ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА БИНОКЛЯ СО СТАБИЛИЗАЦИЕЙ ИЗОБРАЖЕНИЯ

Оптическая система бинокля со стабилизацией изображения
Полезная модель относится к области оптического приборостроения, а именно к бинокулярным системам большого увеличения со стабилизацией изображения наблюдаемых объектов, и может быть использована при создании таких наблюдательных приборов, как бинокли и зрительные трубы.
Известен бинокль стабилизированный серии БСМ [БСМ, 2000, Загорский оптико-механический завод, ТУ 4471-016-07516244-2000], который предназначен для наблюдения за удаленными предметами и объектами при включенной и отключенной системе стабилизации изображения. Оптическая система каждого канала данного наблюдательного прибора содержит установленные по ходу лучей однокомпонентный объектив, состоящий из двух склеенных линз - положительной двояковыпуклой линзы и отрицательного вогнутого мениска, обращенного вогнутостью к предмету, двухпризменный блок оборачивающей системы, ромб-призму, полевую диафрагму, трехкомпонентный окуляр, в состав которого входят первая двояковыпуклая линза, склеенные между собой второй отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, и третья положительная двояковыпуклая линза, четвертая плоско-выпуклая линза, обращенная выпуклостью к предмету. Бинокль стабилизированный серии БСМ обладает следующими техническими характеристиками:
X
- увеличение бинокля Г=20;
- угловое поле зрения в пространстве предметов 2ω=3,15°;
об
- заднее фокусное расстояние объектива на длине волны λ=546 нм ƒ'=245,35 мм;
зр
- относительное отверстие объектива D/ƒ=1:4,9;
- выходной зрачок удален от последней поверхности окуляра на расстояние 11,06 мм и имеет диаметр 2,0 мм;
- предел разрешения в центре углового поля 4,5'';
- перемещение окуляра на 1 дптр 0,16 мм;
- коэффициент направленного светопропускания не менее 75%.
Оптическая система бинокля со стабилизацией изображения БСМ, обеспечивающая указанные выше характеристики, обладает продольным размером, равным L=228,73 мм, что обуславливает большие габариты и массу ручного наблюдательного прибора, используемого на подвижном основании. Кроме того, в данном приборе отсутствуют средства оценки дальности до наблюдаемых предметов.
Задачей полезной модели является создание оптической системы бинокля большого увеличения со стабилизацией изображения, не отличающегося по своим техническим характеристикам от прототипа серии БСМ, но обладающего уменьшенными массогабаритными параметрами.
Техническим решением поставленной задачи является оптическая система бинокля со стабилизацией изображения, каждый оптический канал которой содержит установленные по ходу лучей трехкомпонентный объектив, первый компонент которого выполнен в виде склеенных между собой положительной двояковыпуклой линзы и отрицательного вогнутого мениска, обращенного вогнутостью к предмету, второй и третий компоненты - в виде одиночных положительной и отрицательной линз, двухпризменный блок оборачивающей системы, состоящий из призмы с крышей и двумя отражающими поверхностями ВкР - 45° и призмы с двумя отражениями БУ - 45°, ромб-призму с двумя отражениями БС - 0°, трехкомпонентный окуляр, включающий в свой состав первую двояковыпуклую линзу, склеенные между собой второй отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, и третью положительную двояковыпуклую линзу, четвертую плоско-выпуклую линзу, обращенная выпуклостью к предмету, причем в одном из оптических каналов между ромб-призмой и окуляром установлена полевая диафрагма.
Технический результат обусловлен отличительными особенностями оптической системы бинокля со стабилизацией изображения, к которым относятся:
1. состав объектива, который содержит, помимо первого компонента - склеенной линзы, состоящей из первой положительной двояковыпуклой линзы и обращенного вогнутой поверхностью к предмету второго отрицательного вогнутого мениска, расположенные последовательно по ходу распространения лучей вдоль оптической оси:
а. второй компонент в виде третьего положительного выпуклого мениска, обращенного выпуклой поверхностью к предмету;
б. третий компонент в виде четвертого отрицательного вогнутого мениска, обращенного выпуклой поверхностью к предмету;
С
С
2. материал линз объектива - все линзы изготовлены из различных марок стекла, причем коэффициент дисперсии ν первой, третьей и четвертой линз объектива удовлетворяет условию 50<ν<70, что в 1,5÷2 раза меньше коэффициента дисперсии материала второй линзы;
3. фокусные расстояния объектива и линз объектива находятся в следующих соотношениях:
скл
ƒ'=(0,4÷1,6)ƒ',
1
ƒ'=(0,4÷0,5)ƒ',
2
ƒ'=-(0,55÷0,65)ƒ',
3
ƒ'=(0,85÷0,95)ƒ',
4
ƒ'=-(0,7÷0,8)ƒ',
скл
1
2
3
4
где ƒ', ƒ', ƒ', ƒ', ƒ', ƒ' - фокусные расстояния объектива, склеенной линзы, первой положительной двояковыпуклой линзы, второго отрицательного мениска, третьего положительного мениска и четвертого отрицательного мениска соответственно;
1об
2об
4. расстояние между первым и вторым компонентами объектива бинокля со стабилизацией изображения составляет L=(0,009÷0,011)ƒ', а расстояние между первым и третьим компонентами - L=(0,2÷0,3)ƒ';
пос
5. расстояние между третьим компонентом объектива и призменной оборачивающей системой - L=(0,07÷0,09)ƒ';
6. абсолютная величина оптической силы второго компонента объектива превышает оптическую силу объектива в 1,05÷1,15 раза, а абсолютная величина оптической силы третьего компонента объектива превышает оптическую силу объектива в 1,20÷1,35 раза;
св1
об
7. световой диаметр D первой линзы объектива и общая длина объектива L находятся в соотношении:
об
вс1
1,35<L/D<1,5.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена оптическая схема бинокля со стабилизацией изображения. В состав предложенной оптической системы бинокля со стабилизацией изображения входят:
1. объектив 1 - четырехлинзовая конструкция, состоящая из положительной двояковыпуклой линзы 5, склеенной с отрицательным мениском 6, одиночных положительного мениска 7 и отрицательного мениска 8. Причем выпуклые поверхности большего радиуса двояковыпуклой линзы 5, положительного мениска 7 и отрицательно мениска 8, а также вогнутая поверхность отрицательного мениска 6 обращены к предмету;
2. блок призменной оборачивающей системы 2, состоящий из двух отражательных призм 9, 10;
3. ромб-призма 11 призменной системы 3, служащей для раздвижки окуляров в соответствии с межзрачковым расстоянием наблюдателя;
4. дальномерная сетка 12, установленная в одном из оптических каналов бинокля, и полевая диафрагма 17, установленная в другом оптическом канале бинокля;
5. окуляр 4, конструкция которого включает в себя двояковыпуклую линзу 13, склеенный компонент, состоящий их отрицательного мениска 14 и двояковыпуклой линзы 15, и одиночную положительную плоско-выпуклую линзу 16;
6. выходной зрачок 18, где располагается глаз наблюдателя.
Максимальный продольный размер оптической системы бинокля со стабилизацией изображения по оптической оси составляет L=184,46 мм.
Принцип действия оптической системы бинокля со стабилизацией изображения состоит в следующем. Световой поток из окружающего пространства проходит последовательно через объектив 1, блок призменной оборачивающей системы 2, ромб-призму 11 призменной системы 3 и фокусируется в плоскости изображения, где установлены дальномерная сетка 12 и полевая диафрагма 17. Полученное изображение передается через окуляр 4 и выходной зрачок 18 наблюдателю.
Ввод в конструкцию объектива 1 положительного мениска 7 и отрицательного мениска 8, выбор оптических сил и материалов вновь введенных линз обеспечивает сокращение продольного размера оптической системы бинокля со стабилизацией изображения, а также компенсацию продольного хроматизма объектива 1.
Призменная оборачивающая система 2 в бинокле со стабилизацией изображения установлена с возможность поворота вокруг двух взаимно перпендикулярных осей, лежащих в перпендикулярной оптической оси бинокля плоскости, что позволяет сохранять положение визирной оси бинокля, используемого в режиме стабилизации находящимся на подвижном основании наблюдателем.
Призменная система 3, которая состоит из двух отражательных ромб-призм 11, установленных по ходу лучей после блоков призменной оборачивающей системы 2, обеспечена возможностью совместно с дальномерной сеткой 12/полевой диафрагмой 17 и окулярами 4 поворачиваться вокруг оси, параллельной оптической оси бинокля, что позволяет регулировать расстояние между выходными зрачками 18 в соответствии с межзрачковым расстоянием наблюдателя.
1. конструктивные параметры, приведенные в таблице:
2. продольный размер оптической системы бинокля со стабилизацией изображения L=184,46 мм;
3. оптические характеристики бинокля со стабилизацией изображения:
Х
- увеличение бинокля Г=20;
- угловое поле зрения в пространстве предметов 2ω=3,4°;
об
- заднее фокусное расстояние объектива на длине волны λ=546 нм ƒ'=240,5 мм;
зр
- относительное отверстие объектива D/ƒ=1:4,8;
- выходной зрачок удален от последней поверхности окуляра на расстояние 10,5 мм и имеет диаметр 2,6 мм;
- предел разрешения в центре углового поля 4,5'';
- перемещение окуляра на 1 дптр 0,16 мм;
- коэффициент направленного светопропускания не менее 75%.
Техническим результатом реализации предлагаемой полезной модели является оптическая система бинокля со стабилизацией изображения, обеспечивающая оптические характеристики бинокля, идентичные оптическим параметрам прототипа, но отличающаяся от прототипа уменьшенным на 20% продольным размером. Сокращение продольного размера оптической системы обуславливает уменьшение длины наблюдательного прибора, и, как следствие, уменьшение его массы за счет сокращения длины корпуса бинокля. Причем суммарная масса четырех введенных в конструкцию объективов линз не существенна по сравнению с массой бинокля, сокращенной за счет уменьшения продольного размера оптической системы.
Конструктивные параметры предложенного технического решения реализованы в серийно выпускаемых биноклях со стабилизацией изображения. Приведенные выше технические характеристики оптической системы выпускаемого бинокля полностью удовлетворяют функциональным требованиям и назначению таких наблюдательных приборов, как бинокли.