RU164949U1

RU164949U1 - OPTICAL DIAGRAM OF THE INDICATOR OF SYMBOL-INFORMATION INFORMATION WITH TRANSMISSION PLASMA LATTICES

Info

Publication number: RU164949U1
Application number: RU2016112587/28U
Authority: RU
Inventors: Сергей Борисович Одиноков; Евгений Юрьевич Злоказов; Артем Борисович Соломашенко; Янина Александровна Град; Владимир Вячеславович Николаев; Алексей Станиславович Кузнецов
Priority date: 2016-04-04
Filing date: 2016-04-04
Publication date: 2016-09-27

Abstract

Оптическая схема индикатора знако-символьной информации с пропускающими плазмонными решетками, характеризующаяся тем, что имеет возможность получения многоцветного изображения или оттенков цветов в определенных зонах выходного зрачка индикатора, для чего содержит последовательно установленные на оптической оси монохромный дисплей с широким спектром излучения в качестве источника формирования знако-символьной информации, коллимирующий объектив, световодную пластину, дифракционные решетки для ввода излучения знако-символьной информации в указанную пластину для последующего распространения излучения внутри пластины под действием полного внутреннего отражения, дифракционные решетки с переменной дифракционной эффективностью для вывода излучения из пластины и размещенные в заданных определенных областях пластины плазмонные дифракционные решетки пропускающего типа, расположенные поверх указанных дифракционных решеток с переменной дифракционной эффективностью для вывода излучения из пластины, с возможностью работы указанных плазмонных решеток в качестве спектральных фильтров в нулевом порядке дифракции для изменения цвета излучения, выводимого дифракционными решетками из пластины.The optical design of the sign-symbol information indicator with transmissive plasmon arrays, characterized in that it has the ability to obtain a multi-color image or color shades in certain areas of the indicator exit pupil, for which it contains a monochrome display with a wide spectrum of radiation sequentially installed on the optical axis as a source of sign formation -character information, collimating lens, light guide plate, diffraction gratings for inputting radiation of a symbol-symbol inf radiation to the specified plate for the subsequent propagation of radiation inside the plate under the influence of total internal reflection, diffraction gratings with variable diffraction efficiency for outputting radiation from the plate and plasmon diffraction gratings of a transmission type located on top of the specified diffraction gratings with variable diffraction efficiency radiation output from the plate, with the possibility of operation of these plasmon gratings as sp spectral filters in the zeroth diffraction order to change the color of radiation emitted by diffraction gratings from the plate.

Description

Область техникиTechnical field

Полезная модель относится к области оптических дисплеев и индикаторов, формирующих изображение, и, более конкретно, к голографическим индикаторам, формирующим для зрачка наблюдателя многоцветную знако-символьную информацию на фоне окружающей обстановки.The invention relates to the field of optical displays and indicators that form an image, and, more specifically, to holographic indicators that form multicolor sign-symbolic information for the observer’s pupil against the background of the surrounding environment.

Уровень техникиState of the art

Дисплеи и индикаторы на основе дифракционных оптических элементов (ДОЭ) все активнее применяются в системах отображения информации и визуализации, где наблюдаемое изображение накладывается на изображение реальной сцены. Преимуществом данных систем отображения информации является то, что ДОЭ в сочетании со световодными пластинами обеспечивают выходной зрачок большого размера при сравнительно малом размере коллимирующей оптической системы, что позволяет существенно снизить массогабаритные параметры дисплея или индикатора. Вместе с тем, разработанные на данный момент подобные индикаторы являются преимущественно монохромными, т.к. задача получения многоцветного изображения сводится, в основном, к использованию нескольких склеенных световодов с ДОЭ под определенные длины волн, что существенно усложняет процесс изготовления дисплеев. Кроме того, цветные OLED-дисплеи в качестве источника излучения не обладают достаточной яркостью для обеспечения необходимого контраста между яркостями выводимой знако-символьной информации и фона окружающей обстановки, а применение ЖК-дисплеев со светодиодной подсветкой увеличивает массу индикаторов и делает подобные системы более громоздкими. Это свидетельствует о том, что актуальной является задача построения многоцветного индикатора на основе монохромного OLED-дисплея с повышенной яркостью (почти в 10 раз по сравнению с цветным дисплеем) за счет выделения из его широкого спектра излучения отдельных цветовых компонент или оттенков цветов.Displays and indicators based on diffractive optical elements (DOE) are increasingly used in information display and visualization systems, where the observed image is superimposed on the image of a real scene. The advantage of these information display systems is that DOE in combination with light guide plates provide a large exit pupil with a relatively small size of the collimating optical system, which can significantly reduce the overall dimensions of the display or indicator. At the same time, such indicators developed at the moment are mostly monochrome, because The task of obtaining a multi-color image is reduced mainly to the use of several glued optical fibers with DOEs for specific wavelengths, which greatly complicates the manufacturing process of displays. In addition, color OLED displays as a radiation source do not have sufficient brightness to provide the necessary contrast between the brightness of the output of the symbolic information and the background environment, and the use of LCD displays with LED backlight increases the mass of indicators and makes such systems more bulky. This indicates that the urgent task is to build a multi-color indicator based on a monochrome OLED display with increased brightness (almost 10 times compared to a color display) by highlighting individual color components or color shades from its wide spectrum of radiation.

В патентной заявке США US 2014140654 TRANSPARENT WAVEGUIDE DISPLAY (МПК G02F 1/29, опубл. 2014-05-22) представлена схема малогабаритного дисплея со световодной пластиной-подложкой (с распространением излучения внутри подложки под действием полного внутреннего отражения (ПВО)) на основе Брэгговских решеток (в основном переключаемых, с наличием электродов управления режимами работы решетки). Дисплей включает в себя микродисплей типа LCOS, LED, OLED и т.п.в зависимости от варианта реализации, оптический узел для ввода излучения в подложку и как минимум две стеклянные подложки с полученными на их поверхности переключаемыми Брэгговскими решетками для ввода и вывода излучения из пластин. Некоторые из вариантов реализации этих решеток могут работать в пассивном (непереключаемом) режиме, т.е. без приложения к ним напряжения. Переключаемые Брэгговские решетки обладают высокой (до 90%) дифракционной эффективностью и хорошим пропусканием на просвет, но в отличие от статических непереключаемьгх решеток (параметры которых не изменяются), переключаемые решетки гораздо более сложны в изготовлении, т.к. требуют наличия электродов. В различных реализациях переключаемые Брэгговские решетки толщиной до 3 мкм могут использоваться как пропускающие решетки для вывода излучения (за счет дифракции) из подложки (преимущественно в пассивном режиме работы), для расширения пучка в одном из направлений (в активном режиме работы), а также как отражательные решетки типа голографических зеркал. Кроме того, есть возможность построения по такой схеме многоцветных дисплеев в том случае, если в каждой пластине будет распространяться и выводиться излучение только определенной спектральной составляющей, причем RGB-слои переключаемых Брэгговских решеток должны быть согласованы с RGB-источником излучения и переключаться последовательно.In US patent application US 2014140654 TRANSPARENT WAVEGUIDE DISPLAY (IPC G02F 1/29, publ. 2014-05-22), a small-sized display circuit with a light guide substrate plate (with the propagation of radiation inside the substrate under the influence of total internal reflection) is based on Bragg gratings (mostly switchable, with the presence of electrodes for controlling the lattice operating modes). The display includes a microdisplay such as LCOS, LED, OLED, etc., depending on the embodiment, an optical unit for inputting radiation into the substrate and at least two glass substrates with switchable Bragg gratings for receiving and outputting radiation from the plates obtained on their surface . Some of the options for implementing these gratings can work in a passive (non-switchable) mode, i.e. without applying voltage to them. Switchable Bragg gratings have a high (up to 90%) diffraction efficiency and good transmittance, but unlike static non-switchable gratings (the parameters of which do not change), switchable gratings are much more difficult to manufacture, because require electrodes. In various implementations, switchable Bragg gratings up to 3 μm thick can be used as transmission gratings to remove radiation (due to diffraction) from the substrate (mainly in the passive mode of operation), to expand the beam in one direction (in the active mode of operation), and also as reflective gratings such as holographic mirrors. In addition, there is the possibility of constructing multi-color displays according to this scheme if only a certain spectral component will propagate and output in each plate, and the RGB layers of switched Bragg gratings must be consistent with the RGB radiation source and switched sequentially.

К основным недостаткам данной схемы прототипа можно отнести сложность изготовления переключаемых Брэгговских решеток в силу наличия в их составе электродов, на которые подается напряжение в активном режиме их работы, что дополнительно усложняет схему самого дисплея и соответственно существенно повышает его стоимость по сравнению со статическими дифракционными решетками. Другим недостатком данного устройства в случае использования в нем в качестве источника излучения OLED-дисплея является ухудшение его оптических характеристик (разрешения, яркости, цветового размытия).The main disadvantages of this prototype scheme include the complexity of manufacturing switchable Bragg gratings due to the presence of electrodes on them, which are supplied with voltage in the active mode of their operation, which additionally complicates the display circuit and, accordingly, significantly increases its cost compared to static diffraction gratings. Another disadvantage of this device when using an OLED display as a radiation source is the deterioration of its optical characteristics (resolution, brightness, color blur).

В патентных заявках США US 20130044376 OPTICAL WAVEGUIDE AND DISPLAY DEVICE (МПК G02B 27/44, опубл. 2013-02-21) и US 20140240834 OPTICAL WAVEGUIDE AND DISPLAY DEVICE (МПК G02B 27/01, G02B 6/34, опубл. 2014-08-28) представлена система оптического световода и нашлемного индикатора, в которой применен способ получения увеличенного цветного изображения за счет разделения излучения на две спектральные составляющие (для каждой из которых предусмотрен свой световод), расширения его по двум направлениям, а затем совмещения этих составляющих при выводе для наблюдения цветного изображения.In US patent applications US 20130044376 OPTICAL WAVEGUIDE AND DISPLAY DEVICE (IPC G02B 27/01, G02B 6/34, publ. 2014- (IPC G02B 27/44, publ. 2013-02-21) 08-28) presents a system of an optical fiber and helmet-mounted indicator, in which the method of obtaining an enlarged color image by dividing the radiation into two spectral components (each of which has its own fiber) is applied, expanding it in two directions, and then combining these components with output for observing a color image.

Недостатком систем отображения, в которых используется один волновод, является то, что они не могут воспроизвести полноцветное изображение в пределах всего поля. Обычно полностью передается только зеленая составляющая и части красной и синей в силу различных углов дифракции излучения на решетках, входящих в состав волновода. Для устранения этого недостатка в данной заявке предложено использовать два волновода с разными периодами дифракционных решеток. Первый волновод имеет решетки с 343 нм, и позволяет выводить отображает большую часть излучения из синей области спектра, половину из зеленой области и небольшую часть красного изображения. Другой волновод имеет период решеток 460 нм, и, наоборот, позволяет выводить большую часть излучения из красной области спектра, половину из зеленой и меньшую часть - из синей.A disadvantage of display systems that use a single waveguide is that they cannot reproduce a full-color image within the entire field. Usually only the green component and parts of the red and blue are completely transmitted due to different angles of diffraction of radiation on the gratings that are part of the waveguide. To eliminate this drawback, it is proposed in this application to use two waveguides with different periods of diffraction gratings. The first waveguide has gratings with 343 nm, and allows the output displays most of the radiation from the blue region of the spectrum, half from the green region and a small part of the red image. Another waveguide has a grating period of 460 nm, and, conversely, allows you to remove most of the radiation from the red region of the spectrum, half from the green and a smaller part from the blue.

Три цветных изображения не должны быть отделены друг от друга при такой реализации за счет двух волноводов, а должны дополнять друг друга таким образом, что полное изображение формируется в каждом цвете.Three color images should not be separated from each other with such an implementation due to two waveguides, but should complement each other so that a complete image is formed in each color.

В ряде зарубежных патентах (российские патенты по тематике полезной модели не обнаружены) предложены различные варианты структур построения многоцветных дисплеев и индикаторов на основе плазмонных решеток в качестве спектральных фильтров.In a number of foreign patents (Russian patents on the subject of a utility model were not found), various variants of structures for constructing multi-color displays and indicators based on plasmon arrays as spectral filters are proposed.

Например, в патенте США US 8848140 В2 DISPLAY DEVICE HAVING PLASMONIC COLOR FILTERS AND PHOTOVOLTAIC CAPABILITIES (МПК G02F 1/1335, опубл. 2014-09-30) описано устройство с плазмонным спектральным фильтром, которое представляет собой фильтр электромагнитных волн на основе плазмонных нанорезонаторов. Использование таких фильтров перспективно, т.к. их пропускание на рабочей длине волны вдвое выше, чем у обычного цветного фильтра, за счет явления оптического резонанса в плазмонных нанорезонаторах, представляющих собой многослойные решетки (включают в себя как минимум два слоя: диэлектрик и металлизированный слой). В некоторых реализациях дополнительно используется промежуточный слой, который может быть представлен такими материалами, как оксид кремния, оксид цинка, оксид никеля, оксид молибдена, или их комбинациями. Включение промежуточного слоя в структуру плазмонного фильтра позволяет увеличить коэффициент пропускания на рабочей длине волны. В данном реализации промежуточный слой представлен материалом с низким показателем преломления (оксид кремния с n=1.5), а толщина слоя составляет 50 нм. Далее следует диэлектрический материал (нитрит кремния толщиной 100 нм), а после него расположена стеклянная подложка. Для металлизированного слоя используются такие материалы, как золото, серебро, алюминий и т.п.Для выделения из падающего излучения определенного спектрального диапазона, рассчитывается необходимый период структуры. Так, для выделения RGB-компонент периоды решетки фильтра должны составлять 360, 270 и 230 нм соответственно.For example, in US patent US 8848140 B2 DISPLAY DEVICE HAVING PLASMONIC COLOR FILTERS AND PHOTOVOLTAIC CAPABILITIES (IPC G02F 1/1335, publ. 2014-09-30) describes a device with a plasmon spectral filter, which is an electromagnetic wave filter based on plasmon nanocavities. The use of such filters is promising since their transmission at the working wavelength is twice as high as that of a conventional color filter, due to the phenomenon of optical resonance in plasmon nanoresonators, which are multilayer gratings (include at least two layers: a dielectric and a metallized layer). In some implementations, an intermediate layer is additionally used, which may be represented by materials such as silica, zinc oxide, nickel oxide, molybdenum oxide, or combinations thereof. The inclusion of the intermediate layer in the structure of the plasmon filter allows to increase the transmittance at the working wavelength. In this implementation, the intermediate layer is represented by a material with a low refractive index (silicon oxide with n = 1.5), and the layer thickness is 50 nm. This is followed by a dielectric material (silicon nitrite with a thickness of 100 nm), and after it is a glass substrate. For the metallized layer, materials such as gold, silver, aluminum, etc. are used. To extract a certain spectral range from the incident radiation, the necessary period of the structure is calculated. So, to highlight the RGB component, the filter grating periods should be 360, 270, and 230 nm, respectively.

В патентной заявке США US 20020036828 Al DEVICES BASED ON SURFACE PLASMON INTERFERENCE FILTERS (МПК G02B 1/10, опубл. 2002-03-28) описано устройство, основанное на плазмонных металлодиэлектрических фильтрах, выделяющих из падающего излучения определенную спектральную составляющую с определенным спектральным профилем и шириной спектра. Такие фильтры могут быть использованы в качестве спектральных фильтров, работающих как в пропускающем, так и отражающем режимах, в цветных дисплеях. Устройство включает в себя три плазмонных спектральных фильтра. Каждый фильтр может быть сделан таким образом, чтобы выполнять условие плазмонного резонанса для пропускания определенной цветовой компоненты, когда напряжение к нему не приложено. Если необходимое напряжение приложено, то условие резонанса нарушается, и фильтр начинает отражать излучение во всем видимом диапазоне. Таким образом, фильтр имеет два состояния: «включенный режим» для пропускания необходимой цветовой компоненты и отражения остальных цветов при отсутствии напряжения, и «выключенный режим», в котором напряжение приложено, а фильтр отражает все падающее на него излучение.In US patent application US 20020036828 Al DEVICES BASED ON SURFACE PLASMON INTERFERENCE FILTERS (IPC G02B 1/10, publ. 2002-03-28) describes a device based on plasmonic metal-dielectric filters that emit a specific spectral component from a incident radiation with a specific spectral profile and the width of the spectrum. Such filters can be used as spectral filters, operating in both transmissive and reflective modes, in color displays. The device includes three plasmon spectral filters. Each filter can be made in such a way as to fulfill the plasmon resonance condition for transmission of a certain color component when voltage is not applied to it. If the necessary voltage is applied, then the resonance condition is violated, and the filter begins to reflect radiation in the entire visible range. Thus, the filter has two states: “on mode” for transmitting the necessary color component and reflection of other colors in the absence of voltage, and “off mode” in which voltage is applied, and the filter reflects all the radiation incident on it.

Одна из реализаций устройства фильтрации, описанная в данной патентной заявке, включает в себя лампу белого света с отражателем, формирующую оптическую систему, оптический интегратор для выравнивания яркости в пределах пучка, поляризатор и подложку с высоким показателем преломления, в которой распространяется излучение, с полученными на обеих ее сторонах плазмонными фильтрами. Три фильтра изготовлены так, чтобы пропускать красную, зеленую и синюю спектральные составляющие при отсутствии приложенного напряжения. Таким образом, когда белый свет попадает в подложку при отсутствии приложенного к фильтрам напряжения, красная часть излучения теряется при отражении от первого фильтра, зеленая - при отражении от второго и синяя -при отражении от третьего, т.е. свет не проходит через устройство. Чтобы получить белый свет на выходе устройства, необходимо приложить напряжение ко всем фильтрам. В этом случае они будут отражать излучение как обычные зеркала. Для получения какой-то определенной спектральной составляющей на выходе устройства напряжение прикладывается к необходимому фильтру, а два другие работают без напряжения, т.е. пропускают другие спектральные составляющие, на которые они рассчитаны. Такие устройства могут быть использованы в устройствах фильтрации для получения цветов с высокой эффективностью.One of the implementations of the filtering device described in this patent application includes a white light lamp with a reflector forming an optical system, an optical integrator to equalize the brightness within the beam, a polarizer and a substrate with a high refractive index, in which the radiation propagates to both sides of it with plasmon filters. Three filters are made to pass the red, green and blue spectral components in the absence of applied voltage. Thus, when white light enters the substrate in the absence of voltage applied to the filters, the red part of the radiation is lost when reflected from the first filter, the green when it is reflected from the second and the blue when reflected from the third, i.e. light does not pass through the device. To get white light at the output of the device, you must apply voltage to all filters. In this case, they will reflect radiation like ordinary mirrors. To obtain a specific spectral component at the output of the device, a voltage is applied to the necessary filter, and the other two operate without voltage, i.e. miss other spectral components for which they are designed. Such devices can be used in filtering devices to produce colors with high efficiency.

К недостаткам данного устройства можно отнести сложность изготовления плазмонных фильтров в силу наличия в их составе электродов, на которые подается напряжение, а также тот факт, что подложка в сочетании с фильтрами используется исключительно для спектральной селекции излучения. Это не дает возможности увеличения выходного зрачка для наблюдателя, что является основным преимуществом систем отображения информации на основе световодных подложек и ДОЭ.The disadvantages of this device include the complexity of manufacturing plasmon filters due to the presence in their composition of electrodes to which voltage is applied, as well as the fact that the substrate in combination with filters is used exclusively for spectral selection of radiation. This makes it impossible to increase the exit pupil for the observer, which is the main advantage of information display systems based on fiber-optic substrates and DOEs.

Также в данном патенте представлена структура, представляющая собой совокупность дифракционной решетки и плазмонной решетки. В этой реализации излучение падает на структуру из воздуха, и первый порядок дифракции захватывается в поверхностную волну, обеспечивающую плазмонный резонанс. Таким образом, плазмонная структура работает с излучением первого порядка дифракции обычной дифракционной решетки. По своему составу данная структура является наиболее близкой и может быть использована в качестве прототипа, т.к. в результате поиска не было найдено ни одной публикации, в которой было бы описано сочетание малогабаритного дисплея (оптического индикатора) со световодной пластиной-подложкой (с распространением излучения внутри подложки под действием полного внутреннего отражения (ПВО)) и плазмонных спектральных фильтров.Also in this patent is a structure representing a combination of a diffraction grating and a plasmon grating. In this implementation, radiation falls on the structure from the air, and the first diffraction order is captured in the surface wave, which provides plasmon resonance. Thus, the plasmon structure works with first-order radiation of the diffraction of a conventional diffraction grating. In structure, this structure is the closest and can be used as a prototype, because as a result of the search, not a single publication was found that would describe the combination of a small-sized display (optical indicator) with a light guide plate (with the propagation of radiation inside the substrate under the influence of total internal reflection (PVO)) and plasmon spectral filters.

Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure

Задачей полезной модели является предложение оптической схемы индикатора знако-символьной информации с возможностью получения многоцветного изображения или оттенков цветов в определенных зонах выходного зрачка индикатора при использовании монохромного OLED-дисплея или другого источника излучения с широким спектром для формирования необходимой знако-символьной информации. Это, например, желательно использовать для привлечения дополнительного внимания пользователя индикатора к важной информации, передающейся через эти отдельные зоны выходного зрачка индикатора. Для этого в определенных областях пластины совместно с дифракционными решетками для вывода излучения в индикаторе предложено дополнительно использовать спектральный фильтр на основе пропускающей плазмонной дифракционной решетки (ПДР). ПДР располагается на той же поверхности пластины, что и дифракционная решетка для вывода излучения (поверх нее), и в нулевом порядке дифракции обладает функцией спектральной селекции излучения, выведенного из пластины посредством ДР. ПДР пропускает ту или иную спектральную составляющую в зависимости от периода структуры (с увеличением периода спектр пропускания смещается в ИК-область) или в зависимости от угла падения излучения на ПДР. Этот эффект позволяет выводить в определенных зонах информацию другого цвета или оттенка, обеспечивая возможность получения многоцветного изображения.The objective of the utility model is to propose an optical scheme for an indicator of symbolic information with the possibility of obtaining a multi-color image or shades of color in certain areas of the exit pupil of the indicator when using a monochrome OLED display or other radiation source with a wide spectrum to generate the necessary symbolic information. This, for example, is desirable to use to attract additional attention of the indicator user to important information transmitted through these separate areas of the indicator exit pupil. To do this, in certain areas of the plate, together with diffraction gratings, it is proposed to additionally use a spectral filter based on a transmitting plasmon diffraction grating (PDR) in order to output radiation in the indicator. The PDL is located on the same surface of the plate as the diffraction grating for outputting radiation (on top of it), and in the zero diffraction order has the function of spectral selection of radiation extracted from the plate by means of a DR. The PDR transmits one or another spectral component depending on the period of the structure (with an increase in the period, the transmission spectrum shifts to the IR region) or depending on the angle of incidence of the radiation on the PDR. This effect allows you to display in certain areas information of a different color or shade, making it possible to obtain a multi-color image.

Техническим результатом полезной модели является оптическая схема индикатора знако-символьной информации на основе стеклянной подложки (световодной пластины) с распространением излучения внутри данной подложки под действием полного внутреннего отражения (ПВО), на всей поверхности которой получены дифракционные решетки для вывода излучения основной рабочей длины волны из пластины и в заданных определенных областях - плазмонные дифракционные решетки, позволяющие выделить из спектра излучения, выведенного из подложки, цветовые оттенки для окрашивания изображения в другой по сравнению с рабочей длиной волны цвет.The technical result of the utility model is the optical design of an indicator of symbolic information information based on a glass substrate (light guide plate) with the propagation of radiation inside this substrate under the influence of total internal reflection (ATR), on the entire surface of which diffraction gratings are obtained to derive radiation of the main working wavelength plates and in specific areas - plasmonic diffraction gratings, allowing you to highlight the color cast from the spectrum of radiation extracted from the substrate and for coloring the image in a different color compared to the working wavelength.

Таким образом, оптическая схема индикатора знако-символьной информации с пропускающими плазмонными решетками характеризуется тем, что имеет возможность получения многоцветного изображения или оттенков цветов в определенных зонах выходного зрачка индикатора, для чего содержит последовательно установленные на оптической оси монохромный дисплей с широким спектром излучения (OLED типа или ЖК-дисплей со светодиодной подсветкой) в качестве источника формирования знако-символьной информации, коллимирующий объектив, световодную пластину, дифракционные решетки для ввода излучения знако-символьной информации в указанную пластину для последующего распространения излучения внутри пластины под действием полного внутреннего отражения (ПВО), дифракционные решетки с переменной дифракционной эффективностью для вывода излучения из пластины, и размещенные в заданных определенных областях пластины плазмонные дифракционные решетки пропускающего типа, расположенные поверх указанных дифракционных решеток с переменной дифракционной эффективностью для вывода излучения из пластины, с возможностью работы указанных плазмонных решеток в качестве спектральных фильтров в нулевом порядке дифракции для изменения цвета изображения излучения, выводимого дифракционными решетками из пластины.Thus, the optical design of the sign-symbol information indicator with transmitting plasmon arrays is characterized by the fact that it has the ability to obtain a multi-color image or color shades in certain areas of the indicator exit pupil, for which it contains a monochrome display with a wide radiation spectrum (OLED type or LCD with LED backlight) as a source for the formation of character-symbolic information, collimating lens, light guide plate, d diffraction gratings for introducing radiation of symbolic information into the specified plate for subsequent radiation propagation inside the plate under the influence of total internal reflection (IR), diffraction gratings with variable diffraction efficiency for outputting radiation from the plate, and plasmon diffraction gratings transmitting in the specified areas of the plate type located on top of the specified diffraction gratings with variable diffraction efficiency to remove radiation from the reservoir with the possibility of the operation of the indicated plasmon gratings as spectral filters in the zeroth diffraction order for changing the color of the image of radiation emitted by diffraction gratings from the plate.

Перечень фигурList of figures

На ФИГ. 1 представлена схема оптического индикатора знако-символьной информации с ПДР.In FIG. 1 shows a diagram of an optical indicator of sign-symbol information with PDR.

На ФИГ. 2 изображена структура пластины с ДР и ПДР поверх ДР.In FIG. 2 shows the structure of a plate with a DR and a PDD on top of a DR.

На ФИГ. 3 представлены экспериментальные графики спектра пропускания ПДР в нулевом порядке дифракции для излучения, выведенного с помощью ДР из пластины под углами 0°, 10° и 20°.In FIG. Figure 3 shows the experimental graphs of the transmission spectrum of the PDR in the zeroth diffraction order for radiation extracted using the DR from the plate at angles of 0 °, 10 °, and 20 °.

На ФИГ. 4 представлена зависимость коэффициента пропускания и ширины спектра пропускания ПДР при значениях периода структуры: 350, 400,450 и 500 нм.In FIG. Figure 4 shows the dependence of the transmittance and the width of the transmission spectrum of the PDR at values of the structure period: 350, 400.450, and 500 nm.

На ФИГ. 5 представлены экспериментальные графики спектра выведенного из пластины с помощью ДР и ПДР излучения для различных углов распространения излучения в пластине.In FIG. Figure 5 shows the experimental graphs of the spectrum of the radiation extracted from the plate using DR and PDR radiation for various angles of radiation propagation in the plate.

Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation

В качестве источника формирования знако-символьной информации в предлагаемом голографическом индикаторе (ФИГ. 1) использован монохромный OLED-дисплей 1, излучающий в зеленой области спектра с достаточно широкой спектральной полосой (до 60 нм). Испускаемые источником излучения 1 пучки лучей коллимируются объективом 2, а с помощью пропускающей дифракционной решетки (ДР) 3 вводят в стеклянную подложку (световодную пластину) 4, внутри которой излучение распространяется под действием ПВО. Попадая изнутри на поверхность пластины 4, на которой расположены ДР 5 для вывода излучения, часть его выводится из пластины 4 в зрачок оператора. Для выравнивания по полю яркости наблюдаемого изображения ДР 5 должны обладать переменной дифракционной эффективностью. Если поверх ДР 5 поместить ПДР 6, то в зависимости от угла падения излучения или периода ПДР они селектирует ту или иную спектральную составляющую выводимого из пластины излучения. Пропускающие ПДР 6 при такой реализации индикатора могут быть размещены поверх определенных областей ДР 5 пластины 4, выводя необходимую знако-символьную информацию разных, но строго определенных цветов. Например, как показано на ФИГ. 1, правая боковая и верхняя полосы индикатора могут быть заполнены пропускающими металлизированными ПДР 6, выводя необходимую информацию других (помимо основного зеленого цвета выводного излучения) определенных цветов, например, красного или желтого. Остальная часть пластины 4 при этом будет с ДР 5, но без металлизированных ПДР.As the source of the formation of sign-symbolic information in the proposed holographic indicator (FIG. 1), a monochrome OLED display 1 is used, which emits in the green region of the spectrum with a fairly wide spectral band (up to 60 nm). The beams emitted by the radiation source 1 are collimated by the lens 2, and using a transmission diffraction grating (DR) 3, they are introduced into a glass substrate (light guide plate) 4, inside which the radiation propagates under the influence of air defense. Once inside the surface of the plate 4, on which the DR 5 are located to output radiation, part of it is removed from the plate 4 into the pupil of the operator. For alignment with the brightness field of the observed image, DR 5 must have variable diffraction efficiency. If a PDR 6 is placed over DR 5, then, depending on the angle of incidence of the radiation or the period of the PDR, they select one or another spectral component of the radiation output from the plate. Transmitting PDR 6 with this implementation of the indicator can be placed on top of certain areas of the DR 5 of the plate 4, displaying the necessary sign and symbolic information of different, but strictly defined colors. For example, as shown in FIG. 1, the right side and upper bands of the indicator can be filled with transmissive metallized PDR 6, displaying the necessary information of other (in addition to the main green color of the output radiation) certain colors, for example, red or yellow. The rest of the plate 4 will be with DR 5, but without metallized PDR.

На ФИГ. 2 изображен условный поперечный разрез послойной схемы области пластины с ДР 5 и поверх нее ПДР 6. ПДР имеет коэффициент пропускания, зависящий угла падения излучения или от периода структуры. При падении на ПДР излучения с широким спектральным диапазоном в зависимости от углов падения излучения θ₁ или θ₂ или от периода структуры ПДР d селектирует какую-либо спектральную составляющую. Например, для нормального падения селектирует диапазон спектра Δλ₁ (зеленый цвет) а для угла падения 10 градусов - Δλ₂ (желто-оранжево цвет).In FIG. 2 shows a conditional cross-sectional view of a layered diagram of a region of a plate with DR 5 and over it a PDR 6. The PDR has a transmittance that depends on the angle of incidence of radiation or on the period of the structure. When radiation with a wide spectral range is incident on the PDL, depending on the angles of incidence of the radiation θ ₁ or θ ₂ or on the period of the PDR structure d, it selects some spectral component. For example, for normal incidence, the spectrum range is selected Δλ ₁ (green) and for an angle of incidence of 10 degrees - Δλ ₂ (yellow-orange).

ПДР представляет из себя четырехслойную структуру на стеклянной подложке или тонкой пленке. Оптимальными для нее являются меандровая структура с периодом 0,45 мкм с толщиной слоя резиста 40 нм, покрытая слоем серебра толщиной 40 нм и защитным слоем SiO₂ толщиной 10 нм. Для работы в схеме индикатора данная структура может быть приклеена в необходимых областях пластины поверх ДР для обеспечения вывода в этих областях излучения другого цвета.PDL is a four-layer structure on a glass substrate or thin film. The meander structure with a period of 0.45 μm with a resist layer thickness of 40 nm, coated with a silver layer with a thickness of 40 nm and a protective layer of SiO ₂ with a thickness of 10 nm is optimal for it. To work in the indicator circuit, this structure can be glued in the necessary areas of the plate over the DR to ensure that a different color of radiation is output in these areas.

На ФИГ. 3 представлены экспериментальные графики спектра пропускания ПДР в нулевом порядке дифракции для различных углов падения излучения (0°, 10°, 20°). Видно, что увеличение угла падения излучения на ПДР относительно нормально падающего пучка лучей приводит к смещению максимальной длины волны спектра пропускания из зеленой в красную область для оптимальных параметров ПДР, указанных выше.In FIG. Figure 3 shows experimental graphs of the transmission spectrum of the PDR in the zeroth diffraction order for various angles of incidence of radiation (0 °, 10 °, 20 °). It can be seen that an increase in the angle of incidence of radiation on the PDL relative to the normally incident beam of rays leads to a shift in the maximum wavelength of the transmission spectrum from green to red for the optimal parameters of the PDL indicated above.

На ФИГ. 4 представлена зависимость коэффициента пропускания и ширины спектра пропускания при значениях периода меандровой структуры ПДР: 350, 400, 450 и 500 нм. Видно, что в зависимости от периода ПДР она пропускает излучение определенного спектрального диапазона. Увеличение периода от 350 до 500 нм приводит к смещению максимальной длины волны спектра пропускания в красную область для нормально падающего пучка лучей. Например, если ПДР имеет период 350 нм, то максимум спектра пропускания соответствует 0,45 мкм (синий цвет), а при периоде 500 нм максимум составляет 0,57 мкм (желтый цвет). Таким образом, можно осуществлять спектральную селекцию излучения за счет разных периодов структуры ПДР, наклеенной в определенных областях пластины с ДР. Например, правая боковая и верхняя полосы ПДР, как показано на ФИГ. 1, могут иметь различные пеоиоды, выводя информацию желтого и красного цвета соответственно.In FIG. Figure 4 shows the dependence of the transmission coefficient and the width of the transmission spectrum for the values of the period of the meander structure of the PDR: 350, 400, 450, and 500 nm. It can be seen that, depending on the period of the PDR, it transmits radiation of a certain spectral range. An increase in the period from 350 to 500 nm leads to a shift in the maximum wavelength of the transmission spectrum to the red region for a normally incident beam of rays. For example, if the PDL has a period of 350 nm, then the maximum of the transmission spectrum corresponds to 0.45 μm (blue), and with a period of 500 nm, the maximum is 0.57 μm (yellow). Thus, it is possible to carry out spectral selection of radiation due to different periods of the PDR structure glued in certain areas of the plate with the DD. For example, the right side and upper strips of the DA, as shown in FIG. 1, can have different peiodes, outputting yellow and red information, respectively.

На ФИГ. 5 представлены теоретические графики спектра излучения, распространяющегося под действием ПВО под разными углами внутри пластины и выведенного из нее через ДР 5 и ПДР 6. При попадании излучения на решетку 5 согласно ФИГ. 2 часть излучения дифрагирует и таким образом выводится из пластины. Если при этом выведенное из пластины излучение попадет на ПДР 6 под разными углами (например, 0° и 10°), то в силу зависимости спектра пропускания от угла падения излучения, описывающегося ФИГ. 3, оно будет окрашиваться в какой-либо, но строго определенный цвет, как показано на ФИГ. 5. При моделировании период ДР 5 составлял 0,5 мкм, максимальная дифракционная эффективность 34%, углы распространения излучения в пластине 45° и 55°, показатель преломления подложки 1,51, а основная рабочая длина волны 0,53 мкм.In FIG. 5 presents theoretical graphs of the spectrum of radiation propagating under the influence of air defense at different angles inside the plate and removed from it through DR 5 and PDR 6. When radiation hits the grating 5 according to FIG. 2 part of the radiation is diffracted and thus removed from the plate. If the radiation removed from the plate is incident on the PDL 6 at different angles (for example, 0 ° and 10 °), then due to the dependence of the transmission spectrum on the angle of incidence of radiation described by FIG. 3, it will be painted in any, but strictly defined color, as shown in FIG. 5. In the simulation, the DR 5 period was 0.5 μm, the maximum diffraction efficiency was 34%, the angles of radiation propagation in the plate were 45 ° and 55 °, the refractive index of the substrate was 1.51, and the main working wavelength was 0.53 μm.

Таким образом, показано, что сочетание в определенных областях световодной пластины ДР с переменной эффективностью, необходимой для вывода излучения из пластины, и пропускающей ПДР как спектрального фильтра в нулевом порядке дифракции (в зависимости от периода ПДР или угла падения излучения на структуру), позволяет достичь технического результата, а именно позволяет использовать монохромный OLED-дисплей с широким спектром излучения (или монохромный ЖК-дисплей со светодиодной подсветкой) для вывода в определенных зонах оптического индикатора знако-символьной информации другого цвета или оттенка.Thus, it has been shown that the combination in certain areas of the DR light guide plate with variable efficiency necessary to remove radiation from the plate and transmitting the PDE as a spectral filter in the zero diffraction order (depending on the period of the PDR or the angle of incidence of the radiation on the structure) allows the technical result, namely, it allows the use of a monochrome OLED display with a wide spectrum of radiation (or a monochrome LCD display with LED backlight) for output in certain areas of the optical indicator torus signs, symbolic information of a different color or shade.

Claims

The optical circuit of the indicator of symbolic information with transmitting plasmonic arrays, characterized in that it has the ability to obtain multicolor images or shades of colors in certain areas of the exit pupil of the indicator, for which it contains a monochrome display with a wide spectrum of radiation sequentially installed on the optical axis as a source of sign formation -character information, collimating lens, light guide plate, diffraction gratings for inputting radiation of a symbol-symbol inf radiation to the specified plate for the subsequent propagation of radiation inside the plate under the influence of total internal reflection, diffraction gratings with variable diffraction efficiency for outputting radiation from the plate and plasmon diffraction gratings of a transmission type located on top of the specified diffraction gratings with variable diffraction efficiency radiation output from the plate, with the possibility of operation of these plasmon gratings as sp spectral filters in the zeroth diffraction order to change the color of radiation emitted by diffraction gratings from the plate.