CN118235189A - 调节向模拟器用户显示的图像的焦距的***和方法 - Google Patents

Abstract

提供了用于调节在模拟器的指定的眼点处向用户显示的图像的焦距的***和方法。可以生成用于由屏幕显示的图像，其中图像由镜子反射到指定的眼点。可以确定从指定的眼点到图像中的对象的模拟距离。可以基于模拟距离来确定图像的焦距。可以基于模拟距离来确定对象的模拟尺寸。调节器可以改变屏幕和镜子之间的距离以实现焦距。可以基于模拟尺寸在图像中调节对象的尺寸。

Description

调节向模拟器用户显示的图像的焦距的***和方法

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2021年11月15日提交的美国临时专利申请序列号63/279，566的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及调节在模拟器的指定的眼点处向用户显示的图像的焦距。更具体地，本公开提供了基于指定的眼点和由屏幕显示并由镜子反射的图像中的对象之间的模拟距离、来调节模拟器的屏幕和镜子之间的距离的***和方法。提供调节器以调节屏幕和镜子之间的距离。

背景技术

训练用户来操作交通工具的高级模拟器(诸如飞行模拟器)通常具有主显示器，以向用户提供描绘交通工具周围环境的图像。参考图1，通过将光(并且因此，图像)准直到用户30来实现主显示器4的图像12的真实性，这在无限远的焦点处渲染图像。例如，图像可以具有大于大约30英尺的焦距。投影仪6将图像12投影到屏幕8上，并且图像作为镜子阵列10中的反射被用户30(诸如飞行员)观看。如图1所示，主显示器4的图像12对用户是可见的，如由第一箭头34所指示，作为准直光线14，并且在远处焦点处看到。准直光线14基本上彼此平行。

一些交通工具(包括诸如直升机的飞行器)可以具有被称为“下巴”窗口的窗口，该窗口被定位以提供从飞行器向下的视图，如图1中由第二箭头36所指示。下巴窗口可以靠近飞行器的机舱或驾驶舱的地板。在一些飞行器中，下巴窗口位于飞行器的方向舵踏板的前面。飞行员可以在起飞、着陆期间以及在飞行器悬停时使用下巴窗口来看到参考点或对象(诸如地面)。

一些现有技术模拟器2包括下巴显示器20以复制通过下巴窗口18在驾驶舱外部看到的对象16B。已知的模拟器通常使用真实图像显示***或广角准直(WAC)显示***来显示通过下巴窗口可见的图像。

真实图像显示***20使用放置在模拟器的下巴窗口18前面的监视器或背投影屏幕22。模拟器的飞行员或用户30通过下巴窗口18观看真实图像显示***的图像24。由真实图像显示***创建的模拟图像24具有约6英尺至约8英尺之间的观看距离。观看距离等于模拟器2的指定的眼点32与真实图像显示***20的监视器或屏幕22之间的物理距离。如本领域技术人员将理解的，指定的眼点32表示当在模拟器中时用户30的眼睛的优选或最佳位置。当设计模拟器的部件以提供由模拟器创建的图像的最佳视图用于由用户观看时，使用指定的眼点。

当模拟器提供在模拟地面26上方约10英尺的模拟高度28下方飞行的模拟时，真实图像显示***20提供实际的深度提示(realistic depth cues)。真实图像显示***还提供具有相对宽的视场(FOV)的明亮且清晰(sharp)的图像。然而，已知的真实图像显示***20具有若干缺点，包括当那些夜视镜(NVG)被聚焦为与主显示器4的接近无限远的焦点兼容时，它们与NVG不兼容。如将理解的，这排除了使用模拟器来为某些活动和某些模拟条件(诸如夜间飞行操作)提供训练，从而不利地限制了利用现有技术模拟器2可能进行的训练。

此外，如图1中大致所示，当用户的头部移动时，由真实图像显示***20产生的用于通过下巴窗口18观看的图像24中的对象16B将变得与主显示器4的准直图像12中的对象16A不对准。该问题大致在图1中示出，其中在主显示器4的图像中显示的树16A的上部相对于在由真实图像显示***20生成的图像24中显示的同一树16B的下部水平偏移。

此外，因为真实图像显示***具有固定的焦距并且主显示器处于无限远的焦点，所以当用户从下巴窗口(如由第二箭头36所指示)往外看并且然后从主窗口(如由第一箭头34所示)往外看时，用户的眼睛必须调节到不同的焦距。焦点的变化对模拟器的真实性产生负面影响，引起用户的不适，并导致眼睛疲劳。当模拟飞行器具有高于在模拟地面26上方约10英尺的模拟高度28时，已知的真实图像显示***还提供不实际的深度提示。

与真实图像显示***相比，用作下巴显示器的WAC显示***提供了一些益处。例如，由WAC显示***提供的图像处于无限远的焦点。当通过模拟器的下巴窗口观看时，即使在用户的头部的移动期间，由WAC显示***提供的图像也将保持与主显示器4的图像12对准。WAC显示***与NVG兼容，并且当模拟飞行器具有高于在模拟地面上方约15英尺的模拟高度时，WAC显示***可以提供实际的深度提示。然而，当模拟高度小于约10英尺时，由WAC显示***提供的图像将具有不实际的深度提示。已知的WAC显示***的另一问题是它们具有相对小的FOV，其在水平维度上小于约25°，在垂直维度上约小于15°。用于下巴窗口的WAC显示***的其他问题是有限的亮度，并且它们比真实图像显示***20更昂贵。

两种类型的现有技术下巴窗口显示器的显著缺点是它们具有固定的焦距，该焦距只能对于一个观看距离进行优化。例如，在飞行器从高悬停(诸如在大约30英尺的模拟高度28处)下降到触地(touchdown)的模拟中，具有大约6英尺到8英尺的观看距离的真实图像显示***对于下降的前90％是不实际的。类似地，用于下巴窗口的WAC显示***对于从约30英尺下降到触地的最后部分是不实际的。因此，传统的下巴显示器在模拟着陆或起飞过程的重要部分期间是不准确的。对于真实图像显示***和WAC显示***描述的视觉误差可能导致用户错误判断使用任一类型的显示器的地面(terrain)上方的下降速率和高度，从而导致难以着陆和难以保持悬停位置。这些缺陷导致现有技术模拟器的真实性和有用性的显著限制。

因此，需要用于实时调节模拟器的图像的焦距的***和方法。

发明内容

本公开的一个方面是提供一种用于调节在指定的眼点处向用户显示的图像的焦距的***。该***包括：(1)被配置为显示描绘对象的图像的屏幕；(2)被配置为将由屏幕显示的图像反射到指定的眼点的镜子，镜子与屏幕间隔开可变的距离；以及(3)被配置为调节屏幕和镜子之间的距离的调节器。

在一些实施例中，该***还包括与调节器通信的控制***，控制***被配置为：(a)基于指定的眼点和图像中的对象之间的模拟距离来确定图像的焦距；(b)基于模拟距离确定对象的模拟尺寸；(c)生成促使调节器调节屏幕和镜子之间的距离以实现焦距的指令；以及(d)基于所确定的模拟尺寸来调节图像中的对象的尺寸。

该***可以包括前述实施例中的任何一个或多个，并且可选地，控制***还被配置为：(1)生成图像；以及(2)确定对象的模拟尺寸。

在一些实施方式中，屏幕是液晶显示器、有机发光二极管显示器、硅基液晶显示器、发光二极管显示器、量子点显示器和等离子体显示器中的至少一种。

该***可以可选地包括前述实施例中的一个或多个，并且在一些实施例中，该***还可以包括被配置为将图像投影到屏幕上的投影仪，该屏幕是前投影屏幕和背投影屏幕中的一个。

在屏幕是背投影屏幕的实施例中，投影仪被定位为将图像投影到屏幕的后表面上，并且屏幕的前表面朝向镜子。在该实施例中，背投影屏幕可以至少部分地位于镜子和投影仪之间。

替代地，当屏幕是前投影屏幕时，投影仪被定位为将图像投影到屏幕的前表面上，并且屏幕的前表面朝向镜子。在该实施例中，投影仪可以至少部分地位于镜子和前投影屏幕之间。

在一个或多个实施例中，屏幕的面向镜子的前表面是凸形的。

可选地，屏幕的前表面具有包括圆形、球形、抛物线形、椭圆形、平面、自由形状及其组合的至少一部分的形状。

在一些实施例中，投影仪与屏幕相距固定的距离，并且其中调节器被配置为移动屏幕和投影仪。

在一些实施例中，调节器包括用于移动屏幕和镜子中的至少一个以调节距离的马达。

在其他实施例中，镜子是静止的。可选地，镜子与指定的眼点相距固定的距离。

该***可以包括前述实施例中的一个或多个，并且可选地，屏幕互连到调节器的平台，该平台是可移动的。

该***可以包括前述实施例中的任何一个或多个，并且可选地，平台被配置为移动以调节屏幕和镜子之间的距离。

在一些实施例中，调节器包括止动件以防止屏幕接触镜子。

在一些实施例中，从屏幕到镜子的距离与焦距相关。

在一些实施例中，屏幕具有第一位置，在该第一位置，屏幕与镜子相距第一距离并且焦距在无限远处。

可选地，在第一位置，从镜子反射的光线基本上平行。

在第二位置，屏幕与镜子相距第二距离并且焦距小于无限远。第一距离大于第二距离。

在一些实施例中，***包括前述特征中的一个或多个，并且可选地，镜子具有前表面，该前表面是反射性的并且朝向指定的眼点和屏幕。镜子的前表面具有被配置为当屏幕与镜子相距预定的距离时准直来自屏幕的光的形状。

镜子的前表面可选地是凹形的。

可选地，镜子的前表面具有可调节的形状。

可选地，镜子的前表面具有包括圆形、球形、抛物线形、椭圆形、平面、自由形状及其组合的至少一部分的形状。

该***可以包括前述实施例中的任何一个或多个，并且可选地，该***与模拟器(诸如飞行模拟器)相关联。

在一些实施例中，模拟器是飞行器模拟器，并且包括位于指定的眼点和镜子之间的下巴窗口。

在至少一个实施例中，由屏幕显示的图像通过下巴窗口对用户是可见的。

本公开的另一方面是提供一种用于调节模拟器的指定的眼点处的向用户显示的图像的焦距的用于模拟器的控制***。该控制***可以包括：(1)处理器；(2)存储用于由处理器执行的指令的存储器，该指令在被执行时使处理器：(a)生成用于由屏幕显示的图像，屏幕被定位和被朝向为使得图像可以由镜子反射到指定的眼点；(b)确定从指定的眼点到图像中的对象的模拟距离；(c)基于模拟距离确定图像的焦距；(d)基于模拟距离确定对象的模拟尺寸；(e)生成促使调节器调节屏幕和镜子之间的距离以实现焦距的指令；以及(f)基于模拟尺寸来调节图像中的对象的尺寸。

可选地，确定模拟距离包括以下中的一个或多个：(1)接收指定的眼点的位置；(2)确定对象相对于指定的眼点的模拟位置；以及(3)确定指定的眼点的位置和对象的模拟位置之间的距离。

在一些实施例中，控制***包括前述实施例中的一个或多个，并且从屏幕到镜子的距离与焦距相关。

在第一位置，屏幕与镜子相距第一距离，并且焦距在无限远处。在第二位置，屏幕与镜子相距第二距离，并且焦距小于无限远。第一距离大于第二距离。

控制***可以包括前述实施例中的任何一个或多个，并且可选地，存储器包括当模拟距离大于预定的阈值时将屏幕保持在与镜子相距第一距离的第一位置处的指令。在一些情况下，预定的阈值为约三十英尺。在其他实施例中，预定的阈值大于或小于三十英尺。

控制***可以包括前述实施例中的一个或多个，并且还可以包括当模拟距离小于预定的阈值时将屏幕移动到与镜子相距第二距离的第二位置的指令。

在一些实施例中，模拟器被配置为模拟飞行器。模拟器可以可选地包括位于指定的眼点和镜子之间的下巴窗口，使得由屏幕显示的图像通过下巴窗口对用户是可见的。

本公开的另一方面是提供一种用于调节指定的眼点处的图像的焦距的方法，包括：(1)生成用于由屏幕显示的图像，屏幕被朝向为使得图像由模拟器的镜子反射到指定的眼点；(2)确定指定的眼点和图像中的对象的模拟位置之间的模拟距离；(3)基于模拟距离确定图像的焦距；(4)基于模拟距离确定对象的模拟尺寸；(5)生成促使调节器改变屏幕和镜子之间的距离以实现焦距的指令；以及(6)基于模拟尺寸来调节图像中的对象的尺寸。

可选地，该方法还可以包括接收指定的眼点的位置。

在一些实施例中，屏幕和镜子与被配置为模拟飞行器的模拟器相关联。

模拟器可选地包括位于指定的眼点和镜子之间的下巴窗口。

在一些实施例中，由屏幕显示的图像通过下巴窗口对用户是可见的。

该方法可以包括前述实施例中的一个或多个，并且还可以包括当模拟距离大于预定的阈值时，将屏幕保持在与镜子相距第一距离的第一位置处。在第一位置，从镜子反射的光线基本上平行，使得图像的焦距在无限远处。

在一些情况下，预定的阈值为约三十英尺。在其他实施例中，预定的阈值大于或小于三十英尺。

在一些实施例中，该方法还包括当模拟距离小于预定的阈值时，将屏幕移动到与镜子相距第二距离的第二位置。在第二位置处，从镜子反射的光线不平行，并且图像具有小于无限远的固定的焦距。

该方法可以包括前述实施例中的任何一个或多个，并且可选地包括当模拟距离从小于预定的阈值增加到大于预定的阈值时，将屏幕远离镜子移动到与镜子相距第一距离的第一位置。

可选地，该方法还可以包括当模拟距离从大于预定的阈值减小到小于预定的阈值时，将屏幕朝向镜子移动到第二位置。

又一方面是一种用于训练学生操作飞行器的飞行模拟器，包括：(1)用于模拟飞行器窗户外的第一视图的主显示***，包括：(a)投影仪；(b)第一屏幕，其中投影仪可操作以生成在第一屏幕上显示的第一图像；以及(c)用于将第一图像反射到模拟器的指定的眼点的镜子阵列；以及(2)可变的准直显示***，用于通过模拟器的机舱中的下巴窗口模拟飞行器外部的第二视图，下巴窗口位于机舱的地板附近，可变的准直显示器包括：(i)用于显示第二图像的第二屏幕；(ii)用于将来自第二屏幕的第二图像通过下巴窗口反射到指定的眼点的镜子；以及(iii)被配置为相对于镜子移动第二屏幕的调节器。

在一些实施例中，当第二屏幕与镜子相距第一距离时，第二图像处于无限远的焦点。可选地，当第二屏幕与镜子间隔开第一距离时，从镜子反射的光线基本上平行。

在至少一个实施例中，第二屏幕的面向镜子的前表面具有包括圆形、球形、抛物线形、椭圆形、平面、自由形状及其组合的至少一部分的形状。

可选地，当第二屏幕与镜子相距第二距离时，第二图像具有小于无限远的固定的焦距，第二距离小于第一距离。

飞行模拟器可以包括前述实施例中的一个或多个，并且可选地，镜子与指定的眼点相距固定的距离。

在一些实施方式中，第二屏幕是液晶显示器、有机发光二极管显示器、硅基液晶显示器、发光二极管显示器、量子点显示器和等离子体显示器中的至少一种。

飞行模拟器可以可选地包括前述实施例中的一个或多个，并且在一些实施例中，可变的准直显示***还可以包括被配置为将第二图像投影到第二屏幕上的第二投影仪，第二屏幕是前投影屏幕和背投影屏幕中的一个。

在第二屏幕是背投影屏幕的实施例中，第二投影仪被定位为将第二图像投影到第二屏幕的后表面上，并且第二屏幕的前表面朝向镜子。在该实施例中，背投影屏幕至少部分地位于镜子和第二投影仪之间。

替代地，当第二屏幕是前投影屏幕时，第二投影仪被定位为将第二图像投影到第二屏幕的前表面上，并且第二屏幕的前表面朝向镜子。在该实施例中，第二投影仪至少部分地位于镜子和前投影屏幕之间。

在一些实施例中，第二投影仪与第二屏幕相距固定的距离，并且调节器被配置为移动第二屏幕和第二投影仪。

在一些实施例中，调节器包括用于移动第二屏幕和镜子中的至少一个以调节第二屏幕和镜子之间的距离的马达。

在其他实施例中，镜子是静止的。

飞行模拟器可以包括前述实施例中的一个或多个，并且可选地，第二屏幕互连到调节器的平台，该平台是可移动的。

飞行模拟器可以包括前述实施例中的任何一个或多个，并且可选地，平台被配置为移动以调节第二屏幕和镜子之间的距离。

在一些实施例中，调节器包括止动件以防止第二屏幕接触镜子。

在一些实施例中，从第二屏幕到镜子的距离与焦距相关。

在一些实施例中，飞行模拟器包括前述特征中的一个或多个，并且可选地，镜子具有反射性的并且面向指定的眼点和第二屏幕的前表面。镜子的前表面具有被配置为当第二屏幕与镜子相距预定的距离时准直来自第二屏幕的光的形状。

镜子的前表面可选地是凹形的。

在一些实施例中，镜子的前表面具有包括圆形、球形、抛物线形、椭圆形、平面、自由形状及其组合的至少一部分的形状。

可选地，镜子的前表面具有可调节的形状。

在一些实施例中，飞行模拟器包括前述实施例中的一个或多个，并且还包括与调节器通信的控制***。

可选地，控制***可操作以执行以下操作中的一个或多个：(a)基于指定的眼点和第二图像中的对象之间的模拟距离，来确定第二图像的焦距；(b)基于模拟距离确定对象的模拟尺寸；(c)生成指令促使调节器调节第二屏幕和镜子之间的距离以实现焦距；以及(d)基于所确定的模拟尺寸来调节第二图像中的对象的尺寸。

可选地，控制***还被配置为生成第二图像。

该发明内容既不旨在也不应被解释为代表本公开的全部程度(extent)和范围。在发明内容以及附图和具体实施方式中以各种细节水平阐述了本公开，并且不旨在通过在本发明内容中包括或不包括元件、部件等来限制本公开的范围。从具体实施方式中，特别是当与附图一起考虑时，本公开的附加的方面将变得更加清楚。

如本文所使用的短语“至少一个”、“一个或多个”和“和/或”是开放式表达，其在操作中既是连接的又是分离的。例如，表达“A、B和C中的至少一个”、“A、B或C中的至少一个”、“A、B和C中的一个或多个”、“A、B或C中的一个或多个”和“A、B和/或C”中的每一个意味着单独的A、单独的B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起、或A、B和C一起。

如本文所使用，术语“一”或“一个”实体是指一个或多个该实体。因此，术语“一”(或“一个”)、“一个或多个”和“至少一个”在本文中可互换使用。

除非另有说明，否则说明书和权利要求书中使用的表达数量、维度、条件、比率、范围等的所有数字应理解为在所有情况下均由术语“约(about)”或“大约(approximately)”修饰。因此，除非另有说明，否则说明书和权利要求书中使用的表达数量、维度、条件、比率、范围等的所有数字可以增加或减少大约5％以实现令人满意的结果。此外，在本文所使用的术语“约”或“大约”的含义对于本领域普通技术人员来说不是显而易见的情况下，术语“约”和“大约”应被解释为意味着在所述值的正负5％内。

在不脱离本发明的情况下，本文所述的所有范围可以减小到范围的任何子范围或部分，或减小到范围内的任何值。例如，范围“5至55”包括但不限于子范围“5至20”以及“17至54”。

本文中“包括”、“包含”或“具有”及其变型的使用意在涵盖其后列出的项目及其等同物以及附加的项目。因此，术语“包括”、“包含”或“具有”及其变型在本文中可以互换使用。

应当理解，本文所使用的术语“组件”应根据35U.S.C.，第112(f)节给出其最广泛的可能的解释。因此，包含术语“组件”的权利要求应该覆盖本文阐述的所有结构、材料或动作，及其所有等同物。此外，结构、材料或动作及其等同物应包括发明内容、附图说明、具体实施方式、摘要和权利要求本身中描述的所有那些。

附图说明

并入说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了所公开的***的实施例，并且与上面给出的本公开的一般描述和下面给出的附图的详细描述一起用于解释所公开的(一个或多个)***和(一个或多个)设备的原理。

图1是具有真实图像显示***位于下巴窗口外部的现有技术模拟器的示意性侧视图；

图2是具有本公开的实施例的可变的准直显示***的模拟器的示意性侧视图；

图3是图2的模拟器的部分的等距视图；

图4A是根据本公开的实施例的用于模拟器的可变的准直显示***的示意性侧视图；

图4B是根据本公开的其他实施例的用于模拟器的可变的准直显示***的示意性侧视图；

图4C是根据本公开的一些实施例的用于模拟器的可变的准直显示***的示意性侧视图；

图5A是图2的模拟器在地面上方的第一模拟高度处的示意性侧视图；

图5B是图2的模拟器在地面上方的小于第一模拟高度的第二模拟高度处的另一示意性侧视图；

图6是根据本公开的实施例的用于调节图像的焦距的***的控制***的示意图；

图7是说明根据本公开的一些实施例的调节图像的焦距的方法的流程图；以及

图8是总体上示出了根据本公开的至少一个实施例的用于确定模拟距离的方法的另一流程图。

附图不一定(但可以)按比例绘制。在某些情况下，可能已经省略了对于理解本公开不是必需的或使得(render)其他细节难以感知的细节。当然，应当理解，本公开不一定限于本文所示的实施例。如将理解的，其他实施例可能单独地或组合地使用上面阐述或下面描述的特征中的一个或多个。例如，可以设想，关于一个实施例示出和/或描述的各种特征和设备可以与其他实施例的特征或设备组合或代替其他实施例的特征或设备，而不管这种组合或代替是否在本文中具体示出或描述。

以下是根据本公开的各种实施例的部件的列表，并且如附图所示：

编号部件

2 现有技术模拟器

4 主显示器

6 投影仪

8 屏幕

10 镜子阵列

12 主显示器的图像

14 准直光线

16 图像中的对象

18 下巴窗口

20 真实图像显示***

22 真实图像显示***的监视器或屏幕

24 真实图像显示***的图像

26 模拟地面

28 地面上的模拟高度

30 用户

32 指定的眼点

34 指示主显示器处的直接视图的第一箭头

36 指示通过下巴窗口的视图的方向的第二箭头

40 模拟器

42 驾驶舱

44 主显示器的窗口

45 上窗口

46 下巴窗口

48 主显示器

50 主显示器的投影仪

52 屏幕

54 镜子阵列

56 主显示器的图像

58 准直光线

60 图像中的对象

62 可变的准直显示***(或下巴显示器或可变的显示器)

64 可变的准直显示***的图像

66 可变的准直显示***的光线

68 可变的准直显示***的屏幕

68A-1 后(rear)或背(back)投影屏幕

68A-2 前投影屏幕

68B 自照明屏幕

70 (屏幕68的)后表面

72 (屏幕68的)前表面

74 可变的准直显示***的镜子

76 (镜子74的)后表面

78 (镜子74的)前表面

80 可变的准直显示***的投影仪

82 用于可变的准直显示***的调节器

84 平台

86 指示平台的移动的箭头

88 用于屏幕的支架

90 用于投影仪的底座(Mount)

92 致动器

94 止动件

96 镜子和屏幕之间的距离

96A 第一距离

96B 第二距离

98 从投影仪到屏幕的距离

100 指定的眼点和模拟对象之间的感知(或模拟)距离

102 地面上方高度

104 到对象的水平距离

106 对象的模拟尺寸或高度

120 控制器

122 控制***

124 处理器

126 存储器

128 通信接口

130 用户接口

132 焦距模型

134 尺寸模型

136 控制器指令

138 查找表

140 方法

142 生成图像

144 确定到对象的模拟距离

146 确定焦距

148 确定对象的模拟尺寸

150 生成用于调节器的指令

152 调节对象的模拟尺寸

160 方法

162 接收指定的眼点的位置

164 确定对象的模拟位置

166 确定模拟距离

具体实施方式

现在参考图2至图6，总体上示出了根据本公开的实施例的具有可变的准直显示***62的模拟器40。可变的准直显示***62在本文中可以被称为可变的显示器或下巴显示器。可变的显示器62可操作以调节在模拟器40的指定的眼点32处显示给用户30(例如学生)的图像64的焦距。

转到图2，总体上示出了根据本公开的实施例的具有可变的准直显示***62的模拟器40。模拟器40可以是飞行器模拟器，该飞行器模拟器被配置为训练用户30操作包括下巴窗口46的飞行器。飞行器可以是固定翼飞行器、直升机、倾转旋翼飞行器或具有下巴窗口的任何其他飞行器。然而，应当理解，可变的准直显示***62可以与模拟任何类型的交通工具的操作的模拟器一起使用。例如，用于所有尺寸和类型的移动设备和交通工具(包括汽车、卡车、火车、履带式交通工具(诸如坦克或施工交通工具)、船舶和航天器)的模拟器40可以包括根据本公开的实施例的可变的准直显示***62。可变的准直显示***还可以与可能需要调节或改变显示给用户的图像的焦距的游戏或其他***一起使用。

模拟器包括主显示器48，该主显示器48被配置为与可变的准直显示***62协同操作。主显示器包括将图像56投影到屏幕52上的投影仪50。图像56被用户30视为镜子阵列54中的反射。主显示器48的图像56作为准直光线58对用户是可见的并且在远焦点处被看到。图像56可以包括对象60，该对象60的位置被模拟为在模拟驾驶舱外部并且可以由用户观看，如由第一箭头34所指示。在图2的示例中，对象60是树。

图像56(以及图像中显示的对象60)可以处于无限远的焦点处，诸如具有大于大约30英尺的焦距。因此，图像的准直光线58基本上彼此平行。

可变的准直显示***62被配置为通过模拟器40的下巴窗口46投影另一图像64。用户30可以通过透过下巴窗口46看，来观看图像64，如大致由第二箭头36所指示。

下巴窗口46位于用户30将位于模拟器40内的指定的眼点32和可变的准直显示***62的镜子74之间。下巴窗口46通常位于模拟器40的地板水平处或附近，并且通常在模拟飞行器的起飞、着陆和/或悬停的模拟期间由用户30使用。应当理解，可变的准直显示***62也可以在其他模拟过程期间使用。

可变的准直***通常包括镜子74和屏幕68。在一些实施例中，可变的准直显示***62包括诸如图2所示的投影仪80。在如本文所述的其他实施例中，投影仪80和屏幕68可以具有不同的对准，如图4B中大致所示。此外，在本公开的一些实施例中(例如，如结合图4C所描述的)，屏幕是自照明的，使得可变的准直***62不包括单独的投影仪80。在使用中，投影仪80(或屏幕68)将由用户30观看的图像64投影为镜子74中的反射。

在可变的准直显示***62的所有实施例中，图像64将与主显示器48的图像56对准。因此，如图2中大致所示，主显示器48和可变的准直显示***62的图像56、图像64中的树60将从用户30在指定的眼点处的视角(perspective)保持彼此对准。此外，与主显示器48和可变的准直显示***62通信的控制***122可以随着飞行器的地面26上方的模拟高度102变化而变化图像中的对象60的模拟尺寸106(如图5A、图5B中大致所示)。

图3总体上示出了根据一些实施例的相对于模拟器40的驾驶舱42的可变的准直显示***62。驾驶舱42可以包括与主显示器48相关联的窗口44。可变的准直显示***62被定位为通过下巴窗口46显示图像64。尽管仅示出了一个可变的准直显示***62，但是模拟器40可以具有与驾驶舱42的另一侧上的第二下巴窗口相关联的第二可变的准直显示***。

在一些实施例中，驾驶舱42可以包括上窗口45。可选地，模拟器40可以包括与一个或多个上窗口45相关联的可变的准直显示***。此外，可变的准直显示***可以与驾驶舱的任何窗口相关联，例如侧窗口或下侧窗口。

现在参考图4A-图4C，大体上示出了具有本公开的可变的准直显示***62的模拟器40的实施例。在所有实施例中，可变的准直显示***被配置并可操作以基于用户的指定的眼点32和模拟交通工具外部的模拟环境或对象60之间的模拟或感知距离100(也被称为“倾斜距离”或“视线距离”)，来调节或改变显示给用户30的图像64的焦距。

可变的准直显示***62包括屏幕68、镜子74和调节器82。屏幕68被配置并可操作以显示图像64。镜子74被配置并可操作以将由屏幕68显示的图像反射到指定的眼点32。应当理解，尽管可变的准直显示***被示出为与下巴窗口46一起使用，但是可变的准直显示***可以用于通过模拟器的任何窗口和任何模拟环境中可见的任何显示器。

可变的准直显示***62的焦距由调节器82调节。调节器82可操作以改变屏幕68和镜子74之间的距离96。如本文所述，当焦距变化时，出现在屏幕上显示的图像64中的对象60的尺寸或高度106可以由模拟器的控制***122调节。控制***122与可变的准直显示***的一个或多个部件(诸如调节器82和投影仪80)通信。

镜子74具有后表面76和与后表面相对的前表面78。镜子的前表面78朝向下巴窗口并朝向屏幕68的前表面72，并且适于将来自屏幕的光反射到指定的眼点。以这种方式，用户30在镜子74的反射性的前表面78中观看图像64。

镜子74及其前表面78可以具有任何形状和尺寸。例如，镜子74可以是弯曲的或平坦的。在一些实施例中，镜子的前表面78具有包括圆形、球形、抛物线形、椭圆形、平面、自由形状及其组合的至少一部分的形状。在一些实施例中，前表面78可以被描述为是大致凹形的。

镜子的前表面78具有被配置为当屏幕与镜子74有预定的距离时准直来自屏幕68的光的形状。

可选地，镜子的前表面78基本上是刚性的。附加地或替代地，镜子的前表面78可以具有可调节的形状。

在一些实施例中，镜子74可以包括多个镜子。在这样的实施例中，多个镜子可以包括曲面镜和/或平面镜的组合。

在至少一个实施例中，镜子74相对于下巴窗口46是静止的，并且屏幕68通过调节器82是可移动的。在这样的实施例中，镜子74与指定的眼点32有固定的距离。

调节器82被配置并可操作以改变屏幕68的前表面72和镜子的前表面78之间的距离96。因此，距离96是可变的。调节器82可以以本领域技术人员已知的任何方式移动屏幕68。

在一些实施例中，调节器82包括相对于镜子74是可移动的平台84。更具体地，平台可以朝向或远离镜子74移动，如大致由箭头86所指示。

可选地，在至少一个实施例中，调节器82被配置为沿着镜子74的光学中心线(或光轴)移动屏幕68。然而，在其他实施例中，调节器82可以相对于镜子沿着不同的轴线移动屏幕68。

屏幕68可以固定到平台84。因此，屏幕68与平台84一起朝向或远离镜子74移动，如由箭头86所指示。本领域技术人员已知的将屏幕固定到平台的任何合适的组件可以与本公开的可变的显示器62一起使用。在一些实施例中，屏幕68通过底座或支架88固定到平台。

可选地，支架88可操作以改变屏幕68相对于平台84和镜子74中的一个或多个的取向。以这种方式，屏幕68的前表面72的取向可以随着平台84改变屏幕和镜子之间的距离96而改变。在一些实施例中，支架88可以使屏幕围绕支架的竖直轴线旋转。附加地或替代地，支架可以使屏幕相对于竖直轴线枢转。

调节器82包括被配置为移动平台84的致动器92。致动器92可以响应于来自控制***122的信号使平台84朝向或远离镜子移动。应当理解，调节器82可以被配置为移动可变的准直显示***62的任何部件或部件的任何组合。

致动器可以包括本领域技术人员已知的任何合适的组件，该组件可操作以改变平台84相对于镜子的位置。在一些实施例中，致动器92包括马达。附加地或替代地，致动器可以包括轨道、导轨、轮、齿轮、活塞、伺服驱动器、蜗杆驱动器、带、缆线等。在一些实施例中，调节器82可以包括屏幕68被配置为在其上移动或滑动以调节距离96的轨道。

在一些实施例中，调节器82包括用于移动屏幕68的马达。应当理解，马达还可以被配置为移动镜子74和/或投影仪80。

在一些实施例中，调节器82可选地包括止动件94。止动件94被配置为防止屏幕68与镜子74的非预期的或无意的接触。例如，止动件94被配置为在屏幕68和镜子74之间保持预定的最小距离96。以这种方式，止动件94可以防止屏幕68接触镜子74。

止动件94可以与平台84相关联。替代地，止动件可以与致动器92相关联。防止屏幕从镜子移动小于预定的距离96的其他组件可以与本公开的可变的准直显示***62一起使用。

现在参考图4A和图4B，在一些实施例中，可变的准直显示***62还包括投影仪80，投影仪80被配置为将图像64投影到屏幕68A上。在一些实施例中，投影仪80具有具有固定的焦距的透镜。替代地，投影仪80可以包括光学器件，诸如一个或多个透镜和/或镜子，使得焦距可以被调节和/或调节图像64中的对象60的尺寸。

投影仪80可以固定到平台84。因此，当平台调节屏幕68A相对于镜子74的位置时，投影仪80可以与平台84一起移动。可以使用本领域技术人员已知的将投影仪固定到平台的任何合适的组件。在一些实施例中，投影仪80通过安装件90固定到平台。

在一些实施例中，投影仪80被定位在与屏幕68A固定的距离98处。具体地，在一些实施例中，投影仪和屏幕之间的距离98不变化并且基本上恒定。在这些实施例中，调节器82被配置为基本上同时移动屏幕68A-1、屏幕68A-2和投影仪80。

替代地，在至少一个实施例中，投影仪80和屏幕68A-1、屏幕68A-2之间的距离98也可以由调节器82改变。

屏幕68A可以具有任何形状。在一些实施例中，屏幕可以是弯曲的或平坦的。屏幕68A的后表面70可以是凹形的，并且相对的前表面72可以是凸形的。在一些实施例中，屏幕68A-1、屏幕68A-2和屏幕68B具有包括圆形、球形、抛物线形、椭圆形、平面、自由形状及其组合的至少一部分的形状。

在可变的准直显示***62包括投影仪80的实施例中，屏幕68A可以是背投影屏幕68A-1(如图4A所示)或前投影屏幕68A-2(如图4B所示)。

如图4A所示，在屏幕68A-1是背投影屏幕的实施例中，投影仪80被定位为将图像64投影到屏幕68A-1的后表面70上。图像64在屏幕68A-1的前表面72上是可见的，并且然后被镜子的前表面78反射。

在一些实施例中，屏幕68A-1由清澈(clear)或基本上透明的材料形成。例如，屏幕68A-1可以是丙烯酸或可以是玻璃。可选地，屏幕68A-1被处理为漫射来自投影仪80的光。在一些实施例中，屏幕68A-1包括扩散涂层或膜(diffusion coating or film)。在一些实施例中，将膜或涂层应用到凸形的前表面72以使图像64能够聚焦到屏幕68A-1上。

在屏幕68A-2是前投影屏幕的实施例中，如图4B所示，投影仪80被定位为将图像64投影到屏幕68A-2的前表面72上。在一些实施例中，投影仪80可以至少部分地被定位在屏幕68A-2的前表面72和镜子74之间。

由投影仪80产生的图像64从前表面72反射到镜子74上。屏幕68A-2可以由不透明的材料形成。在一些实施例中，屏幕68A-2由玻璃、塑料、玻璃纤维、金属或类似的材料形成。

本领域技术人员将理解，投影仪80、屏幕68和镜子74的任何布置都在本公开的范围内。在一些实施例中，可变的准直显示***62可以与具有不同配置和布置的屏幕68和镜子74的模拟器40一起使用。例如，曲面屏幕68可以与平面镜74一起使用，曲面镜74可以与平面屏幕68一起使用，和/或曲面镜74可以与曲面屏幕68一起使用。在一个实施例中，屏幕68和镜子74通常是凹形的并且在两个或多个维度上弯曲。

现在参考图4C，在其他实施例中，可变的准直显示***62不包括投影仪80。在这些实施例中，屏幕68B是自照明屏幕，并且可以包括投影仪的元件以从屏幕68B的前表面72投影图像64。因此，屏幕68B从其前表面72投影图像。然后，图像64被镜子74的前表面78反射。屏幕68B可以是可操作以投影图像的任何类型的显示器，诸如例如自照明弯曲屏幕、一组LED面板、液晶显示器、有机发光二极管显示器、硅基液晶显示器、发光二极管显示器、量子点显示器或等离子体显示器。

现在参考图5A和图5B，当使用可变的准直显示***时，图像64被投影在屏幕68上(无论是自投影还是由投影仪80投影)，并且图像被用户30观看为镜子74中的反射。图像64作为具有预定的焦点的光线66对用户30是可见的。光线66可以是准直的(如图5A所示)并且出现在无限远的焦距处。替代地，通过利用调节器82改变屏幕68相对于镜子的位置，图像的光线66在固定的焦距处对用户30是可见的。随着屏幕68移动得更靠近镜子74并且距离96减小，光线66发散，并且焦点变得小于无限远(诸如图5B中大致所示)。

从屏幕68到镜子74的距离96与用户30可见的图像64的焦距相关。如将进一步详细描述的，基于从指定的眼点32到图像64中描绘的对象60的模拟距离100，来确定距离96(或焦距)。模拟距离是感知的观看距离。换句话说，如果对象物理存在的话，模拟距离可以是指定的眼点32和用户在指定的眼点处感知到的对象60之间的距离。模拟距离100也可以被称为“倾斜距离”、“感知距离”或“视线距离”。

当屏幕68处于第一位置(如图5A所示)时，镜子74与屏幕相距第一距离96A，并且焦距在无限远处。因此，从镜子反射的光线66基本上平行，并且图像64被准直。图像64中的对象60与指定的眼点相距第一距离100A，并且可以以第一模拟尺寸或高度106A示出。

参考图5B，在屏幕68的第二位置，镜子74与屏幕68相距第二距离96B，并且焦距小于无限远。第二距离96B小于第一距离96A。在第二位置，光线66略微发散，如图5B中大致所示。

图5B还示出了指定的眼点32和图像64中的对象60之间的第二距离100B，第二距离100B小于第一距离100A。因此，因为在图5B中指定的眼点32更靠近对象60，所以图像64中的对象60可以被示出为具有第二模拟尺寸或高度106B。第二高度106B高于图5A中所示的第一高度106A。

在一些实施例中，当模拟距离100大于预定的阈值时，屏幕68保持在距镜子74的第一位置(即，第一距离96A)处。在一些实施例中，预定的阈值为约30英尺。在其他实施例中，预定的阈值可以小于或大于30英尺。

当模拟距离100满足预定的阈值时，调节器82可以将屏幕68移动到距镜子74的第二位置(即，第二距离96B)。在至少一个示例中，预定的阈值与模拟飞行器(诸如，例如，直升机)的地面上方高度102相关，其中焦距从无限远改变为小于无限远。

可以满足预定的阈值的示例模拟场景包括着陆模拟。例如，对于大于预定的阈值的模拟飞行器，由用户30观看的图像64的焦距是无限远。因此，调节器82可以将屏幕68移动到距镜子74第一距离96A处的第一位置，如图5A中大致所示。

当模拟飞行器朝向着陆表面下降时，高度102B减小并且模拟飞行器将达到预定的阈值。通过调节器82将屏幕68从第一位置移动到第二位置96B并将第一距离减小到第二距离96B，可以将用户30观看的图像64的焦距改变为小于无限远，如图5B中大致所示。随着模拟飞行器继续下降，调节器82可以将屏幕68移动到更靠近镜子74的第三位置，以继续图像64的焦距的调节。

在起飞模拟期间，将发生相反的情况。例如，在起飞模拟期间，调节器82调节第一距离96A和第二距离96B之间的距离96，以使用户30观看的图像64的焦距在无限远和小于无限远之间变化，反之亦然。

在一个实施例中，如关于图6所描述的，调节器82可以由控制器120自动控制以移动屏幕68，从而调节屏幕68和镜子74之间的距离96。在另一实施例中，调节器82可以由用户或操作者经由控制***122手动控制。

现在参考图6，模拟器40可以包括与可变的准直显示***62通信的控制***122。合适的控制***122是本领域技术人员已知的。在一些实施例中，控制***122是个人计算机，诸如但不限于运行MS Windows操作***、Mac OS、Linux或任何其他已知的操作***的个人计算机。可选地，控制***可以是智能电话、平板计算机、膝上型计算机和类似的计算设备。在其他实施例中，控制***是数据处理***，该数据处理***包括但不限于以下中的一个或多个：输入设备(例如键盘、鼠标或触摸屏)；输出设备(例如，显示器、扬声器)；图形卡；通信设备(例如以太网卡或无线通信设备)；永久存储器(诸如硬盘驱动器)；临时存储器(例如，随机存取存储器)；存储在永久存储器和/或临时存储器中的计算机指令；以及处理器。

在一些实施例中，控制***122集成或嵌入到与模拟器40相关联的图像生成器中。控制***122还可以集成或嵌入到模拟器的主计算机中。附加地或替代地，控制***122可以是在模拟器的计算机***上运行(或由其操作)的虚拟机。在其他实施例中，控制***122与计算机***相关联，该计算机***与模拟器40的图像生成器或主计算机***通信。

根据本公开的实施例的控制***122可以包括处理器124、存储器126、通信接口128和用户接口130。在一些实施例中，控制***122可以具有比图6所示的更多的部件或更少的部件。控制***122可以是本领域技术人员已知的任何合适的计算机。

控制***122的处理器124可以是本领域技术人员已知的任何处理器，包括本文描述的处理器或任何类似的处理器。处理器124可以被配置为执行存储在存储器126中的指令，该指令可以使处理器124利用或基于从可变的准直显示***62接收的数据来执行一个或多个计算步骤。

存储器126可以是或包括RAM、DRAM、SDRAM、其他固态存储器、本文描述的任何存储器、或用于存储计算机可读数据和/或指令的任何其他有形的非暂时性存储器。存储器126可以存储可用于完成本文描述的任何操作的信息或数据，包括本文描述的方法140和/或160的步骤或操作。存储器126可以存储例如焦距模型132、尺寸模型134、模拟软件、图像引擎或图像生成软件和/或控制器指令136。在一些实施例中，这样的指令可以被组织为一个或多个应用、模块、包、层或引擎。指令可以使处理器124操纵存储在存储器126中和/或从可变的准直显示***62接收的数据。

在一些实施例中，存储器126可以包括查找表138。可选地，在至少一个实施例中，查找表138包括用于多种预定义的情况的镜子74和屏幕68之间的预定义的距离96。在一些实施例中，查找表包括基于模拟飞行器的模拟高度102的距离96。附加地或替代地，查找表可以包括基于从指定的眼点32到图像64中的对象60的倾斜范围或模拟距离100的屏幕与镜子间隔开的距离96。

例如，当模拟高度102A大于预定量时，查找表138可以指示调节器82应该将屏幕68移动到具有第一距离96A的第一位置(诸如图5A中大致所示)。然后，当模拟高度102小于预定量时，查找表138可以包括减小距离96的值。例如，当模拟高度102是预定量的95％时，查找表可以包括被表示为第一距离的百分比的第二距离96，诸如第一距离的95％。替代地，第二距离96可以被表示为要从第一距离中减去的距离(以英寸或厘米为单位)。继续该示例，随着模拟高度102继续减小，查找表可以包括减小屏幕和镜子之间的距离96直到达到最小距离96的值，诸如当模拟飞行器着陆时。

在一些实施例中，查找表138可以基于从指定的眼点32到图像64中的对象60的模拟距离100，来定义屏幕68和镜子74之间的距离96。例如，如果模拟距离100大于预定量，例如18英尺，则查找表可以指示屏幕应该与镜子相距第一距离96。随着模拟飞行器更紧密地接近对象，查找表可以包括减小距离96的值，使得屏幕逐渐移动得更靠近镜子。

包括基于模拟高度102和到对象60的模拟距离100中的一个或多个的距离96的预定值有利于支持不同的飞行操作。例如，在着陆或起飞模拟期间，基于飞行器的模拟高度102确定屏幕和镜子之间的距离96可能是有益的。然而，在一些模拟中，诸如在对象60旁边的高悬停，模拟高度102可以大于预定的阈值，使得屏幕68将与镜子74间隔开足够的距离96，使得可变的准直显示***的图像64将处于无限远的焦点。但是模拟飞行器可以非常靠近对象60，使得模拟距离100小于预定量。因此，屏幕应该朝向镜子移动以减小距离96，并改变图像64中的对象60的焦距。

控制***122还可以包括通信接口128。通信接口128可以用于从外部源(诸如可变的准直显示***62)接收信息，和/或用于将指令、数据或其他信息发送到外部***或设备(例如，调节器82、投影仪80(或屏幕68B)和/或可变的准直显示***，以及主显示器48的投影仪50)。通信接口128可以包括一个或多个有线接口(例如，USB端口、以太网端口、火线端口)和/或一个或多个无线接口(被配置为例如经由一个或多个无线通信协议(诸如802.11a/b/g/n、蓝牙、NFC、ZigBee等)发送信息)。在一些实施例中，通信接口128可用于使控制***122能够与一个或多个其他处理器124或其他控制***122通信，无论是减少完成计算密集型任务所需的时间还是出于任何其他原因。

控制***122还可以包括一个或多个用户接口130。用户接口130可以是或包括(例如，膝上型计算机的)触摸板、键盘、鼠标、轨迹球、监视器、电视、触摸屏、操纵杆、开关、按钮和/或用于从用户接收信息和/或用于向用户提供信息的任何其他设备。用户接口130可用于例如接收关于焦距模型132的用户选择或其它用户输入；接收关于由模拟器执行的模拟的用户选择或其他用户输入；接收结合控制器指令136有用的用户输入；和/或显示指令136。在一些实施例中，用户接口130可以用于允许用户或操作者修改指令136、调节器82(诸如以变化屏幕68的位置)或显示的其他信息，但是应当理解，每个前述的输入可以由控制***122(例如，由处理器124或控制***122的另一部件)自动生成或由控制***122从控制***122外部的源接收。在一些实施例中，诸如上述的用户输入对于本文描述的***、设备和方法的操作可以是可选的或不需要的。

尽管用户接口130被示出为控制***122的一部分，但是在一些实施例中，控制***122可以利用与控制***122的一个或多个剩余部件分开容纳的用户接口130。在一些实施例中，用户接口130可以位于控制***122的一个或多个其他部件附近，而在其他实施例中，用户接口130可以位于远离控制***122的一个或多个其他部件。

可选地，如图6所示，调节器82可以包括控制器120。控制器120可操作以控制调节器82以使调节器82移动屏幕68以改变屏幕68和镜子74之间的距离96。在其他实施例中，调节器不包括控制器120。

控制器120可以是电子的、机械的或机电的控制器。控制器120可以包括或可以是本文描述的任何处理器。控制器120可以包括存储器，该存储器存储用于执行本文描述的由控制器120执行的任何功能或方法的指令。在一些实施例中，控制器120可以被配置为简单地将从控制***122(例如，经由通信接口128)接收的信号转换成用于操作调节器82的命令。在其他实施例中，控制器120可以被配置为处理和/或转换从调节器82接收的信号。此外，控制器120可以从一个或多个源(例如，调节器82)接收信号，并且可以将信号输出到一个或多个源。

现在转到图7，提供了一种用于调节在模拟器40的指定的眼点32处向用户30显示的图像64的焦距的方法140。可以使用例如上面关于图2-图6描述的部件来执行方法140。

方法140包括在操作142中生成用于由可变的准直显示***62的屏幕68显示的图像64。该图像描绘了模拟交通工具(例如，飞行器)外部的环境，并且可以包括对象60，诸如树。图像64被发送到投影仪80或可变的准直显示***的屏幕68B。

在一些实施例中，投影仪80可以将图像64投影在屏幕68A-2的前表面72上(对于前投影屏幕)或屏幕68A-1的后表面70上(对于背投影屏幕)。在屏幕68B是自照明屏幕的其他实施例中，图像可以由屏幕68B本身投影。

图像可以由控制***122生成。例如，图像64可以被生成为存储在存储器126中的模拟软件的一部分。在一些实施例中，图像64由存储在存储器126中的图像生成器软件创建。

在一些实施例中，图像64由通信接口128从单独的控制***(诸如控制模拟器40并且被配置为生成图像的控制***)接收。

方法140还包括操作144，该操作144包括确定从指定的眼点32到图像64中的对象60的模拟距离100。模拟距离可以是感知的观看距离。换句话说，如果对象物理存在的话，模拟距离可以是指定的眼点32和用户30在指定的眼点处感知到的对象60之间的距离。在一些实施例中，例如，模拟距离可以是模拟飞行器的地面上方的模拟高度102(或可以与模拟飞行器的地面上方的模拟高度102相关)。地面上方高度102可以是模拟飞行器和地面26之间的距离。

在一些实施例中，使用勾股定理并输入模拟飞行器在指定的眼点32处的高度102和到对象60的水平距离104，来确定模拟距离100。在一些实施例中，可以使用本文描述的方法160来确定模拟距离。

方法140还包括操作146，该操作146包括基于指定的眼点32和图像中的对象60之间的模拟距离100，来确定图像64的焦距。在一些实施例中，确定图像的焦距包括使用存储在控制***122的存储器126中的焦距模型132。在这样的实施例中，处理器124可以将模拟距离100输入到焦距模型132，执行焦距模型132，并且从焦距模型132接收焦距作为输出。在一些实施例中，可以使用例如历史距离和/或从模拟获得的模拟距离，来训练焦距模型132。附加地或替代地，操作146可以包括从查找表138检索焦距。

方法140可以包括可选操作148，该可选操作148包括确定用于在图像64中显示的对象60的模拟尺寸106。在一些实施例中，模拟器40被配置为确定对象的模拟尺寸106。更具体地，模拟器40可以包括控制***，该控制***执行指令以确定对象60的模拟尺寸。然后，模拟器控制***可以向通信接口128发送具有模拟尺寸的信号。然后，控制***122可以向投影仪80(或自照明屏幕68B)发送指令以投影图像64。

在一些实施例中，控制***122将模拟距离100输入到存储在存储器126中的尺寸模型134。尺寸模型然后将模拟尺寸106输出到控制***122及其处理器124。可选地，可以使用例如历史距离和/或从模拟获得的模拟距离来训练尺寸模型134。

方法140还可以包括在操作150中生成指令以使调节器82改变屏幕68和镜子74之间的距离96以实现焦距。可选地，操作150包括基于地面上方的高度102、到对象的水平距离104以及到图像中的对象的模拟距离100中的一个或多个，来从查找表138中检索距离96。

在一些实施例中，指令被发送到控制器120以使调节器82调节距离96。在调节器82包括致动器92的实施例中，如本文所述，控制器120可以控制致动器以相对于镜子74移动屏幕68。

方法140还可以包括操作152，其中调节图像64中的对象60的尺寸106。可以基于在操作148中确定的模拟尺寸来调节图像64中的对象60的尺寸。对象的尺寸106被调节以适应对屏幕68和镜子74之间的距离96的调节。还调节对象的尺寸，使得对象是可见的，因为它将在焦距处表现为物理对象。换句话说，如果对象可由用户30物理地观看，则调节对象的尺寸106以匹配对象的感知视图。

应当理解，方法140可以包括比上述更多或更少的步骤。方法140的一个或多个操作可以根据需要循环或重复，使得向用户30显示的图像64的焦距和图像中可见的对象60的尺寸106被实时连续地更新。调节由用户30感知的焦距以匹配到正在图像64中显示的对象60的感知距离100。如本文所述，这通过变化用户30在其中观看对象60的镜子74和显示由控制***122创建的图像64的屏幕68之间的距离96来实现。通过操纵镜子/屏幕距离96，从镜子74反射的光线可以从表示无限远的焦点或远离对象(如图5A所示)的准直(平行光线)调节到随着模拟飞行器移动更靠近对象和/或地面而表示更短焦距的逐渐越来越发散的光线(如图5B所示)。通过实时调节图像的焦距，由用户观看的环境看起来更准确，特别是在起飞和/或着陆过程期间。

现在转到图8，提供了用于确定模拟距离100的方法160。可以使用例如上面关于图2-图6描述的***和部件来执行方法160。在一些实施例中，方法160在方法140之前执行。附加地或替代地，可以在方法140期间执行方法160。例如，可以在操作146之前执行方法160。可以因为将要执行的方法160而暂停方法140，然后可以在方法160的完成时恢复方法140。

方法160的可选操作162包括接收指定的眼点32的位置。在一些实施例中，可以经由用户接口130从用户接收指定的眼点32的位置作为输入。在其他实施例中，指定的眼点32的位置可以由位于指定的眼点32附近或指定的眼点32处的传感器确定。例如，用户可以佩戴具有传感器的耳机，该传感器被配置为向控制***122发送包括传感器的位置的传感器数据。附加地或替代地，可以从控制***122的存储器126检索指定的眼点32的位置。

方法160还包括在操作164中确定图像64中描绘的对象60相对于指定的眼点32的模拟位置。在一些实施例中，确定对象的模拟位置可以包括确定指定的眼点32的位置和镜子74之间的距离。附加地或替代地，可以从模拟器40接收对象的位置(或到对象的模拟距离100)，或者作为模拟软件的输出或从对于模拟器创建图像的图像生成器接收对象的位置(或到对象的模拟距离100)。

方法160还可以包括操作166，该操作166包括确定指定的眼点32的位置和对象60的模拟位置之间的距离以产生模拟距离100。从操作164接收对象的模拟位置。在一些实施例中，确定距离包括从对象60的模拟位置的x和/或y坐标中减去指定的眼点32的x和/或y坐标。

应当理解，方法160可以包括比上述更多或更少的步骤。

本文描述的方法和***使用镜子、屏幕、调节器和控制***来调节在模拟器的指定的眼点处向用户显示的图像的焦距，以实时调节焦距。当模拟器模拟使指定的眼点接近或远离图像时，该方法和***有利地调节图像的焦距。这种焦距调节改善了图像对用户的真实性，特别是在着陆或起飞模拟期间，从而改善了模拟体验。

本文描述的方法和***的另一个益处是在可变的准直显示***62的图像64中显示的对象60将与由主显示器48产生的图像56中所示的对象60对准(并且具有与其对应的尺寸)。这改善了在模拟器中运行的模拟的真实性。

本公开的实施例的可变的准直显示***62提供了进一步的益处，因为它在夜视镜(NVG)在真实飞行器中是对焦的情况下与NVG兼容。更具体地，如本领域技术人员将理解的，模拟器40中使用的NVG聚焦在无限远处或附近，以匹配主“窗口外”显示器48的焦点，如它们在模拟器40复制的实际飞行器中那样。这种真实性的水平是重要的，因为它意味着模拟器驾驶舱42内的仪表板在NVG中失焦，如仪表板在真实飞行器中那样。为了看到模拟器内的仪表板，飞行员30必须“像飞行一样训练”并通过在夜视镜下方扫视来学习拾取仪表提示。

与本公开的模拟器40的下巴窗口46相关联的可变的准直显示***62可以在一些模拟飞行情况下(诸如在高悬停中)产生接近无限远的焦点。因此，当可变的准直显示***的屏幕68处于距镜子74第一距离96A的第一位置(图5A所示)以产生接近无限远的焦点时，由可变的准直显示***62产生的图像64将与NVG兼容(或者当通过NVG观看时将聚焦)。这类似于飞行员在高悬停时通过真实飞行器(或直升机)的下巴窗口观看对象。

当真实飞行器从高悬停下降时，对象将变得更近并且变得在NVG中失焦。飞行员必须扫视NVG下方，以在飞行器下降时通过下巴窗口看到对象。

可变的准直显示***62可以通过将屏幕68移动到与镜子74相距第二距离96B的第二位置(如图5B所示)来复制这一点，其中图像64处于小于无限远的焦点处。然后，飞行员用户30需要在夜视镜下看，以通过模拟器的下巴窗口46拾取地面提示(如他们在真实飞行器中那样)。以这种方式，本公开的可变的准直显示***62建立积极的习惯并改善模拟器40的真实性。

如基于前述公开内容可以理解的，本公开涵盖具有少于图7和图8中标识的所有步骤的方法(以及方法140和方法160的对应的描述)，以及包括除了图7和图8中标识的那些步骤之外的附加的步骤的方法(以及方法140和方法160的对应的描述)。虽然在图7-图8中示出了方法140和方法160的一般顺序，但是本领域技术人员将理解，方法的步骤可以与图7-图8中所示的那些步骤不同地布置和执行。此外，尽管可以顺序地描述方法的步骤，但是实际上可以并行或并发执行许多步骤。

虽然已经详细描述了***的各种实施例，但是显而易见的是，本领域技术人员将想到那些实施例的修改和改变。应当清楚地理解，这样的修改和改变在本公开的范围和精神内。此外，应当理解，本文使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应被认为是限制性的。本文中“包括”、“包含”或“具有”及其变型的使用旨在涵盖其后列出的项目及其等同物，以及附加的项目。

可以使用本公开的若干变型和修改。可以提供本公开的一些特征而不提供其他特征。

本文描述的各种实施例的特征不旨在是相互排斥的。相反，一个实施例的特征和方面可以与另一实施例的特征或方面组合。附加地，关于一个实施例的特定元件的描述可以适用于在另一实施例中该特定元件的使用，而不管是否结合在另一实施例中该特定元件的使用的描述是重复的。

此外，尽管本公开的描述已经包括一个或多个实施例、配置或方面以及某些变型和修改的描述，但是其他变型、组合和修改在本公开的范围内，例如，在理解本公开之后，可以在本领域技术人员的技能和知识内。旨在获得权利，其在允许的程度内包括替代实施例、配置或方面，包括那些所要求保护的交替的、可互换的和/或等同的结构、功能、范围或步骤，无论这些交替的、可互换的和/或等同的结构、功能、范围或步骤是否在本文中公开，并且不旨在公开奉献任何可专利的主题。

本公开的一个方面包括如本文基本上公开的方面/实施例中的任何一个或多个。

本公开的另一方面是如本文基本上公开的任何一个或多个方面/实施例，可选地与如本文基本上公开的任何一个或多个其他方面/实施例组合。

本公开的另一方面是提供一个或多个适于执行如本文基本上公开的上述方面/实施例中的任何一个或多个的组件。

本公开的各方面可以采取完全是硬件的实施例、完全是软件(包括固件、常驻软件、微代码等)的实施例、或者组合软件和硬件方面的实施例的形式，其在本文中通常都可以被称为“电路”、“模块”或“***”。可以利用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。

计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子、磁、光、电磁、红外或半导体***、装置或设备，或者前述的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的示例(非详尽列表)将包括以下：具有一条或多条电线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储设备、磁存储设备或前述的任何合适的组合。在本文档的上下文中，计算机可读存储介质可以是可以包含或存储由指令执行***、装置或设备使用或与指令执行***、装置或设备结合使用的程序的任何有形的介质。

计算机可读信号介质可以包括具有体现在其中的计算机可读程序代码的传播数据信号，例如，在基带中或作为载波的一部分。这样的传播信号可以采取各种形式中的任何一种，包括但不限于电磁、光学或其任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是任何计算机可读介质，其不是计算机可读存储介质并且可以通信、传播或传送(transport)程序用于由指令执行***、装置或设备使用或与指令执行***、装置或设备结合使用。体现在计算机可读介质上的程序代码可以使用任何适当的介质(包括但不限于无线、有线、光纤电缆、RF等或前述的任何合适的组合)来发送。

如本文所使用的术语“确定”、“计算(calculate)”、“运算(compute)”及其变型可互换使用，并且包括任何类型的方法、过程、数学运算或技术。

如本文所述的处理器的示例可以包括但不限于 和801、具有4G LTE集成和64位运算的/> 和615、具有64位架构的/>A7处理器、/>M7运动协处理器、/>系列、CoreT^TM系列处理器、/> 系列处理器、/>AtomT^TM系列处理器、Intel/>系列处理器、/>i5-4670K和i7-4770K 22nm Haswell、i5-3570K22nm Ivy Bridge、/>FXT^TM系列处理器、/>FX-4300、FX-6300和FX-8350 32nm Vishera、/>Kaveri处理器、Texas/>JacintoC6000T^TM汽车信息娱乐处理器、Texas/>OMAP^TM汽车级移动处理器、Cortex^TM-M处理器、/>Cortex-A和ARM926EJ-S^TM处理器、其他工业等效的处理器，并且可以使用任何已知的或未来开发的标准、指令集、库和/或架构来执行运算功能。

为了提供附加的背景、上下文，并且为了进一步满足35 U.S.C.§112的书面描述要求，以下参考文献通过引用整体并入本文：美国专利号9,191,659；美国专利号10,942,360；以及加拿大专利公开号3,113,582。

Claims (21)

1.一种用于调节在指定的眼点处向用户显示的图像的焦距的***，包括：

屏幕，被配置为显示描绘对象的所述图像；

镜子，被配置为将由所述屏幕显示的所述图像反射到所述指定的眼点，所述镜子与所述屏幕间隔开可变的距离；以及

调节器，被配置为移动所述屏幕以调节所述屏幕和所述镜子之间的所述距离。

2.根据权利要求1所述的***，还包括与所述调节器通信的控制***，所述控制***被配置为：

基于所述指定的眼点和所述图像中的所述对象之间的模拟距离，来确定所述图像的焦距；

基于所述模拟距离确定所述对象的模拟尺寸；

生成促使所述调节器调节所述屏幕和所述镜子之间的所述距离以实现所述焦距的指令；以及

基于所确定的模拟尺寸来调节所述图像中的所述对象的尺寸。

3.根据权利要求2所述的***，其中所述控制***还被配置为生成所述图像。

4.根据权利要求1所述的***，其中所述屏幕是液晶显示器、有机发光二极管显示器、硅基液晶显示器、发光二极管显示器、量子点显示器和等离子体显示器中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的***，还包括被配置为将所述图像投影到所述屏幕上的投影仪，其中所述屏幕是前投影屏幕和背投影屏幕中的一个。

6.根据权利要求5所述的***，其中所述投影仪与所述屏幕相距固定的距离，并且其中所述调节器被配置为移动所述屏幕和所述投影仪。

7.根据权利要求1所述的***，其中所述调节器包括用于移动所述屏幕以调节所述距离的马达。

8.根据权利要求7所述的***，其中所述镜子是静止的，并且所述屏幕互连到所述调节器的平台，并且其中所述平台被配置为移动以调节所述屏幕和所述镜子之间的所述距离。

9.根据权利要求8所述的***，其中所述调节器包括止动件以防止所述屏幕接触所述镜子。

10.根据权利要求1所述的***，其中从所述屏幕到所述镜子的所述距离与所述焦距相关，其中在第一位置，所述屏幕与所述镜子相距第一距离并且所述焦距在无限远处，并且其中在第二位置，所述屏幕与所述镜子相距第二距离并且所述焦距小于无限远，所述第一距离大于所述第二距离。

11.根据权利要求10所述的***，其中在所述第一位置，从所述镜子反射的光线基本上平行。

12.根据权利要求1至11中的一项或多项所述的***，其中所述***与被配置为模拟飞行器的模拟器相关联，其中所述模拟器包括位于所述指定的眼点和所述镜子之间的下巴窗口，并且其中由所述屏幕显示的所述图像通过所述下巴窗口对所述用户是可见的。

13.一种用于模拟器的控制***，用于调节所述模拟器的指定的眼点处的图像的焦距，包括：

处理器；以及

存储用于由所述处理器执行的指令的存储器，所述指令在被执行时使所述处理器：

生成用于由屏幕显示的所述图像，其中所述屏幕被朝向为使得所述图像由镜子反射、通过所述模拟器的下巴窗口、并且到达所述指定的眼点；

确定从所述指定的眼点到所述图像中的对象的模拟距离；

基于所述模拟距离确定所述图像的焦距；

基于所述模拟距离确定所述对象的模拟尺寸；

生成促使调节器改变所述屏幕和所述镜子之间的距离以实现所述焦距的指令；以及

基于所述模拟尺寸来调节所述图像中的所述对象的尺寸。

14.根据权利要求13所述的控制***，其中确定所述模拟距离包括以下中的一个或多个：

接收所述指定的眼点的位置；

确定所述对象相对于所述指定的眼点的模拟位置；以及

确定所述指定的眼点的所述位置和所述对象的所述模拟位置之间的距离。

15.根据权利要求13所述的控制***，其中所述屏幕和所述镜子之间的距离与所述焦距相关，并且其中所述存储器还包括使所述处理器执行以下操作的指令：

当所述模拟距离大于预定的阈值时，将所述屏幕移动到与所述镜子相距第一距离的第一位置，使得所述焦距在无限远处。

16.根据权利要求15所述的控制***，其中所述存储器还包括使所述处理器执行以下操作的指令：

当所述模拟距离小于所述预定的阈值时，将所述屏幕移动到与所述镜子相距第二距离的第二位置，使得所述焦距小于无限远，其中所述第一距离大于所述第二距离。

17.根据权利要求15所述的控制***，其中所述预定的阈值为约三十英尺。

18.一种用于调节指定的眼点处的图像的焦距的方法，包括：

生成用于由屏幕显示的图像，其中所述屏幕被朝向为使得所述图像由镜子反射到所述指定的眼点；

确定所述指定的眼点和所述图像中的对象的模拟位置之间的模拟距离；

基于所述模拟距离确定所述图像的焦距；

基于所述模拟距离确定所述对象的模拟尺寸；

生成促使调节器改变所述屏幕和所述镜子之间的距离以实现所述焦距的指令；以及

基于所述模拟尺寸来调节所述图像中的所述对象的尺寸。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括：

当所述模拟距离大于预定的阈值时，将所述屏幕远离所述镜子移动到与所述镜子相距第一距离的第一位置，使得所述焦距在无限远处；以及

当所述模拟距离小于所述预定的阈值时，将所述屏幕朝向所述镜子移动到与所述镜子相距第二距离的第二位置，使得所述焦距小于无限远，其中所述第一距离大于所述第二距离。

20.一种用于训练学生操作飞行器的飞行模拟器，包括：

用于模拟所述飞行器窗户外的视图的主显示***，包括：

投影仪；

第一屏幕，其中所述投影仪可操作以生成在所述第一屏幕上显示的第一图像；以及

用于将所述第一图像反射到所述模拟器的指定的眼点的镜子阵列；以及

可变的准直显示***，用于通过所述模拟器的机舱中的下巴窗口模拟所述飞行器外部的第二视图，所述下巴窗口位于所述机舱的地板附近，所述可变的准直显示器包括：

用于显示第二图像的第二屏幕；

用于将来自所述第二屏幕的所述第二图像通过所述下巴窗口反射到所述指定的眼点的镜子；以及

被配置为相对于所述镜子移动所述第二屏幕的调节器，其中当所述第二屏幕与所述镜子相距第一距离时，所述第二图像处于无限远的焦点，并且其中当所述第二屏幕与所述镜子相距第二距离时，所述第二图像具有小于无限远的固定的焦距，所述第二距离小于所述第一距离。

21.根据权利要求20所述的飞行模拟器，其中所述镜子与所述指定的眼点相距固定的距离。