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TECHNISCHES
GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese Erfindung bezieht sich auf
Projektorsysteme und genauer auf Zielprojektoren und andere Arten
von Vorrichtungen, die schwenk- bzw. drehbar projizierte Bilder
anwenden, welche präzise
mit visuellen Simulator-Anzeigesystemen und anderen betrachtbaren
Systemen in Übereinstimmung
zu bringen sind.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Simulatorsysteme werden weit verbreitet verwendet,
um Piloten und andere Flugzeugbesatzungsmitglieder, Luftverkehrkontrollore
und andere auf zahlreichen, unterschiedlichen Gebieten zu trainieren.
Visuelle Simulatoranzeigen wenden Projektoren zum Projizieren der
Szene, die simuliert wird, und andere Arten von Projektoren, wie
Zielprojektoren, Projektoren der Fläche bzw. des Bereichs von Interesse
und dgl., an, welche für
spezielle Zwecke schwenkbare Bilder generieren, welche präzise mit den
visuellen Anzeigeprojektorbildern des allgemeinen Zwecks abgestimmt
bzw. in Übereinstimmung gebracht
werden müssen.
Gegenwärtig
werden die meisten Systeme unter Verwendung von zeitaufwendigen,
händischen
Methoden händisch
ausgerichtet, die hoch trainierte Techniker erfordern. Die Zeit
und die Arbeit, die für
die händische
Ausrichtung erforderlich sind, ist teuer.
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Ein Trainingssimulator für den Steuer-
bzw. Kontrollturm des Luftverkehrs, der mehrere Zielprojektoren
verwendet, verwendet eine Technik, wobei ein Zielprojektor händisch ausgerichtet
wird und dann werden die Tabellen für die anderen Zielprojektoren
aktualisiert.
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Es würde ein Vorteil sein, eine
Technik zum Ausrichten von Zielprojektoren in einem Simulatorsystem
zur Verfügung
zu stellen, welches häufigere, genauere
und weniger arbeitsintensive Ausrichtungen ermöglichen würde. Das Dokument GB 2 091 193
A offenbart einen Projektor gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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In Übereinstimmung mit einem Aspekt
der Erfindung wird ein ausrichtbares Bildprojektorsystem zum Projizieren
von schwenkbaren, sichtbaren Bildern beschrieben. Das System beinhaltet
einen Anzeigeschirm, einen ersten Bildprojektor, der auf Bilddatensignale
zum Projizieren eines visuellen Bilds entlang eines Bildlichtpfads
anspricht, und eine schwenkbare, optische Vorrichtung, die in dem
Lichtpfad zwischen dem Bildprojektor und dem Anzeigeschirm zum Verschwenken
der Position des projizierten, visuellen Bilds auf dem Anzeigeschirm
in Antwort auf Verschwenkbefehle angeordnet ist. Das System umfaßt weiters
eine Vorrichtung zum Ausbilden bzw. Generieren eines Bezugsmusters
bzw. Referenzmusters von einem oder mehreren Lichtpunkten auf dem
Anzeigeschirm während
eines Wartungsmodus, wobei sich jeder Lichtpunkt an einer entsprechenden Referenz-
bzw. Bezugsposition befindet. Ein optisches Relais, das zwischen
dem Bildprojektor und der schwenkbaren, optischen Vorrichtung angeordnet
ist, ist während
einem Systemwartungsmodus betätigbar,
um das Bild von dem Anzeigeschirm zu einem eine Position abtastenden
Fotodetektor zu übertragen.
Die Fotodetektorvorrichtung tastet die Position eines Lichtpunkts
in bezug auf einen Fotodetektorreferenzpunkt ab und generiert bzw.
erzeugt ein Sensorsignal, das hinweisend für die abgetastete Positionen
ist. Eine Steuer- bzw. Regelvorrichtung spricht auf das Sensorsignal
während
dem Wartungsmodus an, um Schwenkbefehle zu generieren, um die schwenkbare,
optische Vorrichtung zu verschwenken, um die optische Vorrichtung
mit einem oder mehreren Lichtpunkten des Bezugsmusters auszurichten.
Die Steuer- bzw. Regelvorrichtung umfaßt eine Speichervorrichtung
zum Speichern von Schwenkbefehlsdaten, die Ausrichtungsbefehlsdaten
für ein
Steuern bzw. Regeln der schwenkbaren, optischen Vorrichtung während einem
Projektorbetätigungsmodus
repräsentieren.
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In Übereinstimmung mit einem weiteren
Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ausrichten eines Bildprojektors
auf einen Anzeigeschirm beschrieben, wobei der Bildprojektor eine
schwenkbare, optische Vorrichtung umfaßt, die in dem Lichtpfad bzw.
-weg zwischen dem Bildprojektor und dem Anzeigeschirm zum Schwenken
der Position des projizierten, sichtbaren Bilds auf dem Anzeigeschirm
in Antwort auf Schwenkbefehle angeordnet ist. Das Verfahren umfaßt die folgenden
Schritte:
Generieren bzw. Erzeugen eines Bezugsmusters von einem
oder mehreren Lichtpunkt (en) auf dem Anzeigeschirm, wobei sich
jeder Lichtpunkt an einer entsprechenden Referenzpositionen befindet;
Anordnen
eines optischen Relais in dem Lichtpfad zwischen dem Bildprojektor
und der schwenkbaren, optischen Vorrichtung, um ein Bild eines Referenzlichtpunkts
auf dem Anzeigeschirm auf einen eine Position erfassenden Fotodetektor
zu übertragen;
Generieren
eines Fotodetektorsensorsignals, das Indikativ für die Position von einem der
Referenzlichtpunkte in bezug auf einen Detektorreferenzpunkt ist;
Ausgeben
von Schwenkbefehlen zum Schwenken der optischen Vorrichtung, um
das übertragene
Bild des Referenzlichtpunkts mit jedem der Detektorreferenzpunkte
in Übereinstimmung
zu bringen;
Speichern von Schwenkbefehlsdaten, die die Ausrichtung
des übertragenen
Bilds mit den Detektorreferenzpunkten repräsentieren, für eine nachfolgende Verwendung
in einem normalen Systembetätigungsmodus.
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Das Verfahren in einer bevorzugten
Form umfaßt
weiters ein händisches
Aktualisierungs- bzw. Setup-Verfahren, umfassend die Schritte: Generieren
eines Ausrichtmusters durch den Bildgenerator auf dem Anzeigeschirm;
Verwenden des proji- zierten Ausrichtmusters, um die schwenkbare,
optische Vorrichtung zu schwenken, um grob den Bildprojektor mit
jedem der Referenzlichtpunkte auszurichten; und für jede neue
grobe Ausrichtung des Bildprojektors mit einem Referenzlichtpunkt,
Speichern von Schwenkbefehlsdaten, die die Position der schwenkbaren,
optischen Vorrichtung an jeder groben Ausrichtposition darstellen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Diese und andere Merkmale und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden, detaillierten
Beschreibung einer exemplarischen Ausbildung derselben deutlicher
werden, wie sie in den beiliegenden Zeichnungen illustriert ist,
in welchen:
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1 ein
Blockdiagramm ist, das ein visuelles Simulator-Anzeigesystem, das die Erfindung anwendet,
illustriert.
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2 ein
schematisches Seitendiagramm eines Zielprojektorsystems ist, das
in dem visuellen Simulatoranzeigesystem von 1 vorwendet ist und die Erfindung anwendet.
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3 den
Zielprojektor von 2 mit
dem Zwei-Positions-Strahlteiler
zeigt, der in dem Ausrichtverfahren nach oben aus dem Zielprojektor-Lichtpfad verschwenkt
wird.
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4 das
Fadenkreuz und den Nominalkreis illustriert, die durch den Zielprojektor
von 1 auf den Anzeigeschirm
während
dem Wartungsmodus angezeigt bzw. projiziert sind.
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5 ein
exemplarisches 5°-Testmuster zeigt,
um ein visuelles Bild mit einem Anzeigeschirm auszurichten.
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6 ein
Prozeß-Flußdiagramm
ist, das ein erstes Zeitaktualisierungsverfahren illustriert, das
in der Ausrichtung des Zielprojektors angewandt wird.
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7 ein
Verfahrenflußdiagramm
ist, das ein automatisiertes Ausrichtungsverfahren in Übereinstimmung
mit der Erfin- dung illustriert.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSBILDUNG
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Die bevorzugte Ausbildung dieser
Erfindung dient zur Verwendung in einem visuellen Simulator-Anzeigesystem 30,
das in Blockdiagrammform in 1 dargestellt
ist. Das System 30 umfaßt Elemente, die um eine Simulatorkabine 32 angeordnet
sind, umfassend einen Anzeigeschirm 40, drei Ausdem-Fenster-Projektoren
(out-of-the-window projector OTWP) 34A–34C und einen Zielprojektor
(TP) 50. Ein Host- bzw. Wirtscomputer 64 steuert
bzw. regelt die Arbeitsweise der Anzeigeprojektoren und des Bildgenerators 54.
Der Bildgenerator umfaßt
einen Zielprojektorkanal und 0TW-Projektorkanäle und generiert bzw. erzeugt
Bilddaten, die die Bilder definieren, die durch den TP 50 und
die OTWPs 34A – 34C anzuzeigen
sind.
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Das System 50 des Zielprojektors
(TP), umfassend das visuelle Simulator-Anzeigesystem 30,
ist in größerem Detail
in 2 illustriert. Das
System 50 umfaßt
den Projektor 52, welcher das Zielbild, das durch die Zielbilddaten
von dem Bildgenerator 54 zugeführt ist, projiziert. Ein Linsensystem 56 führt die Zoom-
und Fokussierfunktionen durch, die für das Zielbild notwendig sind,
um in der geeigneten Größe zu erscheinen.
Ein stationärer
Faltspiegel 58 faltet das Zielbild um 90 Grad
nach unten. Ein schwenkbarer Faltspiegel 60 wird durch
Servomotoren 62 angetrieben, um das Zielbild in Azimuth
(AZ) und in der Höhe
(EL) zu bewegen. Die Servomotoren 62 werden durch Positionssignale
von einem visuellen oder Wirtscomputer 64 während der
normalen Arbeitsweise angetrieben. Während der Wartungsoperation werden
die Servomotoren 62 durch einen Betätiger unter Verwen- dung eines
Joysticks oder einer Tastatur 66 angetrieben.
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Bis zu dem bisher beschriebenen Ausmaß ist das
Zielprojektorsystem 50 von konventionellem Design. In Übereinstimmung
mit der Erfindung beinhaltet das System 50 weiters einen
eine Position abtastenden Fotodetektor (PSD) 70, welcher
die Position eines Lichtpunkts abtastet. In einer bevorzugten Ausbildung
umfaßt
der PSD 70 eine ladungsgekoppelte Feldvorrichtung (CCD),
welche aufeinanderfolgende zweidimensionale Bilder der Szene innerhalb
ihres Sichtbereichs aufnimmt. Ein Bildabtaster 70A spricht auf
die Bilddaten an, d. h. das PSD-Signal, um aufeinanderfolgende Rahmen
der Bilder, die durch den PSD aufgenommen sind, zur Verfügung zu
stellen. Ein Zwei-Positions-Strahlteiler 72 (der in der
Ausrichtmodusposition in 1 gezeigt
ist) richtet das Bild von dem Anzeigeschirm 40 auf den
PSD 70. Wenn das System nicht in dem Ausricht- oder Wartungsmodus
ist, wird der Strahlteiler bzw. -splitter 72 nach oben
verschwenkt bzw. gedreht, um den Schwenkpunkt bzw. die Schwenkachse 74 durch
ein Solenoid bzw. Magnetventil 76, das unter der Steuerung
bzw. Regelung des Wirtscomputers 64 betätigt ist, aus dem Zielprojektorlichtpfad
zu der in 3 illustrierten
Position verschwenkt bzw. gedreht.
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Während
der Verwendung des Zielprojektors in einem Wartungsmodus projiziert
der Zielprojektor 52 ein Fadenkreuz 80 und einen
Nominalkreis 82, wie dies in 4 gezeigt
ist, auf den Anzeigeschirm 40. Der Zwei-Positions-Strahlteiler 74 wird
in die untere Position, wie dies in 2 gezeigt
ist, abgesenkt. Wenn es dort einen Lichtpunkt in dem Gesichtsfeld
(field-of-view FOV) des PSD 70 gibt, richtet bzw. überträgt der Strahlteiler 74 das
Bild des Lichtpunkts auf den PSD 70. Das PSD-Signal wird
durch den Bild- abtaster verarbeitet und der resultierende Bildrahmen
wird z. B. durch den Wirtscomputer 64 verarbeitet, um den
Ort des Lichtpunkts. in bezug auf das Zentrum der PSD-Vorrichtung
zu bestimmen. Ein Datenwert oder ein Signal wird aus dem Ergebnis
der Bildverarbeitung entwickelt, welches proportional zu dem Abstand
zwischen dem Zentrum des PSD und dem Bildpunkt ist, der auf dem
PSD durch den Strahlteiler 74 angezeigt ist. Dieser Abstandswert oder
das Signal wird verwendet, um ein Fehlersignal zu generieren, welches
den servoangetriebenen, schwenkbaren Faltspiegel 60 in
AZ und EL so lange neu positioniert, bis der Lichtpunkt auf der
PSD 70 zentriert ist und so auch relativ zu der Zielprojektorzentralachse 86 zentriert
ist. Indem aufeinanderfolgende Rahmen des Bilds, das dem PSD in
unterschiedlichen Positionen des schwenkbaren Spiegels präsentiert
ist, verarbeitet werden, die resultierende Position des Lichtpunkts
in bezug auf das PSD-Zentrum bestimmt wird, und der schwenkbare Spiegel neu
positioniert wird, kann der Spiegel zu der ausgerichteten Position
bewegt werden, worin der Referenzlichtpunkt auf dem PSD zentriert
ist. Da das PSD-Zentrum zuvor mit dem Zentrum des Ziellichtpfads
ausgerichtet werden mußte,
wird die Ausrichtung für
diese spezielle Referenzlichtpunktposition durchgeführt.
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5 zeigt
ein typisches 5 Grad Testmuster, welches in Übereinstimmung mit der Erfindung
verwendet wird, um ein visuelles Bild mit einem Anzeigeschirm auszurichten.
Von dem Zentrum des oben gezeigten exemplarischen Musters überdecken
die Punkte von +15 Grad bis –15
Grad in AZ und von +10 Grad bis –10 Grad in EL. Die Punkte
sind alle 5 Grad entweder durch eine OTWP 34A–34C oder
durch faseroptische Punkte, die in dem Schirm eingebettet sind,
oder durch ein anderes Verfahren angezeigt. Das Fadenkreuz 80 und
der No- minalkreis 82, die in dem oberen, linken Eck von 5 gezeigt sind, werden durch
den Zielprojektor 52 projiziert und überlagern den Ecktestmusterpunkt 92,
der durch den OTWP bei –15
Grad links, +10 Grad oben, projiziert ist.
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Während
einem erstmaligen Aktualisierungsverfahren, das in 5 gezeigt ist, und während der normalen Arbeitsweise,
wird der Zwei-Positions-Strahlteiler 72 zu der TP-Arbeitsposition
angehoben (die in 3 dargestellt
ist). Indem nun auf 5 Bezug
genommen wird, wird das erstmalige Aktualisierungsverfahren mit
dem Schritt (202) eines Anhebens des Strahlteilers 72 zu
der TP-Arbeitsposition begonnen. Der Wartungsbetätiger treibt händisch die
AZ und EL des schwenkbaren Faltspiegels 60 mit
dem Joystick oder der Tastatur 66 so an, daß der obere,
linke Referenzpunkt 92, der durch den OTWP angezeigt ist,
irgendwo innerhalb des Nominalkreises fällt, der durch den TP 52 (Schritt 204)
ange zeigt ist. (Diese Nominalpunkte werden exakter während dem
automatisierten Ausrichtungsverfahren, das in 7 dargestellt ist, ausgerichtet). Diese Position
des Spiegels 60 wird dann durch den Computer 64 als
der –15
Grad AZ und +10 Grad EL Punkt auf dem Anzeigeschirm identifiziert.
Der Computer speichert die Servomotorbefehle entsprechend dieser
Bildposition in einer Tabelle im Speicher 64A (2) zur späteren Verwendung
während
dem automatisierten Teil des Einstell- bzw. Aktualisierungsverfahrens
(Schritt 206). Der Zweck dieser groben Ausrichtung ist
es, eine Position des schwenkbaren Spiegels zu finden, welche den
speziellen Referenzpunkt mit dem Sichtfeld des PSD 70 positionieren wird.
Die verbleibenden Referenzpunkte, die durch den OTWP angezeigt sind,
werden dann händisch auf
dieselbe Weise (Schritte 208, 202–206) verarbeitet. Wenn
der TP-Nominalkreis 82 jedem OTWP-Referenzpunkt überlagert
ist, gibt der Betätiger
die "nominalen" AZ und EL für
jeden Punkt ein, bis alle Orte bzw. Stellen für alle die Nominalpunkte in
die Computertabelle eingeben sind, wie dies in Speicher 64A gezeigt
ist (2). Nachdem alle
"Nominal"-Punkte einge- geben wurden, wird der Befehl für das System 50 eingegeben,
mit dem automatisierten Teil des Ausrichtungsverfahren, wie dies
in 7 dargestellt ist,
zu beginnen.
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Während
dem automatisierten Ausrichtungsverfahren von 7 wird der Zwei-Positions-Strahlteiler 72 (Schritt 220)
zu der TP-Ausrichtungsposition, die in 2 gezeigt ist, abgesenkt und die folgenden
Schritte werden durchgeführt.
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- 1. In Schritt 222 wird der Betätiger angewiesen, die AZ und
EL des schwenkbaren Faltspiegels 60 so anzutreiben, daß der obere,
linke Referenzpunkt 92, der durch den OTWP angezeigt ist,
irgendwo in den Nominalkreis 82, der durch den TP an gezeigt
ist, fällt. Typischerweise
erhält
der Betätiger
diese Instruktion durch Textbefehle auf einem Computermonitor, umfassend
den Wirtscomputer. Der Betätiger
treibt den Faltspiegel unter Verwendung der Tastatur oder des Joystick 66 an
und signalisiert dann dem Computer 64, daß dieser
Befehl durch die Verwendung der Tatstatur, beispielsweise durch
Drücken
der "Enter"-Taste ausgeführt
wurde. Als eine Alternative zu dem durch den Betätiger händisch betriebenen, schwenkbaren
Spiegel kann der Wirtscomputer den nominellenrt, der durch die anfänglichen
Aktualisierungsprozesse bestimmt wurde, benutzen, unter der Voraussetzung,
daß der
OTWP nicht in seiner Ausrichtung seit der letzten Ausrichtung ausreichend
verschoben bzw. gedriftet ist, damit sich die bevorzugte Punktanordnung
aus dem Gesichtsfeld des PSD bewegt hat. In diesem Fall ist sogar
die anfäng
liche Punktausrichtung des schwenkbaren Spiegels automatisiert und
unter Steuerung bzw. Kontrolle des Wirtscomputers.
- 2. Da der TP-Nominalkreis 82 nicht exakt über dem OTWP-Lichtpunkt 92 zentriert
ist, generieren der PSD 70, der Rahmenabtaster 70A und
der Wirtscomputer 64 einen Fehlersignalwert proportional
zu der Offset- bzw. Verschiebedistanz (Schritt 224).
- 3. Indem dieses Fehlersignal verwendet wird, treibt der Computer 64,
welcher mit Software zum Implementieren des automatisierten Teils
des Ausrichtverfahrens programmiert wurde, den Servomotor 66 des schwenkbaren
Faltspiegels an, um den Spiegel 60 derart zu positionieren,
daß das
TP-Ziel-fadenkreuz 80 präzise über dem
OTWP-Lichtpunkt angeordnet ist (Schritt 226). Die durch
den Computer 64 durchgeführte Bildverarbeitung, um den
Zielprojektor mit dem Referenzlichtpunkt auszurichten, erfordert
nicht, daß das
Faden kreuz 80 projiziert wird, unter der Voraussetzung,
daß das
Zentrum oder ein anderer Referenzpunkt auf dem PSD relativ zu dem
Ziel-Lichtpfad ausgerichtet wurde. Jedoch kann, wenn eine derartige
Ausrichtung des PSD mit dem Ziellichtpfad nicht stattgefunden hat,
dann die Bildverarbeitung die Position des Zentrums des Zielfadenkreuzes
relativ zu dem Referenzlichtpunkt berechnen und diese Position verwenden,
um die Servomotoren 62 zum Bewegen des Spiegels 60 zu
steuern bzw. zu regeln, bis eine Ausrichtung erreicht wurde. Die
AZ und EL Servoposition für
diesen neuen, präzisen
Ort wird dann in einer neuen Tabelle in dem Speicher 64A des Computers 64 gespeichert
(Schritt 228).
- 4. Der Computer 66 treibt dann sukzessive den schwenkbaren
Faltspiegel 60 zu jedem anderen "Nominal"-Punkt, die in
der Tabelle, die während
dem ersten Zeitaktualisierungsverfah- ren ausgebildet wurde, gespeichert
sind (Schritte 230 und 232). Für jeden Nominalpunkt erhält der PSD
ein Bild des Anzeigeschirms innerhalb seines Gesichtsfelds und generiert
einen Fehlersignalwert proportional der Verschiebedistanz zwischen
dem Zentrum des Fadenkreuzes und dem Lichtpunkt oder der Abstand
zwischen dem Zentrum des PSD-Felds und dem Lichtpunktbild wird berechnet.
Der Computer 64 verwendet dieses Fehlersignal, um den schwenkbaren Faltspiegel 60 anzutreiben
und präzise
das TP-Zielfadenkreuz über
dem OTWP-Lichtpunkt
auszurichten (Schritt 226). Die AZ und EL Servopositionen
für diese
neuen, präzisen
Orte werden auch in der neuen Tabelle gespeichert (Schritt 228).
- 5. Nachdem exakte Servopositionen entsprechend allen OTWP-Referenzlichtpunkten
in den Speicher eingegeben wurden, erzeugt der Computer 64 eine zusätzliche
Tabelle basierend auf der Geometrie des Anzeigesystems und der Verschiebepo sition
des TP zur Interpolation von Werten zwischen den OTWP-Referenzpunkten
(Schritt 234). Diese Tabelle wird während des normalen Betätigungsmodus
verwendet, um genau Zielbilder, die durch den Zielprojektor projiziert
sind, zu positionieren.
- 6. Das automatisierte Ausrichtverfahren der Schritte 1–5 oben
wird in Zeitintervallen wiederholt, z. B. ein oder zwei mal pro
Woche, um jede normale Drift der OTWPs des Anzeigesystems zu erlauben.
Das automatisierte Ausrichtverfahren wird auch jedesmal wiederholt,
nachdem die OTWPs ausgerichtet wurden, um eine Ausrichtung des TP
50 mit den OTWPs auf recht zu erhalten.
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Es ist zu verstehen, daß die oben
beschriebenen Ausbildungen lediglich illustrativ für die möglichen,
spezi- fischen Ausbildungen sind, welche Prinzipien der vorliegenden
Erfindung darstellen können. Andere
Anordnungen können
leicht in Übereinstimmung
mit diesen Prinzipien durch Fachleute abgeleitet werden, ohne den
Rahmen der Erfindung, wie sie in den anhängigen Ansprüchen definiert
ist, zu verlassen.