RU2036495C1

RU2036495C1 - Optical device

Info

Publication number: RU2036495C1
Authority: RU
Inventors: Анатолий Алексеевич Бакуев; Марина Тихоновна Казутина; Владилена Константиновна Николаева; Леонид Владимирович Пинаев; Елена Михайловна Сергеева
Original assignee: Анатолий Алексеевич Бакуев; Марина Тихоновна Казутина; Владилена Константиновна Николаева; Леонид Владимирович Пинаев; Елена Михайловна Сергеева
Priority date: 1992-03-18
Filing date: 1992-03-18
Publication date: 1995-05-27

Abstract

FIELD: optical instrument engineering. SUBSTANCE: device has objective 1 - image forming unit, image observing unit which has lavsan film 4 having a single mated surface at least and mounted at image plane of the object, double eye-piece 6 which is conjugated with the film optically. Unit 6 is disposed at distance being less than its focal length from film 4. Objective 1 forms image of object at mated surface of lavsan film 4 and this image may be viewed through double eye-piece 6 with two eyes. EFFECT: improved brightness; reduced sizes. 1 dwg

Description

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в телекамерах, проекционных системах и микроскопах. The invention relates to optical instrumentation and can be used in television cameras, projection systems and microscopes.

Известны различные оптические приборы, содержащие блоки формирования и наблюдения изображения двумя глазами. Блок формирования изображения это объектив. Блок наблюдения изображения двумя глазами может быть выполнен либо в виде бинокуляра, либо в виде оптической системы с экраном. Бинокулярные системы применяются в основном в микроскопах (Мартин Л. Техническая оптика. М. Изд-во физико-математической литературы, 1960, с. 208; Иванова Т.А. и Кирилловский В.К. Проектирование и контроль оптики микроскопов. Л. Машиностроение, 1984, с.127). В таких конструкциях используются либо две независимые оптические системы, установленные под углом одна к другой, либо системы с общим объективом и последующим разделением пучка на две части для направления в обе ветви бинокулярного блока и наблюдения изображения в свои окуляры. В бинокулярном блоке в связи с малым диаметром выходного зрачка в каждой ветви и малым его удалением даже незначительные смещения наблюдателя в осевом или поперечном направлении приводят в диафрагмированию световых пучков, попадающих в глаз наблюдателя, вследствие чего наблюдатель вынужден длительное время и максимально близко совмещать глаза с тубусами, что приводит к напряженности работы, утомлению, падению работоспособности, увеличению габаритов. Various optical devices are known containing blocks for forming and observing an image with two eyes. The imaging unit is a lens. The unit for observing an image with two eyes can be made either in the form of a binocular, or in the form of an optical system with a screen. Binocular systems are mainly used in microscopes (Martin L. Technical Optics. M. Publishing House of Physics and Mathematics, 1960, p. 208; Ivanova T.A. and Kirillovsky V.K. Design and control of microscope optics. L. Mechanical Engineering 1984, p. 127). Such designs use either two independent optical systems mounted at an angle to one another, or systems with a common lens and then dividing the beam into two parts to direct both branches of the binocular block and observe the image in their eyepieces. In the binocular block, due to the small exit pupil diameter in each branch and its small removal, even insignificant displacements of the observer in the axial or transverse direction result in the diaphragmation of the light beams entering the observer’s eye, as a result of which the observer is forced to combine his eyes with the tubes for a long time and as close as possible , which leads to work stress, fatigue, a drop in performance, an increase in size.

Такие недостатки значительно устранены в экранном варианте блока наблюдения изображения, позволяющего наблюдать изображение двумя глазами и допускающего подвижки наблюдателя относительно экрана. Such disadvantages are significantly eliminated in the on-screen version of the image observation unit, which allows observing the image with two eyes and allowing the observer to move relative to the screen.

Известен длинномер (см. справочник Оптические приборы в машиностроении/Под ред. Заказнова Н.П. М. Машиностроение, 1974г. с.91-92, рис.1), содержащий осветитель, шкалу, объектив (блок формирования изображения) и проекционную линзу, второй объектив, коллектив и экран в виде стеклянной пластины, образующие блок наблюдения. Прибор позволяет наблюдать на экране предмет и измерять его длину. The long-length meter is known (see the reference book Optical Instruments in Mechanical Engineering / Edited by N.P. Zakaznov, Mechanical Engineering, 1974, pp. 91-92, Fig. 1), containing a illuminator, a scale, a lens (image forming unit), and a projection lens , the second lens, the team and the screen in the form of a glass plate forming the observation unit. The device allows you to observe the object on the screen and measure its length.

Недостатками такого прибора являются его узкая специализация, пониженная яркость изображения на рассматриваемом экране, необходимость использования интенсивных источников в осветителях, сложность конструкции и большие габариты прибора. The disadvantages of this device are its narrow specialization, lowered image brightness on the screen in question, the need to use intense sources in illuminators, the complexity of the design and the large dimensions of the device.

Пониженная яркость изображения на экране определяется тем, что чем больше масштаб (линейное увеличение β) изображения на светорассеивающем экране, тем меньше его освещенность, а следовательно, и яркость, причем яркость обратно пропорциональна квадрату линейного увеличения (Бегунов Б.Н. и Заказнов Н.П. Теория оптических систем. М. Машиностроение, 1973). Снижение яркости изображения приводит к падению разрешающей способности и к уменьшению числа разрешаемых деталей. Для обеспечения нормального разрешения глаза необходимо использовать более мощные источники света, применять светозащитные козырьки и шторки. The reduced brightness of the image on the screen is determined by the fact that the larger the scale (linear increase in β) of the image on the light-scattering screen, the lower its illumination, and therefore the brightness, and the brightness is inversely proportional to the square of the linear increase (Begunov B.N. and Zakaznov N. P. The Theory of Optical Systems. M. Mechanical Engineering, 1973). Decreasing the brightness of the image leads to a decrease in resolution and to a decrease in the number of resolved details. To ensure normal resolution of the eye, it is necessary to use more powerful light sources, apply light shades and curtains.

Увеличение габаритов прибора определяется тем, что при проектировании действительного изображения на экран с линейным увеличением β расстояние между предметной плоскостью проекционной системы и экраном l ≈ 2f' + f'β f^'(2+β), где f' фокусное расстояние проекционной системы, т.е. в несколько раз превышает фокусное расстояние проекционной системы. Следует отметить также, что наблюдатель располагается от экрана на расстоянии не меньше 250 мм, что также увеличивает общие габариты системы прибор наблюдатель, так как расстояние наблюдателя от предметной плоскости проекционной системы составит L_н ≈ f'(2+ β ) + 250 (мм). Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является конструкция измерительного микроскопа (справочник Оптические приборы в машиностроении /Под ред. Н.П.Заказнова. М. Машиностроение, 1974, с.87-88), содержащая блок формирования изображения: осветитель, предметный стол, объектив; и блок наблюдения, содержащий сетку, проекционные линзы, расположенные на определенном расстоянии от сетки, на которой формируется изображение предмета, и экран в виде стеклянной пластины. Предмет устанавливается на предметном столе и наблюдается на экране, при этом измеряются его размеры.The increase in the dimensions of the device is determined by the fact that when designing a real image on a screen with a linear increase in β, the distance between the subject plane of the projection system and the screen is l ≈ 2f '+ f'β f ^' (2 + β), where f 'is the focal length of the projection system, t .e. several times the focal length of the projection system. It should also be noted that the observer is located at least 250 mm from the screen, which also increases the overall dimensions of the observer system, since the distance of the observer from the subject plane of the projection system will be L _n ≈ f '(2+ β) + 250 (mm) . Closest to the proposed technical essence is the design of a measuring microscope (reference book Optical Instruments in Mechanical Engineering / Ed. By N.P. Zakaznov. M. Mechanical Engineering, 1974, p. 87-88), containing an imaging unit: illuminator, subject table, lens; and an observation unit comprising a grid, projection lenses located at a certain distance from the grid at which the image of the object is formed, and a screen in the form of a glass plate. The item is mounted on the subject table and observed on the screen, while its dimensions are measured.

Недостатки микроскопа следующие: наличие экрана определяет пониженную яркость изображения предмета при наблюдении его на экране двумя глазами, увеличенные габариты, сложность конструкции. The disadvantages of the microscope are as follows: the presence of a screen determines the reduced brightness of the image of an object when it is observed on the screen with two eyes, increased dimensions, and complexity of the design.

Как и в описанном выше техническом решении, снижение яркости изображения приводит к падению разрешающей способности зрения и требует использования более мощных источников света и применения светозащитных устройств. Проектирование изображения на экран с большим увеличением приводит к существенному росту габаритов устройства. Кроме того, матированная стеклянная поверхность имеет разрешение порядка 60 л/мм, что может оказаться недостаточным. As in the technical solution described above, reducing the brightness of the image leads to a decrease in the resolution of vision and requires the use of more powerful light sources and the use of light-protective devices. Designing an image on a screen with a large increase leads to a significant increase in the dimensions of the device. In addition, the frosted glass surface has a resolution of the order of 60 l / mm, which may be insufficient.

Целью изобретения является повышение яркости изображения и уменьшение габаритов при обеспечении высокой разрешающей способности. The aim of the invention is to increase the brightness of the image and reduce the size while ensuring high resolution.

Поставленная цель достигается тем, что в оптическом устройстве, содержащем блоки формирования и наблюдения изображения, блок наблюдения изображения выполнен в виде оптически сопряженных лавсановой пленки, размещенной между защитными стеклами, и биокуляра, установленного на расстоянии от лавсановой пленки меньше фокусного расстояния, причем лавсановая пленка выполнена по крайней мере с одной матированной поверхностью, размещенной в плоскости изображения блока его формирования. This goal is achieved in that in an optical device containing image forming and observing units, the image observing unit is made in the form of optically conjugated lavsan film placed between protective glasses and a biocular installed at a distance from the lavsan film less than the focal length, and the lavsan film is made with at least one matted surface located in the image plane of its formation unit.

На чертеже изображено предлагаемое оптическое устройство. The drawing shows the proposed optical device.

Оптическое устройство содержит блок формирования изображения, выполненный в виде объектива 1, корпус 2 и блок наблюдения изображения, выполненный в виде оптического узла, включающего оправу 3, лавсановую пленку 4, имеющую по крайней мере одну матированную поверхность, размещенную между защитными стеклами 5, и оптически сопряженный с пленкой 4 биокуляр 6, установленный от нее на расстоянии, меньшем его фокусного расстояния. Матированная поверхность пленки 4 оптического узла блока наблюдения изображения размещена в плоскости изображения блока формирования изображения. The optical device comprises an image forming unit made in the form of a lens 1, a housing 2 and an image observing unit made in the form of an optical unit including a frame 3, an mylar film 4 having at least one frosted surface located between the protective glasses 5, and an optical conjugated to the film 4 of the biocular 6, installed from it at a distance less than its focal length. The matted surface of the film 4 of the optical node of the image observing unit is placed in the image plane of the image forming unit.

Оптическое устройство работает следующим образом. The optical device operates as follows.

Объектив 1 формирует изображение предмета (объекта) на матированной поверхности лавсановой пленки 4. Это изображение рассматривается через биокуляр 6 двумя глазами с увеличением, причем поскольку биокуляр 6 формирует мнимо изображение, отнесенное в сторону объектива 1, габариты прибора существенно сокращаются, а наблюдатель может вплотную приблизиться к биокуляру 6, что сокращает габариты системы прибор наблюдатель по сравнению с прототипом. Размещение биокуляра 6 на расстоянии, меньшем его фокусного расстояния, от изображения, расположенного на лавсановой пленке, позволяет получить мнимое, увеличенное в β_б раз ( β_б- линейное увеличение биокуляра) изображение, что является необходимым условием достижения цели изобретения повышения яркости и сокращения габаритов. Так, расстояние от предметной плоскости биокуляра до наблюдателя при описанной конструкции не превышает двойного фокусного расстояния биокуляра, что при увеличении 5^х ≈100-120 мм; тогда как в прототипе при увеличении изображения на экране, равном 5^х, это расстояние составит 7f' + 250 мм.The lens 1 forms an image of an object (object) on the matted surface of the mylar film 4. This image is viewed through the biocular 6 with two eyes with magnification, and since the biocular 6 forms an imaginary image, directed towards the lens 1, the dimensions of the device are significantly reduced, and the observer can come close to biocular 6, which reduces the size of the system observer device in comparison with the prototype. Placing the biocular 6 at a distance shorter than its focal length from the image located on the mylar film allows you to get an imaginary, enlarged β _b times (β _b - linear increase of the biocular) image, which is a necessary condition for achieving the goal of the invention to increase brightness and reduce size . So, the distance from the subject plane of the biocular to the observer with the described construction does not exceed the double focal length of the biocular, which with an increase of 5 ^x ≈100-120 mm; whereas in the prototype when increasing the image on the screen equal to 5 ^x , this distance will be 7f '+ 250 mm.

Яркость наблюдаемого через биокуляр изображения увеличивается по сравнению с яркостью на экране в (F_б ² τ_б) раз, где F_б видимое увеличение биокуляра; τ_б коэффициент пропускания биокуляра; поскольку для достижения того же суммарного видимого увеличения устройства масштаб изображения на лавсановой пленке в F_б раз меньше, чем на экране, а следовательно, его яркость в F_б ² раз выше, а при наблюдении через биокуляр яркость уменьшается пропорционально τ_б. Повышение яркости изображения, наблюдаемого двумя глазами, обеспечивает глазу возможность полностью реализовать разрешающую способность зрения, а следовательно, обеспечить высокую разрешающую способность системы прибор оператор. При этом разрешающая способность матированной лавсановой пленки существенно выше (порядка 100 лин/мин), чем матированного стеклянного экрана.The brightness of the image observed through the biocular increases compared to the brightness on the screen by (F _b ² τ _b ) times, where F _{b is the} visible increase in the biocular; τ _b the transmittance of the biocular; since in order to achieve the same total visible increase in the device, the image scale on the mylar film is F _b times smaller than on the screen, and therefore, its brightness is F _b ² times higher, and when observed through the biocular, the brightness decreases proportionally to τ _b . Increasing the brightness of the image observed with two eyes, provides the eye with the ability to fully realize the resolution of vision, and therefore, to provide a high resolution system operator device. In this case, the resolution of the frosted dacron film is significantly higher (of the order of 100 lines / min) than the frosted glass screen.

Использование предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом позволяет повысить яркость изображения предмета при наблюдении его двумя глазами и уменьшить габариты устройства при обеспечении высокой разрешающей способности благодаря тому, что блок наблюдения изображения выполнен в виде оптического узла, включающего лавсановую пленку, имеющую по крайней мере одну матированную поверхность, размещенную между защитными стеклами, и оптически сопряженный с нею биокуляр, установленный на расстоянии от пленки, меньшем его фокусного расстояния, т.к. изображение предмета на пленке является уменьшенным в (F_б) раз, а использование биокуляра позволяет компенсировать его уменьшенное увеличение; благодаря тому, что матированная поверхность лавсановой пленки оптического узла блока наблюдения изображения размещена в плоскости изображения блока его формирования, так как в данном случае уменьшены аберрации системы и наиболее четко проявляется изображение предмета.Using the proposed invention in comparison with the prototype allows to increase the brightness of the image of an object when observed with two eyes and to reduce the dimensions of the device while providing high resolution due to the fact that the unit for observing the image is made in the form of an optical unit, including dacron film having at least one matted surface placed between safety glasses and a biocular optically conjugated to it, mounted at a distance from the film less than its focal length conditions, because the image of the object on the film is reduced (F _b ) times, and the use of a biocular allows you to compensate for its reduced increase; due to the fact that the matted surface of the mylar film of the optical unit of the image observation unit is located in the image plane of the formation unit, since in this case the aberrations of the system are reduced and the image of the object is most clearly manifested.

Кроме того, разрешение системы с лавсановой пленкой в 1,5 раза выше, чем на стеклянной матированной пластине. При использовании биокуляра с увеличением 5^х яркость была повышена

в 20 раз. Оптическое устройство технологично, несложно в изготовлении, доступно как крупным, так и мелким предприятиям, промышленно применимо.In addition, the resolution of the system with mylar film is 1.5 times higher than on a frosted glass plate. When using a biocular with a magnification of 5 ^{x, the} brightness was increased

20 times. The optical device is technologically advanced, easy to manufacture, available to both large and small enterprises, and is industrially applicable.

Claims

OPTICAL DEVICE containing image forming and observing units, characterized in that the image observing unit therein is made in the form of optically conjugated lavsan film placed between the protective glasses, and a biocular installed at a distance from the lavsan film less than the focal length of the biocular, and the lavsan film is made with at least one matted surface located in the image plane of its formation unit.