CZ228595A3

CZ228595A3 - Optical system

Info

Publication number: CZ228595A3
Application number: CZ952285A
Authority: CZ
Inventors: Ellis I Betensky
Original assignee: Benopcon Inc
Priority date: 1993-03-09
Filing date: 1994-03-04
Publication date: 1996-09-11
Also published as: US5532875A; WO1994020873A1; DE69431749T2; AU6358494A; EP0688439A1; US5576888A; JPH08507882A; KR100303404B1; EP0688439A4; US5500769A; US5371626A; DE69431749D1; EP0688439B1; US5499140A; JP3524925B2

Description

Optické zařízení

Oblast techniky


	<	“O
PŘÍL	>	Ti <s s e	O P³'	o	iC	Oí
	—4	< λ	•c	o		*
	z	£ >	—_r	£ZM	in
	o —H	o 0 c	lO’	o	C
	<	—	cn		ti
	—ί	O

Vynález se týká optického zařízení, zejména pozorovacího zařízení monokulárního nebo binokulárního typu pro pozorování lidským okem* - Dosavadní stav techniky

i. Pozorovací zařízení pro pozorování lidským okem

Jsou známá různá zařízení určení pro pozorování lidským okem. Tato zařízení spadají do dvou kategorií: 1) zařízení, která jsou při pozorování obvykle vzhledem k pozorovanému objektu fixována, jako jsou teleskopy a mikroskopy (pevná zařízení), a 2) zařízení, která se při pozorování vzhledem k pozorovaném u objektu pohybují, jako jsou brýle, lupy, monokulární přístroje neboli přístroje pro jedno oko a binokulární přístroje neboli přístroje obě oči (pohyblivá zařízení). Předložený vynález se týká pohyblivých zařízení, zejména monokulárních a binokulárních přístrojů.. Pro zjednodušení bude v následujícím popisu použit pouze výraz binokulární přístroje. I když budou tedy popisovány, pouze binokulární přístroje, je nutno pod tímto názvem chápat jak monokulární, tak i binokulární přístroje.

Pro pochopení výhod řešení podle vynálezu je nutné porozumět, jak osoba pozoruje událost bez binokulárního přístroje, to jest bez pomoci pozorovacího zařízení. První krok v podstatě zahrnuje zaznamenání pohybu obrazu objektu na sítnici v periferním vidění s nízkým rozlišením. Rozsah, ve kterém může být tento pohyb pozorován, se nazývá, statickým zorným polem oka bez pomocného prostředku. Potom se začne oko

- 2 pohybovat (začne snímat), aby sledovalo nebo pozorovalo objekt podrobněji, to jest s vysokým rozlišením, vyrovnáním oční fovey s objektem. Rozsah, ve kterém se oko může pohybovat, aby sledovalo objekt, se nazývá dynamickým zorným polem oka bez pomocného prostředku. A konečně dojde k pohybu hlavy tak, še oko zaujme polohu vzhledem k hlavě co nejpřímější.

Za účelem následujícího rozboru je nutno oba dva uvedené =, výrazy, to,jest tato zorná, pole oka,„tedy statické a dynamické.

.......... . .......... ···-·’·· zorné pole oka bez pomocného prostředku, odlišit od statického zorného pole oka s pomocným prostředkem a dynamického zorného pole oka s pomocným prostředkem, která

-----j sou ~ zorným i'“půTi^— dosaženými^- u statického^-oka^-a sním áj-ící her neboli prohlížejícího oka pomocí binokulárního přístroje drženého v pevné poloze vůči oku. Tato zorná pole oka s pomocným prostředkem jsou definována a popsána podrobněji dále. Jak bude rovněž podrobněji popsáno dále, je nutno poznamenat, že statické zorné pole oka s pomocným prostředkem je stejné, jako to, co se obvykle označuje jako zorné pole binokulárního přístroje, když je transformováno do obrazového prostoru.

2. Binokulární technologie

Historicky se konstruktéři binokulárních přístrojů soustřeďovali na dosažení co největšího dynamického zorného pole oka s pomocným prostředkem při vyšším rozlišení na úkor statického zorného pole oka s pomocným prostředkem při menším rozlišení. Konstruktéři zejména předpokládali, že osoba otáčí (snímá) očima, aby sledovaly objekt, a potom, když obraz začíná mizet, protože výstupní pupila binokulárního přístroje není v zákrytu se zřítelnicí otáčejícího se oka, pohybuje se binokulární přístroj tak, aby pupila a zřítelnice byly v zákrytu.

- 3 Výsledkem toho je,· že v celém zorném poli je obraz korigován, přičemž pro vymezení zorného pole je použita clona, aby se zajistilo to, že osoba pozoruje korigovaný obraz dynamickým zorným polem oka s pomocným prostředkem. Aby se zajistilo to, že pozorovací přístroj držený v ruce bude levný, bylo statické zorné pole oka s pomocným prostředkem omezeno, například na méně než poloviční zorné pole v rozsahu asi 30“ a v mnoha případech v rozsahu menším než asi 2Ó‘.

V poslední době nabízejí různé společnosti širokoúhlé binokulární-přistro-je-.—Udává—se-_f—že-ty-tQ-binokulární.pří stroje mají poloviční zorné pole“ v předmětovém prostoru, který při transformování do obrazového prostoru, za předpokladu korekce zkreslení, f - Θ, odpovídající polovičnímu zornému poli v obrazovém prostoru kolem 33*. Ačkoli tyto binokulární přístroje představují určitá zlepšení· oproti. znáinýTu binokulárním přístrojům, jak bude uvedeno dále, nejsou tyto š irokoúhlé “ binokulární pří stroj e^-dosudř- dostatečné —j a-ko binokulární přístroje, které skutečně pracují s podstatným rozdílem .· mezi.. statickým a dynamickým zorným polem oka s pomocným prostředkem.

Podstata vynálezu

Řešení podle vynálezu má zcela jiný přístup než známá řešení. Spíše než navrhování binokulárních přístrojů založených na dynamickém zorném poli oka s pomocným prostředkem se binokulární přístroje podle vynálezu konstruují na základě jak dynamického zorného pole oka s ' pomocným prostředkem, tak i,, statického zorného pole oka s pomocným prostředkem. Přesněji řečeno bylo podle vynálezu stanoveno, že dynamické zorné pole oka s pomocným prostředkem není kritickým zorným polem pokud se týká provedení binokulárních přístrojů, které se mohou vůči pozorovanému objektu pohybovat, to znamená provedení pohyblivých zařízeni, jak je uvedeno výše.

-4 U binokulárních přístrojů dává uživatel spíše přednost kombinaci pohybu své hlavy a binokulárního přístroje pro sledování pozorovaného objektu, než pohybování binokulárního přístroje vůči očím. Tento přístup je 1) snadnější, protože se neporuší zákryt binokulárního přístroje s okem, 2) není zapotřebí opětovné akomodace oka vzhledem k nekorigovanému zakřivení zorného pole a 3) nezpůsobuje to chybné změny v ohniskové vzdálenosti, jestliže opětovná akomodace není dostatečná.

Zdůrazněním statického zorného pole oka ,s pomocným prostředkem může uživatel binokulárního přístroje podle __vynálezu pro_zjištění^_změny—v—pozorované—scéně—použ-í-vatpodstatně více svého periferního vidění. Rovněž tímto zdůrazněním je uživatel méně citlivý na tunelové vidění. Tyto účinky velmi usnadňují lidem používání binokulární přístroje podle vynalezu po dlouhou dobu, což je zcela zřejmě zapotřebí.

Kvantitativně je zvětšení statického s pomocným prostředkem oproti dynamickému s pomocným prostředkem vyjádřeno pomocí binokulárního přístroje. Definice a derivace znázorněna na obr. 5 až 8.

zorného	pole
zornému	poli
poměru	S/D

tohoto poměru'*?je ••.v ···

Na obr. 5 je znázorněno lidské oko 15 v zákrytu se středovou osou sestaveného binokulárního přístroje .13,/ viz rovněž obr. 7. Binokulární přístroj 13 má vstupní pupilu 16 o poloměru R_cx a oko 15 má střed 19 otáčení a zřítelnici .17 o poloměru R , přičemž radiální vzdálenost středu 19 Otáčení.

ti a zřítelnice 17 je označena jako R. Poloměr R_Cp se samozřejmě bude měnit s množstvím světla dopadajícího do oka. Pro účely vynálezu se předpokládá, že poloměr R_ep je přibližně 1,5 mm, to znamená, že jde o obvyklou velikost zřítelnice při denním světle. Tato hodnota je zvolena proto, že problémy tunelového vidění jsou nejvýraznější při denním světle. Podobně se radiální vzdálenost R bude měnit individuálně. Pro účely vynálezu se předpokládá, že radiální vzdálenost R má obvykle hodnotu kolem 13 mm.

Jak je znázorněno na obr. 5, je statické zorné pole s pomocným prostředkem dáno velikostí úhlu. Jak bylo uvedeno výše, odpovídá tento úhel S obvyklému zornému poli¹’ binokulárního přístroje, transformovanému do obrazového prostoru.

-“Na;—obr-.—6—je—znázorněno oko 15 natočené kolem svého středu 19 otáčení o úhel D, takže okraj výstupní pupily 16 binokulárního přístroje 13 a okraj zřítelnice 17 oka 15 jsou .v zákrytu, viz rovněž obr. 8i Tato poloha představuje dynamické zorné pole oka s pomocným prostředkem, přičemž'tento pomocný prostředek je-představován binokulárním přístrojem 13. Další otáčení oka 15 způsobí, , že. na sítnici není žádný obraz. Při*kres’leiu “obr 7 ’ 6'se—předpokl-áda-l-o, *-že->binokulárn.i^přistroj_ 13 poskytuje statické zorné pole s pomocným prostředkem, které je větší než úhel D, to znamená, že clona a světelnost binokulárního přístroje 13 jsou dostatečné, pro to, aby světlo dosáhlo okraje výstupní, pupily .16 binokulárního přístroje 13 pod úhlem D.

Z geometrie na obr. 6 a hodnot poloměru R_Cp a radiální vzdálenosti R, uvedených výše, to jest 1,5 mm a 13 mm, se vypočítá úhel D přibližně z rovnice

D = tan“¹[(R_ex + 1,5)/13], ' (1) kde poloměr R_ex a konstanty 1,5 a 13 jsou -uvedeny .v y

milimetrech.

V tabulce 6 jsou uvedeny - hodnoty úhlu D pro poloměr výstupní pupily v rozsahu od 1,5 mm do 5,0 mm. Obvyklý poloměr výstupní pupily komerčních binokulárních přístrojů má hodnotu přibližně 1,5 mm. Větší poloměry výstupní pupily, jsou všeobecně rezervovány pro zařízení pro noční vidění, protože znamenají provedení větších vstupních pupil, což znamená dražší binokulární přístroj s větší hmotností, z hlediska těchto úvah je nejdůležitějším parametrem poměru S/D hodnota úhlu s, která je tou hodnotou, která byla u dřívějších výrobců ignorována.

To znamená, že doposud známé binokulární přístroje, včetně širokoúhlých binokulárních přístrojů popsaných výše, protože zdůrazňovaly dynamické zorné pole oka s pomocným hprostředkem oproti statickému zornému poli oka s pomocným prostředkem, mají poměry S/D menší než asi 2,7 a v některých —případech—-až-· -1-,-3-.-—B inokulárηí......přístro j podle vynáTežu^—má ' naproti tomu poměr S/D větší než 2,8, zejména větší než 2,9 a nejvýhodněji větší než'3,0. Dosavadní binokulární přístroje, to jest binokulární přístroje známé před vynálezem, s tímto .4 důrazem na statické zorné, pole oka s pomocným prostředkem nebyly navrženy nebo dostupné. /

Je nutno poznamenat, že existuje horní mez poměru S/D. .

Tato mez nastane, když je poloměr R_fiX nulový, například tehdy, . když je blízko zřítelnice oka pouze malá dírka. V tomto případě má úhel D hodnotu asi 6,6’. Protože maximální hodnota úhlu S je pro většinu lidí asi 90’, je maximální hodnota poměru S/D přibližně 13,7.

Z hlediska výše uvedených skutečností poskytuje řešení podle vynálezu s určitými aspekty binokulární přístroj neboli pozorovací zařízení monokulárního nebo binokulárního typu pro pozorování lidským okem, podle vynálezu, jehož podstatou je, že sestává z jednotky z čoček objektivu (první prostředek) pro vytvoření meziobrazu a z jednotky z čoček okuláru (druhý prostředek) pro vytvoření virtuálního obrazu z meziobrazu pro pozorování okem, přičemž virtuální obraz poskytuje oku pomocí pozorovacího zařízení statické poloviční zorné pole v rozsahu úhlu S, a přičemž pozorovací zařízení má výstupní pupilu o poloměru R_ex a poskytuje oku pomocí pozorovacího zařízení dynamické poloviční zorné pole v rozsahu úhlu D, daného následujícím výrazem, v němž poloměr R_ex a konstanty 1,5 a 13 jsou v milimetrech

D = tan^_1[(R_ex + 1,5)/13], přičemž poměr S ku D je alespoň 2,8.

Statické zorné pole binokulárního přístroje^, podle vynálezu je s výhodou alespoň asi 30 stupňů a s výhodou “ sestává—z—centrá-l-ni—oblasti—a_periferní oblasti, přičemž rozlišovací schopnost obrazu ve středové oblasti je lepší než rozlišovací schopnost obrazu v okrajové oblasti. Tímto způsobem se virtuální obraz vytvořený binokulárním příšťrójém lépe 'přizpůsobí statickému zornému poli oka bez pomocného prostředku. To znamená, , že virtuální obraz má . lepší rozlišovací schopnost ve středu než. na okraji, stejné jako ostrost *vidění“j e^’lěpš í* ve s tredu ~ne ž-na -ok-ra-j -i-.- —«*,---—.—

Rozlišovací schopnost ve středové oblastí virtuálního obrazu může být například menší než asi.4 úhlové minuty, přičemž, rozlišovací schopnost v okrajové oblasti je větší než asi 4 úhlové minuty a středová oblast může být tvořena polovičním zorným polem o velikosti alespoň asi 5 stupňů. Je nutno poznamenat, že když se počet úhlových minut'sníží, rozlišovací schopnost se zvýší, to znamená zlepší, a naopak.

Středová oblast virtuálního obrazu by měla být alespoň asi 5 stupňů, aby uživatel vnímal dobrý obraz pozorovaného objektu.' Pro zajištění adekvátního periferního vidění by poloviční statické zorné pole binokulárního přístroje mělo být alespoň asi 30’. Ják bylo' uvedeno výše, může být rozlišovací., schopnost v okrajové oblasti relativně malá, například větší než 4 úhlové minuty, protože tato oblast odpovídá perifernímu vidění uživatele, v němž je ostrost vidění oka velmi nízká.

S binokulárním přístrojem tohoto typu může uživatel využít podstatně větší části svého periferního vidění než u doposud známých binokulárních přístrojů, protože současně má dobře zvětšený obraz vzdáleného objektu ve středové části < svého vidění.

U určitých provedení podle vynálezu je zapotřebí, aby binokulární přístroj měl více než jedno zvětšení. Je to možno provést mnoha způsoby, z nichž nejvýhodnější způsob spočívá v pohybu jednotky ze spojných čoček (jednotka z mezilehlých čoček) v blízkosti meziobrazu binokulárního přístroje). Toto hledisko podle vynálezu může být použito nezávisle na dalších —hl ed-i sc-í-ch-----vyná-le zu ,- - to---znamená-,—že-----může—být”'použito ‘ u pozorovacích zařízení všeobecně.

Uvedené nedostatky dále odstraňuje optické zařízení pro zvětšování pozorovaného objektu, podle vynálezu, jehož podstatou je, že sestává z první jednotky ze spojných čoček pro vytvoření meziobrazu objektu, z druhé jednotky ze spojných čoček, uspořádané v blízkosti meziobrazu, z třetí jednotky ze spojných čoček pro opětovné zobrazení meziobrazu modifikovaného druhou jednotkou ze spojných čoček, a; z prostředků pro pohyb druhé jednotky ze spojných čoček uspořádané v blízkosti meziobrazu pro změnu zvětšení objektu, přičemž pohyb druhé jednotky ze spojných čoček je jediným zdrojem změny zvětšení v zařízení, jiným než náhodné změny zvětšení, které mohou být spojeny s kompenzační jednotkou, která kompenzuje změny celé ohniskové vzdálenosti zařízeni způsobené pohybem druhé jednotky spojných čoček.

Vynález se dále týká okuláru binokulárního přístroje. Protože statické zorné pole binokulárního přístroje je zvětšeno, stává se obtížným dosažení velkého očního reliéfu. Korigování osových odchylek vyžaduje použití rozptylných čočkových elementů, což dále rozjitřuje tento problém. Podle vynálezu bylo zjištěno, že tyto. problémy mohou být odstraněny alespoň částečně korekcí osových odchylek pomocí jednotky z rozptylných čoček, umístěné před meziobrazem. Tímto způsobem je možno snadno dosáhnout velkého očního reliéfu.

Přídavné použití jednotky z rozptylných čoček znamená zahrnutí jejích účinků na objektiv binokulárního přístroje. Zejména je tím umožněno, aby jednotka z čoček objektivu měla kratší ohniskovou vzdálenost, která zase umožňuje -zmenšení prostředku pro převracení a navracení do původního stavu, nňaprxkl'a'd^-i'nverzní-ho-hrano-l-u-.—Tento—účinek-múž.e_ být znázorněn vytvořením tunelového diagramu pro prostředky pro převracení a navracení do původního stavu.

·* Navíc k těmto výhodám umožňuje jednotka z rozptylných čoček rovněž zmenšení,celkové délky binokulárního přístroje.

H 1' , _|f . J ... .....

Stejně jako výše popsaně''zvětšení-binoku-lá-rn-í-hQ-přístroje_. je možno použít jednotku z rozptylných Čoček před meziobrazem nezávisle na jiných hlediscích vynálezu, což znamená, že tato jednotky z rozptylných čoček může být použita u pozorovacích zařízení všeobecně.

Podstatou okuláru pro pozorování meziobrazu podle vynálezu je, že sestává z jednotky z rozptylných čoček, umístěné před meziobrazem, z první jednotky ze spojných čoček umístěné za meziobrazem, z druhé jednotky ze spojných čoček a z prostředků pro pohyb druhé jednotky ze spojných čoček. Přitom jednotka z rozptylných čoček provádí korekci výchylky neboli aberace okuláru a první jednotka ze spojných čoček má pouze spojné čočkové elementy.

Vynález se konečně týká rovněž objektivu pro vytváření meziobrazu, podle vynálezu, jehož podstatou je, že sestává v následujícím'pořadí z jednotky ze spojných, čoček,, z prostředků pro převracení a navracení meziobrazu do původního stavu a z jednotky z. rozptylných čoček umístěné před meziobrazem.

Přehled obrázků na výkresech

Připojené výkresy, které tvoří část popisu, znázorňují výhodná provedení vynálezu a spolu s popisem slouží k objasnění principů vynálezu. Je zřejmé, že jak výkresy, tak i popis^jsou pouze příkladné^ a nijak. ..vynález..neomezují.. Na , obr. 1 až 4 jsou schematicky v bokorysu znázorněna čočková zařízení vytvořená podle vynálezu. Na obr. 5 až 8 jsou znázorněna schémata týkající se definicí úhlů S a D,

Příklady provedení vynálezu lt

Jak již bylo uvedené výše, týká se vynález binokulárního i.aí . tip přístroje, který má jednotku z čoček objektivu a jednotku z čoček okuláru. Na každém obrázku jsou vztahové znáčky čočkových elementů jednotky čoček objektivu doplněny písmenem •í· '·

0, zatímco vztahové značky čočkových elementů jednotky .

* z čoček okuláru jsou doplněny písmenem E. Vztahové značky j| výstupních pupil různých provedení jsou doplněny písmenem P.

Pro vytvořeni převráceného a přímého obrazu obsahuje jednotka čoček objektivu prostředky pro převracení a navracení do původního stavu, jejichž vztahové značky jsou doplněny písmenem R, přičemž prostředkem pro převracení a navracení do- původního stavu může být Porroův hranol nebo inverzní hranol tvaru střechy.

Určitá provedení podle vynálezu rovněž obsahují jednotku z korekčních čoček, jejichž vztahové značky jsou doplněny písmenem C, a/nebo jednotku mezilehlých čoček, jejichž vztahové značky jsou doplněny písmenem “F. Jednotka z čoček okuláru a jednotka z korekčních čoček spolu tvoří okulár pozorovacího zařízení. Jednotka z čoček objektivu, prostředky *

pro převracení a navracení do původního stavu a jednotka z korekčních čoček spolu tvoří objektiv. To znamená, že jednotka z korekčních čoček může být považována bud za část okuláru nebo za část objektivu.

Jak již bylo uvedeno výše, může se jednotka z mezilehlých čoček pohybovat v oblasti meziobrazu, aby se dosáhlo změny zvětšení pozorovacího zařízení. Tento pohyb může být zajištěn použitím běžných technických prostředků, jako motorů, vaček, pružinou zatížených pák nebo podobně. Je nutno zdůraznit, že podle—vyná-lezu-je—možno—dosáhnout_rychlé změny zvětšeni v *· důsledku toho, že je zapotřebí přemístit pouze velmi malou hmotu, to jest mezilehlé čočky, a to v relativně krátké vzdálenosti.

Jednotka z čoček objektivu, používá, běžných, čočkových elementů známých z binokulárních.přístrojů. Její výchylky jsou korigovány ve spojení s korekcí—výchylek-jednot-k-y—z-čoček, okuláru.

Podle, výhodných provedení vynálezu je jednotka z čoček okuláru sestavena pouze ze spojných čočkových elementů, ačkoliv v případě potřeby je možno použít i jiné typy jednotek z čoček okuláru (viz například Příklady 3 a 4).

Jednotka z korekčních čoček je umístěna mezi prostředkem pro převracení a navracení do původního stavu a jednotkou z čoček okuláru před meziobrazem. Tato jednotka z korekčních čoček má negativní zvětšení a v kombinaci' s jednotkou z čoček okuláru slouží pro korekci osových výchylek, přičemž stále umožňuje, aby celé optické zařízení mělo velký oční reliéf, například oční reliéf alespoň 10 mm;

Korekce aberace se s výhodou provádí použitím jedné nebo několika asférických ploch v systému čoček. Tyto asférické

I plochy se s výhodou použijí v jednotce z čoček okuláru, kde výrobní .tolerance jsou méně rozhodující.

Jednotka z mezilehlých čoček je umístěna v blízkosti meziobrazu. Tato jednotka má celkové zvětšení. Když se použije jednotka z korekčních čoček, bude jednotka z mezilehlých čoček v podstatě umístěna za touto jednotkou, to znamená blíže k jednotce z čoček okuláru. U zařízení s jediným zvětšením může být jednotka z mezilehlých čoček umístěna u Jednotky,, z..čoček okuláru.

U zařízení s proměnlivým zvětšením se může jednotka z čoček objektivu^pohybovat—z—polohy—na—objektivové-’straněmeziobrazu do polohy na okulárové straně meziobrazu, to znamená, že jednotka z mezilehlých čoček se pohybuje meziobrazem. Tento pohyb má za následek zvýšení zvětšení pozorovacího zařízení. Například, jak je znázorněno dále v Příkladech 2-4, může tento pohyb zvětšit zvětšení z asi 7/na $ asi 12. Všeobecně bude mít jednotka z mezilehlých čoček dvě polohy odpovídající dvěma . zvětšením se společnou polohou ohniska, ačkoli v případě potřeby může tato jednotka mít ··/ vytvoření celé řady zvětšení. V tomto musí binokulární přístroj obsahovat kompenzační jednotku pro změnu celkové ohniskové vzdálenosti binokulárního přístroje pohybem nebo přemístěním jednotky z mezilehlých čoček. Je nutno poznamenat, že i když jednotka z mezilehlých čoček je na objektivové· straně meziobrazu, meziobraz se pohybuje a mění zvětšení, když se pohybuje jednotka z mezilehlých čoček.

několik poloh pro posledním případě

Zvýšení zvětšení způsobené přemístěním jednotky z mezilehlých čoček je . spojeno s redukcí úhlového krytí binokulárního přístroje v předmětovém prostoru. Binokulární přistroj podle, vynálezu se tudíž s výhodou používá primárně při malém zvětšení, kde úhlové krytí v předmětovém prostoru je větší, přičemž větší zvětšení se provede tehdy, kdy? si uživatel přeje vidět určitý objekt ve větším detailu. Je nutno poznamenat, že statické zorné pole binokulárního přístroje po jeho přiložení k oku 2Ůstává konstantní, i když se úhlové krytí v předmětovém prostoru změní.

Účinek jednotky z mezilehlých čoček pohybující se meziobrazem může být chápán jako základní vztah pro.zvětšení teleskopu, totiž že zvětšení je poměrem ohniskové délky objektivu k ohniskové délce okuláru. Když je jednotka z -mezilehlých čoček na objektivové straně meziobrazu, múze být považována za část objektivu. Jako taková, protože má pozitivní zvětšení, zkrátí ohniskovou délku objektivu, což odpovídá menšímu zvětšení. Když se jednotka z mezilehlých čoček nachází na okuíárové straně meziobrazu/ může být — považována za část okuláru. V tomto případě zkrátí, ohniskovou délku okuláru, což. odpovídá zvýšení zvětšení. Když je jednotka z ‘mezi lehlých- čoček*· umí stěna- v—►me z iobra ze.,._ani_ne zy_ě_tšu j e_.ani.____ nezmenšuje základní zvětšení pozorovacího zařízení, což znamená, že z hlediska jednotky z mezilehlých čoček má pozorovací zařízení, hodnotu zvětšeni +1,0.

Pro dosažení výše uvedených výhod ^: má jednotka— z‘čoček - okuláru binokulárního přístroje v podstatě relativně velký průměr. To znamená, že vznikne výhoda v tom,^rže hmotnost části binokulárního přístroje, která je nejblíže k oku, se zvětší.

To však zase znamená zvýšení polohové stability. Pro další zvýšení polohové stability uživatele může být okulárová část tělesa použita pro vložení čočkových elementů-provedena tak, že ukazováčky mohou spočívat na okrajích nad okem a palce se mohou opírat o lícní kosti. Alternativně je možno prostředek pro převraceni a navracení do původní polohy zvolit tak, že uživatel drží binokulární přistroj ve svislé poloze tak, že paže má u těla, a tudíž ve stabilním stavu, viz například patent-US.4 .417.788 autorů Alvareze a kol.

- 14 Všeobecně je možno výhod binokulárního zařízení nebo přístroje podle vynálezu nejlépe dosáhnout tehdy, když uživatel drží binokulární přístroj v pevné poloze vůči svým očím. 2 tohoto důvodu jsou výhodné okulárové části miskového tvaru nebo podobně, které usnadňují toto fixování.

Bez -úmyslu- omezit jakýmkoli -způsobem řešení podle vynálezu je toto řešení podrobněji popsáno na následujících

Příkladech 1-4. Těmto Příkladům 1-4 odpovídají obr. 1-4 a tabulky Ϊ-4. Skla a plasty (materiál) uvedené v tabulkách 1-4 * jsou blíže uvedeny v tabulce 5, kde jsou uvedeny pod označením SCHOTT. Pro praktické provedení vynálezu mohou být použita ekvivalentní-^skla-vygobená—j-inými—vý-robc-i-.—Asf-ér-ickékoeficienty uvedené v tabulkách 1-4 jsou určeny pro použití v následující rovnici.

2	V?
^cy ,		, 4$
------------------ ₊ ADy⁴	+ AEy⁵ -Ť AFy⁸ +K.	i -ř/r
(1 + k) c²y²]^1/2 + AGy¹⁰	+ AHy¹² + Aly¹⁴,	) ' '\h

kde z je vydutí povrchu ve vzdálenosti . y od optické osy zařízeni, c je zakřivení čoček v optické ose a k je konstanta kuželovitosti.

Zkratky skutečnosti: (zvětšení). milimetrech.

použité v tabulkách

ČP - číslo plochy

Všechny rozměry uvedené znamenají následující ZP - polohu najetí v tabulkách js;.·; v

Příklad 1

Tento příklad ilustruje konstrukci binokulárního přístroje podle vynálezu, který má jediné zvětšení, a jehož poměr S/D je větší než 3,0.

Binokulární přístroje pracují při zvětšení, jehož hodnota je 12X. Jako ve všech příkladech je první jednotka z čoček obvyklým objektivem, ačkoli má kratší ohniskovou vzdálenost než je kombinovaná ohnisková vzdálenost první a .druhé jednotky, aby se zmenšila světelnost, a tudíž velikost sytému pro převracení a navracení do původního stavu. Druhá jednotka je tvořena dvěma stmelenými rozptylnými čočkami, a provádí korekce aberace a nastavení požadované kratší ohniskové vzdálenosti první jednotky z čoček. Pro vytvoření velkého statického zorného pole s pomocným prostředkem jsou v jednotce z-čoček—oku-láru-použi.ty-_dya asférické povrchy. Nejblíže oka je použit skleněný element pro zajištění dlouhé životnosti.

Příklad 2

Tento příklad ilustruje konstrukci binokulárního přístroje podle, vynálezu, který má dvě zvětšení, a pro své vysoké zvětšení má poměr S/D větší než 3,0. Tento příklad rovněž ilustruje•““schopnost<—vyná-lezu~z-j.ednodušit konstrukci binokulárního přístroje a tím minimalizovat jeho cenu.

Systém čoček u.tohoto příkladu sestává ze stejného počtu z čočkových elementů jako systém .čoček v Příkladu l, avšak pro zajištění změny zvětšení používá pohyblivých mezilehlých čoček.

Příklad 3

Příklad 3 má podobnou konstrukci jako Příklad' 2 s výjimkou toho, že pro korekci aberace jsou dvě stmelené čočky obsaženy v jednotce z okulárových čoček. Proměnného zvětšení se dosáhne opět pohybem jediné jednotky z mezilehlých -čoček.

Příklad 4 *

' Příklad '4 je podobný Příkladům 2 a 3 s výjimkou toho, že neobsahuje žádné asférické elementy a pro druhou jednotku je použit jediný rozptylný element. Do jednotky z čoček okuláru jsou přidány dvě stmelené čočky pro provádění korekce aberace jako v Příkladu 3, přičemž jednotka z mezilehlých čoček sestává ze dvou spojných elementů.

Tabulky 7a 8 shrnují různé vlastnosti systému čoček podle Příklad 1-4. V tabulce 7 jsou uvedeny jejich poměry s/D a různé hodnoty pro výpočet těchto poměrů. V tabulce 8 jsou uvedeny ohniskové vzdálenosti (f_a) jednotky z čoček-objektivu, ohniskové vzdálenosti (f_b) jednotky z korekčních čoček, jejich kombinace a kombinované ohniskové vzdálenosti (ff_e) 'jednotky z měžilehlých čoček a jednotky z čoček okuláru. Mezi jiným je nutno poznamenat, že v této tabulce 8 je ohnisková vzdálenost f_a je značně menší než ohnisková vzdálenost f_ajj, to znamená že f_a je menší než, asi 0.75_f_ab.._Jak_již-bylo-uvedeno—-výše, vede toto provedení k různým praktickým výhodám, mezi něž patří menší provedení prostředku pro převracení a navracení do původního stavu a menší celková* velikost ,, ’^v2.' ^{1 ř}'S*· binokulárního přístroje. j-. , '0 «·

Ačkoli byla popsána a znázorněna specifická provedení podle vynálezu, je zřejmé, že je možno provádět různé modifikace, aniž by došlo k vychýlení z rozsahu vynálezu. Například binokulární přístroj podle vynálezu může být obvykle /» ' ‘Si opatřen prostředky pro pohyb jednotky z čoček objektivu a jednotky z čoček okuláru vůči sobě navzájem pro celkové zaostřování a dále prostředky pro pohyb jednoho nebo několika, elementů jednotky z čoček okuláru na jedné straně binokulárního přístroje pro relativní zaostřování mezi dvěma očima. V případě potřeby je možno rovněž použít automatické zaostřování.

Odborníkům je zřejmá celá řada dalších modifikací, které se neodchýlí z rozsahu vynálezu. Specifická provedení, jejich modifikace, variace a ekvivalenty jsou uvedeny v patentových nárocích.

W

É-t cn o

Z i4

H

6-i xy >

w . . .............

kOkOLTkOkSkOkOkOkOkOrXi-tOltHf*!

η η η π η η η Η m n-n n oj oj o o Jeti · ·

O H ta co H| CO <1 co in *

W

0* «Η ca θ'

in

OJ

<

►4 «

&S iJ «:

H

Pí

H řn <

Σ κη

D

O (J a > H

Π b3 k£>

H

I ta kO Clím <1 t _ ^1/1- CD in ><

ko in in tí o·

	Ol	*-s.	ko m	to	aí	Γ»
tet	fe	tel	u- tet	H	U	tet
a	ty	c	W fe	0-	<	a

o o o- o o · o o o o σ\ o o o o o o u> o o o o o in o o o o o O C O O O o w m

H

I ' ta m bul σ m ,U1 w

o

XJ

D

Σ «

Em tn

Pí xy

Σ o

|J o

fe kO Ol kO 01 H tri H n oi

OJOOJOOOOO οοποσοοο

CNOr-OOOOO >ΟΗΟΟΟΟΟ cnOHOHOOO mr-minokoHO η H

kO

ků

w

Ifi

Ol

OJ

o·

OJ

co

θ'

m

rn

σ

n

Ό

tn

Ό

0>

1-t

in

θ'

σ

H

n

kO

01

η

OJ

m

o

in

OJ

Η

σ

Γ—1

kO

in

k0

OJ

O!

0-

in

k0

ιη

-rl

»

• 8 1

B ·

a

co

<?

o

Oi

O

co

σ

e

ca

η

3

o

H

Ol

ř-í

in

m

H

Η

ΓΊ

ft

1

K

H

1

H

1

rH

1

I I <

K υ

o rf fe o

H ta cn caiH <1 m co σ

w

H fe a

w tó fe ft

XJ

H 01 m <« in ko r co h n η n rl Η Η H rl u

x;

o

H

Pí ta w

<

o kO o

i ca kO

OJ n

0531E-05 7 211QE-0Q -Q.3705E-10 - 2 .'9920E-12 3.1293E-14 -5.3Θ33Ε-17 rH ΙΓΊ fe(

ClffiN

(M <

a

O

CQ

P*

Pí o

θ'

Z a

a

Pi >

V)

A w;

H a

a p<

a >Pi

ΧΛ

X

O

Hl .LO

H i

a m

h|lo <|fn

LO cm n

Ό

HHH’?ocr-fioc--ainf^Tir-io> cm

....i... ....... H ί'ΐιηΠ'Γ'ΐί^ς'Μ'ΓιΓιπίηΏΰ'? >

σι O CM CM CM CM CM CM CM CM CM Η rl a

Γ»

OIcq <|cO

O· t?

H

			o			O
> CM	r-	LO LQ	a	a	c~	H·
a a	a	a a	<	u	a	i
a a	a	a a	a	<	a	ta

in

H co rt r,'?I

PŘEDPIS SYSTÉMU ČOČEK tí a

O

X o

a

o o in o o o c

o

ooo

o

O

Γ—f

σ

o

<n

o

O

m

o

o £

O £

o

m

o

a

m

o

o 0

O 0

o

a

CQ

o

*?

CQ

o

in 0

o 0

o

H

LO

o

• N

co

CM

<<

CM

rH

tn

H

C-

tr

o

CM

CQ

H

X

u

o

a

n

O

H

CQ

to r-

o o

CM

Γ*

o

n

o

UQ

tr m*

CQ CQ

σι

rQ

1—1

n

X

tr

LO

o

CQ LO

o

Γ!

CM

o

H

i

o

CO CM

eo co

H

O

’Τ

CQ

-H

X

•

3

s

CL

a

o

CQ

m

H

? rt

t? tr

m

r*

o

O

0

u

o

n

CQ

o

CM CM

O O

rH

r*·

a

H

1

H

t

i

n

tí

«4 a

cn

Cl

C o

I a

H a, n <1 a <?

CM

O|

20.04 25.74

42.44 3.3 0

H cm n v o vo

C a cq O rl cm n rl rl r) H m· o ri rM

M*

Ol'?

<!m· cq

P· <

a

N

XO

Pt a

>

CM

O

Jít o

TABULKA

Fi

Ul

-o

Cd

E-i >Cd >

Ul €mi

O

O )-1

F¹

Mfl^eurNaNriNCinciaďíui acaori^Tňriwioomaairxui mmfiníNNNNNNÍNi-IHHrtrl ui

H

I

Cd

ΓHlín <1^ in

Γn

H i

Cd N* I vi I 'O 05 p-f

.. I

Cd co

O| tn <|o o

U

H

J

		a				a
O-CN-fr.-i	-Ό. Ul._	id			c—	σ
id Cd id	Cd id	·<	Ky»	u	id	1
ca w a	cn a.	J	Cn . '	<	a	Cd

ui p«

N

CN o o r o o o o o o cn o o o o. o o ω o o a o ω H o o o o m cvo a o ui

Cd

XJ

O

KJ s

Eh ui ><

ω w

H di c

w tó ca

O

J

O řU

PM

XJ o cn ri o m o ι-í lil H

O a ε oo o 0 o N · a o wct oo o o. o η h o n. o o

EoaHap-oo OOUIOOIOOO Οορηηλο o N ...... .

H O CO O N* O O H

Ν’

N*

<?

Cl

r-

CN

Cl

Ν’

r-

H

m

c-

O

n

co

r-

Γ-

Cl

Lfl

m

N*

N

OJ

05

c*

e

CO

a

’Ζ*

Cl

C-

o

Γ-

Γ»

N¹

H

Ul

r—í

σι

co

a

Ul

ω

co

o

Ul

ÍN

a

Ul

CN

•H

*

a

CO

o

Cl

rM

Η

Ul

Γ-

CN

CC

<N

m

cri

P-

3

Ul

<? 8

3 o

H?

H

Ν’

Ul

H

CN

rd

0.

1

rH

1

}

1

HCN η T Ul CO Η rí H rl rl H

ΓΗ

U

O

J

PM ra u

ΙΪΗ ·« <j

H ca «a

Cd

Ul <

<

Eh <

a r· o

a o

Cdlci <| H m ui o

I

Cd a I vi I o

CO

Ph U *->Ih

Cd

XJ1

E-i id >

N

C01 | 05

O

CN

Ul O ΓΏ CN a| -r H

Ul co

H cn

PM

XJ ft

CS3

CN

- 20 w o

Z

P ——^J--——-W

E-i *4 >

cn iDop-otomrtcNmcNcNr-ricDr-LDco min-rrOcmnuooHriňun?

nmnCNrtrtrtCNCNmCNCNCNrtrtrt rt l3 □

ffl <

H h4 wS

H

PS w

Ě-l p* m

CN		w			CN □ CN	P'
Eu	k	í<	CN	ií	u fa
CO	α	r.	t, '	α	a vi	α

« ¢-1

XD

D

O vD

PŘEDPIS SYSTĚMU ČOČĚK

o

Γ'

O

o

ID

O

o

O

o

O

o

O

o

P*

O

o

O

o

O

o

σ\

O

o

ID

o

rt

in

rt

O

o

s

rt

o

E

o

m

rt

CO

o

m

o

0

CO

(N

ID

0

o

rt

o

•

0

•

0

•

·

t

.

«

>

co

CN

=3

rt

N

rt

O

N

ά

rt

o

m

o

rt

CN

CO

rt

rtl CN

179 h| oo σι cn

co

o

CO

o

CD

O

rt

m

P-

CC

K

rt

CO

o

f-]

to

C\

CC

P·

rt

P-

n

w

CD

n

o

CA

r-t

n

2

o

co

P*

CC

ID

n

CO

03

CN

LD

P-

o

irt

m

rn

H

CD

[*s

co

in

kO

r-l

P-

n

O

o

rt

H

*

•

t

α

p-

03

o

r*

P-

CN

P-

CN

t-

P·

CN

r-f

to

τ—1

CN

rt

3

m

O

a

co

ID

CA

S

s

r-f

rt

H

rt

m

CD

CN

rt

lf

r-f

CN

a

N co

P·

H

r

rH

rt

r-f

o

Z

r-f

m

w

XD

E-1

xy

a

aj XJ

rt

CN

n

co

CD

co

CC

o

CN

n

rt

ID

CO

P~

>

rt

íN

rt

τ—f

r-f

rt

r-f

H

rH

a

N

íc fiK

TABULKA 5

MATERIÁL N_e V_e

5K7	1.51872	64.0
ACRYLIC	1.43353	57.3
LAK 8	1.71615	53.6
FX5	1.48914	70.2
SF6	1.81264	25.2
SF2	1.65221	33.6
'?CD2	λ.57087	62.9'
715537	1.71500	53.7
F2	1.62408	36.1

TABULKA 6

1.5 2.0

2.5 3.0

3.5 4.0

4.5 5.0

13°

15°

17° 19° 21° 23° 24.3° 26-.6°

TABULKA 7

Příkl. Mag. R_ep ^s S/D„

1	12	17.5	1.46
2	6.85	16	2.34
	12	16	1.33
3	6.79	ie	2.65
	12	18	1.50

4	6.9	17	2.46
	12 ,	17	1.42

4.6	55.2	12.8	4.31
5.0	34.2	16'. 5	2.07
3.4	40.8	12.3	3.32
5.0	34.0	17.7	1.92
3.2	38.4	13.0	2.95
----.	-----------	-----— ..	-----------
5.0	34.5	16.9	2.04
3.2	38.4	12.7	3.02

Mag. je zvětšení.

R je poloměr vstupní pupily v milimetrech.

^eP

R je poloměr výstupní pupily v milimetrech.

U je poloviční “zorné pole v předmětovém ⁰ prostoru ve stupních.

S je součin Mag. a U .

o

D se vypočítá použitím rovnice 1.

TABULKA 8

Příklad	*ab		F· ~b	*fe
	150.1	115.5	-53.9	15.0
2	173.8	115.8	-68.1	25.7 14.6
3	163.4	122.0	-63.4	24.9 14.1
4	133.5	115.. l'	-41.3 T	29.0

16.6 ' j e^kóiňbino váná - ohnisková—v-zdáleno s.t „ jednotky čoček objektivu a jednotky korekčních čoček.

je ohnisková vzdálenost jednotky čoček objektivu.

je ohnisková vzdálenost jednotky korekčních čoček.

je kombinovaná ohnisková vzdálenost jednotky mezilehlých čoček a čoček okuláru.

Claims

Ρ A Τ Ε N T O

1. Optické zařízení pro zvětšování pozorovaného objektu, vyznačující se tím, že obsahuje první jednotku ze spojných čoček pro vytvoření meziobrazu objektu, druhou jednotku ze spojných čoček, uspořádanou v blízkosti meziobrazu, třetí jednotku ze spojných čoček přo opětovné zobrazení meziobrazu modifikovaného druhou jednotkou ze spojných čoček, á prostředky, pro pohyb druhé jednotky ze spojných čoček uspořádané v blízkosti meziobrazu pro změnu zvětšení objektu, přičemž pohyb druhé jednotky ze spojných čoček je jediným zdrojem změny zvětšení v zařízení, jiným než náhodné- změny-zvětšení- _ř—které - -mohou- být-spo j enys^- kompenzační ^_jednotkou, která kompenzuje změny celé ohniskové vzdálenosti zařízení způsobené pohybem druhé jednotky spojných čoček.
2. Optické zařízení podle nároku 1, vyznačuj í cí se tím, že druhá jednotka ze spojných čoček sestává z jediného spojného čočkového elementu.
3. Optické zařízení podle nároku 1, vyznačuj í c í se t í m, že dále obsahuje prostředek pro převraceni a navracení meziobrazu do původního stavu, přičemž tento prostředek pro převracení a navracení do původního stavu je umístěn mezi první jednotkou ze spojných čoček a druhou jednotkou ze spojných čoček, a jednotku z rozptylných čoček umístěnou mezi uvedeným prostředkem pro převracení a navracení do původního stavu a druhou jednotkou ze spojných čoček.
4. optické zařízení podle nároku 3, vyznačuj í c i setím, že jednotka z rozptylných čoček obsahuje jediný rozptylný čočkový element.
5. Optické zařízení podle nároku 3, vyznačuj ιοί se tím, že třetí jednotka ze spojných čoček obsahuje pouze spojné čočkové elementy.
6. optické zařízení podle nároku 1,vyznačuj í cí se tím, že prostředky pro přemísťování pohybují druhou jednotku ze spojných čoček meziobrazem.
7. Optické zařízení podle nároku 1, vyznačuj Ιοί s e t i m, že je pozorovacím zařízením monokulárního nebo binokulárního typu pro pozorováni lidským okem, a třetí jednotka ze spojných čoček tvoří virtuální obraz z meziobrazu, přičemž—virtuální_obraz_poskytuje oku pomocí pozorovacího zařízení statické poloviční zorné pole v rozsahu úhlu S, a přičemž pozorovací zařízení má výstupní pupilu o poloměru ^Rex ^a poskytuje oku dynamické poloviční zorněpole v rozsahu úhlu D, daného následujícím výrazem, v'němž *poloměr R_exa konstanty 1,5 a 13 jsou v milimetrech'

D = tan^_1[(R_ex + 1,5)/13], přičemž- poměr - S -ku -D- j e - a lespoň--2 ,-
8-.------------------8. Optické zařízení podle nároku 7, vyznačující se tí i, že poměr S ku.D je alespoň 2,9.
9. Optické zařízení podle nároku 7,' v y z n~a č~u j í-. cí se tím, že poměr S ku D je alespoň 3,0.