RU2410736C2 - Colour distribution in exit pupil expanders - Google Patents

Colour distribution in exit pupil expanders Download PDF

Info

Publication number
RU2410736C2
RU2410736C2 RU2008151729/28A RU2008151729A RU2410736C2 RU 2410736 C2 RU2410736 C2 RU 2410736C2 RU 2008151729/28 A RU2008151729/28 A RU 2008151729/28A RU 2008151729 A RU2008151729 A RU 2008151729A RU 2410736 C2 RU2410736 C2 RU 2410736C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
substrate
additional
optical beam
specified
diffraction element
Prior art date
Application number
RU2008151729/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008151729A (en
Inventor
Тапани ЛЕВОЛА (FI)
Тапани ЛЕВОЛА
Original Assignee
Нокиа Корпорейшн
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Нокиа Корпорейшн filed Critical Нокиа Корпорейшн
Priority to RU2008151729/28A priority Critical patent/RU2410736C2/en
Publication of RU2008151729A publication Critical patent/RU2008151729A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2410736C2 publication Critical patent/RU2410736C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics, optics.
SUBSTANCE: invention relates to display devices, particularly to devices for providing colour separation in exit pupil expanders, and can be used in mobile telephones, communicators, pocket computers and other devices. The device for providing colour separation includes multiple diffraction elements for expanding the exit pupil of a display in an electronic display device.
EFFECT: larger exit pupil.
24 cl, 11 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Настоящее изобретение относится в общем к устройству отображения, а в частности к обеспечению разделения цветов в расширителях выходного зрачка, которые используют множество дифракционных элементов для расширения выходного зрачка дисплея для визуального отображения.The present invention relates generally to a display device, and in particular to providing color separation in exit pupil expanders that use a plurality of diffractive elements to expand the exit pupil of a display for visual display.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Несмотря на то, что общепринятой практикой является использование в мобильных устройствах жидкокристаллических (ЖК) панелей с низким разрешением для отображения сетевой информации и текстовых сообщений, более предпочтительным для просмотра контента, насыщенного текстовой информацией и изображениями, является использование дисплеев с высоким разрешением. Система на основе микродисплея может формировать полноцветные пиксели с разрешением 50-100 линий на мм. Такое высокое разрешение в большинстве случаев подходит для виртуального дисплея. Виртуальный дисплей обычно состоит из микродисплея для формирования изображения и оптической схемы для управления исходящим от изображения светом таким образом, чтобы виртуальный дисплей воспринимался таким же большим, как обычный дисплей с непосредственным наблюдением изображения. Виртуальный дисплей может быть монокулярным или бинокулярным.Although it is common practice to use low-resolution liquid crystal (LCD) panels on mobile devices to display network information and text messages, it is more preferable to use high-resolution displays to view content saturated with text information and images. A microdisplay system can form full-color pixels with a resolution of 50-100 lines per mm. This high resolution is in most cases suitable for a virtual display. A virtual display typically consists of a microdisplay for imaging and an optical circuit for controlling the light emanating from the image so that the virtual display is perceived as large as a conventional display with direct image observation. The virtual display can be monocular or binocular.

Размер луча света, исходящего от формирующей изображение оптики по направлению к глазу, называется выходным зрачком. В дисплеях, которые располагаются вблизи глаз (NED, Near-Eye Display), диаметр выходного зрачка составляет обычно порядка 10 мм. Дальнейшее увеличение выходного зрачка существенно упрощает использование виртуального дисплея, поскольку устройство можно разместить на расстоянии от глаза. Поэтому такие дисплеи больше не классифицируют как NED-дисплеи по очевидным причинам. Система для отображения информации на лобовом стекле является примером виртуального дисплея с достаточно большим выходным зрачком.The size of the ray of light emanating from the imaging optics towards the eye is called the exit pupil. In displays that are located near the eyes (NED, Near-Eye Display), the diameter of the exit pupil is usually about 10 mm. A further increase in the exit pupil greatly simplifies the use of a virtual display, since the device can be placed at a distance from the eye. Therefore, such displays are no longer classified as NED displays for obvious reasons. The system for displaying information on the windshield is an example of a virtual display with a sufficiently large exit pupil.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Согласно первому аспекту изобретения устройство включает: по меньшей мере одну подложку из оптического материала, имеющую первую поверхность и вторую поверхность; по меньшей мере один дифракционный элемент, расположенный на первой или второй поверхности указанной по меньшей мере одной подложки с возможностью приема входного оптического луча; по меньшей мере один дополнительный дифракционный элемент, расположенный на первой или второй поверхности, и по меньшей мере одну оптически поглощающую область, расположенную внутри указанной по меньшей мере одной подложки или на ней, при этом по меньшей мере часть входного оптического луча испытывает дифракцию на дифракционном элементе с получением по меньшей мере одного дифрагированного оптического луча по существу в пределах первой и второй поверхностей, и по меньшей мере часть по меньшей мере одного дифрагированного оптического луча выводится из по меньшей мере одной подложки посредством дифракции на по меньшей мере одном дополнительном дифракционном элементе, таким образом обеспечивая формирование выходного оптического луча, выходящего из указанной по меньшей мере одной подложки, с выходным зрачком, расширенным в одном или двух измерениях, при этом входной оптический луч включает К волновых компонентов (компонентов с различными длинами волн) и по меньшей мере одна оптически поглощающая область поглощает М заранее выбранных компонентов из числа К волновых компонентов указанного по меньшей мере одного дифрагированного оптического луча и обеспечивает распространение выбранного компонента из числа К волновых компонентов по меньшей мере одного дифрагированного оптического луча, так что выходной оптический луч включает выбранный компонент из числа К волновых компонентов, где К - целое число, равное по меньшей мере двум, и М - целое число от 1 до К-1.According to a first aspect of the invention, an apparatus includes: at least one substrate of optical material having a first surface and a second surface; at least one diffraction element located on the first or second surface of the specified at least one substrate with the possibility of receiving an input optical beam; at least one additional diffraction element located on the first or second surface and at least one optically absorbing region located inside or on the at least one substrate, while at least a portion of the input optical beam is diffracted by the diffraction element with obtaining at least one diffracted optical beam essentially within the first and second surfaces, and at least a portion of at least one diffracted optical beam the tea is removed from the at least one substrate by diffraction on at least one additional diffraction element, thereby providing an output optical beam emerging from said at least one substrate with an exit pupil dilated in one or two dimensions, while the input the optical beam includes K wave components (components with different wavelengths) and at least one optically absorbing region absorbs M pre-selected components from among the K wave com components of the specified at least one diffracted optical beam and allows the distribution of the selected component from among the K wave components of at least one diffracted optical beam, so that the output optical beam includes a selected component from the number K of wave components, where K is an integer equal to at least at least two, and M is an integer from 1 to K-1.

Также в соответствии с первым аспектом изобретения оптическое устройство может включать N расположенных в виде стопки подложек из оптического материала, разделенных зазорами, при этом N - целое число, равное по меньшей мере единице, и указанная по меньшей мере одна подложка является одной из указанных N подложек, причем каждая из указанных N подложек выполнена с возможностью расширения выходного зрачка по существу только для одного компонента из указанных К волновых компонентов входного оптического луча, так что все указанные К волновых компонентов соединяются вместе, имея по существу одно и то же направление и положение, на выходе указанного оптического устройства. Кроме того, при этом N=К.Also, according to a first aspect of the invention, an optical device may include N stacked substrates of optical material separated by gaps, wherein N is an integer of at least one and said at least one substrate is one of said N substrates moreover, each of these N substrates is configured to expand the exit pupil for essentially only one component of the indicated K wave components of the input optical beam, so that all of the specified K wave k mponentov connected together, having substantially the same direction and position, the output of said optical device. In addition, N = K.

Также в соответствии с первым аспектом изобретения при этом М может быть равно К-1.Also in accordance with the first aspect of the invention, wherein M may be equal to K-1.

Кроме того, в соответствии с первым аспектом изобретения выходной оптический луч, сформированный по меньшей мере одной подложкой, может включать по существу только указанный выбранный компонент из числа К волновых компонентов.In addition, in accordance with the first aspect of the invention, the output optical beam formed by the at least one substrate may include essentially only said selected component from among the K wave components.

Также в соответствии с первым аспектом изобретения по меньшей мере одна оптически поглощающая область может быть сформирована с использованием по меньшей мере одного из следующего: а) нанесения поглощающей краски по всему объему по меньшей мере одной подложки, b) нанесения поглощающей краски по всей толщине по меньшей мере одной подложки только на участках по меньшей мере одной подложки между по меньшей мере одним дифракционным элементом и по меньшей мере одним дополнительным дифракционным элементом, с) нанесения поглощающей краски на весь полимерный материал, используемый для формирования по меньшей мере одного дифракционного элемента, d) нанесения поглощающей краски на весь полимерный материал, используемый для формирования по меньшей мере одного дополнительного дифракционного элемента, и е) поглощающего покрытия, имеющего по существу такой же показатель преломления, что и по меньшей мере одна подложка, и нанесенного по меньшей мере на одну подложку на участке по существу между по меньшей мере одним дифракционным элементом и по меньшей мере одним дополнительным дифракционным элементом.Also, in accordance with the first aspect of the invention, at least one optically absorbent region can be formed using at least one of the following: a) applying absorbent paint over the entire volume of at least one substrate, b) applying absorbent paint over the entire thickness of at least at least one substrate only in areas of at least one substrate between at least one diffraction element and at least one additional diffraction element, c) applying absorbent paint to the entire polymeric material used to form the at least one diffractive element, d) applying an absorbing paint to the entire polymeric material used to form at least one additional diffractive element, and e) an absorbing coating having substantially the same refractive index as and at least one substrate, and deposited on at least one substrate in a region substantially between at least one diffraction element and at least one additional diff element to special offer.

Также в соответствии с первым аспектом изобретения устройство может также включать: дополнительную подложку из оптического материала, имеющую первую поверхность и вторую поверхность, при этом дополнительная подложка расположена по существу параллельно по меньшей мере одной подложке, с сохранением зазора между указанной по меньшей мере одной подложкой и указанной дополнительной подложкой; по меньшей мере один дополнительный дифракционный элемент, расположенный на первой или второй поверхности указанной дополнительной подложки с возможностью приема доли входного оптического луча, который распространяется через указанную по меньшей мере одну подложку в дополнительную подложку; по меньшей мере еще один дополнительный дифракционный элемент, расположенный на первой или второй поверхности дополнительной подложки; и по меньшей мере одну дополнительную оптически поглощающую область, расположенную внутри указанной дополнительной подложки или на ней, при этом по меньшей мере часть доли входного оптического луча испытывает дифракцию на дополнительном дифракционном элементе с получением по меньшей мере одного дифрагированного оптического луча по существу в пределах первой и второй поверхностей дополнительной подложки, и по меньшей мере часть по меньшей мере одного указанного дифрагированного оптического луча затем выводится из дополнительной подложки посредством дифракции на указанном по меньшей мере еще одном дополнительном дифракционном элементе, таким образом обеспечивая формирование дополнительного выходного оптического луча, выходящего из указанной дополнительной подложки, с выходным зрачком, расширенным в одном или двух измерениях, при этом указанный дополнительный выходной оптический луч имеет по существу такое же направление и положение, что и выходной оптический луч, при этом указанная по меньшей мере одна дополнительная оптически поглощающая область поглощает Р заранее выбранных компонентов из числа К волновых компонентов и обеспечивает распространение дополнительно выбранного компонента из числа К волновых компонентов, так что дополнительный выходной оптический луч включает указанный дополнительно выбранный компонент из числа К волновых компонентов, где Р - целое число от 1 до К-1. Кроме того, Р может быть равно К-1. Кроме того, по меньшей мере одна дополнительная оптически поглощающая область может быть сформирована с использованием по меньшей мере одного из следующего: а) нанесения поглощающей краски по всему объему дополнительной подложки, b) нанесения поглощающей краски по всей толщине дополнительной подложки только на участках дополнительной подложки между по меньшей мере одним дополнительным дифракционным элементом и по меньшей мере еще одним дополнительным дифракционным элементом, с) нанесения поглощающей краски на весь полимерный материал, используемый для формирования по меньшей мере одного дополнительного дифракционного элемента, d) нанесения поглощающей краски на весь полимерный материал, используемый для формирования по меньшей мере еще одного дополнительного дифракционного элемента, и е) поглощающего покрытия, имеющего по существу такой же показатель преломления, что и дополнительная подложка, и нанесенного на дополнительную подложку между по меньшей мере одним дополнительным дифракционным элементом и по меньшей мере еще одним дополнительным дифракционным элементом. Кроме того, зазор может представлять собой воздушный зазор. Кроме того, выходной оптический луч, сформированный по меньшей мере одной подложкой, по существу может включать только указанный выбранный компонент из числа К волновых компонентов, и дополнительный выходной оптический луч, сформированный дополнительной подложкой, по существу может включать только указанный дополнительный выбранный компонент из числа К волновых компонентов, и выходной оптический луч и дополнительный выходной оптический луч соединяются вместе, имея по существу одно и то же направление и положение.Also, in accordance with the first aspect of the invention, the device may also include: an additional substrate of optical material having a first surface and a second surface, wherein the additional substrate is located essentially parallel to at least one substrate, while maintaining a gap between the specified at least one substrate and the specified additional substrate; at least one additional diffraction element located on the first or second surface of the specified additional substrate with the possibility of receiving a fraction of the input optical beam, which propagates through the specified at least one substrate into the additional substrate; at least one additional additional diffraction element located on the first or second surface of the additional substrate; and at least one additional optically absorbing region located inside or on the specified additional substrate, while at least a fraction of the input optical beam is diffracted by the additional diffraction element to obtain at least one diffracted optical beam essentially within the first and the second surfaces of the additional substrate, and at least a portion of at least one of the specified diffracted optical beam is then derived from the additional under spoons by diffraction on the specified at least one additional additional diffraction element, thereby providing the formation of an additional output optical beam emerging from the specified additional substrate, with the exit pupil expanded in one or two dimensions, while the specified additional output optical beam has essentially the same direction and position as the output optical beam, wherein said at least one additional optically absorbing region absorbs P Aran components selected from among the K components of the wave propagation and provides further component selected among the K components of the wave, so that a further output optical beam comprises said further component selected among the K components of the wave, where P - is an integer from 1 to K-1. In addition, P may be equal to K-1. In addition, at least one additional optically absorbent region may be formed using at least one of the following: a) applying absorbing paint throughout the volume of the additional substrate, b) applying absorbing paint throughout the entire thickness of the additional substrate only in sections of the additional substrate between at least one additional diffraction element and at least one additional diffraction element, c) applying an absorbing paint to the entire polymer material l, used to form at least one additional diffraction element, d) applying an absorbing paint to the entire polymer material used to form at least one additional diffraction element, and e) an absorbing coating having substantially the same refractive index as and an additional substrate, and deposited on an additional substrate between at least one additional diffraction element and at least one additional additional diffraction element entom. In addition, the gap may be an air gap. In addition, the output optical beam formed by at least one substrate can essentially include only the indicated selected component from the number of K wave components, and the additional output optical beam formed by the additional substrate can essentially include only the specified additional selected component from the number K wave components, and the output optical beam and the additional output optical beam are connected together, having essentially the same direction and position.

Кроме того, по меньшей мере одна подложка может иметь дополнительный оптически поглощающий слой, расположенный на поверхности или рядом с поверхностью по меньшей мере одной подложки, при этом указанная поверхность является второй поверхностью, через которую распространяется входной оптический луч, так что указанный выбранный компонент из числа К волновых компонентов по существу поглощается в дополнительном оптически поглощающем слое.In addition, at least one substrate may have an additional optically absorbing layer located on or near the surface of at least one substrate, wherein said surface is a second surface through which the input optical beam propagates, so that said selected component from K wave components are essentially absorbed in an additional optically absorbing layer.

Также в соответствии с первым аспектом изобретения устройство может дополнительно включать по меньшей мере один промежуточный дифракционный элемент, так что по меньшей мере часть входного оптического луча, дифрагированного на указанном по меньшей мере одном дифракционном элементе, сначала подается на указанный по меньшей мере один промежуточный дифракционный элемент, который подает, используя дифракцию на указанном по меньшей мере одном промежуточном дифракционном элементе, указанную по меньшей мере часть дифрагированного оптического луча на указанный по меньшей мере один дополнительный дифракционный элемент, который обеспечивает двумерное расширение выходного зрачка указанного входного оптического луча.Also, in accordance with a first aspect of the invention, the device may further include at least one intermediate diffraction element, such that at least a portion of the input optical beam diffracted by said at least one diffraction element is first supplied to said at least one intermediate diffraction element which supplies, using diffraction on said at least one intermediate diffraction element, said at least a portion of the diffracted optical ith beam to the specified at least one additional diffraction element, which provides two-dimensional expansion of the exit pupil of the specified input optical beam.

Согласно второму аспекту изобретения способ включает: прием входного оптического луча по меньшей мере одним дифракционным элементом, расположенным на первой или второй поверхности по меньшей мере одной подложки, при этом указанный входной оптический луч включает К волновых компонентов, где К - целое число, равное по меньше мере двум; дифракцию по меньшей мере части входного оптического луча на по меньшей мере одном дифракционном элементе с получением по меньшей мере одного дифрагированного оптического луча по существу в пределах первой и второй поверхностей; поглощение М заранее выбранных компонентов из числа К волновых компонентов по меньшей мере одного дифрагированного оптического луча по меньшей мере в одной оптически поглощающей области, расположенной внутри указанной по меньшей мере одной подложки или на ней, и распространение выбранного компонента из числа К волновых компонентов указанного по меньшей мере одного дифрагированного оптического луча по существу без уменьшения оптической интенсивности в указанной по меньшей мере одной оптически поглощающей области, где М - целое число от 1 до К-1; и вывод по меньшей мере части по меньшей мере одного дифрагированного оптического луча из по меньшей мере одной подложки посредством дифракции на указанном по меньшей мере одном дополнительном дифракционном элементе, что обеспечивает формирование выходного оптического луча, выходящего из указанной по меньшей мере одной подложки, с выходным зрачком, расширенным в одном или двух измерениях, при этом выходной оптический луч включает указанный выбранный компонент из числа К волновых компонентов.According to a second aspect of the invention, the method includes: receiving an input optical beam by at least one diffraction element located on the first or second surface of at least one substrate, said input optical beam including K wave components, where K is an integer equal to at least at least two; diffraction of at least a portion of the input optical beam on at least one diffraction element to obtain at least one diffracted optical beam essentially within the first and second surfaces; the absorption of M pre-selected components from among the K wave components of at least one diffracted optical beam in at least one optically absorbing region located inside or on the at least one substrate, and the propagation of the selected component from among K wave components of the specified at least at least one diffracted optical beam essentially without reducing the optical intensity in the specified at least one optically absorbing region, where M is an integer t 1 to K-1; and outputting at least a portion of the at least one diffracted optical beam from the at least one substrate by diffraction on said at least one additional diffraction element, which provides the formation of an output optical beam emerging from said at least one substrate with an exit pupil , expanded in one or two dimensions, while the output optical beam includes the specified selected component from among the K wave components.

Также в соответствии со вторым аспектом изобретения выходной оптический луч, сформированный по меньшей мере одной подложкой, по существу может включать только указанный выбранный компонент из числа К волновых компонентов.Also in accordance with a second aspect of the invention, the output optical beam formed by at least one substrate can essentially include only said selected component from among the K wave components.

Также в соответствии со вторым аспектом изобретения по меньшей мере одна оптически поглощающая область может быть сформирована с использованием по меньшей мере одного из следующего: а) нанесения поглощающей краски по всему объему по меньшей мере одной подложки, b) нанесения поглощающей краски по всей толщине по меньшей мере одной подложки только на участках по меньшей мере одной подложки между по меньшей мере одним дифракционным элементом и по меньшей мере одним дополнительным дифракционным элементом, с) нанесения поглощающей краски на весь полимерный материал, используемый для формирования по меньшей мере одного дифракционного элемента, а) нанесения поглощающей краски на весь полимерный материал, используемый для формирования по меньшей мере одного дополнительного дифракционного элемента, и е) поглощающего покрытия, имеющего по существу такой же показатель преломления, что и по меньшей мере одна подложка, и нанесенного по меньшей мере на одну подложку на участке по существу между по меньшей мере одним дифракционным элементом и по меньшей мере одним дополнительным дифракционным элементом.Also, in accordance with a second aspect of the invention, at least one optically absorbent region can be formed using at least one of the following: a) applying absorbent paint over the entire volume of at least one substrate, b) applying absorbent paint over the entire thickness of at least at least one substrate only in areas of at least one substrate between at least one diffraction element and at least one additional diffraction element, c) applying absorbent paint to all polymer material used to form at least one diffraction element, a) applying absorbent paint to all polymer material used to form at least one additional diffraction element, and e) an absorbing coating having substantially the same refractive index that and at least one substrate, and deposited on at least one substrate in a region substantially between at least one diffraction element and at least one additional di fractional element.

Согласно третьему аспекту изобретения электронное устройство включает:According to a third aspect of the invention, an electronic device includes:

- блок обработки данных;- data processing unit;

- оптический процессор, функционально соединенный с блоком обработки данных, для приема данных изображения от блока обработки данных;- an optical processor operatively connected to the data processing unit for receiving image data from the data processing unit;

- устройство отображения, функционально соединенное с оптическим процессором, для формирования изображения на основе данных изображения иa display device operatively coupled to the optical processor for generating an image based on image data; and

- расширитель выходного зрачка, включающий:- an exit pupil dilator, including:

по меньшей мере одну подложку из оптического материала, имеющую первую поверхность и вторую поверхность;at least one substrate of optical material having a first surface and a second surface;

по меньшей мере один дифракционный элемент, расположенный на первой или второй поверхности по меньшей мере одной подложки с возможностью приема входного оптического луча;at least one diffraction element located on the first or second surface of at least one substrate with the possibility of receiving an input optical beam;

по меньшей мере один дополнительный дифракционный элемент, расположенный на первой или второй поверхности; иat least one additional diffraction element located on the first or second surface; and

по меньшей мере одну оптически поглощающую область, расположенную внутри указанной по меньшей мере одной подложки или на ней, при этомat least one optically absorbing region located inside or on the at least one substrate, wherein

по меньшей мере часть входного оптического луча испытывает дифракцию на дифракционном элементе с получением по меньшей мере одного дифрагированного оптического луча по существу в пределах первой и второй поверхностей, иat least a portion of the input optical beam undergoes diffraction by the diffraction element to produce at least one diffracted optical beam substantially within the first and second surfaces, and

по меньшей мере часть по меньшей мере одного дифрагированного оптического луча выводится по меньшей мере из одной подложки посредством дифракции на указанном по меньшей мере одном дополнительном дифракционном элементе, таким образом обеспечивая формирование выходного оптического луча, выходящего из указанной по меньшей мере одной подложки, с выходным зрачком, расширенным в одном или двух измерениях, при этомat least a portion of the at least one diffracted optical beam is output from at least one substrate by diffraction on said at least one additional diffraction element, thereby providing an output optical beam emerging from said at least one substrate with an exit pupil expanded in one or two dimensions, while

указанный входной оптический луч включает К волновых компонентов, и указанная по меньшей мере одна оптически поглощающая область поглощает М заранее выбранных компонентов из числа К волновых компонентов и обеспечивает распространение выбранного компонента из числа К волновых компонентов по существу без уменьшения оптической интенсивности, так что выходной оптический луч включает указанный выбранный компонент из числа К волновых компонентов, где К - целое число, равное по меньшей мере двум, а М - целое число от 1 до К-1.said input optical beam includes K wave components, and said at least one optically absorbing region absorbs M pre-selected components from among the K wave components and propagates the selected component from the number K of wave components essentially without reducing the optical intensity, so that the output optical beam includes the specified selected component from the number K of wave components, where K is an integer equal to at least two, and M is an integer from 1 to K-1.

Также в соответствии с третьим аспектом изобретения указанный расширитель выходного зрачка может включать N расположенных в виде стопки подложек из оптического материала, разделенных зазорами, где N - целое число, равное по меньшей мере единице, и указанная по меньшей мере одна подложка является одной из указанных N подложек, причем каждая из указанных N подложек выполнена с возможностью расширения выходного зрачка по существу только для одного компонента из указанных К волновых компонентов входного оптического луча, так что все указанные К волновых компонентов соединяются вместе, имея по существу одно и то же направление и положение, на выходе оптического устройства. Кроме того, при этом N=К.Also in accordance with a third aspect of the invention, said exit pupil dilator may include N stacked substrates of optical material separated by gaps, where N is an integer of at least one and said at least one substrate is one of said N substrates, each of these N substrates being configured to expand the exit pupil for essentially only one component of the indicated K wave components of the input optical beam, so that all are indicated To wave components are connected together, having substantially the same direction and position, the output of the optical device. In addition, N = K.

Также в соответствии с третьим аспектом изобретения М может быть равно К-1.Also in accordance with a third aspect of the invention, M may be equal to K-1.

Также в соответствии с третьим аспектом изобретения выходной оптический луч, сформированный по меньшей мере одной подложкой, по существу может включать только указанный выбранный компонент из числа К волновых компонентов.Also, in accordance with a third aspect of the invention, the output optical beam formed by the at least one substrate can essentially include only said selected component from among the K wave components.

Также в соответствии с третьим аспектом изобретения по меньшей мере одна оптически поглощающая область может быть сформирована с использованием по меньшей мере одного из следующего: а) нанесения поглощающей краски по всему объему по меньшей мере одной подложки, b) нанесения поглощающей краски по всей толщине по меньшей мере одной подложки только на участках по меньшей мере одной подложки между по меньшей мере одним дифракционным элементом и по меньшей мере одним дополнительным дифракционным элементом, с) нанесения поглощающей краски на весь полимерный материал, используемый для формирования по меньшей мере одного дифракционного элемента, d) нанесения поглощающей краски на весь полимерный материал, используемый для формирования по меньшей мере одного дополнительного дифракционного элемента, и е) поглощающего покрытия, имеющего по существу такой же показатель преломления, что и по меньшей мере одна подложка, и нанесенного по меньшей мере на одну подложку на участке по существу между по меньшей мере одним дифракционным элементом и по меньшей мере одним дополнительным дифракционным элементом.Also, in accordance with a third aspect of the invention, at least one optically absorbent region can be formed using at least one of the following: a) applying absorbent paint over the entire volume of at least one substrate, b) applying absorbent paint over the entire thickness of at least at least one substrate only in areas of at least one substrate between at least one diffraction element and at least one additional diffraction element, c) applying absorbent paint to all polymer material used to form at least one diffraction element, d) applying an absorbing paint to all polymer material used to form at least one additional diffraction element, and e) an absorbing coating having substantially the same refractive index that and at least one substrate, and deposited on at least one substrate in a region substantially between at least one diffraction element and at least one additional di raktsionnym element.

Согласно четвертому аспекту изобретения устройство включает: по меньшей мере одно средство для дифракции,According to a fourth aspect of the invention, an apparatus includes: at least one diffraction means,

для приема входного оптического луча указанным по меньшей мере одним средством для дифракции, расположенным на первой или второй поверхности по меньшей мере одной подложки, причем указанный входной оптический луч включает К волновых компонентов, где К - целое число, равное по меньшей мере двум, иfor receiving an input optical beam by said at least one diffraction means located on a first or second surface of at least one substrate, said input optical beam including K wave components, where K is an integer of at least two, and

для дифрагирования по меньшей мере части входного оптического луча на указанном по меньшей мере одном средстве для дифракции с получением по меньшей мере одного дифрагированного оптического луча по существу в пределах первой и второй поверхностей;for diffracting at least a portion of the input optical beam on said at least one diffraction means to obtain at least one diffracted optical beam substantially within the first and second surfaces;

по меньшей мере одно средство для поглощения, расположенное внутри указанной по меньшей мере одной подложки или на ней, для поглощения М заранее выбранных компонентов из числа К волновых компонентов указанного по меньшей мере одного дифрагированного оптического луча указанным по меньшей мере одним средством для поглощения и распространения выбранного компонента из числа К волновых компонентов указанного по меньшей мере одного дифрагированного оптического луча по существу без уменьшения оптической интенсивности в указанной по меньшей мере одной оптически поглощающей области, где М -целое число от 1 до К-1; иat least one absorption means located inside or on said at least one substrate for absorbing M pre-selected components from among the K wave components of said at least one diffracted optical beam by said at least one means for absorbing and propagating the selected component from among the K wave components of the specified at least one diffracted optical beam essentially without reducing the optical intensity in the specified at least th least one optically absorbing region, where M is an integer from 1 to K-1; and

по меньшей мере одно дополнительное средство для дифракции, для вывода по меньшей мере части по меньшей мере одного дифрагированного оптического луча из по меньшей мере одной подложки посредством дифракции на указанном по меньшей мере одном дополнительном средстве для дифракции, что обеспечивает формирование выходного оптического луча, выходящего из указанной по меньшей мере одной подложки, с выходным зрачком, расширенным в одном или двух измерениях, при этом выходной оптический луч включает указанный выбранный компонент из числа К волновых компонентов.at least one additional diffraction means for outputting at least a portion of at least one diffracted optical beam from the at least one substrate by diffraction on said at least one additional diffraction means, which provides the formation of an output optical beam emerging from the specified at least one substrate, with the exit pupil dilated in one or two dimensions, while the output optical beam includes the specified selected component from among K in new components.

Также в соответствии с четвертым аспектом изобретения указанное устройство может быть расширителем выходного зрачка.Also in accordance with a fourth aspect of the invention, said device may be an exit pupil dilator.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Для лучшего понимания сущности и целей настоящего изобретения далее приведено подробное описание со ссылками на следующие чертежи:For a better understanding of the nature and objectives of the present invention, the following is a detailed description with reference to the following drawings:

Фиг.1а и 1b являются схематическими представлениями дисплея виртуальной реальности (на фиг.1а показано поперечное сечение), имеющего систему расширителя выходного зрачка с расположенными в виде стопки дифракционными расширителями выходного зрачка (на фиг.1b показано поперечное сечение).Figs. 1a and 1b are schematic representations of a virtual reality display (Fig. 1a shows a cross section) having an exit pupil dilator system with stacked diffractive exit pupil expanders (Fig. 1b shows a cross section).

Фиг.2а и 2b являются схематическими представлениями (поперечными сечениями), демонстрирующими разделение цветов в системе расширителя выходного зрачка с использованием поглощающей краски по всему объему подложек (фиг.1а) и по всей толщине выбранных участков подложек между входной и выходной решетками согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.Figa and 2b are schematic representations (cross-sections) showing the separation of colors in the system of the dilator of the exit pupil using absorbing paint throughout the volume of the substrates (figa) and the entire thickness of the selected sections of the substrates between the input and output gratings according to the options for implementing the present inventions.

Фиг.3а и 3b являются схематическими представлениями (поперечными сечениями), демонстрирующими разделение цветов в системе расширителя выходного зрачка с использованием нанесения поглощающей краски на весь полимерный материал на входной и выходной решетках согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.Figa and 3b are schematic representations (cross-sections) showing the separation of colors in the system of the dilator of the exit pupil using the application of absorbing paint on the entire polymer material on the input and output gratings according to the options for implementing the present invention.

Фиг.4а и 4b являются схематическими представлениями (поперечными сечениями), демонстрирующими разделение цветов в системе расширителя выходного зрачка с использованием нанесения поглощающей краски на весь полимерный материал в выходных решетках и поглощающего покрытия на входную решетку согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.Figures 4a and 4b are schematic views (cross-sections) showing color separation in an exit pupil dilator system by applying absorbent paint to all of the polymeric material in the exit gratings and an absorbent coating on the entrance grate according to embodiments of the present invention.

Фиг.5а и 5b являются схематическими представлениями (поперечными сечениями), демонстрирующими разделение цветов в системе расширителя выходного зрачка с использованием поглощающих покрытий, имеющих по существу такой же показатель преломления, что и подложка, и нанесенных на подложку на участках между входной и выходной решетками, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.Figures 5a and 5b are schematic representations (cross sections) showing color separation in an exit pupil dilator system using absorbent coatings having substantially the same refractive index as the substrate and applied to the substrate in portions between the input and output gratings, according to embodiments of the present invention.

На фиг.6 показано схематическое представление электронного устройства, имеющего систему расширителя выходного зрачка, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.6 is a schematic representation of an electronic device having an exit pupil dilator system according to an embodiment of the present invention.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯMODES FOR CARRYING OUT THE INVENTION

Предложены новый способ и устройство для обеспечения разделения цветов в системе расширителя выходного зрачка, которая использует множество дифракционных элементов для расширения выходного зрачка дисплея в электронном устройстве визуального отображения посредством введения селективно поглощающей области или областей в расширители выходного зрачка. Варианты осуществления настоящего изобретения могут быть применены к оптическим лучам в широком оптическом спектральном диапазоне, но наиболее важно их применение для видимой части оптического спектра, где оптические лучи называют световыми лучами.A new method and apparatus is proposed for providing color separation in an exit pupil dilator system that uses a plurality of diffraction elements to expand the exit pupil of a display in an electronic visual display device by introducing a selectively absorbing region or regions into the exit pupil dilators. Embodiments of the present invention can be applied to optical beams in a wide optical spectral range, but their application is most important for the visible part of the optical spectrum, where optical beams are called light beams.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения оптическое устройство (например, указанное оптическое устройство может быть частью дисплея виртуальной реальности) может включать N (где N - целое число, равное по меньшей мере единице) расположенных по существу параллельно подложек из оптического материала, разделенных зазорами (зазор может быть заполнен веществом с существенно меньшим показателем преломления, чем у подложек, например, может быть воздушным зазором), при этом каждая такая подложка имеет первую поверхность и вторую поверхность и работает как расширитель выходного зрачка. Каждая подложка может включать по меньшей мере один дифракционный элемент (например, дифракционную решетку), расположенный на первой или второй поверхности указанной по меньшей мере одной подложки с возможностью приема входного оптического луча (то есть по меньшей мере один дифракционный элемент работает как входная решетка). Необходимо отметить, что после распространения через входную решетку первой подложки некоторые «невыбранные» волновые компоненты (компоненты с различными длинами волн) входного оптического луча (например, доля входного оптического луча) принимаются входной решеткой второй подложки в стопке из N подложек и так далее. Также следует отметить, что в бинокулярной системе могут быть одна или две входные решетки, расположенные рядом друг с другом, для левого и правого глаза, которые конфигурированы для разделения входного оптического луча на два по существу равных компонента в двух по существу противоположных направлениях. Каждая подложка может дополнительно включать по меньшей мере один дополнительный дифракционный элемент (например, дифракционную решетку), расположенный на первой или второй поверхности и работающий в качестве выходной решетки. Аналогично, в бинокулярной системе могут быть две выходные решетки, расположенные симметрично на подложке для вывода выходных лучей для левого и правого глаза.According to an embodiment of the present invention, an optical device (for example, said optical device may be part of a virtual reality display) may include N (where N is an integer of at least one) substantially parallel to the substrates of optical material separated by gaps (the gap may be filled with a material with a significantly lower refractive index than that of substrates, for example, there may be an air gap), with each such substrate having a first surface and a second surface and works as an exit pupil dilator. Each substrate may include at least one diffraction element (for example, a diffraction grating) located on the first or second surface of the at least one substrate with the possibility of receiving an input optical beam (i.e., at least one diffraction element acts as an input grating). It should be noted that after the first substrate propagates through the input grating of the first substrate, some “unselected” wave components (components with different wavelengths) of the input optical beam (for example, the fraction of the input optical beam) are received by the input lattice of the second substrate in a stack of N substrates and so on. It should also be noted that in the binocular system there can be one or two input arrays located next to each other for the left and right eyes, which are configured to divide the input optical beam into two essentially equal components in two essentially opposite directions. Each substrate may further include at least one additional diffraction element (for example, a diffraction grating) located on the first or second surface and operating as an output grating. Similarly, in a binocular system there can be two output gratings located symmetrically on the substrate to output the output rays for the left and right eye.

Кроме того, согласно варианту осуществления настоящего изобретения каждая подложка может включать по меньшей мере одну оптически поглощающую область или области, расположенные внутри подложки или на ее поверхности. Таким образом, по меньшей мере часть входного оптического луча может продифрагировать на дифракционном элементе (входная решетка) для обеспечения формирования по меньшей мере одного (двух в бинокулярной системе) дифрагированного оптического луча по существу в пределах первой и второй поверхностей в результате полного внутреннего отражения, а затем по меньшей мере часть по меньшей мере одного дифрагированного оптического луча дополнительно выводится из каждой подложки посредством дифракции по меньшей мере на одном дополнительном дифракционном элементе (выходной решетке), таким образом обеспечивая формирование выходного оптического луча (или двух лучей для бинокулярной системы) из каждой подложки с расширенным выходным зрачком в одном или двух измерениях, используя селекцию длин волн, как рассмотрено ниже.In addition, according to an embodiment of the present invention, each substrate may include at least one optically absorbing region or regions located within or on the surface of the substrate. Thus, at least a portion of the input optical beam can be diffracted on the diffraction element (input grating) to ensure the formation of at least one (two in the binocular system) diffracted optical beam essentially within the first and second surfaces as a result of total internal reflection, and then at least a portion of the at least one diffracted optical beam is additionally output from each substrate by diffraction by at least one additional diff Action element (output lattice), thus providing a formation of the output optical beam (two beams or for a binocular system) of each substrate with an expanded exit pupil in one or two dimensions using wavelength selection, as discussed below.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения входной оптический луч может включать К волновых компонентов (где К - целое число, равное по меньшей мере двум), а по меньшей мере одна оптически поглощающая область, расположенная внутри каждой из подложек или на ней, поглощает М (где М - целое число от 1 до К-1) заранее выбранных компонентов из числа К волновых компонентов и обеспечивает распространение выбранного компонента из числа К волновых компонентов, например, по существу без уменьшения оптической интенсивности вследствие поглощения. Тогда выходной оптический луч каждой подложки по существу включает выбранный компонент из числа К волновых компонентов. Следует отметить, что дифракционные решетки в каждой подложке оптимизированы (например, путем выбора соответствующего периода штрихов решетки) для того, чтобы волновой компонент был выбран указанной решеткой.According to an embodiment of the present invention, the input optical beam may include K wave components (where K is an integer of at least two), and at least one optically absorbing region located inside or on each of the substrates absorbs M (where M - an integer from 1 to K-1) of pre-selected components from the number K of wave components and ensures the distribution of the selected component from the number K of wave components, for example, essentially without reducing the optical intensity due to scheniya. Then, the output optical beam of each substrate essentially includes a selected component from among the K wave components. It should be noted that the diffraction gratings in each substrate are optimized (for example, by choosing the appropriate period of grating strokes) so that the wave component is selected by the specified grating.

Таким образом, каждая из N расположенных в виде стопки подложек выполнена с возможностью расширения выходного зрачка по существу только для одного компонента из числа указанных К волновых компонентов входного оптического луча, так что все указанные К волновых компонентов соединяются вместе, имея по существу одно и то же направление и положение на выходе указанного оптического устройства, следовательно, обеспечивая разделение цветов с использованием N расширителей выходного зрачка, которые используют множество дифракционных элементов для расширения выходного зрачка, например, дисплея в электронном устройстве для визуального отображения.Thus, each of the N stacked substrates is configured to expand the exit pupil for essentially only one component of the indicated K wave components of the input optical beam, so that all of the indicated K wave components are connected together, having essentially the same the direction and position at the output of the specified optical device, therefore, providing color separation using N dilators of the exit pupil, which use a variety of diffraction elements to expand the exit pupil, for example, a display in an electronic device for visual display.

В одном из возможных вариантов осуществления изобретения N может быть равно К, то есть каждая подложка может выводить один волновой (цветовой) компонент. В другом варианте осуществления изобретения оптически поглощающая область для любой подложки из N подложек может быть выполнена с возможностью поглощения всех К - 1 волновых компонентов, за исключением только одного выбранного диапазона волновых компонентов, который выводится в выходном оптическом луче из данной подложки. Также различные подложки могут быть выполнены с возможностью поглощения различного количества волновых компонентов в зависимости от конкретной конструкции системы.In one of the possible embodiments of the invention, N may be equal to K, that is, each substrate can output one wave (color) component. In another embodiment, the optically absorbing region for any substrate of N substrates can be configured to absorb all K - 1 wave components, with the exception of only one selected range of wave components that is output in the output optical beam from the substrate. Also, various substrates can be configured to absorb various amounts of wave components depending on the particular system design.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения в случае двумерного расширения выходного зрачка каждая подложка может включать по меньшей мере один промежуточный дифракционный элемент (два промежуточных дифракционных элемента для бинокулярной системы), так что по меньшей мере часть входного оптического луча, дифрагированного по меньшей мере на одном дифракционном элементе, сначала подается по меньшей мере на один промежуточный дифракционный элемент, который затем подает, используя дополнительную дифракцию по меньшей мере на одном промежуточном дифракционном элементе, по меньшей мере часть указанного дифрагированного оптического луча по меньшей мере на один дополнительный дифракционный элемент, который затем обеспечивает двумерное расширение выходного зрачка указанного входного оптического луча. Промежуточный дифракционный элемент может иметь нечетное число дифракции первого порядка или четное число дополнительных отражений первого порядка, как известно в данной области техники, например, как описано в документе Т. Levola "Diffractive Optics for Virtual Reality Displays" ("Дифракционная оптика для дисплеев виртуальной реальности"), SID Eurodisplay 05, Edinburg (2005), SID 02 Digest, Paper 22.1.According to another embodiment of the present invention, in the case of two-dimensional expansion of the exit pupil, each substrate may include at least one intermediate diffraction element (two intermediate diffraction elements for the binocular system), so that at least a portion of the input optical beam diffracted by at least one diffraction element is first supplied to at least one intermediate diffraction element, which then delivers using additional diffraction at least at least one intermediate diffraction element, at least a portion of said diffracted optical beam by at least one additional diffraction element, which then provides a two-dimensional expansion of the exit pupil of the specified input optical beam. An intermediate diffraction element may have an odd number of first-order diffraction or an even number of additional first-order reflections, as is known in the art, for example, as described in T. Levola's "Diffractive Optics for Virtual Reality Displays" "), SID Eurodisplay 05, Edinburg (2005), SID 02 Digest, Paper 22.1.

Кроме того, согласно варианту осуществления настоящего изобретения по меньшей мере одна оптически поглощающая область, расположенная внутри каждой подложки или на ней, может быть сформирована с использованием по меньшей мере одного подхода или комбинации следующих подходов:Furthermore, according to an embodiment of the present invention, at least one optically absorbing region located inside or on each substrate can be formed using at least one approach or a combination of the following approaches:

a) нанесения поглощающей краски по всему объему каждой подложки,a) applying absorbent paint throughout the volume of each substrate,

b) нанесения поглощающей краски по всей толщине каждой подложки только на участках каждой подложки между по меньшей мере одним дифракционным элементом и по меньшей мере одним дополнительным дифракционным элементом (то есть между входной и выходной дифракционными решетками),b) applying absorbent paint over the entire thickness of each substrate only in areas of each substrate between at least one diffraction element and at least one additional diffraction element (i.e., between the input and output diffraction gratings),

c) нанесения поглощающей краски на весь полимерный материал, используемый для формирования по меньшей мере одного дифракционного элемента, по меньшей мере одного дополнительного дифракционного элемента и/или промежуточной решетки,c) applying absorbent paint to all of the polymeric material used to form at least one diffraction element, at least one additional diffraction element and / or an intermediate grating,

d) поглощающего покрытия, имеющего по существу такой же показатель преломления, что и каждая подложка, и нанесенного на каждую подложку на участке по существу между по меньшей мере одним дифракционным элементом и по меньшей мере одним дополнительным дифракционным элементом (то есть между входной и выходной дифракционными решетками), и т.д.d) an absorbent coating having substantially the same refractive index as each substrate and deposited on each substrate in a region substantially between at least one diffraction element and at least one additional diffraction element (i.e., between the input and output diffraction bars), etc.

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения каждая подложка может иметь дополнительный оптически поглощающий слой, расположенный на поверхности или рядом с поверхностью указанной подложки, при этом указанной поверхностью является вторая поверхность той подложки, через которую распространяется входной оптический луч после того, как он был принят указанной подложкой, так что выбранный компонент из числа К волновых компонентов, выбранных указанной подложкой, поглощается главным образом в дополнительном оптически поглощающем слое, таким образом предотвращая проникновение указанного выбранного волнового компонента в следующую подложку.In yet another embodiment of the present invention, each substrate may have an additional optically absorbing layer located on or near the surface of said substrate, wherein said surface is the second surface of that substrate through which the input optical beam propagates after it has been received. substrate, so that the selected component from among the K wave components selected by the specified substrate is absorbed mainly in additional optical absorption layer, thereby preventing the penetration of the specified selected wave component into the next substrate.

Одним из практических примеров реализации вариантов осуществления настоящего изобретения может быть разделение цветов на RGB-спектр (красный, зеленый, синий). В этом случае первая подложка в стопке может «выбрать» коротковолновый синий компонент и «поглотить» зеленый и красный, вторая подложка может «выбрать» зеленый компонент и «поглотить» синий и красный, и, наконец, третья подложка в стеке может «выбрать» длинноволновый красный компонент и «поглотить» зеленый и синий. Несколько примеров реализации представлены на фиг.2-6 в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения.One practical example of the implementation of embodiments of the present invention may be the separation of colors into the RGB spectrum (red, green, blue). In this case, the first substrate in the stack can “select” the shortwave blue component and “absorb” green and red, the second substrate can “select” the green component and “absorb” blue and red, and finally, the third substrate in the stack can “select” long-wave red component and "absorb" green and blue. Several implementation examples are presented in FIGS. 2-6 in accordance with various embodiments of the present invention.

На фиг.1а и 1b показано схематическое представление дисплея виртуальной реальности (на фиг.1а показано поперечное сечение), имеющего систему 10а расширителя входного зрачка с расположенными друг над другом дифракционными расширителями 10-1, 10-2 и т.д. выходного зрачка, как показано на поперечном сечении на фиг.1b, с входными решетками 12-1 и 12-2 и выходными решетками 14-1, 14-2, 16-1 и 16-2 в случае бинокулярной системы. Для простоты примем, что входной оптический луч имеет два волновых компонента 20 (длина волны λ1) и 22 (длина волны λ2). В примере на фиг.1b оба компонента 20 и 22 подаются (см. соответствующие оптические лучи 20-1а, 22-1а, 20-2а, 22-2а и нежелательные оптические лучи 20-1с, 22-1с, 20-2с, 22-2с соответственно) на соответствующие выходные решетки 14-1, 14-2, 16-1 и 16-2 в каждой из подложек 10-1 и 10-2, как показано на фиг.1b, так что оба волновых компонента 20 и 22 имеются в выходном оптическом луче каждой из подложек 10-1 и 10-2, несмотря на тот факт, что выходные дифракционные решетки 14-1 и 16-1 оптимизированы только для волнового компонента 20, а выходные дифракционные решетки 14-2 и 16-2 оптимизированы только для волнового компонента 22. Такое смешение цветов ухудшает качество изображения, обеспечиваемого системой 10 расширителя выходного зрачка. Пример дисплея виртуальной реальности, показанный на фиг.1а, с расположенными друг над другом дифракционными расширителями выходного зрачка, показанными на фиг.1b, может использоваться для применения вариантов осуществления настоящего изобретения на практике. На фиг.2-6 представлены различные примеры реализации для устранения смешения цветов в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.Figures 1a and 1b show a schematic representation of a virtual reality display (Fig. 1a shows a cross section) having an entrance pupil expander system 10a with diffractive expanders 10-1, 10-2, etc., located one above the other. exit pupil, as shown in cross section in FIG. 1b, with input gratings 12-1 and 12-2 and output gratings 14-1, 14-2, 16-1 and 16-2 in the case of a binocular system. For simplicity, we assume that the input optical beam has two wave components 20 (wavelength λ 1 ) and 22 (wavelength λ 2 ). In the example of FIG. 1b, both components 20 and 22 are supplied (see corresponding optical beams 20-1a, 22-1a, 20-2a, 22-2a and unwanted optical beams 20-1c, 22-1c, 20-2c, 22 -2c, respectively) to the respective output gratings 14-1, 14-2, 16-1 and 16-2 in each of the substrates 10-1 and 10-2, as shown in Fig. 1b, so that both wave components 20 and 22 are present in the output optical beam of each of the substrates 10-1 and 10-2, despite the fact that the output diffraction gratings 14-1 and 16-1 are optimized only for the wave component 20, and the output diffraction gratings 14-2 and 16-2 optimized only for the wave component 22. Such color mixing degrades the image quality provided by the system 10, the exit pupil expander. An example of a virtual reality display shown in FIG. 1 a, with the exit pupil diffraction extenders shown in FIG. 1 b located one above the other, can be used to put the embodiments of the present invention into practice. Figure 2-6 presents various implementation examples for eliminating color mixing in accordance with the variants of implementation of the present invention.

На фиг.2а и 2b показаны, помимо прочего, примеры схематических представлений (поперечные сечения), демонстрирующие разделение цветов в системе 10 расширителя выходного зрачка с использованием нанесения поглощающей краски по всему объему подложек 10-1 и 10-2 (фиг.1а) и по всей толщине выбранных участков 10-1а, 10-2а, 10-1b и 10-2b подложек 10-1 и 10-2 между входными решетками 12-1 и 12-2 и выходными решетками 14-1, 14-2, 16-1 и 16-2 соответственно, как показано на фиг.2b, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Поглощающая краска в подложке 10-1 оптимизирована для поглощения волнового компонента 22, при этом является прозрачной для волнового компонента 20, а поглощающая краска в подложке 10-2 оптимизирована для поглощения волнового компонента 20, при этом является прозрачной для волнового компонента 22. Таким образом, каждая из подложек 10-1 и 10-2 предоставляет только один волновой компонент: оптические лучи 20-1b и 20-2b, представляющие волновой компонент 20, предоставляются подложкой 10-1, а оптические лучи 22-1b и 22-2b, представляющие волновой компонент 22, предоставляются подложкой 10-2, соответственно.FIGS. 2a and 2b show, among other things, examples of schematic representations (cross-sections) showing color separation in the system of the exit pupil expander 10 using the application of absorbing paint over the entire volume of substrates 10-1 and 10-2 (FIG. 1a) and over the entire thickness of the selected sections 10-1a, 10-2a, 10-1b and 10-2b of the substrates 10-1 and 10-2 between the input gratings 12-1 and 12-2 and the output gratings 14-1, 14-2, 16 -1 and 16-2, respectively, as shown in FIG. 2b, according to embodiments of the present invention. The absorption paint in the substrate 10-1 is optimized for absorbing the wave component 22, while it is transparent for the wave component 20, and the absorption paint in the substrate 10-2 is optimized for absorbing the wave component 20, and is transparent for the wave component 22. Thus, each of the substrates 10-1 and 10-2 provides only one wave component: the optical rays 20-1b and 20-2b representing the wave component 20 are provided by the substrate 10-1, and the optical rays 22-1b and 22-2b representing the wave component 22, predos ulation substrate 10-2, respectively.

На фиг.3а и 3б показаны, помимо прочего, примеры схематических представлений (поперечные сечения) разделения цветов в системе 10 расширителя выходного зрачка с использованием нанесения поглощающей краски на весь полимерный материал, используемый во входных решетках 12-1 и 12-2 и/или в выходных решетках 34-1, 34-2, 36-1 и 36-2, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. На фиг.3а поглощающая краска на дифракционных решетках 34-1, 36-1 первой подложки 10-1 оптимизирована для поглощения волнового компонента 22, при этом прозрачна для волнового компонента 20, а поглощающая краска на дифракционных решетках 34-2, 36-2 первой подложки 10-2 оптимизирована для поглощения волнового компонента 20, при этом прозрачна для волнового компонента 22, таким образом устраняя нежелательные оптические лучи 20-1с, 22-1с, 20-2с, 22-2с путем поглощения в выходных решетках 34-1, 34-2, 36-1 и 36-2. Следует отметить, что входная решетка 12-2 обеспечивает начальное ослабление нежелательных оптических лучей 20-1с и 20-2с, как показано на фиг.3а. Если входная решетка 12-2 может обеспечить достаточное ослабление нежелательных оптических лучей 20-1с и 20-2с, то отсутствует необходимость в окрашивании выходных решеток 14-2 и 16-2, как показано на фиг.3b. Это обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что выходные лучи 20-1b и 20-2b из первой подложки 10-1 не ослабляются поглощающей краской на дифракционных решетках 14-2 и 16-2.Figures 3a and 3b show, among other things, examples of schematic representations (cross-sections) of color separation in the system 10 of the exit pupil expander using the application of absorbing paint on all the polymeric material used in the input gratings 12-1 and 12-2 and / or in the output gratings 34-1, 34-2, 36-1, and 36-2, according to embodiments of the present invention. 3 a, the absorption paint on the diffraction gratings 34-1, 36-1 of the first substrate 10-1 is optimized to absorb the wave component 22, while being transparent to the wave component 20, and the absorption paint on the diffraction gratings 34-2, 36-2 of the first substrate 10-2 is optimized to absorb wave component 20, while being transparent to wave component 22, thereby eliminating unwanted optical beams 20-1s, 22-1s, 20-2s, 22-2s by absorption in output gratings 34-1, 34 -2, 36-1 and 36-2. It should be noted that the input grating 12-2 provides an initial attenuation of unwanted optical beams 20-1c and 20-2c, as shown in figa. If the input grating 12-2 can provide sufficient attenuation of the unwanted optical beams 20-1c and 20-2c, then there is no need to color the output gratings 14-2 and 16-2, as shown in fig.3b. This provides the advantage that the output beams 20-1b and 20-2b from the first substrate 10-1 are not attenuated by absorbing paint on the diffraction gratings 14-2 and 16-2.

На фиг.4а показан, помимо прочего, пример схематических представлений (поперечных сечений), демонстрирующий разделение цветов в системе 10 расширителя выходного зрачка с использованием нанесения поглощающей краски на весь полимерный материал выходных решеток 34-1, 34-2, 36-1 и 36-2 таким образом, что нежелательные оптические лучи 20-1с, 22-1с, 20-2с, 22-2с устраняются путем поглощения в выходных решетках 34-1, 34-2, 36-1 и 36-2 соответственно. Кроме того, (опционально) оптически поглощающий слой 40, расположенный на поверхности или рядом с поверхностью подложки 10-1 параллельно входной решетке 12-1, может поглощать волновой компонент 20 для минимизации присутствия нежелательных оптических лучей 20-1с и 20-2с. Если входная решетка 12-2 может обеспечить достаточное ослабление нежелательных оптических лучей 20-1с и 20-2с, то отсутствует необходимость в окрашивании выходных решеток 14-2 и 16-2, как показано на фиг.4b. Это обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что выходные лучи 20-1b и 20-2b из первой подложки 10-1 не ослабляются поглощающей краской на дифракционных решетках 14-2 и 16-2 соответственно.Fig. 4a shows, among other things, an example of schematic representations (cross-sections) showing the color separation in the system 10 of the exit pupil expander using the application of absorbing paint on the entire polymer material of the output gratings 34-1, 34-2, 36-1 and 36 -2 so that unwanted optical beams 20-1s, 22-1s, 20-2s, 22-2s are eliminated by absorption in the output gratings 34-1, 34-2, 36-1 and 36-2, respectively. In addition, an (optionally) optically absorbing layer 40 located on or near the surface of the substrate 10-1 parallel to the input grating 12-1 can absorb the wave component 20 to minimize the presence of unwanted optical beams 20-1c and 20-2c. If the input grating 12-2 can provide sufficient attenuation of unwanted optical beams 20-1c and 20-2c, then there is no need to color the output gratings 14-2 and 16-2, as shown in fig.4b. This provides the advantage that the output beams 20-1b and 20-2b from the first substrate 10-1 are not attenuated by absorbing paint on the diffraction gratings 14-2 and 16-2, respectively.

На фиг.5а показан, помимо прочего, пример схематических представлений (поперечных сечений), демонстрирующий разделение цветов в системе 10 расширителя выходного зрачка с использованием нанесения поглощающей краски на весь полимерный материал выходных решеток 34-1 и 36-1 первой подложки 10-1 таким образом, что нежелательные оптические лучи 22-1с и 22-2с устраняются путем поглощения в выходных решетках 34-1 и 36-1 соответственно. Во второй подложке 10-2 поглощающие покрытия 42-1 и 42-2 имеют по существу такой же показатель преломления, что и подложка 10-2, и располагаются на подложке 10-2 на участках между входной решеткой 12-2 и выходными решетками 14-2 и 16-2 соответственно согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Эти поглощающие покрытия 42-1 и 42-2 по существу поглощают нежелательные оптические лучи 20-1с и 20-2с во второй подложке 10-2, осуществляя роль границы для полного внутреннего отражения. В примере на фиг.5b вместо использования нанесения поглощающей краски на полимерный материал выходной решетки (как показано на фиг.5а) применяются дополнительные поглощающие покрытия 44-1 и 44-2, имеющие по существу такой же показатель преломления, что и подложка 10-1, и нанесенные на подложку 10-1 на участках между входной решеткой 12-1 и выходными решетками 14-1 и 16-1 соответственно согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения. Эти поглощающие покрытия 44-1 и 44-2 по существу поглощают нежелательные оптические лучи 22-1с и 22-2с в первой подложке 10-1, также осуществляя роль границы для полного внутреннего отражения.Fig. 5a shows, among other things, an example of schematic representations (cross-sections) showing the color separation in the system 10 of the exit pupil expander using the application of absorbing paint on the entire polymer material of the output gratings 34-1 and 36-1 of the first substrate 10-1 such so that unwanted optical beams 22-1c and 22-2c are eliminated by absorption in the output gratings 34-1 and 36-1, respectively. In the second substrate 10-2, the absorbent coatings 42-1 and 42-2 have substantially the same refractive index as the substrate 10-2, and are located on the substrate 10-2 in areas between the input grating 12-2 and the output gratings 14- 2 and 16-2, respectively, according to an embodiment of the present invention. These absorbent coatings 42-1 and 42-2 essentially absorb unwanted optical beams 20-1c and 20-2c in the second substrate 10-2, acting as a boundary for total internal reflection. In the example of FIG. 5b, instead of using the application of absorbing paint on the polymeric material of the output grating (as shown in FIG. 5a), additional absorbent coatings 44-1 and 44-2 having substantially the same refractive index as the substrate 10-1 , and deposited on a substrate 10-1 in areas between the input grating 12-1 and the output gratings 14-1 and 16-1, respectively, according to another embodiment of the present invention. These absorbent coatings 44-1 and 44-2 essentially absorb unwanted optical beams 22-1c and 22-2c in the first substrate 10-1, also acting as a boundary for total internal reflection.

Следует отметить, что способы окрашивания известны в данной области техники, например, см. патент US 6464733, С.U.Ryser "Tinting plastic articles" ("Окрашивание пластиковых изделий"). Для выборочного окрашивания подложки (см. фиг.2b) части, подлежащие окрашиванию, могут быть окрашены по отдельности. Затем эти части могут быть спрессованы вместе с неокрашенным пластиком. Окрашенные и неокрашенные части должны иметь одинаковый показатель преломления, что обычно выполняется при использовании одного и того же материала, поскольку окрашивание обычно не изменяет показатель преломления. Также могут применяться радиационные способы для создания центров окраски в материале для изменения спектрального поглощения. Кроме того, дифракционные решетки могут быть сформированы с использованием полимерного материала, отверждаемого ультрафиолетовым излучением, который окрашивается известным в этой области техники способом.It should be noted that staining methods are known in the art, for example, see US Pat. No. 6,464,733, C.U. Ryser, "Tinting plastic articles". For selective staining of the substrate (see FIG. 2b), the parts to be stained can be individually painted. These parts can then be pressed together with unpainted plastic. Painted and unpainted parts must have the same refractive index, which is usually done using the same material, since painting usually does not change the refractive index. Radiation methods can also be used to create color centers in the material to alter spectral absorption. In addition, diffraction gratings can be formed using a UV curable polymer material that is colored by a method known in the art.

На фиг.6 представлен пример схематического представления электронного устройства, имеющего систему 10 расширителя выходного зрачка (ЕРЕ), согласно варианту осуществления настоящего изобретения.6 is an example of a schematic representation of an electronic device having an exit pupil dilator (EPE) system 10 according to an embodiment of the present invention.

Расширитель 10, 10а или 10b выходного зрачка (ЕРЕ) может использоваться в электронном (портативном) устройстве 100, таком как мобильный телефон, персональный мобильный секретарь (PDA), коммуникатор, портативное устройство доступа в Интернет, карманный компьютер, цифровая видеокамера или фотоаппарат, носимый компьютер, игровое компьютерное устройство, специальное расположенное вблизи глаз устройство визуального отображения и другие переносные электронные устройства. Как показано на фиг.6, портативное устройство 100 имеет корпус 210, в котором находится блок 212 связи для приема и передачи информации от внешнего устройства и к внешнему устройству (не показано). Портативное устройство 100 также имеет блок 214 управления и обработки для обработки принимаемой и передаваемой информации и систему 230 виртуального дисплея для визуального отображения. Система 230 виртуального дисплея включает микродисплей, или первичный формирователь 192 изображения и оптический процессор 190. Блок 214 управления и обработки функционально соединен с оптическим процессором 190 для предоставления данных изображения первичному формирователю 192 изображения для формирования на нем изображения. Расширитель ЕРЕ 10 согласно настоящему изобретению может быть оптически связан с оптическим процессором 190.The exit pupil dilator 10, 10a, or 10b (EPE) can be used in an electronic (portable) device 100, such as a mobile phone, personal mobile assistant (PDA), communicator, portable Internet access device, PDA, digital video camera or wearable camera a computer, a gaming computer device, a special visual display device located near the eyes, and other portable electronic devices. As shown in FIG. 6, the portable device 100 has a housing 210 in which there is a communication unit 212 for receiving and transmitting information from an external device and to an external device (not shown). The portable device 100 also has a control and processing unit 214 for processing received and transmitted information and a virtual display system 230 for visual display. The virtual display system 230 includes a microdisplay, or primary imager 192 and an optical processor 190. The control and processing unit 214 is operatively connected to the optical processor 190 to provide image data to the primary imager 192 for imaging thereon. The EPE extender 10 according to the present invention can be optically coupled to the optical processor 190.

Кроме того, первичный формирователь 192 изображения, как показано на фиг.6, может быть последовательным цветным LCOS-устройством (Liquid Crystal On Silicon, жидкие кристаллы на кремнии), OLED-матрицей (Organic Light Emitting Diode, органический светоизлучающий диод), MEMS-устройством (MicroElectro Mechanical System, микроэлектромеханическая система) или любым другим подходящим микродисплейным устройством, работающим с использованием пропускания, отражения или излучения света.In addition, the primary imager 192 of the image, as shown in Fig.6, can be a serial color LCOS device (Liquid Crystal On Silicon, liquid crystals on silicon), OLED matrix (Organic Light Emitting Diode, organic light-emitting diode), MEMS- device (MicroElectro Mechanical System, microelectromechanical system) or any other suitable microdisplay device operating using transmission, reflection or radiation of light.

Кроме того, электронное устройство 100 может быть портативным устройством, таким как мобильный телефон, персональный мобильный секретарь (PDA), коммуникатор, портативное устройство доступа в Интернет, карманный компьютер, цифровая видеокамера или фотоаппарат, носимый компьютер, игровое компьютерное устройство, специальное расположенное вблизи глаз устройство визуального отображения и другие переносные электронные устройства. Однако расширитель выходного зрачка согласно настоящему изобретению может также использоваться в стационарном устройстве, например, в игровом устройстве, торговом автомате, музыкальном автомате, в домашних устройствах, таких как духовка, микроволновая печь и другие, и в других стационарных устройствах.In addition, the electronic device 100 may be a portable device such as a mobile phone, personal mobile assistant (PDA), communicator, portable Internet access device, PDA, digital video camera or camera, wearable computer, gaming computer device, a special device located near the eyes visual display device and other portable electronic devices. However, the exit pupil dilator according to the present invention can also be used in a stationary device, for example, in a gaming device, a vending machine, a jukebox, in home devices such as an oven, a microwave oven and others, and in other stationary devices.

Следует понимать, что приведенные выше схемы представлены только для иллюстрации применения принципов настоящего изобретения. Специалисты в данной области техники могут разработать многочисленные модификации и альтернативные схемы, не выходя за пределы объема настоящего изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения.It should be understood that the above schemes are presented only to illustrate the application of the principles of the present invention. Specialists in the art can develop numerous modifications and alternative schemes, without going beyond the scope of the present invention defined by the attached claims.

Claims (24)

1. Устройство для обеспечения разделения цветов, включающее
по меньшей мере одну подложку из оптического материала, имеющую первую поверхность и вторую поверхность;
по меньшей мере один дифракционный элемент, расположенный на первой или второй поверхности указанной по меньшей мере одной подложки с возможностью приема входного оптического луча;
по меньшей мере один дополнительный дифракционный элемент, расположенный на первой или второй поверхности; и
по меньшей мере одну оптически поглощающую область, расположенную внутри указанной по меньшей мере одной подложки или на ней, при этом указанный по меньшей мере один дифракционный элемент выполнен так, что по меньшей мере часть входного оптического луча испытывает дифракцию на указанном дифракционном элементе с получением по меньшей мере одного дифрагированного оптического луча, по существу, в пределах первой и второй поверхностей, и
указанный по меньшей мере один дополнительный дифракционный элемент выполнен так, что по меньшей мере часть по меньшей мере одного дифрагированного оптического луча испытывает дифракцию на указанном дополнительном дифракционном элементе и выводится из указанной по меньшей мере одной подложки, таким образом обеспечивая формирование выходного оптического луча, выходящего из указанной по меньшей мере одной подложки, с выходным зрачком, расширенным в одном или двух измерениях, причем
указанный входной оптический луч включает К волновых компонентов, и указанная по меньшей мере одна оптически поглощающая область поглощает М заранее выбранных компонентов из числа К волновых компонентов указанного по меньшей мере одного дифрагированного оптического луча и обеспечивает распространение выбранного компонента из числа К волновых компонентов указанного по меньшей мере одного дифрагированного оптического луча, так что выходной оптический луч включает указанный выбранный компонент из числа К волновых компонентов, где К - целое число, равное по меньшей мере двум, а М - целое число от 1 до К-1.1. Device for providing color separation, including
at least one substrate of optical material having a first surface and a second surface;
at least one diffraction element located on the first or second surface of the specified at least one substrate with the possibility of receiving an input optical beam;
at least one additional diffraction element located on the first or second surface; and
at least one optically absorbing region located inside or on said at least one substrate, wherein said at least one diffraction element is configured such that at least a portion of the input optical beam undergoes diffraction on said diffraction element to obtain at least at least one diffracted optical beam, essentially within the first and second surfaces, and
the specified at least one additional diffraction element is made so that at least a portion of at least one diffracted optical beam is diffracted by the specified additional diffraction element and is derived from the specified at least one substrate, thereby providing the formation of the output optical beam emerging from the specified at least one substrate, with an exit pupil dilated in one or two dimensions, and
said input optical beam includes K wave components, and said at least one optically absorbing region absorbs M pre-selected components from among K wave components of said at least one diffracted optical beam and propagates a selected component from among K wave components of at least one one diffracted optical beam, so that the output optical beam includes the specified selected component from among the K wave components, where K is an integer equal to at least two, and M is an integer from 1 to K-1. 2. Устройство по п.1, которое включает N расположенных в виде стопки подложек из оптического материала, разделенных зазорами, где N - целое число, равное по меньшей мере единице, и указанная по меньшей мере одна подложка является одной из указанных N подложек, причем каждая из указанных N подложек выполнена с возможностью расширения выходного зрачка, по существу, только для одного компонента из указанных К волновых компонентов входного оптического луча, так что все указанные К волновых компонентов соединяются вместе, имея, по существу, одно и то же направление и положение, на выходе указанного оптического устройства.2. The device according to claim 1, which includes N arranged in a stack of substrates of optical material, separated by gaps, where N is an integer equal to at least one, and said at least one substrate is one of these N substrates, each of these N substrates is configured to expand the exit pupil for essentially only one component of the indicated K wave components of the input optical beam, so that all of the indicated K wave components are connected together having essentially one and same direction and position, the output of said optical device. 3. Устройство по п.2, в котором N=K.3. The device according to claim 2, in which N = K. 4. Устройство по п.1, в котором М=К-1.4. The device according to claim 1, in which M = K-1. 5. Устройство по п.1, в котором по меньшей мере одна подложка выполнена с возможностью формирования оптического луча, по существу, включающего только указанный выбранный компонент из числа К волновых компонентов, в качестве выходного оптического луча.5. The device according to claim 1, in which at least one substrate is configured to form an optical beam, essentially including only the specified selected component from among the K wave components, as an output optical beam. 6. Устройство по п.1, в котором указанная по меньшей мере одна оптически поглощающая область сформирована с использованием по меньшей мере одного из следующего:
нанесения поглощающей краски по всему объему по меньшей мере одной подложки,
нанесения поглощающей краски по всей толщине по меньшей мере одной подложки только на участках по меньшей мере одной подложки между по меньшей мере одним дифракционным элементом и по меньшей мере одним дополнительным дифракционным элементом,
нанесения поглощающей краски на весь полимерный материал, используемый для формирования указанного по меньшей мере одного дифракционного элемента,
нанесения поглощающей краски на весь полимерный материал, используемый для формирования указанного по меньшей мере одного дополнительного дифракционного элемента, и
поглощающего покрытия, имеющего, по существу, такой же показатель преломления, что и по меньшей мере одна подложка, и нанесенного по меньшей мере на одну подложку на участке, по существу, между по меньшей мере одним дифракционным элементом и по меньшей мере одним дополнительным дифракционным элементом.6. The device according to claim 1, in which the specified at least one optically absorbing region is formed using at least one of the following:
applying absorbent paint throughout the volume of at least one substrate,
applying absorbent paint over the entire thickness of at least one substrate only in areas of at least one substrate between at least one diffraction element and at least one additional diffraction element,
applying absorbent paint to the entire polymer material used to form said at least one diffractive element,
applying absorbent paint to the entire polymer material used to form said at least one additional diffraction element, and
an absorbent coating having substantially the same refractive index as at least one substrate and applied to at least one substrate in a region substantially between at least one diffraction element and at least one additional diffraction element . 7. Устройство по п.1, также включающее
дополнительную подложку из оптического материала, имеющую первую поверхность и вторую поверхность, при этом указанная дополнительная подложка расположена, по существу, параллельно указанной по меньшей мере одной подложке с сохранением зазора между указанной по меньшей мере одной подложкой и указанной дополнительной подложкой;
по меньшей мере один дополнительный дифракционный элемент, расположенный на первой или второй поверхности указанной дополнительной подложки с возможностью приема доли входного оптического луча, который распространяется через указанную по меньшей мере одну подложку в дополнительную подложку;
по меньшей мере еще один дополнительный дифракционный элемент, расположенный на первой или второй поверхности дополнительной подложки; и
по меньшей мере одну дополнительную оптически поглощающую область, расположенную внутри указанной дополнительной подложки или на ней, при этом
указанный дополнительный дифракционный элемент выполнен так, что по меньшей мере часть доли входного оптического луча испытывает дифракцию на указанном дополнительном дифракционном элементе с получением по меньшей мере одного дифрагированного оптического луча, по существу, в пределах первой и второй поверхностей дополнительной подложки, и указанный по меньшей мере еще один дополнительный дифракционный элемент выполнен так, что по меньшей мере часть по меньшей мере одного указанного дифрагированного оптического луча испытывает дифракцию на указанном еще одном дополнительном дифракционном элементе и затем выводится из дополнительной подложки, таким образом обеспечивая формирование дополнительного выходного оптического луча, выходящего из указанной дополнительной подложки, с выходным зрачком, расширенным в одном или двух измерениях, причем указанный дополнительный выходной луч имеет, по существу, такое же направление и положение, что и выходной оптический луч, при этом
указанная по меньшей мере одна дополнительная оптически поглощающая область поглощает Р заранее выбранных компонентов из числа К волновых компонентов и обеспечивает распространение дополнительно выбранного компонента из числа К волновых компонентов, так что дополнительный выходной оптический луч включает указанный дополнительно выбранный компонент из числа К волновых компонентов, где Р - целое число от 1 до К-1.7. The device according to claim 1, also including
an additional substrate of optical material having a first surface and a second surface, wherein said additional substrate is arranged substantially parallel to said at least one substrate while maintaining a gap between said at least one substrate and said additional substrate;
at least one additional diffraction element located on the first or second surface of the specified additional substrate with the possibility of receiving a fraction of the input optical beam, which propagates through the specified at least one substrate into the additional substrate;
at least one additional additional diffraction element located on the first or second surface of the additional substrate; and
at least one additional optically absorbing region located inside or on the specified additional substrate, while
the specified additional diffraction element is made so that at least part of the share of the input optical beam is diffracted by the specified additional diffraction element to obtain at least one diffracted optical beam essentially within the first and second surfaces of the additional substrate, and at least another additional diffraction element is configured such that at least a portion of at least one of said diffracted optical beams experiences diffraction an action on said further additional diffraction element and then removed from the additional substrate, thereby enabling the formation of an additional output optical beam exiting from said additional substrate with an exit pupil dilated in one or two dimensions, said additional output beam having essentially , the same direction and position as the output optical beam, while
the specified at least one additional optically absorbing region absorbs P pre-selected components from among the K wave components and ensures the distribution of an additional selected component from among K wave components, so that the additional output optical beam includes the specified additional selected component from among K wave components, where P is an integer from 1 to K-1. 8. Устройство по п.7, в котором Р=К-1.8. The device according to claim 7, in which P = K-1. 9. Устройство по п.7, в котором указанная по меньшей мере одна дополнительная оптически поглощающая область сформирована с использованием по меньшей мере одного из следующего:
нанесения поглощающей краски по всем объему дополнительной подложки,
нанесения поглощающей краски по всей толщине дополнительной подложки только на участках дополнительной подложки между по меньшей мере одним дополнительным дифракционным элементом и по меньшей мере еще одним дополнительным дифракционным элементом,
нанесения поглощающей краски на весь полимерный материал, используемый для формирования указанного по меньшей мере одного дополнительного дифракционного элемента, нанесения поглощающей краски на весь полимерный материал, используемый для формирования указанного по меньшей мере еще одного дополнительного дифракционного элемента, и поглощающего покрытия, имеющего, по существу, такой же показатель преломления, что и дополнительная подложка, и нанесенного на дополнительную подложку между по меньшей мере одним дополнительным дифракционным элементом и по меньшей мере еще одним дополнительным дифракционным элементом.9. The device according to claim 7, in which the specified at least one additional optically absorbing region is formed using at least one of the following:
applying absorbent paint over the entire volume of the additional substrate,
applying absorbent paint over the entire thickness of the additional substrate only in areas of the additional substrate between at least one additional diffractive element and at least one additional additional diffractive element,
applying an absorbing paint to the entire polymer material used to form the at least one additional diffractive element, applying absorbing paint to the entire polymer material used to form the specified at least one additional additional diffraction element, and an absorbing coating having essentially the same refractive index as the additional substrate, and deposited on the additional substrate between at least one additional diffraction nym element and at least another one additional diffraction element. 10. Устройство по п.7, в котором указанный зазор является воздушным зазором.10. The device according to claim 7, in which the specified gap is an air gap. 11. Устройство по п.7, в котором указанная по меньшей мере одна подложка выполнена с возможностью формирования оптического луча, по существу, включающего только указанный выбранный компонент из числа К волновых компонентов, в качестве выходного луча, а указанная дополнительная подложка выполнена с возможностью формирования оптического луча, по существу, включающего только указанный выбранный дополнительный компонент из числа К волновых компонентов, в качестве дополнительного выходного оптического луча, при этом выходной оптический луч и дополнительный выходной оптический луч соединяются вместе, имея, по существу, одинаковое направление и положение.11. The device according to claim 7, in which the specified at least one substrate is configured to form an optical beam, essentially including only the specified selected component from among the K wave components, as an output beam, and the specified additional substrate is configured to form an optical beam, essentially including only the specified selected additional component from among the K wave components, as an additional output optical beam, while the output optical beam and an additional output optical beam are connected together having substantially the same direction and position. 12. Устройство по п.1, в котором указанная по меньшей мере одна подложка имеет дополнительный оптически поглощающий слой, расположенный на поверхности или рядом с поверхностью указанной по меньшей мере одной подложки, при этом указанная поверхность является второй поверхностью, через которую распространяется входной оптический луч, так что дополнительный оптически поглощающий слой, по существу, поглощает указанный выбранный компонент из числа К волновых компонентов.12. The device according to claim 1, wherein said at least one substrate has an additional optically absorbing layer located on or near the surface of said at least one substrate, said surface being the second surface through which the input optical beam propagates so that the additional optically absorbing layer essentially absorbs said selected component from among the K wave components. 13. Устройство по п.1, которое также включает по меньшей мере один промежуточный дифракционный элемент, при этом указанный по меньшей мере один дифракционный элемент выполнен так, что по меньшей мере часть входного оптического луча, дифрагированного на указанном по меньшей мере одном дифракционном элементе, сначала подается на указанный по меньшей мере один промежуточный дифракционный элемент, который подает, используя дифракцию на указанном по меньшей мере одном промежуточном дифракционном элементе, указанную по меньшей мере часть дифрагированного оптического луча на указанный по меньшей мере один дополнительный дифракционный элемент, который выполнен так, чтобы обеспечивать двумерное расширение выходного зрачка указанного входного оптического луча.13. The device according to claim 1, which also includes at least one intermediate diffraction element, wherein said at least one diffraction element is configured such that at least a portion of the input optical beam diffracted by said at least one diffraction element, first supplied to the specified at least one intermediate diffraction element, which delivers, using diffraction on the specified at least one intermediate diffraction element, the specified at least part of the diffraction agitated optical beam to the specified at least one additional diffraction element, which is designed to provide two-dimensional expansion of the exit pupil of the specified input optical beam. 14. Способ обеспечения разделения цветов, включающий
прием входного оптического луча по меньшей мере одним дифракционным элементом, расположенным на первой или второй поверхности по меньшей мере одной подложки, при этом указанный входной оптический луч включает К волновых компонентов, где К - целое число, равное по меньшей мере двум, и
дифракцию по меньшей мере части входного оптического луча на по меньшей мере одном дифракционном элементе с получением по меньшей мере одного дифрагированного оптического луча, по существу, в пределах первой и второй поверхностей;
поглощение М заранее выбранных компонентов из числа К волновых компонентов указанного по меньшей мере одного дифрагированного оптического луча по меньшей мере в одной оптически поглощающей области, расположенной внутри указанной по меньшей мере одной подложки или на ней, и распространение выбранного компонента из числа К волновых компонентов указанного по меньшей мере одного дифрагированного оптического луча, по существу, без уменьшения оптической интенсивности в указанной по меньшей мере одной оптически поглощающей области, где М - целое число от 1 до К-1; и
вывод по меньшей мере части по меньшей мере одного дифрагированного оптического луча из по меньшей мере одной подложки посредством дифракции на указанном по меньшей мере одном дополнительном дифракционном элементе, что обеспечивает формирование выходного оптического луча, выходящего из указанной по меньшей мере одной подложки, с выходным зрачком, расширенным в одном или двух измерениях, при этом выходной оптический луч включает указанный выбранный компонент из числа К волновых компонентов.14. A method of providing color separation, including
receiving an input optical beam by at least one diffraction element located on the first or second surface of at least one substrate, wherein said input optical beam includes K wave components, where K is an integer of at least two, and
diffraction of at least a portion of the input optical beam on at least one diffraction element to obtain at least one diffracted optical beam, essentially, within the first and second surfaces;
the absorption of M pre-selected components from among the K wave components of the specified at least one diffracted optical beam in at least one optically absorbing region located inside the specified at least one substrate or on it, and the distribution of the selected component from the number K of wave components specified in at least one diffracted optical beam, essentially without reducing the optical intensity in the specified at least one optically absorbing region, where M is an integer from 1 to K-1; and
the output of at least part of at least one diffracted optical beam from at least one substrate by diffraction on the specified at least one additional diffraction element, which ensures the formation of the output optical beam coming from the specified at least one substrate with the exit pupil, expanded in one or two dimensions, while the output optical beam includes the specified selected component from among the K wave components. 15. Способ по п.14, в котором выходной оптический луч, сформированный по меньшей мере одной подложкой, по существу, включает только указанный выбранный компонент из числа К волновых компонентов.15. The method according to 14, in which the output optical beam formed by at least one substrate, essentially includes only the specified selected component from among the K wave components. 16. Способ по п.14, в котором указанная по меньшей мере одна оптически поглощающая область сформирована с использованием по меньшей мере одного из следующего:
нанесения поглощающей краски по всему объему по меньшей мере одной подложки,
нанесения поглощающей краски по всей толщине по меньшей мере одной подложки только на участках по меньшей мере одной подложки между по меньшей мере одним дифракционным элементом и по меньшей мере одним дополнительным дифракционным элементом,
нанесения поглощающей краски на весь полимерный материал, используемый для формирования указанного по меньшей мере одного дифракционного элемента,
нанесения поглощающей краски на весь полимерный материал, используемый для формирования указанного по меньшей мере одного дополнительного дифракционного элемента, и
поглощающего покрытия, имеющего, по существу, такой же показатель преломления, что и по меньшей мере одна подложка, и нанесенного по меньшей мере на одну подложку на участке, по существу, между по меньшей мере одним дифракционным элементом и по меньшей мере одним дополнительным дифракционным элементом.16. The method of claim 14, wherein said at least one optically absorbing region is formed using at least one of the following:
applying absorbent paint throughout the volume of at least one substrate,
applying absorbent paint over the entire thickness of at least one substrate only in areas of at least one substrate between at least one diffraction element and at least one additional diffraction element,
applying absorbent paint to the entire polymer material used to form said at least one diffractive element,
applying absorbent paint to the entire polymer material used to form said at least one additional diffraction element, and
an absorbent coating having substantially the same refractive index as at least one substrate and applied to at least one substrate in a region substantially between at least one diffraction element and at least one additional diffraction element . 17. Электронное устройство дисплея, включающее
блок обработки данных;
оптический процессор, функционально соединенный с блоком обработки данных, для приема данных изображения от блока обработки данных;
устройство отображения, функционально соединенное с оптическим процессором, для формирования изображения на основе данных изображения; и
расширитель выходного зрачка, включающий
по меньшей мере одну подложку из оптического материала, имеющую первую поверхность и вторую поверхность;
по меньшей мере один дифракционный элемент, расположенный на первой или второй поверхности указанной по меньшей мере одной с возможностью приема входного оптического луча;
по меньшей мере один дополнительный дифракционный элемент, расположенный на первой или второй поверхности; и
по меньшей мере одну оптически поглощающую область, расположенную внутри указанной по меньшей мере одной подложки или на ней, причем указанный по меньшей мере один дифракционный элемент выполнен так, что по меньшей мере часть входного оптического луча испытывает дифракцию на дифракционном элементе с получением по меньшей мере одного дифрагированного оптического луча, по существу, в пределах первой и второй поверхностей, и
указанный по меньшей мере один дополнительный дифракционный элемент выполнен так, что по меньшей мере часть по меньшей мере одного дифрагированного оптического луча испытывает дифракцию на указанном дополнительном дифракционном элементе и выводится по меньшей мере из одной подложки, таким образом обеспечивая формирование выходного оптического луча, выходящего из указанной по меньшей мере одной подложки, с выходным зрачком, расширенным в одном или двух измерениях, при этом
указанный входной оптический луч включает К волновых компонентов, и указанная по меньшей мере одна оптически поглощающая область поглощает М заранее выбранных компонентов из числа К волновых компонентов и обеспечивает распространение выбранного компонента из числа К волновых компонентов, по существу, без уменьшения оптической интенсивности, так что выходной оптический луч включает указанный выбранный компонент из числа К волновых компонентов, где К - целое число, равное по меньшей мере двум, а М - целое число от 1 и до К-1.17. An electronic display device including
data processing unit;
an optical processor operatively coupled to the data processing unit for receiving image data from the data processing unit;
a display device operatively coupled to the optical processor for generating an image based on image data; and
exit pupil dilator including
at least one substrate of optical material having a first surface and a second surface;
at least one diffraction element located on the first or second surface of the at least one with the possibility of receiving the input optical beam;
at least one additional diffraction element located on the first or second surface; and
at least one optically absorbing region located inside or on the at least one substrate, said at least one diffraction element being configured such that at least a portion of the input optical beam undergoes diffraction on the diffraction element to produce at least one diffracted optical beam, essentially, within the first and second surfaces, and
the specified at least one additional diffraction element is made so that at least a portion of at least one diffracted optical beam is diffracted by the specified additional diffraction element and is output from at least one substrate, thereby providing the formation of an output optical beam emerging from the specified at least one substrate, with an exit pupil dilated in one or two dimensions, while
said input optical beam includes K wave components, and said at least one optically absorbing region absorbs M pre-selected components from among K wave components and propagates the selected component from among K wave components, essentially without reducing the optical intensity, so that the output the optical beam includes the specified selected component from among the K wave components, where K is an integer equal to at least two, and M is an integer from 1 to K-1. 18. Электронное устройство по п.17, в котором указанный расширитель выходного зрачка включает N расположенных в виде стопки подложек из оптического материала, разделенных зазорами, где N - целое число, равное по меньшей мере единице, и указанная по меньшей мере одна подложка является одной из указанных N подложек, причем каждая из указанных N подложек выполнена с возможностью расширения выходного зрачка, по существу, только для одного компонента из указанных К волновых компонентов входного оптического луча, так что все указанные К волновых компонентов соединяются вместе, имея, по существу, одно и то же направление и положение, на выходе указанного расширителя выходного зрачка.18. The electronic device according to 17, in which the specified dilator of the exit pupil includes N located in the form of a stack of substrates of optical material, separated by gaps, where N is an integer equal to at least one, and the specified at least one substrate is one from these N substrates, each of these N substrates being configured to expand the exit pupil, essentially only for one component of the indicated K wave components of the input optical beam, so that all of the specified K wave com ponents are connected together, having essentially the same direction and position at the output of the specified dilator of the exit pupil. 19. Электронное устройство по п.18, в котором N=K.19. The electronic device according to p, in which N = K. 20. Электронное устройство по п.17, в котором М=К-1.20. The electronic device according to 17, in which M = K-1. 21. Электронное устройство по п.17, в котором указанная по меньшей мере одна подложка выполнена с возможностью формирования оптического луча, по существу, включающего только указанный выбранный компонент из числа К волновых компонентов, в качестве выходного оптического луча.21. The electronic device according to 17, in which the specified at least one substrate is configured to form an optical beam, essentially including only the specified selected component from among the K wave components, as the output optical beam. 22. Электронное устройство по п.17, в котором указанная по меньшей мере одна оптически поглощающая область сформирована с использованием по меньшей мере одного из следующего:
нанесения поглощающей краски по всему объему по меньшей мере одной подложки,
нанесения поглощающей краски по всей толщине по меньшей мере одной подложки только на участках по меньшей мере одной подложки между по меньшей мере одним дифракционным элементом и по меньшей мере одним дополнительным дифракционным элементом, нанесения поглощающей краски на весь полимерный материал, используемый для формирования указанного по меньшей мере одного дифракционного элемента,
нанесения поглощающей краски на весь полимерный материал, используемый для формирования указанного по меньшей мере одного дополнительного дифракционного элемента,
и поглощающего покрытия, имеющего, по существу, такой же показатель преломления, что и по меньшей мере одна подложка, и нанесенного по меньшей мере на одну подложку на участке, по существу, между по меньшей мере одним дифракционным элементом и по меньшей мере одним дополнительным дифракционным элементом.22. The electronic device according to 17, in which the specified at least one optically absorbing region is formed using at least one of the following:
applying absorbent paint throughout the volume of at least one substrate,
applying absorbent paint over the entire thickness of at least one substrate only in areas of at least one substrate between at least one diffractive element and at least one additional diffractive element, applying absorbing paint to the entire polymer material used to form the specified at least one diffraction element
applying absorbent paint to the entire polymer material used to form said at least one additional diffraction element,
and an absorbent coating having substantially the same refractive index as at least one substrate, and applied to at least one substrate in a region substantially between at least one diffractive element and at least one additional diffractive an element. 23. Устройство для обеспечения разделения цветов, включающее
по меньшей мере одно средство для дифракции
для приема входного оптического луча указанным средством для дифракции, расположенным на первой или второй поверхности по меньшей мере одной подложки, причем указанный входной оптический луч включает К волновых компонентов, где К - целое число, равное по меньшей мере двум, и
для дифрагирования по меньшей мере части входного оптического луча на указанном по меньшей мере одном средстве для дифракции с получением по меньшей мере одного дифрагированного оптического луча, по существу, в пределах первой и второй поверхностей;
по меньшей мере одно средство для поглощения, расположенное внутри указанной по меньшей мере одной подложки или на ней, для поглощения М заранее выбранных волновых компонентов из числа К волновых компонентов указанного по меньшей мере одного дифрагированного оптического луча указанным по меньшей мере одним средством для поглощения и распространения выбранного компонента из числа К волновых компонентов указанного по меньшей мере одного дифрагированного оптического луча, по существу, без уменьшения оптической интенсивности в указанной по меньшей мере одной оптически поглощающей области, где М - целое число от 1 до К-1; и
по меньшей мере одно дополнительное средство для дифракции, для вывода по меньшей мере части по меньшей мере одного дифрагированного оптического луча из по меньшей мере одной подложки посредством дифракции на указанном по меньшей мере одном дополнительном средстве для дифракции, что обеспечивает формирование выходного оптического луча, выходящего из указанной по меньшей мере одной подложки, с выходным зрачком, расширенным в одном или двух измерениях, при этом выходной оптический луч включает указанный выбранный компонент из числа К волновых компонентов.23. A device for providing color separation, including
at least one diffraction agent
for receiving an input optical beam by said diffraction means located on a first or second surface of at least one substrate, said input optical beam including K wave components, where K is an integer of at least two, and
for diffracting at least a portion of the input optical beam on said at least one diffraction means to obtain at least one diffracted optical beam essentially within the first and second surfaces;
at least one absorption means located inside or on the at least one substrate for absorbing M pre-selected wave components from among the K wave components of said at least one diffracted optical beam by said at least one absorption and propagation means a selected component from among the K wave components of the specified at least one diffracted optical beam, essentially without reducing the optical intensity in the specified th at least one optically absorbing region, where M is an integer from 1 to K-1; and
at least one additional diffraction means for outputting at least a portion of at least one diffracted optical beam from the at least one substrate by diffraction on said at least one additional diffraction means, which provides the formation of an output optical beam emerging from the specified at least one substrate, with the exit pupil dilated in one or two dimensions, while the output optical beam includes the specified selected component from among K in new components. 24. Устройство по п.23, которое представляет собой расширитель выходного зрачка. 24. The device according to item 23, which is a dilator of the exit pupil.
RU2008151729/28A 2006-06-02 2006-06-02 Colour distribution in exit pupil expanders RU2410736C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008151729/28A RU2410736C2 (en) 2006-06-02 2006-06-02 Colour distribution in exit pupil expanders

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008151729/28A RU2410736C2 (en) 2006-06-02 2006-06-02 Colour distribution in exit pupil expanders

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008151729A RU2008151729A (en) 2010-07-20
RU2410736C2 true RU2410736C2 (en) 2011-01-27

Family

ID=42685326

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008151729/28A RU2410736C2 (en) 2006-06-02 2006-06-02 Colour distribution in exit pupil expanders

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2410736C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008151729A (en) 2010-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8254031B2 (en) Color distribution in exit pupil expanders
RU2413268C2 (en) Composite exit pupil expander
US11543594B2 (en) Methods and apparatuses for providing a holographic waveguide display using integrated gratings
US6805490B2 (en) Method and system for beam expansion in a display device
TWI425254B (en) Method and system for beam expansion in a display device
US7184615B2 (en) Electrically tunable diffractive grating element
US7483604B2 (en) Diffractive grating element for balancing diffraction efficiency
CN103562802B (en) Holographic wide angle display
EP2033040B1 (en) Stereoscopic exit pupil expander display
Xu et al. Methods of optimizing and evaluating geometrical lightguides with microstructure mirrors for augmented reality displays
CN101512413A (en) Beam spread using three-dimensional diffraction element
CN102362229A (en) Dithered holographic frontlight
JP2008535032A (en) Multi-plane optical device
US20240012247A1 (en) Wide Angle Waveguide Display
US20230375839A1 (en) Head Mounted System with Color Specific Modulation
Zhao et al. Optical design for a see-through head-mounted display with high visibility
RU2410736C2 (en) Colour distribution in exit pupil expanders
Lu et al. 59‐1: Liquid Crystal Technology for Solving Key Optical Challenges in Virtual and Augmented Realities
Zhan et al. Wavelength-multiplexed multifocal displays
Crespel et al. Autostereoscopic transparent display using a wedge light guide and a holographic optical element: implementation and results

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20160602

PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20200122