[实用新型]一种用于飞行模拟器的小型球幕投影系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及球形屏幕投影系统，尤其涉及一种用于小型球形屏幕上投影显示的单镜头投影系统。

背景技术

飞行模拟器于20世纪30年代初出现以来，逐渐成为对飞行员进行训练的重要装置。作为飞行模拟器核心技术之一的视景显示技术，伴随现代显示技术的发展也发生着巨大的变化。早期的飞行拟器常采用闭路电视(CCTV)视景系统，如美国“水星”号、“双子星”号飞船训练模拟器均采用这种视景系统。我国20世纪70年代研制的歼6飞机飞行训练模拟器视景系统也采用CCTV形式，图像源为长15m，高5m的地景模型，用摄像机和多套随动系统按飞行轨迹、航向和姿态角的不同而拍摄相应地景模型的不同区域。这种形式的视景系统因要求很大的建筑物内部空间，机械随动机构复杂，系统维护、更换场景困难等因素于70年代末逐渐被淘汰。1964年，NASA在载人航天中心安装了第一台能够实时成像的电子计算机。该系统仅能提供平面透视图并产生一些纹理，但是不能产生棱角。在“阿波罗”计划中，NASA对该视景系统进行了改进，使其能够产生三维立体图像及表面纹理。70年代，计算机软硬件技术的飞速发展已使得计算机成像技术可以产生非常逼真的三维物体。随着技术的不断进步，计算机成像已经成为视景系统的最主要图像源。目前研制和使用的飞行模拟器几乎全部应用计算机成像技术。我国90年代自主研制的Y7-100飞机飞行模拟器采用的就是计算机成像方式的视景系统。

球幕投影系统的使用始于上个世纪80年代美国，一开始主要用于电影放映，后来逐渐被应用于天象仪和飞行模拟训练当中，这些系统的球幕半径都在十米到几十米不等，尺寸较大、成本高昂。

相比平面显示方法，球形屏幕(简称球幕)投影技术具有突出的优势。无论是在飞行模拟器中作为图像显示或是民用级别的电影放映，球幕投影技术带给使用者的都是全新的视觉感受。其最大优点是可以得到很大的观察野(水平和垂直视场)，尤其在垂直方向上具有其它系统不可比拟的优势，图像纵深感强并且更具有真实感，充分提高训练效果和画面的观赏价值。

目前，球幕投影系统有向屏幕半径小型化发展的趋势，这一方面降低了整套系统的成本，另一方面也迎合了越来越多的单位或个人对这种系统的需求。国外已有部分厂家开始致力于单人使用的球幕系统的开发和研制，近几年已经出现了一些成熟产品。最主要的系统是采用多台投影机(一般为3台)联合工作，对特定的球幕分区域投影，并采用计算机图像无缝接合技术对图像进行预处理，但是该系统的缺点是结构复杂，图像有偏差。另一种类型的投影机使用一个投影镜头进行工作，无须对图像进行过多的处理，但是该系统的缺点是光学系统视场小，象面照度均匀性差，成本高。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种采用单投影物镜设计方案的用于飞行模拟器的小型球幕投影系统，它主要解决了现有球幕投影系统结构复杂，系统性能差，成本高的技术问题。

本实用新型的第一种技术解决方案是：

一种用于飞行模拟器的小型球幕投影系统，包括固定尺寸的半球形投影屏幕、投影物镜和图像发生器，所述半球形投影屏幕圆心通过投影物镜的镜头光轴并以光轴为对称轴，其特殊之处是：所述投影物镜包括依次设置在半球形投影屏幕和图像发生器之间的镜头光轴上的前组、中间组、光阑6和正后组，所述前组包括总光焦度为负值的弯月透镜组，所述中间组包括鼓形透镜和平板玻璃5，所述正后组包括总光焦度为正值的物镜组。

上述前组包括前组第一弯月负透镜1和前组第二弯月负透镜2，所述中间组包括胶合在一起的中间组鼓形负透镜3和中间组鼓形正透镜4、平板玻璃5。

上述正后组包括胶合在一起的正后组第一负透镜7和正后组第一正透镜8、正后组正透镜9、胶合在一起的正后组第二负透镜10和正后组第二正透镜11。

上述正后组可采用高斯物镜半部系统。

上述正后组可采用单单双系统，所述单单双系统包括两个单正透镜和一块正双胶合物镜的密接形式。

上述正后组可采用天塞物镜系统及其衍生类型，所述天塞物镜系统包括正双胶合的单正透镜+负物镜+正双胶合物镜。

上述正后组可采用三片型结构，所述三片型结构包括由正负正三片单透镜。

本实用新型的第二种技术解决方案是：