ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ИНДИКАТОРА НА ЛОБОВОМ СТЕКЛЕ

Полезная модель относится к технике проекционных систем отображения информации и может быть использована преимущественно для бортовых индикаторов на лобовом стекле коллиматорного типа.
Устройства бортовой проекционной индикации представляют собой систему, обеспечивающую одновременное наблюдение пилотом реального окружения, объектов в пространстве и изображение источника изображения, видимое через оптическую систему со светоделительным отражателем, при этом визирная ось наблюдателя и оптическая ось системы проекции источника изображения совмещены.
Для реализации рассматриваемых индикаторных систем известны разные решения на базе одной или нескольких отражающих/пропускающих поверхностей (RU 173768 U1, 11.09.2017; RU 2582210 С1, 20.04.2016; RU 2540135 С1, 09.01.2014; RU 2364902 С120.08.2009, RU 63559 U1, 2007; US 8089568 В1, 03.01.2012; US 7602552 В1, 13.10.2009; RU 2226292 С1, 27.03.2004; US 6567014 В1, 20.05.2003; US 5991087 А, 13.11.1999; US 5640275 А, 17.06.1997; US 4669810, 02.06.1987; US 4407564 А, 04.10.1983).
Из патента RU 2364902 С1, МПК G02B 27/18, G02B 27/01, опубл. 20.08.2009, известна коллиматорная индикаторная система, которая относится к типу внеосевых систем индикации. Система содержит источник изображения, проекционный объектив с децентрированными оптическими элементами и силовой комбайнер, который является коллиматором изображения, создаваемого проекционным объективом.
Силовой комбайнер селективно отражает излучение источника изображения в узком диапазоне длин волн и пропускает проходящий свет видимого диапазона волн окружающей обстановки в зрачковую зону наблюдения. Линзы проекционного объектива, который состоит из трех линзовых групп и оптического клина, создают предыскажение изображения, равное по величине и обратное по знаку тому искажению, которое вносит в изображение силовой комбайнер. Основным недостатком системы, также как и других внеосевых систем индикации, является необходимость компенсации аберраций, возникающих при внеосевой проекции, что приводит к усложнению системы, увеличению ее габаритов и массы.
Наиболее близкой к настоящему изобретению является система для отображения на лобовом стекле по патенту US 8089568 В1, МПК G02F 1/1335, опубл. 03.01.2012, которая относится к осевым системам индикации. Устройство содержит источник изображения, расположенный в фокальной плоскости вогнутого полупрозрачного зеркала - коллиматора и наклонное плоское полупрозрачное зеркало, отражаясь от которого изображение падает на коллиматор. Сколлимированное вогнутым зеркалом изображение, проходя через наклонное полупрозрачное зеркало, попадает в зрачок глаза наблюдателя на фоне закабинной обстановки.
Недостатком устройства по патенту US 8089568 В1, 2012 г. является низкое светопропускание, обусловленное наблюдением закабинной обстановки через два полупрозрачных селективных зеркала - вогнутое и наклонное плоское, являющиеся комбайнерами. Это весьма критично при использовании индикатора в условиях низкой внешней освещенности в вечернее и ночное время. Кроме того, два комбайнера создают большое количество прямых и комбинированных бликов и отражений, мешающих наблюдению. Вогнутое зеркало находится на оси зрения наблюдателя перпендикулярно его взгляду, в итоге, наблюдатель видит собственное отражение, мешающее наблюдению.
В основу настоящего изобретения положено решение задачи повышения качества наблюдаемого изображения за счет повышения яркости изображения закабинного пространства и уменьшения прямых и комбинированных бликов и отражений, мешающих наблюдению.
Поставленная задача решается тем, что в оптической системе для индикатора на лобовом стекле, содержащей источник изображения, расположенный в фокусной плоскости вогнутого зеркала, и селективно отражающее плоское зеркало, установленное с наклоном относительно оптической оси вогнутого зеркала, согласно полезной модели, введен комбайнер, выполненный в виде селективно отражающего плоского зеркала, которое установлено с наклоном относительно визирной оси зрачка глаза наблюдателя, а вогнутое зеркало выполнено в виде зеркала внешнего отражения.
Поставленная задача решается также тем, что:
источник изображения выполнен в виде самосветящегося объекта;
зеркало внешнего отражения выполнено со сферической поверхностью;
зеркало внешнего отражения выполнено с асферической поверхностью.
Повышение яркости изображения закабинного пространства обеспечивается его наблюдением только сквозь один введенный комбайнер. Один комбайнер создает значительно меньше прямых и комбинированных бликов и отражений по сравнению с индикатором с двумя комбайнерами. Комбайнер установлен наклонно к визирной оси наблюдения, что исключает отражение наблюдателя в комбайнере.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором изображена структурная схема оптической системы для индикатора на лобовом стекле.
Оптическая система для индикатора на лобовом стекле содержит источник изображения 1, расположенный в фокальной плоскости вогнутого зеркала 2, селективно отражающее плоское зеркало 3, установленное с наклоном относительно оптической оси 4 вогнутого зеркала 2, комбайнер 5, выполненный в виде селективно отражающего плоского зеркала, которое установлено с наклоном относительно визирной оси 6 зрачка глаза 7 наблюдателя.
Источником изображения 1 является самосветящийся объект, например ЖК-матрица или проекционный экран.
Вогнутое зеркало 2 выполнено в виде зеркала внешнего (наружного) отражения [Электронный ресурс]. URL: https://deafmo.ru/bk_netra/page.php?tutindex=46&index=26 (дата обращения: 01.08.2021), внутренняя поверхность которого в общем случае является асферической. В частном случае вогнутое зеркало 2 может быть выполнено со сферической внутренней поверхностью.
Селективное отражение элементов оптической системы обеспечивается в монохроматический индикаторах нанесением интерференционного светоотражающего покрытия, рассчитанного на определенную длину волны в зеленом участке спектра, обычно 520-550 нм. В цветных индикаторах селективное отражение элементов оптической системы обеспечивается селективным отражением в трех областях спектра.
Углы наклона плоского зеркала 3 и комбайнера 5 выбирают из условия их размещения в кабине наблюдателя в диапазоне от 40° до 50°.
Изображение от источника изображения 1, отражаясь от плоского зеркала 3, попадает на вогнутое зеркало 2. Сколлимированное, за счет нахождения источника изображения 1 в фокальной плоскости вогнутого зеркала 2, изображение через полупрозрачное зеркало 3 попадает на комбайнер 5 и, отражаясь от него, проецируется в зрачок глаза 7 наблюдателя. При этом наблюдатель через комбайнер 5 одновременно видит реальную закабинную обстановку. Наблюдение реальной обстановки только через один комбайнер 5 обеспечивает повышение яркости изображения закабинного пространства. Один комбайнер 5 создает значительно меньше прямых и комбинированных бликов и отражений по сравнению с индикатором с двумя комбайнерами. За счет установки комбайнера 5 наклонно к визирной оси 6 наблюдения отсутствует отражение наблюдателя в комбайнере.
Предлагаемая система является осевой, поэтому в ней не возникают такие виды аберраций изображения, как кривизна поля изображения и трапецеидальная дисторсия, что исключает необходимость использования корректора аберраций.
Таким образом, предложенный индикатор на лобовом стекле обеспечивает с хорошим качеством одновременное наблюдение закабинной обстановки и наложенное на нее изображение с необходимой информацией.