ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1995 года по МПК G02B27/02 G02B23/18 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в телекамерах, проекционных системах и микроскопах.

Известны различные оптические приборы, содержащие блоки формирования и наблюдения изображения двумя глазами. Блок формирования изображения это объектив. Блок наблюдения изображения двумя глазами может быть выполнен либо в виде бинокуляра, либо в виде оптической системы с экраном. Бинокулярные системы применяются в основном в микроскопах (Мартин Л. Техническая оптика. М. Изд-во физико-математической литературы, 1960, с. 208; Иванова Т.А. и Кирилловский В.К. Проектирование и контроль оптики микроскопов. Л. Машиностроение, 1984, с.127). В таких конструкциях используются либо две независимые оптические системы, установленные под углом одна к другой, либо системы с общим объективом и последующим разделением пучка на две части для направления в обе ветви бинокулярного блока и наблюдения изображения в свои окуляры. В бинокулярном блоке в связи с малым диаметром выходного зрачка в каждой ветви и малым его удалением даже незначительные смещения наблюдателя в осевом или поперечном направлении приводят в диафрагмированию световых пучков, попадающих в глаз наблюдателя, вследствие чего наблюдатель вынужден длительное время и максимально близко совмещать глаза с тубусами, что приводит к напряженности работы, утомлению, падению работоспособности, увеличению габаритов.

Такие недостатки значительно устранены в экранном варианте блока наблюдения изображения, позволяющего наблюдать изображение двумя глазами и допускающего подвижки наблюдателя относительно экрана.

Известен длинномер (см. справочник Оптические приборы в машиностроении/Под ред. Заказнова Н.П. М. Машиностроение, 1974г. с.91-92, рис.1), содержащий осветитель, шкалу, объектив (блок формирования изображения) и проекционную линзу, второй объектив, коллектив и экран в виде стеклянной пластины, образующие блок наблюдения. Прибор позволяет наблюдать на экране предмет и измерять его длину.

Недостатками такого прибора являются его узкая специализация, пониженная яркость изображения на рассматриваемом экране, необходимость использования интенсивных источников в осветителях, сложность конструкции и большие габариты прибора.

Пониженная яркость изображения на экране определяется тем, что чем больше масштаб (линейное увеличение β) изображения на светорассеивающем экране, тем меньше его освещенность, а следовательно, и яркость, причем яркость обратно пропорциональна квадрату линейного увеличения (Бегунов Б.Н. и Заказнов Н.П. Теория оптических систем. М. Машиностроение, 1973). Снижение яркости изображения приводит к падению разрешающей способности и к уменьшению числа разрешаемых деталей. Для обеспечения нормального разрешения глаза необходимо использовать более мощные источники света, применять светозащитные козырьки и шторки.

Увеличение габаритов прибора определяется тем, что при проектировании действительного изображения на экран с линейным увеличением β расстояние между предметной плоскостью проекционной системы и экраном l ≈ 2f' + f'β f^'(2+β), где f' фокусное расстояние проекционной системы, т.е. в несколько раз превышает фокусное расстояние проекционной системы. Следует отметить также, что наблюдатель располагается от экрана на расстоянии не меньше 250 мм, что также увеличивает общие габариты системы прибор наблюдатель, так как расстояние наблюдателя от предметной плоскости проекционной системы составит L_н ≈ f'(2+ β ) + 250 (мм). Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является конструкция измерительного микроскопа (справочник Оптические приборы в машиностроении /Под ред. Н.П.Заказнова. М. Машиностроение, 1974, с.87-88), содержащая блок формирования изображения: осветитель, предметный стол, объектив; и блок наблюдения, содержащий сетку, проекционные линзы, расположенные на определенном расстоянии от сетки, на которой формируется изображение предмета, и экран в виде стеклянной пластины. Предмет устанавливается на предметном столе и наблюдается на экране, при этом измеряются его размеры.

Недостатки микроскопа следующие: наличие экрана определяет пониженную яркость изображения предмета при наблюдении его на экране двумя глазами, увеличенные габариты, сложность конструкции.

Как и в описанном выше техническом решении, снижение яркости изображения приводит к падению разрешающей способности зрения и требует использования более мощных источников света и применения светозащитных устройств. Проектирование изображения на экран с большим увеличением приводит к существенному росту габаритов устройства. Кроме того, матированная стеклянная поверхность имеет разрешение порядка 60 л/мм, что может оказаться недостаточным.

Целью изобретения является повышение яркости изображения и уменьшение габаритов при обеспечении высокой разрешающей способности.

Поставленная цель достигается тем, что в оптическом устройстве, содержащем блоки формирования и наблюдения изображения, блок наблюдения изображения выполнен в виде оптически сопряженных лавсановой пленки, размещенной между защитными стеклами, и биокуляра, установленного на расстоянии от лавсановой пленки меньше фокусного расстояния, причем лавсановая пленка выполнена по крайней мере с одной матированной поверхностью, размещенной в плоскости изображения блока его формирования.

На чертеже изображено предлагаемое оптическое устройство.

Оптическое устройство содержит блок формирования изображения, выполненный в виде объектива 1, корпус 2 и блок наблюдения изображения, выполненный в виде оптического узла, включающего оправу 3, лавсановую пленку 4, имеющую по крайней мере одну матированную поверхность, размещенную между защитными стеклами 5, и оптически сопряженный с пленкой 4 биокуляр 6, установленный от нее на расстоянии, меньшем его фокусного расстояния. Матированная поверхность пленки 4 оптического узла блока наблюдения изображения размещена в плоскости изображения блока формирования изображения.

Оптическое устройство работает следующим образом.

Объектив 1 формирует изображение предмета (объекта) на матированной поверхности лавсановой пленки 4. Это изображение рассматривается через биокуляр 6 двумя глазами с увеличением, причем поскольку биокуляр 6 формирует мнимо изображение, отнесенное в сторону объектива 1, габариты прибора существенно сокращаются, а наблюдатель может вплотную приблизиться к биокуляру 6, что сокращает габариты системы прибор наблюдатель по сравнению с прототипом. Размещение биокуляра 6 на расстоянии, меньшем его фокусного расстояния, от изображения, расположенного на лавсановой пленке, позволяет получить мнимое, увеличенное в β_б раз ( β_б- линейное увеличение биокуляра) изображение, что является необходимым условием достижения цели изобретения повышения яркости и сокращения габаритов. Так, расстояние от предметной плоскости биокуляра до наблюдателя при описанной конструкции не превышает двойного фокусного расстояния биокуляра, что при увеличении 5^х ≈100-120 мм; тогда как в прототипе при увеличении изображения на экране, равном 5^х, это расстояние составит 7f' + 250 мм.

Яркость наблюдаемого через биокуляр изображения увеличивается по сравнению с яркостью на экране в (F_б² τ_б) раз, где F_б видимое увеличение биокуляра; τ_б коэффициент пропускания биокуляра; поскольку для достижения того же суммарного видимого увеличения устройства масштаб изображения на лавсановой пленке в F_б раз меньше, чем на экране, а следовательно, его яркость в F_б² раз выше, а при наблюдении через биокуляр яркость уменьшается пропорционально τ_б. Повышение яркости изображения, наблюдаемого двумя глазами, обеспечивает глазу возможность полностью реализовать разрешающую способность зрения, а следовательно, обеспечить высокую разрешающую способность системы прибор оператор. При этом разрешающая способность матированной лавсановой пленки существенно выше (порядка 100 лин/мин), чем матированного стеклянного экрана.

Использование предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом позволяет повысить яркость изображения предмета при наблюдении его двумя глазами и уменьшить габариты устройства при обеспечении высокой разрешающей способности благодаря тому, что блок наблюдения изображения выполнен в виде оптического узла, включающего лавсановую пленку, имеющую по крайней мере одну матированную поверхность, размещенную между защитными стеклами, и оптически сопряженный с нею биокуляр, установленный на расстоянии от пленки, меньшем его фокусного расстояния, т.к. изображение предмета на пленке является уменьшенным в (F_б) раз, а использование биокуляра позволяет компенсировать его уменьшенное увеличение; благодаря тому, что матированная поверхность лавсановой пленки оптического узла блока наблюдения изображения размещена в плоскости изображения блока его формирования, так как в данном случае уменьшены аберрации системы и наиболее четко проявляется изображение предмета.

Кроме того, разрешение системы с лавсановой пленкой в 1,5 раза выше, чем на стеклянной матированной пластине. При использовании биокуляра с увеличением 5^х яркость была повышена в 20 раз. Оптическое устройство технологично, несложно в изготовлении, доступно как крупным, так и мелким предприятиям, промышленно применимо.

Использование: в оптическом приборостроении, позволяет повысить яркость изображения предмета при наблюдении его двумя глазами и уменьшить габариты при обеспечении высокой разрешающей способности. Сущность изобретения: устройство содержит объектив 1 - блок формирования изображения, блок наблюдения изображения, включающий лавсановую пленку 4, имеющую по крайней мере одну матированную поверхность и установленную в плоскости изображения предмета, и оптически сопряженный с пленкой биокуляр 6, установленный от пленки 4 на расстоянии, меньшем его фокусного расстояния. Объектив 1 формирует изображение предмета на матированной поверхности лавсановой пленки 4. Через биокуляр 6 это изображение рассматривают двумя глазами. 1 ил.

ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее блоки формирования и наблюдения изображения, отличающееся тем, что в нем блок наблюдения изображения выполнен в виде оптически сопряженных лавсановой пленки, размещенной между защитными стеклами, и биокуляра, установленного на расстоянии от лавсановой пленки меньше фокусного расстояния биокуляра, причем лавсановая пленка выполнена с по крайней мере одной матированной поверхностью, размещенной в плоскости изображения блока его формирования.