DE19952896C1 - Device for generating a scene image of a front view by means of a reflected light projection - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Szenenbildes (1) einer Frontsicht durch eine Auflichtprojektion, insbesondere für die Bilddarstellung in einer Trainingsstation oder in einem Simulator oder in einer Erlebniswelt mittels eines Projektors (2, 3). DOLLAR A Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Projektoren (2, 3) das Szenenbild (1) der Frontsicht mit einem abgelenkten helligkeits- und/oder farbmodulierten Lichtbündel aus einem Ursprungspunkt heraus zeilenmäßig und bildmäßig innerhalb eines Projektionskegels auf eine Projektionsfläche (6) schreiben und diese Projektoren (2, 3) in einer Position angeordnet sind, bei der der Ursprungspunkt der Projektionsstrahlen vor einer Frontalebene einer agierenden Person (7) liegen.The invention relates to a device for generating a scene image (1) of a front view by means of a reflected light projection, in particular for the image display in a training station or in a simulator or in an adventure world by means of a projector (2, 3). DOLLAR A It is characterized in that one or more projectors (2, 3) the scene image (1) of the front view with a deflected light and / or color-modulated light bundle from a point of origin line and image within a projection cone onto a projection surface (6) write and these projectors (2, 3) are arranged in a position in which the point of origin of the projection beams lies in front of a frontal plane of an acting person (7).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Szenenbildes in Frontsicht durch eine Auflichtprojektion, insbesondere für die Bilddarstellung in einer Trainingsstation oder in einem Simulator oder in einer Erlebniswelt.The invention relates to a device for generating a scene image from the front a reflected light projection, in particular for the image display in a training station or in a simulator or in an adventure world.

Aus der EP 0 836 169 B1 ist eine Trainingsstation bekannt, bei der drei Projektoren aufgeteilte Bilder erzeugen, die auf einem Bildschirm abgebildet werden. Das auf dem Bildschirm erzeugte Bild wird über einen Kollimationsspiegel auf eine Projektionsfläche umgelenkt und der agierenden Person dargeboten.A training station is known from EP 0 836 169 B1, in which three projectors are divided Generate images that are displayed on a screen. The one created on the screen The image is deflected onto a projection surface via a collimation mirror and the acting person.

Bedingt durch die optische Abbildung eines Bildes aus einer Objektebene heraus in eine Bildebene sind die Projektoren weiträumig hinter dem Rücken der agierenden Person und weit oberhalb ihres Kopfes angeordnet. Es bedarf des Kollimationsspiegels, um einen Teil des Szenenbildes überhaupt in einem Bereich zu erzeugen, der üblicherweise aus einem Fahrstand wahrgenommen wird.Due to the optical imaging of an image from an object plane into one The projectors are spacious behind the back of the acting person and far arranged above her head. The collimation mirror is required to form part of the Generate scene image in an area that is usually from a control station is perceived.

Bei diesen Simulatoren, die zum Beispiel für die Fahrschulausbildung eingesetzt werden, sind die Projektoren ca. 2 m über dem Kopf der agierenden Person und etwa ca. 1 Meter hinter dem Kopf der agierenden Person angeordnet. Dieses ist auf Grund optischer Gesetzmäßigkeiten der optischen Abbildung und der Größe des Bildes erforderlich, da man Abschattungen des darzustellenden Szenenbildes der Frontsicht durch die Person oder durch Aufbauten einer Fahrerkabine ausschließen möchte. Derartige Simulatoren sind daher sehr groß. Insbesondere befinden sich bei bewegten Systemen massereiche Geräteteile weit außerhalb der Bewegungsachsen, so daß erhebliche dynamische Belastungen durch die auftretenden Beschleunigungskräfte zu beherrschen sind. Dazu benötigt man einen stabilen und damit massereichen mechanischen Aufbau, was erheblichen Aufwand bei den mechanischen oder hydraulischen Antrieben nach sich zieht. These simulators are used, for example, for driving school training the projectors approx. 2 m above the head of the acting person and approx. 1 meter behind the Arranged head of the acting person. This is due to the optical laws of optical image and the size of the image required, because one shadows the to be presented scene image of the front view by the person or by structures of a Would like to exclude the driver's cabin. Such simulators are therefore very large. In particular In moving systems, massive device parts are located far outside the Movement axes, so that significant dynamic loads caused by the Acceleration forces are to be mastered. For this you need a stable and therefore massive mechanical structure, which requires considerable effort in the mechanical or hydraulic drives.  

Weiterhin haben die üblicherweise eingesetzten Bildprojektoren eine geringe Schärfentiefe und zeigen keine befriedigende Bildauflösung, insbesondere am Bildrand.Furthermore, the commonly used image projectors have a shallow depth of field and do not show satisfactory image resolution, especially at the edge of the image.

Die Erfindung verfolgt das Ziel, den Aufwand bei der Realisierung von Trainingsanlagen, Simulationsanlagen oder Erlebniswelten zu reduzieren und die Wirklichkeitsnähe einer Frontsicht eines generierten Szenenbildes zu verbessern. Die Erfindung soll sowohl für Simulatoren mit Bewegungssystem ("flying screen") als auch für Simulatoren ohne Bewegungssystem ("fixed screen") geeignet sein.The invention aims to reduce the effort involved in the implementation of training facilities, To reduce simulation systems or worlds of experience and the realism of one To improve the front view of a generated scene. The invention is intended for both Simulators with movement system ("flying screen") as well as for simulators without Movement system ("fixed screen") be suitable.

Bei einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Szenenbildes einer Frontsicht durch eine Auflichtprojektion, insbesondere für die Bilddarstellung in einer Trainingsstation oder in einem Simulator oder in einer Erlebniswelt mittels eines Projektors wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens ein Projektor das Szenenbild der Frontsicht mit einem in Zeilen- und Bildrichtung abgelenkten, helligkeits- und/oder farbmodulierten Lichtbündel aus einem Ursprungspunkt heraus innerhalb eines Projektionskegels auf eine Projektionsfläche schreibt und jeder Projektor so angeordnet ist, daß sein Ursprungspunkt in Blickrichtung vor einer agierenden Person liegt.In a device for generating a scene image of a front view through a Incident light projection, in particular for the image display in a training station or in a The task according to the invention is simulator or in a world of experience by means of a projector solved in that at least one projector the scene of the front view with an in Line and image direction deflected, brightness and / or color-modulated light beams an origin point within a projection cone onto a projection surface writes and each projector is arranged so that its origin point in the direction of view an acting person.

Die Anordnung des Projektors vor der agierenden Person hat den Vorteil, daß mögliche Abschattungen von Bildteilen durch Aufbauten oder den Beobachter drastisch verringert sind. Der Projektor kann somit näher der Augenhöhe des Beobachters angeordnet werden. Dies hat insbesondere den Vorteil, daß Bildverzeichnungen geringer sind. Sollen diese relativ geringen Bildfehler auch noch beseitigt werden, kann man die erforderlichen Korrekturmaßnahmen am Szenenbild mit einem vergleichsweise geringen Aufwand realisieren. Das Prinzip der Erfindung läßt ich auch mit mehreren Projektoren, z. B. zwei oder drei, realisieren, wenn man das Szenenbild aus Teilbildern zusammensetzt.The arrangement of the projector in front of the acting person has the advantage that possible Shadowing of parts of the image by structures or the observer is drastically reduced. The projector can thus be placed closer to the eye level of the observer. this has in particular the advantage that image distortions are less. Should these be relatively minor Image errors can also be eliminated, the necessary corrective measures can be taken on Realize the scene with comparatively little effort. The principle of the invention I can also use several projectors, e.g. B. two or three, if you do that The scene is composed of drawing files.

Wenn in der Beschreibung nur eine agierende Person genannt wird, bedeutet dies nicht, daß die Erfindung auf Anwendungen mit einer einzigen Person eingeschränkt wäre. Vielmehr läßt sich das Prinzip der Erfindung auch anwenden, wenn zwei Personen, wie Fahrer und Beifahrer, oder auch eine Gruppe von Personen vorhanden sind.If only one acting person is mentioned in the description, this does not mean that the invention would be limited to single person applications. Rather leaves apply the principle of the invention even if two people, such as driver and passenger, or a group of people are present.

Projektoren, die das Szenenbild mit einem abgelenkten helligkeits- und/oder farbmodulierten Lichtbündel aus einem Ursprungspunkt heraus zeilenmäßig und bildmäßig innerhalb eines Projektionskegels auf eine Projektionsfläche schreiben, sind besonders günstig. Sie sind auch unter der Bezeichnung "Laser-Projektor" bekannt. Derartige Projektoren unterscheiden sich hinsichtlich der Abbildungsgesetzmäßigkeiten der Lichtbündel grundlegend von üblichen bildabbildenden Projektoren, wie LCD-Projektoren oder CRT-Projektoren. Da bei einem "Laser- Projektor" ein Rot-Grün-Blau-Lichtbündel zum Schreiben der Bildpunkte einer Zeile abgelenkt wird und hier keine klassische optische Abbildung aus einer geräteinternen Objektebene in eine Bildebene erfolgt, können erheblich größere Projektionswinkel erreicht werden und der Abstand Projektor-Projektionsfläche kann in weiten Grenzen frei gewählt werden.Projectors that modulate the scene with a distracted brightness and / or color Beams of light from a point of origin in lines and pictures within one Writing projection cone on a projection surface are particularly cheap. You are too known as the "laser projector". Such projectors differ with regard to the imaging laws of the light bundles fundamentally different from the usual ones imaging projectors, such as LCD projectors or CRT projectors. Because with a "laser Projector "a red-green-blue light beam for writing the pixels of a line deflected and not a classic optical image from a device-internal object level into a  Image plane takes place, significantly larger projection angles can be achieved and the distance Projector projection surface can be freely selected within wide limits.

Bei einem derartigen Projektor können umfangreiche Geometriekorrekturen vorgenommen werden, so daß Bildverzeichnungen infolge einer Schrägprojektion oder infolge der Form der Projektionsfläche weitestgehend korrigierbar sind. Weiterhin ist das Bild eines derartigen Projektors in einem sehr großen Tiefenbereich scharf, so daß der Projektionsabstand zur Projektionsfläche stark variieren kann. Ein derartiger Projektor und die entsprechenden Korrekturmöglichkeiten der Bilddarstellung sind in der DE 197 37 374 C2 beschrieben. Das Szenenbild wird dabei für die Lage des Augenpunktes zur Projektionsfläche korrigiert, wobei eine Bildaufnahmekamera oder ein Bildrechner das Szenenbild für diesen Augenpunkt aufnimmt und/oder berechnet. Der Ursprungspunkt der Projektion ist, wenn eine Transformationsoptik zum Beispiel nach der DE 43 24 849 C2 Einsatz findet, die Austrittspupille der Transformationsoptik, ansonsten, wenn keine Transformationsoptik verwendet wird, der Ablenkpunkt der Zeilenablenkung durch einen Polygonspiegel.With such a projector, extensive geometry corrections can be made be so that image distortion due to an oblique projection or due to the shape of the Projection surface are largely correctable. Furthermore, the picture is such Projector in a very large depth range, so that the projection distance to Projection surface can vary widely. Such a projector and the corresponding Possibilities for correcting the image display are described in DE 197 37 374 C2. The The scene image is corrected for the position of the eye point to the projection surface, whereby an image recording camera or an image computer the scene for this eye point records and / or calculates. The point of origin of the projection is when a Transformation optics, for example according to DE 43 24 849 C2, are used, the exit pupil the transformation optics, otherwise, if no transformation optics are used, the Deflection point of the line deflection by a polygon mirror.

Der Projektor ist vorteilhafterweise in einer Position angeordnet, bei der sich der Ursprungspunkt der Projektionsstrahlen vor (ventral) der Frontalebene befindet, in der der Augenpunkt der agierenden Person liegt. Bei dieser Lage ist der Bereich der möglichen Abschattung von Projektionsstrahlen durch die agierenden Person oder eine Fahrerkabine am geringsten oder sogar gar nicht vorhanden.The projector is advantageously arranged in a position in which the Point of origin of the projection rays is in front of (ventral) the frontal plane in which the The focus of the acting person is. With this location, the range is possible Shadowing of projection rays by the operator or a driver's cabin on least or nonexistent.

In der Vorrichtung wird zweckmäßigerweise eine Projektionsfläche verwendet, die mindestens einen Krümmungsmittelpunkt hat. Mit einer zylindrischen oder gewölbten Projektionsfläche kann das Szenenbild einer Frontalsicht besonders günstig dargestellt werden, da das Sichtfeld der agierenden Person vollständig mit einem wirklichkeitsnahen Bildinhalt ausgefüllt werden kann. Bei der Projektionsfläche kann es sich insbesondere um die Innenfläche eines Kreistonnenkörpers, beispielsweise einer Kugel oder eines parabolischen Tonnenkörpers, handeln.A projection surface is advantageously used in the device which at least has a center of curvature. With a cylindrical or curved projection surface the scene image of a frontal view can be displayed particularly favorably since the field of vision the acting person must be completely filled out with realistic image content can. The projection surface can in particular be the inner surface of a Circular barrel body, for example a sphere or a parabolic barrel body, act.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, die Geometrie so zu wählen, daß der Augenpunkt der agierenden Person oder der Ursprungspunkt der Projektionsstrahlen in einem Krümmungsmittelpunkt der Projektionsfläche liegt. Dann sind die auftretenden sichtbaren geometrischen Bildverzeichnungen am geringsten, wodurch die erforderlichen Korrekturen am darzustellenden Szenenbild ebenfalls gering ausfallen oder sogar entfallen können. Bei jeder anderen Lage treten größere Bildverzerrungen auf, die nur mit erhöhtem technischen Aufwand und teilweise unten Qualitätsverlust der Bilddarstellung korrigierbar sind.An advantageous development of the invention is to choose the geometry so that the eye point of the acting person or the point of origin of the projection rays in a center of curvature of the projection surface. Then the appearing ones are visible geometric image distortions are the least, which means that the necessary corrections are made on scene image to be displayed can also be small or even omitted. With everyone In other situations, larger image distortions occur, which are only possible with increased technical effort and partially lower quality loss of the image display can be corrected.

Hat die Projektionsfläche mehr als einen Krümmungsmittelpunkt, wie dies bei einer parabolischen oder tonnenförmigen Projektionsfläche der Fall ist, ist es aus den oben genannten Gründen zweckmäßig, wenn der Ursprungspunkt der Projektionsstrahlen in einem ersten Krümmungsmittelpunkt und der Augenpunkt der agierenden Person in einem zweiten Krümmungsmittelpunkt der Projektionsfläche liegt.If the projection surface has more than one center of curvature, as is the case with one parabolic or barrel projection surface, it is from the above  mentioned reasons expedient if the point of origin of the projection beams in a first center of curvature and the eye point of the acting person in a second The center of curvature of the projection surface lies.

Aufgrund der jeweiligen räumlichen Anordnung der Aufbauten, z. B. einer Simulatorkabine und des Projektors, ist es nicht immer möglich, den Projektor oder die agierende Person in einen der Krümmungsmittelpunkte zu positionieren. Dann sollte für eine geringe Bildverzerrung jeder Projektor so angeordnet sein, daß sein Projektionskegel mit einer ausgewählten Ebene einen Krümmungsmittelpunkt schneidet. Der Projektor hat eine Hauptprojektionsachse, die durch die Schnittlinie zweier Ebenen bestimmt ist: einer Horizontalebene, die durch ihre parallele Lage zur Zeilenrichtung in der Mitte der Bildhöhe des Projektionskegels und durch den Ursprungspunkt des abgelenkten Lichtbündels definiert ist, und einer Vertikalebene, die durch ihre senkrechte Lage zur Zeilenrichtung in der Mitte der Bildbreite des Projektionskegels und durch den Ursprungspunkt des abgelenkten Lichtbündels festgelegt ist. Geringe Bildverzeichnungen werden erreicht, wenn die Vertikalebene oder die Horizontalebene oder beide Ebenen einen oder beide der Krümmungsmittelpunkte enthalten.Due to the respective spatial arrangement of the structures, e.g. B. a simulator cabin and the projector, it is not always possible to project the projector or the person into one to position the centers of curvature. Then for a low image distortion everyone should Projector be arranged so that its projection cone with a selected plane Center of curvature intersects. The projector has a main projection axis through which The intersection of two planes is determined: a horizontal plane, due to its parallel position to the line direction in the middle of the image height of the projection cone and through the Point of origin of the deflected light beam is defined, and a vertical plane through their perpendicular position to the line direction in the middle of the image width of the projection cone and is determined by the point of origin of the deflected light beam. Low Image distortion is achieved when the vertical plane or the horizontal plane or both planes contain one or both of the centers of curvature.

Weiterhin ist der Korrekturaufwand für die Projektion auch dann wesentlich verringert, wenn sich die agierenden Person in einer definierten Position zur Projektionsfläche befindet. Dieses ist dann der Fall, wenn die Medianebene und/oder die Frontalebene durch den Augenpunkt der agierenden Person einen oder beide Krümmungsmittelpunkte enthält/enthalten.Furthermore, the correction effort for the projection is also significantly reduced if the acting person is in a defined position to the projection surface. This is the case if the median plane and / or the frontal plane through the eye point of the acting person contains one or both centers of curvature.

Insbesondere für Projektionen, bei denen ein sehr großer horizontaler Blickwinkel mit einem Szenenbild ausgefüllt werden soll, ist es zweckmäßig, das Szenenbild nicht mit einem einzigen Projektor darzustellen, sondern das Szenenbild zu halbieren oder zu vierteln und jedes dieser aufgeteilten Bilder einem eigenen Projektor zuzuordnen. Vorzugsweise sind daher mindestens zwei Projektoren so angeordnet, daß die Hauptprojektionsachsen dieser Projektoren sich in einem Punkt schneiden, der im Rücken (dorsal) der agierenden Person liegt, und dabei so zueinander ausgerichtet sind, daß sich jeweils zwei erzeugte Bilder an ihren entsprechenden Seitenkanten auf der Projektionsfläche übergangslos berühren. Dabei liegt der Ursprungspunkt der Projektionsstrahlen vor (ventral) einer der Frontalebenen der agierenden Person.Especially for projections where a very large horizontal viewing angle with a It is advisable not to fill the scene with a single one Display projector, but to halve or quarter the scene and each of these to assign split images to their own projector. Therefore, at least preferably two projectors arranged so that the main projection axes of these projectors are in cut a point that lies in the back (dorsal) of the acting person, and so are aligned with each other so that two generated images each on their corresponding Smoothly touch the side edges on the projection surface. The point of origin lies here the projection rays in front of (ventral) one of the frontal planes of the acting person.

Damit es einen Schnittpunkt zwischen den Hauptprojektionsachsen der Projektoren gibt, muß für die Projektoren eine der ausgezeichneten Ebenen, die Horizontalebene oder die Vertikalebene, identisch sein. Die Projektoren sind dabei so zueinander angeordnet und ausgerichtet, daß zwei benachbarte Bilder an ihren gemeinsamen Seitenkanten nahtlos aneinander gesetzt sind. Infolge der in DE 197 37 374 C2 beschriebenen Korrekturmöglichkeiten können die aufgeteilten Bilder der Projektoren pixelgenau aneinandergesetzt werden und erscheinen dann auf der Projektionsfläche zu einem Szenenbild vereinigt. Ein Überlappungsbereich, wie zum Beispiel bei CRT-Projektoren, ist nicht erforderlich.So that there is an intersection between the main projection axes of the projectors, must for the projectors one of the excellent levels, the horizontal level or the Vertical plane, be identical. The projectors are arranged in relation to each other and aligned that two adjacent images on their common side edges seamlessly are put together. As a result of that described in DE 197 37 374 C2 The split images of the projectors can be corrected pixel by pixel  are put together and then appear on the projection surface to a scene united. An overlap area, such as with CRT projectors, is not required.

Bei mehreren Projektoren ist es vorteilhaft, wenn der Schnittpunkt der Hauptprojektionsachsen mit einem Krümmungsmittelpunkt der Projektionsfläche zusammenfällt. In diesem Fall sind die Bildverzeichnungen am geringsten und eventuell nötige Korrekturen erfordern den geringsten Aufwand.With several projectors, it is advantageous if the intersection of the main projection axes coincides with a center of curvature of the projection surface. In this case they are The least amount of image distortion and any necessary corrections require the least Expenditure.

Bei einer kugelförmigen oder teilkugelförmigen Projektionsfläche liegt der Schnittpunkt der Hauptprojektionsachsen zweckmäßigerweise im Krümmungsmittelpunkt dieser Projektionsfläche. Dann ergeben sich geringste Bildverzeichnungen.In the case of a spherical or partially spherical projection surface, the intersection of the Main projection axes expediently in the center of curvature of this Projection surface. Then the slightest image distortion results.

Der Vorteil geringer Bildverzeichnungen wird aber auch erreicht, wenn sich die Vertikalebene oder die Horizontalebene jedes Projektors einen oder beide Krümmungsmittelpunkte der Projektionsfläche einschließt. Dann liegt der Schnittpunkt der Hauptprojektionsachsen nicht in einem Krümmungsmittelpunkt.The advantage of low image distortion is also achieved when the vertical plane or the horizontal plane of each projector one or both centers of curvature of the Projection screen. Then the intersection of the main projection axes is not in a center of curvature.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Ursprungspunkt der Projektionsstrahlen jedes Projektors transversal weniger als 1 Meter über (kranial) dem Augenpunkt der agierenden Person liegt, bezogen zur Transversalebene durch den Augenpunkt der agierenden Person.A further development of the invention is that the point of origin of Projection beams of each projector transversely less than 1 meter above (cranial) the The focus of the acting person is related to the transversal plane through the Focus of the acting person.

Dies hat zur Folge, daß die Bauhöhe einer Trainingsstation, des Simulators oder der Erlebniswelt um den Faktor 0,3 bis 0,5 gegenüber bekannten Anordnungen, die mit einer Auflichtprojektion (Frontprojektion) arbeiten, reduziert ist. Die Baugröße wird jetzt im wesentlichen nur noch durch die Größe der gewölbten Projektionsfläche bestimmt. Dabei ergibt sich die Bauhöhe in etwa aus der Bildhöhe und die Breite aus einem horizontalen Radius der tonnenkörperförmigen Projektionsfläche. Durch die beachtliche Verringerung der Baugröße ergeben sich bei bewegten Systemen beachtliche Vorteile im Dynamikverhalten des bewegten Systems, da zum einen die Masse insgesamt geringer gehalten werden kann und zum anderen der Massenschwerpunkt näher an den Bewegungsachsen liegt. Die Projektoren sind vorteilhafterweise an tragenden Teilen einer Außenverkleidung einer Simulatorkabine angebracht. Die Simulatorkabine dient als äußere Hülle, in der zum Beispiel eine Fahrerkabine, ein oder mehrere Projektoren und eine oder mehrere diesen Projektoren zugeordnete Projektionsflächen angeordnet sind. Mit einem Projektor, der mit einem schreibenden Lichtbündel arbeitet, kann ein wesentlich größerer Projektionswinkel realisiert werden, als er mit einer herkömmlichen objektvergrößernden Bildprojektion erreichbar ist. Dies hat den Vorteil, daß zum Beispiel eine 180° Projektion mit zwei Projektoren realisierbar ist, anstatt mit vier CRT- Projektoren. As a result, the overall height of a training station, the simulator or the Adventure world by a factor of 0.3 to 0.5 compared to known arrangements with a Incident light projection (front projection) work, is reduced. The size is now in essentially determined only by the size of the curved projection surface. Here results the overall height is roughly from the image height and the width from a horizontal radius barrel-shaped projection surface. Due to the considerable reduction in size With moving systems, there are considerable advantages in the dynamic behavior of the moving Systems, because on the one hand the mass can be kept lower overall and on the other hand the center of mass is closer to the axes of motion. The projectors are advantageously on load-bearing parts of an outer lining of a simulator cabin appropriate. The simulator cabin serves as an outer shell, in which, for example, a driver’s cabin, one or more projectors and one or more associated with these projectors Projection screens are arranged. With a projector that with a writing Beam works, a much larger projection angle can be realized than with a conventional object-enlarging image projection can be achieved. This has the advantage that, for example, a 180 ° projection can be realized with two projectors instead of four CRT Projectors.  

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung besteht darin, daß die Transversalebene durch den Augenpunkt der agierenden Person die Projektionsfläche schneidet und diese Schnittlinie von der agierenden Person aus gesehen im Bereich von +/-10° einer weiteren Schnittlinie liegt, die durch die Horizontalachse des Projektors auf der Projektionsfläche erzeugt wird. Somit wird sichergestellt, daß die agierende Person in etwa die Bildmitte optimal erfaßt und den realen Sichtbedingungen, zum Beispiel aus einem Führerstand einer Lok oder dem Fahrerhaus eines LKW, Rechnung getragen werden kann.Another advantageous embodiment of the device is that the Transversal plane through the eye point of the acting person the projection surface cuts and this line of cut seen from the acting person in the range of +/- 10 ° Another line of intersection is through the horizontal axis of the projector on the Projection screen is generated. This ensures that the person acting approximately Optimally captured image center and the real visual conditions, for example from a driver's cab a locomotive or the cab of a truck.

Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel eines Lok-Simulators anhand von Figuren erläutert. Es zeigen:The invention is explained below using the example of a locomotive simulator with reference to figures. Show it:

Fig. 1 einen Simulator mit einer Auflichtprojektion nach dem allgemeinen Stand der Technik in der Ansicht auf die Gesichtsebene der agierenden Person; Figure 1 shows a simulator with a reflected light projection according to the general prior art in the view of the face level of the person acting.

Fig. 2 einen Simulator gemäß Fig. 1 in der Draufsicht auf die agierenden Person; FIG. 2 shows a simulator according to FIG. 1 in a top view of the person acting;

Fig. 3 einen Simulator mit einem Projektor zur Auflichtprojektion zur Erzeugung eines Szenenbildes in der Ansicht auf die Gesichtsebene der agierenden Person; Figure 3 is a simulator with a projector for front projection to generate a scene image in view of the face plane of the operating person.

Fig. 4 einen Simulator gemäß Fig. 3 in der Draufsicht auf die agierende Person; FIG. 4 shows a simulator according to FIG. 3 in a top view of the acting person;

Fig. 5 einen Simulator ähnlich der Fig. 3, jedoch mit zwei Projektoren und Fig. 5 shows a simulator similar to FIG. 3, but with two projectors and

Fig. 6 einen Simulator gemäß Fig. 5 in der Draufsicht auf die agierende Person. Fig. 6 shows a simulator of FIG. 5 in the plan view of the operating person.

Fig. 1 zeigt einen Simulator zur Lokführer-Ausbildung nach dem Stand der Technik in der Sicht auf eine agierende Person 7. Fig. 2 zeigt eine Draufsicht des Simulators nach Fig. 1. Ein Bewegungssystem ist in den Figuren nicht dargestellt, um die Übersichtlichkeit zu wahren. Weiterhin ist eine Fahrerkabine 10 nur schematisch gezeichnet. Diese soll den Führerstand einer Lok darstellen. Zur Projektion eines Szenenbildes 1 werden zwei CRT-Projektoren 2 und 3 eingesetzt, die jeweils ein Bild 4 und 5 auf einer Projektionsfläche 6 erzeugen. Die zwei Bilder 4 und 5 werden zu einem Szenenbild 1 zusammengesetzt, welches eine Ausdehnung horizontal von 90° und vertikal von 30° bezogen zum Augenpunkt der agierenden Person hat. Diese bekannten Projektoren, die mit einem bildabbildenden Prinzip arbeiten, liefern nur in relativ großer Projektionsentfernung entsprechend große, scharfe und unverzerrte Bilder, weshalb bei einer Bildhöhe von etwa 2 m die Projektionsentfernung etwa 4 m betragen muß. Fig. 1 shows a simulator for the engine driver configuration according to the prior art in the view of an operating person 7. FIG. 2 shows a top view of the simulator according to FIG. 1. A movement system is not shown in the figures in order to maintain clarity. Furthermore, a driver's cab 10 is only drawn schematically. This should represent the driver's cab of a locomotive. To project a scene image 1 , two CRT projectors 2 and 3 are used, each of which generates an image 4 and 5 on a projection surface 6 . The two pictures 4 and 5 are put together to form a scene picture 1 , which has an extent of 90 ° horizontally and 30 ° vertically in relation to the eye point of the acting person. These known projectors, which work with an image-imaging principle, deliver correspondingly large, sharp and undistorted images only at a relatively long projection distance, which is why the projection distance must be approximately 4 m at an image height of approximately 2 m.

Weiter muß wegen der begrenzten Schärfentiefe dieser Projektoren die Projektionsfläche einen möglichst gleichbleibenden Abstand zum Projektor haben.Furthermore, because of the limited depth of field of these projectors, the projection surface must be one distance from the projector that is as constant as possible.

Da die Aufbauten der Fahrerkabine Bildabschattungen verursachen können, müssen die Projektoren entsprechend hoch über der Fahrerkabine angebracht werden. Um dieses zu umgehen, werden nach dem Stand der Technik Umlenkspiegel eingesetzt, wie dies beispielsweise aus der EP 0 836 169 B1 bekannt ist. Infolge dieser Bedingungen sind die Projektoren über 1 m hinter und über 1 m über der Position der agierenden Person 7 angeordnet. Dieses ist insbesondere dann nachteilig, wenn die Projektoren 2 und 3 bei einem "flying-screen-System" der Dynamik des Simulators unterliegen. Dann befinden sich relativ massereiche Projektoren sehr weit von den Bewegungsachsen entfernt.Since the structures of the driver's cab can cause shading, the projectors must be installed high above the driver's cab. In order to avoid this, deflection mirrors are used according to the prior art, as is known for example from EP 0 836 169 B1. As a result of these conditions, the projectors are arranged over 1 m behind and over 1 m above the position of the acting person 7 . This is particularly disadvantageous if the projectors 2 and 3 are subject to the dynamics of the simulator in a "flying screen system". Then relatively massive projectors are located very far from the axes of motion.

Bei CRT-Projektoren ist weiterhin eine Überlappung der die Bilder 4 und 5 erzeugenden Projektionskegel um ca. 2° bis 4° erforderlich, um das angestrebte nahtlose Aneinanderfügen der Bilder 4 und 5 durch das sogenannte "Edgeblending" zu realisieren. Kennzeichnend dafür ist, daß es einen Kreuzungspunkt S der Hauptprojektionsstrahlen gibt, der, wie im Beispiel nach Fig. 1 und Fig. 2 ersichtlich, weit hinter der Position der agierenden Person und weit über dieser liegt, und daß sich die Projektionsstrahlen kreuzen.For CRT projectors remains the approximately 2 ° to 4 ° required to implement the 4 and 5-generating projection cone to the desired seamless joining the 4 and 5 by the so-called "edge blending" overlap. , It is characterized by that there is a point of intersection S of the main projection rays that, like, is seen in the example of Fig. 1 and Fig. 2 far behind the position of the operating person and beyond this, and that the projection rays cross.

In den nachfolgenden Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen Elemente wie in Fig. 1 und Fig. 2. Auch die Größenverhältnisse entsprechen einander, um die Vorteile der Erfindung anschaulich sichtbar zu machen.In the following figures like reference numerals designate the same elements as in Fig. 1 and Fig. 2. The proportions correspond to each other, to make clearly visible the advantages of the invention.

Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung eines Szenenbildes mit einem einzigen Projektor 2 in der Sicht auf die agierende Person 7. Fig. 4 zeigt die Vorrichtung nach Fig. 3 in der Draufsicht. Hier dient ein einziger Projektor 2 zur Darstellung eines Szenenbildes, das größer ist als das der Fig. 1. Der Projektor ist kein abbildender Projektor, sondern schreibt mit einem abgelenkten helligkeits- und/oder farbmodulierten Lichtbündel aus einem Ursprungspunkt heraus zeilenmäßig und bildmäßig innerhalb eines Projektionskegels das Bild 4 auf die Projektionsfläche 6. Es können aber auch mehrere Lichtbündel gleichzeitig geschrieben werden, wie in es der DE 197 26 860 C1 gezeigt ist. Fig. 3 shows an inventive apparatus for generating a scene image with a single projector 2 in the view of the operating person 7. Fig. 4 shows the device of Fig. 3 in plan view. Here, a single projector 2 is used to display a scene image that is larger than that of FIG. 1. The projector is not an imaging projector, but rather writes with a deflected light and / or color-modulated light beam from an origin point in lines and images within a projection cone the image 4 on the projection surface 6 . However, several light beams can also be written simultaneously, as shown in DE 197 26 860 C1.

Diese Projektoren werden auch als Laser-Projektor bezeichnet. Ein Beispiel eines derartigen Projektors ist in der DE 197 37 374 C2 beschrieben. Dort ist weiter ausführlich dargelegt, mit welchen Maßnahmen Bildkorrekturen erfolgen können.These projectors are also known as laser projectors. An example of one The projector is described in DE 197 37 374 C2. There is further detailed, with which measures can be corrected.

Zur Projektion ist die Verwendung von Laserlicht nicht zwingend, sondern es genügt zur Bilddarstellung ein kollineares Lichtbündel, welches auch aus einer anderen Lichtquelle gewonnen werden kann, z. B. einer Lumineszenzdiode. Ein Projektor 2, der mit einem oder auch mehreren kollinearen Lichtbündeln ein Bild zeilenmäßig und bildmäßig schreibt, ist hier, wie in Fig. 4 deutlich sichtbar ist, vor (ventral) einer Frontalebene der agierenden Person 7 angeordnet. Infolge des verkürzten Projektionsabstandes und von weitestgehenden Möglichkeiten zur Bildkorrektur auch bei großen Projektionswinkeln ist der Projektor 2 mit einem im Vergleich zu Fig. 1 deutlich geringeren Abstand oberhalb der agierenden Person 7 angeordnet und projiziert von einer Position vor dem Krümmungsmittelpunkt M aus schräg auf die Projektionsfläche 6.The use of laser light is not mandatory for projection, but a collinear light beam is sufficient for image display, which can also be obtained from another light source, e.g. B. a luminescent diode. A projector 2 , which writes an image line-by-line and image-wise with one or more collinear light bundles, is, as is clearly visible in FIG. 4, arranged in front of (ventrally) a frontal plane of the person 7 acting. As a result of the shortened projection distance and the greatest possible possibilities for image correction even at large projection angles, the projector 2 is arranged above the acting person 7 at a significantly smaller distance than in FIG. 1 and projects obliquely onto the projection surface 6 from a position in front of the center of curvature M. .

Fig. 3 zeigt die gegenüber Fig. 1 wesentlich geringere Bauhöhe des Simulators, was sich besonders günstig auf die Dynamik des Systems auswirkt, wenn es bewegt wird, beispielsweise bei einem Simulator nach dem "Flying-Screen-Prinzip". In Fig. 3 und Fig. 4 liegt der Mittelpunkt der kugelförmigen Projektionsfläche 6 in einer Vertikalebene 8 des Projektors 2 und in der Medianebene der agierenden Person 7. Diese Positionierung des Projektors 2 und der agierenden Person 7 verringert den Korrekturaufwand für die Projektion eines verzerrungsarmen Szenenbildes 1. Es ergeben sich jedoch weitere Vorteile für die Bildprojektion, wenn sich der Projektor 2 oder die agierende Person 7 möglichst nahe dem Krümmungsmittelpunkt M einer gekrümmten Projektionsfläche 6 befinden. Bei der Anordnung der Fig. 4 ist dies dadurch zu erreichen, daß der Projektor 2, die agierende Person 7 und die Fahrerkabine 10 in Richtung des Mittelpunktes M so verschoben werden, daß der Ursprungspunkt der Projektion mit dem Mittelpunkt der Projektionsfläche identisch ist (nicht dargestellt). Dies führt zwangsläufig zu einer Vergrößerung der Bautiefe, die dann in etwa der gemäß Fig. 2 entspricht. Daraus ergeben sich jedoch keine wesentlichen Nachteile, da die gegenüber Fig. 1 verringerte Bauhöhe des Simulators erhalten bleibt. FIG. 3 shows the significantly lower overall height of the simulator than in FIG. 1, which has a particularly favorable effect on the dynamics of the system when it is moved, for example in a simulator based on the "flying screen principle". In Fig. 3 and Fig. 4, the center of the spherical projection screen 6 is located in a vertical plane 8 and the projector 2 in the median plane of the acting person 7. This positioning of the projector 2 and the acting person 7 reduces the correction effort for the projection of a low-distortion scene image 1 . However, there are further advantages for the image projection if the projector 2 or the acting person 7 are as close as possible to the center of curvature M of a curved projection surface 6 . In the arrangement of FIG. 4, this can be achieved in that the projector 2 , the operating person 7 and the driver's cab 10 are shifted in the direction of the center M such that the point of origin of the projection is identical to the center of the projection surface (not shown) ). This inevitably leads to an increase in the overall depth, which then corresponds approximately to that according to FIG. 2. However, this does not result in any significant disadvantages, since the reduced height of the simulator compared to FIG. 1 is retained.

Fig. 5 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung eines Szenenbildes mit zwei Projektoren 2 und 3 in der Sicht auf die agierende Person 7. Fig. 6 zeigt die Vorrichtung der Fig. 5 in einer Draufsicht. Die Projektoren 2 und 3 sind hier ebenfalls vor (ventral) einer Frontalebene der agierenden Person 7 angeordnet. Weiterhin schneiden sich die Hauptprojektionsachsen der Projektoren im Krümmungsmittelpunkt M der teilkugelförmigen Projektionsfläche 6. Der Krümmungsmittelpunkt M liegt weiter in der den Augenpunkt der agierenden Person enthaltenden Frontalebene. Wie im Vergleich zur in den gleichen Größenverhältnissen gezeichneten Anordnung der Fig. 1 gut zu erkennen ist, sind die Projektoren in einer deutlich geringeren Höhe über dem Augenpunkt der agierenden Person 7 angeordnet. Weiter zeigt ein Vergleich der Fig. 2 mit Fig. 6, daß die Projektoren 2 und 3 deutlich vor dem Augenpunkt AP der agierenden Person 7 liegen. Praktisch können die Projektoren 2 und 3 unmittelbar oberhalb einer Frontscheibe der Fahrerkabine 10 zum Beispiel in einem Lok- Simulator angeordnet sein. Somit sind Abschattungen durch die Fahrerkabine völlig ausgeschlossen. In Fig. 5 ist auch zu erkennen, daß die den Augenpunkt AP der agierenden Person 7 enthaltende Horizontalebene 9 in etwa in der vertikalen Bildmitte des projizierten Szenenbildes 1 liegt. Fig. 5 shows the inventive apparatus for generating a scene image with two projectors 2 and 3 in view of the operating person 7. Fig. 6 shows the device of Fig. 5 in a plan view. The projectors 2 and 3 are also arranged here in front of (ventrally) a frontal plane of the acting person 7 . Furthermore, the main projection axes of the projectors intersect at the center of curvature M of the part-spherical projection surface 6 . The center of curvature M lies further in the frontal plane containing the eye point of the acting person. As can be clearly seen in comparison to the arrangement of FIG. 1 drawn in the same proportions, the projectors are arranged at a significantly lower height above the eye point of the person 7 acting. Furthermore, a comparison of FIG. 2 with FIG. 6 shows that the projectors 2 and 3 are located clearly in front of the eye point AP of the acting person 7 . In practice, the projectors 2 and 3 can be arranged directly above a front window of the driver's cab 10, for example in a locomotive simulator. This prevents shadowing from the driver's cabin. In FIG. 5 it can also be seen that the horizontal plane 9 containing the eye point AP of the acting person 7 lies approximately in the vertical image center of the projected scene image 1 .

Obwohl vorstehend nur ein bzw. zwei Projektoren beschrieben wurden, gelten die für die Anordnung von zwei Projektoren, der agierende Person und der Projektionsfläche erläuterten Prinzipien in analoger Art und Weise auch für drei, vier oder mehr Projektoren, die ein Szenenbild 1 aus drei, vier oder mehreren Teilbildern aufbauen.Although only one or two projectors have been described above, the principles explained for the arrangement of two projectors, the acting person and the projection surface also apply in an analogous manner to three, four or more projectors that produce a scene image 1 out of three or four or build up multiple drawing files.

Claims (13)

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines Szenenbildes (1) in Frontsicht durch eine Auflichtprojektion, insbesondere für die Bilddarstellung in einer Trainingsstation, einem Simulator oder einer Erlebniswelt, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens ein Projektor (2, 3) das Szenenbild (1) der Frontsicht mit einem in Zeilen- und Bildrichtung abgelenkten, helligkeits- und/oder farbmodulierten Lichtbündel aus einem Ursprungspunkt heraus innerhalb eines Projektionskegels auf eine Projektionsfläche (6) schreibt
und jeder Projektor (2, 3) so angeordnet ist, daß sein Ursprungspunkt in Blickrichtung vor einer agierenden Person (7) liegt.1. A device for generating a scene image ( 1 ) in front view by a reflected light projection, in particular for the image display in a training station, a simulator or a world of experience, characterized in that
at least one projector ( 2 , 3 ) writes the scene image ( 1 ) of the front view with a light and / or color-modulated light beam deflected in the line and image direction from a point of origin onto a projection surface ( 6 ) within a projection cone
and each projector ( 2 , 3 ) is arranged in such a way that its point of origin lies in front of an active person ( 7 ) in the direction of view. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Projektor (2, 3) vor einer den Augenpunkt (AP) der agierenden Person (7) enthaltenden Frontalebene liegt.2. Device according to claim 1, characterized in that the projector ( 2 , 3 ) lies in front of an eye point (AP) of the acting person ( 7 ) containing the frontal plane. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsfläche (6) einen oder zwei Krümmungsmittelpunkte (M) hat.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the projection surface ( 6 ) has one or two centers of curvature (M). 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Augenpunkt (AP) der agierenden Person (7) oder der Ursprungspunkt der Projektionsstrahlen in einem Krümmungsmittelpunkt (M) der Projektionsfläche (6) liegt.4. The device according to claim 3, characterized in that the eye point (AP) of the acting person ( 7 ) or the point of origin of the projection beams in a center of curvature (M) of the projection surface ( 6 ). 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ursprungspunkt der Projektionsstrahlen in einem ersten Krümmungsmittelpunkt und der Augenpunkt der agierenden Person in einem zweiten Krümmungsmittelpunkt der Projektionsfläche (6) liegt.5. The device according to claim 3, characterized in that the point of origin of the projection beams lies in a first center of curvature and the eye point of the person acting in a second center of curvature of the projection surface ( 6 ). 6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Projektor (2, 3) einen Hauptprojektionsstrahl hat, der charakterisiert ist durch die Schnittlinie einer Horizontalebene (9), die durch ihre parallele Lage zur Zeilenrichtung in der Mitte der Bildhöhe des Projektionskegels und durch den Ursprungspunkt des abgelenkten Lichtbündels festgelegt ist, mit einer Vertikalebene (8), die durch ihre senkrechte Lage zur Zeilenrichtung in der Mitte der Bildbreite des Projektionskegels und durch den Ursprungspunkt des abgelenkten Lichtbündels festgelegt ist, wobei eine dieser Ebenen (8 oder 9) einen Krümmungsmittelpunkt (M) enthält.6. The device according to claim 3, characterized in that the at least one projector ( 2 , 3 ) has a main projection beam, which is characterized by the line of intersection of a horizontal plane ( 9 ) by its parallel position to the line direction in the center of the image height of the projection cone and is determined by the point of origin of the deflected light beam, with a vertical plane ( 8 ) which is defined by its position perpendicular to the line direction in the middle of the image width of the projection cone and by the point of origin of the deflected light beam, one of these planes ( 8 or 9 ) contains a center of curvature (M). 7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Medianebene und/oder die Frontalebene durch den Augenpunkt (AP) der agierenden Person einen Krümmungsmittelpunkt (M) enthält.7. The device according to claim 3, characterized in that the median level and / or the frontal plane through the eye point (AP) of the acting person Contains center of curvature (M). 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Projektoren (2, 3) vorgesehen sind, sich die Hauptprojektionsachsen dieser Projektoren in einem Punkt (S) schneiden, der im Rücken der agierenden Person (7) liegt, und daß die Projektoren so zueinander ausgerichtet sind, daß sich jeweils zwei erzeugte, nebeneinanderliegende Bilder (4, 5) an einer ihrer Seitenkanten auf der Projektionsfläche (6) übergangslos berühren.8. The device according to claim 1, characterized in that two or more projectors ( 2 , 3 ) are provided, the main projection axes of these projectors intersect at a point (S), which lies in the back of the operating person ( 7 ), and that Projectors are aligned with each other in such a way that two generated images (4, 5) lying side by side touch each other seamlessly on one of their side edges on the projection surface ( 6 ). 9. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnittpunkt (S) der Hauptprojektionsstrahlen mit einem Krümmungsmittelpunkt (M) der Projektionsfläche (6) übereinstimmt.9. The device according to claim 3 and 8, characterized in that the intersection (S) of the main projection beams with a center of curvature (M) of the projection surface ( 6 ) coincides. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnittpunkt (S) der Hauptprojektionsstrahlen im Krümmungsmittelpunkt (M) einer kugelförmigen oder teilkugelförmigen Projektionsfläche (6) liegt.10. The device according to claim 9, characterized in that the intersection (S) of the main projection rays in the center of curvature (M) of a spherical or partially spherical projection surface ( 6 ). 11. Vorrichtung nach Anspruch 8 und Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertikalebene (8) und/oder die Horizontalebene (9) jeder der Projektoren (2, 3) einen Krümmungsmittelpunkt (M) enthält/enthalten.11. The device according to claim 8 and claim 6, characterized in that the vertical plane ( 8 ) and / or the horizontal plane ( 9 ) of each of the projectors ( 2 , 3 ) contains / contain a center of curvature (M). 12. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ursprungspunkt der Projektionsstrahlen jeder der Projektoren (2, 3) weniger als 1 Meter oberhalb des Augenpunktes (AP) der agierenden Person (7) bezogen zur Transversalebene durch den Augenpunkt (AP) der agierenden Person liegt.12. The apparatus according to claim 1 or claim 8, characterized in that the point of origin of the projection beams of each of the projectors ( 2 , 3 ) less than 1 meter above the eye point (AP) of the acting person ( 7 ) related to the transverse plane through the eye point (AP ) of the acting person. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Transversalebene durch den Augenpunkt (AP) der agierenden Person (7) die Projektionsfläche (6) schneidet und diese Schnittlinie von der agierenden Person (7) aus gesehen im Bereich von +/-10° zu einer weiteren Schnittlinie liegt, die durch die Horizontalachse (9) des Projektors (2, 3) auf der Projektionsfläche (6) erzeugt wird.13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the transverse plane through the eye point (AP) of the acting person ( 7 ) intersects the projection surface ( 6 ) and this line of intersection seen by the acting person ( 7 ) in the range of +/- 10 ° to another section line, which is generated by the horizontal axis ( 9 ) of the projector ( 2 , 3 ) on the projection surface ( 6 ).