KR20220110771A - 상보 코팅된 부분적 반사체를 채용하는 도광 광학 소자, 및 광산란을 감소시킨 도광 광학 소자 - Google Patents

상보 코팅된 부분적 반사체를 채용하는 도광 광학 소자, 및 광산란을 감소시킨 도광 광학 소자 Download PDF

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요차이 단지거
엘라드 샤를린
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루머스 리미티드
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Abstract

투명 기판은 두 개의 평행한 면들을 갖고, 시준된 이미지 광을 내부 반사에 의해 안내한다. 내부 표면들의 제1 세트는 기판 내에 평행한 면들에 대해 경사지게 배치된다. 내부 표면들의 제2 세트는 기판 내에 내부 표면들의 제1 세트와 평행하고, 인터리빙되며, 중첩하는 관계로 배치된다. 제1 세트의 내부 표면들 각각은 입사광의 성분들의 적어도 제1 서브세트에 적어도 부분적으로 반사되도록 제1 반사 특성을 갖는 제1 코팅을 포함한다. 제2 세트의 내부 표면들 각각은 입사광의 성분들의 적어도 제2 서브세트에 적어도 부분적으로 반사되도록 제1 반사 특성에 상보적인 제2 반사 특성을 갖는 제2 코팅을 포함한다. 내부 표면들의 세트들은 제1 서브세트 및 제2 서브세트로부터의 광의 모든 성분들을 반사하도록 협력한다.

Description

상보 코팅된 부분적 반사체를 채용하는 도광 광학 소자, 및 광산란을 감소시킨 도광 광학 소자
관련 출원 교차 참조
본 출원은 2019년 12월 5일에 출원된 미국 특허 가출원 제62/943,867호에 대한 우선권을 주장하며, 이의 개시 내용 전문이 참조로 여기에 포함된다.
기술분야
본 발명은 디스플레이 시스템에 관한 것으로, 특히 디스플레이에 사용하기에 적합한 도광 광학 소자들에 관한 것이다.
가상 현실 및 증강 현실 애플리케이션들을 위한 근안 디스플레이(near-eye display; NED)와 같은 헤드업 디스플레이(head-up display; HUD)에 특히 적합한 특정 디스플레이 기술들은 일련의 내부 경사진 상호 평행한 부분적 반사 표면들을 갖는 도광 광학 소자 - 또한 "광학 도파관" 또는 "광 투과 기판"이라고도 지칭됨 - 를 채용한다. 이미지 투영기는 도파관에 광학적으로 커플링되고, 시준된 이미지에 대응하는 광을 내부 반사에 의해 도파관을 통해 전파하기 위해 도파관 내로 주입한다. 전파되는 광은 일련의 부분적 반사 표면에서의 반사에 의해 도파관 밖으로 관찰자의 눈을 향해 점진적으로 커플링되어, 이미지 투영기의 출력 애퍼처에 비해 눈에 대향하는 유효 광학 애퍼처를 확장시킨다.
부분적 반사 표면들의 반사율은 스펙트럼 범위, 편광 방향, 및 입사각을 포함하는 입사광의 다양한 파라미터들에 민감하다. 부분적 반사 표면들은 전형적으로 원하는 반사 패턴을 생성하기 위해 광학 코팅들로 코팅된다.
본 발명은 도광 광학 소자이다.
본 발명의 일 양태에 따른 특정한 바람직한 실시예들은 스펙트럼, 편광 및 각도 균일성 요건들을 동시에 만족시킬 수 있게 하는 광학 코팅 방식에 따라 코팅된 내부 부분적 반사체들을 갖는 도광 광학 소자를 제공한다. 본 발명의 이러한 양태의 다른 실시예들에서, 전술한 요건들은 원하지 않는 방향들로의 반사를 최소화하는 동시에 충족된다. 본 발명의 또 다른 양태에 따른 특정한 바람직한 실시예들은 도광 광학 소자의 외부 표면 또는 표면들의 하나 이상의 영역에 도포된 일정량의 반사 억제 물질을 갖는 도광 광학 소자를 제공하며, 이는 도광 광학 소자 내에서의 광 산란을 감소시킨다.
본 발명의 일 실시예의 교시에 따르면, 광학 디바이스가 제공된다. 본 광학 디바이스는: 주 외부 표면들에서의 내부 반사에 의해 시준된 이미지를 나타내는 광을 안내하기 위한 적어도 두 개의 평행한 주 외부 표면들을 갖는 광 투과 기판; 기판 내에 외부 표면들에 경사지게 배치된 상호 평행한 내부 표면들의 제1 세트; 및 기판 내에 내부 표면들의 제1 세트와 평행하고, 인터리빙되며, 중첩하는 관계로 배치된 상호 평행한 내부 표면들의 제2 세트를 포함하며, 제1 세트의 내부 표면들 각각의 적어도 일부는 입사광의 성분들의 적어도 제1 서브세트에 적어도 부분적으로 반사되도록 제1 반사 특성을 갖는 제1 코팅을 포함하고, 제2 세트의 내부 표면들 각각의 적어도 일부는 입사광의 성분들의 적어도 제2 서브세트에 적어도 부분적으로 반사되도록 제1 반사 특성에 상보적인 제2 반사 특성을 갖는 제2 코팅을 포함하여, 내부 표면들의 세트들이 제1 서브세트 및 제2 서브세트로부터의 광의 모든 성분들을 반사하도록 협력하게 된다.
선택적으로, 성분들의 제1 서브세트는 제1 색상에 대응하는 광을 포함하고, 성분들의 제2 서브세트는 제2 색상에 대응하는 광을 포함한다.
선택적으로, 성분들의 제1 서브세트는 제1 편광 방향을 갖는 광을 포함하고, 성분들의 제2 서브세트는 제2 편광 방향을 갖는 광을 포함한다.
선택적으로, 제1 코팅 또는 제2 코팅 중 적어도 하나는 구조적 편광체(structural polarizer)를 포함한다.
선택적으로, 제1 코팅 또는 제2 코팅 중 적어도 하나는 유전체 코팅을 포함한다.
선택적으로, 제1 코팅 또는 제2 코팅 중 적어도 하나는 금속성 코팅을 포함한다.
선택적으로, 제1 코팅은: 제1 색상에 대응하는 파장들을 갖는 광을 제1 반사 효율로 반사하고, 제2 색상에 대응하는 파장들을 갖는 광을 제2 반사 효율로 반사하며, 제3 색상에 대응하는 파장들을 갖는 광을 제1 반사 효율보다 작은 제3 반사 효율로 반사하도록 구성되고, 제2 코팅은 제1 색상에 대응하는 파장들을 갖는 광을 제3 반사 효율보다 큰 반사 효율로 반사하도록 구성되어, 제1 코팅 및 제2 코팅에 의한 제3 색상의 조합된 반사 효율이 제1 반사 효율 이상이 되도록 한다.
선택적으로, 제2 반사 효율은 제1 반사 효율보다 작고, 제2 코팅은 제2 색상에 대응하는 파장들을 갖는 광을 제2 반사 효율보다 큰 반사 효율로 반사하도록 구성되어, 제1 코팅 및 제2 코팅에 의한 제2 색상의 조합된 반사 효율이 제1 반사 효율 이상이 되도록 한다.
선택적으로, 제2 코팅은 제1 색상에 대응하는 파장들을 갖는 광을 거의 제1 반사 효율과 동일한 반사 효율로 반사하도록 구성된다.
선택적으로, 제1 코팅은: 제1 색상에 대응하는 파장들을 갖는 광을 제1 반사 효율로 반사하고, 제2 색상에 대응하는 파장들을 갖는 광을 제1 반사 효율보다 작은 제2 반사 효율로 반사하며, 제3 색상에 대응하는 파장들을 갖는 광을 제1 반사 효율보다 작은 제3 반사 효율로 반사하도록 구성되고, 제2 코팅은: 제1 색상에 대응하는 파장들을 갖는 광을 제2 반사 효율 및 제3 반사 효율보다 큰 반사 효율로 반사하고, 제2 색상에 대응하는 파장들을 갖는 광을 제2 반사 효율 및 제3 반사 효율보다 큰 반사 효율로 반사하며, 제3 색상에 대응하는 파장들을 갖는 광을 제2 반사 효율 및 제3 반사 효율보다 큰 반사 효율로 반사하도록 구성된다.
선택적으로, 제1 코팅은 미리 정해진 패턴으로 제1 세트의 내부 표면들 각각에 배열된 반사 물질의 다수의 부분들을 포함하는 패터닝된 코팅을 포함한다.
선택적으로, 반사 물질의 각 부분은 내부 표면들의 평면에서 원형 형상을 갖는다.
선택적으로, 반사 물질의 각 부분은 내부 표면들의 평면에서 타원형 형상을 갖는다.
선택적으로, 반사 물질은 유전체 물질이다.
선택적으로, 반사 물질은 금속성 물질이다.
선택적으로, 반사 물질의 부분들 사이에 형성되는 공간들은 투명하다.
선택적으로, 제2 반사 물질이 반사 물질의 부분들 사이에 형성되는 공간들에서 내부 표면들 상에 배치된다.
선택적으로, 제2 반사 물질은 유전체 물질을 포함한다.
선택적으로, 제2 반사 물질은 미리 정해진 패턴으로 내부 표면들 상에 배열된다.
선택적으로, 제1 세트의 내부 표면들 상의 부분들의 수 또는 부분들의 크기 중 적어도 하나가 기판을 통한 광의 전파의 주 방향에 대해 증가한다.
선택적으로, 반사 물질과 제1 세트의 내부 표면들의 적어도 일부 사이에 배치되는 일정량의 광 반사 억제 물질을 더 포함한다.
선택적으로, 광 반사 억제 물질은 광 흡수 물질을 포함한다.
선택적으로, 광 반사 억제 물질은 광 산란 물질을 포함한다.
선택적으로, 제1 코팅은 제1 세트의 내부 표면들 각각의 제1 부분 상에 배치되고, 제2 코팅은 제1 세트의 내부 표면들 각각의 제2 부분 상에 배치되고, 제2 코팅은 제2 세트의 내부 표면들 각각의 제1 부분 상에 배치되고, 제1 코팅은 제2 세트의 내부 표면들 각각의 제2 부분 상에 배치되고, 제1 세트의 내부 표면들의 제1 부분 및 제2 부분은 비중첩 부분들이고, 제2 세트의 내부 표면들의 제1 부분 및 제2 부분은 비중첩 부분들이다.
선택적으로, 제1 세트 및 제2 세트의 내부 표면들은 주 외부 표면들에서의 내부 반사에 의해 안내되는 광의 일부를 기판 밖으로 관찰자의 눈을 향해 반사시킨다.
선택적으로, 제1 세트 및 제2 세트의 내부 표면들은 주 외부 표면들에서의 내부 반사에 의해 안내되는 광의 일부를 기판 밖으로, 제2 광 투과 기판의 외부 표면들에서의 내부 반사에 의해 안내하기 위해 제2 광 투과 기판 내로 커플링되게 하도록 반사시킨다.
선택적으로, 기판은 기판을 통해 1차원으로 광을 안내하도록 구성된다.
선택적으로, 기판은 기판을 통해 2차원으로 광을 안내하도록 구성된다.
선택적으로, 제1 세트 또는 제2 세트 중 적어도 하나로부터의 내부 표면들 중 적어도 하나는 적어도 하나의 내부 표면과 기판 사이의 계면 영역을 규정하는 기판의 외부 표면들 중 제1 외부 표면과 연관된 단부 영역을 포함하고, 외부 표면들 중 제1 외부 표면은 계면 영역에서 외부 표면들 중 제1 외부 표면에 형성된 만입부에 위치된 일정량의 광 흡수 물질을 갖는다.
또한, 본 발명의 교시의 일 실시예에 따르면, 광학 디바이스가 제공된다. 본 광학 디바이스는: 주 외부 표면들에서의 내부 반사에 의해 시준된 이미지를 나타내는 광을 안내하기 위한 적어도 두 개의 평행한 주 외부 표면들을 갖는 광 투과 기판; 및
기판 내에 외부 표면들에 대해 경사지게 배치된 복수의 상호 평행한 내부 표면들 - 내부 표면들의 제1 서브세트의 적어도 일부는 미리 정해진 패턴으로 제1 서브세트의 내부 표면들 상에 배열된 반사 물질의 다수의 부분들을 포함하는 패터닝된 코팅을 포함하고, 패터닝된 코팅은 입사광의 성분들의 적어도 제1 서브세트에 적어도 부분적으로 반사하고, 내부 표면들의 제2 서브세트는 입사광의 성분들의 적어도 제2 서브세트에 적어도 부분적으로 반사하며, 제1 서브세트의 내부 표면들은 제2 서브세트의 내부 표면들과 중첩 관계에 있어서, 내부 표면들의 서브세트들이 제1 서브세트 및 제2 서브세트로부터의 광의 모든 성분들을 반사하도록 협력하게 됨 - 을 포함한다.
선택적으로, 반사 물질의 각 부분은 제1 서브세트의 내부 표면들의 평면에서 원형 형상을 갖는다.
선택적으로, 반사 물질의 각 부분은 제1 서브세트의 내부 표면들의 평면에서 타원형 형상을 갖는다.
선택적으로, 반사 물질은 유전체 물질이다.
선택적으로, 반사 물질은 금속성 물질이다.
선택적으로, 반사 물질의 부분들 사이에 형성되는 공간들은 투명하다.
선택적으로, 제2 반사 물질이 반사 물질의 부분들 사이에 형성되는 공간들 내에 배치된다.
선택적으로, 제2 반사 물질은 유전체 물질을 포함한다.
선택적으로, 제2 반사 물질은 미리 정해진 패턴으로 제1 서브세트의 내부 표면들 상에 배열된다.
선택적으로, 제1서브세트의 내부 표면들 상의 부분들의 수 또는 부분들의 크기 중 적어도 하나가 기판을 통한 광의 전파 방향에 대해 증가한다.
선택적으로, 반사 물질과 제1 서브세트의 내부 표면들 사이에 배치되는 일정량의 광 반사 억제 물질을 더 포함한다.
선택적으로, 광 반사 억제 물질은 광 흡수 물질을 포함한다.
선택적으로, 광 반사 억제 물질은 광 산란 물질을 포함한다.
선택적으로, 제1 서브세트의 내부 표면들은 제2 서브세트의 내부 표면들과 인터리빙된다.
선택적으로, 내부 표면들의 제1 서브세트의 표면들은 내부 표면들의 제2 서브세트의 표면들과 동일 평면상에 있다.
선택적으로, 내부 표면들은 주 외부 표면들에서의 내부 반사에 의해 안내되는 광의 일부를 광 투과 기판 밖으로 관찰자의 눈을 향해 반사시킨다.
선택적으로, 내부 표면들은 주 외부 표면들에서의 내부 반사에 의해 안내되는 광의 일부를 광 투과 기판 밖으로, 제2 광 투과 기판의 외부 표면들에서의 내부 반사에 의해 안내하기 위해 제2 광 투과 기판 내로 커플링되게 하도록 반사시킨다.
선택적으로, 기판은 기판을 통해 1차원으로 광을 안내하도록 구성된다.
선택적으로, 기판은 기판을 통해 2차원으로 광을 안내하도록 구성된다.
선택적으로, 내부 표면들 중 적어도 하나는 적어도 하나의 내부 표면과 기판 사이의 계면 영역을 규정하는 기판의 외부 표면들 중 제1 외부 표면과 연관된 단부 영역을 포함하고, 외부 표면들 중 제1 외부 표면은 계면 영역에서 외부 표면들 중 제1 외부 표면에 형성된 만입부에 위치된 일정량의 광 흡수 물질을 갖는다.
또한, 본 발명의 교시의 일 실시예에 따르면, 광학 디바이스가 제공된다. 본 광학 디바이스는: 주 외부 표면들에서의 내부 반사에 의해 광을 안내하기 위한 적어도 두 개의 평행한 주 외부 표면들을 갖는 광 투과 기판; 기판 내에 외부 표면들에 대해 경사지게 배치된 적어도 하나의 적어도 내부 표면 - 내부 표면은 내부 표면과 기판 사이의 계면 영역을 규정하는 기판의 외부 표면들 중 제1 외부 표면과 연관된 단부 영역을 가짐 -; 및 계면 영역에서 외부 표면들 중 제1 외부 표면에 형성된 만입부에 위치된 일정량의 광 흡수 물질을 포함한다.
선택적으로, 적어도 하나의 내부 표면은 복수의 상호 평행한 부분적 반사 표면들을 포함한다.
선택적으로, 적어도 하나의 내부 표면은 기판 내에서 내부 반사에 의해 안내되는 광을 기판 밖으로 커플링시키도록 구성된다.
선택적으로, 적어도 하나의 내부 표면은 기판 내에서 내부 반사에 의해 전파하기 위해 광을 기판 내로 커플링시키도록 구성된다.
선택적으로, 적어도 하나의 내부 표면은 기판 내에서 내부 반사에 의해 안내되는 광을 제2 광 투과 기판 내에서 내부 반사에 의해 전파하기 위해 제2 기판 내로 커플링시키도록 구성된다.
선택적으로, 광 흡수 물질은 흑색 흡수 도료를 포함한다.
선택적으로, 광 흡수 물질의 양은 만입부를 채우기에 충분하다.
선택적으로, 내부 표면은 내부 표면과 기판 사이의 제2 계면 영역을 규정하는 기판의 외부 표면들 중 제2 외부 표면과 연관된 제2 단부 영역을 갖고, 광학 디바이스는: 제2 계면 영역에서 외부 표면들 중 제2 외부 표면에 형성된 만입부에 위치된 일정량의 광 흡수 물질을 더 포함한다.
또한, 본 발명의 교시의 일 실시예에 따르면, 광학 디바이스를 제조하는 방법이 제공된다. 본 방법은: 주 외부 표면들에서의 내부 반사에 의해 광을 안내하기 위한 적어도 두 개의 평행한 주 외부 표면들을 갖는 광 투과 기판을 얻는 단계 - 기판은 외부 표면들 사이에 그리고 외부 표면들에 대해 경사지게 배치된 적어도 하나의 적어도 내부 표면을 가지며, 내부 표면은 내부 표면과 기판의 외부 표면들 중 제1 외부 표면 사이의 계면 영역을 규정하는 외부 표면들 중 제1 외부 표면과 연관된 단부 영역을 가짐 -; 및 계면 영역에서 외부 표면들 중 제1 외부 표면에 형성된 만입부에 일정량의 광 흡수 물질을 증착하는 단계를 포함한다.
선택적으로, 일정량의 광 흡수 물질을 증착하는 단계는 외부 표면들 중 제1 외부 표면의 실질적으로 전체에 광 흡수 물질을 도포하는 단계를 포함한다.
선택적으로, 만입부의 외측에 있는 외부 표면들 중 제1 외부 표면의 실질적으로 모든 부분들로부터 광 흡수 물질을 제거하기 위해 외부 표면들 중 제1 외부 표면을 연마하는 단계를 더 포함한다.
선택적으로, 광 투과 기판을 얻는 단계는: 스택을 형성하기 위해 코팅된 투명판들의 세트를 함께 부착하는 단계, 적어도 두 개의 평행한 주 외부 표면들 및 외부 표면들에 대해 경사진 내부 표면을 갖는 기판을 형성하기 위해 스택을 대각선으로 슬라이싱하는 단계, 및 외부 표면들을 연마하는 단계를 포함한다.
선택적으로, 외부 표면들을 연마하는 단계는 만입부가 계면 영역에서 외부 표면들 중 제1 외부 표면에 형성되게 한다.
선택적으로, 광 흡수 물질의 양은 만입부를 채우기에 충분하다.
선택적으로, 내부 표면은 내부 표면과 외부 표면들 중 제2 외부 표면 사이의 계면 영역을 규정하는 기판의 외부 표면들 중 제2 외부 표면과 연관된 제2 단부 영역을 갖고, 방법은: 내부 표면과 외부 표면들 중 제2 외부 표면 사이의 계면 영역에서 외부 표면들 중 제2 외부 표면에 형성된 만입부에 일정량의 광 흡수 물질을 증착하는 단계를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 교시의 일 실시예에 따르면, 광학 디바이스가 제공된다. 본 광학 디바이스는: 직사각형 단면을 형성하는 평행한 주 외부 표면들의 제1 쌍 및 제2 쌍을 갖는 광 투과 기판 - 기판은 주 외부 표면들에서 내부 반사에 의해 광을 안내하도록 구성됨 -; 광을 기판 밖으로 커플링시키도록 구성된, 기판의 신장 방향에 경사지게 기판 내에 배치된 적어도 하나의 내부 표면; 및 기판의 외부 영역에 형성된 흠(blemish)에 위치된 일정량의 광 흡수 물질을 포함한다.
선택적으로, 흠은 외부 표면들 중 하나에 형성된 스크래치를 포함한다.
선택적으로, 흠은 외부 표면들의 제1 쌍의 외부 표면들 중 하나와 외부 표면들의 제2 쌍의 외부 표면들 중 하나 사이에 형성된 에지에 칩을 포함한다.
선택적으로, 흠은 외부 표면들의 제1 쌍의 외부 표면들 중 하나와 외부 표면들의 제2 쌍의 외부 표면들 중 하나 사이에 형성된 코너에 칩을 포함한다.
선택적으로, 내부 표면은 내부 표면과 기판 사이의 계면 영역을 규정하는 기판의 외부 표면들 중 하나와 연관된 적어도 제1 단부 영역을 포함한다.
선택적으로, 흠은 계면 영역에 형성된 만입부를 포함한다.
선택적으로, 광 흡수 물질은 흑색 흡수 도료를 포함한다.
본 명세서에서 달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및/또는 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가진다. 본 명세서에서 설명된 것들과 유사하거나 동등한 방법들 및 소재들이 본 발명의 실시예들의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 대표적인 방법들 및/또는 소재들이 후술된다. 상충되는 경우, 정의들을 포함하는 특허 명세서가 우선할 것이다. 또한, 재료들, 방법들 및 예들은 단지 예시일 뿐이고, 반드시 제한적인 것으로 의도되지는 않는다.
본 발명의 일부　실시　예들이　본 명세서에서 단지 예로서, 첨부　도면들을　참조하여　설명된다. 구체적으로 도면들을 상세하히 참조하면, 도시된 특정 사항들은 본 발명의 실시예들에 대한 예시적인 논의를 위한 예임을 강조한다. 이와 관련하여, 도면들과 취해지는 설명은 해당 기술분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 실시예들이 어떻게 실시될 수 있는지 명백하게 만든다.
이제 같은 참조 부호들 또는 문자들이 대응하는 또는 같은 구성요소들을 나타내는 도면들에 주의를 기울인다. 도면들에서:
도 1은 상보적인 코팅 세트들을 갖는 내부 부분적 반사 표면들의 인터리빙된 세트들의 시퀀스를 통과하는 이미지 조명의 성분들의 진행을 도시하는 본 발명의 일 양태의 교시에 따라 구성되고 동작가능한 도광 광학 소자(light-guide optical element, LOE)의 개략적인 측면도이다.
도 2는 내부 부분적 반사 표면들의 일부에 사용될 수 있는 코팅의 p 편광 및 s 편광에 대한 입사각의 함수로서의 반사율 곡선들을 도시한다.
도 3은 내부 부분적 반사 표면들에 의해 상이한 반사 각도들로 반사된 이미지 조명 성분들의 개략도이다.
도 4는 조명 성분들의 일부의 더 낮은 반사를 보상하기 위해 사용될 수 있는 반사 물질의 부분들을 갖는 패터닝된 반사 코팅의 개략도이다.
도 5는 도 4와 유사하지만, 도 4의 반사 물질의 부분들의 형상과 상이한 형상의 반사 물질의 부분들을 갖는 패터닝된 반사 코팅의 개략도이다.
도 6은 단일 코팅 상에 두 개의 반사 패턴들을 갖는 코팅의 개략도이다.
도 7은 내부 부분적 반사 표면들의 일부에 사용될 수 있는 코팅에 대한 파장의 함수로서의 반사율 곡선들을 도시한다.
도 8은 도 7의 코팅을 내부 부분적 반사 표면들의 일부에 사용된 상보적인 코팅과 조합하여 사용할 때 달성되는 반사율 곡선들을 도시한다.
도 9은 내부 부분적 반사 표면들의 일부에 사용될 수 있는 또 다른 코팅에 대한 파장의 함수로서의 반사율 곡선들을 도시한다.
도 10은 도 9의 코팅을 내부 부분적 반사 표면들의 일부에 사용된 상보적인 코팅과 조합하여 사용할 때 달성되는 반사율 곡선들을 도시한다.
도 11은 내부 부분적 반사 표면들 각각에 교대로 배열된 두 개의 상보적인 코팅들을 갖는 일련의 내부 부분적 반사 표면들의 개략도이다.
도 12a 및 도 12b는 광학 애퍼처 확장을 2차원으로 수행하기 위해, 상보적인 코팅들을 가질 수 있는 부분적 반사 내부 표면들의 세트를 각각 갖는 두 개의 광학 도파관들을 갖는 광학 디바이스의 개략적인 측면도 및 정면도이다.
도 13은 광학 애퍼처 확장을 2차원으로 수행하기 위해, 상보적인 코팅들을 가질 수 있는 부분적 반사 내부 표면들의 세트를 각각 갖는 두 개의 광학 도파관들을 갖는 또 다른 광학 디바이스의 개략도이다.
도 14는 일련의 내부 부분적 반사 표면들을 갖는 LOE의 개략도로서, LOE를 통한 이미지 조명의 진행 및 내부 부분적 반사 표면들 중 하나로부터의 원하지 않는 반사를 도시한다.
도 15a는 도 4 및 도 5의 패터닝된 반사 코팅들과 유사한 패터닝된 반사 코팅으로 구현된 도 14의 내부 부분적 반사 표면들 중 하나의 개략도로서, 내부 부분적 반사 표면의 전면에 입사하는 광의 투과 및 반사를 도시한다.
도 15b는 도 15a의 부분적 반사 표면의 개략도로서, 내부 부분적 반사 표면의 배면에 입사하는 광의 투과 및 반사를 도시한다.
도 16a는 도 15a 및 도 15b의 내부 부분적 반사 표면과 유사하고, 본 발명의 양태의 교시에 따라 구성되고 동작가능하며, 패터닝된 반사 코팅의 반사 부분들과 내부 부분적 반사 표면의 전면 사이에 배치된 일정량의 반사 억제 물질을 가지며, 내부 부분적 반사성 표면의 전면에 입사하는 광의 투과 및 반사를 도시하는 내부 부분적 반사 표면의 개략도이다.
도 16b는 도 16a의 부분적 반사면의 개략도로서, 내부 부분적 반사면의 배면 상의 하나의 영역에 입사하는 광의 투과와, 반사 억제 물질에 의한 내부 부분적 반사 표면의 배면 상의 또 다른 영역에 입사되는 광의 억제를 도시한다.
도 17은 내부 부분적 반사 표면,및 내부 부분적 반사 표면과 LOE의 외면 사이의 계면 영역에 형성된 만입부 형태의 흠을 도시하는 도광 광학 소자(LOE)의 단면의 개략도이다.
도 18은 LOE를 통한 이미지 조명의 진행 및 만입부에 의해 부여되는 이미지 조명에 대한 산란 효과를 도시하는 도 17에 대응하는 개략도이다.
도 19는 도 17 및 도 18의 LOE와 유사하지만, 만입부에 도포된 일정량의 광 흡수 물질을 갖고, 광 흡수 물질에 의한 이미지 조명의 흡수를 도시하는 본 발명의 양태의 교시에 따라 구성되고 동작가능한 도광 광학 소자(LOE)의 단면의 개략도이다.
도 20은 도 12a와 유사한 측면도이지만, 광학 도파관들 중 하나의 칩형 코너 또는 에지의 형태의 흠을 도시한다.
도 21은 본 발명의 일 양태의 교시에 따른, 칩형 코너 또는 에지에 도포되는 일정량의 광 흡수 물질을 도시한 도 20에 대응하는 측면도이다.
본 발명의 실시예들은 내부 부분적 반사체들을 갖는 다양한 도광 광학 소자들을 제공하며, 이는 내부 부분적 반사체들이 상보적 코팅 방식에 따라 도포된 코팅을 갖는 도광 광학 소자들, 및 도광 광학 소자의 외부 표면 또는 표면들의 하나 이상의 영역에 도포된 반사 억제 물질을 갖는 도광 광학 소자들을 포함한다.
본 발명에 따른 다양한 도광 광학 소자들의 원리들 및 동작은 본 설명에 첨부된 도면들을 참조하면 더 잘 이해될 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 실시예를 상세히 설명하기 전에, 본 발명은 반드시 이의 적용이 이하의 설명에 제시되고/거나 도면들 및/또는 예들에 예시된 구성요소들 및/또는 방법들의 구성 및 배열의 세부사항들로 제한되는 것은 아니라는 것이 이해되어야 한다. 본 발명은 다른 실시예들이 가능하고 다양한 방식들로 실시되거나 수행될 수 있다. 처음에, 본 문서 전체에서, 예를 들어, 전후, 상하, 좌우 등과 같은 방향들이 참조된다. 이러한 방향 참조는 단지 본 발명 및 이의 실시예들을 설명하기 위한 예시일 뿐이다.
이제 도면들을 참조하여, 도 1은 본 발명의 비제한적인 실시예에 따라 구성되고 동작가능한 도광 광학 소자(LOE) - 일반적으로 10으로 표기됨- 형태의 광학 디바이스를 도시한다. LOE(10)는 평행한 면들("주요 외부 표면들" 또는 "표면들"이라고도 지칭됨)의 쌍(12, 14), 및 평행한 면들(12, 14)에 대해 비스듬한 각도로 기판 내에 배치된 복수의 평평한 부분적 반사 표면들(16a, 16b, 16c, 18a, 18b, 18c)을 갖는 투명 물질(예를 들어, 유리)로 구성된 광 투과 기판으로서 형성된다. 도시된 비제한적인 실시예에서, LOE(10)는 슬래브형 - 즉, LOE(10)의 다른 두 치수들이 평행한 면들(12, 14) 사이의 거리보다 적어도 한 자릿수 더 큰 - 도파관을 형성한다. 부분적 반사 표면들(이하, 상호 교환 가능하게 "내부 표면들", "내부 부분적 반사체들", "부분적 반사체들" 또는 "패싯들"로 지칭됨)(16a, 16b, 16c, 18a, 18b, 18c)은 내부 표면들의 두 세트들, 즉 내부 표면들(16a,16b,16c)을 갖는 제1 세트(16)와 내부 표면들(18a,18b,18c)를 갖는 제2 세트(18)로 세분된다. 설명의 단순화를 위해, 세트들(16, 18) 각각은 여기서 세 개의 내부 표면들을 갖는 것으로 예시되지만, 세트들 중 어느 하나 또는 둘 모두는 임의의 적합한 수의 내부 표면들을 가질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
바람직하지만 비제한적인 특정 실시예들에서, 두 세트들(16, 18)의 내부 표면들은 내부 표면들(16a, 16b, 16c) 중 하나 이상이 인접한 내부 표면들의 쌍(16a, 16b, 16c, 18a, 18b, 18c) 사이에 위치되도록 인터리빙되고, 그 반대도 가능하다. 바람직하게는, 내부 표면들은 인접한 내부 표면들(16a, 16b, 16c)의 각 쌍에 대해, 내부 표면들(18a, 18b, 18c) 중 단일의 내부 표면이 존재하도록 두 세트들(16, 18)의 내부 표면들 사이에서 교대하며, 그 반대도 가능하다. 이러한 교대 구성이 도 1에 도시되어 있다.
투영된 이미지(20) - 여기서 샘플 광선들(20A 및 20B)을 포함하는 조명 빔(20)으로 개략적으로 표현됨 - 가 광학 커플링-인 구성(22) - 커플링-인 반사체로서 개략적으로 표현됨 - 에 의해 LOE(10)로(즉, 기판으로) 커플링 인된다. 이를테면 적합하게 경사진 커플링 프리즘 또는 회절 광학 소자의 사용에 의해, 이미지 조명을 LOE(10)로 커플링 인하기 위한 다른 적합한 결합-인 구성들은 당업계에 주지되어 있다. 이미지 조명(20)은 LOE(10) 내에서 평행한 면들(12, 14)에서의 반복된 내부 반사에 의해 안내된다(즉, 이미지 조명(20)이 LOE 기판 내의 내부 반사에 의해 트랩된다). 바람직하지만 비제한적인 특정 구현들에서, 내부 반사에 의한 LOE(10)를 통한 전파는 내부 전반사(total internal reflection, TIR)의 형태이며, 이에 의해 평행한 면들(12, 14)에서 임계각보다 큰 각도들로 전파하는 이미지 조명(20)의 입사는 평행한 면들(12, 14)에서 조명의 반사를 야기한다. 다른 비제한적인 구현들에서, 내부 반사에 의한 LOE(10)를 통한 전파는 평행한 면들(12, 14)에 도포된 반사 코팅(예를 들어, 각도 선택적 반사 코팅)에 의해 이루어진다.
이미지 조명(20)은 일련의 내부 표면들(16a, 16b, 16c, 18a, 18b, 18c)에 도달할 때까지 LOE(10)를 통해 전파되며, 여기서 이미지 강도의 일부가 LOE(10)로부터 광선들(24A, 24B)로서 반사된다. 도 1에 도시된 실시예와 같은 특정 실시예들에서, 내부 표면들(16a, 16b, 16c, 18a, 18b, 18c)은 LOE(10)로부터의 이미지 강도의 일부를 관찰자의 눈을 향해 커플링시키기 위해 이미지 조명을 반사 광선들(24A, 24B)로서 반사한다. 논의될 바와 같이, 다른 실시예들에서, 내부 표면들(16a, 16b, 16c, 18a, 18b, 18c)은 다른 LOE의 평행한 면들 사이에서 안내하기 위해 그리고 다른 LOE 내에 배치된 내부 표면들의 세트에 의해 관찰자의 눈을 향해 커플링 아웃하기 위해 또 다른 LOE로 커플링 인되도록 이미지 조명을 반사 광선들(24A, 24B)로서 반사한다.
이미지 조명(20)은 통상적으로, 예를 들어, 상이한 편광 성분들 및 상이한 색상(즉, 스펙트럼) 성분들을 포함하여, 다수의 조명 성분들을 포함한다. 바람직하게는, 내부 표면들(16a, 16b, 16c, 18a, 18b, 18c)은 플레이트들 또는 슬래브들의 측면들 또는 표면들의 적어도 일부에 코팅들이 도포된 투명 플레이트들 또는 슬래브들로 형성된다. 코팅들은 코팅들이 조명의 성분들에 대한 원하는 반사율 패턴을 생성하기 위해 특히 대응하는 특성들을 갖는 입사광에 대해 적어도 부분적으로 반사성이도록 반사 특성들을 갖게 설계되며, 이의 세부사항들은 아래에서 상세히 설명될 것이다. 일반적으로, 내부 표면들(16a, 16b, 16c)의 적어도 일부는 이미지 조명의 특정 성분들이 내부 표면들(16a, 16b, 16c)에 의해 반사되도록 하는 반사율 특성을 갖는 코팅을 갖는다. 내부 표면들(18a, 18b, 18c)의 적어도 일부는 또한 내부 표면들(16a, 16b, 16c)에 의해 충분히 반사되지 않는 이미지 조명의 성분들이 내부 표면들(18a, 18b, 18c)에 의해 적합하고 충분하게 반사되도록 내부 표면들(16a, 16b, 16c)의 반사율 특성들에 상보적인 반사 특성을 갖는 코팅을 갖는다.
반사체들(16a, 16b, 16c, 18a, 18b, 18c)의 설계의 세부사항들을 더 상세히 설명하기 전에, 투영된 이미지 조명(20)은 시준된 이미지 - 즉, 각 픽셀이 관찰자로부터 멀리 떨어진 원거리 씬으로부터의 광과 동등한, 대응하는 각도에서 평행한 광선들의 빔으로 표현됨 - (시준된 이미지는 "무한대로 시준된" 것으로 지칭될 수 있음)임에 유의한다. 여기서 이미지(20)가 이미지의 단일 지점, 통상적으로 이미지의 중심에 대응하는 단일 광선으로서 단순화하여 표현되지만, 실제로 이미지는 중심 광선의 각 측에 대한 다양한 각도들을 포함하며, 이들이 대응하는 다양한 각도들로 기판으로 커플링 인되고, 유사하게 기판으로부터 대응하는 각도들로 커플링 아웃됨으로써, 관찰자의 눈에 대한 방향들로 도달하는 이미지의 부분들에 대응하는 시야를 생성함에 유의한다.
각 내부 표면은 내부 표면이 각각 시작하고 종단되는 곳을 규정하는 대향 단부들을 갖는다. 이들 대향 단부들은 "시단부(starting end)" 및 "종단부(stopping end)"로서 지칭된다. 내부 표면들(16a 및 18a)을 보면, 예를 들어, 내부 표면(16a)은 시단부(17a-1)와 종단부(17a-2)를 갖고, 내부 표면(18a)은 시단부(19a-1)와 종단부(19a-2)를 갖는다는 것을 알 수 있다. 바람직하게는, 내부 표면들(16a, 16b, 16c)은 내부 표면들(16b, 16c) 각각이 내부 표면들의 투영면 내에서 이전의 내부 표면들(16a, 16b)이 끝나는 곳에서 시작하도록 LOE(10) 내에 배치된다. 즉, 내부 표면(16b)의 시단부(17b-1)가 내부 표면(16a)의 종단부(17a-2)와 정렬되고, 내부 표면(16c)의 시단부(17c-1)가 내부 표면(16b)의 종단부(17b-2)와 정렬된다. 이러한 배치에서, 패싯들(16a, 16b, 16c)은 투영면 - 이는 도 1에 도시된 비제한적인 구현에서 표면들(12, 14)의 평면들에 평행한 평면임 - 내에서 연속적이고 중첩되지 않는 것으로서 나타난다. 이러한 배치는 LOE(10)를 통한 일차 광 전파 방향에서(도 1에서 수평축을 따라 좌로부터 우로 임의적으로 도시됨) 인접한 내부 표면들(16a, 16b, 16c) 사이에 갭이 없도록 함으로써, 제1 세트(16)에 의해 반사되는 광의 성분들에 대한 연속적 애퍼처 확대(즉, 애퍼처 증배)를 유지한다. 유사하게, 바람직하게는, 내부 표면들(18a, 18b, 18c)은 내부 표면들(18b, 18c) 각각이 이전의 내부 표면들(18a, 18b)이 끝나는 곳에서 시작하도록 LOE(10) 내에 배치됨을써, 제2 세트(18)에 의해 반사되는 광의 성분들에 대한 연속적 애퍼처 확대를 유지한다. 즉, 내부 표면(18b)의 시단부(19b-1)가 내부 표면(18a)의 종단부(19a-2)와 정렬되고, 내부 표면(18c)의 시단부(19c-1)가 내부 표면(18b)의 종단부(19b-2)와 정렬된다.
두 세트들(16, 18)의 내부 표면들이 인터리빙되는 실시예들에서, 두 세트들(16 및 18)은 또한, 중첩 관계에 있는 것이 바람직하며, 이에 의해 제1 세트(16)의 내부 표면들의 적어도 일부가 제2 세트(18)의 내부 표면들의 일부와 중첩되고, 그 반대도 가능하다. 특정 경우들에서, 중첩 관계는 세트들(16, 18) 중 한 세트의 적어도 하나의 내부 표면의 시단부가 세트들(16, 18) 중 다른 세트의 단일 내부 표면의 시단부와 종단부 사이에 있는 투영면 내의 위치에 위치되고, 세트들(16, 18) 중 한 세트의 내부 표면의 종단부가 세트들(16, 18) 중 다른 세트의 또 다른 단일 내부 표면의 시단부와 종단부 사이에 있는 투영면 내의 위치에 위치되도록 하는 것이다.
도 1은 두 세트들(16, 18)이 내부 표면(18a)의 시단부(19a-1)가 내부 표면(16a)의 시단부(17a-1)와 종단부(17a-2) 사이에 있는 투영면 내의 위치에 위치되고, 내부 표면(18a)의 종단부(19a-2)가 내부 표면(16b)의 시단부(17b -1)와 종단부(17b -2) 사이에 있는 투영면 내의 위치에 위치되고, 내부 표면(18b)의 시단부(19b -1)가 내부 표면(16b)의 시단부(17b -1)와 종단부(17b -2) 사이에 있는 투영면 내의 위치에 위치되고, 내부 표면(18b)의 종단부(19b -2)가 내부 표면(16b)의 시단부(17c -1)와 종단부(17c -2) 사이에 있는 투영면 내의 위치에 위치되며, 내부 표면(18c)의 시단부(19c -1)가 시단부(17c -1)와 종단부(17c -2) 사이에 있는 투영면 내의 위치에 위치되는 인터리빙 및 중첩 구성에 있는 것으로 도시한다. 마찬가지로, 내부 표면(16a)의 시단부(17a-2)는 내부 표면(18a)의 시단부(19a-1)와 종단부(19a-2) 사이에 있는 투영면 내의 위치에 위치되고, 내부 표면(16b)의 시단부(17b -1)는 내부 표면(18a)의 시단부(19a -1)와 종단부(19a -2) 사이에 있는 투영면 내의 위치에 위치되고, 내부 표면(16b)의 종단부(17b -2)는 내부 표면(18b)의 시단부(19b -1)와 종단부(19b -2) 사이에 있는 투영면 내의 위치에 위치되며, 내부 표면(16c)의 시단부(17c -1)는 내부 표면(18b)의 시단부(19b -1)와 종단부(19b -2) 사이에 있는 투영면 내의 위치에 위치되며, 내부 표면(16c)의 종단부(17c -2)는 내부 표면(18c)의 시단부(19c -1)와 종단부(19c -2) 사이에 있는 투영면 내의 위치에 위치된다.
바람직하게는, 두 세트들(16, 18)의 내부 표면들 사이의 중첩 구성은 세트들(16, 18) 중 한 세트의 내부 표면의 시단부/종단부가 세트들(16, 18) 중 다른 세트의 내부 표면의 시단부와 종단부 사이의 중간 지점에 있도록 한다. 특정 예들에서, "중첩 관계"는 세트(16)의 내부 표면 및 세트(18)의 내부 표면이 동일 평면상에 있도록 전체적으로 중첩되여, 이에 의해 세트(16)의 패싯의 시단부 및 종단부가 세트(18)의 패싯의 시단부 및 종단부와 각각 일치하는 구성들을 포함할 수 있다. 통상적인 코팅 아키텍처들을 갖는 중첩 내부 표면을 채용하는 광학 도파관들의 추가 세부사항들은 본 출원인이 공유하는 미국 특허 제10,481,319호에서 찾아볼 수 있으며, 이의 전문이 본원에 참조로 원용된다.
다음 단락들은 본 발명의 실시예에 따른 내부 표면들의 세트들(16, 18)에 대한 코팅 설계들을 설명한다. 내부 표면들(16a, 16b, 16c, 18a, 18b, 18c)은 내부 표면들(16a, 16b, 16c) 중 하나에 의해 충분히 반사되지 않는 이미지 조명의 성분들이 내부 표면들(18a, 18b, 18c) 중 하나에 의해 적합하고 충분하게 반사되도록 상보적 반사율 특성들을 갖는 코팅들을 갖는다. 특히, 그리고 아래에서 상세히 설명될 바와 같이, 내부 표면들(16a, 16b, 16c)은 이미지 조명의 성분들의 서브세트에서의 각 조명 성분에 대한 강도의 일부분을 반사하도록 구성된 코팅들을 갖고, 내부 표면들(18a, 18b, 18c)은 이미지 조명의 성분들의 또 다른 서브세트에서의 각 조명 성분에 대한 강도의 일부분을 반사하도록 구성된 코팅들을 가져, 내부 표면들의 두 세트들(16, 18)의 코팅들이 협력하여 두 서브세트들에서의 모든 조명 성분들의 강도의 조합된 부분을 반사하도록 협력하게 된다. 두 세트들(16, 18)의 코팅들에 의해 협력적으로 반사되는 강도의 조합된 부분은 두 세트들(16, 18)의 코팅들에 의해 개별적으로 반사되는 강도의 부분 이상이다.
내부 표면들이 도 1에 도시된 바와 같은 교대 구성에 따라 인터리빙될 때, 상이한 두 세트들로부터의 인접한 내부 표면들의 쌍들의 상보적인 코팅들은 두 세트들로부터의 내부 표면들이 연속적인 애퍼처 확장을 유지하기 위해 이미지 조명의 성분들 모두를 내부 표면들의 투영 평면의 부분들에 걸쳐 반사하도록 협력할 수 있게 한다.
제1 비제한적인 예의 일부로서, 조명의 상이한 스펙트럼 성분들, 예를 들어, 적색 광, 녹색 광, 및 청색 광에 대응하는 스펙트럼 성분들을 포함하는 이미지 조명(20)이 고려된다. 이러한 예에서, 내부 표면들(16a, 16b, 16c)은 적색 광(즉, 638 nm 부근의 파장들을 갖는 광)을 고효율로 반사하고, 녹색 광(즉, 532 nm 부근의 파장들을 갖는 광)을 중간 효율로 부분적으로 반사하도록 구성되지만, 청색 광(예를 들어, 456 nm 부근의 파장들을 갖는 광)을 저효율로 부분적으로 반사하도록 구성되는 제1 코팅을 포함할 수 있다. 내부 표면들(16a, 16b, 16c)에 의해 부여되는 청색 광의 저반사 효율 및 녹색 광의 고반사 효율을 보상하기 위해, 내부 표면들(18a, 18b, 18c)이 청색 광을 고효율로(내부 표면들(16a, 16b, 16c)에 의해 적색 광에 부여되는 효율과 동등하게) 반사하고, 녹색 광을 중간 효율로(내부 표면들(16a, 16b, 16c)에 의해 녹색 광에 부여되는 효율과 동등하게) 부분적으로 반사하도록 구성된 제2 코팅을 포함할 수 있다. 내부 표면들(18a, 18b, 18c)의 코팅은 또한, 적색 광을 저효율로 부분적으로 반사할 수 있다. 그 결과, 광선(24A)은 고효율의 적색 광, 중간 효율의 녹색 광, 및 저효율의 청색 광을 전달하고, 광선들(24B)은 고효율의 청색 광 및 중간 효율의 녹색 광을 전달하여, 인터리빙되고 중첩하는 두 세트들(16, 18)에 의한 반사로부터 기인하는 전체 반사 이미지는 (내부 표면들의 인터리빙으로 인해) 연속적인 애퍼처 확장을 유지하면서 세 색상들에 걸쳐 색상 차이를 거의 또는 전혀 갖지 않게 된다. 두 세트들(16, 18)의 코팅들에 의해 제거될 수 없는 임의의 나머지 색상 차이는 시준된 이미지 조명(20)을 생성하기 위해 사용되는 유색 광원들의 조정에 의해 보상될 수 있다.
또 다른 비제한적인 예에서, 두 직교하는 선형 편광 성분들, 즉 s 편광 및 p 편광 성분들을 포함하는 이미지 조명(20)이 고려된다. 여기서, 내부 표면들의 두 세트들(16, 18)은 상보적인 방식으로 직교 편광들에 대해 선택적으로 반사성인 코팅들을 포함하며, 이에 의해 세트들(16) 중 한 세트의 내부 표면들은 세트(16)의 내부 표면들 중의 표면에 대해 편광 방향들 중 하나로 편광되는 광(예를 들어, p 편광)을 주로 반사하고, 다른 세트(18)의 내부 표면들은 세트(18)의 내부 표면들 중의 표면에 대해 직교하는 편광 방향으로 편광되는 광(예를 들어, s 편광)을 주로 반사한다.
이러한 편광 선택적 반사율을 제공할 수 있는 코팅의 일 유형은 유전체 코팅이다. 도 2는 입사각(angle of incidence, AOI)에 걸친 p 편광 및 s 편광에 대한 이러한 유전체 코팅의 반사율 특성들을 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 더 낮은 범위의 AOI들, 예를 들어, 0 - 20도의 범위(즉, 내부 표면들에 수직에 가까움) 내의 AOI들에서, s 편광과 p 편광 둘 모두는 대략 동일한 효율로 반사되며, 즉, s 편광과 p 편광의 반사율은 대략 동일하다(25%를 약간 초과함). AOI가 소정의 범위에 걸쳐 증가함에 따라, 두 편광의 반사율은 떨어진다. 구체적으로, 더 높은 범위의 AOI들에서, 예를 들어, 20 - 55도 범위 내의 AOI들에서, p 편광에 대한 반사율은 s 편광의 반사율에 비해 감소된다. 예를 들어, 대략 40도의 AOI에서, s 편광에 대한 반사율은 50%를 약간 초과하는 반면(이에 의해 거의 완벽한 부분적 반사체로서 동작함), p 편광에 대한 반사율은 15% 미만이다.
관찰자에 대해 넓은 시야를 갖는 이미지를 생성하기 위해, 상이한 내부 표면들로부터 상이한 각도들이 반사된다. 도 3은 모든 내부 표면들(16a, 16b, 16c, 18a, 18b, 18c)이 도 2를 참조하여 상술된 반사 특성들을 갖는 유전체 코팅을 포함하는 LOE(10)를 도시한다. 이러한 구성에서, LOE를 통해 전파되는 이미지 조명은 s 편광 성분과 p 편광 성분 둘 모두를 갖는다. 예시로서, LOE(10)를 통해 전파되는 이미지 조명의 일부는 유전체 코팅이 대략 동일한 효율로 둘 모두의 편광을 반사하도록 더 낮은 범위 내의 AOI로 내부 표면(18c)에 충돌한다. 그 결과, 반사 광선(R18c)의 편광 성분들은 대략 동일한 강도를 갖는다. 그러나, 이미지 조명의 일부는 더 높은 범위 내의 AOI들로 내부 표면들(18a, 18b, 16b)에 충돌하여, 내부 표면들(18a, 18b, 16b)의 유전체 코팅이 주로 s 편광된 광을 반사하게 된다. 그 결과, 반사 광선들(R18a, R18b, R16b) 각각의 s 편광 성분이 우세한 성분이 된다. 특정 AOI 범위에서 감소된 p 편광 성분을 보상하기 위해, 내부 표면들(18a, 18b)은 주로 p 편광된 광을 반사하도록(또는 대략 동일한 효율로 둘 모두의 편광을 반사하도록) 재설계된다.
특정 실시예들에 따르면, p 편광된 광에 대한 원하는 반사율을 달성하기 위해, 내부 표면들(18a, 18b)은 하나의 입사 편광을 투과시키고 직교 편광을 반사체의 내재하는 축 배향에 따라 반사하는 배향 민감 편광 반사체(또는 "구조적 편광체")를 추가로 포함한다. 구조적 편광체의 하나의 비제한적인 예는 미국 미네소타 소재의 3M Company로부터 구할 수 있는 복굴절성 유전체 코팅 또는 필름이다. 구조적 편광기의 다른 비제한적인 예는 예를 들어, 미국 우타 소재의 Moxtek Inc.로부터 구할 수 있는 와이어 그리드 필름이다. 구조적 편광체의 또 다른 비제한적인 예는 박막 또는 투명 기판 상에 패턴으로 배치된 반사 물질의 다수의 부분들을 갖는 패터닝된 부분적 반사 코팅이다.
계속해서 도 1 내지 도 3을 참조하면서, 이제, 본 발명의 비제한적인 실시예들에 따른 패터닝된 반사 코팅("반사 패턴 코팅"이라고도 지칭됨)(30)의 비제한적인 예의 도해를 도시하는 도 4를 참조한다. 코팅(30)은 하나의 편광 방향으로 편광되는(예를 들어, s 편광된 또는 p 편광된) 광이 코팅(30)에 의해 주로/대부분 반사되고, 직교 편광 방향으로 편광되는(예를 들어, p 편광된 또는 s 편광된) 광이 코팅(30)에 의해 주로/대부분 투과되도록 하는 반사 특성들을 갖는다. 바람직하게는, 반사된 편광은 90% 초과의 반사("실질적으로 완전 반사"로서 지칭됨), 그리고 가장 바람직하게는 95% 초과의 반사를 나타낸다. 반대로, 투과된 편광은 90% 초과의 투과("실질적으로 완전 투과"로서 지칭됨), 그리고 가장 바람직하게는 95% 초과의 투과를 나타낸다.
코팅(30)은 이격된 관계로 배치되고 평면형 베이스 표면(32) 상에 미리 정해진 패턴으로 배열된 일정량(34)의 반사 물질(이하, "부분들"(34)로서 지칭됨)를 포함한다. 베이스 표면(32)은 반사 물질의 부분들(34) 사이와 그 주위에 형성되는 베이스 표면(32) 상의 공간들(35)이 투광성이도록 광에 대해 투광성인 것이 바람직하지만, 필수적인 것은 아니다. 특정 실시예들에서, 평면형 베이스 표면(32)은 내부 부분적 반사 표면을 형성하도록 투명 플레이트에 접합될 수 있는 박막 또는 박형 기판이다. 다른 실시예에서, 평면형 베이스 표면(32) 자체는 패싯이 형성되는 투명 플레이트이고, 반사 물질의 부분들(34)은 투명 플레이트 상에 직접 증착된다. 특정 실시예들에서, 반사 물질은 유전체 물질이다. 때때로 더 바람직한 다른 실시예들에서, 반사 물질은 은과 같은 금속성 물질이다. 반사 물질의 각 부분(34)은 하나의 편광 방향의 광이 전류의 흐름을 유도할 수 있게 하는 형상을 갖는다. 이에 따라, 전류 흐름을 유도하는 편광 방향으로 편광되는 광은 코팅(30)에 입사할 때 코팅(30)을 반사체로서 보는 반면, 직교 편광 방향으로 편광되는 광은 코팅(30)에 입사될 때 코팅(30)을 광 투과성으로서 본다.
도 4에 도시된 비제한적인 예에서, 부분들(34) 각각은 크기가 동일하고, 각각은 베이스 표면(32)의 평면에서(즉, 내부 표면의 평면에서) 대체로 원형 형상을 갖는다. 여기서, 부분들(34)은 베이스 표면(32) 상에 배열된 패턴으로 증착되는 반사 물질의 (베이스 표면(32)의 평면에서) 사실상 원형 대칭 도트(dot)들이다. 이러한 구성에서, 부분들(34)은 인접한 도트들의 각 쌍의 중심들 사이의 거리가 전체 코팅(30)에 걸쳐 일정하도록 균일하게 이격되도록 소정의 패턴으로 배열된다.
도 5는 베이스 표면(32)의 평면에서 비원형 대칭을 갖는 반사 물질의 부분들(36)이 미리 정해진 패턴으로 베이스 표면(32) 상에 배치되는 코팅(30)의 또 다른 비제한적인 예를 도시한다. 여기서, 부분들(36)은 베이스 표면(32)의 평면에서(즉, 내부 표면의 평면에서) 대체로 타원형 또는 타원형 형상(두 개의 직교 대칭축들)을 갖는다. 베이스 표면(32)의 평면에서의 부분들(36)의 배향은 우세한 반사 편광을 결정한다. 예를 들어, 도 5에 도시된 부분들(36)의 구성에서, 우세한 반사된 편광은 p 편광일 수 있는 반면, 베이스 표면(32)의 평면에서 부분들(36)을 90도씩 회전시키면 우세한 반사된 편광이 s 편광으로 스위칭될 수 있다. 여기서 원형 및 타원형 이외의 반사 물질의 다른 형상들이 고려되며, 예를 들어, 반사 물질의 부분들은 베이스 표면(32) 상에 라인들의 패턴으로 배치될 수 있다.
코팅(30)을 갖는 내부 표면들(18a, 18b)을 채용함으로써, 내부 표면들(18a, 18b)은 내부 표면(16b)에 의해 완전히 반사되지 않는 조명 성분들(이 경우, p 편광 성분들)의 서브세트를 반사할 수 있다. 즉, 더 높은 AOI 범위 내의 소정의 AOI에 대해, 내부 표면(16a)은 고반사율을 갖는 (s 편광 성분들의 형태로) 이미지 조명 성분들의 제1 서브세트를 반사하고, 저반사율을 갖는(p 편광 성분들의 형태로) 이미지 조명 성분들의 제2 서브세트를 반사한다. 동일한 소정의 AOI에 대해, 내부 표면들(18a, 18b)은 내부 표면(16b)에 의해 부여되는 저반사율을 보상하기 위해, 저반사율 성분들, 즉 고반사율을 갖는 이미지 조명 성분들의 제2 서브세트(이 경우, p 편광 성분들)를 반사한다. 그 결과, 내부 표면들(18a, 16b, 18b)은 협력하여 애퍼처 증배의 연속성을 유지하기 위해 편광 성분들 둘 모두(즉, 둘 모두의 서브세트들로부터의 성분들) 를 반사한다. 이미지 조명 성분들의 두 서브세트들은 상보적이며, 이는 두 서브 세트들로부터의 성분들의 합집합이 전파되는 이미지 조명 성분들 모두를 고려한다는 것을 의미한다. 이러한 특정 예에서, s 및 p 편광 성분들은 이미지 조명의 편광 성분들을 구성하기 때문에 상보적이다.
특정 실시예들에서, 두 개의 상이한 코팅들이 단일의 코팅을 사용하여 동일한 내부 표면 평면 상에 구현될 수 있다. 예를 들어, 유전체 코팅이 부분(34)들 사이의 공간들 내에 배치될 수 있다. 결과적으로, 부분들(34 또는 36)은 하나의 유형의 유전체 코팅 또는 금속성 코팅으로서 구현될 수 있고, 부분들(34 또는 36) 사이와 그 주위에 형성되는 베이스 표면(32) 상의 공간들(35)은 또 다른 유형의 유전체 코팅으로서 구현될 수 있다. 도 6은 제2 반사 물질의 부분들(38)이 부분들(34) 사이와 그 주위에 형성되는 베이스 표면(32) 상의 공간들(35) 내에 미리 정해진 패턴으로 증착되는 이러한 코팅(31)의 예를 개략적으로 도시한다. 도 6에 도시된 비제한적인 예에서, 부분들(34) 각각은 대체로 원형 형상인 반면, 부분들(38) 각각은 대체로 타원형 형상이다.
논의된 바와 같이, 본 발명의 실시예들의 코팅 설계들은 이미지 조명이 상이한 가시 색상 성분들을 포함하는 상황들에 동등하게 적용 가능하다. 이러한 상황들에서, 도 4 내지 도 6을 참조하여 상술된 패터닝된 반사체 코팅들의 원리들의 일부는 색상 불균일성 문제들을 해결하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 내부 표면들(16a, 16b, 16c)은 세 가지 색상들의 제1 서브세트를 적합한 반사 효율로 부분적으로 반사하는 코팅을 포함할 수 있고, 내부 표면들(18a, 18b, 18c)은 세 가지 색상들의 제2 서브세트를 적합한 효율로 부분적으로 반사하는 코팅을 포함할 수 있며, 여기서 색상들의 제2 서브세트는 내부 표면들(16a, 16b, 16c)을 통해 적합하게 반사되지 않는 색상들을 포함한다. 일반적으로, 이미지 조명의 색상 성분들의 서브세트들은 상보적이며, 이는 두 서브 세트들로부터의 성분들의 합집합이 전파되는 이미지 조명의 색상 성분들 모두를 고려한다는 것을 의미한다. 다음 단락들은 색상 균일성을 유지하기 위해 두 세트들(16, 18)의 내부 표면들의 코팅들의 설계들의 다양한 예들을 설명한다.
도입으로서, 관찰자가 균일한 이미지를 인식하도록 반사 물질의 부분들(34, 36)을 비교적 작은 패턴으로 배열하는 것이 바람직할 것이다. 특히, 반사 물질의 부분들(34, 36)을, 관찰자의 눈의 동공의 크기에 따른 기하학적 배열로, 예를 들어, 대략 2 mm의 직경(사람 눈의 동공은 통상적으로 밝은 조명 조건들에서 2 - 4 mm 범위 내의 직경을 가짐)을 갖는 원으로서 배치하는 것이 바람직할 것이다. 그러나, 작은 크기를 갖고 작은 패턴들로 배열된 반사 물질의 부분들은 입사광을 큰 각도들로 회절시키는 경향이 있으며, 이에 의해 이미지 해상도를 감소시킨다. 이에 따라, 본 발명의 비제한적인 구현들에서, 두 세트들(16, 18)의 내부 표면들은 유전체 코팅들과 조합하여 (도 4 내지 도 6을 참조하여 상술한) 반사 패턴들을 갖는 코팅들을 사용하여 구현된다.
하나의 비제한적인 예에서, 내부 표면들(16a, 16b, 16c)은 유전체 코팅을 사용하여 적색, 녹색 및 청색 광에 대해 적어도 부분적으로 반사하도록 구현되고, 내부 표면들(18a, 18b, 18c)은 코팅(30)의 반사 물질이 금속 물질(예를 들어, 은)인 패터닝된 코팅(30)을 사용하여 구현된다. 내부 표면들(16a, 16b, 16c)의 유전체 코팅은 도 7에 도시된 그래프에 따른 반사 특성들을 갖는다. 여기서, 내부 표면들(16a, 16b, 16c)의 유전체 코팅은 녹색 광(즉, 532 nm 부근의 파장들을 갖는 광)의 형태의 이미지 조명 성분들의 제1 서브세트를 상당히 고효율(대략 10% 반사율)로 반사하지만, 적색 광 및 청색 광(즉, 각각, 638 nm 및 456 nm 부근의 파장들을 갖는광)의 형태의 이미지 조명 성분들의 제2 서브세트를 녹색 광 반사율(대략 4% 반사율)보다 저효율로 반사한다. 내부 표면들(18a, 18b, 18c)의 코팅(30)은 성분들의 제2 서브세트의 저반사율을 보상하기에 충분한 효율로 성분들의 둘 모두의 서브세트들에 대해 반사성이 되도록 반사 특성들을 갖는다. 내부 표면들(16a, 16b, 16c)의 유전체 코팅과 내부 표면들(18a, 18b, 18c)의 코팅(30)의 조합에 의해 부여되는 전체 반사율이 도 8에 도시되어 있다. 추론될 수 있는 바와 같이, 코팅(30)은 이미지 조명 성분들의 제2 서브세트(즉, 적색 광 및 청색 광)를 내부 표면들(16a, 16b, 16c)의 유전체 코팅에 의해 성분들의 제2 서브세트 상에 부여되는 것보다 더 높은 효율인 적어도 대략 6%의 반사율로 반사한다. 코팅(30)은 또한 이미지 조명 성분들의 제1 서브세트(즉, 녹색 광)를 대략 4% 반사율의 반사율로 반사한다. 색상 성분들의 두 서브세트들은 두 서브세트들(제1 서브세트는 고효율 녹색 광을 갖고, 제2 서브세트는 고효율 적색 및 청색 광을 가짐)의 합집합이 이미지 조명의 색상 성분들의 셋 모두를 차지한다는 점에서 상보적이다. 그 결과, 적색 및 청색 성분들보다 녹색 성분들의 더 높은 해상도를 갖더라도, 전체 반사된 이미지는 감소된 색상 차이를 갖는다. 그러나, 사람의 눈은 이미지의 녹색 광 성분들의 해상도에 가장 민감하고, 이에 따라 녹색 색상 성분들의 더 높은 해상도를 갖는 전체 이미지는 관찰자에 의해 눈에 띄는 해상도 저하를 갖지 않는 것으로서 인지될 가능성이 있다.
대안적인 구성에서, 코팅(30)은 녹색 광에 대한 반사율보다 적색 광 및 청색 광에 대해 더 높은 반사율을 갖는 반사 물질을 사용하여 구현될 수 있다(즉, 코팅(30)은 대부분 적색 광 및 청색 광을 반사한다). 그 결과, 전체 반사된 이미지는 눈에 띄는 색상 차이가 거의 없거나 전혀 없을 것이다.
또 다른 비제한적인 예에서, 내부 표면들(16a, 16b, 16c)은 도 9에 도시된 그래프에 따른 반사 특성들을 갖는 유전체 코팅을 사용하여 구현된다. 여기서, 내부 표면들(16a, 16b, 16c)의 유전체 코팅은 녹색 광 및 적색 광의 형태의 이미지 조명 성분들의 제1 서브세트를 고효율(대략 15% 반사율)로 반사하지만, 청색 광의 형태의 이미지 조명 성분들의 제2 서브세트를 녹색 광 및 적색 광 반사율(대략 10% 반사율)보다 저효율로 반사한다. 성분들의 제2 서브세트의 저반사율을 보상하기 위해, 코팅(30)의 내부 표면들(18a, 18b, 18c)에 대해 특정 구현이 사용된다. 이러한 구현에서, 반사 물질(유전체 물질 또는 금속성 물질로서 구현됨)의 부분들은 (바람직하게는 위에서 논의된 사람의 동공 크기에 따라) 작고, 청색 광만이 코팅(30)에 의해 반사되도록 하는 반사 특성들을 갖는다. 내부 표면들(16a, 16b, 16c)의 유전체 코팅과 내부 표면들(18a, 18b, 18c)의 코팅(30)의 조합에 의해 부여되는 전체 반사율이 도 10에 도시되어 있으며, 이에 의해 전체 반사율은 가시광 스펙트럼에 걸쳐 대략 15%로 대략 일정하다. 그 결과, 회절이 없는 화이트 밸런스 이미지가 된다(청색 광은 녹색 및 적색 광보다 훨씬 적게 회절되는 경향이 있다).
도 11은 비제한적인 예에 따라 색상 균일성을 유지하기 위해 두 개의 코팅 방식들을 사용하는 또 다른 구현을 도시한다. 여기서, 내부 표면들(16a, 16b, 16c, 18a, 18b, 18c)은 교대 구성으로 배열된 각 반사체 상에 코팅들의 두 세트들을 갖지며, 여기서 각 내부 표면의 코팅에 횡측 변화가 있다. 도시된 비제한적인 예에서, 각 내부 표면은 두 비중첩 부분들, 즉 제1 부분 및 제2 부분을 갖는다. 내부 표면들(16a, 16b, 16c)의 제1 부분들(40a, 40b, 40c)은 제1 코팅(33), 예를 들어, 도 7 또는 도 9에 따른 반사 특성들을 갖는 유전체 코팅을 갖고, 내부 표면들(16a, 16b, 16c)의 제2 부분들(42a, 42b, 42c)은 제2 코팅(37), 예를 들어, 코팅(30)을 갖는다. 내부 표면들(18a, 18b, 18c)의 제1 부분들(44a, 44b, 44c)은 제2 코팅(37)을 갖고, 내부 표면들(18a, 18b, 18c)의 제2 부분들(46a, 46b, 46c)은 제1 코팅(33)을 갖는다.
도 11에 도시된 비제한적인 예에서, 코팅들(33, 37)은 연속적인 내부 표면들의 교대하는 부분들 상에 배치되어, 인접한 내부 표면들의 각 쌍(예를 들어, 내부 표면들(16a, 18a), 내부표면들(18a, 16b), 내부 표면들(16b, 18b) 등) 상의 코팅들이 이미지 조명의 서브세트들의 성분들 모두를 합당한 효율로 반사하여 색상 균일성을 유지하기 위해 협력하게 된다. 이러한 특정 구성에서, 내부 표면들의 두 세트들은 사실상 동일 평면에 있으며, 이에 의해 각 내부 표면은 코팅들(33, 37) 둘 모두를 갖는 것으로서 고려될 수 있다. 도 11은 내부 표면들 각각의 두 부분들 각각이 내부 표면 평면의 대략 절반을 구성하는 것을 도시하지만, 코팅들이 배치되는 내부 표면들의 부분들이 연속적인 내부 표면들 사이에서 교대하는 한, 다른 구성들이 가능함에 유의한다.
색상 균일성을 유지하기 위한 실시예들이 유전체 코팅들을 갖는 내부 표면들(16a, 16b, 16c)과, 코팅(30)에 따라 구현된 코팅들을 갖고, 내부 표면들(16a,16b,16c 및 18a,18b,18c)이 인터리빙되는 내부 표면들(18a, 18b, 18c)의 맬갉 내에서 설명되었지만, 예를 들어, 도 4 내지 도 6을 참조하여 상술된 바와 같이, 둘 모두 유형들의 코팅들이 단일의 내부 표면 상에 구현되는 다른 실시예들이 가능하다. 예를 들어, 내부 표면들(16a, 16b, 16c, 18a, 18b, 18c) 각각이 다음 두 개의 코팅들: 즉, 1) 제1 코팅, 예를 들어, 코팅(30), 및 2) 제2 코팅, 예를 들어, 코팅(30)의 부분(34)들 사이에 형성되는 공간 내에 배치되는 유전체를 포함할 수 있다. 제2 코팅은 도 7 또는 도 9에 따른 반사 특성들을 가질 수 있으며, 이에 의해 이미지 조명 성분들의 제1 서브세트가 이미지 조명 성분들의 제2 서브세트보다 더 높은 효율로 제2 코팅에 의해 반사된다. 이어서, 제1 코팅은 예를 들어, 도 8 및 도 10에 도시된 바와 같이, 제2 코팅에 의해 제2 서브세트 상에 부여된 낮은 반사율을 보상하는 반사 특성들을 가질 수 있어, 각 개별 내부 표면이 세 가지 색상들에 걸쳐 대략 균일한 전체 반사율을 달성하게 된다. 이러한 구성에서, 두 세트들(16, 18)은 인터리빙될 필요가 없다. 대신에, 세트들(16, 18) 둘 모두의 내부 표면들이 동일하게 코팅되므로, 두 세트들(16, 18)은 하나의 동일한 것이고, 바람직하게는 각 내부 표면이 이전의 내부 표면이 끝나는 곳에서 시작하도록 배치된다.
특정 실시예들에서, 내부 표면들의 패터닝된 반사 코팅(30)은 전체 시야에 걸쳐 균일한 강도를 제공하기 위해 내부 표면들 상의 부분들(34, 36)의 수 및/또는 부분들(34, 36)의 크기가 패싯마다 달라지도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 내부 표면들(16a, 16b, 16c)은 (상술한 바와 같이) 유전체 코팅들을 사용하여 구현될 수 있고, 내부 표면들(18a, 18b, 18c)은 패터닝된 반사 코팅(30)을 사용하여 구현될 수 있다. 광이 LOE를 통해 전파될 때, 각 연속적인 패싯에 충돌하는 광의 강도는 선행하는 패싯에 충돌하는 광의 강도보다 작다. 이는 특정 패싯에 충돌하는 광의 강도의 일부가 그 특정 패싯들에 의해 LOE로부터 반사된다는 사실에 기인한다. 광 전파 방향에서의 광 강도의 감소를 보상하기 위해, 각 패싯에 의해 부여되는 반사율은 일반적으로 선행하는 패싯에 의해서 부여되는 반사율에 비해 증가되어야 한다. 이는 예를 들어, 부분들(34, 36)의 수 및/또는 부분들(34, 36)의 크기를 증가시킴으로써 LOE를 통한 광의 주 전파 방향에 대해 제2 세트(18)의 내부 표면들 상의 코팅(30) 상의 반사 물질의 밀도를 증가시킴으로써 이루어질 수 있다. 예를 들어, 내부 표면(18a)의 코팅(30)은 제1 개수의 부분들(34, 36) 및/또는 제1 크기의 부분들(34, 36)로 구현될 수 있고, 내부 표면(18b)의 코팅(30)은 제2 개수의 부분들(34, 36) 및/또는 제2 크기의 부분들(34, 36)로 구현될 수 있으며, 내부 표면(18c)의 코팅(30)은 제3 개수의 부분들(34, 36) 및/또는 제3 크기의 부분들(34, 36)로 구현될 수 있다. 부분들의 제1 개수는 부분들의 제2 개수보다 적으며, 이는 부분들의 제3 개수보다 적고, 부분들의 제1 크기는 부분들의 제2 크기보다 작으며, 이는 부분들의 제3 크기보다 작다.
지금까지 설명된 실시예들 중 일부는 상보적인 코팅들을 갖는 두 세트들의 내부 부분적 반사체들에 관한 것이지만, 상보적인 코팅들을 갖는 두 세트 초과의 부분적 반사체들이 존재하는 다른 실시예들이 가능하다. 간단한 예로서, 제3 세트의 내부 표면들은 다른 두 세트들(16, 18)의 내부 표면들과 평행하게 배치되고, 인터리빙될 수 있다. 내부 표면들의 각 세트는 이미지 조명 성분들의 특정 서브세트를 반사하도록 구성되는 코팅을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 세트의 내부 표면들의 코팅은 주로 적색 광을 반사하도록 구성될 수 있으며, 제2 세트의 내부 표면들의 코팅은 주로 녹색 광을 반사하도록 구성될 수 있으며, 제3 세트의 내부 표면들의 코팅은 주로 청색 광을 반사하도록 구성될 수 있다. 그 결과, 세 개의 (바람직하게는 연속적인) 내부 표면들의 소정의 그룹(그룹은 세 세트들 각각으로부터의 하나의 내부 표면을 가짐)은 이미지 조명의 세 개의 성분들 모두를 반사하도록 협력할 수 있다.
상술된 코팅 및 패싯 배치 방법들은 상이한 스펙트럼 성분들 또는 상이한 편광 성분들을 갖는 이미지 조명의 비제한적인 예시적인 맥락 내에서 설명되었다. 그러나, 이미지 조명은 보통 스펙트럼 성분과 편광 성분(예를 들어, 선형으로 편광된 적색, 녹색 및 청색 광) 둘 모두를 갖는다는 것을 이해해야 한다. 더 높은 범위의 AOI들, 예를 들어, 20 - 50도로 패싯들에 충돌하는 이미지 조명의 경우, 패싯들의 세트들의 코팅들은 넓은 시야에 걸쳐 투과 균등화를 달성하기 위해 스펙트럼 및 편광 요건들 둘 모두를 만족시키도록 설계될 수 있다.
내부 표면들의 코팅 설계들 및 배치는 (본원에서 "안내(guided)-미안내(unguide)" 이미지 전파로서 지칭되는 것을 수행하여) 1차원에서 애퍼처 확장을 수행하기 위해 광이 LOE를 통해 1차원으로 안내되고, 내부 표면들(패싯들)에 의해 ("미안내" 광으로서) 커플링 아웃되는 LOE의 맥락 내에서 지금까지 설명되었지만, 본 발명의 실시예들에 따라 본원에서 설명된 코팅 설계 및 패싯 배치는 2차원에서 애퍼처 확장을 수행하기 위해 2차원에서 광을 안내하도록 협력하는 적어도 두 개의 광학 도파관들을 갖는 광학 디바이스들에 동등하게 적용가능하다. 이들 유형들의 광학 디바이스들은 본원에서 "안내-안내" 이미지 전파로서 지칭되는 것을 수행하며, 이에 의해 이미지 조명은 (1차원 또는 2차원으로) 제1 광학 도파관을 통해 안내되고, 제2 광학 도파관으로 커플링 인되도록 제1 광학 도파관 내에 배치된 패싯들의 세트에 의해 반사된다. 이어서, 이미지 조명은 (1차원으로) 제2 광학 도파관을 통해 안내되고, 관찰자에 의한 관찰을 위해 이미지 조명을 제1 광학 도파관으로부터 커플링 아웃하도록 제1 광학 도파관 내에 배치된 패싯들의 세트에 의해 반사된다. 다음의 단락들은 안내-안내 이미지 전파를 수행하는 광학 디바이스들의 예들을 제공한다.
도 12a 및 도 12b는 서로 광학적으로 커플링된 두 개의 광학 도파관들(50, 60)에 의해 안내-안내 이미지 전파를 수행하는 광학 디바이스의 개략적인 측면도 및 정면도를 각각 도시한다. 광학 도파관(50)은 "x축"에 대응하는 것으로서 임의적으로 도시된 신장 방향을 갖고, 직사각형 단면을 형성하는 평행한 면들의 두 쌍들(즉, 주 외부 표면)(52a, 52b, 54a, 54b)을 포함한다. 복수의 상호 평행한 내부 부분적 반사 표면들(즉, 패싯들)(58)은 신장 방향에 대해 비스듬한 각도로 광학 도파관(50)을 적어도 부분적으로 가로지른다. 광학 도파관(50)에 광학적으로 커플링된 광학 도파관(60)은 슬래브형 도파관을 형성하는 평행한 면들의 쌍(62a, 62b)을 갖는다. 여기서 또한, 복수의 상호 평행한 내부 부분적 반사 표면들(즉, 패싯들)(64)은 평행한 면들(62a, 62b)에 대해 비스듬한 각도로 광학 도파관(60)을 적어도 부분적으로 횡단한다. 패싯들(58)을 포함하는 평면들은 패싯들(64) 을 포함하는 평면들에 대해 경사져 있다.
광학 도파관들(50, 60) 사이의 광 커플링과, 부분적 반사 표면들(58, 64)의 배치 및 구성은 이미지가 평행한 면들의 제1 및 제2 쌍들(52a, 52b, 54a, 54b) 둘 모두에 대해 경사진 커플링 각도로 전파의 초기 방향으로 광학 도파관(50)으로 커플링 인될 때, 이미지가 광학 도파관(50)을 따라 4중 내부 반사에 의해 진행되며(즉, 2차원으로), 이미지의 강도의 일부분이 광학 도파관(50)으로부터 커플링 아웃되고 광학 도파관(60)으로 커플링 인된 후, 광학 도파관(60) 내에서 2중 내부 반사를 통해 전파되도록(즉, LOE(10)에서와 유사하게, 1차원으로) 부분적 반사 표면들(58)에서 반사되며, 이미지의 강도의 일부분이 광학 도파관(60)으로부터 관찰자의 눈에 의해 보이는 가시 이미지로서 커플링 아웃되도록 부분적 반사 표면들(64)에서 반사되도록 한다. 이러한 구성의 결과로서, 광학 도파관(50)을 통해 전파되는 광은 (광학 도파관(50)에 의해 2차원으로) 안내되고, 부분적 반사 표면들(58)에 의해 반사되는 광은 또한 (광학 도파관(60)에 의해 1차원으로) 안내된다.
본 발명의 실시예들에 따른 코팅 설계 원리들 및/또는 패싯 인터리빙 원리들은 내부 부분적 반사 표면들(58, 64)의 세트들 중 어느 하나 또는 둘 모두에 적용될 수 있다. 두 개의 광학 도파관들(50, 60)을 채용하는 이러한 광학 디바이스의 추가 세부사항들은 본 출원인이 공유하는 미국 특허 제10,133,070호에서 찾아볼 수 있으며, 이의 전문이 본원에 참조로 원용된다.
도 13은 서로 광학적으로 커플링된 두 개의 슬래브형 광학 도파관들(70, 80)에 의해 안내-안내 이미지 전파를 수행하는 광학 디바이스의 개략도를 도시한다. 광학 도파관(70)은 슬래브형 도파관을 형성하는 평행한 면들의 두 쌍들(72a, 72b, 74a, 74b)을 갖는다(도면에서, 면들(72a, 72b)이 각각 광학 도파관(70)의 전후에 있고, 면들(74a, 74b)이 각각 광학 도파관(70)의 좌우에 있다). 복수의 상호 평행한 내부 부분적 반사 표면들(즉, 패싯들)(76)은 평행한 면들(72a, 72b, 74a, 74b)에 대해 비스듬한 각도로 광학 도파관(70)을 적어도 부분적으로 횡단한다. 광학 도파관(80)은 슬래브형 도파관을 형성하는 평행한 면들의 두 쌍들(82a, 82b, 84a, 84b)을 갖는다(도면에서, 면들(82a, 82b)이 각각 광학 도파관(80)의 전후에 있고, 면들(84a, 84b)이 각각 광학 도파관(80)의 좌우에 있다). 복수의 상호 평행한 내부 부분적 반사 표면들(즉, 패싯들)(86)은 평행한 면들(82a, 82b, 84a, 84b)에 대해 비스듬한 각도로 광학 도파관(80)을 적어도 부분적으로 횡단한다. 또한, 패싯들(76)을 포함하는 평면들은 패싯들(86) 을 포함하는 평면들에 대해 경사지거나 수직이다.
도시된 비-제한적인 구현에서, 광학 도파관들(70, 80)은 광학 도파관(70)이 광학 도파관(80)의 상부에 적층되는 구성으로 함께 광학적으로 커플링된다. 그러나, 광학 도파관들(70, 80)은 (예를 들어, 면들(72b, 82a)이 서로 대면하는 관계로) 전후로 적층될 수 있다. 광학 도파관들(70, 80) 사이의 광 커플링과, 부분적 반사 표면들(76, 86)의 배치 및 구성은 이미지가 광학 도파관(70)으로 커플링 인될 때, 이미지가 광학 도파관(70) 내에서 면들(72a, 72b) 사이에서 제1 안내 방향을 따라 2중 내부 반사를 통해 진행되며, 이미지의 강도의 일부분이 광학 도파관(70)으로부터 커플링 아웃되고 광학 도파관(80)으로 커플링 인된 후, 광학 도파관(80) 내에서 면들(82a, 82b) 사이에서 (제1 안내 방향에 경사진) 제2 안내 방향을 따라 2중 내부 반사를 통해 전파되며, 이미지의 강도의 일부분이 광학 도파관(80)으로부터 관찰자의 눈에 의해 보이는 가시 이미지로서 커플링 아웃되도록 부분적 반사 표면들(86)에서 반사되도록 한다.
본 발명의 실시예들에 따른 코팅 설계 원리들 및/또는 패싯 인터리빙 원리들은 내부 부분적 반사 표면들(76, 86)의 세트들 중 어느 하나 또는 둘 모두에 적용될 수 있다. 두 개의 광학 도파관들(70, 80)을 채용하는 이러한 광학 디바이스의 추가 세부사항들은 본 출원인이 공유하는 미국 특허 제10,551,544호에서 찾아볼 수 있으며, 이의 전문이 본원에 참조로 원용된다.
여기서 개시된 반사 패턴 코팅들의 사용은 색상 균일성 및 강도 균일성을 유지하는 이점을 갖지만, 반사 패턴 코팅을 사용하면 내부 표면들로부터 원치 않은 반사를 유발할 수 있으며, 이는 고스트 이미지들을 초래할 수 있다. 내부 표면들로부터의 원치 않은 반사의 일반적인 개념은 도 14를 참조하여 설명된다. 여기서, LOE(100)는 평행한 면들(주 외부 표면들)의 쌍(102, 104)에 경사지게 배치된 세 개의 상호 평행한 부분적 반사 내부 표면들(106a, 106b, 106c)을 갖는다. 내부 표면들(106a, 106b, 106c)의 두께는 내부 표면들(106a, 106b, 106c)의 전측면들(108a, 108b, 108c) 및 후측면들(110a, 110b, 110c)을 도시하는 것의 명료성을 위해 도 14에서 확대된다. 내부 표면의 전측면 및 후측면은 일반적으로 대향하는 측면들이며, 전측면은 원하는 반사 패턴에 따라 전파 이미지 조명의 반사를 가능하게 하는 반사 특성들을 갖는 코팅들(도 1 내지 도 11을 참조하여 설명됨)으로 코팅된 내부 표면의 측면이다.
광선(108)으로 개략적으로 표현되는 이미지 조명(108)은 커플링-인 반사체(110)(또는 임의의 다른 적합한 광학 커플링-인 구성, 예를 들어, 커플링 프리즘 등)에 의해 LOE(100)로 커플링 인된다. 이미지 조명(108)은 LOE(100)로부터 광선들(116a - 116d)로서, 이미지 강도의 일부가 내부 표면들(106a, 106b, 106c)의 전측면들(108a, 108b, 108c)에서 반사되는 일련의 내부 표면들(106a, 106b, 106c)에 도달할 때까지, 표면들(102, 104)에서의 반복된 내부 반사에 의해(내부 전반사에 의해 또는 면들에 도포된 각도 선택적 반사 코팅으로 인해) LOE(100)를 통해 전파된다. 광선(118)으로 개략적으로 표현되는 전파 이미지 조명(118)을 보면, 광선(118)의 강도의 일부는 내부 표면(106a)에 의해 (광선(120)으로서) 투과되며, 그 후에 광선(120)은 표면(102)에서 반사되고, 이어서 강도의 일부분이 내부 표면(106a)의 전측면(108a)에서 반사되어, LOE(100)로부터 광선(116b)으로서 반사된다(나머지 강도는 내부 표면(106a)에 의해 투과되어, 광은 LOE(100)를 통해 계속 전파된다)는 것을 알 수 있다. 그러나, 광선(118)의 강도의 일부는 내부 표면(106a)의 후측면(110a)에서 원치 않은 반사를 겪어, 반사 광선(122)을 초래한다. 반사 광선(122)은 특정 환경들에서, 면들(102, 104)에서 내부 반사를 겪어 - 면(102)에서의 반사에 의해 예시됨 -, 반사 광선(124)을 생성할 수 있다. 반사 광선(124)은 내부 표면(106b)의 전측면(108b)에서 반사되어, LOE(100)로부터 고스트 광선((126)으로서 반사된다.
도 15a 및 도 15b는 반사 패턴 코팅(30)이 내부 표면의 전측면에서의 원하는 반사 및 내부 표면의 후면측에서의 원치 않은 반사 둘 모두를 어떻게 가능하게 하는지를 도시한다. 도 15a 및 도 15b는 축척대로 그려지지 않았고, 내부 표면의 치수들 및 반사 패턴 코팅(30)의 구성요소들 중 일부는 설명의 명료성을 위해 확대되어 있다는 점에 유의한다.
먼저, 도 15a를 보면, 임의적인 내부 표면(130)(예를 들어, 세트(18)의 내부 표면들 중 하나일 수 있음)이,내부 표면(130)의 전측면(132)에 충돌하는 전파 이미지 조명(140)을 어떻게 취급하는지가 도시되어 있다. 내부 표면(130)은 내부 표면(130)의 전측면(132) 상에 증착된 반사 패턴 코팅(30)을 갖는다. 특히, 평면형 베이스 표면(32)은 부분들(34)이 전측면(132) 상에 원하는 패턴으로 배열되도록 전측면(132) 상에 증착된다. 대안적으로, 부분들(34)은 평면형 베이스 표면(32) 없이 배열된 패턴으로 전측면(132) 상에 직접 증착될 수 있다. 광선들(140A 및 140B)로 개략적으로 표현되는 전파 이미지 조명(140)은 내부 표면(130)의 전측면(132)의 상이한 영역들에 충돌한다. 이 경우에, 전파 이미지 조명(140)은 LOE의 하부 면(예를 들어, 도 14의 면(102) 또는 도 1의 면(12))에서 반사를 겪은 이미지 조명이다. 광선(140A)으로 표현되는 전파 이미지 조명의 일부는 반사 물질을 갖는 내부 표면(130)의 영역에 충돌하여, 반사 광선(142)으로서 반사 물질의 부분들(34) 중 하나에 의해 (LOE로부터) 반사된다. 광선(140B)으로 표현되는 전파 이미지 조명의 일부는 반사 물질의 부분들(34) 사이에 공간들(35)을 갖는 내부 표면(130)의 영역에 충돌하고, 내부 표면(130)에 의해 광선(142)으로서 투과된다(즉, 광선(140B)은 공간들(35)이 투명함으로 인해, 광선(142)으로서 전측면(132)으로부터 후측면(134)으로 내부 표면(130)을 통과한다). 이 광선(140B)은 LOE를 통해 계속 전파되고/거나, LOE의 면들에서 반사되고/거나, 후속 내부 표면들에 의해 반사된다. 그 결과, 이미지 조명(140A)의 일부가 내부 표면(130)에 의해 LOE로부터 반사되고, 이미지 조명의 일부(140B)는 내부 표면(130)에 의해 투과된다.
이제 도 15b를 참조하면, 내부 표면(130)의 후측면(134)에 충돌하는 광선들(118A 및 118B)로 개략적으로 표현되는 전파 이미지 조명(118)을 내부 표면(130)이 어떻게 취급하는지가 도시되어 있다. 이 경우에, 전파 이미지 조명은 LOE의 상부 면(예를 들어, 도 14의 면(104) 또는 도 1의 면(14))에서 반사를 겪은 이미지 조명이다. 광선(118A)으로 표현되는 전파 이미지 조명의 일부는 반사 물질의 부분들(34) 사이에 공간들(35)을 갖는 내부 표면(130)의 영역에 충돌하고, 이에 따라 내부 표면(130)에 의해 광선(120)으로서 투과된다(즉, 광선(118A)은 공간들(35)이 투명함으로 인해, 후측면(134)으로부터 전측면(132)으로 내부 표면(130)을 통과한다). 광선(118B)으로 표현되는 전파 이미지 조명의 일부는 내부 표면(130)의 후측면(134)을 통과하고, 반사 물질을 갖는 내부 표면(130)의 영역에 충돌하여, 반사 물질의 부분들(34) 중 하나에 의해 반사 광선(122)으로서 반사된다. 이 광선(122)은 상술한 바와 같이, LOE의 면들에서 추가적인 반사를 겪을 수 있고, 최종적으로는 내부 표면들 중 하나의 전측면에서 반사되어, LOE로부터 고스트 광선으로서 반사될 수 있다.
이러한 원치 않은 반사를 방지하기 위해, 본 발명의 실시예는 반사 물질의 부분들과 내부 표면들의 전측면 사이에 도포된 반사 억제 물질의 코팅을 제공한다. 도 16a 및 도 16b는 반사 억제 물질 및 이의 전파 이미지 조명에 대한 효과를 도시한다. 도 15a 및 15b에서와 유사하게, 도 16a 및 16b는 설명의 명료성을 위해 축척대로 그려지지 않았다.
먼저 도 16a를 보면, 반사 억제 물질의 코팅 - 부분들(150)로 표기됨 - 이 반사 물질의 부분들(34)과 내부 표면(130)의 전측면(132) 사이에 배치된다. 코팅(30)이 평면형 베이스 표면(32)(예를 들어, 박막)을 사용하여 구현된다면, 부분들(150)은 표면(32) 상에 직접 증착될 수 있고, 그 후 부분들(34)은 부분들(150) 상에 증착될 수 있다. 바람직하게는 반사 억제 물질의 부분들은 부분들(34 및 150)의 크기, 형상 및 수가 동일하도록, 반사 물질의 부분들과 동일한 패턴 구성으로 배열된다. 도 16a에서 알 수 있는 바와 같이, 반사 억제 물질은 내부 표면(130)의 전측면(132)에 입사하는 전파 이미지 조명에 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않는다. 도 15a를 참조하여 상술한 바와 유사하게, 광선(140A)으로 표현되는 전파 이미지 조명의 일부는 반사 물질을 갖는 내부 표면(130)의 영역에 충돌하여, 반사 광선(142)으로서 반사 물질의 부분들(34) 중 하나에 의해 반사된다. 광선(140B)으로 표현되는 전파 이미지 조명의 일부는 반사 물질의 부분들(34) 사이에 공간들(35)을 갖는 내부 표면(130)의 영역에 충돌하고, 내부 표면(130)에 의해 광선(142)으로서 투과된다.
이제, 도 16b를 참조하면, 반사 억제 물질을 갖는 내부 표면(130)이 내부 표면(130)의 후측면(134)에 충돌하는 전파 이미지 조명(118)을 어떻게 취급하는지가 도시되어 있다. 도 15b를 참조하여 상술한 바와 유사하게, 광선(118A)으로 표현되는 전파 이미지 조명의 일부는 반사 물질의 부분들(34) 사이에 공간들(35)을 갖는 내부 표면(130)의 영역에 충돌하고, 이에 따라 내부 표면(130)에 의해 광선(120)으로서 투과된다. 그러나, 도 15b에 도시된 구성과는 달리, 광선(118B)에 의해 표현되는 전파 이미지 조명의 일부는 내부 표면(130)의 후측면(134)을 통과하고, 반사 억제 물질의 부분(150)을 갖는 내부 표면(130)의 영역에 충돌한다. 반사 억제 물질은 광선(118B)의 후측면 반사를 방지하고, 이에 따라 전파 이미지 조명의 원치 않은 반사가 발생하지 않는다.
반사 억제 물질은 다양한 방식들로 구현될 수 있다. 하나의 비제한적인 예에서, 반사 억제 물질은 입사광을 흡수하는 일정량의 흑색 흡수 도료로서 구현된다. 또 다른 비제한적인 예에서, 반사 억제 물질은 입사광의 강도보다 수 자릿수 작은 크기의 강도로 입사광을 다수의 방향들로 산란시키는 일정량의 광 산란 물질(예를 들어, 확산 물질)로서 구현된다. 결과적으로, LOE를 통해 계속 전파하고 후속 내부 표면에 의해 반사되는 임의의 산란된 광은 일반적으로 관측자에게 눈에 띄기에 너무 낮은 강도를 가질 것이다.
바람직하게는, 반사 억제 물질은 LOE의 제조 동안 내부 표면들의 전측과 반사 물질 사이에 증착된다. 바람직하게는, 매립된 내부 표면들을 갖는 LOE는 계면들에 적합한 코팅들과 함께 본딩된 투명 플레이트들(예를 들어, 유리 플레이트들)의 스택을 형성함으로써 구성된다. 본딩은 통상적으로 광학 시멘트를 사용하여 수행된다. 코팅들은 모두 상술한 바와 같이, 패터닝된 반사 코팅들 및/또는 유전체 코팅들을 포함할 수 있다. 코팅들은 박막들 또는 박형 기판들(예를 들어, 베이스 표면(32)) 상의 층들로 형성될 수 있으며, 이들은 플레이트들을 함께 본딩시키기 전에 투명 플레이트들 사이의 계면들에 도포된다. 대안적으로, 코팅들은 투명 플레이트들이 베이스 표면(32)으로서 작용하도록, 플레이트들을 함께 본딩시키기 전에 투명 플레이트들 상에 직접 형성될 수 있다. 고스트 이미지들을 감소시키기 위해 반사 억제 물질을 채용할 때, 반사 억제 물질의 층은 (투명 플레이트들 상에 직접 또는 박막 또는 박형 기판 상에) 패턴으로 형성될 수 있으며, 그 후 패턴 반사 물질의 층들이 반사 억제 물질 상에 형성됨으로써, 반사 억제 물질이 투명판과 반사 물질 사이에 개재된다.
투명 플레이트들의 스택이 계면들에서 적절한 코팅들(그리고 바람직하게는 반사 억제 물질)로 함께 본딩되면, 스택은 평행한 주 외부 표면들(즉, 면들) 사이에 매립된 부분적으로 반사적인 내부 표면들을 갖는 LOE를 형성하기에 적절한 각도(내부 표면들이 배치될 원하는 경사각에 대응함)로 절단(예를 들어, 슬라이싱)된다. 적절한 각도로의 슬라이싱은 "대각선 절단" 또는 "대각선 슬라이싱"으로서 지칭된다. 그 후, LOE의 주 외부 표면들은 연마되어 주 외부 표면들에서의 광학 품질을 증가시킨다. LOE가 광학 커플링-인 구성으로서 커플링-인 반사체를 사용하는 실시예들에서, 임베딩된 커플링-인 반사체를 갖는 기판을 생성하기 위해 유사한 단계들이 수행될 수 있다.
연마 공정이 LOE의 평행한 면들에서 광학 품질을 증가시키는 원하는 효과를 갖지만, 연마 공정은 특정 사례들에서, LOE 출력에서 광학 성능 및 이미지 품질에 부정적 영향을 미칠 수 있는 LOE 기판과 내부 표면 사이의 계면 영역들에 흠들을 생성할 수 있다. 연마 공정에 의해 야기될 수 있는 흠의 일 유형은 기판의 내부 표면과 평행한 면들 사이의 계면 영역에서 LOE의 평행한 면들 중 하나 또는 둘 모두에서의 만입부이다. 이러한 흠은 도 17에 개략적으로 도시되어 있으며(축척대로 그려지지 않음), 이는 평행한 면들(202, 204)을 가지며 내부 부분적 반사 표면(206)은 면들(202, 204)에 대해 경사지게 배치된 LOE(200)의 섹션을 도시한다. 도면에 도시되지는 않았지만, 추가적인 내부 부분적 반사 표면이 LOE(200) 내에 내부 표면(206)에 평행하게 배치된다.
내부 표면(206)은 면들(202, 204)과 각각 연관된 대응하는 단부 영역들(210a, 210b)에서의 두 개의 대향하는 단부들(208a, 208b)(즉, 시단부 및 종단부)을 포함한다. 면들(202, 204) 및 각 단부 영역들(210a, 210b)(그리고 특히 각 단부들(208a, 208b)) 은 내부 표면(206)과 LOE 기판 사이의 계면 영역들(212a, 212b)(점선 원들로 표기됨)을 규정한다. 만입부(214)는 예를 들어, 연마 공정의 결과로서, 대응하는 계면 영역들(212a)에서 면들(202) 중 하나에 형성된다(그러나, 둘 모두의 면들에, 즉 둘 모두의 계면 영역들(212a, 212b)에 형성될 수도 있다). 만입부(214)는 일반적으로 LOE의 면 내의 덴트(dent), 함몰부(depression), 피트(pit), 공동(cavity), 또는 크레비스(crevice)로서 형성되며, 이는 면(202)의 일부분(작은 부분일지라도)이 내부 표면들이 배치되는 LOE(200)의 내부 섹션 내로 내측으로 돌출되게 한다. 돌출 부분(즉, 돌출부)는 일반적으로 도 17에서 216으로 표기된다.
통상적으로, 만입부(214)는 계면 영역들(212a, 212b)에 연마 동안 인가된 압력으로 인해 연마 공정의 결과로서 형성되며, 이는 면들(202, 204)의 나머지 부분들에 비해 감소된 구조적 무결성을 가질 수 있다. 연마 이외의 다른 소스들은 만입부(214)의 형성, 예를 들어, LOE의 잘못된 취급(예를 들어, 적하)을 야기할 수 있다.
만입부(214)의 결과로서, 계면 영역(212a)에서 또는 그 근처에서 전파되는 이미지 조명은 돌출부(216)에 의해 산란을 겪을 수 있다. 이는 도 18에 개략적으로 도시되어 있으며, 여기서 이미지 조명(218)(개략적으로 광선(218)으로 표현됨)은 내부 표면(206)에 의해 투과되고, 면(204)에서 내부 반사를 겪어 (또한 이미지 조명의 일부인) 반사 광선(220)을 생성한다. 광선(220)은 돌출부(216)에서 또는 돌출부 부근에서 면(202)에 입사하여 돌출부(216)에 충돌하여, 입사 광선(220)이 산란된 광선들(222a-222c)로 개략적으로 표현되는 돌출부(216)에 의해 다수의 방향들로 반사(즉, 산란)되게 한다. 광선들은 돌출부(216)의 가변 표면 프로파일로 인해 다양한 방향들로 산란된다. 이들 산란된 광선들(222a-222b)은 원치 않은 반사이고, LOE(200)를 통해 전파되어 원치 않은 각도로 후속 내부 표면들 중 하나에 의해 반사되어, 도 15b를 참조하여 상술한 광선(122)과 유사하게, 관찰자의 눈에 고스트 이미지를 초래할 수 있다.
이제 도 19를 참조하면, 만입부(214)를 포함하는 면(202)의 일부분을 광 흡수 물질로 코팅함으로써 만입부(214)에 의해 야기되는 산란 효과들을 방지하기 위한 방법이 도시되어 있다. 특히, 일정량의 광 흡수 물질(224)이 만입부(214)를 포함하는 면(202)의 부분 상에 증착된다. 바람직하게는, 만입부(214) 내에 위치되는 광 흡수 물질(224)의 양은 적어도 면(202)의 흠이 없는 부분들의 수준까지 만입부(214)를 채우기에 충분하다. 하나의 비제한적인 예에서, 광 흡수 물질(224)은 만입부(214)를 채우기에 충분한 양으로 면(202)에 도포되는 흑색 흡수 도료로서 구현된다. 그 후, 바람직하게는, 면(202)은 만입부(214) 내에 위치된 광 흡수 물질만이 남고, 만입부(224) 내의 광 흡수 물질(224)의 수준이 면(202)의 흠이 없는 부분들과 같은 높이가 되도록, 임의의 과잉 광 흡수 물질을 면(202)으로부터 제거하도록 연마된다.
전파 이미지 조명에 대한 광 흡수 물질(224)의 효과는 또한 도 19에 도시되어 있다. 도 18을 참조하여 상술한 바와 유사하게, 광선(218)은 내부 표면(206)에 의해 투과되고, 반사 면(204)에서 내부 반사를 겪어 광선(220)을 생성한다. 그러나, 광선(220)은 돌출부(216)에 충돌 시, 광 흡수 물질(224)에 의해 흡수됨으로써, 돌출부(216)에 의한 광의 산란을 방지한다.
광 흡수 물질은 이러한 만입부들이 존재하는 LOE 기판과 내부 표면들 사이의 계면 영역들 중 임의의 것에 도포된 후, 상술한 바와 같이 연마될 수 있다. 예를 들어, 광 흡수 물질은 계면 영역들(212b)에 형성된 만입부에 도포될 수 있다. 또한, 커플링-인 반사체(즉, 내부 반사 표면)를 광학 커플링-인 구성으로서 사용할 때, 연마 연마 동안 내부 반사 표면과 LOE 기판 사이의 계면 영역들에 만입부들이 형성될 수 있다. 여기에서도, 만입부들에 의해 유도되는 산란 효과를 방지하기 위해 내부 반사 표면과 LOE 기판 사이의 계면 영역들에 일정량의 광 흡수 물질이 도포될 수 있다.
LOE의 외부 영역들에서의 흠들에 도포된 광 흡수 물질의 사용에 의한 산란 감소는 광이 1차원으로 전파되고 애퍼처 확장을 1차원으로 수행하기 위해 내부 표면들에 의해 커플링-아웃되는 LOE의 맥락 내에서 설명되었지만, 광 흡수 물질은 도 12a, 도 12b 및 도 13을 참조하여 설명된 안내-안내 이미지 전파를 수행하는 광학 도파관들과 같이, 2차원에서 애퍼처 확장을 2차원으로 수행하는 광학 도파관들의 부분들 또는 외부 영역들 상의 흠에도 유사하게 적용될 수 있다. 이들 흠들은 패싯들의 다양한 세트들(예를 들어, 패싯(58, 64, 76, 86))와 대응하는 면들(예를 들어, 면들(52a, 52b, 54a, 54b, 62a, 62b, 72a, 72b, 74a, 74b, 82a, 82b, 84a, 84b)) 사이의 계면 영역들에 형성되는 만입부들을 포함할 수 있다.
광 흡수 물질은 또한 광학 도파관들의 면들 및/또는 광학 도파관들의 칩형 코너들 또는 에지들 상의 스크래치 형태의 흠들을 고정하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 20에서 재현된 도 12a 및 도 12b의 광학 도파관(50)을 고려하자. 여기서, 면들(52a, 54a)에 의해 형성되는 코너/에지의 일부분은 (예를 들어, 광학 도파관(50)의 잘못된 취급으로 인해) 깎여져, 흠(230)을 초래한다. 흠(230)의 영역에 충돌하는 4중 내부 반사에 의해 광학 도파관(50)을 통해 전파하는 광은 원치 않은 방향들로 산란되거나 반사를 겪을 것이다. 도 21에 도시된 바와 같이, 일정량의 광 흡수 물질(224)이 산란 효과를 방지하기 위해 흠(230)에 도포될 수 있다. 도 21에서, 흠에 위치되는 광 흡수 물질의 양은 광학 도파관(50)의 직사각형 단면을 복원시키기에 충분하다. 그러나, 더 적은 양의 광 흡수 물질이 광학 도파관을 이의 흠이 없는 구조로 복원하지 않는 흠들에 도포될 수 있다. 광 흡수 물질은(1차원 및 2차원 애퍼처 확장 광학 디바이스들 둘 모두에 대해), 예를 들어, 광학 도파관들(10, 50, 60, 70, 80, 100) 중 임의의 것에 대해, 광학 도파관들의 면들에서 스크래치를 채우기 위해 동등하게 적용될 수 있다.
본원에서 설명된 본 발명의 특정 양태들은 본 발명의 다른 양태들과 독립적으로 유리하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 인터리빙된 패싯들의 세트들과 함께 또는 이들 없이 사용되는 상보적인 코팅 방법들은 흠 보수 기법들과 별도로 유리하게 사용될 수 있다. 더욱이, 흠 보수 기법들은 그 외 통상적인 코팅 아키텍처들을 갖는 (1차원 또는 2차원 애퍼처 확장을 수행하는) LOE들 또는 광학 도파관들에 적용될 수 있다.
도면들에 LOE 및 광학 도파관 구조들만이 도시되어 있지만, 본원에서 설명된 다양한 LOE들 및 광학 도파관들은 관찰자의 눈에 이미지를 제공하기 위해, 바람직하게는 헤드 마운트 디스플레이(HMD) 또는 안경 프레임 지원 디스플레이와 같은 근안 디스플레이(NED)인 디스플레이, 통상적으로 헤드업 디스플레이(HUD)의 일부로서 사용되도록 의도된다는 것이 이해될 것이다. 바람직한 특정 실시예들에서, 디스플레이는 증강 현실(AR) 디스플레이 시스템의 일부이며, 여기서 관찰자의 눈에 제공되는 이미지는 외부 "실세계" 장면 상에 오버레이된다. 다른 실시예들에서, 디스플레이는 LOE/광학 도파관에 의해 제공되는 이미지만이 관찰자에게 보이는 가상 현실(VR) 디스플레이 시스템의 일부이다. 이러한 모든 경우들에서, 바람직하게는, 디스플레이는 시준된 이미지를 생성하는 작은 폼 팩터(form factor)의 이미지 투영기를 포함하며, 이는 시준된 이미지를 광학 커플링-인 구성(예를 들어, 커플링-인 반사체(22), 커플링 프리즘 등)을 통해 LOE/광학 도파관 내로 도입하여, LOE/광학 도파관 내의 내부 반사에 의해 전파되고 내부 선택적 반사 표면에 의해 점진적으로 커플링 아웃되도록 LOE/광학 도파관에 광학적으로 커플링된다.
예를 들어, 조명 소스, LCoS(liquid crystal on silicon) 칩과 같은 공간 광 변조기, 및 통상적으로 모두 하나 이상의 편광 선택적 빔스플리터(polarization selective beamsplitter, PBS) 큐브 또는 다른 프리즘 배열의 표면들 상에 배열되는 시준 광학계를 채용하여 시준된 이미지에 대응하는(즉, 이를 나타내는) 조명(예를 들어, 광)을 투영하기에 적합한 이미지 투영기들의 예들은 당업계에 주지되어 있다.
AR 시스템의 맥락 내에서 사용될 때, 광학 도파관들의 외부 부분들에서의 흠들 상의 소량의 광 흡수 물질의 도포는 또한 외부 장면으로부터의 광의 산란을 감소시키거나 억제하는 이점들을 제공할 수 있다는 점에 유의한다.
이미지 조명 및 코팅들의 편광 속성들을 논의할 때, 특정 편광파 경로가 여기서 설명된 예들에서 후속되는 각 사례에 대해, 편광들은 상호 교환 가능하며, 이에 의해, 예를 들어, 코팅들의 편광 선택적 속성들을 변경할 때, p 편광된 광의 각 언급은 s 편광된 광으로 대체될 수 있고, 그 반대도 가능하다는 점에 유의한다.
본 개시의 다양한 실시예들에 대한 설명이 예시를 위해 제시되었지만, 완전한 것으로 또는 개시된 실시예들로 제한되도록 의도되지는 않는다. 많은 변형들 및 변경들이 설명된 실시예들의 범위 및 사상으로부터 벗어나지 않고 해당 기술분야의 통상의 기술자들에게 명백해질 것이다. 본 명세서에서 사용된 용어는 시장에서 찾아지는 기술들에 비한 실시예들의 원리들, 실제 적용 예 또는 기술적 개선점을 가장 잘 설명하도록, 또는 해당 기술분야의 다른 통상의 기술자들이 본 명세서에서 개시된 실시예들을 이해할 수 있게 하도록 선택되었다.
본 명세서에서 사용될 때, 단수 형태의 표현들은 문맥상 명확히 달리 지시되지 않는 한 복수 대상들을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 "대표적인"이라는 단어는 "예, 사례 또는 예시로서의 역할을 하는"을 의미하다. "대표적인" 것으로서 설명된 임의의 실시예가 반드시 다른 실시예들에 비해 바람직하거나 유리한 것으로 간주되고/되거나 다른 실시예들로부터의 특징들의 통합을 배제하는 것은 아니다.
명확성을 위해 별개의 실시예들의 맥락에서 설명된 본 발명의 특정 특징들은 또한 단일 실시예에서 조합되어 제공될 수도 있다는 것이 이해된다. 반대로, 간결함을 위해 단일 실시예의 맥락에서 설명된 본 발명의 다양한 특징들은 또한 개별적으로 또는 임의의 적절한 하위 조합으로 또는 본 발명의 임의의 다른 설명된 실시예에서 적절하게 제공될 수도 있다. 다양한 실시예들의 맥락에서 설명된 특정 특징들은 실시예가 이러한 요소들 없이 동작 불가능하지 않는한, 이러한 실시예들의 필수적인 특징들인 것으로 고려되지 않는다.
첨부된 청구항들이 다중 종속성 없이 초안이 작성되는 한, 이는 이러한 다중 종속성을 허용하지 않는 관할권의 방식 요건들을 수용하기 위해서만 수행되었다. 청구항들을 다중 종속으로 만들어 암시될 모든 가능한 특징들의 조합들은 명시적으로 구상되고 본 발명의 일부인 것으로 고려되어야 한다는 점에 유념해야 한다
따라서, 본 발명이 이들의 특정 실시예들과 함께 설명되었지만, 특정 수정, 변형, 및 대안적인 구성이 명백할 것이라는 것이 당업자들에게 명백할 것이다. 따라서, 첨부된 청구항들의 사상 및 넓은 범위 내에 속하는 모든 이러한 대안들, 수정들 및 변경들을 포괄하도록 의도된다.

Claims (71)

  1. 광학 디바이스로서,
    주 외부 표면들에서의 내부 반사에 의해 시준된 이미지를 나타내는 광을 안내하기 위한 적어도 두 개의 평행한 주 외부 표면들을 갖는 광 투과 기판;
    상기 기판 내에 상기 외부 표면들에 대해 경사지게 배치된 상호 평행한 내부 표면들의 제1 세트; 및
    상기 기판 내에 상기 내부 표면들의 제1 세트와 평행하고, 인터리빙되며, 중첩하는 관계로 배치된 상호 평행한 내부 표면들의 제2 세트를 포함하며,
    상기 제1 세트의 상기 내부 표면들 각각의 적어도 일부는 입사광의 성분들의 적어도 제1 서브세트에 적어도 부분적으로 반사되도록 제1 반사 특성을 갖는 제1 코팅을 포함하고, 상기 제2 세트의 상기 내부 표면들 각각의 적어도 일부는 입사광의 성분들의 적어도 제2 서브세트에 적어도 부분적으로 반사되도록 상기 제1 반사 특성에 상보적인 제2 반사 특성을 갖는 제2 코팅을 포함하여, 상기 내부 표면들의 세트들이 상기 제1 서브세트 및 상기 제2 서브세트로부터의 광의 모든 성분들을 반사하도록 협력하게 되는 것인, 광학 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 성분들의 제1 서브세트는 제1 색상에 대응하는 광을 포함하고, 상기 성분들의 제2 서브세트는 제2 색상에 대응하는 광을 포함하는 것인, 광학 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 성분들의 제1 서브세트는 제1 편광 방향을 갖는 광을 포함하고, 상기 성분들의 제2 서브세트는 제2 편광 방향을 갖는 광을 포함하는 것인, 광학 디바이스.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 코팅 또는 상기 제2 코팅 중 적어도 하나는 구조적 편광체(structural polarizer)를 포함하는 것인, 광학 디바이스.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 코팅 또는 상기 제2 코팅 중 적어도 하나는 유전체 코팅을 포함하는 것인, 광학 디바이스.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 코팅 또는 상기 제2 코팅 중 적어도 하나는 금속성 코팅을 포함하는 것인, 광학 디바이스.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 코팅은: 제1 색상에 대응하는 파장들을 갖는 광을 제1 반사 효율로 반사하고, 제2 색상에 대응하는 파장들을 갖는 광을 제2 반사 효율로 반사하며, 제3 색상에 대응하는 파장들을 갖는 광을 상기 제1 반사 효율보다 작은 제3 반사 효율로 반사하도록 구성되고, 상기 제2 코팅은 상기 제1 색상에 대응하는 파장들을 갖는 광을 상기 제3 반사 효율보다 큰 반사 효율로 반사하도록 구성되어, 상기 제1 코팅 및 상기 제2 코팅에 의한 상기 제3 색상의 조합된 반사 효율이 상기 제1 반사 효율 이상이 되도록 하는 것인, 광학 디바이스.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 반사 효율은 상기 제1 반사 효율보다 작고, 상기 제2 코팅은 상기 제2 색상에 대응하는 파장들을 갖는 광을 상기 제2 반사 효율보다 큰 반사 효율로 반사하도록 구성되어, 상기 제1 코팅 및 상기 제2 코팅에 의한 상기 제2 색상의 조합된 반사 효율이 상기 제1 반사 효율 이상이 되도록 하는 것인, 광학 디바이스.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 코팅은 상기 제1 색상에 대응하는 파장들을 갖는 광을 대략 상기 제1 반사 효율과 동일한 반사 효율로 반사하도록 구성되는 것인, 광학 디바이스.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 코팅은: 제1 색상에 대응하는 파장들을 갖는 광을 제1 반사 효율로 반사하고, 제2 색상에 대응하는 파장들을 갖는 광을 상기 제1 반사 효율보다 작은 제2 반사 효율로 반사하며, 제3 색상에 대응하는 파장들을 갖는 광을 상기 제1 반사 효율보다 작은 제3 반사 효율로 반사하도록 구성되고, 상기 제2 코팅은: 상기 제1 색상에 대응하는 파장들을 갖는 광을 상기 제2 반사 효율 및 상기 제3 반사 효율보다 큰 반사 효율로 반사하고, 상기 제2 색상에 대응하는 파장들을 갖는 광을 상기 제2 반사 효율 및 상기 제3 반사 효율보다 큰 반사 효율로 반사하며, 상기 제3 색상에 대응하는 파장들을 갖는 광을 상기 제2 반사 효율 및 상기 제3 반사 효율보다 큰 반사 효율로 반사하도록 구성되는 것인, 광학 디바이스.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1 코팅은 미리 정해진 패턴으로 제1 세트의 상기 내부 표면들 각각에 배열된 반사 물질의 다수의 부분들을 포함하는 패터닝된 코팅을 포함하는 것인, 광학 디바이스.
  12. 제11항에 있어서, 상기 반사 물질의 각 부분은 상기 내부 표면들의 평면에서 원형 형상을 갖는 것인, 광학 디바이스.
  13. 제11항에 있어서, 상기 반사 물질의 각 부분은 상기 내부 표면들의 평면에서 타원형 형상을 갖는 것인, 광학 디바이스.
  14. 제11항에 있어서, 상기 반사 물질은 유전체 물질인 것인, 광학 디바이스.
  15. 제11항에 있어서, 상기 반사 물질은 금속성 물질인 것인, 광학 디바이스.
  16. 제11항에 있어서, 상기 반사 물질의 부분들 사이에 형성되는 공간들은 투명한 것인, 광학 디바이스.
  17. 제11항에 있어서, 제2 반사 물질이 상기 반사 물질의 상기 부분들 사이에 형성되는 공간들에서 상기 내부 표면들 상에 배치되는 것인, 광학 디바이스.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제2 반사 물질은 유전체 물질을 포함하는 것인, 광학 디바이스.
  19. 제17항에 있어서, 상기 제2 반사 물질은 미리 정해진 패턴으로 상기 내부 표면들 상에 배열되는 것인, 광학 디바이스.
  20. 제11항에 있어서, 상기 제1 세트의 상기 내부 표면들 상의 부분들의 수 또는 부분들의 크기 중 적어도 하나가 상기 기판을 통한 광의 전파의 주 방향에 대해 증가하는 것인, 광학 디바이스.
  21. 제11항에 있어서, 상기 반사 물질과 제1 세트의 상기 내부 표면들의 적어도 일부 사이에 배치되는 일정량의 광 반사 억제 물질을 더 포함하는 것인, 광학 디바이스.
  22. 제21항에 있어서, 상기 광 반사 억제 물질은 광 흡수 물질을 포함하는 것인, 광학 디바이스.
  23. 제21항에 있어서, 상기 광 반사 억제 물질은 광 산란 물질을 포함하는 것인, 광학 디바이스.
  24. 제1항에 있어서, 상기 제1 코팅은 상기 제1 세트의 상기 내부 표면들 각각의 제1 부분 상에 배치되고, 상기 제2 코팅은 상기 제1 세트의 상기 내부 표면들 각각의 제2 부분 상에 배치되고, 상기 제2 코팅은 상기 제2 세트의 상기 내부 표면들 각각의 제1 부분 상에 배치되고, 상기 제1 코팅은 상기 제2 세트의 상기 내부 표면들 각각의 제2 부분 상에 배치되고, 상기 제1 세트의 상기 내부 표면들의 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은 비중첩 부분들이고, 상기 제2 세트의 상기 내부 표면들의 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은 비중첩 부분들인 것인, 광학 디바이스.
  25. 제1항에 있어서, 상기 제1 세트 및 상기 제2 세트의 상기 내부 표면들은 상기 주 외부 표면들에서의 내부 반사에 의해 안내되는 광의 일부를 상기 기판 밖으로 관찰자의 눈을 향해 반사시키는 것인, 광학 디바이스.
  26. 제1항에 있어서, 상기 제1 세트 및 상기 제2 세트의 상기 내부 표면들은 상기 주 외부 표면들에서의 내부 반사에 의해 안내되는 광의 일부를 상기 기판 밖으로, 제2 광 투과 기판의 외부 표면들에서의 내부 반사에 의해 안내하기 위해 상기 제2 광 투과 기판 내로 커플링되게 하도록 반사시키는 것인, 광학 디바이스.
  27. 제1항에 있어서, 상기 기판은 상기 기판을 통해 1차원으로 광을 안내하도록 구성되는 것인, 광학 디바이스.
  28. 제1항에 있어서, 상기 기판은 상기 기판을 통해 2차원으로 광을 안내하도록 구성되는 것인, 광학 디바이스.
  29. 제1항에 있어서, 상기 제1 세트 또는 상기 제2 세트 중 적어도 하나로부터의 상기 내부 표면들 중 적어도 하나는 적어도 하나의 상기 내부 표면과 상기 기판 사이의 계면 영역을 규정하는 상기 기판의 상기 외부 표면들 중 제1 외부 표면과 연관된 단부 영역을 포함하고, 상기 외부 표면들 중 상기 제1 외부 표면은 상기 계면 영역에서 상기 외부 표면들 중 상기 제1 외부 표면에 형성된 만입부에 위치된 일정량의 광 흡수 물질을 갖는 것인, 광학 디바이스.
  30. 광학 디바이스로서,
    주 외부 표면들에서의 내부 반사에 의해 시준된 이미지를 나타내는 광을 안내하기 위한 적어도 두 개의 평행한 주 외부 표면들을 갖는 광 투과 기판; 및
    상기 기판 내에 상기 외부 표면들에 대해 경사지게 배치된 복수의 상호 평행한 내부 표면들 - 상기 내부 표면들의 제1 서브세트의 적어도 일부는 미리 정해진 패턴으로 상기 제1 서브세트의 상기 내부 표면들 상에 배열된 반사 물질의 다수의 부분들을 포함하는 패터닝된 코팅을 포함하고, 상기 패터닝된 코팅은 입사광의 성분들의 적어도 제1 서브세트에 적어도 부분적으로 반사하고, 상기 내부 표면들의 제2 서브세트는 입사광의 성분들의 적어도 제2 서브세트에 적어도 부분적으로 반사하며, 상기 제1 서브세트의 상기 내부 표면들은 상기 제2 서브세트의 상기 내부 표면들과 중첩 관계에 있어서, 상기 내부 표면들의 서브세트들이 상기 제1 서브세트 및 상기 제2 서브세트로부터의 광의 모든 성분들을 반사하도록 협력하게 됨 - 을 포함하는, 광학 디바이스.
  31. 제30항에 있어서, 상기 반사 물질의 각 부분은 상기 제1 서브세트의 상기 내부 표면들의 평면에서 원형 형상을 갖는 것인, 광학 디바이스.
  32. 제30항에 있어서, 상기 반사 물질의 각 부분은 상기 제1 서브세트의 상기 내부 표면들의 평면에서 타원형 형상을 갖는 것인, 광학 디바이스.
  33. 제30항에 있어서, 상기 반사 물질은 유전체 물질인 것인, 광학 디바이스.
  34. 제30항에 있어서, 상기 반사 물질은 금속성 물질인 것인, 광학 디바이스.
  35. 제30항에 있어서, 상기 반사 물질의 상기 부분들 사이에 형성되는 공간들은 투명한 것인, 광학 디바이스.
  36. 제30항에 있어서, 제2 반사 물질이 상기 반사 물질의 상기 부분들 사이에 형성되는 공간들 내에 배치되는 것인, 광학 디바이스.
  37. 제36항에 있어서, 상기 제2 반사 물질은 유전체 물질을 포함하는 것인, 광학 디바이스.
  38. 제36항에 있어서, 상기 제2 반사 물질은 미리 정해진 패턴으로 상기 제1 서브세트의 상기 내부 표면들 상에 배열되는 것인, 광학 디바이스.
  39. 제30항에 있어서, 상기 제1 서브세트의 상기 내부 표면들 상의 부분들의 수 또는 부분들의 크기 중 적어도 하나가 상기 기판을 통한 광의 전파 방향에 대해 증가하는 것인, 광학 디바이스.
  40. 제30항에 있어서, 상기 반사 물질과 제1 서브세트의 상기 내부 표면들 사이에 배치되는 일정량의 광 반사 억제 물질을 더 포함하는 것인, 광학 디바이스.
  41. 제40항에 있어서, 상기 광 반사 억제 물질은 광 흡수 물질을 포함하는 것인, 광학 디바이스.
  42. 제40항에 있어서, 상기 광 반사 억제 물질은 광 산란 물질을 포함하는 것인, 광학 디바이스.
  43. 제30항에 있어서, 상기 제1 서브세트의 상기 내부 표면들은 상기 제2 서브세트의 상기 내부 표면들과 인터리빙되는 것인, 광학 디바이스.
  44. 제30항에 있어서, 상기 내부 표면들의 제1 서브세트의 표면들은 상기 내부 표면들의 제2 서브세트의 표면들과 동일 평면상에 있는 것인, 광학 디바이스.
  45. 제30항에 있어서, 상기 내부 표면들은 상기 주 외부 표면들에서의 내부 반사에 의해 안내되는 광의 일부를 상기 광 투과 기판 밖으로 관찰자의 눈을 향해 반사시키는 것인, 광학 디바이스.
  46. 제30항에 있어서, 상기 내부 표면들은 상기 주 외부 표면들에서의 내부 반사에 의해 안내되는 광의 일부를 상기 광 투과 기판 밖으로, 제2 광 투과 기판의 외부 표면들에서의 내부 반사에 의해 안내하기 위해 상기 제2 광 투과 기판 내로 커플링되게 하도록 반사시키는 것인, 광학 디바이스.
  47. 제30항에 있어서, 상기 기판은 상기 기판을 통해 1차원으로 광을 안내하도록 구성되는 것인, 광학 디바이스.
  48. 제30항에 있어서, 상기 기판은 상기 기판을 통해 2차원으로 광을 안내하도록 구성되는 것인, 광학 디바이스.
  49. 제30항에 있어서, 상기 내부 표면들 중 적어도 하나는 적어도 하나의 상기 내부 표면과 상기 기판 사이의 계면 영역을 규정하는 상기 기판의 상기 외부 표면들 중 제1 외부 표면과 연관된 단부 영역을 포함하고, 상기 외부 표면들 중 상기 제1 외부 표면은 상기 계면 영역에서 상기 외부 표면들 중 상기 제1 외부 표면에 형성된 만입부에 위치된 일정량의 광 흡수 물질을 갖는 것인, 광학 디바이스.
  50. 광학 디바이스로서,
    주 외부 표면들에서의 내부 반사에 의해 광을 안내하기 위한 적어도 두 개의 평행한 주 외부 표면들을 갖는 광 투과 기판;
    상기 기판 내에 상기 외부 표면들에 대해 경사지게 배치된 적어도 하나의 적어도 내부 표면 - 상기 내부 표면은 상기 내부 표면과 상기 기판 사이의 계면 영역을 규정하는 상기 기판의 상기 외부 표면들 중 제1 외부 표면과 연관된 단부 영역을 가짐 -; 및
    상기 계면 영역에서 상기 외부 표면들 중 상기 제1 외부 표면에 형성된 만입부에 위치된 일정량의 광 흡수 물질을 포함하는, 광학 디바이스.
  51. 제50항에 있어서, 상기 적어도 하나의 내부 표면은 복수의 상호 평행한 부분적 반사 표면들을 포함하는 것인, 광학 디바이스.
  52. 제50항에 있어서, 상기 적어도 하나의 내부 표면은 상기 기판 내에서 내부 반사에 의해 안내되는 광을 상기 기판 밖으로 커플링시키도록 구성되는 것인, 광학 디바이스.
  53. 제50항에 있어서, 상기 적어도 하나의 내부 표면은 상기 기판 내에서 내부 반사에 의해 전파하기 위해 광을 상기 기판 내로 커플링시키도록 구성되는 것인, 광학 디바이스.
  54. 제50항에 있어서, 상기 적어도 하나의 내부 표면은 상기 기판 내에서 내부 반사에 의해 안내되는 광을 제2 광 투과 기판 내에서 내부 반사에 의해 전파하기 위해 상기 제2 기판 내로 커플링시키도록 구성되는 것인, 광학 디바이스.
  55. 제50항에 있어서, 상기 광 흡수 물질은 흑색 흡수 도료를 포함하는 것인, 광학 디바이스.
  56. 제50항에 있어서, 상기 광 흡수 물질의 양은 상기 만입부를 채우기에 충분한 것인, 광학 디바이스.
  57. 제50항에 있어서, 상기 내부 표면은 상기 내부 표면과 상기 기판 사이의 제2 계면 영역을 규정하는 상기 기판의 상기 외부 표면들 중 제2 외부 표면과 연관된 제2 단부 영역을 가지며, 상기 광학 디바이스는: 상기 제2 계면 영역에서 상기 외부 표면들 중 상기 제2 외부 표면에 형성된 만입부에 위치된 일정량의 광 흡수 물질을 더 포함하는, 광학 디바이스.
  58. 광학 디바이스를 제조하는 방법으로서,
    주 외부 표면들에서의 내부 반사에 의해 광을 안내하기 위한 적어도 두 개의 평행한 주 외부 표면들을 갖는 광 투과 기판을 얻는 단계 - 상기 기판은 상기 외부 표면들 사이에 그리고 상기 외부 표면들에 대해 경사지게 배치된 적어도 하나의 적어도 내부 표면을 가지며, 상기 내부 표면은 상기 내부 표면과 상기 기판의 상기 외부 표면들 중 제1 외부 표면 사이의 계면 영역을 규정하는 상기 외부 표면들 중 상기 제1 외부 표면과 연관된 단부 영역을 가짐 -; 및
    상기 계면 영역에서 상기 외부 표면들 중 상기 제1 외부 표면에 형성된 만입부에 일정량의 광 흡수 물질을 증착하는 단계를 포함하는, 방법.
  59. 제58항에 있어서, 상기 일정량의 광 흡수 물질을 증착하는 단계는 상기 외부 표면들 중 상기 제1 외부 표면의 실질적으로 전체에 상기 광 흡수 물질을 도포하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  60. 제59항에 있어서, 상기 만입부의 외측에 있는 상기 외부 표면들 중 상기 제1 외부 표면의 실질적으로 모든 부분들로부터 상기 광 흡수 물질을 제거하기 위해 상기 외부 표면들 중 상기 제1 외부 표면을 연마하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
  61. 제58항에 있어서, 상기 광 투과 기판을 얻는 단계는: 스택을 형성하기 위해 코팅된 투명판들의 세트를 함께 부착하는 단계, 상기 적어도 두 개의 평행한 주 외부 표면들 및 상기 외부 표면들에 대해 경사진 상기 내부 표면을 갖는 상기 기판을 형성하기 위해 상기 스택을 대각선으로 슬라이싱하는 단계, 및 상기 외부 표면들을 연마하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  62. 제61항에 있어서, 상기 외부 표면들을 연마하는 단계는 상기 만입부가 상기 계면 영역에서 상기 외부 표면들 중 상기 제1 외부 표면에 형성되게 하는 것인, 방법.
  63. 제58항에 있어서, 상기 광 흡수 물질의 양은 상기 만입부를 채우기에 충분한 것인, 방법.
  64. 제58항에 있어서, 상기 내부 표면은 상기 내부 표면과 상기 외부 표면들 중 제2 외부 표면 사이의 계면 영역을 규정하는 상기 기판의 상기 외부 표면들 중 상기 제2 외부 표면과 연관된 제2 단부 영역을 가지며, 상기 방법은: 상기 내부 표면과 상기 외부 표면들 중 제2 외부 표면 사이의 상기 계면 영역에서 상기 외부 표면들 중 상기 제2 외부 표면에 형성된 만입부에 일정량의 광 흡수 물질을 증착하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  65. 광학 디바이스로서,
    직사각형 단면을 형성하는 평행한 주 외부 표면들의 제1 쌍 및 제2 쌍을 갖는 광 투과 기판 - 상기 기판은 상기 주 외부 표면들에서 내부 반사에 의해 광을 안내하도록 구성됨 -;
    광을 상기 기판 밖으로 커플링시키도록 구성된, 상기 기판의 신장 방향에 경사지게 상기 기판 내에 배치된 적어도 하나의 내부 표면; 및
    상기 기판의 외부 영역에 형성된 흠(blemish)에 위치된 일정량의 광 흡수 물질을 포함하는, 광학 디바이스.
  66. 제65항에 있어서, 상기 흠은 상기 외부 표면들 중 하나에 형성된 스크래치를 포함하는 것인, 광학 디바이스.
  67. 제65항에 있어서, 상기 흠은 상기 외부 표면들의 제1 쌍의 상기 외부 표면들 중 하나와 상기 외부 표면들의 제2 쌍의 상기 외부 표면들 중 하나 사이에 형성된 에지에 칩을 포함하는 것인, 광학 디바이스.
  68. 제65항에 있어서, 상기 흠은 상기 외부 표면들의 제1 쌍의 상기 외부 표면들 중 하나와 상기 외부 표면들의 제2 쌍의 상기 외부 표면들 중 하나 사이에 형성된 코너에 칩을 포함하는 것인, 광학 디바이스.
  69. 제65항에 있어서, 상기 내부 표면은 상기 내부 표면과 상기 기판 사이의 계면 영역을 규정하는 상기 기판의 상기 외부 표면들 중 하나와 연관된 적어도 제1 단부 영역을 포함하는 것인, 광학 디바이스.
  70. 제69항에 있어서, 상기 흠은 상기 계면 영역에 형성된 만입부를 포함하는 것인, 광학 디바이스.
  71. 제65항에 있어서, 상기 광 흡수 물질은 흑색 흡수 도료를 포함하는 것인, 광학 디바이스.
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