ШИРОКОУГОЛЬНЫЙ ОКУЛЯР
WIDE-ANGLE EYEPIECE

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в астрономических телескопах для визуального наблюдения и фотографирования, в зрительных трубах, биноклях и других наблюдательных приборах.
Для комфортного наблюдения изображения требуются широкоугольные окуляры с большим угловым полем зрения - не менее 80°.
Известен широкоугольный окуляр ОКШ-24 АЛ5.923.598, использованный в телескопах, выпускаемых Новосибирским приборостроительным заводом, имеющий угловое поле в пространстве изображений 80°. Окуляр содержит 5 компонентов: первый - склеенные положительный и рассеивающий мениски, второй - плосковыпуклая линза, обращенная плоской поверхностью к плоскости выходного зрачка, третий - склеенные мениск и двояковыпуклая линза, четвертый - плосковыпуклая линза, пятый - двояковогнутая линза (Технические условия ТУ3-2005 АЛ5.923.631 ТУ, 2005 г.).
Указанный окуляр имеет недостаточно большое угловое поле зрения, небольшое удаление выходного зрачка, равное 12 мм (0,5 фокусного расстояния). Кроме того, для изготовления такого окуляра требуются стекла шести марок.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому - прототипом - является широкоугольный окуляр по патенту США №4747675 от 31.05.1988 г., G02B 25/00, 25/04. Широкоугольный окуляр по варианту 3 содержит пять компонентов, последовательно расположенных по оптической оси от плоскости выходного зрачка, из которых первый - положительный, выполненный из склеенных между собой двух линз, обращенный вогнутой поверхностью к плоскости входного зрачка, второй и третий компоненты - одиночные линзы, четвертый - положительный, выполненный из склеенных между собой двух линз, обращенный выпуклой поверхностью к плоскости входного зрачка, а пятый - отрицательный, выполненный из склеенных между собой двух линз, первая из которых - двояковогнутая, причем 1-я линза первого компонента, 2-я линза четвертого компонента и 2-я линза пятого компонента выполнены из тяжелого флинта одной марки, а остальные - из тяжелого крона.
В данном окуляре-прототипе первый компонент выполнен из двояковогнутой и двояковыпуклой линз и обращен вогнутой поверхностью к плоскости входного зрачка, второй и третий компоненты выполнены в виде двояковыпуклых линз, четвертый компонент выполнен из двояковыпуклой и выпукло-вогнутой линз, а вторая линза пятого компонента выполнена выпукло-вогнутой. Для изготовления линз использован тяжелый флинт с показателем преломления 1,71 и тяжелый крон двух марок. Для 1-й линзы пятого компонента использован тяжелый крон с показателем преломления 1,71, а для второго и третьего компонентов, 2-й линзы первого и 1-й линзы четвертого компонентов - тяжелый крон с показателем преломления 1,62.
Прототип также имеет недостаточно большое угловое поле зрения (80-90°) и небольшое удаление выходного зрачка, равное 0,6 фокусного расстояния. Кроме того, окуляр изготовлен из стекла трех марок, поверхности линз выпуклые или вогнутые, что представляет определенную технологическую сложность.
Задачей изобретения является создание широкоугольного окуляра, обеспечивающего получение следующих технических результатов: увеличение углового поля зрения, увеличение удаления выходного зрачка и повышение технологичности окуляра.
Указанные технические результаты достигаются следующим техническим решением окуляра. Широкоугольный окуляр, как и прототип, содержит пять оптически связанных компонентов, из которых первый от плоскости входного зрачка (в обратном ходе лучей) компонент - положительный, выполненный из склеенных между собой двух линз, обращенный вогнутой поверхностью к плоскости входного зрачка, второй и третий компоненты - одиночные линзы, четвертый - положительный, выполненный из склеенных между собой двух линз, обращенный выпуклой поверхностью к плоскости входного зрачка, а пятый - отрицательный, выполненный из склеенных между собой двух линз, первая из которых - двояковогнутая, причем 1-я линза первого компонента, 2-я линза четвертого компонента и 2-я линза пятого компонента выполнены из тяжелого флинта одной марки, а остальные - из тяжелого крона. В отличие от прототипа в предложенном окуляре первый компонент выполнен из плосковогнутой и плосковыпуклой линз, второй компонент выполнен в виде плосковыпуклой линзы, обращенной плоской поверхностью к плоскости входного зрачка, третий компонент - в виде плосковыпуклой линзы, обращенной выпуклой поверхностью к плоскости входного зрачка, четвертый компонент выполнен из плосковыпуклой и плосковогнутой линз, а вторая линза пятого компонента выполнена двояковыпуклой, причем использованы тяжелый флинт с показателем преломления не менее 1,8 и тяжелый крон одной марки с показателем преломления не менее 1,7.
В качестве примера конкретного выполнения широкоугольного окуляра рассчитан окуляр с углом поля зрения 100°. Предложенное решение иллюстрируется следующими графическими материалами.
На фиг.1 представлена оптическая схема окуляра.
<mrow><msubsup><mi>Z</mi><mi>s</mi><mo>'</mo></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>Z</mi><mi>m</mi><mo>'</mo></msubsup></mrow>
На фиг.2 приведен график астигматизма окуляра. По оси абсцисс отложены астигматические отрезки
,
(мм). По оси ординат отложен размер изображения Y′ (град).
На фиг.3 приведен график дисторсии окуляра. По оси абсцисс отложена относительная дисторсия в Δу′ в %. По оси ординат отложен размер изображения Y′ (град).
Широкоугольный окуляр (фиг.1) содержит пять оптически связанных компонентов. Первый от плоскости входного зрачка компонент 1 - положительный, склеен из плосковогнутой 6 и плосковыпуклой 7 линз и обращен вогнутой поверхностью к плоскости входного зрачка. Второй компонент 2 - плосковыпуклая линза, обращенная плоской поверхностью к плоскости входного зрачка. Третий компонент 3 - плосковыпуклая линза, обращенная выпуклой поверхностью к плоскости входного зрачка. Четвертый компонент 4 - положительный, склеен из плосковыпуклой 8 и плосковогнутой 9 линз и обращен выпуклой поверхностью к плоскости входного зрачка. Пятый компонент 5 - отрицательный, склеен из двояковогнутой 10 и двояковыпуклой 11 линз. Между компонентами 4 и 5 находится полевая диафрагма. Линзы 6, 9 и 11 выполнены из тяжелого флинта одной марки с одинаковым показателем преломления более 1,8, а остальные - из тяжелого крона одной марки с одинаковым показателем преломления более 1,7.
Окуляр имеет следующие характеристики:
- фокусное расстояние - 12,5 мм;
- относительное отверстие - 1:5;
- рабочий спектральный диапазон - 0,43-0,7 мкм;
- основная длина волны - 0,546 мкм;
- угловое поле зрения в пространстве предметов - 100°;
- максимальный световой диаметр - 47,5 мм;
- удаление входного зрачка - 10 мм.
Окуляр работает следующим образом. Излучение, идущее от каждой точки предметной плоскости, направляется компонентами 1-5 окуляра в выходной зрачок. Компоненты 1, 2 пригибают широкие пучки, идущие от входного зрачка, выравнивая монохроматические аберрации с остаточными недоисправленными кривизной, астигматизмом и дисторсией. Компоненты 3, 4 компенсируют монохроматические аберрации, исправляя астигматизм и дисторсию. Компонент 5, доисправляя хроматические аберрации положения и увеличения, исправляет кривизну, телецентрически сопрягает плоскости входного и выходного зрачков, обеспечивая требуемое их удаление.
Из графиков (фиг.2, 3) следует, что в пределах углового поля зрения 100° астигматизм окуляра не превышает 0,1 мм, а дисторсия не превышает 15%.
Увеличенное по сравнению с прототипом удаление входного зрачка до 10 мм (0,8 фокусного расстояния окуляра) позволяет наблюдателю комфортно разместить зрачок глаза в входном зрачке окуляра и рассматривать все поле зрения окуляра. Линзы окуляра изготовлены из стекла двух марок, часть поверхностей линз - плоские. По сравнению с прототипом такой окуляр проще в изготовлении.
В результате реализации предложенного технического решения получен окуляр, имеющий очень широкое угловое поле зрения - 100°, достаточно большое удаление входного зрачка - 10 мм и при этом простую технологичную конструкцию, пригодную для реализации в условиях серийного производства.
Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемое изобретение позволяет увеличить угловое поле зрения, увеличить удаление выходного зрачка и повысить технологичность окуляра.