DE60101182T2

DE60101182T2 - Kollimierende Visualisierungseinrichtung mit asphärischem Projektionsschirm für einen Simulator

Info

Publication number: DE60101182T2
Application number: DE60101182T
Authority: DE
Inventors: Roy Edward Newick East Sussex Creek
Original assignee: Seos Ltd
Current assignee: Rockwell Collins Visual Display Systems Ltd
Priority date: 2000-06-15
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2021-06-08
Also published as: US6944581B2; EP1168057A1; ATE254301T1; GB0014672D0; GB0113890D0; US20010053966A1; GB2363475B; GB2363475A; DE60101182D1; CA2350173A1; EP1168057B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine kollimierende Visualisierungseinrichtung, und, mehr im Besonderen, bezieht sich diese Erfindung auf eine kollimierende Visualisierungseinrichtung aufweisend einen asphärischen Projektionsschirm und einen gekrümmten kollimierenden Spiegel. Die kollimierende Visualisierungseinrichtung, so, wie sie z. B. aus der US 4 134 891 A bekannt ist, kann in Simulatoren zur Übung, Forschung, Freizeitbeschäftigung oder Unterhaltung benutzt werden.
Bei Simulatoren, die zur Übung, Forschung, Freizeitbeschäftigung oder Unterhaltung benutzt werden, ist es wohlbekannt, große, kollimierende Abbildungsflächen zu benutzen. Es ist auch wohlbekannt, daß die großen kollimierenden Abbildungsflächen bequemerweise aus einem großen, gekippten Hohlspiegel, der um einen Simulator-Führersitz herum angeordnet ist, s. z. B. WO 83/02028 A1, zu bilden. Diese Anordnung kollimiert ein Bild, das auf einen großen Projektionsschirm, der um den oberen Teil des Führersitzes oberhalb von Fenstern in dem Führersitz angeordnet ist, projiziert wird. Der Projektionsschirm kann von vorn oder hinten angestrahlt sein.
Aus Gründen der Bequemlichkeit und Sparsamkeit sollte das durch die Abbildungsfläche gelieferte kollimierte Bild aus dem ganzen Raum des Führersitzes sichtbar sein. Insbesondere sollte ein Bild guter Qualität und richtiger Perspektive beiden Führern in einem Flugsimulator mit breitem Körper sichtbar sein.
Um die Wirklichkeitstreue der bekannten Simulatoren zu vergrößern, sollte das Gesichtsfeld der Abbildungsfläche so groß wie möglich sein. Waagrechte Gesichtsfelder von 180°–225° sind üblich. Ein senkrechtes Gesichtsfeld von 40° ist am üblichsten, wobei 45°, 50°, 55°und 60° auch in Benutzung sind. Es ist bei typischen Führersitzen mit breitem Körper bekannt, daß ein senkrechtes Gesichtsfeld von 40° auf befriedigende Art und Weise mit einem sphärischen Spiegel von ungefähr 3 m Radius und einem sphärischen Projektionsschirm erreicht werden kann. Ein senkrechtes Gesichtsfeld von 50° kann mit einem Spiegel des gleichen Radius erreicht werden, aber der Projektionsschirm muß asphärisch werden. Für ein senkrechtes Feld von 60° muß nicht nur der Projektionsschirm asphärisch werden, sondern es muß auch der Spiegelradius bis auf ungefähr 3,3 m anwachsen. Symmetrieüberlegungen, die aus dem großen waagerechten Gesichtsfeld entstehen und Fragen der Kompliziertheit der Herstellung bedeuten, daß sowohl der Spiegel als auch der Projektionsschirm Rotationsflächen um eine senkrechte Achse (nicht notwendigerweise eine gemeinsame Achse) sind. Eine typische sphärische Projektionsschirmform wäre ein Torus wie in der US 4 234 891 A .
Sobald das Visualisierungssystem größer wird, wird es teurer herzustellen, und seine größere Masse bringt eine wachsende Last auf den Simulator. Auch wird das Bewegungssystem größer, da solche Simulatoren gewöhnlich auf irgendeiner Art von Bewegungssystem angebracht sind, was ein größeres und teureres Gebäude, um den Simulator zu beherbergen, erfordert. Noch darüber hinaus sollte der große kollimierende Spiegel so leicht wie möglich sein, und vorzugsweise aus einem Stück, um nicht Lücken im Gesichtsfeld einzuführen. Es ist wohlbekannt, diesen großen kollimierten Spielgel aus einer gestreckten aluminisierten Kunststofftafel zu bilden. Tafeln von angemessener Qualität sind nur bis zu einer gewissen Breite erhältlich, was daher die Größe des Visualisierungssystems begrenzt.
Ein senkrechtes Feld von 60° wird als besonders nützlich für Hubschraubersimulatoren befunden, wo es typischerweise 20°nach oben und 40° nach unten angeordnet ist. Solch ein Visualisierungssystem kann innerhalb der oben erwähnten Randbedingungen verwirklicht werden. Solch ein großes senkrechtes Gesichtsfeld wäre bei anderen Anwendungen nützlich, vielleicht gleichmäßig um den Horizont angeordnet oder mit einem Übergewicht nach oben. Eine 35° oben/25° unten Anordnung wäre von großem Interesse für die Simulation der In-der-Luft-Betankung. Jedoch kann ein kollimiertes Bild von angemessener Qualität nicht innerhalb der oben erwähnten Randbedingungen für eine solche Gesichtsfeldanordnung bekommen werden.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben erwähnten Probleme zu beseitigen oder zu vermindern.
Demgemäß schafft die vorliegende Erfindung eine kollimierende Visualisierungseinrichtung, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Die Verwendung des asphärischen Projektionsschirms macht es möglich, ein größeres senkrechtes Gesichtsfeld mit keinem Übergewicht nach unten zu schaffen, ohne eine wesentliche Zunahme in der Größe oder Kompliziertheit der kollimierenden Visualisierungseinrichtung.
Gedanklich, beim Entwurf, beginnt der Projektionsschirm als eine Rotationsoberfläche, die entlang ihres Mittelabschnittes geteilt ist. Die zwei Teile werden getrennt und der kurze zylindrische Zentralabschnitt wird eingesetzt. Die Breite des zylindrischen Zentralabschnittes ist ein weiterer Gestaltungsparameter, der benutzt werden kann um einen vorteilhafteren Ausgleich zwischen Gesichtsfeld und Bildqualität zu erzielen. Solch ein Projektionsschirm ist in der US-A-5 181 355 gezeigt.
Die vorliegende Erfindung schafft auch einen Simulator, wenn er die kollimierende Visualisierungeinrichtung aufweist. Der Simulator kann für alle geeigneten und passenden Zwecke benutzt werden, einschließlich Übung, Forschung, Freizeitbeschäftigung oder Unterhaltung.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird jetzt, nur als Beispiel und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, beschrieben, in denen:
1 einen kreisförmigen waagerechten Schnitt durch eine bekannte Projektionsschirmform zeigt;
2 die Projektionsschirmform der 1, gedanklich geteilt und getrennt, zeigt;
3 einen asphärischen Projektionsschirm mit dessen zentralem zylindrischen Abschnitt eingesetzt (immer noch im waagerechten Schnitt) zeigt;
4 einen Simulator, der den in 3 gezeigten asphärischen Projektionsschirm benutzt, zeigt.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigt 1 einen kreisförmigen waagerechten Schnitt durch einen Projektionsschirm 2 bekannter Form. Eine Rotationsachse 4 ist auch gezeigt.
2 zeigt die Projektionsschirm 2 der 1, der gedanklich in erste und zweite Teile 6, 8 geteilt ist, und durch einen dritten Teil 10 getrennt ist.
3 zeigt einen asphärischen Projektionsschirm 12, der zu der in 2 gezeigten Form gebildet ist, so daß der asphärische Projektionsschirm 12 die ersten und zweiten Teile 6, 8 und den dritten Teil 10 aufweist. Wie aus 2 und 3 ersehen werden kann, sind die ersten und zweiten Teile 6, 8 der Art, daß sie im Querschnitt gekrümmt sind und daß sie, wenn sie verbunden würden, dann eine Rotationsoberfläche bilden würden. Der dritte Teil 10 ist der Art, daß er in der Querschnittsansicht gerade ist und ein kurzer zylindrischer Zentralabschnitt ist.
Unter Bezugnahme nun auf 4 ist ein Simulator 14 gezeigt, der eine kollimierende Visualisierungseinrichtung, die den asphärischen Projektionsschirm 12, einen gekrümmten kollimierenden Spiegel 16 und Projektoren 18 aufweist. Abgesehen von der Bereitstellung der kollimierenden Visualisierungseinrichtung mit dem asphärischen Projektionsschirm 12 und dem gekrümmten kollimierenden Spiegel 16 kann der Simulator 14 von herkömmlichem Aufbau sein. Somit hat der Simulator 14 einen Führersitz 20 und ein Bewegungssystem 22. Das Bewegungssystem 22 kann jedes geeignete und passende Bewegungssystem 22 sein.
Der in 4 gezeigte Simulator 14 schafft ein großes senkrechtes Gesichtsfeld mit keinem Übergewicht nach unten. Dies wird ohne wesentliche Erhöhung der Größe oder Kompliziertheit des kollimierten Darstellungssystems, das einen Teil der Visualisierungseinrichtung für den Simulator 14 bildet, erreicht.
Es sollte erkannt werden, daß die Ausführungsform der Erfindung, die oben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben wurde, nur als Beispiel gegeben wurde, und daß Abwandlungen bewirkt werden können. Es sollte auch aus 1–3 erkannt werden, daß die bekannten Projektionsformen, die als Rotationsoberflächen gebildet wurden, in den dargestellten Querschnittansichten als kreisförmig erscheinen, und daß der dritte Teil 10 ein zentraler zylindrischer Abschnitt ist, der in den dargestellten Ansichten als eine gerade Linie erscheint.

Claims

Kollimierende Visualisierungseinrichtung aufweisend einen asphärischen Projektionsschirm (12) und einen gekrümmten kollimierenden Spiegel (16) derart, daß der asphärische Projektionsschirm (12) eine äußere gekrümmte Oberfläche hat, die über den gekrümmten kollimierenden Spiegel (16) durch einen Benutzer der kollimierenden Visualisierungseinrichtung betrachtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der asphärische Projektionsschirm (12) nicht eine Rotationsoberfläche um eine Achse ist, der asphärische Projektionsschirm (12) erste und zweite Teile (6, 8) aufweist, die voneinander durch einen dritten Teil (10) getrennt sind, wobei die ersten und zweiten Teile (6, 8) im Querschnitt gekrümmt sind, und, wenn zusammen verbunden, dann eine Rotationsoberfläche bilden würden, der dritte Teil (10) gerade in der Querschnittsansicht ist und ein kurzer zylindrischer Zentralabschnitt ist.
Ein Simulator (14), wenn er eine kollimierende Visualisierungseinrichtung nach Anspruch 1 aufweist.