FR2790113A1 - Light projector for flight simulator has screen with liquid crystal display and cathode ray tube for point illumination - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF DE PROJECTION A HAUTE LUMINOSITE ET FAIBLEHIGH BRIGHTNESS AND LOW PROJECTION DEVICE
POIDS, EN PARTICULIER POUR SIMULATEURS DE PILOTAGE. WEIGHT, PARTICULARLY FOR STEERING SIMULATORS.
La présente invention se rapporte à un dispositif de projection à haute luminosité et faible poids, en particulier pour simulateurs de pilotage. Dans les simulateurs d'avions, et en particulier d'avions gros porteurs, on utilise pour la restitution de l'environnement visuel du pilote des projecteurs à tubes à rayons cathodiques à balayage mixte télévision/calligraphique. Le balayage mixte est indispensable car, d'une part, le balayage télévision est nécessaire pour restituer les images de paysage, tandis que, d'autre part, seul le balayage calligraphique permet d'obtenir des points très lumineux (par arrêt du balayage) et de faible The present invention relates to a projection device with high brightness and low weight, in particular for piloting simulators. In simulators of airplanes, and in particular wide-body airplanes, cathode ray tube projectors with mixed television / calligraphic scanning tubes are used for the reproduction of the pilot's visual environment. The mixed scanning is essential because, on the one hand, the television scanning is necessary to restore the landscape images, while, on the other hand, only the calligraphic scanning makes it possible to obtain very bright points (by stopping the scanning) and weak
diamètre nécessaires à la simulation des feux de pistes d'atterrissage. diameter needed to simulate landing runway lights.
Lorsque l'on essaie de restituer les feux avec le balayage de type télévision, leur luminosité est insuffisante car le temps d'éclairage des When trying to restore the lights with the television type scan, their brightness is insufficient because the lighting time of
points lumineux est beaucoup plus court qu'en balayage calligraphique. light points is much shorter than in calligraphic scanning.
En outre, le diamètre des feux, en balayage télévision, est beaucoup plus important, car il faut décrire chaque feu avec au moins quatre pixels pour In addition, the diameter of the lights, in television scanning, is much more important, because each light must be described with at least four pixels to
éviter toute atténuation des feux situés entre deux lignes de balayage. avoid any attenuation of the lights located between two scanning lines.
Le poids d'un projecteur à balayage mixte télévision/calligraphique équipé de tubes à rayons cathodiques ayant, par exemple, une diagonale de 9 pouces, nécessaire pour obtenir la luminosité requise, est d'environ 200 kg. Ce poids très élevé entraîne un important moment d'inertie du projecteur par rapport au centre de la plate-forme mobile (en effet, les projecteurs sont éloignés du centre de cette plate-forme); ce qui oblige à surdimensionner les structures supportant les projecteurs, ainsi que la plate-forme. Pour réduire le coût de la plate-forme et des structures, il est indispensable de réduire le poids The weight of a mixed television / calligraphic scanning projector equipped with cathode ray tubes having, for example, a diagonal of 9 inches, necessary to obtain the required brightness, is approximately 200 kg. This very high weight causes a large moment of inertia of the projector relative to the center of the mobile platform (in fact, the projectors are far from the center of this platform); which requires oversizing the structures supporting the projectors, as well as the platform. To reduce the cost of the platform and structures, it is essential to reduce the weight
des projecteurs.spotlights.
D'autre part, on constate sur les projecteurs à tubes à rayons cathodiques une dérive de la convergence, qui nécessite des retouches fréquentes du réglage de convergence pour maintenir une qualité d'image optimale. La présente invention a pour objet un dispositif de faible poids pour la projection sur écran d'images à haute luminosité, pouvant restituer un environnement visuel tel que celui d'un simulateur de pilotage, en particulier de pilotage d'avions gros porteurs, avec une qualité d'image optimale, aussi bien pour des images diurnes que crépusculaires ou nocturnes, et dont le poids soit nettement inférieur à On the other hand, there is a convergence drift on cathode ray tube projectors, which requires frequent retouching of the convergence adjustment to maintain optimal image quality. The subject of the present invention is a low-weight device for projecting high-brightness images onto a screen, capable of reproducing a visual environment such as that of a piloting simulator, in particular of piloting large aircraft, with a optimal image quality, for daytime, twilight or nighttime images, and weighing significantly less than
celui des projecteurs connus (par exemple 50 kg au lieu de 200 kg). that of known projectors (for example 50 kg instead of 200 kg).
Le dispositif de projection conforme à l'invention, pour la projection d'images sur un écran comporte au moins un ensemble composé d'un projecteur à un seul tube monochrome à rayons cathodiques et d'un projecteur à valve de lumière et adressage matriciel, les images projetées sur l'écran par ces deux projecteurs étant superposées en coïncidence, le projecteur à tube à rayons cathodiques projetant des images sensiblement ponctuelles, et l'autre projecteur projetant des images d'environnement. Selon une caractéristique de l'invention, pour la projection d'images d'un simulateur de pilotage, le projecteur à adressage matriciel est équipé d'un atténuateur commandé, et l'autre projecteur comporte un tube à phosphores monochromes, de The projection device according to the invention, for the projection of images on a screen comprises at least one assembly composed of a projector with a single monochrome tube with cathode rays and of a projector with light valve and matrix addressing, the images projected on the screen by these two projectors being superimposed in coincidence, the cathode ray tube projector projecting substantially punctual images, and the other projector projecting environment images. According to a characteristic of the invention, for the projection of images from a piloting simulator, the matrix addressing projector is equipped with a controlled attenuator, and the other projector comprises a monochrome phosphor tube, of
préférence blancs, et est équipé d'un filtre chromatique commutable. preferably white, and is equipped with a switchable chromatic filter.
La présente inventions sera mieux comprise à la lecture de la The present inventions will be better understood on reading the
description détaillée d'un mode de réalisation, pris à titre d'exemple non detailed description of an embodiment, taken by way of example not
limitatif et illustré par le dessin annexé, dont la figure unique est un limiting and illustrated by the appended drawing, the single figure of which is a
schéma simplifié d'un dispositif de projection conforme à l'invention. simplified diagram of a projection device according to the invention.
L'invention est décrite ci-dessous en référence à un dispositif de projection pour simulateur de pilotage d'avions gros porteurs, mais il est bien entendu qu'elle n'est pas limitée à cette seule application, et qu'elle peut être mise en oeuvre pour d'autres applications: simulateurs divers, dispositifs de projection pour équipements autres que les The invention is described below with reference to a projection device for flight simulator of large aircraft, but it is understood that it is not limited to this single application, and that it can be used used for other applications: various simulators, projection devices for equipment other than
simulateurs, etc....simulators, etc ...
Sur la figure unique du dessin, on n'a représenté qu'un seul ensemble 1 de deux projecteurs, mais il est bien entendu que le dispositif de l'invention peut comporter plusieurs ensembles disposés côte à côte et/ou les uns au-dessus des autres afin d'obtenir des images projetées à très grand champ horizontal et/ou vertical, l'écran de projection étant dimensionné en conséquence. Lorsqu'il y a plusieurs ensembles, ils sont synchronisés tous ensemble et leurs images projetées sont traitées de façon à se raccorder parfaitement sur l'écran de projection, et, le cas In the single figure of the drawing, only one assembly 1 of two projectors has been shown, but it is understood that the device of the invention may comprise several assemblies arranged side by side and / or one above others in order to obtain images projected with a very large horizontal and / or vertical field, the projection screen being sized accordingly. When there are several sets, they are all synchronized together and their projected images are processed so as to connect perfectly to the projection screen, and, if necessary
échéant, corrigées géométriquement, cela de façon connue en soi. where appropriate, geometrically corrected, in a manner known per se.
L'ensemble 1 comporte deux projecteurs 2,3 dont les images sont projetées en superposition et en coïncidence sur un écran sphérique 4. La coïncidence est comprise au sens o les images de feux de pistes d'atterrissage (projetées par le projecteur 3) doivent s'incruster à leur emplacement exact dans les images de paysage environnant (projetées The assembly 1 comprises two projectors 2,3, the images of which are projected superimposed and coincidentally on a spherical screen 4. The coincidence is understood in the sense that the images of landing runway lights (projected by the projector 3) must to be embedded in their exact location in the images of the surrounding landscape (projected
par le projecteur 2).by the projector 2).
Le projecteur 2 est du type à valve de lumière ("light valve" en anglais), et à adressage matriciel, et il peut être soit un projecteur LCD (à matrice à cristaux liquides) soit un projecteur DMD ("Digital Mirror Device", c'est à dire un projecteur à micro-miroirs en disposition matricielle). Ces projecteurs LCD ou DMD sont plus lumineux (500 à 1000 lumens ANSI pour des projecteurs standard) que ceux à tubes à rayons cathodiques (250 lumens ANSI pour un projecteur à tubes de 9 pouces) et plus légers (5à 15 kg) que ces derniers (90 kg pour un The projector 2 is of the light valve type, and with matrix addressing, and it can be either an LCD projector (with liquid crystal matrix) or a DMD projector ("Digital Mirror Device", i.e. a micro-mirror projector in a matrix layout). These LCD or DMD projectors are brighter (500 to 1000 ANSI lumens for standard projectors) than those with cathode ray tubes (250 ANSI lumens for a 9-inch tube projector) and lighter (5 to 15 kg) than the latter (90 kg for one
projecteur à tubes de 9 pouces).9 inch tube projector).
Le seul problème avec les projecteurs LCD ou DMD est qu'ils n'ont pas de mode équivalent au balayage calligraphique des projecteurs à tubes à rayons cathodiques, ce qui ne leur permet pas de reproduire des images de feux avec une luminosité suffisante. Pour cette raison, le The only problem with LCD or DMD projectors is that they do not have a mode equivalent to the calligraphic scanning of cathode ray tube projectors, which does not allow them to reproduce images of lights with sufficient brightness. For this reason, the
dispositif de l'invention associe ces deux types de projecteurs. device of the invention combines these two types of projectors.
Le projecteur 2 est d'un modèle standard, d'un poids inférieur à 15 kg. Il est équipé classiquement d'une optique de projection 5 devant laquelle on place un atténuateur commandé 6, par exemple du type à cristaux liquides, ou bien purement mécanique. En variante, cet atténuateur peut être disposé en amont de l'optique 5, à l'intérieur du Projector 2 is a standard model, weighing less than 15 kg. It is conventionally equipped with a projection optic 5 in front of which a controlled attenuator 6 is placed, for example of the liquid crystal type, or else purely mechanical. As a variant, this attenuator can be placed upstream of the optic 5, inside the
projecteur 2.projector 2.
Le projecteur 3 est un projecteur à un seul tube 7 à rayons cathodiques à phosphore blanc. Devant le tube 7, à l'intérieur du boîtier du projecteur, on dispose un filtre chromatique commutable 8. Ce filtre est destiné à conférer aux images de feux de pistes projetées par le projecteur 3 les couleurs spécifiques appropriées, à savoir: rouge, vert, bleu, orange et blanc. Ce filtre est par exemple un modèle à cristaux liquides ferroélectriques et polariseurs dichroïques, à commutation très rapide (temps de commutation inférieur à 200 ps). Le projecteur 3 est équipé, comme le projecteur 2, d'une optique de projection 9. En The projector 3 is a projector with a single tube 7 with white phosphorus cathode rays. In front of the tube 7, inside the headlamp housing, there is a switchable chromatic filter 8. This filter is intended to give the images of runway lights projected by the headlamp 3 the appropriate specific colors, namely: red, green , blue, orange and white. This filter is for example a model of ferroelectric liquid crystals and dichroic polarizers, with very fast switching (switching time less than 200 ps). Projector 3 is equipped, like projector 2, with projection optics 9. In
variante, le filtre 8 peut être disposé en aval de l'optique 9. alternatively, the filter 8 can be placed downstream of the optics 9.
L'atténuateur 6 est réglé de la façon suivante. Pour la restitution d'images de vol en plein jour, il est complètement ouvert, et n'apporte donc aucune atténuation à ces images. Pour la restitution des images nocturnes ou crépusculaires, I'atténuateur est réglé avec une image amont blanche à luminosité maximale (c'est à dire que les cellules l0 modulatrices de lumière du projecteur LCD ou DMD sont complètement ouvertes), afin que la luminosité des images crépusculaires ou nocturnes ne dépasse jamais une valeur maximale réaliste. De cette façon, on conserve aux images nocturnes ou crépusculaires la dynamique totale de luminance permise par les cellules modulatrices des projecteurs LCD ou DMD, et on réduit de façon importante le niveau du noir, jusqu'à une The attenuator 6 is adjusted as follows. For the reproduction of flight images in broad daylight, it is completely open, and therefore does not bring any attenuation to these images. For the reproduction of nocturnal or twilight images, the attenuator is adjusted with a white upstream image at maximum brightness (that is to say the light-modulating cells 10 of the LCD or DMD projector are fully open), so that the brightness of the Twilight or nocturnal images never exceed a realistic maximum value. In this way, the total dynamic range of luminance allowed by the modulating cells of the LCD or DMD projectors is preserved for night or twilight images, and the black level is significantly reduced, up to a
valeur réaliste.realistic value.
Pour obtenir un champ visuel horizontal suffisant (par exemple de 60 ), il est nécessaire de raccorder horizontalement les images de plusieurs projecteurs (trois projecteurs pour obtenir 60 par exemple). Le champ visuel vertical est d'environ 40 . Cela nécessite un contrôle précis des distorsions géométriques de projection de chaque projecteur, en To obtain a sufficient horizontal visual field (for example of 60), it is necessary to connect the images of several projectors horizontally (three projectors to obtain 60 for example). The vertical field of view is approximately 40. This requires precise control of the geometric projection distortions of each projector, in
particulier dans la zone de raccordement des images de ces projecteurs. particularly in the area of connection of the images of these projectors.
A cet effet, on ajoute un dispositif de correction des distorsions géométriques de projection, dispositif qui peut être intégré dans le projecteur ou dans la source d'images ou dans un circuit électrique To this end, a device for correcting geometric projection distortions is added, a device which can be integrated in the projector or in the image source or in an electrical circuit.
disposé entre la source d'images et les projecteurs. disposed between the image source and the projectors.
Selon un aspect de l'invention, on désature les couleurs des feux monochromes de pistes en superposant un feu blanc à ces feux monochromes. Les feux monochromes sont adressés couleur par couleur, et tracés séquentiellement, pendant la durée totale d'une trame de l'image, ce qui permet de maintenir le spot de ce tube immobile suffisamment longtemps pour augmenter la luminosité de chaque point et compenser la luminosité moindre des phosphores blancs par rapport à celle des phosphores rouges, verts et bleus des tubes cathodiques trichromes de l'art antérieur, et de compenser l'atténuation introduite par le filtre According to one aspect of the invention, the colors of the monochrome runway lights are desaturated by superimposing a white light on these monochrome lights. The monochrome lights are addressed color by color, and traced sequentially, for the total duration of a frame of the image, which allows to keep the spot of this tube motionless long enough to increase the brightness of each point and compensate for the brightness less of the white phosphors compared to that of the red, green and blue phosphors of the three-color cathode ray tubes of the prior art, and of compensating for the attenuation introduced by the filter
commutable 8.switchable 8.
De même que pour les projecteurs 2, une correction des distorsions géométriques de projection est nécessaire pour raccorder les images de plusieurs projecteurs 3, mais aussi pour superposer au bon endroit les feux lumineux sur l'image projetée par les projecteurs 2. Une telle correction peut être facilement réalisée, de façon connue en soi, As for the projectors 2, a correction of the geometric projection distortions is necessary to connect the images of several projectors 3, but also to superimpose in the right place the luminous lights on the image projected by the projectors 2. Such a correction can be easily carried out in a manner known per se,
dans les projecteurs 3.in the spotlights 3.
Du fait que le projecteur 3 ne comporte qu'un seul tube 0 monochrome à rayons cathodiques, il ne peut présenter aucune dérive de convergence (qui ne peut se produire qu'avec des projecteurs tri-tubes RVB). Because the projector 3 has only one monochrome cathode ray tube 0, it cannot have any convergence drift (which can only occur with RGB three-tube projectors).
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| FR2790113B1 (en) | 2003-07-25 |
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