RU2556291C2 - Holographic image generating device - Google Patents
Holographic image generating device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2556291C2 RU2556291C2 RU2013109084/28A RU2013109084A RU2556291C2 RU 2556291 C2 RU2556291 C2 RU 2556291C2 RU 2013109084/28 A RU2013109084/28 A RU 2013109084/28A RU 2013109084 A RU2013109084 A RU 2013109084A RU 2556291 C2 RU2556291 C2 RU 2556291C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical element
- eye
- holographic
- holographic optical
- compensate
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Holo Graphy (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области обработки цифровых изображений, в частности к конструированию портативных устройств для отображения и наблюдения динамических и статических голограмм.The invention relates to the field of digital image processing, in particular to the design of portable devices for displaying and observing dynamic and static holograms.
Известны различные конструкции портативных устройств, обеспечивающих возможность генерации и отображения динамических и статических голограмм, синтезированных с помощью компьютера и формируемых на матричном пространственном модуляторе света, освещаемом опорной волной когерентного излучения определенной формы. При этом световые волны дифрагируют на матричной структуре модулятора света и позволяют восстанавливать волновой фронт, содержащий информацию о трехмерном изображении, т.е. информацию о фазе и об амплитуде дифрагированных волн. Такие устройства используют для формирования цифровых изображений типа голограмм, представленных в цифровом виде на пространственном модуляторе света, для дальнейшего наблюдения восстановленных топографических изображений, которые с помощью оптической системы, содержащей голографические и дифракционные элементы, в том числе полупрозрачные, совмещаются с реальными объектами в поле зрения устройства.There are various designs of portable devices that provide the ability to generate and display dynamic and static holograms synthesized using a computer and generated on a spatial matrix light modulator illuminated by a reference wave of coherent radiation of a certain shape. In this case, the light waves are diffracted on the matrix structure of the light modulator and make it possible to reconstruct the wavefront containing information about the three-dimensional image, i.e. information on the phase and amplitude of diffracted waves. Such devices are used to generate digital images such as holograms, digitally presented on a spatial light modulator, for further observation of reconstructed topographic images, which are combined with real objects in the field of view using an optical system containing holographic and diffraction elements, including translucent ones devices.
В патенте США №8220966 [1] предложено устройство (Фиг.1) отображения изображений, которое включает в себя матрицу для формирования изображения, оптическую систему, коллимирующую свет от формирующего изображения устройства и оптическое устройство, выполненное с возможностью ввода, направления по световоду и вывода параллельных световых лучей. Оптическое устройство включает в себя световодную пластину, первый оптический элемент, отражающий или дифрагирующий свет таким образом, чтобы полностью направлять свет внутрь световода и второй оптический элемент, позволяющий выводить излучение из световода.US Pat. No. 8,220,966 [1] proposes an image display device (FIG. 1), which includes an image forming matrix, an optical system that collimates light from an image forming device, and an optical device configured to input, guide and output optical fiber parallel light rays. The optical device includes a light guide plate, a first optical element that reflects or diffracts the light in such a way as to completely direct the light into the light guide and a second optical element that allows radiation to be removed from the light guide.
Патентная заявка США №2010/0157400 [2] относится к голографическому просветному дисплею на основе световода, который содержит микродисплей, выполненный с возможностью формирования изображения. Изображение с микродисплея направляется на голографическую линзу, выполненную с возможностью получения и передачи излучения, содержащего информацию об исходном изображении с микродисплея. Голографическая линза сопряжения переносит внутри световода изображение, распространяющееся на основе явления полного внутреннего отражения, и передает свет в виде изображения на вход глазной голографической линзы с записанной решеткой (Фиг.2).US patent application No. 2010/0157400 [2] relates to a holographic luminous display based on a fiber, which contains a microdisplay configured to form an image. The image from the microdisplay is sent to a holographic lens, configured to receive and transmit radiation containing information about the original image from the microdisplay. A holographic conjugation lens transfers an image propagating on the basis of the phenomenon of total internal reflection inside the optical fiber and transmits the light in the form of an image to the input of an ophthalmic holographic lens with a recorded grating (Figure 2).
Техническое решение, описанное в патенте США №8213755 [3], выбрано в качестве прототипа заявленного изобретения. В указанном патенте [3] описано устройство виртуального дисплея с оптическим световодом для переноса световых пучков параллельных лучей, распространяющихся с помощью явления полного внутреннего отражения в световоде. Первый голографический элемент отражательного типа с записанной объемной решеткой приводит к дифракции и преломлению поступающих на него параллельных пучков лучей с последующим направлением их в световод под разными углами и распространением излучения внутри световода на основе явления полного внутреннего отражения. Второй отражательный голографический элемент, с записанной объемной решеткой выводит излучение из волновода (Фиг.3).The technical solution described in US patent No. 8213755 [3], is selected as a prototype of the claimed invention. The said patent [3] describes a virtual display device with an optical fiber for transferring light beams of parallel rays propagating by the phenomenon of total internal reflection in the fiber. The first holographic element of a reflective type with a recorded volume grating leads to diffraction and refraction of parallel beams of rays arriving at it, followed by their direction into the fiber at different angles and the propagation of radiation inside the fiber based on the phenomenon of total internal reflection. The second reflective holographic element, with a recorded volumetric grating, outputs radiation from the waveguide (Figure 3).
Схемы перечисленных решений содержат микродисплей, формирующий пространственное распределение света в предметной плоскости и световод с голографическими и оптическими элементами, передающими изображение через световод в глаз наблюдателя. При этом существенным недостатком известных решений является ограниченная сфера их применения. В частности, работа с такими устройствами затруднена для пользователей с дефектами зрения.The schemes of these solutions contain a microdisplay that forms the spatial distribution of light in the object plane and a fiber with holographic and optical elements that transmit the image through the fiber to the eye of the observer. Moreover, a significant drawback of the known solutions is the limited scope of their application. In particular, working with such devices is difficult for users with visual impairments.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение восстановления трехмерного изображения предмета, синтезированного с помощью программно-аппаратных средств, наблюдение которого аметропическим глазом, должно быть идентично наблюдению реальных объемных объектов аметропическим глазом.The objective of the present invention is to ensure the restoration of a three-dimensional image of an object synthesized using software and hardware, the observation of which with the ametropic eye should be identical to the observation of real volumetric objects with the ametropic eye.
Технический результат достигается за счет разработки усовершенствованной конструкции оптического устройства для формирования и наблюдения динамических и статических трехмерных изображений типа голограмм с возможностью адаптации устройства к дефектам зрения пользователя, при этом такое устройство содержит, по меньшей мере, один лазерный источник когерентного излучения, по меньшей мере, один световод, и голографические оптические элементы, расположенные на поверхности световода, и отличается от известных решений тем, что дополнительно содержит:The technical result is achieved through the development of an improved design of an optical device for generating and observing dynamic and static three-dimensional images of the type of holograms with the possibility of adapting the device to visual defects of the user, while such a device contains at least one laser source of coherent radiation, at least one fiber, and holographic optical elements located on the surface of the fiber, and differs from the known solutions in that the additional but it contains:
- по меньшей мере, один пространственный модулятор света, выполненный с возможностью формирования цифровой голограммы;- at least one spatial light modulator, configured to form a digital hologram;
- по меньшей мере, одно устройство, совмещающее в себе цифровую схему электронного управления пространственным модулятором света и интерфейсный блок;- at least one device combining a digital electronic control circuit of a spatial light modulator and an interface unit;
- по меньшей мере, один голографический оптический элемент, выполненный с возможностью вывода излучения из световода и адаптации формы волнового фронта, проходящего через указанный голографический оптический элемент, к дефектам зрения пользователя;- at least one holographic optical element, configured to output radiation from the fiber and adapt the shape of the wavefront passing through the specified holographic optical element to visual defects of the user;
- при этом порядок расположения указанных элементов по ходу распространения излучения от источника излучения такой, что пространственный модулятор света расположен на световоде после голографического оптического элемента, осуществляющего ввод излучения в световод, и до голографического оптического элемента, выводящего излучение из световода.- in this case, the arrangement of these elements along the propagation of radiation from the radiation source is such that the spatial light modulator is located on the optical fiber after the holographic optical element that implements the radiation into the optical fiber and to the holographic optical element that removes radiation from the optical fiber.
Таким образом, заявляемая схема, в отличие от известных схем, обладает возможностью подстройки под индивидуальные особенности пользователя, в частности, за счет компенсации дефектов зрения, таких как близорукость, дальнозоркость, астигматизм и др. Благодаря этой особенности такое устройство позволит восстановить волновой фронт, аналогичный волновому фронту, идущему от реальных объектов, адаптированный под свойства глаза. Это позволяет сформировать объемную сцену, наблюдаемую глазом без искажений, вызванных дефектами глаза. Причем компенсация дефектов глаза достигается за счет использования голографических оптических элементов, не изменяющих габариты и массу устройства.Thus, the claimed scheme, in contrast to the known schemes, has the ability to adapt to the individual characteristics of the user, in particular, by compensating for visual defects, such as myopia, hyperopia, astigmatism, etc. Thanks to this feature, such a device will restore the wavefront, similar wave front, coming from real objects, adapted to the properties of the eye. This allows you to form a three-dimensional scene observed by the eye without distortion caused by defects in the eye. Moreover, the compensation of eye defects is achieved through the use of holographic optical elements that do not change the dimensions and weight of the device.
Заявляемое решение основано на использовании усовершенствованной оптической системы с голографическими и дифракционными элементами, позволяющей адаптировать систему к особенностям зрения пользователя, таким как близорукость, дальнозоркость, астигматизм и др.The claimed solution is based on the use of an advanced optical system with holographic and diffraction elements, which allows you to adapt the system to the features of the user's vision, such as myopia, farsightedness, astigmatism, etc.
При этом к числу преимуществ заявляемого изобретения можно отнести:Moreover, among the advantages of the claimed invention include:
- возможность компенсации дефектов глаза, таких как близорукость, дальнозоркость, астигматизм и др.;- the ability to compensate for eye defects, such as myopia, hyperopia, astigmatism, etc .;
- возможность значительного уменьшения числа оптических элементов за счет их замены на голографические оптические элементы;- the possibility of a significant reduction in the number of optical elements due to their replacement with holographic optical elements;
- использование планарных интегрированных оптических элементов;- use of planar integrated optical elements;
- жесткая конструкция всего устройства.- Rigid construction of the entire device.
Согласно одному из вариантов, голографический оптический элемент для вывода излучения из световода выполнен с возможностью компенсации аметропии глаза за счет преобразования формы волнового фронта, проходящего через указанный элемент, на основе дифракции света на периодической структуре.According to one embodiment, the holographic optical element for outputting radiation from the optical fiber is configured to compensate for eye ametropia by transforming the shape of the wavefront passing through the element based on light diffraction on a periodic structure.
Согласно одному из вариантов, пространственный модулятор света выполнен с возможностью осуществления пространственно-временного преобразования пучка с выводом компьютерно-синтезированной голограммы, а также восстановления трехмерного изображения на выходе устройства с последующим его совмещением с реальными объектами, находящимися в поле зрения системы.According to one of the options, the spatial light modulator is configured to perform space-time beam conversion with the output of a computer-synthesized hologram, as well as to restore a three-dimensional image at the output of the device with its subsequent combination with real objects in the field of view of the system.
Согласно одному из вариантов, по меньшей мере, один голографический оптический элемент представляет собой голографический оптический элемент просветного типа, выполненный с возможностью компенсации аметропии глаза, расположенный на первой по отношению к глазу наблюдателя поверхности световода.According to one embodiment, the at least one holographic optical element is a holographic optical element of the translucent type, configured to compensate for ametropia of the eye, located on the first surface of the fiber relative to the observer’s eye.
Согласно одному из вариантов, указанный голографический оптический элемент просветного типа выполнен с возможностью компенсации близорукости глаза.According to one of the options, the specified holographic optical element of the luminal type is configured to compensate for the myopia of the eye.
Согласно одному из вариантов, указанный голографический оптический элемент просветного типа выполнен с возможностью компенсации дальнозоркости глаза.According to one of the options, the specified holographic optical element of the luminal type is configured to compensate for the hyperopia of the eye.
Согласно одному из вариантов, указанный голографический оптический элемент просветного типа выполнен с возможностью компенсации астигматизма глаза.According to one of the options, the specified holographic optical element of the luminal type is configured to compensate for astigmatism of the eye.
Согласно другому варианту, по меньшей мере, один голографический оптический элемент представляет собой голографический оптический элемент отражательного типа, выполненный с возможностью компенсации аметропии глаза, расположенный на второй по отношению к глазу наблюдателя поверхности световода.According to another embodiment, the at least one holographic optical element is a holographic optical element of a reflective type, configured to compensate for ametropia of the eye, located on the second surface of the fiber relative to the observer’s eye.
Согласно другому варианту, указанный голографический оптический элемент отражательного типа выполнен с возможностью компенсации близорукости глаза.According to another embodiment, said holographic optical element of a reflective type is arranged to compensate for myopia of the eye.
Согласно другому варианту, указанный голографический оптический элемент отражательного типа выполнен с возможностью компенсации дальнозоркости глаза.According to another embodiment, said holographic optical element of a reflective type is configured to compensate for hyperopia of the eye.
Согласно другому варианту, указанный голографический оптический элемент отражательного типа выполнен с возможностью компенсации астигматизма глаза.According to another embodiment, said holographic optical element of a reflective type is configured to compensate for astigmatism of the eye.
Согласно одному из вариантов, указанный пространственный модулятор света представляет собой модулятор просветного типа, расположенный на стеклянной пластине.In one embodiment, said spatial light modulator is a translucent type modulator located on a glass plate.
Согласно другому варианту, указанный пространственный модулятор света представляет собой модулятор отражательного типа.According to another embodiment, said spatial light modulator is a reflector type modulator.
Кроме того, для достижения указанного технического результата в заявляемом решении предлагается устройство для записи голографического оптического элемента просветного типа, компенсирующего дефекты глаза, содержащее, по меньшей мере, один лазерный источник излучения, по меньшей мере, один световод, и голографические оптические элементы, расположенные на поверхности световода, отличающееся тем, что дополнительно содержит: вспомогательный оптический элемент для формирования объектного пучка, компенсирующий аметропию глаза, и пространственный модулятор света просветного типа для формирования опорного пучка, причем на голографический материал направляется опорный гомоцентрический пучок, проходящий через пространственный модулятор просветного типа, а объектный гомоцентрический пучок направляется через вспомогательный оптический элемент, компенсирующий аметропию глаза.In addition, to achieve the specified technical result, the claimed solution proposes a device for recording a holographic optical element of the luminal type, compensating for eye defects, containing at least one laser radiation source, at least one optical fiber, and holographic optical elements located on the surface of the fiber, characterized in that it further comprises: an auxiliary optical element for forming an object beam, compensating for the ametropia of the eye, and GOVERNMENTAL transmission-type light modulator for generating a reference beam, the holographic material is guided on the support homocentric beam passing through the transmissive spatial modulator type, and object homocentric beam is directed through the auxiliary optical element that compensates for eye ametropia.
Согласно одному из вариантов, в устройстве для записи голографического оптического элемента просветного типа для формирования опорного пучка используется пространственный модулятор света отражательного типа.According to one embodiment, a device for recording a holographic optical element of a translucent type uses a spatial light modulator of the reflective type to form a reference beam.
Согласно одному из вариантов, в устройстве для записи голографического оптического элемента просветного типа указанный вспомогательный оптический элемент для формирования объектного пучка выполнен с возможностью компенсации близорукости глаза.According to one embodiment, in a device for recording a holographic optical element of a translucent type, said auxiliary optical element for forming an object beam is configured to compensate for myopia of the eye.
Согласно одному из вариантов, в устройстве для записи голографического оптического элемента просветного типа указанный вспомогательный оптический элемент для формирования объектного пучка выполнен с возможностью компенсации дальнозоркости глаза.According to one embodiment, in a device for recording a holographic optical element of a translucent type, said auxiliary optical element for forming an object beam is configured to compensate for hyperopia of the eye.
Согласно одному из вариантов, в устройстве для записи голографического оптического элемента просветного типа указанный вспомогательный оптический элемент для формирования объектного пучка выполнен с возможностью компенсации астигматизма глаза.According to one embodiment, in a device for recording a holographic optical element of a luminal type, said auxiliary optical element for forming an object beam is configured to compensate for astigmatism of the eye.
Помимо этого, в настоящей заявке предлагается устройство для записи голографического оптического элемента отражательного типа, компенсирующего дефекты глаза, содержащее, по меньшей мере, один лазерный источник излучения, по меньшей мере, один световод, и голографические оптические элементы, расположенные на поверхности световода, отличающееся тем, что дополнительно содержит: вспомогательный оптический элемент для формирования объектного пучка, компенсирующий аметропию глаза, и пространственный модулятор света просветного типа для формирования опорного пучка, причем на топографический материал направляется опорный гомоцентрический пучок, проходящий через пространственный модулятор просветного типа, а объектный гомоцентрический пучок направляется через вспомогательный оптический элемент, компенсирующий аметропию глаза.In addition, the present application provides a device for recording a holographic optical element of a reflective type, compensating for eye defects, containing at least one laser radiation source, at least one optical fiber, and holographic optical elements located on the surface of the optical fiber, characterized in that additionally contains: an auxiliary optical element for the formation of an object beam, compensating for the ametropia of the eye, and a spatial modulator of light of the translucent type for the formation of the reference beam, and the reference homocentric beam passing through the spatial modulator of the luminal type is directed to the topographic material, and the object homocentric beam is directed through an auxiliary optical element that compensates for the ametropia of the eye.
Согласно одному из вариантов, в устройстве для записи голографического оптического элемента отражательного типа для формирования опорного пучка используется пространственный модулятор света отражательного типа.According to one embodiment, the device for recording a holographic optical element of a reflective type uses a spatial light modulator of a reflective type to form a reference beam.
Согласно одному из вариантов, в устройстве для записи голографического оптического элемента отражательного типа указанный вспомогательный оптический элемент для формирования объектного пучка выполнен с возможностью компенсации близорукости глаза.According to one embodiment, in a device for recording a holographic optical element of a reflective type, said auxiliary optical element for forming an object beam is configured to compensate for myopia of the eye.
Согласно одному из вариантов, в устройстве для записи голографического оптического элемента отражательного типа указанный вспомогательный оптический элемент для формирования объектного пучка выполнен с возможностью компенсации дальнозоркости глаза.According to one embodiment, in a device for recording a holographic optical element of a reflective type, said auxiliary optical element for forming an object beam is configured to compensate for the hyperopia of the eye.
Согласно одному из вариантов, в устройстве для записи голографического оптического элемента отражательного типа указанный вспомогательный оптический элемент для формирования объектного пучка выполнен с возможностью компенсации астигматизма глаза.According to one embodiment, in a device for recording a holographic optical element of a reflective type, said auxiliary optical element for forming an object beam is configured to compensate for astigmatism of the eye.
Новизна предложенной группы изобретений заключается в возможности компенсации дефектов глаза, таких как близорукость, дальнозоркость, астигматизм и др. с помощью голографического оптического элемента, а также в использовании пространственного модулятора света для записи голографического оптического элемента наблюдательной части устройства.The novelty of the proposed group of inventions lies in the possibility of compensating for eye defects such as myopia, hyperopia, astigmatism, etc. using a holographic optical element, as well as in the use of a spatial light modulator for recording a holographic optical element of the observation part of the device.
Далее существо заявляемого изобретения поясняется с привлечением графических материалов:Further, the essence of the claimed invention is illustrated with the use of graphic materials:
Фиг.1. Уровень техники.Figure 1. The level of technology.
Фиг.2. Уровень техники.Figure 2. The level of technology.
Фиг.3. Уровень техники.Figure 3. The level of technology.
Фиг.4. Устройство для формирования голографических изображений, совмещенных с реальными объектами в поле зрения устройства, выполненное на основе пространственного модулятора отражательного типа с просветным голографическим оптическим элементом, выполненным с возможностью компенсации дефектов глаза.Figure 4. A device for generating holographic images combined with real objects in the field of view of the device, made on the basis of a spatial modulator of the reflective type with a transparent holographic optical element made with the possibility of compensation of eye defects.
Фиг.5. Устройство для формирования голографических изображений, совмещенных с реальными объектами в поле зрения устройства, выполненное на основе пространственного модулятора отражательного типа с отражательным голографическим оптическим элементом, выполненным с возможностью компенсации дефектов глаза.Figure 5. A device for generating holographic images combined with real objects in the field of view of the device, made on the basis of a spatial modulator of a reflective type with a reflective holographic optical element, configured to compensate for eye defects.
Фиг.6. Устройство для формирования голографических изображений, совмещенных с реальными объектами в поле зрения устройства, выполненное на основе пространственного модулятора просветного типа с просветным голографическим оптическим элементом, выполненным с возможностью компенсации дефектов глаза.6. A device for generating holographic images combined with real objects in the field of view of the device, made on the basis of a spatial modulator of the luminal type with a transparent holographic optical element, made with the possibility of compensation of eye defects.
Фиг.7. Устройство для формирования голографических изображений, совмещенных с реальными объектами в поле зрения устройства, выполненное на основе пространственного модулятора просветного типа с отражательным голографическим оптическим элементом, выполненным с возможностью компенсации дефектов глаза.7. A device for generating holographic images combined with real objects in the field of view of the device, made on the basis of a spatial modulator of the luminal type with a reflective holographic optical element, made with the possibility of compensation of eye defects.
Фиг.8. Принцип действия компенсационного голографического оптического элемента визуального канала.Fig. 8. The principle of operation of the compensation holographic optical element of the visual channel.
Фиг.9. Устройство записи голографического оптического элемента просветного типа с помощью пространственного модулятора отражательного типа.Fig.9. A recording device for a holographic optical element of a translucent type using a spatial modulator of a reflective type.
Фиг.10. Устройство записи голографического оптического элемента просветного типа с помощью пространственного модулятора просветного типа.Figure 10. A device for recording a holographic optical element of a translucent type using a spatial modulator of a translucent type.
Фиг.11. Устройство записи голографического оптического элемента отражательного типа с помощью пространственного модулятора отражательного типа.11. A recording device for a holographic optical element of a reflective type using a spatial modulator of a reflective type.
Фиг.12. Устройство записи голографического оптического элемента отражательного типа с помощью пространственного модулятора просветного типа.Fig. 12. A device for recording a holographic optical element of a reflective type using a spatial modulator of a translucent type.
Элементы:Items:
1 - блок осветительной системы;1 - block lighting system;
2 - блок пространственного модулятора света;2 - block spatial light modulator;
3 - блок наблюдения голограммы;3 - hologram observation unit;
10 - световодная пластина;10 - light guide plate;
11 - стеклянная пластина;11 - a glass plate;
12 - лазерный источник когерентного излучения;12 - laser source of coherent radiation;
13 - блок управления;13 - control unit;
14 - голографический оптический элемент отражательного типа;14 - holographic optical element of a reflective type;
15 - голографический оптический элемент просветного типа;15 - holographic optical element of the luminal type;
16 - угловая величина изображения;16 is the angular magnitude of the image;
20 - пространственный модулятор отражательного типа;20 - spatial modulator of the reflective type;
21 - пространственный модулятор просветного типа;21 - spatial modulator of the luminal type;
30 - аметропический глаз;30 - ametropic eye;
31 - близорукий глаз;31 - myopic eye;
32 - дальнозоркий глаз;32 - farsighted eye;
33 - глаз с астигматизмом;33 - eye with astigmatism;
40 - голографический оптический элемент просветного типа с компенсацией аметропии глаза;40 - holographic optical element of the luminal type with compensation of eye ametropia;
41 - голографический оптический элемент просветного типа с компенсацией близорукости глаза;41 - holographic optical element of the luminal type with compensation of myopia of the eye;
42 - голографический оптический элемент просветного типа с компенсацией дальнозоркости глаза;42 - holographic optical element of the luminal type with compensation of hyperopia of the eye;
43 - голографический оптический элемент просветного типа с компенсацией астигматизма;43 - holographic optical element of the luminal type with astigmatism compensation;
50 - голографический оптический элемент отражательного типа с компенсацией аметропии глаза;50 is a holographic optical element of a reflective type with compensation for eye ametropia;
51 - голографический оптический элемент отражательного типа с коррекцией близорукости глаза;51 - holographic optical element of a reflective type with correction of myopia of the eye;
52 - голографический оптический элемент отражательного типа с компенсацией дальнозоркости глаза;52 - holographic optical element of a reflective type with compensation of hyperopia of the eye;
53 - голографический оптический элемент отражательного типа с компенсацией астигматизма;53 - holographic optical element of a reflective type with astigmatism compensation;
60 - линза, компенсирующая аметропию глаза;60 - a lens that compensates for ametropia of the eye;
61 - линза, компенсирующая близорукость глаза;61 - a lens that compensates for the myopia of the eye;
62 - линза, компенсирующая дальнозоркость глаза;62 - a lens that compensates farsightedness of the eye;
63 - линза, корректирующая астигматизм.63 - lens correcting astigmatism.
Принципиальная схема предлагаемого устройства с топографическими и дифракционными оптическими элементами для формирования голографических изображений, с компенсацией дефектов глаза (см. Фиг.4), таких как аметропия 30, близорукость 31, дальнозоркость 32, астигматизм 33, состоит из блока осветительной системы 1, блока пространственного модулятора света 2, блока наблюдения голограммы 3 с помощью глаза. Заявляемое устройство включает в себя, по меньшей мере, один источник 12 когерентного излучения, по меньшей мере, один пространственный модулятор 20 света отражательного типа, по меньшей мере, один световод 10 с размещенными на нем дифракционными и голографическими оптическими элементами 14, 40, 41, 42, 43, представляющий собой оптическую среду, выполненную из оптически прозрачного материала с более высоким показателем преломления, чем окружающая среда в виде плоскопараллельной пластины или пластины с поверхностями, образующие которых имеют кривизну, и предназначенный для передачи оптического излучения на основе явления полного внутреннего отражения. Блок 1 осветительной системы содержит световод 10 с расположенным на нем, по меньшей мере, одним топографическим оптическим элементом 14, выполняющим ввод в световод излучения, поступающего от источника 12 когерентного излучения и преобразование формы и направления распространения волнового фронта внутри световода 10 с целью однородного освещения и создания вида волнового фронта, оптимального для освещения пространственного модулятора 20 света отражательного типа и восстановления голограммы. Блок 2 пространственного модулятора света содержит световод 10, пространственный модулятор 20 света отражательного типа с цифровой схемой управления, формирующий голограмму посредством пространственно-временной модуляции падающего на него волнового фронта и явлений дифракции и интерференции на дискретной структуре модулятора. Устройство 13 электронного управления пространственным модулятором света и интерфейсного блока для сопряжения оптического устройства с внешними источниками информации выполнено с возможностью вывода компьютерно-синтезированной голограммы, восстанавливающей трехмерное изображение на выходе устройства. Блок 3 наблюдения голограммы состоит из световода 10 с расположенным на нем, по меньшей мере, одним топографическим оптическим элементом 40, 41, 42, 43, служащим для изменения направления распространения световой волны, преобразования формы пучка, компенсации аметропии 30, близорукости 31, дальнозоркости 32 или астигматизма 33, нарушения полного внутреннего отражения на границе контакта со световодом, вывода излучения из световода и направления излучения в глаз наблюдателя. Такая оптическая схема формирует объемные изображения угловой величины 16 с последующим их совмещением с реальными объектами, находящимися в поле зрения системы.Schematic diagram of the proposed device with topographic and diffractive optical elements for forming holographic images, with compensation for eye defects (see Figure 4), such as
Согласно одному из вариантов настоящего изобретения (см. Фиг.5), пространственный модулятор света представляет собой модулятор 20 отражательного типа, а трехмерное изображение, формируемое на выходе из системы, может рассматриваться глазом с различными дефектами 30, 31, 32, 33, при этом для вывода излучения из световода 10 используются, по меньшей мере, один отражательный голографический оптический элемент, нанесенный на вторую, по отношению к глазу, поверхность световода и компенсирующий дефекты глаза, такие как аметропия, близорукость, дальнозоркость и астигматизм.According to one embodiment of the present invention (see FIG. 5), the spatial light modulator is a
Согласно одному из вариантов настоящего изобретения (см. Фиг.6), пространственный модулятор света представляет собой модулятор 21 просветного типа, а трехмерное изображение, формируемое на выходе из системы, может рассматриваться глазом 30, 31, 32, 33, при этом для вывода излучения из световода 10 используются, по меньшей мере, один просветной голографический оптический элемент, нанесенный на первую, по отношению к глазу, поверхность световода и компенсирующий дефекты глаза такие, как аметропия, близорукость, дальнозоркость и астигматизм.According to one embodiment of the present invention (see FIG. 6), the spatial light modulator is a
Согласно одному из вариантов настоящего изобретения (см. Фиг.7), пространственный модулятор света представляет собой модулятор 21 просветного типа, а трехмерное изображение, формируемое на выходе из системы, может рассматриваться глазом 30, 31, 32, 33, при этом для вывода излучения из световода 10 используются, по меньшей мере, один отражательный голографический оптический элемент, нанесенный на вторую, по отношению к глазу, поверхность световода и компенсирующий дефекты глаза такие как аметропия, близорукость, дальнозоркость и астигматизм.According to one embodiment of the present invention (see Fig. 7), the spatial light modulator is a
Согласно одному из вариантов настоящего изобретения, трехмерное изображение, формируемое на выходе из системы, может рассматриваться аметропическим глазом 30, при этом для вывода излучения из световода 10 используются голографический оптический элемент, корректирующий аметропию глаза, состоящий, по меньшей мере, из одной просветной голограммы 40, нанесенной на первую, по отношению к глазу, поверхность световода (см. Фиг.8.4), или отражательной голограммы 50, нанесенной на вторую, по отношению к глазу, поверхность световода (см. Фиг.8.5).According to one embodiment of the present invention, a three-dimensional image formed at the exit of the system can be viewed by the
Согласно одному из вариантов настоящего изобретения, трехмерное изображение, формируемое на выходе из системы, может рассматриваться близоруким глазом 31 (см. Фиг.8.1), при этом для вывода излучения из световода 10 используются голографический оптический элемент, компенсирующий близорукость глаза, состоящий, по меньшей мере, из одной просветной голограммы 41, нанесенной на первую, по отношению к глазу, поверхность световода (см. Фиг.8.4), или отражательной голограммы 51, нанесенной на вторую, по отношению к глазу, поверхность световода (см. Фиг.8.5).According to one embodiment of the present invention, a three-dimensional image formed at the exit from the system can be viewed by the myopic eye 31 (see Fig. 8.1), while a holographic optical element is used to output radiation from the
Согласно одному из вариантов настоящего изобретения, трехмерное изображение, формируемое на выходе из системы, может рассматриваться дальнозорким глазом 32 (см. Фиг.8.2), при этом для вывода излучения из световода 10 используются голографический оптический элемент, компенсирующий дальнозоркость глаза, состоящий, по меньшей мере, из одной просветной голограммы 42, нанесенной на первую, по отношению к глазу, поверхность световода (см. Фиг.8.4), или отражательной голограммы 52, нанесенной на вторую, по отношению к глазу, поверхность световода (см. Фиг.8.5).According to one embodiment of the present invention, a three-dimensional image formed at the exit from the system can be viewed by a farsighted eye 32 (see Fig. 8.2), while a holographic optical element is used to output radiation from the
Согласно одному из вариантов настоящего изобретения, трехмерное изображение, формируемое на выходе из системы, может рассматриваться глазом с астигматизмом 33 (см. Фиг.8.3), при этом для вывода излучения из световода 10 используются голографический оптический элемент, компенсирующий астигматизм глаза, состоящий, по меньшей мере, из одной просветной голограммы 43, нанесенной на первую, по отношению к глазу, поверхность световода (см. Фиг.8.4), или отражательной голограммы 53, нанесенной на вторую, по отношению к глазу, поверхность световода (см. Фиг.8.5).According to one embodiment of the present invention, a three-dimensional image formed at the exit from the system can be viewed with an astigmatism eye 33 (see FIG. 8.3), while a holographic optical element is used to output radiation from the
Устройство для записи голографического оптического элемента просветного типа с компенсацией аметропии, близорукости, дальнозоркости или астигматизма глаза наблюдательной части устройства 3, в котором на голограмму направляется опорный гомоцентрический пучок, отраженный от пространственного модулятора 20 света отражательного типа, а объектный гомоцентрический пучок направляется через вспомогательный оптический элемент, компенсирующий аметропию, близорукость, дальнозоркость или астигматизм глаза (см. Фиг.9).A device for recording a holographic optical element of the luminal type with compensation for ametropia, myopia, hyperopia or astigmatism of the eye of the observing part of the
Устройство для записи голографического оптического элемента просветного типа с коррекцией аметропии, близорукости, дальнозоркости или астигматизма глаза наблюдательной части устройства 3, в котором на голограмму направляется опорный гомоцентрический пучок, прошедший через пространственный модулятор 21 света просветного типа, а объектный гомоцентрический пучок направляется через вспомогательный оптический элемент, корректирующий аметропию (элемент 60), близорукость (элемент 61), дальнозоркость (элемент 62) или астигматизм (элемент 63) глаза (см. Фиг.10).A device for recording a holographic optical element of the luminal type with correction of ametropia, myopia, hyperopia or astigmatism of the eye of the observing part of the
Устройство для записи голографического оптического элемента отражательного типа с коррекцией аметропии, близорукости, дальнозоркости или астигматизма глаза наблюдательной части устройства 3, в котором на голограмму направляется опорный гомоцентрический пучок, отраженный от пространственного модулятора 20 света отражательного типа, а объектный гомоцентрический пучок направляется через вспомогательный оптический элемент, корректирующий аметропию (элемент 60), близорукость (элемент 61), дальнозоркость (элемент 62) или астигматизм (элемент 63) глаза (см. Фиг.11).A device for recording a holographic optical element of a reflective type with correction of ametropia, myopia, hyperopia or astigmatism of the eye of the observation part of the
Устройство для записи голографического оптического элемента отражательного типа с коррекцией аметропии, близорукости, дальнозоркости или астигматизма глаза наблюдательной части устройства 3, в котором на голограмму направляется опорный гомоцентрический пучок, прошедший через пространственный модулятор 21 света просветного типа, а объектный гомоцентрический пучок направляется через вспомогательный оптический элемент, корректирующий аметропию (элемент 60), близорукость (элемент 61), дальнозоркость (элемент 62) или астигматизм (элемент 63) глаза (см. Фиг.12).A device for recording a holographic optical element of a reflective type with correction of ametropia, myopia, hyperopia or astigmatism of the eye of the observing part of the
Заявленное устройство может быть использовано в:The claimed device can be used in:
- Очках, шлемах и дисплеях виртуальной реальности;- Glasses, helmets and displays of virtual reality;
- Дисплеях мобильных устройств;- Displays of mobile devices;
- 3D очках;- 3D glasses;
- Топографических устройствах отображения информации;- Topographic information display devices;
- Иных топографических устройствах.- Other topographic devices.
Claims (18)
- по меньшей мере, один пространственный модулятор света, выполненный с возможностью формирования цифровой голограммы;
- по меньшей мере, одно устройство, совмещающее в себе цифровую схему электронного управления пространственным модулятором света и интерфейсный блок;
- по меньшей мере, один голографический оптический элемент для вывода излучения из световода, выполненный с возможностью компенсации дефектов глаза за счет компенсации формы волнового фронта, проходящего через указанный голографический оптический элемент;
- при этом порядок расположения указанных элементов по ходу распространения излучения от источника излучения такой, что пространственный модулятор света расположен на световоде после голографического оптического элемента, осуществляющего ввод излучения в световод, и до голографического оптического элемента, выводящего излучение из световода;
- при этом упомянутый, по меньшей мере, один голографический элемент представляет собой голографический оптический элемент (1) просветного типа, компенсирующий аметропию глаза, расположенный на первой, по отношению к глазу наблюдателя, поверхности световода, или (2) отражательного типа, компенсирующий аметропию глаза и расположенный на второй, по отношению к глазу наблюдателя, поверхности световода.1. An optical device for generating and observing dynamic and static three-dimensional images of the type of holograms, containing at least one laser radiation source, at least one optical fiber and holographic optical elements located on the surface of the optical fiber, characterized in that it further comprises:
- at least one spatial light modulator, configured to form a digital hologram;
- at least one device combining a digital electronic control circuit of a spatial light modulator and an interface unit;
- at least one holographic optical element for outputting radiation from the optical fiber, configured to compensate for eye defects by compensating for the shape of the wave front passing through the specified holographic optical element;
- wherein the arrangement of these elements along the propagation of radiation from the radiation source is such that the spatial light modulator is located on the optical fiber after the holographic optical element that implements the radiation into the optical fiber, and to the holographic optical element that outputs the radiation from the optical fiber;
- wherein said at least one holographic element is a holographic optical element (1) of a luminal type, compensating for the ametropia of the eye, located on the first surface of the fiber relative to the observer’s eye, or (2) of a reflective type, compensating for the ametropy of the eye and located on the second, with respect to the observer’s eye, surface of the light guide.
- вспомогательный оптический элемент, выполненный с возможностью формирования объектного гомоцентрического пучка;
- пространственный модулятор света просветного типа для формирования опорного гомоцентрического пучка,
причем на голографический материал направляется опорный гомоцентрический пучок, проходящий через пространственный модулятор просветного типа, а объектный гомоцентрический пучок направляется через вспомогательный оптический элемент.9. A device for recording a holographic optical element of the luminal type, containing at least one laser radiation source, at least one optical fiber and holographic optical elements located on the surface of the optical fiber, characterized in that it further comprises:
- an auxiliary optical element configured to form an object homocentric beam;
- spatial modulator of light of the translucent type for the formation of a reference homocentric beam,
moreover, the reference homocentric beam passing through the spatial modulator of the luminal type is directed to the holographic material, and the object homocentric beam is directed through the auxiliary optical element.
вспомогательный оптический элемент, выполненный с возможностью формирования объектного гомоцентрического пучка,
пространственный модулятор света просветного типа для формирования опорного гомоцентрического пучка,
причем на голографический материал направляется опорный гомоцентрический пучок, проходящий через пространственный модулятор просветного типа, а объектный гомоцентрический пучок направляется через вспомогательный оптический элемент.14. A device for recording a holographic optical element of a reflective type, containing at least one laser radiation source, at least one optical fiber and topographic optical elements located on the surface of the optical fiber, characterized in that it further comprises:
an auxiliary optical element configured to form an object homocentric beam,
spatial light modulator of the translucent type for the formation of a reference homocentric beam,
moreover, the reference homocentric beam passing through the spatial modulator of the luminal type is directed to the holographic material, and the object homocentric beam is directed through the auxiliary optical element.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013109084/28A RU2556291C2 (en) | 2013-03-01 | 2013-03-01 | Holographic image generating device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013109084/28A RU2556291C2 (en) | 2013-03-01 | 2013-03-01 | Holographic image generating device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013109084A RU2013109084A (en) | 2014-09-10 |
| RU2556291C2 true RU2556291C2 (en) | 2015-07-10 |
Family
ID=51539741
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013109084/28A RU2556291C2 (en) | 2013-03-01 | 2013-03-01 | Holographic image generating device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2556291C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU180402U1 (en) * | 2017-04-17 | 2018-06-13 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Изовак Технологии" | OPTICAL DEVICE FOR FORMING ARRIVED REALITY IMAGES |
| RU2802455C2 (en) * | 2019-03-11 | 2023-08-29 | Айкин, Инк. | Portable terminal auxiliary unit for holographic projection and user interface |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000267041A (en) * | 1999-03-16 | 2000-09-29 | Fuji Xerox Co Ltd | Head-mounted type color video projection device, color hologram optical element, and manufacture of color hologram optical element |
| US6139145A (en) * | 1998-11-13 | 2000-10-31 | Israel; Henry M. | Ophthalmic optical element incorporating a holographic element and use of same in cases of central field loss |
| WO2001046722A1 (en) * | 1999-12-23 | 2001-06-28 | Neurok, Llc | System and method for the manufacture of a universal reflective-transmissive display |
| RU2427015C2 (en) * | 2008-06-25 | 2011-08-20 | Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." | Compact virtual display |
| US8213755B2 (en) * | 2004-03-29 | 2012-07-03 | Sony Corporation | Optical device, and virtual image display device |
-
2013
- 2013-03-01 RU RU2013109084/28A patent/RU2556291C2/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6139145A (en) * | 1998-11-13 | 2000-10-31 | Israel; Henry M. | Ophthalmic optical element incorporating a holographic element and use of same in cases of central field loss |
| JP2000267041A (en) * | 1999-03-16 | 2000-09-29 | Fuji Xerox Co Ltd | Head-mounted type color video projection device, color hologram optical element, and manufacture of color hologram optical element |
| WO2001046722A1 (en) * | 1999-12-23 | 2001-06-28 | Neurok, Llc | System and method for the manufacture of a universal reflective-transmissive display |
| US8213755B2 (en) * | 2004-03-29 | 2012-07-03 | Sony Corporation | Optical device, and virtual image display device |
| RU2427015C2 (en) * | 2008-06-25 | 2011-08-20 | Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." | Compact virtual display |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU180402U1 (en) * | 2017-04-17 | 2018-06-13 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Изовак Технологии" | OPTICAL DEVICE FOR FORMING ARRIVED REALITY IMAGES |
| RU2802455C2 (en) * | 2019-03-11 | 2023-08-29 | Айкин, Инк. | Portable terminal auxiliary unit for holographic projection and user interface |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013109084A (en) | 2014-09-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chang et al. | Toward the next-generation VR/AR optics: a review of holographic near-eye displays from a human-centric perspective | |
| US11624917B2 (en) | Spatially multiplexed volume Bragg gratings with varied thicknesses for waveguide display | |
| CN107065178B (en) | Holographic three-dimensional virtual reality glasses optical structure | |
| US20180084232A1 (en) | Optical See-Through Head Worn Display | |
| US9244278B2 (en) | Computer generated hologram type display device | |
| JP6286781B2 (en) | Eyeglass-type image display device | |
| US10429648B2 (en) | Augmented reality head worn device | |
| KR101763150B1 (en) | Near-eye device | |
| WO2017133564A1 (en) | Head-mounted reality-augmented smart display device | |
| JP2020201511A (en) | Virtual reality, augmented reality and mixed reality systems including thick media, and related methods | |
| US20230341683A1 (en) | Near eye 3d display with separate phase and amplitude modulators | |
| KR20170134429A (en) | Methods and systems for augmented reality | |
| EP3175293A1 (en) | Image and wave field projection through diffusive media | |
| JP2022526054A (en) | Lightfield mixed reality system with correct monocular depth clues for the observer | |
| TW200839289A (en) | Electronic wavefront device and method of electronically rendering a wavefront | |
| CN110376739B (en) | Holographic plane hybrid near-to-eye display system based on rapid calculation of large exit pupil in light polarization direction | |
| Lin et al. | Retinal projection head-mounted display | |
| JP2013527494A (en) | hologram | |
| CN203465469U (en) | Wearable horizontal optical system | |
| US20220326532A1 (en) | Diffractive image combiner, display device module, and head-mounted display device | |
| Yoneyama et al. | Holographic head-mounted display with correct accommodation and vergence stimuli | |
| CN217467363U (en) | Near-to-eye display optical system and head-mounted display equipment | |
| RU2556291C2 (en) | Holographic image generating device | |
| Xia et al. | Towards eyeglass-style holographic near-eye displays with statically | |
| RU2525317C1 (en) | Optical device for forming holographic images |