CN103869472B - 平视显示系统及其平视显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平视显示系统及其平视显示方法，包括图像源、透镜组A、平面反射镜组件、凸面反射镜组件、透镜组B和组合反射镜，所述透镜组A与图像源相互对应设置；所述平面反射镜组件与凸面反射镜组件相互平行对应设置构成一个整体，该整体与透镜组A相互对应设置。本平视显示系统设计的用意是让飞行员不需要低头查看仪表的显示与资料，始终保持抬头的姿态，降低因为低头与抬头而忽略快速变化的外界环境，保证了飞行安全。同时，避免了飞行员眼睛焦距需要不断调整产生的延迟与不适。

Description

平视显示系统及其平视显示方法

技术领域

本发明涉及一种平视显示系统及其平视显示方法。

背景技术

在飞机飞行过程中，用来显示数据信息资料的飞行仪表一般都是置于头的眼睛的下前方，或者置于人的视平线之下，当飞行员在观看这些数据时，就需要低头，并且调节眼睛晶状体为近距离观看状态。这样容易造成视觉疲劳，而且容易忽略快速变化的外界环境。

发明内容

针对现有技术存在的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种应用在民航飞机的平视显示系统，通过该系统，飞行员不需要低头查看仪表的显示与资料，可以始终保持抬头的姿态，降低了因为低头与抬头而忽略快速变化的外界环境，保证了飞行安全。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种平视显示系统，包括图像源、透镜组A、平面反射镜组件、凸面反射镜组件、透镜组B和组合反射镜，所述透镜组A与图像源相互对应设置；所述平面反射镜组件与凸面反射镜组件相互平行对应设置构成一个整体，该整体与透镜组A相互对应设置。

为了更好地实现本发明，所述平面反射镜组件包括安装底座、调节螺母和反射镜，所述凸面反射镜组件与平面反射镜组件的结构相同；所述安装底座上开有放置反射镜（该反射镜就为平面反射镜）的透镜通槽，反射镜通过若干个调节螺母匹配连接在安装底座的透镜通槽内。本实用新型是通过4个螺钉来调节反射镜（平面反射镜或凸面反射镜）的角度。

本发明提供一种优选的透镜组A结构技术方案是：所述透镜组A包括有镜筒、压圈和若干个透镜，所有的透镜对应设置于镜筒的筒内部，所述压圈螺纹连接固定在镜筒上。本发明的透镜组B与透镜组A的结构、原理均相同。

本发明提供透镜的若干种选择方式为：所述透镜为凹透镜或凸透镜，所述隔圈的大小、形状与所述透镜相互匹配。

进一步的技术方案是：所述透镜的数量为三个，包括有透镜A、透镜B和透镜C，所述隔圈的数量为四个，包括有隔圈A、隔圈B、隔圈C和隔圈D；所述透镜A、隔圈A、透镜B、隔圈B、隔圈C、透镜C、隔圈D依次叠合在一起。

作为优选，所述图像源为CRT显示器或者LCD显示器或者LCOS显示器或者DMD显示器。

为了让组合反射镜的发射光线成像效果更佳，所述组合反射镜上镀有若干层介质膜，该介质膜对500nm～550nm的光线有96%的反射率，而对其他可见光透明。

一种平视显示方法，其特征在于：其平视显示方法如下：

A、图像源发出的光线并传输至透镜组A上；

B、透镜组A接收来自于图像源的光线，并经过透镜组A内各个透镜的光线压缩处理；

C、平面反射镜组件用来改变光线的走向；平面反射镜组件与凸面反射镜组件之间的距离可以根据实际需要进行调节，凸面反射镜组件为中间像引入足量的像差，以平衡组合反射镜倾斜带来的像差；

D、透镜组B将图像源的光线聚焦形成中间像，原图像源的画面被放大，从而增加了平视显示系统的视场。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本平视显示系统设计的用意是让飞行员不需要低头查看仪表的显示与资料，始终保持抬头的姿态，降低因为低头与抬头而忽略快速变化的外界环境，保证了飞行安全。同时，避免了飞行员眼睛焦距需要不断调整产生的延迟与不适。

（2）本发明由于组合反射镜倾斜，其给系统带来的像差只能由中继透镜组来矫正，而这也是一项很复杂的工程。一般而言，由于像差的限制，大多数瞳孔成像式HUD并不能在整个视场内有清晰的图像。尤其是在眼盒的边缘，这种像差更难采用传统的方法来矫正；在系统中，通过加入凸面反射镜组件来弥补组合反射镜引入的像差。

附图说明

图1为本实用新型平视成像原理的示意图；

图2为透镜组A的装配结构示意图；

图3为平面反射镜组件或者凸面反射镜组件的结构示意图；

图4为本实用新型一种实施方式的立体结构示意图；

图5为图像源的波长分布示意图。

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1－透镜组A，2－平面反射镜组件，3－凸面反射镜组件，4－透镜组B，5－组合反射镜，6－图像源，7－人视角（或双目镜），9－平视显示壳体，10－支撑悬臂，11－镜筒，12－压圈，21－安装底座，22－调节螺母，23－反射镜，131－透镜A，132－透镜B，133－透镜C，141－隔圈A，142－隔圈B，143－隔圈C，144－隔圈D。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：

实施例

如图1～图5所示，一种平视显示系统及其平视显示方法，包括图像源6、透镜组A1、平面反射镜组件2、凸面反射镜组件3、透镜组B4和组合反射镜5，所述图像源6与透镜组A1相互对应设置；所述平面反射镜组件2与凸面反射镜组件3相互平行对应设置构成一个整体，该整体与透镜组A1相互对应设置。图像源6对应设置于平视显示壳体9的一端端部。

图像源6的波长带宽如图5所示，因此飞行员可以同时看清图像源的画面以及外界景象。本平视系统主要功能如表1所示。

表1：本平视系统系统功能要求

序号	功能要求	描述
			1	飞行姿态显示	用图标显示，应与主飞行显示（PFD）一致并同步
2	纵向飞行参数显示	用数字显示，应与主飞行显示（PFD）一致并同步
			3	横向飞行参数显示	用数字显示，应与主飞行显示（PFD）一致并同步
4	航向道/下滑道显示	用图标显示，应与主飞行显示（PFD）一致并同步
			5	警告功能	用字符显示，应与主飞行显示（PFD）一致并同步

平视显示系统的典型参数如下：

如图3所示，本实施例的平面反射镜组件2（或者凸面反射镜组件3）包括安装底座21、调节螺母22和反射镜23，本实施例的反射镜23为平面反射镜（如果是凸面反射镜组件3时，反射镜23就为凸面反射镜），安装底座21设置于平视显示壳体9的端部，安装底座21上开有放置反射镜23的透镜通槽，反射镜23通过若干个调节螺母22匹配连接在安装底座21的透镜通槽内。本实用新型是通过4个螺钉来调节反射镜（平面反射镜或凸面反射镜）的角度。

如图4所示，平视显示壳体9靠近透镜组B4的一端端部设有支撑悬臂10，组合反射镜5铰接设置于支撑悬臂10上。支撑悬臂10为长方体形形状，其一端端部铰接连接在平视显示壳体9的端部，其另一端端部与组合反射镜5的侧部铰接。组合反射镜5在支撑悬臂10上可以旋转调节其角度，并且支撑悬臂10可以调节组合反射镜5的位置。组合反射镜5正对人视角7的水平视线。

如图2所示，本实施例包括透镜组A1、平面反射镜组件2、凸面反射镜组件3和透镜组B4，所述图像源6与透镜组A1相互对应设置；所述平面反射镜组件2与凸面反射镜组件3相互平行对应设置构成一个整体，该整体与透镜组A1相互对应设置。

如图2所示，本实施例的透镜组A1包括有镜筒11、压圈12和若干个透镜，所有的透镜对应设置于镜筒11的筒内部，压圈12螺纹连接固定在镜筒11上；并且，相邻两个透镜之间设有若干个隔圈。本实施例的透镜为凹透镜或凸透镜，隔圈的大小、形状与透镜相互匹配。

如图2所示，本实施例列举了一种具体的透镜组A1结构技术方案，透镜的数量为三个，包括有透镜A131、透镜B132和透镜C133，隔圈的数量为四个，包括有隔圈A141、隔圈B142、隔圈C143和隔圈D144；透镜A131、隔圈A141、透镜B132、隔圈B142、隔圈C143、透镜C133、隔圈D144依次叠合在一起。隔圈是一个具有矩形横截面的薄圆环，与透镜表面边缘处的面接触，隔圈的面要与透镜表面形状相配合。透镜的倾斜或者偏心都采用对应形状的隔圈来实现。图2是透镜组A1的爆炸视图。三个透镜分别依次安装在同一个镜筒中，使用隔圈来保证它们之间的空间位置。最后用一个压圈12将所有的零件夹持到位。隔圈的轴向长度需要根据靠缘分析计算。本发明的透镜组B4与透镜组A1的结构、原理均相同。

本实施例图像源6可以为CRT显示器或者LCD显示器或者LCOS显示器或者DMD显示器，本实施例的图像源6优选为DMD显示器。

一种平视显示方法，其平视显示方法如下：

A、图像源6发出的光线并传输至透镜组A1上；

B、透镜组A1接收来自于图像源6的光线，并经过透镜组A1内各个透镜的光线压缩处理；

C、平面反射镜组件2用来改变光线的走向；平面反射镜组件2与凸面反射镜组件3之间的距离可以根据实际需要进行调节，凸面反射镜组件3为中间像引入足量的像差，以平衡组合反射镜5倾斜带来的像差；

D、透镜组B4将图像源6的光线聚焦形成中间像，原图像源的画面被放大，从而增加了平视显示系统的视场。

本平视显示系统将图像源6上的信息成像在无穷远。图像源6位于其焦点上，安装底座则位于本系统的外部，而出瞳距离通常较大。这样就限制了瞬时视场角的大小，飞行员需要在眼盒内移动头部才能看清楚整个画面。这种结构一般称为瞳孔成像系统。因此可以将本平视显示器看作是一个双目镜(Biocular)。但是为了设计简单，传统双目镜的安装底座都在最后一个透镜附近，与平视显示器要求出瞳位于飞行员眼睛处的距离相差很多。另一方面，双目镜的出瞳并不在光轴上，而是有一个双眼瞳距的偏移，这和平视显示器相似。我们以双目镜为初始结构来进行设计，出瞳距离设为300mm。

由于组合反射镜倾斜，其给系统带来的像差只能由中继透镜组来矫正。而这也是一项很复杂的工程。一般而言，由于像差的限制，大多数瞳孔成像式HUD并不能在整个视场内有清晰的图像。尤其是在眼盒的边缘，这种像差更难采用传统的方法来矫正。在系统中，通过加入凸面反射镜组件来弥补组合反射镜引入的像差。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种平视显示系统，其特征在于：包括图像源（6）、透镜组A（1）、平面反射镜组件（2）、凸面反射镜组件（3）、透镜组B（4）和组合反射镜（5），所述图像源（6）与透镜组A（1）相互对应设置；所述平面反射镜组件（2）与凸面反射镜组件（3）相互平行对应设置构成一个整体，该整体与透镜组A（1）相互对应设置。

2.按照权利要求1所述的平视显示系统，其特征在于：所述平面反射镜组件（2）包括安装底座（21）、调节螺母（22）和反射镜（23），所述安装底座（21）上开有放置反射镜（23）的透镜通槽，反射镜（23）通过若干个调节螺母（22）匹配连接在安装底座（21）的透镜通槽内；所述凸面反射镜组件（3）与平面反射镜组件（2）的结构相同。

3.按照权利要求1或2所述的平视显示系统，其特征在于：所述透镜组A（1）包括有镜筒（11）、压圈（12）和若干个透镜，所有的透镜对应设置于镜筒（11）的筒内部，所述压圈（12）螺纹连接固定在镜筒（11）上。

4.按照权利要求3所述的平视显示系统，其特征在于：所述透镜的数量为三个，包括有透镜A（131）、透镜B（132）和透镜C（133），相邻两个透镜之间设有若干个隔圈；所述隔圈的数量为四个，包括有隔圈A（141）、隔圈B（142）、隔圈C（143）和隔圈D（144）；所述透镜A（131）、隔圈A（141）、透镜B（132）、隔圈B（142）、隔圈C（143）、透镜C（133）、隔圈D（144）依次叠合在一起。

5.按照权利要求1所述的平视显示系统，其特征在于：所述图像源（6）为CRT显示器或者LCD显示器或者LCOS显示器或者DMD显示器。

6.按照权利要求1所述的平视显示系统，其特征在于：所述组合反射镜（5）上镀有若干层介质膜，该介质膜对500nm〜550nm的光线有96%的反射率。

7.—种平视显示方法，其特征在于：其平视显示方法如下：

A、图像源（6)发出的光线并传输至透镜组A (1)上；

B、透镜组A (1)接收来自于图像源（6）的光线，并经过透镜组A（1）内各个透镜的光线压缩处理；

C、平面反射镜组件（2）用来改变光线的走向；平面反射镜组件（2）与凸面反射镜组件（3）之间的距离可以根据实际需要进行调节，凸面反射镜组件（3）为中间像引入足量的像差，以平衡组合反射镜（5）倾斜带来的像差；

D、透镜组B （4）将图像源（6）的光线聚焦形成中间像，原图像源的画面被放大，从而增加了平视显示系统的视场。