RU2794409C1

RU2794409C1 - Information display device using volume holograms

Info

Publication number: RU2794409C1
Application number: RU2022105062A
Authority: RU
Inventors: Анастасия Андреевна Калинина; Андрей Николаевич Путилин
Original assignee: Анастасия Андреевна Калинина
Filing date: 2022-02-24
Publication date: 2023-04-17

Abstract

FIELD: displaying digital information.

SUBSTANCE: devices for displaying digital information for personal use using holograms. Device for projecting a digital image onto the retina contains at least one projector with a control unit, one optical element for redirecting radiation from the projector and forming an image in the area of the off-axis volume hologram, one off-axis volume hologram and one axial volume hologram. The off-axis volumetric hologram is configured with the possibility of angular redirection of radiation and changes in the angular divergence of radiation. The axial volumetric hologram is made with the possibility of converting beams of rays diverging from a certain plane into flat ones.

EFFECT: projector is configured to form a real image by scanning a laser beam in two planes using a MEMS mirror and with the ability to control image parameters using a connected control unit.

1 cl, 6 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к устройствам отображения цифровой информации, а именно к дисплеям дополненной и виртуальной реальности и может применяться в качестве очков дополненной реальности или шлема дополненной реальности. The invention relates to devices for displaying digital information, namely to augmented and virtual reality displays, and can be used as augmented reality glasses or an augmented reality helmet.

Описание предшествующего уровня техникиDescription of the prior art

Очки дополненной реальности – это устройство отображения информации индивидуального пользования, размещенное на голове пользователя перед глазами таким образом, что на сетчатке глаз формируется цифровое изображение, сгенерированное этим устройством, при этом цифровое изображение накладывается на изображение окружающего мира. Устройства такого типа обычно формируют цифровое изображение для каждого глаза отдельно, т.е. формирует бинокулярные изображения, однако, существуют и бинокулярные технологические решения, формирующие одно изображение для обоих глаз. Все устройства, формирующие виртуальные изображения, состоят из нескольких основных блоков: блок генерации изображения (при необходимости, с системой подсветки), оптический блок преобразования изображения, оптический элемент для проецирования изображения на сетчатку. Блок генерации изображения содержит в себе пространственный дисплей, например, LCoS, LCD, uLED, OLED, или систему формирования изображения посредством сканирования лазерного луча (LBS – laser beam scanning). Оптический блок содержит в себе комбинацию линз, зеркал, поляризационных элементов, осуществляющих преобразование изображения. Основным элементом устройств дополненной реальности является прозрачный оптический элемент, находящийся перед глазом пользователя и осуществляющий формирование изображения на сетчатке глаза. Такой элемент может представлять собой полупрозрачное зеркало, голограмму, дифракционную решетку, набор микрозеркал.Augmented reality glasses are a device for displaying information for personal use, placed on the user's head in front of the eyes in such a way that a digital image generated by this device is formed on the retina of the eyes, while the digital image is superimposed on the image of the surrounding world. Devices of this type usually form a digital image for each eye separately, i. forms binocular images, however, there are also binocular technological solutions that form one image for both eyes. All devices that form virtual images consist of several main blocks: an image generation unit (if necessary, with a backlight system), an optical image conversion unit, an optical element for projecting an image onto the retina. The imaging unit contains a spatial display such as LCoS, LCD, uLED, OLED, or a laser beam scanning (LBS) imaging system. The optical unit contains a combination of lenses, mirrors, polarizing elements that convert the image. The main element of augmented reality devices is a transparent optical element located in front of the user's eye and forming an image on the retina. Such an element can be a translucent mirror, a hologram, a diffraction grating, a set of micromirrors.

Одним из удачных решений является система на основе полупрозрачного сферического зеркала с расположенным в фокальной плоскости голографическим диффузором US20170227764A1 [1]. Несмотря на преимущества системы – широкое поле зрение и большой выходной зрачок, такое решение не является компактным. Похожее, улучшенное решение на основе комбинации голографического диффузора и голографической линзы описано в статье Jiwoon Yeom et.al Projection-type see-through near-to-eye display with a passively enlarged eye-box by combining a holographic lens and diffuser, Optics Express, Vol.29, Issue 22, pp. 36005-36020 [2].One of the successful solutions is a system based on a semitransparent spherical mirror with a holographic diffuser US20170227764A1 located in the focal plane [1]. Despite the advantages of the system - a wide field of view and a large exit pupil, this solution is not compact. A similar, improved solution based on a combination of a holographic diffuser and a holographic lens is described in Jiwoon Yeom et.al Projection-type see-through near-to-eye display with a passively enlarged eye-box by combining a holographic lens and diffuser, Optics Express, Vol.29, Issue 22, pp. 36005-36020 [2].

Наиболее близким к заявленному изобретению является система, описанная в патентной заявке US20170227764A1 [1], которая состоит из комбинации голографического диффузора и вогнутого полупрозрачного зеркала, которые формируют виртуальное изображение на конечном или бесконечном расстоянии от зрителя. Closest to the claimed invention is the system described in patent application US20170227764A1 [1], which consists of a combination of a holographic diffuser and a concave translucent mirror, which form a virtual image at a finite or infinite distance from the viewer.

Использование сферического зеркала в качестве элемента для формирования виртуального изображения ограничивает применение такой системы в устройствах дополненной реальности из-за больших габаритов системы. В дополнение к этому, полупрозрачное зеркало пропускает не более 50-ти процентов излучения, приходящего от окружающего мира, что приводит к затемнению изображения и ограничению использования устройства в условиях недостаточной освещенности. The use of a spherical mirror as an element for forming a virtual image limits the use of such a system in augmented reality devices due to the large dimensions of the system. In addition to this, a translucent mirror transmits no more than 50 percent of the radiation coming from the outside world, which leads to darkening of the image and limits the use of the device in low light conditions.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание устройства отображения информации с:The task to be solved by the claimed invention is the creation of an information display device with:

- улучшенными выходными характеристиками, а именно широким полем зрения при большом выходном зрачке; - improved output characteristics, namely a wide field of view with a large exit pupil;

- улучшенной компактностью системы за счет использования плоской осевой голограммы в качестве элемента, формирующего изображение на сетчатке пользователя;- improved compactness of the system due to the use of a flat axial hologram as an element that forms an image on the user's retina;

- улучшенной компактностью системы за счет использования оптического элемента, перенаправляющего излучение от проектора и формирующего изображение в плоскости внеосевой объемной голограммы;- improved compactness of the system due to the use of an optical element that redirects radiation from the projector and forms an image in the plane of the off-axis volumetric hologram;

- увеличенной прозрачностью, за счет использования объемных голограмм, обладающих селективностью по длине волны;- increased transparency due to the use of volumetric holograms with wavelength selectivity;

- улучшенной эффективностью за счет соответствия длин волн работы сканирующего проектора и голограмм.- improved efficiency due to the matching of the wavelengths of the scanning projector and holograms.

Технический результат достигается путем создания устройства отображения цифровой информации, содержащего, по меньшей мере, одну осевую объемную голограмму, формирующую цифровое изображение на сетчатке пользователя; по меньшей мере, одну внеосевую объемную голограмму, выполняющую функцию перенаправления излучения и изменения его угловой расходимости; по меньшей мере, один LBS проектор, выполненный с возможностью формирования действительного изображения путем сканирования лазерного луча посредством вращения MEMS зеркала; по меньшей мере, один оптический элемент с возможностью перенаправления излучения от сканирующего проектора и формирования изображения в области внеосевой объемной голограммы; по меньшей мере, один блок формирования и предварительной обработки цифровой информации, выполненный с возможностью передачи этой информации на LBS проектор. Упомянутая осевая объемная голограмма выполнена с возможностью преобразования расходящийся их определенной плоскости лучей в параллельные, при этом положение и форма этой плоскости определяются параметрами схемы записи такой голограммы, а именно положением конструктивных точек записи. При этом существует частный случай, при котором промежуточное изображение осевой объемной голограммы обладает нулевой кривизной, что достигается условиями записи, в которой конструктивные точки записи опорной и объектной волн находятся на одном оптическом расстоянии от плоскости осевой объемной голограммы. В этом случае, восстановление осевой объемной голограммы происходит волной, имеющей конфигурацию, отличающуюся от конфигурации опорной волны записи голограммы, а именно, восстановление голограммы происходит из плоскости промежуточного изображения осевой объемной голограммы расходящимися пучками. В качестве источника изображения в данном устройстве используется LBS сканирующий проектор, излучение которого преобразуется и перенаправляется упомянутым выше оптическим элементом таким образом, чтобы сформировать действительное изображение в области внеосевой объемной голограммы, которая в свою очередь расположена в плоскости промежуточного изображения осевой объемной голограммы, и выполнена с возможностью преобразования излучения по углу расходимости и с возможностью перенаправления падающего на него излучения. Таким образом, LBS проектор, управляемый с помощью блока управления, формирует действительное изображение путем сканирования лазерного луча посредством вращения MEMS зеркала. Излучение от сканирующего проектора преобразуется с помощью упомянутого оптического элемента, который переносит действительное изображение в плоскость внеосевой объемной голограммы, которая расположена в плоскости промежуточного изображения осевой объемной голограммы. Внеосевая объемная голограмма преобразует падающее на нее излучение по углу расходимости и перенаправляет излучение в сторону осевой объемной голограммы, которая в свою очередь преобразует расходящиеся из плоскости промежуточного изображения лучи в параллельные, которые накладываются в плоскости выходного зрачка системы и затем попадают в оптическую систему глаза пользователя и фокусируются на сетчатке глаза, при этом пользователь наблюдает цифровое изображение, а также изображение окружающего мира одновременно. При этом рабочий спектральный диапазон, на котором работает LBS проектор совпадает с пиковыми значениями длин волн, на которых работают осевая и внеосевая объемные голограммы. При этом заявляемое устройство характеризуется тем, что внеосевая объемная голограмма и осевая объемная голограмма обладают селективностью по длине волны и по углу, с возможностью функционирования для набора длин волн. При этом упомянутый оптический элемент может быть выполнен в виде F-theta линзы, а также в виде призменного оптического элемента с оптической силой, способный формировать изображение в плоскости внеосевой объемной голограммы, при этом форма формируемого изображения совпадает с формой промежуточного изображения осевой объемной голограммы и, следовательно, с формой внеосевой объемной голограммы. Осевая и внеосевая голограммы представляют собой трехмерные интерференционные структуры с переменным периодом, выполненные в виде метаповерхностей или в виде распределения показателя преломления внутри фоточувствительного материала. При этом голограммы расположены на поверхностях подложек, выполненных из оптического материала.The technical result is achieved by creating a device for displaying digital information, containing at least one axial volumetric hologram that forms a digital image on the user's retina; at least one off-axis volume hologram that performs the function of redirecting radiation and changing its angular divergence; at least one LBS projector configured to form a real image by scanning the laser beam by rotating the MEMS mirror; at least one optical element capable of redirecting radiation from the scanning projector and forming an image in the area of the off-axis volume hologram; at least one block for generating and pre-processing digital information, configured to transmit this information to the LBS projector. Said axial volumetric hologram is made with the possibility of converting rays diverging from a certain plane into parallel ones, while the position and shape of this plane are determined by the parameters of the recording scheme of such a hologram, namely the position of the structural recording points. In this case, there is a special case in which the intermediate image of the axial volume hologram has zero curvature, which is achieved by the recording conditions, in which the design points of the recording of the reference and object waves are at the same optical distance from the plane of the axial volume hologram. In this case, the restoration of the axial volume hologram occurs with a wave having a configuration that differs from the configuration of the reference wave of the hologram recording, namely, the restoration of the hologram occurs from the plane of the intermediate image of the axial volume hologram by diverging beams. This device uses an LBS scanning projector as an image source, the radiation of which is converted and redirected by the above-mentioned optical element in such a way as to form a real image in the region of the off-axis volume hologram, which, in turn, is located in the intermediate image plane of the axial volume hologram, and is made with the possibility of converting radiation according to the angle of divergence and with the possibility of redirecting the radiation incident on it. Thus, the LBS projector, controlled by the control unit, forms a real image by scanning the laser beam by rotating the MEMS mirror. The radiation from the scanning projector is converted by said optical element, which transfers the actual image to the plane of the off-axis volume hologram, which is located in the plane of the intermediate image of the axial volume hologram. The off-axis volume hologram converts the radiation incident on it according to the angle of divergence and redirects the radiation towards the axial volume hologram, which, in turn, converts the rays diverging from the intermediate image plane into parallel ones, which are superimposed in the plane of the exit pupil of the system and then enter the optical system of the user's eye and are focused on the retina of the eye, while the user observes a digital image, as well as an image of the surrounding world at the same time. At the same time, the working spectral range, on which the LBS projector operates, coincides with the peak values of the wavelengths, on which the on-axis and off-axis volumetric holograms operate. Moreover, the claimed device is characterized by the fact that the off-axis volumetric hologram and the axial volumetric hologram have wavelength and angle selectivity, with the possibility of functioning for a set of wavelengths. In this case, the mentioned optical element can be made in the form of an F-theta lens, as well as in the form of a prism optical element with optical power, capable of forming an image in the plane of an off-axis volumetric hologram, while the shape of the formed image coincides with the shape of the intermediate image of the axial volumetric hologram and, hence with the shape of the off-axis volume hologram. Axial and off-axis holograms are three-dimensional interference structures with a variable period, made in the form of metasurfaces or in the form of a refractive index distribution inside a photosensitive material. In this case, the holograms are located on the surfaces of the substrates made of optical material.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

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

Фиг.1 - представлена схема отображения информации пользователю согласно изобретению.Fig. 1 shows a scheme for displaying information to a user according to the invention.

Фиг.2 - представлена схема записи осевой объемной голограммы;Figure 2 - shows the scheme of recording an axial volume hologram;

Фиг.3 – представлена схема восстановления осевой объемной голограммы;Fig.3 - shows the scheme of restoration of the axial volume hologram;

Фиг.4 - представлена схема записи внеосевой объемной голограммы;Fig.4 - shows the scheme of recording an off-axis volumetric hologram;

Фиг.5 – представлена схема восстановления внеосевой объемной голограммы;Fig.5 - shows a diagram of the restoration of the off-axis volumetric hologram;

Фиг.6 – представлена схема воплощения устройства отображения информации в виде очков дополненной реальности.Fig.6 - shows a diagram of the implementation of the information display device in the form of augmented reality glasses.

1 – осевая объемная голограмма;1 – axial volume hologram;

2 – подложка осевой объемной голограммы;2 – substrate of the axial volume hologram;

3 – плоскость промежуточного изображения осевой объемной голограммы;3 – plane of the intermediate image of the axial volume hologram;

4 – внеосевая объемная голограмма;4 – off-axis volumetric hologram;

5 - подложка внеосевой объемной голограммы;5 - substrate of off-axis volumetric hologram;

6 – оптический элемент;6 – optical element;

7 – LBS проектор;7 - LBS projector;

8 – лазерные источники излучения;8 – laser radiation sources;

9 – MEMS зеркало;9 - MEMS mirror;

10 - блок управления;10 - control unit;

11 - расходящиеся световые пучки;11 - divergent light beams;

12 – параллельные световые пучки; 12 - parallel light beams;

13 – плоскость выходного зрачка системы;13 – plane of the exit pupil of the system;

14 – глаз пользователя;14 - user's eye;

15 – цифровое изображение, сформированное на сетчатке глаза;15 - digital image formed on the retina;

16 – виртуальное изображение, наблюдаемое пользователем;16 - virtual image observed by the user;

17 – изображение окружающего мира;17 - image of the surrounding world;

18 – изображение окружающего мира, сформированное на сетчатке глаза;18 - image of the surrounding world, formed on the retina of the eye;

19 – опорная волна при записи осевой объемной голограммы;19 – reference wave when recording an axial volume hologram;

20 – объектная волна при записи осевой объемной голограммы;20 – object wave during recording of an axial volume hologram;

21 – зеркало для записи осевой объемной голограммы;21 – mirror for recording an axial volume hologram;

22 – опорная волна при восстановлении осевой объемной голограммы;22 – reference wave during reconstruction of the axial volume hologram;

23 – объектная волна при восстановлении осевой объемной голограммы;23 – object wave during restoration of the axial volume hologram;

24 - опорная волна при записи внеосевой объемной голограммы;24 - reference wave when recording an off-axis volumetric hologram;

25 - объектная волна при записи внеосевой объемной голограммы;25 - object wave when recording an off-axis volumetric hologram;

26 - опорная волна при восстановлении внеосевой объемной голограммы;26 - reference wave during the restoration of the off-axis volumetric hologram;

27 - объектная волна при восстановлении внеосевой объемной голограммы;27 - object wave during the restoration of the off-axis volumetric hologram;

28 – очки дополненной реальности;28 - augmented reality glasses;

29 – корпус для размещения оптических элементов устройства отображения цифровой информации;29 - housing for placing optical elements of a digital information display device;

30 – голова пользователя.30 - user's head.

Предпочтительные варианты осуществления изобретенияPreferred embodiments of the invention

Пример осуществления настоящего изобретения будет описан ниже. Примерный вариант осуществления, описанный со ссылками на прилагаемые чертежи, является иллюстративным, используются только для объяснения настоящего изобретения и не должен рассматриваться как какое-либо ограничение к нему.An embodiment of the present invention will be described below. The exemplary embodiment described with reference to the accompanying drawings is illustrative, used only to explain the present invention and should not be construed as any limitation thereto.

В общем случае заявленное устройство отображения информации с помощью объемных голограмм состоит из LBS проектора, подключенного к нему блока управления, призменного элемента свободной формы, осуществляющей преобразование излучения, исходящего от LBS проектора, внеосевой объемной голограммы и осевой объемной голограммы. Кривизна и положение внеосевой объемной голограммы соответствует кривизне и положению промежуточного изображения осевой объемной голограммы. В частном случае кривизна промежуточного изображения, а также внеосевой объемной голограммы равна нулю. Осевая объемная голограмма и внеосевая объемная голограмма могут быть выполнены в виде пропускающих или отражающих элементов и их комбинаций.In the general case, the claimed device for displaying information using volume holograms consists of an LBS projector, a control unit connected to it, a free-form prism element that converts radiation coming from the LBS projector, an off-axis volume hologram and an axial volume hologram. The curvature and position of the off-axis volume hologram corresponds to the curvature and position of the intermediate image of the axial volume hologram. In a particular case, the curvature of the intermediate image, as well as the off-axis volumetric hologram, is equal to zero. The axial volume hologram and the off-axis volume hologram can be made in the form of transmissive or reflective elements and their combinations.

Вариант заявленного устройства на Фиг.1 содержит осевую объемную голограмму 1 отражательного типа, расположенную на прозрачной подложке 2, и имеющую промежуточное изображение в плоскости 3, внеосевую объемную голограмму 4, расположенную на прозрачной подложке 5, оптический элемент в виде F-theta линзы 6, LBS проектор 7, включающий в себя лазерные источники RGB излучения 8 и сканирующее MEMS зеркало 9, блок управления проектором 10. LBS проектор 7 сканирует лазерное излучение по углу с помощью MEMS зеркала 9, формируя действительное изображение в некоторой плоскости. Оптический элемент в виде F-theta линзы 6 выполняет преобразование излучения, исходящего от LBS проектора 7 таким образом, что действительное изображение формируется в плоскости промежуточного изображения 3 осевой объемной голограммы 1. Положение внеосевой объемной голограммы 4 совпадает с положением плоскости промежуточного изображения 3 внеосевой объемной голограммы 1. Внеосевая объемная голограмма 4 выполнена таким образом, что перенаправляет падающее на нее излучение в сторону осевой объемной голограммы 1, а также осуществляет преобразование излучения по углу расхождения. Осевая объемная голограмма 1 выполнена таким образом что преобразует расходящиеся из плоскости 3 лучи 11 в параллельные 12, которые в свою очередь накладываются в плоскости зрачка 13, и, попадая в глаз пользователя 14, фокусируются на сетчатке, тем самым формируя изображение 15. Таким образом, пользователь наблюдает виртуальное изображение 16, при этом изображение окружающего мира 17 беспрепятственно проходит через все оптические элементы (1,2,4,5) и формирует изображение на сетчатке пользователя 17. A variant of the claimed device in Fig.1 contains an axial volumetric hologram 1 of a reflective type, located on a transparent substrate 2, and having an intermediate image in the plane 3, an off-axis volumetric hologram 4, located on a transparent substrate 5, an optical element in the form of an F-theta lens 6, LBS projector 7, including RGB laser sources 8 and scanning MEMS mirror 9, projector control unit 10. LBS projector 7 scans laser radiation along the angle using MEMS mirror 9, forming a real image in a certain plane. The optical element in the form of an F-theta lens 6 converts the radiation coming from the LBS projector 7 in such a way that the actual image is formed in the intermediate image plane 3 of the axial volume hologram 1. The position of the off-axis volume hologram 4 coincides with the position of the intermediate image plane 3 of the off-axis volume hologram 1. The off-axis volume hologram 4 is made in such a way that it redirects the radiation incident on it towards the axial volume hologram 1, and also converts the radiation along the angle of divergence. The axial volumetric hologram 1 is made in such a way that it converts rays 11 diverging from plane 3 into parallel rays 12, which, in turn, are superimposed in the plane of the pupil 13, and, falling into the eye of the user 14, are focused on the retina, thereby forming an image 15. Thus, the user observes a virtual image 16, while the image of the surrounding world 17 freely passes through all optical elements (1,2,4,5) and forms an image on the user's retina 17.

F-theta линза 6 может быть выполнена в виде отражательной призмы, содержащей как минимум три грани оптических поверхностей, две из которых работают в режиме пропускания, а остальные в режиме отражения, при этом каждая грань призменного элемента может обладать оптической силой и иметь плоскую, сферическую, асферическую форму или форму, описываемую полиномами Цернике.F-theta lens 6 can be made in the form of a reflective prism containing at least three faces of optical surfaces, two of which operate in the transmission mode, and the rest in the reflection mode, while each face of the prism element can have an optical power and have a flat, spherical , an aspherical shape, or a shape described by Zernike polynomials.

LBS проектор 7 может формировать как монохромное изображение, так и полихромное, при этом проектор может содержать одно MEMS зеркало, обеспечивающее сканирование лазерного луча в двух плоскостях, или два зеркала, осуществляющих сканирование сначала в одной плоскости, затем в другой.LBS projector 7 can form both a monochrome image and a polychrome one, while the projector can contain one MEMS mirror that provides scanning of the laser beam in two planes, or two mirrors that scan first in one plane, then in another.

Спектр излучения LBS 7 проектора соответствует длинам волн, на которых работают объемные голограммы.The emission spectrum of the LBS 7 projector corresponds to the wavelengths at which volume holograms operate.

На фиг.2 представлен вариант схемы записи осевой объемной голограммы 1 отражающего типа. Для записи осевой объемной голограммы 1 с плоским промежуточным изображением 3 создаются условия, чтобы конструктивные точки записи опорной 19 и объектной 20 волн совпадали, т.е. находились на одном расстоянии S_O = S_R от осевой объемной голограммы 1. В этом случае промежуточное изображение 3 формируется на расстоянии S_I от осевой объемной голограммы. При этом расстояния S_O = S_Rвыбираются согласно положению выходного зрачка системы 13. Для записи осевой объемной голограммы по предложенной схеме может быть использован метод Денисюка, в котором опорная волна 19, проходя через регистрирующую среду, отражается от зеркала 21 и преобразуется в объектную волну 20, тогда в регистрирующей среде формируется трехмерная интерференционная картина.Figure 2 shows a variant of the recording scheme of the axial volumetric hologram 1 reflective type. To record an axial volumetric hologram 1 with a flat intermediate image 3, conditions are created so that the design points of the recording of the reference 19 and object 20 waves coincide, i.e. were at the same distance S _O = S _R from the axial volume hologram 1. In this case, the intermediate image 3 is formed at a distance S _I from the axial volume hologram. In this case, the distances S _O = S _R are selected according to the position of the exit pupil of the system 13. To record an axial volume hologram according to the proposed scheme, the Denisyuk method can be used, in which the reference wave 19, passing through the recording medium, is reflected from the mirror 21 and converted into an object wave 20, then a three-dimensional interference pattern is formed in the recording medium.

На фиг.3 представлен вариант схемы восстановления осевой объемной голограммы. Особенностью этой схемы является то, что конфигурации волны для восстановления голограммы отличается от волны, используемой в схеме записи. Т.е. осевая голограмма восстанавливается волной, исходящей не из точки So, а волной 22, исходящей из плоскости промежуточного изображения Si, при этом восстанавливается волна 23. При этом волна 22, используемая при восстановлении осевой объемной голограммы, удовлетворяет условиям Брэгга.Figure 3 shows a variant of the scheme for restoring the axial volume hologram. A feature of this scheme is that the wave configuration for hologram reconstruction is different from the wave used in the recording scheme. Those. the axial hologram is reconstructed by the wave 22 emanating not from the point So, but by the wave 22 emanating from the plane of the intermediate image Si, while the wave 23 is restored. In this case, the wave 22 used in the reconstruction of the axial volume hologram satisfies the Bragg conditions.

Зеркало 21 может иметь сферическую, асферическую и форму, описываемую полиномами Цернике.The mirror 21 can be spherical, aspherical, and the shape described by the Zernike polynomials.

На фиг.4 представлен вариант схемы записи внеосевой объемной голограммы 4 пропускающего типа. Для записи внеосевой объемной голограммы 4, расположенной на подложке 5, используются плоская опорная волна 24, освещающая голограмму 4 под углом α, и объектная сферическая волна 25. Figure 4 shows a variant of the scheme for recording an off-axis volumetric hologram 4 of the transmission type. To record an off-axis volumetric hologram 4 located on a substrate 5, a plane reference wave 24 is used, which illuminates the hologram 4 at an angle α, and an object spherical wave 25.

На фиг.5 представлен вариант схемы восстановления внеосевой объемной голограммы 4, расположенной на подложке 5. Конфигурация восстанавливающей волны 26 отличается от опорной волны записи 24, однако удовлетворяет условиям Брэгга и освещает голограмму под углом α. В этом случае, объектная волна 27 восстанавливается как указано на фиг.5.Figure 5 shows a variant of the scheme for restoring an off-axis volumetric hologram 4 located on a substrate 5. The configuration of the restoring wave 26 differs from the reference recording wave 24, but satisfies the Bragg conditions and illuminates the hologram at an angle α. In this case, the object wave 27 is restored as shown in FIG.

На фиг.6 представлен вариант схемы внедрения устройства отображения информации с помощью объемных голограмм в очки дополненной реальности 28. LBS проектор 7 с блоком управления 10, F-theta призма 6 размещены в корпусе 29, который может быть выполнен в виде дужек очков. При этом очки дополненной реальности 28 размещены и закреплены на голове пользователя 30 таким образом, чтобы изображение окружающего мира, а также цифровое изображение, сгенерированное устройством, беспрепятственно попадало в глаза пользователя 14.Figure 6 shows a variant of the scheme for introducing an information display device using volumetric holograms into augmented reality glasses 28. LBS projector 7 with a control unit 10, F-theta prism 6 are placed in a housing 29, which can be made in the form of glasses temples. At the same time, augmented reality glasses 28 are placed and fixed on the head of the user 30 in such a way that the image of the surrounding world, as well as the digital image generated by the device, freely enters the eyes of the user 14.

Claims

A device for displaying information using volumetric holograms, which includes optically coupled:

- at least one axial volume hologram located in front of the viewer's eye, forming a digital image on the user's retina;

- at least one off-axis volumetric hologram that performs the function of redirecting radiation and changing its angular divergence;

- at least one LBS (laser beam scanning) projector located outside the user's direct vision and forming a real image by scanning the laser beam by rotating the MEMS mirror;

- at least one optical element that redirects radiation from the LBS projector and forms an image in the plane of the off-axis volume hologram;

- at least one block for the formation and pre-processing of digital information, made with the possibility of transmitting this information to the specified LBS projector;

characterized in that said off-axis volume hologram is located in the plane of the intermediate image of the axial volume hologram, while the shape of the off-axis volume hologram corresponds to the shape of the intermediate image of the axial volume hologram, while the axial volume hologram is designed in such a way that it converts divergent light beams emanating from its plane intermediate image, into parallel ones, which are superimposed in the plane of the exit pupil of the system and then, getting into the optical system of the user's eye, are focused on the retina, forming an image, while the off-axis volumetric hologram is designed in such a way that it redirects the beams of rays converging on it, formed by the LBS projector and the mentioned optical element into divergent ones, converting them according to the angle of divergence, while the angular direction of each beam corresponding to the spatial unit of the image depends on the coordinate of the position of this beam on the off-axis volume hologram, while the mentioned optical element is an F-theta lens, in the focal plane of which is a MEMS projector mirror, or a prism optical element having optical power and configured to form an image in the plane of the off-axis volume hologram, while the shape of the formed image coincides with the shape of the intermediate image of the axial volume hologram and, therefore, with the shape of the off-axis volume hologram , while the axial and off-axis holograms are interference structures with a variable period, made in the form of metasurfaces or formed in a layer of photosensitive material located on substrates of optical material, while the holograms have selectivity in angle and wavelength, while the holograms operate in a reflective or transmission mode, while the wavelengths at which the LBS projector operates coincides with the wavelengths at which the axial and off-axis volumetric holograms operate.