NL9100442A - Helmet mountable display system with attached image projector - has projectors mounted in same horizontal plane as users eyes and additional reflectors to optimise light paths - Google Patents
Helmet mountable display system with attached image projector - has projectors mounted in same horizontal plane as users eyes and additional reflectors to optimise light paths Download PDFInfo
- Publication number
- NL9100442A NL9100442A NL9100442A NL9100442A NL9100442A NL 9100442 A NL9100442 A NL 9100442A NL 9100442 A NL9100442 A NL 9100442A NL 9100442 A NL9100442 A NL 9100442A NL 9100442 A NL9100442 A NL 9100442A
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- image
- helmet
- display system
- optical element
- holographic optical
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/017—Head mounted
- G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
- G02B2027/0132—Head-up displays characterised by optical features comprising binocular systems
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/017—Head mounted
Abstract
Description
Titel: Weergeefstelsel voor montage op een helm alsmede een helm voorzien van een dergelijk weergeefstelsel.Title: Display system for mounting on a helmet as well as a helmet provided with such a display system.
De uitvinding heeft betrekking op een weergeefstelsel dat bestemd is voor montage op een helm, welk weergeefstelsel omvat een tweetal aan weerszijden van de helm te bevestigen beeldprojectie-inrichtingen, die elk een voor een oog van degene die de helm draagt bestemd beeld afgeven en een van tenminste een holografisch optisch element voorzien vizier, welk holografisch optisch element de door beide beeld-projectieinrichtingen afgegeven beelden ontvangt en ieder beeld weerkaatst naar het oog waarvoor dat beeld bestemd is.The invention relates to a display system intended for mounting on a helmet, the display system comprising two image projection devices to be mounted on either side of the helmet, each of which produces an image intended for an eye of the person wearing the helmet and one of at least one holographic optical element provided with a visor, which holographic optical element receives the images delivered by both image projection devices and reflects each image to the eye for which that image is intended.
Een dergelijk weergeefstelsel is bekend uit een artikel van H.-D.V. Böhm en R. Schranner : "Requirements of an HMS/D for a Night-Flying Helicopter" in SPIE Vol. 1290, Helmet-, Mounted Displays II (1990), biz. 93-107, i.h.b. fig. 6.Such a display system is known from an article by H.-D.V. Böhm and R. Schranner: "Requirements of an HMS / D for a Night-Flying Helicopter" in SPIE Vol. 1290, Helmet-, Mounted Displays II (1990), biz. 93-107, especially fig. 6.
Dergelijke weergeefstelsels worden gebruikt voor de helmen van piloten van in het bijzonder militaire vliegtuigen en helicopters, alhoewel in de toekomst ook civiele toepassingen verwacht worden. De te projecteren informatie kan bestaan uit vluchtinformatie en uit van beeldsensoren afkomstige informatie, zoals beelden verkregen uit versterkt rest-licht of uit infrarood straling. Een piloot die een dergelijke helm draagt kan daarmee in schemerlicht en duister vliegen en behoeft in principe zijn ogen niet van de omgeving af te wenden om de benodigde vluchtinformatie waar te nemen. In schemerlicht wordt de van de beeldsensoren afkomstige informatie op het holografische optische element over de werkelijk waargenomen omgeving geprojecteerd.Such display systems are used for the helmets of pilots of especially military aircraft and helicopters, although civil applications are also expected in the future. The information to be projected may consist of flight information and information from image sensors, such as images obtained from amplified residual light or from infrared radiation. A pilot wearing such a helmet can thus fly in twilight and darkness and in principle does not have to turn his eyes away from the environment to perceive the necessary flight information. At twilight, the information from the image sensors is projected onto the holographic optical element over the environment actually observed.
Een weergeefstelsel waarbij de informatie voor de piloot rechtstreeks vanuit de beeldprojectie-inrichtingen op het vizier wordt geprojecteerd heeft ten opzichte van de reeds langer bekende weergeefstelsels, waarbij in de helm tussen het vizier en de ogen van de piloot een beeldcombinatie-inrichting geplaatst is, het voordeel dat zich geen optische elementen dicht bij de ogen van de piloot bevinden, hetgeen in de praktijk niet alleen als onprettig wordt ervaren, maar tevens een veiligheidsrisico inhoudt en het dragen van een (zonne)bril door de piloot onmogelijk maakt. Voorbeelden van dergelijke weergeefstelsels, waarbij in de helm tussen het vizier en de ogen van de piloot een beeldcombinatie-inrich-ting geplaatst is en waarbij gebruik gemaakt wordt van holografische optische elementen, waarvan de eigenschappen uitgebreid worden toegelicht, zijn beschreven in de Europese octrooiaanvragen 0286469 en 0288365.A display system in which the information for the pilot is projected directly from the image projection devices onto the visor, compared to the display systems which have been known for some time, in which a helmet is placed between the visor and the eyes of the pilot, an image combination device. the advantage that there are no optical elements close to the eyes of the pilot, which in practice is not only perceived as unpleasant, but also entails a safety risk and makes it impossible for the driver to wear sunglasses or sunglasses. Examples of such display systems, in which an image combination device is placed in the helmet between the visor and the eyes of the pilot and in which use is made of holographic optical elements, the properties of which are explained in detail, are described in European patent applications 0286469 and 0288365.
Een bezwaar van het in het bovengenoemde artikel beschreven weergeefstelsel is dat zeer hoge eisen gesteld worden aan de optische eigenschappen van het holografische optische element, omdat de invalshoek van de van de beeld-projectie-inrichting afkomstige stralenbundel en de voor reflectie door het holografisch optisch element naar het oog van de piloot gewenste terugkaatsingshoek beide een zodanige hoek met de normaal op het oppervlak van het holografisch optisch element maken, dat in het geheel niet wordt voldaan aan de spiegelconditie, volgens welke de hoek van inval gelijk is aan de hoek van terugkaatsing. Het is weliswaar bij een holografisch optisch element mogelijk om, ondanks het feit dat aan de spiegelconditie niet wordt voldaan, toch de stralenbundel in de gewenste richting terug te kaatsen, maar dit vraagt een holografisch optisch element dat, nog afgezien van de optische sterkte van het substraat waarop het holografisch optisch element is aangebracht, een hoge optische sterkte bezit. Tezamen met de randvoorwaarde dat het holografisch optisch element een hoge diffractie-efficiëntie dient te bezitten, heeft dit tot gevolg dat zeer sterke aberraties in het waargenomen beeld ontstaan, welke in de praktijk nauwelijks gecompenseerd blijken te kunnen worden.A drawback of the display system described in the above-mentioned article is that very high requirements are imposed on the optical properties of the holographic optical element, because the angle of incidence of the beam of rays originating from the image projection device and the reflection beam by the holographic optical element both the angle of view desired by the pilot in view of the pilot is such that the angle normal to the surface of the holographic optical element is such that the mirror condition according to which the angle of incidence is equal to the angle of reflection is not satisfied at all. Although it is possible with a holographic optical element to reflect the beam in the desired direction, despite the fact that the mirror condition is not met, this requires a holographic optical element which, apart from the optical strength of the substrate on which the holographic optical element is applied has a high optical strength. This, together with the boundary condition that the holographic optical element must have a high diffraction efficiency, results in very strong aberrations in the observed image, which in practice can hardly be compensated for.
De uitvinding beoogt voor dit probleem een oplossing te bieden en voorziet hiertoe in een weergeefinrichting van voornoemde soort, waarbij de beeldprojectie-inrichting die het naar het linkeroog weerkaatste beeld afgeeft geplaatst is aan de rechterzijde van de helm en de beeldprojectie-inrich- ting die het naar het rechteroog weerkaatste beeld afgeeft geplaatst is aan de linkerzijde van de helm.The invention aims to provide a solution to this problem and to that end provides a display device of the above-mentioned type, wherein the image projection device which outputs the image reflected to the left eye is placed on the right side of the helmet and the image projection device which image reflected to the right eye is placed on the left side of the helmet.
Door de maatregel volgens de uitvinding blijkt het, door af te stappen van het idee, dat, bij twee projectie-inrich-tingen aan weerszijden van de helm, een aan een bepaalde zijde van het helm aangebrachte projectie-inrichting zijn beeld af moet geven aan het oog aan de overeenkomstige zijde van het hoofd, mogelijk de aan de optische sterkte van het holografisch optisch element te stellen eisen aanzienlijk te verlagen, waardoor aanzienlijk kleinere aberraties mogelijk blijken.By the measure according to the invention it appears, by abandoning the idea that, with two projection devices on either side of the helmet, a projection device arranged on a certain side of the helmet must give its image to on the corresponding side of the head, it is possible to significantly reduce the demands on the optical power of the holographic optical element, thereby enabling considerably smaller aberrations.
De uitvinding heeft tevens betrekking op een helm voorzien van een weergeef stelsel van het bovenbeschreven type.The invention also relates to a helmet provided with a display system of the above-described type.
De uitvinding zal in het hiernavolgende nader worden toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld onder verwijzing naar de tekening, hierin toont:The invention will be further elucidated hereinbelow on the basis of an exemplary embodiment with reference to the drawing, which shows:
Figuur la, b: Een schematisch zij- en vooraanzicht van een helm voorzien van een bekende weergeefinrichting;Figure 1a, b: A schematic side and front view of a helmet provided with a known display device;
Figuur lc: Een schematisch bovenaanzicht van de helm volgens figuur la, b, waarin het verloop van een stralenbundel is aangegeven, enFigure 1c: A schematic top view of the helmet according to Figure 1a, b, in which the course of a beam of rays is indicated, and
Figuur 2: Een schematisch bovenaanzicht van een helm voorzien van een weergeefinrichting volgens de uitvinding waarin eveneens het verloop van een stralenbundel is aangegeven.Figure 2: A schematic top view of a helmet provided with a display device according to the invention, in which the course of a radiation beam is also indicated.
In de figuren zijn gelijke elementen met gelijke ver-wijzingscijfers aangeduid.In the figures, like elements are designated with like reference numerals.
De figuren la, b tonen een piloot die een helm 1 draagt, die is voorzien van een vizier 2. Deze figuren komen in hoofdzaak overeen met figuur 6 van het bovenstaand genoemde artikel van Böhm en Schranner. Aan de, vanuit de drager van de helm gezien, linkerzijde van de helm is een op zich bekende beeldprojectie-inrichting 3 aangebracht, die een beeld kan projecteren op een aan de binnenzijde van het vizier 2 aangebracht holografisch optisch element 4, welk beeld bestemd is voor het linkeroog 7 van de piloot. Op dezelfde wijze is aan de rechterzijde van de helm een beeldpro jectie-inrichting 5 aangebracht, die een beeld kan projec teren op een eveneens aan de binnenzijde van het vizier 2 aangebracht holografisch optisch element 6, welk beeld bestemd is voor het rechteroog 7' van de piloot. De specifieke opbouw van een dergelijk beeldprojectie-inrichting en van een dergelijk holografisch optisch element behoeven in het kader van de onderhavige aanvrage geen bespreking, aangezien de opbouw en de werkingswijze ervan, alsmede de diverse mogelijke varianten welbekend zijn aan deskundigen op het onderhavige gebied en omdat de specifieke configuratie ervan niet van belang is voor het wezen van de onderhavige aanvrage .Figures 1a, b show a pilot wearing a helmet 1, which is provided with a visor 2. These figures mainly correspond to figure 6 of the above-mentioned article by Böhm and Schranner. On the left side of the helmet, viewed from the wearer of the helmet, a per se known image projection device 3 is arranged, which can project an image onto a holographic optical element 4 arranged on the inside of the visor 2, which image is intended for the pilot's left eye 7. In the same manner, an image projection device 5 is arranged on the right side of the helmet, which can project an image onto a holographic optical element 6, which is also mounted on the inside of the visor 2, which image is intended for the right eye 7 'of the pilot. The specific construction of such an image projection device and of such a holographic optical element need not be discussed in the context of the present application, since its construction and mode of operation, as well as the various possible variants, are well known to those skilled in the art and because its specific configuration is not important to the substance of the present application.
Figuur lc toont in bovenaanzicht schematisch het verloop van een door de beeldprojectie-inrichting 5 uitgezonden, voor het holografisch optisch element 6 bestemde stralings-bundel 8. Een door de beeldprojectie-inrichting 3 afgegeven, voor het holografisch optisch element 4 bestemde stralings-bundel verloopt op overeenkomstige wijze en behoeft derhalve geen verdere toelichting. In figuur lc is de normaal op het oppervlak van het holografisch optisch element aangegeven met N. Uit figuur lc blijkt, dat bijvoorbeeld de in de figuur middelste straal van de bundel 8 een hoek van inval met de normaal op het holografisch optisch element heeft die gelijk is aan α en dat de hoek van terugkaatsing door het holografisch optisch element naar het oog 7' gelijk is aan -β, terwijl in het optimale geval volgens de spiegelconditie zou moeten gelden: α = β.Figure 1c shows a schematic plan view of the course of a radiation beam 8 emitted by the image projection device 5 and intended for the holographic optical element 6. A radiation beam emitted by the image projection device 3 and intended for the holographic optical element 4 expires in a corresponding manner and therefore needs no further explanation. In Figure 1c, the normal on the surface of the holographic optical element is indicated by N. It can be seen from Figure 1c that, for example, the center radius of the beam 8 in the figure has an angle of incidence with the normal on the holographic optical element. is at α and that the angle of reflection from the holographic optical element to the eye 7 'is equal to -β, while optimally according to the mirror condition it should be: α = β.
Het is dankzij de specifieke eigenschappen van een holografisch optisch element wel mogelijk om, ondanks het feit dat aan de spiegelconditie niet wordt voldaan, toch de stralenbundel 8 in de richting van het oog 71 terug te kaatsen, maar dit vraagt een holografisch optisch element dat, nog afgezien van de optische sterkte van het substraat waarop het is aangebracht, een zeer hoge optische sterkte bezit. Tezamen met de randvoorwaarde dat het holografisch optisch element een hoge diffractie-efficiëntie dient te bezitten, heeft dit tot gevolg dat zeer sterke aberraties in het waar genomen beeld ontstaan welke in de praktijk nauwelijks gecompenseerd blijken te kunnen worden.Despite the fact that the mirror condition is not met, it is still possible to reflect the beam 8 towards the eye 71 thanks to the specific properties of a holographic optical element, but this requires a holographic optical element which, notwithstanding the optical power of the substrate to which it is applied, it has a very high optical power. This, together with the boundary condition that the holographic optical element must have a high diffraction efficiency, results in very strong aberrations in the observed image which can hardly be compensated in practice.
In figuur 2 is schematisch eenzelfde aanzicht als in figuur lc getoond waarin echter de verrassende oplossing volgens de uitvinding is aangegeven. De oplossing volgens de uitvinding bestaat daarin, dat de van sensoren, beeldopnemers etc. afkomstige signalen die bestemd zijn voor het rechteroog 7’ van de piloot worden toegevoerd aan de beeldprojectie-inrichting 3, die zich aan de linkerzijde van het hoofd van de piloot bevindt. De beeldprojectie-inrichting 3 geeft een stralenbundel 8’ af in de richting van het holografisch optisch element 6, dat deze bundel weerkaatst naar het oog 7*.Figure 2 shows diagrammatically the same view as in figure 1c, in which, however, the surprising solution according to the invention is indicated. The solution according to the invention consists in that the signals from sensors, image sensors, etc., which are intended for the pilot's right eye 7 ', are supplied to the image projection device 3, which is located on the left side of the pilot's head . The image projection device 3 emits a beam of light 8 'in the direction of the holographic optical element 6, which reflects this beam towards the eye 7 *.
Zoals uit figuur 2 blijkt, heeft nu de in de figuur middelste straal van de bundel 8’ een hoek van inval met de normaal op het holografisch optisch element die gelijk is aan a’ terwijl de hoek van terugkaatsing door het holografisch optisch element 6 naar het oog 7' gelijk aan β'. Zoals uit figuur 2 blijkt, wordt nu vrijwel voldaan aan de voorwaarde α = β, zodat de eisen die gesteld worden aan de optische sterkte van het holografisch optisch element 6 aanzienlijk kleiner zijn dan in het geval van figuur lc, zodat veel gemakkelijker kan worden voldaan aan de bijkomende eisen van een hoge diffractie-efficiëntie zonder dat onacceptabele en niet meer te compenseren aberraties ontstaan.As can be seen from Figure 2, now the center radius of the beam 8 'in the Figure has an angle of incidence with the normal on the holographic optical element which is equal to a' while the angle of reflection from the holographic optical element 6 towards the eye 7 'equal to β'. As can be seen from figure 2, the condition α = β is now almost fulfilled, so that the requirements for the optical strength of the holographic optical element 6 are considerably smaller than in the case of figure 1c, so that it is much easier to meet the additional requirements of high diffraction efficiency without causing unacceptable and irreparable aberrations.
Een door de beeldprojectie-inrichting 5 afgegeven, voor het holografisch optisch element 4 bestemde stralingsbundel verloopt op overeenkomstige wijze en biedt derhalve dezelfde voordelen zodat deze derhalve geen verdere toelichting behoeft.A radiation beam emitted by the image projection device 5 and intended for the holographic optical element 4 proceeds in a similar manner and therefore offers the same advantages, so that it therefore does not need further explanation.
Opgemerkt wordt nog, dat alhoewel voor iedere beeldprojectie-inrichting een afzonderlijk holografisch optisch element is getoond, het in principe ook mogelijk is een enkel doorlopend holografisch optisch element toe te passen, waarvan dan het rechtergedeelte de van de beeldprojectie-inrichting 3 afkomstige en voor het oog 7’ bestemde bundel ontvangt en weerkaatst en het linkergedeelte de van de beeldprojectie- inrichting 5 afkomstige en voor het oog 7 bestemde bundel. Tevens is het in het geval van het projecteren van door beeldversterking of infrarood-detectie verkregen beelden van scenes die op een grotere afstand van de drager van de helm gelegen zijn, mogelijk om de voor het rechter- en het linkeroog bestemde beeldinformatie toe te voeren aan respectievelijk de rechter en de linker projectie-inrichting, die hun beelden dan overeenkomstig de uitvinding projecteren in respectievelijk het linker- en het rechteroog. Dit is mogelijk omdat voor grotere afstanden de parallax in het beeld geen rol meer speelt.It should also be noted that although a separate holographic optical element is shown for each image projection device, it is in principle also possible to use a single continuous holographic optical element, the right-hand portion of which then comes from the image projection device 3 and for the eye 7 'receives and reflects the beam and the left part receives the beam originating from the image projection device 5 and intended for the eye 7. Also, in the case of projecting images of images obtained by image amplification or infrared detection, scenes located at a greater distance from the wearer of the helmet, it is possible to supply the image information intended for the right and left eye to the right and left projection apparatus, respectively, which then project their images according to the invention into the left and right eyes, respectively. This is possible because for longer distances the parallax in the image no longer plays a role.
Claims (2)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL9100442A NL9100442A (en) | 1991-03-12 | 1991-03-12 | Helmet mountable display system with attached image projector - has projectors mounted in same horizontal plane as users eyes and additional reflectors to optimise light paths |
| PCT/NL1992/000050 WO1992016867A1 (en) | 1991-03-12 | 1992-03-12 | Helmet mountable display system and helmet provided with such a display system |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL9100442A NL9100442A (en) | 1991-03-12 | 1991-03-12 | Helmet mountable display system with attached image projector - has projectors mounted in same horizontal plane as users eyes and additional reflectors to optimise light paths |
| NL9100442 | 1991-03-12 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL9100442A true NL9100442A (en) | 1992-10-01 |
Family
ID=19859011
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL9100442A NL9100442A (en) | 1991-03-12 | 1991-03-12 | Helmet mountable display system with attached image projector - has projectors mounted in same horizontal plane as users eyes and additional reflectors to optimise light paths |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| NL (1) | NL9100442A (en) |
-
1991
- 1991-03-12 NL NL9100442A patent/NL9100442A/en not_active Application Discontinuation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4563061A (en) | Night vision viewing systems | |
| EP0650605B1 (en) | Helmet-mounted optical systems | |
| JP4682470B2 (en) | Scan type display device | |
| JP2863869B2 (en) | Helmet system | |
| US5079416A (en) | Compact see-through night vision goggles | |
| US6008945A (en) | Display system using conjugate optics and accommodation features and method of displaying and viewing an image | |
| JPS63256706A (en) | Helmet mount mold display apparatus | |
| JPS5984517U (en) | optical device | |
| GB2266385A (en) | Helmet-mounted display | |
| WO2011033766A1 (en) | Display device for image information | |
| CA2792937C (en) | Periscope | |
| JPH0654026U (en) | Binocular display attached to a holographic helmet | |
| US20140354952A1 (en) | System for an observation of an eye and its surrounding area | |
| US5349179A (en) | Night vision device with holographic reticle which is transparent in a first condition and visibly superimposed in a second condition | |
| NL1003197C2 (en) | Display system for providing night vision to pilots. | |
| CA3163674A1 (en) | Optical systems and methods for eye tracking based on redirecting light from eye using an optical arrangement associated with a light-guide optical element | |
| NL9100442A (en) | Helmet mountable display system with attached image projector - has projectors mounted in same horizontal plane as users eyes and additional reflectors to optimise light paths | |
| WO1992016867A1 (en) | Helmet mountable display system and helmet provided with such a display system | |
| JP2000214408A (en) | Picture display device | |
| NL9100777A (en) | Display system to be mounted on a helmet, and a helmet provided with such a display system | |
| NL9100776A (en) | Display system to be mounted on a helmet, and helmet provided with such a display system | |
| NL9401110A (en) | Display system designed to superimpose three images to obtain a mixed image. | |
| CA2003328A1 (en) | Opaque projector | |
| JPH06167671A (en) | Display system using hologram | |
| US20240004189A1 (en) | Optical systems and methods for eye tracking based on eye imaging via collimating element and light-guide optical element |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BA | A request for search or an international-type search has been filed | ||
| BB | A search report has been drawn up | ||
| BC | A request for examination has been filed | ||
| BV | The patent application has lapsed |