ОКУЛЯР С УДАЛЕННЫМ ВЫХОДНЫМ ЗРАЧКОМ

Предлагаемая полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно к визуальным наблюдательным оптическим приборам и прицелам.
Большинство существующих окуляров наблюдательных приборов имеют в своей основе относительно простые и хорошо известные оптические схемы (например, системы Гюйгенса, Кельнера, Эрфле и др. [1, 2], отличающиеся удовлетворительным качеством изображения при умеренных значениях углового поля (15÷30°), величин выноса (0,5f'), размера выходного зрачка и заднего отрезка.
Главным недостатком таких окуляров является невозможность добиться удаления выходного зрачка до (1÷1.2)f' относительно последней линзы и увеличения переднего отрезка при обеспечении высокого качества изображения по всему полю, используемых в приборах ночного видения на основе современных ЭОПов с высокой разрешающей способностью.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является окуляр [3], состоящий из трех компонентов, первый из которых по ходу лучей, двухлинзовый склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, второй компонент - двояковыпуклая одиночная линза, третий - двухлинзовый склеенный, состоящий из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению.
Окуляр имеет выходной зрачок 4 мм, большое угловое поле зрения (60°).
К недостаткам следует отнести малый вынос выходного зрачка менее 0.8f', малый передний отрезок с учетом стрелки прогиба передней поверхности окуляра и качество изображения не соответствует требуемому для приборов ночного видения.
Основная задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в удалении выходного зрачка на величину не менее 1.2f' окуляра, передний отрезок не должен быть менее 0.4f' или при фокусе 22 мм не менее 8 мм от вершины первой поверхности окуляра и контраст изображения на частоте N=25 л/мм должен быть не менее 40% по всему полю.
Для решения поставленной задачи предлагается окуляр, который, как и прототип, содержит три компонента, первый из которых двухлинзовый склеенный, состоящий из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, второй - одиночная линза, третий - склеенная линза.
В отличие от прототипа вторая линза выполнена склеенной из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и двояковыпуклой положительной линзы, третья содержит отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображения, и положительную линзу.
При этом оптические силы компонентов связаны соотношениями:
1
2
0.3≤ϕ/ϕ≤0.45; 0.48≤ϕ/ϕ≤0.56;
i
где ϕ - оптическая сила всей системы, ϕ - оптическая сила i-го компонента, положительные линзы первого и второго компонентов и отрицательная линза третьего компонента выполнены из стекла с показателем преломления 1.7≤n≤1.8 и коэффициентом дисперсии 44≤ν≤52, а отрицательные линзы первого и второго компонентов - из стекла с показателем преломления 1.72≤n≤1.77 и коэффициентом дисперсии 27≤ν≤30.
Таким образом, благодаря выполнению второго компонента склеенным, а компонентов - из вышеприведенных соотношений удалось минимизировать хроматические аберрации в центре и по полю, астигматизм и кривизну, обеспечив требуемое качество изображения: контраст изображения в центре и по полю для частоты N=25 л/мм не менее 40%, при этом выходной зрачок удален на 1.2f', а передний отрезок от вершины первой поверхности окуляра - не менее 8 мм и увеличен диаметр выходного зрачка до 5 мм.
Таким образом, достигнут технический результат, заключающийся в увеличении выноса выходного зрачка до 1.2f', переднего отрезка не менее 8 мм, диаметра выходного зрачка до 5 мм при высоком качестве изображения в центре и по полю.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами, где
на фиг. 1 - представлена оптическая схема окуляра,
на фиг. 2 - представлен график поперечных аберраций,
на фиг. 3 - представлен график частотно-контрастной характеристики,
на фиг. 4 - представлен график аберраций главных лучей.
Заявляемый окуляр с удаленным выходным зрачком содержит три компонента.
Первый компонент I содержит склеенную линзу, состоящую из отрицательной двояковогнутой 1 и положительной двояковыпуклой 2 линз.
Второй компонент II состоит из дополнительно помещенного отрицательного мениска 3, обращенного вогнутостью в пространство изображения, и положительной двояковыпуклой линзы 4.
Третий компонент III содержит отрицательный мениск 5, обращенный вогнутостью в пространство изображения и положительной линзы 6.
Кроме того оптические силы компонентов связаны соотношениями:
1
2
0.3≤ϕ/ϕ≤0.45; 0.48≤ϕ/ϕ≤0.56; ,
положительные линзы первого и второго компонентов и отрицательная линза третьего компонента выполнены из стекла с показателем преломления 1.7≤n≤1.8 и коэффициентом дисперсии 44≤ν≤52, а отрицательные линзы первого и второго компонентов - из стекла с показателем преломления 1.72≤n≤1.77 и коэффициентом дисперсии 27≤ν≤30.
Предлагаемый объектив работает следующим образом.
Лучи от объекта наблюдения, проходят через первый компонент I, внося сферическую аберрацию, астигматизм и кривизну, компонент II переисправляет сферическую аберрацию, компенсируя частично астигматизм и кривизну, а компонент III строит изображение в бесконечности, компенсируя остаточные аберрации.
Благодаря указанным выше отношениям оптических сил компонентов выходной зрачок может быть удален от глазной линзы на величину не менее 1.2f'. При этом размер переднего отрезка увеличен.
Благодаря использованию предлагаемого технического решения был рассчитан окуляр с удаленным выходным зрачком на 1.2f' с фокусным расстоянием f'=22 мм, размером выходного зрачка 5 мм, передним отрезком с учетом стрелки прогиба передней поверхности окуляра более 8 мм, полем изображения 2Y'=12 мм.
Таким образом, предлагаемый окуляр имеет большие вынос выходного зрачка, переднего отрезка и размер выходного зрачка, при этом высокое качество изображения по всему полю соответствует требованиям современных приборов ночного видения.
Результаты расчета приведены в Приложении, в котором даны конструктивные параметры и оптические характеристики окуляра.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Система:
Фокусное расстояние, мм
22.36
Числовая апертура в пространстве предметов
0.4042
Диаметр выходного зрачка, мм
5.0
Диаметр предмета, мм
12.0000
Спектральные характеристики
Конструктивные параметры оптической системы
Полихроматическая Частотно-Контрастная Характеристика ЧКХ в рассчитанном окуляре по всему полю для частоты 25 л/мм не менее 40%.
Таким образом, в предлагаемом окуляре увеличены вынос выходного зрачка до 1.2f', его размер до 5 мм и передний отрезок с учетом стрелки прогиба передней поверхности окуляра при высоком качестве изображения по всему полю.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Справочник конструктора оптико-механических приборов. Под ред. В.А. Панова. Л. Машиностроение. 1980 г.
2. Бегунов М.М. Композиция оптических систем. Л. Машиностроение. 1989 г.
3. Российская Федерация, патент на изобретение №2229150, МПК G02B 25/00, 2004 г. - прототип.