BY(11)11510(13)U8 (48)2017. 12. 30(51) мпк описание полезной модели к
 Скачать 214.79 Kb.
|
|
(19) BY (11) 11510 (13) U8 (48) 2017.12.30 (51) МПК ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ (12) РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ G 02B 27/18 (54) ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ДОПОЛНЕННОЙ РЕАЛЬНОСТИ (15) код ИНИД (54) (45) 2017.10.30 (21) Номер заявки: u 20170132 (22) 2017.04.17 (46) 2017.10.30 (71) Заявители: Общество с ограничен- ной ответственностью "ИЗОВАК Технологии" (BY) (72) Авторы: Ширипов Владимир Яковле- вич; Хохлов Евгений Александрович; Артамонов Артем Максимович; Тур- бан Александр Анатольевич (BY) (73) Патентообладатели: Общество с огра- ниченной ответственностью "ИЗО- ВАК Технологии" (BY) (57) 1. Оптическое устройство для формирования изображений дополненной реальности, содержащее микродисплей, систему освещения микродисплея с источником видимого электромагнитного излучения и конденсором, фокусирующий оптический элемент, поля- ризационный светоделитель и волновод, содержащий средство ввода видимого электро- магнитного излучения и средство вывода видимого электромагнитного излучения и перенаправления пучков видимого электромагнитного излучения с информацией во вход- ной зрачок глаза наблюдателя, отличающееся тем, что поляризационный светоделитель расположен между системой освещения микродисплея и микродисплеем с возможностью направления излучения от микродисплея через фокусирующий оптический элемент на средство ввода видимого электромагнитного излучения в волновод, причем фокусирующий оптический элемент выполнен с возможностью формирования видимого электромагнитно- го излучения на бесконечность, средство ввода видимого электромагнитного излучения B Y 115 10 U 8 201 7.12. 30 BY 11510 U8 2017.12.30 2 выполнено в виде отражающего зеркала, а средство вывода видимого электромагнитного излучения из волновода и перенаправления пучков видимого электромагнитного излуче- ния с информацией во входной зрачок глаза наблюдателя выполнено в виде хотя бы одной полупрозрачной отражающей поверхности с многослойным интерференционным покры- тием, выполненным с возможностью селекции оптического излучения по углу падения и по поляризации. 2. Оптическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что конденсор системы осве- щения микродисплея выполнен с возможностью ограничения угла падения видимого электромагнитного излучения на матрицу микродисплея. 3. Оптическое устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что конденсор выполнен включающим не менее двух линз. 4. Оптическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что поляризационный светоде- литель выполнен в виде призмы с полупрозрачным зеркалом. 5. Оптическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что фокусирующий оптический элемент выполнен в виде осесимметричного объектива с несколькими оптическими по- верхностями, хотя бы одна из которых является асферической. 6. Оптическое устройство по п. 5, отличающееся тем, что на оптические поверхности фокусирующего оптического элемента нанесены интерференционные покрытия. (56) 1. Патент RU 2353958, 2009. 2. Патент RU 2579804, 2016. Предлагаемое устройство для формирования изображений дополненной реальности относится к оптическим приборам и может быть использовано в различного рода носимых оптических устройствах, в которых требуется предоставление дополнительной информа- ции пользователю в режиме реального времени на том же поле, из которого в глаз посту- пает естественная зрительная информация об окружающем пространстве. Таким образом, текстовая, графическая и видеоинформация проецируется во входной зрачок глаза поль- зователя, тем самым расширяя и дополняя информацию, поступающую в результате на- блюдения за окружающей обстановкой. Известна оптическая система нашлемного коллиматорного дисплея [1], содержащая источник изображения, комбинер, первый светоделитель, оптический объектив, вклю- чающий два компонента, апертурную диафрагму и второй светоделитель, при этом пер- вый компонент оптического объектива включает шесть линз, а второй - одну. Недостатком указанного устройства дополненной реальности является сложность испол- нения первого компонента оптического объектива, состоящего из шести линз, а также ис- пользование светоделителя в качестве средства вывода изображения. Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является оптическое устройство для формирования изображений дополненной реальности [2]. Уст- ройство содержит источник видимого электромагнитного излучения, конденсор, форми- рующий параллельные пучки s- и р-поляризованного видимого электромагнитного излучения, микродисплей, волновод со встроенным в него средством ввода светового из- лучения, выполненным с возможностью формирования поляризованных пучков, по меньшей мере два поляризационных светоделителя с возможностью разделения и перена- правления падающих пучков, фокусирующий оптический элемент, четвертьволновую пластину для изменения состояния поляризации падающего излучения и средство вывода, содержащее по меньшей мере два поляризационных светоделителя. Недостатком устройства является наличие нескольких светоделителей и четвертьвол- новых пластин как составных элементов устройства, к которым предъявляется требование наличия селективности по определенному типу поляризации, что значительно усложняет и оптическую схему, и конструкцию изделия. Линейная передача излучения по волноводу BY 11510 U8 2017.12.30 3 с двумя входными и выходными светоделителями требует толщины волновода, как мини- мум равной половине ширины матрицы дисплея, что приводит к ухудшению его массага- баритных характеристик. Технической задачей предлагаемой полезной модели является упрощение конструк- ции устройства, уменьшение габаритных размеров и веса волновода, а также улучшение качества передаваемого изображения. Поставленная задача в оптическом устройстве для формирования изображений допол- ненной реальности, содержащем микродисплей, систему освещения микродисплея с ис- точником видимого электромагнитного излучения и конденсором, фокусирующий оптический элемент, поляризационный светоделитель и волновод, содержащий средство ввода видимого электромагнитного излучения и средство вывода видимого электромаг- нитного излучения и перенаправления пучков видимого электромагнитного излучения с информацией во входной зрачок глаза наблюдателя, решена тем, что поляризационный светоделитель расположен между системой освещения микродисплея и микродисплеем с возможностью направления излучения от микродисплея через фокусирующий оптический элемент на средство ввода видимого электромагнитного излучения в волновод, причем фокусирующий оптический элемент выполнен с возможностью формирования видимого электромагнитного излучения на бесконечность, средство ввода видимого электромагнит- ного излучения выполнено в виде отражающего зеркала, а средство вывода видимого электромагнитного излучения из волновода и перенаправления пучков видимого электро- магнитного излучения с информацией во входной зрачок глаза наблюдателя выполнено в виде хотя бы одной полупрозрачной отражающей поверхности с многослойным интерфе- ренционным покрытием, выполненным с возможностью селекции оптического излучения по углу падения и по поляризации. Конденсор системы освещения микродисплея выполнен с возможностью ограничения угла падения видимого электромагнитного излучения на матрицу микродисплея и вклю- чает не менее двух линз. Поляризационный светоделитель выполнен в виде призмы с полупрозрачным зерка- лом, а фокусирующий оптический элемент выполнен в виде осесимметричного объектива с несколькими оптическими поверхностями, хотя бы одна из которых является асфериче- ской, при этом на оптические поверхности нанесены интерференционные покрытия. На фигуре приведена схема оптического устройства для формирования изображений дополненной реальности. Заявляемое устройство содержит поляризационный светоделитель 1, выполненный в виде призмы с полупрозрачным зеркалом 2, по сторонам от которой расположены микро- дисплей 3 с матрицей 4 и система освещения микродисплея с источником видимого элек- тромагнитного излучения 5 и конденсором 6, включающим не менее двух линз 7; фокусирующий оптический элемент 8, выполненный в виде осесимметричного объектива, формирующего видимое электромагнитное излучение на бесконечность, с несколькими оптическими поверхностями 9, из которых как минимум одна является асферической 10. На оптические поверхности 9 и 10 фокусирующего оптического элемента 8 могут быть нанесены интерференционные покрытия. При этом все интерференционные покрытия, используемые в осесимметричном объективе, могут быть выполнены из материалов с раз- личным показателем преломления. Устройство также включает волновод 11, представ- ляющий собой прозрачную в видимом диапазоне оптического спектра пластину, которая обеспечивает передачу видимого электромагнитного излучения и содержит на входе сред- ство ввода 12 видимого электромагнитного излучения, выполненное в виде отражающего зеркала, а на выходе - средство вывода 13 видимого электромагнитного излучения и пере- направления пучков видимого электромагнитного излучения с информацией во входной зрачок глаза наблюдателя, выполненное в виде хотя бы одной полупрозрачной отражаю- щей поверхности с многослойным интерференционным покрытием, селекция оптического излучения в котором осуществляется по углу падения и по поляризации. Заявляемое в качестве полезной модели устройство работает следующим образом. BY 11510 U8 2017.12.30 4 Источник видимого электромагнитного излучения 5 в зависимости от типа матрицы 4 микродисплея 3 формирует последовательность импульсов красного, синего, зеленого ви- димого электромагнитного излучения или непрерывный поток белого видимого электро- магнитного излучения. Импульсы видимого электромагнитного излучения или непрерывный поток проходят через линзы 7 конденсора 6, которые ограничивают угол падающего видимого электромагнитного излучения на матрицу, затем падают на полу- прозрачное зеркало 2 поляризационного светоделителя 1, после которого часть отражен- ного от полупрозрачного зеркала видимого электромагнитного излучения попадает на поверхностность матрицы 4 микродисплея 3. При подаче источником видимого электро- магнитного излучения 5 последовательности импульсов красного, синего и зеленого ви- димого электромагнитного излучения матрица 4 работает в режиме смены отображаемых цветовых полей с частотой, равной частоте смены цветов источником видимого электро- магнитного излучения 5, причем смена цветовых полей матрицы 4 микродисплея 3 и ис- точника видимого электромагнитного излучения 5 синхронизирована. Например, при формировании светодиодом импульса красного цвета, на матрице отображается красное цветовое поле. При этом полноцветное изображение формируется путем смешения базо- вых цветов, отражающихся от поверхности матрицы. При подаче непрерывного потока белого видимого электромагнитного излучения полноцветное изображение формируется за счет RGB-фильтров, выполненных на поверхности матрицы. Отразившись от поверхности матрицы 4, излучение повторно попадает на поверх- ность полупрозрачного зеркала 2 поляризационного светоделителя 1, после чего прошед- шая часть видимого электромагнитного излучения без изменений попадает в фокусирующий оптический элемент 8, где с использованием оптических поверхностей 9 происходит формирование изображения на бесконечность и с использованием асфериче- ской поверхности 10 снижается количество паразитных переотражений. Интерференци- онные покрытия, нанесенные на оптические поверхности 9 и 10 фокусирующего оптического элемента 8, минимизируют потери излучения в осесимметричном объективе за счет снижения уровня отражения оптических поверхностей. Из фокусирующего оптического элемента 8 видимое электромагнитное излучение пе- редается в волновод 11 на средство ввода 12, выполненное в виде отражающего зеркала, от которого происходит полное отражение падающего видимого электромагнитного излу- чения под углом, большим угла полного внутреннего отражения. Распространение излу- чения вдоль волновода 11 происходит без оптических потерь, связанных с возможным выходом изучения за пределы волновода. Средство вывода 13 видимого электромагнитного излучения с интерференционными покрытиями используется для перенаправления видимого электромагнитного излучения во входной зрачок глаза наблюдателя 14. При этом интерференционные покрытия явля- ются частично отражающими зеркалами и коэффициент отражения зависит от угла паде- ния излучения и его поляризации. Селекция видимого электромагнитного излучения по углу падения и по поляризации на интерференционных покрытиях, нанесенных на полу- прозрачную отражающую поверхность, повышает контрастность изображения без сниже- ния коэффициента пропускания заднего плана. Таким образом, благодаря предложенной конструкции оптического устройства для формирования изображений дополненной реальности с одним отдельным светоделителем удалось упростить конструкцию устройства и уменьшить габаритные размеры и вес вол- новода, а также улучшить качество передаваемого изображения за счет увеличения кон- трастности путем ограничения угла падения видимого электромагнитного излучения на матрицу микродисплея и использования интерференционных покрытий на полупрозрач- ной отражающей поверхности. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. |