RU2774057C1 - Waveguide architecture based on diffraction optical elements for augmented reality glasses with a wide field of view - Google Patents

Waveguide architecture based on diffraction optical elements for augmented reality glasses with a wide field of view Download PDF

Info

Publication number
RU2774057C1
RU2774057C1 RU2021126813A RU2021126813A RU2774057C1 RU 2774057 C1 RU2774057 C1 RU 2774057C1 RU 2021126813 A RU2021126813 A RU 2021126813A RU 2021126813 A RU2021126813 A RU 2021126813A RU 2774057 C1 RU2774057 C1 RU 2774057C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
diffractive optical
waveguide
radiation
output
optical element
Prior art date
Application number
RU2021126813A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Николаевич Борисов
Александр Евгеньевич Ангервакс
Николай Викторович Муравьев
Роман Александрович ОКУНЬ
Гаврил Николаевич Востриков
Михаил Вячеславович Попов
Original Assignee
Самсунг Электроникс Ко., Лтд.
Filing date
Publication date
Application filed by Самсунг Электроникс Ко., Лтд. filed Critical Самсунг Электроникс Ко., Лтд.
Application granted granted Critical
Publication of RU2774057C1 publication Critical patent/RU2774057C1/en
Priority to CN202280056256.7A priority Critical patent/CN117813542A/en
Priority to PCT/KR2022/010637 priority patent/WO2023038280A1/en
Priority to EP22867549.2A priority patent/EP4359852A1/en
Priority to US17/883,043 priority patent/US20230081473A1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: augmented reality technology.
SUBSTANCE: invention relates to augmented reality devices and methods for such devices’ operation. A waveguide with an architecture of diffractive optical elements for an augmented reality device is claimed, and the architecture of diffractive optical elements contains: a radiation input zone; a radiation multiplication zone; a radiation output zone. Each specified zone corresponds to its own set of diffraction optical elements that perform the functions of radiation input, radiation multiplication, radiation output. An augmented reality device and augmented reality glasses based on a waveguide with an architecture of diffraction optical elements are also announced.
EFFECT: provision of a wide field of view with a small thickness and full color, with good resolution and with the input of radiation from the side.
32 cl, 13 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к устройствам дополненной реальности, а именно к ближнепольным дисплеям, к планарным волноводам с дифракционными оптическими элементами и дисплеям, основанным на таких планарных волноводах, к очкам дополненной реальности.The present invention relates to augmented reality devices, namely to near-field displays, to planar waveguides with diffractive optical elements and displays based on such planar waveguides, to augmented reality glasses.

Описание предшествующего уровня техникиDescription of the Prior Art

Концепция дополненной реальности состоит в создании изображения с наложением виртуального изображения на реальную картину мира. Пользователь может просматривать картину дополненной реальности, используя устройства для просмотра дополненной реальности, в частности очки дополненной реальности. The concept of augmented reality is to create an image with the imposition of a virtual image on the real picture of the world. The user can view the augmented reality picture using augmented reality viewing devices, in particular augmented reality glasses.

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 - угловая характеристика, показывающая в каком диапазоне углов можно наблюдать виртуальные изображения), малым весом и стоимостью, компактностью и высоким разрешением, такие носимые устройства могут заменить пользователю телевизоры и смартфоны. На данном этапе развития данной области техники максимальная ширина поля зрения составляет 60° по диагонали.Augmented reality (AR) wearable glasses 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 devices for augmented reality glasses with a wide field of view (FOV - angular characteristic showing in what range of angles virtual images can be observed), low weight and cost, compactness and high resolution, such wearable devices can replace TVs and smartphones for the user. At this stage in the development of the art, the maximum width of the field of view is 60° diagonally.

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 it sees, the ability to overlay virtual images over a large area;

- хорошее качество изображения;- good image quality;

- малый вес;- low weight;

- компактность;- compactness;

- 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. Классическим способом увеличения ширины поля зрения является увеличение количества волноводов в устройствах дополненной реальности. Однако, увеличение количества волноводов приводит к увеличению габаритных размеров устройства дополненной реальности, веса устройства дополненной реальности, к уменьшению разрешения устройства.When such requirements are achieved, problems arise, for example, that a wide field of view requires a wide area within 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 within 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. The classic way to increase the width of the field of view is to increase the number of waveguides in augmented reality devices. However, an increase in the number of waveguides leads to an increase in the overall dimensions of the augmented reality device, the weight of the augmented reality device, and to a decrease in the resolution of the device.

На фиг. 1 схематически проиллюстрировано ограничение поля зрения при использовании дифракционных оптических элементов в устройствах дополненной реальности, известных из уровня техники. На фиг. 1 по оси абсцисс - горизонтальное поле зрения (FOV), по оси ординат - вертикальное поле зрения. На пересечении оси абсцисс и оси ординат изображен квадрат, который представляет собой изображение, которое необходимо передать для просмотра пользователю. Передаваемое изображение взаимодействует с дифракционным оптическим элементом, который уводит передаваемое изображение вправо (стрелка вектора Kin) и изображение попадает внутрь кольца, изображенного на фиг. 1. Это кольцо представляет собой область угловых компонент распространяющегося излучения (область компонент волновых векторов распространяющегося излучения), которые распространяются в волноводе, но не распространяются вне волновода. Угловая компонента представляет собой некоторую точку на угловой координатной сетке с угловыми координатами, например, Bx, By, Bz. Внутренняя граница кольца представляет собой область угла полного внутреннего отражения (ПВО), то есть в этом случае имеется критический угол, под которым распространяется излучение, не выходящее из волновода. Внешняя граница кольца представляет собой границу излучения, существующего внутри волновода, то есть в этом случае угол распространения излучения составляет 90° внутри волновода. Таким образом, внутри волновода существует излучение, распространяющееся под углами от угла ПВО до угла 90°. То есть при взаимодействии изображения с вводной дифракционной решеткой часть изображения отсекается, поскольку остается только часть изображения, которая может существовать только в вышеупомянутом диапазоне углов, то есть изображение отсекается в данном случае по горизонтали - справа и слева. Далее, при взаимодействии с размножающим дифракционным элементом, вектор которой помечен на фиг. 1 как Кexp, от изображения также отсекается часть углов теми же границами, но по вертикали. Когда изображение выводится, то остается маленькое усеченное по вертикали и горизонтали изображение.In FIG. 1 schematically illustrates the limitation of the field of view when using diffractive optical elements in augmented reality devices known from the prior art. In FIG. 1 along the abscissa - the horizontal field of view (FOV), along the ordinate - the vertical field of view. At the intersection of the x-axis and the y-axis, a square is shown, which is an image that must be transmitted to the user for viewing. The transmitted image interacts with the diffractive optical element, which leads the transmitted image to the right (the arrow of the vector K in ) and the image falls inside the ring shown in FIG. 1. This ring is the region of the angular components of the propagating radiation (the region of the wave vector components of the propagating radiation), which propagate in the waveguide, but do not propagate outside the waveguide. A corner component is some point on a corner grid with corner coordinates, such as B x , B y , B z . The inner boundary of the ring is the region of the angle of total internal reflection (TIR), i.e. in this case there is a critical angle at which the radiation that does not leave the waveguide propagates. The outer boundary of the ring is the boundary of the radiation that exists inside the waveguide, that is, in this case, the propagation angle of the radiation is 90° inside the waveguide. Thus, inside the waveguide there is radiation propagating at angles from the TIR angle to an angle of 90°. That is, when the image interacts with the input diffraction grating, part of the image is cut off, since only a part of the image remains, which can only exist in the above range of angles, that is, the image is cut off in this case horizontally - right and left. Further, when interacting with a multiplying diffractive element, the vector of which is marked in Fig. 1 as K exp , part of the corners are also cut off from the image by the same borders, but vertically. When the image is displayed, a small vertically and horizontally truncated image remains.

То есть, каждый из дифракционных оптических элементов дает свое ограничение по полю зрения, таким образом, чем меньше дифракционных оптических элементов содержится в устройстве дополненной реальности, тем лучше.That is, each of the diffractive optical elements gives its own limitation on the field of view, thus, the less diffractive optical elements are contained in the augmented reality device, the better.

Для создания двумерного изображения необходимо как минимум три дифракционных оптических элемента, вводной дифракционный элемент, размножающий дифракционный элемент и выводящий дифракционный элемент. Три дифракционных оптических элемента в рамках настоящей заявки названы набором дифракционных оптических элементов. На фиг. 1 изображен один набор дифракционных оптических элементов, который выводит определенную часть поля зрения.To create a two-dimensional image, at least three diffractive optical elements are required, an input diffractive element, a multiplying diffractive element, and an output diffractive element. The three diffractive optical elements are referred to in the present application as a set of diffractive optical elements. In FIG. 1 shows one set of diffractive optical elements that outputs a certain part of the field of view.

Стандартный способ для увеличения поля зрения заключается в увеличении количества волноводов, которые передают изображение. Однако, от увеличения количества волноводов увеличивается толщина дисплея дополненной реальности, вес, а также уменьшается прозрачность такого дисплея дополненной реальности. Если при этом уменьшать толщину волноводов, то это приведет к ухудшению изображения, воспринимаемого глазом, поскольку при уменьшении толщины волновода в зрачок попадает больше одного вывода изображения, вследствие неравномерности и неплоскостности самого волновода в глаза попадает более, чем одно вводное изображение, то есть происходит двоение изображения, резко начинает падать разрешение, качество изображения ухудшается.The standard way to increase the field of view is to increase the number of waveguides that transmit the image. However, the increase in the number of waveguides increases the thickness of the augmented reality display, weight, and also reduces the transparency of such an augmented reality display. If, at the same time, the thickness of the waveguides is reduced, this will lead to a deterioration in the image perceived by the eye, since with a decrease in the thickness of the waveguide, more than one image output enters the pupil, due to the unevenness and non-flatness of the waveguide itself, more than one input image enters the eye, that is, doubling occurs image, the resolution begins to drop sharply, the image quality deteriorates.

Также для увеличения поля зрения увеличивают количество дифракционных оптических элементов. Однако, каждая дополнительная дифракционная решетка на волноводе увеличивает сложность изготовления волновода, из-за чего возрастают временные и финансовые затраты на изготовление такого волновода, возрастает стоимость самого устройства. Необходимо также заметить, что при любой технологии изготовления каждый оптический элемент будет обладать неустранимыми неточностями в ориентации, в периоде, в позиционировании, причем каждая неточность будет ухудшать качество изображения. Also, to increase the field of view, the number of diffractive optical elements is increased. However, each additional diffraction grating on the waveguide increases the complexity of manufacturing the waveguide, due to which the time and financial costs for manufacturing such a waveguide increase, and the cost of the device itself increases. It should also be noted that with any manufacturing technology, each optical element will have fatal inaccuracies in orientation, in period, in positioning, and each inaccuracy will degrade the image quality.

Если вводной дифракционный элемент состоит по меньшей мере из двух дифракционных оптических решеток, то луч, дифрагирующий на первой вводной решетке может продифрагировать на второй дифракционной решетке. В результате двойной дифракции излучение не пойдет по направлению, необходимому для корректной работы устройства, такое излучение после взаимодействия с размножающей решеткой и с выводной решеткой выведется в глаз пользователя и создаст паразитное изображение (ghost-image). If the input diffractive element consists of at least two diffractive optical gratings, then the beam diffracted on the first input grating can be diffracted on the second diffraction grating. As a result of double diffraction, the radiation will not go in the direction necessary for the correct operation of the device, such radiation, after interacting with the multiplying grating and with the output grating, will be displayed in the user's eye and create a ghost image (ghost-image).

Также для увеличения поля зрения увеличивают показатель преломления волноводов и материалов дифракционных оптических элементов. При увеличении показателя преломления увеличивается диапазон углов, которые существуют в волноводе, но которые не существуют в воздухе. Таким образом, пользователь видит изображение с большим полем зрения. Однако фундаментальная проблема такого решения заключается в том, что материалы с высоким показателем преломления имеют поглощение в синей области спектра, и это означает, что при просмотре изображения пользователем теряется синяя часть спектра реального изображения, кроме того невозможно передавать синюю часть спектра виртуального наложенного изображения, то есть теряется цветность изображения.Also, to increase the field of view, the refractive index of waveguides and materials of diffractive optical elements is increased. Increasing the refractive index increases the range of angles that exist in the waveguide but that do not exist in air. Thus, the user sees the image with a large field of view. However, the fundamental problem with this solution is that materials with a high refractive index have absorption in the blue region of the spectrum, which means that when the user views the image, the blue part of the spectrum of the real image is lost, in addition, it is impossible to transmit the blue part of the spectrum of the virtual overlay image, then there is a loss of color in the image.

Также в решениях уровня техники поле зрения увеличивают посредством изменения архитектуры планарных волноводов, то есть посредством изменения количества дифракционных оптических элементов, изменения их расположения и функционала. Наиболее известное изменение заключается в том, что вместо использования одного набора дифракционных оптических элементов используется два набора дифракционных оптических элементов, причем каждый из наборов дает свою часть поля зрения. Необходимо отметить, что при использовании двух наборов возможно увеличить ширину поля зрения в два раза, но при этом увеличивается только вертикальное поле зрения, в то время как предпочтительно увеличение как вертикального поля зрения, так и горизонтального поля зрения. То есть, при таком подходе происходит потеря горизонтального форм-фактора. Термин «форм-фактор» обозначает соотношение сторон выводимого изображения. Горизонтальный форм-фактор - это изображение с горизонтальным полем большим, чем вертикальным. Вертикальный форм-фактор - это изображение с вертикальным полем большим, чем горизонтальным.Also, in prior art solutions, the field of view is increased by changing the architecture of planar waveguides, that is, by changing the number of diffractive optical elements, changing their location and functionality. The most well-known change is that instead of using one set of diffractive optical elements, two sets of diffractive optical elements are used, with each set providing a different part of the field of view. It should be noted that when using two sets, it is possible to double the width of the field of view, but only the vertical field of view is increased, while it is preferable to increase both the vertical field of view and the horizontal field of view. That is, with this approach, the horizontal form factor is lost. The term "form factor" refers to the aspect ratio of the output image. A horizontal form factor is an image with a horizontal margin larger than the vertical margin. A vertical form factor is an image with a larger vertical margin than a horizontal margin.

Горизонтальный или вертикальный форм-фактор обозначает соотношение сторон выводимого изображения. Однако, если вертикальный форм-фактор и вводная дифракционная решетка находится по отношению к выводной дифракционной решетке, например, слева, то если волновод перевернуть на 90°, тогда вводная дифракционная решетка будет находиться сверху, и форм-фактор изменится с вертикального форм-фактора на горизонтальный форм-фактор. Если вводной дифракционный элемент находится сверху, то и свет в него должен быть введен сверху, то есть и проектор изображения должен быть прикреплен сверху. Таким образом, очки становятся громоздкими и больше похожими на шлем. The horizontal or vertical form factor refers to the aspect ratio of the output image. However, if the vertical form factor and the inlet grating is in relation to the outlet grating, for example, to the left, then if the waveguide is rotated 90°, then the inlet grating will be on top, and the form factor will change from a vertical form factor to horizontal form factor. If the input diffractive element is on top, then the light must also be introduced into it from above, that is, the image projector must also be attached from above. Thus, the glasses become bulky and more like a helmet.

То есть, для уменьшения габаритов желательно, чтобы проектор изображения находился сбоку с сохранением горизонтального форм-фактора. That is, to reduce the size, it is desirable that the image projector is on the side while maintaining a horizontal form factor.

Из уровня техники известно решение, раскрытое в документе US 20190212557 A1, дата публикации 11.07.2019, в котором раскрыты волноводные архитектуры.The prior art solution is disclosed in the document US 20190212557 A1, publication date 07/11/2019, in which waveguide architectures are disclosed.

В документе предоставляются системы и способы для создания проекционных дисплеев (HUD) с использованием волноводов, включающих в себя брэгговские решетки. Недостатком известного решения является маленькая ширина поля зрения, большие габаритные размеры устройства.The document provides systems and methods for creating head-up displays (HUDs) using waveguides including Bragg gratings. The disadvantage of the known solution is the small width of the field of view, the large overall dimensions of the device.

Из уровня техники известно решение, раскрытое в документе US 2019004321 A1, дата публикации 03.01.2019, в котором раскрыто оптическое устройство для расширения входящего света в двух измерениях для дисплея дополненной реальности. Устройство состоит из волновода (12) и трех линейных дифракционных решеток H0, H1, H2. Падающий луч от проектора освещает входную решетку H0 полихроматическим светом, и этот свет попадает в волновод (12). Две другие решетки H1, H2 наложены одна на другую. Свет может дифрагировать на одной решетке H1 в первом порядке дифрагирования и в направлении другой решетки H2, которая может направлять свет из волновода (12) к наблюдателю. Недостатком известного решения является маленькая ширина поля зрения, большие габаритные размеры устройства. The prior art solution is disclosed in the document US 2019004321 A1, publication date 01/03/2019, which discloses an optical device for expanding incoming light in two dimensions for an augmented reality display. The device consists of a waveguide (12) and three linear diffraction gratings H0, H1, H2. The incident beam from the projector illuminates the input grating H0 with polychromatic light, and this light enters the waveguide (12). Two other lattices H1, H2 are superimposed on one another. Light can be diffracted by one grating H1 in the first order of diffraction and towards another grating H2 which can direct light from the waveguide (12) towards the viewer. The disadvantage of the known solution is the small width of the field of view, the large overall dimensions of the device.

Из уровня техники известно решение, раскрытое в документе US 9927614 B2, дата публикации 27.03.2018, в котором раскрыта система ближнего оптического отображения, которая может использоваться в приложениях и устройствах дополненной реальности. Система включает в себя дифракционный волновод, имеющий дифракционные оптические элементы (DOE), сконфигурированные для ввода, расширения выходного зрачка и вывода. Электромодулированная перестраиваемая жидкокристаллическая (ЖК) линза расположена между дифракционной решеткой и глазами пользователя. Поляризационный фильтр расположен с другой стороны дифракционной решетки, так что свет из реального мира входит в систему с определенным состоянием поляризации. Недостатком известного решения является маленькая ширина поля зрения, большие габаритные размеры устройства. The prior art solution is disclosed in the document US 9927614 B2, publication date 03/27/2018, which discloses a near optical display system that can be used in augmented reality applications and devices. The system includes a diffractive waveguide having diffractive optical elements (DOE) configured for input, pupil dilation, and output. An electrically modulated tunable liquid crystal (LC) lens is positioned between the diffraction grating and the user's eyes. The polarizing filter is located on the other side of the diffraction grating so that light from the real world enters the system with a certain polarization state. The disadvantage of the known solution is the small width of the field of view, the large overall dimensions of the device.

Из уровня техники известно решение, раскрытое в документе US 9874667 B2, дата публикации 23.01.2018, в котором раскрыт волновод для устройства отображения, содержащий часть плоского оптического волновода (20) для направления света, вводную дифракционную решетку (21) для дифракции принятого света (7) вдоль части оптического волновода, промежуточную дифракционную решетку (22) для приема дифрагированного света от вводной дифракционной решетки и для расширения принятого света в первом измерении за счет дифракции (8) и выводную дифракционную решетку (23) для приема расширенного света и вывода принятого расширенного света (10) от части оптического волновода путем дифракции для отображения. Вводная дифракционная решетка расположена полностью в пределах области промежуточной решетки, а векторы решеток вводной дифракционной решетки и промежуточной дифракционной решетки ориентированы в разных направлениях. Недостатками решения являются малое поле зрения, необходимость использования дополнительного зеркала, высокая сложность изготовления.The prior art solution is disclosed in the document US 9874667 B2, publication date 01/23/2018, in which a waveguide for a display device is disclosed, containing a part of a flat optical waveguide (20) for directing light, an introductory diffraction grating (21) for diffraction of the received light ( 7) along a part of the optical waveguide, an intermediate diffraction grating (22) for receiving diffracted light from the input diffraction grating and for expanding the received light in the first dimension due to diffraction (8) and an output diffraction grating (23) for receiving the expanded light and outputting the received extended light (10) from part of the optical waveguide by diffraction to display. The input diffraction grating is located completely within the region of the intermediate grating, and the grating vectors of the input diffraction grating and the intermediate diffraction grating are oriented in different directions. The disadvantages of the solution are a small field of view, the need to use an additional mirror, and the high complexity of manufacturing.

Из уровня техники известно решение, раскрытое в документе US 10185151 B2, дата публикации 22.01.2019. В известном решении предлагается волноводный дисплей с малым форм - фактором, широкой областью, внутри которой глаз может видеть все изображение полностью, без потерь, и широким полем зрения. Известный волноводный дисплей используется для представления медиа пользователю. Волноводный дисплей включает в себя узел источника света, выходной волновод и контроллер. Узел источника света включает в себя один или несколько проекторов, проецирующих изображение, по меньшей мере, вдоль одного измерения. Выходной волновод состоит из корпуса волновода с двумя противоположными поверхностями. Выходной волновод включает в себя первую решетку, принимающую свет изображения, распространяющийся вдоль входного волнового вектора, вторую решетку и третью решетку, расположенную напротив второй решетки и выводящую свет расширенного изображения с волновыми векторами, соответствующими входному волновому вектору. Контроллер управляет сканированием одной или нескольких исходных сборок для формирования двухмерного изображения. Однако, недостатком известного решения также является недостаточная ширина поля зрения, поскольку для увеличения ширины поля зрения в известном решении используется только два набора оптических элементов, недостатком также являются большие габаритные размеры устройства.The prior art solution disclosed in the document US 10185151 B2, publication date 01/22/2019. The known solution proposes a waveguide display with a small form factor, a wide area within which the eye can see the entire image without loss, and a wide field of view. The known waveguide display is used to present the media to the user. The waveguide display includes a light source assembly, an output waveguide, and a controller. The light source assembly includes one or more projectors projecting an image along at least one dimension. The output waveguide consists of a waveguide housing with two opposite surfaces. The output waveguide includes a first grating receiving image light propagating along an input wave vector, a second grating and a third grating located opposite the second grating and outputting expanded image light with wave vectors corresponding to the input wave vector. The controller controls the scanning of one or more original assemblies to form a two-dimensional image. However, the disadvantage of the known solution is also the insufficient width of the field of view, since only two sets of optical elements are used in the known solution to increase the width of the field of view, the large overall dimensions of the device are also a disadvantage.

Из уровня техники известно решение, раскрытое в документе RU 2752296 C1, дата публикации 26.07.2021. В известном решении предлагается волновод с архитектурой дифракционных оптических элементов для устройства дополненной реальности. Волновод содержит вводной дифракционный элемент, включающий первый линейный дифракционный оптический элемент вводного дифракционного элемента и второй линейный дифракционный оптический элемент вводного дифракционного элемента; первый размножающий дифракционный элемент и второй размножающий дифракционный элемент; выводной дифракционный элемент. Вводной дифракционный элемент выполнен с возможностью разделения изображения от проектора на цветовые составляющие изображения красную, зеленую, синюю, и направления хода лучей каждой из цветовых составляющих через соответствующий набор дифракционных элементов. Решение позволяет осуществить полноцветное изображение с широким полем зрения с использованием одного волновода, обеспечивает широкое поля зрения с небольшой толщиной, повысить разрешение. Недостатком предлагаемого решения является большое количество дифракционных оптических решеток, высокая сложность производства, низкая яркость изображения.From the prior art, a solution is known, disclosed in the document RU 2752296 C1, publication date 07/26/2021. The known solution proposes a waveguide with an architecture of diffractive optical elements for an augmented reality device. The waveguide contains an input diffractive element, including the first linear diffractive optical element of the input diffractive element and the second linear diffractive optical element of the input diffractive element; a first multiplying diffractive element and a second multiplying diffractive element; output diffractive element. The input diffractive element is configured to separate the image from the projector into color image components red, green, blue, and to direct the path of rays of each of the color components through the corresponding set of diffractive elements. The solution makes it possible to realize a full-color image with a wide field of view using a single waveguide, provides a wide field of view with a small thickness, and increases resolution. The disadvantage of the proposed solution is a large number of diffractive optical gratings, high production complexity, low image brightness.

Известные решения предполагают малую ширину поля зрения, увеличение количества используемых волноводов предполагает увеличение толщины дисплея, уменьшение толщины волноводов дает ухудшение разрешения, использование высокого показателя преломления дает потерю цветности, использование двух наборов дифракционных оптических элементов дает ввод изображения сверху, из-за чего теряются габаритные характеристики, увеличение количество дифракционных оптических решеток, ухудшает качество изображения и увеличивает стоимость прибора. Known solutions imply a small width of the field of view, an increase in the number of waveguides used implies an increase in the thickness of the display, a decrease in the thickness of the waveguides leads to a deterioration in resolution, the use of a high refractive index leads to a loss of color, the use of two sets of diffractive optical elements leads to an image input from above, due to which overall characteristics are lost , increasing the number of diffractive optical gratings, degrades the image quality and increases the cost of the device.

Предлагаемое изобретение решает все вышеупомянутые проблемы, позволяет добиться широкого поля зрения с небольшой толщиной и полноцветностью, с хорошим разрешением и с вводом излучения сбоку. The present invention solves all the above problems, allows to achieve a wide field of view with a small thickness and full color, with good resolution and with the input of radiation from the side.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Предлагается волновод с архитектурой дифракционных оптических элементов для устройства дополненной реальности, причем архитектура дифракционных оптических элементов содержит: зону ввода излучения; зону размножения излучения; зону вывода излучения; первый вводной-размножающий дифракционный оптический элемент, выполненный с возможностью как ввода излучения, так и размножения излучения; второй вводной-размножающий дифракционный оптический элемент, выполненный с возможностью как ввода излучения, так и размножения излучения; вводной-выводной дифракционный оптический элемент, выполненный с возможностью как ввода излучения, так и вывода излучения; первый размножающий-выводной дифракционный оптический элемент, выполненный с возможностью как размножения излучения, так и вывода излучения; второй размножающий-вводной дифракционный оптический элемент, выполненный с возможностью как размножения излучения, так и вывода излучения; причем зона ввода излучения содержит первый вводной-размножающий дифракционный оптический элемент, выполняющий функцию ввода излучения, второй вводной-размножающий дифракционный оптический элемент, выполняющий функцию ввода излучения, вводной-выводной дифракционный оптический элемент, выполняющий функцию ввода излучения, зона размножения излучения содержит второй вводной-размножающий дифракционный оптический элемент, выполняющий функцию размножения излучения, первый вводной-размножающий дифракционный оптический элемент, выполняющий функцию размножения излучения, первый размножающий-выводной дифракционный оптический элемент, выполняющий функцию размножения излучения, второй размножающий-выводной дифракционный оптический элемент, выполняющий функцию размножения излучения; зона вывода излучения содержит вводной-выводной дифракционный оптический элемент, выполняющий функцию вывода излучения, второй размножающий-выводной дифракционный оптический элемент, выполняющий функцию вывода излучения, первый размножающий-выводной дифракционный оптический элемент выполняющий функцию вывода излучения; причем зона ввода излучения выполнена с возможностью, при работе устройства дополненной реальности, разделения изображения от проектора на цветовые составляющие изображения красную, зеленую, синюю, и направления хода лучей каждой из цветовых составляющих через соответствующий набор дифракционных оптических элементов, причем, по ходу излучения: первый набор дифракционных оптических элементов состоит из: первого вводного-размножающего дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию ввода излучения, второго вводного-размножающего дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию размножения излучения, вводного-выводного дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию вывода излучения; второй набор дифракционных оптических элементов состоит из: второго вводного-размножающего дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию ввода излучения, первого вводного-размножающего дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию размножения излучения, вводного-выводного дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию вывода излучения; третий набор дифракционных оптических элементов состоит из: вводного-выводного дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию ввода излучения, первого размножающего-выводного дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию размножения излучения, второго размножающего-выводного дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию вывода излучения; четвертый набор дифракционных оптических элементов состоит из: вводного-выводного дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию ввода излучения, второго размножающего-выводного дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию размножения излучения, первого размножающего-выводного дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию вывода излучения.A waveguide with an architecture of diffractive optical elements for an augmented reality device is proposed, and the architecture of diffractive optical elements contains: a radiation input zone; radiation propagation zone; radiation output zone; the first input-reproducing diffractive optical element, configured to both input radiation and multiplication of radiation; the second input-multiplying diffractive optical element, made with the possibility of both input radiation and multiplication of radiation; an input-output diffractive optical element configured to both input radiation and output radiation; the first multiplication-output diffractive optical element, made with the possibility of both multiplication of radiation and output of radiation; the second breeding-introductory diffractive optical element, made with the possibility of both multiplication of radiation and radiation output; moreover, the radiation input zone contains the first input-reproducing diffractive optical element that performs the function of radiation input, the second input-reproducing diffractive optical element that performs the function of radiation input, the input-output diffractive optical element that performs the function of radiation input, the radiation multiplication zone contains a second input- a multiplication diffractive optical element that performs the function of radiation multiplication, the first input-reproducing diffractive optical element that performs the function of multiplication of radiation, the first multiplier-output diffractive optical element that performs the function of multiplication of radiation, the second multiplier-output diffractive optical element that performs the function of multiplication of radiation; the radiation output zone contains an input-output diffractive optical element that performs the function of outputting radiation, a second multiplying-output diffractive optical element that performs the function of outputting radiation, the first multiplying-output diffractive optical element that performs the function of outputting radiation; moreover, the radiation input zone is made with the possibility, during the operation of the augmented reality device, of dividing the image from the projector into the color components of the image red, green, blue, and directing the path of the rays of each of the color components through the corresponding set of diffractive optical elements, moreover, along the radiation path: the first a set of diffractive optical elements consists of: the first input-reproducing diffractive optical element that performs the function of inputting radiation, the second input-reproducing diffractive optical element that performs the function of multiplication of radiation, the input-output diffractive optical element that performs the function of outputting radiation; the second set of diffractive optical elements consists of: the second input-reproducing diffractive optical element that performs the function of inputting radiation, the first input-reproducing diffractive optical element that performs the function of multiplying radiation, the input-output diffractive optical element that performs the function of outputting radiation; the third set of diffractive optical elements consists of: an input-output diffractive optical element that performs the function of inputting radiation, the first multiplying-output diffractive optical element that performs the function of multiplying radiation, the second multiplying-output diffractive optical element that performs the function of outputting radiation; the fourth set of diffractive optical elements consists of: an input-output diffractive optical element that performs the function of inputting radiation, a second multiplying-output diffractive optical element that performs the function of multiplying radiation, the first multiplying-output diffractive optical element that performs the function of outputting radiation.

Причем сумма векторов всех дифракционных оптических элементов в каждом наборе равна нулю.Moreover, the sum of the vectors of all diffractive optical elements in each set is equal to zero.

Причем каждый дифракционный оптический элемент является линейным.Moreover, each diffractive optical element is linear.

Причем первый набор дифракционных оптических элементов и второй набор дифракционных оптических элементов выполнены с возможностью проводить среднюю часть поля зрения, третий набор дифракционных оптических элементов выполнен с возможностью проводить верхнюю часть поля зрения, четвертый набор дифракционных оптических элементов выполнен с возможностью проводить нижнюю часть поля зрения.Moreover, the first set of diffractive optical elements and the second set of diffractive optical elements are configured to conduct the middle part of the field of view, the third set of diffractive optical elements is configured to conduct the upper part of the field of view, the fourth set of diffractive optical elements is configured to conduct the lower part of the field of view.

Причем все дифракционные оптические элементы нанесены на одну сторону волновода.Moreover, all diffractive optical elements are deposited on one side of the waveguide.

Причем дифракционные оптические элементы имеют сегментированную структуру, то есть штрихи выполнены в виде макросегментов с разными формами, разными размерами, и отстоящие друг от друга на разные расстояния.Moreover, diffractive optical elements have a segmented structure, that is, the strokes are made in the form of macro-segments with different shapes, different sizes, and spaced apart from each other at different distances.

Причем дифракционные оптические элементы являются объемными, то есть штрихи расположены внутри объема волновода, либо слоя, прилегающего к волноводу.Moreover, diffractive optical elements are volumetric, that is, the strokes are located inside the volume of the waveguide, or a layer adjacent to the waveguide.

Причем дифракционные оптические элементы представляют собой одно из: поверхностные структуры, рельефные структуры, или смешанные структуры, то есть и рельефные, и объемные.Moreover, diffractive optical elements are one of: surface structures, relief structures, or mixed structures, that is, both relief and volume.

Причем дифракционные оптические элементы выполнены либо в объеме волновода, либо на поверхности волновода, либо и в объеме волновода и на поверхности волновода.Moreover, diffractive optical elements are made either in the volume of the waveguide, or on the surface of the waveguide, or both in the volume of the waveguide and on the surface of the waveguide.

Причем дифракционные оптические элементы выполнены в отдельном слое волновода либо внутри этого слоя, либо на поверхности этого слоя, либо смешано, то есть часть внутри слоя, часть на поверхности слоя.Moreover, the diffractive optical elements are made in a separate waveguide layer either inside this layer, or on the surface of this layer, or mixed, that is, part inside the layer, part on the surface of the layer.

Причем дифракционные оптические элементы являются голографическими.Moreover, diffractive optical elements are holographic.

Предлагается способ работы волновода с архитектурой дифракционных оптических элементов для устройства дополненной реальности, причем способ содержит этапы, на которых: излучение от проектора попадает в зону ввода излучения, в котором разделяется на красную составляющую изображения, синюю составляющую изображения и зеленую составляющую изображения и направляется в наборы дифракционных оптических элементов, работающих одновременно, при этом первый набор дифракционных оптических элементов работает следующим образом: синяя центральная нижняя составляющая вводится в волновод посредством первого вводного-размножающего дифракционного оптического элемента, затем размножается посредством второго вводного-размножающего дифракционного оптического элемента, и выводится в глаз пользователя посредством вводного-выводного дифракционного оптического элемента; зеленая центральная нижняя составляющая вводится в волновод посредством первого вводного-размножающего дифракционного оптического элемента, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается посредством второго вводного-размножающего дифракционного оптического элемента и выводится в глаз пользователя посредством вводного-выводного дифракционного оптического элемента; красная центральная нижняя составляющая вводится в волновод посредством первого вводного-размножающего дифракционного оптического элемента, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается посредством второго вводного-размножающего дифракционного оптического элемента и выводится в глаз пользователя посредством вводного-выводного дифракционного оптического элемента; второй набор дифракционных оптических элементов работает следующим образом: синяя центральная верхняя составляющая вводится в волновод посредством второго вводного-размножающего дифракционного оптического элемента, затем размножается посредством второго вводного-размножающего дифракционного оптического элемента, и выводится в глаз пользователя посредством вводного-выводного дифракционного оптического элемента; зеленая центральная верхняя составляющая вводится в волновод посредством второго вводного-размножающего дифракционного оптического элемента, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается посредством второго вводного-размножающего дифракционного оптического элемента, и выводится в глаз пользователя посредством вводного-выводного дифракционного оптического элемента; красная центральная верхняя составляющая вводится в волновод посредством второго вводного-размножающего дифракционного оптического элемента, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается посредством второго вводного-размножающего дифракционного оптического элемента, и выводится в глаз пользователя посредством вводного-выводного дифракционного оптического элемента; третий набор дифракционных элементов работает следующим образом: синяя нижняя составляющая вводится в волновод посредством вводного-выводного дифракционного оптического элемента, затем размножается посредством первого размножающего-выводного дифракционного оптического элемента и выводится в глаз пользователя посредством второго размножающего-выводного дифракционного оптического элемента; зеленая нижняя составляющая вводится в волновод посредством вводного-выводного дифракционного оптического элемента, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается посредством первого размножающего-выводного дифракционного оптического элемента и выводится в глаз пользователя посредством второго размножающего-выводного дифракционного оптического элемента; красная нижняя составляющая вводится в волновод посредством вводного-выводного дифракционного оптического элемента, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается посредством первого размножающего-выводного дифракционного оптического элемента и выводится в глаз пользователя посредством второго размножающего-выводного дифракционного оптического элемента; четвертый набор дифракционных элементов работает следующим образом: синяя верхняя составляющая вводится в волновод посредством вводного-выводного дифракционного оптического элемента, затем размножается посредством второго размножающего-выводного дифракционного оптического элемента и выводится в глаз пользователя посредством первого размножающего-выводного дифракционного оптического элемента; зеленая верхняя составляющая вводится в волновод посредством вводного-выводного дифракционного оптического элемента, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается посредством второго размножающего-выводного дифракционного оптического элемента и выводится в глаз пользователя посредством первого размножающего-выводного дифракционного оптического элемента; красная верхняя составляющая вводится в волновод посредством вводного-выводного дифракционного оптического элемента, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается посредством второго размножающего-выводного дифракционного оптического элемента и выводится в глаз пользователя посредством первого размножающего-выводного дифракционного оптического элемента. A method of operation of a waveguide with the architecture of diffractive optical elements for an augmented reality device is proposed, the method comprising the following steps: radiation from the projector enters the radiation input zone, in which it is divided into a red image component, a blue image component and a green image component and is sent to sets diffractive optical elements operating simultaneously, with the first set of diffractive optical elements operating as follows: the blue center lower component is introduced into the waveguide by the first input-reproducing diffractive optical element, then multiplied by the second input-reproducing diffractive optical element, and output to the user's eye through input-output diffractive optical element; the green central lower component is introduced into the waveguide through the first input-reproducing diffractive optical element, which diffracts that part of it that propagates at an angle different from the angle of incidence of the blue component, then multiplies through the second input-reproducing diffractive optical element and is output to the user's eye through input-output diffractive optical element; the red central lower component is introduced into the waveguide by means of the first input-reproducing diffractive optical element, on which that part of it that propagates at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component is diffracted, then multiplied by means of the second input-reproducing diffractive optical element and output into the user's eye through the input-output diffractive optical element; the second set of diffractive optical elements operates as follows: the blue center top component is introduced into the waveguide by the second input-reproducing diffractive optical element, then multiplied by the second input-reproducing diffractive optical element, and output to the user's eye via the input-output diffractive optical element; the green central upper component is introduced into the waveguide through the second input-reproducing diffractive optical element, on which that part of it that propagates at an angle different from the angle of incidence of the blue component diffracts, then multiplies through the second input-reproducing diffractive optical element, and is output to the eye the user through the input-output diffractive optical element; the red central upper component is introduced into the waveguide through the second input-reproducing diffractive optical element, on which that part of it that propagates at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component diffracts, then multiplies through the second input-reproducing diffractive optical element, and output to the user's eye through the input-output diffractive optical element; the third set of diffractive elements operates as follows: the blue lower component is introduced into the waveguide by the input-output diffractive optical element, then multiplied by the first breeding-output diffractive optical element, and output to the user's eye through the second breeding-output diffractive optical element; the green lower component is introduced into the waveguide by means of an input-output diffractive optical element, on which that part of it that propagates at an angle different from the angle of incidence of the blue component is diffracted, then multiplied by the first multiplying-output diffractive optical element and output to the user's eye through the second breeding-output diffractive optical element; the red lower component is introduced into the waveguide by means of an input-output diffractive optical element, on which that part of it that propagates at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component is diffracted, then it is multiplied by the first multiplying-output diffractive optical element and output to the eye the user through the second breeding-output diffractive optical element; the fourth set of diffractive elements operates as follows: the blue upper component is input into the waveguide by the input-output diffractive optical element, then multiplied by the second multiplexing-output diffractive optical element, and output to the user's eye through the first multiplexing-output diffractive optical element; the green upper component is introduced into the waveguide by means of an input-output diffractive optical element, on which that part of it that propagates at an angle different from the angle of incidence of the blue component is diffracted, then multiplied by the second multiplying-output diffractive optical element and output to the user's eye through the first breeding-output diffractive optical element; the upper red component is introduced into the waveguide by means of an input-output diffractive optical element, on which that part of it that propagates at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component is diffracted, then it is multiplied by the second multiplying-output diffractive optical element and output to the eye user through the first breeding-output diffractive optical element.

Предлагается волновод с архитектурой дифракционных оптических элементов для устройства дополненной реальности, причем архитектура дифракционных оптических элементов содержит: зону ввода излучения; зону размножения излучения; зону вывода излучения; первый дифракционный оптический элемент, выполненный с возможностью ввода излучения, вывода излучения, размножения излучения; второй дифракционный оптический элемент, выполненный с возможностью ввода излучения, вывода излучения, размножения излучения; причем зона ввода излучения содержит первый дифракционный оптический элемент, выполняющий функцию ввода излучения, второй дифракционный оптический элемент, выполняющий функцию ввода излучения, зона размножения излучения содержит первый дифракционный оптический элемент, выполняющий функцию размножения излучения, второй дифракционный оптический элемент, выполняющий функцию размножения излучения; зона вывода излучения содержит первый дифракционный оптический элемент, выполняющий функцию вывода излучения, второй дифракционный оптический элемент, выполняющий функцию вывода излучения; причем зона ввода излучения выполнена с возможностью, при работе устройства дополненной реальности, разделения изображения от проектора на цветовые составляющие изображения красную, зеленую, синюю, и направления хода лучей каждой из цветовых составляющих через соответствующий набор дифракционных оптических элементов, причем, по ходу излучения: первый набор дифракционных оптических элементов состоит из: второго дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию ввода излучения и функцию вывода излучения, первого дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию размножения излучения; второй набор дифракционных оптических элементов состоит из: первого дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию ввода излучения и функцию вывода излучения, второго дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию размножения излучения.A waveguide with an architecture of diffractive optical elements for an augmented reality device is proposed, and the architecture of diffractive optical elements contains: a radiation input zone; radiation propagation zone; radiation output zone; the first diffractive optical element configured to input radiation, output radiation, multiplication of radiation; a second diffractive optical element configured to input radiation, output radiation, multiplication of radiation; moreover, the radiation input zone contains the first diffractive optical element that performs the function of radiation input, the second diffractive optical element that performs the function of radiation input, the radiation multiplication zone contains the first diffractive optical element that performs the function of radiation multiplication, the second diffractive optical element that performs the function of radiation multiplication; the radiation output zone contains the first diffractive optical element that performs the function of the radiation output, the second diffractive optical element that performs the function of the radiation output; moreover, the radiation input zone is made with the possibility, during the operation of the augmented reality device, of dividing the image from the projector into the color components of the image red, green, blue, and directing the path of the rays of each of the color components through the corresponding set of diffractive optical elements, moreover, along the radiation path: the first a set of diffractive optical elements consists of: a second diffractive optical element that performs the function of input radiation and the function of output radiation, the first diffractive optical element that performs the function of radiation multiplication; the second set of diffractive optical elements consists of: the first diffractive optical element, which performs the function of input of radiation and the function of outputting radiation, the second diffractive optical element, which performs the function of radiation multiplication.

Предлагается способ работы волновода с архитектурой дифракционных оптических элементов для устройства дополненной реальности, причем способ содержит этапы, на которых: излучение от проектора попадает в зону ввода излучения, в котором разделяется на красную составляющую изображения, синюю составляющую изображения и зеленую составляющую изображения и направляется в наборы дифракционных оптических элементов, работающих одновременно, при этом синяя центральная верхняя составляющая вводится в волновод при помощи второго дифракционного оптического элемента, затем размножается при помощи первого дифракционного оптического элемента, затем дифрагирует на первом дифракционном оптическом элементе и выводится в глаз пользователя при помощи элемента второго дифракционного оптического элемента; зеленая центральная верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента второго дифракционного оптического элемента, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается при помощи первого дифракционного оптического элемента, затем дифрагирует на втором дифракционном оптическом элементе второй раз и выводится в глаз пользователя при помощи элемента второго дифракционного оптического элемента; красная центральная верхняя составляющая вводится в волновод при помощи второго дифракционного оптического элемента, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается при помощи первого дифракционного оптического элемента, затем дифрагирует на первом дифракционном оптическом элементе второй раз и выводится в глаз пользователя при помощи второго дифракционного оптического элемента.A method of operation of a waveguide with the architecture of diffractive optical elements for an augmented reality device is proposed, the method comprising the following steps: radiation from the projector enters the radiation input zone, in which it is divided into a red image component, a blue image component and a green image component and is sent to sets diffractive optical elements operating simultaneously, while the blue central upper component is introduced into the waveguide using the second diffractive optical element, then multiplied using the first diffractive optical element, then diffracted by the first diffractive optical element and output to the user's eye using the second diffractive optical element element; the green central upper component is introduced into the waveguide using an element of the second diffractive optical element, on which that part of it that propagates at an angle different from the angle of incidence of the blue component diffracts, then multiplies using the first diffractive optical element, then diffracts on the second diffractive optical element a second time and output to the user's eye by means of the element of the second diffractive optical element; the red central upper component is introduced into the waveguide using the second diffractive optical element, which diffracts that part of it that propagates in air at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component, then multiplies using the first diffractive optical element, then diffracts on the first diffractive optical element a second time and is output to the user's eye using the second diffractive optical element.

Также предлагается устройство для отображения дополненной реальности, содержащее: проектор изображения; волновод с любой из предлагаемых архитектур дифракционных оптических элементов.An augmented reality display device is also provided, comprising: an image projector; waveguide with any of the proposed architectures of diffractive optical elements.

Также предлагается устройство для отображения дополненной реальности, содержащее: проектор изображения; волновод с любой предлагаемой архитектурой дифракционных оптических элементов, причем на одной стороне волновода расположены первый и второй наборы дифракционных элементов, а на противоположной стороне волновода расположены третий и четвертый наборы дифракционных элементов.An augmented reality display device is also provided, comprising: an image projector; a waveguide with any proposed architecture of diffractive optical elements, wherein the first and second sets of diffractive elements are located on one side of the waveguide, and the third and fourth sets of diffractive elements are located on the opposite side of the waveguide.

Предлагается устройство для отображения дополненной реальности, содержащее: проектор изображения; по меньшей мере один волновод с любой предлагаемой архитектурой дифракционных оптических элементов.A device for displaying augmented reality is proposed, comprising: an image projector; at least one waveguide with any proposed architecture of diffractive optical elements.

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 любое предлагаемое устройство для отображения дополненной реальности причем волновод, включающий в себя архитектуру дифракционных оптических элементов, расположен в каждом из элемента для правого глаза и элемента для левого глаза таким образом, что вывод излучения осуществляется в глаза пользователя. Augmented reality glasses are provided, comprising a left eye element and a right eye element, wherein each of the left and right eye elements is any proposed augmented reality display device, wherein a waveguide including an architecture of diffractive optical elements is located in each of the element. for the right eye and the element for the left eye so that the output of radiation is carried out in the eyes of the user.

Очки дополненной реальности, содержащие элемент для левого глаза и элемент для правого глаза, причем каждый из элементов для левого и правого глаза представляет собой любое предлагаемое устройство для отображения дополненной реальности.Augmented reality glasses comprising a left eye element and a right eye element, each of the left and right eye elements being any proposed augmented reality display device.

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 drawings, in which the following is presented:

Фиг. 1 схематически проиллюстрировано ограничение поля зрения при использовании набора дифракционных оптических элементов.Fig. 1 schematically illustrates the limitation of the field of view when using a set of diffractive optical elements.

Фиг. 2а иллюстрирует векторную диаграмму набора дифракционных решеток.Fig. 2a illustrates a vector diagram of a set of diffraction gratings.

Фиг. 2b иллюстрирует форму дифракционных оптических элементов, используемых для создания архитектуры, а также расположение их штрихов. Fig. 2b illustrates the shape of the diffractive optical elements used to create the architecture, as well as the arrangement of their strokes.

Фиг. 2c иллюстрирует предлагаемую архитектуру дифракционных оптических элементов с наложенными на нее векторами вводных дифракционных элементов. Fig. 2c illustrates the proposed diffractive optical element architecture with input diffractive element vectors superimposed on it.

Фиг. 2d иллюстрирует волновод с предлагаемой архитектурой и более подробную иллюстрацию выводной зоны волновода. Fig. 2d illustrates a waveguide with the proposed architecture and a more detailed illustration of the waveguide lead-out area.

Фиг. 3 иллюстрирует архитекруту дифракционных оптических элементов.Fig. 3 illustrates the architecture of diffractive optical elements.

Фиг. 4 проиллюстрировано представление поля зрения в двумерных координатах.Fig. 4 illustrates a representation of the field of view in two-dimensional coordinates.

Фиг. 5 иллюстрирует явление дифракции в пространстве волновых векторов на примере трех дифракционных элементов. Fig. 5 illustrates the phenomenon of diffraction in wave vector space using three diffractive elements as an example.

Фиг. 6 схематически иллюстрирует систему дисплея дополненной реальности.Fig. 6 schematically illustrates an augmented reality display system.

Фиг. 7a иллюстрирует расположение наборов дифракционных оптических элементов, каждый из которых отвечает за свою часть поля зрения по вертикали.Fig. 7a illustrates the arrangement of sets of diffractive optical elements, each of which is responsible for its own part of the vertical field of view.

Фиг. 7b иллюстрирует векторные диаграммы наборов дифракционных элементов.Fig. 7b illustrates vector diagrams of diffractive element sets.

Фиг. 8 схематично иллюстрирует предлагаемую архитектуру дифракционных элементов и выполнение вводного-размножающего дифракционного элемента X из трех дифракционных оптических элементов.Fig. 8 schematically illustrates the proposed architecture of the diffractive elements and the implementation of the input-reproducing diffractive element X of three diffractive optical elements.

Фиг. 9 иллюстрирует использование системы из двух волноводов. Fig. 9 illustrates the use of a two waveguide system.

Фиг. 10 иллюстрирует использование системы из трех волноводов.Fig. 10 illustrates the use of a three waveguide system.

Фиг. 11 приведены графики, показывающие размеры поля зрения системы из двух волноводов с показателем преломления 1.7 (а) и системы из трех волноводов с показателем преломления 1.5 (б). Fig. Figure 11 shows graphs showing the dimensions of the field of view of a system of two waveguides with a refractive index of 1.7 (a) and a system of three waveguides with a refractive index of 1.5 (b).

Фиг. 12 иллюстрирует расположение архитектур дифракционных элементов на противоположных сторонах одного волновода.Fig. 12 illustrates the arrangement of diffractive element architectures on opposite sides of a single waveguide.

Фиг. 13 иллюстрирует волноводную архитектуру, состоящую из набора 1 и набора 2 дифракционных элементов.Fig. 13 illustrates a waveguide architecture consisting of set 1 and set 2 of diffractive elements.

Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention

Предлагается устройство дополненной реальности с широким полем зрения и очки дополненной реальности, выполненные на основе предлагаемого устройства.An augmented reality device with a wide field of view and augmented reality glasses based on the proposed device are proposed.

Предлагаемое изобретение позволяет получить поле зрения более 800 по диагонали, решает проблему двойной дифракции на вводном дифракционном элементе, а также предлагаемое изобретение позволяет получить высококачественное изображение, благодаря отсутствию двойной дифракции на вводном дифракционном элементе.The present invention makes it possible to obtain a field of view of more than 80 0 diagonally, solves the problem of double diffraction on the introductory diffractive element, and the invention also makes it possible to obtain a high-quality image due to the absence of double diffraction on the introductory diffractive element.

Поле зрения оптической системы (угловое поле) - это конус лучей, вышедших из оптической системы, формирующих изображения. Центр поля зрения соответствует центру изображения, а край поля зрения соответствует краю максимально возможного размера изображения. The field of view of the optical system (angular field) is the cone of rays that emerge from the optical system and form images. The center of the field of view corresponds to the center of the image, and the edge of the field of view corresponds to the edge of the maximum possible image size.

Предлагаемые очки дополненной реальности содержат проекционную систему, предлагаемую систему волноводов с предлагаемой архитектурой (структурой) на основе дифракционных оптических элементов.The proposed augmented reality glasses contain a projection system, the proposed waveguide system with the proposed architecture (structure) based on diffractive optical elements.

Для того, чтобы устройство, основанное на дифракционных элементах (голографических (HOE) или дифракционных (DOE)) работало и выводило изображение в человеческий глаз, передаваемая от проектора картина должна провзаимодействовать поочередно, как минимум с тремя линейными дифракционными решетками, а именно с вводной дифракционной решеткой, размножающей дифракционной решеткой и выводной дифракционной решеткой. Необходимо отметить, что размножающий элемент необходим, чтобы каждая угловая компонента излучения, формирующего изображение, распространялась внутри волновода не только вдоль оси, соответствующей направлению вектора вводной дифракционной решетки, но и вдоль перпендикулярного направления. Таким образом, при выводе излучения на выводной дифракционной решетке, излучение будет выводиться из области с большой площадью, обеспечивая, тем самым, широкую область, внутри которой глаз может видеть все изображение полностью, без потерь.In order for a device based on diffractive elements (holographic (HOE) or diffractive (DOE)) to work and display an image in the human eye, the picture transmitted from the projector must interact in turn with at least three linear diffraction gratings, namely with the input diffraction grating grating, multiplying diffraction grating and output diffraction grating. It should be noted that the multiplying element is necessary so that each angular component of the radiation that forms the image propagates inside the waveguide not only along the axis corresponding to the direction of the input diffraction grating vector, but also along the perpendicular direction. Thus, when radiation is extracted on the output grating, the radiation will be extracted from a large area area, thereby providing a wide area within which the eye can see the entire image without loss.

Вектор дифракционной решетки - волновой вектор дифракционной решетки, направленный перпендикулярно штрихам решетки и расположенный в одной плоскости с ее рабочей поверхностью. Вектор дифракционного оптического элемента перпендикулярен плоскости оптического дифракционного элемента, то есть перпендикулярно штрихам дифракционной решетки. Вектор дифракционной решетки определяется длиной и ориентацией в пространстве. Длина вектора равна

Figure 00000001
, где
Figure 00000002
- это период дифракционной решетки. Если рассматривать дифракционные оптические решетки в виде векторов этих решеток, то, для получения неискаженного изображения, вектора трех дифракционных решеток (вводной, выводной, размножающей) должны образовать между собой закрытую двумерную фигуру, как показано на фиг. 2а, то есть сумма всех векторов должна быть равна нулю. Если сумма векторов не будет равна нулю, то изображение будет передано с искажениями. Если три вектора не будут образовывать двумерную фигуру, то вводное широкое поле зрения 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. Так как изначально принимается, что размеры передаваемого изображения совпадают с полем зрения волновода, то поле зрения совпадает с полем изображения.Diffraction grating vector - the wave vector of a diffraction grating directed perpendicular to the grating strokes and located in the same plane with its working surface. The vector of the diffractive optical element is perpendicular to the plane of the optical diffractive element, that is, perpendicular to the grooves of the diffraction grating. The diffraction grating vector is determined by the length and orientation in space. The length of the vector is
Figure 00000001
, where
Figure 00000002
is the period of the diffraction grating. If we consider diffraction optical gratings in the form of vectors of these gratings, then, in order to obtain an undistorted image, the vectors of three diffraction gratings (input, output, multiplying) must form a closed two-dimensional figure between them, as shown in Fig. 2a, that is, the sum of all vectors must be equal to zero. If the sum of the vectors is not equal to zero, then the image will be transmitted with distortions. If the three vectors do not form a two-dimensional figure, then the input wide field of view at the output turns into a narrow image, which is not quite comfortable to view, because if the pupil of the eye looks forward, only the central field of the image is clearly visible, while parts of the image located at the edges , represent a dark area, and if the pupil of the eye shifts in the vertical direction, then, on the contrary, the central part will appear as a dark area. That is, in known classical systems, the user can only see a narrow strip of the image. Since it is initially assumed that the dimensions of the transmitted image coincide with the field of view of the waveguide, the field of view coincides with the image field.

Согласно предлагаемому изобретению на одном волноводе располагается пять дифракционных оптических элементов, составляющих четыре набора дифракционных оптических элементов. According to the invention, five diffractive optical elements are located on one waveguide, constituting four sets of diffractive optical elements.

На фиг. 2а показана векторная диаграмма одного набора дифракционных решеток, состоящего из вводной дифракционной решетки, размножающей дифракционной решетки и выводной дифракционной решетки.In FIG. 2a shows a vector diagram of one set of diffraction gratings, consisting of an input diffraction grating, a replicating diffraction grating, and an output diffraction grating.

На фиг. 2b показана форма дифракционных оптических элементов, используемых для создания архитектуры дифракционных оптических элементов для устройства дополненной реальности, а также расположение их штрихов. Показанная форма является примером формы дифракционных оптических решеток, и может изменяться в зависимости от задания параметров системы: поля зрения, области вывода изображения, показателя преломления системы, и так далее. Показанная на фиг. 2b форма решеток является эмпирически обнаруженной формой решеток, близкой к оптимальной, исходя из конкретных параметров системы. Элемент DOE1 представляет собой первый вводной-размножающий дифракционный оптический элемент, элемент DOE2 представляет собой второй вводной-размножающий дифракционный оптический элемент, эти элементы могут выполнять функцию как ввода излучения, так и размножения излучения, причем элемент DOE1 и элемент DOE2 образуют вводной-размножающий дифракционный элемент X.In FIG. 2b shows the shape of the diffractive optical elements used to create the architecture of the diffractive optical elements for an augmented reality device, as well as the arrangement of their strokes. The shape shown is an example of the shape of diffractive optical gratings, and may vary depending on the setting of system parameters: field of view, image output area, refractive index of the system, and so on. Shown in FIG. 2b, the shape of the gratings is an empirically found shape of the gratings, close to optimal, based on the specific parameters of the system. The DOE1 element is the first input-reproducing diffractive optical element, the DOE2 element is the second input-reproducing diffractive optical element, these elements can perform the function of both radiation input and radiation multiplication, and the DOE1 element and the DOE2 element form an input-reproducing diffractive element x.

Элемент DOE3 представляет собой вводной-выводной дифракционный оптический элемент, этот элемент может выполнять функцию как ввода излучения, так и вывода излучения, причем элемент DOE3 образуют вводной-выводной дифракционный элемент Y.The DOE3 element is a input-output diffractive optical element, this element can perform the function of both input and output of radiation, and the DOE3 element forms the input-output diffractive element Y.

Элемент DOE4 представляет собой первый размножающий-выводной дифракционный оптический элемент, элемент DOE5 представляет собой второй размножающий-выводной дифракционный оптический элемент, эти элементы могут выполнять функцию как размножения излучения, так и вывода излучения, причем элемент DOE4 и элемент DOE5 образуют размножающий-выводной дифракционный элемент Z.The DOE4 element is the first multiplication-output diffractive optical element, the DOE5 element is the second multiplication-output diffractive optical element, these elements can perform the function of both radiation multiplication and radiation output, and the DOE4 element and the DOE5 element form a multiplying-output diffractive element Z.

То есть каждый дифракционный оптический элемент может выполнять две функции, благодаря чему уменьшается количество дифракционных оптических элементов, но сохраняется количество наборов дифракционных оптических элементов, то есть уменьшается стоимость изготовления прибора, и увеличивается качество изображения из-за уменьшения количества дифракционных оптических элементов, а именно увеличивается яркость изображения, устраняются паразитные изображения. Предлагаемая в настоящем изобретении архитектура волновода позволяет добиться увеличения ширины поля зрения.That is, each diffractive optical element can perform two functions, thereby reducing the number of diffractive optical elements, but maintaining the number of sets of diffractive optical elements, that is, reducing the cost of manufacturing the device, and increasing image quality due to a decrease in the number of diffractive optical elements, namely, increasing image brightness, spurious images are eliminated. The waveguide architecture of the present invention makes it possible to achieve an increase in the width of the field of view.

Рассмотрим наборы дифракционных элементов, каждый из которых, согласно предлагаемому изобретению, работает для вывода отдельной части изображения (поля зрения) при работе предлагаемого волновода с архитектурой дифракционных оптических элементов для устройства дополненной реальности. Consider sets of diffractive elements, each of which, according to the invention, works to display a separate part of the image (field of view) when the proposed waveguide with the architecture of diffractive optical elements for an augmented reality device works.

Набор 1 дифракционных элементов состоит из (по ходу излучения)Set 1 of diffractive elements consists of (in the direction of radiation)

первого вводного-размножающего дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию ввода излучения, the first input-reproducing diffractive optical element that performs the function of input radiation,

второго вводного-размножающего дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию размножения излучения, the second input-reproducing diffractive optical element that performs the function of radiation multiplication,

вводного-выводного дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию вывода излучения;input-output diffractive optical element that performs the function of radiation output;

Набор 2 дифракционных элементов состоит из (по ходу излучения)A set of 2 diffractive elements consists of (in the direction of radiation)

второго вводного-размножающего дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию ввода излучения, the second input-reproducing diffractive optical element that performs the function of input radiation,

первого вводного-размножающего дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию размножения излучения, the first input-reproducing diffractive optical element that performs the function of radiation multiplication,

вводного-выводного дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию вывода излучения;input-output diffractive optical element that performs the function of radiation output;

Набор 3 дифракционных элементов состоит из (по ходу излучения)A set of 3 diffractive elements consists of (in the direction of radiation)

вводного-выводного дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию ввода излучения, первого размножающего-выводного дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию размножения излучения, второго размножающего-выводного дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию вывода излучения;an input-output diffractive optical element that performs the function of inputting radiation, the first multiplying-output diffractive optical element that performs the function of multiplying radiation, the second multiplying-output diffractive optical element that performs the function of outputting radiation;

Набор 4 дифракционных элементов состоит из (по ходу излучения)A set of 4 diffractive elements consists of (in the direction of radiation)

вводного-выводного дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию ввода излучения, второго размножающего-выводного дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию размножения излучения, первого размножающего-выводного дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию вывода излучения.an input-output diffractive optical element that performs the function of inputting radiation, a second multiplying-output diffractive optical element that performs the function of multiplying radiation, the first multiplying-output diffractive optical element that performs the function of outputting radiation.

Для устранения двойной дифракции область, в которой излучение вводится в волновод, состоит из трех дифракционных оптических элементов - первого вводного-размножающего дифракционного оптического элемента, второго вводного-размножающего дифракционного оптического элемента, вводного-выводного дифракционного оптического элемента. Причем сумма векторов первого и второго дифракционных оптических элементов равна вектору третьего дифракционного оптического элемента, только в этом случае возможно избежать появления паразитных изображений. В этом случае эффект двойной дифракции излучения на первом и втором дифракционных оптических элементах будет эквивалентен эффекту дифракции на третьем дифракционном оптическом элементе, то есть излучение, продифрагировавшее на первом дифракционном оптическом элементе, и затем сразу на втором дифракционном оптическом элементе (либо наоборот) будет распространяться в волноводе под тем же направлением, как если бы оно продифрагировало на третьем дифракционном оптическом элементе. To eliminate double diffraction, the region in which radiation is introduced into the waveguide consists of three diffractive optical elements - the first input-reproducing diffractive optical element, the second input-reproducing diffractive optical element, input-output diffractive optical element. Moreover, the sum of the vectors of the first and second diffractive optical elements is equal to the vector of the third diffractive optical element, only in this case it is possible to avoid the appearance of spurious images. In this case, the effect of double diffraction of radiation on the first and second diffractive optical elements will be equivalent to the effect of diffraction on the third diffractive optical element, that is, the radiation diffracted on the first diffractive optical element, and then immediately on the second diffractive optical element (or vice versa) will propagate in waveguide in the same direction as if it were diffracted by the third diffractive optical element.

Фиг. 2с схематично иллюстрирует предлагаемую архитектуру дифракционных оптических элементов с наложенными на нее векторами дифракционных оптических элементов, предназначенных для ввода. Как показано на фиг. 2с, VDOE1 - вектор первого вводного-размножающего дифракционного оптического элемента, VDOE2 - вектор второго вводного-размножающего дифракционного оптического элемента, VDOE3 вектор вводного-выводного дифракционного оптического элемента. Видно, что сумма векторов VDOE1 и VDOE2 равна вектору VDOE3. Fig. 2c schematically illustrates the proposed diffractive optical element architecture with vectors of diffractive optical elements to be input superimposed on it. As shown in FIG. 2c, VDOE1 is the vector of the first input-reproducing diffractive optical element, VDOE2 is the vector of the second input-reproducing diffractive optical element, VDOE3 is the input-output diffractive optical element vector. It can be seen that the sum of the vectors VDOE1 and VDOE2 is equal to the vector VDOE3.

Фиг. 2d иллюстрирует волновод с предлагаемой архитектурой и более подробную иллюстрацию выводной зоны волновода, состоящей из трех дифракционных оптических элементов (DOE3, DOE4, DOE5), где каждый дифракционный элемент имеет свой период (расстояние между соседними штрихами) и ориентацию, и может быть однозначно описан вектором дифракционной решетки. Показан вектор

Figure 00000003
, соответствующий вводному-выводному дифракционному оптическому элементу DOE3. Вектор вводного-выводного дифракционного оптического элемента DOE3 ориентирован перпендикулярно штрихам вводного-выводного дифракционного оптического элемента DOE3. Вектор каждого дифракционного оптического элемента будет ориентированы перпендикулярно штрихам этого дифракционного оптического элемента.Fig. 2d illustrates a waveguide with the proposed architecture and a more detailed illustration of a waveguide lead-out zone consisting of three diffractive optical elements (DOE3, DOE4, DOE5), where each diffractive element has its own period (distance between adjacent strokes) and orientation, and can be uniquely described by a vector diffraction grating. Vector shown
Figure 00000003
, corresponding to the input-output diffractive optical element DOE3. The vector of the input-output diffractive optical element DOE3 is oriented perpendicular to the strokes of the input-output diffractive optical element DOE3. The vector of each diffractive optical element will be oriented perpendicular to the strokes of this diffractive optical element.

Как изображено на фиг. 3, архитектура дифракционных оптических элементов состоит из:As shown in FIG. 3, the architecture of diffractive optical elements consists of:

- Вводного-размножающего дифракционного элемента X, выполненного с возможностью ввода света изображения от проектора изображения в тело волновода с двух направлений и размножения света. Вводный-размножающий дифракционный элемент X, как было указано выше включает в себя первый и второй вводные-размножающие дифракционные оптические элементы DOE1 и DOE2 (см. фиг. 2b).- An input-reproducing diffractive element X, configured to input image light from the image projector into the body of the waveguide from two directions and multiply the light. The input-reproducing diffractive element X, as mentioned above, includes the first and second input-reproducing diffractive optical elements DOE1 and DOE2 (see Fig. 2b).

- Вводного-выводного дифракционного элемента Y, включающего в себя, как было указано выше, вводной-выводной дифракционный оптический элемент DOE3 (см. фиг. 2b), выполненного с возможностью ввода света изображения от проектора изображения в тело волновода в направлении, параллельном направлению света, размноженного вводным-размножающим дифракционным элементом X, и вывода света, который размножается на вводном-размножающем дифракционном элементе X, то есть вывода света, который размножается на вводном-размножающем дифракционном элементе X.- Input-output diffractive element Y, including, as mentioned above, the input-output diffractive optical element DOE3 (see Fig. 2b), configured to input image light from the image projector into the waveguide body in a direction parallel to the light direction , multiplied by the input-producing diffractive element X, and outputting the light that is multiplied by the input-producing diffractive element X, that is, outputting the light that is multiplied by the input-producing diffractive element X.

- Размножающего-выводного дифракционного элемента Z, выполненного с возможностью размножать излучение, которое вводится на вводном-выводном дифракционном элементе Y, в двух направлениях, и выводить свет в направлении глаза пользователя. Размножающий-выводной дифракционный элемент Z включает в себя первый размножающий-выводной дифракционный оптический элемент DOE4 и второй размножающий-выводной дифракционный оптический элемент DOE5 (см. фиг. 2b).- A breeding-output diffractive element Z, configured to multiply the radiation that is inputted at the input-output diffractive element Y in two directions, and output light in the direction of the user's eye. The breeder-outlet diffractive element Z includes a first breeder-outlet diffractive optical element DOE4 and a second breeder-output diffractive optical element DOE5 (see Fig. 2b).

Необходимо заметить, что первый вводной-размножающий дифракционный оптический элемент, второй вводной-размножающий дифракционный оптический элемент, вводной-выводной дифракционный оптический элемент, первый размножающий-выводной дифракционный оптический элемент и второй размножающий-выводной дифракционный оптический элемент являются линейными дифракционными оптическими элементами, то есть однозначно описывающимся одним параметром - вектором дифракционной решетки. It should be noted that the first input-reproducing diffractive optical element, the second input-reproducing diffractive optical element, the input-output diffractive optical element, the first multiplying-output diffractive optical element and the second multiplying-output diffractive optical element are linear diffractive optical elements, that is uniquely described by one parameter - the vector of the diffraction grating.

Волновод проектируется посредством параметров дифракционных элементов, а именно посредством ориентации в пространстве дифракционных элементов и пространственного периода дифракционных элементов, которые описываются вектором дифракционного оптического элемента. Поле зрения оптической системы характеризуется спектральными характеристиками и угловыми характеристиками, то есть угловыми размерами по горизонтали и вертикали. На фиг. 4 показано по оси абсцисс - горизонтальное поле зрения (FOV), по оси ординат - вертикальное поле зрения (FOV). Вертикальные размеры поля зрения составляют 2δ, то есть от - δ до +δ и горизонтальные размеры поля зрения составляют 2θ, то есть от -θ to +θ. У источника излучения (проектора) есть три главных длины волны

Figure 00000004
для красного цвета,
Figure 00000005
для зеленого цвета,
Figure 00000006
для синего цвета. То есть необходимые параметры дифракционных элементов можно аналитически рассчитать.The waveguide is designed by the parameters of the diffractive elements, namely by the spatial orientation of the diffractive elements and the spatial period of the diffractive elements, which are described by the vector of the diffractive optical element. The field of view of an optical system is characterized by spectral characteristics and angular characteristics, that is, the angular dimensions horizontally and vertically. In FIG. 4 shows the horizontal field of view (FOV) on the abscissa and the vertical field of view (FOV) on the ordinate. The vertical dimensions of the field of view are 2δ, that is, from -δ to +δ, and the horizontal dimensions of the field of view are 2θ, that is, from -θ to +θ. The radiation source (projector) has three main wavelengths
Figure 00000004
for red,
Figure 00000005
for green,
Figure 00000006
for blue. That is, the necessary parameters of the diffractive elements can be analytically calculated.

Поле зрения оптической системы представляет собой конус лучей с разными углами и длинами волн. Рассмотрим каждый луч как компонент поля зрения и опишем его в терминах его волновых векторов. Волновой вектор электромагнитной волны

Figure 00000007
, определяется тремя координатами
Figure 00000008
, ζx и ζy, где
Figure 00000008
- длина электромагнитной волны, ζx - угловая координата электромагнитной волны в направлении x, ζy - угловая координата электромагнитной волны в направлении y. Можно найти x, y, z компоненты волнового вектора, то есть компоненты волнового вектора по осям пространственного базиса x, y, z, который может быть выбран произвольно, но в случае расчета волноводных структур обычно оси x, y выбираются по длинным граням волновода, ось z выбирается по короткой грани волновода. Определение компонент волнового вектора в базисе волновода дает возможность перехода из более понятных для пользователя угловых характеристик в характеристики волновых векторов, которые гораздо проще использовать для расчета архитектуры волноводов по следующим формулам:The field of view of the optical system is a cone of rays with different angles and wavelengths. Consider each ray as a component of the field of view and describe it in terms of its wave vectors. Wave vector of an electromagnetic wave
Figure 00000007
, is determined by three coordinates
Figure 00000008
, ζ x and ζ y , where
Figure 00000008
is the length of the electromagnetic wave, ζ x is the angular coordinate of the electromagnetic wave in the x direction, ζ y is the angular coordinate of the electromagnetic wave in the y direction. You can find the x, y, z components of the wave vector, that is, the components of the wave vector along the axes of the spatial basis x, y, z, which can be chosen arbitrarily, but in the case of calculating waveguide structures, the x, y axes are usually chosen along the long edges of the waveguide, the axis z is chosen along the short side of the waveguide. Defining the wave vector components in the waveguide basis makes it possible to move from more user-friendly angular characteristics to wave vector characteristics that are much easier to use for waveguide architecture calculations using the following formulas:

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

n - показатель преломления среды, в которой распространяется излучение.n is the refractive index of the medium in which the radiation propagates.

Дифракция описывается законом сохранения импульса Diffraction is described by the momentum conservation law

Figure 00000011
Figure 00000011

Где

Figure 00000012
волновой вектор падающей волны,
Figure 00000013
волновой вектор дифрагированной волны,
Figure 00000014
вектор дифракционной решетки.Where
Figure 00000012
wave vector of the incident wave,
Figure 00000013
wave vector of the diffracted wave,
Figure 00000014
grating vector.

Figure 00000015
Figure 00000015

Формулы (5) и (6) являются разложением формулы (4) на компоненты x и y. Индекс i обозначает падающую волну (от английского incidence), индекс d обозначает дифрагированную волну (от английского diffraction).Formulas (5) and (6) are the decomposition of formula (4) into components x and y. Index i denotes an incident wave (from English incidence), index d denotes a diffracted wave (from English diffraction).

Кроме того, необходимо соблюдать закон сохранения импульса:In addition, it is necessary to observe the law of conservation of momentum:

Figure 00000016
(7)
Figure 00000016
(7)

Формула (7) накладывает ограничения на возможные x- y- компоненты дифрагированной волны, принимая во внимание закон сохранения импульса: длина x- y- проекции вектора дифрагированной волны (левая часть формулы) обязана быть меньше или равна длине вектора дифрагированной волны (правая часть формулы). Если формула (7) не соблюдается, то дифракция невозможна и волновой вектор не изменяется. Кроме того, в волноводе волновой вектор должен также подчиняться условию ПВО (полное внутреннее отражение):Formula (7) imposes restrictions on the possible x-y-components of a diffracted wave, taking into account the momentum conservation law: the length of the x-y-projection of the diffracted wave vector (the left side of the formula) must be less than or equal to the length of the diffracted wave vector (the right side of the formula ). If formula (7) is not observed, then diffraction is impossible and the wave vector does not change. In addition, the wave vector in the waveguide must also obey the TIR condition (total internal reflection):

Figure 00000017
Figure 00000017

Формула (8) накладывает ограничение на возможные векторы дифрагированной волны, которые могут распространяться внутри волновода под условием ПВО: для того, чтобы дифрагированная волна распространялась внутри волновода под условием ПВО, длина x- y- проекции вектора дифрагированной волны (левая часть формулы) должна быть больше длины вектора волны, распространяющейся под критическим углом ПВО (правая часть формулы).Formula (8) imposes a restriction on the possible diffracted wave vectors that can propagate inside the waveguide under the TIR condition: in order for the diffracted wave to propagate inside the waveguide under the TIR condition, the x-y-projection length of the diffracted wave vector (the left side of the formula) must be greater than the vector length of the wave propagating at the critical angle of the TER (the right side of the formula).

Объединяя формулы (7) и (8), получаем численное условие на определение возможности распространения дифрагированной волны внутри волновода при условии ПВО:Combining formulas (7) and (8), we obtain a numerical condition for determining the possibility of propagation of a diffracted wave inside the waveguide under the condition of TIR:

Figure 00000018
Figure 00000018

На фиг. 5 показаны три примера результата дифракции исходной волны

Figure 00000019
на трех дифракционных решетках
Figure 00000020
,
Figure 00000021
,
Figure 00000022
, в пространстве волновых векторов на диаграмме Эвальда, по осям отложены x- y- компоненты волновых векторов, вектора дифракционных решеток отличаются друг от друга как по длине, так и направлению. Они взяты для примера иллюстрации трех случаев дифракции, только один из которых будет удовлетворять условию (9). Внутренняя окружность соответствует критическому углу ПВО, внешняя окружность соответствует углу 90 град. внутри волновода. В случае дифракции на решетке
Figure 00000020
, длина x- y- проекции вектора дифрагированной волны будет больше длины вектора дифрагированной волны, что противоречит формуле (7), а значит не будет существовать такого волнового вектора (дифракции не будет). В случае дифракции на решетке
Figure 00000021
длина x- y- проекции вектора дифрагированной волны меньше длины вектора волны, распространяющейся под критическим углом ПВО, что противоречит формуле (8), а значит дифрагированная волна не будет распространяться внутри волновода под условием ПВО. Только в случае дифракции на решетке
Figure 00000022
дифрагированная волна
Figure 00000023
будет удовлетворять формуле (9), а значит будет распространяться внутри волновода под условием ПВО. In FIG. 5 shows three examples of the result of the diffraction of the original wave
Figure 00000019
on three diffraction gratings
Figure 00000020
,
Figure 00000021
,
Figure 00000022
, in the space of wave vectors on the Ewald diagram, the x-y-components of the wave vectors are plotted along the axes, the vectors of the diffraction gratings differ from each other both in length and direction. They are taken as an example to illustrate three diffraction cases, only one of which will satisfy condition (9). The inner circle corresponds to the critical angle of the air defense, the outer circle corresponds to the angle of 90 degrees. inside the waveguide. In the case of grating diffraction
Figure 00000020
, the length of the x-y-projection of the diffracted wave vector will be greater than the length of the diffracted wave vector, which contradicts formula (7), which means that such a wave vector will not exist (there will be no diffraction). In the case of grating diffraction
Figure 00000021
the length of the x-y-projection of the diffracted wave vector is less than the length of the wave vector propagating at the critical TIR angle, which contradicts formula (8), which means that the diffracted wave will not propagate inside the waveguide under the TIR condition. Only in the case of grating diffraction
Figure 00000022
diffracted wave
Figure 00000023
will satisfy formula (9), which means it will propagate inside the waveguide under the TIR condition.

Основными исходными предпосылками, которые необходимо учитывать для расчета параметров всех решеток предлагаемой архитектуры, являются: The main initial prerequisites that must be taken into account for calculating the parameters of all lattices of the proposed architecture are:

1. Закон сохранения импульса в векторной форме для расчета дифракции (формула 4).1. Law of conservation of momentum in vector form for calculating diffraction (formula 4).

2. Вектора всех наборов дифракционных решеток должны формировать замкнутую двумерную фигуру, а значит сумма векторов в каждом наборе должна быть равна нулю. В противном случае вектор волны, вышедшей из волновода в глаз пользователя, будет отличаться от вектора падающей на вводной элемент волны на добавку, равную сумме векторов. Поскольку длина волнового вектора зависит от длины волны излучения, одинаковая добавка к волновому вектору будет давать разную добавку к углу распространения излучения в зависимости от длины волны, что приведет к хроматическим аберрациям.2. The vectors of all sets of diffraction gratings must form a closed two-dimensional figure, which means that the sum of the vectors in each set must be equal to zero. Otherwise, the vector of the wave that emerged from the waveguide into the user's eye will differ from the vector of the wave incident on the input element by an addition equal to the sum of the vectors. Since the wavelength of the wave vector depends on the wavelength of the radiation, the same addition to the wave vector will give a different addition to the angle of propagation of the radiation depending on the wavelength, which will lead to chromatic aberrations.

3. Ограничение на вектора дифрагированной волны, которые могут распространяться в волноводе под условием ПВО (формула 9).3. Restriction on the diffracted wave vectors that can propagate in the waveguide under the TIR condition (formula 9).

4. Геометрические особенности архитектуры, основанные на распространении излучения внутри волновода - этот пункт определяет форму и расположение дифракционных решеток. 4. Geometric features of the architecture, based on the propagation of radiation inside the waveguide - this item determines the shape and location of the diffraction gratings.

5. Условие невозможности двойной дифракции на решетках, находящихся в одной и той же области волновода в случае, если эти решетки принадлежат различным наборам.5. Condition for the impossibility of double diffraction by gratings located in the same region of the waveguide if these gratings belong to different sets.

Учитывая данные предпосылки, можно однозначно рассчитать параметры всех дифракционных решеток предлагаемой архитектуры, исходя из начальных параметров (размеры волновода, показатель преломления волновода), а также из технических требований (поле зрения, размер области вывода изображения без потерь).Given these prerequisites, it is possible to unambiguously calculate the parameters of all diffraction gratings of the proposed architecture, based on the initial parameters (waveguide dimensions, waveguide refractive index), as well as from technical requirements (field of view, size of the lossless image output area).

На фиг. 6 схематически проиллюстрирована система дисплея дополненной реальности. Предлагаемая система состоит по меньшей мере из одного волновода 1, включающего в себя архитектуру дифракционных оптических элементов, описанную выше, проектора 2, генерирующего изображение. In FIG. 6 schematically illustrates an augmented reality display system. The proposed system consists of at least one waveguide 1, including the architecture of diffractive optical elements, described above, the projector 2 that generates the image.

Изображение, генерируемое проектором 2, попадает на архитектуру дифракционных элементов посредством вводного-размножающего дифракционного элемента X и вводного-выводного дифракционного элемента Y, распространяется по архитектуре дифракционных элементов в волноводе, проходя через дифракционные оптические элементы, одной из функций которых является размножение излучения, и выходит из дифракционных оптических элементов, одной из функций которых является вывод излучения, и попадает в глаз пользователя. The image generated by the projector 2 enters the architecture of diffractive elements through the input-multiplier diffractive element X and the input-output diffractive element Y, propagates through the architecture of diffractive elements in the waveguide, passing through diffractive optical elements, one of the functions of which is radiation multiplication, and exits from diffractive optical elements, one of the functions of which is the output of radiation, and enters the user's eye.

Принцип действия дифракционных оптических элементов, работающих на размножение, как известно, заключается в следующем. Луч, распространяющийся внутри волновода, падает на размножающий дифракционный элемент и часть излучения этого луча дифрагирует на размножающем дифракционном элементе, образуя порядки дифракции, в данном случае рассматривается «+1» порядок дифракции. Луч, прошедший без дифракции, продолжает распространяться по своему первоначальному пути, и после переотражения от плоскостей волновода снова падает на размножающий дифракционный элемент, и часть излучения этого луча снова дифрагирует на размножающей решетке, образуя «+1» порядок дифракции. Затем ситуация повторяется множество раз. Дифрагированный в первый раз и дифрагированный во второй раз лучи параллельны друг другу, но распространяются на фиксированном друг от друга расстоянии. Таким образом из одного луча получается множество параллельных лучей, то есть происходит размножение. The principle of operation of diffractive optical elements working for reproduction, as is known, is as follows. A beam propagating inside the waveguide falls on a multiplying diffractive element and part of the radiation of this beam is diffracted on a multiplying diffraction element, forming diffraction orders, in this case, "+1" diffraction order is considered. The beam that passed without diffraction continues to propagate along its original path, and after re-reflecting from the planes of the waveguide, it again falls on the multiplying diffractive element, and part of the radiation of this beam diffracts again on the multiplying grating, forming a "+1" order of diffraction. Then the situation is repeated many times. The beams diffracted for the first time and the beams diffracted for the second time are parallel to each other, but propagate at a fixed distance from each other. Thus, from one beam, many parallel beams are obtained, that is, reproduction occurs.

Рассмотрим наборы дифракционных элементов, которые, согласно предлагаемому изобретению, работают для вывода отдельных частей изображения (поля зрения) при работе предлагаемой волноводной архитектуры.Consider sets of diffractive elements, which, according to the proposed invention, operate to display individual parts of the image (field of view) when the proposed waveguide architecture.

Как схематично показано на фиг. 7а каждая часть поля зрения формируется своим набором дифракционных оптических элементов, другими словами определенный набор дифракционных элементов отвечает за вывод определенной части поля зрения. В частности, набор 1 отвечает за центральную нижнюю составляющую часть поля зрения, набор 2 отвечает за центральную верхнюю часть поля зрения, набор 3 отвечает за нижнюю составляющую часть поля зрения, набор 4 отвечает за верхнюю часть поля зрения соответственно. As shown schematically in FIG. 7a, each part of the field of view is formed by its own set of diffractive optical elements, in other words, a certain set of diffractive elements is responsible for the output of a certain part of the field of view. In particular, set 1 is responsible for the central lower component of the visual field, set 2 is responsible for the central upper part of the visual field, set 3 is responsible for the lower component of the visual field, set 4 is responsible for the upper part of the visual field, respectively.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device works as follows.

Излучение от проектора падает на волновод в зону ввода излучения, на которой дифрагирует на дифракционных элементах: первом вводном-размножающем (DOE1), втором вводном-размножающем (DOE2) и вводном-выводном дифракционном оптическом элементе DOE3, а также разделяется под разными углами на красную, зеленую и синюю составляющие.The radiation from the projector falls on the waveguide into the radiation input zone, on which it diffracts on diffractive elements: the first input-multiplier (DOE1), the second input-multiplier (DOE2), and the input-output diffractive optical element DOE3, and is also divided at different angles into red , green and blue components.

Набор 1, состоящий из элементов DOE1, DOE2 и DOE3 работает следующим образом.Set 1, consisting of the elements DOE1, DOE2 and DOE3, works as follows.

Синяя центральная нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE1, затем размножается при помощи элемента DOE2 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The blue center lower component is injected into the waveguide using the DOE1 element, then multiplied using the DOE2 element and output to the user's eye using the DOE3 element.

Зеленая центральная нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE1, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE2 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The green central lower component is introduced into the waveguide using the DOE1 element, which diffracts that part of it that propagates in the air at an angle different from the angle of incidence of the blue component, then multiplies using the DOE2 element and is output to the user's eye using the DOE3 element.

Красная центральная нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE1, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE2 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The red central lower component is introduced into the waveguide using the DOE1 element, which diffracts that part of it that propagates in the air at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component, then multiplies using the DOE2 element and is output to the user's eye using the element DOE3.

Набор 2, состоящий из элементов DOE2, DOE1 и DOE3, работает следующим образом.Set 2, consisting of the elements DOE2, DOE1 and DOE3, works as follows.

Синяя центральная верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE2, затем размножается при помощи элемента DOE1 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The blue center top component is injected into the waveguide using the DOE2 element, then multiplied using the DOE1 element, and output to the user's eye using the DOE3 element.

Зеленая центральная верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE2, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE1 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The green central upper component is introduced into the waveguide using the DOE2 element, which diffracts that part of it that propagates in air at an angle different from the angle of incidence of the blue component, then multiplies using the DOE1 element and is output to the user's eye using the DOE3 element.

Красная центральная верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE2, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE1 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The red central upper component is introduced into the waveguide using the DOE2 element, which diffracts that part of it that propagates in the air at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component, then multiplies using the DOE1 element and is output to the user's eye using the element DOE3.

Набор 3, состоящий из элементов DOE3, DOE4 и DOE5, работает следующим образом.Set 3, consisting of elements DOE3, DOE4 and DOE5, works as follows.

Синяя нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, затем размножается при помощи элемента DOE4 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE5.The blue lower component is injected into the waveguide using the DOE3 element, then multiplied using the DOE4 element and output to the user's eye using the DOE5 element.

Зеленая нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE4 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE5.The green lower component is introduced into the waveguide using the DOE3 element, which diffracts that part of it that propagates in the air at an angle different from the angle of incidence of the blue component, then multiplies using the DOE4 element and is output to the user's eye using the DOE5 element.

Красная нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE4 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE5.The red lower component is introduced into the waveguide using the DOE3 element, on which that part of it that propagates in air at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component is diffracted, then multiplied using the DOE4 element and output to the user's eye using the DOE5 element .

Набор 4, состоящий из элементов DOE3, DOE5 и DOE4, работает следующим образом.Set 4, consisting of elements DOE3, DOE5 and DOE4, works as follows.

Синяя верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, затем размножается при помощи элемента DOE5 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE4.The blue upper component is introduced into the waveguide using the DOE3 element, then multiplied using the DOE5 element and output to the user's eye using the DOE4 element.

Зеленая верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE5 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE4.The green upper component is introduced into the waveguide using the DOE3 element, which diffracts that part of it that propagates in air at an angle different from the angle of incidence of the blue component, then multiplies using the DOE5 element and is output to the user's eye using the DOE4 element.

Красная верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE5 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE4.The upper red component is introduced into the waveguide using the DOE3 element, which diffracts that part of it that propagates in the air at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component, then multiplies using the DOE5 element and output to the user's eye using the DOE4 element .

Векторные диаграммы наборов дифракционных элементов проиллюстрированы на фиг. 7b. Вектора каждого набора дифракционных оптических элементов должны быть выполнены в виде замкнутой двумерной фигуры, поэтому вектора четырех наборов располагаются в виде четырех треугольников. Поскольку архитектура обладает симметрией, наборы можно разделить попарно (в каждой паре наборов один треугольник направлен вверх, другой направлен вниз). Для того, чтобы пары наборов передавали разные части поля зрения по-вертикали, необходимо, чтобы длины векторов различных наборов, имеющих ненулевую вертикальную компоненту, отличались друг от друга, поэтому треугольники имеют различную высоту. Описанные выше положения являются общими для данной архитектуры, все остальные детали расположения векторов являются частными примерами.Vector diagrams of sets of diffractive elements are illustrated in FIG. 7b. The vectors of each set of diffractive optical elements must be made in the form of a closed two-dimensional figure, so the vectors of the four sets are arranged in the form of four triangles. Because the architecture is symmetrical, the sets can be split in pairs (each pair of sets has one triangle pointing up, the other pointing down). In order for pairs of sets to convey different parts of the vertical field of view, it is necessary that the lengths of the vectors of different sets with a non-zero vertical component differ from each other, so the triangles have different heights. The provisions described above are general for this architecture, all other details of the location of the vectors are particular examples.

Четыре набора дифракционных элементов используется на одном волноводе для увеличения ширины поля зрения при помощи частичного разделения разных наборов дифракционных элементов в прямом пространстве. Необходимо отметить, что в контексте данной заявки термины «прямое пространство» и «угловое пространство» определяют координатную сетку, в которой проводится анализ\вычисление. В прямом пространстве координатная сетка определена пространственными координатами (направления x, y, z). В угловом пространстве координатная сетка определена угловыми координатами (к примеру, Ax, Ay, Az). В предлагаемом изобретении учитывается не только направление распространения излучения (угловое пространство), но и те места внутри волновода, где это излучение распространяется (прямое пространство). Для предотвращения смешивания всех частей поля изображения необходимо, чтобы в каждой конкретной точке пространства внутри волновода одну точку на сетке угловых координат занимало не более одной части передаваемого изображения. Этого можно добиться посредством строгого запрета на использование в одной и той же точке на сетке угловых координат более одной части передаваемого изображения, такой подход широко применяется в уровне техники. В настоящем изобретении одну и ту же точку на сетке угловых координат может занимать более одной части передаваемого изображения, так как разные части передаваемого изображения занимают одну и ту же точку на сетке угловых координат в разных местах внутри волновода, то есть они разделены в прямом пространстве. Four sets of diffractive elements are used on a single waveguide to increase the width of the field of view by partially separating different sets of diffractive elements in direct space. It should be noted that in the context of this application, the terms "forward space" and "corner space" define the coordinate grid in which the analysis / calculation is carried out. In direct space, the coordinate grid is defined by spatial coordinates (directions x, y, z). In angular space, the coordinate grid is defined by angular coordinates (eg Ax, Ay, Az). The proposed invention takes into account not only the direction of radiation propagation (angular space), but also those places inside the waveguide where this radiation propagates (direct space). To prevent mixing of all parts of the image field, it is necessary that at each specific point in space inside the waveguide, one point on the grid of angular coordinates is occupied by no more than one part of the transmitted image. This can be achieved by strictly prohibiting the use of more than one part of the transmitted image at the same point on the grid of angular coordinates, this approach is widely used in the prior art. In the present invention, the same point on the angular coordinate grid can occupy more than one part of the transmitted image, since different parts of the transmitted image occupy the same point on the angular coordinate grid at different places inside the waveguide, that is, they are separated in direct space.

Такая конфигурация позволяет избежать появления паразитного изображения, возникающего в результате двойной дифракции на вводном элементе.This configuration avoids ghosting resulting from double diffraction at the lead-in element.

Фиг. 8 схематично иллюстрирует предлагаемую архитектуру дифракционных элементов и выполнение зоны ввода излучения из трех дифракционных оптических элементов. Как показано на фиг. 8 зона ввода излучения содержит первый вводной-размножающий дифракционный оптический элемент (DOE1), выполняющий функцию ввода излучения, второй вводной-размножающий дифракционный оптический элемент (DOE2), выполняющий функцию ввода излучения, вводной-выводной дифракционный оптический элемент (DOE3), выполняющий функцию ввода излучения. Излучение вводится в часть, в которой первый элемент, второй элемент и третий элемент наложены друг на друга. Штрихи дифракционных оптических элементов пересекаются, как показано на фиг.8. Сумма векторов DOE1 и DOE2 равна вектору третьего элемента. Благодаря этому, если излучение продифрагирует в DOE1, а затем продифрагирует в DOE2, то итоговое направление полученного излучения будет совпадать с направлением излучения, продифрагировавшего в DOE3, благодаря этому излучение, претерпевшее двойную дифракцию не будет создавать паразитное изображение, а напротив будет увеличивать яркость получаемого изображения.Fig. 8 schematically illustrates the proposed architecture of the diffractive elements and the implementation of the input zone of radiation from three diffractive optical elements. As shown in FIG. 8, the radiation input zone contains the first input-reproducing diffractive optical element (DOE1), which performs the function of input radiation, the second input-reproducing diffractive optical element (DOE2), which performs the function of input radiation, input-output diffractive optical element (DOE3), which performs the input function radiation. The radiation is introduced into the part in which the first element, the second element and the third element are superimposed on each other. The strokes of the diffractive optical elements intersect, as shown in Fig.8. The sum of the vectors DOE1 and DOE2 is equal to the vector of the third element. Due to this, if the radiation is diffracted in DOE1, and then diffracted in DOE2, then the final direction of the received radiation will coincide with the direction of the radiation diffracted in DOE3, due to this, the radiation that has undergone double diffraction will not create a spurious image, but, on the contrary, will increase the brightness of the resulting image .

Возможно использование системы из двух волноводов для увеличения ширины поля зрения, как показано на фиг. 9. Архитектуры дифракционных элементов каждого из волноводов такой системы повторяют друг друга, каждый из двух волноводов предназначен для отображения своей собственной спектрально-угловой части поля зрения. It is possible to use a system of two waveguides to increase the width of the field of view, as shown in Fig. 9. The architectures of the diffractive elements of each of the waveguides of such a system repeat each other, each of the two waveguides is designed to display its own spectral-angular part of the field of view.

Система из двух волноводов будет работать следующим образом. Излучение от проектора падает на волновод I в зоне ввода излучения, где дифрагирует на дифракционных элементах DOE1, DOE2 и DOE3, а также разделяется под разными углами на красную, зеленую и синюю составляющие. Через волновод I проводятся центральная внутренняя часть синего поля зрения, внутренняя часть зеленого поля зрения и крайняя внутренняя часть красного поля зрения. Необходимо пояснить, что разные части поля зрения с разбивкой по цветам проводятся из-за хроматической дисперсии любого дифракционного элемента. Порядок также справедлив для любого дифракционного элемента. Терминами «внутренняя часть поля зрения» и «внешняя часть поля зрения» обозначаются диапазоны углов, проводимых волноводом. Внутренней частью поля зрения является часть поля зрения с преимущественно отрицательными углами, а внешней частью поля зрения является часть поля зрения с преимущественно положительными углами.The system of two waveguides will work as follows. The radiation from the projector falls on waveguide I in the radiation input zone, where it diffracts on the diffractive elements DOE1, DOE2 and DOE3, and is also divided at different angles into red, green and blue components. The central inner part of the blue field of view, the inner part of the green field of view and the outermost part of the red field of view are passed through the waveguide I. It needs to be clarified that the different parts of the color-disaggregated field of view are drawn due to the chromatic dispersion of any diffractive element. The order is also valid for any diffractive element. The terms "inner field of view" and "outer field of view" refer to the ranges of angles traversed by the waveguide. The inner part of the field of view is the part of the field of view with predominantly negative angles, and the outer part of the field of view is the part of the field of view with predominantly positive angles.

Набор 1 волновода I, состоящий из элементов DOE1, DOE2 и DOE3, работает следующим образом.Set 1 waveguide I, consisting of elements DOE1, DOE2 and DOE3, works as follows.

Синяя центральная нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE1, затем размножается при помощи элемента DOE2 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The blue center lower component is injected into the waveguide using the DOE1 element, then multiplied using the DOE2 element and output to the user's eye using the DOE3 element.

Зеленая центральная нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE1, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE2 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The green central lower component is introduced into the waveguide using the DOE1 element, which diffracts that part of it that propagates in the air at an angle different from the angle of incidence of the blue component, then multiplies using the DOE2 element and is output to the user's eye using the DOE3 element.

Красная центральная нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE1, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE2 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The red central lower component is introduced into the waveguide using the DOE1 element, which diffracts that part of it that propagates in air at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component, then multiplies using the DOE2 element and is output to the user's eye using the element DOE3.

Набор 2 волновода I, состоящий из элементов DOE2, DOE1 и DOE3, работает следующим образом.Set 2 waveguide I, consisting of elements DOE2, DOE1 and DOE3, works as follows.

Синяя центральная верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE2, затем размножается при помощи элемента DOE1 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The blue center top component is injected into the waveguide using the DOE2 element, then multiplied using the DOE1 element, and output to the user's eye using the DOE3 element.

Зеленая центральная верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE2, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE1 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The green central upper component is introduced into the waveguide using the DOE2 element, which diffracts that part of it that propagates in the air at an angle different from the angle of incidence of the blue component, then multiplies using the DOE1 element and is output to the user's eye using the DOE3 element.

Красная центральная верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE2, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE1 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The red central upper component is introduced into the waveguide using the DOE2 element, which diffracts that part of it that propagates in the air at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component, then multiplies using the DOE1 element and is output to the user's eye using the element DOE3.

Набор 3 волновода I, состоящий из элементов DOE3, DOE4 и DOE5, работает следующим образом.Set 3 waveguide I, consisting of elements DOE3, DOE4 and DOE5, works as follows.

Синяя нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, затем размножается при помощи элемента DOE4 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE5.The blue lower component is injected into the waveguide using the DOE3 element, then multiplied using the DOE4 element and output to the user's eye using the DOE5 element.

Зеленая нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE4 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE5.The green lower component is introduced into the waveguide using the DOE3 element, which diffracts that part of it that propagates in the air at an angle different from the angle of incidence of the blue component, then multiplies using the DOE4 element and is output to the user's eye using the DOE5 element.

Красная нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE4 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE5.The red lower component is introduced into the waveguide using the DOE3 element, on which that part of it that propagates in air at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component is diffracted, then multiplied using the DOE4 element and output to the user's eye using the DOE5 element .

Набор 4 волновода I, состоящий из элементов DOE3, DOE5 и DOE4, работает следующим образом.Set 4 waveguide I, consisting of elements DOE3, DOE5 and DOE4, works as follows.

Синяя верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, затем размножается при помощи элемента DOE5 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE4.The blue upper component is introduced into the waveguide using the DOE3 element, then multiplied using the DOE5 element and output to the user's eye using the DOE4 element.

Зеленая верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE5 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE4.The green upper component is introduced into the waveguide using the DOE3 element, which diffracts that part of it that propagates in air at an angle different from the angle of incidence of the blue component, then multiplies using the DOE5 element and is output to the user's eye using the DOE4 element.

Красная верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE5 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE4.The upper red component is introduced into the waveguide using the DOE3 element, which diffracts that part of it that propagates in the air at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component, then multiplies using the DOE5 element and output to the user's eye using the DOE4 element .

Затем излучение от проектора падает на волновод II в зоне ввода излучения, на которой дифрагирует на дифракционных элементах DOE1, DOE2 и DOE3, а также разделяется под разными углами на красную, зеленую и синюю составляющие. Через волновод II проводятся внешняя часть синего поля зрения, центральная внешняя часть зеленого поля зрения и центральная внешняя часть красного поля зрения. Then the radiation from the projector falls on the waveguide II in the radiation input zone, on which it diffracts on the diffractive elements DOE1, DOE2 and DOE3, and is also divided at different angles into red, green and blue components. The outer part of the blue field of view, the central outer part of the green field of view and the central outer part of the red field of view are passed through waveguide II.

Набор 1 волновода II, состоящий из элементов DOE1, DOE2 и DOE3, работает следующим образом.Set 1 waveguide II, consisting of elements DOE1, DOE2 and DOE3, works as follows.

Синяя центральная нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE1, затем размножается при помощи элемента DOE2 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The blue center lower component is injected into the waveguide using the DOE1 element, then multiplied using the DOE2 element and output to the user's eye using the DOE3 element.

Зеленая центральная нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE1, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE2 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The green central lower component is introduced into the waveguide using the DOE1 element, which diffracts that part of it that propagates in the air at an angle different from the angle of incidence of the blue component, then multiplies using the DOE2 element and is output to the user's eye using the DOE3 element.

Красная центральная нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE1, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE2 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The red central lower component is introduced into the waveguide using the DOE1 element, which diffracts that part of it that propagates in air at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component, then multiplies using the DOE2 element and is output to the user's eye using the element DOE3.

Набор 2 волновода II, состоящий из элементов DOE2, DOE1 и DOE3, работает следующим образом.Waveguide set 2 II, consisting of elements DOE2, DOE1 and DOE3, operates as follows.

Синяя центральная верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE2, затем размножается при помощи элемента DOE1 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The blue center top component is injected into the waveguide using the DOE2 element, then multiplied using the DOE1 element, and output to the user's eye using the DOE3 element.

Зеленая центральная верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE2, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE1 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The green central upper component is introduced into the waveguide using the DOE2 element, which diffracts that part of it that propagates in the air at an angle different from the angle of incidence of the blue component, then multiplies using the DOE1 element and is output to the user's eye using the DOE3 element.

Красная центральная верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE2, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE1 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The red central upper component is introduced into the waveguide using the DOE2 element, which diffracts that part of it that propagates in the air at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component, then multiplies using the DOE1 element and is output to the user's eye using the element DOE3.

Набор 3 волновода II, состоящий из элементов DOE3, DOE4 и DOE5, работает следующим образом.Set 3 waveguide II, consisting of elements DOE3, DOE4 and DOE5, works as follows.

Синяя нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, затем размножается при помощи элемента DOE4 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE5.The blue lower component is injected into the waveguide using the DOE3 element, then multiplied using the DOE4 element and output to the user's eye using the DOE5 element.

Зеленая нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE4 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE5.The green lower component is introduced into the waveguide using the DOE3 element, which diffracts that part of it that propagates in the air at an angle different from the angle of incidence of the blue component, then multiplies using the DOE4 element and is output to the user's eye using the DOE5 element.

Красная нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE4 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE5.The red lower component is introduced into the waveguide using the DOE3 element, on which that part of it that propagates in air at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component is diffracted, then multiplied using the DOE4 element and output to the user's eye using the DOE5 element .

Набор 4 волновода II, состоящий из элементов DOE3, DOE5 и DOE4, работает следующим образом.Set 4 waveguide II, consisting of elements DOE3, DOE5 and DOE4, works as follows.

Синяя верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, затем размножается при помощи элемента DOE5 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE4.The blue upper component is introduced into the waveguide using the DOE3 element, then multiplied using the DOE5 element and output to the user's eye using the DOE4 element.

Зеленая верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE5 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE4.The green upper component is introduced into the waveguide using the DOE3 element, which diffracts that part of it that propagates in air at an angle different from the angle of incidence of the blue component, then multiplies using the DOE5 element and is output to the user's eye using the DOE4 element.

Красная верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE5 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE4.The upper red component is introduced into the waveguide using the DOE3 element, which diffracts that part of it that propagates in the air at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component, then multiplies using the DOE5 element and output to the user's eye using the DOE4 element .

Для передачи полноцветного поля зрения без провалов и потерь в системе из двух волноводов необходимо совмещать поля зрения двух отдельных волноводов следующим образом. Для этого необходимо, чтобы внешняя граница поля зрения первого волновода для красного цвета накладывалась на внутреннюю границу поля зрения второго волновода для красного цвета. В этом случае поле зрения для зеленого и синего цветов также будут совмещены без провалов. В этом случае полноцветная внешняя граница поля зрения системы из двух волноводов определяется внешней границей поля зрения второго волновода для красного цвета, а полноцветная внутренняя граница поля зрения системы из двух волноводов определяется внутренней границей поля зрения первого волновода для синего цвета. To transmit a full-color field of view without dips and losses in a system of two waveguides, it is necessary to combine the fields of view of two separate waveguides as follows. This requires that the outer edge of the field of view of the first red waveguide overlaps with the inner edge of the field of view of the second red waveguide. In this case, the field of view for green and blue colors will also be aligned without dips. In this case, the full color outer boundary of the field of view of the two waveguide system is determined by the outer boundary of the second waveguide's field of view for red, and the full color inner boundary of the field of view of the two waveguide system is determined by the inner boundary of the first waveguide's field of view for blue.

На фиг. 10 показано использование системы из трех волноводов, которая работает следующим образом. In FIG. 10 shows the use of a three waveguide system that operates as follows.

Излучение от проектора падает на волновод I в зоне ввода излучения, на которой дифрагирует на дифракционных элементах DOE1, DOE2 и DOE3, а также разделяется под разными углами на красную, зеленую и синюю составляющие. Через волновод I проводятся внутренняя часть синего поля зрения, крайняя внутренняя часть зеленого поля зрения и крайняя внутренняя часть красного поля зрения. The radiation from the projector falls on the waveguide I in the radiation input zone, on which it diffracts on the diffractive elements DOE1, DOE2 and DOE3, and is also divided at different angles into red, green and blue components. The innermost part of the blue field of view, the innermost part of the green field of view and the outermost part of the red field of view are passed through the waveguide I.

Набор 1 волновода I, состоящий из элементов DOE1, DOE2 и DOE3, работает следующим образом.Set 1 waveguide I, consisting of elements DOE1, DOE2 and DOE3, works as follows.

Синяя центральная нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE1, затем размножается при помощи элемента DOE2 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The blue center lower component is injected into the waveguide using the DOE1 element, then multiplied using the DOE2 element and output to the user's eye using the DOE3 element.

Зеленая центральная нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE1, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE2 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The green central lower component is introduced into the waveguide using the DOE1 element, which diffracts that part of it that propagates in the air at an angle different from the angle of incidence of the blue component, then multiplies using the DOE2 element and is output to the user's eye using the DOE3 element.

Красная центральная нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE1, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE2 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The red central lower component is introduced into the waveguide using the DOE1 element, which diffracts that part of it that propagates in air at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component, then multiplies using the DOE2 element and is output to the user's eye using the element DOE3.

Набор 2 волновода I, состоящий из элементов DOE2, DOE1 и DOE3, работает следующим образом.Set 2 waveguide I, consisting of elements DOE2, DOE1 and DOE3, works as follows.

Синяя центральная верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE2, затем размножается при помощи элемента DOE1 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The blue center top component is injected into the waveguide using the DOE2 element, then multiplied using the DOE1 element, and output to the user's eye using the DOE3 element.

Зеленая центральная верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE2, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE1 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The green central upper component is introduced into the waveguide using the DOE2 element, which diffracts that part of it that propagates in the air at an angle different from the angle of incidence of the blue component, then multiplies using the DOE1 element and is output to the user's eye using the DOE3 element.

Красная центральная верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE2, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE1 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The red central upper component is introduced into the waveguide using the DOE2 element, which diffracts that part of it that propagates in the air at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component, then multiplies using the DOE1 element and is output to the user's eye using the element DOE3.

Набор 3 волновода I, состоящий из элементов DOE3, DOE4 и DOE5, работает следующим образом.Set 3 waveguide I, consisting of elements DOE3, DOE4 and DOE5, works as follows.

Синяя нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, затем размножается при помощи элемента DOE4 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE5.The blue lower component is injected into the waveguide using the DOE3 element, then multiplied using the DOE4 element and output to the user's eye using the DOE5 element.

Зеленая нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE4 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE5.The green lower component is introduced into the waveguide using the DOE3 element, which diffracts that part of it that propagates in the air at an angle different from the angle of incidence of the blue component, then multiplies using the DOE4 element and is output to the user's eye using the DOE5 element.

Красная нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE4 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE5.The red lower component is introduced into the waveguide using the DOE3 element, on which that part of it that propagates in air at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component is diffracted, then multiplied using the DOE4 element and output to the user's eye using the DOE5 element .

Набор 4 волновода I, состоящий из элементов DOE3, DOE5 и DOE4, работает следующим образом.Set 4 waveguide I, consisting of elements DOE3, DOE5 and DOE4, works as follows.

Синяя верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, затем размножается при помощи элемента DOE5 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE4.The blue upper component is introduced into the waveguide using the DOE3 element, then multiplied using the DOE5 element and output to the user's eye using the DOE4 element.

Зеленая верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE5 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE4.The green upper component is introduced into the waveguide using the DOE3 element, which diffracts that part of it that propagates in air at an angle different from the angle of incidence of the blue component, then multiplies using the DOE5 element and is output to the user's eye using the DOE4 element.

Красная верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE5 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE4.The upper red component is introduced into the waveguide using the DOE3 element, which diffracts that part of it that propagates in the air at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component, then multiplies using the DOE5 element and output to the user's eye using the DOE4 element .

Затем излучение от проектора падает на волновод II в зоне ввода излучения, на которой дифрагирует на дифракционных элементах DOE1, DOE2 и DOE3, а также разделяется под разными углами на красную, зеленую и синюю составляющие. Через волновод II проводятся центральная часть синего поля зрения, центральная внутренняя часть зеленого поля зрения и внутренняя часть красного поля зрения. Then the radiation from the projector falls on the waveguide II in the radiation input zone, on which it diffracts on the diffractive elements DOE1, DOE2 and DOE3, and is also divided at different angles into red, green and blue components. The central part of the blue field of view, the central inner part of the green field of view and the inner part of the red field of view are passed through waveguide II.

Набор 1 волновода II, состоящий из элементов DOE1, DOE2 и DOE3, работает следующим образом.Set 1 waveguide II, consisting of elements DOE1, DOE2 and DOE3, works as follows.

Синяя центральная нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE1, затем размножается при помощи элемента DOE2 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The blue center lower component is injected into the waveguide using the DOE1 element, then multiplied using the DOE2 element and output to the user's eye using the DOE3 element.

Зеленая центральная нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE1, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE2 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The green central lower component is introduced into the waveguide using the DOE1 element, which diffracts that part of it that propagates in the air at an angle different from the angle of incidence of the blue component, then multiplies using the DOE2 element and is output to the user's eye using the DOE3 element.

Красная центральная нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE1, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE2 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The red central lower component is introduced into the waveguide using the DOE1 element, which diffracts that part of it that propagates in the air at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component, then multiplies using the DOE2 element and is output to the user's eye using the element DOE3.

Набор 2 волновода II, состоящий из элементов DOE2, DOE1 и DOE3, работает следующим образом.Waveguide set 2 II, consisting of elements DOE2, DOE1 and DOE3, operates as follows.

Синяя центральная верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE2, затем размножается при помощи элемента DOE1 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The blue center top component is injected into the waveguide using the DOE2 element, then multiplied using the DOE1 element, and output to the user's eye using the DOE3 element.

Зеленая центральная верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE2, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE1 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The green central upper component is introduced into the waveguide using the DOE2 element, which diffracts that part of it that propagates in the air at an angle different from the angle of incidence of the blue component, then multiplies using the DOE1 element and is output to the user's eye using the DOE3 element.

Красная центральная верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE2, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE1 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The red central upper component is introduced into the waveguide using the DOE2 element, which diffracts that part of it that propagates in the air at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component, then multiplies using the DOE1 element and is output to the user's eye using the element DOE3.

Набор 3 волновода II, состоящий из элементов DOE3, DOE4 и DOE5, работает следующим образом.Set 3 waveguide II, consisting of elements DOE3, DOE4 and DOE5, works as follows.

Синяя нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, затем размножается при помощи элемента DOE4 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE5.The blue lower component is injected into the waveguide using the DOE3 element, then multiplied using the DOE4 element and output to the user's eye using the DOE5 element.

Зеленая нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE4 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE5.The green lower component is introduced into the waveguide using the DOE3 element, which diffracts that part of it that propagates in the air at an angle different from the angle of incidence of the blue component, then multiplies using the DOE4 element and is output to the user's eye using the DOE5 element.

Красная нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE4 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE5.The red lower component is introduced into the waveguide using the DOE3 element, on which that part of it that propagates in air at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component is diffracted, then multiplied using the DOE4 element and output to the user's eye using the DOE5 element .

Набор 4 волновода II, состоящий из элементов DOE3, DOE5 и DOE4, работает следующим образом.Set 4 waveguide II, consisting of elements DOE3, DOE5 and DOE4, works as follows.

Синяя верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, затем размножается при помощи элемента DOE5 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE4.The blue upper component is introduced into the waveguide using the DOE3 element, then multiplied using the DOE5 element and output to the user's eye using the DOE4 element.

Зеленая верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE5 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE4.The green upper component is introduced into the waveguide using the DOE3 element, which diffracts that part of it that propagates in air at an angle different from the angle of incidence of the blue component, then multiplies using the DOE5 element and is output to the user's eye using the DOE4 element.

Красная верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE5 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE4.The upper red component is introduced into the waveguide using the DOE3 element, which diffracts that part of it that propagates in the air at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component, then multiplies using the DOE5 element and output to the user's eye using the DOE4 element .

Затем излучение от проектора падает на волновод III в зоне ввода излучения, на которой дифрагирует на дифракционных элементах DOE1, DOE2 и DOE3, а также разделяется под разными углами на красную, зеленую и синюю составляющие. Через волновод III проводятся внешняя часть синего поля зрения, внешняя часть зеленого поля зрения и центральная внешняя часть красного поля зрения. Then the radiation from the projector falls on the waveguide III in the radiation input zone, on which it diffracts on the diffractive elements DOE1, DOE2 and DOE3, and is also divided at different angles into red, green and blue components. The outer part of the blue field of view, the outer part of the green field of view and the central outer part of the red field of view are passed through waveguide III.

Набор 1 волновода III, состоящий из элементов DOE1, DOE2 и DOE3, работает следующим образом.Set 1 waveguide III, consisting of elements DOE1, DOE2 and DOE3, works as follows.

Синяя центральная нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE1, затем размножается при помощи элемента DOE2 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The blue center lower component is injected into the waveguide using the DOE1 element, then multiplied using the DOE2 element and output to the user's eye using the DOE3 element.

Зеленая центральная нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE1, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE2 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The green central lower component is introduced into the waveguide using the DOE1 element, which diffracts that part of it that propagates in the air at an angle different from the angle of incidence of the blue component, then multiplies using the DOE2 element and is output to the user's eye using the DOE3 element.

Красная центральная нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE1, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE2 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The red central lower component is introduced into the waveguide using the DOE1 element, which diffracts that part of it that propagates in air at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component, then multiplies using the DOE2 element and is output to the user's eye using the element DOE3.

Набор 2 волновода III, состоящий из элементов DOE2, DOE1 и DOE3, работает следующим образом.Set 2 waveguide III, consisting of elements DOE2, DOE1 and DOE3, works as follows.

Синяя центральная верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE2, затем размножается при помощи элемента DOE1 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The blue center top component is injected into the waveguide using the DOE2 element, then multiplied using the DOE1 element, and output to the user's eye using the DOE3 element.

Зеленая центральная верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE2, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE1 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The green central upper component is introduced into the waveguide using the DOE2 element, which diffracts that part of it that propagates in the air at an angle different from the angle of incidence of the blue component, then multiplies using the DOE1 element and is output to the user's eye using the DOE3 element.

Красная центральная верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE2, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE1 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE3.The red central upper component is introduced into the waveguide using the DOE2 element, which diffracts that part of it that propagates in the air at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component, then multiplies using the DOE1 element and is output to the user's eye using the element DOE3.

Набор 3 волновода III, состоящий из элементов DOE3, DOE4 и DOE5, работает следующим образом.Set 3 waveguide III, consisting of elements DOE3, DOE4 and DOE5, works as follows.

Синяя нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, затем размножается при помощи элемента DOE4 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE5.The blue lower component is injected into the waveguide using the DOE3 element, then multiplied using the DOE4 element and output to the user's eye using the DOE5 element.

Зеленая нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE4 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE5.The green lower component is introduced into the waveguide using the DOE3 element, which diffracts that part of it that propagates in the air at an angle different from the angle of incidence of the blue component, then multiplies using the DOE4 element and is output to the user's eye using the DOE5 element.

Красная нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE4 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE5.The red lower component is introduced into the waveguide using the DOE3 element, on which that part of it that propagates in air at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component is diffracted, then multiplied using the DOE4 element and output to the user's eye using the DOE5 element .

Набор 4 волновода III, состоящий из элементов DOE3, DOE5 и DOE4, работает следующим образом.Set 4 waveguide III, consisting of elements DOE3, DOE5 and DOE4, works as follows.

Синяя верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, затем размножается при помощи элемента DOE5 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE4.The blue upper component is introduced into the waveguide using the DOE3 element, then multiplied using the DOE5 element and output to the user's eye using the DOE4 element.

Зеленая верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE5 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE4.The green upper component is introduced into the waveguide using the DOE3 element, which diffracts that part of it that propagates in air at an angle different from the angle of incidence of the blue component, then multiplies using the DOE5 element and is output to the user's eye using the DOE4 element.

Красная верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE3, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE5 и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE4.The upper red component is introduced into the waveguide using the DOE3 element, which diffracts that part of it that propagates in the air at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component, then multiplies using the DOE5 element and output to the user's eye using the DOE4 element .

Для передачи полноцветного поля зрения без провалов в системе из трех волноводов необходимо, чтобы внешняя граница поля зрения первого волновода для красного цвета накладывалась на внутреннюю границу поля зрения второго волновода для красного цвета, а внешняя граница поля зрения второго волновода для красного цвета накладывалась на внутреннюю границу поля зрения третьего волновода для красного поля зрения. В этом случае поле зрения для зеленого и синего цветов также будут совмещены без провалов. В этом случае полноцветная внешняя граница поля зрения системы из трех волноводов определяется внешней границей поля зрения третьего волновода для красного цвета, а полноцветная внутренняя граница поля зрения системы из трех волноводов определяется внутренней границей поля зрения первого волновода для синего цвета. To transmit a full-color field of view without gaps in a system of three waveguides, it is necessary that the outer boundary of the field of view of the first red waveguide overlaps the inner boundary of the field of view of the second red waveguide, and the outer boundary of the field of view of the second red waveguide overlaps the inner boundary field of view of the third waveguide for the red field of view. In this case, the field of view for green and blue colors will also be aligned without dips. In this case, the full-color outer boundary of the field of view of the three-guide system is determined by the outer boundary of the third waveguide for red, and the full-color inner boundary of the field of view of the three-waveguide system is determined by the inner boundary of the first waveguide for blue.

На фиг. 11 приведены графики, показывающие размеры поля зрения системы из двух волноводов с показателем преломления 1.7 (а) и системы из трех волноводов с показателем преломления 1.5 (б). По горизонтальной оси отложено горизонтальное поле зрения, по вертикальной оси - вертикальное поле зрения, при условии, что зона ввода волноводов находится сбоку (справа или слева, но не сверху или снизу) от глаза. Кривыми линиями показаны границы поля зрения, проводимого через систему. Прямоугольником выделено максимальное прямоугольное поле зрения, которое может быть получено при использовании данной системы. При использовании системы их трех волноводов с показателем преломления 1.5 возможно получить прямоугольное поле зрения размерами 65 градусов по-горизонтали и 69 градусов по-вертикали, диагональное поле зрения такой системы составляет 86 градусов, что превышает поле зрения у известных из уровня техники аналогов, а также удовлетворяет потребности рынка (> 80 градусов). При использовании системы из двух волноводов с показателем преломления 1.7 возможно получить прямоугольное поле зрения размерами 60 градусов по-горизонтали и 98 градусов по-вертикали, диагональное поле зрения такой системы составляет 104 градуса, что также превышает поле зрения у известных из уровня техники аналогов и удовлетворяет потребности рынка, при этом используется меньшее количество волноводов. Это происходит потому что при увеличении показателя преломления волновода увеличивается диапазон углов, который способен проводить один волновод, благодаря чему увеличивается результирующее поле зрения всей системы. Вертикальное поле зрения увеличивается сильнее, чем горизонтальное, так как за увеличение вертикального поля зрения отвечают 4 набора решеток в каждом волноводе, в то время как увеличение горизонтального поля зрения в данном изобретении производится только за счет увеличения количества волноводов.In FIG. Figure 11 shows graphs showing the dimensions of the field of view of a system of two waveguides with a refractive index of 1.7 (a) and a system of three waveguides with a refractive index of 1.5 (b). The horizontal field of view is plotted along the horizontal axis, and the vertical field of view is plotted along the vertical axis, provided that the input zone of the waveguides is located to the side (to the right or left, but not above or below) of the eye. The curved lines show the boundaries of the field of view drawn through the system. The rectangle marks the maximum rectangular field of view that can be obtained using this system. When using a system of three waveguides with a refractive index of 1.5, it is possible to obtain a rectangular field of view with dimensions of 65 degrees horizontally and 69 degrees vertically, the diagonal field of view of such a system is 86 degrees, which exceeds the field of view of analogues known from the prior art, as well as satisfies the needs of the market (> 80 degrees). When using a system of two waveguides with a refractive index of 1.7, it is possible to obtain a rectangular field of view with dimensions of 60 degrees horizontally and 98 degrees vertically, the diagonal field of view of such a system is 104 degrees, which also exceeds the field of view of analogues known from the prior art and satisfies market needs, while using fewer waveguides. This is because as the refractive index of the waveguide increases, the range of angles that a single waveguide can pass increases, thereby increasing the resulting field of view of the entire system. The vertical field of view increases more than the horizontal one, since 4 sets of gratings in each waveguide are responsible for increasing the vertical field of view, while the increase in the horizontal field of view in this invention is carried out only by increasing the number of waveguides.

На фиг. 12 показано, что волноводные архитектуры могут быть нанесены на противоположные стороны одного волновода. Например, на одной стороне волновода могут располагаться наборы 1 и 2 дифракционных элементов, а на другой стороне волновода могут располагаться наборы 3 и 4 дифракционных элементов. Простота изготовления зависит от количества наложенных друг на друга дифракционных решеток. Из уровня техники, две наложенные решетки на одной стороне волновода просты в изготовлении, тогда как три наложенные решетки на порядок сложнее в изготовлении. Решение, показанное на фиг. 12 обеспечивает условие, когда на одной стороне волновода находится не более двух наложенных решеток.In FIG. 12 shows that waveguide architectures can be applied to opposite sides of a single waveguide. For example, on one side of the waveguide, sets 1 and 2 of diffractive elements may be located, and on the other side of the waveguide, sets 3 and 4 of diffractive elements may be located. The ease of manufacture depends on the number of diffraction gratings superimposed on each other. In the prior art, two superimposed gratings on one side of the waveguide are easy to manufacture, while three superimposed gratings are an order of magnitude more difficult to manufacture. The solution shown in Fig. 12 ensures that there are no more than two superimposed gratings on one side of the waveguide.

В одном из вариантов реализации предлагается использовать только набор 1 дифракционных элементов и набор 2 дифракционных элементов. Причем из наборов 1 и 2 предлагается исключить элемент DOE3, присвоив его функциональную роль элементам DOE1 и DOE2. То есть, как показано на фиг.13 набор 1 в этом варианте воплощения состоит из DOE2, выполняющего функцию ввода и вывода излучения, DOE1, выполняющего функцию размножения излучения, а набор 2 в этом варианте состоит из DOE1, выполняющего функцию ввода и вывода излучения и DOE2, выполняющего функцию размножения излучения. Эти два набора будут проводить только две средние части поля зрения.In one embodiment, it is proposed to use only a set of 1 diffractive elements and a set of 2 diffractive elements. Moreover, it is proposed to exclude the DOE3 element from sets 1 and 2, assigning its functional role to the DOE1 and DOE2 elements. That is, as shown in FIG. 13, set 1 in this embodiment consists of DOE2 performing the function of input and output of radiation, DOE1 performing the function of radiation multiplication, and set 2 in this embodiment is composed of DOE1 performing the function of input and output of radiation, and DOE2, which performs the function of radiation multiplication. These two sets will only conduct the two middle portions of the field of view.

В этом случае излучение от проектора падает на волновод в зоне ввода излучения, на которой дифрагирует на дифракционных элементах DOE1, DOE2, а также разделяется под разными углами на красную, зеленую и синюю составляющие. In this case, the radiation from the projector falls on the waveguide in the radiation input zone, on which it diffracts on the diffractive elements DOE1, DOE2, and is also divided at different angles into red, green, and blue components.

Набор 1, состоящий из элементов DOE1 и DOE2, работает следующим образом.Set 1, consisting of DOE1 and DOE2 elements, works as follows.

Синяя центральная нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE1, затем размножается при помощи элемента DOE2, затем дифрагирует на элементе DOE2 второй раз и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE1.The blue central lower component is injected into the waveguide using the DOE1 element, then multiplied by the DOE2 element, then diffracted by the DOE2 element a second time and output to the user's eye using the DOE1 element.

Зеленая центральная нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE1, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE2, затем дифрагирует на элементе DOE2 второй раз и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE1.The green central lower component is introduced into the waveguide using the DOE1 element, on which that part of it that propagates in air at an angle different from the angle of incidence of the blue component is diffracted, then multiplied using the DOE2 element, then diffracted on the DOE2 element a second time and output to the user's eye using the DOE1 element.

Красная центральная нижняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE1, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE2, затем дифрагирует на элементе DOE2 второй раз и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE1.The red central lower component is introduced into the waveguide using the DOE1 element, which diffracts that part of it that propagates in air at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component, then multiplies using the DOE2 element, then diffracts on the DOE2 element a second time and displayed in the user's eye using the DOE1 element.

Набор 2, состоящий из элементов DOE2 и DOE1, работает следующим образом.Set 2, consisting of DOE2 and DOE1 elements, works as follows.

Синяя центральная верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE2, затем размножается при помощи элемента DOE1, затем дифрагирует на элементе DOE1 второй раз и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE2.The blue central upper component is injected into the waveguide using the DOE2 element, then multiplied by the DOE1 element, then diffracted by the DOE1 element a second time and output to the user's eye using the DOE2 element.

Зеленая центральная верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE2, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE1, затем дифрагирует на элементе DOE1 второй раз и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE2.The green central upper component is introduced into the waveguide using the DOE2 element, on which that part of it that propagates in air at an angle different from the angle of incidence of the blue component is diffracted, then multiplied using the DOE1 element, then diffracted on the DOE1 element a second time and displayed in the user's eye using the DOE2 element.

Красная центральная верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента DOE2, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается при помощи элемента DOE1, затем дифрагирует на элементе DOE1 второй раз и выводится в глаз пользователя при помощи элемента DOE2.The red central upper component is introduced into the waveguide using the DOE2 element, which diffracts that part of it that propagates in air at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component, then multiplies using the DOE1 element, then diffracts on the DOE1 element a second time and displayed in the user's eye using the DOE2 element.

Дифракционные решетки могут наноситься на волновод традиционными способами и могут иметь однородную структуру, то есть дифракционные решетки будут иметь одинаковый профиль, то есть на всей площади дифракционной решетки не будет меняться вид ее штрихов. Дифракционные решетки могут иметь сегментированную структуру, то есть штрихи выполнены в виде макросегментов с разными формами, разными размерами, и отстоящие друг от друга на разные расстояния. Дифракционные решетки могут быть объемными, то есть штрихи расположены внутри объема волновода, либо слоя, прилегающего к волноводу. Также дифракционные решетки могут быть выполнены как поверхностные, рельефные структуры, или смешанные структуры, то есть и рельефные и объемные. Дифракционные решетки могут быть выполнены как часть волновода, либо в объеме волновода, либо на поверхности волновода, либо смешанный вариант (и в объеме и на поверхности). Дифракционные решетки могут быть выполнены в отдельном слое волновода либо внутри этого слоя, либо на поверхности этого слоя, либо смешано, то есть часть внутри, часть на поверхности. Diffraction gratings can be applied to the waveguide by traditional methods and can have a uniform structure, that is, the diffraction gratings will have the same profile, that is, the appearance of its strokes will not change over the entire area of the diffraction grating. Diffraction gratings can have a segmented structure, that is, the strokes are made in the form of macrosegments with different shapes, different sizes, and spaced from each other at different distances. Diffraction gratings can be volumetric, that is, the grooves are located inside the volume of the waveguide, or a layer adjacent to the waveguide. Also, diffraction gratings can be made as surface, relief structures, or mixed structures, that is, both relief and volume. Diffraction gratings can be made as a part of the waveguide, either in the volume of the waveguide, or on the surface of the waveguide, or a mixed version (both in the volume and on the surface). Diffraction gratings can be made in a separate waveguide layer either inside this layer, or on the surface of this layer, or mixed, that is, part inside, part on the surface.

Дифракционные элементы могут быть голографическими(HOE). Такие элементы производят посредством лучевой голографической записи. Предлагается производить запись HOE при помощи трех лазерных пучков. Три когерентных луча создают интерференционную картину, состоящую из трех линейных синусоидальных изображений, ориентацией и периодами которых можно управлять с помощью углов между соответствующими лучами. Эти три луча не лежат в одной плоскости, вместо этого каждая пара лучей образует свою собственную плоскость. При этом картина интерференции, которая будет создана посредством этих трех лучей представляет собой сумму трех двухлучевых интерференций. Изменяя углы между пучками 1, 2, 3 можно изменять как ориентацию HOE, то есть угол между штрихами решеток относительно друг друга и волновода, так и период штрихов дифракционных решеток. При таком способе записи, при помощи только одной операции голографической записи возможна запись сразу трех дифракционных решеток, которые сформируют два набора дифракционных решеток, то есть при помощи двух операций записи возможно полностью сформировать архитектуру волновода. Например, при помощи первой операции записи возможно сформировать наборы 1 и 2, при помощи второй операции записи возможно сформировать наборы 3 и 4. The diffractive elements may be holographic (HOE). Such elements are produced by beam holographic recording. It is proposed to record HOE using three laser beams. The three coherent beams create an interference pattern consisting of three linear sinusoidal images whose orientation and periods can be controlled using the angles between the respective beams. These three rays do not lie in the same plane, instead each pair of rays forms its own plane. In this case, the interference pattern that will be created by these three beams is the sum of three two-beam interference. By changing the angles between the beams 1, 2, 3, it is possible to change both the orientation of the HOE, that is, the angle between the grooves of the gratings relative to each other and the waveguide, and the period of the grooves of the diffraction gratings. With this recording method, with only one holographic recording operation, it is possible to record three diffraction gratings at once, which will form two sets of diffraction gratings, that is, with two recording operations, it is possible to completely form the waveguide architecture. For example, with the first write operation it is possible to form sets 1 and 2, with the second write operation it is possible to form sets 3 and 4.

Дифракционные решетки могут быть созданы способом голографического копирования. Для этого необходимо использовать так называемый волновод-мастер, то есть волновод с записанной архитектурой дифракционных элементов. Совмещаем волновод-мастер с пустым волноводом, засвечиваем волновод-мастер, при этом излучение, которое будет попадать на дифракционные оптические элементы волновода мастера, будет дифрагировать на волноводе-мастере. Прошедшие дифрагированные лучи будут интерферировать друг с другом, создавая те же самые решетки внутри записывающего материала на втором волноводе, то есть волновод-мастер будет скопирован. Diffraction gratings can be created by a holographic copying process. To do this, it is necessary to use the so-called master waveguide, that is, a waveguide with a recorded architecture of diffractive elements. We combine the master waveguide with an empty waveguide, illuminate the master waveguide, and the radiation that will fall on the diffractive optical elements of the master waveguide will be diffracted by the master waveguide. The transmitted diffracted beams will interfere with each other, creating the same gratings inside the recording material on the second waveguide, i.e. the master waveguide will be copied.

Начальными параметрами волновода-мастера являются показатель преломления волновода, размер волновода, а также параметры архитектуры, которые необходимо получить, такие как ширина поля зрения, расстояние, на котором пользователь будет видеть изображение и т. д.The initial parameters of the master waveguide are the refractive index of the waveguide, the size of the waveguide, as well as the architecture parameters that need to be obtained, such as the width of the field of view, the distance at which the user will see the image, etc.

Благодаря настоящему изобретению в устройстве дополненной реальности возможно использование только одного волновода, за счет чего уменьшается толщина устройства, его размер и вес, также увеличивается прозрачность устройства дополненной реальности, кроме того, устройство дополненной реальности имеет высокое разрешение и хорошую яркость полноцветность изображения. Также предлагаемое изобретение обеспечивает широкое поле зрения, что для пользователя обеспечивает эффект присутствия. Thanks to the present invention, it is possible to use only one waveguide in an augmented reality device, due to which the thickness of the device, its size and weight are reduced, the transparency of the augmented reality device is also increased, in addition, the augmented reality device has a high resolution and good brightness, full color image. Also, the invention provides a wide field of view, which provides the user with the effect of presence.

Предлагаемое изобретение можно использовать для изготовления дисплеев для отображения дополненной реальности, дисплей может представлять собой по меньшей мере один предлагаемый волновод с любой из предлагаемых архитектур дифракционных оптических элементов.The present invention can be used for the manufacture of displays for displaying augmented reality, the display may be at least one proposed waveguide with any of the proposed architectures of diffractive optical elements.

Предлагаемое изобретение может быть использовано для изготовления очков дополненной реальности. Настоящее изобретение удобно применять в очках дополненной реальности, где важен малый вес и компактные габаритные размеры. Предлагаемое изобретение удобно применять в устройствах дополненной реальности, используемых для любых целей. The proposed invention can be used for the manufacture of augmented reality glasses. The present invention is conveniently used in augmented reality glasses, where light weight and compact overall dimensions are important. The present invention is conveniently applied in augmented reality devices used for any purpose.

Очки дополненной реальности содержат элемент для левого глаза и элемент для правого глаза, причем каждый из элементов для левого и правого глаза представляет собой предлагаемое устройство для отображения дополненной реальности, причем волновод, включающий в себя предлагаемую архитектуру дифракционных оптических элементов расположен в каждом из элементов для правого глаза и элемента для левого глаза таким образом, что выводной дифракционный элемент расположен напротив глаза пользователя. The augmented reality glasses contain an element for the left eye and an element for the right eye, each of the elements for the left and right eyes is the proposed device for displaying augmented reality, and the waveguide, which includes the proposed architecture of diffractive optical elements, is located in each of the elements for the right eye and element for the left eye so that the output diffractive element is located opposite the eye of the user.

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 subject matter of the invention is not limited to these specific embodiments. On the contrary, the summary is intended to include all alternatives, corrections, and equivalents that may be included within the spirit 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 are changed in the course of consideration.

Claims (111)

1. Волновод с архитектурой дифракционных оптических элементов для устройства дополненной реальности, причем архитектура дифракционных оптических элементов содержит:1. A waveguide with an architecture of diffractive optical elements for an augmented reality device, wherein the architecture of the diffractive optical elements contains: зону ввода излучения;radiation input zone; зону размножения излучения;radiation propagation zone; зону вывода излучения;radiation output zone; первый вводной-размножающий дифракционный оптический элемент, выполненный с возможностью как ввода излучения, так и размножения излучения;the first input-reproducing diffractive optical element, configured to both input radiation and multiplication of radiation; второй вводной-размножающий дифракционный оптический элемент, выполненный с возможностью как ввода излучения, так и размножения излучения;the second input-multiplying diffractive optical element, made with the possibility of both input radiation and multiplication of radiation; вводной-выводной дифракционный оптический элемент, выполненный с возможностью как ввода излучения, так и вывода излучения;an input-output diffractive optical element configured to both input radiation and output radiation; первый размножающий-выводной дифракционный оптический элемент, выполненный с возможностью как размножения излучения, так и вывода излучения;the first multiplication-output diffractive optical element, made with the possibility of both multiplication of radiation and output of radiation; второй размножающий-вводной дифракционный оптический элемент, выполненный с возможностью как размножения излучения, так и вывода излучения;the second breeding-introductory diffractive optical element, made with the possibility of both multiplication of radiation and radiation output; причем and зона ввода излучения содержит первый вводной-размножающий дифракционный оптический элемент, выполняющий функцию ввода излучения, второй вводной-размножающий дифракционный оптический элемент, выполняющий функцию ввода излучения, вводной-выводной дифракционный оптический элемент, выполняющий функцию ввода излучения,the radiation input zone contains the first input-reproducing diffractive optical element that performs the function of radiation input, the second input-reproducing diffractive optical element that performs the function of radiation input, the input-output diffractive optical element that performs the function of radiation input, зона размножения излучения содержит второй вводной-размножающий дифракционный оптический элемент, выполняющий функцию размножения излучения, первый вводной-размножающий дифракционный оптический элемент, выполняющий функцию размножения излучения, первый размножающий-выводной дифракционный оптический элемент, выполняющий функцию размножения излучения, второй размножающий-выводной дифракционный оптический элемент, выполняющий функцию размножения излучения;the radiation multiplication zone contains a second input-reproducing diffractive optical element that performs the function of radiation multiplication, the first input-reproducing diffractive optical element that performs the function of radiation multiplication, the first reproducing-output diffractive optical element that performs the function of radiation multiplication, the second reproducing-output diffractive optical element , which performs the function of radiation multiplication; зона вывода излучения содержит вводной-выводной дифракционный оптический элемент, выполняющий функцию вывода излучения, второй размножающий-выводной дифракционный оптический элемент, выполняющий функцию вывода излучения, первый размножающий-выводной дифракционный оптический элемент, выполняющий функцию вывода излучения;the radiation output zone contains an input-output diffractive optical element that performs the function of outputting radiation, a second multiplying-output diffractive optical element that performs the function of outputting radiation, the first multiplying-output diffractive optical element that performs the function of outputting radiation; причем зона ввода излучения выполнена с возможностью, при работе устройства дополненной реальности, разделения изображения от проектора на цветовые составляющие изображения: красную, зеленую, синюю, и направления хода лучей каждой из цветовых составляющих через соответствующий набор дифракционных оптических элементов, причем, по ходу излучения: moreover, the radiation input zone is made with the possibility, during the operation of the augmented reality device, of dividing the image from the projector into color image components: red, green, blue, and guiding the rays of each of the color components through the corresponding set of diffractive optical elements, moreover, along the radiation path: первый набор дифракционных оптических элементов состоит из: the first set of diffractive optical elements consists of: первого вводного-размножающего дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию ввода излучения, the first input-reproducing diffractive optical element that performs the function of input radiation, второго вводного-размножающего дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию размножения излучения, the second input-reproducing diffractive optical element that performs the function of radiation multiplication, вводного-выводного дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию вывода излучения;input-output diffractive optical element that performs the function of radiation output; второй набор дифракционных оптических элементов состоит из:the second set of diffractive optical elements consists of: второго вводного-размножающего дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию ввода излучения, the second input-reproducing diffractive optical element that performs the function of input radiation, первого вводного-размножающего дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию размножения излучения,the first input-reproducing diffractive optical element that performs the function of radiation multiplication, вводного-выводного дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию вывода излучения;input-output diffractive optical element that performs the function of radiation output; третий набор дифракционных оптических элементов состоит из:the third set of diffractive optical elements consists of: вводного-выводного дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию ввода излучения,input-output diffractive optical element that performs the function of input radiation, первого размножающего-выводного дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию размножения излучения,the first multiplying-output diffractive optical element that performs the function of radiation multiplication, второго размножающего-выводного дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию вывода излучения;the second breeding-output diffractive optical element that performs the function of output radiation; четвертый набор дифракционных оптических элементов состоит из:the fourth set of diffractive optical elements consists of: вводного-выводного дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию ввода излучения,input-output diffractive optical element that performs the function of input radiation, второго размножающего-выводного дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию размножения излучения,the second multiplying-output diffractive optical element that performs the function of radiation multiplication, первого размножающего-выводного дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию вывода излучения.the first breeding-output diffractive optical element that performs the function of radiation output. 2. Волновод по п. 1, причем сумма векторов всех дифракционных оптических элементов в каждом наборе равна нулю.2. The waveguide according to claim 1, wherein the sum of the vectors of all diffractive optical elements in each set is equal to zero. 3. Волновод по п. 2, в котором каждый дифракционный оптический элемент является линейным.3. The waveguide according to claim 2, wherein each diffractive optical element is linear. 4. Волновод по любому из пп. 1-3, причем первый набор дифракционных оптических элементов и второй набор дифракционных оптических элементов выполнены с возможностью проводить среднюю часть поля зрения, третий набор дифракционных оптических элементов выполнен с возможностью проводить верхнюю часть поля зрения, четвертый набор дифракционных оптических элементов выполнен с возможностью проводить нижнюю часть поля зрения.4. The waveguide according to any one of paragraphs. 1-3, wherein the first set of diffractive optical elements and the second set of diffractive optical elements are configured to conduct the middle part of the field of view, the third set of diffractive optical elements is configured to conduct the upper part of the field of view, the fourth set of diffractive optical elements is configured to conduct the lower part fields of view. 5. Волновод по любому из пп. 1-4, причем все дифракционные оптические элементы нанесены на одну сторону волновода.5. Waveguide according to any one of paragraphs. 1-4, with all diffractive optical elements deposited on one side of the waveguide. 6. Волновод по любому из пп. 1-5, в котором дифракционные оптические элементы имеют сегментированную структуру, то есть штрихи выполнены в виде макросегментов с разными формами, разными размерами и отстоят друг от друга на разные расстояния.6. Waveguide according to any one of paragraphs. 1-5, in which the diffractive optical elements have a segmented structure, that is, the strokes are made in the form of macro-segments with different shapes, different sizes and spaced apart from each other at different distances. 7. Волновод по любому из пп. 1-5, в котором дифракционные оптические элементы являются объемными, то есть штрихи расположены внутри объема волновода либо слоя, прилегающего к волноводу.7. Waveguide according to any one of paragraphs. 1-5, in which the diffractive optical elements are volumetric, that is, the strokes are located inside the volume of the waveguide or a layer adjacent to the waveguide. 8. Волновод по любому из пп. 1-5, в котором дифракционные оптические элементы представляют собой одно из: поверхностные структуры, рельефные структуры или смешанные структуры, то есть и рельефные, и объемные.8. Waveguide according to any one of paragraphs. 1-5, in which the diffractive optical elements are one of: surface structures, relief structures or mixed structures, that is, both relief and volume. 9. Волновод по любому из пп. 1-5, в котором дифракционные оптические элементы выполнены либо в объеме волновода, либо на поверхности волновода, либо и в объеме волновода, и на поверхности волновода.9. Waveguide according to any one of paragraphs. 1-5, in which the diffractive optical elements are made either in the volume of the waveguide, or on the surface of the waveguide, or both in the volume of the waveguide and on the surface of the waveguide. 10. Волновод по любому из пп. 1-5, в котором дифракционные оптические элементы выполнены в отдельном слое волновода либо внутри этого слоя, либо на поверхности этого слоя, либо смешанно, то есть часть внутри слоя, часть на поверхности слоя.10. The waveguide according to any one of paragraphs. 1-5, in which the diffractive optical elements are made in a separate layer of the waveguide either inside this layer, or on the surface of this layer, or mixed, that is, part inside the layer, part on the surface of the layer. 11. Волновод по любому из пп. 1-10, в котором дифракционные оптические элементы являются голографическими.11. Waveguide according to any one of paragraphs. 1-10, in which the diffractive optical elements are holographic. 12. Способ работы волновода с архитектурой дифракционных оптических элементов по п. 1 для устройства дополненной реальности, причем способ содержит этапы, на которых:12. A method for operating a waveguide with an architecture of diffractive optical elements according to claim 1 for an augmented reality device, the method comprising the steps of: излучение от проектора попадает в зону ввода излучения, в котором разделяется на красную составляющую изображения, синюю составляющую изображения и зеленую составляющую изображения, и направляется в наборы дифракционных оптических элементов, работающих одновременно, при этомradiation from the projector enters the radiation input zone, where it is separated into a red image component, a blue image component and a green image component, and is directed to sets of diffractive optical elements operating simultaneously, while первый набор дифракционных оптических элементов работает следующим образом:The first set of diffractive optical elements works as follows: синяя центральная нижняя составляющая вводится в волновод посредством первого вводного-размножающего дифракционного оптического элемента, затем размножается посредством второго вводного-размножающего дифракционного оптического элемента и выводится в глаз пользователя посредством вводного-выводного дифракционного оптического элемента;the blue center lower component is input to the waveguide through the first input-reproducing diffractive optical element, then multiplied by the second input-reproducing diffractive optical element, and output to the user's eye via the input-output diffractive optical element; зеленая центральная нижняя составляющая вводится в волновод посредством первого вводного-размножающего дифракционного оптического элемента, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается посредством второго вводного-размножающего дифракционного оптического элемента и выводится в глаз пользователя посредством вводного-выводного дифракционного оптического элемента;the green central lower component is introduced into the waveguide through the first input-reproducing diffractive optical element, which diffracts that part of it that propagates at an angle different from the angle of incidence of the blue component, then multiplies through the second input-reproducing diffractive optical element and is output to the user's eye through input-output diffractive optical element; красная центральная нижняя составляющая вводится в волновод посредством первого вводного-размножающего дифракционного оптического элемента, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается посредством второго вводного-размножающего дифракционного оптического элемента и выводится в глаз пользователя посредством вводного-выводного дифракционного оптического элемента;the red central lower component is introduced into the waveguide through the first input-reproducing diffractive optical element, which diffracts that part of it that propagates at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component, then multiplies through the second input-reproducing diffractive optical element and output into the user's eye through the input-output diffractive optical element; второй набор дифракционных оптических элементов работает следующим образом:the second set of diffractive optical elements works as follows: синяя центральная верхняя составляющая вводится в волновод посредством второго вводного-размножающего дифракционного оптического элемента, затем размножается посредством второго вводного-размножающего дифракционного оптического элемента и выводится в глаз пользователя посредством вводного-выводного дифракционного оптического элемента;the blue center top component is input to the waveguide by the second input-reproducing diffractive optical element, then multiplied by the second input-reproducing diffractive optical element, and output to the user's eye via the input-output diffractive optical element; зеленая центральная верхняя составляющая вводится в волновод посредством второго вводного-размножающего дифракционного оптического элемента, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается посредством второго вводного-размножающего дифракционного оптического элемента и выводится в глаз пользователя посредством вводного-выводного дифракционного оптического элемента;the green central upper component is introduced into the waveguide through the second input-reproducing diffractive optical element, on which that part of it that propagates at an angle different from the angle of incidence of the blue component is diffracted, then multiplied by the second input-reproducing diffractive optical element and output to the user's eye through input-output diffractive optical element; красная центральная верхняя составляющая вводится в волновод посредством второго вводного-размножающего дифракционного оптического элемента, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается посредством второго вводного-размножающего дифракционного оптического элемента и выводится в глаз пользователя посредством вводного-выводного дифракционного оптического элемента;the red central upper component is introduced into the waveguide through the second input-reproducing diffractive optical element, on which that part of it that propagates at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component diffracts, then multiplies through the second input-reproducing diffractive optical element and output into the user's eye through the input-output diffractive optical element; третий набор дифракционных элементов работает следующим образом:the third set of diffractive elements works as follows: синяя нижняя составляющая вводится в волновод посредством вводного-выводного дифракционного оптического элемента, затем размножается посредством первого размножающего-выводного дифракционного оптического элемента и выводится в глаз пользователя посредством второго размножающего-выводного дифракционного оптического элемента;the lower blue component is inputted into the waveguide by the input-output diffractive optical element, then multiplied by the first breeding-output diffractive optical element, and output to the user's eye through the second multiplying-output diffractive optical element; зеленая нижняя составляющая вводится в волновод посредством вводного-выводного дифракционного оптического элемента, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается посредством первого размножающего-выводного дифракционного оптического элемента и выводится в глаз пользователя посредством второго размножающего-выводного дифракционного оптического элемента;the green lower component is introduced into the waveguide by means of an input-output diffractive optical element, on which that part of it that propagates at an angle different from the angle of incidence of the blue component is diffracted, then multiplied by the first multiplying-output diffractive optical element and output to the user's eye through the second breeding-output diffractive optical element; красная нижняя составляющая вводится в волновод посредством вводного-выводного дифракционного оптического элемента, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается посредством первого размножающего-выводного дифракционного оптического элемента и выводится в глаз пользователя посредством второго размножающего-выводного дифракционного оптического элемента;the red lower component is introduced into the waveguide by means of an input-output diffractive optical element, on which that part of it that propagates at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component is diffracted, then it is multiplied by the first multiplying-output diffractive optical element and output to the eye the user through the second breeding-output diffractive optical element; четвертый набор дифракционных элементов работает следующим образом:the fourth set of diffractive elements works as follows: синяя верхняя составляющая вводится в волновод посредством вводного-выводного дифракционного оптического элемента, затем размножается посредством второго размножающего-выводного дифракционного оптического элемента и выводится в глаз пользователя посредством первого размножающего-выводного дифракционного оптического элемента;the blue upper component is inputted into the waveguide by the input-output diffractive optical element, then multiplied by the second multiplying-output diffractive optical element, and output to the user's eye through the first multiplying-output diffractive optical element; зеленая верхняя составляющая вводится в волновод посредством вводного-выводного дифракционного оптического элемента, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается посредством второго размножающего-выводного дифракционного оптического элемента и выводится в глаз пользователя посредством первого размножающего-выводного дифракционного оптического элемента; the green upper component is introduced into the waveguide by means of an input-output diffractive optical element, on which that part of it that propagates at an angle different from the angle of incidence of the blue component is diffracted, then multiplied by the second multiplying-output diffractive optical element and output to the user's eye through the first breeding-output diffractive optical element; красная верхняя составляющая вводится в волновод посредством вводного-выводного дифракционного оптического элемента, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается посредством второго размножающего-выводного дифракционного оптического элемента и выводится в глаз пользователя посредством первого размножающего-выводного дифракционного оптического элемента. the red upper component is introduced into the waveguide by means of an input-output diffractive optical element, on which that part of it that propagates at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component is diffracted, then multiplied by the second multiplying-output diffractive optical element and output to the eye user through the first breeding-output diffractive optical element. 13. Волновод с архитектурой дифракционных оптических элементов для устройства дополненной реальности, причем архитектура дифракционных оптических элементов содержит:13. A waveguide with an architecture of diffractive optical elements for an augmented reality device, wherein the architecture of the diffractive optical elements contains: зону ввода излучения;radiation input zone; зону размножения излучения;radiation propagation zone; зону вывода излучения;radiation output zone; первый дифракционный оптический элемент, выполненный с возможностью ввода излучения, вывода излучения, размножения излучения; the first diffractive optical element configured to input radiation, output radiation, multiplication of radiation; второй дифракционный оптический элемент, выполненный с возможностью ввода излучения, вывода излучения, размножения излучения; a second diffractive optical element configured to input radiation, output radiation, multiplication of radiation; причем and зона ввода излучения содержит первый дифракционный оптический элемент, выполняющий функцию ввода излучения, второй дифракционный оптический элемент, выполняющий функцию ввода излучения, the radiation input zone contains the first diffractive optical element that performs the function of radiation input, the second diffractive optical element that performs the function of radiation input, зона размножения излучения содержит первый дифракционный оптический элемент, выполняющий функцию размножения излучения, второй дифракционный оптический элемент, выполняющий функцию размножения излучения;the radiation multiplication zone contains the first diffractive optical element that performs the function of radiation multiplication, the second diffractive optical element that performs the function of radiation multiplication; зона вывода излучения содержит первый дифракционный оптический элемент, выполняющий функцию вывода излучения, второй дифракционный оптический элемент, выполняющий функцию вывода излучения;the radiation output zone contains the first diffractive optical element that performs the function of the radiation output, the second diffractive optical element that performs the function of the radiation output; причем зона ввода излучения выполнена с возможностью, при работе устройства дополненной реальности, разделения изображения от проектора на цветовые составляющие изображения: красную, зеленую, синюю, и направления хода лучей каждой из цветовых составляющих через соответствующий набор дифракционных оптических элементов, причем, по ходу излучения: moreover, the radiation input zone is made with the possibility, during the operation of the augmented reality device, of dividing the image from the projector into color image components: red, green, blue, and guiding the rays of each of the color components through the corresponding set of diffractive optical elements, moreover, along the radiation path: первый набор дифракционных оптических элементов состоит из: the first set of diffractive optical elements consists of: второго дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию ввода излучения и функцию вывода излучения, the second diffractive optical element that performs the function of input of radiation and the function of output of radiation, первого дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию размножения излучения;the first diffractive optical element that performs the function of multiplication of radiation; второй набор дифракционных оптических элементов состоит из:the second set of diffractive optical elements consists of: первого дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию ввода излучения и функцию вывода излучения, the first diffractive optical element that performs the function of input of radiation and the function of output of radiation, второго дифракционного оптического элемента, выполняющего функцию размножения излучения.the second diffractive optical element that performs the function of radiation multiplication. 14. Волновод по п. 13, причем сумма векторов всех дифракционных оптических элементов в каждом наборе равна нулю.14. The waveguide according to claim 13, wherein the sum of the vectors of all diffractive optical elements in each set is zero. 15. Волновод по п. 14, в котором каждый дифракционный оптический элемент является линейным.15. The waveguide of claim 14, wherein each diffractive optical element is linear. 16. Волновод по любому из пп. 13-15, в котором дифракционные оптические элементы имеют сегментированную структуру, то есть штрихи выполнены в виде макросегментов с разными формами, разными размерами и отстоят друг от друга на разные расстояния.16. Waveguide according to any one of paragraphs. 13-15, in which the diffractive optical elements have a segmented structure, that is, the strokes are made in the form of macro-segments with different shapes, different sizes and spaced apart from each other at different distances. 17. Волновод по любому из пп. 13-15, в котором дифракционные оптические элементы являются объемными, то есть штрихи расположены внутри объема волновода либо слоя, прилегающего к волноводу.17. Waveguide according to any one of paragraphs. 13-15, in which the diffractive optical elements are volumetric, that is, the strokes are located inside the volume of the waveguide or a layer adjacent to the waveguide. 18. Волновод по любому из пп. 13-15, в котором дифракционные оптические элементы представляют собой одно из: поверхностные структуры, рельефные структуры или смешанные структуры, то есть и рельефные и объемные.18. Waveguide according to any one of paragraphs. 13-15, in which the diffractive optical elements are one of: surface structures, relief structures, or mixed structures, that is, both relief and volume. 19. Волновод по любому из пп. 13-15, в котором дифракционные оптические элементы выполнены либо в объеме волновода, либо на поверхности волновода, либо и в объеме волновода, и на поверхности волновода.19. Waveguide according to any one of paragraphs. 13-15, in which the diffractive optical elements are made either in the volume of the waveguide, or on the surface of the waveguide, or both in the volume of the waveguide and on the surface of the waveguide. 20. Волновод по любому из пп. 13-15, в котором дифракционные оптические элементы выполнены в отдельном слое волновода, либо внутри этого слоя, либо на поверхности этого слоя, либо смешанно, то есть часть внутри слоя, часть на поверхности слоя.20. The waveguide according to any one of paragraphs. 13-15, in which the diffractive optical elements are made in a separate layer of the waveguide, either inside this layer, or on the surface of this layer, or mixed, that is, part inside the layer, part on the surface of the layer. 21. Волновод по любому из пп. 13-20, в котором дифракционные оптические элементы являются голографическими.21. The waveguide according to any one of paragraphs. 13-20, in which the diffractive optical elements are holographic. 22. Способ работы волновода с архитектурой дифракционных оптических элементов по п. 13 для устройства дополненной реальности, причем способ содержит этапы, на которых:22. A method for operating a waveguide with an architecture of diffractive optical elements according to claim 13 for an augmented reality device, the method comprising the steps of: излучение от проектора попадает в зону ввода излучения, в котором разделяется на красную составляющую изображения, синюю составляющую изображения и зеленую составляющую изображения, и направляется в наборы дифракционных оптических элементов, работающих одновременно, при этомradiation from the projector enters the radiation input zone, where it is separated into a red image component, a blue image component and a green image component, and is directed to sets of diffractive optical elements operating simultaneously, while синяя центральная верхняя составляющая вводится в волновод при помощи второго дифракционного оптического элемента, затем размножается при помощи первого дифракционного оптического элемента, затем дифрагирует на первом дифракционном оптическом элементе и выводится в глаз пользователя при помощи элемента второго дифракционного оптического элемента;the blue center top component is introduced into the waveguide by the second diffractive optical element, then multiplied by the first diffractive optical element, then diffracted by the first diffractive optical element, and output to the user's eye by the second diffractive optical element; зеленая центральная верхняя составляющая вводится в волновод при помощи элемента второго дифракционного оптического элемента, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется под углом, отличным от угла падения синей составляющей, затем размножается при помощи первого дифракционного оптического элемента, затем дифрагирует на втором дифракционном оптическом элементе второй раз и выводится в глаз пользователя при помощи элемента второго дифракционного оптического элемента;the green central upper component is introduced into the waveguide using an element of the second diffractive optical element, on which that part of it that propagates at an angle different from the angle of incidence of the blue component diffracts, then multiplies using the first diffractive optical element, then diffracts on the second diffractive optical element a second time and output to the user's eye by means of the element of the second diffractive optical element; красная центральная верхняя составляющая вводится в волновод при помощи второго дифракционного оптического элемента, на котором дифрагирует та ее часть, которая распространяется в воздухе под углом, отличным от угла падения синей составляющей и зеленой составляющей, затем размножается при помощи первого дифракционного оптического элемента, затем дифрагирует на первом дифракционном оптическом элементе второй раз и выводится в глаз пользователя при помощи второго дифракционного оптического элемента.the red central upper component is introduced into the waveguide using the second diffractive optical element, which diffracts that part of it that propagates in air at an angle different from the angle of incidence of the blue component and the green component, then multiplies using the first diffractive optical element, then diffracts on the first diffractive optical element a second time and is output to the user's eye using the second diffractive optical element. 23. Устройство для отображения дополненной реальности, содержащее:23. An augmented reality display device, comprising: проектор изображения;image projector; волновод с архитектурой дифракционных оптических элементов по любому из пп. 1-11.waveguide with the architecture of diffractive optical elements according to any one of paragraphs. 1-11. 24. Устройство для отображения дополненной реальности, содержащее:24. An augmented reality display device, comprising: проектор изображения;image projector; волновод с архитектурой дифракционных оптических элементов по любому из пп. 13-21.waveguide with the architecture of diffractive optical elements according to any one of paragraphs. 13-21. 25. Устройство для отображения дополненной реальности, содержащее:25. An augmented reality display device, comprising: проектор изображения;image projector; волновод с архитектурой дифракционных оптических элементов по любому из пп. 1-11, причем на одной стороне волновода расположены первый и второй наборы дифракционных элементов, а на противоположной стороне волновода расположены третий и четвертый наборы дифракционных элементов.waveguide with the architecture of diffractive optical elements according to any one of paragraphs. 1-11, wherein the first and second sets of diffractive elements are located on one side of the waveguide, and the third and fourth sets of diffractive elements are located on the opposite side of the waveguide. 26. Устройство для отображения дополненной реальности, содержащее:26. An augmented reality display device, comprising: проектор изображения;image projector; по меньшей мере один волновод с архитектурой дифракционных оптических элементов по любому из пп. 1-11.at least one waveguide with the architecture of diffractive optical elements according to any one of paragraphs. 1-11. 27. Устройство для отображения дополненной реальности, содержащее:27. An augmented reality display device, comprising: проектор изображения;image projector; по меньшей мере один волновод с архитектурой дифракционных оптических элементов по любому из пп. 13-21.at least one waveguide with the architecture of diffractive optical elements according to any one of paragraphs. 13-21. 28. 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 п. 23,28. Augmented reality glasses containing an element for the left eye and an element for the right eye, and each of the elements for the left and right eyes is an augmented reality display device according to claim 23, причем волновод, включающий в себя архитектуру дифракционных оптических элементов, расположен в каждом из элемента для правого глаза и элемента для левого глаза таким образом, что вывод излучения осуществляется в глаза пользователя. wherein a waveguide including an architecture of diffractive optical elements is positioned in each of the right eye element and the left eye element such that radiation is output to the user's eyes. 29. 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 п. 24,29. Augmented reality glasses comprising a left eye element and a right eye element, wherein each of the left and right eye elements is an augmented reality display device according to claim 24, причем волновод, включающий в себя архитектуру дифракционных оптических элементов, расположен в каждом из элемента для правого глаза и элемента для левого глаза таким образом, что вывод излучения осуществляется в глаза пользователя. wherein a waveguide including an architecture of diffractive optical elements is positioned in each of the right eye element and the left eye element such that radiation is output to the user's eyes. 30. 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 п. 25,30. Augmented reality glasses containing an element for the left eye and an element for the right eye, and each of the elements for the left and right eyes is an augmented reality display device according to claim 25, причем волновод расположен в каждом из элемента для правого глаза и элемента для левого глаза таким образом, что вывод излучения осуществляется в глаза пользователя. moreover, the waveguide is located in each of the element for the right eye and the element for the left eye so that the output of radiation is carried out in the eyes of the user. 31. 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 п. 26. 31. Augmented reality glasses containing an element for the left eye and an element for the right eye, and each of the elements for the left and right eyes is an augmented reality display device according to claim 26. 32. 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 п. 27. 32. Augmented reality glasses containing an element for the left eye and an element for the right eye, and each of the elements for the left and right eyes is an augmented reality display device according to claim 27.
RU2021126813A 2021-09-13 2021-09-13 Waveguide architecture based on diffraction optical elements for augmented reality glasses with a wide field of view RU2774057C1 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202280056256.7A CN117813542A (en) 2021-09-13 2022-07-20 Diffractive optical element-based waveguide architecture for augmented reality glasses with wide field of view
PCT/KR2022/010637 WO2023038280A1 (en) 2021-09-13 2022-07-20 Diffractive optical elements-based waveguide architecture for augmented reality glasses with wide field of view
EP22867549.2A EP4359852A1 (en) 2021-09-13 2022-07-20 Diffractive optical elements-based waveguide architecture for augmented reality glasses with wide field of view
US17/883,043 US20230081473A1 (en) 2021-09-13 2022-08-08 Diffractive optical elements-based waveguide architecture for augmented reality glasses with wide field of view

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2774057C1 true RU2774057C1 (en) 2022-06-14

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180052276A1 (en) * 2016-08-22 2018-02-22 Magic Leap, Inc. Diffractive eyepiece
US20180373115A1 (en) * 2012-11-16 2018-12-27 Digilens, Inc. Transparent Waveguide Display
WO2019005376A1 (en) * 2017-06-30 2019-01-03 Microsoft Technology Licensing, Llc Large-field-of-view waveguide supporting red, green, and blue in one plate

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180373115A1 (en) * 2012-11-16 2018-12-27 Digilens, Inc. Transparent Waveguide Display
US20180052276A1 (en) * 2016-08-22 2018-02-22 Magic Leap, Inc. Diffractive eyepiece
WO2019005376A1 (en) * 2017-06-30 2019-01-03 Microsoft Technology Licensing, Llc Large-field-of-view waveguide supporting red, green, and blue in one plate

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210231947A1 (en) Projector architecture incorporating artifact mitigation
US20220260838A1 (en) Apparatus for Providing Waveguide Displays with Two-Dimensional Pupil Expansion
CA2956872C (en) Exit pupil expanding diffractive optical waveguiding device
CN112817153B (en) Optical pupil expanding device with large field angle, display device and method
JP2022091982A (en) Waveguide with uniform output illumination
CN112867956B (en) Waveguide including volume Bragg grating
JP2020187372A (en) Distributed light manipulation over imaging waveguide
JP2018054978A (en) Virtual image display device and method for manufacturing the same
CA3051035A1 (en) Waveguide for an augmented reality or virtual reality display
WO2018031634A1 (en) Volume phase holographic waveguide for display
CN112867957B (en) Waveguide for conveying multiple portions of a field of view
CN211528820U (en) Optical structure and augmented reality or virtual reality device
KR20230060506A (en) Diffraction grating design method for augmented reality or virtual reality display and diffraction grating for augmented reality or virtual reality display
CN113721362B (en) Optical pupil expanding device, display device, light beam expanding method and image display method
KR20170129108A (en) Display system
WO2022227717A1 (en) Optical pupil dilating device for displaying color image
US20230176382A1 (en) Waveguide display with cross-polarized eye pupil expanders
CN113219671A (en) Optical device and display apparatus
US20230221570A1 (en) Waveguide architecture based on diffractive optical elements for augmented reality displays with a wide field of view
RU2752296C1 (en) Waveguide architecture based on diffractive optical elements for augmented reality displays with wide field of view
RU2774057C1 (en) Waveguide architecture based on diffraction optical elements for augmented reality glasses with a wide field of view
CN114911058B (en) Method for realizing single-chip full color by utilizing diffraction optical waveguide, diffraction optical waveguide and equipment
US11835922B2 (en) Augmented reality device based on waveguide with holographic diffractive grating structure and apparatus for recording the holographic diffractive grating structure
US20230081473A1 (en) Diffractive optical elements-based waveguide architecture for augmented reality glasses with wide field of view
CN114839765A (en) Optical pupil expanding device with large field angle, display device and method