Google Glass。 開始する

グーグルグラス。 確かに、家電の新しいページを開く興味深いガジェットです。 必要であるかどうか、おそらく複雑で、信頼性が低く、バッテリー寿命がほとんどありませんが、それが最初であり、それについて議論することはできません。 それとも最初ではないか...アイデアが薄い空気から生まれたわけではないからです-外部の実画像と追加の仮想画像を組み合わせることができるようなデバイスの開発の進化を追跡しようとします。

エアサイト

現実の世界に追加の画像を重ねるすべての光学システムの起源は、空中光景です。 第一次世界大戦後、航空機は空力特性を考慮して構築され始め、強力なエンジンを装備し、素早く高く飛ぶようになり、通常、操縦を試みるたびにテールスピンに陥ることがなくなりました。





ご存知のように、マシンガンから発射された弾丸は、重力と空気の制動力の影響を受けます（この場合は考慮されません）。 しかし、射撃、操縦、さらにはその軸の周りでの回転さえする場合、最も経験豊富なパイロットのみがラインが逸脱する方向を決定できます。

40年代前半に同じ衝撃ポイント（PIP-予測衝撃ポイント（WikiEn）またはインジケータ「予測トラック」）を表示するために、次の原則に従って機能する完全に機械的なシステムが開発されました。



ターゲットを見て、パイロットは「オンボードシステム」でターゲットまでの範囲に入ることができるため、長距離と呼ばれるリングにそれをつかみました。 作業のアルゴリズムは次のとおりでした。追加のペダル（膝）を押すと、パイロットはリングの延長を引き起こし、敵の航空機のサイズまで小さくし、ペダルを少し離しました。 パイロットが近づくと、パイロットもリングを増やし、ペダルの圧力を徐々に減らしていきました。

宇宙での位置は簡単でした-30年代半ばにジャイロスコープが発明され、オンボードシステムは移動可能な照明システムに機械的に情報を送信しました。 この図を次の図に示します。





ジャイロの誤差は小さく、距離の誤差はわずか（中距離）であるため、このようなシステムの使用は、経験の少ないパイロットに利点をもたらしました。



このようなデバイスを最初に発明したのはフランスに属しますが、ドイツでは実行可能なバージョンになりました。 また、ドイツ人が複雑な光学爆弾照準器を使用したことにも注意できます。



フロントガラスのインジケーターとしてブラウン管を使用した最初の電子デバイス（HMI-Head up display （WikiEn））は、米国より5-6年早くソ連で作成され、MIG-15P bisインターセプターに搭載されました。敵機の位置（レーダーから受信）。



国内初のフル機能のILSは、1976年から1982年に量産されたMIG-27K航空機のコックピットにありました。 フロントガラスのインジケーターは、すべての飛行情報（速度、高度、地平線）を表示し、サーマルイメージャーからの画像も送信しました（FLIR-前方視IR-「前方視IRカメラ」）。



当時、ILSは民間航空の優れた助手でした。 特殊なコーティングにより、画像のコントラストを高め、画像ディスプレイの波長におけるスクリーンの透過率を低下させることができました。 したがって、画像は明るい光の下でより読みやすくなりました。

しかし、このシステムにパイロットを配置する必要があるのは誰ですか？

1953年、最初の成功したAIM-9 Sidewinderサーマルホーミングミサイル（Wiki）が発明されました。 「ショットアンドフォーゲット」の原理に基づいて構築された理想的な武器は、±45°の角度範囲でターゲットをキャプチャすることを可能にしますが、発射は通常、まっすぐに飛ぶ飛行機でのみ行われました。





ホーミングヘッドの画像。

（PS私たちは部門にこれらのミサイルの1つを持っています。白熱灯やライターの熱放射を捕らえて背後に向けることができます）



追加の回転を伴わない頭部の視野は約10°です。したがって、ターゲットに向かって非常に正確に回転させる必要があります（ジョイスティックは機能しません）。



1974-78年、F-14およびF-15航空機用のシステムが開発され、パイロットが頭を動かして小さなマークを組み合わせることで、シーカーをターゲットに回転させることができました。 ラベルは目の前にある小さなガラスに投影されました。 これが最初のヘルメットサイトでした。

アメリカのシステムは信頼性が低く、不正確だったため、実際には使用されていなかったことは注目に値します。 したがって、1985年に作成されたソビエトシステム「SURA」は、当然のことながら、最初のマスヘルメット搭載サイトと呼ぶことができます。 スラはMIG-25およびSU-27航空機に搭載され、R-73 Vympelミサイルで使用されました。 ミサイルを使用すると、25〜30 kmの距離でターゲットをキャプチャできます。



小さなガラス-スクリーン、白熱灯-位置決めシステム

作業のアルゴリズムは次のとおりです。

パイロットは敵の航空機の方向に頭を向け、ガラスに描かれたリングのシルエットをつかみました。 ヘルメットにある2つの白熱灯、ダッシュボードにある2つの光検出器により、視線の位置を特定できました。 （電磁システムを使用することもできましたが、光学的精度は十分であり、キャビン内に追加の無線エミッターが存在すると主要な機器に干渉します）。

ガイダンスのほぼ直後に、パイロットはヘッドフォンでビープ音を聞き、打ち上げることができました。







ちなみに、ホーミングミサイルは、ターゲットに命中しても必ずしも爆発しませんでした。 通常、それは短距離（500メートル？）で爆発し、小さな領域を鋼球で覆いました。 （円錐の形で）。 ロケットの速度はほぼ最大5なので、ボールはすべての可能な装甲を貫通しました。



このような内訳については、2番目の部分である設計に進みます。

まず、指定を決定してください。 イメージを結合する最も重要な要素はコンバイナーと呼ばれます（私の卒業証書では、先ほど書いたコンバイナー）-仮想イメージの追加を担当します。 通常、これはディスプレイの放射波長をよく反射するコーティングが施されたミラーですが、Google Glassのようにキューブバージョンも可能です。





小さな角度と大きな寸法を特徴とする最も単純なスキーム。

このスキームによれば、Google Glassや他の多くのバーチャルリアリティメガネ、プロ、エンターテイメントセクターが構築されています。



しかし、追加の画像を導入する別の可能性があります。 この場合、寸法が縮小され、一意のプロパティが追加されます。

BAEシステムからのQ-sight。

すべては、二色化ゼラチン（DCG）の中央層に回折格子を作成することから始まります。 このグレーティングは放射（単色でなければなりません）を屈折させ、ビームを目に向けて偏向させます。 この放射は波長のスペクトル全体で構成されているため、実世界からの放射は放射に弱い影響を与えます。

行動の原則。



LCDモニターの後、放射は準平行ビームに変換され、内部全反射の角度でプレートに入ります。 プレート内に配置された回折格子により、ビームは偏向し、内部全反射の条件に違反します。 このようにして、広い平行ビームが目に当たり、画像が無限にあるという考えを作り出します。



DOEによるビームの一部の屈折による防空違反。



複雑な回折格子による完全な不可解な出力ビームの形成。



ユーザーがヘルメットに取り付けられた視界を正確に確立する必要はないことに注意する必要があります。目がずれると、隣接するビームが見え始めます。 おそらく目追跡システムがあるか、目/脳が画像の2つの半分を「接着」することができます-何らかの方法で、ユーザーがそのような軽量ディスプレイを使用するのは簡単です。





BAEは、EFA（ユーロファイター）、F-22、F16戦闘機用のDCGベースのフロントガラスインジケーターを作成した25年の経験を持っています。 現在、これらのデバイスは民間航空機にも配信されています。

2複合システムの「複雑な」バージョン。 ブラッグ回折

一言で言えば、ブラッグ回折は、一方の接着された圧電振動源と他方の振動を反射する銅板によって引き起こされる音響波の影響下で定在波を生成します。 。

特定の条件下では、効果的に制御できる1つのビームを選択することができます





回折原理



「メカニクス」の助けを借りて、また直接、プレートに印加された電圧の助けを借りて、音波を作成することができます。 このために、特別な透明フィルム電極が使用されます。

ところで、自己暗色化ウィンドウは同様のスキームに従って構築されます。



通常、電圧がない場合、ガラスはつや消しになります。



ここで、これがパラテルライト結晶（同じ電圧で光線を最も偏向させる材料）だけでなく、回折格子の内部であることを想像してください。 ちなみに、各波長には特定の格子があります。したがって、フルカラー画像の場合は、5つの格子が使用され、それらは順番にオンになります。



SBG Labs Inc（Switchable Bragg Grating-Switchable Bragg Grids）は、カリフォルニア州シリコンバレーにあります。 最初に、ビームの集束と偏向を同時に行えるプレートを作成しました。



その後、仮想現実の眼鏡が作成されました-40度の視野、3色-これはプロトタイプであり、1999年に開発されましたが、販売されませんでした。







現在、新しいメガネが開発中です-解像度1080p、視野角60度。









動作原理を説明したビデオ：

youtu.be/XkmqKeGn4yo

アップルグラス

Appleは、レーザーTVのスキームに従って、仮想現実の眼鏡を作成するための特許を登録しています。









このようなスキームの1つの利点に注目する価値があります。

レーザーシステムにはコリメータは必要ありません。 したがって、Googleグラスを着用している人がこの目で遠くに「仮想」画像を投影して、非常に遠いまたは近くのオブジェクトを見るのは困難です。

「Appleのメガネ」では、レーザーTVが任意の距離のスクリーンに鮮明な画像を投影できるように、レーザービームは元の「薄い」形で網膜に届きます。 3つのレーザーを耳の後ろに配置できる場合、鼻の橋に2座標スキャンシステムを（MEMSミラー上に）設置することが遠い未来の運命であることは明らかです。



グローバル業界のそのような巨人について議論した後、私のプロジェクトに進み、私の開発を検討するのは正直です。





Zemaxのヘルメットマウントディスプレイ、その写真および光学レイアウトの概略図。 （プログラムは光線の経路と表面の位置を示すため、プリズムは非常に歪んでいます）。



私のデバイスは、Apacheヘリコプターで20年間使用されていたヘルメット搭載ディスプレイのコピーです。 （正確には、私の卒業証書は、ある南の研究所の講義資料のコピーです（参考文献を参照 ）



私のデバイスでは、最も人道的な放射線源である放射線源はCRTです。ヘリコプターに着陸すると、「クレスト」の重量がパイロットの首をわずかに破損し、落下した高電圧ケーブルが人道的に彼を殺します。



最後まで読んでくれてありがとう。



私について：7年前、MSTUに入ったとき。 N.E. バウマン、私は光学系を私の専門分野、すなわち光学系の計算に選びました（もちろん、私はこれをすぐには理解しませんでしたが）。 それから、光の速度で情報を運ぶ光学コンピューターと光子を見ました。 時間が経つにつれて、コースは置き換えられ、「udov」からの記録は次第に開かれなくなり、普通のコンピューターの電子も光速で動きました。

私の卒業証書のトピックは「ヘルメットターゲット指定システム」でした。 または、「仮想現実ヘルメット」とだけ言った。

卒業証書のトピックは、現在の進捗状況と驚くほど一致しました。資格を完全に失うことがないように（卒業証書は8か月前に正常に完了しました）、私は人気のある言語で卒業証書の要点を説明する短いレポートを書くことにしました。

5月の休日は実り多いものでした。私は座って、卒業証書のテキストを公式の学問的乾燥と特定の用語から取り除くか、むしろ全体を書き直しました。



更新1.奇妙な事実の1つは、単眼のヘッドマウントディスプレイを絶えず使用していたアメリカ人パイロットが、ウサギのように目を動かすことができることを発見したことです。 文字通り一度に2冊の本を読む。 私の意見では、これは進歩への進化的ステップです。 ソース1 ソース2





更新2.非接触ヒューズの問題には、より多くのデータと確認が必要です。 しかし、このような距離でさえ、マッハ4（*〜300 m / s）の速度で0.5秒で飛ぶので、500メートルはもっともらしい。 この情報は、Baumanka Odinokova SB教授からのものです。 講義で。



更新3。非核対空ミサイルの近接信管は、最大100メートルの距離で作動します。 フォーラムありがとう、 fighterjet



AIM-9Cサイドワインダーロケットの核弾頭には次のパラメーターがあります。900m / sの拡張速度、 5.1 mの損傷半径、144のロッド（ソース）