[发明专利]一种飞机驾驶舱视景高亮度显示系统

说明书

技术领域

本发明涉及飞机驾驶舱模拟系统视景显示领域，特别涉及一种飞机驾驶舱视景高亮度显示系统，针对现有视景显示光线损失大图像亮度调节范围有限的实际问题。

技术背景

飞机驾驶舱模拟器是一种模拟飞机执行任务时的状态、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。

同轴虚像显示系统如图2所示，由CRT（阴极射线管）显示器6、分光镜5和准直镜4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CRT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如图3所示，主要由投影仪8、球面准直镜1和后投影屏幕7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。

随着时间的推移，实际光线强度在不断发生变化，中午时分的光强要明显高于早上和黄昏时分。然而，现有旁轴虚像显示系统由于光线通过后投影屏幕时的透射衰减，导致光强调节范围非常有限，其调节范围完全不能体现外界光强随时间的变化，中午时分显示的亮度与早上和黄昏时分的亮度基本没有区别。所以，进一步提高现有旁轴虚像显示系统可以达到的亮度，是一个亟待需要解决的问题。另外，现有旁轴虚像显示系统中投影仪与球面准直镜分别布置于后投影屏幕两侧，且投影仪与后投影屏幕之间有较长距离，驾驶舱内的有限空间没有能够得到有效利用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种飞机驾驶舱视景高亮度显示系统，通过球面反射投影屏幕替代现有旁轴虚像视景显示系统中的后投影屏幕，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，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。

为了实现上述目的，本发明采用下述的技术方案：

一种飞机驾驶舱视景高亮度显示系统，包括短焦距投影仪，球面投影屏幕和球面准直镜；所述短焦距投影仪和球面准直镜位于球面投影屏幕的同一侧，所述短焦距投影仪将计算机生成的视景图像，投射到球面投影屏幕上，并由球面投影屏幕反射到球面准直镜，通过球面准直镜成正立无限远虚像。