RU2719568C1 - Augmented reality device and method of its operation - Google Patents

Augmented reality device and method of its operation Download PDF

Info

Publication number
RU2719568C1
RU2719568C1 RU2019121958A RU2019121958A RU2719568C1 RU 2719568 C1 RU2719568 C1 RU 2719568C1 RU 2019121958 A RU2019121958 A RU 2019121958A RU 2019121958 A RU2019121958 A RU 2019121958A RU 2719568 C1 RU2719568 C1 RU 2719568C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
waveguide
diffraction
expanding
diffraction grating
diffraction order
Prior art date
Application number
RU2019121958A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Викторович Муравьев
Дмитрий Евгеньевич Пискунов
Гаврил Николаевич Востриков
Андрей Николаевич Путилин
Original Assignee
Самсунг Электроникс Ко., Лтд.
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 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. filed Critical Самсунг Электроникс Ко., Лтд.
Priority to RU2019121958A priority Critical patent/RU2719568C1/en
Priority to KR1020200035816A priority patent/KR20210007818A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2719568C1 publication Critical patent/RU2719568C1/en
Priority to PCT/KR2020/007852 priority patent/WO2021010603A1/en
Priority to CN202080048090.5A priority patent/CN114051593B/en
Priority to EP20840009.3A priority patent/EP3998506A4/en
Priority to US17/551,778 priority patent/US20220107501A1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B27/017Head mounted
    • G02B27/0172Head mounted characterised by optical features
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B27/0101Head-up displays characterised by optical features
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B27/0101Head-up displays characterised by optical features
    • G02B27/0103Head-up displays characterised by optical features comprising holographic elements
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938Using specific optical elements
    • G02B27/0944Diffractive optical elements, e.g. gratings, holograms
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/18Diffraction gratings
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/18Diffraction gratings
    • G02B5/1814Diffraction gratings structurally combined with one or more further optical elements, e.g. lenses, mirrors, prisms or other diffraction gratings

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)

Abstract

FIELD: augmented reality device.
SUBSTANCE: invention relates to display methods and augmented reality devices based on diffraction and holographic optical elements and enables to increase the visible field of view, compactness and reproduction efficiency. Display method comprises steps of: A) radiation from the projection system falls on the first diffraction grating expanding; B) diffraction of each of beams falling on the first grid, forms negative first diffraction order, zero diffraction order and first diffraction order; C) the zero diffraction order comes out of the spreading first waveguide and falls on the second waveguide; D) minus the first diffraction order and the first diffraction order are propagated in the first waveguide by total internal reflection (TIR), returning to the first grid, falling on it in different points that do not coincide with each other; diffraction is again undergone, each forming a new minus first diffraction order, a new zero diffraction order, a new first diffraction order; E) for each new minus first diffraction order, a new zero diffraction order, a new first diffraction order, steps (C)–(D) are repeated; F) each zero diffraction order falling on the second waveguide passes through the second waveguide to the second diffraction grating, wherein diffraction of each of beams falling on the second grid, forms a minus first diffraction order, a zero diffraction order and a first diffraction order, wherein the first diffraction order experiences the airfoil from the wall of the second waveguide opposite the wall of the second waveguide facing the eye, re-enters the second grid, forms a new minus first diffraction order, a new zero diffraction order and a new first diffraction order, at that said new zero diffraction order leaves waveguide in direction to eye.
EFFECT: disclosed is augmented reality device and method of its operation.
28 cl, 12 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к устройствам дополненной реальности, выполненным на основе дифракционных и голографических оптических элементов, и к способам их функционирования.The present invention relates to augmented reality devices made on the basis of diffraction and holographic optical elements, and to methods for their functioning.

Описание предшествующего уровня техникиDescription of the Related Art

Носимые очки дополненной реальности (AR) представляют собой персональное устройство, которое можно использовать в качестве дополнительного экрана, например, для смартфонов или других электронных устройств. Для массового потребителя необходимо разрабатывать устройства очков дополненной реальности с широким полем зрения (FOV), малым весом и стоимостью, компактностью и высоким разрешением, такие носимые устройства могут заменить пользователю телевизоры и смартфоны.Wearable augmented reality glasses (AR) are a personal device that can be used as an additional screen, for example, for smartphones or other electronic devices. For the mass consumer, it is necessary to develop augmented reality glasses devices with a wide field of view (FOV), low weight and cost, compactness and high resolution, such wearable devices can replace TVs and smartphones to the user.

К системам очков дополненной реальности предъявляются следующие требования:The following requirements are imposed on augmented reality glasses systems:

- широкое поле зрения, чтобы человеческий глаз мог охватить всю область, которую он видит, возможность накладывания виртуальных изображений на большую область;- a wide field of view so that the human eye can cover the entire area that he sees, the possibility of superimposing virtual images on a large area;

- малый вес;- low weight;

- низкая стоимость;- low cost;

- высокое разрешение, высокий контраст и т.д.- high resolution, high contrast, etc.

При достижении таких требований возникают проблемы, связанные, например, с тем, что широкое поле зрения требует обеспечения широкой области, внутри которой глаз может видеть все изображение полностью, без потерь. Существуют разные подходы для достижения предъявляемых требований. Одни подходы могут обеспечить широкое поле зрения, но не могут обеспечить широкую область, внутри которой глаз может видеть все изображение полностью, без потерь. Другие подходы могут обеспечить широкую область, внутри которой глаз может видеть все изображение полностью, без потерь, но не могут обеспечить широкое поле зрения.When such requirements are achieved, problems arise, for example, due to the fact that a wide field of view requires providing a wide area inside which the eye can see the entire image without loss. There are different approaches to achieve the requirements. Some approaches can provide a wide field of view, but cannot provide a wide area inside which the eye can see the entire image without loss. Other approaches can provide a wide area within which the eye can see the entire image without loss, but cannot provide a wide field of view.

Необходимо отметить, что классические системы, в которых не применяется мультиплицирование выходного зрачка, имеют вводящую и выводящую решетки (голографическую (HOE) или дифракционную(DOE)). Схематически такие системы работают следующим образом. Проектор формирует изображение в бесконечности, формируя параллельные пучки, при этом в выходном зрачке проектора помещают вводную голограмму или вводной дифракционный элемент, расположенный на волноводе, за счет дифракции на таком элементе параллельные пучки, не нарушая своей параллельности, вводятся в волновод, за счет полного внутреннего отражения пучки распространяются в волноводе и попадают на выводной дифракционный элемент (HOE/DOE). В известном уровне техники используется только один порядок дифракции излучения, прошедшего дифракционную решетку, кроме того, в известных устройствах вводные и выводные решетки используются только в одной плоскости, поэтому вводное широкое поле на выводе превращается в узкую картинку, которую не вполне комфортно рассматривать, поскольку, если зрачок глаза смотрит вперед отчетливо видно только центральное поле изображения, тогда как части изображения, расположенные по краям представляют собой темную область, а если зрачок глаза сместится в вертикальном направлении, то наоборот центральная часть будет представляться темной областью. То есть в известных классических системах пользователь может видеть только узкую полоску изображения.It should be noted that classical systems in which multiplication of the exit pupil is not used have an input and output lattice (holographic (HOE) or diffraction (DOE)). Schematically, such systems work as follows. The projector forms an image at infinity, forming parallel beams, while an input hologram or an input diffraction element located on the waveguide is placed in the exit pupil of the projector, due to diffraction by such an element, parallel beams are introduced into the waveguide without violating their parallelism, due to the complete internal Reflection beams propagate in the waveguide and fall on the output diffraction element (HOE / DOE). In the prior art, only one diffraction order of radiation transmitted through the diffraction grating is used, in addition, in the known devices the input and output gratings are used only in one plane, therefore, the wide input field at the output turns into a narrow picture, which is not quite comfortable to consider, because, if the pupil of the eye is looking forward, only the central field of the image is clearly visible, while the parts of the image located at the edges represent a dark area, and if the pupil of the eye is displaced tsya in the vertical direction, the central part on the contrary will be presented dark area. That is, in known classical systems, the user can see only a narrow strip of the image.

Из уровня техники известна система Microsoft 'Hololens' solution (доступно в Интернет: https://en.wikipedia.org/wiki/Microsoft_HoloLens) очков дополненной реальности, в которой решается проблема узкого поля зрения. В первом варианте такой известной системы для каждого глаза используется своя проекционная система, в которой используется вводная дифракционная решетка, поворотная решетка (или первая размножающая решетка), которая размножает излучение, частично поворачивает в область выводной решетки, далее излучение распространяется вдоль размножающей решетки и попадает на выводную дифракционную решетку, где формируется широкое поле изображения, благодаря которому глаз воспринимает изображение не в узкой области, а имеет более комфортное широкое поле при движении и рассматривании. Однако известная система имеет сложную конструкцию, поскольку используется три дифракционные решетки. Кроме того, размножающая дифракционная решетка сложна в изготовлении, то есть система в целом сложна в изготовлении, поскольку угол наклона штрихов размножающей решетки должен составлять ровно 45° относительно вводной и выводной дифракционных решеток. Процесс изготовления известной системы является сложным и дорогим, поскольку при изготовлении таких систем наблюдается большой процент выхода бракованных изделий.The prior art Microsoft 'Hololens' solution system (available on the Internet: https://en.wikipedia.org/wiki/Microsoft_HoloLens) is known for augmented reality glasses, which solves the problem of a narrow field of view. In the first version of such a known system, each eye uses its own projection system, which uses an input diffraction grating, a rotary grating (or the first propagating grating) that propagates the radiation, partially rotates into the area of the output grating, then the radiation propagates along the propagating grating and reaches output diffraction grating, where a wide field of the image is formed, due to which the eye perceives the image not in a narrow area, but has a more comfortable wide field when moving and looking. However, the known system has a complex structure, since three diffraction gratings are used. In addition, the propagating diffraction grating is difficult to manufacture, that is, the system as a whole is difficult to manufacture, since the angle of inclination of the strokes of the propagating grating should be exactly 45 ° relative to the input and output diffraction gratings. The manufacturing process of the known system is complex and expensive, since in the manufacture of such systems there is a large percentage of the output of defective products.

Вторая версия известной системы Microsoft 'Hololens' solution (доступно в Интернет по адресам https://www.microsoft.com/en-us/hololens/hardware и https://en.wikipedia.org/wiki/HoloLens_2) отличается от первой версии тем, что применяется только один общий проектор для двух глаз, который пользователь располагает между глазами. В такой реализации известной системы поле зрения имеет ограничения по двум направлениям, поскольку штрихи вводной и выводной дифракционной решетки должны быть перпендикулярны друг другу. Поэтому при вводе излучения поле зрения ограничивается по горизонтали, а при выводе излучения поле зрения ограничивается по вертикали, то есть исходное изображение срезается как по бокам, так и сверху, и снизу.The second version of the famous Microsoft 'Hololens' solution system (available on the Internet at https://www.microsoft.com/en-us/hololens/hardware and https://en.wikipedia.org/wiki/HoloLens_2) differs from the first version in that only one common projector for two eyes is used, which the user places between the eyes. In such an implementation of the known system, the field of view has limitations in two directions, since the strokes of the input and output diffraction gratings should be perpendicular to each other. Therefore, when the radiation is input, the field of view is limited horizontally, and when the radiation is output, the field of view is limited vertically, that is, the original image is cut off both on the sides, and above, and below.

Из уровня техники известна система для расширения выходного зрачка, описанная в документе US 7764413 B2 (NOKIA CORPORATION), опубликованном 27.07.2010. Известная система содержит: вводную дифракционную решетку, имеющую штрихи, расположенные вертикально; две размножающие поворотные дифракционные решетки для левого и правого глаза, штрихи которой наклонены под углом 600; две выводных дифракционных решетки, имеющих штрихи, расположенные вертикально. Такие дифракционные решетки с разными наклонами штрихов сложно совместить друг с другом. Известная система имеет большие габаритные размеры, поскольку область ввода и область размножения излучения являются незадействованными для глаз, то есть эти области должны занимать место вне глаз.A prior art system for dilating the exit pupil is described in US Pat. No. 7,764,413 B2 (NOKIA CORPORATION), published July 27, 2010. The known system comprises: an introductory diffraction grating having strokes arranged vertically; two propagating rotary diffraction gratings for the left and right eyes, the strokes of which are tilted at an angle of 60 0 ; two output diffraction gratings having strokes arranged vertically. Such diffraction gratings with different slopes of strokes are difficult to combine with each other. The known system has large overall dimensions, since the input region and the radiation propagation region are not used for the eyes, that is, these regions must occupy a place outside the eyes.

Из уровня техники известна система для расширения выходного зрачка, описанная в документе US 8160411 B2 (NOKIA CORPORATION), опубликованном 17.04.2017. В документе описана модификация предыдущей системы, в которой предлагается использовать другое расположение дифракционных решеток, принцип работы остается прежним. Из недостатков этой известной системы можно также отметить дороговизну, сложность в изготовлении, ввод и вывод изображения имеют разные направления, в результате чего устройство имеет большие габариты.The prior art system for expanding the exit pupil is described in US 8160411 B2 (NOKIA CORPORATION), published 04/17/2017. The document describes a modification of the previous system, in which it is proposed to use a different arrangement of diffraction gratings, the principle of operation remains the same. Among the disadvantages of this known system, one can also note the high cost, the difficulty in manufacturing, input and output of the image have different directions, as a result of which the device has large dimensions.

Из уровня техники известно оптическое волноводное устройство, расширяющее выходной зрачок, описанное в документе US 20190004321 A1 (WAVE OPTICS LTD), опубликованном 03.01.2019. В известном устройстве на разных сторонах волновода размещены три дифракционные решетки. Одна дифракционная решетка является вводной дифракционной решеткой, две другие дифракционные решетки расположены на противоположных частях волновода и их штрихи скрещены относительно друг друга. Излучение, попавшее на первую дифракционную решетку частично дифрагирует под углом к этой решетке, частично проходит дальше. Попав на вторую решетку, излучение дифрагирует в другом направлении и частично распространяется вдоль волновода. То есть, дифракционные решетки, расположенные на противоположных сторонах волновода, размножают излучение в разных направлениях. Такая система также сложна в изготовлении, поскольку имеется две дифракционные решетки, штрихи которых наклонены под углом друг к другу.An optical waveguide device that dilates the exit pupil is described in the prior art, as described in US 20190004321 A1 (WAVE OPTICS LTD), published January 3, 2019. In the known device on three sides of the waveguide there are three diffraction gratings. One diffraction grating is an introductory diffraction grating, two other diffraction gratings are located on opposite parts of the waveguide and their strokes are crossed relative to each other. The radiation incident on the first diffraction grating partially diffracts at an angle to this grating and partially passes on. Once on the second grating, the radiation diffracts in the other direction and partially propagates along the waveguide. That is, diffraction gratings located on opposite sides of the waveguide propagate radiation in different directions. Such a system is also difficult to manufacture, since there are two diffraction gratings, whose grooves are inclined at an angle to each other.

В известном уровне техники дифракционные/голографические решетки расположены в одной плоскости, либо в параллельных плоскостях. Для того, чтобы обеспечить и размножение (расширение) излучения, а также ввод и вывод излучения, в известном уровне техники обычно поворачивают вводную решетку относительно выводной решетки на 90°, кроме того размножающая решетка всегда находится между вводной и выводной решеткой, что усложняет технику производства таких устройств.In the prior art, diffraction / holographic gratings are located in the same plane or in parallel planes. In order to ensure both the propagation (expansion) of radiation, as well as the input and output of radiation, in the prior art, the input grating is usually rotated 90 ° relative to the output grating , in addition, the propagating grating is always located between the input and output gratings, which complicates the production technique such devices.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Предлагается устройство для отображения дополненной реальности, которое содержит проекционную систему; расширяющий первый волновод, на первую поверхность которого падают лучи от проекционной системы, причем расширяющий первый волновод содержит расширяющую первую дифракционную решетку; второй волновод, содержащий вторую дифракционную решетку. Причем расширяющая первая дифракционная решетка и вторая дифракционная решетка расположены в разных плоскостях относительно друг друга таким образом, что нулевой порядок дифракции, выходящий из расширяющего первого волновода, попадает на второй волновод. Угол, под которым лучи от проекционной системы падают на расширяющий первый волновод и попадают на расширяющую первую дифракционную решетку, находится в диапазоне от 0° до 90° по отношению к нормали к поверхности расширяющего первого волновода. Штрихи расширяющей первой дифракционной решетки должны быть расположены вдоль проекции на расширяющую первую дифракционную решетку лучей от проекционной системы. Острый угол между проекцией главного луча проекционной системы на плоскость первого волновода и линией штрихов находится в диапазоне ±30°. Расширяющая первая дифракционная решетка может быть расположена на второй поверхности расширяющего первого волновода, противоположной первой поверхности расширяющего первого волновода, на которую падает излучение от проекционной системы. Причем расширяющая первая дифракционная решетка может быть отражательной. Расширяющая первая дифракционная решетка может быть расположена на первой поверхности расширяющего первого волновода. Расширяющая первая дифракционная решетка может быть пропускающей. Вторая поверхность расширяющего первого волновода, противоположная первой поверхности расширяющего первого волновода, на которую падает излучение от проекционной системы, может иметь зеркальное покрытие. Расширяющая первая дифракционная решетка может быть расположена на второй поверхности расширяющего первого волновода, при этом вторая поверхность расширяющего первого волновода может представлять собой отражательную поверхность. Второй волновод может включать в себя область ввода излучения, промежуточную область, из которой выходящее излучение не попадает в зрачок глаза, область полезного вывода излучения, из которой излучение может попадать в зрачок глаза при перемещении зрачка глаза во время просмотра. В промежуточной области второго волновода может не происходить дифракция. Во втором волноводе область ввода излучения может быть выполнена с высокой дифракционной эффективностью, промежуточная область может быть выполнена с низкой дифракционной эффективностью, область полезного вывода излучения может быть выполнена с низкой дифракционной эффективностью. Во втором волноводе область ввода излучения может быть выполнена с высокой дифракционной эффективностью, промежуточная область может быть выполнена со средней дифракционной эффективностью, область полезного вывода излучения может быть выполнена со средней дифракционной эффективностью. Причем во втором волноводе область ввода излучения может быть выполнена с высокой дифракционной эффективностью, промежуточная область и область полезного вывода может быть выполнена с градиентной дифракционной эффективностью, то есть, низкая дифракционная эффективность постепенно возрастает. Во втором волноводе область ввода излучения может быть выполнена с высокой дифракционной эффективностью, промежуточная область может быть выполнена с низкой дифракционной эффективностью, область полезного вывода может быть выполнена с градиентной дифракционной эффективностью, то есть, низкая дифракционная эффективность постепенно возрастает. Расширяющий первый волновод и второй волновод могут быть вместе выполнены в виде монолитного изогнутого волновода. Расширяющая первая дифракционная решетка и вторая дифракционные решетки могут представлять собой дифракционные оптические элементы. Расширяющая первая дифракционная решетка может представлять собой дифракционный оптический элемент, вторая дифракционная решетка может представлять собой голографический элемент. Расширяющая первая дифракционная решетка может представлять собой голографический элемент, вторая дифракционная решетка может представлять собой дифракционный оптический элемент. Первая и вторая дифракционные решетки могут представлять собой голографические элементы. Граница области расширяющего первого волновода, в пределах которой расположена расширяющая первая дифракционная решетка, может быть выполнена в виде геометрической фигуры, представляющей собой одно из прямоугольника, многоугольника, или любую геометрическую фигуру с непрямыми дугообразными сторонами и может быть симметричной или несимметричной.A device for displaying augmented reality, which contains a projection system; an expanding first waveguide, on the first surface of which rays from the projection system are incident, wherein the expanding first waveguide comprises an expanding first diffraction grating; a second waveguide containing a second diffraction grating. Moreover, the expanding first diffraction grating and the second diffraction grating are located in different planes relative to each other so that the zero diffraction order emerging from the expanding first waveguide falls on the second waveguide. The angle at which the rays from the projection system fall on the expanding first waveguide and fall on the expanding first diffraction grating is in the range from 0 ° to 90 ° with respect to the normal to the surface of the expanding first waveguide. The strokes of the expanding first diffraction grating should be located along the projection onto the expanding first diffraction grating of the rays from the projection system. The acute angle between the projection of the main beam of the projection system onto the plane of the first waveguide and the line of strokes is in the range of ± 30 °. The expanding first diffraction grating may be located on a second surface of the expanding first waveguide, opposite the first surface of the expanding first waveguide, onto which radiation from the projection system is incident. Moreover, the expanding first diffraction grating may be reflective. The expanding first diffraction grating may be located on the first surface of the expanding first waveguide. The expanding first diffraction grating may be transmissive. The second surface of the expanding first waveguide, opposite to the first surface of the expanding first waveguide, onto which the radiation from the projection system is incident, may have a mirror coating. The expanding first diffraction grating may be located on the second surface of the expanding first waveguide, wherein the second surface of the expanding first waveguide may be a reflective surface. The second waveguide may include a radiation input region, an intermediate region from which the emitted radiation does not enter the pupil of the eye, an effective radiation output region from which radiation can enter the pupil of the eye when moving the pupil of the eye during viewing. In the intermediate region of the second waveguide, diffraction may not occur. In the second waveguide, the radiation input region can be performed with high diffraction efficiency, the intermediate region can be performed with low diffraction efficiency, and the useful radiation output region can be performed with low diffraction efficiency. In the second waveguide, the input region of radiation can be performed with high diffraction efficiency, the intermediate region can be performed with average diffraction efficiency, the area of useful output radiation can be performed with average diffraction efficiency. Moreover, in the second waveguide, the radiation input region can be performed with high diffraction efficiency, the intermediate region and the useful output region can be performed with gradient diffraction efficiency, that is, the low diffraction efficiency is gradually increasing. In the second waveguide, the radiation input region can be performed with high diffraction efficiency, the intermediate region can be performed with low diffraction efficiency, the useful output region can be performed with gradient diffraction efficiency, that is, the low diffraction efficiency is gradually increasing. The expanding first waveguide and the second waveguide can be made together in the form of a monolithic curved waveguide. The expanding first diffraction grating and the second diffraction gratings may be diffractive optical elements. The expanding first diffraction grating may be a diffractive optical element, the second diffraction grating may be a holographic element. The expanding first diffraction grating may be a holographic element, the second diffraction grating may be a diffractive optical element. The first and second diffraction gratings can be holographic elements. The boundary of the region of the expanding first waveguide, within which the expanding first diffraction grating is located, can be made in the form of a geometric figure, which is one of a rectangle, a polygon, or any geometric figure with indirect arcuate sides and can be symmetric or asymmetric.

Предлагаются очки дополненной реальности, содержащие элемент для левого глаза и элемент для правого глаза, причем каждый из элементов для левого и правого глаза представляет собой устройство для отображения дополненной реальности. Причем элемент для левого глаза расположен отдельно от элемента для правого глаза, второй волновод элемента для левого глаза расположен на отдельной левой рамке очков, располагающейся над левым глазом, а второй волновод элемента для правого глаза расположен на отдельной правой рамке очков, располагающейся над правым глазом. Причем элемент для левого глаза может быть объединен с элементом для правого глаза, причем второй волновод элемента для левого глаза является вторым волноводом и для элемента для правого глаза и расположен на общей рамке очков, располагающейся над левым глазом и над правым глазом. Причем расширяющий первый волновод каждого из элементов для левого и правого глаза может быть расположен сбоку от левого и правого глаза соответственно. Причем проекционная система и расширяющий первый волновод элемента для левого глаза являются проекционной системой и расширяющим первым волноводом для элемента для правого глаза, причем упомянутые проекционная система и расширяющий первый волновод могут быть расположены сбоку от левого или правого глаза.Augmented reality glasses are proposed comprising an element for the left eye and an element for the right eye, each element for the left and right eye being a device for displaying augmented reality. Moreover, the element for the left eye is located separately from the element for the right eye, the second waveguide of the element for the left eye is located on a separate left frame of glasses, located above the left eye, and the second waveguide of the element for the right eye is located on a separate right frame of glasses, located above the right eye. Moreover, the element for the left eye can be combined with the element for the right eye, and the second waveguide of the element for the left eye is the second waveguide for the element for the right eye and is located on the common frame of the glasses located above the left eye and above the right eye. Moreover, the expanding first waveguide of each of the elements for the left and right eyes can be located on the side of the left and right eyes, respectively. Moreover, the projection system and the expanding first waveguide of the element for the left eye are the projection system and the expanding first waveguide for the element for the right eye, said projection system and the expanding first waveguide can be located on the side of the left or right eye.

Также предлагается устройство для отображения дополненной реальности, содержащее проекционную систему; волновод, содержащий дифракционную решетку, причем волновод включает в себя область ввода излучения, промежуточную область, из которой выходящее излучение не попадает в зрачок глаза, область полезного вывода излучения, из которой излучение может попадать в зрачок глаза при перемещении зрачка глаза во время просмотра.A device for displaying augmented reality, comprising a projection system; a waveguide containing a diffraction grating, wherein the waveguide includes a radiation input region, an intermediate region from which the output radiation does not enter the pupil of the eye, an effective radiation output region from which radiation can enter the pupil of the eye when moving the pupil of the eye during viewing.

Предлагается способ работы предлагаемого устройства для отображения дополненной реальности, содержащий этапы, на которых:The method of the proposed device for displaying augmented reality is proposed, comprising stages in which:

А) излучение от проекционной системы попадает на расширяющую первую дифракционную решетку;A) the radiation from the projection system falls on the expanding first diffraction grating;

Б) дифракция каждого из лучей, падающих на расширяющей первой дифракционной решетке, образует минус первый порядок дифракции, нулевой порядок дифракции и первый порядок дифракции;B) the diffraction of each of the rays incident on the expanding first diffraction grating forms minus the first diffraction order, the zero diffraction order and the first diffraction order;

В) нулевой порядок дифракции выходит из расширяющего первого волновода и попадает на второй волновод;C) the zero diffraction order leaves the expanding first waveguide and enters the second waveguide;

Г) минус первый порядок дифракции и первый порядок дифракции распространяются в расширяющем первом волноводе за счет полного внутреннего отражения,D) minus the first diffraction order and the first diffraction order propagate in the expanding first waveguide due to total internal reflection,

возвращаются на расширяющую первую дифракционную решетку, попадая на нее в различных несовпадающих друг с другом точках,return to the expanding first diffraction grating, hitting it at various points that do not coincide with each other,

снова претерпевают дифракцию, каждый образуя новый минус первый порядок дифракции, новый нулевой порядок дифракции, новый первый порядок дифракции,undergo diffraction again, each forming a new minus the first diffraction order, a new zero diffraction order, a new first diffraction order,

Д) для каждого нового минус первого порядка дифракции, нового нулевого порядка дифракции, нового первого порядка дифракции повторяются этапы (В)-(Г);E) for each new minus the first diffraction order, the new zero diffraction order, the new first diffraction order, steps (B) - (D) are repeated;

Е) каждый нулевой порядок дифракции, попавший на второй волновод, проходит по второму волноводу ко второй дифракционной решетке, причем дифракция каждого из лучей, попавших на вторую дифракционную решетку, образует минус первый порядок дифракции, нулевой порядок дифракции и первый порядок дифракции, причем первый порядок дифракции испытывает полное внутреннее отражение от стенки второго волновода, противоположной стенке второго волновода, обращенной к глазу, повторно попадает на вторую дифракционную решетку, образует новый минус первый порядок дифракции, новый нулевой порядок дифракции и новый первый порядок дифракции, причем этот упомянутый новый нулевой порядок дифракции выходит из волновода в направлении к глазу.E) each zero diffraction order incident on the second waveguide passes through the second waveguide to the second diffraction grating, and the diffraction of each of the rays incident on the second diffraction grating forms minus the first diffraction order, zero diffraction order and the first diffraction order, the first order diffraction experiences total internal reflection from the wall of the second waveguide, opposite to the wall of the second waveguide facing the eye, re-hits the second diffraction grating, forms a new minus the first th diffraction order, a new zero-order diffraction and the new first-order diffraction, wherein the said new zero diffraction order emerges from the waveguide in the direction of the eye.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Вышеописанные и другие признаки и преимущества настоящего изобретения поясняются в последующем описании, иллюстрируемом чертежами, на которых представлено следующее:The above and other features and advantages of the present invention are explained in the following description, illustrated by the drawings, in which the following is presented:

Фиг. 1 изображает вариант устройства для отображения дополненной реальности, в котором расширяющая первая дифракционная решетка нанесена на вторую поверхность расширяющего первого волновода, противоположную первой поверхности расширяющего первого волновода, на которую падает излучение от проекционной системы.FIG. 1 shows an embodiment of an augmented reality display device in which an expanding first diffraction grating is deposited on a second surface of an expanding first waveguide, opposite to a first surface of an expanding first waveguide onto which radiation from a projection system is incident.

Фиг. 2 изображает варианты устройства для отображения дополненной реальности.FIG. 2 depicts device options for displaying augmented reality.

Фиг. 3 изображает второй волновод со второй дифракционной решеткой, условно разбитой на области, показано распределение дифракционной эффективности по областям.FIG. Figure 3 shows a second waveguide with a second diffraction grating, conventionally divided into regions; the distribution of diffraction efficiency over regions is shown.

Фиг. 4 изображает один из вариантов устройства для отображения дополненной реальности, в котором второй волновод имеет область, на которой не происходит дифракция.FIG. 4 depicts one embodiment of a device for displaying augmented reality, in which the second waveguide has an area in which diffraction does not occur.

Фиг. 5 изображает вариант исполнения изобретения в виде одного изогнутого монолитного волновода.FIG. 5 shows an embodiment of the invention in the form of a single curved monolithic waveguide.

Фиг. 6 изображает вариант исполнения изобретения в виде параллельных расширяющего первого волновода и второго волновода.FIG. 6 shows an embodiment of the invention in the form of a parallel expanding first waveguide and a second waveguide.

Фиг. 7 (a, b, c) иллюстрирует варианты реализации очков дополненной реальности.FIG. 7 (a, b, c) illustrates options for implementing augmented reality glasses.

Фиг. 8а, 8b иллюстрируют работу расширяющего первого волновода с расширяющей первой дифракционной решеткой.FIG. 8a, 8b illustrate the operation of the expanding first waveguide with the expanding first diffraction grating.

Фиг. 9 иллюстрирует расположение конуса лучей от проекционной системы относительно штрихов и нормали к расширяющей первой дифракционной решетке и расширяющему первому волноводу.FIG. 9 illustrates the arrangement of the cone of rays from the projection system relative to the strokes and the normal to the expanding first diffraction grating and the expanding first waveguide.

Фиг. 10a иллюстрирует устройство дополненной реальности, известное из уровня техники.FIG. 10a illustrates an augmented reality device known in the art.

Фиг. 10b иллюстрирует устройство дополненной реальности, предлагаемое в настоящем изобретении.FIG. 10b illustrates the augmented reality device of the present invention.

Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

В настоящей заявке описаны: устройство дополненной реальности с широким полем зрения и очки дополненной реальности, выполненные на основе предлагаемого устройства. Предлагаемое изобретение позволяет избавиться от ограничения поля зрения при просмотре изображения как по вертикали, так и по горизонтали, то есть позволяет увеличить видимое поле зрения, поле движения глаз, эффективность воспроизведения, кроме того система очков получается компактной и легкой в изготовлении, следовательно, более дешевой. Это достигается тем, что вводная и выводная дифракционная решетки объединены в одну дифракционную решетку, а плоскости дифракционной решетки для размножения (расширения) излучения от проекционной системы и дифракционной решетки для ввода/вывода в волновод пространственно разнесены.This application describes: augmented reality device with a wide field of view and augmented reality glasses, made on the basis of the proposed device. The present invention allows to get rid of the limitations of the field of view when viewing the image both vertically and horizontally, that is, it allows to increase the visible field of view, field of eye movement, playback efficiency, in addition, the eyeglass system is compact and easy to manufacture, therefore, cheaper . This is achieved by the fact that the input and output diffraction gratings are combined into a single diffraction grating, and the planes of the diffraction grating for propagating (expanding) the radiation from the projection system and the diffraction grating for input / output into the waveguide are spatially separated.

Следует отметить, что в качестве дифракционных решеток могут использоваться голографические дифракционные решетки.It should be noted that holographic diffraction gratings can be used as diffraction gratings.

Следующие термины используются при описании предлагаемого изобретения.The following terms are used to describe the invention.

Поле движения глаз (Eye motion box (EMB)) - это область, внутри которой глаз, перемещаясь, может видеть все виртуальное изображение полностью, без потерь.The field of the eye movement (Eye motion box (EMB)) is the area within which the eye, moving, can see the entire virtual image completely, without loss.

Расширяющий первый волновод, содержащий расширяющую первую дифракционную решетку - система, которая осуществляет мультиплицирование выходного зрачка, то есть на выводе из расширяющего первого волновода образуется не один выходной зрачок, а несколько, которые расположены друг относительно друга либо вплотную, либо на расстоянии. Такое формирование мультиплицированных зрачков обеспечивает широкое поле движения глаз, позволяющее видеть все виртуальное изображение полностью, без потерь. Под расширением или размножением пучка излучения подразумевается увеличение ширины (поперечных размеров пучка) без внесения искажений (аберраций).An expanding first waveguide containing an expanding first diffraction grating is a system that multiplies the exit pupil, that is, at the output from the expanding first waveguide, not one exit pupil is formed, but several that are located relative to each other either closely or at a distance. This formation of multiplied pupils provides a wide field of eye movement, allowing you to see the entire virtual image completely, without loss. By expanding or propagating a radiation beam is meant an increase in the width (transverse dimensions of the beam) without introducing distortions (aberrations).

Выходной зрачок (или зрачок оптической системы) - это параксиальное изображение апертурной диафрагмы в пространстве изображений, сформированное последующей частью оптической системы в прямом ходе лучей. Данный термин является устоявшимся в оптике. Основным свойством выходного зрачка является то, что в любой его точке существуют все поле изображения. Размножая выходной зрачок тем самым увеличивают его размеры, не прибегая к увеличению продольных размеров оптической системы. Классическая оптика позволяет увеличить размеры выходного зрачка, но при этом увеличиваются продольные размеры оптической системы, волноводная оптика за счет многократного отражения пучков лучей внутри волновода позволяет это делать без увеличения продольных габаритов. Расширяющий первый волновод, по сути, является обычным волноводом, и расширяющая первая дифракционная решетка, по сути, является обычной дифракционной решеткой, расширяющие свойства проявляются при расположении обычного волновода и штрихов обычной дифракционной решетки под определенными углами к падающему излучению, что будет обсуждено ниже.The exit pupil (or the pupil of the optical system) is a paraxial image of the aperture diaphragm in the image space formed by the subsequent part of the optical system in the direct course of the rays. This term is well-established in optics. The main property of the exit pupil is that at any point there is an entire image field. By multiplying the exit pupil, thereby increasing its size, without resorting to increasing the longitudinal dimensions of the optical system. Classical optics allows you to increase the size of the exit pupil, but the longitudinal dimensions of the optical system increase, waveguide optics due to the multiple reflection of beams of rays inside the waveguide allows you to do this without increasing the longitudinal dimensions. The expanding first waveguide is essentially a conventional waveguide, and the expanding first diffraction grating is essentially a conventional diffraction grating, and the expanding properties are manifested when the conventional waveguide and dashes of a conventional diffraction grating are located at certain angles to the incident radiation, which will be discussed below.

Дифракционная эффективность - это свойство дифракционной решетки, измеряемое в процентах или в долях единицы, дифракционная эффективность представляет собой соотношение энергии, содержащейся в одном из порядков дифракции относительно энергии падающей на дифракционную решетку. Данный термин является устоявшимся в уровне техники.Diffraction efficiency is a property of the diffraction grating, measured in percent or fractions of a unit, diffraction efficiency is the ratio of the energy contained in one of the diffraction orders relative to the energy incident on the diffraction grating. This term is established in the prior art.

В предлагаемом изобретении проекционная система наклонена под углом относительно расширяющего первого волновода с расширяющей первой дифракционной решеткой. Причем штрихи расширяющей первой дифракционной решетки при нанесении на расширяющий первый волновод ориентируются таким образом, что часть получаемых дифракционных порядков падающего излучения направляется по волноводу, испытывая полное внутреннее отражение. То есть излучение, попав на такую расширяющую дифракционную решетку, распространяется в 3-х направлениях, при этом формируются «0», «-1» и «+1» дифракционные порядки. Методов создания дифракционных решеток достаточно много и все они хорошо известны из уровня техники, например, в случае рельефных дифракционных решеток они могут наноситься травлением через маски или наноимпринтингом, в случае голографических дифракционных решеток могут записываться интерференционной картиной.In the present invention, the projection system is inclined at an angle relative to the expanding first waveguide with the expanding first diffraction grating. Moreover, the strokes of the expanding first diffraction grating when applied to the expanding first waveguide are oriented in such a way that part of the received diffraction orders of the incident radiation is directed along the waveguide, undergoing complete internal reflection. That is, radiation, having fallen on such an expanding diffraction grating, propagates in 3 directions, while “0”, “-1” and “+1” diffraction orders are formed. There are a lot of methods for creating diffraction gratings and all of them are well known from the prior art, for example, in the case of relief diffraction gratings, they can be applied by etching through masks or nanoimprinting, in the case of holographic diffraction gratings, they can be recorded by an interference pattern.

Как пример, теоретический диапазон углов между волноводами (между расширяющим первым волноводом и вторым волноводом) и соответственно дифракционными решетками (между расширяющей первой дифракционной решеткой и второй решеткой) составляет ±90° относительно нормали ко второму волноводу. Диапазон поверхностных периодов расширяющей первой дифракционной решетки составляет 1200-400 нм для видимого цвета. Диапазон поверхностных периодов второй дифракционной решетки составляет 700-200 нм. Для изготовления предлагаемого устройства можно использовать любые подходящие материалы, такие, например, как стекла, полимеры, кристаллы. Необходимо отметить, что для предлагаемого изобретения материалы и параметры не ограничиваются перечисленными, что очевидно для любого специалиста в данном уровне техники, причем перечисление всех вариантов не является целью изобретения, поскольку все варианты очевидны для специалиста в данном уровне техники.As an example, the theoretical range of angles between the waveguides (between the expanding first waveguide and the second waveguide) and the corresponding diffraction gratings (between the expanding first diffraction grating and the second grating) is ± 90 ° relative to the normal to the second waveguide. The range of surface periods of the expanding first diffraction grating is 1200-400 nm for visible color. The range of surface periods of the second diffraction grating is 700-200 nm. For the manufacture of the proposed device, you can use any suitable materials, such as, for example, glasses, polymers, crystals. It should be noted that for the present invention, the materials and parameters are not limited to those listed, which is obvious to any person skilled in the art, and listing all the options is not the purpose of the invention, since all options are obvious to a person skilled in the art.

В одном из примеров осуществления предлагаемого изобретения предлагается устройство для отображения дополненной реальности, предназначенное для одного глаза, схематически изображенное на фигуре 1. Предлагаемое устройство для отображения дополненной реальности можно использовать как самостоятельное устройство для одного глаза (монокуляр). При объединении двух таких устройств, для правого и левого глаза, формируется система, позволяющая пользователю видеть стереоизображение. Такую систему можно использовать, например, в очках дополненной реальности, в шлемах дополненной реальности и т.п.In one embodiment of the invention, there is provided a device for displaying augmented reality, designed for one eye, schematically depicted in figure 1. The proposed device for displaying augmented reality can be used as a standalone device for one eye (monocular). When combining two such devices, for the right and left eye, a system is formed that allows the user to see the stereo image. Such a system can be used, for example, in augmented reality glasses, in helmets of augmented reality, etc.

Предлагаемое устройство для отображения дополненной реальности содержит (см. фигуру 1):The proposed device for displaying augmented reality contains (see figure 1):

проекционную систему 1;projection system 1;

расширяющий первый волновод 2, на первую поверхность которого попадает излучение от проекционной системы 1, формируемое множеством лучей,expanding the first waveguide 2, on the first surface of which the radiation from the projection system 1, formed by many rays,

причем расширяющий первый волновод 2 содержит расширяющую первую дифракционную решетку 2а;moreover, the expanding first waveguide 2 contains an expanding first diffraction grating 2a;

второй волновод 3, содержащий вторую дифракционную решетку 3а, причем расширяющая первая дифракционная решетка 2а и вторая дифракционная решетка 3а, а значит расширяющий первый волновод и второй волновод, расположены в разных плоскостях относительно друг друга, под углом от 0° до 180° относительно друг друга, нулевой порядок дифракции выходит из расширяющего первого волновода под таким же углом, под которым лучи попали в расширяющий первый волновод 2.a second waveguide 3 containing a second diffraction grating 3a, wherein the expanding first diffraction grating 2a and the second diffraction grating 3a, and therefore expanding the first waveguide and the second waveguide, are located in different planes relative to each other, at an angle from 0 ° to 180 ° relative to each other , the zero diffraction order leaves the expanding first waveguide at the same angle at which the rays hit the expanding first waveguide 2.

Необходимо отметить, что в общем случае первый и второй волноводы являются прозрачными для пользователя.It should be noted that in the General case, the first and second waveguides are transparent to the user.

Для каждого глаза можно использовать одно и тоже изображение, если используется проекционная система одна на оба глаза. В другом случае каждая проекционная система может проецировать свое изображение для каждого глаза, если используются отдельные проекционные системы и отдельные волноводы для каждого глаза.The same image can be used for each eye if a projection system is used with one on both eyes. In another case, each projection system can project its own image for each eye if separate projection systems and separate waveguides for each eye are used.

Проекционную систему можно располагать как со стороны первой поверхности расширяющего первого волновода, так и со стороны второй поверхности расширяющего первого волновода, которая противоположна первой поверхности расширяющего первого волновода.The projection system can be located both from the side of the first surface of the expanding first waveguide, and from the side of the second surface of the expanding first waveguide, which is opposite to the first surface of the expanding first waveguide.

Используя два предлагаемых устройства для отображения дополненной реальности, соответственно для правого и левого глаза, можно создать очки для отображения дополненной реальности.Using the two proposed devices for displaying augmented reality, respectively, for the right and left eye, you can create glasses for displaying augmented reality.

Также в одном из вариантов предлагается устройство для отображения дополненной реальности, которое содержит элемент для правого глаза и элемент для левого глаза, причем каждый из упомянутых элементов содержит: проекционную систему, волновод, содержащий дифракционную решетку, причем волновод включает в себя область ввода излучения, промежуточную область, из которой выходящее излучение не попадает в глаз, область полезного вывода излучения, из которой излучение может попадать в зрачок глаза при перемещении зрачка глаза во время просмотра изображения.Also, in one embodiment, a device for displaying augmented reality is proposed, which comprises an element for the right eye and an element for the left eye, each of which includes: a projection system, a waveguide containing a diffraction grating, the waveguide including a radiation input region, an intermediate the area from which the outgoing radiation does not enter the eye, the area of useful radiation output from which the radiation can enter the pupil of the eye when moving the pupil of the eye during viewing but images.

В одном из вариантов изобретения расширяющая первая дифракционная решетка 2а может быть расположена на второй поверхности расширяющего первого волновода, противоположной первой поверхности расширяющего первого волновода, на которую падает излучение от проекционной системы, при этом расширяющая первая дифракционная решетка размещается на отражательной поверхности, нанесенной на вторую поверхность расширяющего первого волновода.In one embodiment of the invention, the expanding first diffraction grating 2a may be located on a second surface of the expanding first waveguide, opposite the first surface of the expanding first waveguide onto which radiation from the projection system is incident, while the expanding first diffraction grating is placed on a reflective surface deposited on the second surface expanding first waveguide.

Расширяющая первая дифракционная решетка 2a может быть расположена на первой поверхности расширяющего первого волновода 2, на которую падает излучение от проекционной системы 1, как показано на фигуре 2, при этом расширяющая первая дифракционная решетка 2а является пропускающей. При этом вторая поверхность расширяющего первого волновода, противоположная первой поверхности расширяющего первого волновода, может иметь зеркальное (отражающее) покрытие 4. Зеркальное покрытие 4 позволяет повысить эффективность расширяющего первого волновода 2 и всего устройства в целом. Такой вариант исполнения расширяющего первого волновода позволяет избежать потери излучения, которые возникают, когда дифракционная решетка расположена на второй поверхности расширяющего первого волновода, противоположной первой поверхности расширяющего первого волновода.The expanding first diffraction grating 2a may be located on a first surface of the expanding first waveguide 2 onto which radiation from the projection system 1 is incident, as shown in FIG. 2, wherein the expanding first diffraction grating 2a is transmission. In this case, the second surface of the expanding first waveguide, opposite to the first surface of the expanding first waveguide, can have a mirror (reflective) coating 4. The mirror coating 4 can improve the efficiency of the expanding first waveguide 2 and the whole device. This embodiment of the expanding first waveguide avoids the loss of radiation that occurs when the diffraction grating is located on the second surface of the expanding first waveguide, opposite the first surface of the expanding first waveguide.

Расширяющую первую дифракционную решетку 2а можно расположить в расширяющем первом волноводе (или на поверхности расширяющего первого волновода в зависимости от метода формирования дифракционной структуры) так, что граница области расширяющего первого волновода 2, в пределах которой расположена расширяющая первая дифракционная решетка 2а, может образовывать различные геометрические фигуры, представляющие собой, например, прямоугольник, многоугольник, или любую геометрическую фигуру с непрямыми (дугообразными) сторонами, и может быть симметричной или несимметричной. Разные профили границы влияют на эффективность воспроизведения изображения и на равномерность изображения для глаза. Профиль границ можно выбирать в зависимости от поставленных задач, например, получение заданной картины распределения интенсивности изображения в разных местах или компенсирование неравномерности яркости изображения от проекционной системы по полю зрения.The expanding first diffraction grating 2a can be arranged in the expanding first waveguide (or on the surface of the expanding first waveguide depending on the method of forming the diffraction structure) so that the boundary of the region of the expanding first waveguide 2, within which the expanding first diffraction grating 2a is located, can form various geometric figures representing, for example, a rectangle, a polygon, or any geometric figure with indirect (arched) sides, and may be symmetric or asymmetric. Different border profiles affect the performance of the image and the uniformity of the image for the eye. The border profile can be selected depending on the tasks, for example, obtaining a given picture of the distribution of the image intensity in different places or compensating for uneven brightness of the image from the projection system over the field of view.

Вторая дифракционная решетка 3а может иметь различную эффективность в различных областях. В комбинации со всеми элементами устройства для отображения дополненной реальности различные конфигурации дифракционной эффективности позволяют компенсировать неравномерность яркости по полю зрения и повысить равномерность изображения, которое видит глаз.The second diffraction grating 3a may have different efficiencies in different areas. In combination with all elements of the device for displaying augmented reality, various configurations of diffraction efficiency can compensate for the unevenness of brightness in the field of view and increase the uniformity of the image that the eye sees.

Как показано на фигуре 3, всю область второго волновода, на котором расположена одна вводная/выводная вторая дифракционная решетка 3а, можно условно разбить на несколько областей: область ввода излучения (I); промежуточная область (II), из которой выходящее излучение не попадает в глаз; область полезного вывода излучения (III), из которой излучение может попадать в зрачок глаза при перемещении зрачка глаза во время просмотра в поле движения глаза. В каждом из вариантов исполнения предлагаемого изобретения, отображенном на фигуре 3, упомянутые области второй дифракционной решетки выполняются с различной дифракционной эффективностью.As shown in figure 3, the entire region of the second waveguide, on which there is one input / output second diffraction grating 3a, can be arbitrarily divided into several areas: radiation input region (I); the intermediate region (II) from which the emerging radiation does not enter the eye; the area of useful output of radiation (III), from which radiation can enter the pupil of the eye when moving the pupil of the eye while viewing in the field of eye movement. In each of the embodiments of the invention shown in FIG. 3, said regions of the second diffraction grating are performed with different diffraction efficiencies.

Распределение дифракционной эффективности каждой области второго волновода схематично показано на графиках (см. фигура 3).The distribution of diffraction efficiency of each region of the second waveguide is shown schematically in the graphs (see figure 3).

Вариант (а) соответствует:Option (a) corresponds to:

в области I - максимальной дифракционной эффективности (для того типа дифракционной решетки, которая используется) в области ввода излучения во вторую дифракционную решетку, благодаря чему излучение, вышедшее из расширяющего первого волновода, вводится во второй волновод с помощью второй дифракционной решетки с наименьшими потерями (максимальная дифракционная эффективность обеспечивает высокую яркость изображения и соответственно широкий диапазон настроек по яркости для пользователя),in region I, the maximum diffraction efficiency (for the type of diffraction grating that is used) in the region of radiation input into the second diffraction grating, due to which the radiation emerging from the expanding first waveguide is introduced into the second waveguide using the second diffraction grating with the lowest losses (maximum diffraction efficiency provides high image brightness and, accordingly, a wide range of brightness settings for the user),

в области II - минимальной дифракционной эффективности (в идеальном случае - нулевой) в промежуточной области,in region II, the minimum diffraction efficiency (in the ideal case, zero) in the intermediate region,

в области III - низкой дифракционной эффективности в области полезного вывода излучения, что обеспечивает равномерный вывод изображения (то есть обеспечивается равномерная яркость изображения).in region III, low diffraction efficiency in the field of useful radiation output, which ensures uniform image output (that is, uniform image brightness is ensured).

Вариант (b) соответствует:Option (b) corresponds to:

в области I - максимальной дифракционной эффективности в области ввода излучения во вторую дифракционную решетку, благодаря чему излучение, вышедшее из расширяющего первого волновода, вводится во вторую дифракционную решетку с наименьшими потерями (максимальная дифракционная эффективность обеспечивает высокую яркость изображения и соответственно широкий диапазон настроек по яркости для пользователя),in region I, the maximum diffraction efficiency in the region of radiation input into the second diffraction grating, due to which the radiation emerging from the expanding first waveguide is introduced into the second diffraction grating with the lowest losses (maximum diffraction efficiency provides a high image brightness and a correspondingly wide range of brightness settings for user)

в областях II и III - средней дифракционной эффективности (средней относительно максимума для типа решетки, которая будет применяться, под средним подразумевается промежуточное значение между максимальным и минимальным) в промежуточной области и в области полезного вывода излучения.in regions II and III - the average diffraction efficiency (average relative to the maximum for the type of grating to be used, average means the intermediate value between the maximum and minimum) in the intermediate region and in the field of useful radiation output.

Вариант (с) соответствует:Option (s) corresponds to:

в области I - максимальной дифракционной эффективности в области ввода излучения во вторую дифракционную решетку, благодаря чему излучение, вышедшее из расширяющего первого волновода, вводится во вторую дифракционную решетку с наименьшими потерями (максимальная дифракционная эффективность обеспечивает высокую яркость изображения и соответственно широкий диапазон настроек по яркости для пользователя),in region I, the maximum diffraction efficiency in the region of radiation input into the second diffraction grating, due to which the radiation emerging from the expanding first waveguide is introduced into the second diffraction grating with the lowest losses (maximum diffraction efficiency provides a high image brightness and a correspondingly wide range of brightness settings for user)

и в промежуточной области и области полезного вывода (в областях II и III)- обеспечивается градиентная дифракционная эффективность, то есть, низкая дифракционная эффективность в области II постепенно возрастает в области III, такое распределение дифракционной эффективности увеличивает общую эффективность устройства, по сравнению с вариантом (а).and in the intermediate region and the region of useful conclusion (in regions II and III) - gradient diffraction efficiency is ensured, that is, low diffraction efficiency in region II gradually increases in region III, such a distribution of diffraction efficiency increases the overall efficiency of the device, compared to option ( and).

Вариант (d) соответствует:Option (d) corresponds to:

в области I - максимальной дифракционной эффективности в области ввода излучения во вторую дифракционную решетку, благодаря чему излучение, вышедшее из расширяющего первого волновода, вводится во второй волновод с помощью второй дифракционной решетки с наименьшими потерями (максимальная дифракционная эффективность обеспечивает высокую яркость изображения и соответственно широкий диапазон настроек по яркости для пользователя),in region I, the maximum diffraction efficiency in the field of introducing radiation into the second diffraction grating, due to which the radiation emerging from the expanding first waveguide is introduced into the second waveguide using the second diffraction grating with the lowest losses (maximum diffraction efficiency provides high image brightness and, accordingly, a wide range brightness settings for the user),

в области II - минимальной дифракционной эффективности в промежуточной области,in region II - the minimum diffraction efficiency in the intermediate region,

в области III - в области полезного вывода обеспечивается градиентная дифракционная эффективность, то есть низкая дифракционная эффективность постепенно возрастает.in region III - in the field of useful output, gradient diffraction efficiency is ensured, that is, low diffraction efficiency is gradually increasing.

Экспериментально обнаружено, что самым эффективным является выполнение второго волновода согласно варианту (d), а самым простым в изготовлении является вариант (b).It was experimentally found that the implementation of the second waveguide according to option (d) is the most efficient, and option (b) is the easiest to manufacture.

На фигуре 4 изображен один из вариантов исполнения предлагаемого изобретения, в котором на промежуточной области II второго волновода 3 не происходит дифракция, то есть на промежуточной области II второго волновода вторая дифракционная решетка отсутствует или имеет нулевую эффективность. Эта часть не несет никакой функциональной нагрузки для вывода излучения, другими словами излучение в этой части второго волновода вообще не выходит из волновода, а посредством полного внутреннего отражения проходит дальше по волноводу. За счет этого уменьшаются потери излучения, и соответственно повышается эффективность устройства, по сравнению с примерами, показанными на фигурах 1 и 2, поскольку все равно излучение, исходящее из этой области второго волновода в вариантах, показанных на фигурах 1 и 2, не попадает в глаз пользователя.Figure 4 shows one embodiment of the invention in which diffraction does not occur on the intermediate region II of the second waveguide 3, that is, on the intermediate region II of the second waveguide, the second diffraction grating is absent or has zero efficiency. This part does not carry any functional load for outputting radiation, in other words, the radiation in this part of the second waveguide does not exit the waveguide at all, and through full internal reflection passes further along the waveguide. Due to this, radiation losses are reduced, and accordingly, the efficiency of the device is increased, compared with the examples shown in figures 1 and 2, because all the same the radiation coming from this region of the second waveguide in the variants shown in figures 1 and 2 does not get into the eye user.

На фигуре 5 изображен вариант исполнения изобретения в виде одного изогнутого волновода, то есть расширяющий первый волновод 2 с расширяющей первой дифракционной решеткой 2a представляет собой часть волновода, изогнутую в одну сторону, и второй волновод 3 со второй дифракционной решеткой 3a, является частью того же волновода, которая изогнута в другую сторону. Такой вариант очень удобен при изготовлении очков на основе устройства для отображения дополненной реальности. Принцип работы этого варианта исполнения точно такой же, как описано выше.Figure 5 shows an embodiment of the invention in the form of one curved waveguide, that is, the expanding first waveguide 2 with the expanding first diffraction grating 2a is a part of the waveguide curved in one direction, and the second waveguide 3 with the second diffraction grating 3a is part of the same waveguide which is curved the other way. This option is very convenient in the manufacture of glasses based on a device for displaying augmented reality. The principle of operation of this embodiment is exactly the same as described above.

На фигуре 6 изображен вариант исполнения изобретения в виде параллельных расширяющего первого волновода 2 с расширяющей первой дифракционной решеткой 2а и зеркальным покрытием 4, и второго волновода 3 со второй дифракционной решеткой 3а. Такой вариант расположения волноводов может быть удобен при выполнении нашлемных систем дополненной реальности.Figure 6 shows an embodiment of the invention in the form of a parallel expanding first waveguide 2 with an expanding first diffraction grating 2a and a mirror coating 4, and a second waveguide 3 with a second diffraction grating 3a. Such an arrangement of waveguides can be convenient when performing helmet-mounted systems of augmented reality.

Предлагаемое устройство для отображения дополненной реальности может быть использовано для реализации очков дополненной реальности, как показано на фигуре 7 (a, b, c).The proposed device for displaying augmented reality can be used to implement augmented reality glasses, as shown in figure 7 (a, b, c).

В одной из конфигураций очков дополненной реальности (Фиг.7 a) система формирования и передачи изобретения для левого глаза (первый элемент) расположен отдельно от системы формирования и передачи изобретения для правого глаза (второй элемент), причем каждый из элементов содержит свою проекционную систему 1 и свой расширяющий первый волновод 2 с расширяющей первой дифракционной решеткой, причем второй волновод 3 и вторая дифракционная решетка 3а первого элемента (для левого глаза) расположены на отдельной левой рамке очков, располагающейся над левым глазом, а второй волновод 3 и вторая дифракционная решетка 3а второго элемента (для правого глаза) расположены на отдельной правой рамке очков, располагающейся над правым глазом. В таком варианте исполнения возможно обеспечить стереоизображение.In one of the configurations of augmented reality glasses (Fig. 7 a), the system for generating and transmitting the invention for the left eye (first element) is located separately from the system for generating and transmitting the invention for the right eye (second element), each of which contains its own projection system 1 and its expanding first waveguide 2 with an expanding first diffraction grating, the second waveguide 3 and the second diffraction grating 3a of the first element (for the left eye) are located on a separate left frame of glasses located al left eye and the second waveguide 3 and the second diffraction grating of the second element 3a (right-eye) are arranged on a separate frame the right points, located over the right eye. In such an embodiment, it is possible to provide a stereo image.

В одной из конфигураций очков дополненной реальности (Фиг.7 b) первый элемент (для левого глаза) объединен со вторым элементом (для правого глаза). Второй волновод 3 первого элемента (для левого глаза) является вторым волноводом и для второго элемента (для правого глаза), то есть является общим вторым волноводом 3. Общий второй волновод 3 с общей для левого и правого глаза вводной/выводной второй дифракционный решеткой 3а расположены на общей рамке очков, располагающейся над левым глазом и над правым глазом и объединяющей поля зрения для левого и правого глаза. В варианте (Фиг.7 b) каждый из первого элемента (для левого глаза) и второго элемента (для правого глаза) содержит свою проекционную систему 1 и расширяющий первый волновод 2 с расширяющей первой дифракционной решеткой, расположенные сбоку от левого и правого глаза соответственно. Необходимо отметить, что в таком варианте исполнения две проекционные системы 1 имеют один общий драйвер, для синхронизации их работы, но в таком варианте исполнения невозможно обеспечить стереоизображение.In one configuration of augmented reality glasses (FIG. 7 b), the first element (for the left eye) is combined with the second element (for the right eye). The second waveguide 3 of the first element (for the left eye) is the second waveguide for the second element (for the right eye), that is, it is the common second waveguide 3. The common second waveguide 3 with the input / output second diffraction grating 3a common for the left and right eyes on the common frame of glasses located above the left eye and above the right eye and combining the field of view for the left and right eye. In the embodiment (Fig. 7 b), each of the first element (for the left eye) and the second element (for the right eye) contains its own projection system 1 and the expanding first waveguide 2 with the expanding first diffraction grating, located on the side of the left and right eyes, respectively. It should be noted that in this embodiment, two projection systems 1 have one common driver for synchronizing their work, but in this embodiment it is not possible to provide a stereo image.

В одной из конфигураций очков дополненной реальности (Фиг.7 с) первый элемент (для левого глаза) также объединен со вторым элементом (для правого глаза). Второй волновод 3 первого элемента (для левого глаза) является также вторым волноводом и для второго элемента (для правого глаза), то есть является общим вторым волноводом 3. Общий второй волновод 3 с вводной/выводной второй дифракционный решеткой 3a расположены на общей рамке очков, располагающейся над левым глазом и над правым глазом. В варианте (Фиг.7 с) первый элемент (для левого глаза) и второй элемент (для правого глаза) содержат одну проекционную систему 1 и один расширяющий первый волновод 2 с расширяющей первой дифракционной решеткой, расположенные соответственно сбоку (со стороны височной части) от левого или правого глаза соответственно.In one configuration of augmented reality glasses (FIG. 7 c), the first element (for the left eye) is also combined with the second element (for the right eye). The second waveguide 3 of the first element (for the left eye) is also the second waveguide for the second element (for the right eye), that is, it is a common second waveguide 3. A common second waveguide 3 with an input / output second diffraction grating 3a are located on a common frame of glasses, located above the left eye and above the right eye. In the embodiment (Fig. 7 c), the first element (for the left eye) and the second element (for the right eye) contain one projection system 1 and one expanding first waveguide 2 with an expanding first diffraction grating, located respectively on the side (from the temporal part) left or right eye, respectively.

Поскольку в предлагаемом изобретении используются все значимые дифракционные порядки - минус первый и первый порядок для расширения, то не происходят потери излучения. И за счет того, что первая и вторая дифракционные решетки расположены в разных плоскостях, а излучение выводится под тем же углом, под которым вводится, изображение, которое видит глаз, не ограничено ни по одной из осей координат, кроме того, изображение получается ярким и поле движение глаза является более широким и комфортным для пользователя.Since the invention uses all significant diffraction orders - minus the first and first order for expansion, radiation loss does not occur. And due to the fact that the first and second diffraction gratings are located in different planes, and the radiation is output at the same angle at which it is introduced, the image that the eye sees is not limited by any of the coordinate axes, in addition, the image is bright and The field of eye movement is wider and more comfortable for the user.

В качестве проекционной системы может быть выбран любой компактный проектор, например, такой как проекторы DMD, проекторы LCoS, проекторы SLM, проекторы на основе лазерных сканеров и т.п.As a projection system, any compact projector can be selected, for example, such as DMD projectors, LCoS projectors, SLM projectors, laser scanner projectors, etc.

На фигурах 8 a, b показано как именно происходит расширение (размножение) излучения в расширяющем первом волноводе с расширяющей первой дифракционной решеткой в варианте, когда расширяющая первая дифракционная решетка выполнена на первой поверхности расширяющего первого волновода, на которую падает излучение от проекционной системы. Расширяющий первый волновод 2, содержащий расширяющую первую дифракционную решетку 2a, как показано на фигуре 8а и 8b, располагают в области выходного зрачка проекционной системы 1. Расширяющий первый волновод 2 состоит из прозрачного волновода, который может быть выполнен из любого подходящего материала (например, стекло, пластик, кристаллический материал и т.п.) по традиционным методикам, и расширяющей первой дифракционной решетки на первой плоской поверхности волновода, на которую падает излучение от проекционной системы.Figures 8 a, b show how the expansion (propagation) of radiation occurs in the expanding first waveguide with the expanding first diffraction grating in the embodiment when the expanding first diffraction grating is made on the first surface of the expanding first waveguide onto which radiation from the projection system is incident. The expanding first waveguide 2, containing the expanding first diffraction grating 2a, as shown in FIGS. 8a and 8b, is located in the region of the exit pupil of the projection system 1. The expanding first waveguide 2 consists of a transparent waveguide, which can be made of any suitable material (for example, glass , plastic, crystalline material, etc.) by traditional methods, and by expanding the first diffraction grating on the first flat surface of the waveguide onto which radiation from the projection system is incident.

Необходимо отметить, что важно, как штрихи расширяющей первой дифракционной решетки располагаются относительно падающего излучения. На фигуре 9 показано необходимое взаимное расположение штрихов расширяющей первой дифракционной решетки и падающего излучения, в случае такого расположения все порядки дифракции будут полезными. То есть необходимым условием возникновения расширения (размножения) излучения, падающего от проекционной системы, является расположение штрихов расширяющей второй дифракционной решетки именно вдоль направления распространения центра поля проекционной системы (не поперек). Необходимо разъяснить, что специалисту в данной области техники известны такие понятия как угловое поле и линейное поле, в настоящей заявке речь идет об угловых полях, так же специалисту в данной области техники понятны термины центр поля и край поля. Другими словами, штрихи расширяющей первой дифракционной решетки должны быть расположены вдоль проекции падающего излучения на дифракционную решетку. То есть острый угол между проекцией главного луча проекционной системы на плоскость первого волновода и линией штрихов должен находится в диапазоне ±30°.It should be noted that it is important how the strokes of the expanding first diffraction grating are located relative to the incident radiation. Figure 9 shows the necessary relative arrangement of the strokes of the expanding first diffraction grating and the incident radiation, in the case of such an arrangement, all diffraction orders will be useful. That is, a necessary condition for the expansion (reproduction) of radiation incident from the projection system to occur is the location of the strokes of the expanding second diffraction grating precisely along the direction of propagation of the center of the field of the projection system (not across). It is necessary to clarify that a specialist in the art knows such concepts as an angular field and a linear field, in this application we are talking about angular fields, as well as a specialist in the art understands the terms center of field and field edge. In other words, the strokes of the expanding first diffraction grating should be located along the projection of the incident radiation onto the diffraction grating. That is, the acute angle between the projection of the main beam of the projection system onto the plane of the first waveguide and the line of strokes should be in the range of ± 30 °.

Вернемся к фигурам 8а и 8b, попадая от проекционной системы 1 на расширяющую первую дифракционную решетку 2a луч, в результате дифракции, разделяется на несколько лучей (порядков дифракции), которые распространяются под определенными углами относительно падающего. Из этих нескольких лучей выделяют нулевой порядок «0» дифракции, который не меняет направления распространения относительно падающего, а также минус первый порядок дифракции «-1» и первый порядок дифракции «+1». Минус первый порядок дифракции «-1» и первый порядок дифракции «+1» распространяются симметрично под углами относительно падающего луча. Нулевой порядок 6 дифракции проходит через волновод и выходит из расширяющего первого волновода 2, не изменяя направления относительно падающего луча, и попадает на вторую дифракционную решетку 3a второго волновода 3. Минус первый порядок дифракции «-1» и первый порядок дифракции «+1» остаются в расширяющем первом волноводе, распространяясь в расширяющем первом волноводе, попадают на его противоположную поверхность (на поверхность, противоположную расширяющей первой дифракционной решетки), испытывают полное внутреннее отражение (ПВО) и снова попадают на расширяющую первую дифракционную решетку 2а расширяющего первого волновода 2. Далее минус первый порядок дифракции «-1» и первый порядок дифракции «+1», каждый испытывают дифракцию, в результате которой у каждого опять формируются свой «0» и «-1» и «+1» порядки дифракции. Каждый «0» порядок дифракции выходит из расширяющего первого волновода и попадает на вторую дифракционную решетку 3а второго волновода 3, а каждый из «-1» и «+1» распространяются в расширяющем первом волноводе 2, как уже было описано выше, и производят новые «0», «-1» и «+1» порядки дифракции, в результате чего происходит размножение или мультиплицирование зрачка 5 (фигура 8а), относительно излучения, попавшего в расширяющий первый волновод 2.Let us return to Figures 8a and 8b, getting from the projection system 1 onto the beam expanding the first diffraction grating 2a, as a result of diffraction, it is divided into several rays (diffraction orders) that propagate at certain angles relative to the incident one. Of these several rays, a zero order of "0" diffraction is distinguished, which does not change the direction of propagation relative to the incident one, and also minus the first diffraction order of "-1" and the first diffraction order of "+1". Minus the first diffraction order “-1” and the first diffraction order “+1” propagate symmetrically at angles relative to the incident beam. Zero diffraction order 6 passes through the waveguide and leaves the expanding first waveguide 2 without changing the direction with respect to the incident beam, and falls on the second diffraction grating 3a of the second waveguide 3. The minus first diffraction order “-1” and the first diffraction order “+1” remain in the expanding first waveguide, propagating in the expanding first waveguide, they fall on its opposite surface (on the surface opposite to the expanding first diffraction grating), experience total internal reflection (TIR) and the ova fall onto the expanding first diffraction grating 2a of the expanding first waveguide 2. Next, minus the first diffraction order “-1” and the first diffraction order “+1”, each experiences diffraction, as a result of which each one again forms its own “0” and “-1 "And" +1 "diffraction orders. Each “0” diffraction order leaves the expanding first waveguide and enters the second diffraction grating 3a of the second waveguide 3, and each of “-1” and “+1” propagate in the expanding first waveguide 2, as already described above, and produce new “0”, “-1” and “+1” diffraction orders, as a result of which the pupil 5 multiplies or multiplies (Figure 8a), relative to the radiation that has fallen into the expanding first waveguide 2.

После падения лучей нулевых порядков дифракции из расширяющего первого волновода 2 на второй волновод 3, лучи нулевых порядков дифракции попадают на вторую дифракционную решетку 3a, выполненную во втором волноводе 3, которая обращена к глазу, при этом формируются порядки дифракции, нулевой «0», минус первый «-1» и первый «+1». Минус первый «-1» порядок дифракции распространяется в направлении от глаза и становится бесполезным. Нулевой «0» порядок дифракции проходит насквозь второго волновода и выходит из второго волновода в том же направлении, что и исходный луч, падающий из проекционной системы. И только «+1» порядок дифракции, распространяясь под углом к нулевому порядку дифракции, испытывает полное внутреннее отражение от стенки второго волновода, противоположной стенке второго волновода, обращенной к глазу, остается во втором волноводе, повторно попадает на вторую дифракционную решетку изнутри второго волновода, так же разделяется на «0», «+1», «-1» порядки дифракции, и уже этот новый «0» нулевой порядок дифракции выходит из второго волновода 3 по направлению к глазу и попадает в глаз. А новые плюс первые порядки «+1» дифракции распространяются дальше по волноводу, потом все повторяется: ПВО, дифракция и т.д., и каждый нулевой порядок дифракции попадет в глаз, как описано выше. Так как, благодаря расширению излучения, описанному выше, точек 5 выхода излучения много, и они разнесены в пространстве, образуется поле, в котором глаз может смещаться, то есть поле движения глаза, в котором изображение не пропадет из поля зрения глаза. Таким образом, формируется широкое поле движения глаза. За счет такой системы расширения излучения и использования всех порядков дифракции, в предлагаемом устройстве минимизируются потери излучения от проекционной системы по всем направлениям.After the rays of zero diffraction orders fall from the expanding first waveguide 2 onto the second waveguide 3, the rays of zero diffraction orders fall on the second diffraction grating 3a, made in the second waveguide 3, which faces the eye, and zero diffraction orders of zero “0” are formed, minus first "-1" and first "+1". Minus the first “-1” diffraction order extends away from the eye and becomes useless. Zero “0” diffraction order passes through the second waveguide and leaves the second waveguide in the same direction as the initial beam incident from the projection system. And only the “+1” diffraction order, propagating at an angle to the zero diffraction order, experiences complete internal reflection from the wall of the second waveguide, opposite the wall of the second waveguide facing the eye, remains in the second waveguide, re-enters the second diffraction grating from the inside of the second waveguide, it is also divided into "0", "+1", "-1" diffraction orders, and already this new "0" zero diffraction order leaves the second waveguide 3 towards the eye and enters the eye. And new plus first orders of “+1” diffraction propagate further along the waveguide, then everything repeats: air defense, diffraction, etc., and each zero diffraction order will fall into the eye, as described above. Since, due to the expansion of radiation described above, there are many emission exit points 5, and they are spaced apart in space, a field is formed in which the eye can move, that is, a field of eye movement in which the image does not disappear from the field of view of the eye. Thus, a wide field of eye movement is formed. Due to such a system for expanding radiation and using all diffraction orders, the proposed device minimizes radiation losses from the projection system in all directions.

Если расширяющая первая дифракционная решетка расположена на первой поверхности волновода, на которую падает излучение от проекционной системы, излучение от проекционной системы попадает на расширяющую первую дифракционную решетку, дифрагирует на первый, нулевой и минус первый порядки дифракции и если расширяющая первая дифракционная решетка расположена на первой стороне расширяющего первого волновода, на которую падает излучение от проекционной системы, то нулевой порядок дифракции выходит со второй стороны расширяющего первого волновода и попадает на вторую дифракционную решетку. Причем, если вторая поверхность расширяющего первого волновода, противоположная первой поверхности расширяющего первого волновода, на которую падает излучение от проекционной системы, имеет зеркальное покрытие, а расширяющая первая дифракционная решетка расположена на первой поверхности расширяющего первого волновода, то нулевой порядок вместе с первым и минус первым порядком дифракции попадает на зеркальную поверхность, отражается и выходит из первой поверхности расширяющего первого волновода.If the expanding first diffraction grating is located on the first surface of the waveguide onto which radiation from the projection system is incident, the radiation from the projection system is incident on the expanding first diffraction grating, diffracts to the first, zero, and minus first diffraction orders and if the expanding first diffraction grating is located on the first side of the expanding first waveguide, onto which the radiation from the projection system is incident, then the zeroth diffraction order leaves the second side of the expanding first farmers and gets on the second diffraction grating. Moreover, if the second surface of the expanding first waveguide, opposite to the first surface of the expanding first waveguide, onto which the radiation from the projection system falls, has a mirror coating, and the expanding first diffraction grating is located on the first surface of the expanding first waveguide, then the zeroth order together with the first and minus first diffraction order hits the mirror surface, is reflected and leaves the first surface of the expanding first waveguide.

Если расширяющая первая дифракционная решетка расположена на второй поверхности волновода, противоположной первой поверхности, на которую падает излучение от проекционной системы, излучение от проекционной системы попадает в волновод, проходит к расширяющей первой дифракционной решетке, дифрагирует на первый, нулевой и минус первый порядки дифракции, нулевой порядок дифракции выходит со второй стороны расширяющего первого волновода и попадает на вторую дифракционную решетку.If the expanding first diffraction grating is located on the second surface of the waveguide, opposite the first surface onto which radiation from the projection system falls, the radiation from the projection system enters the waveguide, passes to the expanding first diffraction grating, diffracts by the first, zero, and minus first diffraction orders, zero the diffraction order leaves the second side of the expanding first waveguide and enters the second diffraction grating.

Как отмечалось выше, что для эффективного расширения излучения проекционная система должна быть расположена так, чтобы угол, под которым излучение от проекционной системы падает на расширяющий первый волновод и попадает на расширяющую первую дифракционную решетку, должен находиться в диапазоне от 0° до 90° по отношению к нормали к поверхности расширяющего первого волновода (см. фиг. 9), причем все излучение должно падать на расширяющий первый волновод относительно нормали к поверхности расширяющего первого волновода со стороны противоположной второму волноводу, другими словами, конус входящих лучей не должен выходить за упомянутую нормаль, чтобы все падающее излучение расширялось симметрично. При этом, как упоминалось выше острый угол между проекцией главного луча проекционной системы на плоскость первого волновода и линией штрихов должен находиться в диапазоне ±30°.As noted above, for the effective expansion of radiation, the projection system must be located so that the angle at which the radiation from the projection system falls on the expanding first waveguide and falls on the expanding first diffraction grating should be in the range from 0 ° to 90 ° with respect to the normal to the surface of the expanding first waveguide (see Fig. 9), and all radiation must fall on the expanding first waveguide relative to the normal to the surface of the expanding first waveguide from the side opposite to the second waveguide, in other words, the cone of incoming rays should not go beyond the aforementioned it is normal for all incident radiation to expand symmetrically. Moreover, as mentioned above, the sharp angle between the projection of the main beam of the projection system onto the plane of the first waveguide and the line of strokes should be in the range of ± 30 °.

Как уже упоминалось выше, одна из особенностей предлагаемого изобретения заключается в том, что вторая дифракционная решетка, нанесенная на второй волновод, используется как для ввода излучения, падающего от расширяющего первого волновода, так и для вывода излучения в область глаза. То есть одинаковое направление штрихов дифракционной решетки используется как для ввода излучения во второй волновод, так и для вывода излучения из второго волновода в область глаза, благодаря расположению расширяющего первого волновода с расширяющей первой дифракционной решеткой и второго волновода со второй дифракционной решеткой в разных плоскостях.As mentioned above, one of the features of the invention is that the second diffraction grating deposited on the second waveguide is used both to introduce radiation incident from the expanding first waveguide, and to output radiation into the eye region. That is, the same direction of strokes of the diffraction grating is used both for introducing radiation into the second waveguide and for outputting radiation from the second waveguide into the eye region, due to the location of the expanding first waveguide with the expanding first diffraction grating and the second waveguide with the second diffraction grating in different planes.

Для наглядности преимущества предлагаемого изобретения, по сравнению с известным уровнем техники схематически показаны на фигурах 10а и 10b. На фигуре 10a показан элемент устройства дополненной реальности, типичный для известного уровня техники, а на фигуре 10b показано предлагаемое устройство для отображения дополненной реальности. Как видно из фигуры 10a от проекционной системы в волновод попадает только узкая область излучения (a). После прохождения входной дифракционной решетки только один порядок дифракции попадает в волновод, и пересечения различных областей поля зрения нет в области вывода излучения в глаз. Крайняя часть поля зрения распространяется по волноводу под углом вниз (b) и в зрачок глаза не попадает, если глаз смотрит на центральную или верхнюю части поля зрения, в зрачок попадает только узкая область выходных пучков (c) излучения только от центральной части поля зрения, если глаз смотрит на центральную часть поля зрения, как следствие, глазу видна только узкая полоска изображения. Напротив, как показано на фигуре 10b, при использовании предлагаемого изобретения, область излучения (a) расширена в расширяющем первом волноводе 2, расширенное излучение попадает на второй волновод 3 и все расширенное излучение (b) и (с), пересекаясь, попадает в зрачок глаза, обеспечивая широкое поле движения глаза с сохранением нижней части изображения и боковых частей изображения.For clarity, the advantages of the present invention, in comparison with the prior art, are schematically shown in figures 10a and 10b. Figure 10a shows an augmented reality device element typical of the prior art, and figure 10b shows an inventive device for displaying augmented reality. As can be seen from figure 10a from the projection system only a narrow region of radiation (a) enters the waveguide. After passing through the input diffraction grating, only one diffraction order enters the waveguide, and there is no intersection of different areas of the field of view in the area of radiation output to the eye. The extreme part of the field of view extends along the waveguide at an angle downward (b) and does not enter the pupil of the eye if the eye is looking at the central or upper part of the field of vision, only a narrow area of the output beams (c) of radiation from the central part of the field of vision enters the pupil if the eye looks at the central part of the field of view, as a result, only a narrow strip of the image is visible to the eye. On the contrary, as shown in figure 10b, when using the present invention, the radiation region (a) is expanded in the expanding first waveguide 2, the expanded radiation enters the second waveguide 3, and all the expanded radiation (b) and (c), intersecting, enters the pupil of the eye , providing a wide field of eye movement while maintaining the lower part of the image and the side parts of the image.

В решениях, известных из уровня техники, когда есть ограничения по ширине поля зрения, то края изображения получаются четкими, поскольку нарушается полное внутреннее отражение и излучение, отвечающее за края изображения, не выходит в поле движения глаза. В предлагаемом устройстве пользователю видно все изображение, причем по краям изображения яркость спадает.In solutions known from the prior art, when there are restrictions on the width of the field of view, the edges of the image are clear, because the total internal reflection is violated and the radiation responsible for the edges of the image does not go into the field of eye movement. In the proposed device, the user can see the entire image, and at the edges of the image, the brightness decreases.

Благодаря предлагаемому изобретению большое поле зрения, обеспечивающее для пользователя широкое поле движения глаза, дает захватывающее ощущение присутствия, например, в игре или в фильме. Высокое разрешение обеспечивает реалистичное присутствие, пользователь может видеть все детали практически как в реальном мире. Просматривая фильм в очках, в которых используется предлагаемое устройство для отображения дополненной реальности, пользователь будет полностью погружен в виртуальный мир.Thanks to the invention, a large field of view, providing the user with a wide field of eye movement, gives an exciting sense of presence, for example, in a game or in a film. High resolution provides a realistic presence, the user can see all the details almost like in the real world. Watching a movie with glasses that use the proposed device to display augmented reality, the user will be completely immersed in the virtual world.

Предлагаемое изобретение может использоваться в любых устройствах AR/VR, HUD, HMD, где необходимо иметь изображение высокого разрешения и широкое поле зрения.The present invention can be used in any AR / VR, HUD, HMD devices, where it is necessary to have a high-resolution image and a wide field of view.

При ярком окружающем освещении, в том числе при солнечном свете, в очках дополненной реальности, использующих предлагаемое устройство для отображения дополненной реальности, будет обеспечиваться яркое и четкое изображение.In bright ambient lighting, including sunlight, in augmented reality glasses using the proposed device to display augmented reality, a bright and clear image will be provided.

Хотя изобретение описано в связи с некоторыми иллюстративными вариантами осуществления, следует понимать, что сущность изобретения не ограничивается этими конкретными вариантами осуществления. Напротив, предполагается, что сущность изобретения включает в себя все альтернативы, коррекции и эквиваленты, которые могут быть включены в сущность и объем формулы изобретения.Although the invention has been described in connection with some illustrative embodiments, it should be understood that the invention is not limited to these specific embodiments. On the contrary, it is assumed that the invention includes all alternatives, corrections and equivalents that may be included in the essence and scope of the claims.

Кроме того, изобретение сохраняет все эквиваленты заявляемого изобретения, даже если пункты формулы изобретения изменяются в процессе рассмотрения.In addition, the invention retains all equivalents of the claimed invention, even if the claims change during the review process.

Claims (40)

1. Способ отображения дополненной реальности, содержащий этапы, на которых:1. A method of displaying augmented reality, comprising stages in which: А) излучение от проекционной системы попадает на расширяющую первую дифракционную решетку;A) the radiation from the projection system falls on the expanding first diffraction grating; Б) дифракция каждого из лучей, падающих на расширяющей первой дифракционной решетке, образует минус первый порядок дифракции, нулевой порядок дифракции и первый порядок дифракции;B) the diffraction of each of the rays incident on the expanding first diffraction grating forms minus the first diffraction order, the zero diffraction order and the first diffraction order; В) нулевой порядок дифракции выходит из расширяющего первого волновода и попадает на второй волновод;C) the zero diffraction order leaves the expanding first waveguide and enters the second waveguide; Г) минус первый порядок дифракции и первый порядок дифракции распространяются в расширяющем первом волноводе за счет полного внутреннего отражения,D) minus the first diffraction order and the first diffraction order propagate in the expanding first waveguide due to total internal reflection, возвращаются на расширяющую первую дифракционную решетку, попадая на нее в различных несовпадающих друг с другом точках,return to the expanding first diffraction grating, hitting it at various points that do not coincide with each other, снова претерпевают дифракцию, каждый образуя новый минус первый порядок дифракции, новый нулевой порядок дифракции, новый первый порядок дифракции,undergo diffraction again, each forming a new minus the first diffraction order, a new zero diffraction order, a new first diffraction order, Д) для каждого нового минус первого порядка дифракции, нового нулевого порядка дифракции, нового первого порядка дифракции повторяются этапы (В)-(Г);E) for each new minus the first diffraction order, the new zero diffraction order, the new first diffraction order, steps (B) - (D) are repeated; Е) каждый нулевой порядок дифракции, попавший на второй волновод, проходит по второму волноводу ко второй дифракционной решетке, причем дифракция каждого из лучей, попавших на вторую дифракционную решетку, образует минус первый порядок дифракции, нулевой порядок дифракции и первый порядок дифракции, причем первый порядок дифракции испытывает полное внутреннее отражение от стенки второго волновода, противоположной стенке второго волновода, обращенной к глазу, повторно попадает на вторую дифракционную решетку, образует новый минус первый порядок дифракции, новый нулевой порядок дифракции и новый первый порядок дифракции, причем этот упомянутый новый нулевой порядок дифракции выходит из волновода в направлении к глазу.E) each zero diffraction order incident on the second waveguide passes through the second waveguide to the second diffraction grating, and the diffraction of each of the rays incident on the second diffraction grating forms minus the first diffraction order, zero diffraction order and the first diffraction order, the first order diffraction experiences total internal reflection from the wall of the second waveguide, opposite to the wall of the second waveguide facing the eye, re-hits the second diffraction grating, forms a new minus the first th diffraction order, a new zero-order diffraction and the new first-order diffraction, wherein the said new zero diffraction order emerges from the waveguide in the direction of the eye. 2. Устройство для отображения дополненной реальности, осуществляющее способ по п. 1, содержащее:2. A device for displaying augmented reality, the method according to claim 1, comprising: проекционную систему;projection system; расширяющий первый волновод, на первую поверхность которого падают лучи от проекционной системы, причем расширяющий первый волновод содержит расширяющую первую дифракционную решетку;an expanding first waveguide, on the first surface of which rays from the projection system are incident, wherein the expanding first waveguide comprises an expanding first diffraction grating; второй волновод, содержащий вторую дифракционную решетку;a second waveguide comprising a second diffraction grating; причем расширяющая первая дифракционная решетка и вторая дифракционная решетка расположены в разных плоскостях относительно друг друга таким образом, что нулевой порядок дифракции, выходящий из расширяющего первого волновода, попадает на второй волновод.moreover, the expanding first diffraction grating and the second diffraction grating are located in different planes relative to each other so that the zero diffraction order emerging from the expanding first waveguide falls on the second waveguide. 3. Устройство по п.2, в котором угол, под которым лучи от проекционной системы падают на расширяющий первый волновод и попадают на расширяющую первую дифракционную решетку, находится в диапазоне от 0° до 90° по отношению к нормали к поверхности расширяющего первого волновода.3. The device according to claim 2, in which the angle at which the rays from the projection system fall on the expanding first waveguide and fall on the expanding first diffraction grating, is in the range from 0 ° to 90 ° with respect to the normal to the surface of the expanding first waveguide. 4. Устройство по п.2, в котором штрихи расширяющей первой дифракционной решетки должны быть расположены вдоль проекции на расширяющую первую дифракционную решетку лучей от проекционной системы.4. The device according to claim 2, in which the strokes of the expanding first diffraction grating should be located along the projection onto the expanding first diffraction grating of rays from the projection system. 5. Устройство по п.2, в котором острый угол между проекцией главного луча проекционной системы на плоскость первого волновода и линией штрихов находится в диапазоне ±30°.5. The device according to claim 2, in which the acute angle between the projection of the main beam of the projection system onto the plane of the first waveguide and the line of strokes is in the range of ± 30 °. 6. Устройство по любому из пп. 2-5, в котором расширяющая первая дифракционная решетка расположена на второй поверхности расширяющего первого волновода, противоположной первой поверхности расширяющего первого волновода, на которую падает излучение от проекционной системы.6. The device according to any one of paragraphs. 2-5, in which the expanding first diffraction grating is located on the second surface of the expanding first waveguide, opposite the first surface of the expanding first waveguide, onto which radiation from the projection system is incident. 7. Устройство по п.6, в котором расширяющая первая дифракционная решетка является отражательной.7. The device according to claim 6, in which the expanding first diffraction grating is reflective. 8. Устройство по любому из пп. 2-5, в котором расширяющая первая дифракционная решетка расположена на первой поверхности расширяющего первого волновода.8. The device according to any one of paragraphs. 2-5, in which the expanding first diffraction grating is located on the first surface of the expanding first waveguide. 9. Устройство по п.8, в котором расширяющая первая дифракционная решетка является пропускающей.9. The device of claim 8, in which the expanding first diffraction grating is transmission. 10. Устройство по п. 8, в котором вторая поверхность расширяющего первого волновода, противоположная первой поверхности расширяющего первого волновода, на которую падает излучение от проекционной системы, имеет зеркальное покрытие.10. The device according to claim 8, in which the second surface of the expanding first waveguide, opposite to the first surface of the expanding first waveguide, onto which radiation from the projection system is incident, has a mirror coating. 11. Устройство по любому из пп. 2-5, в котором расширяющая первая дифракционная решетка расположена на второй поверхности расширяющего первого волновода, при этом вторая поверхность расширяющего первого волновода является отражательной поверхностью.11. The device according to any one of paragraphs. 2-5, in which the expanding first diffraction grating is located on the second surface of the expanding first waveguide, wherein the second surface of the expanding first waveguide is a reflective surface. 12. Устройство по любому из пп. 2-5, 7, 9, 10, в котором второй волновод включает в себя область ввода излучения, промежуточную область, из которой выходящее излучение не попадает в зрачок глаза, область полезного вывода излучения, из которой излучение может попадать в зрачок глаза при перемещении зрачка глаза во время просмотра.12. The device according to any one of paragraphs. 2-5, 7, 9, 10, in which the second waveguide includes a radiation input region, an intermediate region from which the output radiation does not enter the pupil of the eye, an effective radiation output region from which radiation can enter the pupil of the eye when the pupil is moved eyes while watching. 13. Устройство по п.12, в котором в промежуточной области второго волновода не происходит дифракция.13. The device according to item 12, in which in the intermediate region of the second waveguide diffraction does not occur. 14. Устройство по п. 12, в котором во втором волноводе область ввода излучения выполнена с высокой дифракционной эффективностью, промежуточная область выполнена с низкой дифракционной эффективностью, область полезного вывода излучения выполнена с низкой дифракционной эффективностью.14. The device according to p. 12, in which in the second waveguide the radiation input region is made with high diffraction efficiency, the intermediate region is made with low diffraction efficiency, the useful radiation output region is made with low diffraction efficiency. 15. Устройство по п. 12, в котором во втором волноводе область ввода излучения выполнена с высокой дифракционной эффективностью, промежуточная область выполнена со средней дифракционной эффективностью, область полезного вывода излучения выполнена со средней дифракционной эффективностью.15. The device according to p. 12, in which in the second waveguide the input region of radiation is made with high diffraction efficiency, the intermediate region is made with average diffraction efficiency, the area of useful output of radiation is made with average diffraction efficiency. 16. Устройство по п. 12, в котором во втором волноводе область ввода излучения выполнена с высокой дифракционной эффективностью, промежуточная область и область полезного вывода выполнена с градиентной дифракционной эффективностью, то есть низкая дифракционная эффективность постепенно возрастает.16. The device according to p. 12, in which in the second waveguide the radiation input region is made with high diffraction efficiency, the intermediate region and the useful output region is made with gradient diffraction efficiency, that is, the low diffraction efficiency is gradually increasing. 17. Устройство по п. 12, в котором во втором волноводе область ввода излучения выполнена с высокой дифракционной эффективностью, промежуточная область выполнена с низкой дифракционной эффективностью, область полезного вывода выполнена с градиентной дифракционной эффективностью, то есть, низкая дифракционная эффективность постепенно возрастает.17. The device according to p. 12, in which in the second waveguide the radiation input region is made with high diffraction efficiency, the intermediate region is made with low diffraction efficiency, the useful output region is made with gradient diffraction efficiency, that is, the low diffraction efficiency is gradually increasing. 18. Устройство по любому из пп. 2-5, 7, 9, 10, 13-17, в котором расширяющий первый волновод и второй волновод вместе выполнены в виде монолитного изогнутого волновода.18. The device according to any one of paragraphs. 2-5, 7, 9, 10, 13-17, in which the expanding first waveguide and the second waveguide together are made in the form of a monolithic curved waveguide. 19. Устройство по любому из пп. 2-5, 7, 9, 10, 13-17, в котором расширяющая первая дифракционная решетка и вторая дифракционные решетки представляют собой дифракционные оптические элементы.19. The device according to any one of paragraphs. 2-5, 7, 9, 10, 13-17, in which the expanding first diffraction grating and the second diffraction gratings are diffractive optical elements. 20. Устройство по любому из пп. 2-5, 7, 9, 10, 13-17, в котором расширяющая первая дифракционная решетка представляет собой дифракционный оптический элемент, вторая дифракционная решетка представляет собой голографический элемент.20. The device according to any one of paragraphs. 2-5, 7, 9, 10, 13-17, in which the expanding first diffraction grating is an optical diffraction element, the second diffraction grating is a holographic element. 21. Устройство по любому из пп. 2-5, 7, 9, 10, 13-17, в котором расширяющая первая дифракционная решетка представляет собой голографический элемент, вторая дифракционная решетка представляет собой дифракционный оптический элемент.21. The device according to any one of paragraphs. 2-5, 7, 9, 10, 13-17, in which the expanding first diffraction grating is a holographic element, the second diffraction grating is an optical diffraction element. 22. Устройство по любому из пп. 2-5, 7, 9, 10, 13-17, в котором первая и вторая дифракционные решетки представляют собой голографические элементы.22. The device according to any one of paragraphs. 2-5, 7, 9, 10, 13-17, in which the first and second diffraction gratings are holographic elements. 23. Устройство по любому из пп. 2-5, 7, 9, 10, 13-17, в котором граница области расширяющего первого волновода, в пределах которой расположена расширяющая первая дифракционная решетка, может быть выполнена в виде геометрической фигуры, представляющей собой одно из прямоугольника, многоугольника, или любую геометрическую фигуру с непрямыми дугообразными сторонами и может быть симметричной или несимметричной.23. The device according to any one of paragraphs. 2-5, 7, 9, 10, 13-17, in which the boundary of the region of the expanding first waveguide, within which the expanding first diffraction grating is located, can be made in the form of a geometric figure, which is one of a rectangle, a polygon, or any geometric a figure with indirect arcuate sides and can be symmetric or asymmetric. 24. Очки дополненной реальности, содержащие элемент для левого глаза и элемент для правого глаза, причем каждый из элементов для левого и правого глаза представляет собой устройство для отображения дополненной реальности по любому из пп. 2-23.24. Glasses of augmented reality, containing an element for the left eye and an element for the right eye, each of the elements for the left and right eye is a device for displaying augmented reality according to any one of paragraphs. 2-23. 25. Очки по п. 24, в которых элемент для левого глаза расположен отдельно от элемента для правого глаза, второй волновод элемента для левого глаза расположен на отдельной левой рамке очков, располагающейся над левым глазом, а второй волновод элемента для правого глаза расположен на отдельной правой рамке очков, располагающейся над правым глазом.25. Glasses according to claim 24, in which the element for the left eye is located separately from the element for the right eye, the second waveguide of the element for the left eye is located on a separate left frame of glasses located above the left eye, and the second waveguide of the element for the right eye is located on a separate the right frame of the glasses, located above the right eye. 26. Очки по п.24, в которых элемент для левого глаза объединен с элементом для правого глаза, причем второй волновод элемента для левого глаза является вторым волноводом и для элемента для правого глаза и расположен на общей рамке очков, располагающейся над левым глазом и над правым глазом.26. Glasses according to paragraph 24, in which the element for the left eye is combined with the element for the right eye, and the second waveguide of the element for the left eye is the second waveguide for the element for the right eye and is located on the common frame of the glasses located above the left eye and above right eye. 27. Очки по п. 24, в которых расширяющий первый волновод каждого из элементов для левого и правого глаза расположен сбоку от левого и правого глаза соответственно.27. Glasses according to claim 24, in which the expanding first waveguide of each of the elements for the left and right eye is located on the side of the left and right eye, respectively. 28. Очки по п. 24, в которых проекционная система и расширяющий первый волновод элемента для левого глаза являются проекционной системой и расширяющим первым волноводом для элемента для правого глаза, причем упомянутые проекционная система и расширяющий первый волновод расположены сбоку от левого или правого глаза.28. Glasses according to claim 24, in which the projection system and the expanding first waveguide of the element for the left eye are the projection system and the expanding first waveguide for the element for the right eye, said projection system and the expanding first waveguide located to the side of the left or right eye.
RU2019121958A 2019-07-12 2019-07-12 Augmented reality device and method of its operation RU2719568C1 (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019121958A RU2719568C1 (en) 2019-07-12 2019-07-12 Augmented reality device and method of its operation
KR1020200035816A KR20210007818A (en) 2019-07-12 2020-03-24 Near eye display device, agreegated reality glasses and method of its operation
PCT/KR2020/007852 WO2021010603A1 (en) 2019-07-12 2020-06-17 Near-eye display device, augmented reality glasses including same, and operating method therefor
CN202080048090.5A CN114051593B (en) 2019-07-12 2020-06-17 Near-eye display device, augmented reality glasses including the same, and method of operating the same
EP20840009.3A EP3998506A4 (en) 2019-07-12 2020-06-17 Near-eye display device, augmented reality glasses including same, and operating method therefor
US17/551,778 US20220107501A1 (en) 2019-07-12 2021-12-15 Near-eye display device, augented reality glasses including same, and operating method therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019121958A RU2719568C1 (en) 2019-07-12 2019-07-12 Augmented reality device and method of its operation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2719568C1 true RU2719568C1 (en) 2020-04-21

Family

ID=70415394

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019121958A RU2719568C1 (en) 2019-07-12 2019-07-12 Augmented reality device and method of its operation

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20210007818A (en)
RU (1) RU2719568C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2745540C1 (en) * 2020-08-25 2021-03-26 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Augmented reality device based on waveguides with the structure of holographic diffraction grids, device for recording the structure of holographic diffraction grids
RU2747680C1 (en) * 2020-07-09 2021-05-12 Дмитрий Сергеевич Москалев Augmented and combined reality device
RU2753146C1 (en) * 2020-09-22 2021-08-12 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Waveguide with holographic and diffraction optical elements, method for manufacture thereof, virtual and augmented reality apparatus containing such waveguide, and method for operation thereof
RU2763122C1 (en) * 2020-10-23 2021-12-27 Дмитрий Сергеевич Москалев Augmented and combined reality screen
RU2774734C1 (en) * 2021-07-29 2022-06-22 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Method and system for simultaneous recording of superimposed holographic arrays for augmented reality devices (variants)
US11835922B2 (en) 2020-08-25 2023-12-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Augmented reality device based on waveguide with holographic diffractive grating structure and apparatus for recording the holographic diffractive grating structure

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090190222A1 (en) * 2005-09-07 2009-07-30 Bae Systems Plc Projection Display
US20100296163A1 (en) * 2007-12-18 2010-11-25 Pasi Saarikko Exit Pupil Expanders with Wide Field-of-View
US20160124229A1 (en) * 2014-10-29 2016-05-05 Seiko Epson Corporation Optical element, electro-optical device, and mounted display apparatus
US20160320536A1 (en) * 2013-12-19 2016-11-03 Bae Systems Plc Improvements in and relating to waveguides
US20170003504A1 (en) * 2015-06-30 2017-01-05 Tuomas Vallius Diffractive optical elements with graded edges
WO2018096359A2 (en) * 2016-11-28 2018-05-31 Bae Systems Plc Multiple waveguide structure for colour displays

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090190222A1 (en) * 2005-09-07 2009-07-30 Bae Systems Plc Projection Display
US20100296163A1 (en) * 2007-12-18 2010-11-25 Pasi Saarikko Exit Pupil Expanders with Wide Field-of-View
US20160320536A1 (en) * 2013-12-19 2016-11-03 Bae Systems Plc Improvements in and relating to waveguides
US20160124229A1 (en) * 2014-10-29 2016-05-05 Seiko Epson Corporation Optical element, electro-optical device, and mounted display apparatus
US20170003504A1 (en) * 2015-06-30 2017-01-05 Tuomas Vallius Diffractive optical elements with graded edges
WO2018096359A2 (en) * 2016-11-28 2018-05-31 Bae Systems Plc Multiple waveguide structure for colour displays

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2747680C1 (en) * 2020-07-09 2021-05-12 Дмитрий Сергеевич Москалев Augmented and combined reality device
WO2022010375A1 (en) * 2020-07-09 2022-01-13 Дмитрий Сергеевич МОСКАЛЕВ Augmented and mixed reality device
RU2745540C1 (en) * 2020-08-25 2021-03-26 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Augmented reality device based on waveguides with the structure of holographic diffraction grids, device for recording the structure of holographic diffraction grids
US11835922B2 (en) 2020-08-25 2023-12-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Augmented reality device based on waveguide with holographic diffractive grating structure and apparatus for recording the holographic diffractive grating structure
RU2753146C1 (en) * 2020-09-22 2021-08-12 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Waveguide with holographic and diffraction optical elements, method for manufacture thereof, virtual and augmented reality apparatus containing such waveguide, and method for operation thereof
RU2763122C1 (en) * 2020-10-23 2021-12-27 Дмитрий Сергеевич Москалев Augmented and combined reality screen
WO2022086355A1 (en) * 2020-10-23 2022-04-28 Дмитрий Сергеевич МОСКАЛЕВ Augmented and mixed reality screen
RU2774734C1 (en) * 2021-07-29 2022-06-22 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Method and system for simultaneous recording of superimposed holographic arrays for augmented reality devices (variants)

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210007818A (en) 2021-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2719568C1 (en) Augmented reality device and method of its operation
US11022806B2 (en) Augmented reality light field head-mounted displays
EP3314324B1 (en) Holographic near-eye display
US20210349316A1 (en) Diffraction based monochromatic head up display for airborne applications
JP6867999B2 (en) Imaging light guide with reflective conversion array
TWI756691B (en) Optical system, head-mounted device, and display system
JP5060704B2 (en) Flat projection display
US8773599B2 (en) Near-to-eye display with diffraction grating that bends and focuses light
JP2020515884A (en) Waveguides for augmented reality or virtual reality displays
US11662513B2 (en) Non-uniform sub-pupil reflectors and methods in optical waveguides for AR, HMD and HUD applications
US11022799B2 (en) Projector-combiner display with beam replication
US20220107501A1 (en) Near-eye display device, augented reality glasses including same, and operating method therefor
US20220128746A1 (en) Apodized grating coupler
CN210720885U (en) Apparatus for augmented reality display and system for implementing augmented reality display
JP7466903B2 (en) Optical element for AR display device, manufacturing method thereof, and AR display device
JP2022092719A (en) Image display device and image display method
CN117642654A (en) Waveguide with anti-reflection properties