專利名稱：模擬具有書法光,特別是飛機上視野情景的投影機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模擬具有書法光(Calligraphic Light)，特別是具有飛機或船舶上視野的投影機。
模擬飛機駕駛員在飛機上的視野，除了白天和夜間的陸地和天空的實際景象外，主要還必須包括逼真展現(xiàn)最多10000個附加的強光目標。由機場標燈設(shè)備(機場的跑道標燈或接近區(qū)域和界限標燈，飛機滑行道標志和滑行交通信號)和飛行體的定位燈和方向燈所產(chǎn)生的這些光也被稱為書法光。這些光必須在陸地和/或者天空的前方視野中以不同顏色不同強度的點或線展現(xiàn)出來。必須在模擬夜航和模擬日光條件下實現(xiàn)這種展現(xiàn)。特別難以解決的是模擬黃昏和雨天或霧天時飛機上的視野。對這類飛行訓練器的要求例如在聯(lián)邦公報第II部分-93/98“關(guān)于對飛機合成飛行訓練器和飛機飛行訓練器上教學人員要求方針的公告”1092-1103頁和那里標題為“Joint Aviation Requirements”JAR-STD中有所介紹。根據(jù)D級的JAR，要求一種視野展示系統(tǒng)為每個飛機駕駛員制成75°的水平視野和30°的垂直視野，提供具有白天、黃昏和夜間條件所屬的書法光的與實際完全一致的景象。
在一個景象內(nèi)展現(xiàn)書法光迄今為止一直是借助專用的CRT-投影機進行，其那些象點中的電子束受到過度激勵展現(xiàn)書法光。電子束的過度激勵及其對熒光屏-磷很強的作用迅速降低了顯象管的壽命，以至于在相當短的使用時間后必須將其更換。若為此目的專門制作顯象管，會造成很高的費用。
本發(fā)明涉及模擬具有書法光線，特別是模擬飛機或船舶上的視野的投影機，與投影機的調(diào)制器相連的控制裝置產(chǎn)生景象信號和書法光信號。
本發(fā)明的特征在于，投影機具有兩個光源，其每個光源在規(guī)定的時間比率內(nèi)向另一個借助來自控制裝置的信號產(chǎn)生亮度調(diào)制的和顏色調(diào)制的同線R-G-B-光束，在第一個光源中，第一個信號這樣控制調(diào)制器，使第一個同線R-G-B-光束含有情景光學信息和書法光的光學信息，在第二個光源中，第二個信號這樣控制調(diào)制器，使第二個同線R-G-B-光束只含有書法光的光學信息，此外規(guī)定了射束相聚的裝置，它是將第一個和第二個R-G-B-光束在空間上相聚放射，它們同時被唯一一個雙軸工作的偏轉(zhuǎn)裝置投射到投影表面，使兩個R-G-B-光束在展現(xiàn)書法光的象點中強度重疊。
在這種情況下利用第一個R-G-B-光束展現(xiàn)含有書法光的情景并利用第二個光束只展現(xiàn)書法光，其中由第一個R-G-B-光束產(chǎn)生的書法光和由第二個R-G-B-光束產(chǎn)生的書法光利用一偏轉(zhuǎn)裝置實現(xiàn)準確的重疊。
按照現(xiàn)有技術(shù)，光源為激光器，因為迄今為止只有利用激光器才能產(chǎn)生足夠強度的充分同線的光束。但原則上也使用發(fā)射低發(fā)散度射束的其他光源，例如高亮度輻射器。
本發(fā)明包括作為空間上射束相聚方法的所有光學裝置，它們在確定條件下將兩個光束低損耗地同線重疊或者平行并列或者在確定角度下反射。正如下面的實施例所表明的那樣，“空間上相聚”意為兩個R-G-B-光束將一行內(nèi)的一定數(shù)量的象點n和/或者一定數(shù)量的行m分開置放。在這種情況下也可以n＝0和m＝0，就是說兩個R-G-B-光束在投影表面結(jié)合成一個同線的光束。
為了對光束和雙軸工作的偏轉(zhuǎn)裝置進行強度調(diào)制，如此選擇時間比率和時滯，使其實現(xiàn)同步，由此將技術(shù)開支降到最低限度。特別是根據(jù)目的，實施了在可調(diào)制的R-G-B-光源和一雙軸工作的偏轉(zhuǎn)裝置之間以光導纖維連接的方式進行空間上相聚的裝置，偏轉(zhuǎn)裝置包含在一發(fā)出圖像投影的投影頭中。
在第一個實施例中，進行空間上光束相聚的裝置從第一個R-G-B-光束和第二個R-G-B-光束中產(chǎn)生一個唯一的同線R-G-B-光束，它從原始點出來，通過雙軸工作的偏轉(zhuǎn)裝置按行并按圖像進行偏轉(zhuǎn)?？刂蒲b置產(chǎn)生第一個和第二個信號對調(diào)制器進行控制，這些信號在時間點上與相同行中相同象點的光學信息相吻合。
作為空間上光束相聚的裝置，這里例如使用了以纖維耦合器或頻帶波導耦合器或棱鏡分配器形式的鏡面布置或分光器。
在第二個實施例中，空間上光束相聚的裝置分別保持第一個R-G-B-光束和第二個R-G-B-光束分開，然而它們是以一確定距離和一確定角度相聚，以至從一個平面出來的兩個R-G-B-光束借助一雙軸工作的偏轉(zhuǎn)裝置同時實現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)?？刂蒲b置產(chǎn)生在同一時間點上對調(diào)制器進行控制的第一個和第二個信號，然而由此產(chǎn)生的光學信息與圖像中不同的象點有關(guān)。第一個信號在這種情況下與通過第一個R-G-B-光束所展現(xiàn)的象點的光學信息相吻合，并且第二個信號與通過第二個R-G-B-光束所展現(xiàn)的象點的光學信息相吻合。在這種情況下，由第一個信號和第二個信號所傳遞的圖像信息在時間上彼此相對延遲，以至時差Δto與兩個R-G-B-光束在投影表面上的距離a′相應。該距離受象點整數(shù)n和/或者行整數(shù)m的制約并取決于由所要展現(xiàn)的視頻標準所決定的象點的和/或者行的時鐘率。
對處理記錄帶有并列光束圖像的信號的詳細說明選自DE 197 26860 C1。
作為空間上光束相聚的裝置，這里例如使用了以雙纖維或互導的頻帶波導器。
雙纖維的使用，其中一端兩根光導纖維緊密相互引導，其另一端各與可調(diào)制的R-G-B-激光器光源之一相連接，在費用和光傳播的效率方面具有優(yōu)點。
下面借助附圖對本發(fā)明加以說明。附圖所示為

圖1記錄情景和帶有唯一同線R-G-B-光束的書法光的投影機。
圖2根據(jù)圖1投影機的信號分布。
圖3記錄情景和帶有兩個并列同線R-G-B-光束的書法光的投影機。
圖4根據(jù)圖3投影機的信號分布。
圖1所示為一展示情景和書法光的投影機100，其中強度為φA(t)+φB(t)的兩個光源10和10′的光同線重疊投射到投影表面17上。為了產(chǎn)生情景和書法光，使用一臺存儲圖像序列的控制計算機60，或者利用輸入信號E向其提供外部光源的圖像信息?？刂朴嬎銠C為第一個光源10產(chǎn)生圖像信號A。該圖像信號A包括用于強度調(diào)制和顏色調(diào)制的控制信號，它與帶有書法光情景的光學信息相吻合?？刂朴嬎銠C此外還為第二個光源10′產(chǎn)生圖像信號B。該圖像信號B包括用于強度調(diào)制和顏色調(diào)制的控制信號，它與只用于書法光的光學信息相吻合。
控制計算機60此外還提供用于控制行鏡11(多棱鏡)和象鏡12(擺動鏡)的信號并接收這些組件的信號，以使光源10和10′的調(diào)制與象鏡11或行鏡12的瞬時角位置σ和β同步。將帶有強度函數(shù)φA(t)，t＝時間，的亮度調(diào)制和顏色調(diào)制的光束線性偏振，如圖1中圓圈所示。將帶有強度函數(shù)φB(t)的亮度調(diào)制和顏色調(diào)制的光束同樣線性偏振，如圖1中虛線所示，當然與光φA(t)正交。
兩條光束被導給光束相聚的一個裝置20，它在按照圖1的例子中為偏振棱鏡，借助于它相互垂直線性偏振的光束得到同線重疊。
由此唯一同線的光束射入到行鏡11上，在行方向上偏轉(zhuǎn)，然后擊中象鏡12并被偏轉(zhuǎn)到畫面方向或圖象方向上。一放大偏轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)換光學器件13將強度為φA(t)+φB(t)的唯一的亮度和顏色調(diào)制的光束投射到投影表面17上。在包括記錄一行的時間間隔在內(nèi)的一個時間周期T內(nèi)，一行的圖像信息作為強度分配φc{T}沿著行的變化被記錄下來。行內(nèi)的該強度分配由人眼捕捉到，視覺將利用這些行記錄下來的象面的所有行結(jié)合成一個完整的圖像印象。
圖2所示為四個函數(shù)，它們相互關(guān)聯(lián)，因此直接向下排列。圖σ(t)所示為在一個周期T＝{0至64μs}內(nèi)為記錄一行行鏡鏡面的偏轉(zhuǎn)。時間數(shù)據(jù)符合CCIR-標準的B，G標準。在0μs和52μs之間的時間間隔期間傳遞包含在行內(nèi)的光學信息，52μs至64μs的時間間隔是所謂的無效時間，它在一個多棱鏡中連接從一個鏡面到另一個鏡面的躍變或者是擺動鏡的恢復時間。
如從圖φA(t)和φB(t)中所看到的那樣，光學信號僅在0μs至52μs的時間間隔期間傳遞，正如白色區(qū)域所示，它們利用φA(t)和φB(t)典型地展示出作為時間t的函數(shù)，亮度和顏色可調(diào)節(jié)的R-G-B-光源10和亮度和顏色可調(diào)節(jié)的R-G-B-光源10′的光強度。
圖φc{T}所示為在一個行的周期T內(nèi)所展示的由人眼所看到的光強度，如上所述，是在一個完整的圖像變換的時間間隔內(nèi)。這里的白色區(qū)域也表示強度。例如在時間點t1上可以明顯看出，強度φA(t1)＝100％和φB(t1)＝100％，它們在一個圖像的周期內(nèi)在時間點t1上相互重疊，因此φc(t1)＝200％。
由此在一行的某些象點中存在著原來的圖像中最大可能為100％強度的200％的強度。由于人眼非線性的和相對視覺所產(chǎn)生的強度差異，那里的一幅圖像中出現(xiàn)一個非常亮的突出亮點，即書法光。
在這里，光強度φA(t)和φB(t)各在同一時間點T上展現(xiàn)出在一m行中的相同的象點n，也就是說，控制調(diào)制器的信號Δto＝0μs延遲。
然而在展示書法光的象點中，不必強制調(diào)節(jié)200％的強度。100％和200％之間的任何數(shù)值都是可以調(diào)節(jié)的，如時間點t2所示。
圖3所示為模擬情景和書法光的另一臺投影機，它利用四個位置分開的組件工作一臺控制計算機60，兩個亮度和顏色可調(diào)的R-G-B-光源10，10′和一個投影頭14。投影頭14包括雙軸工作的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，在該例子中為一萬向擺鏡18。此外還裝有一放大偏轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)換光學器件13。投影頭14與兩個光源10和10′的連接在光學上是通過光導纖維5和5′，在電子上/根據(jù)控制是通過電源和信號線9以及數(shù)據(jù)線6和6′實現(xiàn)的。每條光導纖維5和5′在輸入端上各裝有一個纖維插頭7。因此實現(xiàn)了兩個相對位置獨立的并排的組件R-G-B-光源10，10′與投影頭14的簡便、快速和無需調(diào)整的連接。電子單元8或8′各裝入R-G-B-光源10，10′中。電子單元8包括輸入模塊30，用于將配置在該條通道上的視頻信號轉(zhuǎn)換成與該儀器系統(tǒng)相匹配的數(shù)字R-G-B-視頻信號，一控制電路50，用于控制激勵象點和行掃描的擺鏡18，和一個圖像計算40單元，用于控制同步進行雙軸光束偏轉(zhuǎn)的調(diào)制器2。R-G-B-光源10′的電子單元8′具有相同的結(jié)構(gòu)。
電子單元8和8′的控制由計算機60完成，它將輸入的或儲存的視頻信息E分配到兩個R-G-B-光源10和10′上。兩條光導纖維5，5′的輸出在投影頭14中在空間上這樣相互引導，使得它們將出射的光束以預定的方向投射到雙軸工作的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)上。為此光導纖維5和5′在一載體20上以距離a平行相互校正，定位并構(gòu)成一所謂的雙纖維。由載體20確定的平面，光導纖維5，5′的末端在其中定位，相當于圖像中的行方向。因此這里在一個時間點上在一行內(nèi)記錄了不同的象點。投影表面17上這兩個象點的距離用a′表示，并與一個m行內(nèi)的象點整數(shù)n的距離相對應。
此外還有一耦合轉(zhuǎn)換光學器件16，它與載體10上的光導纖維5和5′的輸出相對應。
載體10上光導纖維末端的距離a和耦合轉(zhuǎn)換光學器件16的投影特性決定投影表面17上的兩條光束的距離a′，它由象點整數(shù)n乘以象點距離確定，因此不取決于轉(zhuǎn)換光學器件和投影距離。這類組件和可選擇的解決辦法的實施在WO98/59500中有詳細介紹。
例如雙纖維這樣加工和與雙軸工作的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)這樣校正，即，使投影表面上的兩條調(diào)制的R-G-B-光束以45像素的距離a′在行中相距。同時在一行之中并排記錄下兩條同線光束，每條光束這樣調(diào)制，即，使投影表面上的各象點產(chǎn)生準確的光學信息。然后用于調(diào)制的兩個信號的時間延遲為2μs。下面根據(jù)圖4說明依據(jù)本發(fā)明它是如何實現(xiàn)的。
圖4所示為4個函數(shù)，主要是借助擺鏡18記錄下唯一一行。通過裝置12許多行根據(jù)圖像連續(xù)排列產(chǎn)生具有書法光的情景。
圖σ(t)所示為擺鏡鏡面在一行的一個周期T內(nèi)的偏轉(zhuǎn)。在0μs和52μs之間的時間間隔期間傳遞包含在行中的光學信息，52μs至64μs的時間間隔是由視頻標準預先規(guī)定的所謂無效時間。
正如從圖φA(t)和φB(t)中所看到的那樣，光學信號僅在0μs至52μs的時間間隔期間傳遞，正如白色區(qū)域所示，它們利用φA(t)和φB(t)典型地展示出亮度和顏色可調(diào)節(jié)的R-G-B-光源10和亮度和顏色可調(diào)節(jié)的R-G-B-光源10′的光強度。這里與圖2的不同之處顯然在于強度φA(t1)與強度φB(t3)間的變換由延遲時間Δt0＝t1-t3＝2μs表示。
圖φc{T}所示為在一個行的周期T內(nèi)所展示的光強度，但由人眼在一個完整的圖像變換的時間間隔內(nèi)看到。這里的白色區(qū)域也表示強度。這里可以明顯看出，在周期T內(nèi)(記錄一行期間)強度φA(t1)和強度φB(t3)相互重疊。由此在圖像觀察者的眼里，分配給時間點t1的象點具有200％的強度。
這里基本情況是，具有強度φA的光束的調(diào)制在時間上與具有強度φB的光束的調(diào)制相比偏移-Δt0。時間延遲Δt0在這種情況下必須選擇得要大，使以距離a平行來自相距的光導纖維的兩條光束以距離a′擊中投影表面并產(chǎn)生分配給各個象點的光學信息。由此在觀察者的眼里產(chǎn)生這樣的印象，光束的強度在某些象點中增加，雖然它們圍繞Δt0在時間上移動，但在同一象點的位置上被連續(xù)記錄下來。由于人眼非線性的和相對的并在時間上不可分辨的視覺所產(chǎn)生的強度差異，那里的一幅圖像中出現(xiàn)一個非常亮的突出亮點，即書法光。
權(quán)利要求
1.模擬具有書法光，特別是飛機或船舶上視野情景的投影機，與投影機的調(diào)制器相連的控制裝置，產(chǎn)生情景信號和書法光信號，其特征在于，投影機(100)包括兩個光源(10，10′)，其每一個在規(guī)定的時間比率內(nèi)向另一個借助于來自控制裝置(60)的信號(A，B)各產(chǎn)生一亮度和顏色可調(diào)的同線R-G-B-光束(φA(t)和φB(t))，在第一個光源(10)中利用第一個信號(A)控制調(diào)制器(2)，使第一條R-G-B-光束(φA(t))包含情景(17)的光學信息和書法光的光學信息，并且在第二個光源(10′)中利用第二個信號(B)控制調(diào)制器(2′)，使第二條R-G-B-光束(φB(t))只包含書法光的光學信息，此外設(shè)置了光束相聚的裝置(20)，第一條和第二條R-G-B-光束(φA(t)和φB(t))在空間上相聚發(fā)射，它們同時利用一唯一雙軸工作的偏轉(zhuǎn)裝置(11，12；18)投射到投影表面，使兩條R-G-B-光束(φA(t)和φB(t))在展示書法光的象點中強度重疊。
2.按權(quán)利要求1的投影機，其特征在于，第一個和第二個信號(φA(t)和φB(t))在一時間點(t)上與同行(m)中的同象點(n)的光學信息相吻合，空間上光束相聚(20)的裝置，是從第一條R-G-B-光束和第二條R-G-B-光束中產(chǎn)生一唯一的同線R-G-B-光束并從一原始點出來完成兩條R-G-B-光束的光束偏轉(zhuǎn)(11，1218)。
3.按權(quán)利要求2的投影機，其特征在于，用于空間上光束相聚(20)的裝置是以一纖維耦合器或一頻帶波導耦合器或一棱鏡分配器的形式的分光器。
4.按權(quán)利要求1的投影機，其特征在于，在一時間點(t)上產(chǎn)生的第一個和第二個信號(A和B)與情景(17)中不同象點的光學信息相對應，而且用于空間上光束相聚(20)的裝置將第一條R-G-B-光束(φA(t))和第二條R-G-B-光束(φB(t))以確定的距離(a)并在一確定的角度下在空間上相聚，以至于借助一雙軸工作的偏轉(zhuǎn)裝置(11，12；18)同時完成從一平面出來的兩條R-G-B-光束的光束偏轉(zhuǎn)，通過第一個信號(A)和第二個信號(B)傳遞的圖像信息在時間上偏移，使這一時間差(Δto)取決于投影表面上的兩條R-G-B-光束(φA(t)和φB(t))間的距離(a′)，該距離通過象點整數(shù)n和/或者行整數(shù)m確定，且該時間差(Δto)取決于通過所要展示的視頻標準所決定的象點的和/或者行的時鐘頻率。
5.按權(quán)利要求4的投影機，其特征在于，用于空間上光束相聚(20)的裝置是以一纖維雙軸或帶有兩個相互連接的的頻帶波導器的鏡面布置或光學波導器。
6.按權(quán)利要求1的投影機，其特征在于，雙軸工作的偏轉(zhuǎn)裝置是一雙軸置放的擺鏡(18)或者一作為行鏡(11)的多棱鏡和一作為象鏡(12)的擺動鏡。
全文摘要
本發(fā)明涉及模擬具有書法光,特別是飛機上視野情景的投影機。與投影機的調(diào)制器相連的控制裝置,產(chǎn)生情景信號和書法光信號。本發(fā)明的特征在于,投影機(100)包括兩個光源(10,10′),其每一個在規(guī)定的時間比率內(nèi)向另一個借助于來自控制裝置(60)的信號(A,B)各產(chǎn)生一亮度和顏色可調(diào)的同線R－G－B－光束(φ
文檔編號G02B26/10GK1341327SQ00804224
公開日2002年3月20日 申請日期2000年11月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月23日
發(fā)明者克里斯薩德·德特 申請人:施耐德激光技術(shù)公開股份有限公司