DE2545662C2 - Am Kopf oder Helm tragbare Anzeigevorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine am Kopf oder Helm tragbare Anzeigevorrichtung gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Anzeigevorrichtung ist Gegenstand des Hauptpatents 23 31 772 sowie aus der US-PS 38 33 300 bekannt Beide Anzeigevorrichtungen verwenden einen paraboloidförmigen Schirm zur Einblendung des anzuzeigenden Bildes in das Blickfeld eines Piloten. Ein solcher paraboloidförmiger Schirm ist deshalb besonders vorteilhaft, weil die aus seinem Brennpunkt kommenden und vom Schirm reflektierten Strahlen parallel zueinander verlaufen und somit das überlagerte Bild für den Beobachter im unendlichen erscheint und keine sphärische Aberration auftritt In der Hauptanmeldung ist eine Lichtquelle derart am Schirm befestigt daß ihr Bild vom Brennpunkt zu kommen scheint während bei der Vorrichtung gemäß US-PS 38 33 300 die Austrittsfläche eines an eine Kathodenstrahlröhre angeschlossenen Lichtleitfaserbündels im Brennpunkt liegt Bei der Anordnung nach der Hauptanmeldung ragt die Lichtquelle bzw. ein deren Licht auf den Schirm werfender Spiegel in das Gesichtsfeld des Piloten hinein, wodurch zumindest eine Beeinträchtigung und unter Umständen auch infolge der Abdeckung eines Teils des Blickfeldes eine Gefährdung eintreten kann. Es hat sich ferner gezeigt, daß die Lichtintensität am Austrittsende eines Lichtleitfaserbündels entsprechend der Anordnung gemäß US-PS 38 33 300 zu schwach und für eine klare Anzeige zu undeutlich ist

Des weiteren zeigt die US-PS 30 59 519 eine Anzeigevorrichtung, bei welcher das Bild einer Kathodenstrahlröhre zunächst auf einen ersten, von dort auf einen zweiten und dann auf einen dritten Planspiegel geworfen wird, der etwa 30° oberhalb der Hauptblickrichtung des Piloten an einem am Helm angebrachten und nach vorn herausragenden Träger befestigt ist Eine solche Anordnung mit Planspiegeln bietet keine Überlagerung des anzuzeigenden Bildes im Unendlichen, vielmehr muß der Pilot jedesmal bei Betrachtung des angezeigten Bildes sein Auge auf den letztgenannten Planspiegel fokussieren. Außerdem muß der Pilot für eine Beobachtung der Anzeige seinen Blick relativ weit aus der Hauptblickrichtung ablenken. Andererseits ist eine Verlegung des letzten Spiegels mehr in die Nähe der Hauptblickrichtung unmöglich, weil dieser Spiegel undurchlässig ist und somit einen Teil des Blickfeldes abdecken würde.

Aufgabe der Zusatzerfindung ist es folglich, die Anzeigevorrichtung nach der Hauptanmeldung weiter zu verbessern und insbesondere jegliche Beeinträchtigung des Blickfeldes des Piloten zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die

Erfindung führt dazu, daß der Pilot ohne wesentliche Änderung seiner Hauptblickrichtung, die Anzeige mit beobachten kann, daß keine Teile der Anzeigevorrichtung störend in das Blickfeld hineinragen und daß er außerdem die Instrumente in der Kanzel, die üblicherweise etwas unterhalb der Hauptblickrichtung angeordnet sind, beobachten kann, ohne daß dabei das über die Anzeigevorrichtung eingespiegelte Bild die Ablesung der Instrumente beeinträchtigt.

Zur Erläuterung der Zusatzerfindung wird im folgenden auf ein in den Zeichnungen wiedergegebenes Ausfübrungsbeispiel Bezug genommen. Dabei zeigt

Fig. 1 eine seitliche Ansicht, teilweise geschnitten, des Helms mit der Anzeigevorrichtung und

F ig. 2 die zugehörige Vorderansicht

Die Herstellung eines solchen Schirms kann in der in der weiteren Zusatzanmeldung P 24 27 975.2 zum Hauptpaient 23 31 772 geschilderten Weise erfolgen. Dabei brauchen allerdings nur die reflektierenden Flächen des Schirms paraboloidförmig ausgebildet zu sein. .

Der Helm 50 ist mit einem nach oben klappbaren transparenten Schirm 52 versehen. Eine als Lichtquelle 54 dienende Kathodenstrahlröhre mit Projektionsoptik ist in Fig. 1 schematisch und in Fig.2 im einzelnen dargestellt Eine Kathodenstrahlröhre 56 ist an der linken Seite des Helms 50 befestigt Eine Feldlinse 58 überträgt das Licht von der Austrittsfläche der Kathodenstrahlröhre 56 auf einen ersten Spiegel 60. Der Einfachheit halber ist in Fig.2 nur ein einziger Zentralstrahl mit dem Bezugszeichen 62 dargestellt, welcher von der Spiegelfläche 60 reflektiert auf die Projektionslinse 64 und einen zweiten Spiegel 66 auftrifft Anstelle einer Kathodenstrahlröhre können auch andere Licht- oder Bildquellen verwendet werden. Auch brauchen die Spiegel 60 und 66 nicht rechteckig sein. Üblicherweise wird man die Kathodenstrahlröhre 56, die Linsen 58 und 64 sowie die Spiegel 60 und 66 in einem rohrförmigen Gehäuse unterbringen. Das Licht der Kathodenstrahlröhre wird durch die Projektionsoptik auf eine erste paraboloidförmige Fläche 70 auf der Oberfläche des Schirms 52 geworfen. Diese Fläche 70 ist derart beschichtet oder behandelt daß sie zumindest teilweise reflektierend ist oder Licht bestimmter Wellenlänge reflektiert. In F i g. 1 ist die Einhüllende des von der Lichtquelle 54 ausgehende^ Lichts durch die Linien 72 dargestellt Die paraboloidförmig gewölbte reflektierende Fläche 70 ist Teil eines Paraboloids mit der Achse 74. Das auf die Fläche 70 auftreffende Licht wird auf einen Spiegel 76 reflektiert, welcher in einer zur Achse 74 senkrechten Ebene 78 liegt, welche durch den Brennpunkt 79 des Paraboloids geht. Die Apertur des Spiegels 76 liegt an einem Punkt merklich oberhalb des Brennpunkts 79. Unter der Apertur einer reflektierenden oder lichtdurchlässigen Fläche ist jene Fläche zu verstehen, welche notwendig ist, um das durch die Austrittspupille bestimmte Blickfeld des Systems zu erfassen. Die Austrittspupille ist jene Fläche, über die der Pilot sein Auge vertikal und horizontal bewegen und dabei stets das Blickfeld oder die gesamte Winkelausdehnung des angezeigten Bildes überschauen kann.

Das auf den Spiegel 76 fallende Licht wird auf eine zweite paraboloidförmig gewölbte Fläche 80 des Schirms 52 zurückgeworfen. Diese Fläche 80 bildet, wie die Fläche 70, Teil des gleichen Paraboloids mit der Achse 74 und ist durcf*. entsprecheide Behandlung oder Beschichtung halbdurchlässig ausgebildet Obwohl die, Flächen 70 und 80 in F i g. 2 im wesentlichen rechteckig dargestellt sind, ist ihre Form .von untergeordneter Bedeutung, solange sie groß genug sind, um das gewünschte Bild zu reflektieren. Die tatsächliche" Apertur kann von jeder gewünschten Form sein. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist die Apertur etwa rechteckig und erstreckt sich bei der Fläche 80 über einen vertikalen Winkel von etwa 12° und einen horizontalen Winkel von etwa 16°, bezogen auf das Auge 82 des Piloten.

In der Zeichnung ist der Mittelpunkt der Apertur der Fläche 80 und somit der Mittelpunkt des vom Piloten gesehenen Bildes als Punkt 84 dargestellt Dies braucht nicht notwendigerweise der Mittelpunkt der Fläche 80 zu sein. Eine als Pfeil dargestellte Linie vom Auge 82 des Piloten durch den genannten Punkt 84 stellt die Blickrichtung für die Anzeige dar. Diese Anzeigeblickrichtung 86 ist um einen Winkel von etwa 10° gegenüber einer vonr Auge des Piloten ausgehenden und sich parallel zur Achse 74 erstreckenden linie nach oben angehoben. Es hat sich gezeigt, daß eine solche Neigung von etwa 10° eine genügende Verschiebung der Systemsymmetrie um die Achse 74 bewirkt, um den Spiegel 76 außerhalb des Blickfeldes des Piloten anzuordnen. Die Linie zwischen dem Auge 82 und der Unterkante des Spiegels 76 ist um etwa 54° oder mehr gegenüber einer vom Auge des Piloten 82 ausgehenden und sich parallel zur Achse 74 erstreckenden Linie geneigt Ein Winkel von 54° liegt normalerweise außerhalb des Blickfeldes einer Person. Das Anheben des Punktes 84 um wesentlich mehr als 10° würde zu einer größeren Aberration führen als sie in einfacher Weise kompensiert werden kann, während ein Anheben des Punktes 82 um wesentlich weniger als 10° zu einer Abdeckung des Blickfeldes des Piloten durch den Spiegel 76 führen würde. Es hat sich gezeigt daß ein Winkel zwischen 8° und 14° optimal ist

Da die Fläche 80 mit ihrem Zentrum gegenüber einer vom Auge des Piloten ausgehenden und zur Achse 74 parallelen Linie angehoben ist, ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß der Pilot die normalerweise unterhalb jener genannten Linie angeordneten Instrumente gut ablesen kann, ohne daß diese teilweise durch die Fläche 80 bedeckt sind. Der Spiegel 76 liegt außerhalb des vertikalen Blickwinkels des Piloten und stört somit nicht

Obwohl die unsymmetrische Anordnung der reflektierenden Flächen gemäß der Zusatzerfindung einen vergrößerten Astigmatismus im optischen System bewirkt, hat sich gezeigt, daß dieser relativ einfach mit üblichen optischen Mitteln innerhalb der Lichtquelle 54, also mit Hilfe von deren optischen Elementen komptnsiert werden kann. Der Astigmatismus kann durch Neigung der Linsen in der Projektionsoptik reduziert werden, indem dadurch der durch die unsymmetrische Anordnung der reflektierenden. Flächen hervorgerufene Astigmatismus kompensiert wird. Die Feldkrümmunf! wird durch eine entsprechende Brechungskraft der Feldlinse 58 kompensiert. Außerdem lassen sich durch das optische System und insbesondere die reflektierenden Flächen hervorgerufenen Verzerrungen durch entsprechende Vorverzerrung des Bildes auf der Kathodenstrahlröhre kompensieren. Der Pilot sieht schlieP'ich ein unverzerrtes ordnungsgemäßes Bild.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Am Kopf oder Helm tragbare Anzeigevorrichtung mit einer Lichtquelle sowie einer halbdurchläs-. sigen optischen Überlagerungsvorrichtung, mit deren Hilfe das von der Lichtquelle ausgehende Bild in das Gesichtsfeld der Person eingespiegelt wird, wobei die Oberlagerungsvorrichtung aus einem _ derartig gewölbten Schirm besteht, daß auf treffende Strahlen zu einem Brennpunkt abgelenkt werden, to und wobei die Lichtquelle derart angeordnet ist, daß ihr Bild vom Brennpunkt zu kommen scheint auf den Schirm trifft, gemäß Patent 2331 772, dadurch gekennzeichnet, -

daß das Bild der Lichtquelle (54) zunächst auf eine erste reflektierende Paraboloidfläche (70) des Schirms (52) trifft und von dort auf eine reflektierende Fläche (76) am Helm (50) geworfen wird, von wo aus das Bild zu einer halbdurchlässig ausgebildeten zweiten reflektierenden Paraboloidfläche (80) des Schirms und von dort zum Auge (82) der Person reflektiert wird;

daß beide reflektierenden Paraboloidflächen (70,80) Teil eines gemeinsamen Rotationsparaboloids sind und daß die reflektierenden Paraboloidflächen (70, 80) asymmetrisch zur Achse (74) des Paraboloids angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Anordnung der Lichtquelle (54) und der reflektierenden Paraboloidflächen (70, 80), daß die Verbindungslinie (86* zwischen dem Auge (82) der Person und dem Mittelpunkt der Apertur der zweiten refiektiereniäen Pvaboloidfläche (80) gegenüber-der Achse (74) des Paraboloids nach oben hin geneigt ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel 8° bis 14°, vorzugsweise etwa 10°, beträgt

4. Vorrichtung nlach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die am Helm (50) vorgesehene reflektierende Fläche (76) außerhalb des Gesichtsfeldes der Person liegt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die am Helm (50) vorgesehene reflektierende Fläche (76) etwa senkrecht auf der Achse (74) des Paraboloids steht und der Mittelpunkt ihrer Apertur asymmetrisch zur Achse (74) liegt

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die am Helm (50) vorgesehene reflektierende Fläche (76) etwa in der Brennebene des Paraboloids und oberhalb von dessen Achse (74) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die am Helm (50) vorgesehene reflektierende Fläche (76) ein ebener Spiegel ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelpunkt der so Apertur der ersten reflektierenden Paraboloidfläche (70) oberhalb und von vorn gesehen auf der einen Seite der Achse (74) des Paraboloids, der Mittelpunkt der Apertur der zweiten reflektierenden Paraboloidfläche (80) unterhalb und von vorn gesehen auf der anderen Seite der Achse (74) und der Mittelpunkt der reflektierenden Fläche (76) am Helm (50) oberhalb der Achse (74) liegt (F i g. 2).

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (74) des Paraboloids parallel zur Hauptblickrichtung der Person liegt ■-..-'

lötvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis-9, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einer Kathodenstrahlröhre (56) und mehreren optischen Gliedern, wie Linsen (58, 64) und Spiegeln (60, 66), bestehende lichtquelle (54) am Helm (50) befestigt ist