RU2540135C1 - Imaging system - Google Patents

Imaging system Download PDF

Info

Publication number
RU2540135C1
RU2540135C1 RU2014100474/28A RU2014100474A RU2540135C1 RU 2540135 C1 RU2540135 C1 RU 2540135C1 RU 2014100474/28 A RU2014100474/28 A RU 2014100474/28A RU 2014100474 A RU2014100474 A RU 2014100474A RU 2540135 C1 RU2540135 C1 RU 2540135C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
component
lens
optical axis
combiner
angle
Prior art date
Application number
RU2014100474/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Петрович Иванов
Игорь Геннадьевич Денисов
Дина Нургазизовна Шарифуллина
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО")
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 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО") filed Critical Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО")
Priority to RU2014100474/28A priority Critical patent/RU2540135C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2540135C1 publication Critical patent/RU2540135C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: system comprises a first component - combiner, mounted at an angle to the optical axis of the system, a second component comprising a first biconvex lens and a second convex-concave lens, which are decentralised and inclined relative to the optical axis of the system, an emitting microdisplay mounted at an angle to the optical axis of the system, and an electronic information processing unit. The surfaces of the first component are biconical. In the second component, the second lens is divergent and there are additional third and fourth biconvex lenses. The first and second components are placed such that an intermediate image forms in between.
EFFECT: reduced offset of the combiner relative to the eye of the observer and the weight of the second component with high image quality.
4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано при создании оптических систем нашлемных дисплеев, например, для индивидуальной экипировки бойца.The invention relates to the field of optical instrumentation and can be used to create optical systems helmet-mounted displays, for example, for individual equipment of a fighter.

Система формирования изображения предназначена для создания в поле зрения наблюдателя изображения, которое рассматривается им одновременно с окружающей обстановкой. Совмещение изображений осуществляется за счет частично отражающего и частично пропускающего элемента - комбинера, на который нанесено спектроделительное покрытие или голограмма. Яркость создаваемого изображения должна быть достаточной для его восприятия на фоне окружающей обстановки при ярком солнечном свете.The imaging system is designed to create in the field of view of the observer an image that is considered by him at the same time as the environment. The combination of images is carried out due to a partially reflecting and partially transmitting element - a combiner, on which a spectro-splitting coating or a hologram is applied. The brightness of the created image should be sufficient for its perception against the background of the surrounding environment in bright sunlight.

Известна оптическая система нашлемного коллиматорного дисплея (см. патент RU 2353958 C1, МПК G02B 27/00, опубл. 27.04.2009 г.), которая содержит комбинер, первый светоделитель, проекционный объектив, включающий два компонента, апертурную диафрагму, расположенную между указанными компонентами, второй светоделитель и источник изображения. Основной недостаток системы - наличие полупрозрачного зеркала, которое снижает энергетические характеристики в четыре раза.A known optical system helmet-mounted collimator display (see patent RU 2353958 C1, IPC G02B 27/00, publ. 04/27/2009), which contains a combiner, a first beam splitter, a projection lens comprising two components, an aperture diaphragm located between these components , second beam splitter and image source. The main disadvantage of the system is the presence of a translucent mirror, which reduces the energy characteristics by four times.

Известна оптическая система для нашлемных дисплеев, описанная в патенте US 5526183, МПК G02B 27/14, опубл. 11.06.1996 г., которая содержит комбинер и передающий модуль, состоящий из шести линз и клина. К недостаткам этой системы можно отнести сложность конструкции передающего модуля и его большие габаритные размеры.Known optical system for helmet displays, described in patent US 5526183, IPC G02B 27/14, publ. 06/11/1996, which contains a combiner and a transmitting module, consisting of six lenses and a wedge. The disadvantages of this system include the complexity of the design of the transmitting module and its large overall dimensions.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой системе, принятой за прототип, является система формирования изображения для нашлемного дисплея (см. патент WO 97/01123, МПК G02B 27/01, 17/00, опубл. 09.01.1997 г.), включающая первый компонент - комбинер, отражающая поверхность которого является асферическим тороидом, установленный под углом к оптической оси системы, второй компонент, содержащий первую положительную плосковыпуклую линзу и вторую положительную выпукло-вогнутую линзу, все поверхности которых сферические, сильно децентрированные (на 16,8 мм) относительно оптической оси системы и установленные к ней под углом, и дисплей, также установленный под углом к оптической оси. В схеме прототипа между первым и вторым компонентами отсутствует промежуточное изображение и вынос комбинера относительно глаза наблюдателя составляет 83 мм, при этом световой диаметр линз второго компонента более 40 мм и толщина по оси более 12 мм.The closest in technical essence to the claimed system adopted for the prototype is an imaging system for a helmet-mounted display (see patent WO 97/01123, IPC G02B 27/01, 17/00, published on 01/09/1997), including the first component - a combiner, the reflecting surface of which is an aspherical toroid, mounted at an angle to the optical axis of the system, the second component containing the first positive plano-convex lens and the second positive convex-concave lens, all surfaces of which are spherical, strongly decentered (by 16.8 mm) relative to the optical axis of the system and mounted to it at an angle, and a display also mounted at an angle to the optical axis. In the prototype scheme, there is no intermediate image between the first and second components and the combiner’s extension relative to the observer’s eye is 83 mm, while the light diameter of the lenses of the second component is more than 40 mm and the axis thickness is more than 12 mm.

Наблюдение обстановки осуществляется непосредственно глазом сквозь комбинер, работающий на пропускание (на просвет). Световой поток от дисплея проходит через второй компонент, затем отражается от вогнутой поверхности комбинера и попадает в глаз наблюдателя.Observation of the situation is carried out directly by the eye through the combiner, which works for transmission (in clearance). The light flux from the display passes through the second component, then it is reflected from the concave surface of the combiner and enters the eye of the observer.

К основным недостаткам прототипа следует отнести большие габариты и массу второго компонента, связанные с использованием сильно децентрированных линз и значительным выносом комбинера относительно глаза наблюдателя, ограничивающим к тому же поле зрения для бинокулярного варианта системы.The main disadvantages of the prototype include the large dimensions and mass of the second component, associated with the use of highly decentralized lenses and a significant removal of the combiner relative to the observer's eye, limiting the same field of view for the binocular version of the system.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является уменьшение выноса комбинера относительно глаза наблюдателя и массы второго компонента в системе формирования изображения при высоком качестве изображения.The problem to which the invention is directed, is to reduce the offset of the combiner relative to the observer’s eye and the mass of the second component in the image formation system with high image quality.

Указанная цель достигается тем, что в системе формирования изображения, содержащей первый компонент, выполненный в виде комбинера, установленного под углом к оптической оси системы, второй компонент, содержащий первую положительную двояковыпуклую линзу и вторую выпукло-вогнутую линзу, которые децентрированы и наклонены относительно оптической оси системы, излучающий микродисплей, установленный под углом к оптической оси системы, и электронный блок обработки информации, поверхности первого компонента выполнены биконическими, во втором компоненте вторая линза выполнена отрицательной и дополнительно введены третья и четвертая положительные двояковыпуклые линзы, при этом первый и второй компоненты выполнены и установлены таким образом, что между ними формируется промежуточное изображение.This goal is achieved by the fact that in the imaging system containing the first component, made in the form of a combiner mounted at an angle to the optical axis of the system, the second component containing the first positive biconvex lens and the second convex-concave lens, which are decentered and tilted relative to the optical axis systems emitting a microdisplay installed at an angle to the optical axis of the system, and an electronic information processing unit, the surfaces of the first component are made biconical, in the second m second lens component is made negative and the program further includes third and fourth biconvex positive lens, wherein the first and second components are made and arranged so that an intermediate image is formed between them.

А также тем, что во втором компоненте первая поверхность второй линзы выполнена асферической.And also by the fact that in the second component, the first surface of the second lens is aspherical.

А также тем, что во втором компоненте первая поверхность третьей линзы выполнена асферической.And also because in the second component the first surface of the third lens is aspherical.

А также тем, что во втором компоненте третья и четвертая линзы децентрированы относительно оптической оси первой и второй линз.And also the fact that in the second component the third and fourth lenses are decentered relative to the optical axis of the first and second lenses.

На фиг.1 представлена схема системы формирования изображения.Figure 1 presents a diagram of an imaging system.

На фиг.2 представлен ход лучей в системе формирования изображения.Figure 2 presents the path of the rays in the imaging system.

На фиг.3 представлены графики функции концентрации энергии (ФКЭ) в кружке заданного диаметра, характеризующие качество системы формирования изображения.Figure 3 presents graphs of the function of energy concentration (FFE) in a circle of a given diameter, characterizing the quality of the imaging system.

Система формирования изображения содержит первый компонент - комбинер 1, поверхности которого выполнены биконическими, установленный под углом α к оптической оси системы, второй компонент, содержащий первую положительную двояковыпуклую линзу 2, вторую отрицательную выпукло-вогнутую линзу 3, третью положительную двояковыпуклую линзу 4 и четвертую положительную двояковыпуклую линзу 5, излучающий микродисплей 6 и электронный блок обработки информации 7. Во втором компоненте первые поверхности линз 3 и 4 выполнены асферическими. Линзы 2 и 3 децентрированы относительно оптической оси на величину b1, выбранную из условия 0≤b1≤2 мм, и наклонены на угол β. Линзы 4 и 5 децентрированы относительно оптической оси линз 2 и 3 на величину b2, выбранную из условия 2≤b2≤4 мм. Микродисплей 6 установлен под углом γ к оптической оси системы.The imaging system contains a first component — a combiner 1, whose surfaces are biconical, mounted at an angle α to the optical axis of the system, a second component containing a first positive biconvex lens 2, a second negative convex-concave lens 3, a third positive biconvex lens 4, and a fourth positive a biconvex lens 5 emitting a microdisplay 6 and an electronic information processing unit 7. In the second component, the first surfaces of the lenses 3 and 4 are aspherical. Lenses 2 and 3 are decentered relative to the optical axis by a value of b 1 selected from the condition 0≤b 1 ≤2 mm, and tilted by an angle β. Lenses 4 and 5 are decentralized relative to the optical axis of lenses 2 and 3 by a value of b 2 selected from the condition 2≤b 2 ≤4 mm. The microdisplay 6 is installed at an angle γ to the optical axis of the system.

Система формирования изображения работает следующим образом. Сигнал от наблюдаемой сцены с оптико-электронного устройства (например, тепловизора) передается в электронный блок обработки информации 7, в который одновременно поступает служебная информация. В электронном блоке обработки информации 7 формируется видеокадр, в котором в растровое изображение добавляется служебная информация. Затем полученный видеокадр сворачивается с обратной функцией дисторсии оптической системы и передается на излучающий микродисплей 6. После чего излучение проходит через линзы 5-2 второго компонента, затем отражается от вогнутой поверхности комбинера 1, далее коллимированый пучок излучения направляется в глаз наблюдателя. Наблюдатель видит изображение, поступающее от излучающего микродисплея 6, содержащее изображение сцены со служебной информацией, наложенное на изображение окружающей обстановки, рассматриваемое сквозь комбинер 1.The imaging system operates as follows. The signal from the observed scene from the optical-electronic device (for example, a thermal imager) is transmitted to the electronic information processing unit 7, which simultaneously receives service information. In the electronic information processing unit 7, a video frame is formed in which service information is added to the raster image. Then the resulting video frame is collapsed with the inverse distortion function of the optical system and transmitted to the emitting microdisplay 6. After that, the radiation passes through the lenses 5-2 of the second component, then it is reflected from the concave surface of the combiner 1, then the collimated radiation beam is sent to the eye of the observer. The observer sees the image coming from the emitting microdisplay 6, containing the image of the scene with service information superimposed on the image of the environment viewed through the combiner 1.

Компоновка оптической системы с формированием промежуточного изображения позволило уменьшить световые диаметры линз 2-5 второго компонента до 22 мм, а их толщину по оси до 8,5 мм, и тем самым уменьшить его массу и габариты.The layout of the optical system with the formation of an intermediate image made it possible to reduce the light diameters of lenses 2-5 of the second component to 22 mm, and their axial thickness to 8.5 mm, and thereby reduce its weight and dimensions.

Уменьшение выноса комбинера 1 относительно глаза наблюдателя до 67 мм позволяет увеличить поле зрения для бинокулярного варианта системы и улучшает эргономические характеристики системы формирования изображения за счет оптимального расположения центра масс.Reducing the offset of the combiner 1 relative to the observer’s eye to 67 mm makes it possible to increase the field of view for the binocular version of the system and improves the ergonomic characteristics of the imaging system due to the optimal location of the center of mass.

В заявляемой системе хорошо исправлены сферическая аберрация и астигматизм за счет выбранной формы поверхности комбинера 1 и увеличения числа линз во втором компоненте, что иллюстрируют графики функции концентрации энергии, приведенной на фиг.3. В предложенной системе формирования изображения исправление дисторсии происходит за счет электронной компенсации, осуществляемой блоком обработки информации 7.In the inventive system, spherical aberration and astigmatism are well corrected due to the selected surface shape of the combiner 1 and an increase in the number of lenses in the second component, which is illustrated by graphs of the energy concentration function shown in Fig. 3. In the proposed image forming system, the correction of distortion occurs due to electronic compensation carried out by the information processing unit 7.

Таким образом, выполнение системы формирования изображения в соответствии с формулой заявляемых материалов позволяет уменьшить габариты и массу за счет уменьшения выноса комбинера относительно глаза наблюдателя и габаритов второго компонента при высоком качестве изображения.Thus, the implementation of the imaging system in accordance with the formula of the claimed materials can reduce the dimensions and weight by reducing the removal of the combiner relative to the observer’s eye and the dimensions of the second component with high image quality.

Claims (4)

1. Система формирования изображения, содержащая первый компонент, выполненный в виде комбинера, установленного под углом к оптической оси системы, второй компонент, содержащий первую положительную двояковыпуклую линзу и вторую выпукло-вогнутую линзу, которые децентрированы и наклонены относительно оптической оси системы, излучающий микродисплей, установленный под углом к оптической оси системы, и электронный блок обработки информации, отличающаяся тем, что поверхности первого компонента выполнены биконическими, во втором компоненте вторая линза выполнена отрицательной и дополнительно введены третья и четвертая положительные двояковыпуклые линзы, при этом первый и второй компоненты установлены таким образом, что между ними формируется промежуточное изображение.1. An imaging system comprising a first component made in the form of a combiner mounted at an angle to the optical axis of the system, a second component containing a first positive biconvex lens and a second convex-concave lens that are decentered and tilted relative to the optical axis of the system, emitting a microdisplay, mounted at an angle to the optical axis of the system, and an electronic information processing unit, characterized in that the surfaces of the first component are made biconical in the second component Thoraya negative lens is formed, and further introduced third and fourth biconvex positive lens, wherein the first and second components are arranged so that an intermediate image is formed between them. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что во втором компоненте первая поверхность второй линзы выполнена асферической.2. The system according to claim 1, characterized in that in the second component, the first surface of the second lens is aspherical. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что во втором компоненте первая поверхность третьей линзы выполнена асферической.3. The system according to claim 1, characterized in that in the second component, the first surface of the third lens is aspherical. 4. Система по п.1, отличающаяся тем, что во втором компоненте третья и четвертая линзы децентрированы относительно оптической оси первой и второй линз. 4. The system according to claim 1, characterized in that in the second component the third and fourth lenses are decentered relative to the optical axis of the first and second lenses.
RU2014100474/28A 2014-01-09 2014-01-09 Imaging system RU2540135C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014100474/28A RU2540135C1 (en) 2014-01-09 2014-01-09 Imaging system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014100474/28A RU2540135C1 (en) 2014-01-09 2014-01-09 Imaging system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2540135C1 true RU2540135C1 (en) 2015-02-10

Family

ID=53286771

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014100474/28A RU2540135C1 (en) 2014-01-09 2014-01-09 Imaging system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2540135C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2586097C1 (en) * 2015-04-09 2016-06-10 Открытое акционерное общество "ЛОМО" Helmet-mounted wide-angle collimating optical display system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1985004961A1 (en) * 1984-04-16 1985-11-07 Hughes Aircraft Company Biocular holographic helmet mounted display
WO1997001123A2 (en) * 1995-06-22 1997-01-09 Honeywell Inc. Head gear display system
RU63559U1 (en) * 2007-01-09 2007-05-27 Открытое акционерное общество "ЛОМО" OPTICAL SYSTEM OF THE PROJECTION ON-BOARD INDICATOR
US20130100524A1 (en) * 2011-10-19 2013-04-25 Simon Magarill Microdisplay-based head-up display system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1985004961A1 (en) * 1984-04-16 1985-11-07 Hughes Aircraft Company Biocular holographic helmet mounted display
WO1997001123A2 (en) * 1995-06-22 1997-01-09 Honeywell Inc. Head gear display system
RU63559U1 (en) * 2007-01-09 2007-05-27 Открытое акционерное общество "ЛОМО" OPTICAL SYSTEM OF THE PROJECTION ON-BOARD INDICATOR
US20130100524A1 (en) * 2011-10-19 2013-04-25 Simon Magarill Microdisplay-based head-up display system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2586097C1 (en) * 2015-04-09 2016-06-10 Открытое акционерное общество "ЛОМО" Helmet-mounted wide-angle collimating optical display system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10782453B2 (en) Display devices with reflectors
AU2013217496B2 (en) Image generation systems and image generation methods
EP1267197B1 (en) Head-mounted optical apparatus for stereoscopic display
CN110603478A (en) Compact near-to-eye optical system including refractive beam-splitting convex lens
US7525735B2 (en) High resolution head mounted projection display
EP3712682A1 (en) Device, optical engine component and method for augmented reality
US11287663B2 (en) Optical transmitting module and head mounted display device
US10101587B2 (en) Display apparatus
US11698516B2 (en) Head mounted display device and near-eye light field display device thereof
US20150160448A1 (en) Stereo microscope system
KR20140046365A (en) Dot-sighting device with beam splitter
KR102620615B1 (en) Optical systems for virtual image creation, and smart glasses
US20220082835A1 (en) Image display apparatus and head-mounted display
US20200132988A1 (en) Corrector plates for head mounted display system
Huxford Wide FOV head-mounted display using hybrid optics
RU2518863C1 (en) Optical system for projection type on-board display
RU2540135C1 (en) Imaging system
KR20130116547A (en) Optical system for see-through type head mounted display
KR20130116548A (en) Optical system for see-through type head mounted display
CN218917840U (en) Defocused display glasses
KR101960270B1 (en) Viewer with enhanced depth perception
RU140710U1 (en) PICTURE FORMATION SYSTEM
CN106896500B (en) Display device
RU2545465C1 (en) Large-aperture lens
RU210728U1 (en) OPTICAL SYSTEM FOR INDICATOR ON THE WINDSHIELD