СИСТЕМА ВВОДА ИЗОБРАЖЕНИЯ В ОКУЛЯР

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно к системам ввода информации в окуляр наблюдательного прибора, в котором необходимо в процессе наблюдения цели одновременно получить информацию о ее дальности, сигналы готовности и другую служебную информацию, обычно вводимую на краю поля зрения окуляра.
Наиболее близкой по технической сущности является система ввода изображения в окуляр [1], содержащая блок индикаторов, проекционную систему, состоящую из проекционного объектива и системы сопряжения, окуляр и плоскопараллельную пластину, установленную до или после проекционного объектива с наклоном к оптической оси проекционной системы.
Недостатком данной системы является то, что при использовании окуляров с большими угловыми полями зрения, имеющих большие значения остаточных аберраций на краю поля зрения, компенсация которых приводит к существенному увеличению толщины плоскопараллельной пластины, снижается качество изображения, а также невозможно увеличить количество служебной информации.
Задачей полезной модели является увеличение количества служебной информации, передаваемой наблюдателю, и повышение качества изображения информации на краю поля зрения.
Поставленная задача достигается тем, что в системе ввода изображения в окуляр, содержащей оптически связанные систему индикаторов, элемент совмещения изображений, компенсатор астигматизма, проекционный объектив, систему сопряжения изображений и окуляр, отличающаяся тем, что в качестве элемента совмещения изображений использована трапецевидная призма, у которой основания образуют плоскопараллельную пластину и расположены перпендикулярно оптической оси проекционного объектива, а наклонные боковые грани выполнены зеркальными, система
s
m
ок
индикаторов содержит три блока индикаторов, два из которых расположены со стороны наклонных зеркальных боковых граней трапецевидной призмы, а третий расположен со стороны большего основания трапецевидной призмы, при этом все блоки индикаторов установлены в плоскости предметов проекционного объектива, компенсатор астигматизма содержит два одинаковых клина, установленных так, что наружные преломляющие поверхности перпендикулярны оптической оси проекционного объектива, а наклонные преломляющие поверхности клиньев образуют воздушную наклонную пластину, причем толщина d наклонной воздушной пластины, показатель преломления n стекла клиньев, угол ε между наружной и наклонной преломляющими поверхностями клина, увеличение β проекционного объектива от блока индикаторов до плоскости изображения, сагиттальный отрезок х′ окуляра, меридиональный отрезок x′ окуляра, фокусное расстояние f′ окуляра связаны следующей зависимостью:
s
m
s
m
причем при (x′-x′)>0 воздушная наклонная пластина расположена сагиттальном сечении, а при (x′-x′)<0 - в меридиональном сечении.
Системы ввода изображения в окуляр применяются в наблюдательных приборах, когда необходимо в поле зрения окуляра, кроме основного изображения, видеть дополнительную информацию, например, измеренную лазерным дальномером дальность, координаты наблюдаемого объекта, световую информацию и т.д. Так как служебная информация обычно располагается на краю поля зрения окуляра, то и полевые аберрации окуляра, такие как астигматизм и кривизна поля на краю поля зрения, должны быть скомпенсированы элементами, обладающими аналогичными аберрациями противоположного знака. Выполнение компенсатора астигматизма в виде двух одинаковых клиньев, наружные поверхности которых перпендикулярны оптической оси проекционного объектива, а наклонные поверхности образуют наклонную воздушную пластину и параметров пластины в соответствии со следующей зависимостью
, позволяет устранить аберрации окуляра на краю поля зрения при небольшой толщине воздушной наклонной пластины, что приводит к повышению качества изображения информации.
s
m
s
m
При (x′-x′)>0 плоскости главных сечений клиньев расположены в сагиттальном сечении проекционного объектива, а при (x′-x′)<0 - в меридиональном. Ориентация расположения воздушной наклонной пластины определяется условием исправления полевой комы окуляра.
ок
x
Для окуляра с f′=30,5 мм и остаточным астигматизмом |-1,57| мм в плоскости изображения (соответствует 1,69 диоптрий), при увеличении проекционного объектива β=-0,35, при изготовлении клиньев компенсатора астигматизма из стекла марки ТК21 с n=1,655 установлена зависимость между углом наклона и толщиной воздушной пластины:
мм
.
Толщина d воздушной пластины определяется при выбранном угле наклона воздушной пластины:
при ε=33° d=1,42 мм
при ε=30° d=3,67 мм
при ε=32° d=2 мм.
Таким образом, компенсация астигматизма окуляра на краю поля зрения приводит к повышению качества изображения.
Использование трапецевидной призмы в качестве элемента совмещения изображения позволяет увеличить количество служебной информации путем совмещения в единое поле зрения служебной информации от трех блоков индикаторов.
На фиг.1 представлена система ввода изображения в окуляр с наклоном воздушной пластины в меридиональном сечении.
На фиг.2 представлена система индикаторов с элементом совмещения изображений.
На фиг.3 представлен вид поля зрения окуляра с введенной информацией.
Система ввода изображения в окуляр (см. фиг.1) содержит оптически связанные систему индикаторов 1, элемент совмещения изображений 2, компенсатор астигматизма 3, проекционный объектив 4, систему сопряжения изображений, состоящую из коллектива 5 и зеркала 6, и окуляр 7. В качестве проекционного объектива 4 в предлагаемом решении использован объектив типа «триплет». Коллектив 5 может быть выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы. Зеркало 6 устанавливается таким образом, чтобы изображение от блока индикаторов разместилось на заданной высоте в передней фокальной плоскости окуляра.
Элемент совмещения изображений 2 (см. фиг.1, 2) представляет собой трапецевидную призму с основаниями, образующими плоскопараллельную пластину и расположенными перпендикулярно оптической оси проекционного объектива 4 и наклонными боковыми гранями, выполненными зеркальными.
Система индикаторов 1 состоит из трех блоков индикаторов 8, 9, 10, два из которых 8, 9 расположены со стороны зеркальных наклонных боковых граней трапецевидной призмы 2, а третий блок индикаторов 10 расположен со стороны большего основания трапецевидной призмы 2. Блоки индикаторов устанавливаются в плоскости предметов проекционного объектива 4, совмещение трех изображений позволяет существенно увеличить объем вводимой служебной информации. Блоки индикаторов могут быть цифровыми, знакосинтезирующими, световыми.
Компенсатор астигматизма 3 выполнен в виде двух одинаковых клиньев, установленных так, что наружные преломляющие поверхности перпендикулярны оптической оси проекционного объектива 4, а наклонные преломляющие поверхности клиньев образуют воздушную наклонную
пластину. Угол клина ограничивается углом полного внутреннего отражения на наклонной поверхности клина с учетом размеров индикаторов и числовой апертуры проекционного объектива.
Система ввода изображения в окуляр работает следующим образом: элемент совмещения изображений 2 сводит три изображения от блоков индикаторов 8, 9, 10 в одну плоскость предметов для проекционного объектива 4, который переносит это изображение в фокальную плоскость окуляра 7. Коллектив 5 сопрягает выходной зрачок проекционного объектива 4 с входным зрачком окуляра 7. Зеркало 6 направляет изображение от блоков индикаторов 8, 9, 10 в окуляр 7. В предлагаемом решении (см. фиг.2) блоки индикаторов 8 и 9 выполнены знакосинтезирующими, а блок индикаторов 10 выполнен световым и представляет собой нанесенный на большее основание трапецевидной призмы рисунок в виде прозрачных прямоугольных окон, освещаемых светодиодами. Наблюдаемое при этом в окуляр изображение блока индикаторов представлено на фиг.3.
x
ок
Размер матрицы индикаторов 2.7×15 мм. При угле клина ε=32°, изготовленного из стекла марки ТК21 ГОСТ 3514-94 с показателем преломления n=1,655 для рабочей длины волны 0,656 мм, при толщине воздушной наклонной пластины d=2 мм, увеличении проекционного объектива β=-0.35 можно скомпенсировать астигматизм окуляра с f′=30 мм, равный 1,5 диоптрии, до 0.4 диоптрий, вполне допустимом значении остаточного астигматизма для визуальных систем.
Источники информации:
1. RU 2193790, МПК G02В 23/10, публикация 2000 г - прототип.