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DE69224112T2 - Anzeigen betreffende Verbesserungen - Google Patents

Anzeigen betreffende Verbesserungen

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DE69224112T2
DE69224112T2 DE69224112T DE69224112T DE69224112T2 DE 69224112 T2 DE69224112 T2 DE 69224112T2 DE 69224112 T DE69224112 T DE 69224112T DE 69224112 T DE69224112 T DE 69224112T DE 69224112 T2 DE69224112 T2 DE 69224112T2
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Description

  • Diese Erfindung betrifft Verbesserungen bei oder in Bezug auf Anzeigen und betrifft insbesondere Optiksysteme für Anzeigen, die Einspiegelungsvorrichtungen oder Kombinatoren mit nichtkonformen Reflexionshologrammen aufweisen, sowie Anzeigen mit derartigen Optiksystemen.
  • Bei einigen Anzeigen, wie zum Beispiel Head-Up-Displays, blickt ein Beobachter, zum Beispiel der Pilot eines Flugzeugs, durch eine Einspiegelungsvorrichtung hindurch, die Anzeigenlicht auf ihn zu reflektiert, so daß er ein Bild der Anzeige in Überlagerung mit seiner Sicht durch die Einspiegelungsvorrichtung, z.B. auf den äußeren Schauplatz, erblickt. Bei Verwendungen in der Avionik wird das von der Einspiegelungsvorrichtung reflektierte Licht gewöhnlich kollimiert, so daß das Anzeigenbild im Unendlichen erscheint. Einige derartige Anzeigen sind auf einem vom Beobachter getragenen Helm angebracht. Dies kann insofern Probleme bei der geometrischen Gestaltung und Gewichtsprobleme verursachen, als axiale oder quasi-axiale Einspiegelungsvorrichtungs- Optiksysteme ein beträchtliches Gewicht aufweisen können, wobei sich das meiste vor den Augen des Beobachters befindet. Dies ist im Allgemeinen im Hinblick auf den Benutzerkomfort unerwünscht und kann bei Flugzeugpiloten in Situationen mit hohem "g" sowie beim Aussteigen mit dem Schleudersitz äußerst gefährlich sein. Außeraxiale Systeme können eine mechanisch abgestützte geneigte Einspiegelungsvorrichtung verwenden, die dazu tendiert, unerwünschte Abdunkelungen und Unstetigkeiten in das Sichtfeld auf die Außenwelt einzuführen. Alternativ kann das Helmvisier als Einspiegelungsvorrichtung verwendet werden, indem man auf seiner Innenseite eine geeignete Beschichtung als reflektierenden Fleck abscheidet, und dies kann bedeutende Vorteile haben. Vor allem das Fehlen einer zusätzlichen Stützkonstruktion verringert das Gewicht und verbessert die Gewichtsverteilung, indem es den Schwerpunkt weiter hinten zur Mitte des Kopfs des Beobachters hin hält, und es ist auch ein besserer Durchblick auf die Außenwelt ohne Unstetigkeiten und mit einer guten Randsicht vorhanden. Es weist weiter Vorteile im Hinblick auf das Erscheinungsbild, die Windanströmung und die Leichtigkeit der Herstellung auf. Jedoch gibt es vom Aspekt der Optik her insofern Probleme, als es schwierig ist, das Licht mit einfachen Visierprofilen zu den Augen des Beobachters zu lenken, und eine Verwendung von übertrieben komplizierten Visierprofilen ist nicht immer eine annehmbare Option. Die physikalische Geometrie ist nicht derart, daß sie die geforderte Lichtrichtung durch einfache Reflexion vom Visier ermöglicht, und es ist daher vorgeschlagen worden, auf das Visier ein nicht-konformes Reflexionshologramm aufzubringen, d.h. ein Hologramm, dessen Reflexionseigenschaften nicht mit den herkömmlichen Reflexionsgesetzen konform sind (nach denen der Einfallswinkel gleich dem Reflexionswinkel ist), sondern die tatsächlich Licht, durch Lichtbeugung, in eine Richtung reflektieren, die von derjenigen der einfachen Reflexion abweicht (so daß der Reflexionswinkel nicht gleich dem Einfallswinkel ist). Das Britische Patent Nr. 1 489 323 offenbart ein derartiges System. Während der Ansatz eines nicht-konformen Reflexionshologramms bei streng monochromatischen Anzeigequellen brauchbar sein kann, läuft er wegen der starken Dispersion oder Streuung des Hologramms bei jeder merklichen Anzeigequellen-Bandbreite in Farbenprobleme. Während diese Probleme insbesondere im Zusammenhang mit auf dem Helm montierten Anzeigen ersichtlich geworden sind, könnten sie auch bei anderen Anordnungen auftreten, die ein nicht-konformes Reflexionshologramm auf der Einspiegelungsvorrichtung verwenden.
  • Die Nachteile der Vorrichtungen aus dem Stand der Technik werden durch die vorliegende Erfindung überwunden, die in Patentanspruch 1 definiert ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Optiksystem für eine Anzeige bereitgestellt, das eine Einspiegelungsvorrichtung (Kombinator) mit einem nicht-konformen Reflexionshologramm aufweist, und bei dem ein Zwischenbild einer Anzeigequelle an einer Stelle im Lichtpfad zum und im Abstand von der Einspiegelungsvorrichtung erzeugt wird, wobei das System mindestens ein diffraktives oder lichtbeugendes Element umfaßt, das im Lichtpfad zwischen der Anzeigequelle und dem Zwischenbild angeordnet ist und dafür sorgt, daß die chromatischen Dispersion des nicht-konformen Reflexionshologramms mindestens teilweise kompensiert wird.
  • Das System umfaßt zwei im Lichtpfad zwischen der Anzeigequelle und dem Zwischenbild angeordnete diffraktive Elemente, von denen eines weitestgehend dafür sorgt, daß die laterale Farbe kompensiert wird, und das andere weitestgehend dafür sorgt, daß die longitudinale Farbe kompensiert wird. Wie später erläutert wird, ist eine Farbenstreuung mittels eines diffraktiven Elements ein Winkeleffekt, kann jedoch als longitudinale Farbe, die aus einer finiten Pupillengröße resultiert, und laterale Farbe, die aus einer finiten Bildgröße (oder einem finiten Sichtfeld) resultiert, betrachtet werden, und die Begriffe 'laterale Farbe' und 'longitudinale Farbe' werden hier in diesem Sinn verwendet. Das diffraktive Element, das die laterale Farbe weitestgehend kompensiert, kann im Grunde die Form eines Linienbeugungsgitters annehmen und in Bezug zum Zwischenbild in Richtung der konjugierten Position des nichtkonformen Reflexionshologramms angeordnet sein. Das diffraktive Element, das die longitudinale Farbe weitestgehend kompensiert, kann im Grunde die Form eines kreisförmigen Beugungsgitters annehmen, nimmt vorzugsweise die Form eines Oberflächenrelief- Hologramms in einer Hybrid-Doublette (d.h. einem kombinierten lichtbrechenden und diffraktiven Element) ein und kann an oder nahe einer Pupillenposition angeordnet sein. Die beiden diffraktiven Elemente kunnen in eine Relaislinse eingebaut sein, die ein Prisma einschließen kann.
  • Unter geeigneten Umständen kann das System alternativ ein einzelnes, im Lichtpfad zwischen der Anzeigequelle und dem Zwischenbild angeordnetes diffraktives Element aufweisen, welches einzelne diffraktive Element in Bezug zum Zwischenbild an oder nahe der konjugierten Position des nicht-konformen Hologramms angeordnet sein kann.
  • Die Erfindung stellt weiter eine Anzeige bereit, die ein Optiksystem aufweist, wie oben ausgeführt, und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, eine auf einem Helm montierte Anzeige, bei der das Helmvisier das nicht-konforme Reflexionshologramm trägt und die Einspiegelungsvorrichtung bildet. Bei einer Binokular-Anzeige können zwei derartige Systeme verwendet werden.
  • Ausführungsformen von Systemen gemäß der Erfindung werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • die Figuren 1 und 2 schematische Darstellungen sind, die gewisse Prinzipien veranschaulichen, und
  • Fig. 3 eine schaubildhafte Darstellung eines Binokular-Systems einschließlich einer Strahlenspur ist.
  • Fig. 1 zeigt geometrische Überlegungen des Systems. Es besitzt eine Einspiegelungsvorrichtung in Form eines Helmvisiers 1 mit sphärischem Profil, das ein nicht-konformes Reflexionshologramm trägt. Ein einfallender Strahl RI wird daher aus dem Hologramm nicht entlang des Pfades RR reflektiert, der genommen würde, wenn es den normalen Reflexionsgesetzen entsprechen würde (in denen der Winkel zwischen einfallendem und reflektiertem Strahl das Doppelte des Einfallswinkels wäre), sondern wegen der diffraktiven Wirkung des Hologramms entlang eines Pfades RD (wobei der Winkel zwischen einfallendem und reflektiertem Strahl kleiner als das Doppelte des Einfallswinkels ist). Mit dieser 'schärferen' Reflexion wird der Strahl RD in einer Weise, die an die physikalische Geometrie der Anordnung angepaßt ist, zur Augenposition E1 eines Beobachters gelenkt. In Fig. 1 ist der einfallende Lichtstrahl RI als von einer Anzeigequelle 2, zum Beispiel einer Kathodenstrahlröhre oder einer Flüssigkristallanzeige, über eine Linse 3, einen Spiegel 4 und ein diffraktives Element 5 kommend dargestellt. Der Grund für den Spiegel 4 besteht einfach darin, den Lichtpfad mit einem Knick zu versehen, so daß ein körperlicher Raum zur Unterbringung des Kopfs des Beobachters bereitgestellt wird. Die Funktion dieser Komponenten ist in Fig. 2 weiter angezeigt.
  • Bezug nehmend auf Fig. 2, ist die Anzeigequelle 2 in bekannter Weise in Bezug zur optischen Achse des Systems angewinkelt, und von ihr emittiertes Licht wird zur Linse 3 geleitet. Diese Linse ist eine Hybrid-Doublette, die sowohl eine Lichtbrechungsleistung und eine diffraktive Wirkung besitzt. Zur Bequemlichkeit kann sie als eine refraktive oder lichtbrechende Linse 6 in Kombination mit einem diffraktiven oder lichtbeugenden Element 7 betrachtet werden, jedoch ist das diffraktive Element in der Praxis ein Oberflächenrelief- Hologramm, das tatsächlich auf der Oberfläche der lichtbrechenden Linse ausgebildet ist. Durch die Linse 6 und das diffraktive Element 7 hindurchgelassenes Licht wird vom ebenen Spiegel 4 zum diffraktiven Element 5 hin reflektiert und durch das letztere hindurchgelassen, um ein Zwischenbild II der Anzeige zu erzeugen. Dieses Zwischenbild befindet sich an einer Position im Lichtpfad zu der und im Abstand von der Einspiegelungsvorrichtung 1, und Licht von dem Bild wird durch Beugung aus dem nicht-konformen Hologramm zur Augenposition E1 reflektiert, wie zuvor beschrieben. Die optische Gesamtleistung des Systems ist derart, daß das Licht, das die Augenposition E1 des Beobachters erreicht, im wesentlichen kollimiert ist, so daß der Beobachter ein Bild der Anzeige im Unendlichen in Überlagerung mit seiner Sicht durch die Einspiegelungsvorrichtung auf den äußeren Schauplatz sehen kann.
  • Ein diffraktives Element weist unvermeidlich eine starke Streuung auf, und das nicht-konforme Reflexionshologramm auf dem Visier 1 neigt daher dazu, eine unerwünschte Farbenstreuung einzuführen. Ein volumenholographisches Beugungsgitter führt typischerweise zu 0,06 millirad Streuung pro Nanometer pro Grad annicht-Konformität. So führen zum Beispiel bei einem Anzeigequellen-Phosphor mit 10-Nanometer-Wellenband 18º Winkelabweichung zu etwa 10 millirad Streuung. Dies ist im betrachteten Bild im allgemeinen nicht akzeptabel.
  • Da die Einspiegelungsvorrichtung weit von der Austrittspupille des Systems weg verschoben ist (typischerweise ein- bis zweimal die Brennweite) ist die Streuung eine Kombination einer chromatischen Aberration von Hauptstrahlen, die hier als laterale Farbe bezeichnet wird, und einer chromatischen Aberration von Aperturstrahlen, die hier als longitudinale Farbe bezeichnet wird. Wie für den Fachmann ersichtlich ist, kann die Farbenstreuung so angesehen werden, als ob sie diese beiden Komponenten aufweist, nämlich longitudinale Farbe aufgrund einer finiten Pupillengröße und laterale Farbe aufgrund eines finiten Feldwinkels. Beiden Arten von chromatischer Aberration sind in der Tat ein Winkeleffekt, jedoch ist es insofern praktisch, eine als longitudinale Farbe anzusehen, als der Winkeleffekt mit der finiten Pupillengröße die Farbe entlang der optischen Achse streut.
  • Der Zweck der beiden diffraktiven Elemente 5 und 7 im System besteht darin, die Farbenstreuung des nicht-konformen Hologramms zu kompensieren. Zu diesem Zweck ist das diffraktive Element 5 zweckmäßig ein Linienbeugungsgitter, das ein geritztes Gitter von herkömmlicher Art sein kann oder von holographischer Form sein kann. Es versteht sich, daß der Linienabstand nicht notwendigerweise konstant sein braucht. Das Gitter ist in Bezug zum Zwischenbild II in einem ähnlichen Abstand wie die Einspiegelungsvorrichtung 1 angeordnet, d.h. in Richtung (wegen der physikalischen Geometrieeinschränkungen jedoch nicht tatsächlich an) der konjugierten oder Spiegelbildposition der Einspiegelungsvorrichtung 1 in Bezug zum Zwischenbild II und korrigiert weitgehend eine durch das Hologramm auf der Einspiegelungsvorrichtung eingeführte laterale Farbe. Es dient auch dazu, die optische Achse abzuknicken, was eine Anordnung um die Helmschale herum unterstützt. Der Knick, d.h. der Beugungswinkel wird derart gemacht, daß der Winkelabstand zwischen der Ordnung Null und +1 (welches die gewünschte oder benutzte Ordnung ist), ausreichend groß ist, so daß sich die nullte Ordnung außerhalb des Blickfeldes befindet. Dies bedeutet, daß vom Gitterhologramm eine merkliche Korrektur durchgeführt werden muß und gebietet einen ziemlich großen holographischen Keil in der Einspiegelungsvorrichtung. Das diffraktive Element 7 ist ein im wesentlichen kreisförmiges Gitter analog einer Zonenplatte und kann ein binäres Element mit einem Blaze-Winkel oder ein Durchstrahlungshologramm sein. Für einen hohen Wirkungsgrad kann es die Form eines Reliefhologramms mit Blaze-Oberfläche auf der Linse der Hybrid-Doublette sein. Dieses diffraktive Element 7, das eine sehr geringe Leistung aufweist, ist an oder nahe einer Pupillenposition angeordnet und kompensiert die longitudinale Farbe (in der oben erläuterten Bedeutung) weitestgehend. Es versteht sich, daß eine gewisse funktionale Überlappung zwischen den diffraktiven Elementen 5 und 7 vorhanden sein kann, und daß sie in Kombination eine Streuung einführen, die zu derjenigen, die vom nicht-konformen Reflexionshologramm auf dem Visier 1 eingeführt wird, entgegengesetzt ist. Im Idealfall gleichen sie die Visierstreuung vollständig aus, jedoch kann in der Praxis die Korrektur nicht ganz vollständig sein, aber trotzdem eine nützliche Verbesserung, die ein ausreichend farbenkorrigiertes Anzeigebild liefert.
  • Die Figuren 1 und 2 zeigen eine zweite Augenposition E2, die durch ein zweites System versorgt werden kann, welches dasselbe ist, wie dasjenige, das für die erste Augenposition E1 beschrieben worden ist, jedoch von entgegengesetzter Händigkeit. Die Systeme sind auf dem vom Beobachter getragenen Helm montiert, und man bemerkt, daß das auf der linken Seite des Helms getragene System (dargestellt) das rechte Auge bedient, während das auf der rechten Seite getragene System (nicht dargestellt) das linke Auge bedienen würde. Die jeweiligen nicht-konformen Reflexionshologramme liegen in Form von kreisförmigen Flecken vor, die in geeigneter Weise auf dem Visier mit sphärischem Profil angeordnet sind.
  • Die in Fig. 3 dargestellte Binokular-Anordnung sieht eine auf dem Helm montierte Anzeige mit zwei Systemen (eines für jedes Auge) vor, die auf grundsätzlich denselben Prinzipien beruht, wie oben unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 beschrieben. Die Anordnung aus Fig. 3 weist jedoch ein Visier 8 mit einer mittigen Einbuchtung 9 auf, so daß sie jeweilige Teile mit sphärischem Profil für beide Augen liefert, wobei jedes derartige Teil sein eigenes nicht-konformes Reflexionshologramm trägt. Es versteht sich selbstverständlich, daß in Fig. 3 und in den Figuren 1 und 2 nur der Teil des Visiers vor den Augen des Beobachters dargestellt ist, und daß sich das Visier in der Praxis auch in bekannter Weise um die Seiten des Gesichts des Beobachters herum erstreckt. Bei der Anordnung aus Fig. 3 bedient weiter das rechte Optiksystem das rechte Auge, während das linke Optiksystem das linke Auge bedient (umgekehrt wie bei den Figuren 1 und 2). Zur Bequemlichkeit wird nur ein Optiksystem beschrieben, jedoch sind das linke und rechte, auf dem Helm getragene System dieselben, aber von entgegengesetzter Händigkeit (d.h. Spiegelbilder voneinander in Bezug zu der die Einbuchtung 9 enthaltenden Mittelebene).
  • Von einer schrägstehenden Anzeigequelle 10 emittiertes Licht wird von einer Relaislinse empfangen, die dargestellt ist als umfassend: geneigte lichbrechende Linsenelemente 11 und 12, eine Hybrid-Doublette 13, die tatsächlich ein diffraktives und ein lichtbrechendes Element aufweist, ein geformtes Prisma 14, ein diffraktives Element 15 und lichtbrechende Linsenelemente 16 und 17. Es versteht sich, daß die genaue Ausführung der Relaislinse innerhalb des Fachwissens des Fachmanns liegt, und daß irgendeine geeignete Ausführung verwendet werden kann, die nach Bedarf sphärische, torische, zylindrische und/oder asphärische Oberflächen verwendet. Es versteht sich weiter, daß die Hybrid-Doublette 13 und das diffraktive Element 15 in Fig. 3 der Hybrid-Doublette 6, 7 und dem diffraktiven Element 5 in den Figuren 1 und 2 entsprechen und grundsätzlich dieselbe Form wie diese annehmen können. Das Prisma 14 in Fig. 3 dient einer ähnlichen Pfadabknick- oder Pfadumlenk-Funktion wie der Spiegel 4 in den Figuren 1 und 2, jedoch läßt das Prisma 14, weil es aus einem Material mit höherem Brechungsindex als Luft ist, eine kürzere körperliche Pfadlänge zu. Die Seite des Prismas 14, die zu seiner inneren reflektierenden ebenen Fläche entgegengesetzt ist, ist dort, wo das Licht nicht hindurchzutreten braucht, eingebuchtet, um körperlichen Raum zu liefern.
  • Das Liniengitter-Beugungselement 15 ist unmittelbar hinter der vorderen Linsengruppe 16, 17 der Relaislinse angeordnet und dient zum Ablenken, Abknicken oder Umlenken der optischen Achse um 270 in einer Richtung weg vom Kopf des Beobachters, mit den Vorteilen, wie zuvor in Bezug auf das Element 5 aus den Figuren 1 und 2 erwähnt. Die Hybrid-Doublette 13 besteht tatsächlich aus einem Kronglas-Brechungslinsenelement mit positiver Streuung vor einer schwach negativen diffraktiven Komponente mit sehr hoher Streuung.
  • Die Relaislinse erzeugt ein Zwischenbild II der Anzeige, und das Licht wird dann durch Beugung am nicht-konformen Hologramm auf dem Visier 8 zur Augenposition E2 reflektiert. Das nichtkonforme Hologramm ergibt eine Neigung oder einen Keil von 18º der tatsächlichen Reflexionsebene, so daß der Achsenstrahl einer Ablenkung von 36º in einer Ebene gegenüber der herkömmlicherweise reflektierten Strahlrichtung unterliegt. Falls erwünscht, kann sie auch eine gewisse Leistung aufweisen, so daß sich einen besserer Ausgleich oder eine bessere Abstimmung ergibt. Die in der Relaislinse enthaltenen diffraktiven Elemente dienen dazu, die Farbenstreuung des nicht-konformen Hologramms zu kompensieren, d.h. zu korrigieren oder auszugleichen, wie zuvor unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 beschrieben, wobei das Liniengitterelement 15 in Bezug zum Zwischenbild in Richtung der konjugierten Position des nicht-konformen Hologramms angeordnet ist und laterale Farbe weitestgehend korrigiert, und das Kreisgitterelement in der Hybrid-Doublette 13 an oder nahe der Pupille unmittelbar hinter dem Prisma 14 angeordnet ist und longitudinale Farbe weitestgehend korrigiert.
  • Es ist ersichtlich, daß die oben im einzelnen beschriebenen Ausführungsformen einer auf dem Helm montierten Anzeige zur Veranschaulichung und als Beispiel angegeben sind, und daß die Erfindung bei anderen Anordnungen verwendet werden kann. Bei den beschriebenen, auf dem Helm montierten Anordnungen ist es nicht zulässig, daß die tatsächliche konjugierte oder Spiegelbild-Position des nicht-konformen Hologramms in Bezug zum Zwischenbild von einem optischen Element eingenommen wird, wegen physikalischen Geometrieeinschränkungen und insbesondere, weil es die Randsicht des Beobachters blockieren oder stören würde. Bei anderen Anordnungen, wo es keine derartige Einschränkung gibt, kann an dieser konjugierten Position ein diffraktives Element angeordnet sein, und in diesem Fall kann ein einzelnes diffraktives Element im wesentlichen dieselbe Wirkung wie die beiden hintereinander angeordneten diffraktiven Elemente, wie oben beschrieben, erzielen. Ein derartiges einzelnes diffraktives Element würde im allgemeinen eine kompliziertere Form aufweisen, als jedes der einzelnen Gitterelemente, da es sowohl laterale als auch longitudinale Farbe kompensieren würde. Es wäre vorzugsweise holographisch und von im wesentlichen entgegengesetzter Form zu dem nichtkonformen Hologramm auf der Einspiegelungsvorrichtung. In einigen Fällen kann ein derartiges einzelnes diffraktives Element nicht tatsächlich an jedoch ausreichend nahe der konjugierten Position angeordnet werden, so daß sich eine ausreichende Farbenkorrektur ergibt, und/oder es kann von einer Form sein, welche die Farbe nicht vollständig kompensiert, sie jedoch ausreichend korrigiert, so daß sich ein akzeptables Anzeigenbild ergibt.
  • Es ist weiter ersichtlich, daß die Erfindung in Situationen mit kzrperlichen Geometrieeinschränkungen besonders nützlich ist, und potentiell allgemein bei verschiedenen Anzeigen anwendbar ist, die eine Einspiegelungsvorrichtung aufweisen, wie beispielsweise Head-Up-Displays, einschließlich derjenigen in Luftfahrzeugen (z.B. Flugzeuge und Helikopter) sowie erdgebundenen Fahrzeugen (z.B. Autos und Motorräder), und sei es monokular, biokular oder binokular, für einen militärischen oder zivilen Gebrauch und auf dem Kopf (z. B. auf dem Helm) oder auf andere Weise angebracht. Es versteht sich weiter, daß bekannte Techniken einer Optimierung der Lichtausnutzung oder einer Minimierung von nachteiligen wirkungen von unerwünschtem Licht verwendet werden können, wie in einem bestimmten System zweckmäßig. Zum Beispiel können Masken oder Ablenkeinrichtungen verwendet werden, um ein Hindurchgeistern von unerwünschtem, von dem diffraktiven Element oder den diffraktiven Elementen bei der nullten oder anderen unbenutzten Ordnungen durchgelassenem Licht zu vermeiden. Während das diffraktive Element oder die diffraktiven Elemente, welche die nachteiligen Auswirkungen des nicht-konformen Reflexionshologramms der Einspiegelungsvorrichtung kompensieren, in ihrer Bauart durchlässig sein können, wie oben beschrieben, kann weiter das einzelne oder eines oder beide der zwei alternativ von reflektierender Bauart sein.

Claims (4)

1. Anzeigesystem, mit einer Anzeigequelle (2), die ausgelegt ist, um Licht von einem Anzeigebild auszusenden, einer Linse (3), die ausgelegt ist, um ein Zwischenbild (II) aus dem Anzeigelicht zu bilden, und einem Bildkombinator, der ein nicht-konformes Reflexionshologramm (1) umfaßt, das ausgelegt ist, um das Anzeigelicht von dem Zwischenbild (II) zu empfangen, und dieses Licht als einen im wesentlichen parallelen Strahl nach der Beobachterstation (E1) senden, so daß ein bei der Beobachterstation (E1) positionierter Beobachter das Bild der Anzeige, bei Überlagerung mit seinem Blickfeld, über den Kombinator (1) sieht, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigequelle (2) eine gewisse Bandbreite hat und nicht streng monochromatisch ist, und einer longitudinalen und lateralen chromatischen Dispersion des van dem Kombinatorhologramm (1) erzeugten Anzeigelichts zumindest teilweise entgegengewirkt wird durch ein erstes und zweites diffraktives Element (5, 7), die einen gewissen Abstand voneinander haben und in dem Lichtweg zwischen der Anzeigequelle (2) und dem Zwischenbild (II) angeordnet sind, wobei das erste diffraktive Element (5) so angeordnet ist, daß es der lateralen Farbe weitgehend entgegenwirkt, und im wesentlichen die Form eines Strichgitters hat, das bezüglich des Zwischenbildes (II) nahe bei der konjugierten Position des Kombinator- Hologramms (1) gelegen ist, und das zweite diffraktive Element (7) so angeordnet ist, daß es der longitudinalen Farbe weitgehend entgegenwirkt, und im wesentlichen die Form eines kreisförmigen Gitters hat, das nahe bei einer Pupillenposition des Systems gelegen ist.
2. Anzeigesystem gemäß Anspruch 1, wobei das zweite diffraktive Element (7) die Form eines auf einer Oberfläche der Linse (3) gebildeten Oberflächenrelief-Hologramms hat.
3. Anzeigesystem gemäß Anspruch 1, wobei die Linse (3) eine Relaislinse aufweist, die verteilte Elemente hat, und das erste und zweite diffraktive Element zwischen verteilten Elementen der Relaislinse gelegen sind.
4. Anzeigesystem gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei das erste und zweite diffraktive Element (5, 7) zu einer einzigen diffraktiven Vorrichtung kombiniert sind, die die Funktion eines linearen und eines kreisförmigen Gitters hat, wobei die einzige diffraktive Vorrichtung nahe genug bei der konjugierten Position gelegen ist, um bei der Beobachterstation (E1) ein annehmbares Anzeigebild zu liefern.
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Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5537253A (en) * 1993-02-01 1996-07-16 Honeywell Inc. Head mounted display utilizing diffractive optical elements
GB9304944D0 (en) * 1993-03-11 1993-04-28 Pilkington Perkin Elmer Ltd Head-up displays
FR2703792B1 (fr) * 1993-04-09 1995-05-19 Sextant Avionique Dispositif de contrôle de la position et de l'orientation d'un miroir.
JP3376023B2 (ja) * 1993-06-01 2003-02-10 キヤノン株式会社 立体画像表示方法及び画像表示装置
DE69427136T2 (de) * 1993-06-30 2001-09-06 Canon Kk Bildwiedergabegerät
AU686245B2 (en) * 1993-10-07 1998-02-05 Virtual Vision, Inc. Binocular head mounted display system
JPH07191274A (ja) * 1993-12-27 1995-07-28 Canon Inc 画像表示装置
US5584696A (en) * 1994-07-28 1996-12-17 Evans & Sutherland Computer Corp. Hang gliding simulation system with a stereoscopic display and method of simulating hang gliding
FR2730320B1 (fr) * 1995-02-07 1997-03-14 Sextant Avionique Dispositif de pliage des voies optiques de deux projecteurs d'images droite et gauche d'un viseur de casque binoculaire a projection sur visiere
KR100277557B1 (ko) * 1995-05-15 2001-01-15 글렌 에이치. 렌젠, 주니어 낮은 관성 모멘트와 낮은 무게 중심을 가진 저가, 저중량 헤드장착 허상 투영 디스플레이
US5886675A (en) * 1995-07-05 1999-03-23 Physical Optics Corporation Autostereoscopic display system with fan-out multiplexer
DE19525520C2 (de) * 1995-07-13 1998-03-19 Zeiss Carl Jena Gmbh Optische Anordnung zur Einblendung eines Bildes in den Strahlengang eines Mikroskops
EP0991965A4 (de) 1996-11-12 2000-08-09 Planop Planar Optics Ltd Optisches system zum alternativen oder gleichzeitigen leiten von licht, das von zwei szenen herrührt, zum auge eines beobachters
DE29722785U1 (de) * 1997-12-23 1998-02-12 Gerzen, Peter, 91580 Petersaurach Bildprojektionsvorrichtung
US6636356B2 (en) 2000-08-02 2003-10-21 Olympus Optical Co., Ltd. Observation optical system
JP3460716B1 (ja) * 2002-04-25 2003-10-27 ソニー株式会社 画像表示装置
DE10316533A1 (de) * 2003-04-10 2004-11-04 Carl Zeiss Hybride HMD-Vorrichtung
DE10316534B4 (de) * 2003-04-10 2007-06-28 Carl Zeiss Hybridoptische HMD-Vorrichtung mit Farbfehlerkorrektur
DE10316518A1 (de) * 2003-04-10 2004-10-21 Carl Zeiss Jena Gmbh Bilderzeugungsvorrichtung für augmentierte Darstellung
US6795601B1 (en) * 2003-05-23 2004-09-21 Agilent Technologies, Inc. Achromatic optical switching/routing systems
WO2008073449A2 (en) 2006-12-12 2008-06-19 Evans & Sutherland Computer Corporation System and method for aligning rgb light in a single modulator projector
DE102007036974B4 (de) * 2007-08-06 2019-10-10 Carl Zeiss Ag HMD-Vorrichtung
US8358317B2 (en) 2008-05-23 2013-01-22 Evans & Sutherland Computer Corporation System and method for displaying a planar image on a curved surface
US8702248B1 (en) 2008-06-11 2014-04-22 Evans & Sutherland Computer Corporation Projection method for reducing interpixel gaps on a viewing surface
US8077378B1 (en) 2008-11-12 2011-12-13 Evans & Sutherland Computer Corporation Calibration system and method for light modulation device
CA2760382C (en) 2009-04-29 2017-11-07 Bae Systems Plc Head mounted display
US9641826B1 (en) 2011-10-06 2017-05-02 Evans & Sutherland Computer Corporation System and method for displaying distant 3-D stereo on a dome surface
CN102914871B (zh) * 2012-11-14 2016-07-13 中航华东光电有限公司 防毒面具头盔显示器的二元光学系统
US10345594B2 (en) * 2015-12-18 2019-07-09 Ostendo Technologies, Inc. Systems and methods for augmented near-eye wearable displays
JP2019505843A (ja) 2016-01-22 2019-02-28 コーニング インコーポレイテッド 広視野パーソナル表示装置
JP6696236B2 (ja) 2016-03-14 2020-05-20 セイコーエプソン株式会社 表示装置および導光装置
US10976551B2 (en) 2017-08-30 2021-04-13 Corning Incorporated Wide field personal display device
JP7091674B2 (ja) * 2018-01-26 2022-06-28 セイコーエプソン株式会社 表示装置および導光装置
JP7187987B2 (ja) * 2018-10-31 2022-12-13 セイコーエプソン株式会社 表示装置
JP7205166B2 (ja) * 2018-11-01 2023-01-17 セイコーエプソン株式会社 表示装置
JP7375374B2 (ja) * 2019-08-28 2023-11-08 セイコーエプソン株式会社 虚像表示装置及び導光装置
JP2021033154A (ja) * 2019-08-28 2021-03-01 セイコーエプソン株式会社 虚像表示装置及び導光装置
JP7143264B2 (ja) * 2019-09-05 2022-09-28 矢崎総業株式会社 車両用表示装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3940204A (en) * 1975-01-23 1976-02-24 Hughes Aircraft Company Optical display systems utilizing holographic lenses
US4218111A (en) * 1978-07-10 1980-08-19 Hughes Aircraft Company Holographic head-up displays
US4669810A (en) * 1984-02-03 1987-06-02 Flight Dynamics, Inc. Head up display system
US4613200A (en) * 1984-07-09 1986-09-23 Ford Motor Company Heads-up display system with holographic dispersion correcting
JPS6358317A (ja) * 1986-08-28 1988-03-14 Shimadzu Corp ヘツドアツプカラ−デイスプレイ
JPH0616136B2 (ja) * 1986-11-14 1994-03-02 矢崎総業株式会社 車載用ホログラフィック表示システム
US4826287A (en) * 1987-01-20 1989-05-02 Hughes Aircraft Company Display system having coma-control plate in relay lens
JP2556020B2 (ja) * 1987-02-06 1996-11-20 日本電装株式会社 ホログラムを用いた表示装置
JPS63194201A (ja) * 1987-02-09 1988-08-11 Nippon Denso Co Ltd ホログラムを用いた表示装置
GB2213951B (en) * 1987-12-17 1991-09-18 Gec Avionics Head-up displays
JP2585717B2 (ja) * 1988-06-03 1997-02-26 キヤノン株式会社 表示装置
GB8814177D0 (en) * 1988-06-15 1988-07-20 Marconi Gec Ltd Head-up display systems
US4981332A (en) * 1989-06-29 1991-01-01 Hughes Aircraft Company Dispersion-compensated windshield hologram virtual image display
DE4102678A1 (de) * 1990-02-08 1991-08-14 Smiths Industries Plc Headup-anzeigevorrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
EP0526067A3 (de) 1994-03-09
EP0526067B1 (de) 1998-01-21
EP0526067A2 (de) 1993-02-03
GB9116108D0 (en) 1991-11-06
ES2113924T3 (es) 1998-05-16
DE69224112D1 (de) 1998-02-26
US5396349A (en) 1995-03-07

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