Методика расчета голограммного дисплея с учетом дифракционной эффективности объемно-фазовой голограммы

Гуськов И.А., Муслимов Э.Р., Мельников А.Н., Гильфанов А.Р.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Гуськов И.А., Муслимов Э.Р., Мельников А.Н. , Гильфанов А.Р. Методика расчета голограммного дисплея с учетом дифракционной эффективности объемно-фазовой голограммы // Оптический журнал. 2020. Т. 87. № 11. С. 21–30. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2020-87-11-21-30

Ссылка на англоязычную версию:

I. A. Gus’kov, E. R. Muslimov, A. N. Mel’nikov, and A. R. Gil’fanov, "Design procedure for a holographic display considering the diffraction efficiency of a volume phase hologram," Journal of Optical Technology . 87(11), 650-657 (2020). https://doi.org/10.1364/JOT.87.000650

Аннотация:

Развита методика расчета оптических схем голограммных дисплеев. Методика подразумевает одновременную оптимизацию показателей качества изображения и среднеквадратических значений дифракционной эффективности голограммы в контрольных точках. Методика реализована на уровне конкретных программных инструментов и использована для расчета демонстрационной схемы волноводного голограммного дисплея. Дисплей работает в спектральном диапазоне 480–620 нм, имеет угловое поле 10° и диаметр выходного зрачка 10 мм. Ввод и вывод излучения в волноводную пластину осуществляются с помощью дифракционных элементов, работающих в проходящем свете. При этом выводной элемент представляет собой объемно-фазовую голограмму, записанную двумя точечными источниками. По результатам расчетов показано, что применение предложенной методики позволяет уменьшить радиус пятна рассеяния в угловой мере на 0,28–0,97ў. При этом дифракционная эффективность выводной голограммы ближе к целевому значению на 2,5–19%.

Ключевые слова:

наголовный дисплей, дополненная реальность, объемно-фазовая голограмма, дифракционная эффективность, качество изображения

Коды OCIS: 050.2065, 230.1950, 090.2820

Список источников:

1. Chen B. A reflective prism for augmented reality with large field of view // Proc. SPIE. 2018. V. 10676. P. 106760X-1–106760X-4.

2. Власов Е.В., Патерикин В.И. Оптико-информационные системы коллаборации на основе объёмной виртуальной среды и физической реальности // Компьютерная оптика. 2016. Т. 40. № 6. С. 972–975.

3. Wei L., Li Ya., Jing J., Feng L., Zhou J. Design and fabrication of a compact off-axis see-through head-mounted display using a freeform surface // Opt. Exp. 2018. V. 26. № 7. P. 8550–8565.

4. Rolland J.P., Thompson K.P., Bauer A., Urey H., Thomas M. See-through head-worn display (HWD) architectures // Handbook of Visual Display Technology / Ed. by Chen J., Cranton W., Fihn M. Springer, Cham, 2016. P. 2929–2961.

5. Liu Z., Pang Ya., Pan C., Huang Zh. Design of a uniform-illumination binocular waveguide display with diffraction gratings and freeform optics // Opt. Exp. 2017. V. 25. № 24. P. 30720–30731.

6. Yu C., Peng Yi., Zhao Q., Li H., Liu X. Highly efficient waveguide display with space-variant volume holographic gratings // Appl. Opt. 2017. V. 56. № 34. P. 9390–9397.

7. Perriere V.B. Understanding waveguide-based architecture and ways to robust monolithic optical combiner for smart glasses // Proc. SPIE. 2018. V. 10676. P. 106761D-1–106761D-8.

8. Романова Г.Э., Корешев С.Н., Сидоренко В.С. Расчет и моделирование световодной системы дополненной реальности на базе голографических элементов // HOLOEXPO 2019. XVI Междунар. конф. по голографии и прикладным оптическим технологиям: Тезисы докладов / МГТУ им. Н.Э. Баумана, ООО «МНГС». М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019. С. 143–146.

9. Град Я.А., Николаев В.В., Одиноков С.Б., Соломашенко А.Б. Индикатор дополненной реальности на основе световодной пластины с пропускающими ДОЭ // Голография. Наука и практика: XIV Междунар. конф. HOLOEXPO 2017: Тезисы докладов / МГТУ им. Н.Э. Баумана, ООО «МНГС». М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. С. 133–137.

10. Муслимов Э.Р., Павлычева Н.К. Комплексное использование методов анализа связанных волн и трассировки лучей при проектировании спектрографов с объёмно-фазовыми решётками // HOLOEXPO 2019: XVI Междунар. конф. по голографии и прикладным оптическим технологиям: Тезисы докладов / МГТУ им. Н.Э. Баумана, ООО «МНГС». М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019. С. 323–330.

11. Kogelnic H. Coupled wave analysis for thick hologram gratings // Bell Syst. Tech. J. 1969. V. 48. P. 2909–2947.

12. Sony ECX334a OLED Microdisplay [Электронный ресурс] / Sony Semiconductor Solutions Corporation. — Электрон. дан. — [Kanagawa, Japan], cop. 2019. — режим доступа: https://www.sony-semicon.co.jp/products_en / micro_oled, свободный. — Загл. с экрана. — Яз.анг. — (Проверено: 06.07.2019).

13. Ghosh A., Donoghue E.P., Khayrullin I., Ali T., Wacyk I., Tice K., Vazan F., Szilkas L., Fellowes D., Draper R. Directly patterened 2645 PPI full color OLED microdisplay for head mounted wearables // SID Symp. Digest of Technical Papers. 2016. P. 47.

14. Blanche P.A., Gailly P., Habraken S., Lemaire P.C., Jamar C. Volume phase holographic gratings: large size and high diffraction efficiency // Opt. Eng. 2004. V. 43. № 11. P. 2603.

15. Caulfield H.J. Handbook of optical holography. NY: Academic Press, 1979. 654 p. 16. Имитатор Солнца ИС-100 [Электронный ресурс] / ООО «ОПТОТЕХНИКА». — Электрон. дан. — [СПб], cop. 2020. — режим доступа: https://optotekhnika.ru/pr/solar/is100/, свободный. — Загл. с экрана. — Яз. рус. — (Проверено: 01.04.2020).