DE2326841C3

DE2326841C3 - Optische Kollimatorvorrichtung für die Blickfeldanzeige

Info

Publication number: DE2326841C3
Application number: DE2326841A
Authority: DE
Inventors: Bernard Epinay-Sur-Orge Picardat (Frankreich)
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1972-05-26
Filing date: 1973-05-25
Publication date: 1979-09-13
Also published as: YU35402B; GB1428833A; SE381747B; YU138673A; JPS5415216B2; JPS4963454A; FR2185803B1; FR2185803A1; US3864025A; DE2326841B2; DE2326841A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Kollimatorvorrichtung für die Blickfeldanzeige von durch Leuchtbilder dargestellten Informationen in Flugzeugen, mit einem Objektiv, wenigstens einer die Leuchtbilder tragenden Strichplatte, die in der Elrennebene des Objektivs angeordnet ist, und mit einem teildurchlässigen Spiegel, über den die Beobachtung der Umgebung und des ins Unendliche projizierten Bildes der Strichplatte erfolgt.

Kollimatorvorrichtungen dieser Art, die beispielsweise aus der US-PS 35 69 926 bekannt sind, ermöglichen es, der von dem Piloten beobachteten Umgebung Steuerinformationen zu überlagern, die in Form von leuchtenden Zeichen oder Symbolen erscheinen. Die von der Strichplatte getragenen Leuchtbilder werden vom Objektiv ins Unendliche projiziert, so daß eine Beobachtung ohne Entfernungs- oder Helligkeitsakkomodation möglich ist. Eine optische Mischvorrichtung kann verwendet werden, um mehrere Strichplatten zu kombinieren und eine ausgefeiltere Darstellung zu ermöglichen. <>5

Es ist wesentlich, daß der Pilot die Gesamtheit der Leuchtbilder ohne störende Ortsveränderungen des Kopfes sieht und ohne sich übermäßig dem teildurchlässigen Spiegel der Kollimatorvorrichtung zu nähern, über den die Beobachtung erfolgt

Die Abbildung des Randes des Objektivs in dem teildurchlässigen Spiegel wirkt wie eine optische Pupille, Das Nutzfeld der Vorrichtung besteht bei der monokularen Beobachtung aus einem auf das Auge zentrierten Kegel, der die optische Pupille tangiert, und bei der binokularen Beobachtung aus zwei Kegeln, die jeweils auf die Augen des Beobachters zentriert sind und die optische Pupille tangieren. Die Beobachtung der Leuchtbilder in einer in Betracht gezogenen Beobachtungsrichtung bleibt bei Ortsveränderungen eines jeden Auges in einem Bereich, der dem der optischen Pupille t ntspricht, sichergestellt

Es ist wichtig, eine optische Pupille großen Durchmessers zu erhalten, um den Komfort des Piloten zu erhöhen, indem man ihm die Beobachtung in einem ausreichenden Abstand von dem teildurchlässigen Spiegel erleichtert.

Andererseits wird ein kompakter Aufbau der Kollimatorvorrichtung mit einer möglichst geringen Bauhöhe gefordert, weil das die Strichplatten, die Beleuchtungseinrichtung und das Objektiv enthaltende Gehäuse in der Pilotenkanzel über dem Armaturenbrett so montiert werden muß, daß eine Projektion auf die Frontscheibe möglich ist. Bei den bekannten Kollimatorvorrichtungen ist im Strahlengang zwischen dem Objektiv und der Frontscheibe ein um 45° geneigter Spiegel angeordnet. Diese Ausbildung ermöglicht eine parallaxenfreie Projektion mit guter optischer Qualität und ohne Verzerrungen, doch ist die mögliche Mindesthöhe des Gehäuses durch den gewünschten Durchmesser der Pupille bestimmt.

Es sind andererseits Ablenkprismen mit zwei Reflexionen in einer Ebene bekannt, die eine große Fläche und zwei kleine Flächen aufweisen, wobei eine der kleinen Flächen als reflektierender Planspiegel ausgebildet ist und die Winkel zwischen den kleinen Flächen und der großen Fläche im Verhältnis 1 :2 zueinander stehen (Abb. 100 auf S. S8 und Abb:¹109 auf S. 90 des Buches »Optik für Konstrukteure« von Dr. Helmut Naumann, Wilhelm Knapp Verlag, Düsseldorf, dritte Auflage 1970). Diese Prismen werden üblicherweise dazu verwendet, eine Knickung des Strahlengangs um einen vorgegebenen Winkel, beispielsweise um 45° oder um 60°, ohne Bildlagenbeeinflussung zu erzielen. Dabei ist jeweils die große Fläche die Eintrittsfläche, und die nichtreflektierende kleine Fläche ist die Austrittsfläche.

Aus der US-PS 29 83 183 ist eine optische Vorrichtnng für die Vereinigung der Strahlengänge von drei Farbauszugsbildern bekannt, bei der zwei Prismen der bekannten Art mit ihren reflektierenden Flächen zusammengefügt sind. Die großen Flächen der Prismen bilden wiederum die Eintrittsflächen, und die nichtreflektierenden kleinen Flächen stellen die Austrittsflächen dar. Auch in diesem Fall wird wiederum die Knickung des Strahlengangs unter Aufrechterhaltung der Bildlage ausgenutzt.

Aufgabe der Erfindung ist demgegenüber die Schaffung einer optischen Kollimatorvorrichtung der eingangs angegebenen Art, die bei möglichst geringer Bauhöhe eine optische Pupille mit möglichst großem Durchmesser aufweist.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen dem Objektiv und der Strichplatte ein reflektierendes Ablenkprisma von an sich bekannter Art angeordnet ist, das eine große Fläche und zwei

kleine Flächen aufweist, wobei eine der kleinen Flächen als reflektierender Planspiegel ausgebildet ist und bei dem der Winkel zwischen der großen Fläche und der reflektierenden kleinen Fläche im Verhältnis 1 :2 zu dem Winkel zwischen der großen Fläche und der nichtreflektierenden kleinen Räche steht, daß das Ablenkprisma so angeordnet ist, daß die große Fläche die Austrittsfläche bildet und dem Objektiv parallel gegenüberliegt und die nichtreflektierende kleine Fläche als Eintrittsfläche senkrecht zu der von der ω Brennebene kommenden optischen Achse liegt

Die Ausbildung der Kollimatorvorrichtung nach der Erfindung ergibt die Wirkung, daß der Durchmesser der Austrittspupille, der durch den Durchmesser des vor der Austrittsfläche des Prismas angeordneten Objektivs gegeben ist, merklich größer als die Bauhöhe des die Strichplatte, das Prisma und das Objektiv enthaltenden Gehäuses sein kann, wenn Objektiv und Strichplatte zueinander in geeigneter Weise ausgerichtet sind. Dadurch ergibt sich bei guten optischen Eigenschaften ein sehr kompakter Aufbau des Geräts, der die * Interbringung in der Pilotenkanzel erleichtert und insbesondere auch eine nachträgliche Ausstattung von Flugzeugen mit Frontscheibendarstellungsgeräten ermöglicht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Schema einer optischen Kollimatorvorrichtung bekannter Art und

Fig. 2 ein Schema eine: optischen Kollimatorvorrichtung gemäß der Erfindung.

F i g. 1 zeigt ein Schema einer Flugkollimatorvorrich tung. Sie besteht im wesentlichen aus einer Strichplatte 1, die im Brennpunkt eines optischen Objektivs 2 liegt, das aus einer bikonvexen Linse bestehen kann, und einem halbdurchlässigen Umlenkspiegel 3. Die Strichplatte 1 und das Austrittsobjektiv 2 sind in einem Gehäuse 4 angeordnet Die Strichplatte trägt die leuchtenden Zeichen, die dazu bestimmt sind, im Sichtfeld :es Piloten der beobachteten Umgebung überlagerte, entsprechende Abbildungsdarstellungen zu bilden. In der dargestellten Ausfiihrungsform ermöglicht es ein reflektierender Spiegel 5, der gegenüber der optischen Achse um 45° geneigt ist, die Längsachse des Gehäuses parallel zur Beobachtungsachse zurückzuführen, wenn man annimmt, daß Qjr halbdurchlässige Spiegel 3 ebenfalls um 45° geneigt ist. Die Orientierung des Spiegels 3 ist im allgemeinen einstellbar. Die Beobachtung der Strichplatte erfolgt für jedes Auge und für eine bestimmte Posr'jon außerhalb des auf das Auge zentrierten Kegels, der an der optischen Pupille anliegt, die von cem Rand der Abbildung 20 des Objektivs 2, gesehen durch den Spiegel 3, begrenzt wird. Die Beobachtung in der betrachteten Richtung, hier der Achse, ist bei vertikalen Verschiebungen des Auges innerhalb einer Fläche 21 sichergestellt, die der Fläche der Pupille 20 entspricht. Der Durchmesser der Pupille entspricht im Falle der Figur dem Durchmesser D des Objektivs 2.

Die Höhe H des Gehäuses ist notwendigerweise größer als der Durchmesser D der Pupille, insbesondere unter Berücksichtigung der Dicke des Objektivs 2.

F i g. 2 zeigt ein Schema einer Kollimatorvorrichtung gemäß der Erfindung.

Sie besteht aur einem Gehäuse 10, das ein optisches Austrittsobjektiv 11, ein reflektierendes Ablenkprisma

12 und eine in der Brennebene angeordnete Strichplatte

13 trägt Das Prisma 12 ist im optischen Strahlengang angeordnet, sein Querschnitt ist dreieckig, eine der Eintrittsfläche entsprechende Seite BC liegt senkrecht zu der zur Brennebene verlaufenden optischen Achse X, eine zweite Seite AC entspricht einer Fläche, die zur Bildung eines reflektierenden Planspiegels bearbeitet ist, und die dritte Seite Aß entspricht der Austrittsfläche, an der das Objektiv 11 angeordnet ist Die optische Achse des Objektivs 11 verläuft senkrecht zu der Austrittsfläche Ai)des Prismas IX

Die Funktionsweise der Vorrichtung ist folgende: Ein von einer Punktlichtquelle der Strichplatte ausgehender Lichtstrahl wird von der Eintrittsfläche ÄCdes Prismas gebrochen, dann von der Austrittsfläche AB reflektiert auf die er mit einem Einfallswinkel auftritt, der größer als der Totalreflektionswinkel ist, wird dann von der den Spiegel bildenden Fläche AC reflektiert und schließlich von der Austrittsfläche A B gebrochen, auf die er dieses Mal mit einem Einfallswinkel trifft, der kleiner als der Totalreflexionswinkel ist; der Strahl wi.d danach von dem Austrittsobjektiv 11 kollimiert Die Einfallsbadingungen der Strahlen, die auf die Austrittsfläche AB treffen, werden insbesondere durch die Wahl der Brennweite des Objektivs 11 und der Winkel des Prismas 12 bestimmt.

Der Winkel an der Kante A des Prismas wird gleich dem halben Winkel an der Kante B gewählt, so daß der optische Strahlengang in dem Prisma dein Durchgang durch eine planparallele Platte entspricht, deren Dicke gleich der größten Höhe des Dreiecks ABC ist, also gleich der von der Ecke A ausgehenden Höhe, wobei die Platte aus dem gleichen Material wie das Prisma, z. B. aus Glas, besteht.

Aus F i g. 2 ist zu erkennen, daß infolge der Einfügung des Prismas 12 in den Strahlengang die Austrittspupille, die dem Durchmesser D des Objektivs 11 entspricht, merklich größer als die Bauhöhe H des Geräts ist. Das Objektiv 11 ist in geringem Abstand vor dem nutzbaren Bereich AE der Austrittsfläche AB angeordnet. Das Prisma ergibt in Wirklichkeit eine Versetzung der optischen Achse, die in Fig. 2 nicht dargestellt ist. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Prisma hat der Winkel an der Kante A den Wert 30° und der WinKel an der Kante B den Wert 60°, so daß der Winkel an der Kante Cein rechter Winkel ist. Die Versetzung der optischen Achse kann dadurch verringert werden, daß der Winkel an der Kante A kleiner als 30° gemacht wird; im Hinblick auf die zuvor angegebene Bedingung, daß der Winkel an der Kante fl doppelt so groß wie der Winkel an der Kante A sein soll, ist der Winkel an der Kante Cd?nn ein stumpfer Winkel. In der Praxis kann der Winkel an (jer Kante A im Bereich von 25^C bis 35° liegen.

Der Bereich EB der Austrittsfläche des Prismas, der nicht dem Objektiv 11 gegenüberliegt, kann derart behandelt werden, daß er einen reflektierenden Spiegel bildet, da er außerhalb des Bereichs AE der Austrittsstrahlen liegt.

Die Vergrößerung des Durchmessers der optischen Pupille erreicht leicht 25 bis 30%. Zum Beispiel war es bei einer Höhe H des Gehäuses von 60 mm möglich, eine Kollimatorvorrichtung mit einem Pupillendurchmesser von etwa 70 mm herzustellen, ohne daß die optischen Eigenscl cften des Vorrichtung beeinträchtigt wurden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Optische Kollimatorvorrichtung für die Blickfeldanzeige von durch Leuchtbilder dargestellten Informationen in Flugzeugen, mit einem Objektiv, wenigstens einer die Leuchtbilder tragenden Strichplatte, die in der Brennebene des Objektivs angeordnet ist, und mit einem teildurchläüsigen Spiegel, über den die Beobachtung der Umgebung und des ins Unendliche projizierten Bilde;; der Strichplatte erfolgt dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Objektiv (11) und der Strichplatte (13) ein reflektierendes Ablenkprisma (12) von an sich bekannter Art angeordnet ist das eine große Fläche und zwei kleine Flächen aufweist wobei eine der kleinen Flächen als reflektierender Planspiegel ausgebildet ist und bei dem der Winkel (A) zwischen der großen Fläche und der reflektierenden kleinen Fläche im Verhältnis ! : 2 zu dem Winkel (B) zwischen der großen Fläche und der nichtreflektierenden kleinen Fläche steht, daß das Ablenkprisma so angeordnet ist, daß die große Fläche die Austrittsfläche bildet und dem Objektiv (11) parallel gegenüberliegt und die nichtreflektierende kleine Fläche als Eintrittsfläche senkrecht zu der von der Brennebene kommenden optischen Achse (Abliegt.

2. Optische Kollimatorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (A) zwischen der Austrittsfläche und der reflektierenden Fläche des Ablenkprisinas (12) zwischen 25" und 35° beträgt.

3. Optische Kollimatorvorr.ditung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekiiv (11) einem Teil der Gesamtfläche der Austrittsfläche gegeniioerliegt, und daß der nicht dem Objektiv (11) gegenüberliegende Teil der Austrittsfläche als reflektierender Planspiegel ausgebildet ist.