ШИРОКОУГОЛЬНЫЙ ОКУЛЯР Российский патент 1998 года по МПК G02B25/00 

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в окулярах ночных зрительных труб.

Известны конструкции окуляров, состоящие из двух компонентов, описанные, например, в выложенной заявке Японии N 63-121811 (A), кл. G 02 B 25/00, опубл. 25.05.88 г. , выложенной заявке Японии N 62-8116(A), кл. G 02 B 25/00, опубл. 16.01.87 г.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является окуляр, описанный в акцептованной заявке Японии N 63-58327 (B2), кл. G 02 B 25/00, опубл. 15.11.88 г. Он содержит два положительных компонента, представляющих собой одиночные линзы, первая из которых - двояковыпуклая, а вторая - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, вторая поверхность первого компонента и первая поверхность второго компонента выполнены асферическими. Уравнение асферической поверхности имеет вид:

где
R - радиус кривизны при вершине асферической поверхности,
K, AD, AE, AF, AG - коэффициенты уравнения,
X, Y - координаты асферической поверхности.

Указанный окуляр имеет фокусное расстояние f'=37,4 мм, недостаточный вынос выходного зрачка t' < 0,5 f', небольшое угловое поле в пространстве изображений 2ω′< 35^°.
Задачей изобретения является создание широкоугольного окуляра с выносом выходного зрачка, большим единицы, и угловым полем в пространстве изображений, большим 50 градусов, при одновременном хорошем качестве изображения по полю.

Технический результат, обусловленный указанной задачей, достигается тем, что в окуляре, содержащем две положительные линзы, первая из которых двояковыпуклая, одна из поверхностей каждой линзы выполнена асферической, в отличие от известного, вторая линза выполнена идентичной первой, первая поверхность первой линзы и вторая поверхность второй линзы выполнены асферическими, при этом имеют место следующие соотношения:


1,45 < n₁ = n₂ < 1,52,
t'/f' > 1,
где
R₁, R₄ - радиусы кривизны при вершинах асферических поверхностей вида
y² + z² + A₁x + A₂x² + A₃x³ + A₄x⁴ + A₅x⁵ = 0,
A₁, A₂, A₃, A₄, A₅ - коэффициенты в уравнении асферической поверхности.

R₂, R₃ - радиусы кривизны сферических поверхностей: второй поверхности первой линзы и первой поверхности второй линзы,
Δx_max.1, Δx_max.4 - максимальные асферичности - отклонения от сфер ближайшего радиуса по оси x для первой поверхности первого компонента и второй поверхности второго компонента,
f' - фокусное расстояние окуляра,
n₁, n₂ - показатели преломления первой и второй линз,
t' - вынос выходного зрачка.

Линзы могут быть выполнена из полимерного материала.

На фиг. 1 изображена оптическая схема окуляра, на фиг. 2 и 3 - графики аберраций окуляра.

Окуляр (фиг. 1) состоит из двух последовательно расположенных по ходу луча от предмета одинаковых двояковыпуклых линз 1 и 2. Первая поверхность линзы 1 и вторая поверхность линзы 2 выполнены асферическими, а сферическими поверхностями линзы обращены друг к другу. Оптические силы линз 1 и 2 равны между собой. Выходной зрачок расположен за линзой 2.

В качестве конкретного примера реализации изобретения рассчитан окуляр со следующими конструктивными данными:
Фокусное расстояние окуляра f' = 10,84 мм
Фокусное расстояние каждой линзы 19,226 мм
Передний фокальный отрезок S_F = 5,73 мм
Длина оптической системы
L = Σd+S_F= 13,5 + 5,73 = 19,23 = 1,77 f',
где
Σd - сумма толщин и воздушного промежутка.

В таблице приведены параметры окуляра.

В окуляре соблюдены следующие соотношения:


1,45 < n₁ = n₂ = 1,49216 < 1,52

Линзы 1 и 2 могут быть выполнены из полимерного материала, например из полиметилметакрилата ТУ 6-02-112-90.

Рассчитанный окуляр имеет следующие характеристики:
относительное отверстие 1:2,17
угловое поле в пространстве изображений 2ω′= 52^o50'
спектральный диапазон (0,486...0,546...0,656) мкм
вынос выходного зрачка t' = 12 мм
диаметр выходного зрачка 5 мм
продольная сферическая аберрация 0,074 мм
меридиональная кривизна изображения 0,207 мм
сагиттальная кривизна изображения (-0,207) мм.

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: увеличено угловое поле в пространстве изображений до 52^o50' при выносе выходного зрачка t'=1,1f' при хорошем качестве изображения по полю:
продольная сферическая аберрация 0,074 мм
меридиональная кривизна изображения 0,207 мм
сагиттальная кривизна изображения (-0,207) мм.

Изобретение используется в приборах ночного видения. Окуляр содержит две одинаковые двояковыпуклые линзы, причем первая поверхность первой линзы и вторая поверхность второй линзы выполнены асферическими, а сферическими поверхностями линзы обращены друг к другу. При этом имеют место следующие соотношения:


1,45 <n₁ = n₂ <1,52,

где R₁, R₄ - радиусы кривизны при вершинах асферических поверхностей вида y² + z² + A₁x + A₂x² + A₃x³ + A₄x⁴ + A₅x⁵ = 0; A₁, A₂, A₃, A₄, A₅ - коэффициенты в уравнении асферической поверхности, R₂, R₃ - радиусы кривизны сферических поверхностей: второй поверхности первой линзы и первой поверхности второй линзы, Δx_max1, Δx_max4 - максимальные асферичности - отклонения от сфер ближайшего радиуса по оси x для первой поверхности первой линзы и второй поверхности второй линзы, f' - фокусное расстояние окуляра, n₁, n₂ - показатели преломления первой и второй линз, t' - вынос выходного зрачка. Линзы могут быть выполнены из полимерного материала. Изобретение обеспечивает вынос выходного зрачка t' > f' при одновременном хорошем качестве изображения по полю, угловое поле в пространстве изображений больше 50^o. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Окуляр, содержащий две положительных линзы, первая из которых двояковыпуклая, одна из поверхностей каждой линзы выполнена асферической, отличающийся тем, что вторая линза выполнена идентичной первой, причем первая поверхность первой линзы и вторая поверхность второй линзы выполнены асферическими, при этом имеют место следующие соотношения:


1,45 < n₁ = n₂ < 1,52,

где R₁, R₄ - радиусы кривизны при вершинах асферических поверхностей вида
y² + z² + A₁x + A₂x² + A₃x³ + A₄x⁴ + A₅x⁵ = 0;
A₁, A₂, A₃, A₄, A₅ - коэффициенты в уравнении асферической поверхности;
R₂, R₃ - радиусы кривизны сферических поверхностей: второй поверхности первой линзы и первой поверхности второй линзы;
Δx_max1, Δx_max4- максимальные асферичности - отклонения от сфер ближайшего радиуса по оси x для первой поверхности первой линзы и второй поверхности второй линзы;
f' - фокусное расстояние окуляра;
n₁, n₂ - показатели преломления первой и второй линз;
t' - вынос выходного зрачка. 2. Объектив по п.1, отличающийся тем, что линзы выполнены из полимерного материала.