Светосильный окуляр с удаленным выходным зрачком Российский патент 2019 года по МПК G02B25/00 

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в приборах наблюдения, преимущественно в оптических прицелах.

Важной характеристикой окуляров являются большое удаление выходного зрачка и большой диаметр выходного зрачка (наблюдение в сумеречное время суток осуществляется при диаметре зрачка глаза более 4 мм, в ночное время при диаметре зрачка глаза более 6 мм).

Известен окуляр с вынесенным выходным зрачком по патенту Республики Беларусь №6216 от 23.11.2001 г. Окуляр состоит из трех компонентов, первый по ходу луча компонент представляет положительную двояковыпуклую линзу. Второй компонент выполнен в виде линзы, склеенной из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, выпуклая поверхность которого обращена к пространству изображений. Третий компонент выполнен в виде положительной двухсклеенной линзы, содержащей двояковыпуклую и двояковогнутую линзы.

При фокусном расстоянии 30 мм указанный окуляр имеет недостаточные удаление выходного зрачка 32 мм, диаметр выходного зрачка 5 мм и небольшое относительное отверстие 1:6.

Для анализа качества изображения фокусное расстояние данного окуляра приведено к фокусному расстоянию 32,76 мм, как у заявляемого окуляра.

Анализ качества изображения полученного окуляра показал, что все аберрации за исключением сферической исправлены неудовлетворительно. Окуляр имеет плохое качество изображения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому - прототипом - является окуляр по патенту РФ №146322 от 30.05.2014 г. Окуляр содержит два компонента, первый из которых по ходу лучей - двухлинзовый, склеенный из отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету и первой двояковыпуклой линзы, второй компонент - вторая двояковыпуклая одиночная линза. В окуляре выполняются соотношения: 1,63<n₁<1,82;

1,57<n₂=n₃<1,63,

где: n₁ n₂, n₃ - показатели преломления материала первой, второй и третьей по ходу лучей линз окуляра для линии е.

|R₃|=|R₄|=|R₅|,

где: R₃, R₄, R₅ - радиусы кривизны третьей, четвертой и пятой оптических поверхностей соответственно;

1,4f'<D<1,7f';

0,009<d₁/|R₁|<0,05;

0,19<d₁/|R₂|<0,6;

0,75<d₂/|R₂|<1,8;

0,32<d₂/|R₃|<0,8;

0,16<d₃/|R₃|<0,5,

где: R₁ R₂, R₃ - радиусы кривизны первой и второй оптических поверхностей;

d₁ - толщина первой линзы (отрицательного мениска);

d₂ - толщина второй линзы (двояковыпуклой линзы первого компонента);

d₃ - толщина третьей линзы (одиночной двояковыпуклой линзы второго компонента);

D - расстояние от передней фокальной точки окуляра до вершины второй поверхности по ходу лучей двояковыпуклой линзы второго компонента;

f' - фокусное расстояние окуляра.

Указанный окуляр имеет фокусное расстояние 17,5 мм. Пересчет окуляра на фокусное расстояние 32,76 мм показал, что имеет место резкое падение качества изображения как для точки на оси, так и по всему полю зрения.

При относительном отверстии 1:4,07 окуляр обладает недостаточным качеством изображения.

Кроме того, окуляр имеет небольшое удаление выходного зрачка, что может привести к травмированию глаза при стрельбе. В примере выполнения окуляра удаление выходного зрачка составляет 18,7 мм, отношение удаления выходного зрачка к фокусному расстоянию окуляра составляет 1,07.

Кроме того, окуляр имеет недостаточный диаметр выходного зрачка. В примере выполнения окуляра диаметр выходного зрачка составляет 4,3 мм, относительное отверстие составляет 1: 4,07.

Техническая проблема заключается в получении следующего технического результата: повышение качества изображения окуляра, увеличение удаления выходного зрачка и увеличение относительного отверстия.

Указанный технический результат достигается следующим образом.

Окуляр, как и прототип, содержит два оптически связанных компонента, из которых первый от выходного зрачка компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, а второй компонент склеен из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к выходному зрачку. В отличие от прототипа он снабжен третьим компонентом, выполненным в виде одиночной отрицательной линзы, при этом выполняются следующие соотношения:

1,72<n₁,<1,80;

1,65<n₂<1,80;

1,75<n₃<1,82;

1,57<n₄<1,63,

где: n_1, n₂, n₃, n₄ - показатели преломления материала соответственно первого компонента, двояковыпуклой линзы второго компонента, отрицательного мениска второго компонента и третьего компонента.

f'₃=(1,8÷2,5) |f|,

где: f' - фокусное расстояние окуляра,

f'₃ - фокусное расстояние третьего компонента.

В частном случае реализации второй и третий компоненты устанавливают на расстоянии друг от друга не менее 0,18 фокусного расстояния окуляра. При этом для коррекции аметропии глаз первый и второй компоненты выполняют с возможностью совместного перемещения вдоль оптической оси окуляра.

Пример конкретной реализации окуляра показан на чертежах.

На фиг. 1 приведена схема окуляра.

На фиг. 2 приведен график дисторсии.

На фиг. 3 приведены графики поперечных сферической и хроматической аберраций положения.

На фиг. 4 приведены графики кривизны в меридианальной и саггитальной плоскостях.

На фиг. 5 приведен график хроматизма увеличения.

Окуляр содержит три оптически связанных компонента. Первый от выходного зрачка компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы 1, второй от выходного зрачка компонент склеен из двояковыпуклой линзы 2 и отрицательного мениска 3, обращенного вогнутой поверхностью к выходному зрачку, а третий компонент выполнен в виде одиночной отрицательной линзы 4.

Окуляр работает следующим образом. Расходящиеся пучки лучей, исходящие из точек предмета, преломляются всеми компонентами окуляра, преобразуются в параллельные пучки и строят изображение предмета.

В качестве конкретного примера реализации изобретения рассчитан окуляр с конструктивными параметрами, приведенными в таблице 1.

Оптические характеристики окуляра:

Фокусное расстояние 32,76 мм Угловое поле зрения 24° Спектральный диапазон 480-643,8 нм Удаление выходного зрачка 50 мм Диаметр выходного зрачка 12 мм Относительное отверстие 1:2,7.

В данном окуляре выполнены соотношения: 1,72<n₁=1,7476<1,80; 1,65<n₄=1,6950<1,80; 1,75<n₅=1,8138<1,82; 1,57<n₃=1,6152<1,63. Фокусное расстояние компонента 3 равно (-61,509 мм), что составляет по абсолютной величине 1,88 от фокусного расстояния окуляра.

В заявляемом окуляре по сравнению с прототипом при фокусном расстоянии 32,76 мм удаление выходного зрачка увеличено в 1,4 раза, а относительное отверстие - в 1,6 раза.

Для анализа качества изображения окуляра построены графики поперечных сферической и хроматической аберраций положения, график дисторсии, графики кривизны в меридиальной и саггитальной плоскостях и график хроматизма увеличения (фиг. 2-5).

Дисторсия (фиг. 2) для угла поля зрения 24° составляет менее 1%. На фиг. 3 показаны графики поперечной сферической аберрации для основной длины волны 546 нм (δY'_λ0) и хроматической аберраций положения для длин волн 480 нм (δY'_λ1) и для 643,8 нм (δY'_λ2). На фиг. 4 приведены графики кривизны в меридиальной (Z'm) и саггитальной (Z's) плоскостях. На фиг. 5 приведен график хроматизма увеличения для разности длин волн 480 нм и 643,8 нм (δY'_λ2-λ1)

Остаточные аберрации рассчитанного окуляра в обратном ходе лучей приведены в таблице 2.

Из приведенных графиков и таблицы 2 следует, что в предлагаемом окуляре значительно исправлены аберрации и получено высокое качество изображения.

Таким образом, по сравнению с прототипом в предлагаемом окуляре получен технический результат: повышение качества изображения окуляра, увеличение удаления выходного зрачка до 50 мм и увеличение относительного отверстия до 1:2,7.

Окуляр может быть использован в приборах наблюдения, преимущественно в оптических прицелах. Окуляр содержит три компонента. Первый от выходного зрачка компонент - двояковыпуклая линза, второй компонент склеен из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к выходному зрачку, а третий компонент - одиночная отрицательная линза. Выполняются соотношения: 1,72<n₁<1,80, 1,65<n₂<1,80, 1,75<n₃<1,82, 1,57<n₄<1,63, где n₁, n₂, n₃, n₄ - показатели преломления материала соответственно первого компонента, двояковыпуклой линзы второго компонента, отрицательного мениска второго компонента и третьего компонента; f'₃=(1,8÷2,5) | f' |, где f'₃ - фокусное расстояние третьего компонента, f' - фокусное расстояние окуляра. При расстоянии между вторым и третьим компонентами не менее 0,18 фокусного расстояния окуляра первый и второй компоненты могут быть выполнены с возможностью совместного перемещения вдоль оптической оси. Технический результат - повышение качества изображения, увеличение удаления выходного зрачка и относительного отверстия. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 5 ил.

1. Светосильный окуляр с удаленным выходным зрачком, содержащий два оптически связанных компонента, из которых первый от выходного зрачка компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, а второй компонент склеен из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к выходному зрачку, отличающийся тем, что он снабжен третьим компонентом, выполненным в виде одиночной отрицательной линзы, при этом выполняются следующие соотношения:

1,72<n₁<1,80;

1,65<n₂<1,80;

1,75<n₃<1,82;

1,57<n₄<1,63,

где: n₁, n₂, n₃, n₄ - показатели преломления материала соответственно первого компонента, двояковыпуклой линзы второго компонента, отрицательного мениска второго компонента и третьего компонента,

f'₃=(1,8-2,5)|f'|,

где: f' - фокусное расстояние окуляра;

f'₃ - фокусное расстояние третьего компонента.

2. Окуляр по п. 1, отличающийся тем, что расстояние между вторым и третьим компонентами составляет не менее 0,18 фокусного расстояния окуляра.

3. Окуляр по п. 2, отличающийся тем, что первый и второй компоненты выполнены с возможностью совместного перемещения вдоль оптической оси окуляра.