SE439070B - OPTICAL PRESENTATION DEVICE - Google Patents
OPTICAL PRESENTATION DEVICEInfo
- Publication number
- SE439070B SE439070B SE7713172A SE7713172A SE439070B SE 439070 B SE439070 B SE 439070B SE 7713172 A SE7713172 A SE 7713172A SE 7713172 A SE7713172 A SE 7713172A SE 439070 B SE439070 B SE 439070B
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- image
- block
- collimating mirror
- mirror
- window
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
- G02B23/02—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices involving prisms or mirrors
- G02B23/10—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices involving prisms or mirrors reflecting into the field of view additional indications, e.g. from collimator
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
Description
l0 15 20 25 30 35 40 7713172-0 2 Vidare erfordrar ofta anordningar av typen “off-axis“ att bildprojektorn är belägen pâ en plats, som i någon utsträckning inverkar störande pâ observatörens undre synfält. l0 15 20 25 30 35 40 7713172-0 2 Furthermore, devices of the "off-axis" type often require the image projector to be located in a place which to some extent has a disturbing effect on the observer's lower field of view.
Många av dessa olägenheter kan elimineras genom användning av en presentations- anordning av typen “on-axis“, där observatörens öga är inriktat i linje med spegelns optiska axel. Ett exempel pâ en dylik anordning beskrives i den amerikanska patent- skriften 2.490.747. Tidigare kända anordningar av typen "on-axis" kan uppdelas i tvâ huvudtyper: reflekterande system, som utnyttjar en sfärisk, kollimerande spegel, och refraktiva system, som utnyttjar kollimerande linser och en kombinerande eller sammanställande platta. I den amerikanska patentskriften 3.547.522 beskrives ett exempel på ett tidigare känt reflekterande system och i den amerikanska patentskrif- ten 3.679.297 beskrives ett exempel på ett refraktivt system. I praktiken har reflek- terande system av det slag som beskrives i den amerikanska patentskriften 3.547.522 ej ansetts vara praktiska för användning i flygfarkoster, eftersom den relativa orienteringen av de olika elementen, såsom bildgeneratorn och spegeln är utsatt för betydande distorsion beroende på den vibration och de pâkänningar, som är förknippade med omgivningen vid de flesta flygfarkoster eller fordon. En stabilisering av konst- ruktionen för att t.ex. övervinna vibrationsverkningarna i en flygfarkost resulterar emellertid oundvikligen i att det erfordras konstruktionselement, som resulterar i en ej önskad inskränkning av pilotens synfält.Many of these inconveniences can be eliminated by using a "on-axis" type display device, in which the observer's eye is aligned with the optical axis of the mirror. An example of such a device is described in U.S. Pat. No. 2,490,747. Prior art "on-axis" type devices can be divided into two main types: reflective systems, which use a spherical, collimating mirror, and refractive systems, which use collimating lenses and a combining or assembling plate. U.S. Pat. No. 3,547,522 discloses an example of a prior art reflective system and U.S. Pat. No. 3,679,297 discloses an example of a refractive system. In practice, reflective systems of the type described in U.S. Pat. No. 3,547,522 have not been considered practical for use in aircraft, since the relative orientation of the various elements, such as the image generator and the mirror, is subject to significant distortion due to the vibration. and the stresses associated with the environment of most aircraft or vehicles. A stabilization of the construction to e.g. however, overcoming the vibrational effects of an aircraft inevitably results in the need for structural elements which result in an undesired restriction of the pilot's field of view.
Vad beträffar de refraktiva systemen, t.ex. det system, som beskrives i den amerikanska patentskriften 3.679.297, resulterar de optiska egenskaperna för sådana system, vilka utnyttjar separata optiska element, i för inriktningsändamâl avsedda presentationsanordningar, som har mycket betydande olägenheter för stridsflygplan.As for the refractive systems, e.g. the system described in U.S. Pat. No. 3,679,297 results in the optical properties of such systems, which utilize separate optical elements, in targeting devices which have very significant inconveniences to fighter aircraft.
Exempelvis anses det önskvärt att ha ett synfält av minst 200 i en för inriktnings- ändamâl avsedd presentationsanordning, som utnyttjas för vapensystem vid stridsflyg- plan, men begränsningar i förarhyttens utrymme, såsom placeringen av instrument och kravet att presentationsanordningen är belägen utanför pilotens katapultkapsel, har resulterat i refraktiva anordningar, där det var nödvändigt för piloten att röra sitt huvud upp till l0 cm (4") i varje riktning för att se hela synfältet om 200.For example, it is considered desirable to have a field of view of at least 200 in a targeting device used for combat aircraft weapon systems, but limitations in the cabin space, such as the placement of instruments and the requirement that the device be located outside the pilot's catapult capsule, have resulted in refractive devices, where it was necessary for the pilot to move his head up to 10 cm (4 ") in each direction to see the entire field of view of 200.
Det är en mycket allvarlig nackdel för stridsflygplan, vilka är utsatta för stora "g"-krafter. Syftet med uppfinningen är därför att åstadkomma en för inriktningsända- mâl avsedd optisk presentationsanordning av den typ, som arbetar enligt principen att observatörens öga är i linje med den optiska axeln, vid vilken anordning de pri- mära optiska elementen är innehâllna i ett enda bildkombinerande, eller sammanställan- de block för att åstadkomma en för inriktningsändamàl avsedd presentation med ett brett synfält pâ ett begränsat omrâde.This is a very serious disadvantage for fighter jets, which are exposed to large "g" forces. The object of the invention is therefore to provide an optical presentation device intended for alignment purposes of the type which operates according to the principle that the observer's eye is in line with the optical axis, in which device the primary optical elements are contained in a single image combining device. or assembling blocks to provide a targeting presentation with a wide field of view in a limited area.
Ett annat syfte med uppfinningen är att åstadkomma en för inriktningsändamál av- sedd optisk presentationsanordning, som erfordrar en till ett minimum reducerad upp- bärningskonstruktion eller -anordning, som reducerar begränsningen av observatörens l0 15 20 25 30 35 40 3 7713172-0 synfält.Another object of the invention is to provide an optical display device intended for directional purposes, which requires a minimum support structure or device, which reduces the limitation of the observer's field of view.
Ytterligare ett syfte med uppfinningen är att åstadkomma en presentationsanord- ning av typen "on-axis", vilken anordning möjliggör att en bildalstrande anordning anbringas på en lämplig plats. Ännu ett syfte med uppfinningen är att åstadkomma minimal optisk distorsion hos den alstrade bilden genom att blockets material utsträckes till den kollimerande spegelns fokalplan.A further object of the invention is to provide a presentation device of the "on-axis" type, which device enables an image-generating device to be applied in a suitable place. Yet another object of the invention is to provide minimal optical distortion of the generated image by extending the material of the block to the focal plane of the collimating mirror.
Ytterligare ett syfte med uppfinningen är att åstadkomma en för inriktningsända- mål avsedd presentationsanordning av typen "on-axis" med i hög grad reducerad känslig- het för skador genom värme samt alstring av utifrån kommande bilder med hänsyn till dess utformning, som avskärmar ljus och värmekällor uppifrån, såsom solen eller belysningslampor, från att komma in i den kollimerande - optiken samt avbildas på den bildalstrande anordningen.A further object of the invention is to provide a focus device of the "on-axis" type intended for directional purposes with greatly reduced sensitivity to damage due to heat and the generation of external images with regard to its design, which shields light and heat sources from above, such as the sun or lighting lamps, from entering the collimating optics and are imaged on the image generating device.
Det väsentligaste elementet vid presentationsanordningen enligt uppfinningen är det bildkombinerande - eller sammanställande blocket, vilket är framställt av ett mycket transparent material, såsom glas eller ett plastmaterial, t.ex. ett klart akrylmaterial. Den övre delen av blocket är utformat till en del av en sfärisk spegel med den bakre ytan av spegeln belagd med ett material för att åstadkomma en hög grad av reflektionsförmàga. Själva blocket består av två huvuddelar av transpa- rent material, vilka är sammanbundna utefter en diagonal, som löper från den övre kanten hos ett främre fönster i blocket, dvs. den sida från vilken ljusstrålar från en betraktad bakgrund inträder i blocket, i riktning nedåt till blockets bakre parti.The most important element in the presentation device according to the invention is the image-combining or assembling block, which is made of a very transparent material, such as glass or a plastic material, e.g. a clear acrylic material. The upper part of the block is formed into a part of a spherical mirror with the rear surface of the mirror coated with a material to provide a high degree of reflectivity. The block itself consists of two main parts of transparent material, which are connected along a diagonal, which runs from the upper edge of a front window in the block, ie. the side from which light rays from a viewed background enter the block, in the downward direction to the rear portion of the block.
Diagonalen tjänstgör som en optisk kombinerande eller sammanställande yta, där den betraktade bakgrunden kombineras med en alstrad bild för att en kombinerad bild skall erhållas. Detta ästadkommes genom att en delvis reflekterande och delvis transmitte- rande beläggning eller hinna, såsom en strålningsuppdelande hinna av dielektrisk typ, pålägges en av de diagonala ytorna innan dessa ytor förbindes med ett optiskt trans- parent förbindningsmedel, så att något tomrum ej erhålles i gränsytan.The diagonal serves as an optical combining or assembling surface, where the viewed background is combined with an generated image to obtain a combined image. This is accomplished by applying a partially reflective and partially transmitting coating or film, such as a dielectric type radiation splitting film, to one of the diagonal surfaces before connecting these surfaces to an optically transparent connector so that no void is obtained in the interface. .
Den kombinerande ytan möjliggör transmission uppåt av en alstrad bild till den kollimerande spegeln. Spegeln reflekterar denna bild tillbaka till den kombinerande ytan, vilken i sin tur reflekterar den alstrade bilden genom blockets bakre fönster till observatörens öga. Den kombinerande ytan tillåter också transmission av den be- traktade bakgrunden från blockets främre fönster till det bakre fönstret, vilket re- sulterar i att den betraktade bakgrunden kombineras eller sammanställes med den alstra- de bilden för att åstadkomma en kombinerad bild för en observatör.The combining surface enables upward transmission of an generated image to the collimating mirror. The mirror reflects this image back to the combining surface, which in turn reflects the generated image through the rear window of the block to the observer's eye. The combining surface also allows transmission of the viewed background from the front window of the block to the rear window, which results in the viewed background being combined or compiled with the generated image to provide a combined image for an observer.
Blockets material är utsträckt eller förlängt nedåt till den kollimerande spegelns fokalplan. Eftersom blocket är transparent, kommer detta ej att i någon nämnvärd grad störande påverka det undre partiet av observatörens synfält. Således kommer genom utsträckning av blockets material ned till den kollimerande spegelns fokalplan och fastgöring av den bildalstrande anordningen vid blocket vid denna punkt 10 15 20 25 30 35 40 ,_._.__...__.._____...._. . 771317243 minimal optisk distorsion att erhållas.The material of the block is extended or extended downwards to the focal plane of the collimating mirror. Since the block is transparent, this will not to any appreciable degree interfere with the lower part of the observer's field of view. Thus, by extending the material of the block down to the focal plane of the collimating mirror and attaching the image generating device to the block at this point 40, _._.__...__.._____...._. . 771317243 minimal optical distortion to be obtained.
Alternativt kan blockets undre parti innehålla ett prisma, som är inrättat att ändra fokalplanets relativa läge, varigenom bildgeneratorn kan anbringas i ett annat läge än direkt under själva blocket.Alternatively, the lower portion of the block may contain a prism arranged to change the relative position of the focal plane, whereby the image generator may be mounted in a position other than directly below the block itself.
Uppfinningen beskrives närmare nedan med hänvisning till bifogade ritning, på vilken fig. l i sidovy visar ett bildkombinerande eller-sammanställande block, fig. 2 i en planvy uppifrån visar det bildkombinerande blocket enligt fig. l, fig. 3 visar vad en observatörs högra öga ser mot den presentation, som alstras av det bildkombinerande blocket, fig. 4 i en sidovy frân vänster visar ett bildkombine- rande block, som är försett med ett prisma för ändring av bildgeneratorns placering, fig. 5 schematiskt åskådliggör en utföringsform av den bildkombinerande blocket i ett flygplans förarhytt, fig. 6 åskådliggör det bildkombinerande blocket med de optiska elementen utbredda, och fig. 7 är en perspektivvy över ett bildkombinerande block med bildgeneratorn placerad i rät vinkel mot betraktnings- eller synriktningen.The invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawing, in which Fig. 1 in side view shows an image-combining or assembling block, Fig. 2 in a plan view from above shows the image-combining block according to Fig. 1, Fig. 3 shows what an observer's right eye sees Fig. 4 in a side view from the left shows an image combining block provided with a prism for changing the position of the image generator, Fig. 5 schematically illustrates an embodiment of the image combining block in an aircraft cockpit, Fig. 6 illustrates the image combining block with the optical elements extended, and Fig. 7 is a perspective view of an image combining block with the image generator placed at right angles to the viewing or viewing direction.
Fig. l pâ ritningen åskådliggör en utföringsform av det i presentationsanordning- en enligt uppfinningen utnyttjade bildkombinerande eller-sammanställande blocket.Fig. 1 of the drawing illustrates an embodiment of the image combining or assembling block used in the presentation device according to the invention.
I figuren är blockets övre yta l0 en krökt yta, som bildar en del av en sfär och är belagd med ett tunt skikt eller en hinna av påångad aluminium och tillhandahåller därigenom en spegelyta med en reflektionsförmåga av ungefär 90 %. Det är denna sfäriska yta, som bildar den kollimerande spegeln. Själva blocket är bildat av en övre sektion l2 och en undre sektion 14, vilka är sammanbundna medelst en kombinerande eller sammanställande yta l6. Den kombinerande ytan l6 består av en strâluppdelande hinna eller beläggning av typen partiell metallisering eller den mera effektiva di- elektriska typen, vilken hinna är applicerad på en av de sammanbindande ytorna. Bloc- kets övre och undre sektioner förbindes sedan medelst ett väsentligen transparent förbindningsmedel, vilket tjänar till att mekaniskt fästa samman blockets tvâ sek- tioner och i optiskt hänseende fylla porer eller håligheter i gränsytan för att för- hindra ej önskvärda reflektioner. För att till ett minimum reducera ej önskvärda reflektioner anses det dessutom önskvärt att förbindningsmedlet har ett brytnings- index liknande det för blockmaterialet eller har en tjocklek av flera ljusvåglängder, eller uppfyller båda dessa villkor, för att eliminera interferensmönster. Den strål- uppdelande hinnan är särskilt inrättad att åstadkomma den önskade graden av reflek- tionsförmâga, när den anslutes för bildande av en gränsyta med blockmaterialet pâ en sidaixh förbindningsmaterialet på den andra och när den betraktas under riktiga in- fallsvinklar. En sådan strâluppdelare benämnes t.ex. hoplimmad strâluppdelare och är tidigare väl känd. I den föredragna utföringsformen av uppfinningen är en dielektrisk stråluppdelare avsatt på blockets övre sektion l2 och den övre och den undre sektionen limmas sedan samman med ett klart epoxiharts. Det kan nu påpekas att förbindnings- materialets optiska funktion kan erhållas medelst många olika vätskor, halvfasta ämnen, fetter, osv; eller mekanisk fastgöring av blocksektionerna kan åstadkommas medelst 10 15 20 25 30 35 40 5 7713172~0 andra sätt, såsom yttre uppstagning för att fästa samman de tva b1ocksektionerna.In the figure, the upper surface of the block 10 is a curved surface which forms part of a sphere and is coated with a thin layer or film of vapor-deposited aluminum, thereby providing a mirror surface with a reflectivity of about 90%. It is this spherical surface that forms the collimating mirror. The block itself is formed by an upper section 12 and a lower section 14, which are connected by means of a combining or assembling surface 16. The combining surface 16 consists of a radiation-dividing membrane or coating of the partial metallization type or the more efficient dielectric type, which membrane is applied to one of the interconnecting surfaces. The upper and lower sections of the block are then connected by means of a substantially transparent connecting means, which serves to mechanically fasten the two sections of the block together and optically fill pores or cavities in the interface to prevent undesired reflections. In addition, in order to minimize undesirable reflections, it is considered desirable that the bonding agent have a refractive index similar to that of the block material or have a thickness of several light wavelengths, or meet both of these conditions, to eliminate interference patterns. The beam splitting film is particularly adapted to provide the desired degree of reflectivity when connected to form an interface with the block material on one side of the connecting material on the other and when viewed at right angles of incidence. Such a beam splitter is called e.g. glued beam splitter and is previously well known. In the preferred embodiment of the invention, a dielectric beam splitter is deposited on the upper section 12 of the block and the upper and lower sections are then glued together with a clear epoxy resin. It can now be pointed out that the optical function of the bonding material can be obtained by means of many different liquids, semi-solids, fats, etc .; or mechanical attachment of the block sections can be accomplished by other means, such as external mounting to secure the two block sections together.
Det kombinerande b1ocket har också ett främre fönster 18 riktat mot ett bak- grundsområde, såsom en 1andningsbana, där en f1ygfarkost, i vi1ken inriktnings-presen- tationsanordningen utnyttjas i samband med 1andning, och ett bakre fönster 20, genom vi1ket en kombinerad e11er sammanstä11d bi1d av bakgrunden och en a1strad bi1d be- traktas av en observatör, som representeras mede1st ett öga 21. B1ockets undre sektion innehâ11er foka1p1ansfönster 22, som vetter mot den ko11imerande spege1ns 10 foka1- p1an 24. I den föredragna utföringsformen av uppfinningen avviker den ko11imerande spege1ns 10 optiska axe1 26 något från ett rätvink1igt förhá11ande 29 med den främre betraktningsaxe1n 28. Den exakta vinke1förskjutningen ska11 vä1jas för att vid sikt framåt ti11 ett minimum reducera den ko11imerande spege1ns 10 skymmande verkan. En angive1se om den mycket 1i11a skymmande omfattningen vid sikt framåt, som förorsakas av den ko11imerande spege1n 10, âskåd1iggöres mede1st vinke1n 30. Eftersom spege1n 10 sjä1v är resu1tatet av en mycket tunn be1äggningshinna, torde det inses att en mycket 1iten de1 av observatörens övre synfä1t kommer att skymmas.The combining block also has a front window 18 directed towards a background area, such as a breathing path, where a flying vessel, in which the alignment presentation device is used in connection with breathing, and a rear window 20, through which a combined or assembled image is used. of the background and an generated image is viewed by an observer, represented by an eye 21. The lower section of the book contains a focus window 22 facing the focus of the collimating mirror 10. In the preferred embodiment of the invention, the coefficient deviates from the focus. optical axis 26 slightly from a right-angled relationship 29 with the front viewing axis 28. The exact angular displacement must be selected to minimize the obscuring effect of the collimating mirror 10 at a forward view. An indication of the very obscure extent at forward view caused by the collimating mirror 10 is illustrated by the angle 30. Since the mirror 10 itself is the result of a very thin coating film, it will be appreciated that a very small amount of sight will be observed. to be obscured.
Vid norma1 användning kommer en ej visad bi1dgenerator, såsom den projektor, som visas i den amerikanska patentskriften 3.816.005, att vara anbringad i ett an1iggande förhâ11ande med foka1p1ansfönstret 22 och a1stra en bi1d, som kan representera ett stort anta1 o1ika, önskade insigna1er, såsom ett vapensikte e11er en symbo1, som indi- kerar en 1andningspunkt pä en 1andningsbana. Dessutom kan ett anta1 o1ika andra bi1d- generatorer användas, såsom ett datordrivet katodstrâ1erör, för att a1stra en presen- terad bi1d e11er t.o.m. ett enke1t bakgrundsbe1yst hârkors kan visa sig vara värde- fu11t som en bi1dgenerator. I syfte att ti11 ett minimum reducera verkningarna av sfärisk abberation på den a1strade bi1d, som förorsakas av det p1ana foka1p1ansfönst- ret 22, anses det önskvärt att bringa den undre b1ocksektionen 14 sà nära som möj1igt ti11 bi1dgeneratorn, som är be1ägen vid foka1p1anet 24. Detta beror på det förhà11an- det att ju större avståndet me11an bi1dgeneratorn och f0ka1p1ansfönstret är ju större bidrag ti11 abberationen erhà11es av det p1ana foka1p1ansfönstret. Det anses därför önskvärt att foka1p1ansfönstret står i an1iggande förhå11ande med bi1dgeneratorn vid foka1p1anet 24. I stä11et för att ha en bi1dgenerator an1iggande mot foka1p1ans- fönstret 24, sku11e det eme11ertid vara möj1igt att använda ett p1ant foka1p1ans- fönster be1äget pä avstånd fràn foka1p1anet,under förutsättning att den ätfö1jande abberationen kan accepteras,e11er använda ett konkavt foka1p1ansfönster för att redu- cera denna abberation.In normal use, an image generator (not shown), such as the projector shown in U.S. Pat. No. 3,816,005, will be mounted in an abutment relationship with the focus window 22 and produce an image which may represent a large number of different desired signals, such as a weapon sight or a symbol indicating a breathing point on a trajectory. In addition, a number of other image generators can be used, such as a computer-driven cathode ray tube, to generate a presented image or even a simple background-colored crosshair can prove to be valuable as a bid generator. In order to minimize the effects of spherical aberration on the generated image caused by the flat focus window 22, it is considered desirable to bring the lower block section 14 as close as possible to the image generator located at the focus 24. is due to the fact that the greater the distance between the bid generator and the focus window, the greater the contribution to the aberration obtained by the flat focus window. It is therefore considered desirable that the focus window be in abutting relationship with the focus generator at the focus panel 24. Instead of having a focus generator abutting the focus window 24, it should, however, be possible to use an adjacent focus conditionally. that the subsequent aberration can be accepted, or use a concave focus window to reduce this aberration.
Såsom visas mede1st pi1arna i fig. 1 passerar en typisk 1jusstrâ1e 32, som a1st- rats av bi1dgeneratorn, genom foka1p1ansfönstret 22 och genom den kombinerande ytan 16 för att ref1ekteras nedåt av den ko11imerande spege1n 10 ti11 en punkt 34 på den kombinerande ytan 16. Vid punkten 34 kommer bi1dstrå1en att kombineras med en 1jus- strä1e 36, som representerar bakgrundsbi1den ti11 en kombinerad bi1dsträ1e 38. Det är denna kombinerade bi1dstrâ1e 38, som för observatören, vars ögon är fokuserade ti11 oänd1igheten, framträder som bakgrundsbi1den med den a1strade bi1den som en integrerad 10 15 20 25 30 35 40 7713172-0 6 de1 därav.As shown by the arrows in Fig. 1, a typical light beam 32 generated by the image generator passes through the focus window 22 and through the combining surface 16 to be reflected downward by the collimating mirror 10 to a point 34 on the combining surface 16. At point 34, the image beam will be combined with a light beam 36, which represents the background image of a combined image beam 38. It is this combined image beam 38, which to the observer, whose eyes are focused to infinity, appears as the background image with the integrated image. 10 15 20 25 30 35 40 7713172-0 6 de1 thereof.
En annan mycket betydande förde1 med den ovan beskrivna konstruktionen har att göra med det förhâ11andet, att den ko11imerande spege1n 10 har en benägenhet att för- hindra att yttre 1jusstrà1ar från över1iggande kä11or, såsom so1en e11er instrument- 1ampor, inträder i systemet, vi1ket är fa11et med refraktiva system. Utan detta skydd sku11e 1jus frán so1en, som natur1igtvis också kan vara en mycket kraftfu11 värmekä11a, kunna inträda i systemet och resu1tera i skador på bi1dgeneratorn ti11- sammans med a1stringen av icke önskade bi1der vid foka1p1anet. I praktiken erfordrar många av de tidigare kända presentationsanordningarna särskiida konstruktioner inbe- gripet värmekompenserande anordningar för att förhindra att 1jus från so1en skadar biidgeneratorerna.Another very significant advantage of the construction described above has to do with the fact that the collimating mirror 10 has a tendency to prevent external light rays from overlying sources, such as the sun or instrument lamps, from entering the system, which is faulty. with refractive systems. Without this protection, light from the sun, which of course can also be a very powerful heat source, could enter the system and result in damage to the image generator along with the generation of unwanted images at the focal plane. In practice, many of the prior art display devices require special designs, including heat compensating devices, to prevent light from the sun from damaging the bid generators.
Fig. 2 är inrättad att âskâd1iggöra den 1i11a omfattning av observatörens syn- fä1t i sid1ed, som skymmes av det kombinerande b1ocket, eftersom sidorna 42 och 44 hos b1ocket är utformade väsent1igen para11e11a med observatörens synfäit. Om det högra ögat 40 tages som exempe1, kommer den högra sidan 42 av b1ocket att skymma det högra ögats synfä1t mindre än 10 och den vänstra sidan av biocket kommer att skymma endast ungefär 1,50 av det högra ögats synfä1t. Pâ samma vis är den omfattning, i vi1ken det vänstra ögats synfäit i sid1ed skymmes mindre än en grad, medan 1,50 av synfä1tet skymmes av b1ockets högra sida 42. Därför torde det inses att det kombinerade synfä1tet för båda ögonen i sjä1va verket kommer att ha mindre än 10 av synfä1tet i sid1ed skymt.Fig. 2 is arranged to damage the entire extent of the observer's visual field laterally obscured by the combining block, since the sides 42 and 44 of the block are formed substantially parallel to the observer's visual field. If the right eye 40 is taken as an example, the right side 42 of the block will obscure the visual field of the right eye less than 10 and the left side of the biocket will obscure only about 1.50 of the visual field of the right eye. Similarly, the extent to which the lateral visual acuity of the left eye is obscured by less than one degree, while 1.50 of the visual acuity is obscured by the right side of the block 42. Therefore, it should be appreciated that the combined visual acuity for both eyes will in fact be have less than 10 of the visual acuity in the sid1ed shadow.
Dessa tekniska data kan erhâ11as i ett system med föijande optiska egenskaper: ett främre fönster 18 med en bredd av 20,8 cm (8,2"); ett bakre fönster 20 med en bredd av 17,3 cm (6,8"); avståndet me11an det främre och det bakre fönstret 11,2 cm (4,4"); ett vertikait synfäit 46 i fig. 1 av 160; och en krökningsradie av 45,7 cm (18") för den ko11imerande spege1n 10. I denna särski1da utföringsform utnyttjades en krökningsradie av 45,7 cm i syfte att reducera foka1p1anets 24 storiek. Nomine11t betraktas den sfäriska ko11imerande spege1n med infa11svinke1n vinke1rätt mot dess yta. Ned refraktion vid det bakre fönstret och ett b1ockmateria1 med en brytnings- index N = 1,49 csku11e detta medföra att observatören är belägen ungefär 22,9 cm (9") frân det bakre fönstret. Eme11ertid före1igger ej någon a11var1ig försämring i bi1dens ko11imering, när observatören förf1yttas bakåt ti11 30,5 cm (12"),vi1ket är mera ändamâ1sen1igt för vissa arbetsförhâ11anden såsom vid en f1ygfarkosts förar- hytt. Ovan nämnda dimensioner för det bi1dkombinerande biocket avsâgs därför gä11a för det förhâ11andet att observatören är 30,5 (12") frán det bakre fönstret och dessutom har ett avstånd av 6,3 cm (2,5 ") me11an ögonen. Dessa dimensioner är representativa för en optisk presentationsanordning, som typiskt användes i ett f1ygp1ans 1andnings- och infiygninssystem, där det reiativt vida synfä1tet i sid1ed kommer att iämpa sig för tvära inf1ygningar. Å andra sidan betraktas sikten vid av- skjutning av ett vapen från en punkt 1ängre bak i förarhytten och erfordrar en mindre l0 15 20 25 30 35 40 7 7713172-0 sikt i sidled. Här skulle det bakre fönstret 20 vara högre och ej så brett.These technical data can be obtained in a system with the following optical properties: a front window 18 with a width of 20.8 cm (8.2 "); a rear window 20 with a width of 17.3 cm (6.8") ; the distance between the front and rear windows 11.2 cm (4.4 "); a vertical line of sight 46 in Fig. 1 of 160; and a radius of curvature of 45.7 cm (18") for the collimating mirror 10. In this In a special embodiment, a radius of curvature of 45.7 cm was used in order to reduce the size of the focal plane 24. Nomine11t is considered the spherical collimating mirror with infa11svinke1n perpendicular to its surface. Refraction at the rear window and a block material with a refractive index N = 1.49 csku11e this means that the observer is located approximately 22.9 cm (9 ") from the rear window. However, there is no lasting deterioration in the collimation of the image, when the observer is moved backwards to 30.5 cm (12 "), which is more appropriate for certain working conditions, such as in the cab of a craft. The above-mentioned dimensions of the image-combining biocket are therefore intended to apply to the assumption that the observer is 30.5 (12 ") from the rear window and also has a distance of 6.3 cm (2.5") between the eyes. These dimensions are representative of an optical display device, which is typically used in a plane plane's breathing and inflating system, where the relatively wide field of view will be suitable for sharp insertions. On the other hand, the sight is seen when firing a weapon from a point 1 further back in the cab and requires a smaller lateral sight 15 15 25 25 30 35 40 7 7713172-0. Here the rear window 20 would be higher and not so wide.
Fig. 3 åskådliggör vad som ses från observatörens högra öga 40 av den optiska presentationsanordningen av typen "on-axis". Såsom ovan angivits skymmer den kollime- rande spegeln l0, till följd av sitt läge, mycket lite av den övre delen av observa- törens synfält. Dessutom skymmer blockets högra sida 42 nästan inte något av synfältet från observatörens högra öga 40; på samma vis skymmer den vänstra sidan 44 av blocket mycket lite av observatörens synfält. Dessutom behöver observatörens sikt utåt under blockets huvudsektion l2 ej skymmas i denna utföringsform, eftersom , såsom anges i fig. l, fönsterytan 50 kan vara inrättad parallell med den främre fönsterytan l8 för odistorderad sikt framåt. Det har också visat sig önskvärt att måla blockets sidor 42, 44 med ett icke reflekterande material för att reducera reflektioner från blocket.Fig. 3 illustrates what is seen from the observer's right eye 40 of the "on-axis" type optical display device. As stated above, due to its position, the collimating mirror 10 obscures very little of the upper part of the observer's field of view. In addition, the right side 42 of the block hardly obscures any of the field of view from the right eye 40 of the observer; similarly, the left side 44 of the block obscures very little of the observer's field of view. In addition, the outward view of the observer below the main section 12 of the block need not be obscured in this embodiment, since, as shown in Fig. 1, the window surface 50 may be aligned parallel to the front window surface 18 for undistorted forward view. It has also been found desirable to paint the sides 42, 44 of the block with a non-reflective material to reduce reflections from the block.
Vidare är det önskvärt att tillhandahålla en anordning för att omställa läget för både fokalplansfönstret 22 och fokalplanet 24 till ett annat läge än det, som visas i fig. l. Vad som då erfordras är en anordning för förändring av den alstrade bildens riktning med ett minimum av distorsion. En modifiering av den föredragna utföringsfor- men av uppfinningen för att realisera denna egenskap visas i fig. 4. I denna utförings- form har blocksektionen l4, i stället för att såsom i fig. l sträcka sig hela vägen ned till fokalplanet 24, ett prisma 52. Prismat 52 verkar för att omställa läget för spegelns l0 fokalplan 24' och fokalplansfönstret 22' framåt i förhållande till blocket, så att bildgeneratorn kan vara belägen på en mera ändamålsenlig plats, såsom bakom flygplanets instrumentpanel. Det framgår att bildgeneratorn kan vara belägen pâ en mångfald olika ställen genom att helt enkelt lämpligt prisma eller prismor väljes.Furthermore, it is desirable to provide a device for adjusting the position of both the focal plane window 22 and the focal plane 24 to a position other than that shown in Fig. 1. What is then required is a device for changing the direction of the generated image by a minimum of distortion. A modification of the preferred embodiment of the invention to realize this property is shown in Fig. 4. In this embodiment, instead of extending all the way down to the focal plane 24, the block section 14 has a prism. 52. The prism 52 acts to adjust the position of the focal plane 24 'of the mirror 10 and the focal plane window 22' forward relative to the block, so that the image generator may be located in a more convenient location, such as behind the instrument panel of the aircraft. It can be seen that the image generator can be located in a variety of different places by simply selecting the appropriate prism or prisms.
Om infallsvinkeln 54 för de ljusstrålar, som skall reflekteras till spegeln lO, är lämplig, kan man förlita sig på invändig reflektion eller totalreflektion. Annars kan den reflekterande ytan 56 vara försilvrad eller belagd med en hinna för att till- handahälla lämplig reflektionsförmåga. Det kan också vara önskvärt att kombinera prismat 52 med en förlängning av kroppen l4, såsom visas medelst streckade linjer i fig. 4, genom ersättning av spegelytan 56 med en kombinerande yta, såsom en hoplimmad strâlnings- delare av samma slag som den kombinerande ytan l6, för att åstadkomma en dubbel källa för genererade bilder. Detta skulle t.ex. göra det möjligt att använda två bildgenera- torer alternativt eller samtidigt, såsom ett katodstràlerör för alstring av en typ av målinformation och ett bakgrundsbelyst hårkors för att tillhandahålla understödjande målinformation.If the angle of incidence 54 of the light rays to be reflected to the mirror 10 is suitable, one can rely on internal reflection or total reflection. Otherwise, the reflective surface 56 may be silvered or coated with a film to provide suitable reflectivity. It may also be desirable to combine the prism 52 with an extension of the body 14, as shown by broken lines in Fig. 4, by replacing the mirror surface 56 with a combining surface, such as a glued radiation splitter of the same type as the combining surface 16 , to provide a dual source for generated images. This would e.g. make it possible to use two image generators alternatively or simultaneously, such as a cathode ray tube for generating a type of target information and a backlit crosshair to provide supporting target information.
En illustration av ett bildkombinerande block 58, liknande det som visas i fig. 4, som användes i anslutning till ett flygplans förarhytt, visas i fig. 5. Det bildkombinerande blocket 58 i fig. 5 inbegriper en kollimerande spegel lO, en kombine- rande yta l6, ett främre fönster l8, ett bakre fönster 20, ett bildfönster 22', vilket är beläget vid den kollimerande spegelns 10 fokalplan, och en reflekterande yta 56.An illustration of an image combining block 58, similar to that shown in Fig. 4, used in connection with an aircraft cockpit, is shown in Fig. 5. The image combining block 58 in Fig. 5 includes a collimating mirror 10, a combining surface 16, a front window 18, a rear window 20, a picture window 22 ', which is located at the focal plane of the collimating mirror 10, and a reflecting surface 56.
Ljusstrålar från bakgrundsbilden passerar in genom det främre fönstret l8 hos det bild- kombinerande blocket 58 via flygfarkostens vindruta 60. En bildgenerator 62, som t.ex. 10 15 20 25 30 35 40* 771317243 utnyttjar ett katodstrâlerör 63, är fäst vid bildfönstret 22' hos det bildkombinerande blocket 58. I förarhytten är anordnad en instrumentpanel 64, som uppbär olika flyg- instrument sâsom en attitydriktningsindikator 65 och andra presentationsinstrument, såsom indikeras vid 68. En málkamera 70 hördessutom vanligen till utrustningen i en förarhytt. Det bildkombinerande blocket 58 uppbäres vanligen av en separat bär- anordning, vilken ej visas. Pilotens placering i förarhytten är schematiskt visad vid hänvisningsbeteckningen 72. En streckad linje 74 tjänar till att ange gränslinjen för katapultkapseln, vilken i hög grad mäste tas hänsyn till vid utformningen av stridsflygplan. Av illustrationen i fig. 5 framgår att det bildkombinerande blocket 58, vilket har en reflekterande yta 56 för omriktning av den kollimerande spegelns l0 fokalplan i en riktning framåt approximativt under rät vinkel mot den kollimerande spegelns l0 axel, ger en mycket betyande fördel vid anpassning av inriktnings-peesen- tationsanordningen för användning i stridsflygplan. Exempelvis inverkar det bild- kombinerande blocket enligt fig. 5 i en mycket liten utsträckning störande på flyg- planets instrument 65 och 68, tillhandahåller utrymme för ändamålsenlig placering av mâltavlan 70; erfordrar ett minimum av bäranordning i pilotens synfält samtidigt som den tillhandahåller en praktisk presentationsanordning för inriktningsändamâl med ett lämpligt synfält.Light rays from the background image pass in through the front window 18 of the image combining block 58 via the aircraft windshield 60. An image generator 62, such as Uses a cathode ray tube 63, is attached to the display window 22 'of the image combining block 58. An instrument panel 64 is provided in the cab, which carries various flight instruments such as an attitude direction indicator 65 and other presentation instruments, as indicated. at 68. A language camera 70 also usually belongs to the equipment in a cab. The image combining block 58 is usually supported by a separate support device, which is not shown. The pilot's position in the cockpit is schematically shown by the reference numeral 72. A dashed line 74 serves to indicate the boundary line of the catapult canister, which must be taken into account to a large extent in the design of fighter aircraft. From the illustration in Fig. 5 it can be seen that the image combining block 58, which has a reflecting surface 56 for redirecting the focal plane of the collimating mirror 10 in a forward direction approximately at right angles to the axis of the collimating mirror 10, provides a very significant advantage in adjusting the targeting device for use in combat aircraft. For example, the image combining block of Fig. 5 interferes to a very small extent with aircraft instruments 65 and 68, providing space for proper placement of the billboard 70; requires a minimum of carrier in the field of view of the pilot while providing a practical presentation device for alignment purposes with a suitable field of view.
I de flesta moderna stridsflygplan erfordrar vapensikten ett synfält eller en öppning f av ungefär 200 och måste dessutom vara belägna framför katapultkapseln 74.In most modern fighter aircraft, the weapon sight requires a field of view or an aperture f of about 200 and must also be located in front of the catapult capsule 74.
Tidigare kända, för inriktningsändamâl avsedda presentationsanordningar, vilka använ- des som vapensikten erfordrar en avsevärd volym av optiska kollimerande linser i refraktiva system eller optiska element, såsom speglar och kombinerande plattor; tillsammans med en uppbärningsanordning i reflekterande system, som av nödvändighet måste vara belägen utanför pilotens 72 synfält framåt. Kraven i konstruktions- och optiskt hänseende på de optiska elementen i tidigare kända för inriktningsändamâl avsedda presentationsanordningarna innebär vanligen avlägsning av ett parti av instru- mentpanelen 64 och innebär därför en betydande störande påverkan på placeringen av flygplanets instrument 65 och 68. Till följd av ovan nämnda begränsningar resulterar tidigare kända för inriktningsändamâl avsedda presentationsanordningar vanligen i en betraktningsöppning som är mindre ändet synfält, som tillhandahållas medelst bildgeneratorn, och resulterar således i att piloten måste röra huvudet överdrivet mycket för att täcka det totalt erforderliga synfältet. Kravet att piloten mäste röra sitt huvud mera än 2,5 eller 5 cm är en betydande olägenhet vid stridsflygplan, efter- som till följd av höga g-krafter det ofta är mycket svårt eller omöjligt för piloten att röra huvudet för att se hela synfältet i snäva svängar.Prior art targeting display devices used as the weapon sight require a substantial volume of optical collimating lenses in refractive systems or optical elements, such as mirrors and combining plates; together with a support device in a reflective system, which must necessarily be located outside the pilot field 72 of the forward field of vision. The design and optical requirements of the optical elements in prior art targeting devices usually involve the removal of a portion of the instrument panel 64 and therefore have a significant disruptive effect on the placement of the aircraft instruments 65 and 68. As a result of the above-mentioned Constraints previously known for purpose-oriented display devices usually result in a viewing aperture that is smaller than the field of view provided by the image generator, thus resulting in the pilot having to move his head excessively to cover the total field of view required. The requirement that the pilot must move his head more than 2.5 or 5 cm is a significant inconvenience in combat aircraft, as due to high g-forces it is often very difficult or impossible for the pilot to move his head to see the entire field of view in tight turns.
De optiska egenskaperna hos det bildkombinerande blocket 58 i fig. 5 är åskåd- liggjorda i fig. 6, där nämnda block visas i utvecklad form. Den bildkombinerande ytan l6 i fig. 5 har utelämnats i fig. 6 i syfte att förenkla framställningen. Den vänstra sektionen av blocket 74 anligger mot bildgeneratorn 62 och har en längd lika l0 l5 20 25 30 35 40 9 7713172-0 med spegelns l0 brännvidd F. Spegelns l0 brännvidd F är lika med hälften av den kollimerande spegelns 10 krökningsradie R. Diametern d för den kollimerande spegelns l0 fokalplan, som är beläget vid bildfönstret 22, är lika med hälften av den kollime- rande spegelns l0 spegeldiameter D. Det kombinerande blockets högra sektion 76 i fig. 6 representerar den sektion av det kombinerande blocket, som överför ljusstràlarna från den kollimerande spegeln l0 till det bakre fönstret 20. I fig. 6 representerar punkten C krökningscentrum för den kollimerande spegeln l0 och punkten C' represen- terar den kollimerande spegelns 10 skenbara eller optiska krökningscentrum. Det sken- bara krökningscentrumet C' ligger närmare det bakre fönstret 20 till följd av den refraktiva beskaffenheten hos det bakre fönstrets 20 plana yta. De optiska egen- skaperna hos det bildkombinerande blocket 58 enligt fig. 5 och 6 kan beskrivas medelst ett antal ekvationer. Exempelvis styr diametern D för den kollimerande spegeln 10 storleken för bildgeneratorn 62 vid fönstret 22', eftersom diametern d för spegelns fokalplan är lika med: m; Till följd av den refraktiva beskaffenheten hos det kombinerande blockets 58 material förhåller sig den kollimerande spegelns 58 diameter D till den kollimerande spegelns 58 radie R, fältvinkeln f, där f är angiven i radianer, och brytningsindex N medelst följande ekvation för små vinklar runt spegelns l0 optiska axel, för vilken väsentli- gen är det optiska systemets paraaxiella område. _ Rf D-n' Sàledes bestämmes brännvidden F, som i ett sfäriskt system är lika med hälften av spegelns krökningsradie R, av följande förhållande: F N 5:2? Därför är förhållandet bildbredd bildhöjd för brännvidden F hos den kollimerande spegeln l0 delat med spegelns diameter D approximativt lika med N delat med 2f.The optical properties of the image combining block 58 in Fig. 5 are illustrated in Fig. 6, where said block is shown in developed form. The image combining surface 16 in Fig. 5 has been omitted in Fig. 6 for the purpose of simplifying the production. The left section of the block 74 abuts the image generator 62 and has a length equal to the focal length F. of the mirror 10 of the mirror 10 is equal to half the radius of curvature of the collimating mirror 10. The diameter d for the focal plane of the collimating mirror 10, which is located at the image window 22, is equal to half the mirror diameter D of the collimating mirror 10. The right section 76 of the combining block 76 in Fig. 6 represents the section of the combining block which transmits the light rays from the collimating mirror 10 to the rear window 20. In Fig. 6, the point C represents the center of curvature of the collimating mirror 10 and the point C 'represents the apparent or optical center of curvature of the collimating mirror 10. The apparent center of curvature C 'is closer to the rear window 20 due to the refractive nature of the flat surface of the rear window 20. The optical properties of the image combining block 58 of Figs. 5 and 6 can be described by a number of equations. For example, the diameter D of the collimating mirror 10 controls the size of the image generator 62 at the window 22 ', since the diameter d of the focal plane of the mirror is equal to: m; Due to the refractive nature of the material of the combining block 58, the diameter D of the collimating mirror 58 relates to the radius R of the collimating mirror 58, the field angle f, where f is given in radians, and the refractive index N by the following equation for small angles around the mirror 10 optical axis, for which the paraaxial region of the optical system is essentially the same. Rf D-n 'Thus, the focal length F, which in a spherical system is equal to half the radius of curvature R of the mirror, is determined by the following ratio: F N 5: 2? Therefore, the aspect ratio aspect ratio of the focal length F of the collimating mirror 10 divided by the diameter D of the mirror is approximately equal to N divided by 2f.
Det torde här observeras att för ett jämförbart system, som använder diskreta element kommer termen N ej att uppträda i ovan nämnda ekvationer och förhållanden och som resultat härav kommer förhållandet bildbredd bildhöjd för det fasta, optiska systemet enligt fig. 5 och 6 att med en faktor N vara större än ett öppet system.It should be noted here that for a comparable system using discrete elements, the term N will not appear in the above-mentioned equations and ratios, and as a result, the aspect ratio image height of the fixed optical system of Figs. 5 and 6 will N be larger than an open system.
En verkan av användningen av det fasta optiska systemet enligt fig. 5 är att åstadkomma ett för inriktningsändamàl avsett presentationssystem med ett större för- hållande bildbredd bildhöjd, vilket system som resultat kan ha en med en faktor N större brännvidd för en given bilddiameter d och fältvinkel f, vilket möjliggör place- ring av bildgeneratorn 62 utanför synfältet och dessutom bakom instrumentpanelen 64, varigenom störande inverkan med instrumenten 65 och 68 reduceras. Exempelvis kan i en bildkombinerande anordning utförd av akrylharts med ett brytningsindex N = l,49 bränn- 10 15 20 25 30 35 40 10 r-7713172-0 vidden F vara så mycket som l,49 ggr så stor som vid ett jämförbart system, som an- vänder diskreta element. Detta resulterar i att för en given fältvinkel f användningen av en fast eller gedigen bildkombinator 58 får KOHSÉYUKÉÖYGH SÜÖFPG f1GXl- bilitet för val av en mindre spegeldiameter D och således en alstrad bilddiameter d, tillsammans med en längre brännvidd F för omgivningen vid en särskild förarhytt till följd av blockets 58 brytningsegenskaper. Med andra ord kan både bilddiametern d och brännvidden F vara större för ett givet synfält än som skulle vara fallet för ett liknande system, som använder sig separata optiska element. En annan fördel med den ökade brännvidden F är att den säkerställer att det föreligger tillräckligt stort avstånd mellan den kollimerande spegeln l0 och fokalplanet 22 för införande av den reflekterande ytan 56 enligt fig. 5, så att bildgeneratorn kan vara belägen bakom det bildkombinerande blockets 58 huvudparti. Detta är en mycket väsentlig fördel i jämförelse med det öppna, reflekterande systemet enligt den amerikanska patent- skriften 3.547.522, eftersom för en fältvinkel f av 200 det ej skulle föreligga till- räckligt stor brännvidd i ett öppet system för att tillåta användning av den reflek- terande ytan 56, varigenom placeringen av bildgeneratorn 62 bakom blocket såsom i fig. 5 förhindras. Det höga förhållandet bildbredd bildhöjd hos ett slutet system gör det möjligt att åstadkomma ett reflekterande system med en fältvinkel av 200 eller mer, samtidigt som bildgeneratorn 62 fortfarande kan placeras bakom det bildkombinerande blocket i stället för framför det.An effect of the use of the fixed optical system according to Fig. 5 is to provide a presentation system intended for alignment purposes with a larger aspect ratio image height, which system can as a result have a greater focal length with a factor N for a given image diameter d and field angle. f, which enables the position of the image generator 62 outside the field of view and also behind the instrument panel 64, thereby reducing the disturbing effect of the instruments 65 and 68. For example, in an image combining device made of acrylic resin with a refractive index N = 1.49, the focal length F can be as much as 1.49 times as large as in a comparable system, which uses discrete elements. As a result, for a given field angle f the use of a fixed or solid image combiner 58, the KOHSÉYUKÉÖYGH SÜÖFPG f1GX1 obtains the choice of a smaller mirror diameter D and thus an generated image diameter d, together with a longer focal length F for the environment at a particular driver's cab. due to the refractive properties of the block 58. In other words, both the image diameter d and the focal length F may be larger for a given field of view than would be the case for a similar system using separate optical elements. Another advantage of the increased focal length F is that it ensures that there is a sufficiently large distance between the collimating mirror 10 and the focal plane 22 for insertion of the reflecting surface 56 of Fig. 5, so that the image generator can be located behind the main portion of the image combining block 58. . This is a very significant advantage over the open, reflective system of U.S. Pat. No. 3,547,522, since for a field angle f of 200 there would not be a sufficient focal length in an open system to allow the use of the reflecting the surface 56, thereby preventing the placement of the image generator 62 behind the block as in Fig. 5. The high aspect ratio image height of a closed system makes it possible to provide a reflective system with a field angle of 200 or more, while the image generator 62 can still be placed behind the image combining block instead of in front of it.
För presentationssystem av inriktningstyp med ett förutbestämt värde på den sfäris- , ka abberationen A har den fasta optiken eller det kombinerande blocket 58 en betydan- de fördel framför ett system, som utnyttjar separata optiska element. Abberationen för systemet enligt fig. 6 kan representeras medelst relationen 5 = 2 sin'1 X- -tan'1 Y zå N R ~¶ RZ + V2 - o,sR där Y representerar det avstånd, med vilket en stråle 64 missa det skenbara krök- ningscentrumet C' till följd av sfärisk abberation. Eftersom ovanstående ekvation ger att A varierar i huvudsak som kuben på infallsvinkeln I till spegeln 10, och eftersom verkan av det bakre fönstrets 10 plana yta är att multiplicera abberationen med faktorn N, kan den sfäriska abberationen hos ett optiskt system representeras av förhållandet: A = k1ä=kn1 där k är en konstant och I representerar infallsvinklarna det bildkombinerande blocket 58 och 10 representerar infallsvinkeln ett öppet system försett med separata element. Eftersom infallsvinkeln är direkt relaterad till spegelns krök- ningsradie, kan således krökningsradierna för tvâ system med samma sfäriska abbera- 3 tioner beskrivas medelst följande relation: 10 l5 20 25 25 30 35 11 7713172-0 R = Roíißl' där RO är krökningsradien för en kollimerande spegel i ett system med separata element. Detta resulterar i att den kollimerande spegeln l0 har en större radie R och således brännvidd F i det kollimerande blocket 58 vid en faktor av §f_N“för ett system med samma sfäriska abberation A. För system med samma radier R och RO kommer verkan av sfärisk abberation på den i systemet alstrade bilden att reduceras i det fasta systemet enligt fig. 5 och 6. Pâ grund av det förhållandet att den kolli- merande spegelns diameter D förhåller sig till spegelns krökningsradie R enligt ekvationen: -R_f " N är också förhållandet mellan diametern DO hos ett system försett med separata optiska element och diametern D för spegeln l0 i det kombinerande blocket 58 för lika abbera- tion: -ifi 0 N Eftersom diametern d hos fokalplanet 22 är direkt relaterad till spegeldiametern D, kan fokalplanet 22 hos det bildkombinerande blocket 58 enligt fig. 5 reduceras med en faktor av §fflYN i förhållande till ett system som har separata element, för samma synfält f och abberation A.For directional type presentation systems with a predetermined value of the spherical aberration A, the fixed optics or combining block 58 has a significant advantage over a system utilizing separate optical elements. The aberration of the system according to Fig. 6 can be represented by the relation 5 = 2 sin'1 X- -tan'1 Y za NR ~ ¶ RZ + V2 - o, sR where Y represents the distance by which a beam 64 misses the apparent curve center C 'due to spherical aberration. Since the above equation gives that A varies substantially as the cube at the angle of incidence I to the mirror 10, and since the effect of the flat surface of the rear window 10 is to multiply the aberration by the factor N, the spherical aberration of an optical system can be represented by the ratio: A = k1ä = kn1 where k is a constant and I the angles of incidence represent the image combining block 58 and the angle of incidence represents an open system provided with separate elements. Thus, since the angle of incidence is directly related to the radius of curvature of the mirror, the radii of curvature of two systems with the same spherical aberrations can thus be described by the following relation: R = Roiißl 'where RO is the radius of curvature of a collimating mirror in a system with separate elements. This results in the collimating mirror 10 having a larger radius R and thus the focal length F in the collimating block 58 at a factor of §f_N "for a system with the same spherical aberration A. For systems with the same radii R and RO, the effect of spherical aberration on the image generated in the system to be reduced in the fixed system according to Figs. 5 and 6. Due to the fact that the diameter D of the collimating mirror relates to the radius of curvature R of the mirror according to the equation: -R_f "N is also the ratio between the diameter DO of a system provided with separate optical elements and the diameter D of the mirror 10 in the combining block 58 for equal aberration: -i fi 0 N Since the diameter d of the focal plane 22 is directly related to the mirror diameter D, the focal plane 22 of the image combining block 58 according to Fig. 5 is reduced by a factor of §f fl YN in relation to a system having separate elements, for the same field of view f and aberration A.
Således torde det inses att förutom väsentlig flexibilitet vid konstruktionen ger användningen av fast eller gedigen optik såsom det kollimerande blocket 58 enligt fig. 5 en presentationsanordning av inriktningstyp, som har en större brännvidd F och en mindre spegeldiameter D i jämförelse med ett öppet system för samma fältvink- lar f och abberation A.Thus, it should be appreciated that in addition to substantial flexibility in construction, the use of fixed or solid optics such as the collimating block 58 of Fig. 5 provides a focus type display device having a larger focal length F and a smaller mirror diameter D compared to an open system for the same. field angles f and aberration A.
En annan mycket betydande fördel med användningen av det kombinerande blocket 58 àskädliggöres i fig. 6. Läget för det skenbara krökningscentrumet C' är approxi- mativt bestämt av förhållandet: c*=w+í__-CI;W) Säsom framgår av fig. 5 är det mest fördelaktiga betraktningsläget något bakom det skenbara krökningscentrumet C', där piloten 72 kan se hela synfältet genom att röra sitt huvud endast med 2,5 cm eller däromkring. I den föredragna utföringsformen enligt fig. 5 och 6 bör sträckan W göras så liten som möjligt så länge som en tillräckligt stor längd tillhandahålles för att omspänna spegeln l0. I ett system med ett synfält f av 200 kommer det bakre fönstret 20 att vara beläget på ett avstånd av W, vilket är approximativt l/3 av det optiska avståndet fràn det skenbara krökningscentrumet C' till den kollimerande spegeln l0. Således kommer det optiska avståndet från observa- törens läge 72 till den kollimerande spegeln l0 att vara mera än 3 ggr det optiska avståndet W från det bakre fönstret 20 till den kollimerande spegeln 10, eftersom det föredragna läget 72 för observatören är bakom det optiska krökningscentrumet C', D = D såsom visas i fig. 5. l0 7713172-0 i n En ytterligare utföringsform av uppfinningen visas i fig. 7. Här är prismat 52 förskjutet i rät vinkel relativt betraktningsriktningen. Detta är en särskilt fördel- aktig uppbyggnad, eftersom det bildkombinerande blocket 58 kan vara vridet runt bild- generatorns 62 axel 66, varigenom blocket 58 kan placeras ur synhåll genom att det helt enkelt roteras nedåt och bort från betraktaren. Antingen kan bildfönstret 22 hos prismat 52 roteras runt bildgeneratorn 62 eller också kan bildgeneratorn fästas vid prismat och rotera med blocket 58. Det i fig. 7 visade arrangemanget är särskilt användbart vid ett antal tillämpningar såsom en presentationsanordning av inriktnings- typ för bomoperatören i en för tankning i luften avsedd bränslebärande flygfarkost, där det är önskvärt att avlägsna presentationsanordningen från observatörens synfält.Another very significant advantage of the use of the combining block 58 is illustrated in Fig. 6. The position of the apparent center of curvature C 'is approximately determined by the ratio: c * = w + í __- CI; W) As shown in Fig. 5 For example, the most advantageous viewing position is slightly behind the apparent center of curvature C ', where the pilot 72 can see the entire field of view by moving his head only by 2.5 cm or so. In the preferred embodiment of Figs. 5 and 6, the distance W should be made as small as possible as long as a sufficiently large length is provided to span the mirror 10. In a system with a field of view f of 200, the rear window 20 will be located at a distance of W, which is approximately 1/3 of the optical distance from the apparent center of curvature C 'to the collimating mirror 10. Thus, the optical distance from the observer's position 72 to the collimating mirror 10 will be more than 3 times the optical distance W from the rear window 20 to the collimating mirror 10, since the preferred position 72 for the observer is behind the optical center of curvature C A, D = D as shown in Fig. 5. A further embodiment of the invention is shown in Fig. 7. Here, the prism 52 is offset at a right angle relative to the viewing direction. This is a particularly advantageous construction, since the image combining block 58 can be rotated about the axis 66 of the image generator 62, whereby the block 58 can be placed out of sight by simply rotating it downwards and away from the viewer. Either the display window 22 of the prism 52 can be rotated around the image generator 62 or the image generator can be attached to the prism and rotate with the block 58. The arrangement shown in Fig. 7 is particularly useful in a number of applications such as a boom type alignment type display device. refueling in the air intended fuel-bearing aircraft, where it is desirable to remove the presentation device from the observer's field of view.
Claims (6)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US05/745,949 US4082432A (en) | 1975-01-09 | 1976-11-29 | Head-up visual display system using on-axis optics with image window at the focal plane of the collimating mirror |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE7713172L SE7713172L (en) | 1978-05-30 |
| SE439070B true SE439070B (en) | 1985-05-28 |
Family
ID=24998913
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE7713172A SE439070B (en) | 1976-11-29 | 1977-11-22 | OPTICAL PRESENTATION DEVICE |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (2) | JPS5368258A (en) |
| CA (1) | CA1090176A (en) |
| DE (1) | DE2747760C3 (en) |
| FR (1) | FR2372450A1 (en) |
| GB (1) | GB1567358A (en) |
| IT (1) | IT1090990B (en) |
| SE (1) | SE439070B (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2182159B (en) * | 1980-08-21 | 1987-10-14 | Secr Defence | Head-up displays |
| SE450298B (en) * | 1984-09-24 | 1987-06-15 | Bengt Jonsson | DEVICE FOR COMPUTER CONTROL DETAILED SCREEN UNIT |
| FR2679046A1 (en) * | 1991-07-12 | 1993-01-15 | Sextant Avionique | Head-up display device |
| DE102014015378A1 (en) | 2014-10-17 | 2016-04-21 | Audi Ag | Housing for a head-up display of a motor vehicle and method for providing a housing for a head-up display |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3216308A (en) * | 1961-10-05 | 1965-11-09 | Marvin J Northcutt | Aircraft landing sight including collimating mangin mirror and corrector lens |
| FR1536792A (en) * | 1967-09-14 | 1968-08-16 | Sperry Rand Ltd | Optical sighting device |
| US3547522A (en) * | 1968-09-04 | 1970-12-15 | United Aircraft Corp | On-axis collimated viewing system |
| FR2269095A1 (en) * | 1974-04-25 | 1975-11-21 | Sovis | Leakproof episcope with two prisms - has elastomer housings with screw tightening system |
| FR2280094A1 (en) * | 1974-07-23 | 1976-02-20 | Tech Radioelectri Electro | Wide angle collimator for superimposition of display - has display screen and facing optical system on either side of semi-reflector |
-
1977
- 1977-10-25 DE DE19772747760 patent/DE2747760C3/en not_active Expired
- 1977-11-04 GB GB4603477A patent/GB1567358A/en not_active Expired
- 1977-11-11 JP JP13485177A patent/JPS5368258A/en active Pending
- 1977-11-14 CA CA290,745A patent/CA1090176A/en not_active Expired
- 1977-11-22 SE SE7713172A patent/SE439070B/en not_active IP Right Cessation
- 1977-11-28 FR FR7735721A patent/FR2372450A1/en active Granted
- 1977-11-29 IT IT5199877A patent/IT1090990B/en active
-
1981
- 1981-04-08 JP JP5188881A patent/JPS56162712A/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SE7713172L (en) | 1978-05-30 |
| IT1090990B (en) | 1985-06-26 |
| JPS56162712A (en) | 1981-12-14 |
| FR2372450A1 (en) | 1978-06-23 |
| JPS5368258A (en) | 1978-06-17 |
| DE2747760C3 (en) | 1980-03-27 |
| FR2372450B1 (en) | 1983-07-29 |
| CA1090176A (en) | 1980-11-25 |
| GB1567358A (en) | 1980-05-14 |
| DE2747760A1 (en) | 1978-06-01 |
| DE2747760B2 (en) | 1979-07-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4082432A (en) | Head-up visual display system using on-axis optics with image window at the focal plane of the collimating mirror | |
| US4714320A (en) | Display systems | |
| EP1798587B1 (en) | Head-up display | |
| US5453877A (en) | Optical system of collimation notably for helmet display unit | |
| US4652870A (en) | Display arrangements for head-up display systems | |
| US4968123A (en) | Helmet mounted display configured for simulator use | |
| US4761056A (en) | Compact helmet mounted display | |
| US7602552B1 (en) | Head-up display system | |
| EP0834097B1 (en) | Head gear display system | |
| US4961626A (en) | Direct incorporation of night vision in a helmet mounted display | |
| US3737212A (en) | Diffraction optics head up display | |
| US4026641A (en) | Toric reflector display | |
| US3787109A (en) | Inside helmet sight apparatus | |
| US3230819A (en) | Optical display means for an all weather landing system of an aircraft | |
| USRE28847E (en) | Inside helmet sight display apparatus | |
| IL142439A (en) | Optical device for helmet visor comprising a diffractive mirror | |
| US3936148A (en) | Head-up display units and optical devices | |
| GB2042206A (en) | Combiner for head-up display | |
| JPS61194421A (en) | Optical apparatus for supply of display image | |
| US5640275A (en) | Head-up display device of holographic type | |
| JPS6146925A (en) | Pilot display apparatus and method for correction of deviation of windproof glass | |
| US5278696A (en) | Head-up display system | |
| US4993788A (en) | Head-up display systems | |
| US4275639A (en) | Periscopic sight with a unitary lens system | |
| US10409077B2 (en) | Distributed aperture head up display (HUD) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NUG | Patent has lapsed |
Ref document number: 7713172-0 Effective date: 19891114 Format of ref document f/p: F |