一种超大垂直视场角旁轴虚像显示系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及飞行仿真模拟器虚像显示技术领域，特别涉及一种超大垂直视场角旁轴虚像显示系统。
【背景技术】
[0002]旁轴虚像显示系统是目前是飞行仿真模拟器常用的显示系统，特别适用于左右双座驾驶舱飞行仿真模拟器。旁轴虚像显示系统具有景深好、立体感强、亮度高、对比度好以及成像分别率高等优点，而且模拟起飞和着陆时左右飞行员视差小，便于机组协同。
[0003]目前的旁轴虚像显示系统主要包括投影器、投影屏以及球面反射镜。其中投影屏为背投式投影屏，其形状也为球面。投影屏距离球面反射镜的距离小于球面反射镜的一倍焦距。投影器将图像投射到投影屏上并在投影屏外凸的表面上呈实像，投影屏上所呈的像再投射到球面反射镜内凹的表面，在球面反射镜内凹的表面上呈正立放大的虚像。其光路图如图1所示，投影器发出的光透过投影屏投射到球面反射镜内凹的表面上，再经球面反射镜反射进入人眼。旁轴虚像显示系统中球面反射镜和投影屏的相对位置关系如图2所示。投影屏的旋转轴和球面反射镜的旋转轴为同一条直线，球面反射镜上端面与球面反射镜球心位于同一个水平面。目前，旁轴虚像显示系统的垂直视角能够达到40° (即图1中0A’与0C’之间的夹角，其中O为眼点，A’为投影屏上端像点A在球面反射镜上的反射点，C’为投影屏下端像点C在球面反射镜上的反射点)，水平视角能够达到180°?220°。视场范围能够满足运输机、轰炸机以及单座战斗机的基本驾驶技术训练。但是随着训练贴近实战的要求，现有的旁轴虚像显示系统的垂直视场不能满足需要，例如模拟直升机训练时下视场(即图1中0C’与水平方向的OB’的夹角)就要求达到40°。
[0004]在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题:现有的旁轴虚像显示系统的垂直视场角较小，不能满足模拟飞行训练要求。
【发明内容】
[0005]为了解决上述的技术问题，本发明提供一种垂直视场角能够达到60°的超大垂直视场角旁轴虚像显示系统。
[0006]具体而言，包括以下的技术方案:
[0007]一种超大垂直视场角旁轴虚像显示系统，该旁轴虚像显示系统包括:投影器、投影屏以及球面反射镜，所述投影屏为背投式投影屏，所述投影屏与所述球面反射镜之间的距离小于所述球面反射镜的一倍焦距；其中，所述投影屏的形状为轮胎面，所述投影屏的旋转轴与所述球面反射镜的旋转轴为同一条直线；所述投影屏的半径小于所述投影屏到旋转轴之间的距离，所述球面反射镜球心高于所述球面反射镜的上端面，所述投影屏的圆心高于所述球面反射镜的球心。
[0008]具体地，所述投影屏的圆心与所述投影屏的旋转轴之间距离为400mm以下，所述球面反射镜的上端面与所述球面反射镜的球心之间竖直方向的高度差为500mm以下。
[0009]具体地，所述球面反射镜的垂直高度为2000?3000mm ;所述投影屏的垂直高度为1400?2000mm ;所述球面反射镜半径为2500?3500mm ;所述投影屏的半径为1400?2000mmo
[0010]具体地，所述球面反射镜的球心与所述投影屏的圆心之间竖直方向的距离为200mm以下。
[0011]具体地，所述投影屏的旋转轴与眼点之间的距离为300?600_ ;所述投影屏的圆心与眼点之间竖直方向的距离为1200?1600mm。
[0012]具体地，所述投影屏为硬质投影屏，所述投影屏的材质为表面涂敷有投影漆或者铺设有软幕布的有机玻璃，所述投影屏的四周采用纤维增强环氧树脂基复合材料固定。
[0013]具体地，所述投影屏为软质投影屏，所述投影屏的材质为软幕布，所述投影屏的四周采用纤维增强环氧树脂基复合材料固定。
[0014]具体地，所述球面反射镜的反射介质为聚酯薄膜、镀有金属膜的硅玻璃板或者镀有金属膜的有机玻璃板。
[0015]本发明实施例提供的技术方案的有益效果:
[0016]本发明实施例对现有的旁轴虚像显示系统进行优化改进，投影屏采用轮胎面形状，投影屏的半径小于投影屏与旋转轴之间的距离，球面反射镜球心高于球面反射镜的上端面，投影屏的圆心高于球面反射镜的球心。所得的旁轴虚像显示系统的垂直视角能够达到60°，在保证旁轴虚像显示系统景深好、立体感强等特点的前提下，满足不同的飞行仿真模拟训练的要求。
【附图说明】
[0017]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为现有的旁轴虚像显示系统光路图；
[0019]图2为现有的旁轴虚像显示系统结构示意图；
[0020]图3为本发明实施例提供的超大垂直视场角旁轴虚像显示系统的结构示意图；
[0021]图4为轮胎面形投影屏和球面形投影屏的光路对比图；
[0022]图5为本发明实施例提供的超大垂直视场角旁轴虚像显示系统中球面反射镜的结构示意图；
[0023]图6为本发明实施例提供的超大垂直视场角旁轴虚像显示系统中轮胎面形投影屏的结构示意图；
[0024]图7为本发明实施例提供的超大垂直视场角旁轴虚像显示系统中各部分的位置关系不意图O
[0025]图中附图标记分别表不:
[0026]Rl为球面反射镜的半径；R2为投影屏的半径；
[0027]Hl为球面反射镜的垂直高度；H2为投影屏的垂直高度；
[0028]H3为球面反射镜上端面与球面反射镜球心之间竖直方向的高度差；
[0029]H4为球面反射镜的球心与投影屏的圆心之间竖直方向的距离；
[0030]H5为投影屏的圆心与眼点之间竖直方向的距离；
[0031]LI为投影屏的圆心与投影屏的旋转轴之间的距离；
[0032]L2为投影屏的旋转轴与眼点之间的距离。
【具体实施方式】
[0033]为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0034]本发明实施例提供了一种超大垂直视场角旁轴虚像显示系统，参见图3，该旁轴虚像显示系统包括:投影器、投影屏以及球面反射镜，所述投影屏为背投式投影屏，所述投影屏与所述球面反射镜之间的距离小于所述球面反射镜的一倍焦距；其中，所述投影屏的形状为轮胎面，所述投影屏的旋转轴与所述球面反射镜的旋转轴为同一条直线；所述投影屏的半径小于所述投影屏到旋转轴之间的距离，所述球面反射镜球心高于所述球面反射镜的上端面，所述投影屏的圆心高于所述球面反射镜的球心。
[0035]本发明实施例对现有的旁轴虚像显示系统进行优化改进，将投影屏的形状由现有的球面改进为轮胎面，并且投影屏的半径小于投影屏到旋转轴之间的距离，球面反射镜球心高于球面反射镜的上端面，投影屏的圆心高于球面反射镜的球心。通过以上的优化改进，本发明实施例所得旁轴虚像显示系统的垂直视角能够达到60°，满足不同飞行仿真模拟训练的要求。
[0036]上述的球面和轮胎面均为旋转曲面，其中球面是圆以其直径为旋转轴旋转得到的曲面，轮胎面是圆绕着非直径的旋转轴旋转得到的曲面。由上述球面和轮胎面形成过程可以看出，当旋转轴相同时，球面的曲率半径要大于轮胎面的曲率半径。参见图4，同一束光线分别投射到球面形投影屏和轮胎面形投影屏，与球面形投影屏和轮胎面形投影屏的交点分别为D和D’，光线透过投影屏投射到球面反射镜上，与球面反射镜的交点为P，PD’ > PD，即采用轮胎面形投影屏的旁轴虚像显示系统的物距较大，根据高斯成像规律，物距较大时像距也较大，因此，本发明实施例提供的旁轴虚像显示系统在具有较大垂直视角的同时，还具有较好的景深感。
[0037]本发明实施例中所涉及的投影屏的圆心是指用于形成轮胎面的圆的圆心，即轮胎面母线所在圆的圆心，投影屏的半径是指用于形成轮胎面的圆的半径，即轮胎面母线所在圆的半径。由于球面是圆绕着其直径旋转得到，因此球面的球心与球面母线所在圆的圆心是同一个点。球面反射镜和轮胎面形的投影屏的结构示意图分别如图5和图6所示。
[0038]本发明实施例还对旁轴虚像显示系统中各部分之间的位置关系进行了优化。参见图7，包括以下几方面