СВЕТОСИЛЬНАЯ БИНОКУЛЯРНАЯ СИСТЕМА Российский патент 2001 года по МПК G02B23/04 G02B23/18 

Изобретение относится к оптическому и оптико-электронному приборостроению и, конкретно, к наблюдательным приборам.

Известны несколько бинокулярных систем с различным построением оптических схем. Одна из них (см. патент RU 2143717 Cl, G 02 B 23/12 от 15.05.98) основана на использовании призм с полупрозрачными гранями, разводящими световой пучок на две ветви - к правому и левому окулярам. Недостатком такого рода систем являются их большая масса из-за использования объемных призм, а также потери светопропускания на светоделительной грани.

Наиболее близким техническим решением является светосильная бинокулярная система (патент РФ N 2047203 от 24.04.93 г.).

Эта оптическая система содержит входной коллимационный объектив, установленные за ним параллельно два объектива телескопических насадок, прямоугольную разделительную призму с внешними отражающими гранями и две оптические ветви, состоящие каждая из коллектива, плоского зеркала и окуляра.

К основным недостаткам данной бинокулярной системы можно отнести:
1) невозможность реализации регулировки системы по базе глаз наблюдателя и, как следствие, уменьшение поля зрения, видимого каждым глазом отдельно при крайних значениях баз наблюдателя и использование при этом краевых зон выходных зрачков, ухудшающих качество изображения;
2) увеличение массы и габаритов, связанное с необходимостью применения больших световых диаметров отдельных оптических элементов для создания избыточных по размерам, но неэффективно используемых выходных зрачков системы.

Техническая задача изобретения заключается в создании удобной для наблюдения, обладающей увеличенным полем зрения, малыми габаритами и весом, светосильной бинокулярной системы.

Для решения этой задачи предлагается бинокулярная система, содержащая коллимационный объектив, разделительную призму, две симметрично расположенные относительно оси коллимационного объектива телескопические насадки, каждая из которых содержит объектив, плоское зеркало и окуляр, отличающаяся тем, что разделительная призма выполнена в виде составной конструкции, образованной двумя прямоугольными усеченными призмами, состыкованными поверхностями сечений, причем секущие плоскости параллельны выходным граням призмы, а размер поверхности сечения вдоль оптической оси коллимационного объектива удовлетворяет следующему соотношению:

где
W₁ - угол поля зрения телескопической насадки;
n - показатель преломления материала разделительной призмы;
P - размер входного зрачка в плоскости главного сечения разделительной призмы телескопической насадки;
C - размер поверхности сечения разделительной призмы вдоль оптической оси коллимационного объектива.

Сущность изобретения состоит в том, что примененная в оптической схеме бинокулярной системы специальная составная разделительная призма обеспечивает увеличенное поле зрения системы W, получение оптимальной светосилы, возможность наблюдения полного поля зрения каждым глазом при любой межзрачковой базе глаз наблюдателя за счет создания возможности подвижки телескопических насадок в плоскости, перпендикулярной оптической оси коллимационного объектива, снижения габаритов и массы за счет радикального уменьшения световых диаметров оптических компонентов.

На фиг. 1 представлена оптическая схема светосильной бинокулярной системы, состоящей из входного коллимационного объектива 1, составной разделительной призмы 2 и двух телескопических насадок 3, оптически сопряженных с коллимационным объективом и включающих каждая объектив 4, например, образованный двумя положительными менисками 5 и 6, обращенными выпуклостями друг к другу, причем оптическая сила первого мениска составляет 0,3 - 0,6 от оптической силы всего объектива в целом, плоского зеркала 7 и окуляра 8.

Система работает следующим образом.

Световой пучок от наблюдаемого объекта проходит через входной коллимационный объектив 1, делится составной разделительной призмой 2 на две равные части, которые отклоняются ее гранями перпендикулярно оптической оси коллимационного объектива в противоположные стороны в телескопические насадки 3, в каждой из которых проходит через объектив 4, состоящий например из 2-х положительных менисков, обращенных выпуклостями друг к другу, отклоняется плоским зеркалом 7, проходит через окуляр 8 и попадает в глаз наблюдателя.

Выполнение составной разделительной призмы в предлагаемом виде (см. фиг. 1) позволяет:
реализовать увеличенное поле зрения;
обеспечить оптимальную светосилу системы;
применить поперечную подвижку телескопических насадок для регулировки окуляров по базе глаз наблюдателя.

Для обеспечения максимального угла поля зрения при обеспечении оптимальной светосилы размер C поверхности сечения составляющих прямоугольных призм вдоль оптической оси коллимационного объектива должен удовлетворять следующему соотношению:

где
W₁ - угол поля зрения телескопической насадки;
n - показатель преломления материала разделительной призмы;
P - размер входного зрачка в плоскости главного сечения разделительной призмы телескопической насадки;
C - размер поверхности сечения разделительной призмы вдоль оптической оси коллимационного объектива.

С использованием предлагаемого технического решения изготовлена светосильная бинокулярная система со следующими характеристиками:
Увеличение 12^x
Линейное поле зрения 18 мм
Размер выходного зрачка:
по вертикали 9 мм
по горизонтали 7 мм
Длина оптической системы от предметной плоскости до плоскости выходных зрачков 79,5 мм
Масса 300 г
Из графиков аббераций (фиг. 2) видно, что в предлагаемой системе по сравнению с прототипом увеличен угол поля зрения в 1,2 раза при высоком качестве изображения и оптимальной светосиле.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает создание светосильной бинокулярной системы с большим полем зрения, малым весом и габаритами.

Бинокулярная система содержит коллимационный объектив, разделительную призму и две симметрично расположенные относительно оси коллимационного объектива телескопические насадки. Каждая насадка содержит объектив, плоское зеркало и окуляр. Разделительная призма состоит из двух прямоугольных усеченных призм, состыкованных поверхностями сечений, причем секущие плоскости параллельны выходным граням призмы. Размер поверхности сечения вдоль оптической оси коллимационного объектива удовлетворяет приведенному в формуле изобретения соотношению, связывающему угол поля зрения телескопической насадки, показатель преломления материала разделительной призмы и размер входного зрачка телескопической насадки в плоскости главного сечения разделительной призмы. Обеспечивается создание удобной для наблюдения, обладающей увеличенным полем зрения, малыми габаритами и весом светосильной бинокулярной системы. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Светосильная бинокулярная система, содержащая коллимационный объектив, разделительную призму, две симметрично расположенные относительно оси коллимационного объектива телескопические насадки, каждая из которых содержит объектив, плоское зеркало и окуляр, отличающаяся тем, что разделительная призма выполнена в виде составной конструкции, образованной двумя прямоугольными усеченными призмами, состыкованными поверхностями сечений, причем секущие плоскости параллельны выходным граням призмы, а размер поверхности сечения вдоль оптической оси коллимационного объектива удовлетворяет соотношению


где W₁ - угол поля зрения телескопической насадки;
n - показатель преломления материала разделительной призмы;
P - размер входного зрачка в плоскости главного сечения разделительной призмы телескопической насадки;
C - размер поверхности сечения разделительной призмы вдоль оптической оси коллимационного объектива. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что каждый из объективов телескопических насадок выполнен из двух положительных менисков, обращенных выпуклостями друг к другу, причем оптическая сила первого мениска составляет 0,3 - 0,6 от оптической силы всего объектива в целом.