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Technisches
Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Anzeigesysteme bzw. Displaysysteme, die in Flugzeugsimulator-Trainingssystemen
angewandt werden.
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Hintergrund
der Erfindung
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Verschiede Anzeigesysteme sind für Luftfahrzeug-Simulatoranwendungen
bekannt, die verwendet werden, um Piloten und andere Flugzeugmannschaftsmitglieder
zu trainieren. Die Simulatoren erlauben ein Training in am Boden
befindlichen Einrichtungen und versuchen, simulierte Erfahrungen und
Situationen, welche tatsächlichen
Ereignissen so nahe wie möglich
sind, zur Verfügung
zu stellen. Einer der Nachteile von vorliegenden Simulatorsystemen
ist das begrenzte Sichtfeld (FOV) . Das FOV ist oft unzureichend,
um das Sehen in Bereichen zu ermöglichen,
die für
zahlreiche Trainingsaufgaben, wie ein Landetraining und ein Wiederbetankungstraining, notwendig
sind. Diese Aufgaben erfordern insbesondere die größtmögliche FOV-Anzeige.
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Bevorzugte Simulatorsysteme verwenden heute
ein außeraxiales
Rückprojektionsschirm/Bildsichtsystem
(OABD), um eine große
Sichtfeldanzeige für
die Piloten und andere Crewbzw. Mannschaftsmitglieder zur Verfügung zu
stellen. Die ORBD-Systeme verwenden Projektoren, welche ein Bild
auf ein Rückprojektionsschirmglied
projizieren, welches wiederum den Bildstrahl auf einen Sammelspiegel
bzw. Kollimatorspie gel umleitet. Der Spiegel leitet wiederum den
Strahl zum Gesichtspunkt bzw. Augenpunkt des Beobachters um.
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Die vertikalen FOV- oder OABD-Systeme sind
normalerweise begrenzt, da der Bereich des Rückprojektionsschirms, welcher
den unteren Bereich des FOV anzeigt, auch das obere FOV des Beobachters
blockiert oder verbirgt bzw. verdunkelt. Versuche, die FOV-Überdeckung
in der nach unten gerichteten Richtung zu erhöhen, haben nachteilig die FOV-Überdeckung in der nach oben
gerichteten Richtung beeinflußt
(d. h. abgesenkt). In analoger Weise haben Anstiege in der nach
oben gerichteten FOV-Überdeckung
die FOV-Überdeckung
in der nach unten gerichteten Richtung erniedrigt bzw. abgesenkt.
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Eine Versuche, diese Beschränkungen
in gegenwärtigen
OABD-Systemausbildungen
zu beseitigen, haben den Augenpunkt des Beobachters nach vorwärts und/oder
nach unten in bezug auf die Anzeige bzw. das Display bewegt. In
analoger Weise haben einige Systeme statt dessen die Anzeige in
einer nach rückwärts und/oder
nach oben gerichteten Richtung in bezug auf den Augenpunkt des Beobachters
bewegt. Diese ermöglichen,
daß die
nach unten gerichtete FOV-Überdeckung
des Rückprojektionsschirms
erhöht
wird; jedoch wird auch die nach oben gerichtete FOV-Überdeckung
wiederum teilweise durch den Rückprojektionsschirm
verborgen. Darüber
hinaus senkt, indem der Augenpunkt oder die Anzeige verschoben werden
bzw. bewegt werden, dies die Kollimation (Konvergenz und Divergenz) und/oder
Verzerrungscharakteristika des OABD-Systems ab. Dies kann wiederum
zu signifikanten Problemen betreffend eine Überanstrengung von Augen oder
die Fähigkeit,
das System zu verwenden, führen.
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WO 96/14713 offenbart ein kompaktes
Anzeigesystem, welches eine Panoramasicht für einen Beobachter, der sich
an einer zentralen Beobachtungsstation befindet, simuliert. Das
System umfaßt einen
sphärischen
Rückprojektionsschirm,
welcher projiziertes Bildlicht auf seiner inneren Oberfläche erhält und eine
Panoramasicht von seiner Außenseite präsentiert.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, ein verbessertes OABD-System zur Verwendung in Flugzeugsimulator-Anwendungen
zur Verfügung
zu stellen. Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung,
ein verbessertes OABD-System mit einem erhöhten bzw. vergrößerten,
vertikalen Sichtfeld zur Verfügung
zu stellen.
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Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung, ein OABD-System mit einem vergrößerten, vertikalen Sichtfeld
zur Verfügung
zu stellen, welches nicht das Sichtfeld in anderen Richtungen oder
Bereichen bzw. Flächen
einschränkt
bzw. verkleinert. Es ist noch ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung, ein verbessertes OABD-System zur Verfügung zu stellen, welches das
Sichtfeld erhöht,
jedoch die Kollimation und/oder die Verzerrungscharakteristika der Anzeige
nicht verschlechtert.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung löst die Probleme, die
oben in bezug auf bekannte außeraxiale
Rückprojektionsschirm/-Bildsichtsysteme
(OABD) festgehalten wurden und stellt ein System und ein Verfahren
zur Verfügung,
wie dies in den beiliegenden Ansprüchen beansprucht ist, welche
die oben angeführten
Ziele erfüllen.
Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein OABD-System zur
Verfügung,
das ein erhöhtes,
vertikales Sichtfeld (FOV) aufweist, während die Kollimation bzw.
Bündelung
und Verzerrungscharakteristika der Anzeige beibehalten werden.
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Das System umfaßt einen Projektor zum Projizieren
eines Bildlichtstrahls, einen Bündelungs- bzw.
Kollimatorspiegel und einen Rückprojektionsschirm,
der zwischen dem Projektor und dem Spiegel angeordnet ist und den
Bildlichtstrahl auf eine Oberfläche
des Sammel- bzw. Bündelungsspiegels
umleitet. Der Kollimatorspiegel wiederum leitet den Lichtstrahl
zu dem Augenpunkt des Beobachters um. In Übereinstimmung mit der Erfindung
ist die Unterkante des Rückprojektionsschirms
konturiert, um die Sichtfeldgrenzen einer Flugzeugschwellinie anzunähern. Dieses
Konturieren erhöht
die verwendbare, vertikale FOV, ohne die geometrische Beziehung
des Augenpunkts, des Rückprojektionsschirms
und des Spiegels zu verändern.
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Vorzugsweise wird eine Begrenzungslinie bestimmt
und als eine Führung
zum Konturieren der Bodenkante bzw. Unterkante des Rückprojektionsschirms
verwendet. Andere zusätzliche
Verdeckungsflächen
bzw. Abdunkelungsflächen
wie jene, die von anderen Flugzeugteilen sowohl innerhalb als außerhalb
des Cockpits bewirkt werden, können auch
genutzt und verwendet werden, um zusätzliches Material zu dem Rückprojektionsschirm
während
dem Konturieren hinzuzufügen
oder zu löschen. Weiters
berücksichtigt
für OABD-Systeme,
welche duale Augenpunkte unterstützen,
das Konturieren das Sichtfeld sowohl des Piloten/Beobachters als auch
des Copiloten/des Mannschaftsmitglieds.
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Die Flächen bzw. Bereiche des Rückprojektionsschirms,
welche durch das Konturieren der Bodenkante entfernt werden, erhöhen das
vertikale Sichtfeld in diesen Bereichen.
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Diese und andere Merkmale, Begünstigungen
und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden,
detaillierten Beschreibung von exemplarischen Ausbildungen der Erfindung
deutlicher werden, wie sie weiter in den beiliegenden Zeichnungen
erläutert
sind und in den anhängigen
Ansprüchen
festgelegt sind.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein schematisches Diagramm eines OABD-Systems;
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2 illustriert
ein typisches Sichtfeld von Flugzeugfenstern von einem Gesichtspunkt
eines Piloten/Beobachters aus;
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3 ist
ein schematisches Diagramm eines Rückprojektionsschirms für ein OABD-System,
welches ein Konturieren in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung illustriert; und
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4 ist
ein Diagramm, das das effektive Sichtfeld eines OABD Sichtsystems
mit einem konturierten Rückprojektionsschirm
zeigt.
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Beste Art(en) der Ausbildung
der Erfindung
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1 ist
ein schematisches Diagramm, das ein außeraxiales Rückprojektionsschirm/Spiegelsichtanzeigesystem
(OABD) zeigt. Das OABD-System ist allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet.
Das System 10 umfaßt
ein Projektions- bzw. Projektorsystem 12, ein Rückprojektionsschirmglied 14 und
einen Kollimator- bzw. Bündelungsspiegel 16.
Der Projektor
12 ist auf einer Projektorplattform 18 festgelegt
bzw. montiert und umfaßt
rot, grüne
und blaue Bildprojektoren 20, 22 und 24.
Das OABD-System ist in einer Simulatorvorrichtung 26 aufgenommen.
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In der Verwendung projiziert das
OABD-System 10 einen Bildstrahl bzw. Bildlichtstrahl 30 auf
das Rückprojektionsschirmglied 14.
Das Rückprojektionsschirmglied 14 leitet
wiederum den Bildlichtstrahl als einen Strahl 30a auf den
Kollimatorspiegel 16 um. Der Spiegel 16 leitet
wiederum den Bildlichtstrahl als Strahl 30b zu dem Augenpunkt 32 des
Beobachters um.
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Das vertikale Sichtfeld (FOV) des OABD-Systems
ist normalerweise aufgrund der Tatsache beschränkt, daß der Bereich des Rückprojektionsschirmglieds 14,
welcher den unteren Bereich des Sichtfelds anzeigt, auch das obere
FOV des Beobachters verdeckt. Dies bedeutet, daß, wenn ein Versuch gemacht
wird, die FOV-Überdeckung
in der nach unten und oben gerichteten Richtung zu erhöhen, die
entsprechende FOV-Überdeckung
in der oberen bzw. unteren Richtung absinkt.
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Die Wirkung einer Ausdehnung des
Rückprojektionsschirms
und des Spiegels, um ein besseres FOV sicherzustellen, ist in 1 gezeigt. Wenn der Rückprojektionsschirm 14 in
einer nach unten gerichteten Richtung zu der Position, die durch
ein Bezugszeichen 14' gezeigt
ist, ausgedehnt wird und entsprechend der Kollimatorspiegel 16 zu
der Position, die durch Bezugszeichen 16' bezeichnet ist, ausgedehnt wird,
dann wird das untere bzw. das nach unten gerichtete Feld der Sichtüberdeckung
um den Strahlbereich 34 erhöht. Jedoch resultiert ein Erstrecken
bzw. Ausdehnen des Rückprojektionsschirms und
des Kollimatorspiegels auf diese Weise auch in einem Absinken der Überdeckung
des oberen FOV aufgrund der Verdunkelung bzw. Verdeckung durch den
ausgedehnten Bereich des Schirms. Der Bereich des oberen FOV, welcher
verdeckt werden würde,
ist durch den Strahlenbereich 36 gezeigt.
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Einige gegenwärtige OABD-Systemausbildungen
haben versucht, diese Situation zu verbessern, indem entweder der
Augenpunkt des Beobachters oder die Anzeige näher zusammen oder weiter voneinander
weg bewegt werden. Andere Ausbildungen haben den Beobachter nach
unten relativ zu der Anzeige oder umgekehrt bewegt. Diese Ausbildungen
erlauben es, das nach unten gerichtete Sichtfeld des Rückprojektionsschirms
zu erhöhen.
Jedoch resultieren diese Designversuche auch darin, daß die Sichtfeldüberdeckung
in einer nach oben gerichteten Richtung neuerlich teilweise durch
den Rückprojektionsschirm
verdunkelt wird.
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Darüber hinaus besteht ein signifikantes
Problem bei der Bewegung des Augenpunkts 32 weiter nach
vorwärts
und/oder nach unten von seiner Normalposition. Diese Bewegungen
verschlechtern die Kollimation (Konvergenz oder Divergenz) und/oder die
Verzerrungscharakteristika des OABD-Systems. Dies kann wiederum
zu signifikanten Problemen mit Überanstrengungen
des Auges des Beobachters und/oder der Fähigkeit des Beobachters, das
System zu verwenden, führen.
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In Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung ist die untere Kante 40 des Rückprojektionsschirms 14 geformt
oder konturiert, um bestimmtes Material zu entfernen. Bereiche der
unteren Kante des Rückprojektionsschirms
werden so entfernt, daß das
obere, vertikale Sichtfeld des Beobachters und/oder des Crew- bzw.
Mannschaftsmitglieds in dem Simula for erhöht werden kann, ohne entweder den
Augenpunkt, den Rückprojektionsschirm
oder den Spiegel zu bewegen.
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Ein konturierter Rückprojektionsschirm 14 ist in 3 gezeigt. Der Rückprojektionsschirm
hat eine gekrümmte
oder abgerundete Form (wenn er von oben gesehen wird) mit einer
verlängerten,
gekrümmten
Oberkante 38 und einer entsprechend verlängerten,
gekrümmten
Unterkante 40. Die Unterkante 40 des Rückprojektionsschirms
ist mit Abschnitten 42a, 42b und 42c konturiert,
welche entfernt wurden, um das Sichtfeld des Beobachters in diesen
Bereichen zu erhöhen.
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In diesem Hinblick ist die untere
Kante des Rückprojektionsschirms
unterschiedlich konturiert in Abhängigkeit davon, ob der Beobachter
die Anzeige alleine sieht oder ob ein Beobachter und ein Mannschaftsmitglied
gemeinsam die Anzeige sehen. In dem Rückprojektionsschirm 14,
der in 3 gezeigt ist,
ist die Bodenkante als ein Ergebnis einer zusammengesetzten Analyse
konturiert, welche das Sehen der Anzeige auf dem Kollimatorspiegel
durch zwei Personen in Betracht zieht.
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Ein typisches Sichtfeld der Fenster
eines Flugzeugs ist in 2 gezeigt
und durch das Bezugszeichen 50 bezeichnet. Der Punkt auf
dem Graph, der mit "x" markiert ist und
mit Bezugszeichen 32 bezeichnet ist, ist die gerade nach
vorwärts
gerichtete Sichtlinie des Beobachters, wenn der Beobachter auf den
linken Sitz einer nebeneinander liegenden Sitzanordnung eines Flugzeugs
sitzt. Jedes der allgemein rechteckigen Polygone 52 stellt
die Fenster des Flugzeugs dar, wie sie durch den Piloten oder einem
Beobachter mit seinen auf einen Augenpunkt 32 ausgerichteten
Augen gesehen werden. Ein Copilot oder ein Mannschaftsmitglied,
das neben dem Piloten sitzt, würde
ein Sichtfeld sehen, welches ein Spiegelbild des Sichtfelds 50 ist,
wie es in 2 gezeigt
ist.
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Auch in 2 ist die Linie 54 die Begrenzungslinie
für das
dargestellte Flugzeug. Dies ist der praktische Grenzwert des Pilotensichtfelds
in der vertikal nach unten gerichteten Richtung, wenn nur die Fenster
in Betracht gezogen werden. In einem tatsächlichen Cockpit eines Flugzeugs
kann die Sicht des Piloten aus den Fenstern auch teilweise durch die
Sonnenblende und die Instrumentierung verdunkelt sein und es gibt
keinen Grund, ein FOV für
diesen Gegenstand zur Verfügung
zu stellen.
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Die FOV 50 wird durch konventionelle
Computersoftware erzeugt bzw. generiert, die in visuellen Systemdesigns
verwendet wird, obwohl sie auch unter Verwendung eines Transitsystems
generiert werden kann.
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Die FOV-Grenzen 60, wie
sie von dem Augenpunkt des Piloten/Beobachters gesehen werden, sind
in 4 gezeigt. Die FOV-Grenzen,
die durch einen Copiloten oder ein Mannschaftsmitglied gesehen werden,
würden
ein Spiegelbild des FOV 60, die in 4 gezeigt ist, sein. Das FOV 60 ist
das Bild, das der Pilot/Beobachter auf dem Kollimatorspiegel 16 sehen
kann, welches von dem Rückprojektionsschirm 14 projiziert
ist.
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Wie dies in 4 gezeigt ist, erlaubt die Konturierung
der unteren Kante 40 des Rückprojektionsschirms 14 dem
Sichtfeld 60, daß es
zusätzliche Sichtbereiche 62, 64 und 66 besitzt.
Diese Konturierung könnte
die Eliminierung von Flächen
bzw. Bereichen 42a, 42b und 42c, wie
dies in 3 gezeigt ist, sein.
Eine Sicht von Flächen 62, 64 und 66 würde nicht
ohne Konturieren möglich
sein und somit die Flächen 42a, 42b und 42c auf
dem Rückprojektionsschirm 14 eliminieren.
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Indem die untere Kante des Rückprojektionsschirms
auf das Sichtfeld, wie es durch die Flugzeugstruktur limitiert ist,
konturiert wird, stellt die Rückprojektionsschirm-Kantenkonturierung
in Übereinstimmung
mit dir vorliegenden Erfindung ein Mittel zur Verfügung, um
das nach oben gerichtete Sichtfeld zu erhöhen, ohne die Augenpunkt/Anzeige-Beziehung ändern zu
müssen.
Dies hält
die Kollimation und Verzerrungscharakteristika der Anzeige aufrecht.
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Die Begrenzungslinie 54,
die in 2 gezeigt ist,
wird als eine Führung
verwendet, um die Bodenkante des Rückprojektionsschirms 14 zu
konturieren. Da nichts außerhalb
des Flugzeugs für
den Piloten oder Copiloten unterhalb der Begrenzungslinie 54 sichtbar
ist, besteht kein Grund, Information unter dieser Höhe bzw.
diesem Niveau anzuzeigen.
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Es ist auch wichtig festzuhalten,
daß hier eine
zusätzliche
Verdunkelung oder Verdeckung von anderen Flugzeugteilen sowohl innerhalb
als auch außerhalb
des Cockpits (d. h. Rumpf, Sonnenblende usw.) bestehen kann. Dies
kann auch bei der Ausbildung oder Entwicklung des Sichtfelds von
dem Augenpunkt des Piloten und/oder Copiloten in Betracht gezogen
werden.
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Wie oben erwähnt, berücksichtigt für OABD-Systeme,
die duale zwei Augenpunkte unterstützen, die Konturierung sowohl
die Sichtfelder des Piloten/Beobachters als auch des Copiloten/Mannschaftsmitglieds.
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Die vorliegende Erfindung löst ökonomisch das
Problem eines Bereitstellens eines großen, vertikalen Sichtfelds,
während
zur selben Zeit die Vergenz und Verzerrungsleistung bzw. -eigenschaft
aufrecht erhalten wird.
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Obwohl die besten Arten einer Durchführung der
Erfindung im Detail beschrieben wurden, werden jene, die mit der
Technik, auf welche sich diese Erfindung bezieht, vertraut sind,
verschiedene alternative Designs und Ausbildungen für die Ausführung der
Erfindung, wie sie durch die folgenden Ansprüche definiert ist, erkennen.