CZ35692U1 - Průhledový displej pro letadlo - Google Patents

Description

Průhledový displej pro letadlo

Oblast techniky

Technické řešení se týká průhledových displejů letadel, které slouží k zobrazení letových informací z palubních přístrojů letadla pilotovi do zorného pole v reálném čase, aniž by pilot byl nucen odvracet zrak od situace před letadlem.

Dosavadní stav techniky

Průhledový displej zobrazuje letové informace přímo do zorného pole pilota, takže pilot nejenom sleduje situaci před letadlem, ale současně vidí letové informace, aniž by musel pohledem těkat mezi přístrojovou deskou a výhledem z kokpitu. Příkladem známého průhledového displeje pro letadla může být řešení z dokumentu WO 0237167 (AI). Pro průhledové displeje se globálně používá zkratka HUD z anglického „head up display“.

Odborníci rozdělují průhledové displeje na generace. Takzvanou první generací jsou průhledové displeje, které zahrnují elektronkovou obrazovku (zkratka CRT - „cathode ray tube“) jako zdroj světla a obrazu. Jedná se o léty praxe ověřenou technologii, která byla ve dříve vyrobených letadlech masivně rozšířena. Velkou výhodou CRT obrazovky v průhledovém displeji je šířka emitovaného světelného spektra, která je vhodná pro navazující systémy nočního vidění. Nevýhody CRT obrazovek v průhledových displejích spočívají v tom, že mají malé rozlišení obrazu, časem degradují, mají velký požadavek na zástavbový prostor, jsou pro použití v letadlech těžké, mají vyšší nároky na údržbu a vyžadují zdroj vysokého elektrického napětí.

Druhou generací průhledových displejů se rozumí takové, které mají jako zdroj světla světlo emitující diody (známé pod zkratkami LED) a jako zdroj obrazu displej z tekutých krystalů, tzv. LCD displej. Výhodou druhé generace je to, že průhledové displeje mají obraz tvořený dostatečným počtem pixelů, tzn., že pracují v rozlišení HD, či Full HD. Dále vykazují vyšší celkový jas, kontrast, vyžadují menší zástavbový prostor a nevyžadují zdroj vysokého elektrického napětí. Nevýhody druhé generace průhledových displejů jsou, že mají složitější systém řízení, dále že se musí jejich světlené spektrum dodatečně uzpůsobovat systémům nočního vidění, a v neposlední řadě je nevýhodou složitá dostupnost specializovaných komponentů.

Poslední v současné době uváděnou generací jsou průhledové displeje využívající namísto složitých optických systémů optické vlnovody, které slouží k zobrazení obrazu ze zdroje obrazu přímo ve slučovači průhledového displeje. To je výhodné z pohledu menšího zástavbového prostoru, dále má řešení poslední generace konzistentní jas po celou dobu životnosti průhledového displeje a symboliku. Mezi nevýhody poslední generace průhledových displejů patří především vysoké pořizovací náklady a mnohdy patentované technologie podléhající restrikcím.

Úkolem technického řešení je vytvoření průhledového displeje, který by překonával nevýhody první generace, který by byl snáze udržovatelný a pořiditelný oproti druhé a poslední generaci průhledových displejů, který by využíval běžně dostupné komponenty a technologie v cenově přijatelné hladině při docílení provozních parametrů konkurujících známým průhledovým displejům druhé a poslední generace.

Podstata technického řešení

Vytčený úkol je vyřešen vytvořením průhledového displeje podle níže uvedeného technického řešení.

- 1 CZ 35692 UI

Průhledový displej pro letadlo zahrnuje optický systém, ve kterém se vygeneruje obrazová informace, která se posléze přes optický systém přenese do zorného pole pilota. Optický systém průhledového displeje sestává ze zdroje světla, jehož světlo poslouží k přenosu informace do zorného pole pilota. Dále ze zdroje obrazu, který reprodukuje letové informace z digitální formy do vizuální formy. Dále z alespoň jednoho optického členu pro úpravu šíření světla, který se nachází v oblasti trajektorie světelných paprsků jdoucích od zdrojů světla a obrazu směrem ke slučovači a jehož úkolem je zajistit čitelnost obrazové informace a její transport na místo určení. A dále ze slučovače, který slouží ke sloučení světla obrazové informace přicházející ze světlo emitujících komponentů průhledového displeje a světla přicházejícího z okolního prostředí v zorném poli pilota.

Podstata technického řešení spočívá v tom, že zdroj světla je tvořen světlo emitující diodou pro emisi kvazimonochromatického světla (kvazimonochromatické znamená, že emitované světlo obsahuje určitý interval vlnových délek s dominantní střední vlnovou délkou). Použití LED jako zdroje světla obchází některé nevýhody CRT zobrazovače, a současně se jedná o dostupnou komponentu, která je snadno nahraditelná v případě servisu průhledového displeje. Dále je podstatné, že zdroj obrazuje tvořen prostředkem pro digitální zpracování světla, který je v praxi značen zkratkou DLP (digital light processing). Prostředek pro digitální zpracování světla dokáže digitální informaci z letových přístrojů převést na obraz. V neposlední řadě je podstatné, že slučovač je dvojitý, aby došlo k dostatečnému zvětšení zorného pole ve vertikálním směru. Současně mezi optické členy patří alespoň jedno zrcadlo, které změní směr šíření světla v optické soustavě; dále hranol s úplnou vnitřní reflexí (v praxi zkratka TIR, total internal reflection), který slouží ke správnému osvětlení prostředku pro digitální zpracování světla (konkrétně čip DMD, Digital Micromiror Device) a při výstupu světla zněj; dále objektiv pro vytvoření meziobrazu (v praxi tzv. Relay objektiv) s příslušným zvětšením; a dále filtr pro modifikaci světelného spektra vyzařovaného LED.

Ještě dále sestava rotující matnice, na které se vytváří meziobraz a slouží k rozšíření vyzařovacího úhlu pro pokrytí požadovaných zorných úhlů HUD; a dále projekční čočková soustava pro promítnutí meziobrazu přes dvojitý slučovač směrem k pilotovi s tím, že obraz je zaostřen do nekonečna.

Ve vhodném provedení průhledového displeje podle technického řešení je průhledový displej na zadní straně opatřen konektorem pro připojení k napájení a systému avioniky.

V dalším výhodném provedení průhledového displeje podle technického řešení je průhledový displej opatřen čelním panelem pro operativní nastavení zobrazovaných letových informací. To je výhodné, např. při přizpůsobování průhledového displeje potřebám konkrétního pilota, letové či světelné situace.

Mezi výhody průhledového displeje podle technického řešení patří, že je sestaven z komerčně dostupných komponentů.

Objasnění výkresů

Uvedené technické řešení bude blíže objasněno na následujících vyobrazeních, kde:

obr. 1 vyobrazuje průhledový displej podle technického řešení, obr. 2 vyobrazuje řez průhledovým displejem podle technického řešení, obr. 3 znázorňuje detail z řezu z obr. 2.

-2 CZ 35692 UI

Příklad uskutečnění technického řešení

Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní případy uskutečnění technického řešení jsou představovány pro ilustraci, nikoliv jako omezení technického řešení na uvedené příklady. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zajistit za použití rutinního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním technického řešení, která jsou zde popsána.

Obr. 1 celkově vyobrazuje průhledový displej podle technického řešení. Obr. 2 vyobrazuje řez průhledovým displejem, včetně detailu na obr. 3. Na obr. 3 je znázorněna světlo emitující dioda 1 (LED). Jedná se o jeden z komerčně dostupných typů LED diody. Vlnová délka emitovaného světla se volí podle aplikace (v letectví zelená barva). Světlo emitující dioda 1 osvětluje přes optické členy (tři čočky, zrcadlo 2 a hranol 3 s úplnou vnitřní reflexí - TIR hranol) zobrazovací DMD čip, který lze zobecnit na prostředek 4 pro digitální zpracování světla. Prostředek 4 pro digitální zpracování světla pracuje podle technologie DMD, ve které dopadá světlo na pole zrcadel, které buď světlo odrážejí v požadovaném směru do objektivu 5 pro vytvoření meziobrazu (tzv. Relay objektiv), nebo jej odráží mimo optickou cestu. Časový průběh změny stavu zrcadel ovlivňuje intenzitu světla.

Obraz vytvořený na DMD čipu (prostředku 4 pro digitální zpracování světla), který již obsahuje např. letové informace, je pak zobrazován Reály objektivem (objektiv 6 pro vytvoření meziobrazu) do roviny sestavy 7 rotující matnice. Tento objektiv 5 je tvořen soustavou čoček. Za objektivem 5 jev optickém svazku zařazen interferenční filtr 6 pro modifikace spektrálního rozsahu promítaného světla.

V sestavě 7 rotující matnice dochází k rozšíření vyzařovacího úhlu. Rotací matnice je dosaženo zvýšení kvality obrazu, kdy dochází k vyhlazení struktury. Poté je meziobraz zobrazen přes projekční čočkovou soustavu 8 a jedno zrcadlo 9. Projekční čočková soustava 8 je tvořena dvěma skupinami čoček, přičemž zrcadlo 9 se nachází v optické cestě mezi těmito dvěma skupinami čoček.

Zrcadlo 9 změní směr šíření svazku světla tak, aby směřoval přes skupinu čoček vzhůru a dopadal na dvojitý slučovač 10. Tento slučovač 10 odráží promítaný obraz směrem k pilotovi a zároveň propouští světlo oblasti před letadlem. Tím dojde ktomu, že pilot vidí současně před sebe a současně vidí letové informace v obrazové podobě.

Průhledový displej může být opatřen konektorem 11 pro připojení napájení přístrojů avioniky. Konektor 11 je standardního typu používaného v letadlech.

Na přední straně průhledového displeje může být čelní panel 12, který slouží k nastavování průhledového displeje, k nahlížení na letové informace promítané průhledovým panelem atp.

Praktické testy vedly k vytvoření průhledového displeje pro lehký proudový letoun L-39NG z komerčně dostupných komponentů, jehož provozní parametry se ukázaly ve stejné kvalitě, jako u komerčních průhledových displejů druhé a poslední generace.

Průmyslová využitelnost

Průhledový displej pro letadlo podle technického řešení nalezne uplatnění v letadlech pro sportovní, komerční a vojenské účely.

Claims (3)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Průhledový displej pro letadlo zahrnující optický systém, který sestává ze zdroje světla, ze zdroje obrazu, ze slučovače pro sloučení světla ze světlo emitujících komponentů průhledového displeje a světla přicházejícího z okolního prostředí, a z alespoň jednoho optického členu pro úpravu šíření světla uspořádaného mezi slučovač, zdroj světla a zdroj obrazu z pohledu šíření světla od zdrojů světla a obrazu směrem ke slučovači, vyznačující se tím, že zdroj světlaje tvořen světlo emitující diodou (1) pro emisi kvazi-monochromatického světla, že zdroj obrazuje tvořen prostředkem (4) pro digitální zpracování světla, a že slučovač (10) je dvojitý, přičemž mezi optické členy patří zrcadlo (2) zařazené za zdroj světla ve smyslu trajektorie emitovaného světla, a dále mezi optické členy, které jsou zařazené do trajektorie emitovaného světla ze zdroje obrazu směrem ke slučovači (10), patří hranol (3) s úplnou vnitřní reflexí, objektiv (5) pro vytvoření meziobrazu, filtr (6) pro modifikaci světelného spektra, sestava (7) rotující matnice, projekční čočková soustava (8), a zrcadlo (9) zařazené do trajektorie emitovaného světla mezi čočkami projekční čočkové soustavy (8).
2. 2. Průhledový displej podle nároku 1, vyznačující se tím, že je na zadní straně opatřen konektorem (11) pro připojení k systému napájení avioniky.
3. 3. Průhledový displej podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že je opatřen čelním panelem (12) pro operativní sledování nebo nastavení zobrazovaných letových informací.

   3 výkresy

   Seznam vztahových značek:

   1 světlo emitující LED dioda pro emisi kvazimonochromatického světla

   2 zrcadlo pro odraz osvětlovacího svazku

   3 hranol s úplnou vnitřní reflexí

   4 prostředek pro digitální zpracování světla

   5 objektiv pro vytvoření meziobrazu

   6 filtr pro modifikaci světelného spektra

   7 sestava rotující matnice

   8 projekční čočková soustava

   9 zrcadlo

   10 dvojitý slučovač

   11 konektor

   12 čelní panel.