DE3100584C2

DE3100584C2 - Vorrichtung für Sichtsimulatoren

Info

Publication number: DE3100584C2
Application number: DE19813100584
Authority: DE
Inventors: Hans Wolfgang Dipl.-Ing. 8012 Ottobrunn Pongratz
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1981-01-10
Filing date: 1981-01-10
Publication date: 1986-02-06
Also published as: GB2091193B; DE3100584A1; GB2091193A

Abstract

Vorgestellt wird eine Vorrichtung für Sichtsimulatoren zur Darstellung der zu simulierenden sichtbaren Umwelt mit austauschbarem Cockpit. Als Projektionswand (2) dient eine aufblasbare, kugelige Kuppel (1) aus durchsichtiger Folie hoher Dimensionsstabilität und Festigkeit. Diese Kuppel (21) umgibt das Cockpit (4). Die Kuppel (1) nimmt durch den Innendruck Kugelform an, da die Folie entsprechend einer Kugelabwicklung zugeschnitten ist. An der Kuppelinnenseite befindet sich eine stark lichtstreuende Oberfläche. Außerdem sind in die Folie lichtreflektierende Partikel oder aber ein reflektierendes lichtdurchlässiges Gewebe eingelagert, so daß durch Reflexion die Bildhelligkeit in den Bildecken verbessert wird. Die Geländedarstellung und auch die Zieldarstellung erfolgt durch Rückprojektion mittels Projektoren (5) von außen in nahezu radialer Richtung auf die Kuppel (1). Zum Austausch des Cockpits (4) ist ein nach unten geklapptes, druckfestes Innenzelt (3) über dem Cockpit (4) hochklappbar. Das Cockpit (4) wird beim Cockpitwechsel durch das Innenzelt (3) luftdicht von der Kuppel (1) abgeschirmt. Die Kuppel (1) befindet sich auf einem justierbaren, hochschwenkbaren Bodenrahmen (6). Dieser Bodenrahmen (6), auf dem die Kuppel (1) montiert ist, ist über eine luftdichte Schürze mit dem luftdichten Boden beweglich verbunden.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung für Sichtsimulatoren gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1.

Sichtsimulatoren werden dazu benutzt Flugzeugführer am Boden in die Bedienung von Flugzeugen einwei- sen zu können, wobei die Flugzeugführer in einem dem jeweiligen Flugzeugtyp nachgebildeten Cockpit Platz nehmen und durch die Fensterscheiben des Cockpits eine außen künstlich dargestellte Welt wahrnehmen können.

Sichtsimulatoren dieser Art werden auch dazu benutzt um beispielsweise Panzerfahrer auszubilden, wobei dies nach dem zuvor beschriebenen Prinzip erfolgt

Der Vorteil dieses Vorgehens liegt darin, daß teure Flug- bzw. Fahrstunden vermieden werden können und das einzusetzende Gerät nicht den hohen Anforderungen, die bei der Ausbildung bestehen, ausgesetzt wird.

Der effektive Einsatz solcher Sichtsimuktoren hängt davon ab, in welchem Maße sowohl die Cockpitumgebung als auch das darzustellende Gelände naturgetreu

so reproduziert werden können. Beispiele für Sichtsimulatoren finden sich in der US-PS 23 85 291, US-PS 11597.

Diese bekannten Einrichtungen leiden unter dem Nachteil, daß besonders an den Nahtstellen von dar zu stellenden Sichtfeldern Sprünge oder sichtbare Verset zungen auftauchen, oder aber auch das Gelände selbst unwirklich erscheint.

Durch die FR-PS 78 28 117 und die DE-PS 28 37 240 ist ein Innenprojektionssystem bekanntgeworden, bei dem eine Projektionsvorrichtung in eine kugelige Kuppel gesetzt wird. Dies offenbart auch in ähnlicher Weise der Artikel in »Flight International« vom 25.11. 78, Seite 1951 - 1957. Da hier jedoch das Cockpit und die Projektoren große Teile des Sichtfeldes blockieren, sind nur sehr eingeschränkte Sichtwinkel möglich und außerdem sind durch Innen- und Schrägprojektion erheblich unsymmetrische Bildverzerrungen zu kompensieren. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu-

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gründe, einen Sichtsimulator der eingangs genannten einem Servoantrieb versehen sein kann, innerhalb des

•\rt und Ausbildung zu verwenden, der aufgrund seiner Projektionsfeldes des Hintergrundprojektors 7 frei po-

Formgebung und de·· Anordnung von Projektoren so- sitionierbar.

wie der Art der Oberfläche geeignet ist, bei leichter Darüberhinaus kann das Bild des Zielprojektors 8 je-Austauschbarkeit des Cockpits, eine ungehinderte 5 weils mindestens um die maximale Zielbreite in die Pro-Rundumsicht zu gewährleisten. jektionsfelder der benachbarten Hintergrundprojekto-

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufge- ren positioniert werden, so daß beim (übergang des Zielzeigten Maßnahmen gelöst In den Unteransprüchen es von einem Projektorfeld zum nächsten das Ziel solansind vorteilhafte Ausgestaltungen angegeben und in der ge von dem Zielprojektor dargestellt werden kann, bis Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel erläutert In io auch der nächste Zielprojektor das Zielbild voll darstelder einzigen Figur der Zeichnung ist dieses Ausfüh- len kann. Erst wenn diese Position erreicht wird, wird rungsbeispiel schematisch dargestellt das Zielbild von dem ersten auf den zweiten Zielprojek-

Gemäß der Figur besteht die Vorrichtung aus einer tor übergeben.

aufblasbaren Kuppel 1 aus transparenter Kunststoffolie Auf diese Weise ist sichergestellt, daß eine Bildverarvon hoher Dimensionsstabilität und Festigkeit In die 15 beitungskette ausreicht, um ein Ziel darzustellen, transparente Basisfolie werden Partikel oder ein Gewe- Gleichzeitiges Erscheinen von zwei Zielhälften ;n bebe aus reflektierendem Material eingelagert, die schräg nachbarten Zielprojektoren würde für jeden der Zieleinfailendes Licht reflektieren und damit einen geringe- projektoren eine eigene Bildverarbeitungskette crforren Helligkeitsabfall in den Bildecken bewirken. Die Fo- dern. Außerdem muß in dem hochauflösenden Zielbild lie ist außen und innen mattiert um eine gleichmäßige 20 kein Aneinanderfügen von Zielhälften erfolgen, was an-Helligkeitsverteilung zu erreichen. Diese Folie dient als dernfalls eine Genauigkeit der Ausrichtung und Justie-Projektionswand Z Die Nahtstellen der Kuppel 1 wer- rung der Projektraster erfordern würde, die nur mit den, soweit vorhanden, durch stumpfes Aneinandersto- hohen Kosten zu realisieren wäre.
Ben der Folie und Verbindung mit einem durchsichtigen Durch die tatsächlich Form der Kuppel 1 kann ein Klebestreifen auf der Kuppelaußenseite realisiert 25 Fehler in der wahrgenommenen Position des Zieles auf-

Für den Cockpitwechsel soll verhindert werden, daß treten. Um diese zu beseitigen, werden die Zielprojekto-

die aufblasbare Kuppel 1 einen Druckverlust erleidet ren 8 mit einer Einrichtung ausgestattet, die es erlauben,

Die Kuppel 1 ist in nicht näher dargestellter Weise an in den Grenzbereichen der Sichtfelder, die jeweils von

einem massiven Bodenrahmen 6 befestigt, der seiner- zwei oder mehreren Zielprojektoren erreicht werden

seits gegen den Boden abgedichtet ist Die Kuppel ist. 30 können, jeweils durch einen Zielprojektor eine Zielmar-

mit einer ebenfalls nicht näher dargestellten Schleuse ke auf die Kuppel 1 zu projizieren und diese Marke über

versehen, durch die sie im Normalbetrieb betreten wer- ein optisches Nachführsystem mit den Umlenkspiegeln

den kann. An dem Bodenrahmen 6 oder an einer ande- 9 zu verfolgen. Dadurch kann die tatsächliche Form der

ren geeigneten Vorrichtung ist ein Innenzelt 3 ange- Kuppel 1 mit hoher Genauigkeit an den Nahtstellen der

bracht, welches hochklappbar ist und über dem Cockpit 35 Sichtbereiche vermessen werden, da die Position der

luftdicht geschlossen werden kann, so daß der Cockpit- Außen-Projektoranordnung 5 bekannt ist und die Posi-

bereich von dem Rest der Kugel luftdicht abgeschlossen tion der nachgeführten Spiegel mit der des Führungs-

ist. Das Cockpit 4 kann nach unten aus der Kuppel 1 spiegeis verglichen wird. Auf diese Weise können Win-

entfernt werden, ohne daß ein Druckverlust in der Kup- kelfehler in der Zielposition die aus Formfehlern der

pel 1 auftritt 40 Kuppel 1 resultieren, weitgehend eliminiert werden.

Das Innenzelt 3 kann beispielsweise aus zwei Hälften Bei einer größeren Ausdehnung der Ziele, bei der die

luftundurchlässigem Materials bestehen, die von halb- geometrischen Deckungsfelder von Hintergrundpro-

kreisförmigen Bögen, die innerhalb des Bodenrahmens jektoren und Zielbild klein sind im Verhältnis zur Ziel-

6 an zwei Stellen auf Drehlagern gehalten werden, be- größe, kann der Zielbildprojektor durch entsprechende

stehen. Das Innenzelt kann durch zwischen den Tragbö- 45 Filterung von Ziel und Hintergrundbild in einem Spek-

gen angeordnete aufblasbare Schläuche aufgerichtet tralbereich ein Umrißbild des Zieles liefern, das von dem

werden. Hintergrundprojektor nicht belegt ist

Die ungehinderte Rundumsicht im Sichtsimulator Dieses Umrißbild wird über eine Keykamera 10, die wird durch Rückprojektion von außen auf die als Lein- über einen Strahlteiler 11 denselben Blickwinkel auf die wand dienenden Kuppel 1 sichergestellt Es wird hier- 50 Kuppeil hat, wie der dazugehörige Hintergrundprojekdurch ein Bild mit hohem Kontrastverhältnis erreicht, tor 7 aufgenommen und einem Bildmischer als Keysidas durch Streulicht in der kugelförmigen Kuppel kaum gnal zugeführt ist, der im Videoeingang des Hinterverschlechtert wird, da ein Großteil des Streulichtes die grundprojektors 7 angeordnet ist Durch diesen Bildmi-Kuppel durch die transparente Wand verlassen kann. scher wird das Hintergrundbild an den Stellen dunkel Hierzu wird der Strahlengang der Außen-Projektoran- 55 getastet, an denen die Keykamera 10 das Bild des Zieles Ordnung 5 außerhalb der Kuppel seitlich durch schwär- sieht Die Keykamera 10 und der Hintergrundprojektor zen Stoff, etwa Samt, gegen Streulicht von außen abge- 7 werden im Raster möglichst deckungsgleich justiert schirmt Diese Abschirmung nimmt auch den größten Dadurch werden alle weiteren optischen Verzerrungen Teil des von innen durch die Kuppel 1 austretenden etwa durch Schrägprojektion, Formfehler der Kugel, Streulichtes auf. 60 Lagefehler der Einheit aus Hintergrundprojektor 7 und

Bei der Außen-Projektoranordnung 5 handelt es sich Keykamera 10 automatisch korrigiert
um Hintergrundprojektoren 7 und Zielprojektoren 8, Mit dieser Anordnung ist es möglich, bei größeren wobei diese Projektoren in geeigneter Weise um den Zielgrößen den Hintergrund an der Stelle des Zieles Umfang der Kuppel 1 gruppiert sind. Jedem Hinter- dunkel zu tasten, so daß z. B. ein dunkles Ziel vor hellem grundprojektor 7 ist ein Zielprojektor 8 mit kleinerem 65 Hintergrund darstellbar ist, oder bei ausgedehnten Zie-Projektionsfeld als dem des Hintergrundprojektors 7 len der Hintergrund nicht durch das Zielbild durchzugeordnet. Das Bild des Zielprojektors 8 ist über einen scheint infolge Übereinanderprojektion der zwei Bilder, schwenkbaren Umlenkspiegel 9, der beispielsweise mit Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung

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können mehrere Zielprojektoren gemeinsam so geführt werden, daß sie ein zusammenhängendes Zielbild größerer Ausdehnung projizieren. Hierzu wird zwischen Zielbildprojektor und Schwenkspiegel jeweils ein Wendeprisma mit Servoansteuerung angeordnet, das das Zielbild um die optische Achse drehen kann. Der Zielprojektor wird weiter mit einer Einrichtung zur Rasterverformung ausgerüstet, die die optische Verzerrung durch Schrägprojektion auf die Kuppel 1, bezogen auf den Augpunkt des Piloten (Kugelmittelpunkt), korrigiert

Mit dieser Einrichtung kann nun in den Hintergrund ein Zielbild mit höherer Auflösung eingesetzt werden, das z. B. einen Geländestreifen am Horizont darstellt und auf den Horizont bei beliebigen Flugbewegungen des simulierten Flugzeugs stabilisiert ist, so daß der Horizont immer in hoher Auflösung sichtbar bleibt und die Richtung des Fernsehrasters relativ zum Horizont erhalten bleibt, so daß keine Interferenzprobleme bei der Bilddarstellung entstehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

31 OO 584 Patentansprüche:

1. Vorrichtung für Sichtsimulatoren, bei welcher das dem zu trainierenden Luftfahrzeug entsprechende Cockpit mit seinen Flugsteuereinrichtungen austauschbar angeordnet und ein Projektionsschirm zur Darstellung der Umgebungssicht und von Zielen zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Projektionsschirm (2) als aufblasbare kugelförmige Kuppel (1) aus durchsichtiger Folie hoher Dimensionsstabilität und Festigkeit und auf einem justierbaren, hochschwenkbaren Bodenrahmen (6) befestigt ist, wobei die Kuppelinnenseite mit einer stark lichtstreuenden Oberfläche versehen ist und zum Austauschen des Cockpits (4) ein Cber ihm hochklappbares, von der Kuppel (1) luftdicht abschirmbarss Innenzelt (3) angeordnet ist, und daß die Geländeprojektion durch Rückprojektion auf die Kuppel mittels einer Außenprojektoranordnung (5) erfolgt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß als Außen-Projektoranordnung (5) Hintergrundprojektoren (7) und Zielprojektoren (8) kleineren Projektionsfeldes dienen, wobei je ein Zielprojektor (8) einem Hintergrundprojektor (7) zugeordnet ist, und

daß das Bild des Zielprojektors (8) über einen schwenkbaren Umlenkspiegel (9) innerhalb des Projektionsfeldes des Hintergrundprojektors (8) und im Rand des Nachbarbildes frei positionierbar ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß das Bild des Zielprojektors (8) mindestens um die maximale Zielbreite in die Projektionsfelder benachbarter Hintergrundprojektoren (7) positionierbar ist und

das beim Übergang des Zieles von einem Projektorfeld zum nächsten das Ziel solange vom ersten Zielprojektor (8) dargestellt wird, bis der nächste Zielprojektor das Zielbild voll darstellen kann.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Zielprojektoren (8) eine Einrichtung aufweisen, mit der in den Grenzbereichen der Sichtfelder, die jeweils von zwei oder mehreren Zielprojektoren (8) erreicht werden können, Zielmarken auf der Kuppel (1) projizierbar sind und mittels Schwenkspiegel über ein optisches Nachführsystem verfolgbar sind, und

daß aus der Position der Außen-Projektoranordnung (5), der Position der nachgeführte Spiegel und der des Führungsspiegels Formfehler der Kuppel (1) bestimmbar und für die optische Wahrnehmung durch den Betrachter im Cockpit (4) korrigierbar sind.

5. Vorrichtung nach Ancpruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß zur Darstellung größerer Zielgrößen von dem Zielprojektor (8) mittels Filterung in einem nicht vom Hintergrundbildprojektor (7) belegten Spektralbereich ein Umrißbild des Zieles projizierbar ist, daß das Umrißbild mittels Keykamera (10), welche denselben Blickwinkel hat wie der zugehörige Hintergrundprojektor (7) aufgenommen und einem Bildrnischer am Videoeingang des Hintergrundprojektors (7) als Keysignal zuführbar ist, und

daß durch den Bildmischer das Hintergrundbild an den Stellen dunkel getastet wird, an denen die Keykamera das Bild des Zieles sieht

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet

daß Nahtstellen der Kuppel (1) durch stumpfes Aneinanderstoßen der Folie und Aufkleben einer durchsichtigen Folie verbunden werden, und daß der Strahlengang der Projektoren (5) außerhalb der Kuppel (1) seitlich durch schwarzen Stoff abgeschirmt wird

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß mehrere Zielprojektoren (8) einem Hintergrundprojektor (7) zugeordnet werden und so angeordnet und geführt werden, daß sie ein zusammenhängendes, auf eine Bezugsrichtung stabilisiertes Bild höherer Auflösung projizieren können.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche t bis 7, dadurch gekennzeichnet daß die Zielprojektoren (8) je mit einem servogesteuerten Wendeprisma und einer Rasterverzerrungseinrichtung ausgestattet werden, die eine Bezugsrichtung gestattet und eine Entzerrung des projizierten Bildes bezogen auf den Kuppelmittelpunkt ermöglicht