RU2080633C1 - Galilee telescopic system - Google Patents

Galilee telescopic system Download PDF

Info

Publication number
RU2080633C1
RU2080633C1 RU95106869A RU95106869A RU2080633C1 RU 2080633 C1 RU2080633 C1 RU 2080633C1 RU 95106869 A RU95106869 A RU 95106869A RU 95106869 A RU95106869 A RU 95106869A RU 2080633 C1 RU2080633 C1 RU 2080633C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
grid
lens
optical
objective lens
optical component
Prior art date
Application number
RU95106869A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU95106869A (en
Inventor
А.В. Демин
А.А. Джаманбаев
В.В. Козодой
Original Assignee
Санкт-Петербургский государственный институт точной механики и оптики (технический университет)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Санкт-Петербургский государственный институт точной механики и оптики (технический университет) filed Critical Санкт-Петербургский государственный институт точной механики и оптики (технический университет)
Priority to RU95106869A priority Critical patent/RU2080633C1/en
Publication of RU95106869A publication Critical patent/RU95106869A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2080633C1 publication Critical patent/RU2080633C1/en

Links

Landscapes

  • Telescopes (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

FIELD: optical instrumentation, telescopes, binoculars, geodetic devices and other visual optical devices designed for measurement or aiming at objects. SUBSTANCE: Galilee telescopic system incorporates objective lens 1 of positive focal power and negative eye-piece 3 of negative focal power, optical component 2 with grid inserted between objective lens 1 and eye-piece 3. Grid is made on first surface in path of ray. Value of air gap interval between objective lens 1 and optical component 2 with grid is determined from relationship: $$$, where $$$ is value of air gap between objective lens and grid, mm; $$$ is value of rear focal length of objective lens, mm; $$$ is value of air gap between optical component with grid and eye- piece, mm; $$$ is thickness of optical component with grid along optical axis of telescopic system, mm; $$$ is value of front focal length of eye-piece, mm. Last surface of objective lens in path of ray is made concave with ray splitting coat and faces grid with concavity. Radius of its curvature is found from following relationship: $$$, where R is curvature radius of concave surface with ray splitting coat, mm. EFFECT: expanded application field, improved functional reliability. 1 dwg

Description

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а точнее к зрительным трубам, биноклям, геодезическим приборам и другим визуальным оптическим приборам, предназначенным для измерений или наведения на объект. The invention relates to optical instrumentation, and more specifically to telescopes, binoculars, geodetic instruments and other visual optical instruments for measuring or pointing to an object.

Известна конструкция зрительной трубы Кеплера (Бегунов Б.Н. и др. Теория оптических систем, М. Машиностроение, 1981, с. 212-213, 227, рис. 168(а)), содержащая объектив и окуляр положительной силы, причем в передней фокальной плоскости окуляра может быть дополнительно установлена визирная сетка для измерений или наведения. Эта конструкция позволяет производить измерения объекта или наводиться на него, однако она создает перевернутое изображение объекта и не обеспечивает неподвижности изображения сетки относительно наблюдаемого объекта при смещении глаза наблюдателя относительно выходного зрачка телескопической системы. A known construction of the Kepler telescope (Begunov B.N. et al. Theory of optical systems, M. Mashinostroenie, 1981, pp. 212-213, 227, Fig. 168 (a)), containing a lens and an eyepiece of positive force, and in the front the focal plane of the eyepiece can be additionally installed a reticle for measurements or guidance. This design allows you to measure the object or aim at it, however, it creates an inverted image of the object and does not provide a still image of the grid relative to the observed object when the observer's eye is shifted relative to the exit pupil of the telescopic system.

Известна конструкция зрительной трубы Кеплера (Бегунов Б.Н. и др. Теория оптических систем, М. Машиностроение, 1981, с. 229-236, рис. 180, 182, 183), содержащая объектив и окуляр положительной силы, а также призменную или линзовую оборачивающую систему и коллектив, причем в передней фокальной плоскости окуляра может быть дополнительно установлена визирная сетка для измерений иди наведения. Эта конструкция создает прямое изображение объекта и позволяет производить измерения объекта или наводиться на него, однако она не обеспечивает неподвижности изображения сетки относительно наблюдаемого объекта при смещении глаза наблюдателя относительно выходного зрачка телескопической системы, а также обладает большими габаритами и массой. A known construction of the Kepler telescope (Begunov B.N. et al. Theory of optical systems, M. Mechanical Engineering, 1981, pp. 229-236, Fig. 180, 182, 183), containing a lens and an eyepiece of positive force, as well as a prism or lens wrapping system and team, and in the front focal plane of the eyepiece can be additionally installed a sighting grid for measurements go guidance. This design creates a direct image of the object and allows you to measure the object or aim at it, however, it does not provide a still image of the grid relative to the observed object when the observer’s eye is shifted relative to the exit pupil of the telescopic system, and also has large dimensions and mass.

В качестве прототипа выбрана конструкция зрительной трубы Галилея (галилеевской телескопической системы) (Бегунов Б.Н. Теория оптических систем, М. Машиностроение, 1981, с. 212-213, 228-229, рис. 168(б)), содержащая объектив положительной оптической силы и окуляр отрицательной оптической силы. Эта конструкция создает прямое изображение объекта и обладает малыми габаритами и массой, однако не позволяет производить измерения объекта или наводиться на него. Этот фактор сокращает область применения зрительной трубы Галилея. The design of the Galilean telescope (Galilean telescopic system) (Begunov B.N. Theory of Optical Systems, M. Mechanical Engineering, 1981, pp. 212-213, 228-229, Fig. 168 (b)) containing a positive lens was chosen as a prototype optical power and eyepiece of negative optical power. This design creates a direct image of the object and has small dimensions and mass, however, it does not allow to make measurements of the object or aim at it. This factor reduces the scope of Galileo's telescope.

Технической задачей изобретения является обеспечение возможности измерений или наведения на объект, наблюдаемый через телескопическую систему, обеспечение неподвижности изображения сетки относительно наблюдаемого объекта при смещении глаза наблюдателя относительно выходного зрачка телескопической системы, уменьшения габаритов и массы телескопической системы, при одновременном обеспечении прямого изображения наблюдаемого объекта. An object of the invention is to provide the ability to measure or aim at an object observed through a telescopic system, to provide a still image of the grid relative to the observed object when the observer’s eye is shifted relative to the exit pupil of the telescopic system, to reduce the size and mass of the telescopic system, while providing a direct image of the observed object.

Технический результат достигается тем, что в известной конструкции зрительной трубы Галилея, содержащей объектив положительной оптической силы и окуляр отрицательной оптической силы, в ход лучей между объективом и окуляром введен оптический компонент с сеткой, нанесенной на первой по ходу луча поверхности, причем величина воздушного промежутка между объективом и оптическим компонентом с сеткой определена из соотношения

Figure 00000007

где d1 величина воздушного промежутка между объективом и сеткой, мм;
Figure 00000008
величина заднего фокального отрезка объектива, мм;
d2 величина воздушного промежутка между оптическим компонентом с сеткой и окуляром, мм;
dn толщина оптического компонента с сеткой по оптической оси телескопической системы, мм;
Figure 00000009
величина переднего фокального отрезка окуляра, мм,
а последняя по ходу луча поверхность объектива выполнена вогнутой, со светоделительным покрытием и обращена вогнутостью к сетке, а радиус ее кривизны определен из следующего соотношения:
Figure 00000010

где R радиус кривизны вогнутой поверхности со светоделительным покрытием, мм.The technical result is achieved by the fact that in the known design of the Galileo telescope containing a lens of positive optical power and an eyepiece of negative optical power, an optical component is introduced into the beam path between the lens and the eyepiece with a grid deposited on the first surface along the beam, and the air gap between the lens and the optical component with the grid is determined from the relation
Figure 00000007

where d 1 the value of the air gap between the lens and the grid, mm;
Figure 00000008
magnitude of the rear focal segment of the lens, mm;
d 2 the size of the air gap between the optical component with the grid and the eyepiece, mm;
d n the thickness of the optical component with a grid along the optical axis of the telescopic system, mm;
Figure 00000009
the magnitude of the anterior focal segment of the eyepiece, mm,
and the lens surface last along the beam is concave, with a beam-splitting coating and facing concave to the grid, and the radius of its curvature is determined from the following relation:
Figure 00000010

where R is the radius of curvature of the concave surface with a beam splitting coating, mm

Использование схемы зрительной трубы Галилея в качестве базовой системы позволяет уменьшить габариты и массу телескопической системы при одновременном обеспечении прямого изображения наблюдаемого объекта, выполнение величины воздушного промежутка между объективом и сеткой в соответствии с соотношением (1) позволяет совместить заднюю фокальную плоскость объектива с передней фокальной плоскостью окуляра и получить после окуляра бесконечно удаленное изображение объекта, введение в ход лучей между объективом и окуляром оптического компонента с сеткой на поверхности, обращенной к объективу, и одновременное выполнение последней по ходу луча поверхности объектива полупрозрачной, вогнутой и обращенной вогнутостью к сетке, с радиусом кривизны, определенным из соотношения (2), позволяет отразить оптическое излучение от сетки, подсвечиваемой излучением от объекта, и сформировать в задней фокальной плоскости объектива изображение сетки, наложенное на изображение наблюдаемого объекта. В зрительной трубе Галилея и у лупы (последняя, полупрозрачная, вогнутая, обращенная вогнутостью к сетке поверхность объектива и окуляр телескопической системы образуют лупу) положение выходного зрачка определяется положением зрачка глаза наблюдателя (Бегунов Б.Н. и др. Теория оптических систем, М. Машиностроение, 1981, с. 196, 228), в котором совмещаются выходные зрачки обоих каналов, что обеспечивает неподвижность изображения сетки относительно наблюдаемого объекта при смещении глаза наблюдателя относительно выходного зрачка телескопической системы. Соотношения (1), (2) получены, исходя из следующих рассуждений: светоделительная поверхность должна пропускать излучение от объекта и одновременно отражать оптическое излучение от сетки в направлении окуляра и формировать в его передней фокальной плоскости ее изображение, совмещенное с изображением объекта, формируемым объективом телескопической системы. Таким образом полупрозрачная поверхность для сетки будет являться зеркалом и положение сетки относительно фокуса этой поверхности определится отрезком
z d1-f,
а положение изображения относительно фокуса отрезком

Figure 00000011

где f фокусное расстояние зеркала,
причем передний и задний фокус зеркала совпадают и f=R/2. Подставляя в формулу Ньютона (zz'=ff') z и z', получаем соотношение (2). Это соотношение позволяет совместить изображение сетки с передней фокальной плоскостью окуляра. Далее необходимо совместить в передней фокальной плоскости изображение объекта, создаваемое объективом, с изображением сетки. Для этого необходимо выполнить следующее требование:
Figure 00000012
, где S' удаление изображения сетки от зеркала.Using the Galileo telescope scheme as a base system allows reducing the size and weight of the telescopic system while providing a direct image of the observed object, the implementation of the air gap between the lens and the grid in accordance with relation (1) allows you to combine the rear focal plane of the lens with the front focal plane of the eyepiece and obtain after the eyepiece an infinitely distant image of the object, introducing the rays between the lens and the optical eyepiece component with a grid on the surface facing the lens, and simultaneous execution of the last along the beam surface of the lens translucent, concave and facing concavity to the grid, with a radius of curvature determined from relation (2), allows you to reflect optical radiation from the grid, illuminated by radiation from the object , and form a grid image superimposed on the image of the observed object in the rear focal plane of the lens. In the Galileo telescope and the magnifier (the last, translucent, concave, concave facing the grid surface of the lens and the eyepiece of the telescopic system form a magnifying glass), the position of the exit pupil is determined by the position of the pupil of the observer’s eye (Begunov B.N. et al. Theory of optical systems, M. Mashinostroenie, 1981, pp. 196, 228), in which the exit pupils of both channels are combined, which ensures the immobility of the image of the grid relative to the observed object when the observer's eye is shifted relative to the exit pupil telescopically th system. Relations (1), (2) were obtained on the basis of the following considerations: a beam-splitting surface should transmit radiation from the object and at the same time reflect optical radiation from the grid in the direction of the eyepiece and form its image in its front focal plane, combined with the image of the object formed by the telescopic lens system. Thus, the translucent surface for the grid will be a mirror and the position of the grid relative to the focus of this surface will be determined by a segment
zd 1 -f,
and the position of the image relative to the focus is a segment
Figure 00000011

where f is the focal length of the mirror,
moreover, the front and rear focus of the mirror coincide and f = R / 2. Substituting z and z 'into Newton’s formula (zz' = ff ') z, we obtain relation (2). This ratio allows you to combine the image of the grid with the front focal plane of the eyepiece. Next, you need to combine in the front focal plane the image of the object created by the lens with the image of the grid. To do this, the following requirement must be met:
Figure 00000012
where s' is the removal of the grid image from the mirror.

На чертеже показана принципиальная оптическая схема реализации галилеевской телескопической системы, включающая объектив положительной оптической силы 1, последняя поверхность которого выполнена вогнутой, со светоделительным покрытием и обращена вогнутостью к оптическому компоненту 2, с сеткой, нанесенной на первую по ходу луча поверхность, расположенную между объективом 1 и окуляром отрицательной оптической силы 3. The drawing shows a schematic optical diagram of the implementation of the Galilean telescopic system, including a positive optical power lens 1, the last surface of which is concave, with a beam splitting coating and facing concavity to the optical component 2, with a grid deposited on the first surface of the beam located between the lens 1 and eyepiece of negative optical power 3.

С использованием чертежа получено соотношение (1), позволяющее наложить изображение сетки на изображение объекта. Using the drawing, the relation (1) is obtained, which allows superimposing the image of the grid on the image of the object.

Работа галилеевской телескопической системы с коллиматорной сеткой осуществляется следующим образом: оптическое излучение от объекта, попадающее в объектив 1 положительной оптической силы, частично отражается от последней поверхности объектива, выполненной вогнутой, со светоделительным покрытием, обращенной вогнутостью к оптическому компоненту 2, и образует паразитное излучение, а оставшаяся часть излучения фокусируется в передней фокальной плоскости окуляра 3 отрицательной оптической силы и одновременно подсвечивает сетку, нанесенную на первой по ходу луча поверхность оптического компонента 2, при этом последняя поверхность объектива частично пропускает излучение от сетки в направлении объекта и образует паразитное излучение, а частично отражает в направлении окуляра и создает в передней фокальной плоскости окуляра изображение сетки, наложенное на изображение объекта, создаваемое объективом и рассматриваемое с помощью окуляра, а выходные зрачки телескопической системы, формирующей изображение объекта, и системы, формирующей изображение сетки, совмещаются во входном зрачке глаза наблюдателя, чем обеспечивается неподвижность изображения сетки относительно изображения объекта при смещении глаза наблюдателя относительно выходного зрачка телескопической системы. The work of the Galilean telescopic system with a collimator network is carried out as follows: the optical radiation from the object falling into the lens 1 of positive optical power is partially reflected from the last surface of the lens, made concave, with a beam-splitting coating, facing concavity to the optical component 2, and forms spurious radiation, and the rest of the radiation is focused in the front focal plane of the eyepiece 3 of negative optical power and at the same time illuminates the grid, the surface of the optical component 2 located on the first along the beam, the last surface of the lens partially transmitting radiation from the grid in the direction of the object and forming spurious radiation, and partially reflecting in the direction of the eyepiece and creating a grid image superimposed on the image of the object in the front focal plane of the eyepiece, created by the lens and examined using an eyepiece, and the exit pupils of the telescopic system that forms the image of the object and the system that forms the image of the grid are combined in the entrance pupil of the observer’s eye, which ensures the immobility of the grid image relative to the image of the object when the observer’s eye is displaced relative to the exit pupil of the telescopic system.

В качестве примера конкретной реализации галилеевской телескопической системы предлагается оптическая система, включающая в себя объектив положительной оптической силы, состоящий из двух линзовых компонентов, первый из которых выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы 1(1), а второй склеен из двух линз 1(2), 1(3), последняя поверхность второй линзы которого выполнена вогнутой, со светоделительным покрытием и обращена к оптическому компоненту 2, выполненному в виде плоскопараллельной пластинки с сеткой, нанесенной на первой по ходу излучения от объекта поверхности, расположенному между объективом и окуляром отрицательной оптической силы 3, выполненным в виде двояковогнутой линзы. Величина воздушного промежутка между объективом и плоскопараллельной пластинкой с сеткой выполнена в соответствии с соотношением (1), а радиус кривизны последней поверхности объектива определен из соотношения (2), исходя из следующих данных:

Figure 00000013
; d2=1,86 мм; dn= 2,0 мм;
Figure 00000014
. Оптическая система галилеевской телескопической системы, предлагаемая в качестве примера конкретной реализации, обладает следующими оптическими характеристиками: видимое увеличение Гт=3,23х, угловое поле зрения 2w= 4,6 o. диаметр входного зрачка D$=20,8 мм, расчетное удаление выходного зрачка
Figure 00000015
.As an example of a specific implementation of the Galilean telescopic system, an optical system is proposed that includes a positive optical power lens consisting of two lens components, the first of which is made in the form of a single biconvex lens 1 (1), and the second is glued from two lenses 1 (2) , 1 (3), the last surface of the second lens of which is made concave, with a beam-splitting coating and facing the optical component 2, made in the form of a plane-parallel plate with a grid deposited on the first along the path cheniya from the surface of the object located between the negative lens and the eyepiece optical power of 3, formed as a biconcave lens. The size of the air gap between the lens and the plane-parallel plate with the grid is made in accordance with relation (1), and the radius of curvature of the last surface of the lens is determined from relation (2), based on the following data:
Figure 00000013
; d 2 = 1.86 mm; d n = 2.0 mm;
Figure 00000014
. Optical system Galilean telescopic system, proposed as a concrete realization example has the following optical characteristics: visible increase in T m = 3,23h, angular field of view 2w = 4,6 o. entrance pupil diameter D $ = 20.8 mm; calculated exit pupil removal
Figure 00000015
.

Совокупность всех введенных признаков позволяет утверждать, что в галилеевской телескопической системе решена задача обеспечения возможности измерений или наведения на объект, наблюдаемый через телескопическую систему, обеспечение неподвижности изображения сетки относительно наблюдаемого объекта при смещении глаза наблюдателя относительно выходного зрачка телескопической системы, уменьшение габаритов и массы телескопической системы при одновременном обеспечении прямого изображения наблюдаемого объекта. The totality of all the introduced features allows us to state that the problem of providing measurements or pointing at an object observed through a telescopic system was solved in the Galilean telescopic system; while providing a direct image of the observed object.

Claims (1)

Галилеевская телескопическая система, содержащая объектив положительной оптической силы и окуляр отрицательной силы, отличающаяся тем, что в ход лучей между объективом и окуляром введен оптический компонент с сеткой, нанесенной на первой по ходу луча поверхности, причем величина воздушного промежутка между объективом и оптическим компонентом с сеткой определена из соотношения
Figure 00000016

где d1 величина воздушного промежутка между объективом и сеткой, мм;
Figure 00000017
величина заднего фокального отрезка объектива, мм;
d2 величина воздушного промежутка между оптическим компонентом с сеткой и окуляром, мм;
dn толщина оптического компонента с сеткой по оптической оси телескопической системы, мм;
Figure 00000018
величина переднего фокального отрезка окуляра, мм,
а последняя по ходу луча поверхность объектива выполнена вогнутой, со светоделительным покрытием, и обращена вогнутостью к сетке, а радиус ее кривизны определен из следующего соотношения:
Figure 00000019

где R радиус кривизны вогнутой поверхности со светоделительным покрытием, мм.
Galilean telescopic system containing a lens of positive optical power and an eyepiece of negative power, characterized in that an optical component is introduced into the beam path between the lens and the eyepiece with a grid deposited on the first surface along the beam, the air gap between the lens and the optical component with a grid determined from the relation
Figure 00000016

where d 1 the value of the air gap between the lens and the grid, mm;
Figure 00000017
magnitude of the rear focal segment of the lens, mm;
d 2 the size of the air gap between the optical component with the grid and the eyepiece, mm;
d n the thickness of the optical component with a grid along the optical axis of the telescopic system, mm;
Figure 00000018
the magnitude of the anterior focal segment of the eyepiece, mm,
and the lens surface last along the beam is concave, with a beam-splitting coating, and facing concavity to the grid, and its radius of curvature is determined from the following relation:
Figure 00000019

where R is the radius of curvature of the concave surface with a beam splitting coating, mm
RU95106869A 1995-04-28 1995-04-28 Galilee telescopic system RU2080633C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95106869A RU2080633C1 (en) 1995-04-28 1995-04-28 Galilee telescopic system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95106869A RU2080633C1 (en) 1995-04-28 1995-04-28 Galilee telescopic system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU95106869A RU95106869A (en) 1996-11-27
RU2080633C1 true RU2080633C1 (en) 1997-05-27

Family

ID=20167258

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU95106869A RU2080633C1 (en) 1995-04-28 1995-04-28 Galilee telescopic system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2080633C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Бегунов Б.Н. и др. Теория оптических систем. М.: Машиностроение, 1981, с. 212 - 213, 228 - 229, рис. 168(б). *

Also Published As

Publication number Publication date
RU95106869A (en) 1996-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2102309A1 (en) Complex ultracompact optics
CN114730025B (en) Composite prism based on isosceles prism and laser ranging telescope thereof
US4383741A (en) Binocular night telescope
US2701501A (en) Apparatus for testing of centering, coaxiality, alignment
ES2234290T3 (en) BEAM DIVIDER WITH OPENED OPENING FOR LASER TRANSMITTER / RECEIVER OPTOMECHANICAL SYSTEM.
JPH09211330A (en) Reflection optical system
GB394285A (en) Improvements in supplementary devices for optical observation instruments
US3200250A (en) Observation instrument with image converter tube and prism anamorphosers
US3531176A (en) Multiple telescope stabilizing optical system
RU2080633C1 (en) Galilee telescopic system
JP2011175082A (en) Telescope
GB918213A (en) Improvements relating to infra-red periscopes
US3588250A (en) Telemetric telescope for direct firing arms
RU2682842C1 (en) Angle measurement device
US6239918B1 (en) Telescopic optics with peripheral vision
Wetherell Afocal systems
RU63054U1 (en) LASER RANGEFINDER
RU161643U1 (en) AUTOCOLLIMATION CENTER TUBE
US2393782A (en) Ocular
RU2157556C1 (en) Sight with variable magnification
RU63559U1 (en) OPTICAL SYSTEM OF THE PROJECTION ON-BOARD INDICATOR
RU2525652C1 (en) Angle measurement device
RU2582210C1 (en) Optical system for onboard projector indicator
RU2699125C1 (en) Surveillance device-sights with built-in laser range finder
JP5511443B2 (en) telescope