RU2498364C1 - Eyepiece with withdrawn pupil - Google Patents

Eyepiece with withdrawn pupil Download PDF

Info

Publication number
RU2498364C1
RU2498364C1 RU2012114587/28A RU2012114587A RU2498364C1 RU 2498364 C1 RU2498364 C1 RU 2498364C1 RU 2012114587/28 A RU2012114587/28 A RU 2012114587/28A RU 2012114587 A RU2012114587 A RU 2012114587A RU 2498364 C1 RU2498364 C1 RU 2498364C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
positive
eyepiece
doublet
lens
negative
Prior art date
Application number
RU2012114587/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Татьяна Николаевна Хацевич
Евгений Витальевич Дружкин
Original Assignee
Татьяна Николаевна Хацевич
Евгений Витальевич Дружкин
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 Татьяна Николаевна Хацевич, Евгений Витальевич Дружкин filed Critical Татьяна Николаевна Хацевич
Priority to RU2012114587/28A priority Critical patent/RU2498364C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2498364C1 publication Critical patent/RU2498364C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: eyepiece can be used in optical and optoelectronic devices which require withdrawal of the exit pupil, at least 2.5 times greater than the focal distance. The eyepiece has on beam path a negative doublet lens, a positive meniscus whose concave surface faces the object plane, a positive doublet lens whose negative lens is on the side of the object plane, a positive lens in form of a meniscus whose concave surface faces the exit pupil. The ratio of the inner and outer radii of the negative lens of the positive doublet lens, multiplied by the magnitude of the difference in the basic average variance coefficients of materials of the lenses of the positive doublet lens lies between 6 and 12, and the focal distance of the positive lens lies between 0.9 and 1.2 times the value of withdrawal of the exit pupil. The negative and positive lenses of the doublet lenses are made of the same material. Parameters of the optical system of the eyepiece satisfy relationships given in the claim.
EFFECT: reduced size and weight, high image quality owing to reduced chromatism of magnification and astigmatism in the image without reducing the angular field and aperture ratio of the eyepiece, providing a main beam path in the object space close to telecentric.
3 dwg

Description

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к окулярам с удаленным зрачком, и может быть использовано в оптических и оптико-электронных приборах, эксплуатация которых требует большого удаления выходного зрачка - не менее, чем в 2,5 раза, превышающего фокусное расстояние окуляра, например для наблюдения изображения с микродисплея или экрана оптико-электронного преобразователя в оптико-электронных приборах.The invention relates to the field of optical instrumentation, namely, eyepieces with a remote pupil, and can be used in optical and optoelectronic devices, the operation of which requires a large removal of the exit pupil - not less than 2.5 times the focal length of the eyepiece, for example, to observe images from a microdisplay or screen of an optoelectronic converter in optoelectronic devices.

Известны окуляры с удаленным зрачком [Теория оптических систем / Б.Н. Бегунов, Н.П. Заказнов, С.И. Кирюшин, В.И. Кузичев. - М.: Машиностроение, 1981., с.219-220]. Обычно к окулярам с удаленным зрачком относят окуляры, если в них величина удаления зрачка равна или несколько больше фокусного расстояния окуляра. Задача получения большого по величине удаления выходного зрачка, например в оптической системе телескопического типа, решается выбором соответствующей величины фокусного расстояния окуляра. При этом обеспечение требуемого увеличения всей оптической системы достигается выбором фокусного расстояния объектива и других оптических компонентов, входящих в оптическую систему. Однако в оптико-электронных приборах имеются задачи визуального наблюдения изображения, например на экране микродисплея или экрана электронно-оптического преобразователя, при которых требуется и большое видимое увеличение (малое фокусное расстояние окуляра), и большое удаление выходного зрачка. Для таких задач требуются окуляры, удаление выходного зрачка которых значительно превышает фокусное расстояние окуляра.Known eyepieces with a distant pupil [Theory of optical systems / B.N. Begunov, N.P. Zakaznov, S.I. Kiryushin, V.I. Kuzichev. - M.: Mechanical Engineering, 1981., S. 219-220]. Typically, eyepieces with a distant pupil include eyepieces, if the pupil removal in them is equal to or slightly greater than the focal length of the eyepiece. The task of obtaining a large exit pupil removal, for example, in an optical system of a telescopic type, is solved by choosing the appropriate magnitude of the focal length of the eyepiece. At the same time, the required increase in the entire optical system is achieved by choosing the focal length of the lens and other optical components included in the optical system. However, in optical-electronic devices there are tasks of visual observation of the image, for example, on the microdisplay screen or the screen of the electron-optical converter, which require a large visible increase (small focal length of the eyepiece) and a large exit pupil. Such tasks require eyepieces, the removal of the exit pupil of which significantly exceeds the focal length of the eyepiece.

Итак, недостатком указанных окуляров - аналогов является малое удаление выходного зрачка по сравнению с фокусным расстояние окуляра. В силу этого, принимая во внимание существующую элементную базу приборов, их применение ограничено в оптико-электронных приборах, эксплуатация которых требует большой величины удаления выходного зрачка, например 70 мм, при обеспечении возможности наблюдения предметной плоскости окуляра с видимым увеличением не менее 8 крат с достаточной величиной углового размера наблюдаемого изображения, требуемых для зрительной работы оператора.So, the disadvantage of these eyepieces - analogues is the small removal of the exit pupil compared with the focal length of the eyepiece. Because of this, taking into account the existing elemental base of the devices, their use is limited in optoelectronic devices, the operation of which requires a large exit pupil removal, for example 70 mm, while allowing the observation of the objective plane of the eyepiece with a visible magnification of at least 8 times with sufficient the magnitude of the angular size of the observed image required for the visual work of the operator.

Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству по технической сущности является окуляр с удаленным зрачком, удаление выходного зрачка в котором превышает фокусное расстояние не менее, чем в 2,5 раза, [Патент RU 2212700, 2003], содержащий положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к предметной плоскости, положительный дублет, содержащий положительную и отрицательную линзы, и положительную линзу, при этом отношение величин внутреннего и внешнего радиусов отрицательной линзы положительного дублета, умноженное на абсолютную величину разности коэффициентов основной средней дисперсии материалов линз положительного дублета, находится в диапазоне от 6 до 12, фокусное расстояние положительной линзы находится в диапазоне от 0,9 до 1,2 от величины удаления выходного зрачка.The closest analogue to the claimed device by technical nature is an eyepiece with a remote pupil, the exit pupil in which exceeds the focal length by at least 2.5 times [Patent RU 2212700, 2003], containing a positive meniscus facing a concave surface to the subject planes, a positive doublet containing a positive and negative lens, and a positive lens, while the ratio of the values of the internal and external radii of the negative lens of the positive doublet, multiplied by the absolute value Well main difference average dispersion coefficient of the positive doublet lens materials is in the range from 6 to 12, the focal length of the positive lens is in the range from 0.9 to 1.2 times the value of the removal of the exit pupil.

Все преломляющие поверхности в наиболее близком аналоге являются сферическими. Окуляр имеет угловое поле 27°, относительное отверстие 1:3,5. Фокусное расстояние окуляра 100 мм, удаление выходного зрачка 259 мм. Длина окуляра вдоль оси от предметной плоскости до последней поверхности составляет 194 мм. Астигматизм на краю поля в обратном ходе составляет 2,2 мм, относительный хроматизм увеличения на краю поля в обратном ходе равен 0,6%. Масса окуляра, рассчитанная по приведенным в патенте параметрам, для указанного фокусного расстояния составляет 8800 г, объем стекла линз окуляра составляет 2099 см3.All refracting surfaces in the closest analogue are spherical. The eyepiece has an angular field of 27 °, a relative aperture of 1: 3.5. The focal length of the eyepiece is 100 mm, the exit pupil is 259 mm. The eyepiece length along the axis from the subject plane to the last surface is 194 mm. Astigmatism at the edge of the field in the reverse is 2.2 mm, the relative chromatism of the increase at the edge of the field in the reverse is 0.6%. The mass of the eyepiece, calculated according to the parameters given in the patent, for the specified focal length is 8800 g, the volume of the glass of the lenses of the eyepiece is 2099 cm 3 .

В наиболее близком аналоге имеются признаки, сформулированные в виде соотношений между его параметрами: радиус второй по ходу лучей от предмета преломляющей поверхности находится в диапазоне от минус 0,9 до минус 0,5 от фокусного расстояния окуляра; отношение радиусов первой и второй по ходу лучей преломляющих поверхностей положительного мениска находится в диапазоне от 5 до 8.In the closest analogue there are signs formulated in the form of relations between its parameters: the radius of the second along the rays from the subject of the refracting surface is in the range from minus 0.9 to minus 0.5 from the focal length of the eyepiece; the ratio of the radii of the first and second along the rays of the refracting surfaces of the positive meniscus is in the range from 5 to 8.

Недостатками наиболее близкого аналога являются большие габаритные размеры и масса, низкое качество изображения из-за наличия астигматизма и хроматизма увеличения.The disadvantages of the closest analogue are the large overall dimensions and mass, poor image quality due to the presence of astigmatism and increase chromatism.

Кроме того, в объективе-аналоге ход главных лучей в пространстве предметов окуляра не является телецентрическим, что может привести к снижению освещенности в изображении внеосевых точек.In addition, in the analog lens, the main ray path in the space of the eyepiece objects is not telecentric, which can lead to a decrease in illumination in the image of off-axis points.

Большие габаритные размеры и масса окуляра-аналога обусловлены оптической силой и дизайном (формой) линз, его образующих. В аналоге заявлены соотношения между фокусными расстояниями и радиусами кривизны отдельных линз окуляра, которые приводят к тому, что для обеспечения технологически приемлемых толщин по краю линзы окуляра имеют большую толщину по оптической оси. Это относится в первую очередь к положительному мениску и положительному дублету. В результате компоненты окуляра имеют большой объем и, как результат, большую массу.The large overall dimensions and weight of the analog eyepiece are due to the optical power and design (shape) of the lenses that form it. In the analogue, the relations between the focal lengths and the radii of curvature of individual lenses of the eyepiece are stated, which lead to the fact that to ensure technologically acceptable thicknesses along the edge of the eyepiece lens, they have a large thickness along the optical axis. This applies primarily to the positive meniscus and the positive doublet. As a result, the components of the eyepiece have a large volume and, as a result, a large mass.

Пересчет окуляра-аналога по коэффициенту подобия на фокусное расстояние 30 мм, выполненный для дальнейшего сравнения с предлагаемым устройством, показал, что в этом случае объем стекла линз окуляра-аналога по световым диаметрам равен 42 см3, масса 170 г.Recalculation of the analog eyepiece according to the similarity coefficient to the focal length of 30 mm, made for further comparison with the proposed device, showed that in this case the glass volume of the analog eyepiece lenses in light diameters is 42 cm 3 , weight 170 g.

Наличие только одного склеенного компонента при использовании двух материалов для всех линз в оптической схеме окуляра-аналога позволяет обеспечить коррекцию только одной хроматической аберрации - хроматизма положения; при этом для устранения второй хроматической аберрации - хроматизма увеличения - отсутствуют коррекционные параметры.The presence of only one glued component when using two materials for all lenses in the optical scheme of the analog eyepiece allows the correction of only one chromatic aberration - position chromatism; at the same time, to eliminate the second chromatic aberration - increase chromatism - there are no correction parameters.

Оптические силы и форма линз окуляра-аналога таковы, что имеется астигматизм на краю поля зрения и хроматизм увеличения, что приводит к снижению качества изображения при визуальном наблюдении предметной плоскости через окуляр. При пересчете окуляра-аналога по коэффициенту подобия на фокусное расстояние 30 мм, выполненном для дальнейшего сравнения с предлагаемым устройством, установлено, что величина астигматизма в пространстве изображений превышает 1 дптр.The optical forces and the shape of the lenses of the analogue eyepiece are such that there is astigmatism at the edge of the field of view and an increase in chromatism, which leads to a decrease in image quality during visual observation of the subject plane through the eyepiece. When recalculating the analog eyepiece by the similarity coefficient to the focal length of 30 mm, made for further comparison with the proposed device, it was found that the magnitude of astigmatism in the image space exceeds 1 diopters.

Таким образом, в наиболее близком аналоге не возможно достичь уменьшения габаритных размеров и массы, а также уменьшения хроматизма увеличения и астигматизма (и как результат, повышения качества изображения) без существенного изменения устройства оптической системы окуляра, изменения соотношения между оптическими силами и изменения дизайна входящих в него линз и компонентов.Thus, in the closest analogue it is not possible to achieve a decrease in overall dimensions and mass, as well as a decrease in the chromaticity of the increase and astigmatism (and, as a result, an increase in image quality) without a significant change in the structure of the optical system of the eyepiece, changes in the ratio between the optical forces and changes in the design included in him lenses and components.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое устройство, заключается в создании оптической системы малогабаритного окуляра, позволяющего вести наблюдение плоского предмета (например, микродисплея) при значительном удалении выходного зрачка и требуемых для эффективной работы оператора видимом увеличении и угловым размере наблюдаемого изображения.The task to which the proposed device is aimed is to create an optical system of a small-sized eyepiece, which allows observing a flat object (for example, a microdisplay) with a significant removal of the exit pupil and the visible magnification and angular size of the observed image required for effective operator work.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в уменьшении габаритных размеров и массы, повышении качества изображения за счет уменьшения хроматизма увеличения и астигматизма в изображении без уменьшения величин углового поля и относительного отверстия окуляра. Дополнительно в предлагаемом устройстве обеспечивается ход главных лучей в пространстве предметов, близкий к телецентрическому. При таком ходе пучков света от предмета освещенность в изображении становится более равномерной, а также в меньшей степени меняется видимое увеличение при диоптрийной подвижке окуляра, что повышает эргономические показатели предлагаемого устройства.The technical result achieved in solving this problem is to reduce the overall dimensions and mass, improve image quality by reducing the increase chromatism and astigmatism in the image without reducing the angular field and relative aperture of the eyepiece. Additionally, in the proposed device provides the main rays in the space of objects close to telecentric. With this course of light beams from the subject, the illumination in the image becomes more uniform, and the visible increase during diopter movement of the eyepiece also changes to a lesser extent, which increases the ergonomic characteristics of the proposed device.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в отличие от наиболее близкого аналога между положительным мениском и предметной плоскостью дополнительно установлен отрицательный дублет, отрицательная и положительная линзы которого выполнены из тех же материалов, что и отрицательная и положительная линзы положительного дублета, положительный дублет ориентирован своей отрицательной линзой в сторону предметной плоскости окуляра, положительная линза выполнена в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к выходному зрачку окуляра, и при этом имеют место следующие соотношения:The problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that, in contrast to the closest analogue between the positive meniscus and the object plane, a negative doublet is additionally installed, the negative and positive lenses of which are made of the same materials as the negative and positive lenses of the positive doublet, a positive doublet oriented with its negative lens towards the objective plane of the eyepiece, the positive lens is made in the form of a meniscus facing a concave surface Strongly to the exit pupil of the eyepiece, and wherein the following relations hold:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

где φ1, φ2, φ3, φ4 - относительные оптические силы соответственно отрицательного дублета, положительного мениска, положительного дублета и положительной линзы;where φ 1 , φ 2 , φ 3 , φ 4 are the relative optical powers of the negative doublet, positive meniscus, positive doublet, and positive lens, respectively;

R1, R2 - радиусы первой и второй по ходу лучей от предметной плоскости преломляющих поверхностей отрицательной линзы отрицательного дублета;R 1 , R 2 are the radii of the first and second along the rays from the subject plane of the refracting surfaces of the negative lens of the negative doublet;

R5 - радиус второй по ходу лучей от предметной плоскости окуляра преломляющей поверхности положительного мениска;R 5 is the radius of the second along the rays from the subject plane of the eyepiece of the refracting surface of the positive meniscus;

R9, R10 - радиусы первой и второй по ходу лучей от предметной плоскости окуляра преломляющих поверхностей положительной линзы;R 9 , R 10 are the radii of the first and second along the rays from the subject plane of the eyepiece of the refractive surfaces of the positive lens;

Δν - абсолютная величина разности коэффициентов основной средней дисперсии материалов линз дублета;Δν is the absolute value of the difference between the coefficients of the main average dispersion of the materials of the doublet lenses;

f′ - фокусное расстояние окуляра.f ′ is the focal length of the eyepiece.

Введение между положительным мениском и предметной плоскостью отрицательного дублета, отрицательная и положительная линзы которого выполнены из тех же материалов, что и отрицательная и положительная линзы положительного дублета, одновременно с выполнением соотношений (1) и (2) позволяет обеспечить коррекцию хроматизма увеличения, снизить аберрационную нагрузку на положительный дублет и устранить астигматизм в оптической системе окуляра без уменьшения величины углового поля и относительного отверстия окуляра. Одновременное введение указанных признаков позволяют обеспечить ход главных лучей в пространстве предметов окуляра, близкий к телецентрическому. Соотношение (2) представляет собой признак, аналогичный по технической сути признаку, использованному в наиболее близком аналоге для характеристики дублета.The introduction of a negative doublet between the positive meniscus and the subject plane, the negative and positive lenses of which are made of the same materials as the negative and positive lenses of the positive doublet, while satisfying relations (1) and (2), it is possible to correct the chromaticity of the increase and reduce the aberration load to a positive doublet and eliminate astigmatism in the optical system of the eyepiece without reducing the magnitude of the angular field and relative aperture of the eyepiece. The simultaneous introduction of these signs allows you to ensure the main rays in the space of the objects of the eyepiece, close to telecentric. Relation (2) is a feature that is similar in technical essence to the feature used in the closest analogue to characterize the doublet.

Ориентация положительного дублета своей отрицательной линзой в сторону предметной плоскости окуляра при одновременном выполнении соотношений (1) и (3) позволяет найти такой дизайн (форму) линз положительного дублета и положительного мениска, при котором уменьшается объем стекла линз, и как результат уменьшается толщина по оси и масса окуляра.Orientation of the positive doublet by its negative lens towards the object plane of the eyepiece while satisfying relations (1) and (3) allows us to find such a design (shape) of the lenses of the positive doublet and the positive meniscus, in which the glass volume of the lenses decreases, and as a result, the thickness decreases along the axis and the mass of the eyepiece.

Выполнение положительной линзы в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к выходному зрачку окуляра, совместно с соблюдением соотношений (1) и (4) позволяют устранить астигматизм при большом удалении выходного зрачка, уменьшить объем стекла и соответственно уменьшить массу окуляра.The implementation of a positive lens in the form of a meniscus facing a concave surface to the exit pupil of the eyepiece, together with the observance of relations (1) and (4), allows to eliminate astigmatism with large removal of the exit pupil, reduce the volume of the glass and, accordingly, reduce the weight of the eyepiece.

Совокупность предлагаемых признаков позволяет решить поставленную задачу, исключение любого из них ведет к невозможности реализации окуляра с удаленным зрачком с заявленным техническим результатом.The combination of the proposed features allows us to solve the problem, the exclusion of any of them leads to the inability to implement the eyepiece with a remote pupil with the stated technical result.

Авторам не известны окуляры с удаленным зрачком, удаление выходного зрачка в котором превышает фокусное расстояние не менее, чем в 2,5 раза, в которых была бы реализованы совокупность указанных признаков, соответствующих предлагаемому устройству.The authors are not aware of eyepieces with a distant pupil, the removal of the exit pupil in which exceeds the focal length by at least 2.5 times, in which a combination of the indicated features corresponding to the proposed device would be realized.

Предложенное решение иллюстрируется следующими графическими материалами:The proposed solution is illustrated by the following graphic materials:

фиг.1 - оптическая схема окуляра с удаленным зрачком;figure 1 is an optical diagram of an eyepiece with a remote pupil;

фиг.2 - график астигматизма;figure 2 is a graph of astigmatism;

фиг.3 - график хроматизма увеличения.figure 3 is a graph of the chromatism of the increase.

Окуляр с удаленным зрачком, удаление выходного зрачка в котором превышает фокусное расстояние не менее, чем в 2,5 раза, (фиг.1) содержит расположенные по ходу лучей от предметной плоскости отрицательный дублет 1, положительный мениск 2, обращенный вогнутой поверхностью к предметной плоскости, положительный дублет 3, положительную линзу 4, выполненную в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к выходному зрачку окуляра. Отрицательный дублет содержит по ходу лучей отрицательную линзу 5 и положительную линзу 6. Положительный дублет 3 содержит по ходу лучей отрицательную линзу 7 и положительную линзу 8. Отрицательные линзы 5 и 7 дублетов выполнены из одинакового материала. Положительные линзы 6 и 8 дублетов выполнены также из одинакового материала.An eyepiece with a pupil removed, the exit pupil removal which exceeds the focal length by at least 2.5 times (Fig. 1) contains a negative doublet 1 located along the rays from the subject plane, a positive meniscus 2 facing the subject plane with a concave surface , a positive doublet 3, a positive lens 4, made in the form of a meniscus facing a concave surface to the exit pupil of the eyepiece. The negative doublet contains along the rays of the negative lens 5 and the positive lens 6. The positive doublet 3 contains along the rays of the negative lens 7 and the positive lens 8. The negative lenses 5 and 7 of the doublets are made of the same material. Positive lenses 6 and 8 of doublets are also made of the same material.

Отношение величин внутреннего (склеенного) и внешнего радиусов отрицательной линзы 7 положительного дублета 3, умноженное на абсолютную величину разности коэффициентов основной средней дисперсии материалов линз положительного дублета, находится в диапазоне от 6 до 12. Фокусное расстояние положительной линзы 4 находится в диапазоне от 0,9 до 1,2 от величины удаления выходного зрачка. Относительные оптические силы отрицательного дублета 1, положительного мениска 2, положительного дублета 3 и положительной линзы 4 удовлетворяют соотношению (1). Отношение первого и второго по ходу лучей от предметной плоскости радиусов преломляющих поверхностей отрицательной линзы 5 отрицательного дублета 1, умноженное на величину разности коэффициентов основной средней дисперсии материалов линз отрицательного дублета 1, имеет абсолютную величину менее 6 (удовлетворяет соотношению (2)). Радиус второй по ходу лучей от предметной плоскости преломляющей поверхности положительного мениска 2 удовлетворяет соотношению (3). Отношение радиусов преломляющих поверхностей положительной линзы 4 удовлетворяют соотношению (4).The ratio of the values of the inner (glued) and outer radii of the negative lens 7 of the positive doublet 3, multiplied by the absolute value of the difference of the coefficients of the main average dispersion of the materials of the lenses of the positive doublet, is in the range from 6 to 12. The focal length of the positive lens 4 is in the range from 0.9 up to 1.2 of the magnitude of the removal of the exit pupil. The relative optical powers of the negative doublet 1, the positive meniscus 2, the positive doublet 3, and the positive lens 4 satisfy relation (1). The ratio of the first and second along the rays from the object plane of the radii of the refracting surfaces of the negative lens 5 of the negative doublet 1, multiplied by the difference in the coefficients of the main average dispersion of the lens materials of the negative doublet 1, has an absolute value of less than 6 (satisfies relation (2)). The radius of the second along the rays from the subject plane of the refracting surface of the positive meniscus 2 satisfies relation (3). The ratio of the radii of the refractive surfaces of the positive lens 4 satisfy the relation (4).

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Излучение, идущее от каждой точки (элемента, пикселя) предметной плоскости компонентами 1-4 окуляра направляется в выходной зрачок, роль которого выполняет зрачок глаза наблюдателя, располагаемый на расстоянии вдоль оптической оси, превышающем величину фокусного расстояния окуляра не менее, чем в 2,5 раза. Компоненты окуляра 1-4 обеспечивают параллельность лучей в пучках лучей, исходящих из каждой точки предметной плоскости. При этом величина остаточной аберрационной расходимости указанных пучков лучей обеспечивается меньше разрешающей способности глаза наблюдателя или, при применении микродисплея в качестве предмета, - угловых размеров элемента (пикселя) микродисплея. Для компенсации аметропии глаза наблюдателя осуществляется диоптрийная подвижка совместно компонентами 1-4 вдоль оптической оси окуляра.The proposed device operates as follows. The radiation coming from each point (element, pixel) of the subject plane by the components 1–4 of the eyepiece is directed to the exit pupil, the role of which is played by the pupil of the observer’s eye located at a distance along the optical axis exceeding the focal length of the eyepiece by no less than 2.5 times. The components of the eyepiece 1-4 provide parallelism of the rays in the beams of rays emanating from each point of the subject plane. Moreover, the magnitude of the residual aberration divergence of these beams of rays is provided less than the resolution of the observer's eye or, when using the microdisplay as an object, the angular dimensions of the element (pixel) of the microdisplay. To compensate for the ametropia of the observer's eye, diopter movement is carried out jointly by components 1-4 along the optical axis of the eyepiece.

Реализация окуляра с удаленным зрачком, подтверждается примерами конкретного исполнения: окуляра с фокусным расстоянием 30 мм и удалением зрачка 75,3 мм. Окуляр предназначен для визуального наблюдения изображения на экране микродисплея с размерами сторон 12,78×9 мм (микродисплей 852×600, шаг пикселей 0,015 мм). Окуляр обеспечивает видимое увеличение 8X. Параметры окуляра приведены в таблице 1. Для удобства сравнения с аналогом параметры в таблице 1 приведены для нормировки по величине фокусного расстояния, равной 1.The implementation of an eyepiece with a distant pupil is confirmed by examples of a specific design: an eyepiece with a focal length of 30 mm and a pupil distance of 75.3 mm. The eyepiece is designed for visual observation of the image on the microdisplay screen with side dimensions of 12.78 × 9 mm (microdisplay 852 × 600, pixel pitch 0.015 mm). The eyepiece provides a visible magnification of 8X. The eyepiece parameters are shown in table 1. For ease of comparison with an analog, the parameters in table 1 are given for normalization by the focal length of 1.

Таблица 1Table 1 Параметры примера конкретного исполненияParameters of a specific example of execution ПараметрParameter ЗначениеValue f′f ′ 1one sp′ s p ′ 2,512,51 2y 0,520.52 D′D ′ 0,2850.285 φ1 φ 1 -0,46-0.46 φ2 φ 2 0,410.41 φ3 φ 3 0,240.24 φ4 φ 4 0,340.34 ν5 ν 5 2323 ν6 ν 6 5454 ν7 ν 7 2323 ν8 ν 8 5454 R1/R2 R 1 / R 2 0,090.09 R5 R 5 -1,3-1.3 R7/R6 R 7 / R 6 0,240.24 R10/R9 R 10 / R 9 10,710.7 LL 1,531,53

Размер предмета 2у и фокусное расстояние окуляра f′ определяют величину углового поля за окуляром 29°, т.е. не меньше, чем в наиболее близком аналоге.The size of the object 2u and the focal length of the eyepiece f ′ determine the magnitude of the angular field behind the eyepiece 29 °, i.e. no less than in the closest analogue.

Диаметр выходного зрачка D′ и фокусное расстояние окуляра f′ определяют относительное отверстие 1:3,5, т.е. обеспечивается сохранение относительного отверстия таким же, как в наиболее близком аналоге.The diameter of the exit pupil D ′ and the focal length of the eyepiece f ′ define a relative aperture of 1: 3.5, i.e. the relative aperture is maintained the same as in the closest analogue.

Индексы у коэффициентов основной средней дисперсии соответствуют позициям линз на фиг.1.The indices of the coefficients of the main average dispersion correspond to the positions of the lenses in figure 1.

Все преломляющие поверхности примера конкретного исполнения являются сферическими.All refracting surfaces of an example of a particular embodiment are spherical.

В таблице 1 буквой L обозначено расстояние от предметной плоскости до последней поверхности окуляра для принятой нормировки.In table 1, the letter L denotes the distance from the subject plane to the last surface of the eyepiece for the adopted normalization.

Отметим, что между параметрами конкретного примера исполнения окуляра имеются два соотношения, которые являются общими признаками с наиболее близким аналогом:Note that between the parameters of a specific example of the eyepiece, there are two relationships that are common features with the closest analogue:

- из таблицы следует, что (R7/R6)Δν=0,24(54-23)=7,56, т.е. лежит в диапазоне от 6 до 12;- from the table it follows that (R 7 / R 6 ) Δν = 0.24 (54-23) = 7.56, i.e. lies in the range from 6 to 12;

- фокусное расстояние положительной линзы 4 равно 1/0,34=2,94, т.е. попадает в диапазон от 2,26 до 3, определяемый как диапазон от 0,9 до 1,2 от величины удаления выходного зрачка (0,9×2,51=2,26 и 1,2×2,51=3).- the focal length of the positive lens 4 is 1 / 0.34 = 2.94, i.e. falls into the range from 2.26 to 3, defined as a range from 0.9 to 1.2 of the magnitude of the exit pupil removal (0.9 × 2.51 = 2.26 and 1.2 × 2.51 = 3).

Остальные соотношения между параметрами предлагаемого устройства отличаются от наиболее близкого аналога.The remaining relationships between the parameters of the proposed device differ from the closest analogue.

Как следует из таблицы 1 и фиг.1, знаки оптических сил и формы линз соответствуют заявляемому устройству.As follows from table 1 and figure 1, the signs of the optical forces and the shape of the lenses correspond to the claimed device.

Значения параметров примера конкретного исполнения обосновывают заявленные отличительные признаки, сформулированные в виде соотношений между параметрами устройства. Так, относительные оптические силы компонентов 1-4 соотносятся между собой следующим образом: φ1234=-0,46:0,41:0,24:0,34, т.е. соответствует соотношению (1). Отношение первого и второго по ходу лучей от предметной плоскости радиусов преломляющих поверхностей отрицательной линзы 5 отрицательного дублета 1, умноженное на величину разности коэффициентов основной средней дисперсии материалов линз отрицательного дублета 1, имеет абсолютную величину, равную 0,09×(54-23)=2,8, т.е. удовлетворяет соотношению (2).The values of the parameters of the example of a specific implementation justify the claimed distinctive features, formulated in the form of relations between the parameters of the device. So, the relative optical powers of the components 1-4 are related as follows: φ 1 : φ 2 : φ 3 : φ 4 = -0.46: 0.41: 0.24: 0.34, i.e. corresponds to relation (1). The ratio of the first and second along the rays from the object plane of the radii of the refracting surfaces of the negative lens 5 of the negative doublet 1, multiplied by the difference in the coefficients of the main average dispersion of the lens materials of the negative doublet 1, has an absolute value of 0.09 × (54-23) = 2 , 8, i.e. satisfies relation (2).

Радиус второй по ходу лучей от предметной плоскости преломляющей поверхности положительного мениска 2 имеет величину минус 1,3, т.е. меньше чем минус 1, и соответственно удовлетворяет соотношению (3).The radius of the second along the rays from the subject plane of the refracting surface of the positive meniscus 2 is minus 1.3, i.e. less than minus 1, and accordingly satisfies relation (3).

Отношение второго и первого по ходу лучей от предметной плоскости радиусов преломляющих поверхностей положительной линзы 4 имеет в примере конкретного исполнения величину 10,7, т.е. удовлетворяет соотношению (4).The ratio of the second and the first along the rays from the subject plane of the radii of the refracting surfaces of the positive lens 4 has, in the example of a specific embodiment, a value of 10.7, i.e. satisfies relation (4).

Длина между предметной плоскостью и последней поверхностью окуляра по оси составляет 1,53 от величины фокусного расстояния окуляра, что в 1,26 раза меньше, чем в наиболее близком аналоге и свидетельствует об уменьшении габаритных размеров.The length between the subject plane and the last surface of the eyepiece along the axis is 1.53 of the focal length of the eyepiece, which is 1.26 times less than in the closest analogue and indicates a decrease in overall dimensions.

Уменьшение указанной длины является результатом использования в примере конкретного исполнения окуляра линз с меньшей толщиной по оси, дизайн которых определен заявленными соотношениями (1)-(4), в результате уменьшен объем стекла линз окуляра. Сравнение с наиболее близким аналогом по объему материала стекла и массе корректно проводить при одинаковых фокусных расстояниях и близости остальных характеристик (угловое поле, относительное отверстие, удаление зрачка). Так, в примере конкретного исполнения с фокусным расстоянием 30 мм объем стекла линз по световым диаметрам составил 31 см3 и масса 115 г. Объем стекла уменьшен в 1,35 раза, масса в 1,5 раза в сравнении с наиболее близким аналогом.The reduction of this length is the result of using in the example of a specific embodiment of the eyepiece lenses with a smaller thickness along the axis, the design of which is determined by the stated relations (1) - (4), as a result, the volume of the glass of the eyepiece lenses is reduced. A comparison with the closest analogue in terms of the volume of the glass material and the mass should be correctly carried out at the same focal lengths and proximity of the remaining characteristics (angular field, relative aperture, pupil removal). So, in the example of a specific design with a focal length of 30 mm, the volume of the glass of the lenses in terms of light diameters was 31 cm 3 and the mass was 115 g. The volume of the glass was reduced by 1.35 times, the weight was 1.5 times in comparison with the closest analogue.

На фиг.2 приведен график сагиттального (s) и меридионального (m) астигматических отрезков, а на фиг.3 - график хроматизма увеличения Δу′ по полю. По оси ординат на этих графиках указаны углы наклона главных лучей за окуляром в градусах. Астигматизм не превышает 0,4 дптр; хроматизм увеличения не превышает 1,8 минут для края поля зрения, что составляет 0,2%. Таким образом, величины указанных аберраций уменьшены по сравнению с наиболее близким аналогом. Результатом явилось повышение качества изображения в пределах поля зрения окуляра, что подтверждается среднеквадратическими размерами угловых аберраций широких наклонных пучков, величины которых для точки на оси не превышают 0,6 минут, для середины поля зрения - 1,5 минут, для края поля зрения - 3,5 минут.Figure 2 shows a graph of sagittal (s) and meridional (m) astigmatic segments, and figure 3 is a graph of the chromatism of increasing Δу ′ in the field. The ordinates on these graphs indicate the angles of inclination of the main rays behind the eyepiece in degrees. Astigmatism does not exceed 0.4 diopters; the chromatism of the increase does not exceed 1.8 minutes for the edge of the field of view, which is 0.2%. Thus, the values of these aberrations are reduced in comparison with the closest analogue. The result was an increase in image quality within the field of view of the eyepiece, which is confirmed by the rms angular aberrations of wide oblique beams, the values of which for a point on the axis do not exceed 0.6 minutes, for the middle of the field of view - 1.5 minutes, for the edge of the field of view - 3 ,5 minutes.

Дополнительно из фиг.1 следует, что отклонение главных лучи наклонных пучков лучей от нормали к поверхности предмета незначительно. Это способствует сохранению постоянства увеличения при диоптрийной подвижке окуляра и равномерности освещенности изображения с учетом диаграммы направленности излучения микродисплея, установленного в предметную плоскость окуляра в конкретном примере исполнения.In addition, from figure 1 it follows that the deviation of the main rays of the inclined beams of rays from the normal to the surface of the object is negligible. This helps to maintain a constant increase in diopter movement of the eyepiece and uniform illumination of the image, taking into account the radiation pattern of the microdisplay installed in the subject plane of the eyepiece in a specific embodiment.

Таким образом, в примере конкретного исполнения окуляра имеет место технический результат, на достижение которого и направлено заявляемое устройство: уменьшение габаритных размеров и массы, повышение качества изображения за счет уменьшения хроматизма увеличения и астигматизма в изображении без уменьшения величин углового поля и относительного отверстия окуляра. Дополнительно обеспечен ход главных лучей в пространстве предметов, близкий к телецентрическому.Thus, in the example of a specific embodiment of the eyepiece, there is a technical result, the achievement of which the claimed device is aimed at: reducing overall dimensions and mass, improving image quality by reducing the chromaticity of increase and astigmatism in the image without reducing the angular field and relative aperture of the eyepiece. Additionally, the main rays in the space of objects close to telecentric are provided.

Конкретные значения конструктивных параметров обеспечиваются стандартной оптимизацией, входящей в состав любой современной оптической программы по расчету оптических систем, при использовании указанных оптических сил и материалов.Specific values of the design parameters are provided by standard optimization, which is part of any modern optical program for calculating optical systems, using the indicated optical forces and materials.

Таким образом, реализация технических преимуществ предлагаемого окуляра с удаленным зрачком позволяет создать оптическую систему малогабаритного окуляра, позволяющего вести наблюдение плоского предмета (например, микродисплея или экрана электронно-оптического преобразователя в оптико-электронных приборах) при значительном удалении выходного зрачка и требуемых для эффективной работы оператора видимом увеличении и углового размера наблюдаемого изображения.Thus, the implementation of the technical advantages of the proposed eyepiece with a remote pupil allows you to create an optical system of a small-sized eyepiece that allows you to observe a flat object (for example, a microdisplay or the screen of an electron-optical converter in optoelectronic devices) with significant removal of the exit pupil and required for the operator to work effectively visible magnification and angular size of the observed image.

ЛитератураLiterature

1. Теория оптических систем / Б.Н. Бегунов, Н.П. Заказнов, С.И. Кирюшин, В.И. Кузичев. - М.: Машиностроение, 1981. - 432 с.1. Theory of optical systems / B.N. Begunov, N.P. Zakaznov, S.I. Kiryushin, V.I. Kuzichev. - M.: Mechanical Engineering, 1981. - 432 p.

2. Патент RU 2212700, 2003.2. Patent RU 2212700, 2003.

Claims (1)

Окуляр с удаленным зрачком, удаление выходного зрачка в котором превышает фокусное расстояние не менее чем в 2,5 раза, содержащий положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к предметной плоскости, положительный дублет, содержащий положительную и отрицательную линзы, и положительную линзу, при этом отношение величин внутреннего и внешнего радиусов отрицательной линзы положительного дублета, умноженное на абсолютную величину разности коэффициентов основной средней дисперсии материалов линз положительного дублета, находится в диапазоне от 6 до 12, фокусное расстояние положительной линзы находится в диапазоне от 0,9 до 1,2 от величины удаления выходного зрачка, отличающийся тем, что между положительным мениском и предметной плоскостью дополнительно установлен отрицательный дублет, отрицательная и положительная линзы которого выполнены из тех же материалов, что и отрицательная и положительная линзы положительного дублета, положительный дублет ориентирован своей отрицательной линзой в сторону предметной плоскости окуляра, положительная линза выполнена в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к выходному зрачку окуляра, и при этом имеют место следующие соотношения:
φ1234=-(0,4÷0,6):(0,3÷0,5):(0,2÷0,4):(0,2÷0,4);
Figure 00000005

Figure 00000006

Figure 00000007

где φ1, φ2, φ3, φ4 - относительные оптические силы соответственно отрицательного дублета, положительного мениска, положительного дублета и положительной линзы;
R1, R2 - радиусы первой и второй по ходу лучей от предметной плоскости преломляющих поверхностей отрицательной линзы отрицательного дублета;
R5 - радиус второй по ходу лучей от предметной плоскости окуляра преломляющей поверхности положительного мениска;
R9, R10 - радиусы первой и второй по ходу лучей от предметной плоскости окуляра преломляющих поверхностей положительной линзы;
Δν - абсолютная величина разности коэффициентов основной средней дисперсии материалов линз дублета;
f′ - фокусное расстояние окуляра.
An eyepiece with a removed pupil, the removal of the exit pupil in which exceeds the focal length by at least 2.5 times, containing a positive meniscus facing a concave surface to the subject plane, a positive doublet containing positive and negative lenses, and a positive lens, while the ratio of values the inner and outer radii of the negative lens of the positive doublet, multiplied by the absolute value of the difference of the coefficients of the main average dispersion of the lens material of the positive doublet, is I am in the range of 6 to 12, the focal length of the positive lens is in the range of 0.9 to 1.2 of the magnitude of the exit pupil removal, characterized in that between the positive meniscus and the subject plane an additional negative doublet is installed, the negative and positive lenses of which are made of the same materials as the negative and positive lenses of the positive doublet, the positive doublet is oriented with its negative lens towards the objective plane of the eyepiece, the positive lens is made in the form meniscus facing a concave surface toward the exit pupil of the eyepiece, and wherein the following relations hold:
φ 1 : φ 2 : φ 3 : φ 4 = - (0.4 ÷ 0.6) :( 0.3 ÷ 0.5) :( 0.2 ÷ 0.4) :( 0.2 ÷ 0, four);
Figure 00000005

Figure 00000006

Figure 00000007

where φ 1 , φ 2 , φ 3 , φ 4 are the relative optical powers of the negative doublet, positive meniscus, positive doublet, and positive lens, respectively;
R 1 , R 2 are the radii of the first and second along the rays from the subject plane of the refracting surfaces of the negative lens of the negative doublet;
R 5 is the radius of the second along the rays from the subject plane of the eyepiece of the refracting surface of the positive meniscus;
R 9 , R 10 are the radii of the first and second along the rays from the subject plane of the eyepiece of the refractive surfaces of the positive lens;
Δν is the absolute value of the difference between the coefficients of the main average dispersion of the materials of the doublet lenses;
f ′ is the focal length of the eyepiece.
RU2012114587/28A 2012-04-12 2012-04-12 Eyepiece with withdrawn pupil RU2498364C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012114587/28A RU2498364C1 (en) 2012-04-12 2012-04-12 Eyepiece with withdrawn pupil

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012114587/28A RU2498364C1 (en) 2012-04-12 2012-04-12 Eyepiece with withdrawn pupil

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2498364C1 true RU2498364C1 (en) 2013-11-10

Family

ID=49683319

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012114587/28A RU2498364C1 (en) 2012-04-12 2012-04-12 Eyepiece with withdrawn pupil

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2498364C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1312510A1 (en) * 1985-05-16 1987-05-23 Г.Н.Репинский, Е.Н.Гончаренко и Л.В.Ермакова Eye-piece
US5612823A (en) * 1994-02-15 1997-03-18 Fuji Photo Optical Co., Ltd. Wide-field eyepiece with inside focus
US5812324A (en) * 1995-06-22 1998-09-22 Nikon Corporation Eyepiece with large eye relief
RU2212700C1 (en) * 2002-07-02 2003-09-20 Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А.Зверева" Eyepiece with distant pupil
RU59274U1 (en) * 2006-02-10 2006-12-10 Открытое акционерное общество "Лыткаринский завод оптического стекла" Ocular with a remote pupil

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1312510A1 (en) * 1985-05-16 1987-05-23 Г.Н.Репинский, Е.Н.Гончаренко и Л.В.Ермакова Eye-piece
US5612823A (en) * 1994-02-15 1997-03-18 Fuji Photo Optical Co., Ltd. Wide-field eyepiece with inside focus
US5812324A (en) * 1995-06-22 1998-09-22 Nikon Corporation Eyepiece with large eye relief
RU2212700C1 (en) * 2002-07-02 2003-09-20 Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А.Зверева" Eyepiece with distant pupil
RU59274U1 (en) * 2006-02-10 2006-12-10 Открытое акционерное общество "Лыткаринский завод оптического стекла" Ocular with a remote pupil

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6797747B2 (en) Eyepiece optical system and observation device with it
US11002950B2 (en) Microscope objective
US10016119B2 (en) Objective optical system
EP2980624A1 (en) Optical system for endoscope
JP2011221091A (en) Eyepiece for finder
US11048071B2 (en) Microscope objective
JP2014056021A (en) Ocular lens system
US6181479B1 (en) Eyepiece lens for a display image observation device
JP2019101205A (en) Eyepiece optical system and observation device including the same
RU2498364C1 (en) Eyepiece with withdrawn pupil
US10514536B2 (en) Observation optical system
JP2019215411A (en) Eyepiece optical system, electronic view finder, and imaging apparatus
US20070008628A1 (en) Five-element optical device
RU2385476C1 (en) Projection high-aperture telecentric lens
JP2019128527A (en) Observation device
RU2652660C1 (en) Eyepiece with increased eye relief of the exit pupil
US9575310B2 (en) Optical system for endoscope and endoscope
RU118081U1 (en) Ocular with a remote pupil
US10890754B2 (en) Observation optical system
JP2017037276A (en) Microscope objective lens
RU162010U1 (en) OPTICAL SYSTEM WIDE-ANGLE TELESCOPE VT-78D
RU214280U1 (en) wide angle eyepiece
US6914728B2 (en) Optical arrangement for microscope objective
RU2601503C1 (en) Binocular microscope objective with slit lamp
RU121091U1 (en) Pupil Lens

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200413