ЛУПА

Предлагаемая полезная модель относится к оптическому приборостроению и может быть использована в качестве лупы.
Известна оптическая система трехлинзового окуляра, который может использоваться в качестве лупы, так как он не имеет передней фокальной плоскости внутри линз [Патент РФ №2302024, G02В 25/00, публ. 2007 г.]. Окуляр состоит из двух компонентов, первый из которых по ходу лучей - одиночная двояковыпуклая линза, второй компонент - двухлинзовый, склеенный из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, причем имеют место условия:
n<sub>1</sub>=n<sub>2</sub>;
ν<sub>1</sub>=ν<sub>2</sub>;
1,6<n1<1,63;
50<ν<sub>1</sub><59;
1,78<n<sub>3</sub><2,2;
16<ν<sub>3</sub><26,5;
1
2
3
где: n, n, n - показатели преломления материала первой, второй и третьей линз для линии е;
1
2
3
ν, ν, ν - коэффициенты дисперсии материала первой, второй и третьей линз для линии е.
Кроме того, отношение величины воздушного промежутка между первым и вторым компонентами к фокусному расстоянию всего окуляра равно 0,0241 и одиночная двояковыпуклая линза расположена на расстоянии 20,77 мм от передней фокальной плоскости при фокусном расстоянии окуляра, равном 24,92 мм, т.е. эта линза не является коллективом.
Аберрации данного окуляра, исправленного для спектрального диапазона от 480 нм до 660 нм, пересчитанного на фокусное расстояние 22,64 мм, при удалении выходного зрачка на 11,5 мм, при поле в пространстве изображений 2W′=39° и относительном отверстии 1:6,38 для длины волны е в обратном ходе лучей приведены в табл.2. Полевые аберрации данного окуляра, используемого в качестве лупы, имеют большие значения, особенно астигматические отрезки и дисторсия.
Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению является окуляр Кельнера, который можно использовать в качестве лупы [«Прикладная оптика» И.А.Турыгин, Москва, «Машиностроение», 1966 г., стр.424]. Окуляр состоит из двух компонентов, первый из которых по ходу лучей - одиночная двояковыпуклая линза, второй компонент - двухлинзовый, склеенный из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, причем имеют место равенства:
2
n=1,542136;
3
n=1,624083;
2
3
где: n, n - показатели преломления материала второй и третьей линз для линии е.
Кроме того, отношение величины радиуса первой сферической поверхности по ходу лучей второго компонента к величине радиуса третьей сферической поверхности по ходу лучей второго компонента равно по модулю 0,1889, а отношение величины воздушного промежутка между первым и вторым компонентами к фокусному расстоянию всего окуляра равно 0,7214 и одиночная двояковыпуклая линза, расположенная на расстоянии 7, 4 мм от передней фокальной плоскости при фокусном расстоянии окуляра, равном 25 мм., является коллективом.
Аберрации данного окуляра, исправленного для спектрального диапазона от 480 нм до 660 нм, пересчитанного на фокусное расстояние 22,64 мм, при удалении выходного зрачка на 11,5 мм, при поле в пространстве изображений 2W′=39° и относительном отверстии 1:6,38 для длины волны е в обратном ходе лучей приведены в табл.2. Полевые аберрации данного окуляра, используемого в качестве лупы, имеют большие значения, особенно астигматические отрезки и дисторсия. Кроме того, данный окуляр имеет недостаточную технологичность, т.к. у него отсутствуют плоские оптические поверхности.
Задачей заявляемой полезной модели является создание лупы с улучшенными эксплуатационными характеристиками.
Технический результат - повышение качества изображения.
Это достигается тем, что в лупе, содержащей два компонента, первый из которых по ходу лучей - одиночная линза, второй компонент - двухлинзовый склеенный из двояковыпуклой линзы и одиночного отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, причем, отношение величины воздушного промежутка между первым и вторым компонентами к фокусному расстоянию всей лупы более 0,35 и менее 0,9, в отличие от известного, первый компонент выполнен в виде отрицательной линзы, обращенной второй по ходу лучей, вогнутой поверхностью к изображению, отношение величины радиуса первой сферической поверхности по ходу лучей второго компонента к величине радиуса третьей сферической поверхности по ходу лучей второго компонента по модулю более 0,7 и менее 1,3, кроме того, имеют место условия:
2
1,63<n<1,9;
3
1,7<n<2,1;
2
3
где: n, n - показатели преломления материала второй и третьей линз для линии е.
Кроме того, первый компонент может быть выполнен либо в виде плосковогнутой линзы, обращенной плоскостью к предмету, либо в виде мениска.
На фиг.1 изображена оптическая схема лупы, выполненной по первому варианту исполнения, а на фиг.2 изображена оптическая схема лупы, выполненной по второму варианту исполнения.
Лупа на фиг.1 состоит из защитного стекла 1, плосковогнутой линзы 2, двухлинзового компонента, склеенного из двояковыпуклой линзы 3 и отрицательного мениска 4, обращенного выпуклостью к изображению и защитного стекла 5. Выходной зрачок расположен за лупой, причем, отношение величины воздушного промежутка между первым и вторым компонентами к фокусному расстоянию всей лупы более 0,35 и менее 0,9, кроме того, радиус первой по ходу лучей оптической поверхности первой линзы 2- положительный, а отношение величины радиуса первой сферической поверхности по ходу лучей второго компонента к величине радиуса третьей сферической поверхности по ходу лучей второго компонента по модулю более 0,7 и менее 1,3, кроме того, имеют место условия:
2
1,63<n<1,9;
3
1,7<n<2,1;
2
3
где: n, n - показатели преломления материала второй и третьей линз для линии е.
Лупа на фиг.2 состоит из защитного стекла 6, отрицательного мениска 7, обращенного вогнутостью к изображению, двухлинзового компонента, склеенного из двояковыпуклой линзы 8 и отрицательного мениска 9, обращенного выпуклостью к изображению и защитного стекла 10. Выходной зрачок расположен за лупой, причем, отношение величины воздушного промежутка между первым и вторым компонентами к фокусному расстоянию всей лупы более 0,35 и менее 0,9, кроме того, радиус первой по ходу лучей оптической поверхности первой линзы 7 - положительный, отношение величины радиуса первой сферической поверхности по ходу лучей второго компонента к величине радиуса третьей сферической поверхности по ходу лучей второго компонента по модулю более 0,7 и менее 1,3, кроме того, имеют место условия:
2
1,63<n<1,9;
3
1,7<n<2,1;
2
3
где: n, n - показатели преломления материала второй и третьей линз для линии е.
Защитные стекла в лупах могут отсутствовать.
Лупа работает следующим образом: световой поток, исходящий из плоскости предметов, находящейся в переднем фокусе лупы, проходит через лупу и изображается лупой в бесконечности, причем, выходной зрачок лупы совпадает с входным зрачком глаза наблюдателя, расположенным за лупой.
В качестве конкретного примера реализации полезной модели рассчитаны две лупы, исправленные в спектральном диапазоне от 435 нм до 660 нм с конструктивными данными, представленными в табл.1 и табл.2.
Рассчитанная лупа по первому варианту исполнения (табл.1) имеет следующие характеристики:
Фокусное расстояние лупы f′
22,64 мм
Диаметр выходного зрачка
3,55 мм
Угловое поле в пространстве изображений
39 град.
Удаление выходного зрачка, приведенное к воздуху
11,5 мм
Передний фокальный отрезок, приведенный к воздуху
4,12 мм
В предлагаемом изобретении имеют место равенства:
2
n=1,746046;
3
n=1,813767;
2
3
где: n, n - показатели преломления материала второй и третьей линз для линии е.
Кроме того, отношение величины воздушного промежутка между первым и вторым компонентами к фокусному расстоянию всей лупы равно 0,552, а отношение величины радиуса первой сферической поверхности по ходу лучей второго компонента к величине радиуса третьей сферической поверхности по ходу лучей второго компонента равно по модулю 0,94.
Рассчитанная лупа по второму варианту исполнения (табл.2) имеет следующие характеристики:
Фокусное расстояние лупы f′
21,73 мм
Диаметр выходного зрачка
3,55 мм
Угловое поле в пространстве изображений
39 град.
Удаление выходного зрачка, приведенное к воздуху
11,5 мм
Передний фокальный отрезок, приведенный к воздуху
4,44 мм
В предлагаемом изобретении имеют место равенства:
2
n=1,746046;
3
n=1,813767;
2
3
где: n, n - показатели преломления материала второй и третьей линз для линии е.
Кроме того, отношение величины воздушного промежутка между первым и вторым компонентами к фокусному расстоянию всей лупы равно 0,465, а отношение величины радиуса первой сферической поверхности по ходу лучей второго компонента к величине радиуса третьей сферической поверхности по ходу лучей второго компонента равно по модулю 1,117.
В табл.3 приведены аберрации для λ=0,54607 мкм для первого аналога, ближайшего аналога и предложенной лупы по первому и второму вариантам конкретного исполнения в обратном ходе лучей для фокусного расстояния 22,64 мм, при приведенном к воздуху удалении выходного зрачка на 11,5 мм в обратном ходе лучей.
Предложенная лупа отличается повышенной технологичностью, так как в первом варианте конкретного исполнения содержит плосковогнутую линзу.
Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создана лупа с повышенным качеством изображения, с исправленной кривизной поля зрения, исправленным хроматизмом положения и увеличения, которая может быть использована в качестве луп для рассматривания предметов на конечной дистанции, а также в качестве окуляров для телескопических систем и микроскопов.
Таблица 1
Радиусы, мм
Толщины, мм
Марка стекла
Показатель преломления n<sub>е</sub>
Коэфф. дисперсии, ν<sub>e</sub>
Световой диаметр, мм
R<sub>1</sub>=∞
15,6
d<sub>1</sub>=0,5
K8
1,518294
63,83
R<sub>2</sub>=∞
15,4
d<sub>2</sub>=3,5
1
R<sub>3</sub>=∞
12,9
d<sub>3</sub>=1,5
ЛК3
1,489118
69,87
R<sub>4</sub>=10,023
11,4
d<sub>4</sub>=12,5
1
R<sub>5</sub>=23,661
11,7
d<sub>5</sub>=4
СТК9
1,746046
50
R<sub>6</sub>=-11,014
11,4
d<sub>6</sub>=1,3
ТФ10
1,813767
25,17
R<sub>7</sub>=-25,181
11,1
d<sub>7</sub>=0,5
1
R<sub>8</sub>=∞
10,4
d8=1,5
K8
1,518294
63,83
R<sub>9</sub>=∞
9,8
Таблица 2
Радиусы, мм
Толщины, мм
Марка стекла
Показатель преломления n<sub>e</sub>
Коэфф. дисперсии, ν<sub>e</sub>
Световой диаметр, мм
R<sub>1</sub>=∞
15,6
d<sub>1</sub>=0,5
K8
1,518294
63,83
R<sub>2</sub>=∞
15,3
d<sub>2</sub>=4,0
1
R<sub>3</sub>=48,64
13,1
d<sub>3</sub>=1,0
K8
1,518294
63,83
R<sub>4</sub>=9,594
12,0
d<sub>4</sub>=10,1
1
R<sub>5</sub>=23,88
13,4
d<sub>5</sub>=8,5
СТК9
1,746046
50
R<sub>6</sub>=-9,638
12,6
d<sub>6</sub>=2,1
ТФ10
1,813767
25,17
R<sub>7</sub>=-21,38
12,4
d<sub>7</sub>=0,5
1
R<sub>8</sub>=∞
11,4
d<sub>8</sub>=1,5
K8
1,518294
63,83
R<sub>9</sub>=∞
10,7
Таблица 3
Вид аберрации
Первый аналог (не более)
Ближайший аналог (не более)
Предложенная лупа по вар. 1 (не более)
Предложенная лупа по вар. 2 (не более)
Поперечная сферическая аберрация для точки на оси при относительном отверстии 1:6,38
-0,007 мм
-0,017 мм
-0,021 мм
-0,015 мм
Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении для поля зрения 2W=39 град.
-0,034 мм
-0,093 мм
-0,031 мм
0,025 мм
Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в сагиттальном сечении для поля зрения 2W=39 град.
0,056 мм
-0,068 мм
-0,025 мм
-0,031 мм
Меридиональный астигматический отрезок Х<sub>м</sub> для поля зрения 2W=39 град.
0,189 мм
0,903 мм
0,02 мм
0,291 мм
Сагиттальный астигматический отрезок X<sub>s</sub> для поля зрения 2W-39 град.
-0,578 мм
-0,668 мм
-0,11 мм
-0,209 мм
Дисторсия для поля зрения 2W=39 град.
-5,61%
-2,97%
-1,29%
-0,85%