DE19952896C5

DE19952896C5 - Device for generating a scene image of a front view by an incident light projection

Info

Publication number: DE19952896C5
Application number: DE19952896A
Authority: DE
Inventors: Klaus Hiller; Christhard Deter; Hans-Werner Kuhlmann
Original assignee: EADS Deutschland GmbH; Jenoptik LDT GmbH
Current assignee: Dornier GmbH
Priority date: 1999-11-03
Filing date: 1999-11-03
Publication date: 2005-05-12
Anticipated expiration: 2019-11-04
Also published as: KR20010101368A; DE19952896C1; WO2001033841A3; WO2001033841A2; IL144088A0; CA2355323A1; EP1145547A2; CN1336073A; EP1145547A3; JP2003513322A

Abstract

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 zwei Projektoren (2, 3) das Szenenbild (1) der Frontsicht aus Teilbildern (4, 5) aufbauen und die Teilbilder jeweils mit einem in Zeilen- und Bildrichtung abgelenkten, helligkeits- und/oder farbmodulierten Lichtbündel aus einem Ursprungspunkt heraus innerhalb eines Projektionskegels auf eine Projektionsfläche (6) schreiben, wobei
– jeder Projektor (2, 3) so angeordnet ist, daß sein Ursprungspunkt in Blickrichtung vor einer agierenden Person (7) liegt,
– sich die Hauptprojektionsachsen dieser Projektoren in einem Punkt (S) schneiden, der senkrecht über dem Augenpunkt (AP) oder im Rücken der agierenden Person (7) liegt, und
– die Projektoren so zueinander ausgerichtet sind, daß sich jeweils zwei erzeugte, nebeneinanderliegende Teilbilder (4, 5) an einer ihrer Seitenkanten auf der Projektionsfläche (6) übergangslos berühren.Device for generating a scene image (1) in the front view by an incident light projection, in particular for image display in a training station, a simulator or an experience world, characterized in that at least two projectors (2, 3) the scene image (1) of the front view of sub-images ( 4, 5) and write the partial images each with a deflected in line and image direction, brightness and / or color modulated light beam from an origin point within a projection cone on a projection surface (6), wherein
Each projector (2, 3) is arranged so that its point of origin is in the viewing direction in front of an acting person (7),
The main projection axes of these projectors intersect at a point (S) perpendicular to the eye point (AP) or in the back of the person operating (7), and
- The projectors are aligned with each other so that each two generated, adjacent sub-images (4, 5) at one of its side edges on the projection surface (6) touch seamlessly.

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 The invention relates to a device for generating a scene image in the front view by an incident light projection, in particular for image display in a training station or in a simulator or in a 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 Prjektionsfläche umgelenkt und der agierenden Person dargeboten.From the EP 0 836 169 B1 For example, a training station is known in which three projectors generate split images which are displayed on a screen. The image generated on the screen is deflected via a collimating mirror onto a projection surface and presented to 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.conditioned by the optical image of an image from an object plane out into an image plane, the projectors are far behind the back the acting person and far above their head It takes the collimation mirror to a part of the scene image at all to produce in a range 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 därzustellenden 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.at these simulators, used for example for driving school education be, the projectors are about 2 m above the head of the acting person and arranged about 1 meter behind the head of the acting person. This is due to optical laws of optical imaging and the size of the picture necessary because you shading the därzustellenden scene image of the Front view by the person or by superstructures of a driver's cab exclude would like to. Such simulators are therefore very large. In particular, there are in moving systems massive equipment parts far outside the axes of motion, so that considerable to master dynamic loads due to the occurring acceleration forces are. Needed for this a stable and thus massive mechanical structure, which considerable effort in the mechanical or hydraulic drives pulls.

Aus der US-4.297.723 ist ein Simulator mit einem Laserprojektor bekannt. Die Internationale Wehrrerue, 10/1983, S. 1499f, sowie Automotive Engineering, Sept. 1994, S. 14–19, "Driving Simulation at General Motors", beschreiben Simulatoren mit mehreren Videoprojektoren. Out US-4,297,723 discloses a simulator with a laser projector. The International Wehrrerue, 10/1983, p. 1499f, as well as Automotive Engineering, Sept. 1994, pp. 14-19, "Driving Simulation at General Motors ", describe simulators with multiple video projectors.

Weiterhin haben die üblicherweise eingesetzten Bildprojektoren eine geringe Schärfentiefe und zeigen keine befriedigende Bildauflösung, insbesondere am Bildrand.Farther usually have used image projectors a shallow depth of field and show no satisfactory image resolution, especially at the edge of the picture.

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 pursues the goal of the effort in the realization of To reduce training facilities, simulation facilities or adventure worlds and the reality a front view of a generated scene image to improve. The Invention is intended for both Simulators with motion system ("flying screen") as well as for simulators without motion system ("fixed screen") be suitable.

Bei einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Szenenbildes einer Frontsicht durch eine Auflichtprojektion, insbesondere für die Bilddarstelung in einer Trainingsstation oder in einem Simulator oder in einer Erlebniswelt mittels eines Projektors wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Ausgestaltung gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. at a device for generating a scene image of a front view by an incident light projection, in particular for image display in a training station or in a simulator or in a world of experience by means of a Projector, the object of the invention by the embodiment according to the characterizing Part of claim 1 solved.

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 wird mit mehreren Projekoren, z. B. zwei oder drei, realisiert, indem das Szenenbild aus Teilbildern zusammen gesetzt wird. The Positioning the projector in front of the acting person has the advantage that possible shadowing of image parts drastically reduced by constructions or the observer are. The projector can thus be closer the eye level be arranged by the observer. This has the particular advantage that image distortions are lower. Should this relatively small aberrations also can be eliminated, you can take the necessary corrective action realize the scene with a comparatively low effort. The principle of the invention is with several Projekoren, z. Two or three, realized by combining the scene image from sub-images is set.

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 in the description only an acting person is called means this does not mean that the invention would be limited to applications with a single person. Much more let yourself apply the principle of the invention also when two persons, such as Driver and front passenger, or even a group of people present are.

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 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, the scene with a deflected brightness and / or color modulated light beam from an origin point out line by line and imagewise within of a projection cone on a projection screen are also under the name "laser projector" known. such Projectors differ in terms of imaging laws the light beam fundamentally different from usual image-forming projectors, such as LCD projectors or CRT projectors. Since in a "laser projector" a red-green-blue light beam to Writing the pixels of a row is distracted and no here classic optical image from a device-internal object plane into one Image plane can be done significantly larger projection angles reached. can be and the distance projector projection screen can freely chosen within wide limits become.

Bei einem derarigen 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.In such a projector, extensive geometric corrections can be made so that image distortions due to skew projection or due to the shape of the projector onsfläche are largely correctable. Furthermore, the image of such a projector in a very large depth range is sharp, so that the projection distance to the screen can vary greatly. Such a projector and the corresponding correction possibilities of the image representation are in the DE 197 37 374 C2 described. The scene image is corrected for the position of the eye point to the projection surface, wherein an image recording camera or an image calculator receives the scene image for this eye point and / or calculated. The origin point of the projection is when a transformation optics, for example, according to DE 43 24 849 C2 Use is made of the exit pupil of the transformation optics, otherwise, if no transformation optics is 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.Of the Projector is advantageously arranged in a position at the point of origin of the projection rays is (ventral) the frontal plane is located in the eye point of the acting person In this situation is the range of possible shadowing of projection beams least by the acting person or a driver's cab or even not available.

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.In the device is expediently a projection used, which has at least one center of curvature. With a cylindrical or domed one projection can the scene of a frontal view presented particularly favorable be, since the field of view of the acting person completely with a realistic picture content can be filled. At the projection screen can in particular, it is the inner surface of a circle body, for example a ball 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.A advantageous development of the invention is the geometry so to choose that the eye point the acting person or the point of origin of the projection beams in a center of curvature the projection surface lies. Then there are the visible visible geometric distortions lowest, making the necessary corrections to be displayed Scenery also be low or even eliminated. At everyone other situation occur larger image distortions on that only with elevated technical effort and partly down quality loss of image representation are correctable.

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 Ursprngspunkt der Projektionsstrahlen in einem ersten Krümmungsmittelpunkt und der Augenpunkt der agierenden Person in einem zweiten Krümmungsmittelpunkt der Projektionsfläche liegt.Has the projection surface more than one center of curvature, as is the case with a parabolic or barrel-shaped projection surface it is expedient, for the above reasons, if the original point the projection beams in a first center of curvature and the eye point the acting person lies in a second center of curvature of the projection surface.

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.by virtue of the respective spatial Arrangement of the structures, z. A simulator cab and the projector, it is not always possible the projector or the acting person into one of the centers of curvature to position. Then should for one low image distortion, each projector can be arranged so that its projection cone with a selected one Plane intersects a center of curvature. The projector has a main projection axis through the cut line two levels is determined: a horizontal plane through their parallel position to the row direction in the middle of the image height of the projection cone and defined by the origin of the deflected light beam is, and a vertical plane, by its vertical position to Row direction in the center of the image width of the projection cone and fixed by the origin point of the deflected light beam is. Low image distortion is achieved when the vertical plane or the horizontal plane or both planes one or both of the Contain 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.Farther is the correction effort for the projection is significantly reduced even if the acting Person located in a defined position to the screen. This is the case when the median plane and / or the frontal plane by the eye point of the acting person one or both centers of curvature contains / contain.

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 Ursprngspunkt der Projektionsstrahlen vor (ventral) einer der Frontalebenen der agierenden Person.Especially for projections, where a very big horizontal viewpoint with a scene image should, it is appropriate that Scene image not with a single projector to represent, but halve or quarter the scene and divide each of them Assign images to your own projector. Preferably, therefore at least two projectors arranged so that the main projection axes of these projectors intersect at a point in the back (dorsal) of the acting person, and thereby aligned with each other are that yourself two generated images at their respective side edges on the projection surface seamlessly touch. there the origin of the projection rays is (ventral) one 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.In order for there to be an intersection between the projector's main projection axes, one of the excellent planes, the horizontal plane or the vertical plane, must be identical for the projectors. The projectors are arranged and aligned with each other so that two be neighboring pictures are seamlessly set against each other at their common side edges. As a result of in DE 197 37 374 C2 described correction options, the split images of the projectors can be put together pixel by pixel and then appear combined on the screen to a scene image. 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.at Several projectors, it is advantageous if the intersection of Main projection axes coincides with a center of curvature of the screen. In In this case, the image distortions are the lowest and possibly necessary corrections require the least amount of effort.

Bei einer kugelförmigen oder teilkugelförmigen Projektionsfläche liegt der Schnittpunkt der Hauptprojektionsachsen zweckmäßigerweise im Krümmungsmittelpunkt dieser Projektionsfläche. Dann ergeben sich geringste Bildverzeichnungen.at a spherical one or part-spherical projection is the intersection of the main projection axes expediently in the center of curvature this projection surface. Then result in the least image distortion.

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.Of the Advantage of low image distortion is also achieved, though the vertical plane or the horizontal plane of each projector one or both centers of curvature the projection surface. Then the intersection of the main projection axes is not in one Center of curvature.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Ursprngspunkt 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 Development of the invention is that the origin point of the projection beams each Projector transversal less than 1 meter above (cranial) the eye point the acting person lies, related to the transversal level the eye point 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.This has the consequence that the height a training station, the simulator or the experience world around the factor 0.3 to 0.5 compared known arrangements with an incident light projection (front projection) work, is reduced. The size is now essentially only determined by the size of the curved projection surface. This results in the height in about the picture height and the width of a horizontal radius of the barrel-shaped projection surface. By The considerable reduction in size results in moving Systems have considerable advantages in the dynamic behavior of the moving system, because on the one hand, the mass can be kept lower overall and on the other hand, the center of mass closer to the axes of motion lies. The projectors are advantageously on supporting parts an outer lining attached to a simulator cabin. The simulator cab serves as outer shell, in for example, a driver's cab, one or more projectors and one or more projectors associated with these projectors arranged are. With a projector that works with a writing light beam, can be a much larger projection angle be realized when using a conventional object magnifying Image projection is achievable. This has the advantage that, for example, a 180 ° projection 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.A further advantageous embodiment of the device is that the Transversal plane through the eye point of the acting person cuts the screen and this intersection line seen from the acting person in Range of +/- 10 ° another Section line is through the horizontal axis of the projector on the projection screen is produced. This ensures that the acting person in about optimally captures the center of the picture and the real visual conditions, for example from a cab a locomotive or the cab of a truck can.

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

1 einen Simulator mit einer Auflichtprojektion nach dem allgemeinen Stand der Technik in der Ansicht auf die Gesichtsebene der agierenden Person; 1 a simulator with an incident light projection according to the general state of the art in the view of the face of the person acting;

2 einen Simulator gemäß 1 in der Draufsicht auf die agierenden Person; 2 a simulator according to 1 in the plan view of the acting person;

3 einen Simulator mit einem Projektor zur Auflichtprojektion zur Erzeugung eines Szenenbildes in der Ansicht auf die Gesichtsebene der agierenden Person; 3 a simulator with a projector for incident light projection for generating a scene image in the view on the face plane of the acting person;

4 einen Simulator gemäß 3 in der Draufsicht auf die agierende Person; 4 a simulator according to 3 in the plan view of the acting person;

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

6 einen Simulator gemäß 5 in der Draufsicht auf die agierende Person. 6 a simulator according to 5 in the plan view of the acting person.

1 zeigt einen Simulator zur Lokführer-Ausbildung nach dem Stand der Technik in der Sicht auf eine agierende Person 7. 2 zeigt eine Draufsicht des Simulators nach 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. 1 shows a simulator for train driver training according to the prior art in the view of an acting person 7 , 2 shows a top view of the simulator after 1 , A movement system is not shown in the figures in order to maintain clarity. Furthermore, a driver's cab 10 drawn only schematically. This is to represent the cab of a locomotive. To project a scene image 1 become two CRT projectors 2 and 3 used, each one a picture 4 and 5 on a projection screen 6 produce. The two pictures 4 and 5 become a scene image 1 composed of an extent horizontal of 90 ° and vertical of 30 ° relative to the eye point of the acting person has. These known projectors, which work with an image-imaging principle, provide correspondingly large, sharp and undistorted images only in a relatively large projection distance, which is why with an image height of about 2 m, the projection distance must be about 4 m.

Weiter muß wegen der begrenzten Schärfentiefe dieser Projektoren die Projektionsfläche einen möglichst gleichbleibenden Abstand zum Projektor haben.Further must because the limited depth of field These projectors the projection area as constant as possible distance to the projector.

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 cab superstructures can cause image shading, the projectors must be mounted high enough above the cab. To circumvent this, are used in the prior art deflection mirror, as for example from the EP 0 836 169 B1 is known. As a result of these conditions, the projectors are over 1 m behind and over 1 m above the position of the acting person 7 arranged. This is particularly disadvantageous when the projectors 2 and 3 be subject to the dynamics of the simulator in a "flying-screen system". Then relatively massive projectors are very far away 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 1 und 2 ersichtlich, weit hinter der Position der agierenden Person und weit über dieser liegt, und daß sich die Projektionsstrahlen kreuzen.For CRT projectors, there is still an overlap of the images 4 and 5 generating projection cone by about 2 ° to 4 ° to the desired seamless joining of the images 4 and 5 to realize by the so-called "Edgeblending". Characteristic of this is that there is a crossing point S of the main projection beams, which, as in the example 1 and 2 seen far behind the position of the acting person and far above it, and that the projection beams intersect.

In den nachfolgenden Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen Elemente wie in 1 und 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 2 , The proportions also correspond to one another in order to clearly visualize the advantages of the invention.

3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung eines Szenenbildes mit einem einzigen Projektor 2 in der Sicht auf die agierende Person 7. 4 zeigt die Vorrichtung nach 3 in der Draufsicht. Hier dient ein einziger Projektor 2 zur Darstellung eines Szenenbildes, das größer ist als das der 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. 3 shows an inventive apparatus for generating a scene image with a single projector 2 in the view of the acting person 7 , 4 shows the device after 3 in the plan view. Here is a single projector 2 to display a scene that is larger than that of the 1 , The projector is not an imaging projector, but uses a deflected brightness- and / or color-modulated light beam to write the image line by line and imagewise within a projection cone 4 on the projection screen 6 , But it can also be written several light bundles at the same time, as in the DE 197 26 860 C1 is shown.

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 referred to as laser projectors. An example of such a projector is in the DE 197 37 374 C2 described. There, it is further explained in detail with which measures image corrections can take place.

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 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 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.For the projection of the use of laser light is not mandatory, but it is sufficient for imaging a collinear light beam, which can also be obtained from another light source, for. B. a light emitting diode. A projector 2 , who writes an image line by line and imagewise with one or more collinear light bundles, is here, as in 4 is clearly visible, before (ventral) a frontal plane of the acting person 7 arranged. Due to the shortened projection distance and the widest possibilities for image correction even with large projection angles is the projector 2 with one compared to 1 significantly smaller distance above the acting person 7 arranged and projected from a position in front of the center of curvature M obliquely on the projection surface 6 ,

3 zeigt die gegenüber 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 3 und 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 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 2 entspricht. Daraus ergeben sich jedoch keine wesentlichen Nachteile, da die gegenüber 1 verringerte Bauhöhe des Simulators erhalten bleibt. 3 shows the opposite 1 significantly lower height of the simulator, which has a particularly favorable effect on the dynamics of the system when it is moved, for example, in a simulator according to the "flying screen principle". In 3 and 4 lies the center of the spherical projection surface 6 in a vertical plane 8th of the projector 2 and 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 other advantages to the image projection when the projector 2 or the acting person 7 as close as possible to the center of curvature M of a curved projection surface 6 are located. In the arrangement of 4 This is achieved by the fact that the projector 2 , the acting person 7 and the driver's cab 10 be moved in the direction of the center M so that the origin of the projection with the center of the screen is identical (not shown). This inevitably leads to an increase in the depth, which then approximately in accordance with 2 equivalent. However, there are no significant disadvantages, since the opposite 1 reduced height of the simulator is maintained.

5 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung eines Szenenbildes mit zwei Projektoren 2 und 3 in der Sicht auf die agierende Person 7. 6 zeigt die Vorrichtung der 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 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 2 mit 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 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. 5 shows the inventive device for generating a scene image with two projectors 2 and 3 in the view of the acting person 7 , 6 shows the device of 5 in a top view. The projectors 2 and 3 here are also in front of (ventral) a frontal plane of the acting person 7 arranged. Furthermore, the main projection axes of the projectors intersect at the center of curvature M of the part-spherical projecti onsfläche 6 , The center of curvature M lies further in the frontal plane containing the eye point of the acting person. As compared to the drawn in the same proportions arrangement of 1 It is easy to see that the projectors are at a much lower level than the eye point of the person acting 7 arranged, Next shows a comparison of 2 With 6 that the projectors 2 and 3 clearly before the eye point AP of the acting person 7 lie. Practically, the projectors 2 and 3 immediately above a windshield of the driver's cab 10 for example, be located in a locomotive simulator. Thus shading by the driver's cab are completely excluded. In 5 It can also be seen that the eyes AP of the acting person 7 containing horizontal plane 9 approximately in the vertical center of the projected scene image 1 lies.

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 incorporating a scene image 1 build from three, four or more sub-images.

Claims

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 zwei Projektoren (2, 3) das Szenenbild (1) der Frontsicht aus Teilbildern (4, 5) aufbauen und die Teilbilder jeweils mit einem in Zeilen- und Bildrichtung abgelenkten, helligkeits- und/oder farbmodulierten Lichtbündel aus einem Ursprungspunkt heraus innerhalb eines Projektionskegels auf eine Projektionsfläche (6) schreiben, wobei – jeder Projektor (2, 3) so angeordnet ist, daß sein Ursprungspunkt in Blickrichtung vor einer agierenden Person (7) liegt, – sich die Hauptprojektionsachsen dieser Projektoren in einem Punkt (S) schneiden, der senkrecht über dem Augenpunkt (AP) oder im Rücken der agierenden Person (7) liegt, und – die Projektoren so zueinander ausgerichtet sind, daß sich jeweils zwei erzeugte, nebeneinanderliegende Teilbilder (4, 5) an einer ihrer Seitenkanten auf der Projektionsfläche (6) übergangslos berühren.Device for generating a scene image ( 1 ) in the front view by an incident light projection, in particular for image display in a training station, a simulator or a world of experience, characterized in that at least two projectors ( 2 . 3 ) the scene image ( 1 ) the front view of partial images ( 4 . 5 ) and the partial images each with a deflected in line and image direction, brightness and / or color modulated light beam from an origin point within a projection cone on a projection surface ( 6 ), whereby - each projector ( 2 . 3 ) is arranged so that its point of origin in the direction of looking in front of an acting person ( 7 ), the main projection axes of these projectors intersect at a point (S) perpendicular to the eye point (AP) or in the back of the person acting ( 7 ), and - the projectors are aligned with each other so that in each case two generated, adjacent fields ( 4 . 5 ) on one of its side edges on the projection surface ( 6 ) touch seamlessly.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Projektor (2, 3) vor einer den Augenpunkt (AP) der agierenden Person (7) enthaltenden Frontalebene liegt.Device according to claim 1, characterized in that each projector ( 2 . 3 ) in front of an eye point (AP) of the person acting ( 7 ) lies with the frontal plane.

Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsfläche (6) einen oder zwei Krümmungsmittelpunkte (M) hat.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the projection surface ( 6 ) has one or two centers of curvature (M).

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.Device according to Claim 3, characterized in that the eye point (AP) of the person acting ( 7 ) or the origin of the projection rays in a center of curvature (M) of the projection surface ( 6 ) lies.

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.Apparatus according to claim 3, characterized in that the origin of the projection beams 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 ) lies.

Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Projektor (2, 3) aufweist eine 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, und eine 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.Device according to claim 3, characterized in that each projector ( 2 . 3 ) has a horizontal plane ( 9 ) defined by its parallel position to the row direction in the center of the image height of the projection cone and by the origin point of the deflected light beam, and a vertical plane (FIG. 8th ), which is defined by its vertical position to the row direction in the center of the image width of the projection cone and by the origin point of the deflected light beam, one of these planes ( 8th or 9 ) contains a center of curvature (M).

Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Medianebene und/oder die Frontalebene durch den Augenpunkt (AP) der agierenden Person einen Krümmungsmittelpunkt (M) enthält.Device according to claim 3, characterized in that that the Median plane and / or the frontal plane through the eye point (AP) the acting person a center of curvature Contains (M).

Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnittpunkt (S) der Hauptprojektionsachsen mit einem Krümmungsmittelpunkt (M) der Projektionsfläche (6) übereinstimmt.Apparatus according to claim 3, characterized in that the intersection (S) of the main projection axes with a center of curvature (M) of the projection surface ( 6 ) matches.

Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnittpunkt (S) der Hauptprojektionsachsen im Krümmungsmittelpunkt (M) einer kugelförmigen oder teilkugelförmigen Projektionsfläche (6) liegt.Device according to claim 8, characterized in that the intersection point (S) of the main projection axes in the center of curvature (M) of a spherical or partially spherical projection surface (M) 6 ) lies.

Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertikalebene (8) und/oder die Horizontalebene (9) jedes Projektors (2, 3) einen Krümmungsmittelpunkt (M) enthält/enthalten.Apparatus according to claim 6, characterized in that the vertical plane ( 8th ) and / or the horizontal plane ( 9 ) of each projector ( 2 . 3 ) contains a center of curvature (M).

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ursprungspunkt der Projektionsstrahlen jedes Projektors (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.Device according to Claim 1, characterized in that the origin of the projection beams of each projector ( 2 . 3 ) less than 1 meter above the eye point (AP) of the acting person ( 7 ) relative to the transverse plane through the eye point (AP) of the person acting.

Vorrichtung nach Anspruch 11, 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 Horizontalachsen (9) der Projektoren (2, 3) auf der Projektionsfläche (6) erzeugt wird.Device according to Claim 11, characterized in that the transversal plane through the eye point (AP) of the person acting ( 7 ) the projection surface ( 6 ) cuts and this cutting line from the acting person ( 7 ) is in the range of +/- 10 ° to another cutting line, which by the horizontal axes ( 9 ) of the projectors ( 2 . 3 ) on the projection surface ( 6 ) is produced.