DE4102678A1 - Headup-anzeigevorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Headup-Anzeigevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Headup-Anzeigevorrichtungen werden in Flugzeugen dazu verwendet, eine anzuzei­ gende Darstellung in das Blickfeld des Piloten durch die Windschutzscheibe hindurch ins Unendliche zu projezieren. Auf diese Weise können die Instrumente und andere Informationen vom Piloten abgelesen werden, ohne daß er seinen Blick nach un­ ten richten muß und ohne daß es erforderlich ist, die Fokussierung seiner Augen zu ändern.

Diese Anzeigevorrichtungen weisen üblicherweise eine Kathodenstrahlröhre auf, auf deren Bildschirm die anzuzeigenden Informationen wiedergegeben werden. Diese Kathodenstrahlröhre ist unterhalb des Blickfelds des Piloten angeordnet. Ein Lin­ sensystem und ein Spiegel wird dazu verwendet, das parallel gerichtete Bild des Bildschirms auf einen Kombinierer zu richten, der im Blickfeld des Piloten ange­ ordnet ist. Bei dem Kombinierer kann es sich um einen halbdurchlässigen Spiegel oder um ein holographisches Bauteil handeln, welche das parallel gerichtete Bild des Bildschirms in die Blickrichtung des Piloten ausrichten, der durch diesen Kombinie­ rer hindurchsehen kann. Der Pilot sieht also die Szene vor dem Flugzeug, in welche die Anzeige des Bildschirms der Kathodenstrahlröhre eingespiegelt ist.

Die Größe des augenblicklichen Blickfelds der Headup- Anzeigevorrichtung, das heißt das für den Piloten sichtbare Sichtfeld, ohne eine Bewegung des Kopfes, ist bestimmt durch den Durchmesser der Austrittslinsen und den Ort des Bildes der Linsen. Um das Sichtfeld so groß wie möglich zu machen, ist es erforderlich, die Austrittslinsen so groß als möglich zu wählen. Dies führt jedoch zu relativ großen Anzeigegehäusen, was bei Flugzeugen, bei denen der Cockpitraum begrenzt ist, nicht akzeptabel ist.

Ein Weg der Erhöhung des Blickfeldes ohne Vergrößerung des Linsendurchmessers besteht darin, zwei Bilder der Austrittslinsen zu bilden, von denen das eine über dem anderen angeordnet ist, was mittels zweier paralleler Kombinierer erfolgt, die übereinander angeordnet sind. Beide Kombinierer reflektieren ein Bild der Austritts­ linsen in das Blickfeld des Piloten, wobei die beiden Bilder unterschiedliche Teile des Bildschirms der Bildschirmröhre wiedergeben. Bei einigen Flugzeugen jedoch ist die Verwendung von zwei Kombinierern nicht möglich, da zu wenig Freiraum unter der Windschutzscheibe vorhanden ist. Die Verwendung von zwei Kombinierern weist den weiteren Nachteil auf, daß ein Übergang an der Kante der beiden Kombinierer vorhanden ist, welcher das Erscheinungsbild der Anzeige an dieser Kante unter­ bricht. Wird der obere Kombinierer durch den unteren Kombinierer betrachtet, dann führt dies zu einer Abschwächung sowohl der Anzeigedarstellung als auch der äußeren Szene, da das Licht durch beide Kombinierer hindurchwandern muß, bevor es den Piloten erreicht.

Es besteht die Aufgabe, die Headup-Anzeigevorrichtung so auszubilden, daß sie bei kompakter Konstruktion ein akzeptables Blickfeld liefert.

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

Zwei Ausführungsbeispiele einer Headup-Anzeigevorrichtung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Anzeigevorrichtung in Seitenansicht und

Fig. 2 eine Seitenansicht einer modifizierten Form der Anzeigevorrichtung nach Fig. 1.

Die Headup-Anzeigevorrichtung weist eine monochrome Kathodenstrahlröhre 1 auf, der elektrische Signale von einer Treiberstufe 2 zugeführt werden, die ein Bild auf dem Bildschirm 3 bewirken. Bei dem Bild kann es sich um die Darstellung von Fluginformationen, Waffeninformationen, Instrumentendaten über die Arbeit des Flugzeugs usw. handeln. Der Bildschirm 3 der Kathodenstrahlröhre ist fast vertikal angeordnet.

Direkt vor dem Bildschirm 3 ist ein konvergierendes Petzval-Linsensystem 4 ange­ ordnet, das eine Eintrittslinse 40 und eine Austrittslinse 41 umfaßt. Das Linsensy­ stem 4 erzeugt einen parallel gerichteten Strahl längs einer optischen Achse 5, die rechtwinklig zum Bildschirm 3 verläuft.

Der Strahl trifft auf einen Reflektor 6 auf, bei welchem es sich um ein hologra­ phisches Bauteil oder um ein Beugungsgitter handelt. Dieser Reflektor 6 ist zur optischen Achse 5 um einen Winkel α von 30° geneigt, so daß der Einfallswinkel i 60° beträgt. Es können natürlich auch andere Winkel wie vor- und nachstehend erwähnt verwendet werden. Der Reflektor 6 ist so hergestellt, daß der Reflekti­ onswinkel r geringer ist als der Einfallswinkel. Im speziellen Ausführungsbeispiel beträgt der Reflektionswinkel r 30°, so daß der Strahl eine Reflektion über einen Winkel von 90° durchführt. Der Reflektor 6 wirkt somit wie ein ebener Spiegel, der um 45° zur auftreffenden Strahlung geneigt ist. Die Herstelltechniken zum Herstellen eines holographischen Bauteils oder eines Beugungsgitters, die solche Eigenschaften aufweisen, sind bekannt.

Bei dem Reflektor 6 muß es sich nicht unbedingt um ein holographisches Bauteil oder um ein Beugungsgitter handeln, beispielsweise kann es sich bei dem Reflektor auch um einen gestuften Fresnel-Spiegel handeln, der zahlreiche parallele Facetten aufweist, die unter einem Winkel zur Ebene des Spiegels angeordnet sind, so daß der Reflektionswinkel, bezogen auf eine Senkrechte zur Spiegelebene, geringer ist als der Einfallswinkel.

Die Strahlung wird vom Reflektor 6 nach oben gerichtet auf einen Kombinierer 10, der konventioneller Konstruktion sein kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Kombinierer 10 um eine flache rechteckige Glasplatte, de­ ren zum Pilot weisenden Oberfläche 11 mit einer Schicht beschichtet ist, welche die vom Bildschirm 3 ausgehende Strahlung reflektiert, jedoch für Strahlungen an­ derer Wellenlängen transparent ist. Der Hauptanteil der Strahlung von außerhalb des Flugzeuges geht also durch den Kombinierer 10 mit nur geringer Dämpfung hindurch. Der Pilot kann also die äußere Szene in seiner Blickrichtung 20 durch den Kombinierer hindurch betrachten. Der Kombinierer 10 ist zur Sichtlinie 20 des Piloten um etwa 45° geneigt.

Der Kombinierer 10 bildet ein virtuelles, das heißt imaginäres Bild I der Austritts­ linse 41 an derjenigen Seite des Kombinierers, die vom Piloten entfernt ist. Das Bild 1 weist die gleiche Größe wie die Austrittsöffnung 7 des Reflektors 6 auf und ist größer als die Größe bzw. der Durchmesser der Austrittslinse 41, was sich aufgrund des flacheren Winkels des Reflektors, verglichen mit einem konventionellen Spie­ gel, ergibt, wie er sonst bei derartigen Anzeigevorrichtungen verwendet wird. Bei Verwendung eines konventionellen Spiegels ist die Austrittsöffnung gleich groß wie die Austrittslinse, so daß die Größe des Bildes auf die Größe der Austrittslinse be­ schränkt ist.

Die Kathodenstrahlröhre 1, das Linsensystem 4 und der Reflektor 6 sind inner­ halb eines Gehäuses 9 angeordnet, das auch den Kombinierer 10 trägt. Die Tiefe des Gehäuses 9 ist gering, verglichen mit einer konventionellen Headup- Anzeigevorrichtung, die mit einem einzigen Kombinierer und einer gleich großen Kathodenstrahlröhre ausgerüstet ist. Dies ergibt sich, da das Sichtfeld größer ist als dasjenige der Austrittslinse 41. Es ist natürlich auch möglich, bei der vorliegen­ den Erfindung zwei parallele Kombinierer übereinander angeordnet zu verwenden, wodurch das Blickfeld weiterhin vergrößert oder die Tiefe des Geräts weiterhin ver­ mindert wird.

Anstelle eines konventionellen reflektierenden Kombinierers ist es auch möglich, ei­ nen reflektierenden oder diffraktiven holographischen Kombinierer zu verwenden, wodurch das Blickfeld weiter vergrößert wird. Ein derartiger reflektiver Kombinie­ rer 10′ ist in Fig. 2 gezeigt. Der holographische Kombinierer 10′ ist ähnlich wie der Reflektierer 6, in dem der Einfallswinkel i größer ist als der Reflektionswinkel r. Auf diese Weise wird das scheinbare Bild I′ größer als die Austrittsöffnung 7.

Die Verwendung der Anzeigevorrichtung ist nicht auf Flugzeuge beschränkt. Sie ist auch bei anderen Anwendungsfällen anwendbar.

Claims (10)

1. Headup-Anzeigevorrichtung mit einem Anzeigefeld, das ein Bild erzeugt, ei­ nem vor dem Anzeigefeld angeordneten Linsensystem, das einen parallel ge­ richteten Strahl des Bildes längs einer Geräteachse erzeugt, einem in der Achse angeordneten Reflektor, auf den der Strahl auftrifft und der den Strahl auf ei­ nen Kombinierer reflektiert, der seinerseits das Bild des Anzeigebereichs in die Blickrichtung eines Betrachters richtet, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (6) den Strahl unter einem Winkel (r) reflektiert, der geringer ist als der Einfallswinkel (i) des Strahls.

2. Headup-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (6) aus einem holographischen Bauteil besteht.

3. Headup-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (6) aus einem Beugungsgitter besteht.

4. Headup-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (6) aus einem Fresnel-Bauteil besteht.

5. Headup-Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigefeld der Bildschirm (3) einer Kathoden­ strahlröhre (1) ist.

6. Headup-Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Linsensystem (4) eine Austrittslinse (41) umfaßt und das Blickfeld (1) der Vorrichtung größer ist als die Größe der Austrittslinse (41).

7. Headup-Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kombinierer (10) ein reflektierendes Bauteil ist.

8. Headup-Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kombinierer (10′) den auf ihn auftreffenden Strahl unter einem Reflektionswinkel (r) reflektiert, der geringer ist als der Einfalls­ winkel (i).

9. Headup-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kombinierer (10′) aus einem holographischen Bauteil besteht.

10. Headup-Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kombinierer zwei parallele übereinander angeordnete Kombinierbauteile umfaßt.