en
Назад
DOI: 10.17586/1023-5086-2025-92-07-35-51
УДК: 535.42, 778.38
Волноводные голографические перископы с двухкоординатной мультипликацией выходного зрачка на одномерной дифракционной решетке
Полный текст на elibrary.ru
Путилин Н.А., Дубынин С.Е., Путилин А.Н., Копенкин С.С., Бородин Ю.П. Волноводные голографические перископы с двухкоординатной мультипликацией выходного зрачка на одномерной дифракционной решетке // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 7. С. 35–51. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-07-35-51
Putilin N.A., Dubynin S.E., Putilin A.N., Kopenkin S.S., Borodin Yu.P. Waveguide holographic periscopes with two-coordinate multiplication of the exit pupil based on the one-dimensional diffraction grating [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2025. V. 92. № 7. P. 35–51. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-07-35-51
Предмет исследования. Волноводные голографические перископы на основе одномерной дифракционной решетки и их использование для мультипликации выходного зрачка дисплеев дополненной реальности. Цель работы. Поиск новых более энергоэффективных вариантов волноводных голографических перископов. Метод. В ходе исследования применялось компьютерное моделирование с использованием оригинального программного обеспечения. Изготовлены образцы волноводных голографических перископов и созданы макеты дисплеев дополненной реальности на их основе. Основные результаты. Установлено, что при распространении излучения в рассматриваемых схемах 2-ые порядки дифракции присутствуют при падении лучей из волновода на дифракционную решетку, их интенсивность в отдельных случаях может превышать интенсивность 1-ых порядков дифракции. Размноженные лучи на выходе волноводного голографического перископа остаются параллельными, система продолжает оставаться в первом приближении анаберрационной. Для волноводных перископов на основе одномерной рельефно-фазовой дифракционной решетки выявлен режим двумерной мультипликации лучей при косом падении. Практическая значимость. Предложенная схема построения волноводного голографического мультиплексора выходного зрачка обеспечивает большую энергетическую эффективность (до 8–10 раз для отдельных углов поля зрения) при исключительной простоте схемы. Предложенные решения могут быть использованы при разработке индикаторов на лобовом стекле транспортных средств.
волноводный голографический перископ, дисплеи дополненной реальности, двумерная мультипликация выходного зрачка
Благодарность:работа поддержана в рамках программы «Приоритет 2030», грант № 075-15-2024-225
Коды OCIS: 090.2820, 090.2890
Список источников:- Ding Y., Yang Q., Li Y., et al. Waveguide-based augmented reality displays: Perspectives and challenges // eLight. 2023. V. 3. № 1. P. 24–58. https://doi.org/10.1186/s43593-023-00057-z
- Kress B.C., Pace M. Holographic optics in planar optical systems for next generation small form factor mixed reality headsets // Light: Advanced Manufacturing. 2022. V. 3. № 4. P. 771–801. https://doi.org/10.37188/lam.2022.042
- Cheng D., Wang Q., Liu Y., et al. Design and manufacture AR head-mounted displays: A review and outlook // Light: Advanced Manufacturing. 2021. V. 2. № 3. P. 350–369. https://doi.org/10.37188/lam.2021.024
- Wang J., Zhou Q., Chen J., et al. Design of a see-through off-axis head-mounted-display optical system with an ellipsoidal surface // Current Opt. and Photon. 2018. V. 2. № 3. P. 280–285. http://doi.org/10.3807/COPP.2018.2.3.280
- Wei L., Li Y., Jing J., et al. 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. https://doi.org/10.1364/OE.26.008550
6. Upatnieks J. Compact head-up display // US Patent 4 711 512 A. 1885. Publ. Dec. 8, 1987.
7. Upatnieks J. Compact holographic sight / Holographic optics: Design and applications. SPIE, 1988. V. 883. P. 171–176.
8. Levola T. Diffractive optics for virtual reality displays // J. Soc. for Information Display. 2006. V. 14. № 5. P. 467–475. https://doi.org/10.1889/1.2206112
9. Levola T. Compact see-though near to eye display with diffractive optical elements // Korea Information Display Soc.: Conf. Proc. 2007. P. 1749–1752.
10. Solomashenko A., Lushnikov D., Shishova M., et al. Image quality for near-eye display based on holographic waveguides // Appl. Sci. 2022. V. 12. № 21. P. 11136. https://doi.org/10.3390/app122111136
11. Odinokov S.B., Shishova M.V., Markin V.V., et al. Augmented reality display based on photo-thermo-refractive glass planar waveguide // Opt. Exp. 2020. V. 28. № 12. P. 17581–17594. https://doi.org/10.1364/OE.395273
12. Lee Y.H., Yin K., Wu S.T. Reflective polarization volume gratings for high efficiency waveguide-coupling augmented reality displays // Opt. Exp. 2017. V. 25. № 22. P. 27008–27014. https://doi.org/10.3390/app122111136
13. Steiner S., Jotz M., Bachhuber F., et al. Enabling mass manufacturing of industry-standard optical waveguide combiners // J. Opt. Microsystems. 2023. V. 3. № 3. P. 033502–033502. https://doi.org/10.1117/1.JOM.3.3.033502
14. Wang L., Zhao Y., Zeng L. High combiner efficiency and self-aligned compact double-sided diffractive waveguide based on linear surface relief gratings // Opt. Exp. 2024. V. 32. № 27. P. 48072–48092. https://doi.org/10.1364/OE.544302
15. Bigler C.M., Blanche P.A., Sarma K. Holographic waveguide heads-up display for longitudinal image magnification and pupil expansion // Appl. Opt. 2018. V. 57. № 9. P. 2007–2013. https://doi.org/10.1364/AO.57.002007
16. Homan M. The use of optical waveguides in head up display (HUD) applications / Display Technol. and Applications for Defense, Security, and Avionics VII. SPIE, 2013. V. 8736. P. 86–99. https://doi.org/10.1117/12.2014513
17. Ni D., Cheng D., Liu Y., et al. Uniformity improvement of two-dimensional surface relief grating waveguide display using particle swarm optimization // Opt. Exp. 2022. V. 30. № 14. P. 24523–24543. https://doi.org/10.1364/OE.462384
18. Bigler C.M., Mann M.S., Blanche P.A. Holographic waveguide HUD with in-line pupil expansion and 2D FOV expansion // Appl. Opt. 2019. V. 58. № 34. P. G326–G331. https://doi.org/10.1364/AO.58.00G326
19. Путилин А.Н., Морозов А.В., Копенкин С.С. и др. Голографические волноводные перископы в дисплеях дополненной реальности // Опт. и спектроск. 2020. Т. 128. № 11. С. 1694–1702. https://doi.org/10.21883/OS.2020.11.50172.93-20
Putilin A.N., Morozov A.V., Kopenkin S.S., et al. Holographic waveguide periscopes in augmented reality displays // Opt. and Spectrosc. 2020. V. 128. № 11. P. 1828–1836. https://doi.org/10.1134/s0030400x2011020x
20. Путилин Н.А., Дубынин С.Е., Путилин А.Н. и др. Искажения виртуального изображения в схемах дисплеев дополненной реальности на волноводных голограммах: возникновение тангенциальной дисторсии и хроматизма увеличения // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 3. С. 79–94. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-03-79-94
Putilin N.A., Dubynin S.E., Putilin A.N., et al. Distortions of the virtual image in augmented reality displays based on waveguide holograms: the arising of tangential distortion and magnification chromatism // J. Opt. Technol. 2024. V. 91. № 3. P. 181–190. https://doi.org/10.1364/JOT.91.000181
21. Введение в интегральную оптику / Под ред. Барноски М. Пер. с англ. под ред. Шмаонова Т.А. М.: Мир, 1977. 367 с.
Introduction to integrated optics / Ed. by Barnoski M. N.Y.: Plenum Press, 1974. 515 p.
22. Rolland J.P., Goodsell J. Waveguide-based augmented reality displays: A highlight // Light: Science & Applications. 2024. V. 13. № 1. P. 22–24. https://doi.org/10.1038/s41377-023-01371-4
23. Кольер Р., Беркхарт К., Лин Л. Оптическая голография. М.: Мир, 1973. 686 с.
Collier R.J., Burckhardt C.B., Lin L.H. Optical holography. N.Y.: Academic Press, 1971. 605 p.
24. Балагуров А.Я., Морозов В.Н., Путилин А.Н. и др. Исследование двухлучевого режима ввода излучения в планарный волновод // ЖТФ. 1986. Т. 56. № 7. С. 1406–1407.
Balagurov A.Ya., Morozov V.N., Putilin A.N., et al. Investigation of the 2-ray regime of a radiation input into the planar waveguide [in Russian] // J. Technical Phys. 1986. V. 56. № 7. P. 1406–1407.