RU2540135C1 - Imaging system - Google Patents
Imaging system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2540135C1 RU2540135C1 RU2014100474/28A RU2014100474A RU2540135C1 RU 2540135 C1 RU2540135 C1 RU 2540135C1 RU 2014100474/28 A RU2014100474/28 A RU 2014100474/28A RU 2014100474 A RU2014100474 A RU 2014100474A RU 2540135 C1 RU2540135 C1 RU 2540135C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- component
- lens
- optical axis
- combiner
- angle
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано при создании оптических систем нашлемных дисплеев, например, для индивидуальной экипировки бойца.The invention relates to the field of optical instrumentation and can be used to create optical systems helmet-mounted displays, for example, for individual equipment of a fighter.
Система формирования изображения предназначена для создания в поле зрения наблюдателя изображения, которое рассматривается им одновременно с окружающей обстановкой. Совмещение изображений осуществляется за счет частично отражающего и частично пропускающего элемента - комбинера, на который нанесено спектроделительное покрытие или голограмма. Яркость создаваемого изображения должна быть достаточной для его восприятия на фоне окружающей обстановки при ярком солнечном свете.The imaging system is designed to create in the field of view of the observer an image that is considered by him at the same time as the environment. The combination of images is carried out due to a partially reflecting and partially transmitting element - a combiner, on which a spectro-splitting coating or a hologram is applied. The brightness of the created image should be sufficient for its perception against the background of the surrounding environment in bright sunlight.
Известна оптическая система нашлемного коллиматорного дисплея (см. патент RU 2353958 C1, МПК G02B 27/00, опубл. 27.04.2009 г.), которая содержит комбинер, первый светоделитель, проекционный объектив, включающий два компонента, апертурную диафрагму, расположенную между указанными компонентами, второй светоделитель и источник изображения. Основной недостаток системы - наличие полупрозрачного зеркала, которое снижает энергетические характеристики в четыре раза.A known optical system helmet-mounted collimator display (see patent RU 2353958 C1, IPC G02B 27/00, publ. 04/27/2009), which contains a combiner, a first beam splitter, a projection lens comprising two components, an aperture diaphragm located between these components , second beam splitter and image source. The main disadvantage of the system is the presence of a translucent mirror, which reduces the energy characteristics by four times.
Известна оптическая система для нашлемных дисплеев, описанная в патенте US 5526183, МПК G02B 27/14, опубл. 11.06.1996 г., которая содержит комбинер и передающий модуль, состоящий из шести линз и клина. К недостаткам этой системы можно отнести сложность конструкции передающего модуля и его большие габаритные размеры.Known optical system for helmet displays, described in patent US 5526183, IPC G02B 27/14, publ. 06/11/1996, which contains a combiner and a transmitting module, consisting of six lenses and a wedge. The disadvantages of this system include the complexity of the design of the transmitting module and its large overall dimensions.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой системе, принятой за прототип, является система формирования изображения для нашлемного дисплея (см. патент WO 97/01123, МПК G02B 27/01, 17/00, опубл. 09.01.1997 г.), включающая первый компонент - комбинер, отражающая поверхность которого является асферическим тороидом, установленный под углом к оптической оси системы, второй компонент, содержащий первую положительную плосковыпуклую линзу и вторую положительную выпукло-вогнутую линзу, все поверхности которых сферические, сильно децентрированные (на 16,8 мм) относительно оптической оси системы и установленные к ней под углом, и дисплей, также установленный под углом к оптической оси. В схеме прототипа между первым и вторым компонентами отсутствует промежуточное изображение и вынос комбинера относительно глаза наблюдателя составляет 83 мм, при этом световой диаметр линз второго компонента более 40 мм и толщина по оси более 12 мм.The closest in technical essence to the claimed system adopted for the prototype is an imaging system for a helmet-mounted display (see patent WO 97/01123, IPC G02B 27/01, 17/00, published on 01/09/1997), including the first component - a combiner, the reflecting surface of which is an aspherical toroid, mounted at an angle to the optical axis of the system, the second component containing the first positive plano-convex lens and the second positive convex-concave lens, all surfaces of which are spherical, strongly decentered (by 16.8 mm) relative to the optical axis of the system and mounted to it at an angle, and a display also mounted at an angle to the optical axis. In the prototype scheme, there is no intermediate image between the first and second components and the combiner’s extension relative to the observer’s eye is 83 mm, while the light diameter of the lenses of the second component is more than 40 mm and the axis thickness is more than 12 mm.
Наблюдение обстановки осуществляется непосредственно глазом сквозь комбинер, работающий на пропускание (на просвет). Световой поток от дисплея проходит через второй компонент, затем отражается от вогнутой поверхности комбинера и попадает в глаз наблюдателя.Observation of the situation is carried out directly by the eye through the combiner, which works for transmission (in clearance). The light flux from the display passes through the second component, then it is reflected from the concave surface of the combiner and enters the eye of the observer.
К основным недостаткам прототипа следует отнести большие габариты и массу второго компонента, связанные с использованием сильно децентрированных линз и значительным выносом комбинера относительно глаза наблюдателя, ограничивающим к тому же поле зрения для бинокулярного варианта системы.The main disadvantages of the prototype include the large dimensions and mass of the second component, associated with the use of highly decentralized lenses and a significant removal of the combiner relative to the observer's eye, limiting the same field of view for the binocular version of the system.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является уменьшение выноса комбинера относительно глаза наблюдателя и массы второго компонента в системе формирования изображения при высоком качестве изображения.The problem to which the invention is directed, is to reduce the offset of the combiner relative to the observer’s eye and the mass of the second component in the image formation system with high image quality.
Указанная цель достигается тем, что в системе формирования изображения, содержащей первый компонент, выполненный в виде комбинера, установленного под углом к оптической оси системы, второй компонент, содержащий первую положительную двояковыпуклую линзу и вторую выпукло-вогнутую линзу, которые децентрированы и наклонены относительно оптической оси системы, излучающий микродисплей, установленный под углом к оптической оси системы, и электронный блок обработки информации, поверхности первого компонента выполнены биконическими, во втором компоненте вторая линза выполнена отрицательной и дополнительно введены третья и четвертая положительные двояковыпуклые линзы, при этом первый и второй компоненты выполнены и установлены таким образом, что между ними формируется промежуточное изображение.This goal is achieved by the fact that in the imaging system containing the first component, made in the form of a combiner mounted at an angle to the optical axis of the system, the second component containing the first positive biconvex lens and the second convex-concave lens, which are decentered and tilted relative to the optical axis systems emitting a microdisplay installed at an angle to the optical axis of the system, and an electronic information processing unit, the surfaces of the first component are made biconical, in the second m second lens component is made negative and the program further includes third and fourth biconvex positive lens, wherein the first and second components are made and arranged so that an intermediate image is formed between them.
А также тем, что во втором компоненте первая поверхность второй линзы выполнена асферической.And also by the fact that in the second component, the first surface of the second lens is aspherical.
А также тем, что во втором компоненте первая поверхность третьей линзы выполнена асферической.And also because in the second component the first surface of the third lens is aspherical.
А также тем, что во втором компоненте третья и четвертая линзы децентрированы относительно оптической оси первой и второй линз.And also the fact that in the second component the third and fourth lenses are decentered relative to the optical axis of the first and second lenses.
На фиг.1 представлена схема системы формирования изображения.Figure 1 presents a diagram of an imaging system.
На фиг.2 представлен ход лучей в системе формирования изображения.Figure 2 presents the path of the rays in the imaging system.
На фиг.3 представлены графики функции концентрации энергии (ФКЭ) в кружке заданного диаметра, характеризующие качество системы формирования изображения.Figure 3 presents graphs of the function of energy concentration (FFE) in a circle of a given diameter, characterizing the quality of the imaging system.
Система формирования изображения содержит первый компонент - комбинер 1, поверхности которого выполнены биконическими, установленный под углом α к оптической оси системы, второй компонент, содержащий первую положительную двояковыпуклую линзу 2, вторую отрицательную выпукло-вогнутую линзу 3, третью положительную двояковыпуклую линзу 4 и четвертую положительную двояковыпуклую линзу 5, излучающий микродисплей 6 и электронный блок обработки информации 7. Во втором компоненте первые поверхности линз 3 и 4 выполнены асферическими. Линзы 2 и 3 децентрированы относительно оптической оси на величину b1, выбранную из условия 0≤b1≤2 мм, и наклонены на угол β. Линзы 4 и 5 децентрированы относительно оптической оси линз 2 и 3 на величину b2, выбранную из условия 2≤b2≤4 мм. Микродисплей 6 установлен под углом γ к оптической оси системы.The imaging system contains a first component — a
Система формирования изображения работает следующим образом. Сигнал от наблюдаемой сцены с оптико-электронного устройства (например, тепловизора) передается в электронный блок обработки информации 7, в который одновременно поступает служебная информация. В электронном блоке обработки информации 7 формируется видеокадр, в котором в растровое изображение добавляется служебная информация. Затем полученный видеокадр сворачивается с обратной функцией дисторсии оптической системы и передается на излучающий микродисплей 6. После чего излучение проходит через линзы 5-2 второго компонента, затем отражается от вогнутой поверхности комбинера 1, далее коллимированый пучок излучения направляется в глаз наблюдателя. Наблюдатель видит изображение, поступающее от излучающего микродисплея 6, содержащее изображение сцены со служебной информацией, наложенное на изображение окружающей обстановки, рассматриваемое сквозь комбинер 1.The imaging system operates as follows. The signal from the observed scene from the optical-electronic device (for example, a thermal imager) is transmitted to the electronic
Компоновка оптической системы с формированием промежуточного изображения позволило уменьшить световые диаметры линз 2-5 второго компонента до 22 мм, а их толщину по оси до 8,5 мм, и тем самым уменьшить его массу и габариты.The layout of the optical system with the formation of an intermediate image made it possible to reduce the light diameters of lenses 2-5 of the second component to 22 mm, and their axial thickness to 8.5 mm, and thereby reduce its weight and dimensions.
Уменьшение выноса комбинера 1 относительно глаза наблюдателя до 67 мм позволяет увеличить поле зрения для бинокулярного варианта системы и улучшает эргономические характеристики системы формирования изображения за счет оптимального расположения центра масс.Reducing the offset of the
В заявляемой системе хорошо исправлены сферическая аберрация и астигматизм за счет выбранной формы поверхности комбинера 1 и увеличения числа линз во втором компоненте, что иллюстрируют графики функции концентрации энергии, приведенной на фиг.3. В предложенной системе формирования изображения исправление дисторсии происходит за счет электронной компенсации, осуществляемой блоком обработки информации 7.In the inventive system, spherical aberration and astigmatism are well corrected due to the selected surface shape of the
Таким образом, выполнение системы формирования изображения в соответствии с формулой заявляемых материалов позволяет уменьшить габариты и массу за счет уменьшения выноса комбинера относительно глаза наблюдателя и габаритов второго компонента при высоком качестве изображения.Thus, the implementation of the imaging system in accordance with the formula of the claimed materials can reduce the dimensions and weight by reducing the removal of the combiner relative to the observer’s eye and the dimensions of the second component with high image quality.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014100474/28A RU2540135C1 (en) | 2014-01-09 | 2014-01-09 | Imaging system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014100474/28A RU2540135C1 (en) | 2014-01-09 | 2014-01-09 | Imaging system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2540135C1 true RU2540135C1 (en) | 2015-02-10 |
Family
ID=53286771
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014100474/28A RU2540135C1 (en) | 2014-01-09 | 2014-01-09 | Imaging system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2540135C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2586097C1 (en) * | 2015-04-09 | 2016-06-10 | Открытое акционерное общество "ЛОМО" | Helmet-mounted wide-angle collimating optical display system |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1985004961A1 (en) * | 1984-04-16 | 1985-11-07 | Hughes Aircraft Company | Biocular holographic helmet mounted display |
WO1997001123A2 (en) * | 1995-06-22 | 1997-01-09 | Honeywell Inc. | Head gear display system |
RU63559U1 (en) * | 2007-01-09 | 2007-05-27 | Открытое акционерное общество "ЛОМО" | OPTICAL SYSTEM OF THE PROJECTION ON-BOARD INDICATOR |
US20130100524A1 (en) * | 2011-10-19 | 2013-04-25 | Simon Magarill | Microdisplay-based head-up display system |
-
2014
- 2014-01-09 RU RU2014100474/28A patent/RU2540135C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1985004961A1 (en) * | 1984-04-16 | 1985-11-07 | Hughes Aircraft Company | Biocular holographic helmet mounted display |
WO1997001123A2 (en) * | 1995-06-22 | 1997-01-09 | Honeywell Inc. | Head gear display system |
RU63559U1 (en) * | 2007-01-09 | 2007-05-27 | Открытое акционерное общество "ЛОМО" | OPTICAL SYSTEM OF THE PROJECTION ON-BOARD INDICATOR |
US20130100524A1 (en) * | 2011-10-19 | 2013-04-25 | Simon Magarill | Microdisplay-based head-up display system |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2586097C1 (en) * | 2015-04-09 | 2016-06-10 | Открытое акционерное общество "ЛОМО" | Helmet-mounted wide-angle collimating optical display system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2013217496B2 (en) | Image generation systems and image generation methods | |
US10782453B2 (en) | Display devices with reflectors | |
US7525735B2 (en) | High resolution head mounted projection display | |
EP3712682A1 (en) | Device, optical engine component and method for augmented reality | |
EP1267197A2 (en) | Head-mounted optical apparatus for stereoscopic display | |
US11287663B2 (en) | Optical transmitting module and head mounted display device | |
US11698516B2 (en) | Head mounted display device and near-eye light field display device thereof | |
US10101587B2 (en) | Display apparatus | |
US20150160448A1 (en) | Stereo microscope system | |
KR102620615B1 (en) | Optical systems for virtual image creation, and smart glasses | |
KR20140046365A (en) | Dot-sighting device with beam splitter | |
Huxford | Wide FOV head-mounted display using hybrid optics | |
US12066629B2 (en) | Image display apparatus and head-mounted display | |
US20200132988A1 (en) | Corrector plates for head mounted display system | |
RU2518863C1 (en) | Optical system for projection type on-board display | |
RU2540135C1 (en) | Imaging system | |
KR20130116547A (en) | Optical system for see-through type head mounted display | |
KR20130116548A (en) | Optical system for see-through type head mounted display | |
RU140710U1 (en) | PICTURE FORMATION SYSTEM | |
CN218917840U (en) | Defocused display glasses | |
KR101960270B1 (en) | Viewer with enhanced depth perception | |
JP2017501435A5 (en) | ||
RU2545465C1 (en) | Large-aperture lens | |
RU210728U1 (en) | OPTICAL SYSTEM FOR INDICATOR ON THE WINDSHIELD | |
RU2586097C1 (en) | Helmet-mounted wide-angle collimating optical display system |