RU2617139C1 - Wide-angle eyepiece - Google Patents

Wide-angle eyepiece Download PDF

Info

Publication number
RU2617139C1
RU2617139C1 RU2015149065A RU2015149065A RU2617139C1 RU 2617139 C1 RU2617139 C1 RU 2617139C1 RU 2015149065 A RU2015149065 A RU 2015149065A RU 2015149065 A RU2015149065 A RU 2015149065A RU 2617139 C1 RU2617139 C1 RU 2617139C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
eyepiece
lens
exit pupil
lenses
positive
Prior art date
Application number
RU2015149065A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Татьяна Сергеевна Вороненская
Юрий Андреевич Клевцов
Original Assignee
Акционерное общество "Швабе - Оборона и Защита" (АО "Швабе - Оборона и Защита")
Акционерное общество "Швабе-Приборы" (АО "Швабе-Приборы")
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 Акционерное общество "Швабе - Оборона и Защита" (АО "Швабе - Оборона и Защита"), Акционерное общество "Швабе-Приборы" (АО "Швабе-Приборы") filed Critical Акционерное общество "Швабе - Оборона и Защита" (АО "Швабе - Оборона и Защита")
Priority to RU2015149065A priority Critical patent/RU2617139C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2617139C1 publication Critical patent/RU2617139C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B25/00Eyepieces; Magnifying glasses
    • G02B25/04Eyepieces; Magnifying glasses affording a wide-angle view, e.g. through a spy-hole

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: eyepiece contains four optical components. The first negative eyepiece component from the image plane side is made as a plano-concave lens, the second positive one - as a plano-convex lens, wherein the flat surfaces of the lens face the image plane. The third positive component consists of the biconvex and plano-concave lenses glued together. The refractive gluing surface is convex to the exit pupil, and the fourth positive component consists of the negative meniscus lens and the biconvex lens glued together. The refractive gluing surface is concave to the exit pupil. The negative lenses of the first, the third and the fourth eyepiece components are made of glass such as "heavy flint". The positive lenses of the second and the third components are made of glass such as "extra-heavy crown", the positive lens of the fourth component oriented to the observer's eye, - of glass such as "heavy crown". The eyepiece has a real focus plane at the distance of about 0.17f' from the first flat surface, where mesh or crosshairs can be installed. The eyepiece has an angular view field of 76° (in the exit pupil area), the exit pupil distance from the last ophthalmic lens surface of about 0.49f' and the relative aperture of less than 1:4 with a focal length of 15-25 mm.
EFFECT: improving the image quality of the view field edge zones by reducing the residual aberrations and increasing chromaticity, decreasing the eyepiece aberrations in the exit pupil, which reduces vignetting the view field edge zones and enhances comfort when observing the objects located at the view field edges.
2 cl, 6 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области астрономических приборов и может быть использовано в оптических системах искателей поля телескопов, а также для визуальных наблюдений в телескопах и астрономических бинокулярных приборах с увеличенным полем зрения.The invention relates to the field of astronomical instruments and can be used in optical systems of telescope field finders, as well as for visual observations in telescopes and astronomical binocular instruments with an increased field of view.

Известна четырехкомпонентная схема окуляра Наглера [1]. Схема имеет действительную плоскость изображения и поле зрения 2ω=76°-82°, склеенные компоненты расположены как со стороны плоскости изображения, так и со стороны глаза наблюдателя. Однако эта схема из-за большого остаточного астигматизма и хроматизма увеличения не обеспечивает надлежащего качества изображения на краях поля зрения, в особенности для фокусных расстояний окуляра, превышающих 25 мм, кроме того, она обладает значительной сферической аберрацией в зрачке, что приводит к виньетированию краевых зон поля зрения и создает дискомфорт при наблюдении объектов, находящихся на краях поля зрения.Known four-component scheme of the Nagler eyepiece [1]. The scheme has a real image plane and a field of view of 2ω = 76 ° -82 °, the glued components are located both on the side of the image plane and on the side of the observer's eye. However, due to the large residual astigmatism and chromatism of magnification, this scheme does not provide adequate image quality at the edges of the field of view, especially for eyepiece focal lengths exceeding 25 mm, in addition, it has significant spherical aberration in the pupil, which leads to vignetting of the edge zones field of view and creates discomfort when observing objects located at the edges of the field of view.

Прототипом изобретения является четырехкомпонентный широкоугольный окуляр, в котором первые три компонента со стороны плоскости изображения - однолинзовые [2]. Первый компонент окуляра выполнен в виде плоско-вогнутой линзы, второй и третий компоненты - в виде плоско-выпуклых линз, обращенных выпуклостью навстречу друг другу, а первая линза четвертого компонента выполнена двояковыпуклой и склеена с отрицательной плоско-вогнутой линзой, причем преломляющая поверхность склейки четвертого компонента обращена выпуклостью к зрачку.The prototype of the invention is a four-component wide-angle eyepiece, in which the first three components from the side of the image plane are single-lens [2]. The first component of the eyepiece is made in the form of a flat-concave lens, the second and third components are in the form of flat-convex lenses convex towards each other, and the first lens of the fourth component is biconvex and glued with a negative flat-concave lens, and the refracting surface of the fourth the component is convex to the pupil.

Окуляр имеет действительную плоскость изображения, расположенную на расстоянии

Figure 00000001
от первой плоской поверхности, где
Figure 00000002
- фокусное расстояние окуляра. Вынос выходного зрачка от последней плоской поверхности окуляра составляет
Figure 00000003
. Окуляр обеспечивает поле зрения 2ω=90°.The eyepiece has a real image plane located at a distance
Figure 00000001
from the first flat surface where
Figure 00000002
- the focal length of the eyepiece. The distance of the exit pupil from the last flat surface of the eyepiece is
Figure 00000003
. The eyepiece provides a field of view of 2ω = 90 °.

Однако такие параметры окуляра, в сочетании с хорошим качеством изображения по краям поля зрения, можно реализовать только, когда отрицательные линзы окуляра выполнены из стекла типа «сверхтяжелый флинт», которое практически обрезает излучение синей области спектра. Поэтому применение таких окуляров в астрономических приборах недопустимо. При использовании в окуляре-прототипе отрицательных линз из стекол типа «тяжелый флинт» получается большая кривизна поверхности склейки четвертого компонента. Вследствие чего, при исправлении хроматизма увеличения на краю поля, его величина в средней части остается значительной, кроме того, увеличиваются остаточные аберрации на краях поля и сферическая аберрация в зрачке окуляра, что приводит к значительному ухудшению качества изображения и дискомфорту наблюдения на краях поля зрения.However, such parameters of the eyepiece, combined with good image quality at the edges of the field of view, can only be realized when the negative lenses of the eyepiece are made of glass of the "super-heavy flint" type, which practically cuts off the radiation of the blue spectral region. Therefore, the use of such eyepieces in astronomical instruments is unacceptable. When using negative lenses from glasses of the “heavy flint” type in the prototype eyepiece, a large curvature of the gluing surface of the fourth component is obtained. As a result, when correcting the chromatism of the increase at the field edge, its value in the middle part remains significant, in addition, the residual aberrations at the field edges and spherical aberration in the pupil of the eyepiece increase, which leads to a significant deterioration in image quality and discomfort of observation at the edges of the field of view.

Задачей предлагаемого изобретения является улучшение качества изображения на краю поля зрения и уменьшение сферической аберрации окуляра в выходном зрачке. При этом для компонентов окуляра должны быть использованы стекла, пропускающие весь спектр излучения видимой области, а вынос выходного зрачка окуляра и положение плоскости изображения не должны создавать дискомфорт наблюдателю и давать возможность удобства размещения в плоскости изображения сетки с перекрестием.The task of the invention is to improve image quality at the edge of the field of view and reduce spherical aberration of the eyepiece in the exit pupil. At the same time, glasses passing through the entire spectrum of the visible radiation should be used for the components of the eyepiece, and the removal of the exit pupil of the eyepiece and the position of the image plane should not cause discomfort to the observer and enable convenient placement of a grid with a crosshair in the image plane.

Техническим результатом изобретения является создание окуляра с улучшенным качеством изображения на краю поля зрения и меньшими сферическими аберрациями окуляра в выходном зрачке.The technical result of the invention is the creation of an eyepiece with improved image quality at the edge of the field of view and less spherical aberrations of the eyepiece in the exit pupil.

Данный результат достигается тем, что в схеме широкоугольного окуляра, содержащего четыре компонента, первый из которых выполнен в виде плоско-вогнутой линзы, а второй - в виде плоско-выпуклой линзы, причем плоские поверхности линз обращены к плоскости изображения, третий положительный компонент состоит из склеенных между собой двояковыпуклой и плоско-вогнутой линз, причем преломляющая поверхность склейки обращена выпуклостью к выходному зрачку, а четвертый положительный компонент состоит из склеенных между собой отрицательной менисковой линзы и двояковыпуклой линзы, при этом преломляющая поверхность склейки обращена вогнутостью к выходному зрачку. Линзы третьего положительного компонента выполнены из стекла с приблизительно равными коэффициентами преломления для основной линии спектра, но с разными дисперсиями.This result is achieved in that in the scheme of a wide-angle eyepiece containing four components, the first of which is made in the form of a flat-concave lens, and the second is in the form of a flat-convex lens, the flat surfaces of the lenses facing the image plane, the third positive component consists of glued together biconvex and flat-concave lenses, and the refracting surface of the gluing convex to the exit pupil, and the fourth positive component consists of a negative meniscus glued together new lens and biconvex lens, while the refracting surface of the gluing is turned concavity to the exit pupil. The lenses of the third positive component are made of glass with approximately equal refractive indices for the main line of the spectrum, but with different dispersions.

Выполнение третьего положительного компонента окуляра в виде склеенных между собой положительной двояковыпуклой и отрицательной плоско-вогнутой линз с приблизительно равными коэффициентами преломления для основной линии спектра, но разными дисперсиями, создает возможность уменьшения остаточного хроматизма увеличения по полю зрения, так как позволяет ввести в схему окуляра еще одну отрицательную линзу и тем самым уменьшить кривизну преломляющей склеенной поверхности четвертого компонента.The implementation of the third positive component of the eyepiece in the form of positive biconvex and negative flat-concave lenses glued together with approximately equal refractive indices for the main line of the spectrum, but with different dispersions, makes it possible to reduce the residual chromatism of the increase in the field of view, since it allows introducing one negative lens and thereby reduce the curvature of the refracting bonded surface of the fourth component.

Обращение преломляющей поверхности склейки третьего компонента выпуклостью к выходному зрачку и, в отличие от прототипа, обратное чередование оптических сил линз четвертого компонента, составленного из склеенных между собой отрицательной менисковой линзы и двояковыпуклой линзы с преломляющей поверхностью склейки, обращенной вогнутостью к выходному зрачку, позволяет уменьшить углы падения и преломления лучей, идущих через преломляющие поверхности линз. Это вызывает уменьшение остаточного хроматизма увеличения, а также уменьшение остаточных полевых аберраций и сферической аберрации окуляра в выходном зрачке, что в итоге приводит к улучшению качества изображения и повышению комфорта наблюдения краевых зон поля зрения.The reversal of the refractive surface of the gluing of the third component by the convexity to the exit pupil and, in contrast to the prototype, the reverse alternation of the optical forces of the lenses of the fourth component, composed of a negative meniscus lens glued together and a biconvex lens with a refractive surface of the gluing facing concavity to the exit pupil, allows to reduce the angles incidence and refraction of rays passing through the refracting surfaces of the lenses. This causes a decrease in the residual chromaticity of the increase, as well as a decrease in the residual field aberrations and spherical aberration of the eyepiece in the exit pupil, which ultimately leads to improved image quality and increased comfort of observation of the edge zones of the field of view.

Заявителем не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками предлагаемого изобретения. Широкоугольный окуляр из четырех компонентов с заявляемой совокупностью существенных признаков в известных источниках информации также не обнаружен.The applicant has not identified technical solutions having features that match the distinctive features of the invention. A wide-angle eyepiece of four components with the claimed combination of essential features in known sources of information is also not found.

Предложенное изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами:The proposed invention is illustrated by the following graphic materials:

Фиг. 1 - оптическая схема широкоугольного окуляра.FIG. 1 is an optical diagram of a wide-angle eyepiece.

Фиг. 2 - график хроматизма увеличения окуляра.FIG. 2 is a graph of the chromatism of the magnification of the eyepiece.

Фиг. 3 - графики остаточных осевых аберраций окуляра:FIG. 3 - graphs of residual axial aberrations of the eyepiece:

а) продольные;a) longitudinal;

б) поперечные:b) transverse:

в) волновые;c) wave;

г) отступление от закона синусов.d) deviation from the law of sinuses.

Фиг. 4 - графики полевых аберраций:FIG. 4 - graphs of field aberrations:

а) дисторсия;a) distortion;

б) ход астигматических фокальных поверхностей в меридиональном сечении.b) the course of astigmatic focal surfaces in the meridional section.

Фиг. 5 - графики угловых аберраций по полю зрения:FIG. 5 - graphs of angular aberrations in the field of view:

а) в меридиональной плоскости;a) in the meridional plane;

б) в сагиттальной плоскости.b) in the sagittal plane.

Фиг. 6 - график поперечной сферической аберрации главных лучей окуляра.FIG. 6 is a graph of transverse spherical aberration of the main rays of the eyepiece.

На фиг. 1 изображена предлагаемая оптическая схема широкоугольного окуляра.In FIG. 1 shows the proposed optical scheme of the wide-angle eyepiece.

Окуляр содержит четыре компонента, первый из которых выполнен в виде плоско-вогнутой линзы 1, а второй - в виде плоско-выпуклой линзы 2, причем плоские поверхности линз обращены к плоскости изображения. Третий положительный компонент 3 состоит из склеенных между собой двояковыпуклой и плоско-вогнутой линз, причем преломляющая поверхность склейки обращена выпуклостью к выходному зрачку, а четвертый положительный компонент 4 состоит из склеенных между собой отрицательной менисковой линзы и двояковыпуклой линзы, при этом преломляющая поверхность склейки обращена вогнутостью к выходному зрачку.The eyepiece contains four components, the first of which is made in the form of a flat-concave lens 1, and the second is in the form of a flat-convex lens 2, with the flat surfaces of the lenses facing the image plane. The third positive component 3 consists of biconvex and flat-concave lenses glued together, the refracting surface of the gluing convex to the exit pupil, and the fourth positive component 4 consists of negative meniscus lenses glued together and the biconvex lens, while the refracting surface of the gluing is concave to the exit pupil.

Квазителецентрические пучки лучей света, идущие от плоскости изображения, сформированные предшествующей оптической системой, рассеиваются отрицательной линзой 1 и фокусируются системой положительных компонентов 2 и 3 в переднюю фокальную плоскость положительного компонента 4, после которой идут параллельным пучком лучей и собираются в плоскости выходного зрачка окуляра.Quasi-telecentric beams of light rays coming from the image plane formed by the previous optical system are scattered by the negative lens 1 and focused by the system of positive components 2 and 3 into the front focal plane of the positive component 4, after which they are parallel to the beam of rays and are collected in the plane of the exit pupil of the eyepiece.

Обоснуем возможность достижения в предложенной схеме заявленных технических характеристик.We will justify the possibility of achieving the claimed technical characteristics in the proposed scheme.

Причиной низкого качества изображения на краях поля зрения и значительной сферической аберрации главных лучей полевых пучков в выходном зрачке окуляра-прототипа является как большая кривизна поверхности склейки четвертого компонента (при условии выполнения отрицательных линз окуляра из тяжелого флинта, пропускающего излучение всей видимой области спектра), так и ее ориентация относительно выходного зрачка, вызывающая большие остаточные аберрации. Чтобы повысить качество изображения краевых зон поля зрения, связанное с наличием остаточного астигматизма и хроматизма увеличения, а также уменьшить сферическую аберрацию главных лучей окуляра в выходном зрачке, необходимо уменьшить кривизну склеенной поверхности положительного четвертого компонента. Это можно сделать, распределив отрицательную оптическую силу линз окуляра не между двумя линзами, как в прототипе, а между тремя, выполнив положительный компонент 3 из склеенных между собой двояковыпуклой и плоско-вогнутой линз, причем из соображений уменьшения остаточных полевых аберраций преломляющую поверхность склейки нужно обратить выпуклостью к выходному зрачку. Преломляющую поверхность склейки четвертого компонента из тех же соображений необходимо обратить вогнутостью к выходному зрачку. Такое расположение преломляющих склеенных поверхностей компонентов 3 и 4 обеспечивает минимальные углы падения и преломления главных лучей на этих компонентах схемы, что приводит к уменьшению остаточных полевых аберраций. Таким образом, четвертый положительный компонент окуляра будет иметь обратную, относительно прототипа, ориентацию линз и их форму: первая линза, отрицательная, имеет форму мениска, а вторая, положительная, - двояковыпуклая.The reason for the low image quality at the edges of the field of view and significant spherical aberration of the main rays of the field beams in the exit pupil of the prototype eyepiece is because the fourth component has a large curvature of the gluing surface (provided that the negative lenses of the eyepiece are made from a heavy flint that transmits the radiation of the entire visible spectrum) and its orientation relative to the exit pupil, causing large residual aberrations. To improve the image quality of the edge zones of the field of view associated with the presence of residual astigmatism and increase chromatism, as well as reduce the spherical aberration of the main rays of the eyepiece in the exit pupil, it is necessary to reduce the curvature of the glued surface of the positive fourth component. This can be done by distributing the negative optical power of the eyepiece lenses not between two lenses, as in the prototype, but between three, by performing a positive component 3 of biconvex and flat-concave lenses glued together, and for reasons of reducing residual field aberrations, the refractive surface of the gluing should be reversed bulge to the exit pupil. The refractive surface of the gluing of the fourth component for the same reasons must be turned concavity to the exit pupil. Such an arrangement of the refracting glued surfaces of components 3 and 4 provides minimal incidence and refraction angles of the main rays on these components of the circuit, which leads to a decrease in residual field aberrations. Thus, the fourth positive component of the eyepiece will have the opposite, relative to the prototype, orientation of the lenses and their shape: the first lens, negative, has the shape of a meniscus, and the second, positive, is biconvex.

В качестве конкретного примера, подтверждающего обоснованность связи рассмотренных отличительных признаков с достижением заявленных технических результатов, рассмотрим оптическую схему предлагаемого широкоугольного окуляра с фокусным расстоянием

Figure 00000004
, заданную параметрами (1). В сноске параметров (1): rs - радиусы сферических поверхностей по порядку следования в схеме, начиная от плоскости изображения (s - номер поверхности); ds - толщины линз и воздушные промежутки; ns - показатели преломления среды, указаны для линии спектра
Figure 00000005
(546,07 нм). Для преломляющих сред указаны марки стекла; ∅S - диаметры оптических поверхностей;
Figure 00000006
- фокусное расстояние окуляра для линии e; SF - положение плоскости изображения от первой плоской поверхности компонента 1;
Figure 00000007
- положение выходного зрачка от последней поверхности окуляра.As a specific example, confirming the validity of the connection of the considered distinguishing features with the achievement of the claimed technical results, we consider the optical scheme of the proposed wide-angle eyepiece with a focal length
Figure 00000004
defined by parameters (1). In the footnote of parameters (1): r s are the radii of the spherical surfaces in the order in the diagram, starting from the image plane (s is the surface number); d s - thickness of the lenses and air gaps; n s are the refractive indices of the medium indicated for the spectrum line
Figure 00000005
(546.07 nm). For refractive media, glass grades are indicated; ∅ S are the diameters of the optical surfaces;
Figure 00000006
- the focal length of the eyepiece for line e; S F is the position of the image plane from the first flat surface of component 1;
Figure 00000007
- the position of the exit pupil from the last surface of the eyepiece.

В таблице 1 приведены фокусные расстояния компонентов схемы и составляющих их линз.Table 1 shows the focal lengths of the circuit components and their constituent lenses.

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000010
Figure 00000011
Figure 00000009
Figure 00000010
Figure 00000011

Выходной зрачок окуляра не более 6 мм. Угловое поле в пространстве выходного зрачка ωy,z=±38°. Отрицательные линзы схемы выполнены из стекла ТФ4, положительные линзы компонентов 2 и 3 - из стекла СТК19. Указанные стекла имеют практически одинаковый показатель преломления для основной линии спектра e. Положительная линза компонента 4 выполнена из стекла ТК14 (ГОСТ 3514-94). Расстояния от плоскости изображения до первой поверхности блока линз окуляра и от последней поверхности блока линз до выходного зрачка, составляющие соответственно

Figure 00000012
и
Figure 00000013
, практически не создают дискомфорта при наблюдении с такими окулярами при фокусном расстоянии от 15 до 25 мм. Перефокусировка окуляра при наводке на резкость перекрестия сетки (в визуальном искателе) возможна в диапазоне ± 5 диоптрий. При этом для близорукого наблюдателя между плоскостью штрихов сетки и первой плоской поверхностью линзы остается еще достаточный воздушный промежуток.The exit pupil of the eyepiece is not more than 6 mm. The angular field in the space of the exit pupil is ω y, z = ± 38 °. Negative lenses of the circuit are made of TF4 glass, positive lenses of components 2 and 3 are made of STK19 glass. These glasses have almost the same refractive index for the main line of the spectrum e . The positive lens of component 4 is made of TK14 glass (GOST 3514-94). The distances from the image plane to the first surface of the lens block of the eyepiece and from the last surface of the lens block to the exit pupil, respectively
Figure 00000012
and
Figure 00000013
practically do not create discomfort when observing with such eyepieces at a focal length of 15 to 25 mm. Refocusing the eyepiece when aiming at the sharpness of the crosshair of the grid (in the visual finder) is possible in the range of ± 5 diopters. At the same time, for the nearsighted observer, there is still a sufficient air gap between the grid line plane and the first flat surface of the lens.

Figure 00000014
Figure 00000014

Из данных сноски параметров (1) и таблицы 1 видно, что первый отрицательный компонент окуляра выполнен в виде плоско-вогнутой линзы. Второй положительный компонент окуляра выполнен в виде плоско-выпуклой линзы, причем плоские поверхности линз обращены к плоскости изображения. Третий положительный компонент состоит из склеенных между собой двояковыпуклой и плоско-вогнутой линз, причем преломляющая хроматическая поверхность склейки обращена выпуклостью к выходному зрачку, а фокусные расстояния второго и третьего компонентов практически равные. Четвертый положительный компонент состоит из склеенных между собой отрицательной менисковой линзы и двояковыпуклой линзы, причем преломляющая поверхность склейки обращена вогнутостью к выходному зрачку.From the data of the footnote of parameters (1) and table 1 it can be seen that the first negative component of the eyepiece is made in the form of a flat-concave lens. The second positive component of the eyepiece is made in the form of a plano-convex lens, with the flat surfaces of the lenses facing the image plane. The third positive component consists of biconvex and flat-concave lenses glued together, the refractive chromatic surface of the gluing convex to the exit pupil, and the focal lengths of the second and third components are almost equal. The fourth positive component consists of a negative meniscus lens glued together and a biconvex lens, the refracting surface of the gluing facing the exit pupil with a concavity.

Рассмотрим, к чему приводит данная совокупность отличительных признаков.Consider what this combination of distinctive features leads to.

На фиг. 2 изображен график хроматизма увеличения окуляра. По оси ординат отложены значения полевого угла ω в области выходного зрачка, выраженные в градусах. По оси абсцисс отложены значения хроматизма увеличения, рассчитанные по формуле:In FIG. 2 shows a graph of the chromatism of the magnification of the eyepiece. The ordinate shows the field angle ω in the area of the exit pupil, expressed in degrees. The abscissa shows the values of the increase in chromatism calculated by the formula:

Figure 00000015
Figure 00000015

выраженные в процентах.

Figure 00000016
- расстояние от точки пересечения главного луча с плоскостью изображения до оптической оси, вычисляемое в обратном ходе лучей со стороны выходного зрачка. Из графика видно, что хроматизм увеличения окуляра небольшой и по полю зрения 2ω=76° в области выходного зрачка изменяется в пределах ±0,3%.expressed as a percentage.
Figure 00000016
- the distance from the point of intersection of the main beam with the image plane to the optical axis, calculated in the reverse direction of the rays from the exit pupil. The graph shows that the chromatism of the magnification of the eyepiece is small and in the field of view 2ω = 76 ° in the area of the exit pupil varies within ± 0.3%.

На фиг. 3 изображены графики остаточных осевых аберраций окуляра.In FIG. 3 shows graphs of the residual axial aberrations of the eyepiece.

Графики построены в обратном ходе параллельного пучка лучей со стороны выходного зрачка для трех линий видимого спектра, соответствующих длинам волн

Figure 00000005
(546,07 нм), F (486,1 нм) и C (656,3 нм). По оси абсцисс отложены значения координаты m на выходном зрачке. По оси ординат на графике фиг. 3a отложены значения продольной сферической аберрации ΔS' в мм, на графике фиг. 3б отложены значения поперечной сферической аберрации dY' мм, на графике фиг. 3в отложены значения волновой сферической аберрации W, выраженной в долях длины волны своего цвета, на графике фиг. 3г показано отступление от закона синусов Eta, %, характеризующее исправление комы окуляра.The graphs are plotted in the reverse direction of a parallel beam of rays from the exit pupil side for three lines of the visible spectrum corresponding to wavelengths
Figure 00000005
(546.07 nm), F (486.1 nm) and C (656.3 nm). The abscissa shows the values of the coordinate m on the exit pupil. The ordinate axis in the graph of FIG. 3a, the longitudinal spherical aberration ΔS 'in mm is plotted, in the graph of FIG. 3b, the lateral spherical aberration values dY ′ mm are plotted, in the graph of FIG. 3c, the values of the wave spherical aberration W, expressed in fractions of the wavelength of its color, are plotted in the graph of FIG. 3d shows a deviation from the law of sinuses Eta,%, characterizing the correction of the coma of the eyepiece.

Из графиков остаточных осевых аберраций окуляра (фиг. 3) следует, что остаточная сферическая аберрация на оси окуляра достаточно хорошо исправлена и при полном диаметре зрачка глаза 6 мм, что соответствует относительному отверстию окуляра порядка 1:4, не превышает величины 0,2λ, а остаточные волновые аберрации в спектральном диапазоне F-С не выходят за пределы 0.75λ. Отступление от закона синусов сравнительно небольшое и не превышает 0,13%.From the graphs of the residual axial aberrations of the eyepiece (Fig. 3) it follows that the residual spherical aberration on the axis of the eyepiece is quite well corrected and with a full eye pupil diameter of 6 mm, which corresponds to a relative aperture of the eyepiece of the order of 1: 4, does not exceed 0.2λ, and the residual wave aberrations in the F-С spectral range do not go beyond 0.75λ. The deviation from the law of sinuses is relatively small and does not exceed 0.13%.

На фиг. 4 изображены графики остаточных полевых аберраций окуляра, построенные для обратного хода лучей со стороны выходного зрачка в линии спектра

Figure 00000005
(546,07 нм).In FIG. Figure 4 shows the graphs of the residual field aberrations of the eyepiece constructed for the backward ray path from the exit pupil in the spectral line
Figure 00000005
(546.07 nm).

По оси абсцисс отложены значения полевого угла ωy в области выходного зрачка, выраженные в градусах. По оси ординат на графике фиг. 4а отложены значения относительной дисторсии D, выраженные в %. По оси ординат на графике фиг. 4б дан ход астигматических фокальных поверхностей окуляра x'm; x's в меридиональном сечении схемы, выраженный в мм. Штриховой линией обозначен ход фокальной поверхности для сагиттальных лучей, а сплошной - для меридиональных лучей.The abscissa shows the field angle ω y in the area of the exit pupil, expressed in degrees. The ordinate axis in the graph of FIG. 4a, the values of the relative distortion D, expressed in%, are plotted. The ordinate axis in the graph of FIG. 4b, the course of astigmatic focal surfaces of the eyepiece x ' m is given ; x ' s in the meridional section of the circuit, expressed in mm. The dashed line indicates the course of the focal surface for sagittal rays, and the solid line for meridional rays.

Из графиков фиг. 4 видно, что относительная дисторсия окуляра на краю поля 2ω=76° не превышает величины 13,9%. Астигматизм также исправлен несколько лучше и на краю поля 2ω=76° величина

Figure 00000017
не превышает 1,1 мм.From the graphs of FIG. Figure 4 shows that the relative distortion of the eyepiece at the edge of the field 2ω = 76 ° does not exceed 13.9%. Astigmatism is also corrected somewhat better and at the edge of the field 2ω = 76 °
Figure 00000017
does not exceed 1.1 mm.

Для окончательной характеристики качества изображения предлагаемого широкоугольного окуляра были сформированы телецентрические пучки лучей, идущие со стороны плоскости изображения (фиг. 1), и построены графики угловых аберраций для трех зон поля зрения окуляра, соответствующих наклону главного луча относительно оси схемы: ω=0°; ω=20°; ω=38° (фиг. 5). Графики 5а соответствуют меридиональному сечению пучка лучей. По оси абсцисс отложены тангенсы угла главного луча в меридиональной плоскости tgσy. Графики 5б соответствуют сагиттальному сечению пучка лучей. По оси абсцисс отложены тангенсы угла главного луча в сагиттальной плоскости tgσz. По оси ординат на всех графиках отложены угловые аберрации dWy'; dWz', соответствующие тангенсам главных лучей tgσy,z, выраженные в угловых минутах. Величина tgσmax=0,125 соответствует половине максимального относительного отверстия окуляра 1:4 (видно, что для этого значения апертуры окуляр имеет небольшое виньетирование краевого пучка лучей, не превышающее 20%, что отражено в несимметричности нижнего графика 5а). Графики построены для трех линий спектра

Figure 00000005
, C, F. Кривые сагиттального сечения выделены штриховой линией. Над каждым рядом графиков указаны линейные координаты y, выраженные в мм, точки поля изображения, соответствующей углу поля в области выходного зрачка ωy=0°, 20° и 38°.To finally characterize the image quality of the proposed wide-angle eyepiece, telecentric beams of rays were formed that extend from the side of the image plane (Fig. 1), and angular aberration plots were plotted for three zones of the eyepiece field of view corresponding to the inclination of the main ray relative to the axis of the scheme: ω = 0 °; ω = 20 °; ω = 38 ° (Fig. 5). Graphs 5a correspond to the meridional section of the beam of rays. The tangents of the angle of the main ray in the meridional plane tgσ y are plotted along the abscissa. Graphs 5b correspond to the sagittal section of the beam of rays. The tangents of the angle of the main ray in the sagittal plane tgσ z are plotted along the abscissa. On the ordinate axis, angular aberrations dW y 'are plotted on all graphs; dW z ' corresponding to the tangents of the principal rays tgσ y, z , expressed in angular minutes. The value of tgσ max = 0.125 corresponds to half of the maximum relative aperture of the eyepiece 1: 4 (it can be seen that for this aperture value the eyepiece has a small vignetting of the edge beam, not exceeding 20%, which is reflected in the asymmetry of the lower graph 5a). Graphs plotted for three spectrum lines
Figure 00000005
, C, F. Sagittal section curves are indicated by a dashed line. Above each row of graphs, the linear coordinates y, expressed in mm, of the image field point corresponding to the field angle in the exit pupil region ω y = 0 °, 20 ° and 38 ° are indicated.

Графики угловых аберраций по полю зрения характеризуют совокупное (от всех аберраций) качество изображения отдельной зоны поля зрения предлагаемого окуляра, выраженное в угловых минутах в области выходного зрачка окуляра, следовательно, и в области зрачка глаза наблюдателя.Graphs of angular aberrations by the field of view characterize the aggregate (of all aberrations) image quality of a separate zone of the field of view of the proposed eyepiece, expressed in angular minutes in the area of the exit pupil of the eyepiece, and therefore in the pupil of the eye of the observer.

Известно, что средний наблюдатель в области зрачка глаза диаметром 5 мм вблизи зоны наилучшего видения обладает угловой разрешающей способностью глаза около 3,7', а при зрачке глаза диаметром 6 и более мм разрешающая способность глаза существенно падает [3]. Это следует учитывать при оценке качества изображения окуляра. Из графиков следует, что на оси угловые аберрации окуляра при максимальном относительном отверстии 1:4 во всем видимом диапазоне спектра укладываются в величину около 4', что, в принципе, меньше разрешения глаза на зрачке 6 мм. Для относительного отверстия 1:8 угловые аберрации на оси уменьшаются до весьма незначительной величины, составляющей 1,2', что в 2,3 раза меньше, чем разрешающая способность глаза при диаметре зрачка 3 мм. На угловом поле окуляра ω=±20°, которое глаз охватывает с одной установки без поворота, качество изображения при относительном отверстии 1:4 ухудшается до 22,5'. При относительном отверстии 1:8 на поле 2ω=±20° угловые аберрации предлагаемой схемы не выходят за пределы 7,5', что в 2,7 раза превышает среднее значение разрешающей способности глаза для зрачка диаметром 3 мм [3]. Что касается края максимального поля зрения 2ω=±38°, то угловые аберрации предлагаемой схемы широкоугольного окуляра и схемы прототипа вполне сопоставимы, если отрицательные линзы прототипа выполнены из стекла СТФ11 (сверхтяжелый флинт). Но, как уже указывалось, это стекло непригодно для разработки на его основе астрономических окуляров, так как практически обрезает синюю область спектра и изменяет передачу цветов в изображении объекта. Если линзы окуляра-прототипа выполнять из обычного тяжелого флинта, то угловые аберрации на краю поля зрения значительно (в несколько раз) возрастут относительно предлагаемой схемы окуляра.It is known that the average observer in the area of the pupil of the eye with a diameter of 5 mm near the zone of best vision has an angular resolution of the eye of about 3.7 ', and with the pupil of the eye with a diameter of 6 mm or more, the resolution of the eye decreases significantly [3]. This should be considered when evaluating the image quality of the eyepiece. From the graphs it follows that on the axis the angular aberrations of the eyepiece at a maximum relative aperture of 1: 4 in the entire visible range of the spectrum fit into a value of about 4 ', which, in principle, is less than the resolution of the eye on the pupil of 6 mm. For a relative aperture of 1: 8, the angular aberrations on the axis decrease to a very insignificant component of 1.2 ', which is 2.3 times less than the resolution of the eye with a pupil diameter of 3 mm. On the angular field of the eyepiece ω = ± 20 °, which the eye covers from one installation without rotation, the image quality at a relative aperture of 1: 4 deteriorates to 22.5 '. With a relative aperture of 1: 8 in the field 2ω = ± 20 °, the angular aberrations of the proposed scheme do not go beyond 7.5 ', which is 2.7 times higher than the average resolution of the eye for a pupil with a diameter of 3 mm [3]. As for the edge of the maximum field of view 2ω = ± 38 °, the angular aberrations of the proposed wide-angle eyepiece scheme and the prototype scheme are quite comparable if the negative lenses of the prototype are made of STF11 glass (super-heavy flint). But, as already mentioned, this glass is unsuitable for developing astronomical eyepieces based on it, since it practically cuts off the blue region of the spectrum and changes the color rendering in the image of the object. If the lenses of the prototype eyepiece are made of ordinary heavy flint, then the angular aberrations at the edge of the field of view will significantly (several times) increase relative to the proposed eyepiece scheme.

На фиг. 6 дан график сферической аберрации главных лучей окуляра. Предполагается телецентрический ход лучей в пространстве изображения. По оси ординат отложено значение

Figure 00000018
поперечной сферической аберрации луча в плоскости выходного зрачка, выраженное в мм. По оси абсцисс отложены значения углов ω главного луча с оптической осью окуляра в плоскости выходного зрачка, выраженные в градусах. Из графика фиг. 6 видно, что поперечное смещение главных лучей в плоскости выходного зрачка не превышает 0,32 мм. Это практически исключает виньетирование зрачком глаза краевых зон поля зрения и тем самым обеспечивает комфорт наблюдения.In FIG. 6 is a graph of the spherical aberration of the main rays of the eyepiece. A telecentric ray path in the image space is assumed. The y-axis is plotted
Figure 00000018
transverse spherical beam aberration in the plane of the exit pupil, expressed in mm. The abscissa axis represents the angles ω of the main beam with the optical axis of the eyepiece in the plane of the exit pupil, expressed in degrees. From the graph of FIG. Figure 6 shows that the transverse displacement of the main rays in the plane of the exit pupil does not exceed 0.32 mm. This practically excludes vignetting by the pupil of the eye of the marginal zones of the field of view and thereby ensures comfort of observation.

Таким образом, предлагаемая схема широкоугольного окуляра обеспечивает лучшее качество изображения на краю поля зрения и обеспечивает лучший комфорт наблюдения по отношению к сопоставимой по техническим возможностям схеме окуляра-прототипа.Thus, the proposed scheme of the wide-angle eyepiece provides the best image quality at the edge of the field of view and provides better viewing comfort with respect to the prototype eyepiece scheme comparable in technical capabilities.

Это обеспечивается благодаря наличию новой совокупности отличительных признаков:This is ensured by the presence of a new set of distinctive features:

1. Третий положительный компонент состоит из склеенных между собой двояковыпуклой и плоско-вогнутой линз, причем преломляющая поверхность склейки обращена выпуклостью к выходному зрачку;1. The third positive component consists of biconvex and flat-concave lenses glued together, and the refracting surface of the gluing is convex to the exit pupil;

2. Четвертый положительный компонент состоит из склеенных между собой отрицательной менисковой линзы и двояковыпуклой линзы, причем преломляющая поверхность склейки обращена вогнутостью к выходному зрачку.2. The fourth positive component consists of a negative meniscus lens glued together and a biconvex lens, the refracting surface of the gluing facing the exit pupil with a concavity.

Таким образом, предлагаемая схема широкоугольного окуляра обеспечивает лучшее качество изображения предметов по отношению к сопоставимой по техническим возможностям четырехкомпонентной схеме окуляра-прототипа и обеспечивает по отношению к ней лучший комфорт наблюдений. Это дает возможность применять ее в широкоугольных искателях поля телескопов, содержащих сетку с перекрестием, отмечающим центр поля зрения, а также для визуальных наблюдений в телескопах и астрономических бинокулярных приборах с увеличенным полем зрения.Thus, the proposed scheme of the wide-angle eyepiece provides the best image quality of objects in relation to the four-component scheme of the prototype eyepiece comparable in technical capabilities and provides the best observation comfort with respect to it. This makes it possible to apply it in wide-angle field finders of telescopes containing a grid with a crosshair marking the center of the field of view, as well as for visual observations in telescopes and astronomical binocular devices with an increased field of view.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. Patent US 4,525,035. Wide angle eyepiece / A. Nagler. 1985.1. Patent US 4,525,035. Wide angle eyepiece / A. Nagler. 1985.

2. A.c. СССР 572741 / Широкоугольный окуляр / M.M. Русинов, E.H. Гончаренко, Г.Н. Репинский.2. A.c. USSR 572741 / Wide-angle eyepiece / M.M. Rusinov, E.H. Goncharenko, G.N. Repinsky.

3. Максутов Д.Д. Астрономическая оптика: 2-е изд. / под ред. Н.Н. Михельсона. Л.: Наука, 1979. - с. 160.3. Maksutov D. D. Astronomical Optics: 2nd ed. / ed. N.N. Michelson. L .: Nauka, 1979. - p. 160.

Claims (2)

1. Широкоугольный окуляр, содержащий четыре компонента, первый из которых выполнен в виде плоско-вогнутой линзы, а второй - в виде плоско-выпуклой линзы, причем плоские поверхности линз обращены к плоскости изображения, отличающийся тем, что третий положительный компонент состоит из склеенных между собой двояковыпуклой и плоско-вогнутой линз, причем преломляющая поверхность склейки обращена выпуклостью к выходному зрачку, а четвертый положительный компонент состоит из склеенных между собой отрицательной менисковой линзы и двояковыпуклой линзы, при этом преломляющая поверхность склейки обращена вогнутостью к выходному зрачку.1. A wide-angle eyepiece containing four components, the first of which is made in the form of a flat-concave lens, and the second is in the form of a flat-convex lens, the flat surfaces of the lenses facing the image plane, characterized in that the third positive component consists of glued between a biconvex and flat-concave lenses, the refracting surface of the gluing convex to the exit pupil, and the fourth positive component consists of a negative meniscus lens and a biconvex glued together lens, while the refracting surface of the gluing is turned concavity to the exit pupil. 2. Широкоугольный окуляр по п. 1, отличающийся тем, что линзы третьего положительного компонента выполнены из стекла с приблизительно равными коэффициентами преломления для основной линии спектра, но с разными дисперсиями.2. A wide-angle eyepiece according to claim 1, characterized in that the lenses of the third positive component are made of glass with approximately equal refractive indices for the main line of the spectrum, but with different dispersions.
RU2015149065A 2015-11-16 2015-11-16 Wide-angle eyepiece RU2617139C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015149065A RU2617139C1 (en) 2015-11-16 2015-11-16 Wide-angle eyepiece

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015149065A RU2617139C1 (en) 2015-11-16 2015-11-16 Wide-angle eyepiece

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2617139C1 true RU2617139C1 (en) 2017-04-21

Family

ID=58643110

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015149065A RU2617139C1 (en) 2015-11-16 2015-11-16 Wide-angle eyepiece

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2617139C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1478704A (en) * 1921-08-13 1923-12-25 Zeiss Carl Fa Ocular
US5515209A (en) * 1993-08-31 1996-05-07 Orascoptic Research, Inc. Light-weight high-magnification clinical viewer
RU2229150C1 (en) * 2002-12-11 2004-05-20 Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" Eyepiece
RU81347U1 (en) * 2007-11-01 2009-03-10 Открытое Акционерное Общество "Пеленг" WIDE-OPEN Eyepiece

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1478704A (en) * 1921-08-13 1923-12-25 Zeiss Carl Fa Ocular
US5515209A (en) * 1993-08-31 1996-05-07 Orascoptic Research, Inc. Light-weight high-magnification clinical viewer
RU2229150C1 (en) * 2002-12-11 2004-05-20 Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" Eyepiece
RU81347U1 (en) * 2007-11-01 2009-03-10 Открытое Акционерное Общество "Пеленг" WIDE-OPEN Eyepiece

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2014056021A (en) Ocular lens system
RU192789U1 (en) FOUR-LENS APOCHROMATIC LENS
RU2396581C1 (en) Large-aperture lens
RU163268U1 (en) TWO-LENS LENS
RU162318U1 (en) TWO-LENS LENS
RU162339U1 (en) TWO-LENS LENS
RU2617139C1 (en) Wide-angle eyepiece
RU2384868C1 (en) Doublet objective lens
RU191915U1 (en) Ocular with a remote exit pupil
RU2359295C1 (en) Telescopic galilei-type optical system
RU2315341C1 (en) Fast lens for near ir-spectrum range
RU2545465C1 (en) Large-aperture lens
JP3187510U (en) Eyepiece
RU2652660C1 (en) Eyepiece with increased eye relief of the exit pupil
RU2547005C1 (en) Apochromatic lens
RU2316795C1 (en) Two-lens objective
RU2572524C1 (en) Wide-angle eye lens
RU2585892C1 (en) Eyepiece with pinhole pupil
RU2548745C1 (en) Wide-angle eyepiece
RU2690044C2 (en) Eyepiece
RU196376U1 (en) Four-lens apochromatic lens
CN110036330A (en) Viewing optical system
RU2281536C1 (en) Infrared lens with remote entrance pupil
RU2633445C1 (en) Two-lens objective
RU125354U1 (en) DUAL LENSES

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20180817

PD4A Correction of name of patent owner