一種正投式虛像顯示方法以及顯示系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及飛行仿真模擬器虛像顯示技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種正投式虛像顯示方法以及顯示系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]虛像顯示系統(tǒng)是飛行仿真模擬器常用的顯示系統(tǒng)。目前的虛像顯示系統(tǒng)主要包括投影器、背投影屏以及球面反射鏡，投影器位于背投影屏內(nèi)凹的一側(cè)，背投影屏與球面反射鏡的距離小于球面反射鏡的一倍焦距。其光路圖如圖1所示。投影器發(fā)出的光投射到背投影屏內(nèi)凹的表面上，光透過背投影屏投射到球面反射鏡內(nèi)凹的表面，再經(jīng)球面反射鏡反射后進(jìn)入人眼。投影器投射的圖像首先在背投影屏外凸表面的成像介質(zhì)上成實(shí)像，再在球面反射鏡內(nèi)凹的表面上呈正立放大的虛像。其中，背投影屏由航空級有機(jī)玻璃和復(fù)合材料框架組成，經(jīng)過熱彎、冷研磨、拋光等工藝成型，然后在外表面蒙投影幕布或者涂覆投影漆。
[0003]在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在以下問題:現(xiàn)有的背投式虛像顯示系統(tǒng)光損較高，需要使用較昂貴的投影器或者增加投影器的數(shù)量才能使顯示系統(tǒng)具有較高的亮度以及較好的畫面分辨率，并且背投影屏的成本也較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種光損小、亮度高、成本低的正投式虛像顯示方法以及顯示系統(tǒng)。
[0005]具體而言，包括以下的技術(shù)方案:
[0006]本發(fā)明第一方面提供一種正投式虛像顯示方法，所述顯示方法為:投影器發(fā)出的光投射到正投影屏的成像介質(zhì)上，經(jīng)所述成像介質(zhì)反射后投射到球面反射鏡的內(nèi)凹表面，再經(jīng)所述球面反射鏡反射后進(jìn)入人眼；所述正投影屏與所述球面反射鏡之間的距離小于所述球面反射鏡的一倍焦距。
[0007]進(jìn)一步地，所述投影器發(fā)出的光直接投射到正投影屏的成像介質(zhì)上。
[0008]進(jìn)一步地，所述投影器發(fā)出的光首先投射到平面反射鏡上，再經(jīng)所述平面反射鏡反射到正投影屏的成像介質(zhì)上。
[0009]優(yōu)選地，所述正投影屏的形狀為球面或者輪胎面。
[0010]優(yōu)選地，所述正投影屏中用于承載所述成像介質(zhì)的基底材料為環(huán)氧樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。
[0011]優(yōu)選地，所述球面反射鏡的反射介質(zhì)為聚酯薄膜、鍍有金屬膜的硅玻璃板或者鍍有金屬膜的有機(jī)玻璃板。
[0012]本發(fā)明第二方面提供一種根據(jù)本發(fā)明第一方面的顯示方法得到的正投式虛像顯示系統(tǒng)。所述顯示系統(tǒng)包括:投影器、正投影屏以及球面反射鏡；所述正投影屏的外凸的表面上設(shè)置有成像介質(zhì)；所述正投影屏外凸的表面與所述球面反射鏡內(nèi)凹的表面相對設(shè)置；所述投影器位于所述正投影屏外凸的一側(cè)；所述正投影屏與所述球面反射鏡之間的距離小于所述球面反射鏡的一倍焦距。
[0013]本發(fā)明第三方面提供另外一種提供根據(jù)本發(fā)明第一方面的顯示方法得到的正投式虛像顯示系統(tǒng)。所述顯示系統(tǒng)包括:投影器、正投影屏、球面反射鏡以及平面反射鏡；所述正投影屏的外凸的表面上設(shè)置有成像介質(zhì)；所述正投影屏外凸的表面與所述球面反射鏡內(nèi)凹的表面相對設(shè)置；所述投影器位于所述正投影屏內(nèi)凹的一側(cè)；所述平面反射鏡位于所述球面反射鏡上方且位于所述球面反射鏡外凸的一側(cè)；所述正投影屏與所述球面反射鏡之間的距離小于所述球面反射鏡的一倍焦距。
[0014]本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案的有益效果:
[0015]本發(fā)明實(shí)施例提供的正投式虛像顯示方法中，投影器發(fā)出的光經(jīng)正投影屏反射投射到球面反射鏡上，進(jìn)而在球面反射鏡上呈正立放大的虛像。與現(xiàn)有的背投式虛像顯示方法相比，正投式虛像顯示方法顯示過程為投影器直投以及較短的投影距離和多通道，避免透射造成的光的損失，光損小，利用率高，亮度高。而且正投影屏可以采用成本較低的材料制成，制造工藝簡單，能夠在保證虛像顯示系統(tǒng)景深和沉浸感特點(diǎn)的前提下，降低虛像顯示系統(tǒng)的成本。
【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0017]圖1為現(xiàn)有的背投式虛像顯示系統(tǒng)的光路圖；
[0018]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的投影器發(fā)出的光直接投射到正投影屏的正投式虛像顯示系統(tǒng)的光路圖；
[0019]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的投影器發(fā)出的光經(jīng)平面反射鏡到正投影屏的正投式虛像顯示系統(tǒng)的光路圖；
[0020]圖4為當(dāng)平面反射鏡與球面反射鏡距離較遠(yuǎn)時的正投式虛像顯示系統(tǒng)的光路圖；
[0021]圖5為當(dāng)平面反射鏡與球面反射鏡距離較近時的正投式虛像顯示系統(tǒng)的光路圖；
[0022]圖6為球面形正投影屏的示意圖；
[0023]圖7為輪胎面形正投影屏的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為使本發(fā)明的技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0025]本發(fā)明第一方面提供一種正投式虛像顯示方法，所述顯示方法為:投影器發(fā)出的光投射到正投影屏的成像介質(zhì)上，經(jīng)所述成像介質(zhì)反射后投射到球面反射鏡的內(nèi)凹表面，再經(jīng)所述球面反射鏡反射后進(jìn)入人眼；所述正投影屏與所述球面反射鏡之間的距離小于所述球面反射鏡的一倍焦距。
[0026]本發(fā)明實(shí)施例將正投影方法應(yīng)用到飛行仿真模擬器虛像顯示技術(shù)當(dāng)中，提供了一種正投式虛像顯示方法。投影器發(fā)出的光經(jīng)正投影屏反射后投射到球面反射鏡，由于正投影屏與球面反射鏡之間的距離小于所述球面反射鏡的一倍焦距(即正投影屏位于球面反射鏡一倍焦平面以內(nèi))，根據(jù)高斯成像規(guī)律，當(dāng)物距小于一倍焦距時，呈正立放大的虛像。因此，圖像經(jīng)過投影器投射后最終在球面反射鏡內(nèi)凹的表面上呈正立放大的虛像。與現(xiàn)有的背投式虛像顯示方法相比，正投式虛像顯示方法顯示過程為投影器直投以及較短的投影距離和多通道，避免透射造成的光的損失，光損小，利用率高，亮度高。而且正投影屏可以采用成本較低的材料制成，制造工藝簡單，能夠在保證虛像顯示系統(tǒng)景深和沉浸感特點(diǎn)的前提下，降低虛像顯示系統(tǒng)的成本。
[0027]在上述的顯示方法中，可以將投影器發(fā)出的光直接投射到正投影屏的成像介質(zhì)上。采用這用方法的光路圖如圖2所示。投影器位于正投影屏設(shè)置有成像介質(zhì)的一側(cè)，投影器發(fā)出的光直接投射到正投影屏的成像介質(zhì)上，再經(jīng)反射后投射到球面反射鏡的內(nèi)凹表面，再經(jīng)球面反射鏡反射后進(jìn)入人眼。
[0028]在上述的顯示方法中，還可以將投影器發(fā)出的光首先投射到平面反射鏡上，再經(jīng)平面反射鏡反射到正投影屏的成像介質(zhì)上。這種方法的光路圖如圖3所示。平面反射鏡設(shè)置在球面反射鏡上方并且位于球面反射鏡外凸的一側(cè)，而投影器位于正投影屏未設(shè)置成像介質(zhì)的一側(cè)。投影器發(fā)出的光首先投射到平面反射鏡上，再由平面反射鏡反射到正投影屏的成像介質(zhì)上，由正投影屏反射后投射到球面反射鏡的內(nèi)凹表面，最終經(jīng)球面反射鏡反射后進(jìn)入人眼。
[0029]在上述的顯示方法中，正投影屏的形狀沒有特殊的限定，可以采用現(xiàn)有背投影屏的設(shè)計(jì)，例如可以為球面(如圖6所示)或者輪胎面(如圖7所示)。輪胎面與球面的區(qū)別在于，球面是圓繞著其直徑旋轉(zhuǎn)所成的面，輪胎面是圓繞著非直徑的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)形成的面，類似汽車輪胎的表面，也稱為圓環(huán)面或者雙曲面。成像介質(zhì)通常設(shè)置在球面或者輪胎面外凸的表面上。
[0030]在上述的顯示方法中，由于投影器發(fā)出的光不需要透過正投影屏，因此正投影屏中用于承載成像介質(zhì)的基底材料可以采用纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料，例如環(huán)氧樹脂基玻璃纖維復(fù)合材料、環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料或者環(huán)氧樹脂基玻璃纖維/碳纖維混雜纖維復(fù)合材料。首先通過模具袋壓法使正投影屏基底成型，然后在基底表面涂覆正投影漆。正投影漆的具體種類本發(fā)明實(shí)施例不作特殊限定，本領(lǐng)域常用的正投影漆均可。正投影屏的成像介質(zhì)還可以為電影銀幕所用的軟幕布，將采購的電影銀幕直接張貼在基底材料上即可。
[0031]在上述的顯示方法中，球面反射鏡所用的反射介質(zhì)可以采用現(xiàn)有的聚酯薄膜或者鍍有金屬膜的硅玻璃板。聚酯薄膜球面反射鏡的加工工藝為:將聚酯薄膜張貼在的鏡座邊框上，再通過真空吸附的方法使其張緊到光學(xué)系統(tǒng)所需要的形狀；通過預(yù)埋螺栓和邊條，保證聚酯薄膜成