RU2364902C1 - Collimator indicator system - Google Patents

Collimator indicator system Download PDF

Info

Publication number
RU2364902C1
RU2364902C1 RU2008106726/28A RU2008106726A RU2364902C1 RU 2364902 C1 RU2364902 C1 RU 2364902C1 RU 2008106726/28 A RU2008106726/28 A RU 2008106726/28A RU 2008106726 A RU2008106726 A RU 2008106726A RU 2364902 C1 RU2364902 C1 RU 2364902C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lens
combiner
group
optical
axis
Prior art date
Application number
RU2008106726/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Александрович Третьяков (RU)
Дмитрий Александрович Третьяков
Лев Юрьевич Харбергер (RU)
Лев Юрьевич Харбергер
Александр Аванесович Багдасаров (RU)
Александр Аванесович Багдасаров
Вадим Вячеславович Роженцев (RU)
Вадим Вячеславович Роженцев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Транзас Инжиниринг"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Транзас Инжиниринг" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Транзас Инжиниринг"
Priority to RU2008106726/28A priority Critical patent/RU2364902C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2364902C1 publication Critical patent/RU2364902C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics, optics.
SUBSTANCE: collimator indicator system is intended for display of flight information combined with conditions observed outside cabin. System comprises generator of two-dimensional image with radiator 2 in the form of liquid crystal panel, projection objective 3 with decentered optic elements and combiner 4. Optical system of projection objective 3 consists of three lens groups and optical wedge, optical axes of which are displaced and/or turned in meridional plane. Combiner 4 is made in the form of plano-convex lens 5 and plano-concave lens 6 glued along spherical surfaces with multilayer dielectric beam-splitter coating 7 applied on surface of gluing, which selectively reflects radiation of liquid crystal in narrow range of wave lengths and transmits passing light of visible wave range.
EFFECT: expansion of visual field and higher comfort of perception at considerable distance from output lens of projection objective.
3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к технике проекционных систем отображения полетной информации и может быть использовано преимущественно для кабинного базирования на воздушных судах.The invention relates to techniques for projection systems for displaying flight information and can be used primarily for cabin-based aircraft.

Современные тенденции развития авиационной техники, тактики пилотирования и применения технических средств в полете ведут к все возрастающей информационной насыщенности всего процесса, постоянному повышению требований к скорости и качеству принятия решений, к возрастанию цены ошибки. Это означает необходимость улучшения доставки информации для пилота, создание для него, при всей скорости изменения обстановки, максимально комфортных условий восприятия, улучшающих концентрацию внимания, снижающих утомляемость и, как следствие, снижающих вероятность неверного решения.Current trends in the development of aviation technology, piloting tactics and the use of technical means in flight lead to an ever-increasing information saturation of the entire process, a constant increase in the requirements for speed and quality of decision-making, and an increase in the cost of error. This means the need to improve the delivery of information for the pilot, creating for him, with all the speed of changing the situation, the most comfortable conditions of perception, improving concentration, reducing fatigue and, as a consequence, reducing the likelihood of an incorrect decision.

Первостепенное значение для решения этой задачи имеет технический уровень оборудования кабины. Особое место занимает в нем кабинный индикатор коллиматорного типа, то есть индикатор, в который смотрят с поднятой головой, не опуская взгляд на приборную панель.Of paramount importance for solving this problem is the technical level of cab equipment. A special place is occupied by a collimator-type cabin indicator, that is, an indicator that is looked at with a raised head, without lowering the gaze to the dashboard.

Конструктивное исполнение коллиматорных индикаторных систем существенно зависит от организации рабочего пространства кабины. Для реализации рассматриваемых индикаторных систем известны разные решения на базе одной или нескольких отражающих/пропускающих поверхностей (US 6567014 В1, 20.05.2003; US 5640275 17.06.1997; US 4669810, 02.06.1987; US 4407564, 04.10.1983). При прохождении оптических лучей через несколько отражающих/пропускающих поверхностей возникают дополнительные искажения изображения, для компенсации которых в состав проекционного объектива включают децентрированные оптические элементы, то есть элементы, имеющие внеосевое смещением линз или групп линз, заклон некоторых поверхностей или линз.The design of the collimator indicator systems significantly depends on the organization of the working space of the cabin. For the implementation of the indicator systems under consideration, various solutions are known based on one or more reflective / transmission surfaces (US 6567014 B1, 05.20.2003; US 5640275 06/17/1997; US 4669810, 06/02/1987; US 4407564, 10/04/1983). When optical rays pass through several reflecting / transmitting surfaces, additional image distortions occur, to compensate for which decentralized optical elements are included in the projection lens, that is, elements having off-axis displacement of lenses or groups of lenses, the inclination of some surfaces or lenses.

Наиболее близким к настоящему изобретению по сущности и достигаемому результату является коллиматорная индикаторная система с децентрированными оптическими элементами по патенту US 5640275, 17.06.1997. Использование в указанном изобретении комбинера (светоделительного оптического элемента) с применением голографических элементов является существенным недостатком, так как требует привлечения специальной дорогостоящей технологии его изготовления и специальных условий эксплуатации на воздушных судах.Closest to the present invention in essence and the achieved result is a collimator indicator system with decentralized optical elements according to the patent US 5640275, 06/17/1997. The use of a combiner (a beam-splitting optical element) using holographic elements in this invention is a significant drawback, since it requires the use of special expensive technology for its manufacture and special operating conditions on aircraft.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в создании простой коллиматорной индикаторной системы кабинного базирования на воздушных судах общего назначения с повышенным качеством изображения.The problem to which this invention is directed, is to create a simple collimator display system cabin-based aircraft for general purposes with high image quality.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в расширении поля зрения индикаторной системы с комфортными условиями восприятия на значительном удалении от выходной линзы проекционного объектива, а также в уменьшении стоимости системы.The technical result achieved by using the present invention is to expand the field of view of the indicator system with comfortable sensing conditions at a considerable distance from the output lens of the projection lens, as well as to reduce the cost of the system.

Поставленная задача с достижением упомянутого выше технического результата решается тем, что в коллиматорной индикаторной системе, содержащей генератор двумерного изображения с излучателем, расположенным в фокальной плоскости проекционного объектива с децентрированными оптическими элементами и комбинер, излучатель выполнен в виде жидкокристаллической (ЖК) панели с системой подсветки на светодиодах с излучением в узком диапазоне длин волн, генератор двумерного изображения выполнен с возможностью введения дисторсионных предыскажений в изображение, формируемое на экране ЖК панели, комбинер наклонен к оси визирования и выполнен с возможностью совмещения изображения обозреваемого пространства с изображением от проекционного объектива, который расположен вдоль оси визирования, отраженной от комбинера, и отнесен от него, оптическая система проекционного объектива состоит из последовательно расположенных относительно комбинера трех линзовых групп и оптического клина, первая линзовая группа состоит из первой двояковыпуклой линзы и отнесенных от нее второй двояковыпуклой линзы и выпукло-вогнутой линзы, вторая линзовая группа отделена от первой линзовой группы апертурной диафрагмой, расположенной посередине воздушного промежутка между ними, и содержит первую двояковогнутую линзу, линзу с цилиндрической поверхностью и склейку из второй двояковогнутой линзы и двояковыпуклой линзы, третья линзовая группа содержит двояковыпуклую и выпукло-вогнутую линзы, а оптический клин расположен в промежутке между третьей линзовой группой и излучателем, при этом оптическая ось первой линзовой группы смещена в меридиональной плоскости параллельно влево относительно оси визирования, отраженной от комбинера, оптическая ось второй линзовой группы смещена в меридиональной плоскости параллельно влево относительно оптической оси первой группы, оптическая ось двояковыпуклой линзы третьей группы смещена в меридиональной плоскости параллельно вправо относительно оптической оси второй группы, оптическая ось выпукло-вогнутой линзы третьей группы смещена относительно оптической оси двояковыпуклой линзы в противоположном направлении на эту же величину и развернута по часовой стрелке относительно оси, перпендикулярной меридиональной плоскости и проходящей через вершину выпукло-вогнутой линзы, а оптический клин развернут по часовой стрелке относительно оси, перпендикулярной меридиональной плоскости и проходящей через середину передней поверхности оптического клина.The problem is achieved with the achievement of the above technical result is solved by the fact that in the collimator indicator system containing a two-dimensional image generator with an emitter located in the focal plane of the projection lens with decentralized optical elements and a combiner, the emitter is made in the form of a liquid crystal (LCD) panel with a backlight system on LEDs with radiation in a narrow wavelength range, a two-dimensional image generator is configured to introduce distortion prediction In the image formed on the screen of the LCD panel, the combiner is inclined to the axis of sight and is configured to combine the image of the viewing space with the image from the projection lens, which is located along the axis of sight reflected from the combiner and is separated from it, the optical system of the projection lens consists of consecutively arranged with respect to the combiner of three lens groups and an optical wedge, the first lens group consists of a first biconvex lens and a second double a convex lens and a convex-concave lens, the second lens group is separated from the first lens group by an aperture diaphragm located in the middle of the air gap between them, and contains the first biconcave lens, a lens with a cylindrical surface and a gluing of the second biconcave lens and biconvex lens, the third lens group contains biconvex and convex-concave lenses, and the optical wedge is located in the gap between the third lens group and the emitter, while the optical axis of the first lens group is shifted to of the meridional plane parallel to the left with respect to the axis of sight reflected from the combiner, the optical axis of the second lens group is shifted in the meridional plane parallel to the left with respect to the optical axis of the first group, the optical axis of the biconvex lens of the third group is shifted in the meridional plane parallel to the right with respect to the optical axis of the second group, the optical axis is convex -concave lens of the third group is offset relative to the optical axis of the biconvex lens in the opposite direction to the same led the cause and is rotated clockwise relative to the axis perpendicular to the meridional plane and passing through the apex of the convex-concave lens, and the optical wedge is deployed clockwise relative to the axis perpendicular to the meridional plane and passing through the middle of the front surface of the optical wedge.

Технический результат достигается также тем, что:The technical result is also achieved by the fact that:

комбинер выполнен в виде склеенных по сферическим поверхностям плосковыпуклой и плосковогнутой линз с нанесенным на поверхность склейки многослойным диэлектрическим светоделительным покрытием, которое селективно отражает излучение ЖК панели в узком диапазоне длин волн и пропускает проходящий свет видимого диапазона волн;the combiner is made in the form of plane-convex and plane-concave lenses glued over spherical surfaces with a multilayer dielectric beam splitting coating applied to the gluing surface, which selectively reflects the radiation of the LCD panel in a narrow wavelength range and transmits transmitted light of the visible wavelength range;

генератор двумерного изображения содержит последовательно соединенные блок приема отображаемых данных, блок формирования комбинированного изображения, блок формирования предыскаженного изображения и ЖК панель.the two-dimensional image generator comprises a series-connected display data receiving unit, a combined image forming unit, a predistorted image forming unit, and an LCD panel.

Расширение поля зрения индикаторной системы с комфортными условиями восприятия, то есть с незначительными аберрациями наблюдаемого изображения, на значительном удалении от выходной линзы проекционного объектива обеспечивается предложенной конструкцией оптической системы с децентрированными оптическими элементами, конструкцией комбинера и применением электронной компенсации дисторсии. Уменьшение стоимости системы обусловлено возможностью использования стандартных технологий для производства оптических элементов проекционной системы и комбинера.The expansion of the field of view of the indicator system with comfortable perception conditions, that is, with slight aberrations of the observed image, at a considerable distance from the output lens of the projection lens, is provided by the proposed design of the optical system with decentralized optical elements, the design of the combiner and the use of electronic distortion compensation. The decrease in the cost of the system is due to the possibility of using standard technologies for the production of optical elements of the projection system and the combiner.

Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображено:The invention is illustrated by drawings, which depict:

на фиг.1 - геометрия расположения коллиматорной индикаторной системы;figure 1 - geometry of the collimator indicator system;

на фиг.2 - конструкция оптической системы;figure 2 - the design of the optical system;

на фиг.3 - вид дисторсии индикаторной системы до коррекции;figure 3 is a view of the distortion of the indicator system before correction;

на фиг.4 - ход некоторых световых лучей в индикаторной системе;figure 4 - the course of some light rays in the indicator system;

на фиг.5 - структурная электрическая схема генератора двумерного изображения.figure 5 is a structural electrical diagram of a two-dimensional image generator.

На чертежах обозначены:In the drawings are indicated:

1 - генератор двумерного изображения;1 - two-dimensional image generator;

1-1 - блок приема отображаемых данных;1-1 - block receiving the displayed data;

1-2 - блок формирования комбинированного изображения,1-2 - block forming a combined image,

1-3 - блок формирования предыскаженного изображения;1-3 - unit for generating a predistorted image;

1-4 - ЖК панель;1-4 - LCD panel;

2 - излучатель;2 - emitter;

3 - проекционный объектив;3 - projection lens;

4 - комбинер;4 - combiner;

5 - плосковыпуклая линза комбинера;5 - plano-convex lens of the combiner;

6 - плосковогнутая линза комбинера;6 - flat-concave lens of the combiner;

7 - внутренняя светоделительная поверхность комбинера;7 - the inner beam splitting surface of the combiner;

8 - первая линзовая группа;8 - the first lens group;

9 - вторая линзовая группа;9 - the second lens group;

10 - третья линзовая группа;10 - the third lens group;

11 - первая двояковыпуклая линза первой группы;11 - the first biconvex lens of the first group;

12 - вторая двояковыпуклая линза первой группы;12 - the second biconvex lens of the first group;

13 - выпукло-вогнутая линза первой группы;13 - convex-concave lens of the first group;

14 - апертурная диафрагма;14 - aperture diaphragm;

15 - первая двояковогнутая линза второй группы;15 - the first biconcave lens of the second group;

16 - линза с цилиндрической поверхностью второй группы;16 - a lens with a cylindrical surface of the second group;

17 - вторая двояковогнутая линза второй группы;17 - the second biconcave lens of the second group;

18 - двояковыпуклая линза второй группы,18 - biconvex lens of the second group,

19 - двояковыпуклая линза третьей группы;19 - biconvex lens of the third group;

20 - выпукло-вогнутая линза третьей группы;20 - convex-concave lens of the third group;

21 - оптический клин;21 - an optical wedge;

22 - ось визирования;22 - axis of sight;

23 - ось визирования, отраженная от комбинера;23 - axis of sight reflected from the combiner;

24 - зрачковая зона наблюдения.24 - pupil observation area.

Коллиматорная индикаторная система (см. фиг.1) содержит генератор 1 двумерного изображения с излучателем 2, расположенным в фокальной плоскости проекционного объектива 3, и комбинер 4. Проекционный объектив 3 расположен вдоль оси визирования 23, которая является осью визирования 22, изломанной с соответствии с отражением света от плоской поверхности плосковыпуклой линзы 5 комбинера 4, и отнесен от него на расстояние А1. Комбинер 4 наклонен к оси визирования 22 на угол θ1 и выполнен в виде склеенных по сферическим поверхностям плосковыпуклой линзы 5 и плосковогнутой линзы 6 с нанесенным на поверхность склейки многослойным диэлектрическим светоделительным покрытием, которое селективно отражает излучение ЖК панели в узком диапазоне длин волн и пропускает проходящий свет видимого диапазона волн.The collimator indicator system (see Fig. 1) comprises a two-dimensional image generator 1 with an emitter 2 located in the focal plane of the projection lens 3, and a combiner 4. The projection lens 3 is located along the axis of sight 23, which is the axis of sight 22, broken in accordance with reflection of light from the flat surface of a plano-convex lens 5 of the combiner 4, and is carried away from it by a distance A1. The combiner 4 is inclined to the axis of sight 22 by an angle θ1 and is made in the form of a plano-convex lens 5 and a plane-concave lens 6 coated with a multilayer dielectric beam splitting coating that selectively reflects the radiation of the LCD panel in a narrow wavelength range and transmits transmitted light visible wavelength range.

Комбинер 4 обеспечивает возможность смещения проекционного объектива 3 относительно оси визирования 22 на угол 02, и совмещение наблюдаемой через комбинер закабинной обстановки с изображением от проекционного объектива 3 без закрывания видимости обстановки элементами конструкции системы вне поля зрения канала индикации.The combiner 4 provides the ability to offset the projection lens 3 relative to the axis of sight 22 by angle 02, and to combine the observable situation through the combiner with the image from the projection lens 3 without blocking the visibility of the situation with the structural elements of the system outside the field of view of the display channel.

Оптическая система проекционного объектива 3 состоит (см. фиг.2) из последовательно расположенных относительно комбинера 4 трех линзовых групп 8, 9 и 10 и оптического клина 21. Первая линзовая группа 8 состоит из первой двояковыпуклой линзы 11 и отнесенных от нее второй двояковыпуклой линзы 12 и выпукло-вогнутой линзы 13. Вторая линзовая группа 9 отделена от первой линзовой группы апертурной диафрагмой 14, расположенной посередине воздушного промежутка между ними, и содержит первую двояковогнутую линзу 15 второй группы, линзу 16 с цилиндрической поверхностью и склейку из второй двояковогнутой линзы 17 и двояковыпуклой линзы 18. Первая двояковогнутая линза 15 имеет отрицательную силу. Образующая цилиндрической поверхности линзы 16, имеющей отрицательную оптическую силу, ориентирована перпендикулярно меридиональной плоскости. Третья линзовая группа 10 содержит двояковыпуклую линзу 19 и выпукло-вогнутую линзу 20. Оптический клин 21 расположен в промежутке между третьей линзовой группой 10 и излучателем 2.The optical system of the projection lens 3 consists (see FIG. 2) of three lens groups 8, 9 and 10 sequentially arranged relative to the combiner 4 and the optical wedge 21. The first lens group 8 consists of a first biconvex lens 11 and a second biconvex lens 12 assigned therefrom and a convex-concave lens 13. The second lens group 9 is separated from the first lens group by an aperture diaphragm 14 located in the middle of the air gap between them, and contains the first biconcave lens 15 of the second group, the lens 16 with a cylindrical lens rhnostyu and gluing of a biconcave second lens 17 and a biconvex lens 18. The first lens 15 has a biconcave negative force. The generatrix of the cylindrical surface of the lens 16 having negative optical power is oriented perpendicular to the meridional plane. The third lens group 10 contains a biconvex lens 19 and a convex-concave lens 20. An optical wedge 21 is located in the gap between the third lens group 10 and the emitter 2.

Оптическая ось первой линзовой группы 8 смещена в меридиональной плоскости XOY на величину Δ1 параллельно влево относительно оси 23. Оптическая ось второй линзовой группы 9 смещена в меридиональной плоскости XOY на величину Δ2 параллельно влево относительно оптической оси первой линзовой группы 8. Оптическая ось двояковыпуклой линзы 19 третьей линзовой группы 10 смещена в меридиональной плоскости XOY на величину Δ3 параллельно вправо относительно оптической оси второй линзовой группы 9. Оптическая ось выпукло-вогнутой сферической линзы 20 третьей линзовой группы 10 смещена относительно оптической оси второй двояковыпуклой сферической линзы 19 в противоположном направлении на эту же величину Δ3 и развернута по часовой стрелке на угол α1 относительно оси, перпендикулярной меридиональной плоскости и проходящей через вершину выпукло-вогнутой линзы 20. Оптический клин 21 отнесен от третьей линзовой группы 10 и развернут по часовой стрелке на угол α2 относительно оси, перпендикулярной меридиональной плоскости и проходящей через середину передней поверхности оптического клина.The optical axis of the first lens group 8 is offset in the meridional XOY plane by Δ1 parallel to the left with respect to the axis 23. The optical axis of the second lens group 9 is shifted in the meridional XOY plane by Δ2 parallel to the left with respect to the optical axis of the first lens group 8. The optical axis of the biconvex lens 19 of the third the lens group 10 is displaced in the XOY meridional plane by Δ3 parallel to the right relative to the optical axis of the second lens group 9. The optical axis of the convex-concave spherical lens 20 is third th lens group 10 is shifted relative to the optical axis of the second biconvex spherical lens 19 in the opposite direction by the same value Δ3 and rotated clockwise at an angle α1 relative to the axis perpendicular to the meridional plane and passing through the apex of the convex-concave lens 20. The optical wedge 21 is allocated from the third lens group 10 and is rotated clockwise at an angle α2 relative to the axis perpendicular to the meridional plane and passing through the middle of the front surface of the optical wedge.

Ход некоторых лучей в оптической системе проекционного объектива 3 и комбинере 4 приведен на фиг.4. Первая линзовая группа 8 обеспечивает развитие поля зрения в пределах заданных габаритов комбинера 4 и его удаления от проекционного объектива 3. Апертурная диафрагма 14 обеспечивает минимизацию засветок за счет срезания паразитных пучков лучей. Вторая линзовая группа 9 обеспечивает исправление аберрации широкого наклонного пучка лучей, астигматизма и дисторсии, при этом первая двояковогнутая сферическая линза 15 совместно с двояковогнутой линзой 17 исправляет кривизну поля, линза 16 с цилиндрической поверхностью исправляет астигматизм, а склейка из двояковогнутой и двояковыпуклой линз 17 и 18 минимизирует аберрацию комы и сферическую аберрацию. Третья линзовая группа 10 обеспечивает развитие относительного отверстия системы, уменьшение совместно с клином 21 наклона изображения, а также исправление астигматизма, дисторсии и комы.The course of some rays in the optical system of the projection lens 3 and the combiner 4 is shown in Fig.4. The first lens group 8 provides the development of the field of view within the given dimensions of the combiner 4 and its distance from the projection lens 3. Aperture diaphragm 14 ensures the minimization of flare due to cutting off spurious beams of rays. The second lens group 9 provides correction of the aberration of a wide inclined beam of rays, astigmatism and distortion, while the first biconcave spherical lens 15 together with the biconcave lens 17 corrects the curvature of the field, the lens 16 with a cylindrical surface corrects astigmatism, and the gluing of the biconcave and biconvex lenses 17 and 18 minimizes coma aberration and spherical aberration. The third lens group 10 ensures the development of the relative aperture of the system, reducing, together with the wedge 21, the tilt of the image, as well as correcting astigmatism, distortion and coma.

Совокупность элементов индикаторной системы фокусирует на бесконечность изображение, передаваемое пилоту, и обеспечивает его наложение на видимую пилотом закабинную обстановку. Конструкция предложенной индикаторной системы обеспечивает формирование изображения с необходимым уровнем исправления всех аберраций, кроме дисторсии. Дисторсия оптической системы представляет собой аберрацию, которая не влияет на резкость изображения, но искажает его форму. Для предложенной индикаторной системы дисторсия до компенсации приведена на фиг.3, где представлена трансформация равномерной сетки в зрачковой зоне наблюдения 24 в сетку на поверхности излучателя 2. Размеры поля зрения - нормированные на его максимальное значение по оси Z. В скобках указаны значения углов поля зрения на входе для крайних лучей. Дополнительная компенсация дисторсии осуществляется электронным путем за счет формирования в генераторе 1 предыскаженного изображения.The set of elements of the indicator system focuses on infinity the image transmitted to the pilot, and ensures its overlap on the cockpit environment visible to the pilot. The design of the proposed indicator system provides image formation with the necessary level of correction of all aberrations, except distortion. The distortion of the optical system is an aberration, which does not affect the sharpness of the image, but distorts its shape. For the proposed indicator system, distortion to compensation is shown in Fig. 3, which shows the transformation of a uniform grid in the pupil observation zone 24 into a grid on the surface of the emitter 2. The dimensions of the field of view are normalized to its maximum value along the Z axis. The values of the angles of the field of view are shown in brackets at the entrance for extreme rays. Additional distortion compensation is carried out electronically due to the formation of a predistorted image in the generator 1.

Генератор 1 двумерного изображения содержит (см. фиг.5) последовательно соединенные блок 1-1 приема отображаемых данных, блок 1-2 формирования комбинированного изображения, блок 1-3 формирования предыскаженного изображения и ЖК панель 1-4.The two-dimensional image generator 1 contains (see FIG. 5) a series-connected display data receiving unit 1-1, a combined image forming unit 1-2, a predistorted image forming unit 1-3, and an LCD panel 1-4.

ЖК панель 1-4 имеет светодиодную систему подсветки, которая обеспечивает достаточную яркость и равномерность изображения на экране ЖК панели (см., например, RU 46865 U, 27.06.2005). Для индикаторных систем на воздушных судах, как правило, используют светодиоды с излучением в узкой полосе длин волн зеленого участка спектра.The LCD panel 1-4 has an LED backlight system that provides sufficient brightness and uniformity of the image on the LCD panel screen (see, for example, RU 46865 U, June 27, 2005). For indicator systems on aircraft, as a rule, LEDs with radiation in a narrow wavelength band of the green part of the spectrum are used.

Блок 1-1 приема отображаемых данных является интерфейсным блоком и обеспечивает прием данных от датчиков окружающей обстановки, например бортового радара, телевизионной камеры, а также бортовых датчиков положения и параметров полета воздушного судна, систем предупреждения столкновения воздушного судна с землей или с другим воздушным судном. Блок 1-2 обеспечивает формирование сигнала изображения, содержащего данные от одного из датчиков или любой их комбинации. Блок 1-3 содержит в своем составе блок памяти коэффициентов компенсации дисторсии и вычислитель, формирующий с учетом указанных коэффициентов предыскаженное изображение, которое поступает на отображение на экран ЖК панели 1-4. После прохождения предыскаженного изображения через оптическую систему 3 и комбинер 4 в поле зрения пилота формируется неискаженное изображение.The displayed data receiving unit 1-1 is an interface unit and provides data reception from environmental sensors, for example, an airborne radar, a television camera, as well as airborne position sensors and flight parameters of an aircraft, aircraft collision avoidance systems, or other aircraft. Block 1-2 provides the formation of an image signal containing data from one of the sensors or any combination thereof. Block 1-3 contains a memory block of distortion compensation coefficients and a computer that, taking into account these coefficients, generates a predistorted image that is displayed on the LCD panel 1-4. After the predistorted image passes through the optical system 3 and the combiner 4, an undistorted image is formed in the pilot's field of view.

Коллиматорная индикаторная система работает следующим образом.Collimator indicator system operates as follows.

Комбинер 4 располагают перед лобовым стеклом кабины воздушного судна, а проекционный объектив 3 на потолке над шлемом пилота в соответствии с геометрией размещения, приведенной на фиг.1. Угол θ2 выбирают из условия максимального удаления выходной линзы 11 проекционного объектива 3 от шлема пилота при достижении требуемого качества изображения.The combiner 4 is placed in front of the windshield of the aircraft cockpit, and the projection lens 3 on the ceiling above the helmet of the pilot in accordance with the placement geometry shown in Fig. 1. The angle θ2 is selected from the condition of maximum removal of the output lens 11 of the projection lens 3 from the helmet of the pilot when the desired image quality is achieved.

Полетная информация, выбранная пилотом для отображения, формируется на экране ЖК панели 1-4 и излучается в узкой полосе длин волн зеленого участка спектра, определяемой типом светодиода, например от 515 до 535 нм. Экран расположен в фокальной плоскости проекционного объектива 3, который проецирует изображение через комбинер 4 в поле зрения пилота. Световые лучи, формирующие изображение, отражаются от внутренней светоделительной поверхности 7 комбинера, и, за счет его наклона на угол 01 относительно линии визирования 22, попадают в поле зрения пилота, где происходит совмещение изображения, формируемого на экране ЖК панели, с изображением закабинной обстановки, наблюдаемой через комбинер 4. Комбинер 4 обеспечивает интегральный коэффициент отражения изображения в диапазоне длин волн от 500 до 550 нм не менее 0,7 и пропускает проходящий свет видимого диапазона волн с интегральным коэффициентом пропускания не менее 0,85. Пилот одновременно может наблюдать закабинную обстановку и выбранную полетную информацию.The flight information selected by the pilot for display is generated on the screen of the LCD panel 1-4 and is emitted in a narrow wavelength band of the green part of the spectrum, determined by the type of LED, for example from 515 to 535 nm. The screen is located in the focal plane of the projection lens 3, which projects the image through the combiner 4 in the field of view of the pilot. The light rays forming the image are reflected from the inner beam splitter surface 7 of the combiner, and due to its inclination at an angle of 01 with respect to line of sight 22, they fall into the pilot’s field of vision, where the image formed on the LCD panel screen is combined with the image of the cockpit environment, observed through the combiner 4. Combiner 4 provides an integrated reflection coefficient of the image in the wavelength range from 500 to 550 nm of not less than 0.7 and transmits transmitted light of the visible wave range with an integral coefficient ohm transmission of not less than 0.85. The pilot can simultaneously observe the cockpit situation and the selected flight information.

Разработан опытный образец вертолетного базирования системы, который при размере матрицы ЖК панели 2,5 дюйма и длине проекционного объектива не более 240 мм обеспечивает:A prototype helicopter-based system has been developed, which with a 2.5-inch LCD panel matrix size and a projection lens length of not more than 240 mm provides:

поле зрения - не менее ±12° по горизонтали и ±8° по вертикали;field of view - not less than ± 12 ° horizontally and ± 8 ° vertically;

размеры зрачковой зоны наблюдения - не менее 110 мм по горизонтали и 90 мм по вертикали;the size of the pupil observation zone is at least 110 mm horizontally and 90 mm vertically;

расстояние от проекционного объектива до комбинера А1 - не менее 350 мм;the distance from the projection lens to the combiner A1 is not less than 350 mm;

удаление глаз наблюдателя от комбинера А2 - до 400 мм;removal of the observer's eyes from the combiner A2 - up to 400 mm;

дисторсия не более 5%;distortion no more than 5%;

разрешающая способность - не более 3 угловых минут в центре и не более 10 угловых минут на краю поля зрения.resolution - no more than 3 arc minutes in the center and no more than 10 arc minutes at the edge of the field of view.

Таким образом, предлагаемая коллиматорная индикаторная система обеспечивает возможность наблюдения в поле зрения системы высококачественного изображения полетной информации на фоне обозреваемого закабинного пространства.Thus, the proposed collimator indicator system provides the possibility of observing in the field of view of the system of high-quality images of flight information against the background of the observable cockpit space.

Производство оптических элементов проекционного объектива и комбинера предлагаемой системы возможно с использованием стандартных технологий. Предлагаемая система может быть использована в других изделиях авионики, а также в изделиях морского и наземного базирования.The production of optical elements for the projection lens and the combiner of the proposed system is possible using standard technologies. The proposed system can be used in other avionics products, as well as in sea and land based products.

Claims (3)

1. Коллиматорная индикаторная система, содержащая генератор двумерного изображения с излучателем, расположенным в фокальной плоскости проекционного объектива с децентрированными оптическими элементами, и комбинер, отличающаяся тем, что излучатель выполнен в виде жидкокристаллической (ЖК) панели с системой подсветки на светодиодах с излучением в узком диапазоне длин волн, генератор двумерного изображения выполнен с возможностью введения дисторсионных предыскажений в изображение, формируемое на экране ЖК панели, комбинер наклонен к оси визирования и выполнен с возможностью совмещения изображения обозреваемого пространства с изображением от проекционного объектива, который расположен вдоль оси визирования, отраженной от комбинера, и отнесен от него, оптическая система проекционного объектива состоит из последовательно расположенных относительно комбинера трех линзовых групп и оптического клина, первая линзовая группа состоит из первой двояковыпуклой линзы и отнесенных от нее второй двояковыпуклой линзы и выпукло-вогнутой линзы, вторая линзовая группа отделена от первой линзовой группы апертурной диафрагмой, расположенной посередине воздушного промежутка между ними, и содержит первую двояковогнутую линзу, линзу с цилиндрической поверхностью и склейку из второй двояковогнутой линзы и двояковыпуклой линзы, третья линзовая группа содержит двояковыпуклую и выпукло-вогнутую линзы, а оптический клин расположен в промежутке между третьей линзовой группой и излучателем, при этом оптическая ось первой линзовой группы смещена в меридиональной плоскости параллельно влево относительно оси визирования, отраженной от комбинера, оптическая ось второй линзовой группы смещена в меридиональной плоскости параллельно влево относительно оптической оси первой группы, оптическая ось двояковыпуклой линзы третьей группы смещена в меридиональной плоскости параллельно вправо относительно оптической оси второй группы, оптическая ось выпукло-вогнутой линзы третьей группы смещена относительно оптической оси двояковыпуклой линзы в противоположном направлении на эту же величину и развернута по часовой стрелке относительно оси, перпендикулярной меридиональной плоскости и проходящей через вершину выпукло-вогнутой линзы, а оптический клин развернут по часовой стрелке относительно оси, перпендикулярной меридиональной плоскости и проходящей через середину передней поверхности оптического клина.1. A collimator indicator system containing a two-dimensional image generator with an emitter located in the focal plane of the projection lens with decentralized optical elements, and a combiner, characterized in that the emitter is made in the form of a liquid crystal (LCD) panel with a backlight system on LEDs with radiation in a narrow range wavelengths, a two-dimensional image generator is configured to introduce distortion predistortions into the image formed on the LCD panel screen, the combiner is inclined to about and sighting and is configured to combine the image of the surveyed space with the image from the projection lens, which is located along the axis of sight reflected from the combiner, and is separated from it, the optical system of the projection lens consists of three lens groups and an optical wedge arranged in series relative to the combiner, the first lens the group consists of a first biconvex lens and a second biconvex lens and a convex-concave lens assigned therefrom, the second lens group is separated t of the first lens group with an aperture diaphragm located in the middle of the air gap between them, and contains the first biconcave lens, a lens with a cylindrical surface and a gluing of the second biconcave lens and biconvex lens, the third lens group contains a biconvex and convex-concave lens, and the optical wedge is located in the gap between the third lens group and the emitter, while the optical axis of the first lens group is shifted in the meridional plane parallel to the left relative to the axis I, reflected from the combiner, the optical axis of the second lens group is offset in the meridional plane parallel to the left relative to the optical axis of the first group, the optical axis of the biconvex lens of the third group is offset parallel to the right in relation to the optical axis of the second group, the optical axis of the convex-concave lens of the third group is offset relative to the optical axis of the biconvex lens in the opposite direction by the same amount and rotated clockwise relative to the axis, perpendicular of the meridional plane and passing through the apex of the convex-concave lens, and the optical wedge is rotated clockwise relative to the axis perpendicular to the meridional plane and passing through the middle of the front surface of the optical wedge. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что комбинер выполнен в виде склеенных по сферическим поверхностям плосковыпуклой и плосковогнутой линз с нанесенным на поверхность склейки многослойным диэлектрическим светоделительным покрытием, которое селективно отражает излучение ЖК панели в узком диапазоне длин волн и пропускает проходящий свет видимого диапазона волн.2. The system according to claim 1, characterized in that the combiner is made in the form of plane-convex and plano-concave lenses glued on spherical surfaces with a multilayer dielectric beam splitting coating that selectively reflects the radiation of the LCD panel in a narrow wavelength range and transmits visible light range of waves. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что генератор двумерного изображения содержит последовательно соединенные блок приема отображаемых данных, блок формирования комбинированного изображения, блок формирования предыскаженного изображения и ЖК панель. 3. The system according to claim 1, characterized in that the two-dimensional image generator comprises serially connected display data receiving unit, a combined image forming unit, a predistorted image forming unit, and an LCD panel.
RU2008106726/28A 2008-02-21 2008-02-21 Collimator indicator system RU2364902C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008106726/28A RU2364902C1 (en) 2008-02-21 2008-02-21 Collimator indicator system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008106726/28A RU2364902C1 (en) 2008-02-21 2008-02-21 Collimator indicator system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2364902C1 true RU2364902C1 (en) 2009-08-20

Family

ID=41151356

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008106726/28A RU2364902C1 (en) 2008-02-21 2008-02-21 Collimator indicator system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2364902C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7733572B1 (en) Catadioptric system, apparatus, and method for producing images on a universal, head-up display
US10782453B2 (en) Display devices with reflectors
JP2746697B2 (en) Collimating optical system, especially for helmet display devices
JP6762807B2 (en) Information display device
US6147807A (en) High brightness see-through head-mounted display
US7602552B1 (en) Head-up display system
EP0834097B1 (en) Head gear display system
CN112946898B (en) Automobile
US5355224A (en) Apparatus including a mangin mirror for superimposing variable graphical and alphanumeric information onto the image plane of an optical viewing device
JP6521537B2 (en) Display device using ordinary windshield, and head-up display system of the automobile
Li et al. Review and analysis of avionic helmet-mounted displays
US20180246325A1 (en) Image projection system
IL142439A (en) Optical device for helmet visor comprising a diffractive mirror
CA3032414A1 (en) Biocular compact collimation apparatus
JP7018922B2 (en) Head-up display device
US7636199B2 (en) Optical device for superposing electronic images in front of an objective
US4993788A (en) Head-up display systems
GB2123974A (en) Improvements in or relating to head-up displays
CN107924056B (en) Collimation display device, vehicle-mounted or vehicle-mounted head-up display device
TW201409077A (en) Image-partitioned display device for virtual image
RU2364902C1 (en) Collimator indicator system
RU73502U1 (en) COLLIMATOR INDICATOR SYSTEM
JP2021036317A (en) Information display device
RU2353958C1 (en) Optical system of helmet-mounted collimator display
RU2771247C1 (en) Collimator indicator system (variants)

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20130315

PD4A Correction of name of patent owner
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20161206