RU2301436C2 - Wide-angle virtual helmet with possibility of combination of real and virtual space - Google Patents
Wide-angle virtual helmet with possibility of combination of real and virtual space Download PDFInfo
- Publication number
- RU2301436C2 RU2301436C2 RU2005109729/28A RU2005109729A RU2301436C2 RU 2301436 C2 RU2301436 C2 RU 2301436C2 RU 2005109729/28 A RU2005109729/28 A RU 2005109729/28A RU 2005109729 A RU2005109729 A RU 2005109729A RU 2301436 C2 RU2301436 C2 RU 2301436C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mirror
- lens
- liquid crystal
- virtual
- fresnel
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к оптике и предназначено для создания объемного, стереоскопического изображения, совмещенного с реальным окружающим пространством с помощью виртуального шлема для операторов машин, в шоу, в тренажерных системах, в микрохирургии, в информационных системах, в играх, в дистанционных действиях с помощью связи и Интернета и т.д.The invention relates to optics and is intended to create a three-dimensional, stereoscopic image combined with a real environment using a virtual helmet for machine operators, in shows, in training systems, in microsurgery, in information systems, in games, in remote actions using communication and Internet etc.
Существует виртуальный шлем /1/, у которого угол обзора может быть как угодно большим. Он представляет собой очки, где каждый глаз наблюдателя видит изображение из соответствующей стереопары. Каждое изображение строится с помощью ЖК (жидкокристаллического) дисплея, микролинзового растра и апертурного растра. Каждая микролинза растра располагается перед соответствующим пикселем экрана, которые находятся на фокусном расстоянии, строят изображение пикселей на бесконечности в направлении глаза. В сумме при этом получается полное изображение. Размеры экрана могут быть любыми, и расстояние до глаза определяется только линзами растра.There is a virtual helmet / 1 /, in which the viewing angle can be arbitrarily large. It represents glasses where each eye of the observer sees the image from the corresponding stereo pair. Each image is constructed using an LCD (liquid crystal) display, a microlens raster and an aperture raster. Each raster microlens is located in front of the corresponding pixel of the screen, which are located at the focal length, build the image of the pixels at infinity in the direction of the eye. In total, a complete image is obtained. Screen sizes can be any, and the distance to the eye is determined only by the raster lenses.
В данных виртуальных очках (шлеме) оператору (наблюдателю) невозможно настраиваться на изображение далеких и близких объектов. Расстояние до глаза, центровка между глазом и экраном должны быть точно выдержаны. Так как между пикселями экрана существуют мертвые темные зоны, то на изображении могут существовать зоны затемнения. В связи с этим должна быть настройка: центр хрусталика, микролинза растра, пиксель экрана. Так же необходимо точно выполнить микролинзы, размер которых не более 100 мкм, и с точностью единиц микрометра расположить их на пиксели экрана. При этом нет возможности создать достаточно качественное изображение реального окружающего пространства и с высокой скоростью синхронизовать его с перемещением головы наблюдателя, так как изображение окружающего пространства создается на информационном экране с помощью видеокамер, датчиков положения головы наблюдателя в пространстве и компьютера. Подобная проблема достаточно просто решается с помощью применения полупрозрачных делительных зеркал. В таком случае каждый глаз наблюдателя видит два изображения, одно из которых - реальное изображение окружающего пространства, а второе генерируется с помощью определенной оптической системы и информационного экрана.In these virtual glasses (helmet), the operator (observer) cannot adjust to the image of distant and close objects. The distance to the eye, the alignment between the eye and the screen must be precisely maintained. Since dead dark areas exist between the pixels on the screen, dark areas may exist on the image. In this regard, there should be a setting: the center of the lens, raster microlens, screen pixel. It is also necessary to accurately perform microlenses, the size of which is not more than 100 microns, and with the accuracy of micrometer units place them on the screen pixels. At the same time, it is not possible to create a sufficiently high-quality image of the real environment and synchronize it with a high speed with the movement of the observer’s head, since the image of the environment is created on the information screen using cameras, position sensors of the observer’s head in space and a computer. A similar problem is quite easily solved by using translucent dividing mirrors. In this case, each eye of the observer sees two images, one of which is a real image of the surrounding space, and the second is generated using a specific optical system and information screen.
Виртуальный шлем /2/, где проблему угла зрения и совмещения реального и виртуального изображений решили с помощью частично отражающего зеркала, которое имеет специальную форму поверхности, которая отражает лазерные лучи, идущие от сканера на зрачок глаза. Источником света для глаза является цветные RGB-лазеры, изображение строится на сетчатке глаза при помощи сканирующих устройств. При этом повышается разрешение системы, так как сканируемый луч не имеет строение пикселей, а рисуется сразу строка. Сам лазерный сканер находится в височной области головы человека и посылает совмещенные лазерные лучи на поверхность зеркального покрытия очков таким образом, чтобы лучи сходились в центре хрусталика глаза и само изображение строилось на сетчатке глаза. Изображение реального пространства поступает на глаз человека без изменений, так как лучи проходят полупрозрачное зеркало без видимых изменений, а лишь ослабленным. Так как глаз легко подстраивается под уровень освещения, то это не представляет никаких неудобств. Подобное устройство в мире именуется VRD технологией.A virtual helmet / 2 /, where the problem of the angle of view and the combination of real and virtual images was solved using a partially reflecting mirror, which has a special surface shape that reflects laser beams coming from the scanner to the pupil of the eye. The light source for the eye is colored RGB lasers, the image is built on the retina of the eye using scanning devices. This increases the resolution of the system, since the scanned beam does not have a pixel structure, and a line is drawn immediately. The laser scanner itself is located in the temporal region of the human head and sends the combined laser beams to the surface of the mirror coating of the glasses so that the rays converge in the center of the lens and the image itself is built on the retina. The image of real space enters the human eye without changes, since the rays pass through a translucent mirror without visible changes, but only weakened. Since the eye easily adjusts to the level of lighting, this does not present any inconvenience. A similar device in the world is called VRD technology.
Данное изобретение имеет определенные недостатки и сложности в реализации. Так как глаз человека подвижен, то необходима система слежения за зрачком глаза и отработка этих перемещений сканерами. Глаз человека может настраиваться как на далекие, так и близкие объекты, при этом происходит изменение не только фокуса хрусталика, но и изменяется расстояние до сетчатки глаза. В связи с этим предполагается наличие системы определения расстояния до сетчатки глаза и построения изображения на сетчатке. В связи с этим необходимо согласовать сканер, отражающую поверхность и центр хрусталика глаза. Все это приводит к дополнительным, значительно сложным техническим решениям, которые существенно повышают его стоимость и требуют применения специальных компьютеров и дополнительного программного обеспечения.This invention has certain disadvantages and difficulties in implementation. Since the human eye is mobile, a tracking system for the pupil of the eye and the development of these movements by scanners is necessary. The human eye can be adjusted both to distant and close objects, and this changes not only the focus of the lens, but also changes the distance to the retina. In this regard, it is assumed that there is a system for determining the distance to the retina of the eye and the construction of images on the retina. In this regard, it is necessary to coordinate the scanner, the reflecting surface and the center of the lens of the eye. All this leads to additional, significantly complex technical solutions that significantly increase its cost and require the use of special computers and additional software.
Наиболее близким по техническому решению является виртуальный шлем /3/, представляющий собой очки, состоящие для каждого канала из полупрозрачного делительного зеркала, которое разделяет виртуальное и реальное пространство, положительной линзы Френеля, жидкокристаллического информационного экрана, слоя жидкого кристалла в виде оптического клина с дискретным градиентом, а также множества фотоприемников, расположенных на шлеме, схемы измерения высоты, крена, расстояния и мигания глаз.The closest in technical solution is a virtual helmet / 3 /, which is a pair of glasses consisting of a translucent dividing mirror for each channel, which separates virtual and real space, a positive Fresnel lens, a liquid crystal information screen, a layer of a liquid crystal in the form of an optical wedge with a discrete gradient , as well as many photodetectors located on the helmet, a scheme for measuring height, roll, distance and eye blinking.
К недостаткам данного устройства стоит отнести малый угол зрения устройства, не более ±30°, так как фокус линзы не может превысить ее диаметр при допустимых сферических аберрациях. Существование режимов полного погружения в виртуальное пространство, которое должно быть полностью согласовано с положением головы наблюдателя в пространстве. Если наблюдается даже небольшое несоответствие, то мозг оператора (наблюдателя) перестает адекватно реагировать на происходящие события и это может привести к психическим заболеваниям.The disadvantages of this device include a small angle of view of the device, not more than ± 30 °, since the focus of the lens cannot exceed its diameter with allowable spherical aberrations. The existence of modes of complete immersion in virtual space, which should be fully consistent with the position of the observer's head in space. If there is even a slight discrepancy, then the brain of the operator (observer) ceases to adequately respond to events and this can lead to mental illness.
Задача, на решение которой направлено изобретение, - это использование зеркальных линз для увеличения угла обзора изображения, применение жидкокристаллических экранов специальной конструкции, которые могут переводить виртуальное изображение в реальную ближнюю зону, и применение таких технических решений, которые позволили бы совместить виртуальное изображение с наблюдаемым окружающим пространством, при этом незначительно усложняли бы алгоритмы функционирования устройства по сравнению с традиционными методами.The problem to which the invention is directed is the use of mirror lenses to increase the viewing angle of the image, the use of specially designed liquid crystal screens that can translate a virtual image into the real near zone, and the use of such technical solutions that would allow the virtual image to be combined with the observed environment space, while slightly complicating the algorithms of the device compared to traditional methods.
Технический результат направлен на создание простого в исполнении виртуального шлема с широким углом обзора виртуального изображения, возможностью наблюдения виртуального изображения в близкой и дальней зонах, и совмещения реального изображения с виртуальным.The technical result is aimed at creating a simple virtual helmet with a wide viewing angle of a virtual image, the possibility of observing a virtual image in the near and far zones, and combining a real image with a virtual one.
В предлагаемом устройстве технический результат достигается применением в каждом оптическом канале делительного зеркала, одной зеркальных линз Френеля, и информационного экрана (дисплея) специальной конструкции, обеспечивающего переключение дальней и близкой зоны наблюдения.In the proposed device, the technical result is achieved by the use of a dividing mirror, one Fresnel mirror lens, and a special design information screen (display) in each optical channel, which enables switching of the far and near viewing zones.
Для упрощения технологии изготовления зеркальной линзы, ее можно затененить на параболическое зеркало. Для того чтобы убрать из бокового поля зрения изображение информационного экрана, целесообразно использовать оптическую систему, использующую два оптических элемента, где первый оптический элемент переносит изображение хрусталика глаза в фокус второго элемента.To simplify the technology of manufacturing a mirror lens, it can be shaded on a parabolic mirror. In order to remove the image of the information screen from the side field of view, it is advisable to use an optical system using two optical elements, where the first optical element transfers the image of the lens of the eye to the focus of the second element.
Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации, содержащим сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволяет установить, что заявителем не обнаружены технические решения, характеризующиеся признаками, идентичными всем существующим признакам заявляемого изобретения. Отличие из перечня выявленных аналогов прототипа, позволило выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявляемом объекте, изложенных в формуле изобретения.The analysis of the prior art, including a search by patents and scientific and technical sources of information containing information about analogues of the claimed invention, allows us to establish that the applicant has not found technical solutions characterized by features identical to all existing features of the claimed invention. The difference from the list of identified analogues of the prototype made it possible to identify a set of essential (with respect to the technical result perceived by the applicant) distinctive features in the claimed object set forth in the claims.
Следовательно, заявляемое изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.Therefore, the claimed invention meets the requirement of "novelty" under applicable law.
Сведения об известности отличительных признаков в совокупностях признаков известных технических решений с достижением такого же, как у заявляемого устройства положительного эффекта не имеется. На основании этого сделан вывод, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".Information about the fame of the distinguishing features in the totality of the characteristics of the known technical solutions with the achievement of the same as the claimed device has no positive effect. Based on this, it was concluded that the proposed technical solution meets the criterion of "inventive step".
Широкоугольный шлем с возможностью совмещения реального и виртуального пространства поясняется фиг.1-6.A wide-angle helmet with the possibility of combining real and virtual space is illustrated in figures 1-6.
На фиг.1 показана оптическая схема виртуального шлема с использованием зеркальной линзы Френеля (один канал).Figure 1 shows the optical diagram of a virtual helmet using a Fresnel mirror lens (single channel).
На фиг.2 показана оптическая схема виртуального шлема с использованием параболического зеркала (один канал).Figure 2 shows the optical diagram of a virtual helmet using a parabolic mirror (single channel).
На фиг.3 показана оптическая схема виртуального шлема с использованием зеркальной линзы Френеля (один канал).Figure 3 shows the optical diagram of a virtual helmet using a Fresnel mirror lens (single channel).
На фиг.4 показана оптическая схема виртуального шлема с использованием специальных зеркал (один канал).Figure 4 shows the optical scheme of a virtual helmet using special mirrors (single channel).
На фиг.5, 6 показано строение специального информационного экрана.Figure 5, 6 shows the structure of a special information screen.
Широкоугольный виртуальный шлем с возможностью совмещения реального и виртуального пространства представлен на фиг.1 и для каждого канала состоит из жидкокристаллического информационного экрана (дисплея) 6, который оптически связан с делительным зеркалом 2, которое в свою очередь оптически связано с зеркальной линзой Френеля 3 и глазом наблюдателя 1. На виртуальном шлеме 10 расположен блок ориентации шлема в пространстве 7, который электрически связан с компьютером 9, который в свою очередь связан с информационным экраном (дисплеем) 6. Освещение жидкокристаллического информационного экрана осуществляется блоком светодиодов 11 с выходными линзами Френеля.A wide-angle virtual helmet with the possibility of combining real and virtual space is shown in Fig. 1 and for each channel consists of a liquid crystal information screen (display) 6, which is optically coupled to a
Широкоугольный виртуальный шлем с возможностью совмещения реального и виртуального пространства работает следующим образом. Виртуальный шлем 10 устанавливается на голове оператора, где перед каждым его глазом 1 располагается делительное зеркало 2, расположенное под углом 45° к оптической оси, с помощью которого производится совмещение виртуального изображения и реального пространство. На оптической оси, снизу делительного зеркала 2, на фокусном расстоянии от глаза устанавливается зеркальная линза Френеля 3, от которой также на ее фокусном расстоянии, но сверху от делительного зеркала 2, располагается жидкокристаллический информационный экран 6. Для координации виртуального изображения с реальным изображением на шлеме 10 устанавливается блок ориентации шлема в пространстве 7, который может представлять собой гироскопы, датчики магнитного поля земли, видеокамеры, анализирующие окружающее пространство и т.п. В соответствии с положением шлема 10 наблюдателя в пространстве компьютер 9 генерирует виртуальное изображение. Так как существует возможность наблюдения изображения жидкокристаллического информационного экрана 6 минуя оптическую систему, то необходимо создать подсветку информационного экрана 6 слаборасходящимся пучком света и такая подсветка осуществляется блоком светодиодов 11 с линзами Френеля. Применение обычных линз на светодиодах не позволяет создавать расходимость светового пучка менее 6°, поэтому применение обычных светодиодов нецелесообразно. Используя зеркальные линзы Френеля можно получить устройство с широким углом зрения, так как отношение диаметра к фокусу у зеркальных линз может превышать 2. Виртуальный шлем, приведенный на фиг.1, для удобства пользования может быть перевернутым относительно горизонтальной плоскости.A wide-angle virtual helmet with the ability to combine real and virtual space works as follows. A
В вышеприведенном устройстве существуют проблема, связанная с тем, что при использовании положительной зеркальной линзы Френеля с ростом апертуры на ее краях линзы возрастают потери за счет обрезания части светового потока на соседних бороздках, поэтому целесообразно использовать вместо зеркальной линзы Френеля параболическое зеркало.In the above device, there is a problem associated with the fact that when using a positive Fresnel mirror lens with increasing aperture at its lens edges, losses increase due to cutting off part of the light flux on neighboring grooves, so it is advisable to use a parabolic mirror instead of a Fresnel mirror lens.
Широкоугольный виртуальный шлем с возможностью совмещения реального и виртуального пространства представлен на фиг.2 и для каждого канала состоит из жидкокристаллического информационного экрана (дисплея) 6, который оптически связан с делительным зеркалом 2, которое в свою очередь оптически связано с параболическим зеркалом 3 и глазом наблюдателя 1. На виртуальном шлеме 10 расположен блок ориентации шлема в пространстве 7, который электрически связан с компьютером 9, который в свою очередь связан с информационным экраном (дисплеем) 6. Блок освещения 11 освещает информационный экран.A wide-angle virtual helmet with the possibility of combining real and virtual space is shown in Fig. 2 and for each channel consists of a liquid crystal information screen (display) 6, which is optically coupled to a
Широкоугольный виртуальный шлем 10 с возможностью совмещения реального и виртуального пространства работает следующим образом. Виртуальный шлем 10 устанавливается на голове оператора, где перед каждым его глазом 1 располагается делительное зеркало 2, расположенное под углом 45° к оптической оси, с помощью которого производится совмещение виртуального изображения и реальное пространство. На оптической оси, снизу делительного зеркала 2, на фокусном расстоянии от глаза устанавливается параболическое зеркало 3, от которого также на его фокусном расстоянии, но сверху от делительного зеркала 2, располагается информационный экран 6. Для координации виртуального изображения с реальным изображением на шлеме 10 устанавливается блок ориентации шлема в пространстве 7, который может представлять собой гироскопы, датчики магнитного поля земли, видеокамеры, анализирующие окружающее пространство, и т.п. Блок освещения жидкокристаллического экрана может быть любым. Виртуальный шлем, приведенный на фиг.2, для удобства пользования может быть перевернутым относительно горизонтальной плоскости.A wide-angle
Для систем визирования далеких виртуальных объектов достаточно строить изображение информационного экрана на бесконечности, но часто необходимо строить изображение виртуальных объектов вблизи глаз, в связи с этим необходимо изменять не только параллакс стереоизображения, но и для комфортного наблюдения выводить виртуальное изображение из бесконечности. Для изменения положения виртуального изображения в пространстве достаточно изменить его положение вдоль оптической оси любым способом.For systems of sighting of distant virtual objects, it is enough to build an image of the information screen at infinity, but it is often necessary to build an image of virtual objects near the eyes, in this connection it is necessary to change not only the parallax of the stereo image, but also to take the virtual image out of infinity for comfortable observation. To change the position of a virtual image in space, it is enough to change its position along the optical axis in any way.
Для немеханического, неинерционного изменения положения виртуального изображения в пространстве можно использовать специальный информационный экран, конструкция которого представлена на фиг.5. Он состоит, по крайне мере, из двух жидкокристаллических экранов 1 и 2 без поляроидов, которые оптически связаны между собой. Экраны в свою очередь располагаются между двумя согласованными поляроидами 3 и 4, с которыми они оптически связаны.For non-mechanical, non-inertial changes in the position of the virtual image in space, you can use a special information screen, the design of which is presented in figure 5. It consists of at least two
Данный информационный экран работает следующим образом. Для перемещения плоскости изображения информационного экрана вдоль оптической оси используется множество ЖК экранов 1 и 2 без поляроидов, которые располагаются в виде сэндвича, которые в свою очередь все вместе располагаются между согласованными поляроидами 3 и 4. При последовательном переключении жидкокристаллических экранов создается перемещающаяся информационная плоскость изображения, при этом работает только один экран, а другие в это время просветлены. Если не согласованы плоскости поляризации между экранами, то между экранами располагаются фазовращающие пластинки.This information screen works as follows. To move the image plane of the information screen along the optical axis,
Также возможно построение перемещающейся информационной плоскости с помощью информационного экрана, представленного на фиг.6, который состоит из одного обычного информационного жидкокристаллического индикатора без поляроидов 3, оптически связанного по крайне мере с одним слоем жидкого кристалла со способностью изменять степень рассеяния 2, блока подсветка 5 и поляроидов 1 и 4.It is also possible to construct a moving information plane using the information screen shown in FIG. 6, which consists of one ordinary liquid crystal information indicator without polaroids 3, optically connected with at least one layer of liquid crystal with the ability to change the degree of scattering 2,
Приведенный информационный экран работает следующим образом. На одной оптической оси перед жидкокристаллическим индикатором 3 без поляроидов, подсветка которого осуществляется светодиодами с выходными линзами Френеля и создающими слаборасходящийся поток света 5, располагается по крайне мере один слой жидкого кристалла со способностью изменять степень рассеяния 2, который представлен в изобретениях /3/ и /4/. Жидкокристаллический индикатор 3 и слои жидкого кристалла располагаются между согласованными поляроидами 1 и 4. В плоскости, где необходимо построить изображение, создается рассеяние с помощью слоя жидкого кристалла 2, при этом остальные слои просветлены. Если не согласованы плоскости поляризации между жидкокристаллическим экраном и слоями жидкого кристалла, то между ними располагаются фазовращающие пластинки.The above information screen works as follows. At least one layer of a liquid crystal with the ability to change the degree of scattering 2, which is presented in the inventions / 3 / and /, is located on one optical axis in front of a non-polaroid
Недостатком устройств, представленных на фиг.1 и 2, является возможность наблюдения изображения информационных экранов, минуя оптическую систему, когда угол обзора изображения достаточно велик, так как экран располагается в непосредственной близости от глаза наблюдателя и сложности построения информационных экранов, представленных на фиг.5 и фиг.6.The disadvantage of the devices shown in figures 1 and 2 is the ability to observe images of information screens, bypassing the optical system, when the viewing angle of the image is large enough, since the screen is located in close proximity to the observer's eye and the complexity of constructing the information screens shown in figure 5 and Fig.6.
На фиг.3 представлен широкоугольный виртуальный шлем с возможностью совмещения реального и виртуального пространства, который состоит для каждого канала из информационного экрана (дисплея) 6, который оптически связан с полупрозрачным делительным зеркалом 5, которое в свою очередь оптически связано зеркальной линзой Френеля 4, которая оптически связана с линзой 12. Линза 12 оптически связана с делительным зеркалом 2 и второй зеркальной линзой Френеля 3. Делительное зеркало 2 и вторая зеркальная линза Френеля 3 оптически связаны с глазом наблюдателя 1. На виртуальном шлеме 10 расположен блок ориентации шлема в пространстве 7, который электрически связан с компьютером 9. Компьютер в свою очередь электрически связан с блоком ориентации управляемого борта и системы обнаружения 8 и с информационным экраном (дисплеем) 6.Figure 3 presents a wide-angle virtual helmet with the possibility of combining real and virtual space, which consists for each channel of an information screen (display) 6, which is optically coupled to a
Устройство, представленное на фиг.3, работает следующим образом. Виртуальный шлем 10 устанавливается на голове оператора, где перед каждым его глазом 1 располагается делительное зеркало 2, расположенное под углом 45° к оптической оси, с помощью которого производится совмещение виртуального изображения и реальное пространство. На оптической оси, снизу делительного зеркала 2, на двойном фокусном расстоянии от глаза устанавливается зеркальная линза Френеля 3, от которой также на ее двойном фокусном расстоянии, но сверху от делительного зеркала 2, строится изображение хрусталика глаза наблюдателя 11, которое в свою очередь располагается в фокусе зеркальной линзы Френеля 4. На фокусном расстоянии от линзы 4 располагается информационный экран 6, поэтому для разделения двух изображений в пространстве используется делительное полупрозрачное плоское зеркало 5. Для координации виртуального изображения с реальным изображением на шлеме устанавливается блок ориентации шлема в пространстве 7, который может представлять собой гироскопы, датчики магнитного поля земли, видеокамеры, анализирующие окружающее пространство, и т.п. В соответствии с положением шлема 10 наблюдателя в пространстве компьютер 9 генерирует виртуальное изображение. В реальной жизни бывает, что необходимо создавать виртуальное изображение объектов, координаты которых вычислила бортовая система обнаружения и наведения, в связи с этим необходима информация и от блока ориентации управляемого борта и системы обнаружения 8. Для изменения дальней и ближней зоны наблюдения виртуального изображения в пространстве используется линза 12, которая располагается на двойном фокусном расстоянии от линзы 3 и может перемещаться вдоль оптической оси. Также линза 12 может изменять свое фокусное расстояние, тогда ее необходимо вывести из точки изображения хрусталика глаза. Для этих целей также может использоваться информационный экран, представленный на фиг.5 и фиг.6, тогда линза 12 отсутствует. Виртуальный шлем, приведенный на фиг.3, для удобства пользования может быть перевернутым относительно горизонтальной плоскости.The device shown in figure 3, operates as follows. A
Для упрощения изготовления зеркальных линз и повышения качества изображения предлагается устройство, приведенное на фиг.4, которое состоит для каждого канала из информационного экрана (дисплея) 6, который оптически связан с делительным полупрозрачным плоским зеркалом 5, которое в свою очередь оптически связано зеркальным параболическим зеркалом 4, которое оптически связана с линзой 12. Линза 12 оптически связана с делительным зеркалом 2 и сферическим зеркалом 3. Делительное зеркало 2 и сферическое зеркало 3 оптически связаны с глазом наблюдателя 1. На виртуальном шлеме 10 расположен блок ориентации шлема в пространстве 7, который электрически связан с компьютером 9. Компьютер в свою очередь электрически связан с блоком ориентации управляемого борта и системы обнаружения 8 и с информационным экраном (дисплеем) 6.To simplify the manufacture of mirror lenses and improve image quality, the device shown in Fig. 4 is proposed, which consists for each channel of an information screen (display) 6, which is optically coupled to a dividing translucent
Широкоугольный виртуальный шлем с возможностью совмещения реального и виртуального пространства, представленный на фиг.4, работает следующим образом. Виртуальный шлем 10 устанавливается на голове оператора, где перед каждым его глазом 1 располагается делительное зеркало 2, расположенное под углом 45° к оптической оси, с помощью которого производится совмещение виртуального изображения и реальное пространство. На оптической оси, снизу делительного зеркала 2, на расстоянии радиуса от хрусталика глаза устанавливается сферическое зеркало 3, от которого также на расстоянии радиуса, но сверху от делительного зеркала 2, строится изображение хрусталика глаза наблюдателя 11, которое в свою очередь располагается в фокусе параболического зеркала 4. На фокусном расстоянии от зеркала 4 устанавливается информационный экран 6, поэтому для разделения двух изображений в пространстве используется делительное полупрозрачное плоское зеркало 5. Для координации виртуального изображения с реальным изображением на шлеме устанавливается блок ориентации шлема в пространстве 7, который может представлять собой гироскопы, датчики магнитного поля земли, видеокамеру, анализирующую окружающее пространство и т.п. В соответствии с положением шлема 10 наблюдателя в пространстве компьютер 9 генерирует виртуальное изображение. В реальной жизни бывает, что необходимо создавать виртуальное изображение объектов, координаты которой вычислила бортовая система обнаружения и наведения, в связи с этим необходима информация и от блока ориентации управляемого борта и системы обнаружения 8. Для изменения дальней и ближней зоны наблюдения виртуального изображения в пространстве используется линза 12, которая располагается на двойном фокусном расстоянии от линзы 3 и может перемещаться вдоль оптической оси. Также линза 12 может изменять свое фокусное расстояние, тогда ее необходимо вывести из точки изображения хрусталика глаза. Для этих целей также может использоваться информационный экран представленный на фиг.5 и фиг.6, тогда линза 12 отсутствует. Виртуальный шлем, приведенный на фиг.4, для удобства пользования может быть перевернутым относительно горизонтальной плоскости.A wide-angle virtual helmet with the possibility of combining real and virtual space, presented in figure 4, works as follows. A
Во всех приведенных устройствах делительное зеркало 2 должно иметь коэффициент отражения, равный 50%, по крайней мере, в одной определенной узкой области видимого спектра, которая согласована с длинами волн, используемых для подсветки жидкокристаллического индикатора 6.In all the above devices, the dividing
При использовании виртуального шлема, к которому относится и данное устройство, необходимо отслеживать состояние наблюдателя (оператора), так как происходит полная изоляция его от внешнего мира и мозг особенно устает, если нет соответствия между движениями человека и изображением. В связи с этим в целях безопасности, при применении данного устройства в ответственных ситуациях (реальный полет, медицинская операция, дистанционное управление реальным объектом и т.д.) необходима система слежения за состоянием человека в шлеме, для чего используется система слежения за состоянием человека по его кардиологическому пульсу, давлению, энцефалограмме. Для чего могут применяться соответствующие стандартные измерители.When using a virtual helmet, to which this device belongs, it is necessary to monitor the state of the observer (operator), since it is completely isolated from the outside world and the brain is especially tired if there is no correspondence between the movements of a person and the image. In this regard, for security purposes, when using this device in critical situations (real flight, medical operation, remote control of a real object, etc.), a tracking system for the state of a person in a helmet is required, for which a system for tracking the state of a person by his cardiological pulse, pressure, encephalogram. Why appropriate standard meters can be used.
ЛитератураLiterature
1. US патент №5,883,606, 1999 г., Lanny Starker Smoot, "Flat virtual displays for virtual reality".1. US patent No. 5,883,606, 1999, Lanny Starker Smoot, "Flat virtual displays for virtual reality".
2. US патент №5,903,397,1999," Display with multi-surface eyepiece".2. US patent No. 5,903,397,1999, "Display with multi-surface eyepiece".
3. Патент РФ №2056646, 1996 г., Калинин Ю.И., "Имитатор видимости в сложных метеорологических условиях".3. RF patent No. 2056646, 1996, Y. Kalinin, "Visibility simulator in difficult weather conditions."
4. Патент РФ №2128860, 1999 г., Калинин Ю.И и др. "Виртуальный шлем для летчиков".4. RF patent №2128860, 1999, Kalinin Yu.I. et al. "Virtual helmet for pilots."
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005109729/28A RU2301436C2 (en) | 2005-04-04 | 2005-04-04 | Wide-angle virtual helmet with possibility of combination of real and virtual space |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005109729/28A RU2301436C2 (en) | 2005-04-04 | 2005-04-04 | Wide-angle virtual helmet with possibility of combination of real and virtual space |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005109729A RU2005109729A (en) | 2006-10-10 |
| RU2301436C2 true RU2301436C2 (en) | 2007-06-20 |
Family
ID=37435367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005109729/28A RU2301436C2 (en) | 2005-04-04 | 2005-04-04 | Wide-angle virtual helmet with possibility of combination of real and virtual space |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2301436C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108681068A (en) * | 2018-02-12 | 2018-10-19 | 杭州太若科技有限公司 | AR display devices and wearable AR equipment |
| RU2716845C1 (en) * | 2019-06-06 | 2020-03-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие Волоконно-Оптического и Лазерного Оборудования" | Laser illuminator for collimating aviation indicator |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110146978A (en) * | 2018-02-12 | 2019-08-20 | 杭州太若科技有限公司 | AR display device and wearable AR equipment |
-
2005
- 2005-04-04 RU RU2005109729/28A patent/RU2301436C2/en active
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108681068A (en) * | 2018-02-12 | 2018-10-19 | 杭州太若科技有限公司 | AR display devices and wearable AR equipment |
| US20200371362A1 (en) * | 2018-02-12 | 2020-11-26 | Matrixed Reality Techology Co., Ltd. | Wearable ar system and ar display device |
| US11867906B2 (en) * | 2018-02-12 | 2024-01-09 | Matrixed Reality Techology Co., Ltd. | Wearable AR system and AR display device |
| RU2716845C1 (en) * | 2019-06-06 | 2020-03-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие Волоконно-Оптического и Лазерного Оборудования" | Laser illuminator for collimating aviation indicator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005109729A (en) | 2006-10-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10685492B2 (en) | Switchable virtual reality and augmented/mixed reality display device, and light field methods | |
| KR102594058B1 (en) | Method and system for tracking eye movements with optical scanning projector | |
| CN106797423B (en) | Sight line detection device | |
| US9076368B2 (en) | Image generation systems and image generation methods | |
| TWI569040B (en) | Autofocus head mounted display device | |
| US6445365B1 (en) | Image display apparatus and image photographing apparatus therefor | |
| US7436568B1 (en) | Head mountable video display | |
| US20190155033A1 (en) | Holographic display | |
| US20170255012A1 (en) | Head mounted display using spatial light modulator to move the viewing zone | |
| WO2009066408A4 (en) | Display device, display method and head-up display | |
| US20180284441A1 (en) | Wide field head mounted display | |
| JPH09105885A (en) | Head mount type stereoscopic image display device | |
| US20130107366A1 (en) | Embedded grating structure | |
| CN102004317A (en) | Spectacles-type image display device | |
| US20130234930A1 (en) | Scanning mirror laser and projector head-up display glasses | |
| WO2020124627A1 (en) | Near-eye display system and glasses-type virtual display | |
| CN114153066A (en) | Head-up display device and head-up display system | |
| EP3531214B1 (en) | Holographic display device and control method thereof | |
| RU2301436C2 (en) | Wide-angle virtual helmet with possibility of combination of real and virtual space | |
| WO2016101861A1 (en) | Head-worn display device | |
| US20230213772A1 (en) | Display systems with collection optics for disparity sensing detectors | |
| CN108459408B (en) | Intelligent mixed reality telescope | |
| JPH01118814A (en) | Stereoscopic image display device stereoscopic image device and stereoscopic image producing method using concave mirror and combined mirror | |
| CN113795783A (en) | Display integrated imaging device for head mounted display | |
| KR100851576B1 (en) | Optical device with triple lenses |