平面物形成球面象的投影光學系統設計方法
2024-03-22 18:12:05 1
專利名稱：平面物形成球面象的投影光學系統設計方法
技術領域：
本發明屬於應用光學領域中的一種把平面物形成球面象的投影光學系統設計方法。
由於航空、航天事業的發展，以及某些大型遊樂場所的需要，要建立無限遠視景顯示系統，用於訓練模擬裝置中，以便訓練培養飛行員、太空人以及供遊樂場所遊人的需要。
為了建立無限遠視景顯示，需要找到合乎要求的標準球面型的彩色顯示面板即CRT面板，而我國目前生產的彩色顯示器多為直角平面型的，給選擇標準球面型彩色顯示面板(CRT)帶來困難，即使能找到標準球面型彩色顯示器，尺寸大小等原因也不能滿足需要，從國外進口標準球面型彩色顯示器又非常昂貴，而且也很難滿足要求。
為了克服上述缺點和困難，本發明的目的在於採用特殊的投影光學系統設計方法，把平面物形成球面象，顯示在標準球面型的CRT面板上，給建立無限遠視顯示創造基本條件。
本發明之前，發明人未發現在國內外刊物上有過相關的報導。
按本發明的投影光學系統設計方法，設計完成後的光學系統的各光學部件的位置安排如圖1所示在同一個光軸上，從左至右依次是發光平面物1、準直物鏡組2、準直物鏡組2的光欄3、同心球面物鏡組4、同心球面物鏡組4的同心球面正透鏡5、標準R的象面6。
本發明的詳細內容是該投影光學系統設計方法要設計兩組物鏡組，一組是準直物鏡組2，另一組是同心球面物鏡組4，兩個物鏡組的有機匹配構成一個完整的投影光學系統。
首先設計同心球面物鏡組4，使它滿足如下條件所有組合的鏡片都是同心球面，光欄在球心C處，球心C到標準R象面6的距離C0＝R，R為球心至球面象的距離，以球心C為圓心，以R為半徑的弧面就是標準R的象面，為了使同心球面物鏡組4形成正光焦度，在球心C處放置一個同心球面正透鏡5；由於同心球面物鏡組4的設計，確定了有關參量的位置，再進行準直物鏡組2的設計，使它滿足以下條件準直物鏡組2是一個象方遠心的準直物鏡，從準直物鏡組2發出的射向同心球面物鏡組4的光線，必須是平行光線，準直物鏡組2和同心球面物鏡組4的匹配中，一定要將準直物鏡組2的光欄3設置在同心球面物鏡組4的入瞳上，使準直物鏡組2產生的虛象，經過同心球面物鏡4以後形成一個標準R的球面實象；選擇一個發光平面物1，把它置於準直物鏡組2和同心球面物鏡組4組成的投影光學系統的光軸上，使準直物鏡組2的物面和發光平面物1重合；按以上發明步驟，完成的如圖1所示的投影光學系統，把平面物形成球面象，逆過來也成立，可使球面物形成平面象。
本發明方法所產生的投影光學系統的工作原理說明發光平面物1置於準直物鏡組2的物面上，準直物鏡組2發射出的平行光線經過同心球面物鏡組4以後，使發光平面物1在象面處形成一個標準R的球面實象，在象面處放置一塊同等R的毛玻璃，便可得到發光平面物1的球面實象，如果將毛玻璃的球面實象，放置在一塊半徑為2R的大的球面反射鏡的焦面上，由大球面反射鏡反射出去的平行光線景物，就是無限遠視景，觀察時可感到身臨其境的真實感。
本發明的積極效果本發明的投影光學系統設計方法，使人為生成的CRT面型變得自由，人們可根據任務的需要，生成不同規格的CRT面型，為建立無限遠視景顯示系統創造了極為方便的條件，為航空、航天技術的發展以及為大型遊樂場所建立訓練模擬裝置提供了最大的可能，為國家節省大量資金，為研究技術工程人員節省大量時間，具有巨大的社會經濟效益。
圖1是按本發明的投影光學系統設計方法設計完成後的光學系統的各光學部件的位置排列示意圖，摘要附圖亦採用圖1。
最佳實施例發光平面物1採用液晶板，準直物鏡組2的光欄3和同心球面物鏡組4的入瞳重合，同心球面物鏡組4的球心C處放置的正透鏡5，採用同心球面鏡。
權利要求
1.平面物形成球面象的投影光學系統設計方法，是通過光學系統設計實現的，其特徵在於該投影光學系統是由準直物鏡組2和同心球面物鏡組4的有機配合構成的，首先設計同心球面物鏡組4，使它滿足如下條件所有組合的鏡片都是同心球面，光欄在球心C處，球心C到標準R象面6的距離CO＝R，R為球心至球面象的距離，以球心C為園心，以R為半徑的弧面就是標準R的象面6，在球心C處設置一個同心球面正透鏡5；同心球面物鏡組4設計後，確定了有關參量的位置，再進行準直物鏡2的設計，使它滿足如下條件準直物鏡組2是一個象方遠心的準直物鏡，從準直物鏡組2發出的射向同心球面物鏡組4的光線，必須是平行光線，準直物鏡組2和同心球面物鏡組4的匹配中，一定要將準直物鏡組2的光欄3設置在同心球面物鏡組4的入瞳上，用本發明方法完成的投影光學系統可逆向，使球面物形成平面象。
全文摘要
本發明屬於應用光學領域中的一種把平面物形成球面象的投影光學系統設計方法。該方法用準直物鏡和同心球面物鏡組成的投影光學系統,可將一個平面物經過象方遠心的準直物鏡所成的虛象,再經過同心球面物鏡後,形成一個標準的球面實象。準直物鏡與同心球面物鏡的銜接是走平行光,準直物鏡的光欄置於同心球面物鏡的入瞳處,同心球面物鏡的球心處設置一個正透鏡,使同心球面物鏡的光焦度為正值,本發明方法為建立無限遠視鏡景顯示系統創造了有利的條件。
文檔編號G02B27/18GK1357777SQ0013502
公開日2002年7月10日 申請日期2000年12月8日 優先權日2000年12月8日
發明者楊廣澤, 付東輝 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所