FR2680266A1 - System for reproducing the visual environment of a pilot in a simulator - Google Patents
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Abstract
Description
SYSTEME DE RESTITUTION DE L'ENVIRONNEMENT
VISUEL D'UN PILOTE EN SIMULATEUR
La présente invention se rapporte à un système de restitution de l'environnement visuel d'un pilote en simulateur.ENVIRONMENTAL RESTITUTION SYSTEM
VISUAL OF A PILOT IN A SIMULATOR
The present invention relates to a system for rendering the visual environment of a pilot in a simulator.
L'environnement visuel d'un pilote comprend les principales images suivantes
- images animées de la scène extérieure, normalement observées en vol par le pilote à travers la verrière de son cockpit, comprenant le sol, le ciel, des objets mobiles tels que des avions, des cibles aériennes ou terrestres, des missiles, des effets dus à des tirs ;
- images animées des différents instruments situés à l'intérieur de la cabine.The visual environment of a driver includes the following main images
- animated images of the outdoor scene, normally observed in flight by the pilot through the canopy of his cockpit, including ground, sky, moving objects such as airplanes, air or land targets, missiles, effects due shots;
- animated images of the various instruments located inside the cabin.
Un tel environnement visuel est essentiellement restitué dans les simulateurs par projection sur une sphère. Such a visual environment is essentially reproduced in the simulators by projection on a sphere.
Le simulateur en sphère comprend usuellement une sphère de 6 à 12m de diamètre dont la surface intérieure constitue un écran réflecteur concave à grand angle. Une reproduction du cockpit d'un avion, d'un hélicoptère, ou même d'un véhicule terrestre, dans lequel est placé le pilote, est située vers le centre de la sphère. The sphere simulator usually comprises a sphere 6 to 12m in diameter, the inner surface of which constitutes a concave reflector screen at a wide angle. A reproduction of the cockpit of an airplane, a helicopter, or even a land vehicle, in which the pilot is placed, is located towards the center of the sphere.
La vue du sol ainsi que celle du ciel sont simulées par des images projetées sur la sphère. Ces images sont produites par des systèmes de projection constitués de projecteurs vidéo commandés par un calculateur d'images synthétiques générant le ciel et le sol, et de systèmes optiques comprenant généralement des transports d'images et terminés par des objectifs de projection. The sight of the ground as well as that of the sky are simulated by images projected on the sphere. These images are produced by projection systems consisting of video projectors controlled by a calculator of synthetic images generating the sky and the ground, and optical systems generally comprising image transports and terminated by projection objectives.
Ces systèmes de projection sont situés soit à l'intérieur, soit à l'extérieur de la sphère. These projection systems are located either inside or outside the sphere.
Dans ce cas les images observées par le pilote depuis le cockpit sont produites par des projecteurs vidéo connectés au générateur d'images de synthèse. Les projecteurs projettent l'image sur la sphère soit directement au moyen de leur objectif de projection, soit par un système optique complémentaire. In this case, the images observed by the pilot from the cockpit are produced by video projectors connected to the synthesis image generator. The projectors project the image onto the sphere either directly by means of their projection lens, or by a complementary optical system.
La projection depuis l'intérieur de la sphère présente l'inconvénient de limiter le nombre de projecteurs pour des raisons d'encombrement et d'occultation. Ceci rend complexe l'installation de systèmes dit "multifenêtres" dans lesquels l'image couvrant la totalité du champ visuel du pilote est issue de plusieurs projecteursychacun couvrant une partie de ce champ (fenêtre). L'accroissement du nombre de projecteurs se traduit par un accroissement de la luminosité et de la résolution, c'est-à-dire du nombre de points (pixels) visibles par l'observateur. Projection from inside the sphere has the disadvantage of limiting the number of projectors for reasons of space and occultation. This makes complex the installation of so-called "multi-window" systems in which the image covering the entire field of view of the driver is from several projectorsychacun covering part of this field (window). The increase in the number of projectors results in an increase in brightness and resolution, that is to say the number of points (pixels) visible by the observer.
La projection depuis l'extérieur de la sphère facilite l'implantation, la place disponible étant quasiment illimitée. The projection from outside the sphere facilitates the implantation, the available space being almost unlimited.
Elle permet l'implantation d'un grand nombre de projecteurs. Le principal problème posé par ce type de solution est qu'il est presque impossible de ne pas avoir de projecteurs dans le champ d'observation.It allows the implementation of a large number of projectors. The main problem with this type of solution is that it is almost impossible not to have projectors in the field of view.
La méthode usuelle pour pallier cet inconvénient très gênant (l'observation directe du projecteur est éblouissante voire dangereuse) consiste à installer le projecteur hors de la zone d'observation. The usual method to overcome this inconvenience very troublesome (direct observation of the projector is dazzling or dangerous) is to install the projector outside the observation area.
Une telle solution ne peut être utilisée que si l'objectif du projecteur présente une pupille (plus petite surface, le long de l'axe optique, par laquelle passent les rayons issus de la source de projection) très petite, condition pour que le trou pratiqué dans la sphère soit le plus petit possible. Such a solution can only be used if the objective of the projector has a pupil (smaller area, along the optical axis, through which the rays coming from the source of projection) very small, condition for the hole practiced in the sphere be as small as possible.
Cette solution connue présente cependant l'inconvénient de la présence d'un trou dans la sphère, trou qui se traduit par une discontinuité de l'image lorsque le pilote regarde dans sa direction (le projecteur utilisant ce trou étant alors, bien entendu, inactif, du fait qu'un projecteur sensiblement opposé éclaire la zone de ce trou). En outre, cette solution nécessite des projecteurs à très petite pupille, peu courants. This known solution, however, has the disadvantage of the presence of a hole in the sphere, hole which results in a discontinuity of the image when the pilot looks in his direction (the projector using this hole being then, of course, inactive , because a substantially opposite projector illuminates the area of this hole). In addition, this solution requires projectors very small pupil, uncommon.
La présente invention a pour objet un système de restitution de l'environnement visuel d'un pilote en simulateur, du type à sphère et projecteurs extérieurs, système qui présente à l'utilisateur une image sans discontinuités, tout en permettant l'utilisation d'un grand nombre de projecteurs, le cas échéant, ces projecteurs pouvant même être du type à grande pupille. The present invention relates to a system for rendering the visual environment of a simulator pilot, of the sphere type and external projectors, system that presents the user with a picture without discontinuities, while allowing the use of a large number of projectors, if any, these projectors can even be of the type with large pupil.
Le système conforme à l'invention comporte, pour chaque trou de passage du faisceau d'un projecteur, un dispositif obturateur à états transparent et réfléchissant commutables, ce dispositif obturateur étant relié à un dispositif de commande, lui-même relié à un dispositif de détection de position de la tête de l'utilisateur, le dispositif obturateur étant commuté de l'état normalement transparent à l'état réfléchissant lorsque l'utilisateur tourne son regard vers lui. The system according to the invention comprises, for each passage hole of the beam of a headlamp, a switchable transparent and reflective shutter device, this shutter device being connected to a control device, itself connected to a control device. position detection of the user's head, the shutter device being switched from the normally transparent state to the reflective state when the user turns his gaze towards him.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation, pris à titre d'exemple non limitatif et illustrée par le dessin annexé, sur lequel;
- les figures 1 et 2, sont respectivement une vue de côte et une vue de dessus en coupe, simplifiées et partielles d'une sphère de projection d'un visuel de simulateur, munie d'un système conforme à l'invention;
- et les figures 3 à 6, sont des vues partielles de variantes mécaniques du dispositif d'occultation de projecteur du système de la figure 1.The present invention will be better understood on reading the detailed description of an embodiment, taken by way of nonlimiting example and illustrated by the appended drawing, in which;
- Figures 1 and 2 are respectively a side view and a sectional view, simplified and partial of a projection sphere of a simulator visual, provided with a system according to the invention;
and FIGS. 3 to 6 are partial views of mechanical variants of the projector concealment device of the system of FIG. 1.
L'invention est décrite ci-dessous en référence à un simulateur, tel qu'un simulateur d'avion, mais il est bien entendu qu'elle n'est pas limitée à une telle application, et qu'elle peut être mise en oeuvre pour d'autres applications nécessitant un visuel à très grand champ optique. The invention is described below with reference to a simulator, such as an airplane simulator, but it is understood that it is not limited to such an application, and that it can be implemented for other applications requiring a very large optical field visual.
Le simulateur, comportant le système de l'invention, schématiquement représenté en figures l et 2, comporte essentiellement une reproduction 1 de cabine de pilotage disposée sensiblement au centre d'une sphère de projection 2, et plusieurs projecteurs 3A, 3B,... disposés à l'extérieur de la sphère 2. La sphère 2 a par exemple un rayon compris entre 3 et 6 mètres environ, et sa surface interne est traitée de façon à former une surface de projection. La sphère 2 n'est pas nécessairement une sphère complète. Comme représenté en figure
I, elle peut être amputée de sa calotte " australe" (inférieure) qui n'est pas utilisée comme surface de projection dans le cas présent.The simulator, comprising the system of the invention, diagrammatically shown in FIGS. 1 and 2, essentially comprises a control cab reproduction 1 disposed substantially in the center of a projection sphere 2, and several projectors 3A, 3B, ... 2. The sphere 2 has for example a radius of between 3 and 6 meters, and its inner surface is treated to form a projection surface. Sphere 2 is not necessarily a complete sphere. As shown in figure
I, it can be amputated of its cap "southern" (lower) which is not used as surface of projection in the present case.
La cabine 1 peut être mobile selon six degrés de liberté. Elle est alors mue par un dispositif à six vérins, bien connu en soi et non représenté. The cabin 1 can be mobile in six degrees of freedom. It is then moved by a device with six cylinders, well known in itself and not shown.
Les projecteurs 3A, 3B,..., sont, dans le cas présent, disposés à peu près aux 2/3 de la hauteur de la sphère 2. Ces projecteurs sont par exemple, comme représenté sur le dessin, au nombre de six, régulièrement disposés autour de la sphère. Ils sont reliés à un générateur d'images de type approprié, non représenté. The projectors 3A, 3B,..., Are, in the present case, arranged approximately at 2/3 of the height of the sphere 2. These projectors are for example, as represented in the drawing, of which there are six, regularly arranged around the sphere. They are connected to an image generator of the appropriate type, not shown.
Les objectifs des projecteurs 3A, 3B,..., sont dirigés sensiblement vers le centre de la sphère 2. I1 est toutefois bien entendu que cette disposition des projecteurs n'est pas la seule possible, et que leur nombre peut être différent. On peut par exemple prévoir un ou plusieurs projecteurs disposé(s) plus bas que les projecteurs 3A, 3B,... et dirigés vers le haut de la sphère, et/ou d'autres projecteurs situés plus haut et illuminant le bas de la sphère. The objectives of the projectors 3A, 3B, ..., are directed substantially towards the center of the sphere 2. It is however understood that this arrangement of the projectors is not the only possible, and that their number may be different. One can for example provide one or more projectors arranged (s) lower than the projectors 3A, 3B, ... and directed towards the top of the sphere, and / or other projectors located higher and illuminating the bottom of the sphere.
En vis à vis de ltobjectif de chaque projecteur, on pratique une ouverture dans la sphère, et on masque chacune de ces ouvertures par un obturateur, respectivement référencé 4A, 4B,... Ces obturateurs sont fixés sur la face-interne de la sphère 2 et formés par un film en matériau à deux états optiques commutables réfléchissant/transparent. Ces caches forment écran lorsqu'ils sont opaques et assurent ainsi la continuité de la surface de projection, et laissent passer le faisceau lumineux du projecteur correspondant lorsqu'ils sont transparents. With respect to the objective of each projector, an opening is made in the sphere, and each of these openings is masked by a shutter, respectively referenced 4A, 4B, ... These shutters are fixed on the inner face of the sphere 2 and formed by a film of material with two switchable reflective / transparent optical states. These covers form screen when they are opaque and thus ensure the continuity of the projection surface, and let the light beam of the corresponding projector when they are transparent.
Selon un mode de réalisation avantageux, les caches 4A, 4B, 4C... sont constitués par un film de PDLC. According to an advantageous embodiment, the covers 4A, 4B, 4C ... are constituted by a PDLC film.
Le film PDLC commence à être utilisé dans divers domaines, et on se contentera d'en résumer ici les principales caractéristiques ce film est constitué de micro-gouttes de cristal liquide dispersées dans un polymère en film. Les deux faces de ce film sont recouvertes d'une mince couche d'un alliage électriquement conducteur et transparent ( "ITO't = oxyde d'étain et d'indium). Ces deux couches d'alliage forment les électrodes de commande du film PDLC. En l'absence de champ électrique, les micro-gouttes de cristal liquide sont orientées de façon aléatoire, et la lumière frappant le film est réfléchie dans toutes les directions. Le film a alors des propriétés de diffusion de la lumière (translucide).En présence d'un champ électrique, les micro-gouttes de cristal liquide s'orientent dans la direction du champ électrique, et la lumière peut traverser le film PDLC sans aucune réflexion. Ce film est alors transparent. La commutation diffusant === > transparent s'effectue en environ 2 à 3 ms, et la commutation en sens inverse en environ 5 ms. Le rendement en transmission du film
PDLC est supérieur à 85 %.The PDLC film begins to be used in various fields, and it will suffice here to summarize the main characteristics of this film consists of microdroplets of liquid crystal dispersed in a film polymer. The two sides of this film are covered with a thin layer of an electrically conductive and transparent alloy ("ITO't = tin oxide and indium) .These two alloy layers form the control electrodes of the film PDLC In the absence of an electric field, the liquid crystal microdroplets are randomly oriented, and the light striking the film is reflected in all directions.The film then has light scattering properties (translucent) In the presence of an electric field, the microdroplets of liquid crystal are oriented in the direction of the electric field, and the light can pass through the film PDLC without any reflection.This film is then transparent. > transparent is carried out in about 2 to 3 ms, and switching in the opposite direction in about 5 ms The transmission efficiency of the film
PDLC is greater than 85%.
L'observateur, occupant la cabine 1, porte, par exemple sur un casque, un dispositif 5 de détection de position de sa tête. Ce dispositif de détection, qui peut être de tout type connu (magnétique, optique,...) est relié à un dispositif (non représenté) de commande de l'état des différents caches 4A, 4B, 4C,... en fonction de la position de la tête de l'observateur. The observer, occupying the cabin 1, carries, for example on a helmet, a device 5 for detecting the position of his head. This detection device, which can be of any known type (magnetic, optical, ...) is connected to a device (not shown) for controlling the state of the different covers 4A, 4B, 4C, ... depending the position of the observer's head.
Dans le cas de caches à film de PDLC, seul le (ou les) cache(s) situé(s) dans la direction du regard de l'observateur est(sont) commuté(s) à l'état opaque (ou translucide), c'est à dire ne reçoivent pas de tension dudit dispositif de commande, tous les autres caches sont rendus transparents par application d'une tension de commande à leurs électrodes respectives. In the case of PDLC film caches, only the cache (s) located in the observer's gaze direction are (are) switched to the opaque (or translucent) state , ie do not receive voltage from said control device, all other caches are made transparent by applying a control voltage to their respective electrodes.
Si, par exemple, l'observateur regarde dans la direction du projecteur 3D, ce projecteur est éteint et le cache correspondant 4D est rendu opaque1 alors que les autres projecteurs illuminent la face intérieure de la sphère, leurs caches étant transparents. Si, ensuite, l'observateur tourne son regard vers la zone où se trouve le projecteur 3B, en passant par la zone du projecteur 3C, ledit dispositif de commande provoque l'extinction du projecteur 3C, et rend opaque 4C, puis du projecteur 3B et rend opaque 4B, et rallume le projecteur 3D en rendant transparent 4D, puis le projecteur 3C (si l'observateur ne regarde pas du tout dans sa direction) en rendant transparent 4C.Ainsi, quelle que soit la position de la tête de l'observateur et quel que soit le trajet de son regard, il n'est jamais ébloui par un projecteur et voit toujours une image dans son champ d'observation, sans que la surface de projection présente des discontinuités dans la zone des ouvertures pour les projecteurs. If, for example, the observer looks in the direction of the 3D projector, this projector is off and the corresponding cache 4D is rendered opaque1 while the other projectors illuminate the inner face of the sphere, their caches being transparent. If, then, the observer turns his gaze towards the area where the projector 3B is located, through the area of the projector 3C, said control device causes the extinction of the projector 3C, and makes opaque 4C, then the projector 3B and makes opaque 4B, and turns on the 3D projector by making transparent 4D, then the projector 3C (if the observer does not look at all in its direction) by making transparent 4C.Sinsi, whatever the position of the head of the observer and whatever the path of his eye, he is never dazzled by a projector and always sees an image in his field of view, without the projection surface has discontinuities in the area of openings for projectors .
On a schématiquement représenté en figures 3 et 4, une variante dont le cache est mécanique. Ce cache, référencé 6n (n=A, B > C...) est un volet commandé par un mécanisme 7n qui peut être électromagnétique, pneumatique, etc... Sur les figures, le cache 6n est basculant, mais il peut également être glissant. There is schematically shown in Figures 3 and 4, a variant whose cache is mechanical. This cover, referenced 6n (n = A, B> C ...) is a shutter controlled by a mechanism 7n which can be electromagnetic, pneumatic, etc. In the figures, the cover 6n is tilting, but it can also to be slippery.
En figure 3, le cache 6n est représenté en position ouverte, et les rayons du projecteur correspondant 3n peuvent entrer dans la sphère 2. In FIG. 3, the cover 6n is shown in the open position, and the corresponding projector spokes 3n can enter the sphere 2.
En figure 4, ce cache est en position fermée, et le projecteur 3n est éteint. In Figure 4, this cover is in the closed position, and the projector 3n is off.
On a schématiquement représenté en figures 5 et 6 une autre variante à cache 8n formé de plusieurs lames commandées par un dispositif 9n (électromécanique, hydraulique,...). FIGS. 5 and 6 show schematically another variant with a cover 8n formed of several blades controlled by a device 9n (electromechanical, hydraulic, etc.).
En position ouverte (figure 5) du cache, les lames sont parallèles entre elles et parallèles à l'axe optique du projecteur 3n, qui est allumé. En position fermée (figure 6), les lames sont rabattues et ferment complètement llouverture de la sphère 2. In the open position (Figure 5) of the cache, the blades are parallel to each other and parallel to the optical axis of the projector 3n, which is lit. In the closed position (FIG. 6), the blades are folded and completely close the opening of the sphere 2.
Bien entendu, pour ces deux variantes, les faces intérieures du volet 7n et des lames 8n sont traitées réfléchissantes de la même façon que la face intérieure de projection de la sphère 2. Of course, for these two variants, the inner faces of the flap 7n and 8n blades are treated reflective in the same way as the inner projection of the sphere 2.
Bien entendu, d'autres types de caches peuvent être utilisés, tels que des obturateurs semblables à ceux des appareils photographiques, ou des iris semblables aux diaphragmes des appareils photographiques (mais à fermeture complète), et leurs faces internes sont traitées réfléchissantes. Of course, other types of covers may be used, such as shutters similar to those of cameras, or iris similar to the diaphragms of cameras (but completely closed), and their inner faces are reflective treated.
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2680266B1 (en) | 1994-08-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |