CN209215854U - 一种背投球幕视景显示系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及虚拟现实显示技术领域，尤其涉及一种背投球幕视景显示系统。本申请所提供的背投球幕视景显示系统包括背投球幕，由多块分屏幕拼接而成，所述背投球幕的底部支撑固定于基座上；环绕所述背投球幕架设的支撑框架结构，其包括多个投影仪安装位，对应安装有投影仪。本申请所提供的背投球幕视景显示系统方便厂商生产加工、方便客户运输、可以实现现场安装，还可以解决投影显示画面由于系统受到冲击而导致的画面变形及抖动的问题，同时也进一步提高了显示画面的稳定性，还提高了投影仪的利用率、降低了技术成本。

Description

一种背投球幕视景显示系统

技术领域

本申请涉及虚拟现实显示技术领域，尤其涉及一种背投球幕视景显示系统。

背景技术

由于利用飞行模拟器进行飞行训练，具有提高训练效率、节省训练经费、保证飞行安全及减少环境污染等突出的优点，因此，在航空航天领域越来越重视飞行模拟器的研发与使用。其中，视镜显示系统是飞行模拟器的重要组成部分，其能够使驾驶员处于实时视觉仿真的环境，可以与模拟出的座舱外的视觉环境进行信息交互，是驾驶员产生一种身临其境的感觉。

视景显示包括虚像显示和实像显示两种。其中，虚像显示指将实物放置于光学元件的一倍焦距处，在远方成正立放大虚像，虚像显示具有景深感强、成像逼真等优点，但是现有的虚像视景显示系统由于其垂直视场受系统结构限制，具有视场角小的缺点；实像显示分为柱幕实像显示和球幕实像显示两种，球幕实像显示与柱幕视景显示相比，其带给驾驶员的沉浸感更强，且其还具有系统结构简单、成本低、垂直视场大的优点。

但是，其一，现有的球幕实像视景显示系统由于其球幕是正投球幕，即该球幕是由不透明材质制成的，投影仪需设置在球幕内，而球幕内空间还需要放置座舱等设备，那么投影仪所投射的部分光线就会受到前述球幕内座舱等设备的遮挡，而影响到球幕显示画面的完整性，为保证显示画面的完整性，一种可行方法是为避让前述球幕内座舱等设备而精细计算投影仪投射光线的角度及路线，这样会增加其技术成本且投射效果及画面显示效果会有所下降，另一种可行方法是增设投影仪以补充显示画面，这样投影仪的利用率就会较低。其二，现有的球幕实像视景显示系统中的投影仪直接固定在球幕上，飞行模拟器在运动过程中，系统受到冲击荷载的作用时，球幕本身易产生较大变形，固定在球幕上的投影仪投射的显示画面就会发生变形及抖动，从而影响驾驶员的训练质量。其三，现有的球幕造型较大不易于加工、安装及运输。

实用新型内容

本申请提供了一种背投球幕视景显示系统，以解决现有的球幕视景显示系统不易于安装及运输、视镜显示画面易变形及抖动以及投影仪利用率低、技术成本高的问题。

本申请提供了一种背投球幕视景显示系统，包括：

背投球幕，由多块分屏幕拼接而成，所述背投球幕的底部支撑固定于基座上；

环绕所述背投球幕架设的支撑框架结构，其包括多个投影仪安装位，对应安装有投影仪。

与现有技术相比，本申请所提供的背投球幕视景显示系统采用了背投球幕，背投球幕相对于现有的正投球幕来说，其球幕是由透明材质制成的，其投影仪设置于球幕外围，该投影仪所投射的光线不会受到球幕内的座舱等设备的干涉，这样不会影响到球幕显示画面的完整性，投影仪的排布更方便、利用率更高，还可以降低计算光路的技术成本。该背投球幕由多块分屏幕拼接而成，这样方便厂商生产加工、方便客户运输、可以实现现场安装；还包括支撑固定该背投球幕的基座及设有安装放置投影仪的投影仪安装位的支撑框架结构，该背投球幕视景显示系统的投影仪设置安装在支撑框架结构上，与背投球幕分离设置，当飞行模拟器在运动过程中系统受到冲击荷载作用时，该背投球幕本身即使发生形变也不会影响到投影仪的投影工作，其投影显示画面也不会由于系统受到冲击而发生变形及抖动的情况，同时也进一步提高了显示画面的稳定性。

进一步的，所述背投球幕包括构成穹顶的顶部和衔接于所述顶部下方构成环状弧形侧壁的侧部；

所述侧部包括沿环绕方向并列设置的至少两个所述分屏幕，其一所述分屏幕靠近所述基座的一侧设有出入口，所述顶部包括至少一个所述分屏幕。

这样方便厂商生产加工、方便客户运输及现场安装，还可以提高背投球幕的稳定性，节约材料，降低费用成本。

更进一步的，所述底部为设有开口的圆弧环状法兰，固接于所述侧部与所述基座之间，所述开口对应所述出入口设置，所述开口及所述出入口的边缘处设有加强法兰边。

这样可以减少出入口处附近的障碍，方便工作人员在出入口进出，同时可以加强边缘部位强度及防止人员受伤。

进一步的，所述侧部包括沿环绕方向均匀设置的六块所述分屏幕，所述背投球幕的侧部的底边设置于其水平方向向下60°～70°之间。

这样设计较为合理，背投球幕的结构更加稳定，还可以保证背投球幕内部的座舱等设备顺利就位，同时也方便运输。

更进一步的，所述顶部和/或所述侧部的相邻的所述分屏幕之间无缝连接。

这样可以简化光路通道设计，不必考虑由于相邻两块分屏幕的衔接处无法投影，而需设计光路通道躲避前述衔接处，且保证投影显示画面的完整性及连续性，不产生断续的情况，可以降低技术成本。

更进一步的，各所述分屏幕的内表面喷涂有漫散射涂层，不同位置处的所述漫散射涂层的折射率、粒度、厚度不同。

这样可以在保证背投球幕的光学参数一致性的同时，还可以增加可视角、分辨率、亮度和彩色还原度，及达到无太阳效应的效果。

进一步的，各所述投影仪安装位还对应设置有反射所述投影仪所投射的光线至所述背投球幕的平面反射镜。

投影仪先投射光线至平面反射镜，平面反射镜再将光线反射至背投球幕上，这样就可以缩短、减小系统占地空间，同时提高光强度及分辨率。

进一步的，所述支撑框架结构的所述多个投影仪安装位围绕所述背投球幕均匀设置。

这样每个投影仪安装位对应的投影仪投射的光线强度及分辨率等参数都大致相同，方便光路计算及整体调节，减少技术成本。

更进一步的，所述支撑框架结构分为四层投影仪安装架，分别为第一层投影仪安装架、第二层投影仪安装架、第三层投影仪安装架和第四层投影仪安装架；

所述第一层投影仪安装架、所述第二层投影仪安装架、所述第三层投影仪安装架和所述第四层投影仪安装架分别设置于所述背投球幕球心垂直于所述基座的60°层、90°层、135°层和180°层；

各层所述投影仪安装架环绕所述背投球幕设置至少一个所述投影仪安装位。

这种采用分层的方式布置的光路通道更规整、简洁、覆盖率大、性价比高、每个光路通道覆盖面积广，且搭建方式简单、搭建效率高。

更进一步的，所述第一层投影仪安装架环绕所述背投球幕均匀设置8 个所述投影仪安装位，当其一所述投影仪安装位对应所述出入口时，移除所述投影仪安装位；

所述第二层投影仪安装架及所述第三层投影仪安装架分别环绕所述背投球幕均匀设置8个所述投影仪安装位；

所述第四层投影仪安装架为顶点，设置1个所述投影仪安装位。

该24路(或25路)通道设计相较于15路通道设计，其分辨率更高、布局较简单、覆盖率更大，且可满足垂直视场大于135°，水平视场达到 360°的全景视场需求范围。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

图1为本申请实施例所提供的背投球幕视景显示系统的结构示意图；

图2为本申请实施例所提供的背投球幕的结构示意图；

图3为本申请实施例所提供的背投球幕视景显示系统的部分结构正视图。

附图标记：

1-背投球幕视景显示系统；

10-背投球幕；

11-顶部；

12-侧部；

121-出入口；

13-底部；

131-圆弧环状法兰；

14-分屏幕；

20-支撑框架结构；

21-投影仪安装位；

22-第一层投影仪安装架；

23-第二层投影仪安装架；

24-第三层投影仪安装架；

25-第四层投影仪安装架；

30-投影仪；

40-基座；

50-座舱；

60-平面反射镜。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。

如图1-3所示，本申请实施例提供了一种背投球幕视景显示系统1，该背投球幕视景显示系统1包括背投球幕10、环绕该背投球幕10架设的支撑框架结构20、安装放置于该支撑框架结构20上的投影仪30及其固定调节机构、反射该投影仪30所发射的光线的平面反射镜60及其固定调节机构、支撑固定该背投球幕10的基座40、位于该背投球幕10内部的座舱50和与该投影仪30及该平面反射镜60的控制调节机构电连接的控制系统以及其他辅助构件，例如激光点阵装置、梯子等。

前述支撑框架结构20根据前述背投球幕10的光路通道设计确定的投影仪安放位置对应的设有多个投影仪安装位21，各投影仪30对应的安装于各投影仪安装位21处，并连通外电路以供使用；各投影仪30可以直接投射光线至背投球幕10，但是这样光路较长、光强度相对较低、分辨率也相对较底，为了缩短光路、减小系统占地空间，以及提高光强度及分辨率，可以在前述投影仪安装位21对应投影仪30放置的位置处设置平面反射镜 60，投影仪30先投射光线至平面反射镜60，平面反射镜60再将光线反射至背投球幕10上，这样就可以缩短、减小系统占地空间，同时提高光强度及分辨率；进一步的，该支撑框架结构20的多个投影仪安装位21围绕该背投球幕10均匀设置，这样每个投影仪安装位21对应的投影仪30投射的光线强度及分辨率等参数都大致相同，方便光路计算及整体调节，减少技术成本。另外，该支撑框架结构20可以采用金属框架结构，坚固耐用，优选的，可以采用钢结构框架结构，即采用钢材为主制作的结构，其具有强度高、自重轻、刚度大的优点，便于运输及现场组装，各钢构件间可以采用焊接或高强度螺栓连接的方式进行固接，采用高强度螺栓固接可以施加预应力，加强连接处的强度，还可以提高其自身承载能力。

如图2所示，本申请实施例所提供的背投球幕10由多块分屏幕14拼接而成，相邻的分屏幕14之间可以采用螺栓连接，具体可以采用M10螺栓组件外法兰连接，螺栓连接可以增强连接处的强度，不易断裂；或者，相邻的分屏幕14之间还可以采用无缝连接，具体可以采用本体聚合的方式无缝连接，这样可以简化光路通道设计，不必考虑由于相邻两块分屏幕14的衔接处无法投影，而需设计光路通道躲避前述衔接处且保证投影显示画面的完整性及连续性及不产生断续的情况，可以降低技术成本。此外，相邻两块分屏幕14的衔接处可以采用与分屏幕14同种材质制成的连接件连接，例如，本申请实施例的背投球幕10可以采用环氧树脂玻璃材质制成，相邻两块分屏幕14的衔接处就同样可以采用环氧树脂玻璃布进行衔接，这样既可以保证分屏幕14之前良好连接、背投球幕10振动后不裂纹，还可以保证背投球幕10的幕面光滑平顺。

与现有技术相比，本申请实施例所提供的背投球幕视景显示系统1采用了背投球幕10，背投球幕10相对于现有的正投球幕来说，其球幕是由透明材质制成的，其投影仪30设置于球幕外围，该投影仪30所投射的光线不会受到球幕内的座舱等设备的干涉，这样不会影响到球幕显示画面的完整性，投影仪30的排布更方便、利用率更高，还可以降低计算光路的技术成本。该背投球幕10由多块分屏幕14拼接而成，这样方便厂商生产加工、方便客户运输、实现现场安装；还包括设有安装放置投影仪30的投影仪安装位21的支撑框架结构20，该背投球幕视景显示系统1的投影仪30设置安装在支撑框架结构20上，不必固定于背投球幕10上，与背投球幕10分离设置，这样当飞行模拟器在运动过程中系统受到冲击荷载作用时，该背投球幕10本身即使发生形变也不会影响到投影仪30的投影工作，其投影显示画面也不会由于系统受到冲击而发生变形及抖动的情况，同时也进一步提高了显示画面的稳定性。

前述实施例中的背投球幕10可以包括构成穹顶的顶部11、构成环状弧形侧壁的侧部12和底部13，该底部13支撑固定于前述基座40上，前述三者由上至下依次衔接而成。该顶部11可以由一块分屏幕14构成，这样方便安装，也可以由两块半圆形分屏幕拼接而成，可以减轻每一块的重量，方便运输，还可以由更多块拼接而成；该侧部12可以由多块分屏幕 14拼接而成，该多块分屏幕14可以沿环绕方向并列均匀设置，具体可以是六块。该侧部12的其中一块分屏幕14靠近前述基座40的一侧设有出入口121，该出入口121可以设计为宽为1.6m的门，该出入口121的边缘可以设有法兰边及加强边，以加固边缘部位及防止人员受伤。

前述底部13可以为一个半球形结构，其顶部固接于基座40上，但是这种结构不稳定且浪费屏幕材料，为了提高背投球幕10的稳定性及进一步降低费用成本，该底部13可以不设置前述分屏幕14，只包括一用于连接固定的环状法兰，其一侧面与前述侧部12衔接固定，另一侧面与前述基座40固接。

进一步的，为了方便工作人员在前述出入口121进出，减少出入口121 处附近的障碍，该底部13的环状法兰具体可以是设有开口的圆弧环状法兰131，该开口对应前述出入口121设置，同时为了加强边缘部位的强度及防止人员受伤，该开口及该出入口121的边缘处可以设有加强法兰边。

更进一步的，该背投球幕10的侧部12的底边设置于其水平方向向下 60°～70°之间，该底边即与底部13衔接的一边，这样设计较为合理，背投球幕10的结构更加稳定，还可以保证背投球幕10内部的座舱50等设备顺利就位，同时也方便运输。

优选的，前述分屏幕14的内表面可以喷涂有漫散射涂层，为了达到背投球幕10的光学参数一致性的标准，不同位置处的分屏幕14的漫散射涂层的折射率、粒度、厚度均可以不同。这样可以在保证背投球幕10的光学参数一致性的同时，还可以增加可视角、分辨率、亮度和彩色还原度，及达到无太阳效应的效果。

此外，前述实施例中所提及的光路通道设计具体可以是24路(或25 路)通道设计或者15路通道设计等，该24路(或25路)通道设计相较于15路通道设计，其分辨率更高、布局较简单、且可满足垂直视场大于 135°，水平视场达到360°的全景视场需求范围。本申请实施例以24路通道设计为例进行说明，如图3所示，将座舱50设置于背投球幕10的球心O点位置处，并以座舱50所在位置(球心O点)为眼点(即基准点)，设定背投球幕10的显示区域分为四层，分别为球心O点垂直于基座60°、 90°、135°和180°，依次称之为第一层、第二层、第三层和第四层，环绕该第二层和该第三层每层均匀设置8路通道，环绕该第一层均匀设置8 路通道，当其一路通道位于前述出入口121位置时，取消该路通道，即设第一层置7路通道，第四层为顶点，设置1路通道，每路通道反射出的光线均指向球心O点(眼点)，每路通道附近可以只设有投影仪30，投影仪30可以直接将投射出的光线经由与其对应的光路通道投射至背投球幕 10上，优选的，每路通道附近均设有前述投影仪30和平面反射镜60，该投影仪30投射出光线至该平面反射镜60，该平面反射镜60将前述光线反射出并经由与其对应的光路通道投射于该背投球幕10并将画面显示在该背投球幕10上，该背投球幕10为透光材质，位于座舱50上的驾驶员将该显示画面尽收眼底。

对应的，该支撑框架结构20的多个投影仪安装位21可以围绕该背投球幕10均匀设置，该支撑框架结构20可以分为四层投影仪安装架，分别为第一层投影仪安装架22、第二层投影仪安装架23、第三层投影仪安装架24和第四层投影仪安装架25；前述各层投影仪安装架对应前述的背投球幕10的显示区域的第一层、第二层、第三层和第四层设置，各层投影仪安装架上均匀设置有至少一个投影仪安装位21，各投影仪安装位21对应前述的各路通道设置，即第一层投影仪安装架22对应设置7个投影仪安装位21，第二层投影仪安装架23对应设置8个投影仪安装位21，第三层投影仪安装架24对应设置8个投影仪安装位21，第四层投影仪安装架 25对应设置1个投影仪安装位21，总共24个投影仪安装位21。每个投影仪安装位21可以对应安装一个投影仪30，也可以对应安装一个投影仪30 及一个平面反射镜60。这种采用分层的方式布置的光路通道更规整、简洁、覆盖率大、性价比高、每个光路通道覆盖面积广，且搭建方式简单、搭建效率高。且24路(或25路)通道设计相较于15路通道设计，其分辨率更高、布局较简单、覆盖率更大，且可满足垂直视场大于135°，水平视场达到360°的全景视场需求范围。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种背投球幕视景显示系统，其特征在于，包括：

背投球幕(10)，由多块分屏幕(14)拼接而成，所述背投球幕(10)的底部(13)支撑固定于基座(40)上；

环绕所述背投球幕(10)架设的支撑框架结构(20)，其包括多个投影仪安装位(21)，对应安装有投影仪(30)。

2.根据权利要求1所述的背投球幕视景显示系统，其特征在于，

所述背投球幕(10)包括构成穹顶的顶部(11)和衔接于所述顶部(11)下方构成环状弧形侧壁的侧部(12)；

所述侧部(12)包括沿环绕方向并列设置的至少两个所述分屏幕(14)，其一所述分屏幕(14)靠近所述基座(40)的一侧设有出入口(121)，所述顶部(11)包括至少一个所述分屏幕(14)。

3.根据权利要求2所述的背投球幕视景显示系统，其特征在于，

所述底部(13)为设有开口的圆弧环状法兰(131)，固接于所述侧部(12)与所述基座(40)之间，所述开口对应所述出入口(121)设置，所述开口及所述出入口(121)的边缘处设有加强法兰边。

4.根据权利要求2所述的背投球幕视景显示系统，其特征在于，

所述侧部(12)包括沿环绕方向均匀设置的六块所述分屏幕(14)，所述背投球幕(10)的侧部(12)的底边设置于其水平方向向下60°～70°之间。

5.根据权利要求4所述的背投球幕视景显示系统，其特征在于，所述顶部(11)和/或所述侧部(12)的相邻的所述分屏幕(14)之间无缝连接。

6.根据权利要求4或5所述的背投球幕视景显示系统，其特征在于，各所述分屏幕(14)的内表面喷涂有漫散射涂层，不同位置处的所述漫散射涂层的折射率、粒度、厚度不同。

7.根据权利要求1所述的背投球幕视景显示系统，其特征在于，

各所述投影仪安装位(21)还对应设置有反射所述投影仪(30)所投射的光线至所述背投球幕(10)的平面反射镜(60)。

8.根据权利要求2所述的背投球幕视景显示系统，其特征在于，

所述支撑框架结构(20)的所述多个投影仪安装位(21)围绕所述背投球幕(10)均匀设置。

9.根据权利要求8所述的背投球幕视景显示系统，其特征在于，

所述支撑框架结构(20)分为四层投影仪安装架，分别为第一层投影仪安装架(22)、第二层投影仪安装架(23)、第三层投影仪安装架(24)和第四层投影仪安装架(25)；

所述第一层投影仪安装架(22)、所述第二层投影仪安装架(23)、所述第三层投影仪安装架(24)和所述第四层投影仪安装架(25)分别设置于所述背投球幕(10)的球心垂直于所述基座(40)的60°层、90°层、135°层和180°层；

各层所述投影仪安装架环绕所述背投球幕(10)设置至少一个所述投影仪安装位(21)。

10.根据权利要求9所述的背投球幕视景显示系统，其特征在于，

所述第一层投影仪安装架(22)环绕所述背投球幕(10)均匀设置8个所述投影仪安装位(21)，当其一所述投影仪安装位(21)对应所述出入口(121)时，移除所述投影仪安装位(21)；

所述第二层投影仪安装架(23)及所述第三层投影仪安装架(24)分别环绕所述背投球幕(10)均匀设置8个所述投影仪安装位(21)；

所述第四层投影仪安装架(25)为顶点，设置1个所述投影仪安装位(21)。