Светосильный окуляр с удаленным выходным зрачком
FAST EYEPIECE WITH REMOTE EXIT PUPIL

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в приборах наблюдения, например, в зрительных трубках, или в оптических прицелах.
Известен окуляр с вынесенным выходным зрачком по патенту Республики Беларусь №6216 от 23.11.2001 г. Окуляр состоит из трех компонентов, первый по ходу луча компонент представляет положительную двояковыпуклую линзу. Второй компонент выполнен в виде линзы, склеенной из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, выпуклая поверхность которого обращена к пространству изображений. Третий компонент выполнен в виде положительной двухсклеенной линзы, содержащей двояковыпуклую и двояковогнутую линзы.
При фокусном расстоянии 30 мм указанный окуляр имеет недостаточные удаление выходного зрачка 32 мм и диаметр выходного зрачка 5 мм, а также небольшое относительное отверстие 1:6. Кроме того, данный окуляр, пересчитанный на фокусное расстояние 24,958 мм, как у заявляемого окуляра, имеет недостаточное качество изображения, т.к. все аберрации, за исключением хроматических, исправлены неудовлетворительно.
1
2
3
i
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому - прототипом - является окуляр с удаленным выходным зрачком по патенту РФ №191915 от 15.05.2019 г. Окуляр содержит три компонента, первый из которых состоит из склеенных отрицательной двояковогнутой и положительной двояковыпуклой линз, второй компонент содержит положительную двояковыпуклую линзу, третий - склеенный из двух линз, отличающийся тем, что во втором компоненте дополнительно размещен отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображения, склеенный с положительной двояковыпуклой линзой, а третий склеенный компонент выполнен из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и положительной линзы. Положительные линзы первого и второго компонентов и отрицательная линза третьего компонента выполнены из стекла с показателем преломления 1,7≤n≤1,8 и коэффициентом дисперсии 44≤ν≤52, а отрицательные линзы первого и второго компонентов - из стекла с показателем преломления 1,72≤n≤1,77 и коэффициентом дисперсии 27≤ν≤30. Выполняются следующие условия: 0,3≤φ/φ≤0,45; 0,48≤φ/φ≤0,56; |0,17|≤φ/φ≤|0,27|, где φ - оптическая сила всей системы, φ - оптическая сила i-го компонента.
Указанный окуляр имеет небольшое удаление выходного зрачка, что может привести к травмированию глаза при стрельбе с использованием прицела с таким окуляром. Отношение удаления выходного зрачка к фокусному расстоянию окуляра составляет 1,2f', при фокусном расстоянии 22,36 мм удаление выходного зрачка равно 26,83 мм.
Кроме того, окуляр имеет небольшое относительное отверстие 1:4,5, а также недостаточное качество изображения. Согласно приведенному в описании примеру рассчитанного окуляра его полихроматическая частотно-контрастная характеристика по всему полю для частоты 25 л/мм может составлять всего 40%. Кроме того, окуляр имеет сложную конструкцию, т.к. содержит 6 линз.
Пересчет окуляра на фокусное расстояние 24,958 мм показал, что имеет место резкое падение качества изображения как для точки на оси, так и по всему полю зрения. При относительном отверстии 1:3,6 окуляр обладает недостаточным качеством изображения.
Техническая проблема заключается в получении следующего технического результата: увеличение удаления выходного зрачка, увеличение относительного отверстия, повышение качества изображения и упрощение конструкции окуляра.
1
2
3
1
2
3
Указанный технический результат достигается в предлагаемом окуляре. Окуляр, как и прототип, содержит три оптически связанных компонента, первый из которых состоит из склеенных отрицательной двояковогнутой и положительной двояковыпуклой линз, а третий - из склеенных отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и положительной линзы. В отличие от прототипа второй компонент выполнен в виде положительной линзы, все положительные линзы выполнены из стекла с показателем преломления (n) 1,45≤n≤1,55 и коэффициентом дисперсии (ν) 65≤ν≤75, отрицательная линза первого компонента выполнена из стекла с показателем преломления 1,75≤n≤1,91 и коэффициентом дисперсии 23≤ν≤26, а отрицательная линза третьего компонента - из стекла с показателем преломления 1,55≤n≤1,65 и коэффициентом дисперсии 35≤ν≤40, при этом выполняются следующие соотношения: 1,85≤φ/φ≤1,95; 2,3≤φ/φ≤2,4; |0,95|≤φ/φ≤|1,15|, где: φ - оптическая сила окуляра, φ, φ, φ - оптические силы соответственно первого, второго и третьего компонентов.
Второй компонент может быть выполнен в виде двояковыпуклой или плосковыпуклой линзы. Положительные линзы второго и третьего компонентов могут быть двояковыпуклыми или плосковыпуклыми.
Пример конкретной реализации окуляра показан на чертежах.
На фиг. 1 приведена оптическая схема окуляра.
На фиг. 2 приведен график дисторсии.
λ0
λ1
λ2
На фиг. 3 приведены графики поперечных сферической аберрации для основной длины волны 546 нм (δY') и хроматической аберрации положения для длин волн 480 нм (δY') и для 643,8 нм (δY').
На фиг. 4 приведены графики кривизны в меридианальной (Z'm) и саггитальной (Z's) плоскостях.
λ2-λ1
На фиг. 5 приведен график хроматизма увеличения для разности длин волн 480 нм и 643,8 нм (δY').
Окуляр (фиг. 1) содержит три оптически связанных компонента. Первый по ходу луча компонент состоит из склеенных отрицательной двояковогнутой линзы 1 и положительной двояковыпуклой линзы 2, второй компонент выполнен в виде положительной плоско-выпуклой линзы 3, третий компонент - состоит из склеенных отрицательного мениска 4, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и положительной двояковыпуклой линзы 5.
Окуляр работает следующим образом. Расходящиеся пучки лучей, исходящие из точек предмета, преломляются всеми компонентами окуляра, преобразуются в параллельные пучки и строят изображение предмета. Лучи от объекта наблюдения проходят через первый компонент, внося положительные сферическую аберрацию, астигматизм и кривизну. Второй компонент их частично компенсирует, а третий компонент строит изображение в бесконечности, компенсируя остаточные аберрации.
В качестве конкретного примера реализации изобретения рассчитан окуляр с конструктивными параметрами, приведенными в таблице 1.
1
2
3
Из таблицы следует, что в рассчитанном окуляре φ/φ=1,9; φ/φ=2,35; φ/φ=|0,98|. Эти соотношения, а также показатели преломления и коэффициенты дисперсии указанных стекол линз находятся в заявленных диапазонах.
Оптические характеристики окуляра:
Фокусное расстояние
24,96 мм
Угловое поле зрения
21°
Спектральный диапазон
480-643,8 нм
Удаление выходного зрачка
60 мм
Диаметр выходного зрачка
7 мм
Относительное отверстие
1:3,6.
В данном окуляре по сравнению с прототипом при фокусном расстоянии 24,96 мм удаление выходного зрачка увеличено в 2,2 раза, а относительное отверстие - в 1,25 раза. Высокое качество изображения окуляра продемонстрировано графиками на фиг. 2-5.
Дисторсия (фиг. 2) для угла поля зрения 21° составляет менее 1%. Остаточные аберрации окуляра в обратном ходе лучей для точки на оси при относительном отверстии 1:3,6 составляют: продольная сферическая аберрация - не более 0,08 мм, поперечная сферическая аберрация - не более 0,01 мм, поперечный хроматизм положения- не более 0,01 мм. Для углового поля зрения 21° меридиональный астигматический отрезок (Z'm) составляет не более 1,1 мм, саггитальныйй астигматический отрезок (Z's)- не более 0,28 мм, а хроматическая аберрация увеличения - не более 0,007 мм.
Из приведенных графиков (фиг. 2, 3, 4, 5) следует, что в предлагаемом окуляре значительно исправлены аберрации и получено высокое качество изображения.
1
2
3
Указанные технические результаты достигаются при показателях преломления и коэффициентах дисперсии стекла линзы 1 в диапазонах 1,75≤n≤1,91 и 23≤ν≤26, линз 2, 3 и 5 - в диапазонах 1,45≤n≤1,55 и 65≤ν≤75, линзы 4 - в диапазонах 1,55≤n≤1,65 и 35≤ν≤40, а также при выполнении заявленных соотношений оптических сил: 1,85≤φ/φ≤1,95; 2,3≤φ/φ≤2,4; |0,95|≤φ/φ≤|1,15|.
Таким образом, по сравнению с прототипом, в предлагаемом окуляре, имеющем более простую конструкцию, увеличены удаление выходного зрачка до 60 мм и относительное отверстие до 1:3,6 и повышено качество изображения.