СИСТЕМА ВВОДА ИНФОРМАЦИИ В ОКУЛЯР Российский патент 2002 года по МПК G02B23/10 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к системам ввода информации в окуляр, и может применяться в наблюдательных приборах, в которых необходимо в процессе наблюдения вводить в окуляр служебную информацию, например измеренную лазерным дальномером дальность до объекта.

Наиболее близкой по технической сущности является система ввода информации в окуляр [1] , содержащая блок индикаторов, проекционную систему, состоящую из проекционного объектива и системы сопряжения, и окуляр.

Недостатком данной системы ввода информации в окуляр является невысокое качество изображения при вводе информации на край поля зрения окуляра.

Задачей изобретения является повышение качества изображения системы ввода изображения в окуляр при вводе информации на край поля зрения за счет компенсации астигматизма окуляра.

Поставленная задача достигается тем, что в системе ввода информации в окуляр, содержащей оптически связанные блок индикаторов, проекционную систему, состоящую из проекционного объектива и системы сопряжения, и окуляр, в отличие от прототипа, в проекционную систему дополнительно введена плоскопараллельная пластина, расположенная до или после проекционного объектива и установленная с наклоном к оптической оси проекционной системы, и имеет место следующая зависимость:

0,5≤α₁≤2,
где Δt - приведенный астигматизм окуляра, α₁ - поправочный коэффициент, d - толщина плоскопараллельной пластины, n - показатель преломления материала плоскопараллельной пластины, ε - угол наклона плоскопараллельной пластины к оптической оси проекционной системы, причем при Δt>0 плоскопараллельная пластина наклонена в сагиттальном сечении проекционной системы, а при Δt<0 плоскопараллельная пластина наклонена в меридиональном сечении проекционной системы.

Системы ввода информации в окуляр применяются в наблюдательных приборах, в которых необходимо в процессе наблюдения вводить в окуляр служебную информацию, например измеренную лазерным дальномером дальность до объекта, координаты наблюдаемого объекта или другую служебную информацию. Располагать служебную информацию желательно ближе к краю поля зрения окуляра для того, чтобы она не мешала наблюдению в прибор. Известно, что при разработке окуляров полевые аберрации, такие как астигматизм и кривизна поля, трудно поддаются исправлению. Как правило, аберрации на краю поля зрения остаются недоисправленными, а их влияние компенсируют аберрациями предшествующих компонентов (объектива, линзовой оборачивающей системы). При проецировании изображения на край поля зрения окуляра существенное влияние на качество спроецированного изображения оказывает неисправленный астигматизм окуляра. Поэтому в системе ввода информации в окуляр возникает необходимость компенсации астигматизма окуляра. Если в проекционную систему установить наклонную плоскопараллельную пластину, то при надлежащем подборе толщины и угла наклона пластины можно скомпенсировать астигматизм окуляра с помощью астигматизма пластины. Параметры плоскопараллельной пластины определяются с помощью использования следующей зависимости:

0,5≤α₁≤2,
где Δt - приведенный астигматизм окуляра, α₁ - поправочный коэффициент, d - толщина плоскопараллельной пластины, n - показатель преломления материала плоскопараллельной пластины, ε - угол наклона плоскопараллельной пластины к оптической оси проекционной системы. Пластина может быть установлена или до или после проекционного объектива. При использовании выражения для определения параметров пластины приведенный астигматизм окуляра рассчитывается как разность сагиттального и меридионального отрезков в плоскости предметов, совпадающей с блоком индикаторов, сопряженной с плоскостью изображения окуляра и совпадающей с центром сходящегося пучка, в котором установлена пластина. Если астигматизм окуляра в этой плоскости положительный, то наклон пластины производится в сагиттальном сечении проекционной системы, если астигматизм окуляра отрицательный, то наклон пластины производится в меридиональном сечении проекционной системы. Поскольку наклонная плоскопараллельная пластина вносит не только астигматизм, но также сферическую аберрацию и кому, то требуется оптимизация параметров пластины с точки зрения получения оптимального качества изображения (например, требуемых значений модуляционной передаточной характеристики или функции рассеяния точки). Поправочный коэффициент 0,5≤α₁≤2 учитывает оптимизацию параметров пластины для получения оптимального качества изображения. Если значение поправочного коэффициента α₁ не попадает в указанные пределы, это указывает на недостаточное качество изображения системы.

На фиг. 1 представлена система ввода информации в окуляр с наклоном плоскопараллельной пластины в сагиттальном сечении.

На фиг.2 представлено сечение А-А фиг.1.

На фиг.3 представлен пример выполнения блока индикаторов.

На фиг.4 представлен вид поля зрения окуляра с индикацией информации от системы ввода информации в окуляр.

На фиг. 5 представлены графики модуляционной передаточной функции в обратном ходе лучей в центре поля зрения системы ввода информации в окуляр, а также идентичной системы, но без наклонной пластины.

Система ввода информации в окуляр (см. фиг.1, фиг.2) содержит оптически связанные блок индикаторов 1, состоящий из индикатора 2 и зеркала 3, проекционную систему, включающую плоскопараллельную пластину 4, проекционный объектив 5 и систему сопряжения 6, состоящую из коллектива 7 и зеркала 8, и окуляр 9. Плоскопараллельная пластина 4 может быть установлена до или после проекционного объектива 5. Угол наклона пластины 4 и ее толщина выбраны в соответствии с выражением

где Δt - астигматизм окуляра, приведенный к плоскости предметов, совпадающей с блоком индикаторов, α₁ - поправочный коэффициент, d - толщина плоскопараллельной пластины, n - показатель преломления материала плоскопараллельной пластины, ε - угол наклона плоскопараллельной пластины к оптической оси проекционной системы. При Δt>0 плоскопараллельная пластина наклонена в сагиттальном сечении проекционной системы, а при Δt<0 плоскопараллельная пластина наклонена в меридиональном сечении проекционной системы.

Проекционный объектив 5 строит изображение от блока индикаторов в передней фокальной плоскости окуляра 9. При этом проекционный объектив должен иметь такое увеличение, чтобы обеспечить требуемый масштаб изображения от блока индикаторов в фокальной плоскости окуляра. Проекционный объектив должен также быть исправлен в отношении как осевых, так и внеосевых аберраций в спектральном диапазоне излучения блока индикаторов. В качестве проекционного объектива может быть использован объектив типа триплет. Система сопряжения 6 сопрягает зрачки окуляра 9 и проекционного объектива 5, размещает изображение от блока индикаторов на заданной высоте в передней фокальной плоскости окуляра и обеспечивает пересечение оптической оси проекционной системы с центром выходного зрачка окуляра. Коллектив 7 сопрягает зрачки окуляра 9 и проекционного объектива 5 и может быть выполнен в виде одиночной линзы. Зеркало 8 установлено таким образом, чтобы изображение от блока индикаторов, построенное проекционным объективом? разместить на заданной высоте в передней фокальной плоскости окуляра, и имеет угол наклона такой, чтобы оптическая ось проекционной системы проходила через центр выходного зрачка окуляpa. Окуляр 9 должен иметь требуемое увеличение, поле зрения и диаметр выходного зрачка, а также требуемую коррекцию аберраций, чтобы обеспечить качество изображения в оптической системе, в которой он используется. Окуляр 9 выполнен из двух склеенных линз и двух одиночных линз. Блок индикаторов 1 (фиг. 3) может состоять из двух параллельных индикаторов 10 и 11, расположенных в плоскости предметов, между которыми установлен зеркальный клин 12. Индикаторы могут быть цифровыми или знакосинтезирующими. Такое выполнение блока индикаторов позволяет совместить изображения от двух отдельных индикаторов и расположить их относительно друг друга в поле зрения окуляра как показано на фиг.4.

Такое исполнение системы ввода информации в окуляр позволяет получить систему с характеристиками, указанными в таблице.

Размер матрицы индикаторов 6.8•4.7 мм. Числовая апертура системы в пространстве предметов 0.02. Астигматизм окуляра, приведенный к плоскости предметов, совпадающей с блоком индикаторов, составляет 2.65 мм. Толщина плоскопараллельной пластины d= 11.1 мм, материал плоскопараллельной пластины - стекло К8 с показателем преломления n=1.51389 на длине волны 656 нм. При угле наклона 45^o в сагиттальном сечении системы пластина обеспечивает уменьшение астигматизма системы до -0.34 мм в упомянутой плоскости. Поправочный коэффициент α₁ = 1,13. Выигрыш в качестве, который обеспечивается наклонной пластиной, иллюстрируется на фиг.5. На фиг.5 кривые 13 и 14 - графики меридиональной и сагиттальной модуляционной передаточной функции предлагаемой системы, а кривые 15 и 16 - графики меридиональной и сагиттальной модуляционной передаточной функции системы без наклонной пластины. Модуляционные передаточные функции рассчитаны в плоскости индикаторов в центре поля зрения. Из графиков видно, что применение наклонной пластины позволяет существенно улучшить сагиттальную составляющую модуляционной передаточной функции. При этом число Штреля для системы с наклонной пластиной составляет 0.72, тогда как для системы без пластины - только 0.21.

Если приведенный астигматизм окуляра Δt<0, система ввода информации в окуляр будет также содержать оптически связанные блок индикаторов 1, проекционную систему, включающую плоскопараллельную пластину 4, проекционный объектив 5 и систему сопряжения 6, состоящую из коллектива 7 и зеркала 8, и окуляр 9. При этом плоскопараллельная пластина 4 должна быть наклонена в меридиональном сечении проекционной системы.

Система ввода информации в окуляр работает следующим образом. Излучение от индикатора 2 отражается зеркалом 3, проходит через наклонную пластину 4 и фокусируется проекционным объективом 5 в плоскость предметов окуляра 9. При этом пластиной 4 вносится астигматизм, равный по абсолютной величине, но обратный по знаку астигматизму окуляра. Коллектив 7 направляет внеосевые пучки от блока индикаторов в выходной зрачок окуляра. Зеркало 8 направляет излучение в требуемую зону поля зрения окуляра. При прохождении световых пучков через окуляр астигматизм, введенный наклонной плоскопараллельной пластиной, компенсирует астигматизм окуляра, чем обеспечивается качество изображения. При использовании блока индикаторов, состоящего из двух индикаторов и зеркального клина, излучение от индикаторов 10 и 11 направляется зеркальным клином 12 в оптический тракт проекционной системы.

Источник информации
1. Leica geovid 7•42 BD. Проспект фирмы Leica.

Система ввода информации в окуляр может применяться в наблюдательных приборах, в которых необходимо в процессе наблюдения вводить в окуляр служебную информацию, например измеренную лазерным дальномером дальность до объекта. Система содержит оптически связанные блок индикаторов, проекционную систему, состоящую из проекционного объектива и системы сопряжения, и окуляр. В проекционную систему дополнительно введена плоскопараллельная пластина, расположенная до или после проекционного объектива и установленная с наклоном к оптической оси проекционной системы. Выполняется соотношение 0,5≤α₁≤2, где Δt - астигматизм окуляра, приведенный к плоскости предметов, совпадающей с блоком индикаторов, α₁ - поправочный коэффициент, d - толщина плоскопараллельной пластины, n - показатель преломления материала плоскопараллельной пластины, ε - угол наклона плоскопараллельной пластины к оптической оси проекционной системы. При Δt>0 плоскопараллельная пластина наклонена в сагиттальном сечении проекционной системы, а при Δt<0 плоскопараллельная пластина наклонена в меридиональном сечении проекционной системы. Обеспечивается повышение качества изображения системы ввода изображения в окуляр при вводе информации на край поля зрения за счет компенсации астигматизма окуляра. 5 ил. 1 табл.

Система ввода информации в окуляр, содержащая оптически связанные блок индикаторов, проекционную систему, состоящую из проекционного объектива и системы сопряжения, и окуляр, отличающаяся тем, что в проекционную систему дополнительно введена плоскопараллельная пластина, расположенная до или после проекционного объектива и установленная с наклоном к оптической оси проекционной системы, и имеет место следующая зависимость

0,5≤α₁≤2,
где Δt - астигматизм окуляра, приведенный к плоскости предметов, совпадающей с блоком индикаторов;
α₁ - поправочный коэффициент;
d - толщина плоскопараллельной пластины;
n - показатель преломления материала плоскопараллельной пластины;
ε - угол наклона плоскопараллельной пластины к оптической оси проекционной системы,
причем при Δt>0 плоскопараллельная пластина наклонена в сагиттальном сечении проекционной системы, а при Δt<0 плоскопараллельная пластина наклонена в меридиональном сечении проекционной системы.