DE2223197B2 - Einrichtung zur Simulation der Aussicht aus einer Kanzelattrappe bei einem Ausbildungsgerät für Flugzeugpiloten - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Simulation der Aussicht aus den Frontfenstern einer Kanzelattrappe bei einem Ausbildungsgerät für Flugzeugpiloten mit ^o einem Bildschirm, auf welchem ein sich mit der Flugbewegung änderndes Landschaftsbild projizierbar ist.

Eine solche Einrichtung ist aus der DE-OS 14 06 530 bekannt. Bei der bekannten Einrichtung wird das Bild der »überflogenen« Landschaft unter Zwischenschaltung eines oberhalb der Kanzelattrappe befindlichen Spiegels auf einen unmittelbar im Blickfeld des bzw. der Piloten angeordneten Bildschirm projiziert, über dem der Projektor aufgestellt ist. Da der Abstand zwischen den Frontfenstern der Kanzelattrappe und dem Bildschirm verhältnismäßig gering ist, ergibt sich für den auszubildenden Piloten ein falscher Eindruck, wenn er den Kopf quer zur Blickrichtung bewegt. Ist in der Kanzel noch ein Copilot vorhanden, blickt dieser unter einem anderen Blickwinkel auf den Bildschirm als der Pilot, oder es muß für den Co-Piloten ein zweiter Bildschirm mit zugehörigem Projektor und Spiegel vorgesehen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Einrichtung dahingehend zu verbessern, daß der Pilot ungeachtet einer Kopfbewegung quer zur Blickrichtung den Eindruck einer wirklichkeitsgetreuen Entfernung des »überflogenen« Landschaftsbildes hat und gegebenenfalls ein Co-Pilot ohne das Erfordernis einer Verdoppelung der Einrichtung das Landschaftsbild unter dem gleichen Blickwinkel wie der Pilot sieht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Bildschirm, als üurchlichtprojektionsschirm ausgebildet, außerhalb des Blickfeldes des bzw. der Piloten in der Brennfläche eines Hohlspiegels angeordnet ist. Der Pilot und gegebenenfalls sein Co-Pilot blicken dementsprechend nicht unmittelbar auf den Bildschirm, sondern sehen dessen Spiegelbild in dem Hohlspiegel mit der Wirkung eines in naturgetreuer ^h5 Entfernung befindlichen Landschaftsbildes, zu dem sich der Blickwinkel bei der Seitwärtsbewegung des Kopfes praktisch nicht ändert und für Pilot und Co-Pilot der

gleiche ist.

Die zur Lösung der Erfindungsaufgabe getroffenen Anordnung ist zwar als solche nicht mehr neu. In einer bekannten Ausführung bei der Projektion von Filmen vor einer größeren Zuschauermenge (US-PS 14 19 901) dient sie jedoch nicht der Simulation eines in die Unendlichkeit gerückten Bildes, sondern der Schaffung eines künstlichen stereoskopischen Effektes. In einer anderen bekannten Ausführung ist sie in verkleinerter Ausgabe bei früher im Handel erhältlichen Betrachtungsgeräten für Diapositive verwirklicht gewesen, bei denen der im Gerät angeordnete Hohlspiegel das oberhalb der Einblicköffnung befindliche und von rückwärts beleuchtete Diapositiv verhältnismäßig stark vergrößert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf eine Einrichtung nach der Erfindung, mit welchem die Bildwiedergabe in die Unendlichkeit gerückt erscheint,

F i g. 2 eine Seitenansicht zu F i g. 1,

Fig.3 in vergrößertem Maßstab einen vertikalen Querschnitt durch einen kleinen Abschnitt eines gewöhnlichen Durchlicht-Projektionsschirms mit zueinander parallel verlaufenden Oberflächen,

F i g. 4A einen ähnlichen Querschnitt wie in F i g. 3 durch einen verbesserten Durchlicht-Projektionsschirm mit prismatischer Ausbildung seiner gegen den Projektor gerichteten Oberfläche,

F i g. 4B eine Draufsicht auf die prismatisch ausgebildete Oberfläche des Bildschirms nach F i g. 4A und

F i g. 5 einen Teil einer Seitenansicht ähnlich F ί g. 2 zu einer abgeänderten Ausführungsform der Einrichtung mit einem Durchlicht-Projektionsschirm mit prismatisch ausgebildeter Oberfläche und sich fortlaufend änderndem Prismenwinkel.

In den F i g. 1 und 2 sind ein Pilot 1 und ein Co-Pilot 2 durch die Positionen wiedergegeben, die ihre Köpfe einnehmen, wenn sie in einem sog. Flugsimulator zur Ausbildung nebeneinander platzgenommen haben. Sie blicken dann in Richtung des Pfeils F durch die Frontfenster einer zu dem Gerät gehörenden Kanzelattrappe.

Der Einfachheit halber ist der Aufbau der Kanzelattrappe mit Ausnahme der Frontfenster nicht dargestellt, die in F i g. 2 durch die gestrichelte Linie 13 angedeutet sind.

Weiterhin sind in den F i g. 1 und 2 ein als Fernsehmonitor ausgebildeter Projektor 3 und ein zugehöriger Durchlicht-Projektionsschirm 6 zur Wiedergabe des projizierten Bildes auf seiner Rückseite dargestellt. Der Projektor 3 ist an eine Fernsehkamera 8 angeschlossen, die auf ein Modell 9 einer Landschaft gerichiet ist, über welcher der simulierte Flug stattfinden soll.

Zusätzliche Projektoren 4 und 5 können fakultativ für den Fall angeordnet werden, daß sie für eine optische Wiedergabe in natürlichen Farben benötigt werden.

Der Projektionsschirm 6 ist mit seiner konkaven Forderseite gegen den Projektor 3 bzw. die Projektoren 3,4 und 5 gerichtet, und seine konvexe Rückseite blickt demzufolge gegen einen Hohlspiegel 7, der sphärisch gewölbt ist.

Der Strahlenweg vom Projektor 3 zum Projektionsschirm 6 ist durch einen Strahlenkegel 10-10 veran-

schaulicht Die dem Hohlspiegel 7 zugewandte Oberfläche 6' des Projektionsschirm« hat, wie weiter unten noch genauer erläutert werden wird, eine lichtzerstreuende Charakteristik. Die von verschiedenen Bildpunkten auf dem Projektionsschirm ausgehenden Strahlen sind mit 11-11 bzw. 11' bezeichnet Die Oberfläche des Projektionsschirms 6 liegt in der Brennfläche des Hohlspiegels 7, und die von den Bildpunkten zu verschiedenen Stellen des Hohlspiegels ausgehenden Strahlen werden in Form der Strahlen 12-12 jeweils parallel zueinander zu dem Pilot 1 und dem Co-Pilot 2 reflektiert

Der Projektionsschirm 6 ist, wie Fig.2 zeigt, oberhalb der Sichtlinie F der Piloten angeordnet, und der Hohlspiegel 7 ist entsprechend zur Sichtlinie F geneigt. Der Projektionsschirm 6 steht im wesentlichen normal zur Achse des Projektors, die gegenüber der Sichtlinie F nach oben versetzt ist. Durch diese Anordnung ist eine Placierung der Projektoren 3, 4, 5 und des Projektionsschirms β oberhalb der Köpfe der Piloten, beispielsweise auf dem Überbau der Kanzelattrappe möglich, und der Hohlspiegel 7 kann mit seiner Mitte in Höhe der Sichtlinie Fangeordnet sein, welcher die Blickrichtung der Piloten darstellt.

In Fig.3 ist ein gewöhnliches Projektionsschirmmaterial für eine Wiedergabe des projizierten Bildes auf seiner Rückseite dargestellt, die eine starke Zerstreuungswirkung mit einer maximalen Lichtabgabe in der gleichen Richtung wie die vom Projektor auftreffenden Strahlen aufweist. So werden, wenn ein Lichtstrahl 10 durch den Projektionsschirm 6 auf dessen Rückseite 6' auftrifft, die von dort ausgehenden Strahlen über einen Kegel 10"'-K)"' zerstreut, wobei die maximale Lichtintensität in Richtung eines Strahls 10' vorhanden ist, der mit dem auftreffenden Strahl 10 fluchtet und lotrecht auf der Oberfläche des Projektionsschirms steht. Der ausgehende Strahlenkegel nimmt dann in seiner Lichtstärke vom Axialstrahl 10' zu den äußeren Strahlen 10'" ab, wobei die Strahlen 10" eine mittlere Lichtstärke aufweisen.

Wie in F i g. 2 gezeigt befindet sich der Hohlspiegel 7 unterhalb der Bildwerferachse 10,10', was bedeutet, daß die streuende Oberfläche 6' des Projektionsschirms 6 einen starken Streuungseffekt aufweisen muß, damit das den Projektionsschirm an irgend einem Bildpunkt verlassende Licht den Hohlspiegel an seiner gesamten Oberfläche mit ausreichender Intensität erreicht.

In der Praxis wurde festgestellt, daß eine annehmbare Gesamthelligkeit und eine annehmbare Helligkeitsverteilung mit einem gewöhnlichen Projektionsschirm nach F i g. 3 erreichbar sind. Eine gesteigerte Helligkeitsverteilung und eine größere Gesamthelligkeit lassen sich mit einer Ausbildung des Projektionsschirms nach Fig.4A und 4B erhalten. Das dort gezeigte Projektionsschirmmaterial weist eine gegen den Projektor gerichtete Vorderseite 6" auf, die aus eng benachbarten horizontalen Prismenstreifen besteht, die sich über die gesamte Breite des Bildschirms 6 erstrecken. Ein auf einen solchen Prismenstreifen auftreffender Lichtstrahl 10 wird gegenüber der gestrichelt eingezeichneten Verlängerung 10' dieses Strahls um einen Winkel θ innerhalb des Projektionsschirmmaterials nach unten abgelenkt und liefert auf der Rückseite 6' des Projektionsschirms einen Bildpunkt von welchem ein einen Winkel α einschließender Strahlenkegel 11 '-1I" ausgeht. Der Winkel θ entspricht angenähert dem Winkel θ in F i g. 2, der dort zwischen der die Mitte des Hohlspiegels 7 mit der Mitte des Projektionsschirms 6 verbindenden Linie 11 und der Linie 10' eingeschlossen ist welche die Fortsetzung der Projektorachse 10 über den Projektionsschirm 6 hinaus darstellt.

Durch die prismatische Ausbildung der dem Projektor zugewandten Oberfläche des Projektionsschirms kann der Winkel « des austretenden Strahlenkegels im Verhältnis zu dem Projektionsschirmmaterial nach F i g. 3, obwohl er nach wie vor beide Piloten 1 und 2 decken muß, vermindert werden, was zu einer gesteigerten Bildhelligkeit führt

F i g. 5 zeigt eine Teilansicht ähnlich F i g. 2 mit einem im Vergleich zu Fig.4A und 4B abgeänderten Projektionsschirm, bei welchem sich die Winkel der Prismenstreifen von oben nach unten ändern. Um dies zu veranschaulichen, sind drei Projektorstrahlen 10 eingezeichnet, die auf ein oberes Flächenelement A, ein mittleres Flächenelement B und ein unteres Flächenelement C des Projektionsschirms 6 auftreffen. Für jedes Flächenelement ist die Verlängerung des Strahls 10 als gestrichelte Linie 10' eingezeichnet, und der von dem Flächenelement ausgehende mittlere Strahl des zum Hohlspiegel 7 hin gerichteten Strahlenkegels ist mit HA bzw. 11 Bbzw. 11 Cbezeichnet

Der vom Flächenelement B ausgehende Strahl 115 schließt den Winkel Θ2 mit der Verlängerung 10' des einfallenden Strahls ein, der dem Winkel θ der F i g. 4A entspricht. Demgegenüber ist der Winkel θι am oberen Flächenelement A größer als S₂ und der Winkel Θ3 am unteren Flächenelement Ckleiner als Θ2.

Die einzelnen Werte des Winkels θ über die gesamte Höhenerstreckung des Projektionsschirms 6 lassen sich aus der Projektor-Schirm-Spiegel-Geometrie aus der Kenntnis des Brechungsindex des Schirmmaterials berechnen und nehmen vom Flächenelement C bis zum Flächenelement A fortschreitend zu. Wie aus F i g. 5 ersichtlich, läßt sich mit dieser Zunahme des Brechungsindex erreichen, daß die vom Projektionsschirm auf den Hohlspiegel auftreffenden Strahlen trotz des vertikalen Versatzes zwischen Hohlspiegel und Projektionsschirm für alle Bildpunkte auf dem Projektionsschirm optimale Intensität aufweisen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungan

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Simulation der Aussicht aus den Frontfenstern einer Kanzelattrappe bei einem Ausbildungsgerät für Flugzeugpiloten mit einem Bildschirm, auf welchen ein sich mit der Flugbewegung änderndes Landschaftsbild projizierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildschirm, als Durchlicht-Projektionsschirm (6) ausgebildet, außerhalb des Blickfeldes des bzw. der Piloten (1, 2) in der Brennfläche eines Hohlspiegels (7) angeordnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlspiegel (7) sphärisch ist. '

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gegen den Projektor (3,4,5) weisende Seite (6") des Bildschirms (6) aus sich über die Schirmbreite erstreckenden Prismenstreifen besteht.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der Prismenstreifen sich von oben nach unten fortschreitend ändert.