專利名稱：負壓虛像顯示系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
負壓虛像顯示系統(tǒng)技術領域[0001]本實用新型涉及負壓虛像顯示系統(tǒng)，屬于虛像顯示技術領域。
技術背景[0002]現(xiàn)有飛行模擬器使用的離軸虛像顯示系統(tǒng)又稱為WIDE(Wide-Angle Infinity Display Equipment)廣角無限顯示設備。虛像顯示方式具有景深感強、成像逼真度高等特點，能給人一種身臨其境般的視覺感受，因而被大型高檔飛行模擬器廣泛采用。該系統(tǒng)主要由投影機、球面準直鏡及雙曲面背投影屏及進口光學軟幕組成。準直反射鏡一般有硅玻璃材質(zhì)球面反射鏡和高反平膜負壓成形球面反射鏡。背投影屏幕一般是雙曲面硬幕，通常是平板有機玻璃在模具上熱壓成形，再經(jīng)特殊的涂層工藝處理得到，要求其透射率高、散射效果好。[0003]由于采用離軸方式，球面準直鏡的半徑比較大，一般可達2 3. 5m，水平視場角可達150° 220°，垂直視場可達40° 60°。從成像原理上看，其優(yōu)點是光能損失小、亮度高，產(chǎn)生的圖像可近似于空中的亮度。球面準直鏡結構上屬于球的下半部分，眼點不在其光軸，座艙附近的雜散光線不會通過鏡面反射到飛行員視場內(nèi)，而且當觀察者遠離光軸時圖像畸變小，因而飛行員觀察視景時頭部活動范圍大。[0004]由于該系統(tǒng)是離軸光學即系統(tǒng)的物與所產(chǎn)生的像偏離光軸，因而光學系統(tǒng)不完全滿足近軸光學的公式和規(guī)律，將離軸光線投影到軸上進行計算后仍有誤差存在，需要合理地選擇后投射屏的位置和面形，確保圖像的非線性失真最小。[0005]在WIDE系統(tǒng)中校正像差的方法主要有采用高次非球面反射鏡，背投影屏平面設計后繞旋轉軸旋轉成型，使用軟件對圖像進行校正。高次非球面反射鏡制造難度大，成本高，視場受到限制；旋轉成型的背投影屏在水平視場較大時，因眼點偏離旋轉軸，加之離軸系統(tǒng)對光路計算的影響，視場中心圖像和邊緣差異較大；使用軟件校正不能從本質(zhì)上校正像差，只能對畸變與顏色、亮度融合提供幫助。實用新型內(nèi)容[0006]本實用新型的目的是為了解決現(xiàn)有高次非球面反射鏡制造難度大，成本高，視場受到限制；旋轉成型的背投影屏在水平視場較大時，因眼點偏離旋轉軸，加之離軸系統(tǒng)對光路計算的影響，視場中心圖像和邊緣差異較大的問題，進而提供一種負壓虛像顯示系統(tǒng)。[0007]本實用新型的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的[0008]負壓虛像顯示系統(tǒng)包括投影器、投影器支架、LED顯示屏固定架、房體、電子柜籠體、背投影屏上罩、球面反射鏡上罩、雙曲面背投影屏、球面反射鏡和球面反射鏡支座，所述投影器支架固定在房體的上部，投影器支架的上端固定有投影器，LED顯示屏固定架固定在投影器支架外側的房體上，電子柜籠體固定在房體的外側，球面反射鏡支座固定在房體的下部，球面反射鏡固定在球面反射鏡支座的上部，球面反射鏡上罩固定在球面反射鏡上部的房體上，雙曲面背投影屏固定在房體內(nèi)的上部且與投影器相對應，背投影屏上罩固定在雙曲面背投影屏的上部。[0009] 本實用新型的有益效果本實用新型的房體形成了一個光學系統(tǒng)工作的黑暗空間，為光學部件構成良好的成像環(huán)境以滿足光學部件的安裝需要；雙曲面背投影屏分辨率和增益高，可視角大；球面反射鏡面形的精度高，鏡面穩(wěn)定性好；鏡面反射成像為虛像，縱深感極強，大大增加的沉浸感；拆分結構便于組裝與后續(xù)升級需要；結構設計便于后期保養(yǎng)與維護。


[0010]圖1是本實用新型負壓虛像顯示系統(tǒng)的整體結構示意圖；[0011]圖2是球面反射鏡的結構示意圖；[0012]圖3是球面反射鏡的虛像光路圖切面圖。
具體實施方式
[0013]下面將對本實用新型做進一步的詳細說明本實施例在以本實用新型技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式，但本實用新型的保護范圍不限于下述實施例。[0014]本實施例所涉及的一種負壓虛像顯示系統(tǒng)如圖1 圖3所示，包括投影器1、投影器支架2、LED顯示屏固定架3、房體4、電子柜籠體5、背投影屏上罩6、球面反射鏡上罩7、 雙曲面背投影屏8、球面反射鏡9、球面反射鏡支座10和真空泵11，所述投影器支架2固定在房體4的上部，投影器支架2的上端固定有投影器1，LED顯示屏固定架3固定在投影器支架2外側的房體4上，電子柜籠體5固定在房體4的外側，球面反射鏡支座10固定在房體4的下部，球面反射鏡9固定在球面反射鏡支座10的上部，球面反射鏡上罩7固定在球面反射鏡9上部的房體4上，雙曲面背投影屏8固定在房體4內(nèi)的上部且與投影器1相對應，背投影屏上罩6固定在雙曲面背投影屏8的上部，真空泵11與球面反射鏡支座10的內(nèi)部相連通。[0015]所述球面反射鏡9包括鏡體9-1、兩個輔助鏡9-2、保持條9_3和傳感器9_4，所述鏡體9-1的兩端各固定有一個輔助鏡9-2，保持條9-3的中段與鏡體9-1的下部固定連接， 保持條9-3的兩端分別與兩個輔助鏡9-2固定連接，傳感器9-4固定在鏡體9-1上。[0016]本實用新型的參數(shù)指標[0017]一、負壓虛像顯示系統(tǒng)主要參數(shù)[0018]水平視場角〉±90°垂直視場角正前方45° +3。圖像向上視角20° ±1.5。圖像向下視角25° ±1.5°幾何畸變<10%成像距離術8500 mm[0019]系統(tǒng)質(zhì)量<8000 kg[0020]二、準直球面反射鏡[0021]球面反射鏡支座用輕質(zhì)結構玻璃鋼蜂窩外表面復合預滲玻璃布真空加溫固化而成，內(nèi)表面四周設70球面加強支撐邊。球面反射鏡支座殼體內(nèi)表面與反射膜間保持70mm 空腔以便抽真空成球面形狀。為保證球面反射膜的圓滑度不使其在拐角處起褶，加了兩個輔助鏡，使球面反射膜達到圓滑過度。[0022]控制系統(tǒng)通過傳感器隨時監(jiān)控球面反射鏡支座空腔內(nèi)空氣負壓，驅(qū)動真空泵工作維持空氣負壓力，保證反射膜的工作面形。[0023]半徑3000mm[0024]總體幾何數(shù)據(jù)[0025]幾何面形公差增益解像力可視角長 寬高[0026]鏡面數(shù)據(jù)[0027]垂直球心角 43° 士 1°[0028]水平球心角 180° 士 1°[0029]三、雙曲面背投影屏[0030]背投影屏由雙曲面航空級有機玻璃屏幕和復合材料制成的整體框架組成。背投影屏的作用主要是將投影器投射的不同波長的光散射出去在反射鏡里成虛像，是決定該系統(tǒng)成像質(zhì)量的關鍵部件。在雙曲面有機玻璃外表面蒙一層軟質(zhì)光學幕布，作為散射層。該幕布分辨率和增益高，可視角大。[0031]幾何尺寸[0032]大邊長 3606 士 2mm[0033]小邊長2757 士 2mm[0034]球面反射鏡上罩和背投影屏上罩，其作用是將球面反射鏡和背投影屏幕密封在暗室內(nèi)，同時為防止背投影屏懸臂支撐時前沿下沉，將背投影屏的上框與上罩相聯(lián)。[0035]負壓控制系統(tǒng)采用非接觸式距離傳感器實時測量球形反射膜幾何中心法向頂點到標準參考點的距離，并根據(jù)測量的數(shù)據(jù)對負壓系統(tǒng)氣體流量實時調(diào)解和控制，使測量點到標準參考點的距離控制在系統(tǒng)設定值的士 Imm范圍內(nèi)，實現(xiàn)鏡面的穩(wěn)定。[0036]薄膜球面反射鏡的面形精度控制[0037]此項技術用于確保薄膜球面反射鏡面面形符合高精度指標要求。由于薄膜球面反<1 mm 0.8-1>80 線/mm >30° 6200 ±7. 5 mm 3388 ±6. 5 mm 2170±3.3 mm射鏡是通過張貼在球面反射鏡支座空腔邊框上的反射薄膜，通過負壓力使其張緊到光學系統(tǒng)所需要的曲率形狀。如果形成反射鏡的薄膜通過負壓力作用張緊所形成的曲率不一致將會造成顯示圖象的扭曲變形。因此在研制的過程中首要解決的是形成球面反射鏡面形的精度。由于薄膜球面反射鏡其面形是一離軸球帶，要控制這一直徑為6米多的球面反射鏡面形是非常困難的。為了解決這個困難，采取的方法是在球面反射鏡支座基體上安裝了經(jīng)數(shù)控機床加工的高精度的復合材料邊框，當反射薄膜通過負壓力張緊貼附在復合材料的邊框時，就能保證光學系統(tǒng)所需要的曲率形狀。因此球面反射鏡支座基體上的復合材料邊框的曲率精度將決定整個球面反射鏡的面形精度。[0038]球體外殼δ 30，因鋁蜂窩在球面上受壓易失穩(wěn)降低剛度，且中間夾層用δ 26玻璃鋼蜂窩，內(nèi)外層各敷設S 2環(huán)氧預滲玻璃布，在鋼結構陰模內(nèi)抽真空加溫固化。為提高剛性與強度，在四周加強邊填充夾芯外纏繞S 2預滲碳纖維布，爾后加壓加溫固化成形。再將各自相對位置的加強邊包纏在外殼內(nèi)四周固化。在固化前將相應的預埋件固定。在對接縫上用專用陰模成形的接縫加強件進行加強聯(lián)接，整體成形后內(nèi)表面噴黑無光漆。[0039]為了控制復合材料邊框的安裝精度，利用球內(nèi)半徑高精度檢測儀，在球面反射鏡支座的球心處安裝高精度多軸轉臺、在相聯(lián)伸縮桿端頭固定一百分表探頭，用來檢測復合材料邊框的曲率。解決了只有復雜設備才能檢測高精度大型球面內(nèi)徑精度的難題。根據(jù)球面反射鏡的成像要求，復合材料邊框的曲率精度在士0. 1mm。因此用精度為0. 02mm的該檢測儀檢測得到的數(shù)據(jù)來對復合材料邊框進行適應性修改，完全滿足使用要求。從而保證了整個薄膜球面反射鏡的面形精度。[0040]蒙反射膜階段。蒙膜前先將反射薄膜按理論線四周放足夠余量下料。接著將雙面膠置于定位邊條外沿，將反射膜從左至右在上邊沿敷設后再敷設下邊沿，固定上下邊沿壓條。左右邊條處敷設完后進行抽氣定型，定型調(diào)態(tài)靠兩側邊用力拉伸，達到不發(fā)皺時，即可壓兩側邊條。根據(jù)此時面型位置確定位置傳感器極限位置終點電門參數(shù)。面型及有關參數(shù)確定后，在有效顯示區(qū)域外粘敷單面膠黑布。此階段先用參數(shù)相關的膜試蒙，將工藝確定后再正式蒙膜。[0041]本實用新型主要適用領域為①飛行類視景顯示平臺，高端模擬；②陸路類視景顯示平臺，高端模擬；③海航類視景顯示平臺，高端模擬；④要求縱深感強的顯示技術，高端顯示；⑤虛像顯示技術應用及測試平臺。[0042]以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，這些具體實施方式
都是基于本實用新型整體構思下的不同實現(xiàn)方式，而且本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
權利要求1.負壓虛像顯示系統(tǒng)，包括投影器、投影器支架、LED顯示屏固定架、房體、電子柜籠體、背投影屏上罩、球面反射鏡上罩、雙曲面背投影屏、球面反射鏡、球面反射鏡支座和真空泵，其特征在于，所述投影器支架固定在房體的上部，投影器支架的上端固定有投影器，LED 顯示屏固定架固定在投影器支架外側的房體上，電子柜籠體固定在房體的外側，球面反射鏡支座固定在房體的下部，球面反射鏡固定在球面反射鏡支座的上部，球面反射鏡上罩固定在球面反射鏡上部的房體上，雙曲面背投影屏固定在房體內(nèi)的上部且與投影器相對應， 背投影屏上罩固定在雙曲面背投影屏的上部，真空泵與球面反射鏡支座的內(nèi)部相連通。
2.根據(jù)權利要求1所述的負壓虛像顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述球面反射鏡包括鏡體、 兩個輔助鏡、保持條和傳感器，所述鏡體的兩端各固定有一個輔助鏡，保持條的中段與鏡體的下部固定連接，保持條的兩端分別與兩個輔助鏡固定連接，傳感器固定在鏡體上。
專利摘要本實用新型提供了負壓虛像顯示系統(tǒng)，本實用新型所述投影器支架固定在房體的上部，投影器支架的上端固定有投影器，LED顯示屏固定架固定在投影器支架外側的房體上，電子柜籠體固定在房體的外側，球面反射鏡固定在球面反射鏡支座的上部，球面反射鏡上罩固定在球面反射鏡上部的房體上，雙曲面背投影屏固定在房體內(nèi)的上部且與投影器相對應，背投影屏上罩固定在雙曲面背投影屏的上部。本實用新型的房體形成了一個光學系統(tǒng)工作的黑暗空間，為光學部件構成良好的成像環(huán)境以滿足光學部件的安裝需要；雙曲面背投影屏分辨率和增益高，可視角大；球面反射鏡面形的精度高，鏡面穩(wěn)定性好；拆分結構便于組裝與后續(xù)升級需要；結構設計便于后期保養(yǎng)與維護。
文檔編號G02B17/08GK202285062SQ20112044266
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月10日 優(yōu)先權日2011年11月10日
發(fā)明者祝廣濤 申請人:北京賽四達科技股份有限公司