DE384880T1 - Am helm befestigte nachsichtanzeige. - Google Patents

Am helm befestigte nachsichtanzeige.

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DE384880T1 DE199090630046T DE90630046T DE384880T1 DE 384880 T1 DE384880 T1 DE 384880T1 DE 199090630046 T DE199090630046 T DE 199090630046T DE 90630046 T DE90630046 T DE 90630046T DE 384880 T1 DE384880 T1 DE 384880T1
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Claims (43)

Anmeldung Nr. 90630046.2-2205 / 0384880 United Technologies Corporation Patentansprüche
1. Am Helm befestigte Vorrichtung zur Verwendung in einem Anzeigesystem, mit:
einem Helm, der von einem Beobachter getragen wird und eine äußere Oberfläche hat, in v/elcher eine Öffnung in der Nähe der Augen des Beobachters vorgesehen ist;
einer ersten Bildquelle, die an dem Helm angeordnet ist, um ein Bild zu liefern;
einer Relaisoptikeinrichtung, die mehrere optische Komponenten umfaßt und auf der äußeren Oberfläche des Helms angeordnet ist, um das Bild aus der ersten Bildquelle an einer Eintrittspupille zu empfangen und das Bild in einem Strahlengang zu einer Zwischenbildfokalebene zu leiten, die in der Nähe der Öffnung in der äußeren Oberfläche angeordnet ist, wobei die mehreren optischen Komponenten eine erste Linse umfassen, die längs des Strahlenganges in einer vorbestimmten Distanz von der ersten Bildquelle angeordnet ist, und wobei die Relaisoptikexnrichtung ein Okular erfaßt;
einer zweiten Bildquelle, die an dem Helm angeordnet ist, um ein Bild zu liefern;
einer optischen Strahlteilerkomponente, die in dem Strahlengang zwischen der ersten Bildquelle und der ersten Linse angeordnet ist, um das durch die zweite Bildquelle gelieferte Bild in einer Richtung längs des Strahlenganges zu der ersten Linse zu reflektieren und das Bild aus der ersten Bildquelle längs des Strahlenganges zu der ersten Linse zu übertragen, wobei eine Strahlengangdistanz von der zweiten Bildquelle zu der ersten Linse gleich der vorbestimmten Strahlengangdistanz von der ersten Bildquelle zu der ersten Linse ist, wobei die Strahlteilerkomponente räumlich so angeordnet ist, daß sie das Bild
aus der zweiten Bildquelle dem Bild aus der ersten Bildquelle effektiv überlagert, und wobei das Bild in der Nähe der Zwischenbildfokalebene eine fokussierte Form des überlagerten Bildes an der ersten Linse ist; und
einer Okulareinrichtung zum Empfangen des überlagerten Bildes aus der Zwischenbildfokalebene an einer Eingangsöffnung derselben, um das überlagerte Bild als in dem Strahlengang in der Nähe der Zwischenbildfokalebene fokussiert in dem vorderen Sichtfeld des Beobachters darzubieten, wobei die Okulareinrichtung die Relaisoptikeinrichtung lösbar erfaßt und wobei die Okulareinrichtung bei Erfassung das überlagerte Bild aus der Zwischenbildfokalebene empfängt und das Bild in dem vorderen Sichtfeld des Beobachters darbietet.
2. Am Helm befestigte Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Bildquelle eine Katodenstrahlröhre ist.
3. Am Helm befestigte Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Bildquelle eine Bildverstärkungsvorrichtung ist.
4. Am Helm befestigte Vorrichtung nach Anspruch 1, weiter beinhaltend eine oder mehrere optische Komponenten, die so angeordnet sind, daß sie das Bild aus der zweiten Bildquelle zu der Strahlteilerkomponente leiten.
5. Am Helm befestigte Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die eine oder mehreren Komponenten einen Spiegel umfassen.
6. Am Helm befestigte Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Oberfläche der Strahlteilerkomponente, welcher der ersten Linse am nächsten ist, mit einem optischen Überzug versehen ist, der ein Reflexionsvermögen in dem Bereich von achtzig bis fünfundneunzig Prozent hat.
0384380
7. Am Helm befestigte Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Strahlteilerkomponente optisches Quarzmaterial umfaßt, das eine Dicke von ungefähr einem Millimeter hat.
8. Am Helm befestigte Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Strahlteilerkomponente eine Häutchen-Strahlteilerkomponente ist.
9. Am Helm befestigte Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Okulareinrichtung eine optische Reflexionskomponente aufweist, die in dem vorderen Sichtfeld des Beobachters angeordnet ist, um das überlagerte Bild, wie an der Eingangsöffnung fokussiert, in das vordere Sichtfeld des Beobachters zu reflektieren, wobei die Reflexionskomponente für das Außenszenebild, das in dem vorderen Sichtfeld des Beobachters jenseits, der Reflexionskomponente angeordnet ist, undurchsichtig ist.
10. Am Helm befestigte Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die optischen Komponenten, die die Relaisoptikeinrichtung bilden, mehrere Linsen mit unterschiedlicher Materialzusammensetzung umfassen, die in gegenseitiger Nähe angeordnet sind, wodurch jedes Linsenpaar chromatische Aberrationen der optischen Signale, die durch die Linsen geleitet werden, reduziert.
11. Am Helm befestigte Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die optischen Komponenten, welche die Relaisoptikeinrichtung bilden, einen Spiegel umfassen, der so angeordnet ist, daß er das überlagerte Bild längs des Strahlenganges in der Richtung der Zwischenbildfokalebene reflektiert.
12. Am Helm befestigte Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Länge des Strahlenganges von der Eintrittspupille zu der Zwischenbildfokalebene in dem Bereich von 100 - 400 Millimetern liegt.
13. Am Kopf befestigte Vorrichtung zur Verwendung in einem Anzeigesystem, mit:
einer Helmeinrichtung, die das Befestigen von optischen Komponenten gestattet und eine Öffnung in der Nähe der Augen des Beobachters hat;
einer ersten Bildquelleneinrichtung, die selbstleuchtend und an der Helmeinrichtung befestigbar ist, um ein Bild zu liefern, wobei die mittlere Helligkeit der ersten Bildquelleneinrichtung über einem beträchtlichen Bereich von Luminanzwerten variabel ist;
einer zweiten Bildquelleneinrichtung, die selbstleuchtend und an der Helmeinrichtung befestigbar ist, um ein Bild zu liefern, wobei die mittlere Helligkeit der zweiten Bildquelleneinrichtung eine relativ geringe Luminanz aufweist; und einer Optikeinrichtung, die an der Helmeinrichtung befestigbar ist, um ein Bild der ersten und der zweiten Bildquelleneinrichtung in einer Brennweite von einem Meter bis unendlich in dem Sichtfeld des Beobachters darzubieten, wobei die Optikeinrichtung eine erste und eine zweite Koppeloptikeinrichtung, eine gemeinsame Relaisoptikeinrichtung und zwei separate, austauschbare optische Okulareinrichtungen umfaßt, wobei jede Okulareinrichtung eine Anordnung von optischen Komponenten umfaßt, wobei die gemeinsame Relaisoptikeinrichtung eine Anordnung von optischen Komponenten umfaßt, die für den Gebrauch mit jeder der Okulareinrichtungen gemeinsam sind, wobei die gemeinsame Relaisoptikeinrichtung in der Lage ist, die Okulareinrichtungen jeweils lösbar zu erfassen, wobei nur eine der Okulareinrichtungen durch die Relaisoptikeinrichtung gleichzeitig erfaßt wird und wobei die erste und die zweite Koppeloptikeinrichtung eine Einrichtung umfassen zum Richten von Lichtstrahlen aus einer der Bildquelleneinrichtungen in die gemeinsame Relaisoptikeinrichtung .
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die optischen Komponenten der Relaisoptikeinrichtung eine erste Linse umfassen,
U38488Ü
die in einem Strahlengang angeordnet ist, wobei die Strahlenganglänge von der ersten Bildquelleneinrichtung bis zu der ersten Linse gleich der Strahlenganglänge von der zweiten Bildquelleneinrichtung zu der ersten Linse ist, wodurch die gleichen Strahlenganglängen dazufuhren, daß die erste und die zweite Bildquelleneinrichtung optisch äquivalent sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die erste Bildquelleneinrichtung längs des Strahlenganges der gemeinsamen Relaisoptikeinrichtung angeordnet ist, wobei die zweite Koppeloptikeinrichtung eine optische Strahlteilereinrichtung umfaßt, die längs des Strahlenganges zwischen der ersten Bildquelleneinrichtung und der ersten Linse der gemeinsamen Relaisoptikeinrichtung angeordnet ist, wobei die Strahlteilereinrichtung eine Einrichtung umfaßt zum gleichzeitigen Reflektieren der Lichtstrahlen aus der zweiten Bildquelleneinrichtung in den Strahlengang der gemeinsamen Relaisoptikeinrichtung und Übertragen der Lichtstrahlen aus der ersten Bildquelleneinrichtung längs des Strahlenganges der gemeinsamen Relaisoptikeinrichtung.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die erste Bildquelleneinrichtung eine Miniaturkatodenstrahlröhre umfaßt, die einen aktiven Bilddurchmesser in dem Bereich von 16 - 25 Millimetern hat.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die zweite Bildquelleneinrichtung eine Bildverstärkervorrichtung umfaßt, die eine Eingangserfassungsfläche zum Erfassen von äußeren Szenen geringer Luminanz hat, welche jenseits der Erfassungsfläche angeordnet sind, und eine Ausgangsbildfläche mit einem aktiven Bilddurchmesser in dem Bereich von 16 - 25 Millimetern, wodurch der Bildverstärker ein Bild geringer Luminanz der erfaßten äußeren Szene auf der Ausgangsfläche darbietet.
0384380
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die zweite Koppeloptikeinrichtung eine optische Reflexionseinrichtung umfaßt, die in einem Strahlengang angeordnet ist, der sich an die zweite Bildquelleneinrichtung anschließt, wobei die Reflexionseinrichtung eine Einrichtung umfaßt zum Umklappen der zweiten Koppeloptikeinrichtung, um dadurch das Sichtfeld der Bildverstärkervorrichtung in dem Sichtfeld des Beobachters zu positionieren, und wobei die Reflexionseinrichtung weiter eine Einrichtung umfaßt zum Reflektieren der Lichtstrahlen aus der zweiten Bildquelleneinrichtung längs des Strahlenganges der zweiten Koppeloptikeinrichtung zu der optischen Strahlteilereinrichtung.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Reflexionseinrichtung einen Spiegel umfaßt.
20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Reflexionseinrichtung ein Prisma umfaßt.
21. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die gemeinsame Relaisoptikeinrichtung eine Einrichtung umfaßt zum Bilden eines reellen Zwischenbildes der ersten Bildquelleneinrichtung in Überlagerung mit der zweiten Bildquelleneinrichtung in einer Distanz von bis zu 400 Millimetern von der ersten Bildquelleneinrichtung, wobei das reelle Zwischenbild eine Vergrößerung hat, die das 0,5- bis 4,0-fache des durch die erste Bildquelleneinrichtung gelieferten Bildes und des durch die zweite Bildquelleneinrichtung gelieferten Bildes ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei jede Okulareinrichtung eine Einrichtung aufweist, um ein virtuelles Bild des reellen Zwischenbildes in einer Brennweite von einem Meter bis unendlich in dem vorderen Sichtfeld des Beobachters darzubieten.
0384-380
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei eine erste Komponente der Anordnung von optischer. Komponenten, die eine der Okulareinrichtungen bildet, katadioptrisch ist, wobei das katadioptrische Okular teilweise reflektierende, teilweise durchlässige optische Komponenten umfaßt, um das virtuelle Bild in des Beobachters Sicht der äußeren Szene zu überlagern, wobei das virtuelle Bild einen Teil des Sichtfeldes des Beobachters einnimmt, der eine Mindestgröße von 10 Grad an dem Auge des Beobachters hat, wodurch das katadioptrische Okular zum Betrachten des Bildes der ersten Bildquelleneinrichtung optimiert ist, wobei das Bild der ersten Bildquelleneinrichtung eine wesentlich größere Helligkeit hat als das Bild der zweiten Bildquelleneinrichtung.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei das katadioptrische Okular einen teilweise durchlässigen, teilweise reflektierenden ebenen Strahlteiler und eine zweite, teilweise durchlässige, teilweise reflektierende gekrümmte optische Kombinatorkomponente aufweist, die vor dem ebenen Strahiteiler längs der Sichtlinie des Beobachters angeordnet ist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei eine Oberfläche des Kombinators, die dem Auge des Beobachters am nächsten ist, mit einem teilweise reflektierenden, teilweise durchlässigen optischen Überzug versehen ist, der ein Reflexionsvermögen in dem Bereich von 20 - 60 Prozent für sichtbares Licht in dem Wellenlängebereich von 400 - 700 Nanometer hat.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei eine Oberfläche des ebenen Strahlteilers, die von dem Auge des Beobachters am weitesten entfernt ist, mit einem teilweise reflektierenden, teilweise durchlässigen optischen Überzug versehen ist, der ein Reflexionsvermögen in dem Bereich von 20 - 60 Prozent für sichtbares Licht in dem Wellenlängebereich von 400 - 700 Nano-
038488C
meter hat.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei eine sekundäre Oberfläche jeweils des ebenen Strahlteilers und des Kombinators mit einem optischen Antireflexüberzug für sichtbares Licht in dem Wellenlängebereich von 400 - 700 Nanometer versehen ist, wodurch der Antireflexüberzug störende Reflexionen sichtbaren Lichtes in dem Wellenlängenbereich von 400 - 700 Nanometer reduziert.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei der Kombinator ein leichtes Glasmaterial wie Quarzglas umfaßt.
29. Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei der ebene Strahlteiler ein leichtes Glasmaterial wie Quarz umfaßt.
30. Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei der Kombinator ein optisches Kunststoffmaterial wie Polycarbonat- oder Acrylmaterial umfaßt.
31. Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei der ebene Strahlteiler optisches Kunststoffmaterial wie Polycarbonat- oder Acrylmaterial umfaßt.
32. Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei die effektive Brennweite der ersten Koppeloptikeinrichtung zusammen mit den optischen Komponenten der gemeinsamen Relaisoptikeinrichtung und den optischen Komponenten der katadioptrischen Okulareinrichtungen in dem Bereich von 15 - 55 Millimetern liegt.
33. Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei die optischen Komponenten der katadioptrischen Okulareinrichtungen in einer Brillenvorrichtung befestigt sind, wobei die katadioptrische Okularbrillenvorrichtung so angeordnet ist, daß sie die gemeinsame Relaisoptikeinrichtung lösbar erfaßt.
34. Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei eine zweite Komponente der Anordnung von optischen Komponenten, die eine der
Okulareinrichtungen bildet, lichtbrechend ist, wobei das
lichtbrechende Okular einen total reflektierenden ebenen
Spiegel umfaßt, der vor dem Auge des Beobachters in der Sichtlinie des Beobachters angeordnet ist, und wenigstens eine Linse, die zwischen dem Auge des Beobachters und dem ebenen Spiegel
angeordnet ist, wobei der ebene Spiegel und die Linse so angeordnet sind, daß sie das reelle Zwischenbild in dem Sichtfeld
des Beobachters darbieten, wobei das reelle Zwischenbild einen Teil des Sichtfeldes des Beobachters einnimmt, der eine Mindestausdehnung von 20 Grad an dem Auge des Beobachters hat, wodurch das lichtbrechende Okular zum Betrachten des überlagerten Bildes geringer Luminanz optimiert ist.
35. Vorrichtung nach Anspruch 34, wobei die effektive Brennweite der zweiten Koppeloptikeinrichtung zusammen mit den
optischen Komponenten der Relaisoptikeinrichtung und den optischen Komponenten des lichtbrechenden Okulars in dem Bereich von 15 - 55 Millimetern liegt.
36. Vorrichtung nach Anspruch 35, wobei die lichtbrechenden
optischen Komponenten des Okulars in einer Brillenvorrichtung
befestigt sind, wobei die Brillenvorrichtung des lichtbrechenden Okulars so angeordnet ist, daß sie die Relaisoptikeinrichtung lösbar erfaßt.
37. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Strahlenganglänge
der ersten oder zweiten Koppeloptikeinrichtung zusammen mit
der gemeinsamen Relaisoptikeinrichtung und jeder erfaßten
Okulareinrichtung ein Maximum von 400 Millimetern hat, gemessen entweder von der ersten oder von der zweiten Bildquelleneinrichtung bis zu dem Auge des Beobachters.
0384380
38. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die optischen Komponenten der gemeinsamen Relaisoptikeinrichtung aus unterschiedlichen optischen Materialien bestehen, um chromatische Aberrationen sichtbaren Lichtes zu kontrollieren.
39. Vorrichtung nach Anspruch 38, wobei die unterschiedlichen optischen Materialien Quarzglas und F4-Glas umfassen.
40. Vorrichtung nach Anspruch 38, wobei die unterschiedlichen optischen Materialien Acryl- und Polycarbonatmaterial umfassen.
41. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die optischen Komponenten der gemeinsamen Relaisoptikeinrichtung einen gegenseitigen Abstand haben, um das Umklappen der Optikeinrichtung zum Anpassen an die Kontur der Helmeinrichtung zu gestatten.
42. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die optischen Komponenten der gemeinsamen Relaisoptikeinrichtung zusammen mit der ersten Bildquelleneinrichtung und der Strahlteilereinrichtung in einer modularen Baugruppe befestigt sind, wobei die modulare Relaisbaugruppe an einer äußeren Oberfläche der Helmeinrichtung befestigt ist.
43. Vorrichtung nach Anspruch 42, wobei die zweite Bildquelleneinrichtung und ein Teil der zweiten Koppeloptikeinrichtung von der zweiten Bildquelleneinrichtung bis zu der Strahlteilereinrichtung in einer modularen Baugruppe befestigt sind, wobei die modulare Bildverstärkerbaugruppe an der modularen Relaisbaugruppe befestigt ist, wodurch die modulare Bildverstärkerbaugruppe aus der Helmeinrichtung entfernt ist und die Strahlteilereinrichtung aus dem Strahlengang von der ersten Bildquelleneinrichtung zu der ersten Linse der gemeinsamen Relais-
0384380
optikeinrichtung herausgedreht ist, wenn der Beobachter das virtuelle Bild, das des Beobachters Sicht der äußeren Szene überlagert ist, unter Verwendung des katadioptrischen Okulars betrachten möchte, das an der gemeinsamen Relaisoptikeinrichtung erfaßt ist.
DE199090630046T 1989-02-21 1990-02-20 Am helm befestigte nachsichtanzeige. Pending DE384880T1 (de)

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