한 이미지 크기를 얻기 위해서는 산광기와 합성기 사이의 거리가 더 커야 하므로, 전술한 마이크로 렌즈 어레이들 중 어느 하나를 사용하는 투영 장치는 소형이 아닐 것이다.
본 발명에 따르면, 가상 이미지의 하나 이상의 픽셀을 정의하는데 사용될 수 있는 광 빔을 제공할 수 있는 광원과, 광원에 의해 제공된 광 빔을 수신하도록 구성되는 MEMS 마이크로 미러 -MEMS 마이크로 미러는 광 빔을 스캔하기 위해 적어도 하나의 진동축 주변을 진동할 수 있음- 와, 복수의 볼록 반사 투영부를 포함하며 MEMS 마이크로 미러에 의해 반사된 광 빔이 볼록 반사 투영부에 입사하여 볼록 반사 투영부에 의해 반사되도록 구성되는 반사 소자와, 빔 합성기를 포함하되, 이 빔 합성기는 볼록 반사 투영부에 의해 반사되는 광 빔을 수신하도록 구성되고, 이 빔 합성기는, 자신이 수신한 광 빔 중 적어도 일부를 반사하여 광 빔이 아이박스(eyebox) 안쪽으로부터 볼 수 있는 가상 이미지를 형성할 수 있도록 구성되는, 투영 장치가 제공된다.
빔 합성기는 자신이 수신하는 광 빔의 적어도 일부를 반사하도록 구성되므로, 빔 합성기가 수신하는 광의 적어도 일부는 빔 합성기에 의해 반사될 것이며, 반사되는 광의 일부분은 가상 이미지를 형성하는데 사용될 것이다.
일실시예에서 빔 합성기는 반반사(semi-reflective) 및 반투과(semi-transparent)일 수 있다. 빔 합성기가 반반사이므로 빔 합성기는 수신하는 광 빔 중 적어도 일부를 반사할 것이며, 빔 합성기가 반투과이므로 빔 합성기는 뷰어가 빔 합성기를 통해 볼 수 있도록 해 줄 것이다. 반사되는 광 빔은 아이박스 안쪽으로부터 볼 수 있는 가상 이미지를 형성한다.
가상 이미지는 빔 합성기 뒤에 형성된다. 가상 이미지는 합성기에 의해 반사되는 광 빔에 의해 생성된다. 볼록 반사 투영부에 의해 반사된 광 빔은 발산되며 합성기에 의해 반사된다. 발산 광 빔의 가상의 연장선(extrapolations)이 교차하는 위치에 가상 이미지가 형성된다. 발산 광 빔의 가상의 연장선은 빔 합성기 뒤의 위치에서 교차하며, 따라서 가상 이미지는 빔 합성기의 표현 상이 아니라 빔 합성기 뒤에 나타날 것이며, 따라서 가상 이미지라 한다. 가상 이미지는 빔 합성기에 의해 반사되는 광 빔에 의해서만 형성된다. 빔 합성기에 의해 반사되지 않는 광 빔은 빔 합성기를 투과하여 소실되며, 빔 합성기를 투과하는 광 빔은 가상 이미지를 투영하는데 사용되지 않는다.
광 빔이 반사 소자 내의 볼록 반사 투영부에 의해 반사된 후에, 광 빔은 확산될 것이다. 확산된 광 빔 각각은 광원뿔(light cone)을 형성할 것이다. 확산된 광 빔의 적어도 일부분은 빔 합성기에 의해 반사된다. 아이박스는 반사 소자 상의 볼록 반사 투영부에 의해 반사되고 이어서 빔 합성기에 의해 반사되는 모든 광 빔의 광원뿔이 중첩되는 부피에 의해 정의된다.
빔 합성기는, 광의 일부분은 코팅을 투과하고 다른 일부분은 반사되도록, 전기 또는 금속 층으로 코팅된 박막일 수 있다. 프레넬의 법칙은 전기 코팅에 의해 반사되고 투과되는 광의 양을 결정한다. 금속 코팅에 있어서, 금속의 두께는 바람직하게는 광이 일부 투과되고 일부 반사될 수 있게 하는 광 빔의 소산장 깊이(evanescent penetration depth)보다 작다.
반사 소자는 광 빔을 확산시키는 산광기로서 작용하며 가상 이미지 내 스페클의 발생을 저감시킨다.
광 빔은 볼록 반사 투영부에 의해 반사되므로, 광 빔은 광학 소자(예컨대 마이크로 렌즈 어레이)를 투과하지 않으며, 따라서 광 빔의 회절이 존재하지 않고 광 소실 및 기생 광의 양이 감소한다. 그러므로 투영된 이미지는 향상된 콘트라스트를 보여줄 것이다.
추가적으로, 볼록 반사 투영부는 광 빔을 반사하는데 사용되기 때문에 홀더 부분이 필요하지 않다. 따라서, 색수차가 발생하지 않는다.
또한, 반사 투영부들 사이에 뾰족한 접점을 제공할 필요가 없기 때문에, 볼륨 내에 볼록 반사 투영부를 제조하는데 필요한 몰드(mould)는 오목 반사 마이크로 렌즈를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이를 제조하는데 필요한 몰드보다 형성하기 쉽다. 따라서, 본 발명의 투영 장치를 제공하는 것은 더 쉽다.
더욱이, 반사 소자 내의 볼록 반사 투영부는 볼록하기 때문에, 반사 광 빔은 집속되지 않고 분산될 것이다. 광 빔은 반사 소자에 의해 절대 집속되지 않는다. 따라서, 사용자의 눈에 제기되는 위험이 감소한다.
마지막으로, 광 빔이 반사 소자의 볼록 반사 투영부에 의해 반사될 때, 반사 소자의 초점은 볼록 반사 투영부 뒤에 위치된다. 따라서, 투영 장치의 길이는 반사 소자의 초점 길이의 2배까지 감소되어 더 많은 소형 투영 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 투영 장치에 사용된 반사 소자는, 핫 엠보싱(hot-embossing), 나노 임프린팅(nano-imprinting); 롤-투-롤, 다이아몬드 터닝(diamond turning), 포토리소그래피 패터닝 이후에 이어지는 리플로우, 주입 몰딩(injection moulding), 또는 에칭(건식 및/또는 습식) 단계, 중 어느 것을 사용하여 제조될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 제조 프로세스는 또한 적절한 경우에 볼록 렌즈 어레이를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이 상에 반사 소자를 정의하는 반사 층을 증착하는 것을 포함한다.
광원은 이미지의 하나 이상의 픽셀을 정의하는 하나 이상의 광 빔을 제공할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 광원은 가상 이미지의 유색 픽셀을 정의하도록 합성될 수 있는 적색, 녹색 및 청색 광 빔을 제공할 수 있다.
반사 소자는 볼록 투영부의 어레이를 포함하는 금속성 시트를 포함할 수 있다.
반사 소자는 각각이 볼록 프로파일을 갖는 반사 마이크로 렌즈들의 어레이를 포함하는, 마이크로 렌즈 어레이를 포함할 수 있다. 반사 소자는 볼록 마이크로 렌즈들의 어레이를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이, 및 볼록 반사 투영부를 형성하도록 마이크로 렌즈 어레이의 표면 상에 장착되는 반사 층을 포함할 수 있다. 반사 층은 가급적 볼록 마이크로 렌즈의 표면 상에 장착되어 볼록 반사 투영부를 형성한다. 반사 층은 가급적 임의의 광을 투과하지 않도록 구성되는데, 다시 말해, 반사 층은 전반사형이다. 마이크로 렌즈 어레이는 복수의 볼록 마이크로 렌즈를 홀딩하는 홀더 부분을 포함할 수 있다. 홀더 부분은 광 빔에 대해 투과할 수 있다. 볼록 마이크로 렌즈 또한 광 빔에 대하여 투과할 수 있다. 그러나, 홀더 부분은 본 발명에 대해 필수적인 것은 아니다. 사실, 본 발명의 투영 시스템은 볼록 반사 투영부를 사용하여 광을 반사하기 때문에, 이롭게도 홀더 부분 또는 마이크로 렌즈 어레이에 대한 필요를 제거한다. 투영 장치가 홀더 부분과 함께 제공된다면 복수의 볼록 렌즈는 가급적 홀더 부분과 함께 포함될 수 있다.
반사 소자는 가급적 볼록 반사 투영부가 반사 소자의 임의의 다른 부분 보다도 MEMS 마이크로 미러에 가장 가깝도록 배치된다. 반사 소자는, 경로 뒤에 이어지는 MEMS 마이크로 미러로부터 반사 소자로 반사되는 광 빔을 따라, 반사 소자의 임의의 다른 부분보다도 MEMS 마이크로 미러에 가장 가깝도록 배치된다. 이는 볼록 반사 투영부가 MEMS 마이크로 미러에 의해 반사된 광을 먼저 수신하도록 보장할 것이다. 특히, 광 빔이 반사 소자의 임의의 부분에 투과되지 않도록 보장한다. 오히려, 광 빔은 반사 소자의 임의의 다른 부분에 투과되지 않으면서 볼록 반사 투영부에 의해 반사될 것이다. 예를 들어, 반사 소자가 볼록 마이크로 렌즈의 어레이를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이, 및 마이크로 렌즈 어레이의 표면 상에 장착되어 볼록 반사 투영부를 형성하는 반사 층을 포함하는 경우, 그 이후 반사 소자는 가급적 마이크로 렌즈 어레이의 표면 상에 장착되는 반사 층이 MEMS 마이크로 미러에 가장 가깝도록 그리고 마이크로 렌즈 어레이는 MEMS 마이크로 미러로부터 멀리 떨어져 있도록 배치될 것이다. 따라서 광 빔은 홀더 부분 또는 마이크로 렌즈 어레이에 투과되는 광 빔 없이 볼록 반사 투영부에 의해 반사될 것이다.
반사 소자는, Al, Au, 크롬(chromium), Ag, Ti, SiO2과 같은 보호 층, SiN, 및/또는 유전체 다중층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
반사 소자의 볼록 반사 투영부는 가급적 볼록 구면 프로파일(convex spherical profile)을 각각 구비한다.
반사 소자의 볼록 반사 투영부는 반사 소자에 걸친 크기가 다를 수 있다. 반사 소자의 볼록 반사 투영부는 반사 소자에 걸친 이들의 곡률 반경이 다를 수 있다. 반사 소자의 볼록 반사 투영부는 서로에 대한 정렬로부터 오프셋될 수 있다(예를 들어, 주기적, 랜덤 또는 의사 랜덤). 랜덤 또는 의사 랜덤 정렬 사용의 이점은, 각각의 반사 소자가 결국 평균이 되는 회절 패턴(diffraction pattern)을 생성하기 때문에 모아레 효과(moire effect)를 감소시킨다. 어레이의 경계 상의 볼록 반사 투영부는 더 적은 발산을 가능하게 하는 더 큰 반경을 가지고, 이에 따라 빔 합성기의 밖으로 투과되는 광으로 인한 광 손실을 감소시킬 수 있는 반면, 중앙 주변의 볼록 반사 투영부는 반사된 광이 합성기를 완전히 덮는 방향을 갖도록 더 작은 곡률 반경을 가질 수 있다.
빔 합성기는 헤드 업 디스플레이를 형성할 수 있다.
광 빔이 반사 소자 내의 볼록 반사 투영부에 의해 반사된 이후에 광 빔은 확산될 것이다. 확산된 광 빔의 각각은 광 뿔(light cone)을 형성할 것이다. 확산된 광 빔의 적어도 일부는 빔 합성기에 의해 반사된다. 아이박스는 반사 요소 상의 볼록 반사 투영부에 의해 반사되고 후속하여 빔 합성기에 의해 반사되는 모든 광 빔의 광 뿔이 오버랩하는 볼륨에 의해 정의된다. 아이박스의 크기는 빔 합성기가 반사 소자로부터 광을 수신할 수 있는 각도의 범위에 의존한다. 이러한 각도의 범위는 합성기의 크기, 산광기와 합성기 사이의 거리 및 가상 이미지와 합성기 사이의 거리에 의존할 수 있다. 예를 들어, 큰 합성기는 큰 각도 범위에 걸쳐 반사 소자로부터 광을 수신할 수 있고, 이에 따라 모든 광 뿔이 오버랩하는 볼륨은 클 것이고 따라서 아이박스는 클 것이지만, 더 작은 합성기는 더 적은 각도 범위에 걸쳐 반사 소자로부터 광을 수신할 수 있고 이에 따라 모든 광 뿔이 오버랩하는 볼륨은 작을 것이고 따라서 아이박스는 작을 것이다.
가상 이미지는 빔 합성기 뒤에 형성된다. 볼록 반사 투영부에 의해 반사된 광 빔은 발산할 것이고 빔 합성기 상에 입사된다. 광 빔 중 일부는 빔 합성기에 의해 반사되고 반사 이후에 계속 발산하고 빔들 중 일부는 빔 합성기에 투과된다. 가상 이미지는 빔 합성기에 의해 반사되는 발산 광 빔들의 가상의 연장선이 교차하는 위치에 형성된다(교차는 빔 합성기 뒤에 존재하는 위치에서 발생할 것임).
하나의 실시예에서 언급된 바와 같이 빔 합성기는 반반사 및 반투과일 수 있다. 빔 합성기에 투과된 광 빔은 손실되고, 빔 합성기에 의해 반사된 광 빔들만이 가상 이미지를 형성하는데 사용된다.
다른 실시예에서, 빔 합성기는 전반사형이될 수 있다. 이러한 경우에, 투영 장치는 전반사형 빔 합성기로부터 반사되는 광 빔을 수신하는 반반사 반투과 표면(a semi-reflective semi-transparaent surface)을 더 포함할 것이다. 표면은 윈드쉴드 상에 제공될 수 있다. 표면은 반반사이기 때문에 표면이 수신하는 광 빔 중 적어도 일부를 반사시킬 것이고, 표면은 또한 반투과가기 때문에, 이는 또한 뷰어가 표면을 통과하여 보는 것을 가능하게 할 것이다. 반사된 광 빔은 아이박스(a eyebox) 내에서 볼 때 가시적인 가상 이미지를 형성한다. 윈드쉴드 상에 제공되는 반반사 표면은 헤드 업 디스플레이(a head-up-display)를 형성할 수 있다.
반사 소자에서 광 빔이 볼록 반사 투영부에 의해 반사된 이후에, 광 빔은 확산될 것이다. 확산된 광 빔의 각각은 광원뿔(a light cone)을 형성할 것이다. 적어도 일부 확산된 광 빔은 빔 합성기에 의해 반사된다. 아이박스는 부피에 의해 정의되고, 여기서 반사 소자 상에서 볼록 반사 투영부에 의해 반사되고 후속하여 빔 합성기에 의해 반사되는 모든 광 빔의 광원뿔이 중첩한다. 아이박스의 크기는 윈드쉴드 상에 제공되는 반반사 반투과 표면이 전반사형 빔 합성기로부터 광을 수신할 수 있는 것을 통해 각도의 범위에 따른다. 이 각도의 범위는 반반사 반투과 표면의 크기, 빔 합성기와 반반사 반투과 표면 사이의 거리, 및 가상 이미지와 반반사 반투과 표면 사이의 거리에 따를 수 있다. 예를 들어, 큰 반반사 반투과 표면은 큰 각도의 범위에 걸쳐 전반사형 빔 합성기로부터 광을 수신할 수 있고, 따라서, 모든 광원뿔이 중첩하는 부피는 커질 것이어서, 아이박스는 커질 것이고, 반면, 더 작은 반반사 반투과 표면은 더 작은 각도의 범위에 걸쳐 전반사형 빔 합성기로부터 광을 수신할 수 있어서, 모든 광원뿔이 중첩하는 부피는 작아질 것이어서, 아이박스는 작아질 것이다.
윈드쉴드 상에 제공되는 반반사 반투과 표면은 전반사형 빔 합성기로부터 수신하는 광 빔의 일부를 반사시키는데 사용되고, 반반사 반투과 표면으로부터 반사되는 오직 이들 광 빔만이 가상 이미지를 형성하는데 사용된다. 반반사 반투과 표면을 투과하는 광 빔은 가상 이미지를 형성하는데 사용되지 않는다. 윈드쉴드의 형상은 광 빔이 반사되는 각도를 이동시킴으로써 그리고 또한 광 빔의 위치를 이동시킴으로써 가상 이미지의 형상에 영향을 줄 수 있고, 이는 가상 이미지의 왜곡을 야기할 수 있다. 전반사형 빔 합성기는 또한 가상 이미지에서의 왜곡을 감소시키도록 구성될 수 있고, 예를 들어, 전반사형 빔 합성기는 구면 또는 비구면 볼록 표면을 가질 수 있어서 윈드쉴드 형상에 기인하여 기하학적 변형은 보상된다.
반반사 반투과 표면에서 수신되는 광 빔의 일부는 반사되고 반반사 반투과 표면에서 수신되는 광 빔의 일부는 투과된다. 광 빔이 반사되고 광 빔의 다른 부분이 반반사 표면을 투과한 이후에 반사된 광 빔은 발산된 채로 유지된다. 가상 이미지를 생성하기 위해 윈드쉴드 상에 제공되는 반반사 표면은 광 빔의 이들 부분을 집속하는 것 없이 광 빔의 부분을 반사시켜서 반사된 광 빔은 반사 이후에 발산하는 것으로 유지된다. 가상 이미지는 반반사 표면에 의해 반사되는 발산 광 빔의 가상의 연장선이 교차하는 위치에서 형성된다(교차는 윈드쉴드 상에 제공되는 반반사 표면 뒤의 위치에서 발생할 것이다). 반반사 반투과 표면을 투과하는 이들 광 빔은 손실되고 가상 이미지를 형성하는데 사용되지 않는다.
빔 합성기는 금속 코팅(금속 코팅의 두께는 광 빔의 소산장 침투 깊이(evanescent field penetration depth) 보다 더 두껍다) 또는 관심 파장 범위에서의 밴드갭을 갖는 반사 유전체 코팅에 의해 전반사가 이루어질 수 있다.
투영 장치는 광원과 MEMS 마이크로 미러 사이에서 구성되는 하나 이상의 렌즈를 더 포함할 수 있고, 하나 이상의 렌즈는 광 빔을 집속하도록 구성된다. 바람직하게는, 복수의 렌즈가 제공되고, 각각의 렌즈는 광원과 반사기 사이에서 제공된다.
하나 이상의 렌즈는 광 빔을 집속할 수 있는 수렴 렌즈를 포함할 수 있다. 하나 이상의 렌즈는 비구면, 구면, 다면 또는 자유 형태 볼록 표면을 갖는 양면 볼록 또는 평면 볼록 형상을 가질 수 있다.
바람직하게, 하나 이상의 렌즈는 각각 광 빔을 집속하도록 구성되어서 광 빔은 단일 볼록 반사 투영부의 영역 보다 작거나, 동일한 영역을 갖는 반사 소자 상의 스팟 사이즈(a spot size)를 가진다.
광원로부터 MEMS 마이크로 미러로 전달하는 광 빔이 후속하는 광 경로에 하나 이상의 렌즈가 위치된다는 것이 충분하다고 이해될 것이다.
광 빔은 시준(collimated)될 수 있고 광 빔 및 투영 장치는 MEMS 마이크로 미러와 반사 소자사이에 구성되는, 양면 볼록 렌즈, 평면 볼록 렌즈, 무채색 렌즈, 텔레센트릭 렌즈(telecentric lens), f-세타(f-theta) 렌즈, 및/또는 원통형 볼록 렌즈를 더 포함할 수 있어서, 콜리메이트 광 빔을 집속한다.
투영 장치는 광 빔을 콜리메이트 광 빔으로 변환하기 위해 출력된 광 빔을 수신하도록 구성된 하나 이상의 수렴 렌즈를 포함할 수 있다. 바람직하게 광원과 하나 이상의 수렴 렌즈의 각각 사이의 거리는 개별적인 수렴 렌즈의 초점 거리와 동일하다. 하나 이상의 수렴 렌즈로부터 출력된 광 빔은 시준될 것이다. 광원이 적색, 녹색 및 청색 광 빔을 제공한다면, 광 빔은 먼저 합성되고 그 다음 시준되거나, 각 빔이 개별적으로 시준되고 그 다음 이들이 시준된 이후에 합성한다.
바람직하게 텔레센트릭 렌즈는 콜리메이트 광 빔을 집속하도록 구성되어서 광 빔이 단일 볼록 반사 투영부의 영역 보다 작거나, 동일한 영역을 갖는 반사 소자 상의 스팟 사이즈를 갖는다. 바람직하게 텔레센트릭 렌즈와 반사 소자 사이의 거리는 텔레센트릭 렌즈의 초점 거리와 동일하다.
바람직하게 스팟 사이즈의 영역은 100㎛이 될 것이다. 바람직하게 스팟 사이즈의 영역은 300㎛ 보다 작아질 것이다.
MEMS 마이크로부터 반사 소자로 전달하는 광 빔이 후속하는 광 경로에 하나 이상의 렌즈가 위치된다는 것이 충분하다고 이해될 것이다.
텔레센트릭 렌즈는 광 빔을 평행하게 만들도록 더 구성될 수 있다. 즉, 텔레센트릭 렌즈는 광 빔의 각각의 주광선(또는 중심방사선)을 서로 평행하게 만들도록 더 구성될 수 있고, 각 광 빔은 자체적으로 반사 소자 상으로 집속될 수 있다.
광 빔은 집속될 수 있어서 이들은 단일 볼록 반사 투영부의 영역 보다 작거나, 동일한 영역을 갖는 반사 소자 상에 스팟 사이즈를 갖는다.
반사 소자의 볼록 반사 투영부는 곡면 상에 놓여있도록 구성될 수 있다.
바람직하게 곡면은 볼록 표면 또는 오목 표면이다.
바람직하게 곡면의 곡률은 MEMS 마이크로 미러가 그 하나의 진동축 주변을 진동함에 따라, MEMS 마이크로 미러 포커스로부터 반사되는 광 빔이 이동하는 포인트(즉, MEMS 마이크로 미러 포커스로부터 반사되는 광 빔의 집속 포인트)상에서의 곡선의 곡률이다. MEMS 마이크로 미러에 의해 반사되는 광의 집속 포인트는 광 빔을 집속하기 위해 광원과 MEMS 마이크로 미러 사이에 배치되는 렌즈의 집속 포인트이거나, 또는 광 빔을 집속하는 텔레센트릭 렌즈를 포함하는 실시예에서, MEMS 마이크로 미러에 의해 반사되는 광의 집속 포인트는 텔레센트릭 렌즈의 집속 포인트이다.
MEMS 마이크로 미러가 하나의 진동축 주변을 진동함에 따라, MEMS 마이크로 미러에 의해 반사되는 광의 집속 포인트는 곡선(즉, 아크) 위로 이동될 것이다. 광 빔이 반사 소자에서 볼록 반사 투영의 표면에서 항상 집속되는 것을 보장하기 위해, MEMS 마이크로 미러가 그 진동축 주변을 진동함에 따라, 볼록 반사 투영은 MEMS 마이크로 미러가 그 하나의 진동축 주변을 진동할 때 그 곡률이 MEMS 마이크로 미러에 의해 반사되는 광의 집속 포인트가 이동되는 곡선의 곡률인 곡면상에 놓이도록 배치된다. 이러한 방식으로 반사 소자는 MEMS 마이크로 미러에 의해 반사되는 광의 집속 포인트의 위치에서의 변화를 보상할 수 있고, 이는 MEMS 마이크로 미러가 진동할 때 발생한다. 따라서, MEMS 미러가 그 하나의 진동축 주변을 진동한다 하더라도, 반소 소자의 볼록 반사 투영은 MEMS 마이크로 미러에 의해 반사되는 광의 집속 길이에 위치한다.
마찬가지로, MEMS 마이크로 미러는 2개의 직교 진동축 주위에서 진동될 수 있다. 이러한 경우에 반사 소자의 볼록 반사 투영을 구면상에 또는 비구면상에 배치하는 것이 바람직할 수 있다. 구면 또는 비구면의 곡률은 바람직하게 MEMS 마이크로 미러가 2개의 직교 진동축 주변을 진동함에 따라 MEMS 마이크로 미러에 의해 반사되는 광의 집속 포인트가 이동하는 평면의 곡률에 대응하도록 한다. 따라서 이러한 방식으로 반사 소자는 MEMS 마이크로 미러에 의해 반사되는 광의 집속 포인트의 위치에서의 변화를 보상할 수 있고, 이는 2개의 직교 진동축 주변을 MEMS 마이크로 미러가 진동할 때 발생한다. 따라서, 반사 소자의 볼록 반사 투영은 MEMS 미러가 그 2개의 직교 진동축 주변을 진동한다 하더라도, 반사 소자의 볼록 반사 투영은 MEMS 마이크로 미러에 의해 반사되는 광의 집속 길이에 위치한다.
구면은 바람직하게 오목 구면 프로파일(즉, 그릇 형상)을 갖는다. 비구면은 바람직하게 오목 비구면 프로파일을 갖는다.
곡면은 오목 구면 또는 비오목 구면일 수 있다.
빔 합성기는 곡선 프로파일을 가질 수 있다. 빔 합성기는 뷰어에게 편안한 시각적 이미지의 위치와 크기를 조정하는 곡선 프로파일을 갖는다. 곡선 프로파일은 시각적 이미지가 보이는 위치를 변화시키는 광 빔들 사이의 각도를 변경한다. 전형적으로 빔 합성기가 곡선일수록, 시각적 이미지가 보이게 될 빔 합성기로부터 더 멀어질 것이다.
바람직하게 빔 합성기는 빔 합성기의 오목 표면이 반사 소자의 볼록 반사 투영에 의해 반사되는 광 빔을 수신하도록 구성된다.
곡선 빔 합성기는 빔 합성기의 초점 포인트가 놓이는 곡선 초점면을 정의할 것이다. 따라서 시각적 이미지는 곡면(즉, 곡선 초점면)상에서 보이게 될 것이고, 이는 시각적 이미지를 흐릿하게 할 것이다.
바람직하게 반사 소자의 볼록 반사 투영은 곡면상에 놓이도록 배치되고, 곡면은 복록면이다. 이것은 곡선 빔 합성기의 영향을 보상할 것이다. 구체적으로, 이것은 시각적 이미지가 평탄한 평면상에서 보이게 되어, 보다 선명한 시각적 이미지를 제공할 것을 보장할 것이다.
바람직하게 반사 소자의 볼록 반사 투영이 놓이는 곡선 평면의 곡률은 빔 합성기의 초점 포인트가 평탄한 평면상에 놓이도록 한다. 즉, 반사 소자의 볼록 반사 투영이 놓이는 곡선 평면의 곡률은 빔 합성기의 상이한 영역의 초점 포인트가 동일한 평탄한 평면상에 놓이도록 할 것이다.
바람직하게 반사 소자의 볼록 반사 투영이 놓이는 곡선 평면의 곡률은 빔 합성기의 곡률이다. 보다 바람직하게 반사 소자의 볼록 반사 투영이 놓이는 곡선 평면의 곡률은 반사 소자에 의해 반사되는 광 빔이 입사하는 빔 합성기의 오목 표면의 곡률이다.
곡면은 볼록 구면 또는 볼록 비구면일 수 있다.
반사 소자의 볼록 반사 투영은 볼록 구면 또는 볼록 비구면상에 놓이도록 배치될 수 있다. 구면은 바람직하게 볼록 구면 프로파일을 갖는다. 비구면은 바람직하게 볼록 비구면 프로파일을 갖는다.
MEMS 마이크로 미러는 반사 소자의 중심이 놓이는 축과 동일한 축을 따라 배치될 수 있다. 즉, MEMS 마이크로 미러는 반사 소자의 중심에 대향하여 배치될 수 있다. MEMS 마이크로 미러는 반사 소자의 중심과 정렬될 수 있다.
반사 소자는 바람직하게 MEMS 마이크로 미러로부터 반사 소자까지 반사되는 광 빔이 반사 소자상에 입사되고 반사 소자의 평면에 수직하지 않도록 배향된다. 반사 소자의 평면은 반사 소자가 놓이는 평면일 수 있다. 반사 소자는 바람직하게 MEMS 마이크로 미러가 비작동 위치(즉, 휴식 위치)에 있을 때 MEMS 마이크로 미러에 의해 반사되는 광 빔이 반사 소자의 평면에 수직하지 않은 각도에서 반사 소자상에 입사되도록 배향된다. 반사 소자의 평면은 반사 소자가 놓이는 평면일 수 있다.
MEMS 마이크로 미러는 지지 프레임, 및 2개 이상의 비트는 암에 의해 그 지지 프레임에 부착되는 마이크로 미러를 포함할 수 있다. 2개 이상의 비트는 암은 마이크로 미러에 대해 하나 이상의 진동축을 정의한다.
MEMS 마이크로 미러는 MEMS 마이크로 미러의 지지 프레임의 평면이 반사 소자가 놓이는 평면에 평행하게 오프셋되도록 배치될 수 있다. 즉 MEMS 마이크로 미러의 지지 프레임 및 반사 소자는 서로 간에 평행하게 되지 않도록 배치될 것이다. 이것은 MEMS 마이크로 미러의 마이크로 미러가 중립 위치에 있는 것을 보장할 것이고, 마이크로 미러에 의해 반사되는 광 빔은 0°보다 크고 90°보다 작은 각도에서 반사 소자상에 입사될 것이다.
투영 장치는 DLP/DMD(Digital Light Processing/Digital Micromirror array), LCOS(Liquid Crystal on Silicon) 및/또는 LCD(Liquid Crystal Display)와 같은 이미징 시스템을 더 포함할 수 있다. 반사 소자는 볼록 반사 투영이 이미징 시스템으로 광을 지향시키도록 배치될 수 있다. 반사 소자상으로 MEMS 미러를 진동시킴으로써 광 빔이 스캐닝되므로, 볼록 반사 투영에 의해 반사되는 광이 디스페클되고, 이에 따라 제 2 이미지 장치 또는 임의의 랜덤 표면으로 디스페클된 광을 제공하는 조명 광원으로서 기능할 수 있다.
상술한 투영 장치는 헤드 업 디스플레이를 형성하는데 사용될 수 있다. 이러한 시스템에서 윈드실드상에 제공되는 빔 합성기 또는 반반사 포면은 헤드 업 디스플레이를 형성할 수 있다.
헤드 업 디스플레이는 사용자가 그 통상적인 뷰 포인트로부터 멀리 떨어져 볼 필요 없이 데이터를 제공하는 임의의 투과 또는 반투과 디스플레이이다.
본 발명의 다른 양태에 따르면 광원(light source)을 사용하여 가상 이미지의 하나 이상의 픽셀을 정의하는 광 빔을 제공하는 단계와, MEMS 마이크로 미러를 사용하여 광 빔을 반사하고, 반사된 광 빔을 스캔하기 위해 MEMS 마이크로 미러를 적어도 하나의 진동축(oscillation axis) 주변으로 진동하는 단계와, 반사 소자에서 MEMS 마이크로 미러에 의해 반사된 광 빔을 수신하는 단계 - 반사 소자는 복수의 볼록 반사 투영부를 포함하고, 반사 소자는 MEMS 마이크로 미러에 의해 반사된 광 빔으로 하여금 볼록 반사 투영부에 입사하여, 광 빔이 볼록 반사 투영부에 의해 반사되도록 배치됨 - 와, 반사 소자의 볼록 반사 투영부를 사용하여 광 빔을 반사하는 단계와, 반사 소자의 볼록 반사 투영부에 의해 반사된 광 빔을 빔 합성기에서 수신하는 단계와, 빔 합성기를 사용하여 광 빔의 적어도 일부를 반사시킴으로써 반사된 광 빔으로 하여금 아이박스 안쪽으로부터 볼 수 있는 가상 이미지를 형성하도록 하는 단계를 포함하는 이미지 투영 방법을 제공한다.
방법은 헤드-업-디스플레이 투영 시스템 내의 투영 장치를 사용하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 빔 합성기를 헤드-업-디스플레이로서 사용하는 단계를 포함할 수 있다.
방법은 반사 소자의 볼록 반사 투영부가 반사 소자의 임의의 다른 부분보다 MEMS 마이크로 미러에 가장 가깝도록 반사 소자를 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 이는 반사 소자의 볼록 반사 투영부가 먼저 MEMS 마이크로 미러에 의해 반사된 광 빔을 수신하는 것을 보장할 수 있다.
방법은 광원과 MEMS 마이크로 미러 사이에 위치된 하나 이상의 렌즈를 사용하여 광 빔을 집속하는 단계를 더 포함할 수 있다.
광 빔을 제공하는 단계는 콜리메이트(collimated) 광 빔을 제공하는 단계를 더 포함할 수 있고, 방법은 렌즈를 사용하여 콜리메이트 광 빔을 집속하는 단계를 더 포함할 수 있다. 렌즈는 MEMS 마이크로 미러와 반사 소자 사이에 배치된 양면 볼록 렌즈, 평 볼록 렌즈, 색지움 렌즈(achromatic lens), 텔레센트릭 렌즈(telecentric lens), 에프세타 렌즈(f-theta lens) 및/또는 원통형 볼록 렌즈일 수 있다.
방법은 광 빔이 단일 볼록 반사 투영부의 영역보다 작거나 같은 영역을 갖는 반사 소자 상의 스팟 사이즈(spot size)를 가지도록 광 빔을 집속하는 단계를 포함할 수 있다.
빔 합성기는 반반사이고 반투과일 수 있으며, 방법은 빔 합성기 상에 입사하는 광 빔의 일부를 반사하는 단계와, 빔 합성기 상에 입사하는 광 빔의 일부를 투과하는 단계와, 아이박스 내에서 보이는 가상 이미지를 정의하기 위해서 반사된 광 빔을 사용하는 단계를 포함할 수 있다.
빔 합성기는 유전체 또는 금속층에 의해 코팅된 박막일 수 있어, 광 빔의 일부는 코팅을 통해 투과되고 광 빔의 일부는 반사된다. 프레넬 방정식(Fresnel equations)이 유전체 코팅에 의해 반사되고 투과되는 광 빔의 양을 결정한다. 금속 코팅에 대해서, 금속의 두께는 광이 부분적으로 투과되고 부분적으로 반사되는 것을 허용하기 위해서 광 빔의 소산 침투 깊이(evanescent penetration depth)보다 작은 것이 좋다.
빔 합성기는 전반사적(fully reflective)일 수 있으며, 방법은 아이박스 내에서 보이는 가상 이미지를 정의하기 위해서 윈드쉴드(windshield) 상에 제공되는 반반사 반투과 표면을 사용하여 광 빔의 일부를 반사하고 광 빔의 일부를 투과하는 단계를 더 포함할 수 있다. 윈드쉴드 상에 제공되는 반반사 반투과 표면은 헤드-업-디스플레이일 수 있다.
빔 합성기는 (소산장 침투 깊이보다 두꺼운) 두꺼운 금속 코팅을 제공하거나 관심 파장 범위 내의 밴드갭을 갖는 반사성 유전체 코팅을 제공함으로써 전반사적으로 형성될 수 있다.
방법은 반사 소자의 중심부가 배치된 축과 동일한 축 상에 배치되도록 MEMS 마이크로 미러를 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다. 즉, 방법은 반사 소자의 중심부와 대향하도록 MEMS 마이크로 미러를 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다.
방법은 MEMS 마이크로 미러로부터 반사 소자로 반사된 광 빔이 반사 소자의 평면과 비-수직적으로 반사 소자 상에 입사되도록 반사 소자를 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 반사 소자의 평면은 반사 소자가 배치된 평면일 수 있다. 방법은, MEMS 마이크로 미러가 비작동 위치(즉, 휴식 위치(a rest position))에 있는 경우에, MEMS 마이크로 미러에 의해 반사된 광 빔이 반사 소자의 평면에 비-수직적인 각도로 반사 소자에 입사하도록 반사 소자를 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 반사 소자의 평면은 반사 소자가 배치된 평면일 수 있다.
MEMS 마이크로 미러는 지지 프레임(support frame)과 두 개 이상의 토션 암(torsional arms)에 의해 지지 프레임에 부착된 마이크로 미러를 포함할 수 있다. 두 개 이상의 토션 암은 마이크로 미러에 대한 하나 이상의 진동축을 정의한다. 방법은 MEMS 마이크로 미러의 지지 프레임의 평면이 반사 소자의 평면이 배치된 것과 평행한 것으로부터 오프셋되도록 MEMS 마이크로 미러를 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 방법은 MEMS 마이크로 미러의 지지 프레임과 반사 소자를 서로 평행하지 않도록 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 이는 MEMS 마이크로 미러의 마이크로 미러가 중립 위치(neutral position)에 있고, 마이크로 미러에 의해 반사된 광 빔이 0°보다 크고 90°보다 작은 각도로 반사 소자 상에 입사되는 것을 보장할 수 있다.
MEMS 마이크로 미러는 지지 프레임과 두 개 이상의 토션 암에 의해 지지 프레임에 부착된 마이크로 미러를 포함할 수 있다. 두 개 이상의 토션 암은 마이크로 미러에 대한 하나 이상의 진동축을 정의한다. 방법은 MEMS 마이크로 미러의 지지 프레임의 평면이 반사 소자와 평행하지만, 반사 소자에 수직(normal)하는 것은 MEMS 마이크로 미러의 지지 프레임에 수직하지 않도록 MEMS 마이크로 미러를 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 방법은 MEMS 마이크로 미러의 지지 프레임과 반사 소자가 서로 평행하지만, 입력 광은 반사 소자에 수직하지 않도록 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 실제로, 반사 소자에 수직인 것에 관해서 반사 소자 상의 입사 광 빔의 각도는 0°보다 크고 90°보다 작다. 이러한 각도는 HUD 평면/표준 방향을 고려하여 수직 방향으로 지향될 수 있다. 이러한 경우에, 이러한 입사 각도 때문에, 반사 소자가 합성기로서 드라이버에 의해 관측될 수 있고, 반사 소자는 동일한 높이에 있지 않은 것을 보장할 수 있다. 이러한 각도는 인디카트릭스(indicatrix)로 칭해질 수 있다.
방법은 헤드-업-디스플레이 시스템 내의 투영 장치를 사용하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은 빔 합성기를 헤드-업-디스플레이로서 사용하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 헤드-업-디스플레이의 윈드쉴드 상에 제공되는 반반사 표면을 사용하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 예로서 주어지고 도면에 의해 예시된 실시형태의 설명의 도움을 받아 보다 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 투영 장치의 조감도를 제공한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 투영 장치의 조감도를 제공한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 투영 장치의 조감도를 제공한다.
도 4a 및 4b는 하나의 진동축 주변을 진동하도록 구성되고, 도 1~3에 나타낸 투영 장치 중 하나에서 사용될 수 있는 MEMS 마이크로 미러를 나타낸다.
도 4c는 2개의 직교 진동축 주변을 진동하도록 구성되고, 도 1~3에 나타낸 투영 장치 중 하나에서 사용될 수 있는 MEMS 마이크로 미러를 나타낸다.
도 5a는 MEMS 마이크로 미러가 진동축 주변을 진동함에 따라서 MEMS 마이크로 미러에 의해 반사된 광의 초점 포인트가 곡면(호)을 따라서 어떻게 이동하는지를 나타낸다.
도 5b는 투영 장치에 있어서의 MEMS 마이크로 미러가 하나의 진동축 주변을 진동하도록 구성될 때에, 도 1~3에 나타낸 투영 장치에서 사용되는 반사 소자를 위한 바람직한 구성을 나타낸다.
도 5c는 투영 장치에 있어서의 MEMS 마이크로 미러가 2개의 직교 진동축 주변을 진동하도록 구성될 때에, 또는 투영 장치가 하나의 진동축 주변을 진동할 수 있고 광 통신에 배치되어 그들의 진동축이 직교하는 2개의 MEMS 마이크로 미러를 구비할 때에, 도 1~3에 나타낸 투영 장치에서 사용되는 반사 소자를 위한 바람직한 구성을 나타낸다.
도 6a는 곡선의 옆모습을 갖는 빔 합성기가 어떻게 가상 이미지를 곡면에 집속하는지를 도시한다.
도 6b는 도 1~3에 나타낸 투영 장치에서 사용되는 반사 소자를 위한 대체 구성을 나타낸다.
도 1a는 본 발명의 실시형태에 따른 투영 장치(30)의 조감도이다.
투영 장치(30)는 적색, 녹색 및 청색의 광선(32a, 32b, 32c)을 각각 제공하는 적색, 녹색 및 청색의 광원(33a, 33b, 33c)을 구비하는 광원(31)을 구비한다. 적색, 녹색 및 청색의 광선(32a, 32b, 32c)은, 조합될 때에, 투영 장치(30)에 의해 투영되는 가상 이미지(48)의 하나 이상의 화소를 정의한다.
투영 장치(30)는 광원(31)에 의해 제공되는 광선(32a, 32b, 32c)을 수신하도록 배치되는 MEMS 마이크로 미러(34)를 더 구비한다. 이 특정한 예에서 광원(31)은 적색, 녹색 및 청색의 광선(32a, 32b, 32c)을 각각 MEMS 마이크로 미러(34)에 유도하는 반사기(35a, 35b, 35c)를 구비한다.
MEMS 마이크로 미러(34)는 광선(32a, 32b, 32c)을 주사하기 위해 적어도 하나의 진동축(7, 17) 주변을 진동할 수 있다. 이후에 보다 상세하게 서술되는 바와 같이 MEMS 마이크로 미러(34)는 MEMS 마이크로 미러(34)가 1차원적으로(즉 수직 또는 수평 방향을 따라서) 광선(32a, 32b, 32c)을 주사하도록 하나의 진동축(7)에 대해서만 진동하도록 구성될 수 있고, 또는 MEMS 마이크로 미러(34)는 MEMS 마이크로 미러(34)가 2차원적으로(즉 수직 및 수평 방향을 따라서) 광선(32a, 32b, 32c)을 주사할 수 있도록 2개의 직교 진동축(7, 17) 주변을 진동하도록 구성될 수 있다. 이와 달리, 투영 장치(30)는 각각이 하나의 진동축을 갖는 2개의 MEMS 마이크로 미러(34)를 구비할 수 있고, 그 2개의 MEMS 마이크로 미러(34)는 광 통신이 되도록 배치되고 그들의 진동축은 직교하여, 이 방식으로 배치된 2개의 MEMS 마이크로 미러(34)는 또한 2차원의 광선(32a, 32b, 32c)의 주사를 실현할 수 있다.
투영 장치(30)는 복수의 볼록 반사 투영부(39)를 구비하는 반사 소자(38)를 갖는다. 볼록 반사 투영부의 각각의 표면(40)은 완전한 반사성을 갖는다. 볼록 반사 투영부(39)는 Al, Au, 크롬, Ag, Ti, SiO2와 같은 보호층, SiN, 및/또는 유전체 다층막 중 적어도 하나를 구비할 수 있다.
반사 소자(38)는 MEMS 마이크로 미러(34)에 의해 반사되는 광선(32a, 32b, 32c)이 상기 볼록 반사 투영부(39)에 입사하도록 배치된다. 광선(32a, 32b, 32c)은 볼록 반사 투영부(39)에 의해 반사된다.
이 특정한 예에서 반사 소자(38)는 복수의 볼록한 마이크로 렌즈(51)를 구비하는 마이크로 렌즈 어레이(52)의 표면에 실장되는 금속층을 구비한다. 홀더 부분(43)은 그들의 배치된 구성으로 복수의 볼록 렌즈(51)를 유지한다. 복수의 볼록 렌즈(51)는 홀더 부분(43)에 필수적이다. 홀더 부분(43) 및 마이크로 렌즈 어레이(52)는 모두 투과성을 갖지만 반사 소자(38)를 정의하는 금속층은 완전한 반사성을 갖는다. 투영 장치(30)는 광선(32a, 32b, 32c)을 유리하게 반사하기 위해서만 반사 소자(38)를 사용하고 이것이 홀더 부분(43) 및 마이크로 렌즈 어레이(52)의 필요성을 제거하기 때문에, 실제로는, 홀더 부분(43) 및 마이크로 렌즈 어레이(52)는 본 발명에 필수적인 것은 아님이 이해되어야 한다.
반사 소자(38)는 볼록 반사 투영부(39)가 MEMS 마이크로 미러(34)에 가장 가깝도록 배치된다. 도 1에 도시된 투영 장치(30)에서 반사 소자(38)는 볼록 반사 투영부(39)가 MEMS 마이크로 미러(34)에 가장 가깝고 홀더 부분(43) 및 마이크로 렌즈 어레이(52)가 MEMS 마이크로 미러(34)로부터 떨어져 있도록 배치되고, 이것은 반사 소자(38)의 볼록 반사 투영부(39)가 MEMS 마이크로 미러(34)에 의해 반사되는 광선(32a, 32b, 32c)을 최초로 수신하게 할 것이다. 특히, 이것은 광선(32a, 32b, 32c)이 홀더(43) 또는 마이크로 렌즈 어레이(52)의 임의의 부분을 투과하지 않게 할 것이고, 오히려, 광선(32a, 32b, 32c)이 홀더(43) 또는 마이크로 렌즈 어레이(52)의 임의의 부분을 투과하는 일 없이 광선(32a, 32b, 32c)은 볼록 반사 투영부(39)에 의해 반사될 것이다.
투영 장치(30)는 각각의 적색, 녹색 및 청색의 레이저 광원(33a, 33b, 33c)과 광원(31)의 반사기(35a, 35b, 35c)의 사이에 배치되는 렌즈(41a, 41b, 41c)를 더 구비한다. 렌즈(41a, 41b, 41c)는 광선(32a, 32b, 32c)을 집속하도록 구성된다. 이와 달리 렌즈(41a, 41b, 41c)는 반사기(35a, 35b, 35c)와 MEMS 마이크로 미러(34)의 사이에 배치될 수 있음이 이해될 것이다.
렌즈(41a, 41b, 41c)는 각각 광선(32a, 32b, 32c)을 집속하도록 수렴 렌즈를 구비할 수 있다. 예컨대 렌즈(41a, 41b, 41c)는 각각 비구면(aspheric), 구면(spheric), 다항식(polynomial) 또는 자유로운 형태의(free form) 볼록한 표면을 갖는 양면이 볼록한(biconvex) 또는 단면이 볼록한(plano convex) 형상의 렌즈를 구비할 수 있다.
이 예에서 렌즈(41a, 41b, 41c)는 광선(32a, 32b, 32c)이 반사 소자(38)에서의 하나의 볼록 반사 투영부(39)의 영역보다 작거나 동일한 영역을 갖는 반사 소자(38)상에서의 스팟 사이즈를 갖도록 광선(32a, 32b, 32c)을 집속하도록 구성된다. 바람직하게, 스팟 사이즈의 영역은 100㎛ 이하일 것이다.
렌즈(41a, 41b, 41c)는 물리적으로 반사기(35a, 35b, 35c)와 MEMS 마이크로 미러(34)의 사이에 위치될 필요가 없고, 렌즈(41a, 41b, 41c)는 반사기(35a, 35b, 35c)로부터 MEMS 마이크로 미러(34)를 지나는 광선(32a, 32b, 32c)이 진행하는 광로에 위치되는 것으로 충분할 것임이 이해될 것이다.
투영 장치(30)는 빔 합성기(45)를 더 구비한다. 이 특정한 예에서 빔 합성기(45)는 반투과성 및 반반사성)을 갖는다. 빔 합성기(45)는 반사 소자(38)의 볼록 반사 투영부(39)에 의해 반사되는 광선(32a, 32b, 32c)을 수신하도록 배치된다. 빔 합성기(45)는 곡선의 옆모습을 갖는 것으로 나타내어지고 빔 합성기(45)의 오목 표면(46)이 반사 소자(38)에서의 볼록 반사 투영부(39)에 의해 반사되는 광선(32a, 32b, 32c)을 수신하도록 배치된다.
광원이 이미지의 하나 이상의 픽셀을 정의하는 하나 이상의 광 빔을 제공할 수 있음이 이해될 것이다. 예컨대, 광원은 가상 이미지의 유색 픽셀을 정의하도록 합성될 수 있는 적색, 녹색 및 청색 광 빔을 제공할 수 있다.
빔 합성기(45)가 반투과성 및 반반사성이므로, 빔 합성기는 수신하는 광 빔의 일부를 반사시킬 것이고 수신하는 광 빔(32a,b,c)의 일부를 투과시킬 것이다. 반사된 광 빔(32a,b,c)만이 가상 이미지(48)를 투영하는 데 사용된다. 광 빔(32a,b,c)의 투과된 부분은 손실되고 가상 이미지(48)를 투영하는 데 사용되지 않는다. 빔 합성기(45)가 반사시키는 광 빔은 아이박스(47)로서 지칭되는 사전정의된 영역으로 지향된다. 아이박스(47)는 가상 이미지(48)가 보이는 영역이고; 아이박스(47)의 외부에서 가상 이미지(48)는 보이지 않는다. 사용자(49)는 아이박스(47) 내의 위치로부터 가상 이미지를 볼 때에만 투영된 가상 이미지(48)를 볼 수 있다.
빔 합성기(45)는 가상 이미지(48)의 위치 및 크기를 뷰어에게 편하게 적응시키도록 곡선 프로파일을 갖는다. 곡선 프로파일은 가상 이미지(48)의 위치 및 크기를 적응시키도록 광 빔(32a,b,c) 사이의 각도를 변경한다.
빔 합성기(45)는 광 빔(32a,b,c)의 일부가 빔 합성기(45)를 통해 투과되고 광 빔(32a,b,c)의 일부가 빔 합성기(45)에 의해 반사되도록 유전체층 또는 금속층에 의해 코팅될 수 있다. 금속층은 광 빔(32a,b,c)이 부분적으로 투과되고 부분적으로 반사되게 하도록 광 빔(32a,b,c)의 소산 침투 깊이(evanescent penetration depth) 미만인 두께를 가지는 것이 바람직하다. 프레넬 방정식(Fresnel equation)은 빔 합성기(45)에 의해 반사되고 투과되는 광 빔(32a,b,c)의 양을 결정한다.
가상 이미지는 빔 합성기(45) 뒤에 형성된다. 볼록 반사 투영부(39)에 의해 반사되는 광 빔(32a,b,c)은 분기하고 있고 빔 합성기(45)에 입사된다. 빔 합성기(45)에 의해 반사되는 광 빔은 반사 이후에도 계속 분기하고 있다. 가상 이미지(48)는 빔 합성기(45)에 의해 반사되는 분기 광 빔의 가상의 연장선이 교차하는 위치에 형성된다(교차는 빔 합성기(45) 뒤의 위치에서 발생할 것이다).
광 빔(32a, b, c)은 반사 소자(38) 내에 있는 볼록 반사 투영부(39)에 의해 반사된 후 확산된다. 확산된 광 빔(32a, b, c) 각각은 광원뿔(light cone)을 이루게 된다. 확산된 광 빔(32a, b, c) 중 적어도 일부는 빔 합성기(45)에 의해 반사된다. 아이박스(47)는 반사 소자(38) 상의 볼록 반사 투영부(39)에 의해 반사된 후 빔 합성기(45)에 의해 반사된 모든 광 빔(32a, b, c)의 광원뿔이 중첩되는 볼륨(volume)에 의해 정의된다. 뷰어의 눈이 아이박스(47) 안에 위치하게 되면 가상 이미지(48)의 화소들 각각을 정의하는 적어도 하나의 광선을 수신하게 될 것이고, 따라서 뷰어는 가상 이미지(48) 전체를 보게 될 것이다. 뷰어의 눈이 아이박스(47) 밖에 위치하게 되면 가상 이미지(48)의 화소들의 일부만을 정의하거나 전혀 정의하지 않는 광선을 수신하게 되므로, 이 경우 뷰어는 가상 이미지(48)의 일부만을 보거나 전혀 보지 못하게 될 것이다. 뷰어가 가상 이미지 전체를 보려면 뷰어의 눈은 아이박스(47) 안에 위치해야 한다.
본 발명의 추가 변형예에서 빔 합성기는 윈드쉴드(예를 들어, 차량의 윈드쉴드)와 일체형일 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1에 도시한 투영 장치(30)에서, 반사 소자(38)는 광 빔(32a, b, c)을 확산시키고 가상 이미지(48) 내에서의 스페클(speckle) 발생을 감소시키는 산광기 역할을 하는 것이 바람직하다. 광 빔(32a, b, c)은 반사 소자(38) 내의 볼록 반사 투영부(39)에 의해 반사되므로 광 컴포넌트를 투과하지 않고(예를 들어, 마이크로-렌즈 어레이(52)의 홀더(43)를 투과하지 않고), 따라서 광 빔(32a, b, c)의 회절이 발생하지 않으며 광 손실이나 기생광(parasitic light)의 양이 감소하게 된다. 또한, 광 빔(32a, b, c)이 광 컴포넌트를 투과하지 않기 때문에 결과적으로 발생하는 색수차(chromatic aberration)의 양이 감소하게 된다. 나아가, 투영 장치(30)는 광 빔(32a, b, c)을 반사시키는 데에만 사용되는 반사 소자(38)이므로 홀더부(43)나 마이크로-렌즈 어레이(52)를 필요로 하지 않고, 따라서 마이크로-렌즈 어레이(52)나 홀더(48)를 포함하지 않으면서 반사 소자(38)만을 구비하는 투영 장치를 제공함으로써 투영 장치(30)의 부품 수를 감소시키게 된다. 아울러, 반사 소자(38) 내의 볼록 반사 투영부(39)가 볼록한 형태이므로 복록 반사 투영부들 사이에 정확한 인터페이스를 제공할 필요가 없어서, 오목 마이크로-렌즈를 포함하는 마이크로-렌즈 어레이에 비해 제작하기 용이하다. 그러므로, 투영 장치(30)를 제작하기도 더욱 용이하다. 더욱이, 반사 소자(38) 내의 볼록 반사 투영부(39)가 볼록하므로, 광 빔(32a, b, c)은 집속되지 않고 확산될 것이다. 따라서, 사용자의 눈에 대한 위험도 감소한다. 마지막으로, 광 빔이 반사 소자(38)의 볼록 반사 투영부(39)에 의해 반사되므로 반사 소자(38)의 초점(focal point)은 반사 소자(38)의 볼록 반사 투영부(39) 뒤쪽에 위치하게 된다. 그러므로, 투영 장치(30)의 전체 길이가 반사 소자(38)의 초점 길이의 두 배만큼 감소하게 되어 보다 컴팩트한 투영 장치를 제공할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 투영 장치(50)의 조감도를 제공한다. 투영 장치(50)는 도 1에 도시한 투영 장치(30)와 동일한 특징부를 공유하는데, 동일한 특징부에는 동일한 참조부호가 할당되었다.
투영 장치(50)는 각각 적색, 녹색, 청색 광원(33a, b, c)으로부터 각각 출력되는 광 빔(32a, b, c)을 수신하도록 배치된 수렴 렌즈(61a, b, c)를 더 포함하는데, 이 수렴 렌즈(61a, b, c)는 광 빔(32a, b, c)을 시준하여 광원(31)으로부터 출력되는 콜리메이트 광 빔(62a, b, c)을 제공한다. 적색, 녹색, 청색 광원(33a, b, c) 및 각 수렴 렌즈(61a, b, c) 사이의 거리는 각 수렴 렌즈(61a, b, c)의 초점 거리와 동일한 것이 바람직하다.
MEMS 마이크로 미러(34)는 광원(31)으로부터 출력되는 콜리메이트 광 빔(62a, b, c)을 수신한다.
투영 장치(50)는 MEMS 마이크로 미러(34)와 반사 소자(38) 사이에 배치되는 텔레센트릭 렌즈(65)를 더 포함한다. 텔레센트릭 렌즈(65)는 콜리메이트 광 빔(61a, b, c)을 집속(focus)시키며, 또한 광 빔(62a, b, c)을 평행하게 만든다. 달리 말해서, 텔레센트릭 렌즈(65)는 콜리메이트 광 빔(62a, b, c) 각각의 주된 광선(또는 중심 광선)을 서로 평행하게 하면서 각 콜리메이트 광 빔(62a, b, c)이 반사 소자(38) 상에 집속되도록 한다. 텔레센트릭 렌즈(65)는 마이크로-렌즈 어레이(52) 상에서의 광 빔(62a, b, c)의 스팟 사이즈 면적이 반사 소자(38) 내의 볼록 반사 투영부(39) 하나의 면적 이하가 되도록 콜리메이트 광 빔(62a, b, c)을 집속한다. 스팟 사이즈 면적은 100 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.
텔레센트릭 렌즈(65)가 반드시 MEMS 마이크로 미러(34)와 반사 소자(38) 사이에 물리적으로 위치할 필요는 없으며, 텔레센트릭 렌즈(65)는 MEMS 마이크로 미러(34)로부터 반사 소자(38)로 전달되는 광 빔(62a, b, c)이 따라가는 광학적 경로 내에 있기만 하면 충분하다는 점을 이해할 것이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 투영 장치(100)의 조감도를 나타낸다. 투영 장치(100)는 도 1에 도시한 투영 장치(30)와 동일한 특징부들을 많이 포함하는데, 동일한 특징부에는 동일한 참조부호를 부여하였다.
투영 장치(100)에서 빔 합성기(81)는 전반사형(fully reflective)이 되도록 구성된다. 투영 장치(100)는 윈드쉴드(83) 상에 제공되는 반반사 반투과 표면(82)을 더 포함한다. 윈드쉴드(83)는 자동차나 모토바이크와 같은 차량의 윈드쉴드일 수 있다. 반반사 반투과 표면(82)은 전 반사 빔 합성기(81)에 의해 반사되는 광 빔(32a, b, c)을 수신하도록 구성된다. 빔 합성기(81)는 (광 빔(32a, b, c)의 소산장 침투 깊이보다 두꺼운) 금속 코팅부를 빔 합성기(81)에 제공하거나 관심 범위의 파장 내의 밴드갭을 갖는 반사성 유전체 코팅부를 빔 합성기(81)에 제공하는 것에 의해 전반사형이 된다.
윈드쉴드(83) 상의 반반사 반투과 표면(82)은 빔 합성기(81)로부터 수신하는 광 빔(32a, b, c) 일부를 반사한다. 반반사 반투과 표면(82)에 의해 반사되는 광 빔(32a, b, c)은 가상 이미지(48)를 투영하는 데 사용된다. 반반사 반투과 표면(82)을 투과하는 광 빔(32a, b, c)의 일부는 손실되어 사용되지 않는다. 반반사 반투과 표면(82)가 반사하는 광 빔은 아이박스(47)라고 지칭되는 사전정의된 영역으로 집속된다. 사용자(49)는 아이박스(47) 내에 있는 위치로부터 가상 이미지(48)를 보는 경우에만 투영된 가상 이미지(48)를 볼 수 있게 된다.
광 빔(32a, b, c)은 반사 소자(38) 내의 볼록 반사 투영부(39)에 의해 반사된 후 확산된다. 확산된 광 빔(32a, b, c) 각각은 광원뿔을 이루게 된다. 확산된 광 빔(32a, b, c) 중 적어도 일부는 반반사 반투과 표면(82)에 의해 반사된다. 아이박스(47)는 반사 소자(38) 상의 볼록 반사 투영부(39)에 의해 반사된 후 반반사 반투과 표면(82)에 의해 반사된 모든 광 빔(32a, b, c)의 광원뿔이 중첩되는 볼륨에 의해 정의된다. 아이박스(47)의 크기는 반반사 반투과 표면(82)이 전반사형 빔 합성기(81)로부터 광을 수신할 수 있는 각도 범위에 따라 달라진다. 이 각도 범위는 반반사 반투과 표면(82)의 크기, 빔 합성기(81)와 반반사 반투과 표면(82) 사이의 거리 및 가상 이미지(48)와 반반사 반투과 표면(82) 사이의 거리에 따라 달라진다. 예컨대, 대형 반반사 반투과 표면(82)은 넓은 각도 범위에 걸쳐 빔 합성기(81)로부터 광을 수신할 수 있으므로 모든 광원뿔이 중첩되는 볼륨이 클 것이고 따라서 아이박스(47)도 크겠지만, 소형 반반사 반투과 표면(82)은 좁은 각도 범위에 걸쳐 빔 함성기(81)로부터 광을 수신할 수 있으므로 모든 광원뿔이 중첩되는 볼륨이 작을 것이고 따라서 아이박스(47)도 작게 된다.
광 빔(32a, b, c)의 일부는 윈드쉴드(83) 상의 반반사 반투과 표면(82)에 의해 반사되고, 광 빔(32a, b, c)의 또 다른 일부는 윈드쉴드(83) 상의 반반사 반투과 표면(82)을 통해 투과된다. 반반사 반투과 표면(82)에 의해 반사되는 광 빔은 반시 후에 분산된 채로 남아 있는다. 가상 이미지(48)는 윈드쉴드(83)의 반반사 반투과 표면(82) 뒤에 형성된다. 반사 소자의 볼록 반사 투영부(39)에 의해 반사된 광 빔은 분산되고 빔 합성기(81) 상에 입사하여, 반반사 반투과 표면(82)으로 반사된다. 반반사 반투과 표면(82)에 의해 반사된 광 빔은 반반사 반투과 표면(82)에 의해 반사된 후 분산된 채 남아 있는다. 가상 이미지(48)는 반반사 반투과 표면(82)에 의해 반사된 분산 광 빔의 가상의 연장선들이 교차하는(이 교차는 반반사 반투과 표면(82) 뒤의 위치에서 발생할 것임) 위치에 형성된다. 반반사 반투과 표면(82)을 투과하는 광 빔은 손실되어 가상 이미지(48) 형성에 사용되지 않는다.
전술한 바와 같이, 도 1 내지 3에 도시한 투영 장치(30, 50, 100) 각각에 사용된 MEMS 마이크로 미러(34)는 하나의 진동축(7)을 따라 진동하여 일차원(즉, 수직 또는 수평 방향을 따라)으로 광 빔(32a, b, c)을 스캔하거나, 두 개의 진동축(7, 17)을 따라 진동하여 이차원(즉, 수직 및 수평 방향을 따라) 광 빔(32a, b, c)을 스캔하도록 구성될 수 있다. 또는, 이차원으로 광 빔(32a, b, c)을 스캔하기 위해, 투영 장치(30, 50, 100)에 2개의 MEMS 마이크로 미러(34)가 제공되고, 그 각각이 하나의 진동축을 따라 진동하되, MEMS 마이크로 미러(34)들이 서로 광학적으로 통신할 수 있도록 배치되고, 그들의 진동축들이 서로 직교하도록 할 수 있는데, 이 경우 MEMS 마이크로 미러 중 하나는 수직 방향으로 광 빔(32a, b, c)을 스캔하는 데 사용되고 수직 방향으로 스캔된 광 빔(32a, b, c)은 다른 MEMS 마이크로 미러에 의해 수신되며, 그 다른 MEMS 마이크로 미러가 진동하여 수평 방향으로 광 빔(32a, b, c)을 스캔함으로써 광 빔(32a, b, c)의 이차원 스캐닝을 달성할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 단일 진동축(7) 주변을 진동하도록 구성된 MEMS 마이크로 미러(34a)를 도시하고, 도 4c는 2개의 직교 진동축(7, 17) 주변을 진동하도록 구성된 MEMS 마이크로 미러(34b)를 도시한다. 투영 장치(30, 50, 100)에 사용되는 MEMS 마이크로 미러(34)는 도 4a 및 도 4b에 도시된 MEMS 마이크로 미러(34a)와 같이 구성될 수도 있고, 또는 도 4c에 도시된 MEMS 마이크로 미러(34b)와 같이 구성될 수도 있다. 투영 장치(30, 50, 100)에는 도 4a 및 도 4b에 도시된 MEMS 마이크로 미러(34a)로 각각 구성된 2개의 MEMS 마이크로 미러(34)가 제공될 수 있으며, 2개의 MEMS 마이크로 미러는 광학적 통신 상태에 있도록 배열되고 또한 그들의 진동축이 직교하고 있음이 이해될 것이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 도 4a는 MEMS 마이크로 미러(34a)의 평면도를 도시하고, 도 4b는 도 4a의 A-A'를 따른 MEMS 마이크로 미러(34a)의 단면도를 도시한다. MEMS 마이크로 미러(34a)는 제 1 지지 프레임(2)을 포함하는 것으로 도시된다. 제 1 토션 암(3a) 및 제 2 토션 암(3b)은 미러(4)를 지지 프레임(2)에 연결한다. 지지 프레임(2)은 고정(즉, 이동 불가능)되어 있다. 제 1 및 제 2 토션 암(3a, 3b)은 미러(4)에 대한 제 1 진동축(7)을 정의한다. 제 1 액츄에이션 코일(5)은 미러(4) 상에서 지지되고 미러(4)에 연결된다. 제 1 액츄에이션 코일(5)은 지지 프레임(2) 상에 위치하는 제 1 전기 콘택(9a)으로부터 제 1 토션 암(3a)을 따라서 연장하고 미러(4)의 주위를 선회하여 다시 제 1 토션 암(3a)을 따라서 연장하여 지지 프레임(2) 상에 위치하는 제 2 전기 콘택(9b)까지 연장하여 배열된다.
제 1 지지 프레임(2), 제 1 및 제 2 토션 암(3a, 3b) 및 MEMS 마이크로 미러(4)와 제 1 액츄에이션 코일(5)은 함께 MEMS 다이(10)를 정의한다. 도 4b에 도시된 바와 같이, MEMS 다이(10)는 자석(6) 상에 지지되어 제 1 액츄에이션 코일(5)이 자석(6)에 의해 형성된 자기장(B) 내에 잠긴다.
사용 중 전류(I)가 제 1 액츄에이션 코일(5)을 통과한다. 제 1 액츄에이션 코일(5)이 자석(6)에 의해 형성된 자기장(B)에 잠기게 되므로, 액츄에이션 코일(5)은 미러(4)에 작용하게 되는 라플라스 힘을 제공할 것이다. 라플라스 힘은 미러가 그 제 1 진동축(7)의 주위를 진동하도록 할 것이다. 미러(4)는 진동함에 따라 수광하는 광 빔(32a, 32b, 32c, 62a, 62b, 62c)을 반사하여 광 빔(32a, 32b, 32c, 62a, 62b, 62c)을 일차원으로 스캐닝시킨다.
도 4a에 도시된 MEMS 마이크로 미러(34a)와 각각 동일한 특징을 갖는 제 1 및 제 2 MEMS 마이크로 미러가 광학적 통신 상태로 배열되고 양쪽 미러(4)의 진동축(7)이 직교하도록 배열되면, 광 빔(32a, 32b, 32c, 62a, 62b, 62c)은 MEMS 마이크로 미러에 의해 2차원(일반적으로 수평 및 수직 방향으로) 스캐닝될 수 있다. 이와 달리, 광 빔(32a, 32b, 32c, 62a, 62b, 62c)이 2차원으로 스캐닝되도록 하기 위해 MEMS 마이크로 미러(34)의 미러(4)는 2개의 직교 진동축(7, 17)에 대해 진동하도록 구성될 수 있다. 도 4c는 2개의 직교 진동축(7, 17)에 대해 진동하도록 구성된 MEMS 마이크로 미러(34b)를 도시한다.
MEMS 마이크로 미러(34b)는 도 4a 및 도 4b에 도시된 MEMS 마이크로 미러(34a)와 많은 동일한 특징을 갖는다. 그러나, MEMS 마이크로 미러(34b)에는 지지 프레임(2)이 이동 가능하도록 구성되고, 지지 프레임(2)은 제 1 진동축(7)에 직각인 제 2 진동축(17)에 대해 진동할 수 있도록 구성된다.
MEMS 마이크로 미러(34b)는 고정부(12, 즉, 이동 불가능한 부분)를 더 포함하고, 지지 프레임(2)은 제 3 및 제 4 토션 암(13a, 13b)을 통해 고정부(12)에 연결된다. 제 3 및 제 4 토션 암(13a, 13b)은 제 2 진동축(17)을 정의한다. 제 2 액츄에이션 코일(15)은 지지 프레임(2)에 연결된다. 제 2 액츄에이션 코일(15)은 자석(6)에 의해 형성된 자기장(B)에 의해 역시 잠기게 될 것이다.
제 2 액츄에이션 코일(15)은 지지 프레임(2) 상에서 지지되고 지지 프레임(2)과 연결된다. 제 2 액츄에이션 코일(15)은 고정부(12) 상에 위치하는 제 1 전기 콘택(19a)으로부터 제 3 토션 암(13a)를 따라서 연장하고 지지 프레임(2)의 주위를 선회하여 다시 제 3 토션 암(13a)을 따라 고정부(12) 상에 위치하는 제 2 전기 콘택(19b)까지 연장한다. 제 2 액츄에이션 코일(15)은 제 4 토션 암(13b)을 따라서 연장하지 않는 점에 유의해야 한다.
또한, MEMS 마이크로 미러 장치(20)에서, 제 1 액츄에이션 코일(5)에 대한 제 1 및 제 2 전기 콘택(9a, 9b)은 고정부(12) 상에 위치하므로, 제 1 액츄에이션 코일(5)은 제 1 및 제 2 전기 콘택(9a, 9b)에 전기적으로 연결되기 위해 지지 프레임(2) 및 제 3 및 제 4 토션 암을 따라서도 연장하도록 배열된다.
사용 중에, 전류(i)는 미러(4)에 연결된 제 1 액츄에이션 코일(15)을 통해 흐른다. 제 1 액츄에이션 코일(5)이 자석(6)에 의해 형성된 자기장(B) 내로 잠기므로 제 1 액츄에이션 코일(5)은 미러(4)에 작용하게 되는 라플라스 힘을 제공할 것이다. 라플라스 힘은 미러(4)가 제 1 진동축(7)에 대해 진동하도록 할 것이다. 전류(I)는 지지 프레임(2)에 연결된 제 2 액츄에이션 코일(15)을 통해서도 흐른다. 제 2 액츄에이션 코일(15)도 자석(6)에 의해 형성된 자기장(B) 내로 잠기므로, 제 2 액츄에이션 코일(15)은 지지 프레임(2)에 작용하게 되는 라플라스 힘을 제공할 것이다. 제 2 액츄에이션 코일(15)에 의해 지지 프레임(2)에 작용되는 라플라스 힘은 지지 프레임(2)과 이 지지 프레임(2)에 토션 암(13a, 13b)을 통해 연결된 미러(4)가 제 2 진동축(17)에 대해 진동하도록 할 것이다. 따라서, 미러(4)는 제 1 및 제 2 진동축(7, 17)에 대해 진동될 것이다. 미러(4)가 제 1 및 제 2 진동축(7, 17)에 대해 진동하면서 광 빔을 반사하면, 반사된 광 빔(32a, 32b, 32c, 62a, 62b, 62c)은 2차원, 예를 들어, 수평 및 수직으로 스캐닝될 것이다.
투영 장치(30, 50, 100)에 제공되는 MEMS 마이크로 미러(34)가 도 4a 및 도 4b에 도시된 MEMS 마이크로 미러(34a)로 구성되면(즉, MEMS 마이크로 미러(34)가 단일 진동축(7)에 대해 진동하도록 구성되면), MEMS 마이크로 미러(34)에 의해 반사된 광의 초점은 MEMS 마이크로 미러(34)가 그 단일 진동축(7)에 대해 진동함에 따라 곡선(즉, 포물선)을 따라 이동할 것이다. 투영 장치(30, 50, 100)에서 광 빔(32a, 32b, 32c, 62a, 62b, 62c)은 렌즈(41a, 41b, 41c) 또는 텔레센트릭 렌즈(65)에 의해 각각 집속된다는 점을 기억해야 한다. 투영 장치(30, 50)에서 MEMS 마이크로 미러에 의해 반사된 광의 초점은 광 빔(32a, 32b, 32c)을 집속하기 위해 광원과 MEMS 마이크로 미러 사이에 배치되는 렌즈(41a, 41b, 41c)의 초점이다. 또는, 광 빔을 집속하는 텔레센트릭 렌즈(65)를 포함하는 투영 장치(100)에서 MEMS 마이크로 미러에 의해 반사된 광의 초점은 텔레센트릭 렌즈(65)의 초점이다. 그러므로, 단일 진동축(7)에 대해 MEMS 마이크로 미러(34)를 진동시키면, MEMS 마이크로 미러(34)가 단일 진동축(7)에 대해 진동함에 따라 결과적으로 렌즈(41a, 41b, 41c)의 초점 또는 텔레센트릭 렌즈(65)의 초점이 곡선(포물선)을 따라 이동하게 된다.
도 5a는 MEMS 마이크로 미러(34)가 단일 진동축(7)에 대해 진동함에 따라 MEMS 마이크로 미러(34)에 의해 반사된 광의 초점(F)이 곡선(150, 즉, 포물선(150))을 따라 이동되는 것을 도시한다. 이것은 MEMS 마이크로 미러(34)에 의해 반사된 광의 초점 길이(f)가 MEMS 마이크로 미러(34)가 단일 진동축(7)에 대해 진동함에도 일정하기 때문에 발생한다.
이와 동일하게, MEMS 마이크로 미러(34)가 도 4c에 도시된 MEMS 마이크로 미러(34b)와 같이 구성된다면(즉, MEMS 마이크로 미러(34)가 2개의 직교 진동축(7, 17)에 대해 진동하도록 구성된다면), MEMS 마이크로 미러(34)에 의해 반사된 광의 초점은 곡면을 따라 이동할 것이고, 보다 구체적으로는, MEMS 마이크로 미러(34)에 의해 반사된 광의 초점은 오목 구면 또는 오목 비구면을 따라 이동할 것이다.
도 5a를 참조하면, 초점(F)의 위치가 곡면을 따라 이동하기 때문에 반사 소자(38) 내의 볼록 반사 투영부(39)의 위치가 MEMS 마이크로 미러(34)에 의해 반사된 광의 초점(F)의 위치와 항상 대응되지는 않을 것임을 알 수 있다. 그 결과, 광 빔(32a,b,c,62a,b,c)은 반사 소자(38) 내의 볼록 반사 투영부(39)의 한 점으로 집중되지 않을 것이고, 그 결과 가상 이미지(48)의 화질을 떨어뜨릴 것이다.
도 5b 및 5c는 도 1 내지 3에 도시된 투영 장치(30,50,100)에 사용되는 반사 소자(38)에 대한 선호되는 구성을 도시한다. 도 5b는 반사 소자(38)의 제 1 구성을 도시하고, 도 5c는 반사 소자(38)의 제 2 구성을 도시한다. 도 5b 및 5c에 도시된 구성들은 반사 소자(38) 내의 볼록 반사 투영부(39)의 위치가 MEMS 마이크로 미러(34)에 의해 반사된 광의 초점의 위치와 항상 대응될 수 있도록, MEMS 마이크로 미러(34)가 진동할 때 발생하는, MEMS 마이크로 미러(34)에 의해 반사된 광의 초점(F)의 곡면을 따른 이동을 보상할 수 있다.
도 5b는 투영 장치(30,50,100)가 단일 진동축(7)에 대해 진동하는 하나의 MEMS 마이크로 미러(34)를 포함하는 경우의 반사 소자(38)의 선호된 구성을 도시한다(즉, MEMS 마이크로 미러(34)는 도 4a 및 4b에 도시된 MEMS 마이크로 미러(34a)로서 구성된다).
도 5b에 도시된 구성에서, 반사 소자(38)의 볼록 반사 투영부(39)는 곡면(120) 위에 놓이도록 배치된다. 곡면(120)은 오목한 면이다. 곡면(120)의 곡률은 MEMS 마이크로 미러(34)가 단일 진동축(7)에 대해 진동함에 따라 MEMS 마이크로 미러(34)에 의해 반사된 광의 초점(F)이 따라서 이동하는 곡선(150) (즉, 원호(150))의 곡률과 동일하다. 이와 같이, 반사 소자(38)는 MEMS 마이크로 미러(34)가 단일 진동축(7)에 대해 진동할 때 발생하는 MEMS 마이크로 미러(34)의 초점(F)의 위치의 변화를 보상할 수 있다. MEMS 마이크로 미러(34)가 단일 진동축(7)에 대해 진동함에 따라 MEMS 마이크로 미러(34)에 의해 반사된 광의 초점(F)이 따라서 이동하는 곡선(150)(즉, 원호(150))의 곡률과 동일한 곡률의 곡면(120) 위에 반사 소자(38)의 볼록 반사 투영부(39)가 놓임으로써, 반사 소자(38) 내의 볼록 반사 투영부(39)의 위치는 MEMS 마이크로 미러(34)에 의해 반사된 광의 초점(F)의 위치에 항상 대응된다. 그 결과, MEMS 마이크로 미러(34)의 진동의 전체 진폭 내내, 광 빔(32a,b,c,62a,b,c)은 반사 소자(38) 내의 볼록 반사 투영부(39) 위의 점으로 집중될 것이다. 그 결과, MEMS 마이크로 미러(34)가 진동함에 따라 MEMS 마이크로 미러(34)에 의해 반사된 광의 초점의 곡면에 따른 이동에 의해 가상 이미지(48)의 화질이 손상되지 않을 것이다.
도 5c는 투영 장치(30,50,100)가 두 개의 직교 진동축(7,17) 주변을 진동할 수 있는 MEMS 마이크로 미러(34)를 포함하는 경우, 즉, MEMS 마이크로 미러(34)가 도 4c에 도시된 MEMS 마이크로 미러(34b)로서 구성되는 경우(또는, 투영 장치(30,50,100)가 도 4a 및 4b에 도시된 MEMS 마이크로 미러(34a)로서 각각 구성된 두 개의 MEMS 마이크로 미러(34)를 포함하여, 각각이 서로 광학 통신을 하며, 두 개의 MEMS 마이크로 미러의 진동축이 직교하는 경우가 될 수도 있다)의 반사 소자(38)에 대해 선호되는 구성을 도시한다.
도 5c에 도시된 구성에서, 반사 소자(38)의 볼록 반사 투영부(39)는 구면(125), 또는, 보다 구체적으로는, 오목-구면(125) 위에 놓이도록 배치된다. 오목-구면(125)의 곡률은, MEMS 마이크로 미러(34)가 두 개의 직교 진동축(7,17) 주변을 진동함에 따라 (또는, 광학 통신을 하고 직교하는 진동축을 가지는 두 개의 MEMS 마이크로 미러가 그들의 해당 진동축 주변을 진동하는 경우가 될 수도 있다) MEMS 마이크로 미러(34)에 의해 반사된 광의 초점(F)이 따라서 이동하는 오목-구면의 곡률과 동일하다. 이와 같이, 반사 소자(38)는, MEMS 마이크로 미러(34)가 그의 두 개의 직교 진동축(7,17) 주변을 진동할 때 발생하는 MEMS 마이크로 미러(34)에 의해 반사된 광의 초점(F)의 오목-구면을 따른 이동을 보상할 수 있다. MEMS 마이크로 미러(34)가 그의 두 개의 진동축(7,17) 주변을 진동함에 따라 (또는, 광학 통신을 하고 직교하는 진동축을 가지는 두 개의 MEMS 마이크로 미러가 그들의 해당 진동축 주변을 진동하는 경우가 될 수도 있다) MEMS 마이크로 미러(34)에 의해 반사된 광의 초점(F)이 따라서 움직이는 오목-구면의 곡률과 동일한 오목-구면(125) 위에 반사 소자(38)의 볼록 반사 투영부(39)가 놓임으로써, 반사 소자(38) 내의 볼록 반사 투영부(39)의 위치는 MEMS 마이크로 미러(34)에 의해 반사된 광의 초점(F)의 위치와 항상 대응될 것이다. 따라서, 가상 이미지(48)의 화질은 MEMS 마이크로 미러(34)가 진동함에 따라 MEMS 마이크로 미러(34)의 초점(F)의 오목-구면을 따른 이동에 의해 손상되지 않을 것이다.
본 발명의 다른 실시예에서는 MEMS 마이크로 미러(34)가 진동함에 따라 MEMS 마이크로 미러(34)에 의해 반사된 광의 초점이 오목-비구면을 따라 이동할 수도 있다는 사실이 이해되어야 한다. 그러한 경우에, 반사 소자(38)의 볼록 반사 투영부(39)는 오목-비구면 위에 놓이도록 배치될 수 있다. 이 오목-비구면의 곡률은 MEMS 마이크로 미러(34)가 진동함에 따라 MEMS 마이크로 미러(34)에 의해 반사된 광의 초점(F)이 따라 움직이는 오목-비구면의 곡률과 동일하다. 그에 따라, 반사 소자(38)의 볼록 반사 투영부(39)의 위치는 MEMS 마이크로 미러(34)에 의해 반사된 광의 초점(F)의 위치와 항상 대응될 것임을 보장할 수 있다. 따라서, 가상 이미지(48)의 화질은 MEMS 마이크로 미러(34)가 진동함에 따라 MEMS 마이크로 미러(34)에 의해 반사된 광의 초점(F)의 이동에 의해 손상되지 않을 것이다. 도 6a는 도 1 내지 3에 도시된 투영 장치(30,50,100)에 사용되는 빔 합성기(45,81)을 도시한다. 도 6a로부터 빔 합성기(45,81)의 옆모습이 곡선임을 알 수 있다. 도 1 내지 3에서 이미 도시되었듯, 빔 합성기(45,81)의 오목 표면(46)은 반사 소자(38)로부터의 광 빔(32a,b,c,62a,b,c)을 수신한다.
곡선 빔 합성기(45, 81)는 곡선의 초점면(200)을 정의할 것이다(즉, 초점면(200)은 빔 합성기(45, 81)의 서로 다른 영역들의 초점에 의하여 정의되는 평면이다). 따라서, 곡선의 합성기(45, 81)는 가상 이미지(48)를 곡선의 초점면(200) 상에 포커싱한다. 그 결과로서, 가상 이미지(48)는 일그러지거나(distorted) 흐릿해진(blurred) 것처럼 보이게 된다. 빔 합성기(45, 81)는 뷰어(49)에게 편안하도록 초점면(200)의 위치를 특정하고 가상 이미지(48)의 위치 및 크기를 맞춘(adapt) 곡선의 프로파일(profile)을 가진다.
도 6b는 곡선 빔 합성기(45, 81)의 효과를 보상하기 위하여 도 1 내지 3에 도시된 투영 장치(30, 50, 100)들에 사용될 수 있는 반사 소자(38)를 위한 대안적 구성을 나타낸 도면이다.
도 6b에 나타난 반사 소자(38)를 위한 구성에 있어서, 반사 소자(38)의 볼록 반사 투영부(39)들은 볼록한 곡면(250) 상에 놓여지도록 배열(arrange)된다. 반사 소자(38)의 볼록 반사 투영부(39)들이 놓여지는 볼록한 곡면(250)의 곡률은, 빔 합성기(45, 81)의 모든 영역들의 초점(F)들이 동일한 평면 상에 놓이도록 되어 있다. 이 특정한 예에서, 반사 소자(38)의 볼록 반사 투영부(39)들이 놓여지는 볼록한 곡면(250)의 곡률은, 바람직하게는 반사 소자(38)로부터의 광 빔(32a, 32b, 32c, 62a, 62b, 62c)들을 수광(receive)하는 빔 합성기(45, 81)의 오목한 면(46)의 곡률과 동일하다. 따라서 도 6b에 나타난 반사 소자(38)를 위한 구성은 곡선 빔 합성기(45, 81)의 효과를 보상할 것이고, 그로 인하여 가상 이미지(48)가 뷰어에게 보다 선명하게(clearer) 가상 이미지(48)가 평면 상에 있는 것으로 보이도록 하는 것을 보장할 것이다.
빔 합성기(30, 50, 100)들 중 어느 하나도 헤드 업 디스플레이 프로젝션 시스템(head-up-display projection system)을 제공하는 데에 사용될 수 있음이 인식되어야 한다. 투영 장치(30, 50)들이 헤드 업 디스플레이 프로젝션 시스템을 제공하는 데에 사용되는 경우에, 빔 합성기(45)가 헤드 업 디스플레이로서 이용될 수 있다. 투영 장치(100)가 헤드 업 디스플레이 프로젝션 시스템을 제공하는 데에 사용되는 경우에, 윈드쉴드(wind shield)(83) 상에 마련되는 부분반사 반투명 면(semi-reflective semi-transparent surface(82)이 헤드 업 디스플레이로 이용될 수 있다.
청구범위에 기재된 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 발명의 실시예들에 대한 여러가지 변경 및 변형이 가능함은 당업자에게 명백하다. 가령, 도 1a-3에 나타난 투영 장치(30, 50, 100)들에 있어서 투영 장치(30)의 MEMS 마이크로 미러가 반사 소자(38)의 중심으로부터 오프셋(offset)되어 있지만, MEMS 마이크로 미러가 반사 소자(38)의 중심에 정렬(align)되어 있을 수도 있다.
추가적인 변경은 투영 장치(30, 50, 100)들 각각이 DLP/DMD(Digital Light Processing/Digital Micromirror array), LCOS(Liquid Crystal on Silicon) 및/또는 LCD(Liquid Crystal Display)와 같은 이미징 시스템(imaging system)을 포함하고, 반사 소자는 볼록 반사 투영부들이 이미징 시스템(imaging system)에 광을 지향하도록 배열될 수 있다. 이러한 경우에 이미지의 픽셀(pixel)들은 광 빔들을 이용하여 이미징 시스템(imaging system)에 의해 정의된다. 광 빔들은 진동하는 MEMS 미러(oscillating MEMS mirror)에 의하여 반사 소자 상에 스캔(scanned)되므로, 이때 결과로서 볼록 반사 투영부들에 의해 반사된 광이 디스페클되고(despeckled) 그로 인하여 제2 이미징 장치(second imaging device) 또는 어떠한 임의의 표면(surface)으로 디스페클된 광을 제공하는 조명광원(illuminating source)으로서 기능할 수 있다.
발명이 특정의 바람직한 실시예들과 관련하여 설명되었으나, 청구항에 기재된 발명이 그러한 특정 실시예에 국한되지 않음이 이해되어야 할 것이다.

Claims (22)

  1. 투영 장치로서,
    복수의 볼록 반사 투영부를 포함하는 반사 소자;
    복수의 광 빔을 수신하는 MEMS 마이크로 미러 - 상기 MEMS 마이크로 미러는 반사 소자 상에 복수의 광 빔을 스캔하기 위해 적어도 하나의 진동 축 주변을 진동(oscillate)하고, 상기 복수의 볼록 반사 투영부는 자신에게 입사하는 상기 복수의 광 빔을 반사함 - ; 및
    상기 볼록 반사 투영부에 의해 반사되는 상기 복수의 광 빔을 수신하며, 아이박스(eyebox) 안쪽으로부터 보이게 되는 가상 이미지를 형성하도록 상기 복수의 광 빔을 적어도 부분적으로 반사하는 빔 합성기를 포함하여 이루어지는,
    투영 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 광 빔을 제공하는 광원을 포함하는,
    투영 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 광 빔을 집속(focus)시키기 위해 상기 광원과 상기 MEMS 마이크로 미러 사이에 배치되는 하나 이상의 렌즈를 포함하는,
    투영 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사 소자는 상기 볼록 반사 투영부가 상기 반사 소자의 다른 구성 부분보다도 상기 MEMS 마이크로 미러에 더 근접하도록 배치되는,
    투영 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 합성기는 반반사 반투과형(semi-reflective and semi-transparent)이며, 상기 빔 합성기에 의해 반사된 상기 복수의 광 빔은 상기 아이박스 안쪽으로부터 볼 수 있는 가상 이미지를 정의하는,
    투영 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 합성기는 전반사형(fully reflective)이고, 상기 투영 장치는 상기 빔 합성기에 의해 반사된 상기 복수의 광 빔을 수신하고 가상 이미지를 정의하는 복수의 광 빔을 부분적으로 반사하는 반반사 반투과 표면을 포함하는,
    투영 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 반반사 반투과 표면은 윈드 실드(windshield) 또는 바이저(visor)인,
    투영 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 광 빔은 콜리메이트(collimated) 광 빔이며, 상기 투영 장치는, 상기 MEMS 마이크로 미러와 상기 반사 소자 사이에 위치하여 상기 콜리메이트 광 빔을 집속하는 텔레센트릭(telecentric) 렌즈를 포함하는,
    투영 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 광 빔은 상기 반사 소자 상에 스폿 사이즈를 갖도록 집속되며, 상기 스폿 사이즈의 면적은 상기 복수의 볼록 반사 투영부 중 하나의 면적 보다 작거나 같은,
    투영 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 볼록 반사 투영부는 곡면 상에 배치되는,
    투영 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 곡면은 볼록 구면(convex-spherical), 볼록 비구면(convex-aspherical), 오목 구면(concave-spherical) 또는 오목 비구면(concave-aspherical)인,
    투영 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 합성기는 곡선 프로파일(curved profile)을 갖는,
    투영 장치.
  13. 시스템으로서,
    복수의 광 빔을 제공하는 광원;
    복수의 볼록 반사 투영부를 포함하는 반사 소자;
    복수의 광 빔을 수신하는 MEMS 마이크로 미러 - 상기 MEMS 마이크로 미러는 반사 소자 상에 복수의 광 빔을 스캔하기 위해 적어도 하나의 진동 축 주변을 진동(oscillate)하고, 상기 복수의 볼록 반사 투영부는 자신에게 입사하는 상기 복수의 광 빔을 반사함 - ;
    상기 볼록 반사 투영부에 의해 반사되는 상기 복수의 광 빔을 수신하는 빔 합성기; 및
    상기 빔 합성기로부터 반사된 상기 복수의 광 빔을 수신하고, 아이박스(eyebox) 안쪽으로부터 보이게 되는 가상 이미지를 형성하도록 상기 복수의 광 빔을 적어도 부분적으로 반사하는 반투과형(semi-transparent) 투영 표면을 포함하여 이루어지는,
    시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 반투과 표면은 윈드 실드(windshield) 또는 바이저(visor)인,
    시스템.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 MEMS 마이크로 미러로부터 상기 반사 소자로 반사되는 상기 복수의 광 빔이, 상기 MEMS 마이크로 미러가 작동중이 아닐(at rest) 때 상기 반사 소자의 평면에 대해 수직이 아닌 각도로 반사 소자에 입사하도록, 상기 반사 소자가 배향되는,
    시스템.
  16. 제 13 항에 있어서,
    디지털 라이트 프로세싱(Digital Light Processing) 어레이, 디지털 마이크로 미러 어레이, 실리콘 액정(Liquid Crystal on Silicon), 또는 액정 디스플레이 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 디지털 라이트 프로세싱 어레이, 디지털 마이크로 미러 어레이, 실리콘 액정, 또는 액정 디스플레이 중 적어도 하나는 상기 반사 소자로부터의 반사된 상기 복수의 광 빔을 수신하고 상기 복수의 광 빔을 상기 빔 합성기로 반사시키는,
    시스템.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 광 빔은 상기 반사 소자 상에 스폿 사이즈를 갖도록 집속되며, 상기 스폿 사이즈의 면적은 상기 복수의 볼록 반사 투영부 중 하나의 면적 보다 작거나 같은,
    시스템.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 볼록 반사 투영부는 곡면 상에 배치되는,
    시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 곡면은 볼록 구면(convex-spherical), 볼록 비구면(convex-aspherical), 오목 구면(concave-spherical) 또는 오목 비구면(concave-aspherical)인,
    시스템.
  20. 가상 이미지 투영 방법으로서,
    반사 소자에서 복수의 광 빔을 수신하는 단계 - 상기 반사 소자는 복수의 볼록 반사 투영부를 포함함 -;
    상기 복수의 볼록 반사 투영부에서 상기 복수의 광 빔을 반사하는 단계;
    상기 복수의 볼록 반사 투영부로부터 반사된 상기 복수의 광 빔을 빔 합성기에서 수신하는 단계; 및
    아이박스(eyebox) 안쪽으로부터 보이게 되는 가상 이미지를 형성하도록 상기 복수의 광 빔을 상기 빔 합성기에서 적어도 부분적으로 반사하는 단계를 포함하여 구성되는,
    가상 이미지 투영 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 복수의 광 빔을 제공하는 단계를 포함하는,
    가상 이미지 투영 방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 빔 합성기로부터 반사된 상기 복수의 광 빔을 반투과형 투영면에서 수신하는 단계; 및
    상기 가상 이미지를 형성하기 위해 상기 복수의 광 빔을 적어도 부분적으로 상기 반투과형 투영면에서 반사시키는 단계를 포함하는,
    가상 이미지 투영 방법.
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