RU162200U1 - OPTICAL SCHEME OF THE HOLOGRAPHIC INDICATOR OF SIGN-SYMBOL INFORMATION BASED ON THE COMBINED DIFFRACTION OPTICAL ELEMENT - Google Patents
OPTICAL SCHEME OF THE HOLOGRAPHIC INDICATOR OF SIGN-SYMBOL INFORMATION BASED ON THE COMBINED DIFFRACTION OPTICAL ELEMENT Download PDFInfo
- Publication number
- RU162200U1 RU162200U1 RU2015147012/28U RU2015147012U RU162200U1 RU 162200 U1 RU162200 U1 RU 162200U1 RU 2015147012/28 U RU2015147012/28 U RU 2015147012/28U RU 2015147012 U RU2015147012 U RU 2015147012U RU 162200 U1 RU162200 U1 RU 162200U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plate
- radiation
- diffraction
- optical
- holographic
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 31
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 76
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 31
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 claims abstract description 16
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 27
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 12
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 12
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 4
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 description 3
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 description 3
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 description 3
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 description 3
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
- G02B27/0103—Head-up displays characterised by optical features comprising holographic elements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/18—Diffraction gratings
- G02B5/1814—Diffraction gratings structurally combined with one or more further optical elements, e.g. lenses, mirrors, prisms or other diffraction gratings
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/18—Diffraction gratings
- G02B5/1876—Diffractive Fresnel lenses; Zone plates; Kinoforms
- G02B5/188—Plurality of such optical elements formed in or on a supporting substrate
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/02—Details of features involved during the holographic process; Replication of holograms without interference recording
- G03H1/024—Hologram nature or properties
- G03H1/0244—Surface relief holograms
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
- Electroluminescent Light Sources (AREA)
Abstract
Оптическая схема голографического индикатора знако-символьной информации, содержащая последовательно установленные на оптической оси OLED-дисплей в качестве источника излучения знако-символьной информации, коллимирующий объектив, световодную пластинку, Брэгговскую отражательную дифракционную решетку для ввода излучения знако-символьной информации в указанную пластинку для последующего распространения внутри пластинки под действием полного внутреннего отражения и полученный на двух противоположных поверхностях пластинки двухкомпонентный комбинированный дифракционный оптический элемент в виде дифракционных решеток переменной дифракционной эффективности для вывода излучения из пластинки в зрачок наблюдателя с одной стороны пластинки и голографического зеркала с функцией пропускания света от окружающей обстановки в зрачок наблюдателя через пластинку с другой ее стороны, отличающаяся тем, что в оптической схеме присутствует совокупность голографического зеркала и вводной Брэгговской отражательной дифракционной решетки, работающих как спектральные фильтры за счет высокой спектрально-угловой селективности.Optical design of a holographic indicator of symbolic information information, comprising an OLED display sequentially installed on the optical axis as a radiation source of symbolic information, a collimating lens, a light guide plate, a Bragg reflective diffraction grating for introducing radiation of the symbolic information into the specified plate for subsequent distribution inside the plate under the action of total internal reflection and obtained on two opposite surfaces of the plate component combined diffraction optical element in the form of diffraction gratings of variable diffraction efficiency for outputting radiation from the plate to the observer’s pupil on one side of the plate and a holographic mirror with the function of transmitting light from the environment to the observer’s pupil through the plate on its other side, characterized in that in the optical the scheme contains a combination of a holographic mirror and an introductory Bragg reflection diffraction grating, operating as a spectral filter due to the high spectral and angular selectivity.
Description
Область техникиTechnical field
Полезная модель относится к области голографических дисплеев, формирующих изображение, и, более конкретно, к коллиматорным оптическим индикаторам, формирующим для зрачка наблюдателя знако-символьную информацию на фоне окружающей обстановки.The utility model relates to the field of holographic displays that form an image, and, more specifically, to collimator optical indicators that form sign-symbolic information for the observer’s pupil against the background of the surrounding environment.
Уровень техникиState of the art
Использование дифракционных оптических элементов (ДОЭ) в нашлемньгх системах отображения информации вывело их на качественно новый этап развития, позволив существенно снизить массогабаритные параметры при увеличении выходного зрачка таких систем. Дисплеи и индикаторы на основе световодных пластин и ДОЭ становятся на данный момент важной и неотъемлемой частью многих систем отображения информации и визуализации, особенно в системах отображения для автомобилей, самолетов и систем, где наблюдаемое изображение накладывается на изображение реальной сцены. Преимуществом систем отображения информации на основе ДОЭ и световодных пластин является то, что они обеспечивают выходной зрачок большого размера при сравнительно малом размере коллимирующей оптической системы, что позволяет существенно снизить массогабаритные параметры голографического дисплея или индикатора.The use of diffractive optical elements (DOEs) in the current information display systems brought them to a qualitatively new stage of development, which made it possible to significantly reduce the weight and size parameters with an increase in the exit pupil of such systems. Displays and indicators based on light guide plates and DOEs are currently becoming an important and integral part of many information display and visualization systems, especially in display systems for cars, airplanes and systems where the observed image is superimposed on the image of a real scene. The advantage of information display systems based on DOEs and light guide plates is that they provide a large exit pupil with a relatively small size of the collimating optical system, which can significantly reduce the weight and size parameters of a holographic display or indicator.
В зарубежных патентах (российские патенты по тематике полезной модели не обнаружены) предложены различные варианты построения дисплеев и индикаторов на основе дифракционных оптических элементов.In foreign patents (Russian patents on the subject of a utility model are not found), various options are proposed for constructing displays and indicators based on diffractive optical elements.
В патентной заявке США корейской компании SAMSUNG ELECTRONICS - US 2004004767 WEARABLE DISPLAY SYSTEM ADJUSTING MAGNIFICATION OF AN IMAGE (МПК G02B 27/01; G02B 27/02; G02B 27/22; G02B 5/18; G02B 5/32; H04N 5/64; G02B 27/00; G02B 6/00; (IPC 1-7): G02B 27/44; G02B 5/18, опубл. 2004-01-08) представлена схема цветного дисплея на основе стеклянной пластины, посредством которой формируемое оптической системой изображение передается наблюдателю. Данный дисплей состоит из источника формирования изображения 450, оптической системы 400 с переменным фокусным расстоянием, дифракционных решеток 410 и 430 для ввода и вывода излучения из стеклянной подложки 420. За счет того, что излучение распространяется внутри подложки удается уменьшить продольные габариты такого дисплея. Для минимизации потерь на полное внутреннее отражение (ПВО) при прохождении излучения внутри подложки на обе ее поверхности нанесено непрозрачное отражающее алюминиевое покрытие.US patent application Korean company SAMSUNG ELECTRONICS - US 2004004767 WEARABLE DISPLAY SYSTEM ADJUSTING MAGNIFICATION OF AN IMAGE (IPC G02B 27/01; G02B 27/02; G02B 27/22;
Недостатком данного дисплея является ограниченный размер выходного зрачка, а также наличие непрозрачного алюминиевого покрытия, которое может ограничивать поле зрения наблюдателя.The disadvantage of this display is the limited size of the exit pupil, as well as the presence of an opaque aluminum coating, which can limit the field of view of the observer.
В патенте США израильской компании YEDA RESEARCH & DEVELOPMENT - US 5966223 PLANAR HOLOGRAPHIC OPTICAL DEVICE (МПК G02B 5/32; G02B 6/124; G02B 6/26; G02B 6/28; G02B 6/34; G03H 1/00; G03H 1/22; G03H 1/24; G02B 6/43; (IPC 1-7): G02B 27/44; G02B 5/18; G02B 5/32, опубл. 1999-10-12) и патенте США израильских компаний YEDA RESEARCH AND DEVELOPMENT и ELOP ELECTRO OPTICS INDUSTRIES - US 6580529 HOLOGRAPHIC OPTICAL DEVICES (МПК G02B 5/32; (IPC1-7): G02B 5/32; G03H 1/00; G03H 1/22, опубл. 2003-06-17) представлен монохромный дисплей, включающий в себя источник излучения 2 для формирования необходимой информации, коллимирующий объектив 4, а также стеклянную пластинку 6, на которой получены три дифракционные решетки (ДР) H1, Н2 и Н3 различного периода. Первая ДР H1 вводит излучение в подложку под углом полного внутреннего отражения. Вторая решетка Н2 «разворачивает» падающее на нее излучение на 90 градусов, реализуя при этом принцип мультиплексирования зрачков по одной координате. Третья ДР Н3 обеспечивает вывод излучения из подложки в сторону наблюдателя, а также реализует принцип мультиплексирования зрачков по другой координате. Дифракционная эффективность второй и третьей решеток переменная для обеспечения равной интенсивности пучков излучения, выходящих из пластинки 6. На обе поверхности пластинки нанесено непрозрачное отражающее покрытие 10 и 12 для того, чтобы избежать посторонних засветок и нежелательных переотражений.In the US patent of the Israeli company YEDA RESEARCH & DEVELOPMENT - US 5966223 PLANAR HOLOGRAPHIC OPTICAL DEVICE (IPC
Таким образом, данный дисплей не позволяет одновременно наблюдать выводимую информацию и окружающую обстановку, что является его серьезным недостатком.Thus, this display does not allow to simultaneously monitor the displayed information and the environment, which is its serious drawback.
В патенте США финской компании NOKIA - US 6805490 METHOD AND SYSTEM FOR BEAM EXPANSION IN A DISPLAY DEVICE (МПК G02B 5/18; G02B 6/00; G02B 6/34; (IPC1-7): G02B 6/38, опубл. 2004-10-19) представлена планарная волноводная структура для дисплеев. Она представляет собой прозрачную подложку, на одной поверхности которой получена ДР, как и в предыдущих случаях, но отличительной особенностью является применение поляризационного покрытия на второй стороне. Благодаря этому возможно направлять на решетку излучение определенной поляризации, что позволяет уменьшить обратное отражение в -1 и -2 порядки дифракции, тем самым увеличив длину волновода, и соответственно размеры выходного зрачка дисплея.In the US patent of the Finnish company NOKIA - US 6805490 METHOD AND SYSTEM FOR BEAM EXPANSION IN A DISPLAY DEVICE (IPC
В силу использования дифракционных решеток для ввода и вывода излучения из волновода вопрос дисперсионного размытия изображения при использовании данной структуры в дисплее не решен.Due to the use of diffraction gratings for input and output of radiation from the waveguide, the issue of dispersion blur of the image when using this structure in the display is not resolved.
В этом же патенте US 6805490 представлена подложка, состоящая из двух склеенных пластин с различными показателями преломления, с полученными на поверхности первой пластины дифракционными решетками для ввода и вывода излучения из подложки. Такая двухкомпонентная структура может быть использована в двухцветных дисплеях за счет наличия двух склеенных пластин 30 и 50. Благодаря тому, что они обладают различными показателями преломления, излучение с большей длиной волны испытывает ПВО уже в первой пластине (в первом слое 30), а излучение более короткой длины волны, дифрагировавшее на меньший угол, испытывает ПВО во втором слое 50. Дополнительно между двумя слоями нанесена тонкая пленка 40, обладающая показателем преломления ниже, чем первый слой 30, для уменьшения потерь на ПВО при отражениях для большей длины волны в первом слое. Излучение более короткой длины волны при этом проходит через слой 30 и пленку 40, не претерпевая отражения. Подобная структура при учете точного подбора толщин и показателей преломления обоих слоев позволяет обеспечить то, что излучение различных длин волн, претерпевая ПВО в своем слое, падает на дифракционную решетку Н2 в одну и ту же точку и выводится из нее наблюдателю. Это позволяет устранить двоение при наложении изображений двух цветов. Такая структура является прозрачной, позволяет уменьшить продольные габариты системы отображения и увеличить выходной зрачок.In the same patent US 6805490 a substrate is presented, consisting of two glued plates with different refractive indices, with diffraction gratings obtained on the surface of the first plate for input and output of radiation from the substrate. Such a two-component structure can be used in two-color displays due to the presence of two glued plates 30 and 50. Due to the fact that they have different refractive indices, radiation with a longer wavelength experiences ATR already in the first plate (in the first layer 30), and the radiation is more a shorter wavelength, diffracted to a smaller angle, experiences air defense in the second layer 50. Additionally, a
Недостатком же данного дисплея является то, что в силу использования дифракционных решеток для ввода и вывода излучения из волновода вопрос дисперсионного размытия изображения может быть решен только при использовании в качестве источников излучения полупроводниковых лазеров, что существенно увеличивает габариты самого дисплея. При использовании источника излучения типа OLED с широким спектром излучения для каждой цветовой компоненты будет наблюдаться спектральное размытие в силу достаточно большой длины пластины и количества переотражений излучения в ней.The disadvantage of this display is that due to the use of diffraction gratings for input and output of radiation from the waveguide, the issue of dispersive image blur can be solved only when using semiconductor lasers as radiation sources, which significantly increases the dimensions of the display itself. When using an OLED type radiation source with a wide emission spectrum, spectral smearing will be observed for each color component due to the sufficiently long plate length and the number of radiation re-reflections in it.
В патентной заявке США компании ROCKWELL COLLINS - US 2014140654 TRANSPARENT WAVEGUIDE DISPLAY (МПК G02F 1/29, опубл. 2014-05-22) представлена схема малогабаритного монохромного дисплея на основе Брэгговских решеток (в основном переключаемых, с наличием электродов управления режимами работы решетки). Дисплей включает в себя микродисплей типа LCOS, LED, OLED и т.п. в зависимости от варианта реализации, оптический узел для ввода излучения в подложку и как минимум две стеклянные подложки с полученными на их поверхности переключаемыми Брэгговскими решетками для ввода и вывода излучения из пластин. Некоторые из вариантов реализации этих решеток могут работать в пассивном (непереключаемом) режиме, т.е. без приложения к ним напряжения. Также между подложками находится тонкая полуволновая пленка для обеспечения определенного типа поляризации излучения, распространяющегося в подложках. Переключаемые Брэгговские решетки обладают высокой (до 90%) дифракционной эффективностью и хорошим пропусканием на просвет, но в отличие от статических непереключаемых решеток (параметры которых не изменяются), переключаемые решетки гораздо более сложны в изготовлении, т.к. требуют наличия электродов. В различных реализациях переключаемые Брэгговские решетки толщиной до 3 мкм могут использоваться как пропускающие решетки для вывода излучения (за счет дифракции) из подложки (преимущественно в пассивном режиме работы), для расширения пучка в одном из направлений (в активном режиме работы), а также как отражательные решетки типа голографических зеркал. Кроме того, есть возможность построения по такой схеме многоцветных дисплеев в том случае, если в каждой пластинке будет распространяться и выводиться излучение только определенной спектральной составляющей, причем RGB-слои переключаемых Брэгговских решеток должны быть согласованы с RGB-источником излучения и переключаться последовательно.The US patent application of ROCKWELL COLLINS - US 2014140654 TRANSPARENT WAVEGUIDE DISPLAY (IPC G02F 1/29, published 2014-05-22) presents a diagram of a small-sized monochrome display based on Bragg gratings (mainly switchable, with the presence of electrodes for controlling the operating modes of the grating) . The display includes a microdisplay such as LCOS, LED, OLED, etc. depending on the embodiment, an optical unit for introducing radiation into the substrate and at least two glass substrates with switchable Bragg gratings obtained on their surface for input and output of radiation from the plates. Some of the options for implementing these gratings can work in a passive (non-switchable) mode, i.e. without applying voltage to them. A thin half-wave film is also located between the substrates to provide a certain type of polarization of the radiation propagating in the substrates. Switchable Bragg gratings have a high (up to 90%) diffraction efficiency and good transmittance, but unlike static non-switchable gratings (whose parameters do not change), switchable gratings are much more difficult to manufacture, because require electrodes. In various implementations, switchable Bragg gratings up to 3 μm thick can be used as transmission gratings to remove radiation (due to diffraction) from the substrate (mainly in the passive mode of operation), to expand the beam in one direction (in the active mode of operation), and also as reflective gratings such as holographic mirrors. In addition, there is the possibility of constructing multi-color displays according to this scheme if only a certain spectral component will propagate and output in each plate, and the RGB layers of switched Bragg gratings must be consistent with the RGB radiation source and switched sequentially.
В большинстве применений таких дисплеев, построенных по такой схеме, в качестве источника излучения предпочтительно использовать лазерный источник излучения в сочетании с LCOS дисплеем или узкополосный микродисплей (в пределах ±5 нм). В то же время в качестве источника излучения можно использовать OLED-дисплей в тех случаях, когда оптические характеристики устройства (разрешение, яркость, цветовая гамма) не так важны. Это является недостатком использования такой реализации дисплея, т.к. использование широкополосного OLED источника вызывает спектральное размытие проецируемого наблюдателю изображения и снижает разрешение устройства в целом.In most applications of such displays constructed according to such a scheme, it is preferable to use a laser radiation source in combination with an LCOS display or a narrow-band microdisplay (within ± 5 nm) as a radiation source. At the same time, an OLED display can be used as a radiation source in cases where the optical characteristics of the device (resolution, brightness, color gamut) are not so important. This is a disadvantage of using such a display implementation since the use of a broadband OLED source causes spectral smearing of the image projected to the observer and reduces the resolution of the device as a whole.
Один из вариантов данного устройства является наиболее близким аналогом (прототипом) к предлагаемому топографическому индикатору, т.к. может содержать в своем составе микродисплей типа OLED, оптический узел ввода излучения и пропускающую двухкомпонентную структуру, включающую в себя стеклянные подложки с дифракционными решетками, соединенные (или склеенные) между собой. Данные решетки являются Брэгговскими дифракционными решетками (в основном переключаемыми с возможностью работы в активном и пассивном режимах, в том числе с возможностью работы в качестве голографического зеркала), предназначенными для вывода излучения из подложки.One of the options for this device is the closest analogue (prototype) to the proposed topographic indicator, because It may contain an OLED type microdisplay, an optical radiation input unit and a transmission two-component structure, including glass substrates with diffraction gratings, connected (or glued) to each other. These gratings are Bragg diffraction gratings (basically switchable with the ability to work in active and passive modes, including the ability to work as a holographic mirror), designed to output radiation from the substrate.
К основным недостаткам данной схемы прототипа можно отнести сложность изготовления переключаемых Брэгговских решеток в силу наличия в их составе электродов, на которые подается напряжение в активном режиме их работы, что дополнительно усложняет схему самого дисплея и соответственно существенно повышает его стоимость по сравнению со статическими дифракционными решетками. Другим недостатком данного устройства в случае использования в нем в качестве источника излучения OLED-дисплея является ухудшение его оптических характеристик (разрешения, яркости, цветового размытия).The main disadvantages of this prototype scheme include the complexity of manufacturing switchable Bragg gratings due to the presence of electrodes on them, which are supplied with voltage in the active mode of their operation, which additionally complicates the display circuit and, accordingly, significantly increases its cost compared to static diffraction gratings. Another disadvantage of this device when using an OLED display as a radiation source is the deterioration of its optical characteristics (resolution, brightness, color blur).
Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure
Задачей полезной модели являлось создание голографического индикатора знако-символьной информации с устранением недостатка прототипа, а именно: сохранение его оптических характеристик (обеспечение высокого разрешения и отсутствие цветового размытия) при использовании OLED-дисплея с широким спектром излучения в качестве источника формирования информации.The objective of the utility model was to create a holographic indicator of symbolic information with the elimination of the lack of a prototype, namely: preservation of its optical characteristics (ensuring high resolution and the absence of color blur) when using an OLED display with a wide radiation spectrum as a source of information formation.
Для устранения недостатков прототипа необходимо, с одной стороны, использовать традиционные (непереключаемые, т.е. без электродов) дифракционные решетки, которые могут быть не только Брэгговскими, а многоуровневыми рельефно-фазовыми, что позволит дополнительно снизить сложность изготовления дисплея. Совместно с дифракционными решетками для вывода излучения в индикаторе предлагается дополнительно использовать спектральный фильтр для уменьшения хроматических аберраций и цветового размытия, а с другой стороны, сохранить на световодной подложке зеркальное или подобное покрытие для уменьшения потерь на отражении, но обеспечив его прозрачность. Этого можно добиться благодаря использованию двухкомпонентной комбинированной структуры ДОЭ, включающей в себя на одной поверхности подложки пропускающую дифракционную решетку для вывода излучения из пластины и на другой - голографическое зеркало с высокой спектрально-угловой селективностью для получения чистых цветов. Это позволит существенно снизить хроматические аберрации и цветовое размытие изображения монохромных систем отображения, возникающие из-за большого количества переотражений излучения внутри световодной пластинки подложки при использовании OLED-дисплея в качестве источника формирования необходимой информации. Это, в свою очередь, позволяет в отличие от работы схемы прототипа сохранить приемлемое разрешение индикатора при использовании OLED-дисплея.To eliminate the disadvantages of the prototype, it is necessary, on the one hand, to use traditional (non-switchable, i.e., without electrodes) diffraction gratings, which can be not only Bragg, but multi-level relief-phase, which will further reduce the complexity of manufacturing the display. Together with diffraction gratings for radiation output, it is proposed to additionally use a spectral filter in the indicator to reduce chromatic aberration and color blur, and, on the other hand, to preserve a mirror or similar coating on the light guide substrate to reduce reflection loss, but ensuring its transparency. This can be achieved through the use of a two-component combined DOE structure, which includes a transmission diffraction grating on one surface of the substrate to remove radiation from the plate and a holographic mirror with high spectral-angular selectivity on the other to obtain pure colors. This will significantly reduce chromatic aberration and color blur of monochrome image display systems arising due to the large number of re-reflections of radiation inside the light guide plate of the substrate when using an OLED display as a source for generating the necessary information. This, in turn, allows, in contrast to the prototype circuit, to maintain an acceptable indicator resolution when using an OLED display.
Техническим результатом полезной модели является построение оптической схемы голографического индикатора на основе стеклянной подложки (световодной пластинки) с комбинированным двухкомпонентным ДОЭ, состоящим из дифракционной решетки (которая может быть как брэгговской, так и рельефно-фазовой) на одной стороне подложки и голографического зеркала на другой. Наличие в составе индикатора голографического зеркала и Брэгговской отражательной дифракционной решетки для ввода излучения, работающих как спектральные фильтры за счет высокой спектральной селективности, позволяет использовать OLED-дисплей с широким спектром излучения (до 60 нм) в качестве источника формирования знако-символьной информации без ухудшения оптических характеристик устройства, так как компенсирует дисперсионное размытие изображения, возникающее в обычных схемах при использовании источников света типа OLED с относительно широкой спектральной полосой излучения.The technical result of the utility model is the construction of an optical holographic indicator based on a glass substrate (light guide plate) with a combined two-component DOE consisting of a diffraction grating (which can be both Bragg and phase-relief) on one side of the substrate and a holographic mirror on the other. The presence of a holographic mirror indicator and a Bragg reflection diffraction grating for radiation input, operating as spectral filters due to high spectral selectivity, allows the use of an OLED display with a wide radiation spectrum (up to 60 nm) as a source for generating sign-symbol information without compromising optical characteristics of the device, as it compensates for the dispersion blurring of the image that occurs in conventional schemes when using light sources such as OLED with relatively a wide spectral band of radiation.
Технический результат достигается за счет того, что оптическая схема голографического индикатора знако-символьной информации содержит последовательно установленные на оптической оси OLED-дисплей в качестве источника излучения знако-символьной информации, коллимирующий объектив, световодную пластинку, Брэгговскую отражательную дифракционную решетку для ввода излучения знако-символьной информации в указанную пластинку для последующего распространения излучения внутри пластинки под действием полного внутреннего отражения и полученный на двух противоположных рабочих поверхностях пластинки двухкомпонентный комбинированный дифракционный оптический элемента в виде дифракционных решеток переменной дифракционной эффективности для вывода излучения из пластинки в зрачок наблюдателя с одной стороны пластинки и голографического зеркала с функцией пропускания света от окружающей обстановки в зрачок наблюдателя через пластинку с другой ее стороны. При этом в оптической схеме присутствует совокупность голографического зеркала и вводной Брэгговской отражательной дифракционной решетки, работающих как спектральные фильтры за счет высокой спектрально-угловой селективности.The technical result is achieved due to the fact that the optical scheme of the holographic indicator of symbolic information contains an OLED display sequentially installed on the optical axis as a radiation source of the symbolic information, a collimating lens, a light guide plate, a Bragg reflection diffraction grating for inputting the radiation of the symbolic symbol information in the specified plate for the subsequent propagation of radiation inside the plate under the action of total internal reflection and obtained a two-component combined diffractive optical element on two opposite working surfaces of the plate in the form of diffraction gratings of variable diffraction efficiency for outputting radiation from the plate to the observer’s pupil on one side of the plate and a holographic mirror with the function of transmitting light from the surrounding environment to the observer’s pupil through the plate on the other side . Moreover, the optical scheme contains a combination of a holographic mirror and an introductory Bragg reflection diffraction grating, operating as spectral filters due to high spectral-angular selectivity.
Перечень фигурList of figures
На ФИГ. 1 представлена схема голографического индикатора знако-символьной информации на основе комбинированного двухкомпонентного ДОЭ.In FIG. 1 is a diagram of a holographic indicator of symbolic information based on a combined two-component DOE.
На ФИГ. 2 изображена послойная схема комбинированного двухкомпонентного ДОЭ, состоящего из дифракционной решетки для вывода излучения из подложки и голографического зеркала.In FIG. Figure 2 shows a layered diagram of a combined two-component DOE consisting of a diffraction grating for outputting radiation from a substrate and a holographic mirror.
На ФИГ. 3 представлены экспериментальные графики спектра отражения голографического зеркала для разных длин световых волн и разных углов их падения.In FIG. Figure 3 shows experimental graphs of the reflection spectrum of a holographic mirror for different wavelengths of light and different angles of incidence.
Осуществление полезной модели В качестве источника формирования знако-символьной информации в предлагаемом голографическом индикаторе (ФИГ. 1) использован OLED-дисплей 1, излучающий в зеленой области спектра с достаточно широкой спектральной полосой (до 60 нм). Испускаемые источником излучения 1 пучки лучей коллимируют объективом 2, а затем через вводную Брэгговскую отражательную дифракционную решетку (ДР) 5 вводят в стеклянную подложку (световодную пластинку) 3, внутри которой излучение распространяется под действием ПВО. Особенностью данной системы является то, что на поверхности подложки получены комбинированные двухкомпонентные ДОЭ (ФИГ. 2), представляющие собой дифракционные решетки (ДР) 6 для вывода излучения в зрачок 8 наблюдателя с одной стороны подложки и голографическое зеркало 7 как спектральный фильтр - с другой стороны, голографическое зеркало обычно покрыто защитным стеклом 4.Implementation of the utility model As the source of the formation of the symbolic information in the proposed holographic indicator (FIG. 1), the
Отражательная ДР 5 предназначена для ввода пучков излучения, идущего после коллимирующего объектива 2 в пластинку 3 под углами ПВО. Данная ДР 5 обладает спектральной и угловой селективностью, т.е. вводит в пластинку 3 излучение, идущее под определенными углами и определенного спектрального состава, поэтому она так же, как и голографическое зеркало, выполняет функции спектрального фильтра при вводе излучения в пластинку 3. ДР 5 получена на слое бихромированного желатина (БХЖ). Конкретные рабочие параметры ДР 5: толщина - 35 мкм; рабочая длина волны излучения - 530 нм; дифракционная эффективность - выше 0,7.
Попадая изнутри на поверхность пластинки 3, на которой расположены ДР 6, часть излучения дифрагирует в идущий в сторону зрачка 8 наблюдателя «+1»-порядок. «0»-порядок излучения продолжает распространяться в пластинке 3. Для выравнивания по полю яркости наблюдаемого изображения ДР 6 должны обладать переменной дифракционной эффективностью, что обеспечивается за счет изменения глубины поверхностного рельефа решетки 6. Таким образом, выводная решетка 6 разбита на зоны, в каждой из которых получена решетка с определенной глубиной рельефа. В этих зональных решетках дифракционная эффективность зависит от зоны расположения решетки в общей структуре.Once inside the surface of the
На ФИГ. 2 послойно изображена схема комбинированного двухкомпонентного ДОЭ, состоящего из дифракционной решетки 6 с переменной эффективностью η, увеличивающейся по мере распространения излучения внутри подложки к ее краю, для вывода излучения из подложки 3, голографического зеркала 7 и защитного стекла 4. Голографическое зеркало 7 имеет коэффициент отражения ρ(λ,θ), зависящий от длины волны и угла падения излучения (см. ФИГ. 3). Таким образом, при падении на зеркало излучения определенной длины волны λ с широким спектральным диапазоном λ±Δλ1 зеркало отражает излучение уже более узкого спектрального диапазона λ±Δλ2.In FIG. 2, a layer-by-layer diagram of a combined two-component DOE consisting of a
Голографическое зеркало 7 представляет собой прозрачную стеклянную пластинку с полученной на слое бихромированного желатина структурой. Толщина материала зеркала составляет 35 мкм; рабочая длина волны излучения - 530 нм; коэффициент отражения на рабочей длине волны - выше 0,75. Такое голографическое зеркало прозрачно на просвет, но в силу наличия у материала спектральной и угловой селективности способно отражать падающее под рабочим углом излучение с узким (около 20 нм) спектральным диапазоном Δλ2.The
Применение голографического зеркала 7 и вводной Брэгговской отражательной решетки 5 с высокой спектрально-угловой селективностью позволяет снизить хроматические аберрации и дисперсионное размытие изображения монохромных систем отображения, возникающие из-за большого количества переотражений излучения внутри световодной пластинки 3 при использовании широкополосного OLED-дисплея 1 в качестве источника формирования необходимой знако-символьной информации.The use of a
Голографическое зеркало имеет узкий спектр отражения для определенной спектральной составляющей. Спектральная селективность голографического зеркала δλ определяется соотношением (1):A holographic mirror has a narrow reflection spectrum for a specific spectral component. The spectral selectivity of the holographic mirror δ λ is determined by the relation (1):
где δα - величина угловой селективности, которая может быть определена из соотношения (2);where δ α is the magnitude of angular selectivity, which can be determined from relation (2);
где n - средний показатель преломления регистрирующей среды (n=1,52);where n is the average refractive index of the recording medium (n = 1.52);
T - толщина регистрирующей среды (Т=35 мкм);T is the thickness of the recording medium (T = 35 μm);
Θ0 - угол Брэгга в регистрирующей среде (для отражательного зеркала, у которого направление плоскостей пучностей параллельно слою фотоматериала Θ0=90°);Θ 0 is the Bragg angle in the recording medium (for a reflective mirror, in which the direction of the antinode planes is parallel to the photographic material layer Θ 0 = 90 °);
ξr - коэффициент пропорциональный угловому отклонению да от угла Брэггаξ r - coefficient proportional to the angular deviation yes from the Bragg angle
Значение коэффициента ξr изменяется в диапазоне от 0 до 3. В первом случае обеспечивается максимально возможная дифракционная эффективность - 100%, а во втором она равна 0. Для предварительной оценки спектральной селективности голографического зеркала примем ξr=1,5.The coefficient ξ r varies in the range from 0 to 3. In the first case, the maximum possible diffraction efficiency is provided - 100%, and in the second it is 0. For a preliminary assessment of the spectral selectivity of a holographic mirror, we take ξ r = 1.5.
Для углов распространения излучения в пластине порядка 45…55 градусов теоретическая спектральная селективность голографического зеркала, полученного на слое бихромированного желатина толщиной 35 мкм, составляет около 5 нм, что свидетельствует о возможности его использования в качестве спектрального фильтра.For angles of radiation propagation in a plate of the order of 45 ... 55 degrees, the theoretical spectral selectivity of a holographic mirror obtained on a layer of dichromated gelatin with a thickness of 35 μm is about 5 nm, which indicates the possibility of its use as a spectral filter.
На ФИГ. 3 представлен экспериментальный график спектра отражения голографического зеркала для разных длин волн и углов падения. Из графика видно, что при угле падения 50 градусов коэффициент отражения голографического зеркала максимальный и составляет 0,75 для длины волны излучения 530 нм, а для углов падения 45 и 55 градусов коэффициент отражения составляет более 0,6. Ширина отраженного спектра для угла падения 50 градусов составляет 25 нм, а для диапазона углов от 45 до 55 градусов - 35 нм. Для длин волн менее 500 нм и более 550 нм это излучения практически полностью гасится, и коэффициент отражения составляет менее 0,1, что свидетельствует о возможности использования голографического зеркала в качестве спектрального фильтра.In FIG. Figure 3 shows an experimental plot of the reflection spectrum of a holographic mirror for different wavelengths and incidence angles. The graph shows that at an angle of incidence of 50 degrees, the reflection coefficient of the holographic mirror is maximum and is 0.75 for a radiation wavelength of 530 nm, and for angles of incidence of 45 and 55 degrees, the reflection coefficient is more than 0.6. The width of the reflected spectrum for an angle of incidence of 50 degrees is 25 nm, and for a range of angles from 45 to 55 degrees - 35 nm. For wavelengths less than 500 nm and more than 550 nm, this radiation is almost completely extinguished, and the reflection coefficient is less than 0.1, which indicates the possibility of using a holographic mirror as a spectral filter.
Для сравнения величин спектрального размытия изображения, наблюдаемого через индикатор с топографическим зеркалом 7 и без него, вычисляли, на какой угол дифрагирует в пластинке 3 пучок излучения с различной шириной спектра при нормальном падении на вводную решетку 5, и оценивали для каждого случая размер размытия точечного источника. Расчет проводится для рабочей длины волны и для крайних длин волн излучения OLED-дисплея 1 с шириной спектра 60 нм и при наличии голографического зеркала 7 с шириной спектра отражения 35 нм.To compare the spectral blur values of the image observed through an indicator with and without a
Запишем формулу дифракционной решетки:We write the formula of the diffraction grating:
где λ - рабочая длина волны; nст - показатель преломления стекла; dреш - период вводной и выводной решеток; m - порядок дифракции (m=1); θ - угол падения излучения на пластину (падение нормальное θ=90°); n - показатель преломления воздуха (n=1); αi - угол дифракции для i-ой длины волны излучения.where λ is the working wavelength; n article is the refractive index of glass; d res - the period of the input and output lattices; m is the diffraction order (m = 1); θ is the angle of incidence of radiation on the plate (normal incidence θ = 90 °); n is the refractive index of air (n = 1); α i - diffraction angle for the i-th radiation wavelength.
СоответственноRespectively
Расстояние между соседними переотражениями для i-ых длин волн равноThe distance between adjacent reflections for the i-th wavelengths is
где dпл - толщина пластины;where d PL - the thickness of the plate;
Количество переотражений, которые при этом испытывает излучение, распространяясь в пластине длиной Lпл под действием ПВО, составляетThe number of reflections that the radiation undergoes while propagating in a plate of length L PL under the influence of air defense is
Для световодной пластины длиной 80 мм, показателя преломления стекла 1,51, толщины подложки 2 мм, периода дифракционных решеток 0,5 мкм по формулам (4)-(7) можно вычислить, что изображение точечного источника, формируемого OLED-дисплеем с шириной спектра 60 нм при наблюдении его через крайнюю, самую удаленную от вводной решетки, область световодной пластины длиной 80 мм будет размываться в линию длиной 2,4 мм и более, а при наличии голографического зеркала с шириной спектра отражения 35 нм это размытие будет составлять величину до 1,7 мм (то есть на 30% меньше).For a light guide plate with a length of 80 mm, a glass refractive index of 1.51, a substrate thickness of 2 mm, a diffraction grating period of 0.5 μm, using formulas (4) - (7), it can be calculated that the image of a point source formed by an OLED display with a
Таким образом, показано, что сочетание в едином комбинированном дифракционном оптическом элементе дифракционной решетки с переменной эффективностью, необходимой для вывода излучения из световодной пластинки, непереключаемой брэгговской отражательной решетки для ввода излучения в пластинку, и голографического зеркала как дополнительного спектрального фильтра, позволяет достичь технического результата, а именно позволяет использовать OLED-дисплей с широким спектром излучения (до 60 нм) в качестве источника формирования знако-символьной информации без ухудшения оптических характеристик устройства, при этом значительно уменьшает дисперсионное размытие изображения в монохромных индикаторах знако-символьной информации при использовании источников света типа OLED с относительно широкой спектральной полосой излучения.Thus, it is shown that the combination in a single combined diffractive optical element of a diffraction grating with a variable efficiency necessary for outputting radiation from a light guide plate, a non-switchable Bragg reflection grating for introducing radiation into the plate, and a holographic mirror as an additional spectral filter, allows to achieve a technical result, namely, it allows the use of an OLED display with a wide spectrum of radiation (up to 60 nm) as a source of sign-symbolic formation information without compromising the optical characteristics of the device, while significantly reducing the dispersion blur of the image in monochrome indicators of symbolic information when using light sources such as OLED with a relatively wide spectral emission band.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015147012/28U RU162200U1 (en) | 2015-11-02 | 2015-11-02 | OPTICAL SCHEME OF THE HOLOGRAPHIC INDICATOR OF SIGN-SYMBOL INFORMATION BASED ON THE COMBINED DIFFRACTION OPTICAL ELEMENT |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015147012/28U RU162200U1 (en) | 2015-11-02 | 2015-11-02 | OPTICAL SCHEME OF THE HOLOGRAPHIC INDICATOR OF SIGN-SYMBOL INFORMATION BASED ON THE COMBINED DIFFRACTION OPTICAL ELEMENT |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU162200U1 true RU162200U1 (en) | 2016-05-27 |
Family
ID=56096361
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015147012/28U RU162200U1 (en) | 2015-11-02 | 2015-11-02 | OPTICAL SCHEME OF THE HOLOGRAPHIC INDICATOR OF SIGN-SYMBOL INFORMATION BASED ON THE COMBINED DIFFRACTION OPTICAL ELEMENT |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU162200U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11275234B2 (en) | 2017-06-02 | 2022-03-15 | Dispelix Oy | Projection objective and waveguide display device |
-
2015
- 2015-11-02 RU RU2015147012/28U patent/RU162200U1/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11275234B2 (en) | 2017-06-02 | 2022-03-15 | Dispelix Oy | Projection objective and waveguide display device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4518193B2 (en) | Optical device and virtual image display device | |
US12092815B2 (en) | Methods and systems for generating virtual content display with a virtual or augmented reality apparatus | |
KR102493252B1 (en) | waveguide structure | |
JP6232863B2 (en) | Optical device and image display apparatus | |
JP5387655B2 (en) | Optical device and virtual image display device | |
EP2065751B1 (en) | Image display device | |
US8638499B2 (en) | Image display apparatus | |
JP2010044172A (en) | Virtual image display device | |
US20060018019A1 (en) | Wide field-of-view binocular device | |
JP2005316304A (en) | Image display apparatus | |
US11941881B2 (en) | Method and system for pupil separation in a diffractive eyepiece waveguide display | |
JP6993916B2 (en) | Light guide plate, light guide plate manufacturing method and image display device | |
KR102162994B1 (en) | Ned polarization system for wavelength pass-through | |
KR20200104324A (en) | Waveguide display without interference | |
KR101742984B1 (en) | Head Mounted Display | |
Utsugi et al. | Volume holographic waveguide using multiplex recording for head-mounted display | |
RU162200U1 (en) | OPTICAL SCHEME OF THE HOLOGRAPHIC INDICATOR OF SIGN-SYMBOL INFORMATION BASED ON THE COMBINED DIFFRACTION OPTICAL ELEMENT | |
JPH11326821A (en) | Virtual image observing optical system | |
JP4543747B2 (en) | Image display device | |
RU164949U1 (en) | OPTICAL DIAGRAM OF THE INDICATOR OF SYMBOL-INFORMATION INFORMATION WITH TRANSMISSION PLASMA LATTICES | |
JPH07290993A (en) | Head up display | |
JP2005352288A (en) | Optical system for enlarging luminous flux diameter, image combiner and image display device | |
WO2022124024A1 (en) | Image display device and image display method | |
JP7572716B2 (en) | Interference-free waveguide displays | |
Draper et al. | Holography for automotive applications: from HUD to LIDAR |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD1K | Correction of name of utility model owner | ||
QB1K | Licence on use of utility model |
Free format text: LICENCE Effective date: 20170428 |