ОКУЛЯР С ВЫНЕСЕННЫМ ВЫХОДНЫМ ЗРАЧКОМ
EYEPIECE WITH PINHOLE EXIT PUPIL

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к окулярам, и может быть использовано в цифровых дисплеях, различных наблюдательных приборах, в том числе в приборах ночного видения с формированием изображения на CCD матрице.
Известен окуляр микроскопа, содержащий положительный двухсклеенный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, двояковыпуклую линзу и положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, причем линзы склеенного мениска выполнены в виде положительного и отрицательного менисков [SU 1739341 А1, 1992 г]. Недостатками данного окуляра является недостаточное качество изображения и недостаточное удаление выходного зрачка.
Известен также окуляр с вынесенным выходным зрачком, состоящий из установленных последовательно на оптической оси первого компонента, который включает плосковыпуклую линзу, обращенную плоской поверхностью к пространству предметов, второго компонента, выполненного в виде склейки, состоящей из положительной двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенной выпуклой поверхностью к пространству изображений, и третьего компонента, выполненного в виде положительной склейки, состоящей из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, обращенной вогнутой поверхностью к пространству изображений [BY 6216 С1]. Недостатком данного окуляра также являются недостаточное качество изображения и недостаточное удаление выходного зрачка (1,07 фокусного расстояния окуляра).
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является окуляр, который содержит три компонента, первый из которых - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к предмету, второй - двояковыпуклая линза, а третий компонент выполнен в виде склейки, включающей отрицательную и положительную линзы [SU 1800432 А1, 1993]. Данный окуляр также имеет невысокое качество изображения и недостаточное удаление выходного зрачка.
Задачей изобретения является повышение качества изображения при одновременном увеличении удаления выходного зрачка.
Поставленная задача достигается тем, что в окуляре с вынесенным выходным зрачком, состоящем из установленных последовательно на оптической оси первого компонента, выполненного в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, второго компонента, выполненного в виде положительной линзы, и третьего компонента, выполненного в виде склейки, содержащей двояковыпуклую и двояковогнутую линзы, линза, на которой выполнен второй компонент - плосковыпуклая и обращена плоской поверхностью к пространству предметов, склейка, на которой выполнен третий элемент, обращена выпуклой стороной к выходному зрачку, и в объектив введен четвертый компонент в виде плоско-выпуклой линзы, обращенной выпуклой поверхностью к выходному зрачку.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 представлена оптическая схема предлагаемого окуляра с вынесенным выходным зрачком,
на фиг.2 приведены графики кривизны и астигматизма,
на фиг.3 - график относительной дисторсии,
на фиг.4 - график частотно-контрастной характеристики,
на фиг.5 - графики сферических аберраций для трех величин объекта; Y=0 (точка на оси), Y=3,2 мм (координата на уровне 0,7 поля зрения) и Y=4,4 мм (координата для края поля зрения).
На фиг 2, 3 и 5 кривые представлены для длины волны 546,1 нм. На фиг.5 максимальное значение шкалы оси ординат составляет 20 угловых минут. Буквы М и S на фиг.2 и 4 указывают на меридиональное (М) и саггитальное (S) сечение.
Окуляр с вынесенным выходным зрачком (фиг.1) содержит по направлению хода луча четыре компонента. Первый компонент выполнен в виде отрицательного мениска 1, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов. Второй компонент выполнен в виде плосковыпуклой линзы 2, обращенной плоской поверхностью к пространству предметов, третий компонент представляет собой склейку, содержащую двояковогнутую 3 и двояковыпуклую 4 линзы. Эта склейка обращена выпуклой стороной к выходному зрачку. Четвертый компонент выполнен в виде плосковыпуклой линзы, обращенной выпуклой поверхностью к выходному зрачку.
Окуляр работает следующим образом. Расходящиеся пучки лучей, исходящие из точек плоского предмета, расположенного в передней фокальной плоскости окуляра, преобразуются в параллельные и строят на сетчатке глаза изображение плоскости предметов.
В соответствии с предложенным техническим решением рассчитан вариант окуляра для фокусного расстояния f=7 мм, удаление выходного зрачка при этом - 12 мм. Конструктивные параметры линз окуляра и характеристики используемых марок стекол этого объектива приведены в таблице.
Таблица
Поверхность
Радиус кривизны
Толщина
Стекло
Диаметр
Объект
∞
∞
Nd
Vd
Апертурная диафрагма
∞
12
2
26.3
1.6
1.786
44.2
8.9
3
∞
0.2
8.9
4
6.56
3.3
1.786
44.2
8.9
5
-12.6
1
1.805
25.5
8.1
6
4.26
0.7
6.2
7
8.07
1.6
1.786
44.2
6.2
8
∞
0.2
6.2
9
6.56
1.5
1.786
44.2
5.9
10
11.7
2
5.4
Плоскость изображения
∞
4.4
Предлагаемый окуляр работает в спектральном диапазоне длин волн - λ=486,1 нм … 656,3 нм.
Как видно из графиков на фиг.2-5, окуляр в соответствии с изобретением имеет высокое качество изображения, он характеризуется высокой светосилой (>1,4), большим удалением входного зрачка (>1,7f), малой величиной полевых аберраций (астигматизм и кривизна <5/f дптр, дисторсия <2%) и высоким разрешением (<1 мрад). Максимальная величина сферической аберрации в окуляре не превышает 6-8 угловых минут.
Большое удаление выходного зрачка позволяет создать очень короткофокусный окуляр с высоким увеличением (почти 40 крат), например, с фокусом 7 мм при удалении 12 мм, чего нельзя достичь в известных окулярах.
Высокое качество изображения окуляра позволяет различать мельчайшие детали в изображении предмета. Большое удаление выходного зрачка, не менее 1,7 фокусного расстояния окуляра, позволяет наблюдателю комфортно разместить зрачок глаза в выходном зрачке окуляра и одновременно рассматривать поле зрения окуляра и служебную информацию. Для этого не требуется изменять положение головы наблюдателя относительно окуляра, а достаточно изменить положение глаза наблюдателя. Поле зрения окуляра составляет 2w>35°, что позволяет использовать его со стандартными монохромными и цветными ЖК дисплеями с диагональю от 0,16" до 1" и выше. Высокие технические характеристики позволяют применять окуляр в качестве лупы с современными ЖК дисплеями, минимальный размер пикселя которых менее 10 um.