[发明专利]飞行仿真器视景紧凑高亮度显示系统

说明书

本发明涉及一种飞行仿真器视景高亮度小体积显示系统。它包括曲面屏幕，球面准直镜和投影系统；所述曲面屏幕为由白色散射体构成。球面准直镜位于曲面屏幕下方一定位置，能够将曲面屏幕上的图像经过准直之后反射到人眼，在人眼上呈现无限远的虚像。所述投影系统将计算机生成的视景图像，先投射到球面准直镜上面，然后再由球面准直镜将图像反射到曲面屏幕上面，屏幕上的图像再次通过球面准直镜进入人眼。这样压缩了投影系统所占据的空间，并在幕布前方正投影，从而增大了亮度。本发明可实现视景系统高亮度显示，增大显示系统光强可调节范围，同时实现驾驶舱空间的高效利用，对于驾驶舱视景系统逼真显示与优化设计具有非常重要的现实意义。

技术领域

本发明涉及飞行仿真器视景显示领域，特别涉及飞行仿真器视景紧凑高亮度显示系统， 针对现有视景显示光线损失大图像亮度调节范围有限和体积大的实际问题。

技术背景

飞行仿真器驾驶舱模拟器是一种模拟飞行仿真器执行任务时的状态、环境和条件，并给 驾驶人员提供相似的操纵负荷、视觉、听觉、运动感觉的试验和训练装置。飞机驾驶舱模拟 器是一种典型的人在回路仿真系统，可以用于工程优化设计和人员训练，具有极高的安全性 与经济性，尤其是用于作战训练时，事先将战场环境数据输入系统对作战人员进行仿真训练， 可以极大地提高作战效果、节省战争费用和降低伤亡。

由于飞机驾驶人员70％以上的信息来自于视觉，因此视景系统是任何驾驶舱模拟器的关 键组成部分，其逼真程度直接决定和影响了模拟器的应用和发展。视景系统一般由数据库(地 理、场景)、图像生成器和硬件显示系统三部分构成。根据显示成像的原理和最终显示给飞行 员的图像性质，可以分为实像和虚像显示。虚像是光的反射延长线汇聚而成的像，不需要用 显示屏承接，具有纵深感强的特点，虚像显示系统主要有同轴虚像显示和旁轴虚像显示两类。

同轴虚像显示系统由显示器、分光镜和准直镜组成，准直镜是一种球面反射镜，由玻璃 磨制或在光滑面镀上反射层形成，位于其焦平面上的物体能够成正立的无限远虚像。分光镜 是设计成透射率和反射率均为50％的透镜，放置在准直镜的焦平面上，这样显示器表面发出 的光线经分光镜后，一半反射到准直镜，准直镜再将约90％的光线反射到分光镜，再一次经 过分光镜衰减50％后，只剩下最初光线的22.5％成为最后的有效光线，实际上最后的有效光 线要低于最初光线的22.5％，所以该类显示系统光线损失大，致使图像亮度比较低。其次， 由于属于同轴光学系统，当观察者偏离光轴较远时，看到的图像畸变比较大，只适用于一个 人观看图像。再有，由于分光镜也会反射驾驶舱内的光线，该类显示系统受外界杂散光线干 扰大会使图像对比度降低。最后，受其本身结构的限制，该类显示系统视场角也比较小，水 平视场角一般不会超过50度，垂直视场角不会超过35度。由于其诸多缺点，随着投影设备 价格降低，已逐步被旁轴虚像显示系统替代。

现有的旁轴虚像显示系统主要由投影仪、球面准直镜和后投影屏幕组成，球面准直镜通 常在精密光滑球面框架上用真空负压一层反射膜制成，后投影屏幕是曲面硬幕，由模具热压 平板有机玻璃经过特殊的涂层工艺处理得到，安放在球面准直镜的焦平面上，后投影屏幕上 的图像通过球面准直镜成正立无限远虚像。由于采用离轴方式，该类显示系统具有明显的优 点，球面准直镜半径可以达到3-3.5米，水平视场角可以达到150-220度，垂直视场角可以达 到40-50度。与同轴虚像显示系统相比，球面准直镜倾斜放置在驾驶员前面，眼点不在光轴 上，座舱附近的杂散光不会通过球面反射到驾驶员视场内，而且当观察者头位远离光轴时图 像畸变也不大。现有旁轴虚像显示系统中后投影屏幕漫射效果好，光线损失小，亮度比较高， 可近似于空中的亮度，目前在实际中得到了广泛的应用。