一種基于平頭錐形背投影屏幕的多通道廣角無(wú)限顯示設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及飛行模擬器視景顯示系統(tǒng)，屬于飛行模擬器虛像顯示領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)，是一種基于平頭錐形背投影屏幕的多通道廣角無(wú)限顯示設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]飛行模擬器使用的虛像顯示系統(tǒng)可分為同軸虛像顯示系統(tǒng)和離軸虛像顯示系統(tǒng)，其中離軸虛像顯示系統(tǒng)也稱為WIDE (Wide-Angle Infinity Display Equipment)廣角無(wú)限顯示設(shè)備。虛像顯示系統(tǒng)具有視場(chǎng)角大、縱深感強(qiáng)、成像逼真等優(yōu)點(diǎn)，能提供給體驗(yàn)著身臨其境的視覺(jué)感受。該系統(tǒng)一般由投影機(jī)、球面準(zhǔn)直鏡、背投影屏幕組成。球面準(zhǔn)直鏡是一種球面的反射鏡，位于球面準(zhǔn)直鏡焦平面上的物體通過(guò)反射能夠形成正立的虛像。位于球面準(zhǔn)直徑焦平面上的成像裝置一般有分光鏡、棱鏡、背投影幕。
[0003]在美國(guó)發(fā)明專利US3659920中公開(kāi)一種同軸虛像顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)由顯示器、分光鏡和球面準(zhǔn)直鏡組成。分光鏡是半反半透的透鏡，放置在球面準(zhǔn)直鏡的焦平面上。顯示器表面發(fā)出的光線經(jīng)分光鏡后，一半反射到球面準(zhǔn)直鏡，球面準(zhǔn)直鏡再將約90%的光線反射到分光鏡，再一次經(jīng)過(guò)分光鏡衰減后，只剩下最初光線的22.5%左右成為最后的有效光線。該類型顯示系統(tǒng)光線損失大，致使圖像亮度比較低。
[0004]在美國(guó)發(fā)明專利US6252728B1中公開(kāi)一種離軸虛像顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)由顯示器、棱鏡、球面準(zhǔn)直鏡組成。光線經(jīng)過(guò)棱鏡中，通過(guò)棱鏡的折射及反射，產(chǎn)生第一次虛像，再到達(dá)球面準(zhǔn)直鏡，形成第二次虛像。該方法由于產(chǎn)生兩次虛像，所以光路計(jì)算復(fù)雜，且對(duì)光學(xué)設(shè)備精度要求尚，造價(jià)昂貴。
[0005]在中國(guó)發(fā)明專利CN102096193B中公開(kāi)一種離軸虛像顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)由投影儀、背投影幕、準(zhǔn)直反射鏡組成。其中該系統(tǒng)中的背投影幕是一個(gè)不規(guī)則曲面，該曲面曲率是由小到大漸變構(gòu)成平滑的外輪廓曲線。
[0006]在中國(guó)實(shí)用新型專利CN202285062U中公開(kāi)的一種離軸虛像顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)中背投影幕使用雙曲面面型。這兩種背投影屏幕曲面面型復(fù)雜，制造難度大，難保持面型精度，生產(chǎn)成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有虛像顯示系統(tǒng)中處于球面準(zhǔn)直鏡焦平面上的成像裝置具有的上述缺陷，本發(fā)明提出一種基于錐形面背投影屏幕的廣角無(wú)限顯示設(shè)備，可以有效的降低制造難度及生產(chǎn)成本。
[0008]本發(fā)明一種基于平頭錐形背投影屏幕的多通道廣角無(wú)限顯示設(shè)備，包括球面準(zhǔn)直鏡、背投影屏幕與投影機(jī)組。
[0009]其中，球面準(zhǔn)直鏡豎直設(shè)置；人眼位于球面準(zhǔn)直鏡前方，且處于球面準(zhǔn)直鏡的豎直軸線上；人眼的可視垂直視場(chǎng)角不小于球面準(zhǔn)直鏡豎直方向弧度角。
[0010]所述背投影屏幕為平頭錐形；背投影屏幕豎直設(shè)置在球面準(zhǔn)直鏡與人眼之間；同時(shí)平頭錐形背投影屏幕呈倒錐形放置，其底邊弧長(zhǎng)小于頂邊弧長(zhǎng)；且背投影屏幕軸線垂直于水平面并與球面準(zhǔn)直鏡豎直軸線重合。
[0011]所述投影儀組為η臺(tái)投影儀，n ^ 3，設(shè)置于背投影屏幕前方，保證η臺(tái)投影儀將圖像全部投射到背投影屏幕上；且使相鄰?fù)队皺C(jī)的投射畫(huà)面間形成重疊帶。
[0012]1、本發(fā)明多通道廣角無(wú)限顯示設(shè)備，能夠呈現(xiàn)出一個(gè)連續(xù)的、可參數(shù)化的虛像曲面。利用該虛像曲面，可以利用現(xiàn)有的投影拼接方法對(duì)虛像進(jìn)行幾何校正和多通道融合；
[0013]2、本發(fā)明多通道廣角無(wú)限顯示設(shè)備，具有制造容易，可大幅降低生產(chǎn)成本。該廣角無(wú)限顯示設(shè)備產(chǎn)生的虛像成像面是可參數(shù)化的曲面，在具有虛像系統(tǒng)強(qiáng)縱深感的同時(shí)兼具一定的立體感；由于曲面可參數(shù)化，便于多投影拼接的幾何校正和多通道融合。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明多通道廣角無(wú)限顯示設(shè)備結(jié)構(gòu)俯視示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明多通道廣角無(wú)限顯示設(shè)備結(jié)構(gòu)側(cè)視示意圖。
[0016]圖中:
[0017]1-球面準(zhǔn)直鏡2-背投影屏幕3-投影儀組
[0018]4-人眼5-虛像6-重疊帶
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0020]本發(fā)明多通道廣角無(wú)限顯示設(shè)備，由球面準(zhǔn)直鏡1、背投影屏幕2與投影機(jī)組3構(gòu)成，如圖1所示。
[0021]其中，球面準(zhǔn)直鏡I豎直設(shè)置，球面準(zhǔn)直鏡I所對(duì)應(yīng)的球體半徑為2米，其弧面豎直方向弧度為50°，水平方向的弧度為180°。人眼4位于球面準(zhǔn)直鏡I前方，且處于球面準(zhǔn)直鏡I的豎直軸線(即為球面準(zhǔn)直鏡I對(duì)應(yīng)球體的豎直軸線)上。人眼4的可視垂直視場(chǎng)角略大于球面準(zhǔn)直鏡I豎直方向弧度角。本發(fā)明中人眼4與球面準(zhǔn)直鏡I的上邊緣豎直距離為0.655米，此時(shí)人眼4的可視垂直視場(chǎng)角為52.46°，大于球面準(zhǔn)直鏡的50°，水平視場(chǎng)角為180°。
[0022]背投影屏幕2為平頭錐形，即為:圓錐水平截去錐角后的弧形扇面?zhèn)缺谛螤睿捎么朔N形狀的背投影屏幕2沒(méi)有復(fù)雜的曲面曲率，且截面面型簡(jiǎn)單，能夠極大的降低生產(chǎn)工藝要求。背投影屏幕2豎直設(shè)置在球面準(zhǔn)直鏡I前方，位于球面準(zhǔn)直鏡I與人眼4之間；并使背投影屏幕2底邊弧長(zhǎng)小于頂邊弧長(zhǎng)，且其軸線(即背投影屏幕2所對(duì)應(yīng)的圓錐軸線)垂直于水平面。同時(shí)還需保證背投影屏幕2軸線與球面準(zhǔn)直鏡I豎直軸線重合。背投影屏幕2豎直方向高度(即背投影屏幕2底邊距地面距離)以及傾斜角度(即背投影屏幕2所對(duì)應(yīng)的圓錐母線與其豎直軸線的夾角)利用光線追跡通過(guò)人眼4及球面準(zhǔn)直鏡I的位置確定。上述背投影屏幕2的頂邊圓弧半徑為0.92米，底邊圓弧半徑為0.713米，高為0.617米；且背投影屏幕2的頂邊與球面準(zhǔn)直鏡I的頂邊豎直距離為0.354米。
[0023]所述投影儀組3為η臺(tái)投影儀，n ^ 3，設(shè)置于背投影屏幕2前方，保證η臺(tái)投影儀可將圖像全部投射到背投影屏幕2上；且使相鄰?fù)队皺C(jī)的投射畫(huà)面間形成重疊帶，且相鄰?fù)队皟x間的重疊帶寬度為0.5?0.8米。
[0024]如圖2所示，通過(guò)上述結(jié)構(gòu)，位于光線a、b之間為η臺(tái)投影儀投射的圖像，均投射在背投影屏幕2上，在背投影屏幕2上形成一個(gè)視景圖像。背投影屏幕2上視景圖像的散射光線經(jīng)球面準(zhǔn)直鏡I反射后，在球面準(zhǔn)直鏡I后方形成正立的虛像5，對(duì)正立的虛像進(jìn)行多投影幾何校正與邊緣融合后，對(duì)人眼4產(chǎn)生一個(gè)連續(xù)的、無(wú)接縫的大視場(chǎng)虛像顯示像面。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于平頭錐形背投影屏幕的多通道廣角無(wú)限顯示設(shè)備，其特征在于:包括球面準(zhǔn)直鏡、背投影屏幕與投影儀組； 其中，球面準(zhǔn)直鏡豎直設(shè)置；眼點(diǎn)位于球面準(zhǔn)直鏡前方，且處于球面準(zhǔn)直鏡的豎直軸線上；人眼可視垂直視場(chǎng)角略大于球面準(zhǔn)直鏡豎直方向弧度角； 所述背投影屏幕為平頭錐形；背投影屏幕豎直設(shè)置在球面準(zhǔn)直鏡與人眼之間；同時(shí)平頭錐形背投影屏幕呈倒錐形放置，其底邊弧長(zhǎng)小于頂邊弧長(zhǎng)；且背投影屏幕軸線垂直于水平面并與球面準(zhǔn)直鏡豎直軸線重合； 所述投影儀組為η臺(tái)投影儀，n ^ 3，設(shè)置于背投影屏幕前方，保證η臺(tái)投影儀將圖像全部投射到背投影屏幕上；且使相鄰?fù)队皺C(jī)的投射畫(huà)面間形成重疊帶。
2.如權(quán)利要求1所示一種基于平頭錐形背投影屏幕的三通道廣角無(wú)限顯示設(shè)備，其特征在于:所述球面準(zhǔn)直鏡I所對(duì)應(yīng)的球體半徑為2米，其弧面豎直方向弧度為50°，水平方向的弧度為180° ;人眼與球面準(zhǔn)直鏡的上邊緣豎直距離為0.655米，此時(shí)人眼的可視垂直視場(chǎng)角為52.46°，水平視場(chǎng)角為180° ;背投影屏幕的頂邊圓弧半徑為0.92米，底邊圓弧半徑為0.713米，高為0.617米；且背投影屏幕的頂邊與球面準(zhǔn)直鏡的頂邊豎直距離為0.354米；相鄰?fù)队皟x間的重疊帶寬度為0.5?0.8米。
3.如權(quán)利要求1所示一種基于平頭錐形背投影屏幕的多通道廣角無(wú)限顯示設(shè)備，其特征在于:所述背投影屏幕豎直方向高度以及傾斜角度利用光線追跡通過(guò)人眼及球面準(zhǔn)直鏡的位置確定。
4.如權(quán)利要求1所示一種基于平頭錐形背投影屏幕的多通道廣角無(wú)限顯示設(shè)備，其特征在于:所述η臺(tái)投影儀將圖像投射在背投影屏幕上，在背投影屏幕上形成視景圖像；背投影屏幕上視景圖像的散射光線經(jīng)球面準(zhǔn)直鏡反射后，在球面準(zhǔn)直鏡后方形成正立的虛像，對(duì)正立的虛像進(jìn)行多投影幾何校正與邊緣融合后，對(duì)人眼產(chǎn)生一個(gè)連續(xù)的、無(wú)接縫的大視場(chǎng)虛像像面。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種基于平頭錐形背投影屏幕的多通道廣角無(wú)限顯示系統(tǒng)，包括平頭錐形背投影屏幕、球面準(zhǔn)直鏡與投影儀組，該系統(tǒng)對(duì)于人眼位置形成一個(gè)虛像。其中，人眼位于球面準(zhǔn)直鏡前方，且處于球面準(zhǔn)直鏡豎直軸線上，人眼可視垂直視場(chǎng)角不小于球面豎直方向弧度。背投影屏幕位于球面準(zhǔn)直鏡與人眼之間，其軸線與球面準(zhǔn)直鏡豎直軸線重合；背投影屏幕豎直方向高度及傾斜角度利用光線追跡通過(guò)人眼及球面準(zhǔn)直鏡的位置確定。投影儀組將畫(huà)面投射到平頭錐形面背投影屏幕上，相鄰?fù)渡洚?huà)面間要形成重疊帶，用以實(shí)現(xiàn)多通道的無(wú)縫拼接。該廣角無(wú)限顯示系統(tǒng)能夠呈現(xiàn)出一個(gè)連續(xù)的、可參數(shù)化的虛像曲面，可以利用現(xiàn)有的投影拼接方法對(duì)虛像進(jìn)行幾何校正和多通道拼接。
【IPC分類】G03B21-00, G03B21-56
【公開(kāi)號(hào)】CN104765243
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510038759
【發(fā)明人】戴樹(shù)嶺, 趙永嘉, 趙帥和
【申請(qǐng)人】北京航空航天大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年1月26日