БИОКУЛЯРНАЯ ЛУПА

Полезная модель относится к оптическому приборостроению и может быть использована в ночных устройствах наблюдения, например, в ночных приборах наблюдения механика-водителя бронетанковой техники.
Известна биокулярная лупа, содержащая оптически связанные отражательную призму для преломления оптической оси и размещенные по обе стороны от нее линзовые положительные компоненты с одиночной положительной линзой в составе каждого из них (А.с. СССР №851319, МПК G02B 25/00).
Указанная лупа имеет небольшое удаление выходного зрачка (30 мм), что неудобно для наблюдения, особенно в приборах механика-водителя бронетанковой техники, а также большое фокусное расстояние (45 мм), что ограничивает ее использование в указанных приборах из-за увеличения продольных габаритов.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой - прототипом - является биокулярная лупа перископического устройства для дневного и ночного наблюдения ТВК-1Б, выпускаемого ОАО «Швабе - Оборона и Защита», г. Новосибирск (Изделие ТВК-1Б. Руководство по эксплуатации АЛ3.803.124 РЭ, 2011 г.).
х
В изделии ТВК-1Б биокулярная лупа образует совместно с головной призмой, объективом и электронно-оптическим преобразователем ночной перископический канал, формирующий изображение с видимым увеличением, близким к 1. Биокулярная лупа имеет большой диаметр, обеспечивающий возможность одновременного наблюдения изображения двумя глазами. Это позволяет водителю более свободно располагаться по отношению к устройству наблюдения.
Биокулярная лупа содержит пять оптически связанных компонентов, из которых первый - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к плоскости предметов, второй - положительный мениск, обращенный вогнутостью к плоскости предметов, третий - отражательная призма, четвертый и пятый -положительные мениски, обращенные вогнутостью к плоскости предметов. Компоненты, размещенные перед отражательной призмой, имеют световые зоны круглой формы. Максимальный размер светового диаметра первого компонента равен 22,4 мм. Компоненты, размещенные после отражательной призмы, имеют световые зоны прямоугольной формы с длинной стороной по горизонтали. Плоскость предметов смещена относительно передней фокальной плоскости биокулярной лупы в сторону биокулярной лупы на величину 2,74 мм, что соответствует угловой расходимости в пространстве изображений (-1.75) дптр.
Указанная биокулярная лупа имеет следующие недостатки:
1. Биокулярная лупа имеет небольшое (18 мм) линейное поле зрения по горизонтали в пространстве предметов, поэтому она не может использоваться в ночных приборах наблюдения с электронно-оптическими преобразователями, имеющими больший диаметр фотокатода.
2. Биокулярная лупа имеет большую угловую расходимость лучей в пространстве изображений (-1.75) дптр., поэтому ее использование некомфортно для наблюдения, вызывает утомление глаз, что особенно актуально при использовании лупы в ночных приборах наблюдения объектов бронетехники при длительном движении.
Технические результаты, достигаемые при осуществлении полезной модели - увеличение линейного поля зрения по горизонтали биокулярной лупы в пространстве предметов и уменьшение угловой расходимости лучей в пространстве изображений.
Указанные технические результаты достигаются в следующей биокулярной лупе. Биокулярная лупа, как и прототип, содержит оптически связанные отражательную призму для преломления оптической оси и размещенные по обе стороны от нее линзовые компоненты, из которых второй по ходу луча компонент - положительный мениск, обращенный вогнутостью к плоскости предметов, а линзовые компоненты, размещенные после отражательной призмы, имеют световые зоны прямоугольной формы с длинной стороной по горизонтали. В отличие от прототипа биокулярная лупа содержит шесть компонентов, из которых три линзовых компонента размещены по ходу луча перед призмой, при этом первый и третий компоненты - положительные мениски, обращенные вогнутостью к плоскости предметов, четвертый компонент - отражательная призма, пятый - склеенная линза, состоящая из отрицательной и положительной линз, шестой - положительный мениск, обращенный вогнутостью к плоскости предметов, а линзовые компоненты, размещенные перед отражательной призмой, имеют световые зоны прямоугольной формы с длинной стороной по горизонтали, при этом, размер световой зоны по горизонтали первого компонента составляет не менее 26 мм, а плоскость предметов смещена относительно передней фокальной плоскости биокулярной лупы по направлению к биокулярной лупе на величину от 0,45 мм до 1,5 мм.
Предложенная конструкция биокулярной лупы в составе указанных шести компонентов, в которой плоскость предметов смещена относительно передней фокальной плоскости биокулярной лупы по направлению к биокулярной лупе на величину от 0,45 до 1,5 мм, обеспечивает увеличение расстояния от выходного зрачка до плоскости мнимого изображения, а, следовательно, уменьшение угловой расходимости лучей в пространстве изображений.
Выполнение первого, второго и третьего компонентов биокулярной лупы в виде положительных менисков, обращенных вогнутостью к плоскости предметов, со световыми зонами прямоугольной формы с длинной стороной по горизонтали, и увеличение размера световой зоны по горизонтали первого компонента, а, следовательно, второго и третьего компонентов, приводит к увеличению линейного поля зрения в пространстве предметов. Пятый компонент биокулярной лупы (склеенная линза) обеспечивает компенсацию хроматических аберраций по полю, вызванных увеличением поля зрения.
Пример конкретной реализации биокулярной лупы приведен на чертеже.
Биокулярная лупа содержит шесть оптически связанных компонентов: по ходу лучей первый, второй и третий компоненты - положительные мениски 1, 2, 3, обращенные вогнутостью к плоскости предметов, четвертый -отражательная призма 4, пятый - склеенная линза 5, состоящая из отрицательной линзы и положительной линзы, шестой - положительный мениск 6, обращенный вогнутостью к плоскости предметов. Все линзовые компоненты имеют световые зоны прямоугольной формы с длинной стороной по горизонтали.
В качестве примера конкретного исполнения рассчитана биокулярная лупа со следующими характеристиками:
Фокусное расстояние
41,97 мм
Линейное поле зрения в пространстве предметов
25 мм
Угловая расходимость в пространстве изображений
(-0.52) дптр.
Удаление выходного зрачка
63 мм
Диаметр выходного зрачка
68 мм
Относительное отверстие
0.62
Передний рабочий отрезок
2 мм
Биокулярная лупа рассчитана для средней базы глаз 64 мм и диаметра зрачка глаза 4 мм.
В общем случае размер световых зон по горизонтали первых трех компонентов в горизонтальной плоскости может быть не менее 26, 30 и 31 мм соответственно, а плоскость предметов может быть смещена относительно передней фокальной плоскости биокулярной лупы по направлению к биокулярной лупе на величину 0,45÷1,5 мм.
Выбор фокусных расстояний компонентов биокулярной лупы произведен экспериментально с учетом влияния параметров оптической системы на качество изображения. Расчет лупы и выбор конструктивных параметров определяется минимизацией аберраций для требуемого линейного поля зрения при таком расположении предмета, мнимое изображение которого формируется на расстоянии, эквивалентном угловой расходимости (-0.52) дптр. для глаз наблюдателя, что соответствует смещению плоскости предметов относительно передней фокальной плоскости биокулярной лупы по направлению к биокулярной лупе на 0,96 мм.
Предлагаемая биокулярная лупа имеет линейное поле зрения в пространстве предметов 25 мм, поэтому она может использоваться в ночных приборах наблюдения с различными с электронно-оптическими преобразователями, имеющими диаметр фотокатода 18 мм, 25 мм. Биокулярная лупа обеспечивает угловую расходимость лучей в пространстве изображений, равную (-0.52) дптр., что в 3 раза меньше, чем в прототипе. Такая биокулярная лупа обеспечивает более комфортное наблюдение с меньшим утомлением глаз. При этом габариты лупы практически не увеличены.
Предмет располагают вблизи передней фокальной плоскости биокулярной лупы, на расстоянии 0,96 мм от нее. Лупа строит мнимое изображение этого предмета на расстоянии 1920 мм от плоскости своего выходного зрачка. Это расстояние соответствует угловой расходимости (-0.52) дптр. для глаз наблюдателя, совмещенных с выходным зрачком биокулярной лупы, удаленным на расстояние 63 мм от последней поверхности мениска 6.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет увеличить линейное поле зрения по горизонтали в пространстве предметов и уменьшить угловую расходимость лучей в пространстве изображений биокулярной лупы.