DE2753321A1

DE2753321A1 - Abbildungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2753321A1
Application number: DE19772753321
Authority: DE
Inventors: George Mann
Original assignee: Smiths Group PLC
Current assignee: Smiths Group PLC
Priority date: 1976-12-03
Filing date: 1977-11-30
Publication date: 1978-06-08
Also published as: FR2373112A1; SE7713689L; SE438919B; GB1577618A; FR2373112B1; IT1090654B; US4167113A; DE2753321C2

Description

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Rolf Churner ^/nj^'

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7466/81/Ch/Fr Augsburg, 29. November 1977

Smiths Industries Limited Cricklewood Works
CB-London NW2 6ÜM, England

Abbi ldunqsvorrichtunq

Die Frfindung betrifft eine Abbildungsvorrichtung, bei welcher ein von einem Bilderzeuger erzeugtes Bild über ein optisches Bauteil abgebildet wird.

Zur Anzeige des Flugzustandes und zur Wiedergabe der 7ielinformationen bei einem mit Waffen versehen Flugzeug ist es bekannt, diese auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre abzubilden, wobei dann diese Abbildung in das Blickfeld des Flugzeugführers gespiegelt wird. Das Schirmbild wird hierbei auf einen teiltransparenten Reflektor gespiegelt, so daß es vor dem Hintergrund der äußeren Szene im Blickfeld des Flugzeugführers sichtbar wird. Die I luq- und 7 ic 1 informationen, die auf dem Reflektor abgebildet werden, müssen in genauem Be-

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zug stehen zu der sichtbaren äußeren Szene. Aus diesem Grund wird die Kathodenstrahlröhre starr verbunden mit dem Reflektor, um sicherzustellen, daß dieser Bezug gegeben ist. Durch die starre Verbindung wird verhindert, daß Abbildungsfehler auftreten, welche durch Vibrationen und Relativbewegungen zwischen dem Bildschirm und dem Reflektor entstehen können. Dies führt jedoch zu dem Nachteil, daß die Kathodenstrahlröhre zusammen mit dem Reflektor vor dem Piloten im Flugzeug eingebaut sein müssen. Da die Kathodenstrahlröhre einen bestimmten Raum beansprucht, ist es jedoch oftmals nicht möglich, den Einbau so vorzunehmen, daß hierdurch der Pilot nicht behindert wird.

Es besteht daher die Aufgabe, die Abbildungsvorrichtung so auszubilden, daß der Reflektor und der Bilderzeuger voneinander räumlich getrennt sind, die Abbildungsvorrichtung jedoch so ausgebildet ist, daß bei Relativbewegungen zwischen Bilderzeuger und dem optischen Bauteil, d.h. dem Reflektor, keine Abbildungsfehler entstehen bzw. diese kompensiert werden.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der in einem Flugzeug eingebauten Abbildungsvorrichtung ;

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Fig. 2 die bei einem Flugzeug abzubildenden Flug- und Z ie 1 in formationen;

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Anzeigesystems nach Fig. 1;

Fig. ^ einen Teil eines Sensors, wie er beim Anzeigesystem nach Fig. 1 verwendbar ist und

Fig. 5 weitere Ausführungsbeispiele eines und 6 Anzeigesystems gemäß den Fig. 2 und 3.

Der Fig. 1 ist ein teilweise transparenter Reflektor 1 -einer optischen Kombiniereinheit 2 zu entnehmen, der vor dem Piloten in dessen Blickrichtung durch die Windschutzscheibe k angeordnet ist. Auf diesen Reflektor 1 wird eine Anzeige der Flugparameter und der Waffenzielinformation projiziert, so daß der Pilot das Anzeigebild in seiner Blickrichtung 3 vor dem äußeren Hintergrund durch die Windscheibe 4· sieht. Die Anzeige wird vom Schirm 5 einer Kathodenstrahlröhre 6 innerhalb einer Anzeigevorrichtung 7 projiziert, welche hinter dem Piloten angeordnet ist und deren optische Achse so ausgerichtet ist, daß das Anzeigebild auf dem Reflektor 1 für den Piloten in unendlicher Entfernung erscheint.

Die auf dem Reflektor 1 angezeigte Information umfaßt, wie die Fig. 2 zeigt, eine analoge Darstellung der Fluglage, bestehend aus einem Horizontsymbol 8 in Form von zwei im Abstand zueinander angeordneten Linien und einem

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Flugvektorsymbol 9 in Form eines Kreises mit kurzen seitlich abstehenden Armen. Das Flugvektorsymbol 9 wird auf dem Bildschirm 5 der Kathodenstrahlröhre 6 in einer solchen Weise angezeigt, daß dieses Bild im Blickfeld des Piloten durch den Reflektor 1 stationär bleibt. Das Horizontsymbol 8 jedoch bewegt sich winkelmäßig sowie auf- und abwärts relativ zum Symbol 9 entsprechend der Quer- und Längsneigung des Flugzeugs. Die Zielinformation besteht aus einem Markierungssymbol 10 in Form eines Kreuzes, welches sich in der Anzeige auf dem Bildschirm 5 bewegt, so daß es für den Piloten durch die Windschutzscheibe 4 gegen die äußere Szene sichtbar ist. Das Symbol 10 gibt in Bezug auf die äußere Szene die Ziellinie des Waffensystems in Richtung eines identifizierten Ziels wieder, wobei es die Aufgabe des Piloten ist, das Flugzeug so zu manöverieren, daß das Symbol 10 in das Vektorsymbol 9 gebracht wird, wobei dann das Flugzeig geeignet zum Abfeuern ausgerichtet ist.

Die zur Erzeugung der Anzeige der Flug- und Zielinformationen erforderlichen elektrischen Signale werden der Kathodenstrahlröhre 6 von einem Generator 11 zugeführt. Der Generator 11 erzeugt die relevanten Videosignale in Übereinstimmung mit denjenigen Signalen, welche ihm von geeigneten Fluglagensensoren 12 und von einem Zielrechner 13 innerhalb des Flugzeugs zugeführt werden. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß das Anzeigebild, welches von den Videosignalen erzeugt wird, weitere Informationen aufweisen kann als in Fig. 2 gezeigt. Dede Information, sei sie nun digitaler oder analoger Art, wird auf dem Bildschirm 5 unter Verwendung einer Kursiv- oder Rasterabtasttechnik angezeigt. Zur Beschrei-

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bung des Systems nach fig. 1 wird von einer Kursivtechnik ausgegangen, bei welcher der Kathodenstrahl in Übereinstimmung mit den Videosignalen des Generators 11 abgelenkt wird, um die Anzeigesymbole nachzuziehen.

In Fig. 3 ist zusätzlich zur Fig. 1 die Anzeigeeinheit hinter dem Piloten dargestellt, welche eine Linse 20 umfaßt, welche das Bild der Anzeige auf dem Schirm 5 in die Fokusebene einer Linse 21 projiziert, welche Teil einer Kombiniereinheit 2 darstellt. Das ausgerichtete Licht von der Linse 21 wird von einer Reflektoroberfläche 22 auf den teilweise transparenten Reflektor 1 projiziert, so daß es dem OiId der äußeren Szene in Blickrichtung 3 des Piloten überlagert wird. Die Linse 20 und die Augen des Piloten sind wünschenswerterweise konjugiert fokusiert mit der Linse 21, so daß die Ausgangspupille des Systems in der Ebene der Augen angeordnet ist .

Ein Teil des ausgerichteten Lichtes von der Linse 21 geht durch den Reflektor 1 hindurch und wird von der Reflektoroberfläche 23 zu einer Linse Zh reflektiert. Die Linse lh ist gleich der Linse 21 und das in ihrer Fokusebene gebildete OiId wird über eine Linse 25 und einen Spiegel 26 auf einen elektrooptischen Lagesensor 27 fokusiert, welcher in Übereinstimmung mit der X- und Y-Koordinaten der Lage des Bildes Ausgangssignale erzeugt .

Der Sensor 27 kann beliebig aufgebaut sein und besteht beispielsweise aus einer Matrixanordnung von lichtempfindlichen Elementen. Die Fig. h zeigt einen Teil einer

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solchen Anordnung, bestehend aus einer Matrixanordnung 28 aus lichtleitenden Anordnungen X₁Y₁ bis X.Y^, wobei es sich beispielsweise um eine Dünnfilmanordnung von Kadmiumsulfidsensoren handelt. Ein konstanter Strom I wird über die Leitung 29 über Widerstände R. bis R^ jeder der Vorrichtungen X₁Y₁ bis ΧλΥλ zugeführt. Wenn Licht des Anzeigebilds auf eine dieser Vorrichtungen fällt, beispielsweise auf die Vorrichtung X₃Yp dann wird hierdurch bewirkt, daß diese Vorrichtung leitend wird und Strom durch den Widerstand R, zu dem Stromteiler fließt, der vom Widerstand R_Y2 gebildet wird. Der Stromteiler R_Y, bewirkt einen Stromfluß i- proportional der Y-Koordinate, welche beleuchtet wird, wobei dieser · Strom einem Summierverstärker 30 zugeführt wird, welcher ein Ausgangssignal in Übereinstimmung mit der Y-Koordinate des abgebildeten Bilds erzeugt. In entsprechender Weise wird eine Spannung abgeleitet, welche proportional der X-Koordinate des abgebildeten Bilds ist. Hierbei wird der Spannungsabfall über den Widerstand R₃ infolge des Stromflusses durch die Vorrichtung X₃Y₂ einem Spannungsteiler zugeführt, welcher aus einem Widerstand R_x, besteht. Die entstehende Spannung v, wird einem zweiten Summenverstärker 31 zugeführt, der ein Ausgangssignal in Übereinstimmung mit der X-Koordinate des abgebildeten Bilds erzeugt. Der Sensor 27 spricht also an auf die Punktabbildung des Kathodenstrahls, der über den Bildschirm 5 wandert und hierbei eine Leuchtspur bildet. Der Sensor 27 erzeugt also Signale in Übereinstimmungmit mit den X- und Y-Koordinaten der augenblicklichen Stellung des Kathodenstrahls, wie sie von der Kombiniereinheit 2 übermittelt wird. Diese Signale werden zu entsprechenden Differentialverstärkern 32 und 33 geführt, welche einen Vergleich mit Referenzsignalen durchfüh-

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ren, welche von einem anderen elektrooptischen Sensor 3k erzeugt werden.

Der Sensor 3k, wie der Sensor 37, weist eine Matrixanordnung lichtempfindlicher Vorrichtungen auf. Er erzeugt Referenzsignale in Übereinstimmung mit den X- und Y-Koordinaten der augenblicklichen Lage des Bilds des Kathodenstrahls erzeugt von der Linse 35 innerhalb der Einheit Die Linse 35 fokusiert das Punktbild auf den Sensor 3k von einem teilweise transparenten Reflektor 36, welcher innerhalb der Einheit 7 zwischen dem Bildschirm 5 und der Linse 20 angeordnet ist. Im Gegensatz zu den X- und Y-Koordinaten der augenblicklichen Stellung, signalisiert vom Sensor 27, sind die X- und Y-Koordinaten, signalisiert .vom Sensor 3k unbeeinfluß von irgendwelchen Vibrationen oder anderen Einflüssen, welche im Betrieb zwischen der Kombiniereinheit 2 und der Anzeigeeinheit 7 auftreten können. Die vom Sensor 3k den Verstärkern 32 und 33 zugeführten Signale geben also die augenblickliche Stellung des Punktbildes des Kathodenstrahls innerhalb des Anzeigebereichs wieder, so wie es stabilisiert im Reflektor gegenüber der äußeren Szene erscheinen soll, Vibrationen oder andere Verschiebungen der Einheit 2 relativ zur Einheit 7 bewirken Abbildungsfehler des Punktbildes gegenüber der äußeren Szene durch den Reflektor 1. Derartige Anzeigefehler äußern sich somit in Unterschieden zwischen den Signalen, die von den Sensoren 27 und 3k geliefert werden. Demgemäß sind die Ausgangssignale der Verstärker 32 und 33, welche von den Unterschieden zwischen diesen beiden Signalen abgeleitet werden, repräsentativ für geeignete Korrekturen zur Beseitigung dieser Anzeigefehler in den beiden Koordinatenrichtungen.

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Das Ausgangssignal des Verstärkers 32 zur Korrektur des Abbildungsfehlers in der X-Richtung wird in einem Verstärker 37 addiert mit dem X-Ablenkungssignal vom Generator 11 für die X-Ablenkungseinheit 38 der Kathodenstrahlröhre 6. In entsprechender Weise wird das Ausgangssignal des Verstärkers 33 addiert zur Korrektur des Abbildungsfehlers in Y-Richtung mit dem Y-Ablenkungssignal des Generators 11 in einem Verstärker 39, dessen Aus gangssignal der Y-Ablenkungsei nheit Ί-0 der Kathodenstrahlröhre 6 zugeführt wird. Auf diese Weise entsteht ein Regelkreis, der Abbildungsfehler, beispielsweise infolge von Vibrationen, zwischen der Kombiniereinheit 2 und der Anzeigeeinheit 7 auslöscht. Die Notwendigkeit einer starren Anordnung der Einheit 2 wird hierdurch .vermieden. Die Einheit 2 kann daher unabhängig von der Einheit 7 montiert werden, beispielsweise an der Cockpitvorderseite.

Der Regelkreis für die Kursivanzeige kann ergänzt werden für irgendwelche Symbole, welche außerhalb des zentralen Anzeigebereichs geschrieben werden durch Verwendung von einer oder mehrerer zusätzlicher Lichtquellen. Wie beispielsweise die Fig. 3 gezeigt, sind zwei lichtemittierende Dioden 41 angeordnet mit geringem seitlichen Abstand zueinander, um über den Reflektor 36 zwei Lichtpunkte außerhalb der Ausgangspupille des Hauptanzeigebilds zu überlagern, wie es vom Bildschirm 5 auf den Reflektor 1 projiziert wird. Irgendwelche Abbildungsfehler dieser Punktbilder im Reflektor 1 manifestieren in einer Differenz einerseits der X- und Y-Koordinaten ihrer Bilder, wie sie auf dem Sensor 27 abgebildet werden, andererseits in einer Differenz der X- und Y-Koor-

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dinaten, wie sie vom Sensor 34 abgegriffen werden, wobei die Abbildung auf den Sensor 34 direkt von den Dioden 41 durch den Reflektor 36 hindurch erfolgt. Die Signale in Übereinstimmung mit diesen Differenzen, wie sie von den Verstärkern 32 und 33 den Verstärkern 37 und 39 zugeführt werden, dienen zur Sicherstellung einer geeigneten zusätzlichen Stabilisierungskorrektur und zwar sowohl in Drehrichtung als auch in den X- und Y-Richtungen.

In den Fällen, wo anstelle einer Kursivabbildung eine Rasterabbildung verwendet wird, bewirken die Korrektursignale der Verstärker 32 und 33, die abgeleitet sind von Ausgangssignalen der Sensoren 27 und 34, daß eine entsprechende Verschiebung der Zeilentastsignale und Rildkipptastsignale erfolgt, die vom Generator 11 den Verstärkern 37 und 39 zugeführt werden.

Die Lichtquellen können so angeordnet sein, daß Punktbilder oder eventuell Linienbilder innerhalb der Ausgangspupille entstehen. Fs ist jedoch auch möglich, ein Infrarotlicht zu verwenden oder die Lichtquellen impulsweise zu bestromen, damit die Bilder für das Auge nicht sichtbar sind.

Es ist wichtig, zu bemerken, daß die Reflektionsoberfloche 23 in Bezug auf den Reflektor 1 starr befestigt ist. Demgemäß können die Oberflächen 22 und 23 zusammen mit den Linsen 21 und 24 und dem Reflektor 1 ein integriertes Bauteil bilden. Die Finheit 2 kann also aus einem starren optischen Bauteil bestehen, welches gewinkelte Flächen 22 und 23 aufweist, wobei der Reflektor 1 eine Schnittstelle dieses Bauteils bildet. Die beiden Linsen

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21 und 2h können Integriert im Bauteil sein oder können auf diesem Bauteil befestigt werden.

Änderungen des Aufbaus gemäß Fig. 3 werden nachfolgend beschrieben. Beispielsweise kann zwischen den Einheiten 2 und 7 nur ein einziger Lichtweg vorgesehen sein, indem ein ebener Spiegel rechtwinklig zum Lichtstrahl, der durch den Reflektor 1 hindurchgeht, angeordnet wird, welcher das Licht zurück zum Reflektor 1 reflektiert, von wo es dann über die Fläche 22 und die Linsen 21 und 20 zum Sensor 27 gelangt, der entsprechend angeordnet ist. Eine solche Modifizierung wird vorzugsweise dann vorgesehen, wenn das System nicht in einer horizontalen, sondern einer vertikalen Ebene angeordnet ist. Weitere Modifikationen sind in den Fig. 5 und 6 dargestellt.

Bei dem System nach Fig. 5 liegt eine Doppelprojektion vor, bei welchem zwei Kathodenstrahlröhren verwendet werden, welche ein weiteres Blickfeld im Azimut zulassen. Weiterhin wird hierdurch die Zuverlässigkeit bei Ausfällen im System erhöht.

Die von den Kathodenstrahlröhren 50 und 51 in der Anzeigeeinheit 52 erzeugten¹ Bilder werden durch die Kombiniereinheit 5^ über zwei teilweise transparente Reflektoren 55 und 56 in das Blickfeld 53 des Piloten reflektiert. Die beiden Anzeigebilder überlappen sich geringfügig und ergeben ein binokulares Bild. Eine oder mehrere lichtemittierende Dioden 57 ergeben zusätzliche Lichtbilder für einen Regelkreis über elektrooptische Lagesensoren 58 und 59 und Differential verstärker 60 und 61.

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Die Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die Reflektoren 55 und 56 voneinander getrennt sind, eine doppelte periphere Abbildung in Kopfhöhe zu ermöglichen, die zusätzlich zur Anzeige in der normalen Blickrichtung 53 verwendet wird.

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Claims

Dipl.-Ing. j

Paten lan waj I

XOOO Augsburg 31 ■ Postfach 242

RchlingenslraUc 8
Telcliui: 0821/36015

posischcikkomo Mumhen Nr 1547 89-801 Anni.: Smiths Industries Limited

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Ansprüche

Abbildungsvorrichtung, bei welcher ein von einem Bilderzeuger erzeugtes Bild über ein optisches Bauteil abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mindestens einen Sensor (27) auf- ' weist, der das vom optischen Bauteil (2) wiedergegeben Bild erfaßt, das verglichen wird mit dem vom Bilderzeuger (7) erzeugten Bezugsbild, wobei die beim Vergleich erfaßten Differenzen infolge von Relativbewegungen zwischen dem Bilderzeuger (7) und dem optischen Bauteil (2) zur Kompensation des erzeugten Bilds dienen .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugsbild innerhalb des Bilderzeugers (7) abgegriffen wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bilderzeuger (7) eine Kathodenstrahlröhre (6) aufweist, wobei das Bezugsbild eine Punktabbildung des Kathodenstrahls auf dem Schirmbild (5) der Kathodenstrahlröhre (6) ist.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensation durch Einstellen der Ablenkung des Kathodenstrahls in der Kathodenstrahlröhre (6) bewirkt wird.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Sensoren (27, 34) vorgesehen sind, von denen der erste Sensor (27) das vom optischen Bauteil (2) wiedergegebene Bild erfaßt und der zweite Sensor (34) das im Bilderzeuger (7) erzeugte Bild abtastet, wobei die Kompensation bewirkt wird in Abhängigkeit der Differenz der Ausgänge des ersten und zweiten Sensors (27, 34).
"6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Sensor (27, 34) aus einer Anordnung (28) lichtempfindlicher Bauteile (X₁Y₁ bis X4Y4) besteht.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Bilderzeuger (7) eine Lichtquelle (41) aufweist und daß die Sensoren (27, 34) ansprechen auf einen Abbildungsfehler zwischen dem vom optischen Bauteil (2) wiedergegebenen Bild der Lichtquelle (41) und dem von der Lichtquelle (41) erzeugten Bild.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Lichtquelle (41) an einer Stelle im Abstand vom Mittelpunkt des erzeugten Bilds angeordnet ist.

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9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Bauteil (2) einen teilweise transparenten Reflektor (1) aufweist, welcher das Bild in Richtung des Beobachters reflektiert.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß das erzeugte Bild Symbole (8 bis 10) zur Anzeige der Flugparameter eines Flugzeugs aufweist.

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