ШИРОКОУГОЛЬНЫЙ ОКУЛЯР Российский патент 2016 года по МПК G02B25/04 

Изобретение относится к оптике и может использоваться для визуальных наблюдений в телескопах, работающих в режиме кометоискателей и астрономических бинокулярах с увеличенным угловым полем зрения в области глаза наблюдателя (2ω=60°-65°).

Известны три типа пятилинзовых схем широкоугольных окуляров Эрфле, имеющих угловое поле зрения 2ω=60-65°, состоящих из трех оптических компонентов (Слюсарев Г.Г. Расчет оптических систем. Л.: Машиностроение, 1975. 639 с.). Однако не все они обеспечивают необходимое удобство наблюдений и надлежащее качество изображения на краю поля зрения.

Ближайшим к предлагаемому изобретению является пятилинзовый окуляр, состоящий из трех оптических компонентов (патент на изобретение US №1478704, дата приоритета 25.12.1923 г.). Главным достоинством известного окуляра является большой вынос выходного зрачка, составляющий 0,7-0,75f′, где f′ - фокусное расстояние. Первый и последний по ходу луча (от плоскости изображений до выходного зрачка) компоненты окуляра выполнены в виде двух склеенных линз, а центральный компонент - в виде двояковыпуклой линзы. Склеенная поверхность последней линзы обращена вогнутостью к объекту наблюдения, и все линзы окуляра выполнены из обычных марок стекла типа «крон» и «флинт», имеющих показатели преломления n_D 1,5163 и 1,6202 при разности коэффициентов дисперсии µ_D=27,8. Основным недостатком такой конструкции окуляра являются большие аберрации высшего порядка на краях поля зрения, мешающие обнаружению объекта наблюдения. В частности, большой астигматизм высшего порядка, для угловых полей зрения 2ω=60-65°, составляющий величину более 10 диоптрий, из-за которого качество изображения по краям поля недопустимо ухудшается (Турыгин И.А. Прикладная оптика. Фотографические, проекционные и фотоэлектрические системы. Методы аберрационного расчета оптических систем. М.: Машиностроение, 1966 г., 431 с.).

Задачей изобретения является создание широкоугольного окуляра с улучшенным качеством изображения на краях поля зрения.

Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в пятилинзовом окуляре из трех оптических компонентов первый и последний компоненты выполнены в виде двух склеенных линз, выполненных из стекла с показателем преломления n_e≥1,69 при разности коэффициентов дисперсии µe≥26, а склеенная поверхность последней линзы ориентирована вогнутостью к глазу наблюдателя.

Указанное выполнение оптической схемы окуляра позволяет уменьшить углы преломления полевых лучей на склеенных поверхностях. Это позволяет уменьшить остаточные полевые аберрации окуляра, в частности астигматизм высшего порядка, что, в свою очередь, позволяет улучшить качество изображения краевых зон поля зрения.

На фиг. 1 представлена оптическая схема окуляра.

На фиг. 2 представлены остаточные осевые аберрации окуляра с фокусным расстоянием f′=10 мм; а - продольные; б - волновые. F - для λ=486,13 нм; е - для λ=546,07 нм; С - для λ=656,27 нм. По осям ординат отложено значение высоты на зрачке, а по осям абсцисс - значения сферической продольной и волновой аберраций.

На фиг. 3 представлены дисторсия и хроматизм увеличения окуляра. По осям ординат отложено значение половины углового поля зрения, а по осям абсцисс на графике а - значения дисторсии, на графике б - значения хроматизма увеличения окуляра.

На фиг. 4 представлен ход астигматических фокальных поверхностей в меридиональном сечении окуляра с f′=10 мм. По оси ординат отложено значение половины углового поля зрения, а по оси абсцисс - значения положений астигматических фокальных поверхностей.

На фиг. 1 представлена оптическая схема окуляра. Компоненты схемы пронумерованы по ходу луча слева направо от плоскости изображения до выходного зрачка, где расположен глаз наблюдателя. Окуляр содержит пять линз, объединенных в три отдельных компонента. Компоненты 1 и 3 выполнены в виде склеенных линз. Склеенные линзы выполняются из стекла с показателем преломления n_e≥1,69 при разности коэффициентов дисперсии µ_e≥26, а склеенная поверхность последней линзы ориентирована вогнутостью к глазу наблюдателя.

Заявляемое устройство работает следующим образом. От плоскости изображения в окуляр поступают телецентрические расходящиеся пучки лучей. Проходя последовательно первый, второй и третий компоненты окуляра, расходящиеся пучки лучей преобразуются в параллельные, необходимые для рассматривания поля зрения глазом.

Окуляр производится для фокусных расстояний f′ 10, 15 и 20 мм. Конструктивные параметры исполнения окуляров приведены в таблице 1.

Удаление выходного зрачка от последней плоской поверхности глазной линзы 3 (фиг. 1) составляет 0,65 f′.

Качество изображения предлагаемых окуляров рассмотрим на примере конструкции окуляра с фокусным расстоянием f′=10 мм. Расчет аберраций производится в обратном ходе лучей со стороны выходного зрачка для трех видимых глазом линий спектра C, e и F. Расчетные данные приведены в таблице 2. На фиг. 2 показан ход остаточных осевых аберраций 10-миллиметрового окуляра в плоскости оптимальной фокусировки на линию e (штриховая линия). Диаметр выходного зрачка составляет 2,5 мм. Видно, что даже при относительном отверстии 1:4 остаточные осевые аберрации окуляра в видимой области спектра не превышают 0,2λ.

На фиг. 3 показан ход кривых дисторсии и хроматизма увеличения окуляра в зависимости от угла поля зрения ω. Относительная дисторсия ΔI′ на угловых полях зрения 2ω=60°-65° составляет (12-13) %. Хроматизм увеличения окуляра ΔI′_FC/I′_e вблизи центра поля составляет -0,35%, а на краю углового поля зрения 2ω=65° составляет +0,6%. Для наблюдения астрономических объектов эти величины вполне приемлемы.

Астигматизм и кривизна поля окуляра сравнительно небольшие (см. фиг. 4), в два - три раза меньшие, чем в окуляре - ближайшем аналоге.

Поперечные аберрации для двух зон поля зрения окуляра 40° и 60° представлены в таблице 2.

При относительном отверстии 1:4 для углового поля зрения 2ω=60° поперечные аберрации в угловой мере составляют 27′. Это значительно меньше, чем в известной схеме окуляра, и, как показывают практические испытания, позволяет боковым зрением глаза фиксировать небесные объекты, находящиеся на краях поля зрения бинокуляра. Очевидно, что при меньшем относительном отверстии 1:8-1:10 при работе с телескопами предлагаемый окуляр должен давать значительно, по крайней мере, в четыре раза лучшее качество изображения.

Таким образом, предлагаемый окуляр расширяет возможности пятилинзовой схемы и обеспечивает совокупный технический результат улучшения качества изображения. Окуляр имеет высокую технологичность, так как первая, третья, четвертая, шестая поверхности окуляра имеют одинаковые радиусы и вторая и седьмая поверхности имеют одинаковые радиусы, а восьмая поверхность плоская. В связи с этим для изготовления одного окуляра не требуется большого количества шлифовально-полировального инструментария и пробных стекол.

Широкоугольный окуляр может быть использован для визуальных наблюдений в телескопах, работающих в режиме кометоискателей и астрономических бинокулярах с увеличенным полем зрения. Окуляр содержит пять линз, объединенных в три положительных оптических компонента. Первый и последний компоненты окуляра выполнены в виде склеенных линз, а центральный компонент - в виде двояковыпуклой линзы. Склеенные линзы выполнены из стекла с показателем преломления n_e≥1,69 при разности коэффициентов дисперсии µ_e≥26, а склеенная поверхность последней линзы ориентирована вогнутостью к глазу наблюдателя. Технический результат - улучшение качества изображения на краю углового поля зрения 2ω=60°-65° за счет уменьшения аберраций высшего порядка. 2 табл., 4 ил.

Широкоугольный окуляр, содержащий пять линз, объединенных в три положительных оптических компонента, первый и последний из которых выполнены в виде склеенных линз, а центральный компонент - в виде двояковыпуклой линзы, отличающийся тем, что склеенные линзы выполнены из стекла с показателем преломления n_e≥1,69 при разности коэффициентов дисперсии μ_e≥26, а склеенная поверхность последней линзы ориентирована вогнутостью к глазу наблюдателя.