KR102816729B1

KR102816729B1 - 대칭 광 가이드 광학 요소를 제작하는 방법

Info

Publication number: KR102816729B1
Application number: KR1020217017497A
Authority: KR
Inventors: 아밋 마젤
Original assignee: 루머스 리미티드
Priority date: 2019-01-15
Filing date: 2020-01-15
Publication date: 2025-06-04
Anticipated expiration: 2040-01-15
Also published as: EP3911983A1; US11598958B2; EP3911983A4; US20220043269A1; CN113260889B; MY206231A; TWI820285B; WO2020148665A1; IL284306B2; EP3911983C0; JP7489115B2; JP2022516226A; KR20210113594A; TW202033994A; IL284306B; IL284306A; EP3911983B1; CN113260889A

Abstract

대칭 광 가이드 광학 요소("LOE") 및 이의 제조 방법이 개시된다. 방법은 각각 2개의 평행한 표면을 갖는 복수의 투명한 플레이트를 제공하는 단계, 플레이트의 제1 스택을 형성하도록 투명한 베이스 블록 상에 복수의 플레이트의 제1 서브세트를 적층하는 단계, 제1 스택 플레이트 및 베이스 블록의 일 측부 상에 경사진 표면을 형성하는 단계, 플레이트의 제2 스택을 형성하도록 경사진 표면 상에 복수의 플레이트의 제2 서브세트를 적층하는 단계, 및 슬라이스가 제1 스택의 플레이트와 제2 스택의 플레이트 사이에 개재된 베이스 블록의 적어도 일부를 포함하도록, 제1 스택, 베이스 블록, 및 제2 스택의 슬라이스를 추출하는 단계를 포함한다.

Description

대칭 광 가이드 광학 요소를 제작하는 방법

현재 개시된 주제는 대칭 광 가이드 광학 요소(LOE: light guide optical element)를 제조하는 방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로, 접합 인터페이스가 없는 대칭 LOE에 관한 것이다.

콤팩트한 광학 요소의 중요한 응용 분야 중 하나는, 광학 모듈이 이미징 렌즈와 컴바이너(combiner)의 역할을 하여 2차원 디스플레이를 인피니티(infinity)로 이미지화하고 관찰자의 눈에 반사시키는 헤드 마운트 디스플레이(HMD: head-mounted display)와 관련된다. 디스플레이는 음극선 관(CRT), 액정 디스플레이(LCD), 유기 발광 다이오드 어레이(OLED), 스캐닝 소스 또는 유사한 디바이스와 같은 공간 광 변조기(SLM: spatial light modulator)로부터 직접적으로, 또는 릴레이 렌즈 또는 광섬유 번들에 의해 간접적으로 얻어질 수 있다. 디스플레이는, 시준 렌즈에 의해 인피니티로 이미지화되고, 비투시 또는 투시 응용분야 각각에 대한 컴바이너 역할을 하는 반사하거나, 또는 부분적으로 반사하는 표면을 통해 관찰자의 눈으로 전송되는 요소(픽셀)의 배열을 포함한다. 일반적으로 기존의 자유 공간 광학 모듈이 이러한 목적으로 사용된다. 시스템의 원하는 시야(FOV)가 커짐에 따라, 이러한 기존의 광학 모듈은 필연적으로 더 크고 무거워지고 부피가 커져서 적당한 성능에도 불구하고 디바이스를 실용적이지 않게 만든다. 이는 모든 종류의 디스플레이에 대한 주된 단점이지만, 특히 시스템이 가능한 한 가볍고 컴팩트해야 하는 헤드 마운트 응용분야의 경우 특히 그렇다. 콤팩트화에 대한 노력은 몇 가지 복잡한 광학 솔루션으로 이어졌으며, 이들 모두는 한편으로는 대부분의 실제 응용 분야에서 여전히 충분히 콤팩트하지 않고, 다른 한편으로는 제조하기 어렵다. 또한, 이러한 구성으로부터 귀결되는 광학 시야각의 눈 움직임 범위(EMB: eye-motion-box)는 일반적으로 매우 작으며, 전형적으로 8 mm 미만이다. 따라서, 광학 시스템의 성능은 관찰자의 눈에 대한 작은 움직임에도 매우 민감하다. 이들 시스템 중 일부에서, 입력 광이 기판의 중앙 부분에서 기판 안으로 커플링(couple)되는 대칭 시스템을 갖는 것이 바람직하다.

미국 특허 제7,643,214호, 특히, 도 10은 대칭 광 가이드 광학 요소(LOE)를 개시한다. 대칭 LOE는 실제로 본원의 도 1에서와 같이 함께 접합되는 컴바이너 슬라이스의 두 부분이다. 분리 층이 있거나 없는 접합된 슬라이스 컴바이너는 대칭 LOE 최종 구성을 형성하며, 이는 내부 BS 코팅된 패싯과 외부 미러 코팅, 그리고 도 2에 도시된 바와 같이 두 부분 사이에 접합된 표면으로 구성된다. 이 구조에는 두 가지 주요 문제가 있다. 첫째, 접합된 표면은 투명한 애퍼처 영역에서 흰색/검정색 줄무늬로서 반사되는, 접합된 인터페이스를 통해 투사된 광선의 오버랩 및 언더랩과 같은 광학적 간섭을 일으킨다. 둘째, 두 부분은 시작될 때 완벽한 매칭을 가져야 하며 접합되기 전에 서로에 대해 능동적으로 정렬되어야 한다. 이러한 공정은, 민감한 개별 취급이 관련되기 때문에 대량 생산 측면에서 충분히 로버스트(robust)하지 않다.

본 개시 주제의 일 양태에 따르면, 대칭 광 가이드 광학 요소("LOE")를 제조하는 방법이 제공되며, 광학 요소는 한 쌍의 평행한 외부 표면, 제1 복수의 내부 반사하는 표면, 및 제2 복수의 내부 반사하는 표면을 가지며, 제1 및 제2 복수의 내부 반사하는 표면은 서로 비평행이고 한 쌍의 외부 표면에 비평행이며, 이 방법은, 각각 2개의 평행한 표면을 갖는 복수의 투명한 플레이트를 제공하는 단계; 투명한 베이스 블록 상에 플레이트의 제1 스택을 형성하도록 상기 베이스 블록 상에 상기 복수의 플레이트의 제1 서브세트를 적층하는 단계 - 상기 플레이트의 제1 스택은 인접한 플레이트의 쌍 각각의 사이에 적어도 부분적으로 반사하는 코팅물을 포함함 -; 상기 제1 스택 플레이트 및 상기 베이스 블록의 일 측부 상에 경사진 표면을 형성하는 단계 - 상기 경사진 표면은 상기 제1 스택 플레이트 내의 상기 플레이트의 상기 평행한 표면에 수직하지 않고, 상기 베이스 블록의 적어도 일부를 포함함 -; 상기 베이스 블록 상에 플레이트의 제2 스택을 형성하도록 상기 경사진 표면 상에 상기 복수의 플레이트의 제2 서브세트를 적층하는 단계 - 상기 플레이트의 제2 스택은 인접한 플레이트의 쌍 각각의 사이에 적어도 부분적으로 반사하는 코팅물을 포함하고, 상기 베이스 블록과 상기 플레이트의 제1 스택 사이의 인터페이스 및 상기 베이스 블록과 상기 플레이트의 제2 스택 사이의 인터페이스는 각각 적어도 부분적으로 반사하는 코팅물을 포함함 -; 및 슬라이스가 제1 스택의 플레이트와 제2 스택의 플레이트 사이에 개재된 베이스 블록의 적어도 일부를 포함하도록, 제1 스택, 베이스 블록, 및 제2 스택의 슬라이스를 추출하는 단계를 포함한다.

일부 양태에 따르면, 상기 투명한 베이스 블록 상에 상기 플레이트의 제1 서브세트를 적층하는 단계는 상기 제1 스택의 인접한 플레이트들 사이에 그리고 상기 제1 스택과 상기 베이스 블록 사이에 적어도 부분적으로 반사하는 코팅물을 도포하는 단계; 영구 접착제를 사용하여 상기 제1 스택의 플레이트들을 서로 접합하는 단계; 및 영구 접착제를 사용하여 상기 플레이트의 제1 스택을 상기 베이스 블록에 접합하는 단계를 포함한다.

일부 양태에 따르면, 상기 투명한 베이스 블록 상에 상기 플레이트의 제1 서브세트를 적층하는 단계는 상기 제1 스택에서 인접한 플레이트들 사이에 적어도 부분적으로 반사하는 코팅물을 도포하는 단계; 영구 접착제를 사용하여 상기 제1 스택의 플레이트들을 서로 접합하는 단계; 및 임시 접착제를 사용하여 상기 플레이트의 제1 스택을 상기 베이스 블록에 접합하는 단계를 포함하며, 상기 경사진 표면의 형성 후, 상기 플레이트의 제1 스택은 상기 베이스 블록으로부터 분리되고, 상기 플레이트의 제1 스택과 상기 베이스 블록 사이의 인터페이스에 대한 적어도 부분적으로 반사하는 코팅물의 도포 후 영구 접착제를 사용하여 상기 베이스 블록에 재접합된다.

일부 양태에 따르면, 상기 방법은 적어도 하나의 대칭 LOE를 형성하도록 상기 슬라이스를 성형하는 단계, 래핑(lapping)하는 단계 및 양면 연마하는 단계 중 하나 이상을 더 포함한다.

일부 실시형태에 따르면, 복수의 대칭 LOE를 형성하도록 상기 슬라이스를 복수의 편으로 절단하는 단계를 더 포함한다.

본 개시 주제의 다른 양태에 따르면, 광 가이드 광학 요소("LOE")가 제공되며, 이는 한 쌍의 평행한 외부 표면, 제1 복수의 내부 반사하는 표면, 및 제2 복수의 내부 반사하는 표면을 가지며, 제1 및 제2 복수의 내부 반사하는 표면은 서로 비평행이고 한 쌍의 외부 표면에 비평행이며, LOE는, 각각 2개의 평행한 표면을 갖는 복수의 투명한 플레이트를 제공하는 단계; 투명한 베이스 블록 상에 플레이트의 제1 스택을 형성하도록 상기 베이스 블록 상에 상기 복수의 플레이트의 제1 서브세트를 적층하는 단계 - 상기 플레이트의 제1 스택은 인접한 플레이트의 쌍 각각의 사이에 적어도 부분적으로 반사하는 코팅물을 포함함 -; 상기 제1 스택 플레이트 및 상기 베이스 블록의 일 측부 상에 경사진 표면을 형성하는 단계 - 상기 경사진 표면은 상기 제1 스택 플레이트 내의 상기 플레이트의 상기 평행한 표면에 수직하지 않고, 상기 베이스 블록의 적어도 일부를 포함함 -; 상기 베이스 블록 상에 플레이트의 제2 스택을 형성하도록 상기 경사진 표면 상에 상기 복수의 플레이트의 제2 서브세트를 적층하는 단계 - 상기 플레이트의 제2 스택은 인접한 플레이트의 쌍 각각의 사이에 적어도 부분적으로 반사하는 코팅물을 포함하고, 상기 베이스 블록과 상기 플레이트의 제1 스택 사이의 인터페이스 및 상기 베이스 블록과 상기 플레이트의 제2 스택 사이의 인터페이스는 각각 적어도 부분적으로 반사하는 코팅물을 포함함 -; 및 슬라이스가 제1 스택의 플레이트와 제2 스택의 플레이트 사이에 개재된 베이스 블록의 적어도 일부를 포함하도록, 제1 스택, 베이스 블록, 및 제2 스택의 슬라이스를 추출하는 단계를 포함하는 방법에 의해서 제조된다.

본 개시 주제의 다른 양태에 따르면, 광 가이드 광학 요소(LOE)가 제공되며, 이는 내부 전반사에 의해 그 사이에서 광을 전파하도록 구성된 한 쌍의 평행한 외부 표면을 갖는 투명한 재료의 블록; 상기 한 쌍의 외부 표면에 대해 비스듬한 상기 블록 내의 적어도 부분적으로 반사하는 상호 평행한 내부 표면의 제1 세트 - 상기 내부 표면의 제1 세트는 상기 LOE의 상기 외부 표면들 사이에서 전파되는 광의 제1 부분을 외부로 반사하도록 구성된 적어도 하나의 커플링-아웃(coupling-out) 표면 및 커플링-인(coupling-in) 표면을 포함함 -; 및 상기 한 쌍의 외부 표면에 대해 비스듬한 상기 블록 내의 적어도 부분적으로 반사하는 상호 내부 표면의 제2 세트 - 상기 내부 표면의 제2 세트는 상기 LOE의 상기 외부 표면들 사이에서 전파되는 광의 제2 부분을 외부로 반사하도록 구성된 적어도 하나의 커플링-아웃 표면 및 커플링-인 표면을 포함함 -;를 포함하며, 상기 내부 표면의 제1 세트의 상기 커플링-인 표면 및 상기 내부 표면의 제2 세트의 상기 커플링-인 표면은 함께 갈매기 형상 커플링-인 반사기를 획정하고, 내부 표면의 제1 세트의 커플링-인 표면과 내부 표면의 제2 세트의 커플링-인 표면 사이에 있는 투명한 재료의 블록의 일부는 시임(seam)이 없는 투명한 재료의 단일 편이다.

본 발명을 이해하고 본 발명이 실제로 어떻게 수행될 수 있는지를 이해하기 위해, 동반된 도면을 참조하여 비제한적인 실시예로서 실시형태가 설명될 것이다.
도 1a는 컴바이너 슬라이스들 사이에 접합 인터페이스를 갖는 대칭 LOE의 분해 등각 투상도를 예시한다.
도 1b는 컴바이너 슬라이스들 사이의 접합 인터페이스를 갖는 대칭 LOE의 단면도를 예시한다.
도 2는 접합 인터페이스가 없는 대칭 LOE의 단면도를 예시한다.
도 3은 대칭 LOE의 "클린 코너" 실시형태의 단면도를 예시한다.
도 4는 대칭 LOE의 "변형된(degenerated)" 실시형태의 단면도를 예시한다.
도 5a 및 도 5b는 본원에 개시된 실시형태에 따른 베이스 블록 상에 플레이트를 적층하는 단계를 예시한다.
도 6은 본원에 개시된 실시형태에 따른 경사진 표면을 형성하는 단계를 예시한다.
도 7은 본원에 개시된 실시형태에 따른 베이스 블록으로부터 플레이트를 제거하는 단계를 예시한다.
도 8은 본원에 개시된 실시형태에 따른 베이스 블록을 코팅하는 단계를 예시한다.
도 9는 본원에 개시된 실시형태에 따른 제2 스택을 형성하는 단계를 예시한다.
도 10은 본원에 개시된 실시형태에 따른 제2 스택의 슬라이스를 추출하는 단계를 예시한다.
도 11은 본원에 개시된 실시형태에 따른 슬라이스의 표면을 래핑하는 단계를 예시한다.
도 12는 본원에 개시된 실시형태에 따른 슬라이스를 양면 연마하는 단계를 예시한다.
도 13은 본원에 개시된 실시형태에 따른 슬라이스를 성형 및 절단하는 단계를 예시한다.

다음의 상세한 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 수많은 특정 세부 사항이 설명된다. 그러나, 본 개시 주제는 이러한 특정 세부 사항 없이도 실시될 수 있다는 점을 당업자는 이해할 것이다. 다른 예에서, 본 개시 주제를 모호하게 하지 않기 위해 잘 알려진 방법, 절차 및 구성요소는 상세히 설명되지 않았다.

이를 기억하며, 도 1a는, 실제로 접착 접합 표면(14)으로 접합된 컴바이너 슬라이스(12)의 두 부분으로 구성된 대칭 LOE(10)의 공지된 실시형태의 분해 등각 투상도를 도시한다. 선택적으로, LOE(10)는 상부 및 하부 분리 층 코팅물(16)을 포함할 수 있다.

도 1b는 도 1a에 도시된 공지의 대칭 LOE(10)의 단면도를 예시한다. LOE는 내부 전반사에 의해 사이에서 광을 전파하도록 구성된 한 쌍의 평행한 외부 표면(18)을 갖는 투명한 재료의 블록을 포함한다. LOE(10)는 한 쌍의 외부 표면(18)에 대해 비스듬한 블록 내의 적어도 부분적으로 반사하는 상호 평행한 내부 표면("패싯")(20)의 제1 세트(20A)를 더 포함한다. 내부 표면의 제1 세트(20A)는 LOE(10)의 외부 표면들(18) 사이에서 전파되는 광의 제1 부분을 외부로 반사하도록 구성된 적어도 하나의 커플링-아웃 표면(20-A1) 및 커플링-인 표면(20-A2)을 포함한다.

LOE(10)는 한 쌍의 외부 표면(18)에 대해 비스듬한 블록 내의 적어도 부분적으로 반사하는 상호 평행한 내부 표면(20)의 제2 세트(20B)를 더 포함한다. 제1 세트와 마찬가지로, 내부 표면의 제2 세트(20B)는 LOE(10)의 외부 표면들(18) 사이에서 전파되는 광의 제2 부분을 외부로 반사하도록 구성된 적어도 하나의 커플링-아웃 표면(20-B1) 및 커플링-인 표면(20-B2)을 포함한다.

LOE(10)에서, 패싯의 제1 세트(20A) 및 제2 세트(20B)는 서로에 대해 비평행적이고, 내부 표면의 제1 세트(20A)의 커플링-인 표면(20-A2) 및 제2 세트(20B)의 커플링-인 표면(20-B2)은 함께 갈매기 형상 커플링-인 반사기를 획정한다.

내부 표면(20)은 복수의 투명한 플레이트를 접합함으로써 형성되고, 내부 표면의 적어도 부분적으로 반사하는 특성은 각각의 쌍의 인접한 플레이트들 사이에 적어도 부분적으로 반사하는 코팅물을 도포함으로써 달성된다.

상술된 바와 같이 그리고 미국 특허 US 7,643,214호에서 설명된 바와 같이, LOE(10)는 커플링-인 표면(20-A2)과 커플링-인 표면(20-B2) 사이에 시임(즉, 접합 인터페이스)(14)이 존재하도록 두 개의 컴바이너 슬라이스를 연결함으로써 제조된다.

그러나, 위에서 논의된 바와 같이, 근안 디스플레이의 일부 응용분야에서, 접합 인터페이스가 없는 대칭 LOE(10')의 실시형태의 단면도를 예시하는 도 2에 도시된 바와 같이, 컴바이너 슬라이스들 사이에 접합 인터페이스가 없는 대칭 LOE를 사용하는 것이 향상된 이미지 품질을 위해 유익하거나 바람직할 수 있다. LOE(10')는, 내부 표면의 제1 세트의 커플링-인 표면과 내부 표면의 제2 세트의 커플링-인 표면 사이에 있는 투명한 재료의 블록이 시임이 없는 투명한 재료의 단일 편(22)이라는 점을 제외하고 LOE(10)와 유사하다.

제조 공정의 제약으로 인해, 특히 LOE의 주요 외부 표면이 정확한 평행도를 위해 연마되는 최종 단계에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 커플링-인 표면(20A-2)과 커플링-인 표면(20-B2)이 교차하는 지점과 LOE의 가장 가까운 표면(18) 사이에 갭(30)이 있을 수 있다는 점이 주의되어야 한다. 약 0-0.1 mm의 허용 오차는 이러한 갭에 대해 허용되는 것으로 간주되며, 0.1 mm를 초과하는 허용 오차는 이미지 저하를 일으킬 수 있으므로 회피되어야 한다.

일부 실시형태에서, 부분적으로 반사하는 내부 표면의 부재라는 의미에서 갭(30)의 영역이 "깨끗(clean)"할 필요가 있다. 이러한 실시형태는 도 3에 도시되고, 본원에서 "클린 코너(clean corner)" 구성으로 지칭된다. 다른 실시형태에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 커플링-인 표면의 일부가 갭(30)의 영역을 통해 외부 표면(18)으로 연장되어, 도 4에 도시된 바와 같이 2개의 커플링-인 표면의 오버랩(40) 또는 언더랩(42)을 초래하는 것이 허용될 수 있다. 이러한 실시형태는 본원에서 "변형된" 구성으로 지칭된다.

시임이 없는 대칭 LOE(10')가 설명되었으며, 이제 일부 실시형태에 따른 LOE(10')를 제조하는 방법이 도 5 내지 도 13을 참조하여 설명될 것이다. 이제 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 초기에 복수의 투명한 플레이트(50)가 제공되며, 각각의 플레이트는 한 쌍의 평행한 표면을 갖는다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 방법은, 베이스 블록(22) 상에 플레이트의 제1 스택(50A)을 형성하도록 투명한 베이스 블록(52) 상에 투명한 플레이트(50)의 제1 서브세트를 적층하는 단계를 포함한다. 본원에서 사용되는 "적층"은 베이스 블록 상에 하나씩 플레이트를 적층하는 것, 또는 베이스 블록 상에 미리 형성된 플레이트의 스택을 적층하는 것, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.

제1 스택(50A)을 형성하기 위해 플레이트를 적층하는 단계는 바람직하게는 각각의 인접한 플레이트(50) 쌍 사이에 적어도 부분적으로 반사하는 코팅물(54)을 도포하는 단계를 포함하고, 또한, 일부 실시형태에서, 바람직하게는 플레이트의 제1 스택과 베이스 블록(52) 사이에 적어도 부분적으로 반사하는 코팅물(54)을 도포하는 단계를 포함한다. 인접한 플레이트들 사이에 도포된 적어도 부분적으로 반사하는 코팅물(54)은 동일한 또는 상이한 적어도 부분적으로 반사하는 코팅물이고, 스택과 베이스 블록 사이에 도포된 적어도 부분적으로 반사하는 코팅물은 스택의 플레이트들 사이에 도포된 코팅물과 비교할 때 동일하거나 상이한 코팅물일 수 있다. 일부 실시형태에서, 인접한 플레이트들 사이 또는 플레이트의 스택과 베이스 블록 사이에 도포된 적어도 부분적으로 반사하는 코팅물들 중 적어도 하나는 완전히 반사하는 코팅물일 수 있다.

제1 스택(50A)을 형성하도록 플레이트를 적층하는 단계는 바람직하게는 제1 스택(50A)의 인접한 플레이트들 사이에 그리고 제1 스택(50A)과 베이스 블록(52) 사이에 접착제 코팅물(56)을 도포하는 단계를 더 포함한다. 인접한 플레이트들 사이에 도포된 접착제 코팅물은 플레이트의 스택과 베이스 블록 사이에 도포된 접착제 코팅물과 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 스택(50A)의 플레이트는 바람직하게는 영구 접착제로 함께 접착되는 한편, 제1 스택(50A)은 원하는 최종 LOE 구성에 따라 임시 접착제 또는 영구 접착제를 사용하여 베이스 블록(52)에 접합될 수 있다. 예를 들어, "클린 코너" 대칭 LOE를 제조하기 위해, 플레이트의 제1 스택(50A)은 바람직하게는 이 단계에서 임시 접착제만으로 베이스 블록(52)에 접착되어야 하는 한편, "변형된" LOE는 바람직하게는 이제 영구 접착제로 베이스 블록(52)에 접합된 플레이트의 제1 스택(50A)으로 제조된다. 따라서, 이 단계에서, 베이스 블록(52)과 플레이트의 제1 스택(50A) 사이의 인터페이스는 도 5a에 도시된 바와 같이(예를 들어, 클린 코너 구성의 경우와 같이) 접착제 코팅물(56)만을 포함할 수 있거나, 또는 대안적으로, 도 5b에 도시된 바와 같이(예를 들어, 변형된 구성의 경우와 같이) 부분적으로 반사하는 코팅물(54)을 포함할 수 있다.

따라서 원하는 LOE 구성에 따라, 플레이트의 제1 서브세트를 적층하는 단계는 일부 경우에, i) 제1 스택(50A)의 인접한 플레이트들 사이에 그리고 제1 스택(50A)과 베이스 블록(52) 사이에 적어도 부분적으로 반사하는 코팅물(54)을 도포하는 단계; ii) 영구 접착제를 사용하여 제1 스택(50A)의 플레이트들을 서로 접합하는 단계; 및 iii) 영구 접착제를 사용하여 플레이트의 제1 스택(50A)을 베이스 블록(52)에 접합하는 단계를 포함한다.

다른 경우에, 플레이트의 제1 서브세트를 적층하는 단계는, i) 제1 스택(50A)에서 인접한 플레이트들 사이에 적어도 부분적으로 반사하는 코팅물(54)을 도포하는 단계; ii) 영구 접착제를 사용하여 제1 스택(50A)의 플레이트들을 서로 접합하는 단계; 및 iii) 임시 접착제를 사용하여 플레이트의 제1 스택(50A)을 베이스 블록(52)에 접합하는 단계를 포함한다. 본 실시형태에서, 도 7을 참조하여 후술되는 바와 같이, 제1 스택(50A)의 일시적인 제거 및 후속 재접합을 용이하게 하기 위해 플레이트의 제1 스택(50A)과 베이스 블록(52) 사이에 임시 접착제가 사용된다.

다음으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 경사진 표면(62)(플레이트의 평행한 표면에 수직하지 않음)이 플레이트의 제1 스택(50A) 및 베이스 블록(52)의 일 측부 상에 형성되며, 경사진 표면은 베이스 블록의 적어도 일부를 포함한다. 경사진 표면은 그라인딩 장치(63)에 의한 그라인딩, 절단 등과 같은 당 업계에 공지된 임의의 방법에 의해 형성될 수 있다. 경사진 표면(62)과 플레이트의 평행한 표면 사이의 각도(a)는 LOE의 외부 표면에 대한 원하는 패싯 각도에 대응되어야 한다.

일부 실시형태에서, 예를 들어, "클린 코너" LOE의 제조에서, 경사진 표면의 형성 후에, 도 7에 도시된 바와 같이, 플레이트의 제1 스택(50A)이 베이스 블록(52)으로부터 분리되어 일시적으로 제거되고, 도 8에 도시된 바와 같이, 적어도 부분적으로 반사하는 코팅물(54)이 제1 스택(50A)과 베이스 블록(52) 사이에 도포되고 바람직하게는 베이스 블록의 경사진 표면 부분에도 도포된다. 이어서, 제1 스택(50A)은 영구 접착제를 사용하여 베이스 블록(52)에 재접합된다.

다른 실시형태에서, "변형된" LOE의 제조에서와 같이, 베이스 블록과 플레이트의 제1 스택(50A) 사이의 인터페이스는 이미 적어도 부분적으로 반사하는 코팅물(54)(도 5b에 도시된 바와 같이)을 포함할 수 있으며, 따라서 베이스 블록을 코팅하기 위해 이 단계에서 플레이트의 제1 스택(50A)을 제거할 필요성을 없앨 수 있다. 이러한 경우에, 적어도 부분적으로 반사하는 코팅물(54)은 이제 베이스 블록의 경사진 표면 부분에만 도포된다.

도 9에 도시된 바와 같이, 방법은 베이스 블록(52) 상에 플레이트(50)의 제2 스택(50B)을 형성하도록 경사진 표면(62) 상에 복수의 플레이트(50)의 제2 서브세트를 적층하는 단계를 더 포함한다. 플레이트의 제2 스택(50B)은 인접한 플레이트들 사이에 적어도 부분적으로 반사하는 코팅물(54)을 포함한다. 또한, 도 8을 참조하여 상술된 바와 같이, 베이스 블록(52)과 플레이트의 제2 스택(50B) 사이의 인터페이스는 또한 적어도 부분적으로 반사하는 코팅물(54)을 포함한다. 바람직하게는, 플레이트의 제2 스택은 인접한 플레이트들의 쌍 각각의 사이에 그리고 제2 스택과 베이스 블록 사이에 접착제 코팅물(56)을 포함한다. 바람직하게는, 접착제는 영구 접착제이다.

제1 스택(50A)이 베이스 블록(52)으로부터 일시적으로 제거된 경우, 제1 스택(50A)은 가장 바람직하게는 제2 스택(50B)을 베이스 블록(52)의 경사진 표면 부분에 접합하는 동안 또는 그 후에, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 스택이 베이스 블록과 제2 스택 사이에 웨지(wedge)되도록 베이스 블록에 다시 접합된다.

도 10에 도시된 바와 같이, 방법은 슬라이스(100)가 제1 스택(50A)의 플레이트와 제2 스택(50B)의 플레이트 사이에 개재된 베이스 블록(52)의 적어도 일부를 포함하도록, 제1 스택(50A), 베이스 블록(52), 및 제2 스택(50B)의 슬라이스(100)를 추출하는 단계를 더 포함한다. 슬라이스는 당 업계에 공지된 임의의 방법을 사용하여, 예를 들어, 평행선을 따라 절단함으로써(도 10에서 파선(60)으로 표시) 또는 그라인딩함으로써(예를 들어, 도 10에서 화살표(64)로 표시된 방향으로 제1 스택, 베이스 블록 및 제2 스택에 그라인딩 힘을 가함으로써) 추출될 수 있다. 슬라이스의 폭은 LOE의 평행한 외부 표면들(18) 사이의 원하는 거리에 실질적으로 대응되어야 한다. 슬라이스의 절단 또는 그라인딩은 바람직하게는, 도 10에 도시된 바와 같이, 추출된 슬라이스가 베이스 블록 요소의 중간 지점에서 슬라이스의 폭을 따라 연장되는 가상의 선(66)에 대해 실질적으로 대칭인 내부 표면(인접한 플레이트들이 만나는 곳)의 두 개의 세트를 갖도록 행해진다. 가장 안쪽의 내부 표면은 LOE(10')의 커플링-인 표면에 대응된다. 바람직하게는, 슬라이스(100)의 추출은, 절단 또는 그라인딩 도구와 LOE(10')의 면 사이의 정확한 각도를 결정하도록 자동 시준기 및 정렬 디바이스 또는 임의의 공지된 능동 정렬 방법 및 도구의 도움을 받아야 한다.

도 11에 도시된 바와 같이, 일부 실시형태에서 방법은, 도 3("클린 코너" 구성) 및 도 4(오버랩형 "변형된" 구성)를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이 외부 표면이 인터페이스의 0.1 mm 이내에 있도록, 2개의 커플링-인 표면들 사이의 교차점에 가장 가까운 슬라이스(100)의 외부 표면을 래핑(예를 들어, 래핑 장치(1100)를 사용하여)하는 단계를 더 포함한다.

도 12에 도시된 바와 같이, 일부 실시형태에서, 방법은, 슬라이스(100)의 주된 외부 표면 사이의 충분한 평행도를 달성하기 위해서, 예를 들어, 양면 연마(1200) 장치를 사용하여 주된 외부 표면을 따라 슬라이스를 연마하는 단계를 더 포함한다. 슬라이스(100)의 주된 외부 표면은 LOE(10')의 외부 표면(18)에 대응된다.

도 13에 도시된 바와 같이, 일부 실시형태에서 방법은 슬라이스(100)의 측부가 원하는 LOE 형상에 대응되도록 슬라이스를 성형하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시형태에서, 슬라이스(100)는 그 후 도 1a 내지 도 1b의 공지된 대칭 LOE(10)와 유사하지만 컴바이너 슬라이스들 사이의 시임이 없는 단일의 완전한 대칭 LOE(10')를 형성한다. 다른 실시형태에서, 슬라이스(100)는 복수의 대칭 LOE(10')로 절단될 수 있으며, 이들 각각은 공지된 대칭 LOE(10)와 유사하지만 컴바이너 슬라이스들 사이의 시임을 갖지 않는다.

본 발명은 그 적용이 본원에 포함되거나 도면에 예시된 설명에서 제시되는 세부 사항에 한정되지 않는다는 점이 이해될 것이다. 본 발명은 다른 실시형태가 가능하고, 다양한 방식으로 실시되거나 실행될 수 있다. 따라서, 본원에 채용된 어법 및 용어는 설명을 위한 것이며 제한적인 것으로 간주되어서는 안 된다는 점이 이해될 것이다. 따라서, 당업자는 본 개시내용의 기초가 되는 개념이 현재 개시되는 주제의 여러 목적을 수행하기 위한 다른 구조, 방법 및 시스템을 설계하기 위한 기초로서 쉽게 사용될 수 있다는 점을 이해할 것이다.

Claims

대칭 광 가이드 광학 요소("LOE(light guide optical element)")를 제조하는 방법으로서, 상기 광 가이드 광학 요소는 한 쌍의 평행한 외부 표면(18), 제1 복수의 평행한 내부 반사 표면(20A), 및 제2 복수의 평행한 내부 반사 표면(20B)을 가지며, 상기 제1 복수의 평행한 내부 반사 표면(20A)과 상기 제2 복수의 평행한 내부 반사 표면(20B)은 서로 비평행이고 상기 한 쌍의 외부 표면(18)에 비평행인, 상기 방법에 있어서,
각각 2개의 평행한 표면을 갖는 복수의 투명한 플레이트(50)를 제공하는 단계;
투명한 베이스 블록(52) 상에 플레이트의 제1 스택(50A)을 형성하도록 상기 투명한 베이스 블록(52) 상에 상기 복수의 플레이트(50)의 제1 서브세트를 적층하는 단계 - 상기 플레이트의 제1 스택(50A)은 인접한 플레이트(50)의 쌍 각각의 사이에 적어도 부분적으로 반사하는 코팅물(54)을 포함함 -;
상기 플레이트의 제1 스택(50A) 및 상기 베이스 블록(52)의 일 측부 상에 경사진 표면(62)을 형성하는 단계 - 상기 경사진 표면(62)은 상기 플레이트의 제1 스택(50A) 내의 상기 플레이트(50)의 상기 평행한 표면에 수직하지 않고, 상기 베이스 블록(52)의 적어도 일부를 포함함 -;
상기 베이스 블록(52) 상에 플레이트의 제2 스택(50B)을 형성하도록 상기 경사진 표면(62) 상에 상기 복수의 플레이트(50)의 제2 서브세트를 적층하는 단계 - 상기 플레이트의 제2 스택(50B)은 인접한 플레이트(50)의 쌍 각각의 사이에 적어도 부분적으로 반사하는 코팅물(54)을 포함하고, 상기 베이스 블록(52)과 상기 플레이트의 제1 스택(50A) 사이의 인터페이스 및 상기 베이스 블록(52)과 상기 플레이트의 제2 스택(50B) 사이의 인터페이스는 각각 적어도 부분적으로 반사하는 코팅물(54)을 포함함 -; 및
슬라이스(100)가 상기 제1 스택(50A)의 플레이트와 상기 제2 스택(50B)의 플레이트 사이에 개재된 상기 베이스 블록(52)의 적어도 일부를 포함하도록, 상기 제1 스택(50A), 상기 베이스 블록(52), 및 상기 제2 스택(50B)의 상기 슬라이스(100)를 추출하는 단계를 포함하는,
대칭 광 가이드 광학 요소 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 투명한 베이스 블록(52) 상에 상기 복수의 플레이트(50)의 제1 서브세트를 적층하는 단계는,
상기 제1 스택(50A)의 인접한 플레이트들(50) 사이에 그리고 상기 제1 스택(50A)과 상기 베이스 블록(52) 사이에 적어도 부분적으로 반사하는 코팅물(54)을 도포하는 단계;
영구 접착제를 사용하여 상기 제1 스택(50A)의 플레이트들(50)을 서로 접합하는 단계; 및
영구 접착제를 사용하여 상기 플레이트의 제1 스택(50A)을 상기 베이스 블록(52)에 접합하는 단계를 포함하는,
대칭 광 가이드 광학 요소 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 투명한 베이스 블록(52) 상에 상기 복수의 플레이트(50)의 제1 서브세트를 적층하는 단계는,
상기 제1 스택(50A)에서 인접한 플레이트들(50) 사이에 적어도 부분적으로 반사하는 코팅물(54)을 도포하는 단계;
영구 접착제를 사용하여 상기 제1 스택(50A)의 플레이트들을 서로 접합하는 단계; 및
임시 접착제를 사용하여 상기 플레이트의 제1 스택(50A)을 상기 베이스 블록(52)에 접합하는 단계를 포함하며, 상기 경사진 표면(62)의 형성 후, 상기 플레이트의 제1 스택(50A)은 상기 베이스 블록(52)으로부터 분리되고, 상기 플레이트의 제1 스택(50A)과 상기 베이스 블록(52) 사이의 인터페이스에 대한 적어도 부분적으로 반사하는 코팅물(54)의 도포 후 영구 접착제를 사용하여 상기 베이스 블록(52)에 재접합되는,
대칭 광 가이드 광학 요소 제조 방법.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 대칭 LOE(10')를 형성하도록 상기 슬라이스(100)를 성형하는 단계, 래핑(lapping)하는 단계, 및 양면 연마하는 단계 중 하나 이상을 더 포함하는,
대칭 광 가이드 광학 요소 제조 방법.
제4항에 있어서, 복수의 대칭 LOE(10')를 형성하도록 상기 슬라이스(100)를 복수의 편으로 절단하는 단계를 더 포함하는,
대칭 광 가이드 광학 요소 제조 방법.
제1항의 방법에 의해 제조된 대칭 광 가이드 광학 요소(LOE).
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