ТЕЛЕСКОПИЧЕСКАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА (ВАРИАНТЫ)
TELESCOPIC OPTICAL SYSTEM (VERSIONS)

Группа изобретений относится к оптическому приборостроению, может быть использована в телескопических системах, работающих в прямом и в обратном ходе лучей, например, в качестве афокальной насадки для наблюдательных приборов переменного увеличения и в лазерных системах.
Афокальная насадка устанавливается перед телескопической наблюдательной системой (зрительной трубой) в прямом ходе лучей для повышения видимого увеличения основной зрительной трубы и в обратном ходе, т.е. развернутой на угол 180° вокруг оси, перпендикулярной к оптической оси системы - для уменьшения видимого увеличения (И.А.Турыгин, «Прикладная оптика», М., «Машиностроение», 1965, с.223, фиг.6.28).
При работе в лазерной системе афокальная насадка используется для увеличения диаметра лазерного пучка либо для уменьшения его угловой расходимости («Теория оптических систем», Б.Н.Бегунов и др., М., «Машиностроение», 1981, с.336, рис.249).
Известны телескопические системы (SU 1811625, публ. 1993 г., RU 2189064, публ. 2002 г., G02B 23/00), сходные с системами Галилея, но работающие в обратном ходе лучей.
Наиболее близким аналогом к обоим вариантам заявляемых технических решений является телескопическая система Галилея (RU 2209455; публ. 2003 г. G02B 23/00;), содержащая объектив и окуляр, в которой объектив состоит из двух положительных линз, первая - склеенная из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, вторая выполнена в виде одиночной выпуклоплоской линзы, а окуляр - одиночная двояковогнутая линза. Система, рассчитанная для длин волн 589 и 1540 нм, имеет высокое качество изображения, видимое увеличение 5,5 крат при малой длине 45,89 мм. Угловое поле в пространстве предметов составляет 2′30′′, диаметр входного зрачка - 22,5 мм, выходного - 4,1 мм. При работе системы в обратном ходе лучей ее входной зрачок становится выходным с размером 22,5 мм, а угловое поле в пространстве предметов составляет 13′45′′. При использовании системы, например, в качестве афокальной насадки совместно с наблюдательной системой, имеющей диаметр входного зрачка 30-32 мм, для его заполнения требуется увеличение диаметра выходного зрачка и углового поля насадки, что является следствием увеличенного диаметра входного зрачка насадки.
Задачей заявляемого изобретения является создание телескопической оптической системы с улучшенными эксплуатационными характеристиками при высоком качестве изображения.
Технический результат - увеличение диаметра входного зрачка и увеличение углового поля зрения в пространстве предметов при высоком качестве изображения.
Указанный технический результат достигается при создании телескопической оптической системы, которая может быть выполнена двумя вариантами:
1
3
4
1
3
4
2к
2к
2к
2к
2к
2к
По первому варианту телескопическая оптическая система состоит из первого компонента, выполненного в виде одиночной двояковогнутой линзы, и второго компонента, состоящего из двух положительных линз. Первая линза второго компонента - одиночная, а вторая - склеенная из двояковогнутой и двояковыпуклой линз. Одиночная линза второго компонента выполнена в виде мениска, обращенного выпуклостью к изображению. В системе сохраняется равенство: |R |=|R |=|R |, где R ; R ; R  - радиусы первой, третьей и четвертой оптических поверхностей второго компонента. Между первым и вторым компонентами может быть расположена плоскопараллельная пластина, например светофильтр.
1
4
1
4
2к
2к
2к
2к
По второму варианту телескопическая оптическая система состоит из первого компонента, выполненного в виде одиночной отрицательной линзы и второго компонента, состоящего из двух положительных линз. Первая линза второго компонента - одиночная, а вторая - склеенная из отрицательной и положительной линз. Линза первого компонента выполнена в виде плосковогнутой, обращенной вогнутостью к изображению. Линзы второго компонента выполнены в виде менисков, обращенных выпуклостями к изображению. В системе сохраняется равенство: |R |=|R |, где R , R  - радиусы первой и четвертой оптических поверхностей второго компонента. Перед первым компонентом может быть установлена плоскопараллельная пластина, например светофильтр. Плоскопараллельная пластина может быть приклеена к первому компоненту.
На фиг.1 представлена оптическая схема телескопической системы по первому варианту, на фиг.2 - по второму варианту.
Телескопическая оптическая система по первому варианту (фиг.1) содержит первый компонент, выполненный в виде двояковогнутой линзы 1, и второй компонент, состоящий из одиночного положительного мениска 2, обращенного выпуклостью к изображению, и положительной линзы, склеенной из двояковогнутой 3 и двояковыпуклой 4 линз. Между первым и вторым компонентом может быть расположена плоскопараллельная пластина 5, например светофильтр.
Телескопическая оптическая система по второму варианту (фиг.2) содержит первый компонент, выполненный в виде плосковогнутой линзы 6, обращенной вогнутостью к изображению, и второй компонент, состоящий из одиночного положительного мениска 2, обращенного выпуклостью к изображению, и положительного мениска, склеенного из отрицательного 7 и положительного менисков 8. Все мениски обращены выпуклостью к изображению. Перед первым компонентом - линзой 6 - может быть установлена плоскопараллельная пластина 9, например светофильтр. Она может быть приклеена к линзе 6.
Апертурная диафрагма (входной зрачок) совпадает с первой поверхностью линзы 1 или линзы 6, но может находиться и в другом месте.
Телескопические оптические системы по обоим вариантам работают следующим образом. Световые лучи от предмета, расположенного в бесконечности, проходя последовательно через оптические элементы системы, выходят в виде параллельных пучков лучей, образуя изображение в бесконечности. Предлагаемая телескопическая оптическая система может также работать и в обратном ходе лучей, то есть, когда первым по ходу лучей расположен второй компонент, а за ним - первый компонент.
Рассчитаны два варианта телескопической системы. Вариант 1 выполнен в виде двух исполнений. Исполнение 2 отличается применением светофильтра 5. Конструктивные параметры телескопической оптической системы по первому варианту приведены в табл.1 и 2.
Варианты исправлены в видимом диапазоне спектра:
исполнение 1 первого варианта - в спектральном диапазоне 486…656 нм;
исполнение 2 первого варианта - в спектральном диапазоне 510…656 нм;
второй вариант - в спектральном диапазоне 510…656 нм.
Таблица 1
КОНСТРУКТИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ИСПОЛНЕНИЯ 1 ПЕРВОГО ВАРИАНТА
Радиус, мм
Толщина, мм
Марка стекла
Показатель преломления n<sub>е</sub>
Коэфф. дисперсии ν<sub>e</sub>
Световой диаметр, мм
R<sub>1</sub> <sup>1к</sup>=-68,55
16
d<sub>1</sub>=l,3
СТКЗ
1,662237
57,09
R<sub>2</sub> <sup>1к</sup>=20,61
16
d<sub>2</sub>=36,16
1
R<sub>1</sub> <sup>2к</sup>=-91,41
27,5
d<sub>3</sub>=4
TK16
1,615192
58,09
R<sub>2</sub> <sup>2к</sup>=-44,87
28,4
d<sub>4</sub>=0,2
1
R<sub>3</sub> <sup>2к</sup>=-91,41
28,6
d<sub>5</sub>=2,6
Ф113
1,624583
36,12
R<sub>4</sub> <sup>2к</sup>=91,41
29,6
d<sub>6</sub>=7,l
К8
1,518294
63,83
R<sub>5</sub> <sup>2к</sup>=-34,83
30,2
Характеристики телескопической оптической системы по первому варианту:
Видимое увеличение
0,34 крат
Диаметр входного зрачка
10,26 мм
Угловое поле в пространстве предметов
21°
Конструктивные параметры телескопической системы по второму варианту приведены в табл.3. Характеристики телескопической оптической системы по второму варианту:
Видимое увеличение
0,5 крат
Диаметр входного зрачка
16,12 мм
Угловое поле в пространстве предметов
14°
Таблица 2
КОНСТРУКТИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ИСПОЛНЕНИЯ 2 ПЕРВОГО ВАРИАНТА
Радиус, мм
Толщина, мм
Марка стекла
Показатель преломления n<sub>е</sub>
Коэфф. дисперсии ν<sub>e</sub>
Световой диаметр, мм
R<sub>1</sub> <sup>2к</sup>=-68,55
16
d<sub>1</sub>=1,3
СТК3
1,662237
57,09
R<sub>2</sub> <sup>2к</sup>=20,61
16
d<sub>2</sub>=5
1
R<sub>1</sub> <sup>ПЛ</sup>=∞:
17,2
d<sub>3</sub>=1,6
ЖС18
1,524994
63,83
R<sub>2</sub> <sup>ПЛ</sup>=∞:
17,2
d<sub>4</sub>=30,1
1
R<sub>1</sub> <sup>2к</sup>=-91,41
27,5
d<sub>5</sub>=4
TK16
1,615192
58,09
R<sub>2</sub> <sup>2к</sup>=44,87
28,4
d<sub>6</sub>=0,2
1
R<sub>3</sub> <sup>2к</sup>=-91,41
28,6
d<sub>7</sub>=2,6
Ф113
1,624583
36,12
R<sub>4</sub> <sup>2к</sup>=91,41
29,6
d<sub>8</sub>=7,1
К8
1,518294
63,83
R<sub>5</sub> <sup>2к</sup>=-34,83
30,2
Таблица 3
КОНСТРУКТИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ВТОРОГО ВАРИАНТА
Радиус, мм
Толщина, мм
Марка стекла
Показатель преломления, n<sub>е</sub>
Коэфф. дисперсии ν<sub>e</sub>
Световой диаметр, мм
R<sub>1</sub> <sup>ПЛ</sup>=∞
16,2
d<sub>1</sub>=1,7
ЖС18
1,524994
63,83
R<sub>1</sub> <sup>1к</sup>=∞
16,1
d<sub>2</sub>=1,8
K8
1,518294
63,83
R<sub>2</sub> <sup>lK</sup>=25,7
16,1
d<sub>3</sub>=37,79
1
R<sub>1</sub> <sup>1к</sup>=-179,47
29
d<sub>4</sub>=3,8
TK16
1,615192
58,09
R<sub>2</sub> <sup>2к</sup>=-54,45
29,6
d<sub>5</sub>=1
1
R<sub>3</sub> <sup>2к</sup>=-47,64
29,7
d<sub>6</sub>=2,7
Ф113
1,624583
36,12
R<sub>4</sub> <sup>2к</sup>=-179,47
31,1
d<sub>7</sub>=5,7
К8
1,518294
63,83
R<sub>5</sub> <sup>2к</sup>=-36,14
32
В табл.4 приведены аберрации рассчитанной телескопической системы для λ=546 нм для первого и второго вариантов.
Таким образом, в результате предложенных решений обеспечено получение технического результата: созданы телескопические оптические системы с увеличенным диаметром входного зрачка (не менее 10,26 мм) и угловым полем зрения (не менее 2W=14°) при высоком качестве изображения, что следует из табл.4.
Кроме того, предложенные варианты телескопической системы отличаются повышенной технологичностью, так как радиусы: в первом варианте - трех, а во втором - двух оптических поверхностей равны по абсолютной величине, что позволяет унифицировать часть пробных стекол и обрабатывающего инструмента.
Таблица 4
Вид аберрации
Значение аберрации, не более
Первый вариант, исполнение 1
Первый вариант, исполнение 2
Второй вариант
Поперечная сферическая аберрация для точки на оси
0,183 мин
0,381 мин
0,05 мин
Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении для поля зрения 2W=21°
1,366 мин
1,57 мин
0,05 мин
Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в сагиттальном сечении для поля зрения 2W=21°
1,375 мин
1,621 мин
0,027 мин
Меридиональный астигматический отрезок Х<sub>м</sub> для поля зрения 2W=21°
-0,0285 дптр
-0,0355 дптр
0,0188 дптр
Сагиттальный астигматический отрезок X<sub>s</sub> для поля зрения 2W=21°
-0,0283 дптр
-0,0306 дптр
-0,002 дптр
Дисторсия для поля зрения 2W=21°
-1,4%
-1,4%
-0,71%