一種飛機駕駛艙視景高亮度顯示系統(tǒng)的制作方法

本發(fā)明涉及飛機駕駛艙模擬系統(tǒng)視景顯示領(lǐng)域，特別涉及一種飛機駕駛艙視景高亮度顯示系統(tǒng)，針對現(xiàn)有視景顯示光線損失大圖像亮度調(diào)節(jié)范圍有限的實際問題。

技術(shù)背景

飛機駕駛艙模擬器是一種模擬飛機執(zhí)行任務(wù)時的狀態(tài)、環(huán)境和條件，并給駕駛?cè)藛T提供相似的操縱負(fù)荷、視覺、聽覺、運動感覺的試驗和訓(xùn)練裝置。飛機駕駛艙模擬器是一種典型的人在回路仿真系統(tǒng)，可以用于工程優(yōu)化設(shè)計和人員訓(xùn)練，具有極高的安全性與經(jīng)濟性，尤其是用于作戰(zhàn)訓(xùn)練時，事先將戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)對作戰(zhàn)人員進行仿真訓(xùn)練，可以極大地提高作戰(zhàn)效果、節(jié)省戰(zhàn)爭費用和降低傷亡。

由于飛機駕駛?cè)藛T70%以上的信息來自于視覺，因此視景系統(tǒng)是任何駕駛艙模擬器的關(guān)鍵組成部分，其逼真程度直接決定和影響了模擬器的應(yīng)用和發(fā)展。視景系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)庫（地理、場景）、圖像生成器和硬件顯示系統(tǒng)三部分構(gòu)成。根據(jù)顯示成像的原理和最終顯示給飛行員的圖像性質(zhì)，可以分為實像和虛像顯示。虛像是光的反射延長線匯聚而成的像，不需要用顯示屏承接，具有縱深感強的特點，虛像顯示系統(tǒng)主要有同軸虛像顯示和旁軸虛像顯示兩類。

同軸虛像顯示系統(tǒng)如圖2所示，由CRT（陰極射線管）顯示器6、分光鏡5和準(zhǔn)直鏡4組成，準(zhǔn)直鏡是一種球面反射鏡，由玻璃磨制或在光滑面鍍上反射層形成，位于其焦平面上的物體能夠成正立的無限遠(yuǎn)虛像。分光鏡是設(shè)計成透射率和反射率均為50%的透鏡，放置在準(zhǔn)直鏡的焦平面上，這樣CRT顯示器表面發(fā)出的光線經(jīng)分光鏡后，一半反射到準(zhǔn)直鏡，準(zhǔn)直鏡再將約90%的光線反射到分光鏡，再一次經(jīng)過分光鏡衰減50%后，只剩下最初光線的22.5%成為最后的有效光線，實際上最后的有效光線要低于最初光線的22.5%，所以該類顯示系統(tǒng)光線損失大，致使圖像亮度比較低。其次，由于屬于同軸光學(xué)系統(tǒng)，當(dāng)觀察者偏離光軸較遠(yuǎn)時，看到的圖像畸變比較大，只適用于一個人觀看圖像。再有，由于分光鏡也會反射駕駛艙內(nèi)的光線，該類顯示系統(tǒng)受外界雜散光線干擾大會使圖像對比度降低。最后，受其本身結(jié)構(gòu)的限制，該類顯示系統(tǒng)視場角也比較小，水平視場角一般不會超過50度，垂直視場角不會超過35度。由于其諸多缺點，隨著投影設(shè)備價格降低，已逐步被旁軸虛像顯示系統(tǒng)替代。

現(xiàn)有的旁軸虛像顯示系統(tǒng)如圖3所示，主要由投影儀8、球面準(zhǔn)直鏡1和后投影屏幕7組成，球面準(zhǔn)直鏡通常在精密光滑球面框架上用真空負(fù)壓一層反射膜制成，后投影屏幕是曲面硬幕，由模具熱壓平板有機玻璃經(jīng)過特殊的涂層工藝處理得到，安放在球面準(zhǔn)直鏡的焦平面上，后投影屏幕上的圖像通過球面準(zhǔn)直鏡成正立無限遠(yuǎn)虛像。由于采用離軸方式，該類顯示系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)點，球面準(zhǔn)直鏡半徑可以達(dá)到3-3.5米，水平視場角可以達(dá)到150-220度，垂直視場角可以達(dá)到40-50度。與同軸虛像顯示系統(tǒng)相比，球面準(zhǔn)直鏡傾斜放置在駕駛員前面，眼點不在光軸上，座艙附近的雜散光不會通過球面反射到駕駛員視場內(nèi)，而且當(dāng)觀察者頭位遠(yuǎn)離光軸時圖像畸變也不大。現(xiàn)有旁軸虛像顯示系統(tǒng)中后投影屏幕漫射效果好，光線損失小，亮度比較高，可近似于空中的亮度，目前在實際中得到了廣泛的應(yīng)用。

隨著時間的推移，實際光線強度在不斷發(fā)生變化，中午時分的光強要明顯高于早上和黃昏時分。然而，現(xiàn)有旁軸虛像顯示系統(tǒng)由于光線通過后投影屏幕時的透射衰減，導(dǎo)致光強調(diào)節(jié)范圍非常有限，其調(diào)節(jié)范圍完全不能體現(xiàn)外界光強隨時間的變化，中午時分顯示的亮度與早上和黃昏時分的亮度基本沒有區(qū)別。所以，進一步提高現(xiàn)有旁軸虛像顯示系統(tǒng)可以達(dá)到的亮度，是一個亟待需要解決的問題。另外，現(xiàn)有旁軸虛像顯示系統(tǒng)中投影儀與球面準(zhǔn)直鏡分別布置于后投影屏幕兩側(cè)，且投影儀與后投影屏幕之間有較長距離，駕駛艙內(nèi)的有限空間沒有能夠得到有效利用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種飛機駕駛艙視景高亮度顯示系統(tǒng)，通過球面反射投影屏幕替代現(xiàn)有旁軸虛像視景顯示系統(tǒng)中的后投影屏幕，可實現(xiàn)視景系統(tǒng)高亮度顯示，增大顯示系統(tǒng)光強可調(diào)節(jié)范圍，實現(xiàn)駕駛艙空間的高效利用，對于駕駛艙視景系統(tǒng)逼真顯示與優(yōu)化設(shè)計具有非常重要的現(xiàn)實意義。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述的技術(shù)方案：

一種飛機駕駛艙視景高亮度顯示系統(tǒng)，包括短焦距投影儀，球面投影屏幕和球面準(zhǔn)直鏡；所述短焦距投影儀和球面準(zhǔn)直鏡位于球面投影屏幕的同一側(cè)，所述短焦距投影儀將計算機生成的視景圖像，投射到球面投影屏幕上，并由球面投影屏幕反射到球面準(zhǔn)直鏡，通過球面準(zhǔn)直鏡成正立無限遠(yuǎn)虛像。

所述短焦距投影儀采用理光超短焦PJ WX4141N投影儀，接受來自計算機的視景數(shù)字信號，并將生成的圖像投射到球面投影屏幕上。與現(xiàn)有視景顯示系統(tǒng)中傳統(tǒng)投影儀相比，短焦距投影儀與球面投影屏幕之間的距離大大減小，駕駛艙內(nèi)空間可以進一步得到有效利用。

所述球面投影屏幕采用具有反射功能的球面投影屏幕，安置在球面準(zhǔn)直鏡的焦平面上，將來自短焦距投影儀的光線反射到球面準(zhǔn)直鏡。

本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著的技術(shù)進步：

本發(fā)明采用短焦距投影儀，通過球面投影屏幕替代現(xiàn)有旁軸虛像視景顯示系統(tǒng)中的后投影屏幕，減少光線通過后投影屏幕時的透射衰減，可實現(xiàn)視景系統(tǒng)高亮度顯示，大幅提升顯示系統(tǒng)光強可調(diào)節(jié)范圍，增大顯示系統(tǒng)光強可調(diào)節(jié)范圍提升視景真實感，實現(xiàn)駕駛艙空間高效利用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明旁軸虛像顯示系統(tǒng)示意圖。

圖2是現(xiàn)有的同軸虛像顯示系統(tǒng)示意圖。

圖3是現(xiàn)有的旁軸虛像顯示系統(tǒng)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明技術(shù)方案做進一步的詳細(xì)描述。

如圖1所示，一種飛機駕駛艙視景高亮度顯示系統(tǒng)，包括短焦距投影儀3，球面投影屏幕2和球面準(zhǔn)直鏡1；所述短焦距投影儀3和球面準(zhǔn)直鏡1位于球面投影屏幕2的同一側(cè)，所述短焦距投影儀3將計算機生成的視景圖像，投射到球面投影屏幕2上，并由球面投影屏幕2反射到球面準(zhǔn)直鏡1，通過球面準(zhǔn)直鏡1成正立無限遠(yuǎn)虛像。

所述短焦距投影儀3采用理光超短焦PJ WX4141N投影儀，接受來自計算機的視景數(shù)字信號，并將生成的圖像投射到球面投影屏幕2上。

所述球面投影屏幕2采用具有反射功能的球面投影屏幕，安置在球面準(zhǔn)直鏡1的焦平面上，將來自短焦距投影儀3的光線反射到球面準(zhǔn)直鏡1。

所述球面準(zhǔn)直鏡1采用現(xiàn)有旁軸虛像顯示系統(tǒng)中采用的球面準(zhǔn)直鏡，接收球面投影屏幕2反射的光線，生成觀察者可以看到的正立無限遠(yuǎn)虛像。

綜上所述，本發(fā)明采用短焦距投影儀，通過球面投影屏幕替代現(xiàn)有旁軸虛像視景顯示系統(tǒng)中的后投影屏幕，可實現(xiàn)視景系統(tǒng)高亮度顯示，增大顯示系統(tǒng)光強可調(diào)節(jié)范圍，實現(xiàn)駕駛艙空間的高效利用，對于駕駛艙視景系統(tǒng)逼真顯示與優(yōu)化設(shè)計具有非常重要的現(xiàn)實意義。