专利名称：模拟具有书法光,特别是飞机上视野情景的投影机的制作方法
技术领域：
本发明涉及模拟具有书法光(Calligraphic Light)，特别是具有飞机或船舶上视野的投影机。
模拟飞机驾驶员在飞机上的视野，除了白天和夜间的陆地和天空的实际景象外，主要还必须包括逼真展现最多10000个附加的强光目标。由机场标灯设备(机场的跑道标灯或接近区域和界限标灯，飞机滑行道标志和滑行交通信号)和飞行体的定位灯和方向灯所产生的这些光也被称为书法光。这些光必须在陆地和/或者天空的前方视野中以不同颜色不同强度的点或线展现出来。必须在模拟夜航和模拟日光条件下实现这种展现。特别难以解决的是模拟黄昏和雨天或雾天时飞机上的视野。对这类飞行训练器的要求例如在联邦公报第II部分-93/98“关于对飞机合成飞行训练器和飞机飞行训练器上教学人员要求方针的公告”1092-1103页和那里标题为“Joint Aviation Requirements”JAR-STD中有所介绍。根据D级的JAR，要求一种视野展示系统为每个飞机驾驶员制成75°的水平视野和30°的垂直视野，提供具有白天、黄昏和夜间条件所属的书法光的与实际完全一致的景象。
在一个景象内展现书法光迄今为止一直是借助专用的CRT-投影机进行，其那些象点中的电子束受到过度激励展现书法光。电子束的过度激励及其对荧光屏-磷很强的作用迅速降低了显象管的寿命，以至于在相当短的使用时间后必须将其更换。若为此目的专门制作显象管，会造成很高的费用。
本发明涉及模拟具有书法光线，特别是模拟飞机或船舶上的视野的投影机，与投影机的调制器相连的控制装置产生景象信号和书法光信号。
本发明的特征在于，投影机具有两个光源，其每个光源在规定的时间比率内向另一个借助来自控制装置的信号产生亮度调制的和颜色调制的同线R-G-B-光束，在第一个光源中，第一个信号这样控制调制器，使第一个同线R-G-B-光束含有情景光学信息和书法光的光学信息，在第二个光源中，第二个信号这样控制调制器，使第二个同线R-G-B-光束只含有书法光的光学信息，此外规定了射束相聚的装置，它是将第一个和第二个R-G-B-光束在空间上相聚放射，它们同时被唯一一个双轴工作的偏转装置投射到投影表面，使两个R-G-B-光束在展现书法光的象点中强度重叠。
在这种情况下利用第一个R-G-B-光束展现含有书法光的情景并利用第二个光束只展现书法光，其中由第一个R-G-B-光束产生的书法光和由第二个R-G-B-光束产生的书法光利用一偏转装置实现准确的重叠。
按照现有技术，光源为激光器，因为迄今为止只有利用激光器才能产生足够强度的充分同线的光束。但原则上也使用发射低发散度射束的其他光源，例如高亮度辐射器。
本发明包括作为空间上射束相聚方法的所有光学装置，它们在确定条件下将两个光束低损耗地同线重叠或者平行并列或者在确定角度下反射。正如下面的实施例所表明的那样，“空间上相聚”意为两个R-G-B-光束将一行内的一定数量的象点n和/或者一定数量的行m分开置放。在这种情况下也可以n＝0和m＝0，就是说两个R-G-B-光束在投影表面结合成一个同线的光束。
为了对光束和双轴工作的偏转装置进行强度调制，如此选择时间比率和时滞，使其实现同步，由此将技术开支降到最低限度。特别是根据目的，实施了在可调制的R-G-B-光源和一双轴工作的偏转装置之间以光导纤维连接的方式进行空间上相聚的装置，偏转装置包含在一发出图像投影的投影头中。
在第一个实施例中，进行空间上光束相聚的装置从第一个R-G-B-光束和第二个R-G-B-光束中产生一个唯一的同线R-G-B-光束，它从原始点出来，通过双轴工作的偏转装置按行并按图像进行偏转。控制装置产生第一个和第二个信号对调制器进行控制，这些信号在时间点上与相同行中相同象点的光学信息相吻合。
作为空间上光束相聚的装置，这里例如使用了以纤维耦合器或频带波导耦合器或棱镜分配器形式的镜面布置或分光器。
在第二个实施例中，空间上光束相聚的装置分别保持第一个R-G-B-光束和第二个R-G-B-光束分开，然而它们是以一确定距离和一确定角度相聚，以至从一个平面出来的两个R-G-B-光束借助一双轴工作的偏转装置同时实现光束偏转。控制装置产生在同一时间点上对调制器进行控制的第一个和第二个信号，然而由此产生的光学信息与图像中不同的象点有关。第一个信号在这种情况下与通过第一个R-G-B-光束所展现的象点的光学信息相吻合，并且第二个信号与通过第二个R-G-B-光束所展现的象点的光学信息相吻合。在这种情况下，由第一个信号和第二个信号所传递的图像信息在时间上彼此相对延迟，以至时差Δto与两个R-G-B-光束在投影表面上的距离a′相应。该距离受象点整数n和/或者行整数m的制约并取决于由所要展现的视频标准所决定的象点的和/或者行的时钟率。
对处理记录带有并列光束图像的信号的详细说明选自DE 197 26860 C1。
作为空间上光束相聚的装置，这里例如使用了以双纤维或互导的频带波导器。
双纤维的使用，其中一端两根光导纤维紧密相互引导，其另一端各与可调制的R-G-B-激光器光源之一相连接，在费用和光传播的效率方面具有优点。
下面借助附图对本发明加以说明。附图所示为
图1记录情景和带有唯一同线R-G-B-光束的书法光的投影机。
图2根据图1投影机的信号分布。
图3记录情景和带有两个并列同线R-G-B-光束的书法光的投影机。
图4根据图3投影机的信号分布。
图1所示为一展示情景和书法光的投影机100，其中强度为φA(t)+φB(t)的两个光源10和10′的光同线重叠投射到投影表面17上。为了产生情景和书法光，使用一台存储图像序列的控制计算机60，或者利用输入信号E向其提供外部光源的图像信息。控制计算机为第一个光源10产生图像信号A。该图像信号A包括用于强度调制和颜色调制的控制信号，它与带有书法光情景的光学信息相吻合。控制计算机此外还为第二个光源10′产生图像信号B。该图像信号B包括用于强度调制和颜色调制的控制信号，它与只用于书法光的光学信息相吻合。
控制计算机60此外还提供用于控制行镜11(多棱镜)和象镜12(摆动镜)的信号并接收这些组件的信号，以使光源10和10′的调制与象镜11或行镜12的瞬时角位置σ和β同步。将带有强度函数φA(t)，t＝时间，的亮度调制和颜色调制的光束线性偏振，如图1中圆圈所示。将带有强度函数φB(t)的亮度调制和颜色调制的光束同样线性偏振，如图1中虚线所示，当然与光φA(t)正交。
两条光束被导给光束相聚的一个装置20，它在按照图1的例子中为偏振棱镜，借助于它相互垂直线性偏振的光束得到同线重叠。
由此唯一同线的光束射入到行镜11上，在行方向上偏转，然后击中象镜12并被偏转到画面方向或图象方向上。一放大偏转角的转换光学器件13将强度为φA(t)+φB(t)的唯一的亮度和颜色调制的光束投射到投影表面17上。在包括记录一行的时间间隔在内的一个时间周期T内，一行的图像信息作为强度分配φc{T}沿着行的变化被记录下来。行内的该强度分配由人眼捕捉到，视觉将利用这些行记录下来的象面的所有行结合成一个完整的图像印象。
图2所示为四个函数，它们相互关联，因此直接向下排列。图σ(t)所示为在一个周期T＝{0至64μs}内为记录一行行镜镜面的偏转。时间数据符合CCIR-标准的B，G标准。在0μs和52μs之间的时间间隔期间传递包含在行内的光学信息，52μs至64μs的时间间隔是所谓的无效时间，它在一个多棱镜中连接从一个镜面到另一个镜面的跃变或者是摆动镜的恢复时间。
如从图φA(t)和φB(t)中所看到的那样，光学信号仅在0μs至52μs的时间间隔期间传递，正如白色区域所示，它们利用φA(t)和φB(t)典型地展示出作为时间t的函数，亮度和颜色可调节的R-G-B-光源10和亮度和颜色可调节的R-G-B-光源10′的光强度。
图φc{T}所示为在一个行的周期T内所展示的由人眼所看到的光强度，如上所述，是在一个完整的图像变换的时间间隔内。这里的白色区域也表示强度。例如在时间点t1上可以明显看出，强度φA(t1)＝100％和φB(t1)＝100％，它们在一个图像的周期内在时间点t1上相互重叠，因此φc(t1)＝200％。
由此在一行的某些象点中存在着原来的图像中最大可能为100％强度的200％的强度。由于人眼非线性的和相对视觉所产生的强度差异，那里的一幅图像中出现一个非常亮的突出亮点，即书法光。
在这里，光强度φA(t)和φB(t)各在同一时间点T上展现出在一m行中的相同的象点n，也就是说，控制调制器的信号Δto＝0μs延迟。
然而在展示书法光的象点中，不必强制调节200％的强度。100％和200％之间的任何数值都是可以调节的，如时间点t2所示。
图3所示为模拟情景和书法光的另一台投影机，它利用四个位置分开的组件工作一台控制计算机60，两个亮度和颜色可调的R-G-B-光源10，10′和一个投影头14。投影头14包括双轴工作的偏转系统，在该例子中为一万向摆镜18。此外还装有一放大偏转角的转换光学器件13。投影头14与两个光源10和10′的连接在光学上是通过光导纤维5和5′，在电子上/根据控制是通过电源和信号线9以及数据线6和6′实现的。每条光导纤维5和5′在输入端上各装有一个纤维插头7。因此实现了两个相对位置独立的并排的组件R-G-B-光源10，10′与投影头14的简便、快速和无需调整的连接。电子单元8或8′各装入R-G-B-光源10，10′中。电子单元8包括输入模块30，用于将配置在该条通道上的视频信号转换成与该仪器系统相匹配的数字R-G-B-视频信号，一控制电路50，用于控制激励象点和行扫描的摆镜18，和一个图像计算40单元，用于控制同步进行双轴光束偏转的调制器2。R-G-B-光源10′的电子单元8′具有相同的结构。
电子单元8和8′的控制由计算机60完成，它将输入的或储存的视频信息E分配到两个R-G-B-光源10和10′上。两条光导纤维5，5′的输出在投影头14中在空间上这样相互引导，使得它们将出射的光束以预定的方向投射到双轴工作的偏转系统上。为此光导纤维5和5′在一载体20上以距离a平行相互校正，定位并构成一所谓的双纤维。由载体20确定的平面，光导纤维5，5′的末端在其中定位，相当于图像中的行方向。因此这里在一个时间点上在一行内记录了不同的象点。投影表面17上这两个象点的距离用a′表示，并与一个m行内的象点整数n的距离相对应。
此外还有一耦合转换光学器件16，它与载体10上的光导纤维5和5′的输出相对应。
载体10上光导纤维末端的距离a和耦合转换光学器件16的投影特性决定投影表面17上的两条光束的距离a′，它由象点整数n乘以象点距离确定，因此不取决于转换光学器件和投影距离。这类组件和可选择的解决办法的实施在WO98/59500中有详细介绍。
例如双纤维这样加工和与双轴工作的偏转系统这样校正，即，使投影表面上的两条调制的R-G-B-光束以45像素的距离a′在行中相距。同时在一行之中并排记录下两条同线光束，每条光束这样调制，即，使投影表面上的各象点产生准确的光学信息。然后用于调制的两个信号的时间延迟为2μs。下面根据图4说明依据本发明它是如何实现的。
图4所示为4个函数，主要是借助摆镜18记录下唯一一行。通过装置12许多行根据图像连续排列产生具有书法光的情景。
图σ(t)所示为摆镜镜面在一行的一个周期T内的偏转。在0μs和52μs之间的时间间隔期间传递包含在行中的光学信息，52μs至64μs的时间间隔是由视频标准预先规定的所谓无效时间。
正如从图φA(t)和φB(t)中所看到的那样，光学信号仅在0μs至52μs的时间间隔期间传递，正如白色区域所示，它们利用φA(t)和φB(t)典型地展示出亮度和颜色可调节的R-G-B-光源10和亮度和颜色可调节的R-G-B-光源10′的光强度。这里与图2的不同之处显然在于强度φA(t1)与强度φB(t3)间的变换由延迟时间Δt0＝t1-t3＝2μs表示。
图φc{T}所示为在一个行的周期T内所展示的光强度，但由人眼在一个完整的图像变换的时间间隔内看到。这里的白色区域也表示强度。这里可以明显看出，在周期T内(记录一行期间)强度φA(t1)和强度φB(t3)相互重叠。由此在图像观察者的眼里，分配给时间点t1的象点具有200％的强度。
这里基本情况是，具有强度φA的光束的调制在时间上与具有强度φB的光束的调制相比偏移-Δt0。时间延迟Δt0在这种情况下必须选择得要大，使以距离a平行来自相距的光导纤维的两条光束以距离a′击中投影表面并产生分配给各个象点的光学信息。由此在观察者的眼里产生这样的印象，光束的强度在某些象点中增加，虽然它们围绕Δt0在时间上移动，但在同一象点的位置上被连续记录下来。由于人眼非线性的和相对的并在时间上不可分辨的视觉所产生的强度差异，那里的一幅图像中出现一个非常亮的突出亮点，即书法光。
权利要求
1.模拟具有书法光，特别是飞机或船舶上视野情景的投影机，与投影机的调制器相连的控制装置，产生情景信号和书法光信号，其特征在于，投影机(100)包括两个光源(10，10′)，其每一个在规定的时间比率内向另一个借助于来自控制装置(60)的信号(A，B)各产生一亮度和颜色可调的同线R-G-B-光束(φA(t)和φB(t))，在第一个光源(10)中利用第一个信号(A)控制调制器(2)，使第一条R-G-B-光束(φA(t))包含情景(17)的光学信息和书法光的光学信息，并且在第二个光源(10′)中利用第二个信号(B)控制调制器(2′)，使第二条R-G-B-光束(φB(t))只包含书法光的光学信息，此外设置了光束相聚的装置(20)，第一条和第二条R-G-B-光束(φA(t)和φB(t))在空间上相聚发射，它们同时利用一唯一双轴工作的偏转装置(11，12；18)投射到投影表面，使两条R-G-B-光束(φA(t)和φB(t))在展示书法光的象点中强度重叠。
2.按权利要求1的投影机，其特征在于，第一个和第二个信号(φA(t)和φB(t))在一时间点(t)上与同行(m)中的同象点(n)的光学信息相吻合，空间上光束相聚(20)的装置，是从第一条R-G-B-光束和第二条R-G-B-光束中产生一唯一的同线R-G-B-光束并从一原始点出来完成两条R-G-B-光束的光束偏转(11，1218)。
3.按权利要求2的投影机，其特征在于，用于空间上光束相聚(20)的装置是以一纤维耦合器或一频带波导耦合器或一棱镜分配器的形式的分光器。
4.按权利要求1的投影机，其特征在于，在一时间点(t)上产生的第一个和第二个信号(A和B)与情景(17)中不同象点的光学信息相对应，而且用于空间上光束相聚(20)的装置将第一条R-G-B-光束(φA(t))和第二条R-G-B-光束(φB(t))以确定的距离(a)并在一确定的角度下在空间上相聚，以至于借助一双轴工作的偏转装置(11，12；18)同时完成从一平面出来的两条R-G-B-光束的光束偏转，通过第一个信号(A)和第二个信号(B)传递的图像信息在时间上偏移，使这一时间差(Δto)取决于投影表面上的两条R-G-B-光束(φA(t)和φB(t))间的距离(a′)，该距离通过象点整数n和/或者行整数m确定，且该时间差(Δto)取决于通过所要展示的视频标准所决定的象点的和/或者行的时钟频率。
5.按权利要求4的投影机，其特征在于，用于空间上光束相聚(20)的装置是以一纤维双轴或带有两个相互连接的的频带波导器的镜面布置或光学波导器。
6.按权利要求1的投影机，其特征在于，双轴工作的偏转装置是一双轴置放的摆镜(18)或者一作为行镜(11)的多棱镜和一作为象镜(12)的摆动镜。
全文摘要
本发明涉及模拟具有书法光,特别是飞机上视野情景的投影机。与投影机的调制器相连的控制装置,产生情景信号和书法光信号。本发明的特征在于,投影机(100)包括两个光源(10,10′),其每一个在规定的时间比率内向另一个借助于来自控制装置(60)的信号(A,B)各产生一亮度和颜色可调的同线R－G－B－光束(φ
文档编号G02B26/10GK1341327SQ00804224
公开日2002年3月20日 申请日期2000年11月22日 优先权日1999年12月23日
发明者克里斯萨德·德特 申请人:施耐德激光技术公开股份有限公司