RU2170941C1

RU2170941C1 - Light-gathering power binocular system

Info

Publication number: RU2170941C1
Application number: RU2000122256A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Абрамов; М.Я. Булейшвили; В.В. Горчаков; В.Н. Кавказский; Л.Ф. Сочилов; И.М. Фроимсон
Original assignee: Открытое акционерное общество "Загорский оптико-механический завод"
Priority date: 2000-08-24
Filing date: 2000-08-24
Publication date: 2001-07-20

Abstract

FIELD: optics. SUBSTANCE: proposed binocular system includes collimation lens, splitting prism and two telescopic attachments placed in symmetry with reference to axis of collimation lens. Each attachment has lens, flat mirror and eye-piece. Splitting prism is composed of two rectangular truncated prisms joined by secant planes, secant planes being parallel to output faces of prism. Size of section surface along optical axis of collimation lens satisfies ratio given in formula of invention relating angle of vision field of telescopic attachment, refractive index of material of splitting prism and size of entrance pupil of telescopic attachment in plane of major section of splitting prism. EFFECT: design of light-gathering power binocular system convenient for observation and displaying enlarged vision field, small dimensions and reduced weight. 1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к оптическому и оптико-электронному приборостроению и, конкретно, к наблюдательным приборам. The invention relates to optical and optoelectronic instrumentation and, in particular, to observational instruments.

Известны несколько бинокулярных систем с различным построением оптических схем. Одна из них (см. патент RU 2143717 Cl, G 02 B 23/12 от 15.05.98) основана на использовании призм с полупрозрачными гранями, разводящими световой пучок на две ветви - к правому и левому окулярам. Недостатком такого рода систем являются их большая масса из-за использования объемных призм, а также потери светопропускания на светоделительной грани. Several binocular systems are known with various optical designs. One of them (see patent RU 2143717 Cl, G 02 B 23/12 of 05/15/98) is based on the use of prisms with translucent faces that spread the light beam into two branches - to the right and left eyepieces. The disadvantage of such systems is their large mass due to the use of volumetric prisms, as well as the loss of light transmission on the beam splitting face.

Наиболее близким техническим решением является светосильная бинокулярная система (патент РФ N 2047203 от 24.04.93 г.). The closest technical solution is a fast binocular system (RF patent N 2047203 from 04.24.93).

Эта оптическая система содержит входной коллимационный объектив, установленные за ним параллельно два объектива телескопических насадок, прямоугольную разделительную призму с внешними отражающими гранями и две оптические ветви, состоящие каждая из коллектива, плоского зеркала и окуляра. This optical system contains an input collimation lens, two telescopic lenses mounted behind it in parallel, a rectangular dividing prism with external reflecting faces, and two optical branches, each consisting of a team, a flat mirror, and an eyepiece.

К основным недостаткам данной бинокулярной системы можно отнести:
1) невозможность реализации регулировки системы по базе глаз наблюдателя и, как следствие, уменьшение поля зрения, видимого каждым глазом отдельно при крайних значениях баз наблюдателя и использование при этом краевых зон выходных зрачков, ухудшающих качество изображения;
2) увеличение массы и габаритов, связанное с необходимостью применения больших световых диаметров отдельных оптических элементов для создания избыточных по размерам, но неэффективно используемых выходных зрачков системы.The main disadvantages of this binocular system include:
1) the impossibility of implementing the adjustment of the system based on the base of the observer’s eyes and, as a consequence, the reduction of the field of view visible by each eye separately at the extreme values of the observer’s bases and the use of edge zones of exit pupils that worsen the image quality;
2) the increase in mass and dimensions associated with the need to use large light diameters of individual optical elements to create excess in size, but ineffectively used exit pupils of the system.

Техническая задача изобретения заключается в создании удобной для наблюдения, обладающей увеличенным полем зрения, малыми габаритами и весом, светосильной бинокулярной системы. The technical task of the invention is to create a convenient for observation, with an increased field of view, small dimensions and weight, fast binocular system.

Для решения этой задачи предлагается бинокулярная система, содержащая коллимационный объектив, разделительную призму, две симметрично расположенные относительно оси коллимационного объектива телескопические насадки, каждая из которых содержит объектив, плоское зеркало и окуляр, отличающаяся тем, что разделительная призма выполнена в виде составной конструкции, образованной двумя прямоугольными усеченными призмами, состыкованными поверхностями сечений, причем секущие плоскости параллельны выходным граням призмы, а размер поверхности сечения вдоль оптической оси коллимационного объектива удовлетворяет следующему соотношению:

где

W₁ - угол поля зрения телескопической насадки;
n - показатель преломления материала разделительной призмы;
P - размер входного зрачка в плоскости главного сечения разделительной призмы телескопической насадки;
C - размер поверхности сечения разделительной призмы вдоль оптической оси коллимационного объектива.To solve this problem, we propose a binocular system containing a collimation lens, a separation prism, two telescopic nozzles symmetrically located relative to the axis of the collimation lens, each of which contains a lens, a flat mirror and an eyepiece, characterized in that the separation prism is made in the form of a composite structure formed by two rectangular truncated prisms joined by the surfaces of the sections, the secant planes parallel to the output faces of the prism, and the size of the surface The cross section along the optical axis of the collimation lens satisfies the following relation:

Where

W ₁ - the angle of the field of view of the telescopic nozzle;
n is the refractive index of the material of the separation prism;
P is the size of the entrance pupil in the plane of the main section of the dividing prism of the telescopic nozzle;
C is the size of the cross-sectional surface of the separation prism along the optical axis of the collimation lens.

Сущность изобретения состоит в том, что примененная в оптической схеме бинокулярной системы специальная составная разделительная призма обеспечивает увеличенное поле зрения системы W, получение оптимальной светосилы, возможность наблюдения полного поля зрения каждым глазом при любой межзрачковой базе глаз наблюдателя за счет создания возможности подвижки телескопических насадок в плоскости, перпендикулярной оптической оси коллимационного объектива, снижения габаритов и массы за счет радикального уменьшения световых диаметров оптических компонентов. The essence of the invention lies in the fact that the special composite dividing prism used in the optical scheme of the binocular system provides an increased field of view of the W system, obtaining an optimal aperture, the ability to observe the full field of view with each eye at any interpupillary base of the observer's eyes by creating the possibility of moving telescopic nozzles in the plane perpendicular to the optical axis of the collimation lens, reducing dimensions and mass due to a radical decrease in optical light diameters physical components.

На фиг. 1 представлена оптическая схема светосильной бинокулярной системы, состоящей из входного коллимационного объектива 1, составной разделительной призмы 2 и двух телескопических насадок 3, оптически сопряженных с коллимационным объективом и включающих каждая объектив 4, например, образованный двумя положительными менисками 5 и 6, обращенными выпуклостями друг к другу, причем оптическая сила первого мениска составляет 0,3 - 0,6 от оптической силы всего объектива в целом, плоского зеркала 7 и окуляра 8. In FIG. 1 is an optical diagram of a fast binocular system consisting of an input collimation lens 1, a composite separation prism 2 and two telescopic nozzles 3 optically coupled to a collimation lens and including each lens 4, for example, formed by two positive menisci 5 and 6, convex to each other friend, and the optical power of the first meniscus is 0.3 - 0.6 of the optical power of the entire lens as a whole, a flat mirror 7 and an eyepiece 8.

Система работает следующим образом. The system operates as follows.

Световой пучок от наблюдаемого объекта проходит через входной коллимационный объектив 1, делится составной разделительной призмой 2 на две равные части, которые отклоняются ее гранями перпендикулярно оптической оси коллимационного объектива в противоположные стороны в телескопические насадки 3, в каждой из которых проходит через объектив 4, состоящий например из 2-х положительных менисков, обращенных выпуклостями друг к другу, отклоняется плоским зеркалом 7, проходит через окуляр 8 и попадает в глаз наблюдателя. The light beam from the observed object passes through the input collimation lens 1, is divided by a composite dividing prism 2 into two equal parts, which are deflected by its faces perpendicular to the optical axis of the collimation lens in opposite directions to the telescopic nozzles 3, in each of which passes through the lens 4, consisting for example of 2 positive menisci, convex to each other, is deflected by a flat mirror 7, passes through eyepiece 8 and enters the eye of the observer.

Выполнение составной разделительной призмы в предлагаемом виде (см. фиг. 1) позволяет:
реализовать увеличенное поле зрения;
обеспечить оптимальную светосилу системы;
применить поперечную подвижку телескопических насадок для регулировки окуляров по базе глаз наблюдателя.The implementation of the composite dividing prism in the proposed form (see Fig. 1) allows you to:
realize an increased field of view;
provide optimal system aperture;
apply the transverse movement of the telescopic nozzles to adjust the eyepieces along the base of the observer's eyes.

Для обеспечения максимального угла поля зрения при обеспечении оптимальной светосилы размер C поверхности сечения составляющих прямоугольных призм вдоль оптической оси коллимационного объектива должен удовлетворять следующему соотношению:

где

W₁ - угол поля зрения телескопической насадки;
n - показатель преломления материала разделительной призмы;
P - размер входного зрачка в плоскости главного сечения разделительной призмы телескопической насадки;
C - размер поверхности сечения разделительной призмы вдоль оптической оси коллимационного объектива.To ensure the maximum angle of the field of view while ensuring optimal aperture, the size C of the cross-sectional surface of the components of rectangular prisms along the optical axis of the collimation lens should satisfy the following relation:

Where

С использованием предлагаемого технического решения изготовлена светосильная бинокулярная система со следующими характеристиками:
Увеличение 12^x
Линейное поле зрения 18 мм
Размер выходного зрачка:
по вертикали 9 мм
по горизонтали 7 мм
Длина оптической системы от предметной плоскости до плоскости выходных зрачков 79,5 мм
Масса 300 г
Из графиков аббераций (фиг. 2) видно, что в предлагаемой системе по сравнению с прототипом увеличен угол поля зрения в 1,2 раза при высоком качестве изображения и оптимальной светосиле.Using the proposed technical solution, an aperture binocular system with the following characteristics was made:
12 ^x magnification
Linear field of view 18 mm
Exit Pupil Size:
vertical 9 mm
horizontal 7 mm
The length of the optical system from the subject plane to the plane of the exit pupils is 79.5 mm
Weight 300 g
From the graphs of aberrations (Fig. 2) it can be seen that in the proposed system, compared with the prototype, the field of view angle is increased by 1.2 times with high image quality and optimal aperture ratio.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает создание светосильной бинокулярной системы с большим полем зрения, малым весом и габаритами. Thus, the proposed technical solution provides the creation of a fast binocular system with a large field of view, low weight and dimensions.

Claims

1. A fast binocular system containing a collimation lens, a separation prism, two telescopic nozzles symmetrically located relative to the axis of the collimation lens, each of which contains a lens, a flat mirror and an eyepiece, characterized in that the separation prism is made in the form of a composite structure formed by two rectangular truncated prisms joined by the surfaces of the sections, the secant planes parallel to the output faces of the prism, and the size of the section surface along the optical axis of the collimation lens satisfies the relation

where W ₁ is the angle of view of the telescopic nozzle;
n is the refractive index of the material of the separation prism;
P is the size of the entrance pupil in the plane of the main section of the dividing prism of the telescopic nozzle;
C is the size of the cross-sectional surface of the separation prism along the optical axis of the collimation lens.

2. The system according to claim 1, characterized in that each of the lenses of the telescopic nozzles is made of two positive menisci, convex to each other, and the optical power of the first meniscus is 0.3 - 0.6 of the optical power of the entire lens as a whole.