DE69917969T2

DE69917969T2 - Methode zum Umändern einer CRT-Anzeigeanordnung

Info

Publication number: DE69917969T2
Application number: DE69917969T
Authority: DE
Inventors: Christopher Travers Maidstone Bartlett
Original assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Current assignee: BAE Systems PLC
Priority date: 1998-04-04
Filing date: 1999-04-01
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2019-04-02
Also published as: CA2267804A1; GB2336265A; DE69917969D1; EP0947974A1; JP2000056260A; GB9907691D0; EP0947974B1; US6369779B1; IL129302A; IL129302A0; GB9807186D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Display-Anordnungen und insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf im Helm montierte Displays, die von Flugzeugpiloten benutzt werden.
Bei einem herkömmlichen, im Helm gelagerten Display ist eine kleine Kathodenstrahlröhre (CRT) am Helm des Piloten oder eines anderen Mitglieds der Flugzeug-Mannschaft montiert. Der Elektronenstrahl des CRT wird über dem Bildschirm abgetastet, um ein Bild zu erzeugen. Speziell ausgebildete Relais-Optiken wirken mit dem CRT-Bildschirm zusammen, um das Bild in das Betrachtungsfeld des Piloten einzublenden, und dieses wird im typischen Fall durch einen Kombinator präsentiert, der am Helm befestigt ist. Die Relais-Optiken sind allgemein sehr komplex und erfordern zahlreiche Elemente zur Fokussierung und zum Richten des Bildes, und es ist ein erheblicher Aufwand an Konstruktion erforderlich, um eine Integration mit dem CRT-Bildschirm und mit dem Teil des Systems durchzuführen, das der Pilot tatsächlich betrachtet. Wenn beispielsweise das Bild auf einen Schirm projiziert werden soll, muß die Krümmung des Bildschirms die eine komplexe optische Oberfläche präsentieren kann, in Betracht gezogen werden. Eine elektrische Verkabelung verbindet die CRT-Bildröhre mit der Energiezufuhr und es wird auch ein elektrischer Pfad geschaffen, um Steuersignale dem CRT zuzuführen, um den Bildschirm abzutasten und ihn mit der erforderlichen Information zu modulieren.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine modifizierte Display-Anordnung zu schaffen, die insbesondere geeignet ist zur Benutzung bei im Helm montierten Displays, die aber auch auf anderen Gebieten, auch nicht-militärischen Gebieten, Anwendung finden kann.
Die EP-A-0435523 beschreibt ein am Helm montierbares Displaysystem, das ein Stereoskop-Bild dem Betrachter liefert, indem jedem Auge des Betrachters ein Rasterabtastbild geliefert wird, wenn dieser den Helm trägt. Dies geschieht über optische Fasern am Helm, die einen modulierten Lichtstrahl durch ein am Helm montiertes Linsensystem auf oszillierende Ablenk-Oberflächen am Helm leiten, um den Raster zu erzeugen.
Die EP-A-0367534 beschreibt ein am Helm montiertes Displaysystem, das dem Betrachter ein stereoskopisches Bild liefert, indem ein mechanisch abgetastetes Bild jedem Auge des Betrachters zugeführt wird, wenn er den Helm trägt. Dies geschieht über Punkt-Lichtquellen am Helm, die modulierte Lichtstrahlen durch am Helm montierte Eintrittslinsen, über horizontal und vertikal mechanisch bewegliche Ablenk-Oberflächen am Helm und Austrittslinsen liefern, um die Abtaststrahlen auf entsprechenden Schirmen zu fokussieren.
Die GB-B-1505873 beschreibt einen mit Bildschirm versehenen Helm, bei dem ein Hologramm auf dem Bildschirm erzeugt und von diesem getragen wird, und eine rekonstruierende Lichtquelle am Helm das Hologramm beleuchtet und dadurch rekonstruiert.
Die EP-A-0661574 beschreibt ein am Helm montierbares Display, das einen massiven Kombinatorblock benutzt, um die Austrittspupille eines Benutzers weiter vom Display zu entfernen, als dies bei einer direkten Übertragung des Displaybildes über Luft möglich wäre. Dies ermöglicht es dem Benutzer, das Display zu betrachten, wenn er eine Brille trägt.
Keines der Systeme, die in den vier früher veröffentlichten Dokumenten beschrieben sind, erwähnt die Möglichkeit des Ersatzes einer bestehenden Kathodenstrahlröhre am Helm durch einen sehr viel leichteren Scanner und einen bestehenden Bildschirm am Helm, in Gestalt eines sehr viel leichteren Bildschirms, wodurch das vom Benutzer am Kopf zu tragende Gewicht wesentlich verringert wird und die Belastung der Nackenmuskeln wesentlich vermindert wird.
Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen, um eine Display-Anordnung zu modifizieren, die einen vom Kopf des Benutzers zu tragenden Helm aufweist, und eine Display-Oberfläche besitzt, die vor den Augen des Benutzers liegt, wobei eine Kathodenstrahlröhre vom Helm getragen wird, auf deren Bildschirm ein darzustellendes Bild abgetastet wird, und wobei ein optisches Relais vom Helm getragen wird, das mit dem Bildschirm gekoppelt ist, um das Bild auf dem Bildschirm der Betrachtungs-Oberfläche zu übermitteln, damit dieses durch den Benutzer betrachtet werden kann, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

a) es wird die Kathodenstrahlröhre durch einen Abtaster ersetzt, und es wird ein allgemein ebener, lichtdurchlässiger Schirm an einer Stelle am Helm angebracht, die vorher vom Bildschirm eingenommen wurde, und
b) es wird eine optische Faser mit dem Abtaster verbunden, und es wird von einer entfernt vom Helm liegenden Lichtquelle ein Lichtstrahl, der mit Informationen bezüglich des Bildes moduliert ist, dem Abtaster übermittelt, um den modulierten Lichtstrahl über dem Schirm abzutasten und auf dem Schirm ein Bild zu erzeugen, und um das Bild auf dem Schirm der Display-Oberfläche zuzuführen, damit sie vom Benutzer betrachtet werden kann.

Durch Anwendung der Erfindung wird es möglich, einem Benutzer ein Bild mit der gleichen oder besseren Qualität zu liefern, wie dies durch ein CRT-Display erzeugt wurde, und es ergibt sich eine Zahl von Vorteilen. Ein CRT-Display liegt dicht benachbart zum Kopf des Benutzers und erfordert eine Hochspannungsquelle. Es ist außerdem ein relativ langes und sperriges Zuführungskabel erforderlich, um die Kathodenstrahlröhre mit Spannung zu versorgen. Dies führt zu Schwierigkeiten im Hinblick auf eine ordnungsgemäße Abschirmung der Länge des Kabels, um elektromagnetische Interferenz-Effekte zu vermeiden. Die Größe und das Gewicht der Zuführung kann auch die Kopfbewegung des Piloten behindern, und dies kann insbesondere problematisch werden, wenn das Flugzeug Manövern ausgesetzt werden muß, die hohe Gravitationskräfte bewirken. Auch muß der Konstrukteur gewährleisten, dass dann, wenn ein Pilot gezwungen ist, aus einem Flugzeug auszusteigen, das Zuführungskabel schnell gelöst werden kann. Im Gegensatz dazu erfordert eine Abtast-Display-Anordnung keine Hochspannungszufuhr, um ein Bild auf dem Schirm zu erzeugen. Die Lichtquelle ist fern vom Kopf des Benutzers angeordnet und mit dem Abtaster über faseroptische Mittel verbunden. Es kann ausreichen nur eine einzige optische Monofaser vorzusehen, die die Lichtquelle mit dem Abtaster verbindet. Dadurch wird die potentielle Gefahr einer Hochspannungsquelle vermieden und die Zuführung zu der Display-Anordnung hat ein beträchtlich geringeres Gewicht als die Hochspannungszuführung bei einer herkömmlichen CTR-Anordnung und dadurch wird die Kopfbewegung weniger behindert und es kann auf einfachere Weise eine Trennung erfolgen, falls der Pilot abspringen muß. Auch werden die elektromagnetischen Interferenzprobleme in hohem Maß reduziert. Irgendeine elektrische Speisung der Lichtquelle kann sehr viel leichter abgeschirmt werden, da sie kompakt ist und bereits in bestehenden Abschirmanordnungen für andere elektrische Systeme im Cockpit eingebaut werden kann.
Auch können die am Kopf montierten Teile der modifizierten Display-Anordnung gemäß der Erfindung gewichtsmäßig sehr viel leichter gemacht werden, als die CRT-Komponenten, und diese Teile können den gleichen oder einen verminderten Raum im Vergleich zu einer CRT einnehmen. Die modifizierte Display-Anordnung umfaßt ein optisches Relais, wie dieses zur Benutzung mit einer CRT und einer Display-Anordnung ausgebildet wurde, wobei der Schirm im wesentlichen an einer Stelle liegt, die vorher vom Bildschirm der CRT eingenommen wurde, falls eine solche CRT anstelle der Display-Anordnung benutzt würde. Eine modifizierte Display-Anordnung gemäß der Erfindung kann benutzt werden, um die CRT zu ersetzen, wie diese früher ausgebildet und als Display-Anordnung installiert war. Es ist daher nicht notwendig, die Relais-Optik vollständig neu zu konstruieren oder andere Mittel zu schaffen, um das Bild dem Benutzer zu übermitteln. Dieser Ersatz kann durchgeführt werden, wobei die Teile des vorhandenen Systems nur in geringem Maß gestört werden müssen, und die Vorteile, die sich aus der Benutzung der Erfindung ergeben, können so in vorher bestehende konventionelle Anordnungen eingebaut werden, wobei nur eine geringe Modifikation erforderlich ist. Die Modifikation ist außerdem relativ kostengünstig durchzuführen, und es sind keine wesentlichen Neukonstruktionen erforderlich, um eine Installation vorzunehmen.
Ein weiterer sich aus der Erfindung ergebender Vorteil besteht darin, dass das Display auch farbig ausgebildet werden kann, obgleich natürlich auch eine monochrome Darstellung möglich ist. Bei normalen am Helm montierten Displays, die Kathodenstrahlröhren benutzen, ist nur eine monochrome Ausbildung verfügbar, weil die für Farben erforderliche Schattenmaske nicht in dem kleinen vertügbaren Raum angebracht werden kann, und weil auch die Vibration ein Problem sein kann. Außerdem ist ein sehr helles Display erforderlich, und dies ist nur schwierig bei kleinen Farb-CRT-Displays zu verwirklichen.
Bei einer Display-Anordnung gemäß der Erfindung kann die Lichtquelle als einziger Laser oder als einzige Leuchtdiode ausgebildet sein. Die Modulation des Lichts kann durch Benutzung einer modulierten Lichtquelle bewirkt werden, beispielsweise einem modulierten LED oder einer Miniatur-Laserdiode oder durch Modulation des Lichts nach seiner Erzeugung. Bei anderen Ausführungsbeispielen können mehrere Laser oder mehrere Leuchtdioden benutzt werden, oder es kann in gewissen Fällen erwünscht sein, eine Kombination von zwei Typen von Lichtquellen zu benutzen. Die Mehrzahl von Laseranordnungen und/oder Leuchtdioden kann eine Emission von Licht unterschiedlicher Wellenlänge ergeben, um ein Farbdisplay zu liefern. Das Bild, das zur Betrachtung durch den Benutzer erzeugt wird, kann eine alphanumerische Information, beispielsweise Daten umfassen, die sich auf die Lage des Flugzeugs, auf den Kurs und die Geschwindigkeit oder andere Informationen beziehen, die Flugzeugsysteme oder einen Waffenstatus betreffen, falls es sich um Militärflugzeuge handelt. Stattdessen oder zusätzlich kann eine bildliche Darstellung geschaffen werden, um beispielsweise eine Sicht außerhalb des Cockpits zu repräsentieren, und es können beispielsweise Infrarot-Kameras oder Bildverstärker benutzt werden. Stattdessen kann beispielsweise die bildliche Information Kartendaten umfassen.
Der Abtaster kann so angeordnet sein, dass er den Lichtstrahl unter Benutzung beispielsweise elektromagnetischer, elektromechanischer, akusto-optischer Mittel richtet. Im letzteren Fall kann der Abtaster arbeiten, ohne eine direkte elektrische Speisung vom Flugzeug vorzusehen, und die Steuerung erfolgt über modulierte Lichtsignale, die über die optischen Faserverbindungen übertragen werden.
Der Schirm der Display-Anordnung, die am Helm montiert ist, kann beispielsweise eine ebene Glasplatte sein, oder es könnte ein dispersives Hologramm benutzt werden. In gewissen Fällen kann der Schirm aus einem Phosphorschirm bestehen. Ein Laserstrahl, beispielsweise ein Ultraviolett-Laserstrahl, kann den Phosphor abtasten, um ein Display zu erzeugen.
Eine Möglichkeit, wie die Erfindung durchgeführt werden kann, wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung beschrieben, in der die einzige Figur schematisch eine Display-Anordnung veranschaulicht.
Wie in der Zeichnung dargestellt, trägt der Pilot 1 des Flugzeugs einen Helm 2, an dem eine Display-Anordnung montiert ist, die allgemein mit dem Bezugszeichen 3 versehen ist, und die dazu dient, dem Piloten ein Bild auf einem Schirm oder einem Kombinator zu präsentieren.
Die Display-Anordnung 3 weist einen akusto-optischen Abtaster 4 auf, um einen Lichtstrahl abzutasten, der ihm über ein optisches Faserbündel 5 auf einen Schirm 6 zugeführt wird, der an die Relais-Optik 7 angeschlossen ist, um das auf dem Schirm 6 erzeugte Bild in das Sichtfeld des Piloten zu übertragen. Das optische Faserbündel 5 ist am anderen Ende entfernt vom Helm 2 an einer Lichtquelle 8 angeschlossen, die aus mehreren Lasern 9 besteht, die Ausgänge mit unterschiedlichen Wellenlängen besitzen, wobei mehrere Modulatoren 10 vorgesehen sind, von denen jeweils einer mit einem Laser 9 verbunden ist.
Ein Bildprozessor 11 ist an die Modulatoren 10 angeschaltet, um die Ausgänge der Lichtquelle 8 zu steuern, und die Lichtstrahlen werden nach der Modulation kombiniert und längs der optischen Faser 5 dem Abtaster 4 zugeführt. Der Abtaster 4 bewirkt, dass der modulierte Lichtstrahl über den diffusen Schirm 6 in einem Rastermuster abgetastet wird, um ein Bild zu erzeugen, das vom Piloten 1 betrachtet werden kann.
Das Bild kann eine alphanumerische Information, beispielsweise über den Flug des Flugzeugs liefern, oder das Bild kann beispielsweise eine bildliche Darstellung liefern, wie sie durch eine Infrarotkamera erzeugt wird, die so montiert ist, dass sie die Szene vor dem Flugzeug betrachtet. Eine Kombination dieser beiden Typen von Bildinformationen kann auch am Schirm 6 erzeugt und dann über die Relais-Optik 7 dem Piloten 1 zur Betrachtung überführt werden.
Bei dieser Anordnung war die Relais-Optik 7 ursprünglich zur Benutzung in Verbindung mit einer Kathodenstrahlröhren-Anzeige bestimmt, bei der der Bildschirm der Kathodenstrahlröhre an einer Stelle angeordnet war, die nunmehr von dem Schirm 6 eingenommen wird.
Das Cockpit des Piloten weist ein zusätzliches Display 12 auf, das als unterhalb des Kopfes liegendes Display angeordnet ist, um von oben her betrachtet zu werden. Dieses unterhalb des Kopfes liegende Display 12 wird ebenfalls durch Abtastung eines modulierten Photonenstrahls erzeugt, wobei ein Scanner 13 einen Schirm 14 abtastet, um das gewünschte Bild zu erzeugen. Eine optische Faser 15 leitet das modulierte Licht von der Lichtquelle 16 und dem Modulator 17, der außerdem durch den Bildprozessor 11 gesteuert wird, um das gewünschte Bild zu erzeugen.

Claims

Verfahren zur Modifizierung einer vorher bestehenden Display-Anordnung, die einen vom Kopf (1) eines Benutzers getragenen Helm (2) aufweist, und eine Display-Oberfläche (3) vor den Augen des Benutzers aufweist, wobei eine Kathodenstrahlröhre vom Heim (2) getragen wird, die einen Bildschirm aufweist, auf dem ein darzustellendes Bild abgetastet wird, und wobei ein vom Helm (2) getragenes optisches Relais (7) mit dem Bildschirm gekoppelt ist, um das Bild auf dem Bildschirm auf die Display-Oberfläche (3) zu übertragen, damit sie vom Benutzer (1) betrachtet wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) es wird die Kathodenstrahlröhre durch einen Abtaster (4) ersetzt, und es wird ein lichtdurchlässiger Schirm (6) an einer Stelle am Helm (2) angeordnet, die vorher vom Bildschirm eingenommen wurde, und b) es wird eine optische Faser (5) an den Abtaster (4) angeschlossen, und es wird von einer fern vom Helm (2) angeordneten Lichtquelle (8) ein mit Informationen bezüglich des Bildes modulierter Lichtstrahl dem Abtaster (4) zugeführt, um den modulierten Lichtstrahl über dem Schirm (6) abzutasten, und das Bild auf dem Schirm (6) zu erzeugen, und um das Bild auf dem Schirm (6) auf die Display-Oberfläche (3) zu übertragen, damit dieses vom Benutzer (1) betrachtet werden kann, wobei die Übertragung über die Relais-Optik (7) erfolgt, die ursprünglich zur Benutzung mit dem Kathodenstrahlröhren-Display ausgelegt war.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die benutzte Display-Oberfläche (3) ein vorderer gekrümmter Teil des Helms (2) ist, der sich im Betrieb über den Augen des Benutzers erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem der benutzte vordere gekrümmte Teil ein Schirm oder ein Kombinator ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem der Lichtstrahl von einer Lichtquelle (8) erzeugt wird, die wenigstens einen Laser (9) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem der Lichtstrahl von einer Lichtquelle (8) erzeugt wird, die wenigstens eine Leuchtdiode umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, bei welchem unterschiedliche Lichtstrahlen verschiedener Welleniängen von mehreren Lichtquellen (8) erzeugt werden, um ein Farbbild zu liefern.
Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem unterschiedliche Lichtstrahlen mit mehreren Modulationskomponenten (10) moduliert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem die Verbindung durch eine optische Faser (5) hergestellt wird, die ein Bündel von Lichtträgern umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Abtastschritt durchgeführt wird, indem der modulierte Lichtstrahl eine Glasplatte abtastet, die den Schirm (6) bildet, um ein Bild wenigstens in Form einer alphabetischen oder numerischen oder bildlichen Information zu liefern.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Abtastschritt in der Weise durchgeführt wird, dass der modulierte Lichtstrahl eine holographische Platte abtastet, die den Schirm bildet, um ein Bild wenigstens in Form einer alphabetischen oder einer numerischen oder einer bildlichen Information zu liefern.