DE4204146A1 - Helmvisier - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Helmvisier mit Kollimatoreinrich­ tungen zum Projizieren des Bildes eines Fadenkreuzes zum ein­ äugigen Zielen in das Blickfeld des Trägers des Helms und mit Meßeinrichtungen zum Messen der Winkelstellung des Helms be­ züglich eines Bezugssystems, wie etwa das Cockpit eines Luft­ fahrzeugs, das mit einem den Helm tragenden Mitglied der Mannschaft besetzt ist.

Der Ausdruck "Helm" soll im weitesten Sinne interpretiert de­ rart werden, daß er alle Elemente umfaßt, die auf dem Kopf eines Trägers angeordnet werden und damit von der Stelle be­ wegt werden.

Es sind bereits Visiere bekannt, die es dem Helmträger ermög­ lichen, ein Ziel einfach dadurch zu bestimmen, daß man das Bild des Fadenkreuzes auf dieses Ziel ausrichtet. Die Lokali­ sierung wird durch Recheneinrichtungen durchgeführt, die die von der Meßeinrichtung abgegebenen Signale empfangen.

Bei derartigen Visieren wird das Bild des Fadenkreuzes auf eine bezüglich des Helms vorgegebene Stelle projiziert, die normalerweise im Zentrum des Blickfelds eines Auges des Helm­ trägers liegt. Als Folge davon ist der Winkelbereich, in dem das Zielen möglich ist, wesentlich kleiner ist als das Blickfeld, das der Helmträger durch Zusammenwirken von Kopf- und Augenbewegungen überblicken kann. Dadurch, daß die An­ ordnung des Fadenkreuzes bezüglich des Kopfes unveränderlich ist, ist der Zielbereich auf den Winkelschwenkbereich des Kopfes begrenzt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, den Zielbereich bei einem Helm­ visier der eingangs genannten Art unter Verwendung einfacher Mittel zu erweitern.

Dazu ist das oben genannte Helmvisier dadurch gekennzeichnet, daß die Kollimatoreinrichtungen so ausgebildet sind, daß sie dem Fadenkreuz eine Winkelstellung geben, deren Abweichung von einer Bezugsrichtung des Helms (gewöhnlich die Achse des Blickfelds des einen verwendeten Auges, rechts oder links) eine steigende Funktion der Winkel der Verschwenkung des Helms aus einer Mittelstellung ist, die bezüglich des Bezugs­ systems festgelegt ist, wobei die Abweichung in Richtung der Verschwenkung des Helms erfolgt.

In der Praxis erfordert das automatische Einstellen der Posi­ tion des Fadenkreuzes im Bildfeld keinen erheblich kompli­ zierteren Aufbau der optischen Kollimatoreinrichtung. Häufig umfaßt das durch die Projektionseinrichtungen bzw. die Kol­ limatoreinrichtung abgebildete Bild tatsächlich nicht nur das Bild des Fadenkreuzes sondern auch Symbole als Information für den Träger des Helmvisiers, wodurch es erforderlich wird, in der Objektebene einen Bereich vorzusehen, der das Faden­ kreuz stark überschreitet. Mit anderen Worten bietet das op­ tische System ein großes Bildfeld. In diesem Fall genügt es daher, die Einrichtung zum Erzeugen der Symbole auf der Ob­ jektebene der Kollimatoreinrichtungen, die beispielsweise einen Flüssigkristallschirm aufweist, mit einer Elektronik zu verbinden, die es ermöglicht, das Fadenkreuz an verschiedenen Positionen der Einrichtungen zur Erzeugung der Symbole, d. h. des Objektfeldes des optischen Systems, zu erzeugen.

Die Funktion, nach der sich die Position des Fadenkreuzes bezüglich der Bildmitte des durch die Kollimator- bzw. Pro­ jektionseinrichtung gelieferten Bildes in Abhängigkeit von der Verschwenkung des Helms ändert, kann linear sein. Es kann jedoch empfehlenswert sein, eine nicht-lineare Funktion zu wählen, beispielsweise, um das Fadenkreuz in der Mitte des Blickfeldes zu halten, was dem Zielen ein Maximum an Präzi­ sion verleiht, solange die Schwenkbewegungen des Kopfes und des Helms gering sind.

In jedem Fall wird bei der Erfindung die Beweglichkeit des Auges bezüglich des Kopfes ausgenutzt, um den möglichen Ziel­ bereich in einer Weise zu vergrößern, daß er näherungsweise gleich dem Gesamtbeobachtungsbereich des Helmträgers ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein prinzipielles Schema der wesentlichen Bestandtei­ le eines Helmvisiers;

Fig. 2 schematisch den Verlauf der Grenzen des einäugigen Blickfelds eines Visierträgers, den Zielbereich eines mit einem herkömmlichen Helmvisier ausgerüsteten Au­ ges und den durch die Anwendung der Erfindung ver­ größerten Zielbereich;

Fig. 3 in beispielhafter Weise mögliche Funktionen (Kurven) für die Verlagerung der Fadenkreuzposition im Blick­ feld;

Fig. 4 ein Schema, um die Winkelabweichung zu zeigen, die das Fadenkreuz bei einer Verschwenkung des Helms er­ fährt.

Das in Fig. 1 schematisch gezeigte Helmvisier hat einen be­ sonders einfachen Aufbau. Es umfaßt Kollimatoreinrichtungen zum Projizieren des Bildes eines Zielfadenkreuzes in das Blickfeld des Helmträgers. Die Einrichtungen bestehen aus am Helm 10 befestigten optischen Elementen, die es ermöglichen, das durch einen Bilderzeuger 12 erzeugte Bild eines Faden­ kreuzes im Unendlichen im einäugigen Blickfeld abzubilden. Die optischen Elemente umfassen Kollimationslinsen 14, einen Umlenkspiegel 16 und ein halbdurchlässiges Plättchen 18.

Das Visier ist mit einer externen Steuerelektronik 20 für den Bilderzeuger 12 und einem Rechner 22 verbunden. Das Bild kann beispielsweise durch eine Miniaturkathodenröhre oder eine Flüssigkristallmatrix erzeugt werden. Die aus dem Bild­ erzeuger und der Steuerelektronik bestehende Einheit kann als Fadenkreuzerzeuger bezeichnet werden.

Bei herkömmlichen Visieren ist die Steuerelektronik 20 derart ausgebildet, daß sie das Bild 23 des Fadenkreuzes im Zentrum des einäugigen Blickfeldes 24, d. h. in der Mitte des Blick­ feldes des zentral ausgerichteten Auges, abbildet. Unter die­ sen Bedingungen ist der Zielbereich auf den Bereich 24 be­ grenzt, der durch den Winkel des Schwenkbereichs des Kopfes vorgegeben ist. Der Bereich 24 ist wesentlich kleiner als der Bereich 26, der das Blickfeld darstellt, das durch das Zu­ sammenwirken der Bewegungen der Augen und des Kopfes ermög­ licht wird. Der Fadenkreuzerzeuger ist häufig auch dafür vor­ gesehen, um auf dem Blickfeld das Bild von zusätzlichen Sym­ bolen zu erzeugen, durch die, wie etwa bei 28 gezeigt, ein Ziel oder eine drohende Gefahr angedeutet wird.

Um den Zielbereich zu erweitern, sind die Steuerelektronik 20 und der Rechner 22 vorgesehen, um dem Fadenkreuz nur dann eine mittige Position zu geben, wenn der Helm in einer Winkelstellung oder einem Winkelbereich liegt, der oder die als Mitte definiert ist.

Hierfür empfängt der Rechner 22 von nicht gezeigten Positi­ onssensoren Signale, die die Winkelstellung des Helms 10 re­ präsentieren, beispielsweise die horizontalen a und vertika­ len b Winkelkomponenten der Verschwenkung des Helms aus der Mittelstellung. Der Rechner 22 errechnet aus a und b die Ab­ weichungen Δa und Δb, die nach der gleichen Funktion oder nach unterschiedlichen Funktionen erhalten werden. Diese Funktionen können linear oder nicht-linear sein. Die Abwei­ chungen können symmetrisch oder unsymmetrisch bezüglich der Mittelstellung sein. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Funktionen (Kurven) sind die Abweichungsen Δa bzw. Δb bei kleinen Win­ keln a und b gering oder null, so daß die Zielgenauigkeit im mitteleren Bereich des Blickfeldes erhalten bleibt.

Fig. 4 zeigt beispielsweise die Verlagerung oder Abweichung Δa, die das Bild 23 des Fadenkreuzes quer über das Visier 30 erfährt, wenn der Helm aus seiner Mittelstellung, in der er entlang der Linie x ausgerichtet ist, um einen Winkel a ge­ schwenkt wird.

Bei dem Helmvisier nach dem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Zielbereich erheblich vergrößert werden (maximal bis zum Erreichen des Bildfeldes der Optik), sodaß er sich zum Beispiel bis zu dem mit 24a bezeichneten Bereich in Fig. 2 erstreckt.

Die Werte Δa und Δb werden vom Rechner 22 an den Rechner des Waffensystems abgegeben, damit letzterer die Position des an­ visierten Ziels bezüglich des Bezugssystems aufgrund der Werte a, b, Δa und Δb berechnen kann.

Die Erfindung kann bei allen Arten von Visieren angewendet werden, deren Bilderzeuger es erlaubt, ein Symbol zu erzeu­ gen das einer kontinuierlichen und regelbaren Verlagerung bezüglicher einer Bezugsposition unterworfen werden kann. Sie kann beispielsweise bei Helmvisieren Anwendung finden, deren optische Einheit gewölbte Spiegel und/oder holographische Spiegel aufweist. Sie kann gleichermaßen bei allen Meßein­ richtungen für die Winkelstellung des Helms angewendet wer­ den, bei denen es sich sowohl um elektromagnetische Einrich­ tungen als auch um elektromechanische Einrichtungen handeln kann.

Claims (5)

1. Helmvisier mit Kollimatoreinrichtungen zum Projizieren des Bildes (23) eines Fadenkreuzes zum einäugigen Zielen auf das Blickfeld des Trägers des Helms (10) und mit Meß­ einrichtungen für die Winkelstellung des Helms bezüglich eines Bezugssystems, dadurch gekennzeichnet, daß die Kol­ limatoreinrichtungen (20, 12, 14) so ausgebildet sind, daß sie dem Fadenkreuz eine Winkelstellung geben, deren Abweichung (Δa, Δb) von einer Bezugsrichtung des Helms eine steigende Funktion der (a, b) Winkel der Verschwen­ kung des Helms aus einer vorgegebenen Mittelstellung ist, die bezüglich des Bezugssystems festgelegt ist, wobei die Abweichung in Richtung der Verschwenkung des Helms er­ folgt.

2. Visier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsrichtung (x) die Richtung des Auges des Helmträgers ist, wenn er in das Zentrum des einäugigen Feldes blickt.

3. Visier nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion linear ist.

4. Visier nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion so ist, daß sich die Abweichung für kleine, unter einem bestimmten Schwellenwert liegende Verschwenkungen des Helms nicht oder weniger schnell än­ dert als für Verschwenkungen, die diesen Schwellenwert übersteigen.

5. Visier nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollimatoreinrichtungen einen Bilderzeuger (12) aufweisen, der in der Objektebene einer Optik (14, 16) die Darstellung einer Zone im optischen Feld liefert, die das Fadenkreuz erheblich überschreitet, wenn letzteres in seiner zentralen Position ist.