RU2771247C1 - Коллиматорная индикаторная система (варианты) - Google Patents

Коллиматорная индикаторная система (варианты) Download PDF

Info

Publication number
RU2771247C1
RU2771247C1 RU2021120196A RU2021120196A RU2771247C1 RU 2771247 C1 RU2771247 C1 RU 2771247C1 RU 2021120196 A RU2021120196 A RU 2021120196A RU 2021120196 A RU2021120196 A RU 2021120196A RU 2771247 C1 RU2771247 C1 RU 2771247C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
image
power combiner
indicator system
image source
aberration corrector
Prior art date
Application number
RU2021120196A
Other languages
English (en)
Inventor
Артём Викторович Легков
Дмитрий Александрович Третьяков
Лев Юрьевич Харбергер
Original Assignee
Акционерное общество "Авионик"
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 Акционерное общество "Авионик" filed Critical Акционерное общество "Авионик"
Priority to RU2021120196A priority Critical patent/RU2771247C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2771247C1 publication Critical patent/RU2771247C1/ru

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B27/0101Head-up displays characterised by optical features

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

Изобретение относится к технике проекционных систем отображения информации и может быть использовано для бортовых индикаторов на лобовом стекле коллиматорного типа. Система содержит источник изображения, находящийся в фокальной плоскости силового комбайнера, который наклонен к горизонтальной оси визирования. По первому варианту изобретения корректором аберраций изображения является оптический рефракционный компонент, который расположен в непосредственной близости от поверхности источника изображения и выполнен в виде клиновидного элемента со сферическими или асферическими поверхностями. По второму варианту изобретения корректором аберраций изображения является оптический отражательный компонент, который расположен между источником изображения и силовым комбайнером и выполнен в виде выпуклого зеркала со сферическими или асферическими поверхностями. Параметры кривизны поверхностей клиновидного элемента и зеркала обеспечивают внесение в изображение аберраций, обратных тем, которые вносит в изображение силовой комбайнер. Технический результат заключается в повышении качества изображения с упрощением конструкции коллиматорной индикаторной системы. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относится к технике проекционных систем отображения информации и может быть использовано преимущественно для бортовых индикаторов на лобовом стекле коллиматорного типа.
Устройства бортовой проекционной индикации представляют собой систему, обеспечивающую одновременное наблюдение пилотом реального окружения, объектов в пространстве и изображение источника изображения, видимое через оптическую систему со светоделительным отражателем, при этом визирная ось наблюдателя и оптическая ось системы проекции источника изображения совмещены.
Для реализации рассматриваемых индикаторных систем известны разные решения на базе одной или нескольких отражающих/пропускающих поверхностей (RU 173768 U1, 11.09.2017; RU 2582210 С1, 20.04.2016; RU 2540135 С1, 09.01.2014; RU 63559 U1, 2007; US 8089568 В1, 03.01.2012; US 7602552 В1, 13.10.2009; RU 2226292 С1, 27.03.2004; US 6567014 В1, 20.05.2003; US 5991087 А, 13.11.1999; US 5640275 А, 17.06.1997; US 4669810, 02.06.1987; US 4407564 А, 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 смещение линз или групп линз, наклон некоторых поверхностей или линз.
Наиболее близкой к первому варианту настоящего изобретения является коллиматорная индикаторная система с децентрированными оптическими элементами по патенту RU 2364902 С1, МПК G02B 27/18, G02B 27/01, опубл. 20.08.2009. Система содержит источник изображения, проекционный объектив с децентрированными оптическими элементами и силовой комбайнер, который является коллиматором изображения, создаваемого проекционным объективом.
Силовой комбайнер селективно отражает излучение источника изображения в узком диапазоне длин волн и пропускает проходящий свет видимого диапазона волн окружающей обстановки в зрачковую зону наблюдения. Линзы проекционного объектива создают предыскажение изображения, равное по величине и обратное по знаку тому искажению, которое вносит в изображение силовой комбайнер. Основной недостаток системы -сложность проекционного объектива, который состоит из трех линзовых групп и оптического клина, и его большие габариты и масса.
Наиболее близким ко второму варианту настоящего изобретения является устройство по патенту RU 2424541, МПК G02B 23/10, G02B 27/18, G02B 17/06, опубл. 20.07.2011. Устройство содержит источник изображения, зеркало, принимающее свет от источника изображения, и вогнутое асферическое зеркало, направляющее свет на лобовое стекло. Зеркало, принимающее свет от источника изображения, выполнено выпуклым асферическим. Между зеркалом, принимающим свет от источника изображения, и зеркалом, направляющим свет на лобовое стекло, может быть размещено дополнительное вогнутое асферическое зеркало.
В устройстве в качестве комбайнера используют лобовое стекло автомобиля. Однако форма кривизны ветрового стекла очень сложна, кривизна его меняется по площади лобового стекла по неизвестному закону, поэтому форма зеркал, призванных компенсировать аберрации, вносимые лобовым стеклом, чрезвычайно сложна. Изготовление зеркал требует сложной технологии, поэтому зеркала дороги в изготовлении.
Кроме того, лобовое стекло изготавливается не как оптический компонент, требующий при своем изготовлении микронных допусков и строгого следования заданным формам, а как прозрачный защитный экран, форма которого регламентируется лишь в самом общем виде. Это приводит к тому, что каждое ветровое стекло даже для автомобиля одной марки нестабильно по форме. Поэтому оптические компоненты, изготовленные под конкретное лобовое стекло, не взаимозаменяемые и требуют подгонки под каждое лобовое стекло в зависимости от особенностей его кривизны.
В основу настоящего изобретения положено решение задачи улучшения коррекции аберраций и, соответственно, повышения качества изображения с одновременным упрощением конструкции и снижением стоимости коллиматорной индикаторной системы.
Поставленная задача по первому варианту изобретения решается тем, в коллиматорной индикаторной системе, содержащей источник изображения, находящийся в фокальной плоскости силового комбайнера, который наклонен к визирной оси, и корректор аберраций изображения, согласно изобретению, корректором аберраций изображения является оптический рефракционный компонент, который расположен в непосредственной близости от поверхности источника изображения и выполнен в виде клиновидного элемента, параметры кривизны граней которого обеспечивают внесения в изображение аберраций, обратных тем, которые вносит в изображение силовой комбайнер.
Поставленная задача по второму варианту изобретения решается тем, в коллиматорной индикаторной системе содержащей источник изображения, находящийся в фокальной плоскости силового комбайнера, который наклонен к визирной оси, и корректор аберраций изображения, согласно изобретению, корректором аберраций изображения является оптический отражательный компонент, который расположен между источником изображения и силовым комбайнером и выполнен в виде выпуклого зеркала со сферическими или асферическими поверхностями, параметры кривизны которых обеспечивают внесение в изображение аберраций, обратных тем, которые вносит в изображение силовой комбайнер.
Кроме того, поставленная задача по первому или второму варианту изобретения решается тем, что силовой комбайнер выполнен в виде зеркала со сферической или асферической поверхностями, внутренняя поверхность которого представляет из себя многослойную селективно отражающую структуру, а источник изображения выполнен в виде ЖК матрицы или любого другого самосветящегося объекта.
Упрощение конструкции и снижение стоимости коллиматорной индикаторной системы обеспечивается использованием в качестве корректора аберраций изображения простых форм оптических элементов в виде клиновидного элемента или зеркала.
Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых:
фиг. 1 изображает схему оптической системы первого варианта коллиматорной индикаторной системы;
фиг. 2 изображает схему оптической системы второго варианта коллиматорной индикаторной системы;
фиг. 3 изображает фотографию наблюдаемого изображения в коллиматорной индикаторной системе без коррекции аберраций;
фиг. 4 изображает фотографию наблюдаемого изображения в коллиматорной индикаторной системе с корректором аберраций.
Коллиматорная индикаторная система по первому варианту изобретения содержит силовой комбайнер 1, который представляет собой в общем случае асферическое селективно отражающее зеркало. В частном случае силовой комбайнер 1 может быть выполнен в виде сферического сегмента радиусом кривизны R, на вогнутую поверхность которого нанесено интерференционное многослойное светоотражающее покрытие 2, рассчитанное на определенную длину волны в зеленом участке спектра, обычно 420-450 нм. Кроме того, силовой комбайнер 1 может быть выполнен в виде голограммы.
Силовой комбайнер 1 наклонен под углом α0 к визирной оси 3. В его фокальной плоскости расположен источник изображения 4, который может быть выполнен в виде ЖК матрицы или любого другого самосветящегося объекта. При нахождении источника изображения 4 в фокальной плоскости, силовой комбайнер 1 проецирует это изображение в бесконечность, направляя сколлимированные пучки лучей в глаз 5 наблюдателя.
Зрачок глаза 5 наблюдателя находится на визирной оси 3, при этом наблюдатель одновременно видит реальную закабинную обстановку и проецируемое изображение.
Из-за наклона силового комбайнера 1 к визирной оси 3 проецируемая система является неосесимметричной, что приводит к возникновению таких видов аберраций изображения, как кривизна поля изображения, астигматизм и трапецеидальная дисторсия. Корректором аберраций изображения является оптический рефракционный компонент, который расположен в непосредственной близости от поверхности источника изображения 4, и выполнен в виде клиновидного элемента 6, параметры кривизны граней которого обеспечивают внесения в изображение аберраций, обратных тем, которые вносит в изображение силовой комбайнер 1. Поверхности клиновидного элемента 6 могут быть выполнены сферическими или асферическими. На выходе оптической схемы предыскажения, вносимые корректором аберраций в изображение, компенсируются искажениями силового комбайнера 1.
Второй вариант изобретения отличается тем, что корректором аберраций является оптический отражательный компонент, который расположен между источником изображения 4 и силовым комбайнером 1 и выполнен в виде выпуклого зеркала 7 со сферическими или асферическими поверхностями, параметры кривизны которых обеспечивают внесения в изображение аберраций, обратных тем, которые вносит в изображение силовой комбайнер.
Искажения, вносимые силовым комбайнером в изображение, определяются расчетным путем или экспериментально, а параметры кривизны поверхностей корректора аберраций в виде клиновидного элемента 6 и зеркала 7 определяют моделированием, например в программе ZEMAX [Электронный ресурс]. URL: https://www.zemax.com. (Дата обращения: 01.06.2021).
В качестве примера осуществления изобретения приведена система со следующими параметрами. Силовой комбайнер выполнен в виде сферического зеркала размером 270x216 мм2 с радиусом кривизны 480 мм, на внутреннюю (вогнутую) сторону которого нанесено многослойное светоотражающее покрытие. Такой комбайнер имеет фокусное расстояние F=240 мм. Угол наклона комбайнера относительно визирной оси составляет 10°.
В качестве источника изображений используется ЖК матрица диагональю 5'' с размерами активной области 106x75 мм2.
Поверхности клиновидного элемента 6 корректора аберраций выполнены сферической формы.
При выбранном соотношении размеров источника изображений и фокусного расстояния силового комбайнера расчетные параметры оптической системы, полученные в программе ZEMAX, составляют:
- зона видимости более 200x200 мм;
- дисторсия 3,7% в поле 26°х12°;
- угловое разрешение по полю 1,3 угл. мин.;
При выполнении силового комбайнера с поверхностями асферической формы, описываемой уравнением с 6 коэффициентами, дисторсия 3,7% сохраняется в поле 26°х16°.
На фиг. 3 и фиг. 4 приведены фотографии наблюдаемого изображения в коллиматорной индикаторной системе без коррекции аберраций и с корректором аберраций, соответственно. Как следует из фиг. 4 предлагаемая коллиматорная индикаторная система формирует качественное изображение с необходимой информацией.
Таким образом, предложенная коллиматорная индикаторная система обеспечивает с хорошим качеством одновременное наблюдение объекта и наложенное на него изображение с необходимой информацией.
Наибольшее применение предлагаемая коллиматорная индикаторная система найдет в авиационных индикаторах на лобовом стекле кабины пилота.

Claims (4)

1. Коллиматорная индикаторная система, содержащая источник изображения, находящийся в фокальной плоскости силового комбайнера, который наклонен к горизонтальной оси визирования, и корректор аберраций изображения, отличающаяся тем, что корректором аберраций изображения является оптический рефракционный компонент, который расположен в непосредственной близости от поверхности источника изображения и выполнен в виде клиновидного элемента со сферическими или асферическими поверхностями, параметры кривизны которых обеспечивают внесение в изображение аберраций, обратных тем, которые вносит в изображение силовой комбайнер.
2. Коллиматорная индикаторная система, содержащая источник изображения, находящийся в фокальной плоскости силового комбайнера, который наклонен к горизонтальной оси визирования, и корректор аберраций изображения, отличающаяся тем, что корректором аберраций изображения является оптический отражательный компонент, который расположен между источником изображения и силовым комбайнером и выполнен в виде выпуклого зеркала со сферическими или асферическими поверхностями, параметры кривизны поверхностей которого обеспечивают внесение в изображение аберраций, обратных тем, которые вносит в изображение силовой комбайнер.
3. Коллиматорная индикаторная система по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что силовой комбайнер выполнен в виде зеркала со сферической или асферической поверхностями, внутренняя поверхность которого представляет из себя многослойную селективно отражающую структуру.
4. Коллиматорная индикаторная система по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что источник изображения выполнен в виде ЖК матрицы или любого другого самосветящегося объекта.
RU2021120196A 2021-07-08 2021-07-08 Коллиматорная индикаторная система (варианты) RU2771247C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021120196A RU2771247C1 (ru) 2021-07-08 2021-07-08 Коллиматорная индикаторная система (варианты)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021120196A RU2771247C1 (ru) 2021-07-08 2021-07-08 Коллиматорная индикаторная система (варианты)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2771247C1 true RU2771247C1 (ru) 2022-04-28

Family

ID=81458847

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021120196A RU2771247C1 (ru) 2021-07-08 2021-07-08 Коллиматорная индикаторная система (варианты)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2771247C1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7570430B1 (en) * 2007-07-02 2009-08-04 Rockwell Collins, Inc. Head up display having a combiner with wedge lenses
US20160062113A1 (en) * 2014-09-02 2016-03-03 Ostendo Technologies, Inc. Split Exit Pupil Heads-Up Display Systems and Methods
US20170212346A1 (en) * 2016-01-26 2017-07-27 Fujifilm Corporation Head up display apparatus

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7570430B1 (en) * 2007-07-02 2009-08-04 Rockwell Collins, Inc. Head up display having a combiner with wedge lenses
US20160062113A1 (en) * 2014-09-02 2016-03-03 Ostendo Technologies, Inc. Split Exit Pupil Heads-Up Display Systems and Methods
US20170212346A1 (en) * 2016-01-26 2017-07-27 Fujifilm Corporation Head up display apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10698200B2 (en) Optical system for a display with an off axis projector
US5257094A (en) Helmet mounted display system
EP1303782B1 (en) High brightness see-through head-mounted display
US5576887A (en) Head gear display system using off-axis image sources
EP0566002B1 (en) Ultra-compact, wide field of view virtual image display optical system
US7602552B1 (en) Head-up display system
US5303085A (en) Optically corrected helmet mounted display
US20120139817A1 (en) Head up display system
EP1542062A1 (en) Image combiner and image display unit
US5499139A (en) Ultra-wide field of view, broad spectral band helmet visor display optical system
EP0151455A2 (en) Head up display system
US10656416B2 (en) Display device and automotive head-up display system with ordinary windshield using the same
US20130100524A1 (en) Microdisplay-based head-up display system
US10609364B2 (en) Pupil swim corrected lens for head mounted display
IL142439A (en) Optical device for eyepiece of helmet containing reflective mirror
JPH11194295A (ja) 光学系
US20180373038A1 (en) Optics of wearable display devices
CN110832383A (zh) 用于数据眼镜的投影装置、数据眼镜及用于改进光束的对称性和/或减小光束的直径的方法
US20080247048A1 (en) Optical Device For Superposing Electronic Images in Front of an Objective
US6813086B2 (en) Head-up display adaptable to given type of equipment
EP3349051B1 (en) Collimation display apparatus, and vehicle-mounted or airborne head-up display apparatus
RU2771247C1 (ru) Коллиматорная индикаторная система (варианты)
JPH06250114A (ja) 映像表示装置
RU210728U1 (ru) Оптическая система для индикатора на лобовом стекле
JP2002116405A (ja) 画像表示装置