ТЕЛЕСКОПИЧЕСКАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ТИПА ГАЛИЛЕЯ Российский патент 2019 года по МПК G02B23/00 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в оптических системах, работающих с лазерами, например, в лазерных дальномерах.

Известна телескопическая оптическая система типа Галилея, описанная в патенте РФ №2209455, МПК G02B 23/00, опубл. 27.07.2003 г. Оптическая система содержит объектив и окуляр. Объектив выполнен в виде двух положительных компонентов, первый из которых по ходу лучей - склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, второй - одиночная плосковыпуклая линза, обращенная плоскостью к изображению, а окуляр -одиночная двояковогнутая линза с равными по модулю радиусами оптических поверхностей. Телескопическая оптическая система при юстировке выставляется визуально на ноль диоптрий для длины волны 589 нм путем изменения второго воздушного промежутка. Так как оптическая система ахроматизована для длин волн 589 нм и 1540 нм, то и для рабочей длины волны лазера 1540 нм телескопическая оптическая система при юстировке автоматически устанавливается на ноль диоптрий. Данная оптическая система обеспечивает недостаточное видимое увеличение 5,5 крат, имеет недостаточный диаметр входного зрачка 22,5 мм и малый угол поля в пространстве предметов 2'30''.

Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является телескопическая оптическая система типа Галилея, описанная в патенте РФ №2562930, МПК G02B 23/00, опубл. 10.09.2015 г. Оптическая система содержит объектив и окуляр. Объектив выполнен в виде двух положительных компонентов, первый из которых по ходу лучей - склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, второй - одиночная двояковыпуклая линза, а окуляр - одиночная двояковогнутая линза с равными по модулю радиусами оптических поверхностей. В данной оптической системе отношение радиуса первой оптической поверхности по ходу лучей второго компонента объектива к радиусу второй оптической поверхности этого компонента по модулю равно 0,0091. Телескопическая оптическая система при юстировке выставляется визуально на ноль диоптрий для длины волны 589 нм путем изменения второго воздушного промежутка. Так как оптическая система ахроматизована для длин волн 589 нм и 1540 нм, то и для рабочей длины волны лазера 1540 нм телескопическая оптическая система при юстировке автоматически устанавливается на ноль диоптрий. Данная оптическая система обеспечивает недостаточное видимое увеличение 10 крат, имеет недостаточный диаметр входного зрачка 24 мм и малый угол поля в пространстве предметов 4'30''. Кроме того, данная оптическая система при юстировке выставляется визуально для длины волны 589 нм, что не оптимально, так как максимум чувствительности человеческого глаза приходится на длину волны 555,5 нм, что недостаточно близко к длине волны 589 нм, следовательно, данная телескопическая оптическая система недостаточно технологична при сборке.

Задачей заявляемого изобретения является создание телескопической оптической системы с повышенными эксплуатационными характеристиками и повышенной технологичностью.

Технический результат - повышение видимого увеличения, увеличение диаметра входного зрачка, увеличение угла поля в пространстве предметов и повышение технологичности при высоком качестве изображения.

Это достигается тем, что в телескопической оптической системе типа Галилея, состоящей из объектива и окуляра, объектив выполнен в виде двух положительных компонентов, первый из которых по ходу лучей - склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, второй - одиночная линза, а окуляр - одиночная двояковогнутая линза с равными по модулю радиусами оптических поверхностей, при этом, показатель преломления материала окуляра для линии е более 1,74 и менее 2,3, коэффициент дисперсии материала окуляра для линии е более 14 и менее 29,5, а коэффициент дисперсии материала второго компонента объектива для линии е более 47 и менее 64, в отличие от известного, второй компонент объектива выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к изображению.

Кроме того, показатель преломления материала второго компонента объектива для линии е может быть более 1,6 и менее 1,7, а отношение радиуса первой оптической поверхности по ходу лучей второго компонента объектива к радиусу второй оптической поверхности этого компонента по модулю может быть более 0,04 и менее 0,1.

На фигуре представлена оптическая схема предложенной телескопической системы.

Телескопическая оптическая система типа Галилея (фиг.) состоит по ходу лучей из объектива, содержащего два положительных компонента и окуляра. Первый компонент объектива - склеенный из двояковыпуклой линзы 1 и двояковогнутой линзы 2, второй компонент - одиночный мениск 3, обращенный вогнутостью к изображению. Окуляр выполнен в виде одиночной двояковогнутой линзы 4 с равными по модулю радиусами оптических поверхностей.

Телескопическая оптическая система типа Галилея работает следующим образом. Объектив, состоящий из двух компонентов, включающий в себя линзы 1,2,3, создает мнимое прямое промежуточное изображение объекта вблизи фокальной плоскости окуляра (на фиг. не показана), а окуляр, выполненный в виде одиночной двояковогнутой линзы 4, переносит изображение в бесконечность. Предлагаемая телескопическая оптическая система может работать и в обратном ходе лучей (с уменьшением).

Использование предлагаемой телескопической оптической системы в составе лазерного дальномера позволяет существенно увеличить дальность измерения дальномера пропорционально увеличению кратности телескопа. Телескопическая оптическая система при юстировке выставляется визуально на ноль диоптрий для длины волны 546 нм путем изменения второго воздушного промежутка. Так как оптическая система ахроматизована для длин волн 546 нм и 1540 нм, то и для рабочей длины волны лазера 1540 нм телескопическая оптическая система при юстировке автоматически устанавливается на ноль диоптрий.

В соответствии с предложенным решением рассчитаны три варианта конкретного исполнения телескопической оптической системы для длины волны 1540 нм, ахроматизованные для длин волн 1540 нм и 546 нм.

Характеристики рассчитанной телескопической системы по первому варианту исполнения:

видимое увеличение, крат 11,04 диаметр входного зрачка, мм 25 диаметр выходного зрачка, мм 2,27 угол поля зрения 5' удаление выходного зрачка, мм 8 длина, мм 49,87

Показатель преломления материала окуляра для линии е равен 1,761712; коэффициент дисперсии материала окуляра для линии е равен 27,32.

Показатель преломления материала второго компонента объектива для линии е равен 1,615506.

Коэффициент дисперсии материала второго компонента объектива для линии е равен 60,34.

Отношение радиуса первой оптической поверхности по ходу лучей второго компонента объектива к радиусу второй оптической поверхности этого компонента по модулю равно 0,05395.

Конструктивные параметры оптической системы для первого варианта исполнения приведены в табл. 1.

Характеристики рассчитанной телескопической системы по второму варианту исполнения:

видимое увеличение, крат 11,04 диаметр входного зрачка, мм 25 диаметр выходного зрачка, мм 2,26 угол поля зрения 5' удаление выходного зрачка, мм 8 длина, мм 49,3

Показатель преломления материала окуляра для линии е равен 1,761712; коэффициент дисперсии материала окуляра для линии е равен 27,32.

Показатель преломления материала второго компонента объектива для линии е равен 1,606263.

Коэффициент дисперсии материала второго компонента объектива для линии е равен 60,38.

Отношение радиуса первой оптической поверхности по ходу лучей второго компонента объектива к радиусу второй оптической поверхности этого компонента по модулю равно 0,05835.

Конструктивные параметры оптической системы для второго варианта исполнения приведены в табл. 2.

Характеристики рассчитанной телескопической системы по третьему варианту исполнения:

видимое увеличение, крат 11 диаметр входного зрачка, мм 25 диаметр выходного зрачка, мм 2,27 угол поля зрения 5' удаление выходного зрачка, мм 8 длина, мм 49,43

Показатель преломления материала окуляра для линии е равен 1,761712; коэффициент дисперсии материала окуляра для линии е равен 27,32.

Показатель преломления материала второго компонента объектива для линии е равен 1,659961.

Коэффициент дисперсии материала второго компонента объектива для линии е равен 50,81.

Отношение радиуса первой оптической поверхности по ходу лучей второго компонента объектива к радиусу второй оптической поверхности этого компонента по модулю равен 0,07674.

Конструктивные параметры оптической системы для третьего варианта исполнения приведены в табл. 3.

В табл. 4 приведены аберрации трех рассчитанных вариантов предложенной телескопической оптической системы для длины волны 1540 нм.

Предлагаемая телескопическая оптическая система имеет повышенное видимое увеличение - 11 крат, увеличенный диаметр входного зрачка - 25 мм, повышенное поле зрения 2W=5'. Кроме того, предлагаемая телескопическая оптическая система выставляется на ноль диоптрий для длины волны 546 нм, что более технологично по сравнению с ближайшим аналогом, в котором оптическая система выставляется для длины волны 589 нм. Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата - создана телескопическая оптическая система типа Галилея с повышенным видимым увеличением, увеличенными диаметром входного зрачка и углом поля в пространстве предметов при повышенной технологичности при высоком качестве изображения.

Изобретение может быть использовано, например, в лазерных дальномерах. Телескопическая оптическая система типа Галилея состоит из объектива и окуляра. Объектив выполнен в виде двух положительных компонентов, первый из которых по ходу лучей - склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, второй - мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Окуляр - одиночная двояковогнутая линза с равными по модулю радиусами оптических поверхностей. Показатель преломления материала окуляра для линии е более 1,74 и менее 2,3, коэффициент дисперсии материала окуляра для линии е более 14 и менее 29,5, а коэффициент дисперсии материала второго компонента объектива для линии е более 47 и менее 64. Технический результат - повышение видимого увеличения и технологичности при высоком качестве изображения, увеличение диаметра входного зрачка и угла поля в пространстве предметов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл.

1. Телескопическая оптическая система типа Галилея, состоящая из объектива и окуляра, объектив выполнен в виде двух положительных компонентов, первый из которых по ходу лучей - склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, второй - одиночная линза, а окуляр - одиночная двояковогнутая линза с равными по модулю радиусами оптических поверхностей, показатель преломления материала окуляра для линии е более 1,74 и менее 2,3, коэффициент дисперсии материала окуляра для линии е более 14 и менее 29,5, а коэффициент дисперсии материала второго компонента объектива для линии е более 47 и менее 64, отличающаяся тем, что второй компонент объектива выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к изображению.

2. Телескопическая оптическая система типа Галилея по п. 1, отличающаяся тем, что показатель преломления материала второго компонента объектива для линии е более 1,6 и менее 1,7.

3. Телескопическая оптическая система типа Галилея по п. 1, отличающаяся тем, что отношение радиуса первой оптической поверхности по ходу лучей второго компонента объектива к радиусу второй оптической поверхности этого компонента по модулю более 0,04 и менее 0,1.