RU2586097C1 - Helmet-mounted wide-angle collimating optical display system - Google Patents

Helmet-mounted wide-angle collimating optical display system Download PDF

Info

Publication number
RU2586097C1
RU2586097C1 RU2015113113/28A RU2015113113A RU2586097C1 RU 2586097 C1 RU2586097 C1 RU 2586097C1 RU 2015113113/28 A RU2015113113/28 A RU 2015113113/28A RU 2015113113 A RU2015113113 A RU 2015113113A RU 2586097 C1 RU2586097 C1 RU 2586097C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
liquid crystal
crystal display
component
lens
angle
Prior art date
Application number
RU2015113113/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Марина Валентиновна Воронова
Александр Михайлович Савицкий
Михаил Наумович Сокольский
Анатолий Александрович Строганов
Александр Исаакович Эфрос
Анатолий Владимирович Шукалов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "ЛОМО"
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 "ЛОМО" filed Critical Открытое акционерное общество "ЛОМО"
Priority to RU2015113113/28A priority Critical patent/RU2586097C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2586097C1 publication Critical patent/RU2586097C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Lenses (AREA)

Abstract

FIELD: optics.
SUBSTANCE: helmet-mounted wide-angle collimating optical system comprises display projector, including liquid crystal display, lens projection system consisting of three components, two-mirror component and splitting collimating concave mirror, connecting image from outer space and from liquid crystal display. Projection lens system made with telecentric stroke of main beams in space of liquid crystal display. At that, first component comprises biconvex lens and positive meniscus, second component is made of positive and negative meniscus and negative hyperbolic biconcave lens. Third component is made from positive meniscus and biconvex lens.
EFFECT: technical result consists in simplifying design of protective glass helmet-mounted system, providing telecentric main beams in space of liquid crystal display, increase brightness due to illuminate liquid crystal display reflected polarised beams, normal to display surface, and provision of high quality on entire field of entrance to pupil diameter of not less than 14 mm.
2 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано, например, в авиационной промышленности, в частности для устройств индикации на шлеме пилота и т.п.The present invention relates to optical instrumentation and can be used, for example, in the aviation industry, in particular for display devices on a pilot helmet, etc.

Нашлемная широкоугольная коллиматорная дисплейная оптическая система (НШКДОК) представляют собой систему, обеспечивающую одновременное наблюдение пилотом реального пространства и информационной картины с дисплея, видимых через оптическую систему со светоделительным вогнутым коллимирующим зеркалом (комбинером), при этом визирные оси наблюдателя (пилота) и оптическая ось системы от дисплея совмещены. При этом комбинер является одновременно частью откидывающегося защитного стекла шлема пилота.The helmet-mounted wide-angle collimator display optical system (NSKDOK) is a system that allows the pilot to simultaneously observe the real space and the information picture from the display, visible through the optical system with a beam-splitting concave collimating mirror (combiner), while the sighting axis of the observer (pilot) and the optical axis of the system from the display combined. At the same time, the combiner is at the same time part of the safety glass of the pilot's helmet.

Таким образом, НШКДОК работает по принципу лупы или окуляра, т.е. формирует изображение дисплея на практическую бесконечность. В качестве формирователей изображения используются миниатюрные электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) или более перспективные матричные дисплеи на основе технологии LCOS (liguid Cry stal on Silicon) - жидкокристаллический дисплей.Thus, NShKDOK works on the principle of a magnifier or an eyepiece, i.e. forms a display image for practical infinity. As imaging devices, miniature cathode ray tubes (CRTs) or more promising matrix displays based on LCOS technology (liguid Crystal on Silicon) - a liquid crystal display - are used.

Основными требованиями, предъявляемыми к НШКДОК, являются:The main requirements for NShKDOK are:

- большое угловое поле в пространстве объекта: не менее 21° в горизонтальном направлении и 18° в вертикальном направлении;- a large angular field in the space of the object: at least 21 ° in the horizontal direction and 18 ° in the vertical direction;

- значительный вынос входного зрачка - глаза наблюдателя от объекта - не менее 70 мм от визирного стекла - комбинера, и диаметр входного зрачка ≥12-14 мм;- significant removal of the entrance pupil — the observer’s eyes from the object — at least 70 mm from the sight glass — the combiner, and the diameter of the entrance pupil is ≥ 12-14 mm;

- минимизированный вес всего устройства, (менее 150 г);- minimized weight of the entire device, (less than 150 g);

- высокое разрешение по всему полю: 1280 пикселей и более в строке;- high resolution throughout the field: 1280 pixels or more per line;

- высокое пропускание и одинаковая цветность наблюдаемого внешнего пространства;- high transmittance and the same color of the observed external space;

- отсутствие дисторсионных искажений изображения объекта на жидкокристаллический дисплей;- the absence of distortion distortion of the image of the object on the liquid crystal display;

- телецетрический ход лучей в пространстве жидкокристаллического дисплея и большой задний отрезок для размещения элементов осветительной системы;- telecentric ray path in the space of the liquid crystal display and a large rear segment for the placement of elements of the lighting system;

- отсутствие оптических компонентов в пространстве между глазом наблюдателя и комбинером;- lack of optical components in the space between the eye of the observer and the combiner;

- выполнение комбинера сферической формы как части защитного сферического стекла.- the implementation of the combiner spherical shape as part of a protective spherical glass.

Известен ряд нашлемных широкоугольных дисплейных оптических систем (НШДОС).A number of helmet-mounted wide-angle display optical systems (NSHDOS) are known.

НШДОС [1] содержит жидкокристаллический дисплей (ЖКД), проектор и светоделительное коллимирующее зеркало - комбинер, являющийся частью защитного выключающегося стекла нашлемника.NShDOS [1] contains a liquid crystal display (LCD), a projector and a beam-splitting collimating mirror - a combiner, which is part of the protective shut-off glass of the crest.

Недостатками таких НШДОС являются малый задний отрезок, не позволяющий устанавливать поляризационную призму и осветительную отражающую систему ЖКД, наличие оптического компонента между глазом наблюдателя и комбинером.The disadvantages of such NShDOS are a small rear segment, which does not allow to establish a polarizing prism and a reflective reflective LCD system, the presence of an optical component between the observer's eye and the combiner.

В НШДОС [1] применяется только проходящий ЖКД, чья энергетическая яркость ниже, чем в отражающих ЖКД. Светоделительное коллимирующее вогнутое зеркало (комбинер) имеет сложную асферическую форму, не технологичную в изготовлении и требующую точной юстировки по следующей проекционной системы. Кроме того, компоновка НШДОС такова, что ее габариты достаточно велики.In NShDOS [1], only a passing LCD is used, whose energy brightness is lower than in reflecting LCDs. The beam-splitting collimating concave mirror (combiner) has a complex aspherical shape, which is not technologically advanced to manufacture and requires precise adjustment according to the following projection system. In addition, the layout of the NShDOS is such that its dimensions are quite large.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является НШДОС [2].The closest technical solution to the claimed invention is NShDOS [2].

НШДОС состоит из проектора, включающего в себя расположенные последовательно по ходу световых лучей жидкокристаллический дисплей, линзовой проекционной системы, состоящей из трех компонентов, первый из которых выполнен однолинзовым, а второй и третий компоненты выполнены двулинзовыми, двухзеркального компонента с Z-образным ходом центрального луча, выполненного из менисковых линз с вогнутыми и выпуклыми поверхностями соответственно с внутренними зеркальными поверхностями, и светоделительного коллимирующего вогнутого зеркала (комбинера), соединяющего изображения от внешнего пространства и от ЖКД.NShDOS consists of a projector, which includes a liquid crystal display arranged sequentially along the light rays, a lens projection system consisting of three components, the first of which is single-lens, and the second and third components are double-lens, a two-mirror component with a Z-shaped central beam, made of meniscus lenses with concave and convex surfaces, respectively, with internal mirror surfaces, and a beam-splitting collimating concave mirror (comb HEPA) connecting the image from the outside space and from the LCD.

Недостатками НШДОС являются:The disadvantages of NShDOS are:

- отсутствие телецетрического хода лучей в пространстве жидкокристаллического дисплея, не позволяющее устанавливать поляризационную призму, и осветительной системы ограничивает энергетическую яркость ЖКД;- the lack of telecentric rays in the space of the liquid crystal display, which does not allow to establish a polarizing prism, and the lighting system limits the energy brightness of the LCD;

- сложная асферическая (эллиптическая) форма комбинера, вызывающая повышенные требования к точности установки проектора и его нерасстраиваемости в процессе эксплуатации.- a complex aspherical (elliptical) form of the combiner, which causes increased requirements for the accuracy of the installation of the projector and its non-upsetting during operation.

Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является упрощение конструкции защитного стекла нашлемной системы, обеспечение телецентрического хода главных лучей в пространстве жидкокристаллического дисплея, увеличение яркости за счет освещения жидкокристаллического дисплея отраженными поляризационными лучами, нормальными к поверхности дисплея, и обеспечение высокого качества по всему полю при диаметре входного зрачка не менее 14 мм.The main objective of the invention is to simplify the design of the protective glass of the helmet-mounted system, ensure the telecentric path of the main rays in the space of the liquid crystal display, increase the brightness by illuminating the liquid crystal display with reflected polarizing rays normal to the display surface, and ensure high quality throughout the field with an entrance pupil diameter of at least 14 mm.

Для решения поставленной задачи предлагается нашлемная широкоугольная коллиматорная дисплейная оптическая система, которая, как и прототип, содержит проектор, включающий в себя расположенные последовательно по ходу световых лучей жидкокристаллический дисплей, линзовую проекционную систему, состоящую из трех компонентов, двухзеркальный компонент, выполненный из менисковых линз с вогнутыми и выпуклыми поверхностями соответственно с внутренними зеркальными поверхностями с Z-образным ходом центрального луча, и светоделительное коллимирующее вогнутое зеркало, соединяющее изображения от внешнего пространства и до жидкокристаллического дисплея.To solve this problem, a helmet-mounted wide-angle collimator display optical system is proposed, which, like the prototype, contains a projector that includes a liquid crystal display arranged in series along the light rays, a lens projection system consisting of three components, a two-mirror component made of meniscus lenses with concave and convex surfaces, respectively, with internal mirror surfaces with a Z-shaped stroke of the central beam, and a beam splitting collie iruyuschee concave mirror connecting the image from the external space and to liquid crystal display.

В отличие от прототипа, в предлагаемом изобретении линзовая проекционная система выполнена с телецетрическим ходом главных лучей в пространстве жидкокристаллического дисплея, при этом ее первый компонент выполнен с оптической силой φ1 и содержит двояковыпуклую линзу и положительный мениск, обращенный выпуклостью к жидкокристаллическому дисплею, смещен на δy1 с центральной оси, второй компонент с оптической силой φ2 выполнен из положительного гиперболического мениска, обращенного вогнутостью к жидкокристаллическому дисплею, смещен с оси первого компонента на δy21 и отрицательной гиперболической двояковогнутой линзы, смещенной с оси положительного гиперболического мениска на δу22, и наклонен на угол α22, a третий компонент с оптической силой φ3 выполнен из положительного мениска, обращенного вогнутостью к жидкокристаллическому дисплею, и двояковыпуклой линзы, наклонен на угол α3 относительно вершины вогнутой поверхности отрицательной гиперболической двояковогнутой линзы второго компонента и смещен с оси отрицательной гиперболической двояковогнутой линзы на δу3, причем двухзеркальный компонент с Z-образным ходом центрального луча с оптической силой φ4 установлен под углом α41 и α42 к центральной оси, а светоделительное коллимирующее вогнутое зеркало выполнено сферическим с радиусом отражающей поверхности R0, наклоненное на угол α0 к центральной оси, при этом оптические силы, углы наклонов и смещение компонентов удовлетворяют условиям:Unlike the prototype, in the present invention, the lens projection system is made with a telecentric path of the main rays in the space of the liquid crystal display, while its first component is made with optical power φ 1 and contains a biconvex lens and a positive meniscus convex to the liquid crystal display, is shifted by δ y1 to the central axis, the second component having an optical power φ 2 is made of a positive meniscus hyperbolic, concave facing to the liquid crystal display, the offset axis of the first component at δ y21 and negative hyperbolic biconcave lens offset from the axis of the positive hyperbolic meniscus at δ V22, and is inclined at an angle α 22, a third component having an optical power φ 3 is made of a positive meniscus facing concavity to the liquid crystal display, and a biconvex lens, tilted by an angle α 3 relative to the vertex of the concave surface of the negative hyperbolic biconcave lens of the second component and offset from the axis of the negative hyperbolic biconcave lens by δ y3 moreover, the two-mirror component with a Z-shaped path of the central beam with an optical power of φ 4 is set at an angle α 41 and α 42 to the central axis, and the beam-splitting collimating concave mirror is made spherical with the radius of the reflecting surface R 0 inclined at an angle α 0 to the central axis while the optical forces, tilt angles and displacement of the components satisfy the conditions:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

где φ - эквивалентная оптическая сила нашлемной широкоугольной коллиматорной дисплейной оптической системы.where φ is the equivalent optical power of the helmet-mounted wide-angle collimator display optical system.

Кроме того, между жидкокристаллическим дисплеем и проектором установлена поляризационная светоделительная призма, отражающая одну из поляризаций излучения и пропускающая другую, и светодиодный осветительный коллиматор.In addition, a polarizing beam splitting prism is installed between the liquid crystal display and the projector, which reflects one of the polarizations of the radiation and transmits the other, and an LED lighting collimator.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что дополнение линзовой проекционной системы с телеметрическим ходом главных лучей в пространстве жидкокристаллического дисплея, выполненной в виде трех двухлинзовых компонентов с оптическими силами φ1, φ2, φ3, смещенными на δу1, δy21, δу22, δу3 и наклоненными на углы α21, α3, соответственно, выполнение двухзеркального компонента с оптической силой φ4, каждое из зеркал которого представляет собой менисковую линзу с вогнутыми и выпуклыми поверхностями соответственно с внутренними зеркальными поверхностями, установленные под углом α41 и α42 к центральной оси, светоделительное коллимирующее вогнутое сферическое зеркало с радиусом R0 и наклоненное на угол α0 к центральной оси, а установка поляризационной светоделительной призмы, отражающей одну из поляризаций излучения по нормали к ЖКД и пропускающей другое поляризационное излучение, отраженное от ЖКД и светодиодного осветительного коллиматора, позволило обеспечить коррекцию аберраций вносимым наклонным сферическим коллимирующим зеркалом (комбинером) и увеличить яркость ЖКД.The essence of the invention lies in the fact that the addition of the lens of the projection system with telemetry swing principal rays in the space of a liquid crystal display, made in the form of three two lens components with optical powers φ 1, φ 2, φ 3, offset by δ y1, δ y21, δ V22 , δ y3 and inclined at angles α 21 , α 3 , respectively, the implementation of a two-mirror component with optical power φ 4 , each of the mirrors of which is a meniscus lens with concave and convex surfaces, respectively, with internal mirror surfaces mounted at an angle of α 41 and α 42 to the central axis, a beam-splitting collimating concave spherical mirror with a radius R 0 and inclined at an angle α 0 to the central axis, and the installation of a polarizing beam-splitting prism reflecting one of the polarizations of the radiation normal to the LCD and transmitting other polarizing radiation reflected from the LCD and the LED lighting collimator, it was possible to provide correction of aberrations by introducing an inclined spherical collimating mirror (combiner) and increase LCD brightness.

Сферическое зеркало, работающее под углом α0, вносит несимметричные аберрации типа комы и астигматизма по всему полю изображения, а также разновидность дисторсии.A spherical mirror operating at an angle α 0 introduces asymmetric aberrations such as coma and astigmatism throughout the image field, as well as a form of distortion.

Астигматизм ΔZ пропорционален величинеAstigmatism ΔZ is proportional to

Figure 00000007
Figure 00000007

где

Figure 00000008
,
Figure 00000009
- астигматические отрезки в меридиональной и сагиттальной плоскостях, ω - угол отклонения луча от α0 - угловое поле.Where
Figure 00000008
,
Figure 00000009
- astigmatic segments in the meridional and sagittal planes, ω is the beam deviation angle from α 0 is the angular field.

Для центрального луча угол i=0. При смещении положения глаза наблюдателя в вертикальном и горизонтальном положениях на ΔХ, ΔY, а также при изменении углового поля ω, астигматизм принимает различные значения.For the central beam, the angle i = 0. When the observer’s eye position is shifted in vertical and horizontal positions by ΔX, ΔY, and also when the angular field ω changes, astigmatism takes different values.

Другая аберрация, возникающая в данной децентрированной системе - разновидность дисторсии (параллакс).Another aberration that occurs in this decentralized system is a form of distortion (parallax).

Параллакс ΔХ′, ΔY′ определяется для каждого фиксированного угла поля - ω как разность координат на дисплее.Parallax ΔX ′, ΔY ′ is determined for each fixed field angle - ω as the difference of coordinates on the display.

Figure 00000010
Figure 00000010

где Х′ΔX, ΔY, Y′ΔX, ΔY - значение координат на дисплее при угловом поле ω, для координат положения глаза на зрачке ΔХ, ΔY; Х′ΔX=0, ΔY=0, Y′ΔX=0 ΔY=0 - значения координат на дисплее при угловом поле ω, для координаты положения глаза ΔХ=ΔY=0, т.е. глаз расположен в центре зрачка.where X ′ ΔX, ΔY , Y ′ ΔX, ΔY is the coordinate value on the display with an angular field ω, for the coordinates of the position of the eye on the pupil ΔX, ΔY; X ′ ΔX = 0, ΔY = 0 , Y ′ ΔX = 0 ΔY = 0 - coordinate values on the display at an angular field ω, for the eye position coordinate ΔX = ΔY = 0, i.e. the eye is located in the center of the pupil.

Важно для оптимальной работы НШКДОС значение углового параллакса в пространстве глаза наблюдателя не превышал значений более 12′.It is important for the optimal operation of NSKDOS that the value of the angular parallax in the space of the observer's eye did not exceed values more than 12 ′.

Выполнение проекционной линзовой системы из трех компонентов с оптическими силами φ1, φ2, φ3 позволило исправить кривизну изображения, обеспечить телецентрический ход главных лучей в пространстве ЖКД и большой задний отрезок для установки поляризационной призмы.The implementation of the projection lens system of three components with the optical forces φ 1 , φ 2 , φ 3 made it possible to correct the curvature of the image, to ensure the telecentric path of the main rays in the LCD space and a large rear segment for installing a polarizing prism.

Смещение δу1, δy21, δу22, δу3 и наклоны второй линзы второго компонента на угол α22 и третьего компонента на угол α3 позволило устранить кому децентрировки и минимизировать параллакс.The offset δ y1 , δ y21 , δ y22 , δ y3 and the tilts of the second lens of the second component at an angle of α 22 and the third component at an angle of α 3 made it possible to eliminate decentering and minimize parallax.

Выполнение двухзеркального компонента с оптической силой φ4, выполнение его из менисковых линз с вогнутыми и выпуклыми поверхностями с внутренними зеркальными поверхностями, построение его по Z-образной схеме с углами α41, α42 позволило устранить астигматизм сферического светоделительного коллимирующего зеркала (комбинера).The implementation of a two-mirror component with an optical power of φ 4 , its implementation from meniscus lenses with concave and convex surfaces with internal mirror surfaces, its construction in a Z-shaped pattern with angles α 41 , α 42 eliminated the astigmatism of a spherical beam splitting collimating mirror (combiner).

Выполнение первого компонента из двояковыпуклой линзы и положительного мениска, обращенного выпуклостью к ЖКД, второго компонента из положительного мениска, обращенного вогнутостью к ЖКД, и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к ЖКД, третьего компонента из положительного мениска, обращенного вогнутостью к ЖКД, и двояковыпуклой линзы позволило устранить сферическую аберрацию и остаточные полевые аберрации комы и астигматизма.The execution of the first component from the biconvex lens and the positive meniscus convex to the LCD, the second component from the positive meniscus convex to the LCD, and the negative meniscus convex to the LCD, the third component from the positive concave to LCD, and the biconvex eliminate spherical aberration and residual field aberrations of coma and astigmatism.

Выполнение осветительной системы, состоящей из светодиодного осветительного коллиматора, т.е. из источника излучения светодиода и линзового коллиматора, формирующего параллельный пучок излучения, поляризационного светоделителя, пропускающего Р-поляризацию и отражающего S-поляризацию, позволило осветить ЖКД лучами, перпендикулярными его поверхности, и направить излучение от ЖКД через оптическую систему проектора во входной зрачок (глаз наблюдателя), обеспечивая наибольшую яркость ЖКД.The implementation of the lighting system, consisting of an LED lighting collimator, i.e. from the radiation source of the LED and the lens collimator, which forms a parallel beam of radiation, a polarizing beam splitter that transmits P-polarization and reflects S-polarization, allowed the LCD to be illuminated by rays perpendicular to its surface, and to direct the radiation from the LCD through the optical system of the projector into the entrance pupil (observer’s eye ), providing the highest brightness LCD.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена нашлемная широкоугольная коллиматорная дисплейная оптическая система, и Приложением, в котором приведены параметры и оптические характеристики конкретного образца.The essence of the claimed invention is illustrated by the drawing, which shows the helmet-mounted wide-angle collimator display optical system, and the Appendix, which shows the parameters and optical characteristics of a particular sample.

Предлагаемая нашлемная широкоугольная коллиматорная дисплейная оптическая система состоит из проектора 1, включающего в себя жидкокристаллический дисплей (ЖКД) 2, линзовый светодиодный коллиматор 3, поляризационную светоделительную призму 4, линзовую проекционную систему 5, выполненную из первого компонента 6, содержащего двояковыпуклую линзу 7 и положительный мениск 8, обращенный выпуклостью к жидкокристаллическому дисплею 2, второго компонента 9, содержащего положительный гиперболический мениск 10 и отрицательную гиперболическую двояковогнутую линзу 11, третьего компонента 12, содержащего положительный мениск 13 и двояковыпуклую линзу 14, двухзеркальный компонент 15, содержащий менисковую линзу 16 с вогнутыми поверхностями с зеркальной 17 поверхностью и менисковую линзу 18 с выпуклыми поверхностями с зеркальной поверхностью 19 и вогнутого светоделительного коллимирующего сферического зеркала 20 со светоделительной поверхностью 21.The proposed helmet-mounted wide-angle collimator display optical system consists of a projector 1, including a liquid crystal display (LCD) 2, a LED lens collimator 3, a polarizing beam-splitting prism 4, a lens projection system 5 made of the first component 6, containing a biconvex lens 7 and a positive meniscus 8, convex to the liquid crystal display 2, of the second component 9, containing a positive hyperbolic meniscus 10 and a negative hyperbolic two a concave lens 11, a third component 12 containing a positive meniscus 13 and a biconvex lens 14, a two-mirror component 15 containing a meniscus lens 16 with concave surfaces with a mirror surface 17 and a meniscus lens 18 with convex surfaces with a mirror surface 19 and a concave beam splitting collimating spherical mirror 20 with a beam splitting surface 21.

Зрачок глаза 22 может перемещаться по горизонту на ±ΔХ, а по вертикали на ±ΔY в плоскости зрачка системы, наблюдая объект 23 в направлении визирной оси 24.The pupil of the eye 22 can move horizontally by ± ΔX, and vertically by ± ΔY in the plane of the pupil of the system, observing the object 23 in the direction of the line of sight 24.

Работа нашлемной широкоугольной коллиматорной дисплейной оптической системы осуществляется следующим образом.The operation of the helmet-mounted wide-angle collimator display optical system is as follows.

Линзовый светодиодный коллиматор 3 через светоделительную поверхность поляризационной призмы 4 Р-составляющей излучения освещает поверхность жидкокристаллического дисплея 2. Жидкокристаллический дисплей 2 поворачивает плоскость поляризации и S-излучение от жидкокристаллического дисплея 2 проходит светоделительную поверхность поляризационной призмы 4.The lens LED collimator 3 through the beam-splitting surface of the polarization prism 4 of the P-component of the radiation illuminates the surface of the liquid crystal display 2. The liquid crystal display 2 rotates the plane of polarization and the S-radiation from the liquid crystal display 2 passes the beam-splitting surface of the polarizing prism 4.

Линзовая проекционная система 5, состоящая из I, II и III компонентов - 6, 9, 12 линз 7, 8, 10, 11, 13, 14, и двухзеркальный компонент 15, состоящий из линз 16 и 18, проектируют объект на поверхность жидкокристаллического дисплея 2 в фокальную плоскость отражающей поверхности 21 светоделительного коллимирующего зеркала 20.The lens projection system 5, consisting of I, II and III components - 6, 9, 12 lenses 7, 8, 10, 11, 13, 14, and the two-mirror component 15, consisting of lenses 16 and 18, project the object onto the surface of the liquid crystal display 2 into the focal plane of the reflective surface 21 of the beam splitting collimating mirror 20.

После отражения от поверхности 21 параллельные пучки из каждой точки поля изображения попадают в зрачок глаза 22 наблюдателя.After reflection from the surface 21, parallel beams from each point of the image field enter the pupil of the eye 22 of the observer.

Таким образом, нашлемная широкоугольная коллиматорная дисплейная оптическая система представляет собой монокулярную широкоугольную лупу, в фокусе F′ которой установлен жидкокристаллический дисплей 2.Thus, the helmet-mounted wide-angle collimator display optical system is a monocular wide-angle magnifier, in the focus F ′ of which a liquid crystal display 2 is mounted.

Пилот наблюдает одновременно поверхность жидкокристаллического дисплея 2 и пространственный объект 23 в направлении визирной оси 24, т.е. на фон объекта 23 накладывается изображение поверхности жидкокристаллического дисплея 2 и тем самым обеспечивается без параллаксное с хорошим качеством одновременное наблюдение пространственного объекта и изображение с жидкокристаллического дисплея 2.The pilot observes at the same time the surface of the liquid crystal display 2 and the spatial object 23 in the direction of the sight axis 24, i.e. an image of the surface of the liquid crystal display 2 is superimposed on the background of the object 23 and thereby simultaneous observation of the spatial object and the image from the liquid crystal display 2 are provided without parallax with good quality.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. WO №2009/018875, МПК: G02B 27/01, 12.02.2009.1. WO No. 2009/018875, IPC: G02B 27/01, 02/12/2009.

2. WO №2009/136393, МПК: G02B 27/01, 12.11.2009 - прототип.2. WO No. 2009/136393, IPC: G02B 27/01, 12/12/2009 - prototype.

Claims (2)

1. Нашлемная широкоугольная коллиматорная дисплейная оптическая система, установленная на шлеме наблюдателя, содержащая проектор, включающий в себя расположенные последовательно по ходу световых лучей жидкокристаллический дисплей, линзовую проекционную систему, состоящую из трех компонентов, двухзеркальный компонент, выполненный из менисковых линз с вогнутыми и выпуклыми поверхностями соответственно с внутренними зеркальными поверхностями с Z-образным ходом центрального луча и светоделительное коллимирующее вогнутое зеркало, соединяющее изображения от внешнего пространства и от жидкокристаллического дисплея, отличающаяся тем, что линзовая проекционная система выполнена с телецетрическим ходом главных лучей в пространстве жидкокристаллического дисплея, при этом ее первый компонент выполнен с оптической силой φ1 и содержит двояковыпуклую линзу и положительный мениск, обращенный выпуклостью к жидкокристаллическому дисплею, смещен на
Figure 00000011
y1 с центральной оси, второй компонент с оптической силой
Figure 00000012
2 выполнен из положительного гиперболического мениска, обращенного вогнутостью к жидкокристаллическому дисплею, смещен с оси первого компонента на
Figure 00000013
y21 и отрицательной гиперболической двояковогнутой линзы, смещенной с оси положительного гиперболического мениска на
Figure 00000013
y22, и наклонен на угол
Figure 00000014
22, а третий компонент с оптической силой
Figure 00000015
3 выполнен из положительного мениска, обращенного вогнутостью к жидкокристаллическому дисплею, и двояковыпуклой линзы, наклонен на угол
Figure 00000016
3 относительно вершины вогнутой поверхности отрицательной гиперболической двояковогнутой линзы второго компонента и смещен с оси отрицательной гиперболической двояковогнутой линзы на
Figure 00000013
y3, причем двухзеркальный компонент с Z-образным ходом центрального луча с оптической силой
Figure 00000015
4 установлен под углом
Figure 00000016
41 и
Figure 00000016
42 к центральной оси, а светоделительное коллимирующее вогнутое зеркало выполнено сферическим с радиусом отражающей поверхности R0, наклоненное на угол
Figure 00000016
0 к центральной оси, при этом оптические силы, углы наклонов и смещение компонентов удовлетворяют условиям:
Figure 00000017

где
Figure 00000015
- эквивалентная оптическая сила нашлемной широкоугольной коллиматорной дисплейной оптической системы.
1. A helmet-mounted wide-angle collimator display optical system mounted on an observer helmet, comprising a projector including a liquid crystal display arranged in series along the light rays, a three-component lens projection system, a two-mirror component made of meniscus lenses with concave and convex surfaces respectively, with internal mirror surfaces with a Z-shaped central beam and a beam-splitting collimating concave mirror, soy inyayuschee image from the outside space and from the liquid crystal display, wherein the lens projection system configured teletsetricheskim course of principal rays in the space of a liquid crystal display, with her first component is made with an optical power φ 1 and comprises a biconvex lens and a positive meniscus convexity to liquid crystal display biased by
Figure 00000011
y1 from the central axis, the second component with optical power
Figure 00000012
2 is made of a positive hyperbolic meniscus, facing concavity to the liquid crystal display, is offset from the axis of the first component by
Figure 00000013
y21 and a negative hyperbolic biconcave lens displaced from the axis of the positive hyperbolic meniscus by
Figure 00000013
y22 , and tilted at an angle
Figure 00000014
22 , and the third component with optical power
Figure 00000015
3 is made of a positive meniscus, facing concavity to the liquid crystal display, and a biconvex lens, tilted at an angle
Figure 00000016
3 relative to the apex of the concave surface of the negative hyperbolic biconcave lens of the second component and is offset from the axis of the negative hyperbolic biconcave lens by
Figure 00000013
y3 , moreover, a two-mirror component with a Z-shaped path of the central beam with optical power
Figure 00000015
4 mounted at an angle
Figure 00000016
41 and
Figure 00000016
42 to the central axis, and the beam-splitting collimating concave mirror is made spherical with a radius of the reflecting surface R 0 , inclined at an angle
Figure 00000016
0 to the central axis, while the optical forces, tilt angles and the displacement of the components satisfy the conditions:
Figure 00000017

Where
Figure 00000015
- equivalent optical power of the helmet-mounted wide-angle collimator display optical system.
2. Нашлемная широкоугольная коллиматорная дисплейная оптическая система по п. 1, отличающаяся тем, что между жидкокристаллическим дисплеем и проектором установлена поляризационная светоделительная призма, отражающая одну из поляризаций излучения и пропускающая другую, и светодиодный осветительный коллиматор. 2. A helmet-mounted wide-angle collimator display optical system according to claim 1, characterized in that a polarizing beam splitting prism is installed between the liquid crystal display and the projector, reflecting one of the polarizations of the radiation and transmitting the other, and an LED lighting collimator.
RU2015113113/28A 2015-04-09 2015-04-09 Helmet-mounted wide-angle collimating optical display system RU2586097C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015113113/28A RU2586097C1 (en) 2015-04-09 2015-04-09 Helmet-mounted wide-angle collimating optical display system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015113113/28A RU2586097C1 (en) 2015-04-09 2015-04-09 Helmet-mounted wide-angle collimating optical display system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2586097C1 true RU2586097C1 (en) 2016-06-10

Family

ID=56115262

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015113113/28A RU2586097C1 (en) 2015-04-09 2015-04-09 Helmet-mounted wide-angle collimating optical display system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2586097C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4854688A (en) * 1988-04-14 1989-08-08 Honeywell Inc. Optical arrangement
US6181475B1 (en) * 1995-08-21 2001-01-30 Olympus Optical Co., Ltd. Optical system and image display apparatus
RU2518863C1 (en) * 2012-09-14 2014-06-10 Открытое акционерное общество "ЛОМО" Optical system for projection type on-board display
RU2540135C1 (en) * 2014-01-09 2015-02-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО") Imaging system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4854688A (en) * 1988-04-14 1989-08-08 Honeywell Inc. Optical arrangement
US6181475B1 (en) * 1995-08-21 2001-01-30 Olympus Optical Co., Ltd. Optical system and image display apparatus
RU2518863C1 (en) * 2012-09-14 2014-06-10 Открытое акционерное общество "ЛОМО" Optical system for projection type on-board display
RU2540135C1 (en) * 2014-01-09 2015-02-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО") Imaging system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3035100A1 (en) Ultra short-throw projection lens unit
EP0660155B1 (en) Image display apparatus
EP1303782B1 (en) High brightness see-through head-mounted display
JP5031272B2 (en) Display optical system and image display apparatus having the same
US20170336609A1 (en) Catadioptric eyepiece system, eyepiece system and optical system
CN101750740A (en) Projection optical system and visual display apparatus using the same
CN102004317A (en) Spectacles-type image display device
CN104142575B (en) A kind of onboard goggle-type helmet display optical system
US20220350146A1 (en) Pupil matched occlusion-capable optical see-through head-mounted display
US20150160448A1 (en) Stereo microscope system
KR101511420B1 (en) Dot-sighting device with beam splitter
CN113504654A (en) Near-to-eye display optical system
CN105759543A (en) Projection optical system and projection device
RU2518863C1 (en) Optical system for projection type on-board display
CN108549145B (en) New structure of single-object binocular
CN105759405B (en) Optical system capable of increasing field angle and projection lens
JP4790547B2 (en) Visual display device
RU2586097C1 (en) Helmet-mounted wide-angle collimating optical display system
RU2582210C1 (en) Optical system for onboard projector indicator
RU63559U1 (en) OPTICAL SYSTEM OF THE PROJECTION ON-BOARD INDICATOR
RU2359297C1 (en) Virtual reality helmet
JP3957961B2 (en) Image display device and head mounted display using the same
RU2796331C2 (en) Wide-angle optical system for a helmet-mounted collimator display
KR100637371B1 (en) Optical system for biocular head mounted display
RU2540135C1 (en) Imaging system