ГАЛИЛЕЕВСКАЯ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Российский патент 1997 года по МПК G02B23/00 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а точнее к зрительным трубам, биноклям, геодезическим приборам и другим визуальным оптическим приборам, предназначенным для измерений или наведения на объект.

Известна конструкция зрительной трубы Кеплера (Бегунов Б.Н. и др. Теория оптических систем, М. Машиностроение, 1981, с. 212-213, 227, рис. 168(а)), содержащая объектив и окуляр положительной силы, причем в передней фокальной плоскости окуляра может быть дополнительно установлена визирная сетка для измерений или наведения. Эта конструкция позволяет производить измерения объекта или наводиться на него, однако она создает перевернутое изображение объекта и не обеспечивает неподвижности изображения сетки относительно наблюдаемого объекта при смещении глаза наблюдателя относительно выходного зрачка телескопической системы.

Известна конструкция зрительной трубы Кеплера (Бегунов Б.Н. и др. Теория оптических систем, М. Машиностроение, 1981, с. 229-236, рис. 180, 182, 183), содержащая объектив и окуляр положительной силы, а также призменную или линзовую оборачивающую систему и коллектив, причем в передней фокальной плоскости окуляра может быть дополнительно установлена визирная сетка для измерений иди наведения. Эта конструкция создает прямое изображение объекта и позволяет производить измерения объекта или наводиться на него, однако она не обеспечивает неподвижности изображения сетки относительно наблюдаемого объекта при смещении глаза наблюдателя относительно выходного зрачка телескопической системы, а также обладает большими габаритами и массой.

В качестве прототипа выбрана конструкция зрительной трубы Галилея (галилеевской телескопической системы) (Бегунов Б.Н. Теория оптических систем, М. Машиностроение, 1981, с. 212-213, 228-229, рис. 168(б)), содержащая объектив положительной оптической силы и окуляр отрицательной оптической силы. Эта конструкция создает прямое изображение объекта и обладает малыми габаритами и массой, однако не позволяет производить измерения объекта или наводиться на него. Этот фактор сокращает область применения зрительной трубы Галилея.

Технической задачей изобретения является обеспечение возможности измерений или наведения на объект, наблюдаемый через телескопическую систему, обеспечение неподвижности изображения сетки относительно наблюдаемого объекта при смещении глаза наблюдателя относительно выходного зрачка телескопической системы, уменьшения габаритов и массы телескопической системы, при одновременном обеспечении прямого изображения наблюдаемого объекта.

Технический результат достигается тем, что в известной конструкции зрительной трубы Галилея, содержащей объектив положительной оптической силы и окуляр отрицательной оптической силы, в ход лучей между объективом и окуляром введен оптический компонент с сеткой, нанесенной на первой по ходу луча поверхности, причем величина воздушного промежутка между объективом и оптическим компонентом с сеткой определена из соотношения

где d₁ величина воздушного промежутка между объективом и сеткой, мм;
величина заднего фокального отрезка объектива, мм;
d₂ величина воздушного промежутка между оптическим компонентом с сеткой и окуляром, мм;
d_n толщина оптического компонента с сеткой по оптической оси телескопической системы, мм;
величина переднего фокального отрезка окуляра, мм,
а последняя по ходу луча поверхность объектива выполнена вогнутой, со светоделительным покрытием и обращена вогнутостью к сетке, а радиус ее кривизны определен из следующего соотношения:

где R радиус кривизны вогнутой поверхности со светоделительным покрытием, мм.

Использование схемы зрительной трубы Галилея в качестве базовой системы позволяет уменьшить габариты и массу телескопической системы при одновременном обеспечении прямого изображения наблюдаемого объекта, выполнение величины воздушного промежутка между объективом и сеткой в соответствии с соотношением (1) позволяет совместить заднюю фокальную плоскость объектива с передней фокальной плоскостью окуляра и получить после окуляра бесконечно удаленное изображение объекта, введение в ход лучей между объективом и окуляром оптического компонента с сеткой на поверхности, обращенной к объективу, и одновременное выполнение последней по ходу луча поверхности объектива полупрозрачной, вогнутой и обращенной вогнутостью к сетке, с радиусом кривизны, определенным из соотношения (2), позволяет отразить оптическое излучение от сетки, подсвечиваемой излучением от объекта, и сформировать в задней фокальной плоскости объектива изображение сетки, наложенное на изображение наблюдаемого объекта. В зрительной трубе Галилея и у лупы (последняя, полупрозрачная, вогнутая, обращенная вогнутостью к сетке поверхность объектива и окуляр телескопической системы образуют лупу) положение выходного зрачка определяется положением зрачка глаза наблюдателя (Бегунов Б.Н. и др. Теория оптических систем, М. Машиностроение, 1981, с. 196, 228), в котором совмещаются выходные зрачки обоих каналов, что обеспечивает неподвижность изображения сетки относительно наблюдаемого объекта при смещении глаза наблюдателя относительно выходного зрачка телескопической системы. Соотношения (1), (2) получены, исходя из следующих рассуждений: светоделительная поверхность должна пропускать излучение от объекта и одновременно отражать оптическое излучение от сетки в направлении окуляра и формировать в его передней фокальной плоскости ее изображение, совмещенное с изображением объекта, формируемым объективом телескопической системы. Таким образом полупрозрачная поверхность для сетки будет являться зеркалом и положение сетки относительно фокуса этой поверхности определится отрезком
z d₁-f,
а положение изображения относительно фокуса отрезком

где f фокусное расстояние зеркала,
причем передний и задний фокус зеркала совпадают и f=R/2. Подставляя в формулу Ньютона (zz'=ff') z и z', получаем соотношение (2). Это соотношение позволяет совместить изображение сетки с передней фокальной плоскостью окуляра. Далее необходимо совместить в передней фокальной плоскости изображение объекта, создаваемое объективом, с изображением сетки. Для этого необходимо выполнить следующее требование: , где S' удаление изображения сетки от зеркала.

На чертеже показана принципиальная оптическая схема реализации галилеевской телескопической системы, включающая объектив положительной оптической силы 1, последняя поверхность которого выполнена вогнутой, со светоделительным покрытием и обращена вогнутостью к оптическому компоненту 2, с сеткой, нанесенной на первую по ходу луча поверхность, расположенную между объективом 1 и окуляром отрицательной оптической силы 3.

С использованием чертежа получено соотношение (1), позволяющее наложить изображение сетки на изображение объекта.

Работа галилеевской телескопической системы с коллиматорной сеткой осуществляется следующим образом: оптическое излучение от объекта, попадающее в объектив 1 положительной оптической силы, частично отражается от последней поверхности объектива, выполненной вогнутой, со светоделительным покрытием, обращенной вогнутостью к оптическому компоненту 2, и образует паразитное излучение, а оставшаяся часть излучения фокусируется в передней фокальной плоскости окуляра 3 отрицательной оптической силы и одновременно подсвечивает сетку, нанесенную на первой по ходу луча поверхность оптического компонента 2, при этом последняя поверхность объектива частично пропускает излучение от сетки в направлении объекта и образует паразитное излучение, а частично отражает в направлении окуляра и создает в передней фокальной плоскости окуляра изображение сетки, наложенное на изображение объекта, создаваемое объективом и рассматриваемое с помощью окуляра, а выходные зрачки телескопической системы, формирующей изображение объекта, и системы, формирующей изображение сетки, совмещаются во входном зрачке глаза наблюдателя, чем обеспечивается неподвижность изображения сетки относительно изображения объекта при смещении глаза наблюдателя относительно выходного зрачка телескопической системы.

В качестве примера конкретной реализации галилеевской телескопической системы предлагается оптическая система, включающая в себя объектив положительной оптической силы, состоящий из двух линзовых компонентов, первый из которых выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы 1(1), а второй склеен из двух линз 1(2), 1(3), последняя поверхность второй линзы которого выполнена вогнутой, со светоделительным покрытием и обращена к оптическому компоненту 2, выполненному в виде плоскопараллельной пластинки с сеткой, нанесенной на первой по ходу излучения от объекта поверхности, расположенному между объективом и окуляром отрицательной оптической силы 3, выполненным в виде двояковогнутой линзы. Величина воздушного промежутка между объективом и плоскопараллельной пластинкой с сеткой выполнена в соответствии с соотношением (1), а радиус кривизны последней поверхности объектива определен из соотношения (2), исходя из следующих данных: ; d₂=1,86 мм; d_n= 2,0 мм; . Оптическая система галилеевской телескопической системы, предлагаемая в качестве примера конкретной реализации, обладает следующими оптическими характеристиками: видимое увеличение Г_т=3,23х, угловое поле зрения 2w= 4,6 ^o. диаметр входного зрачка D_$=20,8 мм, расчетное удаление выходного зрачка .

Совокупность всех введенных признаков позволяет утверждать, что в галилеевской телескопической системе решена задача обеспечения возможности измерений или наведения на объект, наблюдаемый через телескопическую систему, обеспечение неподвижности изображения сетки относительно наблюдаемого объекта при смещении глаза наблюдателя относительно выходного зрачка телескопической системы, уменьшение габаритов и массы телескопической системы при одновременном обеспечении прямого изображения наблюдаемого объекта.

Использование: в оптическом приборостроении, а точнее к зрительным трубам, биноклям, геодезическим приборам и другим визуальным оптическим приборам, предназначенным для измерений или наведения на объект. Сущность изобретения: заключается в том, что в галилеевской телескопической системе, содержащей объектив положительной оптической силы 1 и окуляр отрицательной оптической силы 3, между объективом 1 и окуляром 3 введен оптический компонент 2 с сеткой, нанесенной на первой по ходу луча поверхности, причем величина воздушного промежутка между объективом 1 и оптическим компонентом 2 с сеткой определена из соотношения: d₁ = d₂ - d_n - , где d₁ - величина воздушного промежутка между объективом и сеткой, мм; - величина заднего фокального отрезка объектива, мм; d₂ - величина воздушного промежутка между оптическим компонентом с сеткой и окуляром, мм; d_n - толщина оптического компонента с сеткой по оптической оси телескопической системы, мм; - величина переднего фокального отрезка окуляра, мм, а последняя по ходу луча поверхность объектива выполнена вогнутой, со светоделительным покрытием и обращена вогнутостью к сетке, а радиус ее кривизны определен из следующего соотношения: , где R - радиус кривизны вогнутой поверхности со светоделительным покрытием, мм. 1 ил.

Галилеевская телескопическая система, содержащая объектив положительной оптической силы и окуляр отрицательной силы, отличающаяся тем, что в ход лучей между объективом и окуляром введен оптический компонент с сеткой, нанесенной на первой по ходу луча поверхности, причем величина воздушного промежутка между объективом и оптическим компонентом с сеткой определена из соотношения

где d₁ величина воздушного промежутка между объективом и сеткой, мм;
величина заднего фокального отрезка объектива, мм;
d₂ величина воздушного промежутка между оптическим компонентом с сеткой и окуляром, мм;
d_n толщина оптического компонента с сеткой по оптической оси телескопической системы, мм;
величина переднего фокального отрезка окуляра, мм,
а последняя по ходу луча поверхность объектива выполнена вогнутой, со светоделительным покрытием, и обращена вогнутостью к сетке, а радиус ее кривизны определен из следующего соотношения:

где R радиус кривизны вогнутой поверхности со светоделительным покрытием, мм.