ОКУЛЯРНАЯ ШИРОКОУГОЛЬНАЯ СИСТЕМА Российский патент 2001 года по МПК G02B25/00 

Изобретение относится к области оптики и может быть использовано в зрительных трубах, телескопах, биноклях и других оптических приборах. Наибольшую эффективность использования оно имеет в микроскопах при исследовании наблюдателем плоскости промежуточного изображения, построенного предыдущей системой (объектив, тубусная линза и др.). [1].

До настоящего времени в микроскопии широко используются простейшие окуляры, например компенсационные окуляры, с внутренним расположением полевой диафрагмы (выходного зрачка). Они не обеспечивают исследование линейных и угловых полей более 15 мм и 20^o соответственно.

Вместе с тем в настоящее время при использовании широкопольных объективов имеется потребность в широкоугольных окулярных системах, обладающих независимой коррекцией, имеющих внешнее расположение полевой диафрагмы, с соблюденными требованиями по унификации и стандартизации.

Известны отечественные окуляры [2] и [3]. Они обладают всеми перечисленными недостатками, что делает невозможным их применение во вновь разрабатываемых моделях микроскопов.

Известны также окуляры [4] и [5]. Они не обеспечивают требуемого качества изображения, например остаточная кривизна достигает 2 - 3L. Известны окуляры [6] и [7], где устранены данные недостатки, однако они имеют внутреннее расположение полевой диафрагмы. Кроме того, их отличают заниженные линейные и угловые поля зрения.

Наиболее близким техническим решением к заявляемой окулярной широкоугольной системе является окуляр [8] фирмы Ниппон. Его оптическая конструкция содержит последовательно расположенные вдоль оптической оси от пространства входного зрачка первый компонент, склеенный из отрицательной менисковой, обращенной вогнутостью к пространству выходного зрачка и двояковыпуклой положительной линз, второй - в виде одиночной двояковыпуклой положительной линзы, третий компонент, склеенный из двояковыпуклой положительной и двояковогнутой отрицательной линз.

Эта окулярная система выбрана в качестве прототипа. Она имеет недостаточный уровень исправления монохроматических и хроматических аберраций внеосевых пучков. Так, остаточная кривизна составляет 3L, астигматизм 2L, хроматическая разность увеличения ХРУ = 0,6%. Конструкция не позволяет достигнуть увеличенных линейных и угловых (50 - 60^o) полей зрения. Кроме того, ее отличает уменьшенное расстояние от плоскости входного зрачка (глаза наблюдателя) до первой поверхности, что вызывает неудобства в практической работе. Перечисленные недостатки не позволяют рекомендовать данную окулярную систему для использования во вновь разрабатываемых моделях микроскопов.

Вместе с тем в современных микроскопах имеется потребность в окулярных системах, обладающих высоким уровнем аберрационной коррекции, имеющих внешнее расположение полевой диафрагмы, с соблюденными требованиями по унификации и стандартизации.

Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является улучшение аберрационной коррекции при увеличенном расстоянии выноса входного и выходного зрачков.

Для решения поставленной задачи предложена окулярная широкоугольная система, которая, как и прототип, содержит последовательно расположенные вдоль оптической оси от пространства входного зрачка первый компонент, склеенный из отрицательной и двояковыпуклой положительной линз, второй компонент, выполненный в виде одиночной положительной линзы, третий компонент, склеенный из двояковыпуклой положительной и двояковогнутой отрицательной линз. Однако в отличие от прототипа отрицательная линза первого компонента выполнена двояковогнутой, а одиночная положительная линза второго компонента выполнена в виде мениска, обращенного выпуклостью к пространству выходного зрачка с асферической второй поверхностью.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что использование отрицательной линзы первого компонента, выполненной указанным образом, позволяет увеличить расстояние выноса входного и выходного зрачка при достижении более высокого уровня коррекции хроматических аберраций.

Выполнение линзы второго компонента в виде мениска, обращенного выпуклостью к пространству выходного зрачка с асферической поверхностью, позволяет оптимально исправить монохроматические и хроматические аберрации осевого и внеосевых пучков, в частности астигматизм и кривизну, и хроматическую разность увеличений (ХРУ).

Сочетание с известным выполнением третьего компонента, склеенного из двояковыпуклой положительной и двояковогнутой отрицательной линз, в рамках единой конструкции всех перечисленных признаков позволяет осуществить решение комплексной задачи - увеличение поля зрения при высоком уровне исправления монохроматических и хроматических аберраций при увеличенном расстоянии выноса входного и выходного зрачков.

Таким образом, в заявляемой окулярной широкоугольной системе достигнут определенный технический результат. Система, разработанная по предлагаемому решению, может комплектовать современные модели микроскопов, отвечающих международным стандартам.

В настоящее время не известны окуляры, в которых поставленная задача решалась подобным образом, а качество изображения отвечало современной концепции при достаточно простой и технологичной конструкции.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная схема окулярной системы, а также "Приложением", в котором приведен аберрационный выпуск примера конкретного исполнения.

Окулярная широкоугольная система содержит последовательно расположенные вдоль оптической оси от пространства входного зрачка первый компонент 1, склеенный из двояковогнутой отрицательной и двояковыпуклой положительной линз, второй компонент 2, выполненый в виде одиночного положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству выходного зрачка с асферической второй поверхностью, и третий компонент 3, склеенный из двояковыпуклой положительной и двояковогнутой отрицательной линз.

Работает предлагаемая окулярная широкоугольная система следующим образом.

Компонент 1 пригибает широкие пучки, идущие от входного зрачка, выравнивая монохроматические и хроматические аберрации с остаточными недоисправленными кривизной, астигматизмом и дисторсией. Компонент 2 компенсирует мнохроматические аберрации, исправляя и астигматизм и дисторсию. Компонент 3, доисправляя хроматические аберрации положения и увеличения, исправляет кривизну, телецентрически сопрягает плоскости входного и выходного зрачков, обеспечивая требуемое их удаление.

В качестве примеров конкретного исполнения рассчитан окуляр с видимым увеличением F_ок = 15 (F'= 16 мм).

Из материалов, представленных в "Приложении", видно, что в полученном окуляре достигнута высокая степень аберрационной коррекции по всему полю. Так, для поля зрения 2W = 50^o, число Штреля i > 0,80, значения дисторсии не превышает 5%.

Хроматическая разность увеличений в окуляре исправлена, что исключает окрашенность полевой диафрагмы (в промежуточной плокости изображения на микроскопе).

Плоскость положения входного зрачка вынесена от основной схемы не менее чем на 14-16 мм, выходного - 7-10 мм.

В результате реализации предложенного технического решения получен окуляр, имеющий достаточно простую и технологичную конструкцию, пригодную для реализации в условиях серийного производства.

Предлагаемая конструкция позволяет увеличить угловое поле окулярной широкоугольной системы до 50-60^o. При этом возможно улучшение аберрационной коррекции, а также увеличение расстояния выноса входного и выходного зрачков.

Информационная емкость по сравнению с известными техническими решениями повышена в 2-3 раза, следовательно эффективность и производительность может быть значительно повышена.

В предлагаемой системе реализованы все стандартные требования, определяющие соответствие современным тенденциям.

Конструкция заявляемой окулярной широкоугольной системы позволяет выполнить эти требования. Она универсальна и позволяет решить задачу расчета окулярной системы, отвечающей современным требованиям.

Источники информации
1. В. Н. Чуриловский "Теория оптических системы", Л-М, Машиностроение, 1966 г.

2. Авторское свидетельство СССР N 1363116, M.кл. G 02 B 25/00, 1987 г.

3. Авторское свидетельство СССР N 1413575, М.кл. G 02 B 25/00, 1988 г.

4. Авторское свидетельство СССР N 1365021, М.кл. G 02 B 25/00, 1988 г.

5. Заявка Японии N 63-6851, М. кл. G 02 B 25/00, 1988 г.

6. Патент США N 4747675, М.кл. G 02 B 25/00, 1989 г.

7. Заявка Японии N 63-10409, М.кл. G 02 B 25/00, 1988 г.

8. Заявка Японии N 63-7363, М.кл. G 02 B 25/00, 1988 г. - прототип.

Окулярная широкоугольная система содержит последовательно расположенные вдоль оптической оси от пространства входного зрачка первый компонент, склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, второй компонент в виде одиночного положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству выходного зрачка с асферической второй поверхностью, и третий компонент, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Обеспечивается улучшение аберрационной коррекции при увеличенном расстоянии выноса входного и выходного зрачков. 1 ил.

Окулярная широкоугольная система, содержащая последовательно расположенные вдоль оптической оси от пространства входного зрачка первый компонент, склеенный из отрицательной и двояковыпуклой положительной линз, второй компонент в виде одиночной положительной линзы и третий компонент, склеенный из двояковыпуклой положительной и двояковогнутой отрицательной линз, отличающаяся тем, что отрицательная линза первого компонента выполнена двояковогнутой, а одиночная положительная линза второго компонента выполнена в виде мениска, обращенного выпуклостью к пространству выходного зрачка с асферической второй поверхностью.