본 논문에서는 반사형 포토폴리머 회절격자를 이용하여 헤드업 디스플레이용으로 적용 가능한 내부 전반사형 도파로 및 풀 컬러 구현이 가능한 홀로그래픽 광학 렌즈를 제안하고 실험적으로 구현하였다. 포토폴리머는 기록 빔에 의해 폴리머화 되거나 UV 경화과정에서 회절격자가 기록된 부분에서 ...
본 논문에서는 반사형 포토폴리머 회절격자를 이용하여 헤드업 디스플레이용으로 적용 가능한 내부 전반사형 도파로 및 풀 컬러 구현이 가능한 홀로그래픽 광학 렌즈를 제안하고 실험적으로 구현하였다. 포토폴리머는 기록 빔에 의해 폴리머화 되거나 UV 경화과정에서 회절격자가 기록된 부분에서 굴절률 변조가 발생하면서 기록 매질의 두께가 감소하는 수축현상이 불가피하게 발생된다. 이러한 수축현상은 회절격자의 Bragg 각 천이를 초래하므로 회절격자의 기록 각을 설계할 때 이를 미리 보상하여야 한다. Bragg 각 천이 문제를 해결하기 위해 반사형 회절격자의 수축 및 보정방법에 대한 기하학적 분석 방법과 이를 검증하기 위한 광 기록 시스템을 제안하였고, 실험을 통해 기록 매질의 수축으로 인한 Bragg 각 천이 현상을 거의 완전하게 보정할 수 있음을 검증하였다. 제안한 방법을 통해 입·출력빔 결합용 회절격자를 기록하여 내부 전반사형 도파로를 제작하였고, 6 mm × 3 mm 크기의 단색 디스플레이 영상(green 영역)을 26 mm 초점거리의 시준 렌즈와 조합하여 4 m 앞에서 대각선으로 약 40.5 inches의 재생 영상을 구현하였다. 포토폴리머 주요구성 물질인 모노머, 감광제, 광 개시제 등과 같은 고분자 성분들은 기록 빔의 파장수가 늘어나는 만큼 각 파장에 따라 반응속도 및 반응성이 각각 달라지므로 단파장으로 기록할 때 보다 회절효율이 크게 저하되는 문제가 발생 하게된다. 회절효율 저하 문제는 포토폴리머를 이용한 회절격자를 풀 컬러 헤드업 디스플레이용 소자로의 응용을 제한하는 중요한 문제로 작용한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 각 파장별 기록 빔의 세기에 대한 기록 매질의 금지주기 특성과 기록 매질의 반응성을 분석하여 각 파장별 최적의 기록 빔 세기를 찾을 수 있는 방법을 제안하였고, 이를 통해 회절효율 저하 문제를 개선할 수 있음을 실험을 통해 입증하였다. 제안한 방법을 적용하여 제작된 3파장 풀 컬러 반사형 회절격자의 최대 및 평균 회절효율은 각각 56.84% 및 54%이고 반복실험을 통해 동일기록 조건에서 비슷한 특성이 재현됨을 확인하였다. 또한 풀 컬러 홀로그래픽 광학 렌즈의 영상 왜곡을 최소화하기 위한 방법으로 대칭형 기록 구조를 적용한 실험적 접근 방법을 제안하였고, 이를 통해 풀 컬러 영상 재생시 왜곡을 최소화할 수 있음을 검증하였다. 최적화된 풀 컬러 홀로그래픽 광학 렌즈의 초점거리는 각각 26 mm, 32 mm 로 제작하였으며, 헤드업 디스플레이용으로 구현하기 위해 8 mm × 4 mm 크기의 풀 컬러 마이크로 디스플레이 영상을 적용했을 때 시야각은 각각 17.49° 및 14.25°를 확보하였고, 홀로그래픽 광학 렌즈를 적용하여 풀 컬러 구현이 가능함을 실험적으로 입증하였다.
본 논문에서는 반사형 포토폴리머 회절격자를 이용하여 헤드업 디스플레이용으로 적용 가능한 내부 전반사형 도파로 및 풀 컬러 구현이 가능한 홀로그래픽 광학 렌즈를 제안하고 실험적으로 구현하였다. 포토폴리머는 기록 빔에 의해 폴리머화 되거나 UV 경화과정에서 회절격자가 기록된 부분에서 굴절률 변조가 발생하면서 기록 매질의 두께가 감소하는 수축현상이 불가피하게 발생된다. 이러한 수축현상은 회절격자의 Bragg 각 천이를 초래하므로 회절격자의 기록 각을 설계할 때 이를 미리 보상하여야 한다. Bragg 각 천이 문제를 해결하기 위해 반사형 회절격자의 수축 및 보정방법에 대한 기하학적 분석 방법과 이를 검증하기 위한 광 기록 시스템을 제안하였고, 실험을 통해 기록 매질의 수축으로 인한 Bragg 각 천이 현상을 거의 완전하게 보정할 수 있음을 검증하였다. 제안한 방법을 통해 입·출력빔 결합용 회절격자를 기록하여 내부 전반사형 도파로를 제작하였고, 6 mm × 3 mm 크기의 단색 디스플레이 영상(green 영역)을 26 mm 초점거리의 시준 렌즈와 조합하여 4 m 앞에서 대각선으로 약 40.5 inches의 재생 영상을 구현하였다. 포토폴리머 주요구성 물질인 모노머, 감광제, 광 개시제 등과 같은 고분자 성분들은 기록 빔의 파장수가 늘어나는 만큼 각 파장에 따라 반응속도 및 반응성이 각각 달라지므로 단파장으로 기록할 때 보다 회절효율이 크게 저하되는 문제가 발생 하게된다. 회절효율 저하 문제는 포토폴리머를 이용한 회절격자를 풀 컬러 헤드업 디스플레이용 소자로의 응용을 제한하는 중요한 문제로 작용한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 각 파장별 기록 빔의 세기에 대한 기록 매질의 금지주기 특성과 기록 매질의 반응성을 분석하여 각 파장별 최적의 기록 빔 세기를 찾을 수 있는 방법을 제안하였고, 이를 통해 회절효율 저하 문제를 개선할 수 있음을 실험을 통해 입증하였다. 제안한 방법을 적용하여 제작된 3파장 풀 컬러 반사형 회절격자의 최대 및 평균 회절효율은 각각 56.84% 및 54%이고 반복실험을 통해 동일기록 조건에서 비슷한 특성이 재현됨을 확인하였다. 또한 풀 컬러 홀로그래픽 광학 렌즈의 영상 왜곡을 최소화하기 위한 방법으로 대칭형 기록 구조를 적용한 실험적 접근 방법을 제안하였고, 이를 통해 풀 컬러 영상 재생시 왜곡을 최소화할 수 있음을 검증하였다. 최적화된 풀 컬러 홀로그래픽 광학 렌즈의 초점거리는 각각 26 mm, 32 mm 로 제작하였으며, 헤드업 디스플레이용으로 구현하기 위해 8 mm × 4 mm 크기의 풀 컬러 마이크로 디스플레이 영상을 적용했을 때 시야각은 각각 17.49° 및 14.25°를 확보하였고, 홀로그래픽 광학 렌즈를 적용하여 풀 컬러 구현이 가능함을 실험적으로 입증하였다.
In this thesis, a monochromatic total internal reflection waveguide using a reflection-type photopolymer diffraction grating has been fabricated, and it was implemented as a full-color holographic optical elements (HOEs) for head-up display (HUD) lens experimentally. Main two problems of the rec...
In this thesis, a monochromatic total internal reflection waveguide using a reflection-type photopolymer diffraction grating has been fabricated, and it was implemented as a full-color holographic optical elements (HOEs) for head-up display (HUD) lens experimentally. Main two problems of the recording the diffraction grating using a photopolymer are the Bragg angle shift phenomenon due to the shrinkage of the recording medium, and the low diffraction efficiency when recording the HOE for full-color display. In this thesis, first, a geometrical analysis method for the shrinkage and correction method of the reflection type diffraction grating to solve the Bragg angular transition phenomenon is proposed, and this geometrical analysis is verified through an optical recording system. Experimental results show that the Bragg angle transition phenomenon can be completely corrected. Here, the input and output beam HOE was recorded by the proposed method to fabricate a total internal reflection waveguide. A 6 mm × 3 mm monochromatic image (green area) was combined with a 26 mm focal length collimation lens where the diameter was approximately 40.5 inches. Generally, as a reactive material of a photopolymer, a polymer component such as a monomer, a photosensitizer (dyes), or a photo initiator, decreases the diffraction efficiency as the number of wavelengths of a recording beam increment. The diffraction grating of the photopolymer for HUD is a very important issue. Here, in order to improve the diffraction efficiency, by analyzing the inhibition period characteristics of the recording medium and the reactivity of the recording medium after the inhibition period for the recording beam intensity for each wavelength, the optimum recording beam intensity for each wavelength can be found. By applying the proposed method, we achieved about 54% of the average diffraction efficiency when recording a 3-wavelength full-color reflective grating in the optimized section and achieved the reproducibility at the maximum 56.84% diffraction efficiency and the same recording conditions through additional micro beam intensity control. It is verified that the distortion can be minimized in the full-color image reconstructed through the experimental approach using the symmetric recording method which is one of the methods to minimize the image distortion of the full-color HOE lens. The optimized full-color HOE lens has been manufactured with the focal lengths of 26 mm and 32 mm, the viewing angles were 17.49 ° and 14.25 °, respectively, when implementing a full-color microdisplay with 8 mm × 4 mm for the head-up display. This thesis has experimentally proved that full-color can be realized by applying the holographic optical lens manufactured through the proposed method.
In this thesis, a monochromatic total internal reflection waveguide using a reflection-type photopolymer diffraction grating has been fabricated, and it was implemented as a full-color holographic optical elements (HOEs) for head-up display (HUD) lens experimentally. Main two problems of the recording the diffraction grating using a photopolymer are the Bragg angle shift phenomenon due to the shrinkage of the recording medium, and the low diffraction efficiency when recording the HOE for full-color display. In this thesis, first, a geometrical analysis method for the shrinkage and correction method of the reflection type diffraction grating to solve the Bragg angular transition phenomenon is proposed, and this geometrical analysis is verified through an optical recording system. Experimental results show that the Bragg angle transition phenomenon can be completely corrected. Here, the input and output beam HOE was recorded by the proposed method to fabricate a total internal reflection waveguide. A 6 mm × 3 mm monochromatic image (green area) was combined with a 26 mm focal length collimation lens where the diameter was approximately 40.5 inches. Generally, as a reactive material of a photopolymer, a polymer component such as a monomer, a photosensitizer (dyes), or a photo initiator, decreases the diffraction efficiency as the number of wavelengths of a recording beam increment. The diffraction grating of the photopolymer for HUD is a very important issue. Here, in order to improve the diffraction efficiency, by analyzing the inhibition period characteristics of the recording medium and the reactivity of the recording medium after the inhibition period for the recording beam intensity for each wavelength, the optimum recording beam intensity for each wavelength can be found. By applying the proposed method, we achieved about 54% of the average diffraction efficiency when recording a 3-wavelength full-color reflective grating in the optimized section and achieved the reproducibility at the maximum 56.84% diffraction efficiency and the same recording conditions through additional micro beam intensity control. It is verified that the distortion can be minimized in the full-color image reconstructed through the experimental approach using the symmetric recording method which is one of the methods to minimize the image distortion of the full-color HOE lens. The optimized full-color HOE lens has been manufactured with the focal lengths of 26 mm and 32 mm, the viewing angles were 17.49 ° and 14.25 °, respectively, when implementing a full-color microdisplay with 8 mm × 4 mm for the head-up display. This thesis has experimentally proved that full-color can be realized by applying the holographic optical lens manufactured through the proposed method.
주제어
#포토폴리머 풀 컬러 HOE 풀 컬러 HOE 렌즈 홀로그래픽 광학소자 회절효율 Inhibition period Shrinkage
학위논문 정보
저자
신창원
학위수여기관
충북대학교
학위구분
국내박사
학과
정보통신공학과 정보통신공학전공
지도교수
김남
발행연도
2019
총페이지
xii, 113 p.
키워드
포토폴리머 풀 컬러 HOE 풀 컬러 HOE 렌즈 홀로그래픽 광학소자 회절효율 Inhibition period Shrinkage
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