KR20250030537A - 헤드업 디스플레이를 위한 도파관 구조 - Google Patents

Abstract

헤드업 디스플레이를 위한 광학 도파관(300)이 두 개의 광학 입력 영역(303,304)를 가진다. 광학 격자들(305, 306)이 상기 광학 입력 영역(303, 304)으로 주입된 광을 출력 영역을 향해 지향시키고 광은 내부 전반사에 의해 광학 도파관(300)에 포획된다. 동공을 2 차원으로 확장하기 위해 빔 스플리터(307, 308, 311, 312)가 제공된다. 각각의 입력 영역(303, 304)으로부터의 광은 출력 영역의 다른 영역으로 지향된다.

Description

헤드업 디스플레이를 위한 도파관 구조{WAVEGUIDE STRUCTURE FOR HEAD UP DISPLAYS}

본 개시는 헤드업 디스플레이를 위한 광 도파관에 관한 것이며, 특히 그러나 비배타적으로는 2 개의 입력 위치를 갖는 광 도파관에 관한 것이다.

헤드업 디스플레이는 사용자가 보는 투명 요소를 활용하여 주변 환경에 대한 사용자의 실제 뷰(view)에 영상을 중첩(overlay)시킨다. 사용자의 눈은 일반적인 방식으로 그러한 주변 환경으로부터 빛을 받아들이고, 사용자의 눈은 또한 헤드업 디스플레이 시스템으로부터의 빛을 받아들인다. 따라서 헤드업 디스플레이로부터의 영상이 실제 주변 환경에 겹쳐진다.

헤드업 디스플레이의 투명 요소는 일반적으로 사용자가 사용하는 장비(예 : 항공기의 조종실)의 고정 위치에 장착되지만, 사용자의 머리에 (예를 들어, 안경으로 또는 헬멧 상에) 장착되어, 그 투명 요소가 사용자의 머리와 같이 이동하여 사용자의 눈에 대해 고정된 위치에 유지되게 할 수 있다.

헤드업 디스플레이의 기본적인 요구사항은 영상 소스로부터의 광을 사용자가 보기 위해 필요한 위치(출사동(exit pupil)이라고 함)에 커플링하는 것이다. 이는 도 1의 단면에 개략적으로 표시된 도파관 시스템을 사용하여 수행할 수 있다.

영상 투영 시스템(11, 12)은 도파관(10)으로 영상을 투영하고, 도파관은 그 영상을 시스템의 출사동에 위치한 사용자의 눈(1)에 커플링한다. 도파관 본체(10)는 광 투과성이므로 사용자는 도파관을 통해 실세계(real world)를 보게 되고, 투영 시스템(11, 12)으로부터의 영상이 그 뷰에 중첩된다.

프로젝터 광학장치(12)는 투사된 영상을 도파관의 입력 영역 위로 분배하도록 배치된다. 그 영역에서의 근접계(near-field)는 프로젝터 광학장치의 출사동(exit pupil)에 걸친 광의 공간적 분포를 나타내고, 반면 원방계(far field)는 영상 정보를 나타낸다(영상의 각 픽셀은 이산 광선 각도(discrete ray angle)에 의해 표시됨). 사용자에게 (즉 출사동에서) 표시되는 영상은 눈으로부터 먼 거리(무한대)에 초점을 맞추는 것이 바람직한데, 이는 그것이 투사된 영상이 중첩되는 실세계의 영상의 초점 거리일 가능성이 있기 때문이다.

입력 격자(13)는 광선(14)을 도파관 본체(10) 안으로 커플링한다. 입력 격자(13)는 내부 전반사에 의해 광선(14)이 도파관(10) 안에서 포획될 각도로 광선(14)을 회절시키는 회절 격자일 수 있다. 출력 격자(15)는 원래 각도로 광을 회절시켜서 광이 도파관을 빠져나가 눈(1)의 위치와 일치하게 배치된 출사동으로 전파되게 한다. 출력 격자(15)는 또한 회절 격자일 수 있다. 도파관(10) 그리고 입력 및 출력 격자(13, 15)는 영상 정보를 보존하기 위해 입사동(input pupil)과 출사동 사이의 광선 방향을 보존하도록 구성된다. 즉, 출사동에서의 광의 원방계는 입사동에서의 원방계와 일치한다.

명확성을 위해 도면에는 단일 광선(14)이 도시되어 있지만, 이해하는 바와 같이 이것은 소정의 각도 범위에 있는 광선들을 대표한다. 입력 광은 또한 공간적으로 분포되어 있으므로, 광선(14)은 또한 입사동 위에 분포된 광선들을 나타낸다.

사용자의 눈과 장치의 정렬에 있어서 탄력성을 허용하기 위해서는, 출사동이 사용 중에 사용자의 눈의 예상되는 위치들을 수용할 수 있을 만큼 충분히 커야 한다. 도파관 시스템은 출사동이 입사동보다 더 크도록 입사동을 확장(expansion)하도록 설계될 수 있다. 이러한 확장은 일반적으로 동공 복제(pupil replication)로 알려져 있다. 이 확장은 원방계를 보존하고 근접계에 걸쳐 일정한 휘도를 유지하면서 수행되어야 한다.

이 확장은 도파관(10)의 회절 구조(15 및 16) 모두를 이용하여 달성될 수 있다. 확장은 당업계에 공지된 기술을 사용하여 1 차원 또는 2 개의 수직 차원으로 제공될 수 있다.

복제된 동공들 사이의 갭이나 불규칙한 휘도는 출력된 디스플레이의 불균일성을 초래하여 원방계에서 그리고 사용자의 눈이 디스플레이에 대해 이동하는 경우에 감지되는 밝기의 변화를 일으킨다. 비현실적인 크기의 도파관을 사용하지 않으면서 2 차원으로 확장을 제공하는 것은 어려울 수 있다. 또한 확장 비율이 증가함에 따라 각 동공의 휘도가 감소하여 주어진 소스의 휘도에 비해 감지되는 휘도가 감소한다.

따라서 적절한 크기와 출력 밝기를 유지하면서 동공 확장 및 균일한 디스플레이를 제공하는 도파관이 필요하다.

이하에서 설명하는 실시예는 공지된 시스템의 임의의 또는 모든 단점을 해결하는 구현으로 제한되지 않는다.

이 요약은 아래 발명의 상세한 설명에서 더 자세히 설명할 개념들 중 단순화된 형태를 소개하기 위해 제공된다. 이 요약은 청구 대상의 주요 특징이나 필수적인 특징을 특정하기 위한 것이 아니며 청구 대상의 범위를 결정하는 데 도움이 되는 용도로도 사용되어서는 아니 된다.

헤드업 디스플레이를 위한 광 도파관이 제공되고, 상기 광 도파관은 2 차원으로 동공 확장을 제공하도록 구성되고 입력단와 출력단을 가지며, 상기 광 도파관은 입력단에 위치하는 제 1 및 제 2 입력 영역; 제 1 및 제 2 입력 영역을 통해 입사한 광이 광 도파관의 출력단를 향해 전파되고 내부 전반사에 의해 광 도파관 내에 포획되도록 광을 지향시키도록 구성되고, 그 전파 방향이 입력단에서 출력단으로의 방향에 대한 측면 성분을 가지는, 제 1 및 제 2 광학 격자; 광 도파관에서 전파되고 제 1 및 제 2 입력 영역을 통해 각각 수신되는 광의 동공을 확장하도록 구성되고, 상기 확장은 제 1 및 제 2 빔 스플리터를 통한 전파 방향으로 이루어지는, 제 1 및 제 2 빔 스플리터; 제 1 및 제 2 빔 스플리터로부터 각각 수신된 광이 입력단에서 출력단으로의 방향에 실질적으로 정렬된 방향으로 전파되도록 그 광을 지향시키도록 구성된, 제 3 및 제 4 광학 격자; 광 도파관에서 전파되고 제 3 및 제 4 광학 격자로부터 각각 수신된 광의 동공을 확장하도록 구성되고, 상기 확장은 제 3 및 제 4 빔 스플리터를 통한 전파 방향으로 이루어지는, 제 3 및 제 4 빔 스플리터; 그리고 도파관에서 전파되고 제 3 및 제 4 빔 스플리터로부터 수신된 광을 도파관 밖으로 커플링하도록 구성된, 출력 격자를 포함하고, 제 1 및 제 2 입력 영역은 광 도파관의 입력단에서 출력단으로의 축의 좌측과 우측에 각각 위치하고, 제 1 및 제 2 입력 영역은 실질적으로 제 1 평면에 있고, 그 제 1 평면은 전파 방향에 평행하고, 동공 확장 방향에 평행하다.

제 1 입력 영역을 통해 입사된 광은 주로 축의 우측 영역에 있는 출력 격자에 의해 도파관 외부로 커플링되고, 제 2 입력 영역을 통해 입사된 광은 주로 축의 좌측 영역에 있는 출력 격자에 의해 도파관 외부로 커플링 될 수 있다.

상기 축은 측 방향에 상기 출력 영역의 중심에 위치할 수 있다.

전술한 광 도파관은 상기 제 1 및 제 2 입력 영역으로 광을 투사하는 제 1 및 제 2 프로젝터를 더 포함할 수 있다.

상기 제 1 및 제 2 입력 영역의 각각에 수신된 광은 영상을 형성하는 광을 포함할 수 있고, 상기 광은 그 영상의 전체 시야를 나타낸다.

상기 제 1 및 제 2 입력 영역 각각에 수신된 광은 영상의 전체 시야의 부분을 형성하는 광을 포함할 수 있고, 이 두 개의 부분이 도파관에 의해 결합되어 전체 시야를 한다.

상기 제 1 및 제 2 입력 영역을 통해 수신된 광은 제 3 및 제 4 광학 격자의 영역에서 광 도파관 내에서 교차할 수 있다.

다음의 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 예시로서 설명한다.
도 1은 도파관의 선택된 요소들의 개략도를 도시하고;
도 2는 빔 스플리터가 있는 도파관을 도시하고; 그리고
도 3과 4는 두 개의 광학 입력이 있는 도파관의 선택된 요소들의 개략도를 도시한다.

이제 도면을 참조하여, 단지 예시로서 본 발명의 더 구체적인 사항, 측면 그리고 실시예를 설명한다. 도면에서 요소들은 단순성과 명확성을 위해 묘사되었지만, 반드시 축척에 맞게 도시된 것은 아니다. 이해를 용이하게 하기 위해 각각의 도면에서는 동일한 참조 부호가 포함되어 있다.

도 2는 빔 스플리터(201)를 갖는 광 도파관(200)의 양상들의 개략도를 도시한다. 입력 영역(202)에 광이 입사되고 입력 회절 격자(203)에 의해 회절되어 광 도파관(200)에서의 내부 전반사에 의해 포획된다. 광선이 빔 스플리터(201)에 부딪히면, 광선(204)이 부분적으로 투과되고 광선(205)이 부분적으로 반사된다. 이 광선들은 각각 출력 격자(206)에 의해 도파관에서 방출될 때까지 도파관 안에서 계속 전파된다. 빔 스플리터(201)는 따라서 입력 광선(207)을 2 개의 출력 광선(208, 209)으로 복제한다. 입력 광선(207)은 도파관의 입사동으로 투사된 영상을 나타낼 수 있고, 따라서 빔 스플리터 장치가 동공 복제 또는 1 차원 확장을 달성한다.

도 3은 2 차원으로 회절 격자와 빔 스플리터를 모두 사용하여 동공 확장을 제공하는 광 도파관(300)의 평면도를 도시한다. 이것은 회절 격자만 사용하는 다른 방식에 비해 출력 영상에서 향상된 균일성을 제공할 수있는 컴팩트한 디자인이다. 도파관(300)은 일반적으로 입력단(301)과 출력단(302)을 포함한다. 사용시 광이 입력단의 규정된 영역으로 투사되고, 도파관(300) 내에서 전파되어, 출력단(302)에서 도파관으로부터 방출된다. 일반적으로, 주입되는 광은 도파관으로부터의 출력에 대응하는 아이 박스(eye box)에 위치한 눈으로 볼 수 있는 영상을 형성하기 위한 것이다. 설명의 편이를 위해, 입력단에서 출력단으로의 방향을 도파관의 길이 또는 종 방향이라고 하고, 그 길이에 수직인 방향을 도 3의 평면에서 장치의 폭 또는 횡 방향이라고 한다.

도파관(300)은 2 개의 입력 위치(303, 304)를 이용하는데, 각각은 장치의 출력의 일부에 빛을 제공한다(그러나 각각은 전체 시야를 제공함). 본 실시예에서 각각의 입력은 출력의 절반을 비추지만, 특정 애플리케이션에 필요한 경우 불균등 분할을 사용할 수도 있다.

각각의 입력부(303, 304)는 입력 광학 격자(305, 306)를 포함한다. 입력 광학 격자는 도파관의 양쪽 어느 면에 형성되거나, 또는 당업계에 공지된 바와 같이 광학 도파관(300) 내에 매립될 수도 있다. 사용시 광은 입력부(303, 304)에 투사되어 입력 광학 격자(305, 306)와 상호 작용한다. 입력 광은 입력 광학 격자(305, 306)에 의해 방향이 전환되어 광이 내부 전반사에 의해 도파관(300) 내에 포획되는 각도로 도파관(300) 내에서 전파된다.

광은 입력 격자(305, 306)와의 상호 작용 후 입력단에서 출력단으로 광이 전파되게 하는 각도로 입력부(303, 304)에 투사되지만, 이는 또한 광이 도파관의 폭을 가로질러 전파되도록 하는 측면 성분을 포함한다. 예를 들어, 입력 광은 도파관의 길이에 대해 60도 각도로 전파되게 주입될 수 있다.

빔 스플리터(307, 308)가 도파관(300)에 위치하여, 입력부(303, 304)로부터 전파되는 광이 각각의 빔 스플리터(307, 308)와 상호 작용하고, 이는 도 2와 관련하여 위에서 설명한 바와 같이 전파 방향으로 동공을 복제한다.

도 4는 입사동(input pupil)에 대한 장치의 각 부분의 효과를 보여주기 위해 표시 동공 모양(indicative pupil shapes)이 추가된 동일한 도파관을 도시한다.

입력부에서 동공은 원형(400, 401)이고, 그 동공은 빔 스플리터(307, 308)에 의해 402, 403으로 확장된다.

격자(309, 310)가 제공되어, 입력부(303, 304)로부터 전파되는 광이 도파관의 반대 측면에 있는 각각의 격자와 상호 작용하게 된다. 격자(309, 310)는 수직 방향(도 3 및 4에서 아래쪽)으로 광을 회절시켜서 장치의 출력단 쪽으로 전파가 더 많이 되게 한다. 격자(309, 310)가 약하게 회절성을 가지므로 도파관 내에 포획된 광과의 각각의 상호 작용에서 일부는 도파관의 출력단을 향해 회절되고, 반면 나머지는 도파관의 폭을 향해 원래 방향으로 진행한다. 이것은 동공을 402, 403에서 404, 405로 더 확장하고, 함께 도파관의 전체 폭을 커버하는 역할을 한다.

격자(309, 310)로부터의 회절 후, 광은 빔 스플리터(311, 312)를 통해 전파되어, 404, 405에서 406, 407로 수직 방향으로 동공을 복제한다.

그 다음, 광은 출력 영역(302)으로 들어가고, 거기서 출력 격자(313)가 더 이상 내부 전반사에 의해 광이 포획되지 않는 각도로 광을 회절시켜서 광이 장치 외부로 사용자의 눈에 전파된다. 출력 격자는 또한 약하게 회절성을 가져서, 406, 407에서 408로 수직 방향으로 동공을 더 확장하기 위한 동공 복제를 제공한다.

빔 스플리터들 사이에서 광의 방향을 전환하도록 두 개의 입력부와 두 개의 격자를 사용하면 2 차원의 동공 복제를 갖는 컴팩트한 광학 시스템이 제공된다. 두 개의 격자를 사용하면 각 단일 격자의 크기가 줄어들어 설계 유연성과 격자 성능이 향상될 수 있다.

각각의 입력부에 광을 주입하기 위해 두 세트의 시준 광학장치(collimation optics)가 필요하지만, 이는 이전의 디자인에 비해 많은 이점을 제공할 수 있다. 각각의 입력부에 대해 별도의 광원이 사용될 수 있고, 이는 가용한 휘도를 높일 수 있다.

제 1 구성에서, 각각의 입력은 디스플레이의 전체 시야를 지원하지만, 부분적으로 겹치는 두 개의 영상을 투사하여 각 영상에 대해 밝기의 증가를 제공하는 것도 가능하다.

각각의 입력부에 별도의 투영 장치를 사용하면 중복성을 제공할 수 있으므로 신뢰성이 향상된다.

일부 실시예와 관련하여 본 발명이 설명되었지만, 여기에 설명된 특정 형태로 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 오히려, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 제한된다. 추가적으로, 일 특징이 특정 실시예와 관련하여 설명된 것처럼 보일 수 있으나, 당업자는 설명된 실시예의 다양한 특징들이 본 발명에 따라 결합될 수 있음을 인식할 것이다. 청구범위에서, '포함하는'이라는 용어는 다른 요소나 단계의 존재를 배제하지 않는다.

더욱이, 청구범위에서 특징들의 순서는 그 특징들이 수행되어야 하는 임의의 구체적인 순서를 나타내지 않으며, 특히 방법 청구항에서 개별 단계들의 순서는 단계들이 그 순서로 수행되어야 함을 의미하지 않는다. 오히려, 단계들은 임의의 적절한 순서로 수행될 수 있다. 또한, 단수로 언급된 것은 복수를 배제하지 않습니다. 따라서, '일', '하나', '제 1', '제 2' 등의 언급은 복수를 배제하지 않는다. 청구범위에서, '포함하는' 또는 '구성되는'이라는 용어는 다른 요소의 존재를 배제하지 않는다.

Claims (20)

1. 광 도파관이며, 입력 단부 및 출력 단부를 가지며, 2차원에서 동공 확장(pupil expansion)을 제공하도록 구성되는 광 도파관으로서,
   각각 상기 광 도파관의 입력 단부에 위치하는 제1 입력 영역 및 제2 입력 영역;
   제1 광 격자(optical grating) 및 제2 광 격자 - 상기 제1 및 제2 광 격자는 각각 제1 입력 영역 및 제2 입력 영역을 통해 수신된 광을 상기 광 도파관의 출력 단부를 향해 전파되도록 지향시켜서 전반사(total internal reflection)에 의해 상기 광 도파관 내에 트랩되도록 구성되며, 상기 전파 방향은 입력 단부에서 출력 단부로의 종방향에 대하여 횡방향 성분을 가지며, 상기 지향된 광은 상기 광 도파관의 폭을 가로질러 전파되는 상기 횡방향 성분을 가지도록 하는 각도로 제1 입력 영역 및 제2 입력 영역으로 지향되고, 상기 폭은 입력 단부에서 출력 단부로의 방향에 대하여 정의됨;
   제1 빔 스플리터(beam splitter) 및 제2 빔 스플리터 - 상기 제1 및 제2 빔 스플리터는 각각 제1 입력 영역 및 제2 입력 영역으로부터 수신되고 상기 종방향으로 전파되는 광 및 상기 횡방향 성분으로 상기 광 도파관 내에서 전파되는 광의 동공을 확장하도록 구성되며, 상기 확장은 제1 빔 스플리터 및 제2 빔 스플리터를 통해 전파되는 방향임;을 포함하는 광 도파관.
2. 제1항에 있어서, 각각 제1 빔 스플리터 및 제2 빔 스플리터로부터 수신된 광을 지향시켜 상기 광이 상기 광 도파관의 입력 단부에서 출력 단부로의 방향과 실질적으로 정렬된 방향으로 전파되도록 하는 제3 광 격자 및 제4 광 격자를 더 포함하는, 광 도파관.
3. 제2항에 있어서, 제1 입력 영역 및 제2 입력 영역을 통해 수신된 광이 상기 광 도파관 내에서 제3 광 격자 및 제4 광 격자의 영역에서 교차하는, 광 도파관.
4. 제2항에 있어서,
   각각 제3 광 격자 및 제4 광 격자로부터 수신되고 상기 광 도파관 내에서 전파되는 광의 동공을 확장하기 위한 제3 빔 스플리터 및 제4 빔 스플리터 - 상기 확장은 제3 빔 스플리터 및 제4 빔 스플리터를 통해 전파되는 방향임; 및
   상기 제3 빔 스플리터 및 제4 빔 스플리터로부터 수신되고 상기 광 도파관 내에서 전파되는 광을 상기 광 도파관으로부터로부터 외부로 결합시키도록 구성된 출력 격자(output grating)를 더 포함하며; 상기 제1 입력 영역 및 제2 입력 영역은 상기 광 도파관의 입력 단부에서 출력 단부로의 축(axis)에 대하여 각각 좌측 및 우측에 위치하고, 상기 제1 입력 영역 및 제2 입력 영역은 실질적으로 제1 평면에 있으며, 상기 제1 평면은 전파 방향과 평행하고 동공 확장 방향에 평행한, 광 도파관.
5. 제4항에 있어서, 제1 입력 영역을 통해 수신된 광은 주로 상기 축의 우측 영역에서 상기 출력 격자에 의해 상기 광 도파관으로부터로부터 외부로 결합되고, 제2 입력 영역을 통해 수신된 광은 주로 상기 축의 좌측 영역에서 상기 출력 격자에 의해 상기 광 도파관으로부터로부터 외부로 결합되는, 광 도파관.
6. 제1항에 있어서, 상기 축은 횡방향에서 상기 출력 영역의 중심 위치에 실질적으로 위치하는, 광 도파관.
7. 제1항에 있어서, 상기 제1 입력 영역 및 제2 입력 영역으로 광을 투사하기 위한 제1 프로젝터(projector) 및 제2 프로젝터를 더 포함하는, 광 도파관.
8. 제7항에 있어서, 제1 입력 영역 및 제2 입력 영역 각각에서 수신된 투사 광은 영상을 형성하기 위한 광을 포함하며, 상기 광은 그 영상의 전체 시야(full field-of-view)를 나타내는, 광 도파관.
9. 제7항에 있어서, 제1 입력 영역 및 제2 입력 영역 각각에서 수신된 투사 광은 영상의 전체 시야의 일부를 형성하기 위한 광을 포함하며, 이 두 부분이 상기 광 도파관에 의해 결합되어 전체 시야를 제공하는, 광 도파관.
10. 제1항에 있어서, 제1 입력 영역에서 수신된 광은 출력의 제1 부분을 조명하고, 제2 입력 영역에서 수신된 광은 출력의 제2 부분을 조명하는, 광 도파관.
11. 제10항에 있어서, 상기 제1 부분은 출력의 제2 부분과 실질적으로 동일한, 광 도파관.
12. 제10항에 있어서, 상기 제1 부분과 제2 부분은 실질적으로 동일하지 않은, 광 도파관.
13. 입력 단부 및 출력 단부를 가지는 광 도파관으로서,
    제1 입력 영역 및 제2 입력 영역 - 상기 제1 및 제2 입력 영역은 각각 상기 광 도파관의 입력 단부에 위치하고, 상기 제1 입력 영역 및 제2 입력 영역은 각각 제1 광 격자 및 제2 광 격자를 포함하며, 상기 제1 광 격자 및 제2 광 격자는 상기 제1 입력 영역 및 제2 입력 영역에 입사하는 광을 상기 광 도파관 내로 지향시켜서 상기 광이 상기 광 도파관의 출력 단부를 향해 전파되도록 함; 및
    각각 상기 제1 광 격자 및 제2 광 격자로부터 전파되는 광의 동공을 확장하는 제1 빔 스플리터 및 제2 빔 스플리터 - 상기 동공 확장은 상기 제1 빔 스플리터 및 제2 빔 스플리터를 통해 전파되는 방향임;
    을 포함하는 광 도파관.
14. 제13항에 있어서, 각각 제1 빔 스플리터 및 제2 빔 스플리터로부터 수신된 광을 지향시키기 위한 제3 광 격자 및 제4 광 격자를 더 포함하는, 광 도파관.
15. 제14항에 있어서,
    각각 제3 광 격자 및 제4 광 격자로부터 수신되고 상기 광 도파관 내에서 전파되는 광의 동공을 확장하기 위해 구성된 제3 빔 스플리터 및 제4 빔 스플리터 - 상기 광의 동공 확장은 상기 제3 빔 스플리터 및 제4 빔 스플리터를 통해 전파되는 방향임; 및
    상기 제3 빔 스플리터 및 제4 빔 스플리터로부터 수신되고 상기 광 도파관 내에서 전파되는 광을 상기 광 도파관으로부터로부터 외부로 결합시키도록 구성된 출력 격자(output grating)를 더 포함하는, 광 도파관.
16. 제13항에 있어서, 제1 입력 영역을 통해 수신된 광은 주로 상기 축의 우측 영역에서 상기 출력 격자에 의해 상기 광 도파관으로부터로부터 외부로 결합되고, 제2 입력 영역을 통해 수신된 광은 주로 상기 축의 좌측 영역에서 상기 출력 격자에 의해 상기 광 도파관으로부터로부터 외부로 결합되는, 광 도파관.
17. 제13항에 있어서, 상기 제1 입력 영역 및 제2 입력 영역은 상기 광 도파관의 입력 단부에서 출력 단부로의 축(axis)에 대하여 각각 좌측 및 우측에 위치하고, 상기 제1 입력 영역 및 제2 입력 영역은 실질적으로 제1 평면에 있으며, 상기 제1 평면은 전파 방향과 평행하고 동공 확장 방향에 평행한, 광 도파관.
18. 제13항에 있어서, 상기 제1 입력 영역 및 제2 입력 영역은 상기 광 도파관의 입력 단부에서 출력 단부로의 축에 대하여 각각 좌측 및 우측에 위치하고, 제1 입력 영역을 통해 수신된 광은 주로 상기 축의 우측 영역에서 상기 출력 격자에 의해 상기 광 도파관으로부터로부터 외부로 결합되며, 제2 입력 영역을 통해 수신된 광은 상기 축의 좌측 영역에서 주로 상기 출력 격자에 의해 상기 광 도파관으로부터로부터 외부로 결합되는, 광 도파관.
19. 제13항에 있어서, 상기 축은 횡방향에서 실질적으로 상기 출력 영역의 중심 위치에 위치하는, 광 도파관.
20. 헤드업 디스플레이(head-up display) 시스템에 있어서,
    2차원에서 동공 확장(pupil expansion)을 제공하도록 구성된 광 도파관을 포함하며, 상기 광 도파관은 입력 단부 및 출력 단부를 가지며, 상기 광 도파관은:
    제1 입력 영역 및 제2 입력 영역 - 제1 및 제2 입력 영역 각각은 상기 광 도파관의 입력 단부에 위치함;
    제1 광 격자 및 제2 광 격자 - 제1 및 제2 광 격자는 각각 상기 제1 입력 영역 및 제2 입력 영역을 통해 수신된 광을 지향시켜 상기 광이 상기 광 도파관의 출력 단부를 향해 전파되고 전반사(total internal reflection)에 의해 상기 광 도파관 내에 트랩되도록 구성되며, 상기 전파 방향은 입력 단부에서 출력 단부로의 종방향에 대하여 횡방향 성분을 가지고, 상기 지향된 광은 상기 횡방향 성분을 가지고 상기 광 도파관의 폭을 가로질러 전파되도록 하는 각도로 제1 입력 영역 및 제2 입력 영역으로 지향되고, 상기 폭은 입력 단부에서 출력 단부로의 방향에 대하여 정의됨;
    제1 빔 스플리터 및 제2 빔 스플리터 - 제1 및 제2 빔 스플리터 각각은 제1 입력 영역 및 제2 입력 영역으로부터 수신되고 상기 종방향으로 전파되는 광 및 상기 횡방향 성분으로 상기 광 도파관 내에서 전파되는 광의 동공을 확장하도록 구성되며, 상기 확장은 제1 빔 스플리터 및 제2 빔 스플리터를 통해 전파되는 방향임;을 포함하는, 헤드업 디스플레이 시스템.