本發(fā)明屬于光學(xué)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種平顯中繼光學(xué)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、小型民用飛機(jī)座艙內(nèi)平顯布局區(qū)域受艙體空間限制，所安裝平顯中繼光學(xué)系統(tǒng)要求體積小且耐高低溫。目前，小型民用飛機(jī)安裝的平顯中繼光學(xué)系統(tǒng)為了保證平顯光學(xué)系統(tǒng)效率，一般采用偏振分光元件和波片，但是由于波片的厚度非常薄，在1.2微米左右，需要在波片前后表面膠合一定厚度的基片。原有的平顯中繼光學(xué)系統(tǒng)1/4波片和半波片加上基片的厚度僅有1mm，同時(shí)與偏振分光棱鏡4膠合，在進(jìn)行-55℃至80℃高低溫試驗(yàn)時(shí)，波片出現(xiàn)基片開裂，波片膠合層開膠問題，無法滿足產(chǎn)品使用要求。

2、因此，迫切地需要提出一種能夠滿足高低溫環(huán)境下使用要求的包含波片的平顯中繼光學(xué)系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、要解決的技術(shù)問題：

2、為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提供一種平顯中繼光學(xué)系統(tǒng)及方法，是一種體積小、效率高、高低溫環(huán)境性能好的中繼光學(xué)系統(tǒng)，通過直角棱鏡、第一正透鏡、偏振分光棱鏡、1/4波片、第二正透鏡、半波片、第三正透鏡對(duì)像面所發(fā)射的s線偏振光進(jìn)行多次轉(zhuǎn)折、反射后從出瞳射出，能夠明顯壓縮光學(xué)系統(tǒng)體積，解決了波片高低溫環(huán)境開裂問題。

3、本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種平顯中繼光學(xué)系統(tǒng)，包括沿光路依次設(shè)置的像面、直角棱鏡、第一正透鏡、偏振分光棱鏡、1/4波片、第二正透鏡、半波片、第三正透鏡、出瞳；通過直角棱鏡、偏振分光棱鏡將像面發(fā)射的s線偏振光反射至1/4波片，通過1/4波片將s線偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)閳A偏振光，圓偏振光通過第二正透鏡的反射面反射后透過1/4波片轉(zhuǎn)變?yōu)閜線偏振光，p線偏振光透過偏振分光棱鏡入射至半波片，通過半波片將p線偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)閟線偏振光，再經(jīng)第三正透鏡到達(dá)出瞳。

4、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述直角棱鏡、第一正透鏡、偏振分光棱鏡、1/4波片、第二正透鏡、半波片、第三正透鏡的光學(xué)參數(shù)如下：

5、

6、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述第一正透鏡的前表面、第二正透鏡的后表面和第三正透鏡的前表面均為非球面。

7、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述偏振分光棱鏡的分光面鍍有偏振分光膜，偏振分光膜的要求為：λ0＝525nm，在波長(zhǎng)505nm～545nm范圍內(nèi)，入射角45°±8°范圍內(nèi)，rsavg＞95％，tpavg＞95％。

8、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述第二正透鏡的反射面表面鍍有內(nèi)反射膜，內(nèi)反射膜要求為：鍍多層介質(zhì)膜，λ0＝525nm，入射角0°-20°范圍內(nèi)，在波長(zhǎng)490nm～570nm范圍內(nèi)，rmin不小于98％；在波長(zhǎng)570nm～610nm范圍內(nèi)，rmin不小于96％。

9、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述1/4波片與第二正透鏡膠合，半波片與第三正透鏡膠合。

10、一種平顯中繼光學(xué)系統(tǒng)的反射方法，具體步驟如下：

11、將像面發(fā)出的s線偏振光發(fā)射至直角棱鏡，由直角棱鏡對(duì)入射的s線偏振光進(jìn)行第一次90度反射；

12、一次反射后的s線偏振光透過第一正透鏡透射入射至偏振分光棱鏡，由偏振分光棱鏡的分光膜對(duì)s線偏振光進(jìn)行第二次90度反射；

13、二次反射后的s線偏振光透過1/4波片，通過1/4波片將s線偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)閳A偏振光；

14、所述圓偏振光透過第二正透鏡后，被第二正透鏡的反射面反射回1/4波片；

15、再由1/4波片將圓偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)閜線偏振光，p線偏振光依次透過偏振分光棱鏡、半波片，通過半波片將p線偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)閟線偏振光，再經(jīng)第三正透鏡到達(dá)出瞳。

16、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述1/4波片和偏振分光棱鏡之間的距離為1mm。

17、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述半波片和偏振分光棱鏡之間的距離為3mm。

18、一種民用飛機(jī)，包括所述平顯中繼光學(xué)系統(tǒng)。

19、有益效果

20、本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明采用直角棱鏡和偏振分光棱鏡對(duì)入射光進(jìn)行兩次90度折轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)換為反向平行光后入射至1/4波片進(jìn)行變換，通過在第二正透鏡的后表面設(shè)置反射面，使得光線原路返回至1/4波片，并轉(zhuǎn)換為p線偏振光，再由半波片將p線偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)閟線偏振光，整體結(jié)構(gòu)緊湊并增強(qiáng)顯示效果。

21、本發(fā)明中繼系統(tǒng)，對(duì)直角棱鏡、第一正透鏡、偏振分光棱鏡、1/4波片、第二正透鏡、半波片、第三正透鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)及位置進(jìn)行設(shè)計(jì)，并采用高透過率光學(xué)材料，以及偏振分光棱鏡、1/4波片和半波片光學(xué)元件，不僅實(shí)現(xiàn)了光學(xué)系統(tǒng)小型化，而且光學(xué)系統(tǒng)效率大于80％。通過調(diào)整偏振分光棱鏡、1/4波片和半波片間隙，解決了光學(xué)系統(tǒng)高低溫環(huán)境試驗(yàn)波片開裂問題。

技術(shù)特征：

1.一種平顯中繼光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：包括沿光路依次設(shè)置的像面、直角棱鏡、第一正透鏡、偏振分光棱鏡、1/4波片、第二正透鏡、半波片、第三正透鏡、出瞳；通過直角棱鏡、偏振分光棱鏡將像面發(fā)射的s線偏振光反射至1/4波片，通過1/4波片將s線偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)閳A偏振光，圓偏振光通過第二正透鏡的反射面反射后透過1/4波片轉(zhuǎn)變?yōu)閜線偏振光，p線偏振光透過偏振分光棱鏡入射至半波片，通過半波片將p線偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)閟線偏振光，再經(jīng)第三正透鏡到達(dá)出瞳。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種平顯中繼光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：所述直角棱鏡、第一正透鏡、偏振分光棱鏡、1/4波片、第二正透鏡、半波片、第三正透鏡的光學(xué)參數(shù)如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種平顯中繼光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：所述第一正透鏡的前表面、第二正透鏡的后表面和第三正透鏡的前表面均為非球面。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種平顯中繼光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：所述偏振分光棱鏡的分光面鍍有偏振分光膜，偏振分光膜的要求為：λ0＝525nm，在波長(zhǎng)505nm～545nm范圍內(nèi)，入射角45°±8°范圍內(nèi)，rsavg＞95％，tpavg＞95％。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種平顯中繼光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：所述第二正透鏡的反射面表面鍍有內(nèi)反射膜，內(nèi)反射膜要求為：鍍多層介質(zhì)膜，λ0＝525nm，入射角0°-20°范圍內(nèi)，在波長(zhǎng)490nm～570nm范圍內(nèi)，rmin不小于98％；在波長(zhǎng)570nm～610nm范圍內(nèi)，rmin不小于96％。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種平顯中繼光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：所述1/4波片與第二正透鏡膠合，半波片與第三正透鏡膠合。

7.一種權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述平顯中繼光學(xué)系統(tǒng)的反射方法，其特征在于具體步驟如下：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述平顯中繼光學(xué)系統(tǒng)的反射方法，其特征在于：所述1/4波片和偏振分光棱鏡之間的距離為1mm。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述平顯中繼光學(xué)系統(tǒng)的反射方法，其特征在于：所述半波片和偏振分光棱鏡之間的距離為3mm。

10.一種民用飛機(jī)，其特征在于：包括所述平顯中繼光學(xué)系統(tǒng)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明一種平顯中繼光學(xué)系統(tǒng)及方法，屬于光學(xué)設(shè)計(jì)領(lǐng)域；包括沿光路依次設(shè)置的像面、直角棱鏡、第一正透鏡、偏振分光棱鏡、1/4波片、第二正透鏡、半波片、第三正透鏡、出瞳；通過直角棱鏡、偏振分光棱鏡將像面發(fā)射的S線偏振光反射至1/4波片，通過1/4波片將S線偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)閳A偏振光，圓偏振光通過第二正透鏡的反射面反射后透過1/4波片轉(zhuǎn)變?yōu)镻線偏振光，P線偏振光透過偏振分光棱鏡入射至半波片，通過半波片將P線偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)镾線偏振光，再經(jīng)第三正透鏡到達(dá)出瞳。對(duì)像面所發(fā)射的S線偏振光進(jìn)行多次轉(zhuǎn)折后從出瞳射出，能夠明顯壓縮光學(xué)系統(tǒng)體積，解決了波片高低溫環(huán)境開裂問題。

技術(shù)研發(fā)人員：傅龍華,沈淑梅,周廣亮,周家武,謝意,李卓,王威,孫少林
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司洛陽電光設(shè)備研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23