RU2766096C1 - Collimator - Google Patents

Collimator Download PDF

Info

Publication number
RU2766096C1
RU2766096C1 RU2021110381A RU2021110381A RU2766096C1 RU 2766096 C1 RU2766096 C1 RU 2766096C1 RU 2021110381 A RU2021110381 A RU 2021110381A RU 2021110381 A RU2021110381 A RU 2021110381A RU 2766096 C1 RU2766096 C1 RU 2766096C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
image
combiner
observer
optical axis
intermediate screen
Prior art date
Application number
RU2021110381A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Геннадий Александрович Базилев
Алексей Николаевич Ивлюшкин
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-Производственный Комплекс "Альфа-М"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-Производственный Комплекс "Альфа-М" filed Critical Акционерное общество "Научно-Производственный Комплекс "Альфа-М"
Priority to RU2021110381A priority Critical patent/RU2766096C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2766096C1 publication Critical patent/RU2766096C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B27/0149Head-up displays characterised by mechanical features
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/30Collimators

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Instrument Panels (AREA)

Abstract

FIELD: aviation.
SUBSTANCE: invention relates to on-board information systems of aerial vehicles, namely, to collimator indicators on the windshield. The collimator comprises a light source (1), a digital micro-mirror apparatus (2), an objective (3), an intermediate screen (4), an optical system (5), a mirror (6), and unifiers (7) and (25). The objective transfers the image formed by the digital micro-mirror apparatus to the intermediate screen installed perpendicular to the optical axis of the image. The optical system collimates the image on the intermediate screen, and the mirror reflects the image to the unifier located at an angle to the optical axis. One of the polarisation films is adhered to the surface of the intermediate screen, and the other, with a direction of polarisation perpendicular to the direction of polarisation of the film adhered to the surface of the intermediate screen, is adhered to the surface of the unifier located further from the observer.
EFFECT: ensured parallelism of the rays forming the image and absence of a split image.
5 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к бортовым информационным системам летательных аппаратов, а именно к коллиматорным индикаторам на лобовом стекле.The invention relates to on-board information systems of aircraft, namely to collimator indicators on the windshield.

Известно устройство отображения, содержащее источник света, цифровое микрозеркальное устройство, объектив, промежуточный экран, зеркало и объединитель. При этом цифровое микрозеркальное устройство содержит матрицу микрозеркал, и формирует изображение за счет выборочного управляемого поворота микрозеркал в одно из двух крайних положений. Объектив установлен на оптической оси изображения, сформированного цифровым микрозеркальным устройством, и увеличивает размеры направляемого на него изображения. Промежуточный экран расположен между цифровым микрозеркальным устройством и зеркалом перпендикулярно оптической оси изображения, сформированного цифровым микрозеркальным устройством, и выполнен с возможностью визуализации этого изображения. Зеркало установлено таким образом, что отражает изображение, визуализированное промежуточным экраном, на объединитель, а объединитель, расположен на оптической оси взгляда наблюдателя, установлен под углом к этой оптической оси, и выполнен с возможностью отражения в сторону наблюдателя изображения, отраженного на него зеркалом, и пропускания изображения, расположенного за объединителем на оптической оси взгляда наблюдателя [международная заявка WO 2019/151314, МПК G02B 27/01, Display apparatus / Hashimura Junji, Yamada Norihide, заявл. 30.01.2019, опубл. 08.08.2019].A display device is known, comprising a light source, a digital micromirror device, a lens, an intermediate screen, a mirror and a combiner. In this case, the digital micromirror device contains a matrix of micromirrors, and forms an image due to selective controlled rotation of the micromirrors to one of two extreme positions. The lens is mounted on the optical axis of the image formed by the digital micromirror device and increases the size of the image directed to it. The intermediate screen is located between the digital micromirror device and the mirror perpendicular to the optical axis of the image formed by the digital micromirror device, and is configured to visualize this image. The mirror is installed in such a way that it reflects the image rendered by the intermediate screen onto the combiner, and the combiner, located on the optical axis of the observer's gaze, is installed at an angle to this optical axis, and is configured to reflect the image reflected onto him by the mirror towards the observer, and transmission of the image located behind the combiner on the optical axis of the observer's view [international application WO 2019/151314, IPC G02B 27/01, Display apparatus / Hashimura Junji, Yamada Norihide, Appl. 01/30/2019, publ. 08.08.2019].

Известное устройство предназначено для создания трехмерного изображения в закабинном пространстве, находящемся за объединителем на оптической оси взгляда наблюдателя. Для этого промежуточный экран выполнен в виде диска, снабженного приводом его вращения, а цифровое микрозеркальное устройство снабжено приводами его перемещения вдоль оптической оси сформированного им изображения и в двух направлениях, перпендикулярных этой оптической оси. Наличие этих приводов усложняет конструкцию устройства и увеличивает его габаритные размеры. Отсутствие оптической системы, коллимирующей изображение, сформированное цифровым микрозеркальным устройством и увеличенное объективом, не позволяет создавать виртуальное изображение, спроецированное в бесконечность так, чтобы наблюдатель мог его видеть перед собой на большом расстоянии. Это не позволяет использовать известное устройство при пилотировании самолетов и других летательных аппаратов. Это сужает область использования известного устройства.The known device is designed to create a three-dimensional image in the outside space, located behind the combiner on the optical axis of the observer's view. To do this, the intermediate screen is made in the form of a disk equipped with a drive for its rotation, and the digital micromirror device is equipped with drives for moving it along the optical axis of the image formed by it and in two directions perpendicular to this optical axis. The presence of these drives complicates the design of the device and increases its overall dimensions. The absence of an optical system collimating the image formed by a digital micromirror device and enlarged by a lens does not allow creating a virtual image projected to infinity so that the observer can see it in front of him at a great distance. This does not allow the use of the known device when piloting airplanes and other aircraft. This narrows the scope of the known device.

Известен индикатор для проекции изображения на лобовое стекло (ИЛС), содержащий источник света, цифровое микрозеркальное устройство, промежуточный экран, зеркало и объединитель, при этом источник света установлен таким образом, что излучаемые им лучи света направлены на цифровое микрозеркальное устройство, цифровое микрозеркальное устройство содержит матрицу микрозеркал, и формирует изображение за счет выборочного управляемого поворота микрозеркал матрицы в одно из двух крайних положений, промежуточный экран расположен между цифровым микрозеркальным устройством и зеркалом перпендикулярно оптической оси О изображения, сформированного цифровым микрозеркальным устройством, и имеет такое конструктивное исполнение, которое позволяет ему визуализировать это изображение, зеркало установлено под углом к оптической оси О изображения таким образом, что отражает изображение, визуализированное промежуточным экраном, на объединитель, а объединитель, расположен на оптической оси взгляда наблюдателя, установлен под углом к этой оптической оси, и имеет такое конструктивное исполнение, которое позволяет ему отражать в сторону наблюдателя изображение, отраженное на него зеркалом, и пропускать изображение, расположенное за объединителем на оптической оси взгляда наблюдателя [патент US 9784969, МПК G02B27/01, Head-up display and method for operating it / Sebastien Hervy и др., заявл. 24.01.2013, опубл. 10.10.2017] - прототип.A known indicator for projecting an image onto a windshield (ILS) containing a light source, a digital micromirror device, an intermediate screen, a mirror and a combiner, while the light source is installed in such a way that the light rays emitted by it are directed to the digital micromirror device, the digital micromirror device contains matrix of micromirrors, and forms an image by selectively controlled rotation of the matrix micromirrors to one of two extreme positions, the intermediate screen is located between the digital micromirror device and the mirror perpendicular to the optical axis O of the image formed by the digital micromirror device, and has such a design that allows it to visualize this image, the mirror is set at an angle to the optical axis O of the image in such a way that it reflects the image rendered by the intermediate screen onto the combiner, and the combiner is located on the optical axis of the observer's gaze, installed at an angle to this optical axis, and has such a design that allows it to reflect towards the observer the image reflected on him by the mirror, and to pass the image located behind the combiner on the optical axis of the observer's gaze [patent US 9784969, IPC G02B27/01, Head-up display and method for operating it / Sebastien Hervy et al., Appl. 01/24/2013, publ. 10.10.2017] - prototype.

В известном устройстве объединитель выполнен в виде пластины, сделанной из стекла или пластика. Поэтому изображение, направленное на него зеркалом, отражается в сторону наблюдателя как от поверхности объединителя, расположенной ближе к наблюдателю, так и от поверхности объединителя, расположенной дальше от наблюдателя. Поскольку объединитель установлен под углом к оси взгляда наблюдателя, то изображение, отразившееся от ближней поверхности объединителя, по отношению к оси взгляда наблюдателя расположено ниже изображения, отразившегося от дальней поверхности объединителя. Вследствие этого, изображение, отраженное от объединителя в сторону наблюдателя, получается раздвоенным. Это снижает качество изображения, видимого наблюдателем.In the known device, the combiner is made in the form of a plate made of glass or plastic. Therefore, the image directed at it by a mirror is reflected towards the observer both from the combiner surface located closer to the observer and from the combiner surface located farther from the observer. Since the combiner is set at an angle to the observer's view axis, the image reflected from the near surface of the combiner is located below the image reflected from the far surface of the combiner with respect to the observer's view axis. As a result, the image reflected from the combiner towards the observer is bifurcated. This reduces the quality of the image seen by the observer.

Отсутствие в известном устройстве объектива, увеличивающего изображение, сформированное цифровым микрозеркальным устройством, не позволяет создавать изображение нужного размера. А отсутствие оптической системы, коллимирующей изображение, не позволяет создавать виртуальное изображение, спроецированное в бесконечность так, чтобы наблюдатель мог его видеть перед собой на большом расстоянии. Это не позволяет использовать известное устройство при пилотировании самолетов и других летательных аппаратов. Это сужает область использования известного устройства.The lack of a lens in the known device that magnifies the image formed by a digital micromirror device does not allow creating an image of the desired size. And the absence of an optical system collimating the image does not allow creating a virtual image projected to infinity so that the observer can see it in front of him at a great distance. This does not allow the use of the known device when piloting airplanes and other aircraft. This narrows the scope of the known device.

Кроме того, в известном устройстве лучи света от трех светодиодов разного цвета направляются на цифровое микрозеркальное устройство под разными углами и, как следствие этого, отражаются от него тоже под разными углами. Это снижает резкость получаемого изображения.In addition, in the known device, the light rays from three LEDs of different colors are directed to the digital micromirror device at different angles and, as a result, are reflected from it also at different angles. This reduces the sharpness of the resulting image.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, - повышение качества изображения, проецируемого в сторону наблюдателя, и расширение области использования коллиматора за счет обеспечения возможности его использования в качестве индикаторного коллиматора при пилотировании летательных аппаратов, в частности, самолетов.The task to be solved by the present invention is to improve the quality of the image projected towards the observer, and to expand the scope of the collimator by making it possible to use it as an indicator collimator when piloting aircraft, in particular aircraft.

Для решения этой задачи коллиматор, содержащий источник света, цифровое микрозеркальное устройство, промежуточный экран, зеркало и объединитель, при этом источник света установлен таким образом, что излучаемые им лучи света направлены на цифровое микрозеркальное устройство, цифровое микрозеркальное устройство содержит матрицу микрозеркал, и формирует изображение за счет выборочного управляемого поворота микрозеркал матрицы в одно из двух крайних положений, промежуточный экран расположен между цифровым микрозеркальным устройством и зеркалом перпендикулярно оптической оси О изображения, сформированного цифровым микрозеркальным устройством, и имеет такое конструктивное исполнение, которое позволяет ему визуализировать это изображение, зеркало установлено под углом к оптической оси О изображения таким образом, что отражает изображение, визуализированное промежуточным экраном, на объединитель, а объединитель, расположен на оптической оси взгляда наблюдателя, установлен под углом к этой оптической оси, и имеет такое конструктивное исполнение, которое позволяет ему отражать в сторону наблюдателя изображение, отраженное на него зеркалом, и пропускать изображение, расположенное за объединителем на оптической оси взгляда наблюдателя, согласно полезной модели, дополнительно снабжен объективом, оптической системой и поляризационными пленками, при этом объектив установлен между цифровым микрозеркальным устройством и промежуточным экраном на оптической оси О изображения и имеет такое конструктивное исполнение, которое позволяет ему увеличивать размеры направленного на него изображения, сформированного цифровым микрозеркальным устройством, оптическая система установлена на оптической оси О изображения и имеет такое конструктивное исполнение, которое позволяет ей коллимировать изображение, увеличенное объективом и визуализированное промежуточным экраном, одна из поляризационных пленок наклеена на поверхность промежуточного экрана, а другая поляризационная пленка, имеющая направление поляризации, перпендикулярное направлению поляризации пленки, наклеенной на поверхность промежуточного экрана, наклеена на поверхность объединителя, расположенную дальше от наблюдателя.To solve this problem, a collimator containing a light source, a digital micromirror device, an intermediate screen, a mirror and a combiner, while the light source is installed in such a way that the light rays emitted by it are directed to the digital micromirror device, the digital micromirror device contains an array of micromirrors, and forms an image due to selective controlled rotation of the matrix micromirrors to one of two extreme positions, the intermediate screen is located between the digital micromirror device and the mirror perpendicular to the optical axis O of the image formed by the digital micromirror device, and has such a design that allows it to visualize this image, the mirror is installed under angle to the optical axis O of the image in such a way that it reflects the image rendered by the intermediate screen onto the combiner, and the combiner, located on the optical axis of the observer’s gaze, is set at an angle to this optical axial axis, and has such a design that allows it to reflect towards the observer the image reflected on him by the mirror, and to pass the image located behind the combiner on the optical axis of the observer's view, according to the utility model, is additionally equipped with a lens, an optical system and polarizing films, in this case, the lens is installed between the digital micromirror device and the intermediate screen on the optical axis O of the image and has such a design that allows it to increase the size of the image directed at it, formed by the digital micromirror device, the optical system is installed on the optical axis O of the image and has such a design , which allows it to collimate the image magnified by the lens and visualized by the intermediate screen, one of the polarizing films is glued to the surface of the intermediate screen, and the other polarizing film, which has directions e polarization, perpendicular to the direction of polarization of the film pasted on the surface of the intermediate screen, is pasted on the surface of the combiner located farther from the observer.

Источник света в коллиматоре содержит три светодиода красного, зеленого и синего цвета, расположенные с трех сторон от дихроических зеркал, расположенных крест-накрест, и конденсорные линзы, расположенные между каждым из светодиодов и дихроическими зеркалами. При этом одно из дихроических зеркал пропускает лучи зеленого и синего цвета и отражает лучи красного цвета, а другое дихроическое зеркало пропускает лучи зеленого и красного цвета и отражает лучи синего цвета.The light source in the collimator contains three red, green and blue LEDs located on three sides of the dichroic mirrors arranged crosswise, and condenser lenses located between each of the LEDs and the dichroic mirrors. In this case, one of the dichroic mirrors transmits green and blue rays and reflects red rays, and the other dichroic mirror transmits green and red rays and reflects blue rays.

Технический результат, обеспечиваемый предлагаемым изобретением, заключается в создании нераздвоенного изображения нужного размера и такого, что лучи света, формирующие это изображение, параллельны друг другу и направлены в бесконечность.The technical result provided by the invention is to create an undivided image of the desired size and such that the light rays forming this image are parallel to each other and directed to infinity.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен предлагаемый коллиматор, общий вид; на фиг. 2 - продольный разрез коллиматора; на фиг. 3 - продольный разрез коллиматора в увеличенном масштабе; на фиг. 4 - источник света коллиматора, вид сверху; на фиг. 5 - местный вид А по фиг. 3; на фиг. 6 - местный вид Б по фиг. 2.The invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows the proposed collimator, general view; in fig. 2 - longitudinal section of the collimator; in fig. 3 - longitudinal section of the collimator on an enlarged scale; in fig. 4 - collimator light source, top view; in fig. 5 - local view A in Fig. 3; in fig. 6 - local view B in Fig. 2.

Коллиматор содержит источник света 1, цифровое микрозеркальное устройство 2, объектив 3, промежуточный экран 4, оптическую систему 5, зеркало 6 и объединитель 7.The collimator contains a light source 1, a digital micromirror device 2, a lens 3, an intermediate screen 4, an optical system 5, a mirror 6 and a combiner 7.

Источник света 1 содержит три светодиода красного 8, зеленого 9 и синего 10 цвета, расположенные с трех сторон от дихроических зеркал 11, 12, расположенных крест-накрест, конденсорные линзы 13…18, расположенные между каждым из светодиодов и дихроическими зеркалами, матрицу 19 микролинз, зеркало 20 и прямоугольную двояковыпуклую линзу 21. При этом одно из дихроических зеркал (11) пропускает лучи зеленого и синего цвета и отражает лучи красного цвета, а другое дихроическое зеркало (12) пропускает лучи зеленого и красного цвета и отражает лучи синего цвета. Одна сторона матрицы 19 микролинз выполнена плоской, а на другой ее стороне, обращенной к дихроическим зеркалам 11, 12, выполнено множество короткофокусных микролинз со сферическими выпуклыми поверхностями с одинаковыми фокусными расстояниями. За счет этого матрица 19 микролинз обеспечивает более равномерную яркость света по всей площади световых лучей. Зеркало 20 установлено таким образом, что отражает лучи света, выходящие из матрицы 19 микролинз, на прямоугольную двояковыпуклую линзу 21, которая, в свою очередь, направляет эти лучи света на цифровое микрозеркальное устройство 2.The light source 1 contains three LEDs red 8, green 9 and blue 10, located on three sides of the dichroic mirrors 11, 12, located crosswise, condenser lenses 13...18, located between each of the LEDs and dichroic mirrors, a matrix of 19 microlenses , a mirror 20 and a rectangular biconvex lens 21. In this case, one of the dichroic mirrors (11) transmits green and blue rays and reflects red rays, and the other dichroic mirror (12) transmits green and red rays and reflects blue rays. One side of the microlens array 19 is made flat, and on its other side, facing the dichroic mirrors 11, 12, a plurality of short-focus microlenses with spherical convex surfaces with the same focal lengths are made. Due to this, the microlens array 19 provides a more uniform light brightness over the entire area of the light beams. The mirror 20 is installed in such a way that it reflects the light rays coming out of the microlens array 19 onto a rectangular biconvex lens 21, which, in turn, directs these light rays to the digital micromirror device 2.

Цифровое микрозеркальное устройство (digital micromirror device, DMD) 2 содержит матрицу микрозеркал и формирует изображение за счет выборочного управляемого поворота микрозеркал матрицы в одно из двух крайних положений.Digital micromirror device (DMD) 2 contains a matrix of micromirrors and forms an image by selectively controlled rotation of the matrix micromirrors to one of two extreme positions.

Перед цифровым микрозеркальным устройством 2 установлена призма 22, две грани которой выполнены прозрачными в обоих направлениях, а на третью грань нанесено покрытие, которое пропускает свет, падающий на эту грань снаружи, и отражает свет, падающий на нее изнутри призмы. Призма 22 установлена таким образом, что пропускает лучи света, направленные на нее прямоугольной двояковыпуклой линзой 21, на цифровое микрозеркальное устройство 2 и отражает изображение, сформированное микрозеркалами матрицы цифрового микрозеркального устройства 2, в направлении объектива 3.A prism 22 is installed in front of the digital micromirror device 2, two faces of which are made transparent in both directions, and a coating is applied to the third face, which transmits the light incident on this face from the outside and reflects the light falling on it from the inside of the prism. The prism 22 is installed in such a way that it transmits light beams directed at it by a rectangular biconvex lens 21 to the digital micromirror device 2 and reflects the image formed by the micromirrors of the matrix of the digital micromirror device 2 in the direction of the lens 3.

Между призмой 22 и объективом 3 установлена непрозрачная шторка 23, имеющая сквозное окно, через которое изображение, сформированное цифровым микрозеркальным устройством 2 и отраженное призмой 22, проецируется на объектив 3.An opaque shutter 23 is installed between the prism 22 and the lens 3, which has a through window through which the image formed by the digital micromirror device 2 and reflected by the prism 22 is projected onto the lens 3.

Объектив 3 установлен на оптической оси О изображения, сформированного цифровым микрозеркальным устройством 2 и отраженного призмой 22, и имеет такое конструктивное исполнение, которое позволяет объективу увеличивать размеры изображения, отраженного на него призмой 22, и направлять увеличенное изображение на промежуточный экран 4.The lens 3 is mounted on the optical axis O of the image formed by the digital micromirror device 2 and reflected by the prism 22, and has such a design that allows the lens to increase the size of the image reflected onto it by the prism 22 and direct the enlarged image to the intermediate screen 4.

Промежуточный экран 4 установлен перпендикулярно оптической оси изображения, направленного на него объективом 3, и выполнен в виде стеклянной пластины с матовой поверхностью на одной ее стороне для того, чтобы визуализировать направленное на него изображение. На другую сторону промежуточного экрана 4 наклеена поляризационная пленка 24, пропускающая лучи света, ориентированные только в одном направлении, например горизонтальном.The intermediate screen 4 is installed perpendicular to the optical axis of the image directed at it by the lens 3, and is made in the form of a glass plate with a matte surface on one of its sides in order to visualize the image directed at it. On the other side of the intermediate screen 4 is pasted a polarizing film 24, which transmits light rays oriented in only one direction, for example horizontally.

Оптическая система 5 также установлена на оптической оси О изображения и имеет такое конструктивное исполнение, которое позволяет ей коллимировать изображение, увеличенное объективом 3 и визуализированное промежуточным экраном 4.The optical system 5 is also installed on the optical axis O of the image and has such a design that allows it to collimate the image enlarged by the lens 3 and rendered by the intermediate screen 4.

Зеркало 6 установлено под углом к оптической оси О изображения и отражает изображение, коллимированное оптической системой 5, на объединитель 7.The mirror 6 is set at an angle to the optical axis O of the image and reflects the image collimated by the optical system 5 onto the combiner 7.

Объединитель (комбайнер) 7, расположен на оптической оси В взгляда наблюдателя, установлен под углом к этой оптической оси, и имеет такое конструктивное исполнение, которое позволяет ему отражать в сторону наблюдателя изображение, отраженное на него зеркалом 6, и пропускать изображение, расположенное за объединителем 7 на оптической оси В взгляда наблюдателя.The combiner (combiner) 7 is located on the optical axis B of the observer's view, is installed at an angle to this optical axis, and has such a design that allows it to reflect the image reflected onto it by the mirror 6 towards the observer and to pass the image located behind the combiner 7 on the optical axis B of the eye of the observer.

С целью увеличения размера поля зрения наблюдателя в вертикальном направлении коллиматор снабжен вторым объединителем 25, установленным параллельно и выше первого объединителя 7. Объединители 7 и 25 могут быть выполнены, например, из стекол, на поверхности которых, расположенные ближе к наблюдателю, нанесены полупрозрачные покрытия, которые позволяют объединителям отражать в сторону наблюдателя изображение, направленное на них зеркалом 6, и пропускать изображение, расположенное за объединителями на оптической оси В взгляда наблюдателя. На поверхности объединителей 7 и 25, расположенные дальше от наблюдателя, наклеены поляризационные пленки 26, пропускающие лучи света, ориентированные в направлении, перпендикулярном направлению поляризации пленки 24, например в вертикальном направлении. Работает коллиматор следующим образом.In order to increase the size of the observer's field of view in the vertical direction, the collimator is equipped with a second combiner 25 installed parallel to and above the first combiner 7. Combiners 7 and 25 can be made, for example, from glasses, on the surfaces of which, located closer to the observer, translucent coatings are applied, which allow the combiners to reflect towards the observer the image directed at them by the mirror 6, and to transmit the image located behind the combiners on the optical axis B of the observer's gaze. On the surfaces of the combiners 7 and 25 located farther from the observer, polarizing films 26 are glued, which transmit light rays oriented in a direction perpendicular to the polarization direction of the film 24, for example, in the vertical direction. The collimator works as follows.

Светодиоды 8, 9 и 10 по очереди испускают свет, соответственно, красного, зеленого и синего цвета ультракороткими импульсами. Луч света от светодиода 9 зеленого цвета проходит через дихроические зеркала 11, 12 на матрицу микролинз 19. Луч света от светодиода 8 красного цвета отражается от дихроического зеркала 11 в сторону матрицы микролинз 19. В свою очередь, луч света от светодиода 10 синего цвета отражается от дихроического зеркала 12 в сторону матрицы микролинз 19. Таким образом, лучи зеленого, красного и синего цвета по очереди, пройдя через матрицу микролинз 19, отражаются от зеркала 20 и направляются прямоугольной двояковыпуклой линзой 21 на цифровое микрозеркальное устройство 2.The LEDs 8, 9 and 10 in turn emit red, green and blue light, respectively, in ultra-short pulses. The light beam from the green LED 9 passes through the dichroic mirrors 11, 12 onto the microlens array 19. The light beam from the red LED 8 is reflected from the dichroic mirror 11 towards the microlens array 19. In turn, the light beam from the blue LED 10 is reflected from dichroic mirror 12 towards the array of microlenses 19. Thus, the rays of green, red and blue in turn, passing through the matrix of microlenses 19, are reflected from the mirror 20 and directed by a rectangular biconvex lens 21 to the digital micromirror device 2.

Пройдя через призму 22 лучи света попадают на матрицу микрозеркал цифрового микрозеркального устройства 2. Посредством команд от компьютера микрозеркала матрицы выборочно занимают одно из двух крайних положений. При этом в одном крайнем положении микрозеркала матрицы находятся под углом + α, а в другом крайнем положении - под углом - α по отношению к оптической оси цифрового микрозеркального устройства 2.After passing through the prism 22, the rays of light fall on the matrix of micromirrors of the digital micromirror device 2. By means of commands from the computer, the matrix micromirrors selectively occupy one of two extreme positions. At the same time, in one extreme position, the matrix micromirrors are at an angle + α, and in the other extreme position, at an angle - α with respect to the optical axis of the digital micromirror device 2.

Микрозеркала, находящиеся в одном из двух крайних положений, например под углом + α, формируют нужное изображение. За счет длительности периодов свечения светодиодов 8, 9 и 10 и положения микрозеркал матрицы, освещенных, соответственно, зеленым, красным или синим цветом, формируется цветное изображение. Это изображение отражается гранью призмы 22, на которую нанесено покрытие, в направлении объектива 3.Micromirrors located in one of two extreme positions, for example at an angle + α, form the desired image. Due to the duration of the glow periods of the LEDs 8, 9 and 10 and the position of the micromirrors of the matrix, illuminated, respectively, green, red or blue, a color image is formed. This image is reflected by the coated prism face 22 in the direction of objective 3.

Пройдя через сквозное окно в шторке 23 изображение, отраженное гранью призмы 22, попадает на объектив 3. Изображение, сформированное микрозеркалами матрицы цифрового микрозеркального устройства 2, находящимися в это время в другом крайнем положении, например под углом - α, отражается гранью призмы 22 на непрозрачную часть шторки 23, где частично поглощается, а частично отражается в окружающее пространство, не попадая в объектив 3.After passing through the through window in the shutter 23, the image reflected by the face of the prism 22 falls on the lens 3. The image formed by the micromirrors of the matrix of the digital micromirror device 2, which are at that time in another extreme position, for example at an angle - α, is reflected by the face of the prism 22 onto an opaque part of the shutter 23, where it is partially absorbed and partially reflected into the surrounding space, without falling into the lens 3.

Объектив 3 увеличивает изображение, прошедшее через сквозное окно в шторке 23, и направляет его на промежуточный экран 4. Промежуточный экран 4 отображает это изображение, делая его видимым, т.е. визуализирует. Через поляризационную пленку 24 проходят лучи света, ориентированные только в одном направлении, например горизонтальном.Lens 3 enlarges the image passed through the through window in shutter 23 and directs it to intermediate screen 4. Intermediate screen 4 displays this image, making it visible, i.e. renders. Through the polarizing film 24 pass light rays oriented in only one direction, for example horizontally.

После этого это поляризованное в горизонтальном направлении изображение направляется на оптическую систему 5, которая коллимирует это изображение. Зеркало 6 отражает коллимированное изображение на первый объединитель 7 и второй объединитель 25. От поверхностей объединителей 7 и 25, расположенных ближе к наблюдателю, это изображение отражается в сторону наблюдателя. За счет того, что это изображение коллимировано, наблюдатель видит его наложенным на реальное изображение, расположенное на оптической оси В взгляда наблюдателя в закабинном пространстве летательного аппарата. Это позволяет пилоту видеть нужную ему информацию, не переводя взгляд на панель приборов. Благодаря тому, что на поверхности объединителей 7 и 25, расположенные дальше от наблюдателя, наклеены поляризационные пленки 26, пропускающие лучи света, ориентированные только в вертикальном направлении, они не отражают изображение, направленное на них зеркалом 6. Поэтому изображение, которое видит наблюдатель, не раздваивается.This horizontally polarized image is then directed to an optical system 5 which collimates the image. The mirror 6 reflects the collimated image onto the first combiner 7 and the second combiner 25. From the surfaces of the combiners 7 and 25 located closer to the observer, this image is reflected towards the observer. Due to the fact that this image is collimated, the observer sees it superimposed on the real image located on the optical axis B of the observer's gaze in the outside of the aircraft. This allows the pilot to see the information he needs without looking at the instrument panel. Due to the fact that on the surfaces of the combiners 7 and 25, located farther from the observer, polarizing films 26 are pasted, which transmit light rays oriented only in the vertical direction, they do not reflect the image directed at them by the mirror 6. Therefore, the image that the observer sees does not bifurcates.

Claims (5)

1. Коллиматор, содержащий источник света, цифровое микрозеркальное устройство, промежуточный экран, зеркало и объединитель, при этом источник света установлен таким образом, что излучаемые им лучи света направлены на цифровое микрозеркальное устройство, цифровое микрозеркальное устройство содержит матрицу микрозеркал и формирует изображение за счет выборочного управляемого поворота микрозеркал матрицы в одно из двух крайних положений, промежуточный экран расположен между цифровым микрозеркальным устройством и зеркалом перпендикулярно оптической оси О изображения, сформированного цифровым микрозеркальным устройством, и имеет такое конструктивное исполнение, которое позволяет ему визуализировать это изображение, зеркало установлено под углом к оптической оси О изображения таким образом, что отражает изображение, визуализированное промежуточным экраном, на объединитель, а объединитель расположен на оптической оси взгляда наблюдателя, установлен под углом к этой оптической оси и имеет такое конструктивное исполнение, которое позволяет ему отражать в сторону наблюдателя изображение, отраженное на него зеркалом, и пропускать изображение, расположенное за объединителем на оптической оси взгляда наблюдателя, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен объективом, оптической системой и поляризационными пленками, при этом объектив установлен между цифровым микрозеркальным устройством и промежуточным экраном на оптической оси О изображения и имеет такое конструктивное исполнение, которое позволяет ему увеличивать размеры направленного на него изображения, сформированного цифровым микрозеркальным устройством, оптическая система установлена на оптической оси О изображения и имеет такое конструктивное исполнение, которое позволяет ей коллимировать изображение, увеличенное объективом и визуализированное промежуточным экраном, одна из поляризационных пленок наклеена на поверхность промежуточного экрана, а другая поляризационная пленка, имеющая направление поляризации, перпендикулярное направлению поляризации пленки, наклеенной на поверхность промежуточного экрана, наклеена на поверхность объединителя, расположенную дальше от наблюдателя.1. A collimator containing a light source, a digital micromirror device, an intermediate screen, a mirror and a combiner, while the light source is installed in such a way that the light rays emitted by it are directed to the digital micromirror device, the digital micromirror device contains an array of micromirrors and forms an image due to selective controlled rotation of the matrix micromirrors to one of two extreme positions, the intermediate screen is located between the digital micromirror device and the mirror perpendicular to the optical axis O of the image formed by the digital micromirror device, and has such a design that allows it to visualize this image, the mirror is installed at an angle to the optical axis O of the image in such a way that it reflects the image rendered by the intermediate screen onto the combiner, and the combiner is located on the optical axis of the observer’s gaze, is set at an angle to this optical axis and has such e design, which allows it to reflect towards the observer the image reflected on him by the mirror, and to pass the image located behind the combiner on the optical axis of the observer's view, characterized in that it is additionally equipped with a lens, an optical system and polarizing films, while the lens is installed between the digital micromirror device and the intermediate screen on the optical axis O of the image and has such a design that allows it to increase the size of the image directed at it, formed by the digital micromirror device, the optical system is installed on the optical axis O of the image and has such a design that allows it to collimate the image enlarged by the lens and visualized by the intermediate screen, one of the polarizing films is pasted on the surface of the intermediate screen, and the other polarizing film having the direction of polarization perpendicular to polar to the direction of polarization of the film pasted on the surface of the intermediate screen is pasted on the surface of the combiner located farther from the observer. 2. Коллиматор по п. 1, отличающийся тем, что источник света выполнен в виде трех светодиодов красного, зеленого и синего цвета, расположенных с трех сторон от дихроических зеркал, расположенных крест-накрест, и конденсорных линз, расположенных между каждым из светодиодов и дихроическими зеркалами, при этом одно из дихроических зеркал пропускает лучи зеленого и синего цвета и отражает лучи красного цвета, а другое дихроическое зеркало пропускает лучи зеленого и красного цвета и отражает лучи синего цвета.2. The collimator according to claim 1, characterized in that the light source is made in the form of three red, green and blue LEDs located on three sides of the dichroic mirrors arranged crosswise, and condenser lenses located between each of the LEDs and the dichroic mirrors, while one of the dichroic mirrors transmits green and blue rays and reflects red rays, and the other dichroic mirror transmits green and red rays and reflects blue rays. 3. Коллиматор по п. 1, отличающийся тем, что промежуточный экран выполнен в виде стеклянной пластины с матовой поверхностью на той ее стороне, на которой нет поляризационной пленки.3. The collimator according to claim 1, characterized in that the intermediate screen is made in the form of a glass plate with a matte surface on the side that does not have a polarizing film. 4. Коллиматор по п. 1, отличающийся тем, что на поверхность объединителя, расположенную ближе к наблюдателю, нанесено полупрозрачное покрытие, которое позволяет ему отражать в сторону наблюдателя изображение, отраженное на него зеркалом, и пропускать изображение, расположенное за объединителем на оптической оси взгляда наблюдателя.4. The collimator according to claim 1, characterized in that a translucent coating is applied to the surface of the combiner, located closer to the observer, which allows it to reflect towards the observer the image reflected on him by the mirror, and to transmit the image located behind the combiner on the optical axis of view observer. 5. Коллиматор по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен вторым объединителем, установленным параллельно первому объединителю, при этом на поверхность второго объединителя, расположенную ближе к наблюдателю, нанесено такое же полупрозрачное покрытие, которое нанесено на первый объединитель, а на поверхность второго объединителя, расположенную дальше от наблюдателя, наклеена поляризационная пленка, имеющая направление поляризации такое же, как и у поляризационной пленки, наклеенной на первый объединитель.5. The collimator according to claim 1, characterized in that it is equipped with a second combiner installed parallel to the first combiner, while the surface of the second combiner, located closer to the observer, is coated with the same translucent coating that is applied to the first combiner, and on the surface of the second The combiner, located farther from the observer, has a polarizing film pasted, which has the same polarization direction as that of the polarizing film pasted onto the first combiner.
RU2021110381A 2021-04-13 2021-04-13 Collimator RU2766096C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021110381A RU2766096C1 (en) 2021-04-13 2021-04-13 Collimator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021110381A RU2766096C1 (en) 2021-04-13 2021-04-13 Collimator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2766096C1 true RU2766096C1 (en) 2022-02-07

Family

ID=80214862

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021110381A RU2766096C1 (en) 2021-04-13 2021-04-13 Collimator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2766096C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5943171A (en) * 1998-06-03 1999-08-24 International Business Machines Corporation Head mounted displays utilizing reflection light valves
FR2858068A1 (en) * 2003-07-25 2005-01-28 Thales Sa Head-up display visor has image source comprising imager, optical projection and diffusing screen
RU148261U1 (en) * 2014-05-19 2014-11-27 Открытое акционерное общество "Загорский оптико-механический завод" TWO CHANNEL COLLIMATOR INDICATOR OPTICAL SYSTEM
RU2752285C2 (en) * 2018-07-05 2021-07-26 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Indicator on windshield and automotive windshield with solar light

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5943171A (en) * 1998-06-03 1999-08-24 International Business Machines Corporation Head mounted displays utilizing reflection light valves
FR2858068A1 (en) * 2003-07-25 2005-01-28 Thales Sa Head-up display visor has image source comprising imager, optical projection and diffusing screen
RU148261U1 (en) * 2014-05-19 2014-11-27 Открытое акционерное общество "Загорский оптико-механический завод" TWO CHANNEL COLLIMATOR INDICATOR OPTICAL SYSTEM
RU2752285C2 (en) * 2018-07-05 2021-07-26 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Indicator on windshield and automotive windshield with solar light

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11693245B2 (en) Wearable AR system, AR display device and its projection source module
US8786519B2 (en) Head up display utilizing an LCD and a diffuser
US3620592A (en) Optical display systems
EP3754412A1 (en) Wearable ar system and ar display device
JP5385080B2 (en) Display device
CA2674214C (en) Wide angle immersive display system
WO2015159522A1 (en) Heads-up display and moving body equipped with heads-up display
EP3447561B1 (en) Head-up display device
KR102370002B1 (en) Dmd projector with tir prism
JP6024452B2 (en) Image display device
CN110297324B (en) Display device and vehicle
US11561396B2 (en) Head-up display device and transportation device
US20220236559A1 (en) Stereoscopic Head-Up Display with Symmetrical Optical Paths
US9164282B2 (en) Image-partitioned display device for virtual image
WO2016039297A1 (en) Head-up display device
RU2766096C1 (en) Collimator
WO2019184611A1 (en) Near-eye display system
RU214648U1 (en) COLLIMATOR
JP2011257645A (en) Projector
JP7373984B2 (en) image display device
CN112462564B (en) Laser optical projection module and wearable device comprising same
JP7424823B2 (en) image display device
CN114660815A (en) Head-up display device and vehicle
JP6187662B2 (en) Image display device
CN214751108U (en) Vehicle-mounted imaging device based on MEMS array