RU2091830C1

RU2091830C1 - Collimating lens

Info

Publication number: RU2091830C1
Application number: RU94014943A
Authority: RU
Inventors: Андрей Юрьевич ГАВРИЛОВ
Original assignee: Андрей Юрьевич ГАВРИЛОВ
Priority date: 1994-04-21
Filing date: 1994-04-21
Publication date: 1997-09-27

Abstract

FIELD: binocular sighting systems in geodesy, astronomy, military and sporting arms, navigation instrumentation engineering, medicine and robotics. SUBSTANCE: the lens uses four lens components installed in succession in the optical axis, the first component is a biconvex lens, the second component is a converging meniscus, the third component is a diverging meniscus, and the fourth component is a biconvex lens. The system parameters are bound up by definite relations. EFFECT: improved design. 2 dwg

Description

Изобретение относится к объективам, а именно к коллимационным объективам, может быть использовано в бинокулярных системах визирования и применено в геодезии, астрономии, военной и спортивно-стрелковой технике, в навигационном приборостроении, медицине и робототехнике. The invention relates to lenses, namely to collimation lenses, can be used in binocular viewing systems and is used in geodesy, astronomy, military and sports shooting technology, in navigation instrumentation, medicine and robotics.

Известен объектив коллиматора для оптического визирования и юстировки, состоящий из положительной линзы или линзовой системы [1] Т.к. объектив работает с бинокулярной системой зрения человека, при визировании возникает ошибка из-за параллакса, которая в данном случае не компенсируется. A known collimator lens for optical sighting and alignment, consisting of a positive lens or lens system [1] the lens works with a person’s binocular vision system; when sighting, an error occurs due to parallax, which in this case is not compensated.

Наиболее близким по конструктивному выполнению является коллимационный объектив [2] содержащий четыре компонента, первый из которых двояковыпуклая линза, второй и третий одиночные мениски, а четвертый двояковыпуклая линза. The closest to the design is a collimation lens [2] containing four components, the first of which is a biconvex lens, the second and third single menisci, and the fourth biconvex lens.

Технический результат от использования коллимационного объектива, выполненного в соответствии с предлагаемым изобретением, заключается в повышении точности визирования и расширении тактических характеристик бинокулярных систем визирования. The technical result from the use of a collimation lens, made in accordance with the invention, is to increase the accuracy of sight and expand the tactical characteristics of binocular systems of sight.

Для достижения данного технического результата в объективе, состоящем из четырех компонентов, мениск второго компонента выполнен положительным, третьего отрицательным и обращены они выпуклостями друг к другу, а двояковыпуклая линза первого компонента обращена поверхностью с большим радиусом к предмету. При этом выполняются определенные соотношения между некоторыми параметрами. To achieve this technical result, in a lens consisting of four components, the meniscus of the second component is positive, the third is negative and they are convex to each other, and the biconvex lens of the first component faces with a large radius to the object. In this case, certain relations between some parameters are satisfied.

На фиг. 1 представлена оптическая схема объектива с компенсацией параллакса; на фиг. 2 схема, иллюстрирующая параллактическое смещение изображения визирной марки. In FIG. 1 shows an optical circuit of a parallax-compensated lens; in FIG. 2 is a diagram illustrating the parallax shift of the image of the reticle.

Из фиг. 1 видно, что объектив состоит из четырех расположенных последовательно вдоль оптической оси линзовых компонентов. From FIG. 1 shows that the lens consists of four lens components arranged in series along the optical axis.

Компонент 1 представляет из себя двояковыпуклую линзу с равными радиусами R1, R2 и толщиной D1. Компонент 2 положительный мениск, вогнутыми поверхностями обращенный в сторону предмета, с радиусами R3, R4 и толщиной D3, отстоящий на расстоянии D2 от компонента 1. Компонент 3 отрицательный мениск, вогнутыми поверхностями обращенный в сторону изображения, с радиусами R5, R6 и толщиной D5, расположенный на расстоянии D4 от второго компонента. И четвертый компонент двояковыпуклая линза с радиусами R7, R8, толщиной D7, поверхностью большего радиуса, обращенную в сторону предмета и отстоящую на расстоянии D6 от третьего компонента. Геометрические параметры компонентов объектива связаны соотношениями:
D6/D4 50±10%
D2/D6 4±15%
R8/R7 1±10%
(R4+R2)/R6 1,75±10%
D7/D5 3±15%
D3/D1 1±10%
Оптические характеристики объектива:
F'-50; 2ω - 10⁰; D/F'-1:1
На фиг. 2 пунктирной линией указано смещенное положение глаза относительно объектива. При некомпенсированном параллаксе изображения визирной марки и объектива совмещены, когда оптическая ось ориентирована вдоль линии 13. Линия 12 соответствует действительному направлению на объект, Δ ошибка визирования.Component 1 is a biconvex lens with equal radii R1, R2 and thickness D1. Component 2 is a positive meniscus, with concave surfaces facing toward the object, with radii R3, R4 and thickness D3, spaced at a distance D2 from component 1. Component 3 is a negative meniscus, with concave surfaces facing toward the image, with radii R5, R6 and thickness D5, located at a distance of D4 from the second component. And the fourth component is a biconvex lens with radii R7, R8, thickness D7, a surface of a larger radius, facing the subject side and at a distance D6 from the third component. The geometric parameters of the lens components are related by the relations:
D6 / D4 50 ± 10%
D2 / D6 4 ± 15%
R8 / R7 1 ± 10%
(R4 + R2) / R6 1.75 ± 10%
D7 / D5 3 ± 15%
D3 / D1 1 ± 10%
Optical characteristics of the lens:
F'-50; 2ω - 10 ⁰ ; D / F'-1: 1
In FIG. 2 the dashed line indicates the displaced position of the eye relative to the lens. With uncompensated parallax, the images of the target mark and the lens are aligned when the optical axis is oriented along line 13. Line 12 corresponds to the actual direction of the object, Δ error of sight.

Работа объектива в бинокулярных системах визирования основана на использовании бинокулярного зрения человека. В фокальной плоскости объектива размещена визирная марка, изображение которой строится в бесконечности. Наблюдатель одним глазом обозревает поле мишени, а вторым смотрит в объектив визирного устройства и видит изображение марки. При наложении изображения марки на выбранную цель происходит ориентация оптической оси визирного устройства на цель. Насколько точно направленность оптической оси совпадает с действительным направлением на цель определяет положение глаза наблюдателя относительно объектива устройства. При любом положении глаза, когда его ось не совпадает с оптической осью объектива, наблюдается параллактическое смещение изображения визирной марки относительно цели. Из условия минимизации средне-квадратической погрешности прицеливания по трассе в объективе проведена коррекция аберраций, при которой параллактическое смещение изображения визирной марки компенсируется ее аберрационным смещением. Это справедливо для марки любой формы, когда ее угловой размер не превышает 10^o. Эта задача решается заданием геометрических параметров воздушных линз, образованных между компонентами объектива.The operation of the lens in binocular vision systems is based on the use of human binocular vision. In the focal plane of the lens there is a target mark, the image of which is built at infinity. The observer with one eye observes the target field, and with the second he looks into the lens of the sighting device and sees the image of the mark. When the image of the mark is superimposed on the selected target, the optical axis of the sighting device is oriented to the target. How accurately the direction of the optical axis coincides with the actual direction to the target determines the position of the observer's eye relative to the lens of the device. At any position of the eye, when its axis does not coincide with the optical axis of the lens, there is a parallax shift of the image of the target mark relative to the target. From the condition of minimizing the root-mean-square error of aiming along the track in the lens, an aberration correction was carried out, in which the parallax shift of the image of the sighting mark is compensated by its aberration shift. This is true for a brand of any shape when its angular size does not exceed 10 ^o . This problem is solved by setting the geometric parameters of the air lenses formed between the components of the lens.

Предусмотрено решение вопросов, возникающих при конструировании самих визирных устройств. Для этого наложены ограничения на рабочий отрезок объектива:

не менее 20 мм.The solution of issues arising in the design of the sighting devices themselves is provided. For this, restrictions are imposed on the working segment of the lens:

not less than 20 mm.

Claims

A collimation lens containing four components, the first of which is a biconvex lens, the second and third single menisci, and the fourth a biconvex lens, characterized in that the meniscus of the second component is positive, the third is negative and they are convex to each other, and the biconvex lens of the first component facing a surface with a large radius to the subject, while the relations
d6 / d4 50 ± 10%
d2 / d6 4 ± 15%
R8 / R7 1 ± 10%
(R4 + R2) / R6 1.75 ± 10%
d7 / d5 3 ± 15%
d3 / d1 1 ± 10%
where d6, d4, d2 are the distances between the third and fourth, second and third and first and second components, respectively;
R8, R7 are the radii of curvature of the fourth component;
R4, R2, R6 are the radii of curvature of the surfaces of the second, first and third components, respectively;
d7, d5, d3, d1 lens thicknesses of the fourth, third, second and first components, respectively.