DE69608317T2

DE69608317T2 - Modulares, auf dem Helm montiertes Anzeigegerät

Info

Publication number: DE69608317T2
Application number: DE69608317T
Authority: DE
Inventors: Ronald G Hegg
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: L3 Technologies Inc
Priority date: 1995-01-10
Filing date: 1996-01-10
Publication date: 2001-02-15
Anticipated expiration: 2016-01-11
Also published as: JPH08262366A; TW315073U; US5677795A; IL116691A; EP0722109B1; KR100239595B1; US5835277A; EP0722109A1; JP2915337B2; IL116691A0; KR960030677A; DE69608317D1

Description

Die gegenwärtige Erfindung bezieht sich auf ein modulares an einem Helm befestigtes Display der Art, wie es mit einem Helm eines Luftfahrers verwendet wird, der ein Visier zum Schutz gegen Wind aufweist, sowie einen Bildprojektor und einen reflektierenden durchsichtigen Kombinator zum Reflektieren des projizierten Bildes zu einem Auge des Trägers des Helms;
wobei das Visier mit einem Visier/Kombinator-Modul ausgebildet ist, das einen durchsichtigen Sichtbereich besitzt, der in einen linken Teil bzw. einen rechten Teil vor dem linken Auge bzw. vor dem rechten Auge des Trägers aufgeteilt ist, um dadurch eine Sicht auf eine Szene zu erlauben, wobei der Sichtbereich eine Innenfläche besitzt, die wenigstens teilweise reflektierend ist, und die zu einer gegenüberliegenden Seite des Visiers/Kombinators hin abgewinkelt ist;
wobei der Bildprojektor eine Bildquelle umfaßt, die ein Bild und eine Übertragungsoptik bereitstellt, die das Bild auf die Innenfläche des Visier/Kombinator-Moduls zur Betrachtung durch den Träger des Helms projiziert.
Ein solches an einem Helm befestigtes Display ist aus der US-A-5 299 063 bekannt.
Herkömmliche am Helm befestigte Displays für Piloten schließen ein Visier/Kombinator, Übertragungsoptik und eine Bildquelle ein, die sämtlich an einem Helm befestigt sind. Um für den Helm eine aerodynamische Form zu erreichen, müssen die Bildquelle und die Übertragungsoptik innerhalb der aerodynamischen Hülle des Helms eingeschlossen sein. Die aerodynamische Form ist zwingend notwendig, falls der Pilot aus dem Luftfahrzeug bei hoher Geschwindigkeit ausgestoßen werden muß. Dies erfordert einen maßgeschneiderten Helm, der erheblich größer, schwerer, komplizierter und teurer als die Standardhelme ist, die von Piloten verwendet werden. In jedem Fall, wenn die Bildquelle und die Übertragungsoptik in den Helm integriert werden, falls das Visier als ein Kombinator verwendet wird, schließt sich dann das Visier vollständig um das Gesicht des Trägers herum, wie auch die Übertragungsoptik, wodurch die Größe und das Gewicht des Helms vergrößert werden. Andererseits muß die Übertragungsoptik vollständig in den Helm selbst integriert sein, falls das am Helm befestigte Display-System einen Kombinator innerhalb eines Visiers verwendet, wodurch wenig Raum zwischen dem Gesicht des Trägers und dieser Optik verbleibt. Diese Designalternative führt auch zu einem Helm mit erhöhter Größe und erhöhtem Gewicht.
Für andere Verwendungen als für Piloten wurden andere am Helm befestigte Displays entwickelt. Zum Beispiel kann zur Verwendung durch die Infanterie und andere Bodentruppen ein am Helm befestigtes Display auf oder in Verbindung mit einem ballistischen Schutzhelm getragen werden. Dieser Ansatz hat viele derselben Designbeeinträchtigungen erfahren, die bereits im Luftfahrtbereich identifiziert wurden. Obwohl die Verwendung für an Helmen befestigten Displays durch Bodenpersonal keine Berücksichtigung der Aerodynamik wie bei solchen für den Helm eines Piloten umfassen, schließen auch diese Helme Einschränkungen bezüglich Größe, Gewicht, Komplexität und Kosten ein.
Zum Beispiel ist ein an einem Helm befestigtes Display aus der US-A-5 200 827 bekannt. Es wird davon ausgegangen, daß dieses Patent ein an einem Helm befestigtes Display offenbart, bei dem das Visier/Kombinator oder das Visier mit einem separaten Kombinatorschirm mit einer Bildquelle und Übertragungsoptik in eine Einheit integriert wird, die an einem herkömmlichen Infanteriehelm befestigt werden kann oder in Verbindung damit verwendet werden kann. Das heißt, die Displayeinheit kann von einer Kopfeinrichtung aufgenommen sein, die alleine oder unter dem Helm getragen wird. Alternativ kann das Display an dem Helm des Trägers in ähnlicher Weise wie ein aufklappbares Visier befestigt sein. Auf jeden Fall schließt das Display das Visier/Kombinator oder einen separaten Kombinatorschirm, die Bildquelle und Übertragungsoptik sämtlich in einer Einheit ein.
Folglich leidet dieses am Kopf befestigte Display gemäß der Lehre dieses Patentes an vielen der Einschränkungen bezüglich Größe, Gewicht und Komplexität, die mit an Luftfahrthelmen befestigten Displays zusammenhängen. Eine kurze Durchsicht dieses Patents zeigt schnell die Komplexität, die mit diesem am Helm befestigten Display verbunden ist.
Ein anderes an einem Helm eines Luftfahrers befestigtes Display ist aus der US-A-4 468 101 bekannt. Gemäß der Offenbarung dieses Patentes verwendet dieses an einem Helm befestigte Display eine Bildquelle und Übertragungsoptik, die extern zum Visier des Helms aufgenommen sind. Eine transparente Kombinatorlinse hängt vor dem Visier im Sichtfeld des Benutzers herab, so daß ein von der Bildquelle und der Übertragungsoptik projiziertes Bild zusammen mit einer Sicht der Außenwelt durch diese Kombinatorlinse gesehen werden kann.
Bei einem am Helm befestigten Display gemäß diesem Patent ist die Unterbrechung der Aerodynamik des Helms des Luftfahrers durch die externe Vorrichtung offensichtlich. Ein Ausstoßen des Piloten aus dem Luftfahrzeug mit festen Flügeln bei einer hohen Fluggeschwindigkeit wäre mit einem solchen am Helm befestigten Display katastrophal. Es scheint auch, daß auch diese Einrichtung nicht schnell und in geeigneter Weise vom Helm des Luftfahrers während Notfallbedingungen unmittelbar vor dem Ausstoßen aus einem Luftfahrzeug abgelöst werden kann. Demnach könnte ein Pilot, der sich für die Benutzung dieses am Helm befestigten Displays entscheidet, dies tun müssen, während er das vergrößerte Verletzungsrisiko in dem Fall eines Notfallausstiegs aus dem Luftfahrzeug tragen muß.
Im Lichte dieser Nachteile gemäß der eingangs erwähnten US-A-5 299 063 wurde ein neues am Helm befestigtes Display offenbart, das versucht, das Gesamtgewicht und die Gesamtgröße des Helms zu reduzieren. Ein zweifaches Projektionssystem, das zwei Kathodenstrahlröhren benutzt, die an der Außenseite des Helms befestigt sind, wird verwendet. Um das Visier des Helms zu benutzen, ist das optische Übertragungssystem so befestigt, daß die Projektion von einer Kathodenstrahlröhre die Projektion der anderen Kathodenstrahlröhre zu der gegenüberliegenden Seite des Visiers hin überkreuzt, vor den Augen des Piloten, und jede Hälfte des Visiers überträgt dann das Bild zu einem der Augen des Piloten, wodurch duale Bilder erzeugt werden.
Vör diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes am Helm befestigtes Display zur Verfügung zu stellen, das besonders für Standardluftfahrerflughelme geeignet ist und ein reduziertes Gewicht und eine reduzierte Größe be sitzt und dazu ausgebildet ist, das Risiko im Falle des Ausstoßes des Luftfahrers zu reduzieren, der den Helm trägt.
Gemäß 'der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein modulares am Helm befestigtes Display mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Demnach stellt die gegenwärtigen Erfindung ein am Helm befestigtes modulares Display zur Verwendung mit einem Schutzhelm bereit, wobei das modulare Display umfaßt: ein Visier/Kombinator-Modul, das zur Befestigung am Helm ausgebildet ist, um wenigstens die Augen eines Benutzers, der den Helm trägt, zu schützen, wobei das Visier/Kombinator-Modul einen transparenten Fensterbereich auf einer Seite desselben umfangsmäßig neben einem Auge des Benutzers aufweist, und einen transparenten Sichtbereich an der gegenüberliegenden Seite desselben, der vor dem anderen Auge des Benutzers angeordnet ist, um das Sehen einer Szene dadurch zu erlauben, wobei der Sichtbereich eine Innenfläche besitzt, die zum Fensterbereich abgewinkelt ist; eine Bildquelle und ein Übertragungsoptik-Modul (ISRO), das zur abnehmbaren Befestigung an einer Außenoberfläche des Helms neben dem Fensterbereich ausgebildet ist, wobei das ISRO-Modul eine lichtemittierende Bildquelle zur Erzeugung eines Bildes aufweist, sowie eine Übertragungsoptik, die das Bild von dem ISRO-Modul an der Innenseite des Visier/Kombinator-Moduls durch den Fensterbereich desselben und auf eine Innenfläche auf unendlich fokussiert oder nahezu fokussiert zur teilweisen Reflexion zu dem anderen Auge des Benutzers projiziert, wobei der Benutzer das Bild mit der Szene überlagert sieht, das ISRO-Modul von dem Helm ablösbar ist und das Vi sier/Kombinator-Modul als ein Schutzvisier ohne Verwendung des ISRO-Moduls verwendbar ist.
Weitere Aufgaben und Vorteile der gegenwärtigen Erfindung werden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Figuren deutlich.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Benutzers, der einen standardmäßigen Luftfahrerflughelm trägt, der mit einem Visier/Kombinator und mit einem extern befestigten Bildquellen- und Übertragungsoptik-Modul (ISRO) gemäß der gegenwärtigen Erfindung versehen ist;
Fig. 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung ähnlich derjenigen von Fig. 1, die den Luftfahrerhelm mit dem Visier/Kombinator in beabstandeter Anordnung und mit Teilen der Bildquellen- und Übertragungsoptik (ISRO) entfernt zeigt oder mit gestrichelten Linien zur Verdeutlichung der Darstellung und
Fig. 3 einen schematischen Querschnitt allgemein entlang der Linie 3-3 von Fig. 2.
Betrachtet man die Zeichnungsfiguren in Zusammenhang miteinander, so zeigt Fig. 1 einen Benutzer 10, der einen standardmäßigen Luftfahrerflughelm 12 zeigt. An dem Flughelm 12 ist anstelle des standardmäßigen Visiers ein transparentes Visier/Kombinator 14 gemäß der gegenwärtigen Erfindung befestigt. Das Visier/Kombinator-Modul 14 schließt eine mittlere Sichtflä che ein, die allgemein mit der Ziffer 16 bezeichnet ist. Diese mittlere Sichtfläche 16 ist in einen linken Bereich 18 und einen rechten Bereich 20 durch eine vertikal verlaufende mittige Spitze 22 aufgeteilt. Oben und an jeder Seite der mittleren Sichtfläche 16 schließt das Visier/Kombinator-Modul 14 einen oberen Bereich 24 und die betreffenden linken und rechten Seitenbereiche 26, 28 ein. Diese oberen und Seitenbereiche 24, 26, 28 bilden allgemein die Kontur eines standardmäßigen Visiers (nicht dargestellt) nach, das normalerweise mit dem Helm 12 getragen würde und sind glatt in die Konturen des Visiers/Kombinators 14 einschließlich des Sichtbereiches 16 eingefügt. Demnach stellt das Visier/Kombinator-Modul 14 eine enge Schnittstelle mit dem Helm 12 bereit, sowie Windschutz für den Benutzer 10, der allgemein demjenigen durch das Standardvisier bereitgestellten entspricht.
In einer temporären Position abnehmbar an dem Helm 12 befestigt ist ein Bildquellen- und Übertragungsoptik-Modul (ISRO), das mit der Ziffer 30 bezeichnet ist. Dieses ISRO-Modul 30 schließt ein angepaßtes Schutzgehäuse 32 ein, das eine Bildquelle 34 und Übertragungsoptik aufnimmt, die mit der Ziffer 36 bezeichnet ist. Das Gehäuse 32 ist abnehmbar an dem Helm 12 befestigt, so daß ein Ziehen von hinten an einem Stromversorgungs- und Signalkabel 38, das sich davon erstreckt, wie durch den Pfeil 40 in Fig. 1 angedeutet, dieses Gehäuse 32 von dem Helm 12 trennen wird.
Wie in Fig. 2 zu sehen ist, steht das Stromversorgungs- und Signalkabel 38 in Verbindung mit der Bildquelle 34. Diese Bildquelle kann z. B. eine kleine Kathodenstrahlröhre sein. Eine andere Alternative für die Bildquelle 34 besteht in einem klei nen Vakuumfluoreszenzdisplay. Gemäß einer weiteren Alternative kann die Bildquelle einen rückwärtig beleuchteten Flüssigkristall-Displayschirm verwenden. Den Fachleuten in dem betreffenden Fachgebiet sind viele Alternativen für die Bildquelle 34 gegenwärtig. Es ist wichtig, daß die Bildquelle 34 entweder selbst vom Licht aussendenden Typ (wie etwa eine Kathodenstrahlröhre) ist oder eine Lichtquelle einschließt (wie etwa ein von hinten beleuchtetes Flüssigkristalldisplay), so daß die Bildquelle ein Lichtbild auf die Übertragungsoptik 36 projiziert. Das Bildsignal für die Bildquelle 34 wird in elektrischer Form von dem Kabel 38 zusammen mit der Spannung geliefert, um die Bildquelle 34 zu betreiben.
Wie ferner in Fig. 2 zu sehen ist, stellt die Bildquelle 34 ein Bild bereit, das auf die Übertragungsoptik 36 projiziert wird, wie durch den Pfeil 42 angedeutet ist. Die Übertragungsoptik 36 erhält das Bild und projiziert das Bild durch einen betreffenden der beiden jeweils mit der Bezugsziffer 44 bezeichneten Umfangsfensterbereiche des Visiers/Kombinators 14, um es auf dem gegenüberliegenden Seitenbereich 18 oder 20 des Visiers/Kombinators zu fokussieren. Das heißt, ein rechtes Modul 30 wird ein Bild auf den linken Bereich 18 des Visiers/Kombinators projizieren. Ein linkes Modul 30 wird in ähnlicher Weise ein Bild auf den rechten Bereich 20 des Visiers/Kombinators 14 projizieren. Es versteht sich, daß der Helm 12 ein rechtes Modul 30, ein linkes Modul 30 oder beides tragen kann.
Fig. 3 zeigt ein Strahlendiagramm, das verdeutlicht, wie die Module 30 die betreffenden Bilder (die durch Pfeile 46 gezeigt sind) durch die betreffenden Fensterbereiche 44 und auf die betreffenden Sichtbereiche 18 und 20 des Visier/Kombinator- Moduls 14 projizieren können. Betrachtet man Fig. 3, zeigt es sich, daß die Bereiche 18 und 20 jeweils zu dem gegenüberliegenden Fensterbereich 44 hin abgewinkelt sind, so daß das projizierte Bild (Pfeile 46) teilweise zu den Augen 50 des Benutzers hin reflektiert wird. Diese "über Kreuz" Bildprojektionsanordnung erlaubt es, daß sich das Visier/Kombinator 14 enger um das Gesicht des Benutzers herum erstreckt und besser an die Konturen des Helms 12 anpaßt.
Diese Konturtreue des Visiers/Kombinators für den Helm 12 ist wichtig in bezug auf die Aerodynamik der Kombination aus dem Helm und dem Visier/Kombinator in der Situation des Ausstoßens eines Piloten. Es ist erwünscht, daß der Helm und das Visier/Kombinator den Benutzer 10 keinen aerodynamischen Momenten aussetzt, die plötzlich auftreten, wenn der Benutzer in den Luftstrahl um das Luftfahrzeug ausgestoßen wird. Der Benutzer 10 wird ferner mit einer Sicht der Außenwelt durch das transparente Visier/Kombinator 14 versorgt. Folglich ist das Bild (Pfeile 46) auf unendlich oder nahezu unendlich fokussiert und mit einer Sicht der Außenwelt überlagert, die der Benutzer 10 durch die Bereiche 18 und 20 des Visiers/Kombinators 14 sieht. Durch eine Kontrolle der Helligkeit des von den ISRO- Modulen 30 projizierten Bildes kann der Benutzer 10 einen Kontrastpegel einstellen, der es erlaubt, das Bild zu sehen und der die Sicht des Benutzers der Außenwelt nicht stört. Diese Kontrolle der Helligkeit des Bildes als auch die Zuführung des Bildsignals zu der Quelle 34 wird über das Kabel 38 und die Verwendung von elektronischen Steuerschaltungen (nicht darge stellt) erreicht, die über dieses Kabel mit dem Modul 30 verbunden sind.
Es verseht sich, daß es wichtig ist, daß die ISRO-Module 30 hauptsächlich mit dem angepaßten Schutzgehäuse 32 versehen sind, einfach um diese zu schützen und die Bildquelle 34 und die Übertragungsoptik 36 aufzunehmen, und nicht um eine aerodynamische Strömungsanpassung für dieses Modul zu erreichen. Falls der Benutzer während des Fluges aus einem Luftfahrzeug aussteigen muß, werden die ISRO-Module 30 schnell und einfach von dem Helm 12 entfernt, indem an den Kabeln 38 gezogen wird, wie durch den Pfeil 40 angedeutet ist. Die Module 30 können abnehmbar an dem Helm 12 z. B. unter Verwendung einer Schwalbenschwanzverbindung befestigt sein. Alternativ kann eine Rasteinrichtung verwendet sein, um die ISRO-Module 30 auf dem Helm 12 zu befestigen, und es kann vorgesehen werden, daß ein Ziehen an dem Kabel 38 (oder die Betätigung eines anderen Auslösemerkmals) die Rasteinrichtung ausrastet.
Ein Vorteil der gegenwärtigen Erfindung liegt in der Fähigkeit zur Verwendung mit einem im wesentlichen standardmäßigen Luftfahrerhelm und der Vermeidung der Notwendigkeit von großen, komplexen und teuren Helmen mit eingebautem am Helm befestigten Displays. Die gegenwärtige Erfindung erlaubt es, daß die ISRO-Module 30 des am Helm befestigten Displays im Luftfahrzeug verbleiben zur Verwendung durch verschiedene Besatzungsmitglieder, ohne die Notwendigkeit, jedes einzelne Besatzungsmitglied mit einem vollständigen am Helm befestigten Display zu versorgen.
Andererseits ist das angepaßte Gehäuse 32 derart geformt, daß es in dem Fall, daß der Benutzer 10 aus einem Luftfahrzeug ohne die Möglichkeit zur Entfernung des Moduls 30 ausgestoßen wird, eine minimale Unterbrechung der aerodynamischen Konturen der Kombination aus Helm und Visier/Kombinator darstellt. Diese Situation kann z. B. auftreten, falls ein bewußtloses Besatzungsmitglied aus einem Luftfahrzeug durch ein anderes Besatzungsmitglied ausgestoßen wird. Es versteht sich, daß wegen dieser Möglichkeit das Kabel 38 so angeordnet ist, daß es sich freizieht oder bei einem Ausstoßen des Benutzers 10 abgetrennt wird.
Obwohl die gegenwärtige Erfindung unter Bezugnahme auf eine besonders bevorzugte beispielhafte Ausführung der Erfindung dargestellt und erläutert wurde, stellt eine solche Bezugnahme keine Begrenzung der Erfindung dar und eine solche Begrenzung wird nicht vorgenommen. Die Erfindung ist nur durch den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche begrenzt.

Claims

1. Modulares am Helm befestigtes Display der Art, wie es mit einem Helm (12) eines Luftfahrers verwendet wird, mit einem Visier zum Schutz gegen Wind und mit einem Bildprojektor, sowie einem reflektierenden transparenten Kombinator zum Reflektieren des projizierten Bildes auf das Auge des Trägers (10) des Helms (12);

wobei das Visier mit einem Visier/Kombinator-Modul (14) ausgerüstet ist, das ein transparentes Sichtfeld (16) besitzt, das in einen linken Sichtbereich (18) und einen rechten Sichtbereich (20) aufgeteilt ist, der vor dem linken Auge bzw. vor dem rechten Auge des Trägers (10) angeordnet ist, um eine Sicht auf eine Szene hierdurch zu erlauben, wobei die Sichtbereiche (18, 20) eine Innenfläche (48) besitzen, die wenigstens teilweise reflektiert und die zu einer gegenüberliegenden Seite des Visiers/Kombinators (14) hin abgewinkelt ist;

wobei der Bildprojektor eine Bildquelle (34) besitzt, die ein Bild erzeugt, sowie eine Übertragungsoptik (36), die das Bild auf die Innenfläche (48) des Visier/Kombinator- Moduls (14) zur Betrachtung durch den Träger (10) des Helms (12) projiziert;

dadurch gekennzeichnet, daß die Bildquelle (34) und die Übertragungsoptik (36) in einem abgestimmten Schutzgehäuse (36) aufgenommen sind, wodurch ein Bildquellenübertragungsoptik-Modul (ISRO) (30) gebildet wird, und

daß das ISRO-Modul (30) abnehmbar an einer äußeren Oberfläche des Helms (12) befestigt ist.

2. Modulares an einem Helm befestigtes Display nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Visier/Kombinator- Modul (14) ein Paar der Sichtbereiche (18, 20) einschließt, die an betreffenden Innenflächen (48) gemeinsam zu gegenüberliegenden Seiten des Visiers/Kombinators hin abgewinkelt sind, wobei die Sichtbereiche (18, 20) gemeinsam eine sich vertikal erstreckende Spitze dazwischen definieren.

3. Modulares an einem Helm befestigtes Display nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Visier/Kombinator-Modul (14) einen durchsichtigen Fensterbereich (44) umfaßt, der in einer temporären Position des Trägers (10) des Helms (12) angeordnet ist, wobei das ISRO-Modul (30) das Bild nach innen durch den Fensterbereich (44) projiziert.

4. Modulares an einem Helm befestigtes Display nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Visier/Kombinator-Modul ein Paar von Sichtbereichen (18, 20) einschließt, die an ihren betreffenden Innenflächen (48) gegeneinander zu gegenüberliegenden Seiten des Visiers/Kombinators (14) hin abgewinkelt sind.

5. Modulares an einem Helm befestigtes Display nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Display ein Paar der ISRO-Module (30) einschließt, die jeweils für eine Befestigung an der linken und an der rechten Seite des Helms (12) ausgebildet sind.

6. Modulares an einem Helm befestigtes Display nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar der ISRO-Module (30) jeweils ein Bild zu dem gegenüberliegenden Sichtbereich des Visier/Kombinator-Moduls (14) projiziert, so daß sich die Projektionen innerhalb des Visiers/Kombinators überkreuzen.