ОКУЛЯР
EYEPIECE

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к светосильным окулярам с вынесенным передним фокальным отрезком, и может быть использовано в наблюдательных приборах, в том числе в приборах ночного видения с формированием изображения на CCD матрице. В частности изобретение относится к объектам, имеющим кроме основного дополнительный канал, который предназначен для отображения в предметной плоскости окуляра вспомогательной информации.
Известен окуляр, содержащий три компонента, первый из которых - положительная склейка, состоящая из отрицательной и двояковыпуклой положительной линз, второй и третий - положительная и отрицательная линзы. Окуляр содержит также светоделительную призму, расположенную перед первым компонентом [RU 2155980 - прототип]. Окуляр предназначен для работы в видимой области спектра и может быть использован в устройствах с электронно-оптическим преобразователем (ЭОП).
Окуляр имеет возможность отображения вспомогательной информации в его предметной плоскости через упомянутую светоделительную призму. Для ввода вспомогательной информации (сетка, индекс или иная разметка) в дополнительный канал светоделительной призмы включено проекционное устройство, позволяющее в процессе эксплуатации изменять характер вводимой дополнительной информации, и устройство подсветки. Для того, чтобы обеспечить возможность установки светоделительной призмы, окуляр имеет увеличенный передний фокальный отрезок.
Согласно описанию изобретения к патенту RU 2155980 окуляр-прототип имеет следующие технические характеристики.
Угол поля зрения в пространстве изображения
(для основного канала)
39,8°
Передний фокальный отрезок (без призмы)
0,8 f
Диаметр входного зрачка
6 мм
Дисторсия на краю поля зрения
3,9%
Относительное отверстие
1:4,3
Вынос выходного зрачка
0,9 f
Фокусное расстояние f
26,1 мм
Угловые аберрации
не обозначены
Расход окуляра
±4 дптр
Основной недостаток прототипа состоит в том, что он имеет узкое поле зрения в дополнительном канале (всего несколько градусов) и сравнительно короткий передний отрезок, что не позволяет установить жидкокристаллический дисплей в дополнительный канал. Жидкокристаллические дисплеи в последнее время стали активно применяться в современных наблюдательных приборах.
В прототипе для вывода вспомогательной информации рекомендуется использовать проекционное устройство, для работы которого нужна подсветка, а это дополнительный набор линз, который увеличивает габариты, вес и стоимость окуляра. Указанные параметры в настоящее время имеют ключевое значение при проектировании наблюдательных приборов.
К тому же в прототипе для передачи вспомогательной информации лучи проходят от источника информации через проекционное устройство и светоделительную призму, попадают в плоскость ЭОПа, а затем проделывают обратный путь через призму в окуляр. Прохождение лучей через проекционную систему и затем дважды через призму значительно снижает эффективность прохождения света и делает невозможным применение в окуляре современных ЖК-дисплеев, яркость которых ограничена спецификацией (технологией).
Кроме того, поскольку размер пикселя в ЖК-дисплеях составляет несколько мкм (3-10 um), диагональ излучающей площадки больше 16 мм, то к окулярам, предназначенным для использования с такими дисплеями, предъявляются повышенные требования по исправлению угловых аберраций.
Задачей изобретения является создание окуляра, в дополнительный канал которого может быть установлен ЖК-дисплей, при одновременном уменьшении габаритов, веса и стоимости окуляра, и тем самым обеспечение возможности применения окуляра в современных наблюдательных приборах.
Сущность изобретения заключаются в следующем.
D
D
В окуляре, содержащем склейку, состоящую из двояковыпуклой положительной и отрицательной линз, при этом отрицательная линза выполнена из материала с коэффициентом дисперсии V не более 30, плосковыпуклую одиночную положительную линзу и светоделительную призму, установленную перед первым компонентом, указанные линзовые компоненты расположены по ходу луча в следующей последовательности: плосковыпуклая одиночная положительная линза, обращенная к пространству предметов плоской поверхностью, и затем склейка, обращенная к пространству предметов двояковыпуклой положительной линзой, а светоделительная призма выполнена в виде куб-призмы, при этом положительные линзы выполнены из материала с коэффициентом дисперсии V не менее 60, а оптические силы одиночной линзы и склеенного компонента выбираются из условий:
1
ок
φ=0,40…0,60 φ
2
ок
φ=0,40…0,60 φ,
ок
где φ - оптическая сила окуляра.
Окуляр по изобретению имеет следующие технические характеристики:
Угол поля зрения в пространстве изображения
в обоих каналах
45°
Передний фокальный отрезок (без призмы)
0,85 f
Диаметр входного зрачка
6 мм
Дисторсия на краю поля зрения
<5%
Относительное отверстие
1:4
Вынос выходного зрачка
0,85 f
Фокусное расстояние
19 мм
Угловые аберрации (для края поля)
<1 дптр
Расход окуляра
±5 дптр
Благодаря достигнутым оптическим характеристикам (широкому полю зрения и высокому качеству изображения) окуляр может работать с ЖК-дисплеем в дополнительном канале.
В предлагаемой конструкции изображение от ЖК-дисплея поступает непосредственно в окуляр через светоделительную грань куб-призмы без применения каких-либо дополнительных устройств (без проекционной системы и подсветки, применяемых в прототипе).
ЖК-дисплеи позволяют отображать в поле зрения наблюдателя большой объем зрительной информации, поэтому ЖК-дисплеи находят все более широкое применение при создании современных наблюдательных приборов.
Установить куб-призму стало возможным благодаря тому, что в заявляемом окуляре увеличен по сравнению с прототипом передний фокальный отрезок. Увеличение переднего фокального отрезка на 0,05 f увеличило диоптрийный расход окуляра (настройку на резкость) на 25%: с ±4 дптр до ±5 дпт.
Применение куб-призмы позволило увеличить угол поля зрения в дополнительном канале и сделать угол поля зрения в основном и дополнительном каналах одинаковым и равным 45°.
Предложенный окуляр имеет простую конструкцию и содержит только два компонента, первый - положительная линза, второй - склеенный, состоящий из положительной и отрицательной линз, в отличие от прототипа, содержащего дополнительно еще одну линзу.
Благодаря тому, что в предлагаемом окуляре изображение в дополнительном канале передается без использования каких-либо промежуточных устройств, значительно повысилась эффективность прохождения света и качество изображения вспомогательной информации, уменьшились габариты, вес и стоимость окуляра.
Увеличение переднего отрезка, расширение поля зрения в дополнительном канале и увеличение диоптрийного расхода позволило использовать заявляемый окуляр совместно с современными жидкокристаллическими (ЖК) дисплеями. Вывод большого объема зрительной информации, поступающей от ЖК-дисплеев в значительной степени расширяет потребительские свойства наблюдательных приборов.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 представлена оптическая схема предлагаемого окуляра,
на фиг.2 приведены графики кривизны и астигматизма,
на фиг.3 - график относительной дисторсии,
на фиг.4 - график сферических аберраций для точки на оси.
Линейное поле окуляра m=16 мм, указанное по шкале ординат на графиках фиг.2 и 3 соответствует угловому полю окуляра 45 градусов (для обоих каналов).
Величина шкалы 0,4 мм на графике фиг.2 соответствует ~1 дптр.
Все кривые представлены для длины волны 587,6 нм.
Оптическая схема предлагаемого окуляра (фиг.1) состоит из светоделительной куб-призмы 1 и двух линзовых компонентов. Первый компонент - одиночная положительная линза 2, которая обращена к пространству предметов плоской поверхностью, второй - склейка, состоящая из двояковыпуклой положительной линзы 3 и отрицательной линзы 4. Склейка 3, 4 обращена к пространству предметов двояковыпуклой положительной линзой 3. Глаз наблюдателя помещается в выходном зрачке 5.
Ниже приведена таблица конструктивных параметров компонентов окуляра.
Поверхность
Радиус кривизны
Расстояние между поверхностями
Стекло
Диаметр
Показатель преломления (Nd)
Дисперсия (Vd)
Объект
∞
1
∞
1.6
2
∞
20
1.516
64.2
20
3
∞
1.75
20
4
∞
5
1.620
60.3
22
5
-25.63
0.3
22
6
17.79
7
1.589
61.2
20
7
-21.82
2.2
1.805
25.4
20
8
-380.9
15
20
Плоскость изображения
∞
5.1
Испытания и практика работы с опытными образцами окуляра, изготовленными по данным конструктивным параметрам, подтвердили указанные технические характеристики и технический результат.
Окуляр работает следующим образом.
Световой поток от предметной плоскости А проходит через светоделительную куб-призму 1 и линзы 2-4 и попадает в глаз наблюдателя, находящийся в выходном зрачке 5 окуляра. Вспомогательная информация, поступающая от ЖК-дисплея, расположенного в плоскости Б, проходит через светоделительную куб-призму 1, линзы 2-4 и попадает в выходной зрачок 5 одновременно с основным изображением от предметной плоскости А.
Для обеспечения резкости изображения при работе с глазом обеспечена диоптрийная подвижка всем окуляром на ±5 диоптрий.