DE102015205107A1

DE102015205107A1 - Helm zur Nutzung von Flugzeug- und/oder Hubschrauberpiloten

Info

Publication number: DE102015205107A1
Application number: DE102015205107.2A
Authority: DE
Inventors: Michael Niekler
Original assignee: Rheinmetall Defence Electronics GmbH
Current assignee: Rheinmetall Electronics GmbH
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2016-09-22
Also published as: WO2016150689A1

Abstract

Helm zur Nutzung von Flugzeug- und/oder Hubschrauberpiloten, mit einem Sichtbereich, durch den der Pilot die Umgebung wahrnehmen kann, mit einem Schutzbereich, der den Kopf des Piloten gegen physikalische Einwirkungen schützt und durch den der Pilot die Umgebung optisch nicht wahrnehmen kann, mit einem zusätzlichen hintergrundbeleuchteten und/oder reflektierenden Display, auf dem Zusatzinformationen eingeblendet werden können, wobei das zusätzliche Display mindestens eine Lichtquelle besitzt, wobei das zusätzliche Display den Sichtbereich zumindest teilweise überlagert, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle des zusätzlichen Displays dimmbar ausgestaltet ist, dass der Helm Mittel zur Detektion der Umgebungslichtstärke aufweist und dass der Helm entsprechend der detektierten Umgebungslichtstärke die Helligkeit der Lichtquelle automatisch ändern kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Helm zur Nutzung von Flugzeug-und/oder Hubschrauberpiloten, wie sie in realen und/oder simulierten Flugzeugen oder Hubschraubern benötigt werden. Moderne Helme dieser Art sind so ausgestattet, dass der Träger des Helmes, insbesondere ein Pilot, nicht nur reale Wahrnehmungen in seinem optischen Sichtfeld sehen kann, sondern auch zusätzliche Informationen im Bereich seines Sichtfeldes eingeblendet werden können.
Durch diese Zusatzinformationen werden dem Piloten flugrelevante Daten, militärische Symbole, Bilder von Restlichtverstärkern und Infrarotsensoren eingeblendet. Die Einblendung erfolgt innerhalb des Sichtfeldes des Piloten, so dass auch bei verschiedenen Kopfbewegungen des Piloten die Zusatzinformationen immer für den Piloten sichtbar bleiben.
Um das Sichtfeld für einen Piloten durch diese Zusatzinformationen nicht zu sehr einzuschränken, werden die Einblendungen der Zusatzinformationen über eine teiltransparente Optik mit der normalen Außensicht zumindest teilweise überlagert.
Solche Helme, die Zusatzinformationen einblenden können, werden in militärischen Gebieten als „Helmet Mounted Display Systems (HMDS) bezeichnet. Je nach Anforderung des Helmes und dessen Einsatzgebiete (Gefechtshelm, Simulationsumgebung), können hintergrundbeleuchtete oder reflektierende Mikrodisplays (LCD, LCOS, DLP) zur Einblendung der Zusatzdaten verwendet werden.
Bei diesen Displays besteht jedoch aufgrund der Bauart durch die Lichtquelle des Displays auch bei komplett schwarzen Bildinhalt das Problem, dass ein bestimmter Prozentsatz des Lichtes vom Piloten wahrgenommen werden kann. Die Lichtquelle muss jedoch ausreichend hell sein, um bei Tageslicht ein ausreichend scharfes und kontrastreiches Bild zu liefern. Gleichzeitig soll bei Dunkelheit das projizierte Bild aber möglichst dunkel sein und möglichst wenig Restlicht enthalten.
Displays, die üblicherweise in solchen Helmen (zur Einblendung der Zusatzinformationen) benutzt werden, erreichen hierfür keinen ausreichenden Schwarzwert, wenn Helligkeit und Kontrast trotzdem entsprechend hoch sein sollen.
Die DE 10 2007 045 560 A1 zeigt hierzu die Möglichkeit, die Lichtquelle des Displays in Abhängigkeit des Bildinhalts zu dimmen. Dadurch können höhere Schwarzwerte erreicht werden, je nach Bildinhalt. Ist das Bild insgesamt dunkler, wird die Lichtquelle gedimmt. Dieser Stand der Technik bezieht aber die Umgebungslichtstärke nicht mit ein, sondern dimmt die Lichtquelle in Abhängigkeit des Bildes.
Somit ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Display zur Nutzung von Einblendungen von Zusatzinformationen in Helmen für Flugzeug- und/oder Hubschrauberpiloten bereitzustellen, welches eine ausreichende Helligkeit und Kontrast besitzt, um auch bei heller Umgebung ein gut lesbares Bild zu erzeugen, aber bei dunkler Umgebung möglichst wenig Restlichtanteile der Lichtquelle des Displays zu sehen sind.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruches der vorliegenden Erfindung nämlich, dass die Lichtquelle des zusätzlichen Displays dimmbar gestaltet ist und dass der Helm Mittel zur Detektion der Umgebungslichtstärke aufweist und durch die detektierte Umgebungslichtstärke die Helligkeit der Lichtquelle des zusätzlichen Displays automatisch ändern kann.
Der erfindungsgemäße Helm besitzt einen Sichtbereich, durch den der Pilot die Umgebung wahrnehmen kann, wie auch bei einem herkömmlichen Helm für Piloten oder auch Motorradfahrer. Der Sichtbereich kann aber auch ein abgedunkeltes Visier sein, über welchen das Sichtfeld für den Piloten eingeblendet wird. Außerhalb des Sichtbereiches befindet sich der Schutzbereich des Helms, über welchen der Kopf des Piloten gegen physikalische Einwirkungen geschützt wird. Durch diesen Bereich kann der Pilot seine Umgebung nicht optisch wahrnehmen.
Der erfindungsgemäße Helm besitzt ein zusätzliches Display auf dem Zusatzinformationen eingeblendet werden. Dieses Display wird in realen Umgebungen üblicherweise als Display mit Kathodenstrahlröhre ausgeführt. Erfindungsgemäß jedoch wird hierfür entweder ein hintergrundbeleuchtetes oder reflektierendes Display verwendet. Hierzu können LCDs, LOC-Displays oder DLP-Displays verwendet werden.
Dieses zusätzliche Display überlagert den Sichtbereich des Helmes zumindest teilweise und bietet dem Piloten somit die Möglichkeit die Zusatzinformationen jederzeit lesen zu können, auch bei beliebigen Kopfbewegungen. Wird der Kopf des Piloten bewegt, bewegt sich auch der Helm des Piloten und mit ihm auch der Sichtbereich, in dem die Zusatzinformationen mittels dem Display eingeblendet werden. Die eingeblendeten Zusatzinformationen befinden sich somit jederzeit an der gleichen Position im Sichtbereich des Piloten.
Bei der Verwendung von LCDs, können diese direkt im Sichtfeld des Piloten in den Helm integriert sein, da diese durch ihre physikalische Beschaffenheit bereits transparent sein können. Werden keine Daten eingeblendet, ist das Display also leer, kann der Pilot aufgrund der Transparenz des Displays einfach durch das Display hindurchschauen. Die eingeblendeten Daten sind teiltransparent, so dass der Pilot zumindest teilweise hindurchsehen kann.
Werden LCOS und DLP-Techniken als zusätzliches Display verwendet, werden diese über Reflektionen ins Sichtfeld des Piloten projiziert. Dies kann über Spiegel oder andere reflektierende Mittel geschehen. Die reflektierende Projektion ist notwendig, da diese Art von Display nicht transparent gestaltbar ist und somit die projizierten Informationen erst auf eine transparente Fläche projiziert werden müssen, um in den Sichtbereich des Piloten überlagert werden zu können.
Der erfindungsgemäße Helm weist Mittel zur Detektion der Umgebungslichtstärke auf, wie beispielsweise lichtempfindliche Sensoren oder Kameras. Aufgrund der somit detektierten Umgebungslichtstärke, kann der Helm nun automatisch die Helligkeit der Lichtquelle des zusätzlichen Displays ändern.
Damit in dunkler Umgebung der Pilot durch das Restlicht der Lichtquelle des zusätzlichen Displays nicht beeinträchtigt wird, wird die Lichtstärke der Lichtquelle des zusätzlichen Displays verringert. In einer dunklen Umgebung muss die Helligkeit des Displays nicht allzu hoch sein, damit der Pilot trotzdem alle Informationen auf dem Display gut ablesen kann.
Im Unterschied dazu wird bei Detektion von heller Umgebungslichtstärke die Beleuchtung des zusätzlichen Displays heraufgeregelt, damit der Pilot trotz der hellen Umgebung auf dem Display etwas erkennen kann.
Durch die oben genannten Maßnahmen hat der Helm die Eigenschaft, Zusatzinformationen ins Sichtfeld des Helmes projizieren zu können, welches bei heller und bei dunkler Umgebungslichtstärke immer gut lesbar bleibt und keine störende Restlichtstärke des Displays bei dunkler Umgebung die Wahrnehmung des Piloten beeinträchtigt.
In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt der Helm eine Wahlmöglichkeit, durch die der Helm in zwei Modi versetzt werden kann. Diese Wahlmöglichkeit kann durch mindestens einen Schalter, Taster oder Drehregler bestehen. Durch die Wahlmöglichkeit besitzt der Helm einen ersten Modus, bei dem die Helligkeit der Lichtquelle des zusätzlichen Displays entsprechend der detektierten Umgebungslichtstärke automatisch geändert wird und einen zweiten Modus, bei dem die Helligkeit des zusätzlichen Displays manuell eingestellt werden kann. Im letzteren Fall ändert der Helm dann die Lichtstärke des zusätzlichen Displays in Abhängigkeit des Umgebungslichtes nicht.
Zur Auswertung der detektierten Umgebungslichtstärke, kann der Helm einen elektronischen Regelkreis besitzen, welcher aus dem Mittel zur Detektion der Umgebungslichtstärke als Eingabegröße des Regelkreises besteht, der Hintergrundbeleuchtung des zusätzlichen Displays als Ausgabegröße des Regelkreises und einem bekannten elektronischen Regler als Regelglied (beispielsweise P-Regler, I-Regler, D-Regler oder eine Kombination aus den voran genannten).
Der Helm kann jedoch auch einen integrierten Computer besitzen, der durch ein Regelprogramm als digitaler Regler fungiert. In diesem Falle wird ebenfalls die detektierte Umgebungslichtstärke als Eingangsgröße für den Regelkreis genutzt und die Lichtstärke des zusätzlichen Displays als Ausgangsgröße. Der integrierte Computer fungiert dann als Regelglied.
Je nach Wahl des Reglers wird die Ausgangsgröße des Regelkreises die Helligkeit der Lichtquelle des zusätzlichen Displays, mit oder ohne Verzögerung, nach der Detektion der Umgebungslichtstärke umgesetzt.
Um zu schnelle Änderungen und somit ein unruhig erscheinendes Bild auf dem Display zu vermeiden, kann eine verzögerte Änderung gewünscht sein. Bevorzugterweise wird jedoch die Helligkeit der Lichtquelle des zusätzlichen Displays ohne Verzögerung nach der Detektion der Umgebungslichtstärke umgesetzt.
Je nachdem ob gerade eine helle oder eine dunkle Umgebung vorliegt, kann es vorteilhaft sein, die Bilddarstellung des zusätzlichen Displays zu verändern. Beispielsweise kann in einer dunklen Umgebung die Darstellung so geschehen, dass auf grelle Farben verzichtet wird. Wohingegen bei einer hellen Umgebung auf eher blasse Farben verzichtet wird und das Bild aus kräftigen Farben besteht, um auch in heller Umgebung ein ausreichend helles und vor allem kontrastreiches Bild darzustellen.
Hierzu ist es notwendig, dass die Detektion der Umgebungslichtstärke nicht nur dafür benutzt wird, die Helligkeit des zusätzlichen Displays zu ändern, sondern bei bestimmten Schwellwerten der Umgebungslichtstärke auch die farbliche Zusammensetzung des Bildes geändert wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Bildinhalt nicht nur bei bestimmten detektierten Schwellwerten der Umgebungslichtstärke geändert, sondern die farbliche Zusammensetzung des Bildinhalts jedes einzelnen Bildpunktes wird auf die gerade aktuelle Helligkeit der Lichtquelle angepasst. Das bedeutet, dass bei den oben genannten Displays jeder Farbpunkt aus verschiedenen Grundfarben dargestellt wird. Jeder dieser verschiedenen Grundfarben wiederum kann unterschiedliche Helligkeiten besitzen, um durch diese vielen Möglichkeiten der Zusammensetzung eines Bildpunktes möglichst viele Farbabstufungen in möglichst vielen Helligkeiten zu ermöglichen. In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird jederzeit abhängig von der gerade aktuellen Helligkeit der Lichtquelle die Zusammensetzung der Bildpunkte entsprechend geändert, so dass Lesbarkeit und Kontrast des zusätzlichen Displays bei unterschiedlichen Helligkeiten der Beleuchtung des Displays immer möglichst hoch sind.
Im Gegensatz zur farblichen Änderung des Displays, wie oben beschrieben, können hierbei die Farben beibehalten werden. Nur die Helligkeit der einzelnen Farbsignale für jeden Bildpunkt wird geändert. Dadurch bleibt optisch die Farbe des angezeigten Inhalts auf dem zusätzlichen Display erhalten, Helligkeit und Kontrast der Bildpunkte werden jedoch verändert.
In einer weiteren Ausführungsform, im Falle der Verwendung eines LCD als zusätzlichen Displays, ist es möglich, die Transparenz des Displays einzustellen. Bei allen anderen verwendeten Displays kann die Fläche, auf die projiziert wird, derart ausgestaltet sein, dass die Transparenz dieser Fläche einstellbar ist. Durch diese Funktion kann ggf. der Kontrast des zusätzlichen Displays verändert werden, aber auch ein Sonnenschutz für die Augen des Piloten realisiert werden. Ebenfalls ist bei Verwendung eines abgedunkelten Visiers dessen Transparenz einstellbar.
Die eingeblendeten Zusatzinformationen des zusätzlichen Displays können flugrelevante Daten beinhalten, militärische Symbole, Bilder von Restlichtverstärkern, Infrarotsensoren oder eine Kombination daraus. Es ist ebenfalls möglich, zusätzliche Bilder von Kameras, welche am Helm montiert sind, einzublenden, üblicherweise dann von Sichtfeldern, die außerhalb des Sichtbereiches des Piloten liegen.
Letztlich kann der Helm auch Mittel zur drahtlosen Datenübertragung aufweisen oder eine geeignete Schnittstelle besitzen, wodurch Zusatzinformationen von externen Datenquellen auf dem zusätzlichen Display eingeblendet werden können. Diese Zusatzinformation können dann Sensorwerte, Bildinformationen oder Messgerätanzeigen von Flugzeug oder Hubschrauber sein.
Dazu ist es notwendig, dass das Flugzeug oder Hubschrauber oder der Simulator entsprechende Möglichkeiten bietet, diese Daten per Kabel auf die Schnittstelle des Helmes oder über die drahtlose Datenübertragung zu senden.
Die vorliegende Anmeldung ist nicht auf die oben genannten Merkmale beschränkt. Vielmehr sind weitere Ausführungsmöglichkeiten denkbar. So könnten über die Datenverbindung Funkmeldungen von Personen am Boden oder Meldungen anderer Besatzungsmitglieder eingeblendet werden. Ebenso könnten wetterrelevante Informationen eingeblendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007045560 A1 [0007]

Claims

Helm zur Nutzung von Flugzeug- und/oder Hubschrauberpiloten, mit einem Sichtbereich, durch den der Pilot die Umgebung wahrnehmen kann, mit einem Schutzbereich, der den Kopf des Piloten gegen physikalische Einwirkungen schützt und durch den der Pilot die Umgebung optisch nicht wahrnehmen kann, mit einem zusätzlichen hintergrundbeleuchteten und/oder reflektierenden Display, auf dem Zusatzinformationen eingeblendet werden können, wobei das zusätzliche Display mindestens eine Lichtquelle besitzt, wobei das zusätzliche Display den Sichtbereich zumindest teilweise überlagert, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle des zusätzlichen Displays dimmbar ausgestaltet ist, dass der Helm Mittel zur Detektion der Umgebungslichtstärke aufweist und dass der Helm entsprechend der detektierten Umgebungslichtstärke die Helligkeit der Lichtquelle automatisch ändern kann.
Helm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Helm Mittel für eine Wahlmöglichkeit aufweist, durch die der Helm in zwei Modi versetzt werden kann, nämlich einen ersten Modus, bei dem die Helligkeit der Lichtquelle entsprechend der detektierten Umgebungslichtstärke automatisch geändert wird und einen zweiten Modus, bei dem die Helligkeit manuell eingestellt werden kann.
Helm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Helm einen elektronischen Regelkreis aufweist, der aufgrund der detektierten Umgebungslichtstärke die Helligkeit der Lichtquelle automatisch ändern kann.
Helm nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Helm einen integrierten Computer aufweist, welcher ein Regelprogramm aufweist, welches aufgrund der detektierten Umgebungslichtstärke die Helligkeit der Lichtquelle automatisch ändern kann.
Helm nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die automatische Änderung der Helligkeit der Lichtquelle ohne Verzögerung nach der Detektion der Umgebungslichtstärke umgesetzt wird.
Helm nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die farbliche Zusammensetzung des Bildinhalts des zusätzlichen Displays jederzeit auf die gerade aktuelle Helligkeit der Lichtquelle angepasst wird.
Helm nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Display ein LCD, LCOS- oder DLP-Display ist.
Helm nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines LCD als zusätzlichem Display, die Transparenz des Displays einstellbar ist.
Helm nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzinformationen flugrelevante Daten, militärische Symbole, Bilder von Restlichtverstärkern und Infrarotsensoren sein können, oder eine Kombination daraus.
Helm nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzinformationen zusätzliche Bilder von Kameras am Helm sein können.
Helm nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Helm Mittel zur drahtlosen Datenübertragung aufweist oder eine geeignete Schnittstelle besitzt, wodurch Zusatzinformationen von externen Datenquellen ebenfalls auf dem zusätzlichen Display eingeblendet werden können.
Helm nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzinformationen von externen Datenquellen Sensorwerte oder Bildinformationen vom Flugzeug oder Hubschrauber sein können.