DE69314751T2

DE69314751T2 - An einem Helm montierte Anzeige

Info

Publication number: DE69314751T2
Application number: DE1993614751
Authority: DE
Inventors: Bruno Barbier; Jean-Jacques Favot; Patrick Lach; Jean-Noel Perbet
Original assignee: Thales Avionics SAS
Current assignee: Thales Avionics SAS
Priority date: 1992-11-27
Filing date: 1993-11-25
Publication date: 1998-02-19
Anticipated expiration: 2013-11-26
Also published as: JPH06208078A; EP0599759B1; FR2700216B1; FR2700216A1; DE69314751D1; EP0599759A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung insbesondere für den Piloten eines Flugzeugs, eines Hubschraubers oder eines Raumfahrzeugs, die in ein Steuer-Hilfssystem oder Alarm-Anzeigesystem integriert sein kann.
Man kennt Steuer-Hilfssysteme, die eine Anzeigevorrichtung aufweisen, die auf dem Helm angebracht ist und es gestattet, Bilder im mittleren Blickfeldbereich und dem Umgebungsbild überlagert darzustellen. Damit die Piloten die Informationen lesen können, die diese Bilder enthalten, werden sie durch optische Systeme in einem bequemen Beobachtungsabstand projiziert, d. h. derart, daß sie ein virtuelles Bild in einem Abstand von mindestens 10 m zu den Augen des Piloten bilden (siehe beispielsweise WO-A- 41 04508).
Die Einschränkungen des Gewichts, des Raumbedarfes und der Bildqualität ergeben, daß die durch diese Vorrichtungen erzeugten Bilder nicht das gesamte Blickfeld abdecken. Nun liegt das gesamte Feld, das für das menschliche Auge wahrnehmbar ist, wenn man seine Bewegungen berücksichtigt, in der Größenordnung von 160º.
Die Erfindung hat zum Ziel, die Möglichkeiten besser auszunutzen, die durch den sichtbaren Kanal geboten sind, und schlägt eine zusätzliche Einrichtung zur Darbietung von Informationen vor, die leicht ist, wenig Raum benötigt und leicht in einen Helm oder jeden anderen Träger integrierbar ist, der vom Kopf des Piloten getragen ist.
Zu diesem Zweck benutzt die Erfindung die akkomodationslosen Sichtweisen des Piloten. Dies ist insbesondere beim peripheren oder zentralen Blickfeld der Fall, wenn das Bild vor dem Nahpunkt des Auges gebildet ist.
Die Erfindung hat, genauer gesagt, eine Anzeigevorrichtung für den Piloten eines Luftfahrzeuges oder Raumschiffes zum Gegenstand, die im Anspruch 1 umrissen ist.
So kann das Projektionssystem derart gesteuert werden, daß es Bilder in der Form von Auftreffpunkten verschiedener Strahlenbündel auf dem Bildschirm erzeugt.
Vorteilhafterweise streut gemäß einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung der Schirm zum Teil reflektierend, um derart die Lage des Bildes von der Lage der Lichtquellen unabhängig zu machen, und damit die Gesamtheit oder ein Teil des Lichtflusses zum Auge des Piloten gelangt.
Damit die Vorrichtung nicht die Sicht auf die Umgebung stört, und gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung, ist der Schirm teilweise transparent.
In diesem Fall und gemäß anderer Merkmale der Erfindung kann der Bildschirm derart angeordnet sein, daß er sich entweder im peripheren Blickfeld des Piloten oder im zentralen Blickfeld befindet, und zwar im letzten Fall unter der Bedingung, daß er in einem Abstand zu den Augen des Piloten angeordnet ist, der ausreichend ist, daß er die Akkomodation unmöglich macht.
Andere Aspekte der Ausführung werden im Verlauf der Beschreibung in Bezug auf die Figuren ersichtlich.
- Figur 1 stellt schematisch ein Piloten-Hilfssystem dar, das die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung nutzt.
- Die Figuren 2 bis 4 stellen ein erstes Ausführungsbeispiel des Bildschirmes unter Benutzung von Flüssigkristallen dar.
- Figur 5 stellt ein zweites Ausführungsbeispiel des Bildschirmes unter Verwendung transparenter und speziell vergüteter Materialien dar.
- Die Figuren 6 und 7 stellen zwei Ausführungsbeispiele des Projektionssystems in dem Fall dar, in dem der Bildschirm das Helmvisier ist.
- Figur 8 stellt eine Variante der Figuren 6 und 7 im Fall einer Projektion im zentralen Blickfeld dar.
Figur 1 stellt das Prinzipschema eines Steuer-Hilfssystems dar, das auf dem Helm unter Benutzung der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung angebracht ist. Der Helm 2, der mit einem Visier 2a versehen ist, wird vom Kopf 1 des Piloten getragen und trägt ein Projektionssystem 4, das einem Bildschirm 3 zugeordnet ist. Das Projektionssystem 4 wird von einer Anzeige-Steuerschaltung 5 gesteuert, die mit einem Symbolgenerator 6 verbunden ist. Der Generator 6 beliefert die Schaltung 5 mit Bildsignalen in Form verschiedener Parameter, die von den elektronischen Systemen des Luftfahrzeugs geliefert werden.
Der Generator 6 erzeugt beispielsweise ein Alarmsymbol in Form eines Flecks, dessen Lage auf dem Bildschirm die Richtung x, y beispielsweise einer Bedrohung anzeigt, die von einem Bordradar erfaßt wurde. Der Generator 6 kann auch den künstlichen Horizont in Form einer Linie erzeugen, die in Funktion des Nickwinkels T und des Rollwinkels R des Flugzeugs und der Winkelposition des Kopfes des Piloten geneigt ist, wobei die genannte Position von einem ortsfesten Meßfühler 7 geliefert wird, der mit einem Sender 8 zusammenwirkt, der auf dem Helm angeordnet ist.
Die Figuren 2 bis 4 stellen eine erste Ausführungsform des Bildschirms 3 unter Benutzung eines Flüssigkristallbauteils dar, das PDLC ("Polymer Dispersed Liquid Cristal") genannt ist. Dieses Bauteil hat die Eigenschaft, daß der Teil des Lichtes, das es hindurchläßt (Lt), und der Teil des Lichtes, das es streut (Lr), variabel sind und sich in Funktion einer elektrischen Spannung einstellen, die man an ihm anlegt. Wenn beispielsweise die Spannung 0 ist (Fig. 2), ist das Bauteil vollständig streuend. Wenn die Spannung einen Wert in der Größenordnung von 70V aufweist, ist das Bauteil vollständig transparent (Fig. 3). Wenn man demnach die Steuerspannung zwischen diesen beiden Extremwerten schwingen läßt (Fig. 4), erhält man ein Bauteil, das teilweise streuend und teilweise transparent ist. Man wird bevorzugt eine Schwingungsfrequenz in Funktion des Ansprechverhaltens des Bauteils derart wählen, daß das Auge die Änderungen des Zustands nicht wahrnimmt. Daraus ergibt sich, daß die Auftreffpunkte der Lichtstrahlenbündel Li auf der Oberfläche des Bauteils wahrnehmbar sind, während die gleichzeitige Sicht der äußeren Umgebung sichergestellt ist.
Fig. 5 stellt eine zweite Ausführungsform des Bildschirms 3 unter Benutzung herkömmlicher optischer Materialien (Glas, Kunststoff) dar. Der Bildschirm 3 ist aus zwei Schichten 3i, 3e gebildet, die aufeinandergeklebt sind. Die beiden Außenflächen der Schichten sind poliert und zueinander parallel. Mindestens eine der Innenschichten 9 ist aufgerauht und trägt eine halbreflektierende Vergütung. Das durch die Vergütung durchgelassene Licht Lt erfährt weder eine Abweichung noch eine Streuung, weil es eine Schicht mit paralleler Fläche und homogenem Brechungsindex durchquert. Das durch die Vergütung reflektierte Licht Lr wird in allen Richtungen gestreut, weil es auf den Unregelmäßigkeiten der aufgerauhten Oberfläche mit zufälliger Ausrichtung reflektiert wird.
Die Figuren 6 bis 8 sind Draufsichten auf einen Kopf 1, der einen Helm trägt, der mit einem Visier 2a versehen ist. Diese Figuren stellen eine dritte Ausführungsform des Bildschirms 3 dar, die darin besteht, unmittelbar das getönte Visier des Helmes zu benutzen, das die Lichtstrahlenbündel Li abfängt, indem Flecken gebildet werden, die ohne Akkomodation des Auges beobachtet werden. Im Fall der Figuren 6 und 7 sind die Lichtstrahlenbündel Li auf die Seitenwände des Visieres derart aufprojiziert, daß das periphere Blickfeld genutzt wird. Die Fig. 8 entspricht dem Fall, in dem die Lichtstrahlenbündel Li auf die vordere Fläche des Visiers projiziert werden. Man kann ebensogut auch Informationen auf der Gesamtheit des Visieres darbieten.
Die Figur 6 stellt auch eine erste Ausführungsform des Projektionssystems 4 dar, das aus einer Lichtquelle 10 zusammengesetzt ist, die einem einfachen optischen Element 11 wie einer Blende oder einer Linse zugeordnet ist. Die Lichtquelle 10 ist von einer Gruppe elementarer, strahlender Oberflächen gebildet, wie etwa einer Kathodenstrahlröhre oder einer Leuchtdiodenplatte. Diese Anordnung 10-11 erzeugt gerichtete Lichtstrahlenbündel Li, die jeweils den strahlenden Elementarflächen zugeordnet sind, deren Leistungen getrennt in Abhängigkeit von den Steuersignalen modulierbar sind, die von der Anzeige-Steuerschaltung 5 abgegeben werden.
Eine zweite Ausführungsform des Projektionssystems 4 ist in Fig. 7 dargestellt. Es besteht darin, einen optischen Schalter 13, wie etwa eine Flüssigkristallmatrix, einer Lichtquelle 12 wie etwa einer Leuchtdiode, einer Laserdiode oder einer Glühlampe zuzuordnen, die die gesamte Nutzfläche des Schalters beleuchtet. Wie vorher erzeugt diese Anordnung gerichtete und modulierbare Strahlenbündel Li. Jedes der Strahlenbündel Li ist einer Elementarfläche des Schalters 13 zugeordnet, der unter der Strahlengruppe, die von der Lichtquelle ausgesendet wird, eines der Strahlenbündel auswählt und seine Leistung moduliert.

Claims

1. Anzeigevorrichtung für den Piloten eines Luftfahrzeuges oder Raumschiffes, mit

- einem Bildschirm (3), der auf einem Träger (2) befestigt ist, der dazu vorgesehen ist, vom Kopf (1) des Piloten getragen zu werden, wobei der Bildschirm (3) derart angeordnet ist, daß er sich in einem Bereich befindet, in dem die Akkomodation durch die Augen (1a) des Piloten unmöglich ist, wenn der genannte Träger (2) vom Piloten getragen wird, und

- einem Projektionssystem (4), das ebenfalls am Träger (2) befestigt ist, und das es gestattet, eine Gruppe von gerichteten und separat in der Intensität modulierbaren Lichtstrahlenbündeln (Li) auf den genannten Bildschirm (3) zu senden, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Projektionssystem die genannten Lichtstrahlenbündel auf den genannten Bildschirm projiziert, um auf diesem genannten Bildschirm Bilder zu bilden, die von Flecken gebildet ist, die durch eine Sicht ohne Akkomodation sichtbar sind.

2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Bildschirm (3) zum Teil reflektiernd streut.

3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Bildschirm (3) zum Teil transparent ist.

4. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Bildschirm (3) derart angeordnet ist, daß er sich im peripheren Blickfeld des Piloten befindet.

5. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Bildschirm (3) derart angeordnet ist, daß er sich im zentralen Blickfeld des Piloten befindet, und zwar in einem Abstand zu den Augen (1a) des Piloten, der ausreichend gering ist, um die Akkomodation auf den genannten Bildschirm (3) unmöglich zu machen.

6. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Bildschirm (3) derart angeordnet ist, daß er sich im gesamten Blickfeld im Piloten und in einem Abstand zu den Augen (1a) des Piloten befindet, der ausreichend klein ist, um die Akkomodation auf den genannten Bildschirm (3) im mittleren Blickfeld unmöglich zu machen.

7. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Bildschirm (3) von einer Vorrichtung mit elektrisch steuerbarer Transparenz gebildet ist, wie etwa einem Flüssigkristallbauteil, und daß die genannte Vorrichtung derart gesteuert ist, daß sie alternierend in ihren transparenten Zustand und dann in ihren nicht-transparenten Zustand versetzt wird.

8. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Bildschirm (3) aus zwei transparenten Schichten (3i, 3e) zusammengesetzt ist, die aufeinandergeklebt sind, deren Außenflächen poliert und parallel zueinander sind und bei denen die Innenfläche (9) mindestens einer der genannten Schichten (3i, 3e) aufgerauht ist und einer halbreflektierenden Vergütung unterzogen ist.

9. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Träger (2) ein Helm ist, der ein Visier (2a) aufweist, und daß der genannte Bildschirm (3) durch das genannte Visier (2a) gebildet ist.

10. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Projektionssystem (4) zur Projektion von Alarmsymbolen eingerichtet ist.

11. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Projektionssystem (4) zur Projektion eines künstlichen Horizonts eingerichtet ist.