DE389403T1 - Helmsichtanzeige mit zwei austauschbaren okularen. - Google Patents
Helmsichtanzeige mit zwei austauschbaren okularen.Info
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Claims (39)
1. An einem Helm befestigte Anzeigevorrichtung, mit:
einem Helm, der von einem Beobachter getragen wird und eine äußere Oberfläche hat, in welcher eine öffnung in der Nähe der Augen des Beobachters vorgesehen ist;
einem Helm, der von einem Beobachter getragen wird und eine äußere Oberfläche hat, in welcher eine öffnung in der Nähe der Augen des Beobachters vorgesehen ist;
einer Bildquelle, die auf der äußeren Oberfläche des Helms angeordnet ist, um Bilder mit sich verändernder Luminanz zu
liefern;
einer Relaisoptikeinrichtung, die mehrere optische Komponenten umfaßt und auf der äußeren Oberfläche des Helms angeordnet
ist, um die Bilder an einer Eintrittspupille derselben zu empfangen und die Bilder in einem optischen
Strahlengang zu einer Zwischenbildfokalebene zu leiten, die in der Nähe der öffnung der äußeren Oberfläche angeordnet
ist, wobei die Bilder in der Nähe der Fokalebene die Form der Bilder haben, wie sie an der Eintrittspupille fokussiert
werden, wobei die fokussierten Bilder in der Nähe der Fokalebene eine Vergrößerung der Bilder an der Eintrittspupille
sind und wobei die Relaisoptikeinrichtung so ausgebildet ist, daß sie ein Okular erfassen kann; und
einer Okulareinrichtung, die eine oder mehrere optische Komponenten hat, zum Empfangen der Bilder an einer Eingangsapertur derselben und zum Darbieten der Bilder, wie sie in dem optischen Strahlengang in der Nähe der Fokalebene fokussiert werden, in dem vorderen Sichtfeld des Beobachters, wobei die Okulareinrichtung in der Lage ist, die Relaisoptikeinrichtung lösbar zu erfassen, und wobei die Okulareinrichtung, wenn sie sie erfaßt hat, die Bilder aus der Fokalebene empfängt und die Bilder in dem vorderen Sichtfeld des Beobachters darbietet.
einer Okulareinrichtung, die eine oder mehrere optische Komponenten hat, zum Empfangen der Bilder an einer Eingangsapertur derselben und zum Darbieten der Bilder, wie sie in dem optischen Strahlengang in der Nähe der Fokalebene fokussiert werden, in dem vorderen Sichtfeld des Beobachters, wobei die Okulareinrichtung in der Lage ist, die Relaisoptikeinrichtung lösbar zu erfassen, und wobei die Okulareinrichtung, wenn sie sie erfaßt hat, die Bilder aus der Fokalebene empfängt und die Bilder in dem vorderen Sichtfeld des Beobachters darbietet.
2. An einem Helm befestigte Vorrichtung nach Anspruch 1,
wobei die eine oder mehreren optischen Komponenten der Okulareinrichtung katadioptrisch sind.
3. An einem Helm befestigte Vorrichtung nach Anspruch 2,
wobei die katadioptrischen optischen Komponenten eine Strahlteilerkomponente und eine Einspiegelerkomponente umfassen,
wobei die Strahlteilerkomponente und die Einspiegelerkomponente jeweils die optischen Eigenschaften der Teildurchlässigkeit
und der Teilreflexion haben, wobei die Strahlteilerkomponente in dem vorderen Sichtfeld des Beobachters
angeordnet ist, das dem Beobachter am nächsten ist, um die Bilder an der Eingangsapertur in das vordere Sichtfeld
des Beobachters zu projizieren, wobei die Einspie-gelerkomponente so angeordnet ist, daß sie in das vordere
Sichtfeld des Beobachters gleichzeitig das szenische Bild durchläßt, das in dem vorderen Sichtfeld des Beobachters
jenseits der Einspiegelerkomponente angeordnet ist, und die Bilder, die durch die Strahlteilerkomponente projiziert
werden, in das vordere Sichtfeld des Beobachters reflektiert.
4. An einem Helm befestigte Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei eine Oberfläche der Strahlteilerkomponente, die von
dem Beobachter am weitesten entfernt ist, mit einem teilreflektierenden, teildurchlässigen optischen Überzug überzogen
ist, der ein optisches Reflexionsvermögen in dem Bereich von zwanzig bis sechzig Prozent hat.
5. An einem Helm befestigte Vorrichtung nach Anspruch 3,
wobei eine Oberfläche der Einspiegelerkomponente, die dem Beobachter am nächsten ist, mit einem teilreflektierenden,
teildurchlässigen optischen Überzug überzogen ist, der ein optisches Reflexionsvermögen in dem Bereich von zwanzig bis
sechzig Prozent hat.
6. An einem Helm befestigte Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Strahlteilerkomponente und die Einspiegelerkomponente
jeweils aus einem leichten Kunststoff bestehen.
7. An einem Helm befestigte Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Okulareinrichtung eine optisch reflektierende
Komponente enthält, die in dem vorderen Sichtfeld des Beobachters
angeordnet ist, um die fokussierten Bilder an der Eingangsapertur in das vordere Sichtfeld des Beobachters zu
reflektieren, wobei die reflektierende Komponente für optische Signale undurchlässig ist, welche die externe Szene
darstellen, die in dem vorderen Sichtfeld des Beobachters jenseits der reflektierenden Komponente angeordnet ist.
8. An einem Helm befestigte Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die optischen Relaisoptikkomponenten eine Anzahl von
Linsen mit unterschiedlicher Materialzusammensetzung umfassen, die nahe beieinander angeordnet sind, wodurch jede
dieser Linsen chromatische Aberrationen der Bilder reduziert, welche durch die Linsen geleitet werden.
9. An einem Helm befestigte Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die optischen Relaisoptikkomponenten einen Spiegel
umfassen, der so angeordnet ist, daß er die Bilder längs des Strahlengangs in der Richtung der Zwischenbildfokalebene
reflektiert.
10. An einem Helm befestigte Vorrichtung nach Anspruch 1,
wobei die Länge des Strahlenganges von der Eintrittspupille bis zu der Fokalebene in dem Bereich von 100 - 400 Millimeter
liegt.
11. An einem Helm befestigte Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die optischen Relaisoptikkomponenten aus einem leichten
Glasmaterial bestehen.
12. An einem Helm befestigte Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die optischen Relaisoptikkomponenten aus einem leichten
Kunststoff bestehen.
13. An einem Helm befestigte Vorrichtung zur Verwendung in
einem Anzeigesystem, mit:
einer Helmeinrichtung, die das Befestigen von optischen
Komponenten gestattet und in der Nähe der Augen des Beobachters eine Öffnung hat;
einer Bildquelleneinrichtung, die an der Helmeinrichtung
befestigbar ist, um ein Bild zu liefern, wobei die mittlere Helligkeit der Bildquelleneinrichtung über einem beträchtlichen
Bereich von Luminanzwerten variabel ist; und
einer Optikeinrichtung, die an der Helmeinrichtung befestigbar ist, um ein virtuelles Bild der Bildquelleneinrichtung in einer Brennweite von einem Meter bis unendlich in dem Sichtfeld des Beobachters darzubieten, wobei die Optikeinrichtung eine Relaissegmentoptikeinrichtung und zwei separate, austauschbare optische Okularsegmenteinrichtungen umfaßt, wobei jede Okulareinrichtung eine Anordnung von optischen Komponenten umfaßt, wobei die Relaisoptikeinrichtung eine Anordnung von gemeinsamen optischen Komponenten zum Gebrauch mit jeder Okulareinrichtung umfaßt und wobei die Okulareinrichtung die Relaisoptikeinrichtung lösbar erfassen kann.
einer Optikeinrichtung, die an der Helmeinrichtung befestigbar ist, um ein virtuelles Bild der Bildquelleneinrichtung in einer Brennweite von einem Meter bis unendlich in dem Sichtfeld des Beobachters darzubieten, wobei die Optikeinrichtung eine Relaissegmentoptikeinrichtung und zwei separate, austauschbare optische Okularsegmenteinrichtungen umfaßt, wobei jede Okulareinrichtung eine Anordnung von optischen Komponenten umfaßt, wobei die Relaisoptikeinrichtung eine Anordnung von gemeinsamen optischen Komponenten zum Gebrauch mit jeder Okulareinrichtung umfaßt und wobei die Okulareinrichtung die Relaisoptikeinrichtung lösbar erfassen kann.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Relaisoptikeinrichtung
eine Einrichtung umfaßt zum Bilden eines reellen Zwischenbildes der Bildquelleneinrichtung in einer Distanz
von bis zu 400 Millimeter von der Bildquelleneinrichtung, wobei das reelle Zwischenbild eine Vergrößerung von 0,5
bis 4,0 hat.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei jede Okulareinrichtung eine Einrichtung umfaßt, um ein virtuelles Bild des
reellen Zwischenbildes in einer Brennweite von einem Meter bis unendlich in dem vorderen Sichtfeld des Beobachters
darzubieten.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Strahlenganglänge der Anordnung der optischen Relaissegmentkomponenten
zusammen mit der Anordnung der optischen Komponenten, die jede Okulareinrichtung umfaßt, bis zu einem Maximum
von 400 Millimeter reicht.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei eine erste der Anordnungen
von optischen Komponenten, die eine entsprechende der Okulareinrichtungen umfaßt, katadioptrisch ist, wobei
das katadioptrische Okular teilreflektierende, teildurchlässige optische Komponenten umfaßt, um das virtuelle Bild
in des Beobachters Sicht der externen Szene zu überlagern, wobei das virtuelle Bild einen Teil des Sichtfeldes des Beobachters
einnimmt, der eine Mindestsehne von 10 Grad an dem Auge des Beobachters hat, wodurch das katadioptrische
Okular für Tageszeit-Luminanz-Bedingungen optimiert ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei das katadioptrische Okular einen teildurchlässigen, teilreflektierenden, planen
Strahlteiler umfaßt, der vor dem Auge des Beobachters angeordnet ist, und eine zweite, teildarchlässige, teilreflektierende,
gekrümmte optische Einspiegelerkomponente, die vor dem planen Strahlteiler längs des Beobachters Sichtlinie
angeordnet ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch nach Anspruch 18, wobei eine Oberfläche der Einspiegelerkomponente, die dem Auge des Beobachters
am nächsten ist, mit einem teilreflektierenden, teildurchlässigen optischen überzug überzogen ist, der ein
Reflexionsvermögen in dem Bereich von 20-60 Prozent für sichtbares Licht in dem Wellenlängebereich von 400 - 700
Nanometer hat.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei eine Oberfläche des planen Strahlteilers, die von des Beobachters Auge am weitesten
entfernt ist, mit einem teilreflektierenden, teildurchlässigen optischen Überzug überzogen ist, der ein Re-
flexionsvermögen in dem Bereich von 20 - 60 Prozent für
sichtbares Licht in dem Wellenlängebereich von 400 - 700 Nanometer hat.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei eine sekundäre Oberfläche jedes ebenen Strahlteilers und jeder Einspiegelerkomponente
mit einem optischen Antireflexüberzug für sichtbares Licht in dem Wellenlangebereich von 400 - 700
Nanometer überzogen ist, wodurch der Antireflexüberzug störende Reflexionen sichtbaren Lichtes in dem Wellenlängebereich
von 400 - 700 Nanometer reduziert.
22. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Einspiegelerkomponente
aus leichtem Glasmaterial wie Quarzglas besteht .
23. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei der plane Strahlteiler aus einem leichten Glasmaterial wie Quarzglas besteht
.
24. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Einspiegelerkomponente
aus optischem Kunststoff wie Polycarbonat oder Acryl besteht.
25. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei der plane Strahlteiler aus optischem Kunststoff wie Polycarbonat oder Acryl
besteht.
26. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die effektive
Brennweite der optischen Komponenten der Relaisoptikeinrichtung zusammen mit den katadioptrischen optischen Komponenten
der Okulareinrichtung in dem Bereich von 15 - 55 Millimeter ist.
27. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei eine zweite der Anordnungen
von optischen Komponenten, die eine entsprechende der Okulareinrichtungen umfaßt, lichtbrechend ist, wobei
das lichtbrechende Okular einen totalreflektierenden
Planspiegel umfaßt, der vor des Beobachters Auge in des Beobachters
Sichtlinie angeordnet ist, und wenigstens eine Linse, die zwischen des Beobachters Auge und dem Planspiegel
angeordnet ist, wobei der Planspiegel und die Linse so angeordnet sind, daß sie das reelle Zwischenbild in des Beobachters
Sichtfeld leiten, wobei das reelle Zwischenbild einen Teil des Sichtfeldes des Beobachters einnimmt, der
eine Mindestsehne von 20 Grad an des Beobachters Auge hat, wodurch das lichtbrechende Okular für Nachtzeit-Luminanz-Bedingungen
optimiert ist.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die effektive Brennweite der optischen Komponenten der Relaisoptikeinrichtung
zusammen mit den lichtbrechenden optischen Komponenten der Okulareinrichtung in dem Bereich von 15 - 55
Millimeter ist.
29. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Bildquelleneinrichtung
eine Miniaturkatodenstrahlröhre umfaßt, die einen aktiven Bilddurchmesser in dem Bereich von 16-25 Millimeter
hat.
30. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die optischen Komponenten,
welche die Relaisoptikeinrichtung aufweist, aus unterschiedlichen optischen Materialien bestehen, um so
chromatische Aberrationen sichtbaren Lichtes zu kontrollieren.
31. Vorrichtung nach Anspruch 30, wobei die unterschiedlichen optischen Materialien Quarzglas und F4-Glas umfassen.
32. Vorrichtung nach Anspruch 30, wobei die unterschiedlichen
optischen Materialien Acryl und Polycarbonat umfassen.
33. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die optischen Komponenten,
welche die Relaisoptikeinrichtung aufweist, so angeordnet sind, daß sie der Optikeinrichtung gestatten,
sich der Kontur der Helmeinrichtung anzupassen.
34. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die optischen Komponenten,
welche die Relaisoptikeinrichtung aufweist, in einem modularen System befestigt sind, wobei das modulare
System an einer äußeren Oberfläche der Helmeinrichtung befestigt ist.
35. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die optischen Komponenten,
welche jede Okulareinrichtung aufweist, in einer Brillenvorrichtung befestigt sind, wobei die Brillenvorrichtung
so angeordnet ist, daß sie die Relaisoptikeinrichtung lösbar erfaßt.
36. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Bildquelleneinrichtung
eine Ausgangsbildfläche aufweist, wobei die optischen Komponenten der Relaisoptikeinrichtung eine Anzahl
von Linsen und einen planen Umlenkspiegel aufweisen, wobei die katadioptrischen optischen Komponenten der Okulareinrichtung
wenigstens eine Feldlinse aufweisen und wobei die katadioptrischen optischen Komponenten der Okulareinrichtung
zusammen mit der Ausgangsbildfläche und den optischen Komponenten der Relaisoptikeinrichtung folgende vorgeschriebene
optische Eigenschaften und folgenden Abstand zwischen den Komponenten haben:
37. Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die Bildquelleneinrichtung
eine Ausgangsbildfläche aufweist, wobei die optischen Komponenten der Relaisoptikeinrichtung eine Anzahl
von Linsen und einen planen Umlenkspiegel aufweisen, wobei die lichtbrechenden optischen Komponenten der Okulareinrichtung
wenigstens eine Okularlinse aufweisen und wobei die lichtbrechenden optischen Komponenten der Okulareinrichtung
zusammen mit der Ausgangsbildfläche und den optischen Komponenten der Relaisoptikeinrichtung folgende vorgeschriebene
optische Eigenschaften und folgenden Abstand zwischen den Komponenten haben:
38. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Bildquelleneinrichtung
eine Ausgangsbildfläche aufweist, wobei die optischen Komponenten der Relaisoptikeinrichtung eine Anzahl
von Linsen und einen planen Umlenkspiegel aufweisen, wobei die katadioptrischen optischen Komponenten der Okulareinrichtung
wenigstens eine Feldlinse aufweisen und wobei die katadioptrischen optischen Komponenten der Okulareinrichtung
zusammen mit der Ausgangsbildfläche und den optischen Komponenten der Relaisoptikeinrichtung folgende vorgeschriebene
optische Eigenschaften und folgenden Abstand zwischen den Komponenten haben:
39. Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die Bildquelleneinrichtung
eine Ausgangsbildfläche aufweist, wobei die optischen
Komponenten der Relaisoptikeinrichtung eine Anzahl von Linsen und einen planen Umlenkspiegel aufweisen, wobei
die katadioptrischen optischen Komponenten der Okulareinrichtung wenigstens eine Feldlinse aufweisen und wobei die
katadioptrischen optischen Komponenten der Okulareinrichtung zusammen mit der Ausgangsbildfläche und den optischen
Komponenten der Relaisoptikeinrichtung folgende vorgeschriebene optische Eigenschaften und folgenden Abstand
zwischen den Komponenten haben:
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