DE68905558T2

DE68905558T2 - Schirm-simulator-fenster.

Info

Publication number: DE68905558T2
Application number: DE8989903971T
Authority: DE
Inventors: William Kanaar; William Macdonald; Lewis Martin
Original assignee: Trutan Pty Ltd
Current assignee: Trutan Pty Ltd
Priority date: 1988-03-31
Filing date: 1989-03-30
Publication date: 1993-08-05
Anticipated expiration: 2009-03-31
Also published as: DK612989A; DE68905558D1; DK170314B1; DK612989D0

Description

Technischer Bereich

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schirm-Simulator- Fenster, dessen Ziel es ist, das Fenster betrachtenden Personen eine realistische Simulation von Scheinumgebungen und -ereignissen zu bieten.
Simulatoren werden laufend hauptsächlich zum Training von Bedienungspersonal, insbesondere Flugzeugpiloten, verwendet, wobei der Simulator derart angeordnet ist, daß die in das Simulatorfenster blickende betreffende Person eine mehr oder weniger realistische Darstellung einer Szene sieht, die zuvor auf Film oder Videoband aufgenommen wurde. Momentan in Gebrauch befindliche Simulatoren sind im allgemeinen geeignet, lediglich von einer Person oder einer sehr kleinen Anzahl von Personen betrachtet zu werden, und relativ geringe Beleuchtungsniveaus können eine weitere Begrenzung aufgrund der in derartigen Systemen herrschenden Lichtverluste darstellen.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schirm- Simulator-Fenster vorzusehen, das von einer relativ großen Anzahl an Personen betrachtet werden kann, um eine verbesserte Wiedergabenatürlichkeit mit geringeren Begrenzungen der Helligkeit zu liefern. Es ist ebenso Ziel der Erfindung, ein Sirnulatorfenster zu liefern, das die Kapazitäten erhöht und die Biiderzeugung bzw. Abbildung herkömmlicher Simulatorfenster steigert; während die Kosten der Herstellung reduziert werden.
Erfindungsgemäße Simulatorfenster können auf verschiedenste Weisen angewandt werden. Ein Beispiel ist eine geschlossene Kabine oder Kapsel mit Vorder- und Seitenfenstern, bei der das Sitzen einer Anzahl von Leuten vorgesehen ist, die dazu veranlaßt werden können, sich vorzustellen, daß sie sich in einem Bus, Zug, Flugzeug, Unterseeboot oder einer Raumkapsel befinden. In jedem der Fenster wird eine geeignete Szene präsentiert, so daß es den Personen in der Kabine erscheint, als ob sie eine Reise über Land, unter dem Wasser oder im Raum unternehmen. In einer anderen Anwendung kann das Fenster als Teil eines Flugsimulators oder eines Rennwagensimulators oder ähnliches verwendet werden.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung besteht in einem Schirm- Simulator-Fenster mit einer Einrichtung, die eine Fensteröffnung begrenzt, durch welche eine Szene betrachtet 8werden kann; einem Schirm, der unmittelbar hinter dem Fenster angeordnet ist, wobei der Schirm abwechselnd aus opaken Schirmabschnitten und transparenten Abschnitten besteht; Einrichtungen, die bewirken, daß die aneinander angrenzenden Schirmabschnitte und die transparenten Abschnitt in einer Geschwindigkeit transponiert werden, derart, daß die Anwesenheit des Schirmes dem Auge des Betrachters nicht auffällt, wobei die von dem Fenster wegweisenden Oberflächen der Schirmabschnitte zum Empfang eines projizierten Bildes einer Szene geeignet sind; einem zur Projektion einer Szene auf die Oberflächen der Schirmabschnitte des Schirmes derart angeordneten Projektor, daß von dem Projektor stammendes Licht einem Betrachter des Fensters nicht direkt sichtbar wird, wobei die projizierte Szene auf den Schirmabschnitten erscheint; und einem Spiegel, der hinter dem Teilschirm angeordnet und durch das Fenster sichtbar ist, wobei die auf den Teilschirm projizierte Szene in dem Spiegel durch das Fenster sichtbar ist.
Der in dem erfindungsgemäßen Schirm-Simulator-Fenster verwendete Teilschirm kann in einer Anzahl unterschiedlichster Weisen hergestellt werden. In einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt der Teilschirm mehrere voneinander beabstandete Latten, die zwischeneinander eine Reihe von Öffnungen begrenzen, die fortwährend an dem Fenster vorbeibewegt werden, oder vor diesem auf- und abschwingen oder von einer Seite zur anderen.
Ein derartiger Teilschirm mit voneinander beabstandeten Latten ist aus der BE-A-504 858 bekannt. In dem belgischen Patent wird eine Szene von der Seite des Betrachters auf den Schirm projiziert und das Bild erscheint im Raum vor einem ausgewählten Hintergrund.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist ein durchgehender Schirm vorgesehen mit einer Reihe bzw. einem Feld voneinander beabstandeter Ausschnitte, transparenten Abschnitten oder Lücken oder einem Schachbrettfeld aus Schirm- und transparenten Abschnitten. In noch einer weiteren Ausführungsform umfaßt der Schirm eine rotierende Scheibe mit einer Reihe von Schirmsegmenten, die mittels Lücken oder transparenten Segmenten getrennt sind.
In noch einer weiteren Ausführungsform umfaßt der Teilschirm ein Feld paralleler Latten, die jeweils montiert sind, um um eine Längsachse parallel zu der Längsachse der Latte zu rotieren, jedoch außerhalb der Latte zu liegen. Um Flimmern, Schatten und Moire-Effekte zu entfernen, ist es wünschenswert, daß die transparenten und Schirmabschnitte des Schirmes in einer Rate von mindestens 45/sek. oder mehr, vorzugsweise 60/sek., überlagert bzw. transponiert werden.
Es ist vorteilhaft, daß der Schirm und der Spiegel den im wesentlichen parallel Ebenen in einem Seite-an-Seite-Feld liegen. Dies kann auf bequeme Weise erreicht werden, wenn der Schirm aus einem Bogen aus transparentem Material gebildet ist, wie beispielsweise Glas, das mit einem Überzug, wie beispielsweise Gallium-Arsenid (Galenium Arsenide) überzogen ist, das elektrisch opak oder transparent gemacht wird. Dies würde es Zonen des Schirmes erlauben, abwechselnd geschaltet zu werden, um transparente Abschnitte und Schirmabschnitte des Schirmes zu sein.
Die Entwicklung eine Überzuges, der zwischen reflektiv zu sein und transparent zu sein geschaltet werden kann, würde es dem dem Spiegel erlauben, in planarer Form ausgebildet zu werden, ähnlich der des Schirmes.
Der Spiegel kann ein vollständiger Spiegel sein, wobei jedoch in bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung der Spiegel entweder ein bewegbarer Teilspiegel mit reflektierenden und nicht reflektierenden Abschnitten oder ein Einweg- oder Teilspiegel ist. In besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung ist der Spiegel ein beweglicher, segmentierter Spiegel, der so ausgebildet ist, daß er bei der Bewegung Linseneigenschaften aufweist. Ist der Spiegel ein beweglicher Spiegel mit aufeinanderfolgenden reflektierenden und nicht reflektierenden Abschnitten, so ist es wesentlich, daß die abwechselnden, nicht reflektierenden Abschnitte des Spiegels Register halten mit den Schirinabschnitten des Schirmes, so daß von dem Projektor stammendes Licht für einen Betrachter des Fensters nicht direkt sichtbar ist.
Es ist wünschenswert, daß eine Linse zwischen dem Schirm und einem Betrachter dazwischen angeordnet wird, im Fall, daß der Spiegel selbst nicht derart gebogen ist, daß er seine eigenen Linseneigenschaften aufweist.
Die Anwesenheit einer derartigen Linse kann hauptsächlich dazu verwendet werden, um das Bild scheinbar in der visuallen Unendlichkeit zu plazieren.
Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist es, daß das von dem Projektor projizierte Bild zunächst auf einem Teilschirm gebildet wird, wobei das Bild dann durch einen Spiegel auf den Betrachter reflektiert wird. Die reine Reflexion eines Bildes auf einen Teilschirin wird nicht die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung liefern. Diese Vorteile sind in bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung folgende:
i) Bilder können bequem, präzise und in geeigneter Perspektive aus relativ unmittelbarer Nähe und fast jeglichem Winkel betrachtet werden;
ii) Die Position des Bildes kann so erscheinen, daß sie klar mit den Seiten der Fensteröffnung und nicht in einem Abstand außerhalb des Fensters fluchtet;
iii) Es ist nicht möglich, vorbei, herum, hinter oder zwischen das Bild und die umgebenden Seiten der Fensteröffnung zu sehen; und
iv) Die Bildgröße ist die Größe des Sichtfensters, nicht eine größere Größe, die weiter entfernt ist; demzufolge werden Kosten und Abmessungen für Apparaturen wesentlich reduziert.
Der Projektor kann jeglicher herkömmliche Projektor sein, unter Verwendung von gewöhnlichem Licht oder Laserlicht. Das Bild kann auf Film oder Band vorher aufgezeichnet sein oder kann eine "live"-Projektion eines Ereignisses sein, das in einer Entfernung stattfindet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung kann in einer Vielfalt unterschiedlicher Formen ausgeführt sein, und um das Wesen der Erfindung besser verstehen zu können, werden mehrere derartiger Formen beispielsweise in den beiliegenden bildlichen Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 Eine Ansicht, die eine Person zeigt, welche an die Seite eines Schirm-Simulations-Fensters gemäß der Erfindung gesetzt wurde;
Fig. 2 eine Schnittansicht des Schirin-Simulations-Fensters der Fig. 1;
Fig. 3 eine Schnittansicht einer modifizierten Form der Erfindung, welche die Verwendung eines drehenden Spiegels darstellt;
Fig. 4 eine gleiche Ansicht noch einer weiteren Form der Erfindung;
Fig. 5 eine Schnittansicht, welche die Verwendung eines drehenden Splegels und eines drehenden Schirines zeigt;
Fig. 6 eine Aufrißansicht der in Fig. 5 gezeigten Anordnung;
Fig. 7 eine bildliche, perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 eine gleiche Ansicht einer weiteren Ausführungsforin der Erfindung;
Fig. 9 eine gleiche Ansicht noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 10 eine gleiche Ansicht noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 11 eine vertikale Schnittansicht durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Bestes Ausführungsbeispiel zur Ausführung der Erfindung

Es muß betont werden, daß die oben beschriebenen Zeichnungen rein bildlich sind und dem Zwecke der Erläuterungen der Prinzipien der Erfindung dienen. In der folgenden Beschreibung werden ähnliche Teile in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen der Erfindung mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 kann eine sitzende Figur an einer Seite der Fensteröffnung 10 erkannt werden, die wiederum angesehen werden kann als Darstellung eines Seitenfensters einer Kabine, in der eine Anzahl von Personen sitzen. In der Praxis würde die Kabine vorne und an jeder Seite Fensteröffnungen aufweisen.
Unmittelbar hinter der Fensteröffnung 10 ist ein Fenster 11 aus polarisierendem Glas und hinter diesem ein Lichtkasten 12 angeordnet, innerhalb dessen ein lattenartiger Schirm 13, der aus abwechselnd horizontalen Latten 13a besteht, die durch Lücken 13b voneinander getrennt sind, wobei die Lücken in diesem Falle von gleicher Breite sind. Der Schirm 13 ist auf Bändern 14 aus flexiblem Material getragen, die über obere und untere Rollen 15 bzw. 16 gelangen, wobei die untere Rolle 15 durch einen Motor 17 gedreht wird, so daß der Schirm 13 an der Fensteröffnung 10 in einer derartigen Geschwindigkeit vorbei läuft, daß seine lattenartige Natur dem Auge einer Person in der Kabine nicht sichtbar wird. Ein Film mit veränderlicher Achse oder ein anderer Projektor 18 ist derart angeordnet, daß er in der in Fig. 2 dargestellten Weise ein Bild in den Schirm 13 prpjiziert, wobei der Projektor 18 außerhalb des Sichtbereiches der in der Kabine sitzenden Personen ist. Es wird erkannt, dar Lichtstrahlen von dem Projektor durch den hintersten Laut des Schirines 13 gelangen müssen, bevor sie auf der Rückseite der Latten des an dem Fenster 11 angrenzenden Laufes auftreffen. Dies resultiert in einem wesentlichen Verlust des Lichtes von dem Projektor und, damit die betrachtete Szene ausreichend ausgeleuchtet erscheinen soll, ist ein äußerst starker Projektor, beispielsweise in der Größenordnung von 5kW erforderlich. Die auf die Rückseite der Latten des vorderen Laufes des Schirmes projizierte Szene ist durch das Fenster 11 in dem Spiegel 19 sichtbar.
Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung hat den damit untrennbar verbundenen Nachteil, daß eine nach oben oder unten schauende Person in der Kabine Teile der Vorrichtung oberhalb oder unterhalb des Bildes sehen wird, wodurch die Wiedergabenatürlichkeit der Darbietung zerstört wird. Mit der Absicht, dies zu vermeiden, ist der Spiegel 19, wie in Fig. 3 gezeigt, konstruiert, d.h. in Form einer Anzahl sich radial erstreckender Elemente, die auf der Oberfläche eines Konus angeordnet sind. In diesem Fall wird der Spiegel mittels eines Motors 21 gedreht. Selbst wenn ein Betrachter nach oben oder unten sieht, wird die projizierte Szene mit dieser Anordnung immer noch in dem Spiegel gesehen, der in einer derartigen Geschwindigkeit gedreht wird, daß er den Eindruck eines vollständigen Spiegels hinterläßt.
Mit der in Fig. 2 gezeigten Anordnung ergibt sich ein beachtlicher Lichtverlust aufgrund der Notwendigkeit, daß das Licht von dem Projektor durch den Lauf des lattenartigen Schirmes 13 fern von dem Spiegel gelangen muß.
Fig. 4 zeigt eine den Anordnungen der Figuren 2 und 3 entsprechende Anordnung, in welcher der Lichtverlust durch das Vorsehen von Einrichtungen (nicht gezeigt) reduziert ist, die den Effekt bewirken, die Latten des Schirmes um 90º zu drehen, so daß es weniger Interferenz bzw. Überlagerung mit dem Licht von dem Projektor durch den Rückwärtslauf des lattenartigen Schirmes gibt. Dies geht jedoch auf Kosten größerer Verkomplizierung und höherer Geräuschbildung beim Betrieb.
Fig. 5 und 6 zeigen eine raffiniertere Ausführungsform der Erfindung, in der sowohl der lattenartige Schirm und der Spiegel reine Rotationselemente sind. Das Prinzip des Betriebes ist das gleiche wie das oben beschriebene. In diesem Fall jedoch werden die Schirmlatten in einem Rad getragen, das von dem Motor 17 gedreht wird, der ebenfalls den Spiegel dreht. Wie in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel sind die von dem Fenster weg weisenden Oberflächen der Latten mit einem Material beschichtet, das für einen Projektionsschirm geeignet ist und die von dem Projektor 18 projizierte Szene kann in den Elementen des Spiegels 19 reflektiert gesehen werden. In diesem Fall muß der Strahl von dem Projektor 18 durch die Spiegelelemente 19 gelangen, und diese sind aus diesem Grunde in Form halbversilberter Spiegel, welche sowohl Transmission und Reflexion von Licht gestatten.
Fig. 7 zeigt eine Anordnung, in Jer der Schirm 13 und der Spiegel 19 jeweils aus einem Feld winkliger Latten gebildet sind. Ein Paar Motoren 21 und 22 bewirken, daß die Latten des Schirmes 13 bzw. des Spiegels 19 synchron in einer vertikalen Richtung hin- und herschwingen. Eine Linse 23 ist vor dein Schirm 13 positioniert, um die Bildschärfe und die Schärfentiefe zu verbessern.
Fig. 8 zeigt eine Anordnung, in der der Schirm 13 und der Spiegel 19 jeweils aus durchgehenden Bändern bestehen, die eine schachbrettartige Matrix aus transparenten und opaken Abschnitten tragen. Die opaken Abschnitte 13a des Schirmes 13 sind mit einem Schirmmaterial beschichtet, während jene des Spiegels 19 reflektierend sind. Motoren 21 und 22 drehen den Schirm 13 und den Spiegel 19 tragende Rollen synchron.
In der in Fig. 9 gezeigten Anordnung sind der Schirm 13 und der Spiegel 19 jeweils aus einem Glasbogen gebildet, der mit einem Film aus Gallium Arsenid-Material (galenium arsenide material) beschichtet ist, das fähig ist, durch eine elektrische Strom- oder Spannungsänderung wahlweise opak oder transparent zu sein. Im Fall des Schirines 13 wird der Film opak eingestellt, um Schirmabschnitte 13a auszubilden und transparent, um die transparenten Abschnitte 13b auszubilden. In dem Spiegel 19 ist der Film derart, daß er reflektierend ist, wenn er opak eingestellt ist. In jedem Fall können durch geeigneten Wechsel des Stromes und/oder der Spannung die aneinander angrenzenden opaken und transparenten Abschnitte transponiert werden. Offensichtlich wird das Transponieren der opaken und transparenten Abschnitte des Schirmes 13 mit dein Transponieren jener Abschnitte des Spiegels 19 alternieren, so daß zu keinem Zeitpunkt Licht von dem Projektor 18 direkt auf einen Betrachter fallen kann, der das Bild durch die Linse 23 betrachtet.
In Fig. 10 ist eine Anordnung gezeigt, in der der Schirm 13 und der Spiegel 19 jeweils durch ein durchgehendes Rohr ausgebildet sind, welches abwechselnd transparente und opake "Stäbchen" aus einem festen oder flüssigen Material enthält.
Die "Stäbchen" werden durch die jeweiligen Rohre synchron gepumpt, um das geeignete Transponieren der transparenten "Stäbchen" und der opaken oder reflektierenden "Stäbchen" wie dies jeweils sein kann, herzustellen.
Fig. 11 zeigt eine Anordnung, in der der Schirm 13 und der Spiegel 19 jeweils aus einem Feld aus Latten gebildet sind, die jeweils an jedem Ende montiert sind, um sich tangential von einer zylindrischen Buchse 24 bzw. 25 zu erstrecken. Die Buchsen 24, 25 werden um ihre Längsachsen gedreht, um zu bewirken, daß die Latten des Schirmes 13 und des Spiegels 19 sich um diese Längsachse drehen. Diese Drehung bewirkt die abwechselnde Erzeugung von Schirmabschnitten 13a und transparenten Abschnitten 13b und bewirkt in ähnlicher Weise, daß der Spiegel als Tei1spiegel wirkt. Der Projektor 18 bewirkt die Ausbildung eines Bildes auf der Oberfläche der entfernt von dem Fenster liegenden Schirmabschnitte 13a. Dieses Bild wird durch den Spiegel 19 auf das Auge des Betrachters reflektiert. Die Latten werden mit ausreichender Geschwindigkeit gedreht, so daß der Schirm 13 für den Betrachter nicht sichtbar ist, der lediglich das reflektierte Bild als fortlaufende Szene sieht.
Experimente haben gezeigt, daß die Erfindung es ermöglicht, eine Szene in einem Fenster zu liefern, in der kein wahrnehmbarer Schirm ist, auf den die Abbildung projiziert wird, und das Bild erscheint körnungsfrei im Raum sowie verzerrungsfrei aus jeglichem Winkel.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung wurden beispielsweise erläutert, um lediglich Hilfestellung zu leisten in unserem Verständnis der Natur der Erfindung, wie diese in den Ansprüchen definiert ist.

Claims

1. Ein Schirm-Simulator-Fenster mit einer Einrichtung (10), die eine Fensteröffnung begrenzt, durch welche eine Szene betrachtet werden kann; einem Schirm (13) der unmittelbar hinter dem Fenster angeordnet ist, wobei der Schirm abwechselnd aus opaken Schirmabschnitten (l3a) und transparenten Abschnitten (13b) besteht; Einrichtungen (14-17; 21, 22), die bewirken, daß die aneinander angrenzenden Schirmabschnitte und die transparenten Abschnitte in einer Geschwindigkeit transponiert werden, derart, daß die Anwesenheit des Schirmes dem Auge des Betrachters nicht auffällt, wobei die von dem Fenster weg weisenden Oberflächen der Schirmabschnitte zum Empfang eines projizierten Bildes einer Szene geeignet sind; einem zur Projektion einer Szene auf die Oberflächen der Schirmabschnitte (13a) des Schirmes derart angeordneten Projektor (18), derart, daß von dem Projektor stammendes Licht einem Betrachter des Fensters nicht direkt sichtbar wird, wobei die projizierte Szene auf den Schirmabschnitten erscheint; und einem Spiegel (19), der hinter dem Teilschirm angeordnet und durch das Fenster sichtbar ist, wobei die auf den Teilschirm projizierte Szene in dem Spiegel durch das Fenster sichtbar ist.

2. Ein Schirm-Simulator-Fenster nach Anspruch 1, bei dem der Schirm mehrere voneinander beabstandete Latten umfaßt, weiche die Schirmabschnitte begrenzen und dazwischen eine Reihe von Öffnungen begrenzen, welche die transparenten Abschnitte begrenzen.

3. Ein Schirm-Simulator-Fenster nach Anspruch 1, bei dem der Schirm einen durchgehenden opaken Film umfaßt, mit einem Feld voneinander beabstandeter Ausschnitte, welche die transparenten Abschnitte begrenzen.

4. Ein Schirm-Simulator-Fenster nach Anspruch 1, bei dem der Schirm eine rotierende Scheibe umfaßt, welche eine Reihe opaker Segmente aufweist, welche die Schirmabschnitte begrenzen und durch Lücken oder transparente Segmente, welche die transparenten Abschnitte begrenzen, voneinander getrennt sind.

5. Ein Schirm-Simulator-Fenster nach Anspruch 1, bei dem der Schirm ein Feld paralleler Latten umfaßt, die jeweils derart montiert sind, um sich um eine Längsachse parallel zu ihrer eigenen Längsachse zu drehen, die jedoch außerhalb der Latte liegt.

6. Ein Schirm-Simulator-Fenster nach Anspruch 1, bei dem der Spiegel (19) ein bewegbarer Spiegel ist, mit aufeinanderfolgenden reflektierenden und nicht reflektierenden Abschnitten, und bei dem die abwechselnden nicht reflektierenden Abschnitte des Spiegels im Register sind mit den Schirmabschnitten des Schirines derart, daß von dem Projektor stammendes Licht, das durch den Spiegel scheint, nicht direkt für einen Betrachter des Fensters sichtbar ist.

7. Ein Schirm-Simulator-Fenster nach Anspruch 1, bei dem der Spiegel nicht planar ist, um Linseneigenschaften aufzuweisen.

8. Ein Schirm-Simulator-Fenster nach Anspruch 1, bei dem eine Linse (23) zwischen dem Schirm und dem Fenster angeordnet ist.

9. Ein Schirm-Simulator-Fenster nach Anspruch 1, bei dem der Schirm und der Spiegel in im wesentlichen parallelen Ebenen in Seite-an-Seite-Feldern liegen.