專利名稱：一種斜下視視覺距離可變式廣角無限視景顯示系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種飛行模擬訓練領(lǐng)域，具體涉及一種廣角無限視景顯示技術(shù)。
(二)
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的國內(nèi)外的廣角無限視景顯示系統(tǒng)，其斜下視成像距離無法改變，這是由于帶散射層 的后投射屏與反射鏡之間的相對位置是固定不變的，致使飛行員在系統(tǒng)出瞳處觀察時，視覺距 離是一個定值，這樣就不能夠真實的模擬飛行器起飛與降落時由于飛行器與地面的距離變化而 引起飛行員斜下視視覺距離的變化，使飛行員在現(xiàn)有廣角無限視景顯示系統(tǒng)下訓練無法感覺飛 行器起落時，斜下視距離的視覺變化，使起落飛行訓練效果大受影響。
(三) 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種可以實現(xiàn)與飛行器起飛、降落變化速度相對應(yīng)的斜下視視 覺距離可變式廣角無限視景顯示系統(tǒng)，本實用新型在保持前視無限遠視覺效果的同時，按照飛 行器起落過程的前下視視覺變化的規(guī)律及人眼視覺規(guī)律的原理，通過成像距離調(diào)節(jié)機構(gòu)，來實 現(xiàn)改變漫反射軟膜屏幕與后投射屏之間的距離，從而模擬起落過程時前下視視覺變化，大大提 高飛行訓練特別是起落時的訓練效果，可以實現(xiàn)與飛行器起飛、降落變化速度對應(yīng)的斜下視視 覺距離變化。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的它包括投影儀l、后投射屏2、漫反射軟膜屏幕3及其
輔助裝置、反射鏡4，其輔助裝置還包括移動支撐架7、步進電機組8、移動導(dǎo)軌組9、限位機 構(gòu)10、成像距離調(diào)節(jié)機構(gòu)和控制柜。后投射屏2設(shè)置在后投射屏固定底框上，移動導(dǎo)軌組包 括滾珠絲杠及精密光電限位開關(guān)部件，漫反射軟膜屏幕3設(shè)置在移動導(dǎo)軌組上，限位機構(gòu)10 設(shè)置在漫反射軟膜屏幕的兩個運動極限位置，步進電機組8驅(qū)動移動導(dǎo)軌組9，由控制柜實現(xiàn) 控制，成像距離調(diào)節(jié)機構(gòu)連接漫反射軟膜屏幕與后投射屏。
本實用新型中投影儀1用支撐框架由螺釘連接固定在控制柜的頂部；后投射屏2四周采用 復(fù)合材料加工成型的固定框固定，連接到后壁板上，后投射屏2、后壁板及控制柜之間均采用 螺釘連接；漫反射軟膜屏幕3上邊沿與后投射屏2上邊沿均固定在復(fù)合材料的固定框內(nèi)，漫反 射軟膜屏幕3的兩側(cè)及下邊沿均是可以移動的，其下邊沿連接在移動導(dǎo)軌組上9，由步進電機 組驅(qū)動移動導(dǎo)軌組帶動漫反射軟膜屏幕3運動，實現(xiàn)廣角無限視景顯示系統(tǒng)斜下視視覺成像距 離的變化；反射鏡的固定采用螺釘連接鋁壓板條及硅橡膠密封墊緊固在復(fù)合材料固定框的四周 的方式連接。本實用新型的漫反射軟膜屏幕3是由顆粒分布均勻，且有規(guī)定的密度，其顆粒的大小接近 于光波長的材料加工成的彈性軟膜。
本實用新型的后投射屏2的面型為高次曲面，本身為高透過率材料經(jīng)擠壓成型的有機玻 璃，后投射屏采用高溫負壓工藝成型為高次曲面，后投射屏不影響系統(tǒng)成像，其作用是支撐漫 反射軟膜屏幕3，使其附著于后投射屏2的外表面，并維持完全附著其上的漫反射軟膜屏幕3 的面形與反射鏡4的焦面一致。
本實用新型的反射鏡4采用反射率高達95%的雙面鍍鋁薄膜，它的作用是將后投射屏2 上每一像點發(fā)出的有效光，經(jīng)反射鏡反射變?yōu)榻叫泄夂笊淙氤鐾珔^(qū)5，也就是說在出瞳區(qū)內(nèi)， 用人眼對反射鏡進行觀察時，會看到相當于無限遠的實時景象。薄膜鏡頭采用負壓成形法。本 實用新型即適用于反射鏡面型是非球面也適用于反射鏡面型是球面的廣角無限視景顯示系統(tǒng)。
本實用新型的斜下視視覺距離可變式廣角無限視景顯示方法為通過改變后投射屏外表面 上附著的漫反射軟膜屏幕下端與后投射屏外表面(即反射鏡的焦面)的距離來實現(xiàn)斜下視視覺 距離變化。通過成像距離調(diào)節(jié)機構(gòu)的連續(xù)性運動，使漫反射軟膜屏幕與后投射屏之間的距離發(fā) 生連續(xù)性變化，從而使斜下視視覺成像距離發(fā)生漸進式變化，即在保證該系統(tǒng)前視及仰視視覺 成像距離為無限遠不變的前提下，通過改變漫反射軟膜屏幕與后投射屏之間的距離的方法來實 現(xiàn)斜下視視覺成像距離的可變。在該變化過程中本系統(tǒng)內(nèi)的投影儀隨漫反射軟膜屏幕的運動對 視景圖像進行適時校正，此方法能夠保證視景圖像不會因為漫反射軟膜屏幕的運動而出現(xiàn)畸變 的現(xiàn)象，使訓練效果大大提卨。
本實用新型的工作方式為三臺仿真專用投影儀1將圖像拼接融合后生成實時視景投射在 后投射屏2上，仿真專用投影儀1能根據(jù)視覺距離的變化(即漫反射軟膜屏幕的改變)對圖像 進行時時校正，可視圖像經(jīng)反射鏡4的反射后射向視點區(qū)域，在視點區(qū)域人眼可觀察到相當于 無限遠的實時景象。
本實用新型的工作原理為該系統(tǒng)斜下視部分初始狀態(tài)為漫反射軟膜屏幕3與后投射屏2 之間有一定的距離，這個距離滿足飛行器正常在地面上時的下視距離?，F(xiàn)以飛行器正常在地面 上時的下視距離5m為例，飛行器起飛前漫反射軟膜屏幕與后投射屏底邊距離應(yīng)為210mm， 6 行器起飛過程中兩屏距離逐漸變小直至重合，這時系統(tǒng)斜下視視覺距離從近距離5m到無限遠 (幾百米)的逐漸變化；當飛行器要降落前漫反射軟膜屏幕與后投射屏重合，飛行器降落過程 中漫反射軟膜屏幕與后投射屏底邊距離逐漸變大直至達到210mm，這時系統(tǒng)斜下視景像距離 由無限遠(幾百米)到近距離5m的逐漸變化。由于漫反射軟膜屏幕在與后投射屏分離的過程 時，使其曲面發(fā)生變化，成像出現(xiàn)微小畸變，通過投影機的畸變校正進行適時修正。斜下視視 覺距離可變式廣角無限視景顯示系統(tǒng)按照飛行器起飛、降落前下視視覺距離變化的規(guī)律及人眼的視覺規(guī)律來模擬飛行器起飛與降落時由于飛行器與地面的距離變化而引起飛行員斜下視視 覺距離的變化，該系統(tǒng)可真實模擬飛行器起飛、降落的視覺距離，提高飛行訓練效果。
本實用新型的效果有斜下視視覺距離可變式廣角無限視景顯示系統(tǒng)具有快速連續(xù)改變斜 下視視覺距離的功能，當飛行器起飛或降落時，飛行員的斜下視距離將隨飛行器距地面的高度 變化而變化。普通的廣角無限視景顯示系統(tǒng)全視場(方位180。，俯仰-25° 20°)內(nèi)視覺距離 相同，理論值為無限遠，但實際值一般為幾十米到幾百米左右。當飛行器在地面滑行或起飛時， 視覺距離沒有變化并且感覺不準，總覺得飛行器沒有著落，感覺飛行器距地面很高， 一般感覺 在幾十米高。斜下視視覺距離可變式廣角無限視景顯示系統(tǒng)可實現(xiàn)與飛行器起降變化速度相對 應(yīng)的斜下視視覺距離變化，變化規(guī)律可滿足視覺距離時時變化的要求，該廣角無限視景顯示系 統(tǒng)在0。到+20。視角內(nèi)的視覺距離保持遠距離視覺效果(視覺距離大于200m)的同時，俯視O。 到-25°視角內(nèi)的視覺距離由無限遠逐漸縮短至5m，此逐漸改變視覺距離的方法符合人眼視覺 規(guī)律的實際情況。該系統(tǒng)可真實模擬飛行器起飛、降落的視覺距離變化情況，提高飛行訓練效 果。


圖1為本實用新型的系統(tǒng)漫反射軟膜屏幕與后投射屏重合時示意圖； 圖2為本實用新型的漫反射軟膜屏幕與后投射屏幕距離一定時的斜下視視覺景象距離示 意圖3為本實用新型的系統(tǒng)漫反射軟膜屏幕與后投射屏分開最遠距離時的示意圖 圖4為本實用新型的導(dǎo)軌組運動方位及組成示意圖； 圖5為本實用新型的導(dǎo)軌組的定位示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的說明
結(jié)合圖l,本實施例的斜下視視覺距離可變式廣角無限視景顯示方法是，通過移動后投射 屏附著的漫反射軟膜屏幕3與后投射屏2外表面的距離來改變斜下視視覺距離。成像距離調(diào)節(jié) 機構(gòu)的連續(xù)運動實現(xiàn)漫反射軟膜屏幕與后投射屏之間的距離連續(xù)變化，使斜下視視覺成像距離 也發(fā)生漸進式變化。在保證該系統(tǒng)前視及仰視視覺成像距離為無限遠不變的前提下，改變漫反 射軟膜屏幕與后投射屏之間的距離實現(xiàn)斜下視視覺成像距離的可變。
本實施例的顯示系統(tǒng)，包含一個改變后投射屏外表面上附著的漫反射軟膜屏幕的裝置，后 投射屏2設(shè)置在后投射屏固定底框6上，移動導(dǎo)軌組9包括滾珠絲杠及精密光電限位開關(guān)部件， 漫反射軟膜屏幕3設(shè)置在移動導(dǎo)軌組上，機械限位機構(gòu)10設(shè)置在漫反射軟膜屏幕的兩個運動極限位置，步進電機組8驅(qū)動移動導(dǎo)軌組，由控制柜實施控制，成像距離調(diào)節(jié)機構(gòu)連接漫反射 軟膜屏幕3與后投射屏2。
結(jié)合圖l-圖5，本實施例系統(tǒng)用七個不同位置的步進電機帶動各自組的移動導(dǎo)軌組部件進 行運動。實施過程如下
以飛行器正常在地面上時的下視距離5m為例，實施過程為飛行器起飛過程時，飛行器在 跑道上滑行狀態(tài)時漫反射軟膜屏幕3與后投射屏2外表面之間處于張開狀態(tài)，當飛行器離開地 面的瞬間，系統(tǒng)反饋啟動信號給步進電機組，飛行器系統(tǒng)按照自身起飛(降落)過程中距離地 面高度的變化為步進電機組適時反饋信號，從而步進電機組帶動漫反射軟膜屏幕在導(dǎo)軌組上進 行運動，該運動過程斜下視視覺距離是逐漸變遠的過程，當飛行器起飛高度達到200m時，系 統(tǒng)反饋停止運動信號給步進電機組8，此時滾珠絲杠上的滑塊剛好接觸精密光電限位開關(guān)，限 位開關(guān)反饋停止運動信號給步進電機組，步進電機組停止運動，這時漫反射軟膜屏幕正好到達 預(yù)定位置，a值為O時的位置，此時漫反射軟膜屏幕3與后投射屏2重合，斜下視視覺距離為 無限遠；實施過程為飛行器降落時，飛行器降落高度至200m時，飛行器系統(tǒng)按照自身起飛(降 落)過程中距離地面高度的變化為步進電機組適時反饋信號，從而步進電機組帶動漫反射軟膜 屏幕在導(dǎo)軌組上進行運動，該運動過程斜下視視覺距離是逐漸變近的過程，當飛行器降落至地 面時，系統(tǒng)反饋停止運動信號給步進電機組8，此時滾珠絲杠上的滑塊剛好接觸另一端的精密 光電限位開關(guān)，限位開關(guān)反饋停止運動信號給步進電機組，步進電機組停止運動，這時漫反射 軟膜屏幕正好到達預(yù)定位置，漫反射軟膜屏幕3與后投射屏2底邊之間最大的距離為210mm， 此時俯視地面的視覺距離為5m。為保證此方案的安全性，在漫反射軟膜屏幕兩個運動極限位 置設(shè)計精密定位的精密光電限位開關(guān)及機械強制定位機構(gòu)。導(dǎo)軌組運動方位及結(jié)構(gòu)組成如圖5 所示，導(dǎo)軌組的定位如圖5所示。
圖2所示，本實施例的系統(tǒng)漫反射軟膜屏幕3與后投射屏2重合時示意圖，來自投影儀l 圖像首先成像于漫反射軟膜屏幕3上，經(jīng)過散射作用后作為像面，該像面為反射鏡4的焦面， 再經(jīng)反射鏡4成像于無窮遠處，最終受訓人員在出瞳區(qū)5可以觀察到無窮處的虛像。
圖4所示，本實施例的系統(tǒng)漫反射軟膜屏幕3與后投射屏2分開時示意圖，斜下視視覺距 離可變式廣角無限視景顯示系統(tǒng)的工作機理是改變漫反射軟膜屏幕3與后投射屏2外表面之間 的距離來實現(xiàn)與飛行器起飛、降落變化速度相對應(yīng)的斜下視視覺距離發(fā)生漸進式變化，從而使 飛行訓練效果大大提高。
根據(jù)高斯公式可知 <formula>formula see original document page 6</formula>/ :漫反射軟膜屏幕3上的圖像到反射鏡4主面的距離即物距； /':漫反射軟膜屏幕3上的圖像通過反射鏡4反射所成像的像距；
反射鏡的像方焦距(反射鏡的焦面至主面的距離)。 注該系統(tǒng)以反射鏡4面型為球面為例，系統(tǒng)成像為無限遠虛像，所以/'=及/2。
A點對反射鏡4的物距/如公式②。
/丄"..........................................②
2
fl :漫反射軟膜屏幕3上的A點到后投射屏2光線透射點的距離； 將公式②代入公式①可以得到系統(tǒng)的像距。
當漫反射軟膜屏幕3與后投射屏2距離重合，即^0，將f0代入公式③，得到/'為無窮 大，即漫反射軟膜屏幕3上的圖像在反射鏡4后無窮遠處成虛像，這時受訓者的下視視覺距 離為無窮遠，如圖l所示；當漫反射軟膜屏幕3與后投射屏2存在距離時，即a-210mm，將 ErflOmm代入公式③，得到/'為5m，即漫反射軟膜屏幕3上的圖像在反射鏡4后5m處成虛 像，這時受訓者的下視視覺距離為5m，如圖3所示。
B點為漫反射軟膜屏幕與后投射屏的相切點。C點為漫反射軟膜屏幕與后投射屏重合時， 下視角一25'的成像點。當漫反射軟膜屏幕3與后投射屏2距離一定時，漫反射軟膜屏幕3從 B點到C點之間各個點距離后投射屏2的距離逐漸變大。A點為漫反射軟膜屏幕上B、 C之間 的任意一點。根據(jù)公式③可以得到漫反射軟膜屏幕3上的A點在反射鏡4后有限遠處成虛像。 這時受訓者通過反射鏡4觀察到漫反射軟膜屏幕3上從B點到C點的虛像視覺距離為從無窮 遠到有限遠，從而模擬地平線(B點所成的像的位置)前視視覺景象由無窮遠到離觀察者最近 的機場跑道(C點所成的像)至地面的斜下視視覺景象過程，即下視角-25° (C點)時的視覺 景象距離為5m，如圖2所示。
通過逐漸改變本實施例中漫反射軟膜屏幕3與后投射屏2下端(與斜下視視覺景象對應(yīng)部 分)的距離的大小，就可以改變B點(地平線位置)在后投射屏上的位置，從而模擬飛行器 起飛、降落時地平線位置的改變，從而實現(xiàn)斜下視視覺距離的逐漸變化。即當B點與C點重 合時該廣角無限視景顯示系統(tǒng)視覺景象距離均為無限遠；當B點與C點不重合時，B、 C兩點 之間的視覺景象距離為有限距離，且由B點移動到C點視覺景象距離是逐漸變小，如圖3所 示。
權(quán)利要求1. 一種斜下視視覺距離可變式廣角無限視景顯示系統(tǒng)，其特征在于它包括投影儀(1)、后投射(2)、漫反射軟膜屏幕及輔助裝置(3)、反射鏡(4)，輔助裝置是一個調(diào)節(jié)漫反射軟膜屏幕(3)與后投射屏(2)之間的距離發(fā)生連續(xù)變化的裝置，由移動支撐架(7)、步進電機組(8)、移動導(dǎo)軌組(9)、限位機構(gòu)(10)、成像距離調(diào)節(jié)機構(gòu)和控制柜組成，后投射屏(2)設(shè)置在后投射屏固定底框(6)上，移動導(dǎo)軌組(9)包括滾珠絲杠及精密光電限位開關(guān)部件，漫反射軟膜屏幕(3)設(shè)置在移動導(dǎo)軌組(9)上，限位機構(gòu)(10)設(shè)置在漫反射軟膜屏幕的兩個運動極限位置，步進電機組(8)驅(qū)動移動導(dǎo)軌組(9)，由控制柜實現(xiàn)控制，成像距離調(diào)節(jié)機構(gòu)連接漫反射軟膜屏幕(3)與后投射屏(2)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的斜下視視覺距離可變式廣角無限視景顯示系統(tǒng)，其特征在 于反射鏡(4)采用反射率高達95%的雙面鍍鋁薄膜。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的斜下視視覺距離可變式廣角無限視景顯示系統(tǒng)，其特征在 于后投射屏(2)的面型為高次曲面，本身材質(zhì)為高透過率材料的有機玻璃，后投射 屏采用高溫負壓成型工藝成型為高次曲面，后投射屏(2)不影響系統(tǒng)成像，其作用是 支撐漫反射軟膜屏幕(3)，使其附著于后投射屏(2)的外表面，并維持附著其上的漫反 射軟膜屏幕(3)的面形部分與反射鏡(4)的焦面一致。
專利摘要本實用新型公開了一種斜下視視覺距離可變式廣角無限視景顯示系統(tǒng)，它包括投影儀、后投射、漫反射軟膜屏幕及輔助裝置、反射鏡，輔助裝置是一個調(diào)節(jié)漫反射軟膜屏幕與后投射屏之間的距離發(fā)生連續(xù)變化的裝置，由移動支撐架、步進電機組、移動導(dǎo)軌組、限位機構(gòu)、成像距離調(diào)節(jié)機構(gòu)和控制柜組成。本實用新型通過改變后投射屏外表面上附著的漫反射軟膜屏幕下端與后投射屏之間的距離來實現(xiàn)斜下視視覺距離變化，通過成像距離調(diào)節(jié)機構(gòu)的連續(xù)性運動調(diào)節(jié)，使漫反射軟膜屏幕下端與后投射屏之間的距離發(fā)生連續(xù)性變化，從而使斜下視視覺成像距離發(fā)生漸進式變化。
文檔編號G09B9/32GK201247538SQ20082009002
公開日2009年5月27日 申請日期2008年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月23日
發(fā)明者康為民 申請人:哈爾濱工業(yè)大學