CN104765243B - 一种基于平头锥形背投影屏幕的多通道广角无限显示设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于平头锥形背投影屏幕的多通道广角无限显示系统，包括平头锥形背投影屏幕、球面准直镜与投影仪组，该系统对于人眼位置形成一个虚像。其中，人眼位于球面准直镜前方，且处于球面准直镜竖直轴线上，人眼可视垂直视场角不小于球面竖直方向弧度。背投影屏幕位于球面准直镜与人眼之间，其轴线与球面准直镜竖直轴线重合；背投影屏幕竖直方向高度及倾斜角度利用光线追迹通过人眼及球面准直镜的位置确定。投影仪组将画面投射到平头锥形面背投影屏幕上，相邻投射画面间要形成重叠带，用以实现多通道的无缝拼接。该广角无限显示系统能够呈现出一个连续的、可参数化的虚像曲面，可以利用现有的投影拼接方法对虚像进行几何校正和多通道拼接。

Description

一种基于平头锥形背投影屏幕的多通道广角无限显示设备
技术领域
本发明涉及飞行模拟器视景显示系统，属于飞行模拟器虚像显示领域，具体来说，是一种基于平头锥形背投影屏幕的多通道广角无限显示设备。
背景技术
飞行模拟器使用的虚像显示系统可分为同轴虚像显示系统和离轴虚像显示系统，其中离轴虚像显示系统也称为WIDE(Wide-AngleInfinityDisplayEquipment)广角无限显示设备。虚像显示系统具有视场角大、纵深感强、成像逼真等优点，能提供给体验着身临其境的视觉感受。该系统一般由投影机、球面准直镜、背投影屏幕组成。球面准直镜是一种球面的反射镜，位于球面准直镜焦平面上的物体通过反射能够形成正立的虚像。位于球面准直径焦平面上的成像装置一般有分光镜、棱镜、背投影幕。
在美国发明专利US3659920中公开一种同轴虚像显示系统，该系统由显示器、分光镜和球面准直镜组成。分光镜是半反半透的透镜，放置在球面准直镜的焦平面上。显示器表面发出的光线经分光镜后，一半反射到球面准直镜，球面准直镜再将约90％的光线反射到分光镜，再一次经过分光镜衰减后，只剩下最初光线的22.5％左右成为最后的有效光线。该类型显示系统光线损失大，致使图像亮度比较低。
在美国发明专利US6252728B1中公开一种离轴虚像显示系统，该系统由显示器、棱镜、球面准直镜组成。光线经过棱镜中，通过棱镜的折射及反射，产生第一次虚像，再到达球面准直镜，形成第二次虚像。该方法由于产生两次虚像，所以光路计算复杂，且对光学设备精度要求高，造价昂贵。
在中国发明专利CN102096193B中公开一种离轴虚像显示系统，该系统由投影仪、背投影幕、准直反射镜组成。其中该系统中的背投影幕是一个不规则曲面，该曲面曲率是由小到大渐变构成平滑的外轮廓曲线。
在中国实用新型专利CN202285062U中公开的一种离轴虚像显示系统，该系统中背投影幕使用双曲面面型。这两种背投影屏幕曲面面型复杂，制造难度大，难保持面型精度，生产成本高。
发明内容
为解决的技术问题是克服现有虚像显示系统中处于球面准直镜焦平面上的成像装置具有的上述缺陷，本发明提出一种基于锥形面背投影屏幕的广角无限显示设备，可以有效的降低制造难度及生产成本。
本发明一种基于平头锥形背投影屏幕的多通道广角无限显示设备，包括球面准直镜、背投影屏幕与投影机组。
其中，球面准直镜竖直设置；人眼位于球面准直镜前方，且处于球面准直镜的竖直轴线上；人眼的可视垂直视场角不小于球面准直镜竖直方向弧度角。
所述背投影屏幕为平头锥形；背投影屏幕竖直设置在球面准直镜与人眼之间；同时平头锥形背投影屏幕呈倒锥形放置，其底边弧长小于顶边弧长；且背投影屏幕轴线垂直于水平面并与球面准直镜竖直轴线重合。
所述投影仪组为n台投影仪，n≥3，设置于背投影屏幕前方，保证n台投影仪将图像全部投射到背投影屏幕上；且使相邻投影机的投射画面间形成重叠带。
1、本发明多通道广角无限显示设备，能够呈现出一个连续的、可参数化的虚像曲面。利用该虚像曲面，可以利用现有的投影拼接方法对虚像进行几何校正和多通道融合；
2、本发明多通道广角无限显示设备，具有制造容易，可大幅降低生产成本。该广角无限显示设备产生的虚像成像面是可参数化的曲面，在具有虚像系统强纵深感的同时兼具一定的立体感；由于曲面可参数化，便于多投影拼接的几何校正和多通道融合。
附图说明
图1为本发明多通道广角无限显示设备结构俯视示意图；
图2为本发明多通道广角无限显示设备结构侧视示意图。
图中：
1-球面准直镜2-背投影屏幕3-投影仪组
4-人眼5-虚像6-重叠带
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明多通道广角无限显示设备，由球面准直镜1、背投影屏幕2与投影机组3构成，如图1所示。
其中，球面准直镜1竖直设置，球面准直镜1所对应的球体半径为2米，其弧面竖直方向弧度为50°，水平方向的弧度为180°。人眼4位于球面准直镜1前方，且处于球面准直镜1的竖直轴线(即为球面准直镜1对应球体的竖直轴线)上。人眼4的可视垂直视场角略大于球面准直镜1竖直方向弧度角。本发明中人眼4与球面准直镜1的上边缘竖直距离为0.655米，此时人眼4的可视垂直视场角为52.46°，大于球面准直镜的50°，水平视场角为180°。
背投影屏幕2为平头锥形，即为：圆锥水平截去锥角后的弧形扇面侧壁形状，采用此种形状的背投影屏幕2没有复杂的曲面曲率，且截面面型简单，能够极大的降低生产工艺要求。背投影屏幕2竖直设置在球面准直镜1前方，位于球面准直镜1与人眼4之间；并使背投影屏幕2底边弧长小于顶边弧长，且其轴线(即背投影屏幕2所对应的圆锥轴线)垂直于水平面。同时还需保证背投影屏幕2轴线与球面准直镜1竖直轴线重合。背投影屏幕2竖直方向高度(即背投影屏幕2底边距地面距离)以及倾斜角度(即背投影屏幕2所对应的圆锥母线与其竖直轴线的夹角)利用光线追迹通过人眼4及球面准直镜1的位置确定。上述背投影屏幕2的顶边圆弧半径为0.92米，底边圆弧半径为0.713米，高为0.617米；且背投影屏幕2的顶边与球面准直镜1的顶边竖直距离为0.354米。
所述投影仪组3为n台投影仪，n≥3，设置于背投影屏幕2前方，保证n台投影仪可将图像全部投射到背投影屏幕2上；且使相邻投影机的投射画面间形成重叠带，且相邻投影仪间的重叠带宽度为0.5～0.8米。
如图2所示，通过上述结构，位于光线a、b之间为n台投影仪投射的图像，均投射在背投影屏幕2上，在背投影屏幕2上形成一个视景图像。背投影屏幕2上视景图像的散射光线经球面准直镜1反射后，在球面准直镜1后方形成正立的虚像5，对正立的虚像进行多投影几何校正与边缘融合后，对人眼4产生一个连续的、无接缝的大视场虚像显示像面。

Claims (4)

1.一种基于平头锥形背投影屏幕的多通道广角无限显示设备，包括球面准直镜、背投影屏幕与投影仪组；其中,球面准直镜竖直设置；眼点位于球面准直镜前方，且处于球面准直镜的竖直轴线上；其特征在于：
人眼可视垂直视场角大于球面准直镜竖直方向弧度角；且所述背投影屏幕为平头锥形；背投影屏幕竖直设置在球面准直镜与人眼之间；同时平头锥形背投影屏幕呈倒锥形放置，其底边弧长小于顶边弧长；且背投影屏幕轴线垂直于水平面并与球面准直镜竖直轴线重合；
所述投影仪组为n台投影仪，n≥3，设置于背投影屏幕前方，保证n台投影仪将图像全部投射到背投影屏幕上；且使相邻投影机的投射画面间形成重叠带。
2.如权利要求1所示一种基于平头锥形背投影屏幕的三通道广角无限显示设备，其特征在于：所述球面准直镜1所对应的球体半径为2米，其弧面竖直方向弧度为50°，水平方向的弧度为180°；人眼与球面准直镜的上边缘竖直距离为0.655米，此时人眼的可视垂直视场角为52.46°，水平视场角为180°；背投影屏幕的顶边圆弧半径为0.92米，底边圆弧半径为0.713米，高为0.617米；且背投影屏幕的顶边与球面准直镜的顶边竖直距离为0.354米；相邻投影仪间的重叠带宽度为0.5～0.8米。
3.如权利要求1所示一种基于平头锥形背投影屏幕的多通道广角无限显示设备，其特征在于：所述背投影屏幕竖直方向高度以及倾斜角度利用光线追迹通过人眼及球面准直镜的位置确定。
4.如权利要求1所示一种基于平头锥形背投影屏幕的多通道广角无限显示设备，其特征在于：所述n台投影仪将图像投射在背投影屏幕上，在背投影屏幕上形成视景图像；背投影屏幕上视景图像的散射光线经球面准直镜反射后，在球面准直镜后方形成正立的虚像，对正立的虚像进行多投影几何校正与边缘融合后，对人眼产生一个连续的、无接缝的大视场虚像像面。
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