ШИРОКОУГОЛЬНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ СКРЫТОГО НАБЛЮДЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК G02B25/04 G02B23/00 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для смотровых глазков, устанавливаемых в непрозрачных стенах, окнах и дверях различной толщины.

Известно оптическое устройство, обеспечивающее относительно большой угол обзора и содержащее трубчатый корпус с присоединительным фланцем на одном конце, две линзы, расположенные внутри корпуса, разделенные трубчатым элементом, и узел для установки одной линзы осевого обзора, при этом внутри узла установлено поворотное зеркало [1] Вышеуказанное устройство предназначено для установки в стене или двери.

Однако известное устройство обладает существенными недостатками: не обеспечивает скрытности наблюдения, так как линзы осевого и радиального обзора расположены снаружи за пределами стены или двери; имеет относительно сложную конструкцию узла с линзами осевого и радиального обзора.

Наиболее близким техническим решением является оптическая система для скрытого наблюдения за объектом (глазка), состоящая из трех групп линз: объектива, оборачивающей системы и окуляра, расположенных параллельно друг другу вдоль общей оптической оси [2] Объектив состоит из двойной менисковой линзы с широким краем и двояковогнутой линзы. В оборачивающую систему входят пять одинаковых линз, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга. Третья группа, осуществляющая фокусировку изображения, состоит из плосковыпуклой линзы и окуляра.

Изображение объекта после менисковой линзы становится инверсным и попадает на линзы оборачивающей системы, корректирующие абеppацию и инвертирующие его снова, формируя окончательное изображение на плосковыпуклой линзе окуляра.

К недостаткам прототипа следует отнести то, что примененный дублет в качестве объектива представляет собой один из вариантов дисторзирующего объектива, в котором заведомо допускается большая дисторсия. Последующая система линз может несколько уменьшить дисторсию, однако это усложняет расчеты и увеличивает стоимость системы.

Кроме того, в силу больших потерь светового потока на системе линз изображение наблюдаемого объекта получается темным; вследствие малого заднего вершинного отрезка оптической системы глаз наблюдатель должен располагаться вплотную к окуляру, что небезопасно; систему из-за ее габаритов невозможно использовать в стандартных дверях; перестройка на конкретную толщину двери осуществляется пересчетом параметров компонентов оптической системы; усложнены условия наблюдения из-за неравномерности освещенности по полю.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает качественное изображение объекта наблюдения при безопасном наблюдении за ним. Конструктивное решение позволяет подгонять размеры оптической системы для дверей (стен) различной толщины без пересчета ее параметров. Система проста в изготовлении.

Все это достигается благодаря тому, что в широкоугольной оптической системе, состоящей из многолинзового объектива, оборачивающей системы и окуляра, расположенных вдоль общей оптической оси, объектив состоит из трех одинаковых одиночных плосковыпуклых линз, при этом первая и вторая линзы обращены плоскими поверхностями, а третья выпуклостью к объекту наблюдения. Последняя линза объектива и первая линза оборачивающей системы отстоят друг от друга на расстоянии, равном сумме модулей заднего вершинного фокусного расстояния объектива и переднего вершинного фокусного расстояния первой линзы оборачивающей системы. Расстояние между линзами оборачивающей системы удовлетворяет соотношению:
f_л' < d₂ < 2 f_л', где d₂ расстояние между линзами;
f_л' фокусное расстояние одной линзы объектива или оборачивающей системы.

Конструкция может быть реализована с параллельным смещением оптической оси с помощью двух зеркал. В этом случае вся оптическая система выполнена в изогнутом корпусе, состоящем из трех сопряженных под прямым углом трубчатых элементов. В первом элементе расположены фиксированно закрепленные линзы объектива и оборачивающей системы, во втором линза окуляра, в третьем защитное стекло. В местах сопряжения под углом 45^о к оптической оси установлены плоские зеркала. Первый и второй трубчатые элементы установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси, что позволяет подстраивать всю систему к дверям (стенам) различной толщины без пересчета параметров компонентов системы.

На фиг. 1 представлена принципиальная оптическая схема, показан ход лучей, формирующих изображение объекта, и зрачки системы.

Схема содержит входной зрачок 1 оптической системы, линзы 2-4 объектива, линзы 5, 6 оборачивающей системы, линзу 7 окуляра, защитное стекло 8, выходной зрачок 9.

На фиг. 2 представлена конструкция системы с параллельным смещением оптической оси с помощью двух зеркал 10 и 11, расположенных в местах сопряжения трубчатых элементов 12-14 корпуса.

Предлагаемая оптическая система для скрытого наблюдения работает следующим образом.

Входной зрачок 1, расположенный в передней фокальной плоскости объектива, образованного линзами 2-4 является одновременно апертурной диафрагмой системы. Такое расположение входного зрачка с малым диаметром (до 2 мм) обеспечивает угол поля зрения системы 90^о при небольших поперечных габаритах системы наблюдения. Таким образом, после объектива формируется телецентрический ход главных лучей, нет виньетирования, а следовательно, нет падения освещенности по полю. Малое фокусное расстояние объектива (4,76 мм) позволяет сформировать изображение объектов, расположенных перед дверью на расстоянии 1-2 м без искажения и с хорошей освещенностью.

Объектив, выполненный из трех одиночных плосковыпуклых линз 2-4, представляет собой объектив типа триплет, имеет достаточно свободных параметров, позволяющих сделать коррекцию аберраций при большом относительном отверстии (1: 2,38), а расположение плоских поверхностей двух первых линз 2 и 3 и выпуклого радиуса третьей линзы 4 к объекту наблюдения способствует получению минимальной сферической аберрации. Все три линзы одинаковы и выполнены из тяжелого стекла с показателем преломления 1,5 < n < 2. Это позволяет избежать аберраций высших порядков, так как линзы имеют малые оптические силы, а следовательно, и небольшие радиусы кривизны поверхностей. Кроме того, примененная марка стекла (тяжелый крон) позволяет использовать данную систему для ИК-области спектра с сохранением ее качеств.

В задней фокальной плоскости объектива формируется реальное перевернутое изображение объекта наблюдения и переносится в оборачивающую систему, содержащую две линзы, идентичные линзам объектива. Первая линза 5 оборачивающей системы отстоит от последней линзы 4 объектива на расстоянии, равном сумме модулей заднего вершинного фокусного расстояния объектива и переднего вершинного фокусного расстояния линзы 5.

Удаление линз 5 и 6 друг от друга вдоль оптической оси удовлетворяет соотношению:
f_л '< d₂ < 2 f_л', где d₂ расстояние между линзами;
f_л' фокусное расстояние линзы.

Такое соотношение позволяет получить необходимый отрицательный оптический интервал с целью увеличения диаметра выходного зрачка для создания более комфортных условий наблюдения.

После оборачивающей системы изображение объекта сформировано в задней фокальной плоскости линзы 6, которая совпадает с передней фокальной плоскостью линзы окуляра 7, т.е. удовлетворяется соотношением
d₃f_л'| +f_ок| где d₃ расстояние между линзами 6 и 7;
f_л '- фокусное расстояние линзы;
f_ок фокусное расстояние окуляра.

Предлагаемое построение линзовой оборачивающей системы позволяет наблюдать прямое изображение объекта с увеличением 0,12.

Фокусировка по глазу наблюдателя производится аксиальным перемещением окулярной линзы 7. Дальнее расположение выходного зрачка (110,3 мм) позволяет наблюдателю не проникать вплотную глазом к окуляру, а достаточно большой диаметр выходного зрачка (16,2 мм) наблюдать объект даже при малой его освещенности.

Предлагаемая конструкция широкоугольной оптической системы для скрытого наблюдения может быть установлена в дверях (стенах) различной толщины без пересчета параметров.

Такая система выполнена в изогнутом корпусе, состоящем из первого 12, второго 13 и третьего 14 трубчатых элементов. В первом жестко фиксированы линзы объектива и оборачивающей системы, во втором расположена линза окуляра, в третьем защитное стекло. При этом внутри корпуса в местах сопряжения трубчатых элементов под углом 45^о к оптической оси установлены плоские зеркала. Первые два трубчатых элемента выполнены с возможностью перемещения вдоль оптической оси с целью регулировки под определенную толщину двери.

Предложенная широкоугольная оптическая система для скрытого наблюдения обладает следующими техническими и эксплуатационными достоинствами: расположение входного зрачка перед передней оптической поверхностью объектива дает возможность ее маскировки в толще двери или стены, обеспечивая наблюдение через миниатюрное отверстие диаметром 1-2 мм; объектив и оборачивающая система выполнены из пяти одинаковых плосковыпуклых линз, что обеспечивает простоту изготовления системы и ее дешевизну; система позволяет получить однородность освещенности по полю благодаря отсутствию виньетирования в наклонных пучках; местоположение и диаметр выходного зрачка обеспечивают удобное и безопасное наблюдение объектов даже при слабой освещенности; конструкция универсальна для различных толщин дверей.

Использование: изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для смотровых глазков. Сущность изобретения: система состоит из объектива, оборачивающей системы и окуляра. Объектив содержит три одинаковые плосковыпуклые линзы, две из которых обращены к предмету плоской поверхностью, а третья-выпуклой. Две одинаковые линзы оборачивающей системы выполнены идентичными линзам объектива и расположены плоскими поверхностями друг к другу. При этом расстояние между последней линзой объектива и первой линзой оборачивающей системы и расстояние между линзами оборачивающей системы выбирается определенным образом. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ШИРОКОУГОЛЬНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ СКРЫТОГО НАБЛЮДЕНИЯ, состоящая из многолинзового объектива, оборачивающей системы из одинаковых линз и окуляра, расположенных вдоль оптической оси, отличающаяся тем, что объектив выполнен из трех одинаковых плоско-выпуклых линз, при этом первая и вторая линзы обращены плоскими поверхностями, а третья выпуклостью к пространству предметов, оборачивающая система содержит две плосковыпуклые линзы, идентичные линзам объектива и расположенные плоскими поверхностями одна к другой, при этом расстояние между последней линзой объектива и первой линзой оборачивающей системы равна сумме модулей заднего вершинного фокусного расстояния объектива и переднего вершинного фокусного расстояния первой линзы оборачивающей системы, а расстояние d между линзами оборачивающей системы удовлетворяет соотношению
f_л < d < 2f_л,
где f_л фокусное расстояние одной линзы объектива или оборачивающей системы. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена в изогнутом корпусе, состоящем из сопряженных под прямым углом трех трубчатых элементов, в первом из которых жестко закреплены линзы объектива и оборачивающей системы, во втором линза окуляра, в третьем защитное стекло, при этом в местах сопряжения под углом 45^o к оптической оси в корпусе установлены плоские зеркала и первые два трубчатых элемента установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси.