Светосильный окуляр с удаленным выходным зрачком Российский патент 2020 года по МПК G02B25/00 

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в приборах наблюдения, например, в зрительных трубках, или в оптических прицелах.

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 и диаметр выходного зрачка 5 мм, а также небольшое относительное отверстие 1:6. Кроме того, данный окуляр, пересчитанный на фокусное расстояние 24,958 мм, как у заявляемого окуляра, имеет недостаточное качество изображения, т.к. все аберрации, за исключением хроматических, исправлены неудовлетворительно.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому - прототипом - является окуляр с удаленным выходным зрачком по патенту РФ №191915 от 15.05.2019 г. Окуляр содержит три компонента, первый из которых состоит из склеенных отрицательной двояковогнутой и положительной двояковыпуклой линз, второй компонент содержит положительную двояковыпуклую линзу, третий - склеенный из двух линз, отличающийся тем, что во втором компоненте дополнительно размещен отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображения, склеенный с положительной двояковыпуклой линзой, а третий склеенный компонент выполнен из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и положительной линзы. Положительные линзы первого и второго компонентов и отрицательная линза третьего компонента выполнены из стекла с показателем преломления 1,7≤n≤1,8 и коэффициентом дисперсии 44≤ν≤52, а отрицательные линзы первого и второго компонентов - из стекла с показателем преломления 1,72≤n≤1,77 и коэффициентом дисперсии 27≤ν≤30. Выполняются следующие условия: 0,3≤φ₁/φ≤0,45; 0,48≤φ₂/φ≤0,56; |0,17|≤φ₃/φ≤|0,27|, где φ - оптическая сила всей системы, φ_i - оптическая сила i-го компонента.

Указанный окуляр имеет небольшое удаление выходного зрачка, что может привести к травмированию глаза при стрельбе с использованием прицела с таким окуляром. Отношение удаления выходного зрачка к фокусному расстоянию окуляра составляет 1,2f', при фокусном расстоянии 22,36 мм удаление выходного зрачка равно 26,83 мм.

Кроме того, окуляр имеет небольшое относительное отверстие 1:4,5, а также недостаточное качество изображения. Согласно приведенному в описании примеру рассчитанного окуляра его полихроматическая частотно-контрастная характеристика по всему полю для частоты 25 л/мм может составлять всего 40%. Кроме того, окуляр имеет сложную конструкцию, т.к. содержит 6 линз.

Пересчет окуляра на фокусное расстояние 24,958 мм показал, что имеет место резкое падение качества изображения как для точки на оси, так и по всему полю зрения. При относительном отверстии 1:3,6 окуляр обладает недостаточным качеством изображения.

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

Указанный технический результат достигается в предлагаемом окуляре. Окуляр, как и прототип, содержит три оптически связанных компонента, первый из которых состоит из склеенных отрицательной двояковогнутой и положительной двояковыпуклой линз, а третий - из склеенных отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и положительной линзы. В отличие от прототипа второй компонент выполнен в виде положительной линзы, все положительные линзы выполнены из стекла с показателем преломления (n) 1,45≤n≤1,55 и коэффициентом дисперсии (ν) 65≤ν≤75, отрицательная линза первого компонента выполнена из стекла с показателем преломления 1,75≤n≤1,91 и коэффициентом дисперсии 23≤ν≤26, а отрицательная линза третьего компонента - из стекла с показателем преломления 1,55≤n≤1,65 и коэффициентом дисперсии 35≤ν≤40, при этом выполняются следующие соотношения: 1,85≤φ₁/φ≤1,95; 2,3≤φ₂/φ≤2,4; |0,95|≤φ₃/φ≤|1,15|, где: φ - оптическая сила окуляра, φ₁, φ₂, φ₃ - оптические силы соответственно первого, второго и третьего компонентов.

Второй компонент может быть выполнен в виде двояковыпуклой или плосковыпуклой линзы. Положительные линзы второго и третьего компонентов могут быть двояковыпуклыми или плосковыпуклыми.

Пример конкретной реализации окуляра показан на чертежах.

На фиг. 1 приведена оптическая схема окуляра.

На фиг. 2 приведен график дисторсии.

На фиг. 3 приведены графики поперечных сферической аберрации для основной длины волны 546 нм (δY'_λ0) и хроматической аберрации положения для длин волн 480 нм (δY'_λ1) и для 643,8 нм (δY'_λ2).

На фиг. 4 приведены графики кривизны в меридианальной (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).

Окуляр (фиг. 1) содержит три оптически связанных компонента. Первый по ходу луча компонент состоит из склеенных отрицательной двояковогнутой линзы 1 и положительной двояковыпуклой линзы 2, второй компонент выполнен в виде положительной плоско-выпуклой линзы 3, третий компонент - состоит из склеенных отрицательного мениска 4, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и положительной двояковыпуклой линзы 5.

Окуляр работает следующим образом. Расходящиеся пучки лучей, исходящие из точек предмета, преломляются всеми компонентами окуляра, преобразуются в параллельные пучки и строят изображение предмета. Лучи от объекта наблюдения проходят через первый компонент, внося положительные сферическую аберрацию, астигматизм и кривизну. Второй компонент их частично компенсирует, а третий компонент строит изображение в бесконечности, компенсируя остаточные аберрации.

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

Из таблицы следует, что в рассчитанном окуляре φ₁/φ=1,9; φ₂/φ=2,35; φ₃/φ=|0,98|. Эти соотношения, а также показатели преломления и коэффициенты дисперсии указанных стекол линз находятся в заявленных диапазонах.

Оптические характеристики окуляра:

Фокусное расстояние 24,96 мм Угловое поле зрения 21° Спектральный диапазон 480-643,8 нм Удаление выходного зрачка 60 мм Диаметр выходного зрачка 7 мм Относительное отверстие 1:3,6.

В данном окуляре по сравнению с прототипом при фокусном расстоянии 24,96 мм удаление выходного зрачка увеличено в 2,2 раза, а относительное отверстие - в 1,25 раза. Высокое качество изображения окуляра продемонстрировано графиками на фиг. 2-5.

Дисторсия (фиг. 2) для угла поля зрения 21° составляет менее 1%. Остаточные аберрации окуляра в обратном ходе лучей для точки на оси при относительном отверстии 1:3,6 составляют: продольная сферическая аберрация - не более 0,08 мм, поперечная сферическая аберрация - не более 0,01 мм, поперечный хроматизм положения- не более 0,01 мм. Для углового поля зрения 21° меридиональный астигматический отрезок (Z'm) составляет не более 1,1 мм, саггитальныйй астигматический отрезок (Z's)- не более 0,28 мм, а хроматическая аберрация увеличения - не более 0,007 мм.

Из приведенных графиков (фиг. 2, 3, 4, 5) следует, что в предлагаемом окуляре значительно исправлены аберрации и получено высокое качество изображения.

Указанные технические результаты достигаются при показателях преломления и коэффициентах дисперсии стекла линзы 1 в диапазонах 1,75≤n≤1,91 и 23≤ν≤26, линз 2, 3 и 5 - в диапазонах 1,45≤n≤1,55 и 65≤ν≤75, линзы 4 - в диапазонах 1,55≤n≤1,65 и 35≤ν≤40, а также при выполнении заявленных соотношений оптических сил: 1,85≤φ₁/φ≤1,95; 2,3≤φ₂/φ≤2,4; |0,95|≤φ₃/φ≤|1,15|.

Таким образом, по сравнению с прототипом, в предлагаемом окуляре, имеющем более простую конструкцию, увеличены удаление выходного зрачка до 60 мм и относительное отверстие до 1:3,6 и повышено качество изображения.

Окуляр может быть использован в приборах наблюдения, преимущественно в оптических прицелах. Окуляр содержит три компонента. Первый компонент склеен из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, второй компонент - положительная линза, а третий компонент склеен из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и положительной линзы. Все положительные линзы выполнены из стекла с показателем преломления 1,45≤n≤1,55 и коэффициентом дисперсии 65≤ν≤75, отрицательная линза первого компонента - из стекла с показателем преломления 1,75≤n≤1,91 и коэффициентом дисперсии 23≤ν≤26, а отрицательная линза третьего компонента - из стекла с показателем преломления 1,55≤n≤1,65 и коэффициентом дисперсии 35≤ν≤40. Выполняются соотношения: 1,85≤φ₁/φ≤1,95; 2,3≤φ₂/φ≤2,4; |0,95|≤φ₃/φ≤|1,15|, где: φ - оптическая сила окуляра, φ₁, φ₂, φ₃ - оптические силы соответственно первого, второго и третьего компонентов. Технический результат: увеличение удаления выходного зрачка, увеличение относительного отверстия, повышение качества изображения и упрощение конструкции окуляра. 5 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

1. Светосильный окуляр с удаленным выходным зрачком, содержащий три оптически связанных компонента, первый из которых состоит из склеенных отрицательной двояковогнутой и положительной двояковыпуклой линз, а третий - из склеенных отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и положительной линзы, отличающийся тем, что второй компонент выполнен в виде положительной линзы, все положительные линзы выполнены из стекла с показателем преломления 1,45≤n≤1,55 и коэффициентом дисперсии 65≤ν≤75, отрицательная линза первого компонента - из стекла с показателем преломления 1,75≤n≤1,91 и коэффициентом дисперсии 23≤ν≤26, а отрицательная линза третьего компонента - из стекла с показателем преломления 1,55≤n≤1,65 и коэффициентом дисперсии 35≤ν≤40, при этом выполняются следующие соотношения:

1,85≤φ₁/φ≤1,95;

2,3≤φ₂/φ≤2,4;

|0,95|≤φ₃/φ≤|1,15|,

где: φ - оптическая сила окуляра;

φ₁, φ₂, φ₃ - оптические силы соответственно первого, второго и третьего компонентов.

2. Окуляр по п. 1, отличающийся тем, что второй компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы.

3. Окуляр по п. 1, отличающийся тем, что второй компонент выполнен в виде плосковыпуклой линзы.

4. Окуляр по п. 1, отличающийся тем, что положительная линза третьего компонента выполнена двояковыпуклой.

5. Окуляр по п. 1, отличающийся тем, что положительная линза третьего компонента выполнена плосковыпуклой.

6. Окуляр по п. 1, отличающийся тем, что все положительные линзы выполнены из стекла одной марки.