RU2652660C1 - Окуляр с вынесенным выходным зрачком - Google Patents
Окуляр с вынесенным выходным зрачком Download PDFInfo
- Publication number
- RU2652660C1 RU2652660C1 RU2017118715A RU2017118715A RU2652660C1 RU 2652660 C1 RU2652660 C1 RU 2652660C1 RU 2017118715 A RU2017118715 A RU 2017118715A RU 2017118715 A RU2017118715 A RU 2017118715A RU 2652660 C1 RU2652660 C1 RU 2652660C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- eyepiece
- lens
- exit pupil
- meniscus
- plane
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B25/00—Eyepieces; Magnifying glasses
- G02B25/001—Eyepieces
Abstract
Изобретение может быть использовано в тепловизионных прицелах для стрелкового оружия. Окуляр содержит три компонента, первый из которых - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к плоскости предметов, второй - одиночная плосковыпуклая линза, а третий - положительный дублет, состоящий из двояковыпуклой положительной линзы и отрицательного мениска. Вторая поверхность одиночной линзы выполнена асферической с конической постоянной в пределах от (-0,25) до (-0,6). Выполняются условия: ϕ1=-(0,67÷1,17), ϕ2=0,82÷1,08, ϕ3=0,28÷0,47, где ϕ1, ϕ2, ϕ3 - оптические силы соответственно первого, второго и третьего компонентов. Технический результат - увеличение удаления выходного зрачка и увеличение диаметра выходного зрачка и повышение качества изображения по всему полю зрения. 2 табл., 3 ил.
Description
Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в оптико-электронных приборах с электронно-оптическими преобразователями или микродисплеями форматом 800×600 пикселей и диагональю 15 мм, в частности в тепловизионных прицелах для стрелкового оружия.
Окуляры для таких приборов должны иметь большой вынос выходного зрачка для предотвращения травматизма глаз, а также увеличенный диаметр выходного зрачка для его быстрого сопряжения со зрачком оператора.
Известен окуляр с удаленным зрачком по патенту РФ №118081, содержащий отрицательный дублет, положительный мениск, положительный дублет, положительный мениск, при этом мениски обращены друг к другу своими выпуклыми поверхностями, отрицательные линзы отрицательного и положительного дублетов расположены первыми по ходу лучей, одинаковые по знаку линзы дублетов выполнены из одинаковых материалов. Установлены соотношения между оптическими характеристиками окуляра.
Указанный окуляр имеет сложную оптическую схему (шесть линз) и низкое качество изображения на пространственной частоте Найквиста ν=33,3 мм-1. Контраст для осевой точки поля зрения составляет 0,65, а для зоны и края поля зрения - 0,2, что соответствует дифракционным кружкам рассеяния соответственно 17 мкм и 45 мкм при размере пикселя 15 мкм.
Известен окуляр с вынесенным зрачком по патенту РФ №2585892, содержащий пять линз, объединенных в три оптических компонента, из которых первые два компонента со стороны плоскости изображения (плоскости дисплея) выполнены в виде склеенных линз, а глазной компонент - в виде положительной менисковой линзы, обернутой вогнутостью к глазу наблюдателя, передняя склеенная линза имеет отрицательную оптическую силу и ее склеиваемая поверхность обернута вогнутостью к изображению, а выпуклая поверхность глазной линзы имеет форму параболоида.
Проверочный расчет окуляра в обратном ходе лучей по приведенным в изобретении конструктивным элементам показал высокое качество изображения для осевой точки поля зрения, низкую дисторсию и телецентрический ход главного луча в пространстве предметов.
При этом окуляр имеет следующие недостатки: сложность оптической схемы (5 линз); небольшой диаметр выходного зрачка (5 мм); большая масса окуляра (при умеренном виньетировании 150 г); низкое качество изображения по краю поля зрения, на котором контраст изображения находится на уровне 0,2 для пространственной частоты Найквиста ν=33,3 мм-1.
Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности - прототипом - является окуляр по патенту США №5202795 (вариант 1). Окуляр содержит расположенные по ходу лучей от плоскости предметов отрицательный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к плоскости предметов, двояковыпуклую линзу с асферической второй поверхностью (асферика 10-го порядка) и положительный дублет. Положительный дублет состоит из двояковыпуклой положительной линзы и отрицательной линзы. Двояковыпуклая линза выполнена из пластика. Приведены показатели преломления и коэффициенты дисперсии мениска, линзы и дублета. В окуляре обеспечивается телецентрический ход главного луча в пространстве предметов.
Конструктивные элементы окуляра приведены для фокусного расстояния 25 мм и выходного зрачка 2 мм. Поле зрения составляет ± 23,72°. Проведенный расчет показал, что для фокусного расстояния 25 мм удаление выходного зрачка окуляра составляет около 20 мм, а для фокусного расстояния 27 мм - 21,7 мм.
Окуляр имеет следующие недостатки:
1. Малое удаление выходного зрачка (21,7 мм), что не дает возможность использования окуляра в прицелах для стрелкового оружия.
2. Небольшой диаметр выходного зрачка (2,3 мм для фокусного расстояния 27 мм), что создает неудобства при работе в реальных условиях на местности.
3. Низкое качество изображения по зоне и краю поля зрения, на котором контраст изображения находится на уровне 0,2 для пространственной частоты ν=33,3 мм-1.
Техническая проблема заключается в получении следующих технических результатов: увеличение удаления выходного зрачка, увеличение диаметра выходного зрачка и повышение качества изображения по всему полю зрения.
Указанные технические результаты достигаются следующим образом. Окуляр с вынесенным выходным зрачком, как и прототип, содержит расположенные по ходу лучей три компонента, первый из которых - отрицательный мениск, второй - положительная одиночная линза, вторая поверхность которой выполнена асферической, а третий - положительный дублет, состоящий из двояковыпуклой положительной линзы и отрицательной линзы. В отличие от прототипа в окуляре выполнено следующее: мениск обращен вогнутой поверхностью к плоскости предметов; одиночная линза выполнена плосковыпуклой с конической постоянной ее асферической поверхности в пределах от (-0,25) до (-0,6); отрицательная линза дублета выполнена в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к плоскости предметов; при этом выполняются условия: ϕ1=-(0,67÷1,17), ϕ2=0,82÷1,08, ϕ3=0,28÷0,47, где ϕ1, ϕ2, ϕ3 - оптические силы соответственно первого, второго и третьего компонентов.
Пример конкретной реализации окуляра представлен на чертежах:
На фиг. 1 представлена оптическая схема окуляра в прямом ходе лучей.
На фиг. 2 представлен контраст изображения в обратном ходе лучей.
На фиг. 3 представлены графики астигматизма и дисторсии в обратном ходе лучей.
Окуляр с вынесенным выходным зрачком (фиг. 1) содержит расположенные по ходу лучей от плоскости предметов 1 три оптических компонента: отрицательный мениск 2, одиночную, положительную плосковыпуклую линзу 3 и положительный дублет, состоящий из двояковыпуклой положительной линзы 4 и отрицательной линзы - мениска 5, обращенного вогнутой поверхностью к плоскости предметов. Мениск 2 обращен вогнутой поверхностью к плоскости предметов. Выпуклая поверхность линзы 3 выполнена асферической. Для улучшения технологичности асферизации первая поверхность линзы 3 выполнена плоской. Отрицательный мениск 2 обеспечивает телецентричность хода главного луча наклонного пучка лучей. Центральный луч наклонного пучка лучей (главный луч АВ) идет параллельно оптической оси, что создает равномерность освещенности по всему полю зрения, а также способствует исправлению полевых аберраций, в том числе и дисторсии.
Конструктивные элементы окуляра представлены в таблице 1.
* - коэффициент асферичности К=-0,5.
Из таблицы 1 следуют следующие значения оптических сил мениска 2, линзы 3 и дублета из линзы 4 и мениска 5: ϕ1=-0,89, ϕ2=1,0, ϕ3=0,4. Эти значения лежат в пределах заявленных диапазонов. Выпуклая поверхность линзы 3 (поверхность 5 по таблице 1) является асферической поверхностью второго порядка с конической постоянной К=-0,5, лежащей в заявленном диапазоне от (-0,25) до (-0,65).
В таблице 2 приведены оптические характеристики окуляра.
Длина окуляра дана с учетом удаления выходного зрачка (50 мм).
В предложенном окуляре удаление выходного зрачка по сравнению с прототипом увеличено в 2,4 раза, а диаметр выходного зрачка - в 4 раза.
В качестве материала мениска 2 может быть использован тяжелый флинт, например ТФ10, ТФ5 (ГОСТ 3514-94). В качестве материала линзы 3 может быть использован сверхтяжелый крон, например, стекло СТК12, СТК9. В качестве материала линзы 4 может быть использован тяжелый или сверхтяжелый крон, например, стекло ТК14, ТК23, СТК12, а мениска 5 - стекло ТФ10, ТФ5.
Окуляр работает следующим образом. Пучки лучей, идущие от плоскости предметов 1, последовательно проходят через мениск 2, линзу 3 и дублет из линзы 4 и мениска 5 и направляются в выходной зрачок диаметром 8,4 мм с небольшим виньетированием. Оптическая сила мениска 2 выбрана таким образом, что при выносе зрачка на 50 мм от последней поверхности окуляра главный луч наклонных пучков лучей идет параллельно оптической оси в пространстве предметов, т.е. является телецентрическим.
В отличие от окуляров для телескопов или биноклей, где окуляр составляет единую схему с объективом и происходит взаимная компенсация остаточных аберраций, предлагаемый окуляр для оптико-электронных приборов оптически не сопряжен с объективом и, по сути, является лупой большого увеличения (примерно 10×).
В тепловизизионных приборах оператор видит дисплей целиком. При этом прямоугольный дисплей приобретает в основном бочкообразную форму (отрицательная дисторсия), что мешает наблюдению. Допустимая дисторсия для окуляра не должна превышать ±2,5%. Дисторсия возникает из-за того, что вынос зрачка равен примерно двум фокусным расстояниям окуляра, а попытки исправить ее обычной оптимизацией окуляра приводят к появлению большой сферической аберрации и комы.
Поскольку окуляр работает в режиме лупы, целесообразно рассматривать его аберрации в обратном ходе лучей. При этом в связи с малым размером пикселя дисплея необходимо рассматривать не геометрические аберрации, а контраст изображения (ЧКХ) или критерий Найквиста, по которому контраст изображения на частоте ν=1/2Q=33,3 мм-1 должен быть не менее 0,6, где Q-размер пикселя, равный 0,015×0,015 мм.
Расчет окуляра в соответствии с общепринятой методикой проведен в обратном ходе лучей, т.е. когда пучки лучей идут от выходного зрачка через окуляр к плоскости предметов 1. При этом в расчет взяты косые (диагональные) пучки лучей: для края поля зрения ± 14,5° и зоны поля зрения ±10°. Аберрационный расчет проводился для трех спектральных линий визуального диапазона: F (588 нм), d (486 нм) и С (656 нм).
Результаты расчетов контраста изображения (ЧКХ) на частоте Найквиста представлены на фиг. 2. По оси абсцисс отложена пространственная частота в штрихах на миллиметр, а по оси ординат - модуль передаточной функции. Контраст изображения представлен для осевой (0°), зональной (10°) и краевой (14,5°) точек поля зрения, изображения которых расположены по диагонали дисплея. Литера "М" соответствует меридиональной составляющей контраста изображения, а литера "С" - сагиттальной. Верхний график (дифр.) соответствует дифракционному качеству изображения.
Как видно из фиг. 2, на частоте Найквиста 33,3 мм-1 все графики имеют контраст на уровне 0,6. Это означает, что для точки на оси 80% концентрации энергии вписывается в кружок рассеяния 7 мкм, а по полю ±10° и ±14,5° - в кружок 16 мкм.
Как видно из фиг. 3, астигматизм окуляра не превышает ±0,2 мм, а дисторсия составляет всего 0,6%.
Проведенные расчеты показали, что технические результаты достигаются при всех заявленных диапазонах ϕ1=-(0,67÷1,17), ϕ2=0,82-1,08, ϕ3=0,28-0,47, К=-(0,25÷0,6).
Таким образом, наряду с большим удалением выходного зрачка (50 мм), превышающим фокусное расстояние окуляра в 1,8 раза, увеличенным диаметром выходного зрачка (8,4 мм), окуляр обладает пониженной дисторсией и высоким качеством изображения.
Claims (5)
- Окуляр с вынесенным выходным зрачком, содержащий расположенные по ходу лучей три компонента, первый из которых - отрицательный мениск, второй - одиночная, положительная линза, вторая поверхность которой выполнена асферической, а третий - положительный дублет, состоящий из двояковыпуклой положительной линзы и отрицательной линзы, отличающийся тем, что мениск обращен вогнутой поверхностью к плоскости предметов, одиночная линза выполнена плосковыпуклой с конической постоянной ее асферической поверхности в пределах от (-0,25) до (-0,6), отрицательная линза дублета выполнена в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к плоскости предметов, при этом выполняются условия:
- ϕ1=-(0,67÷1,17),
- ϕ2=0,82÷1,08,
- ϕ3=0,28÷0,47,
- где ϕ1, ϕ2, ϕ3 - оптические силы соответственно первого, второго и третьего компонентов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017118715A RU2652660C1 (ru) | 2017-05-29 | 2017-05-29 | Окуляр с вынесенным выходным зрачком |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017118715A RU2652660C1 (ru) | 2017-05-29 | 2017-05-29 | Окуляр с вынесенным выходным зрачком |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2652660C1 true RU2652660C1 (ru) | 2018-04-28 |
Family
ID=62105309
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017118715A RU2652660C1 (ru) | 2017-05-29 | 2017-05-29 | Окуляр с вынесенным выходным зрачком |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2652660C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022034231A3 (de) * | 2020-08-13 | 2022-05-27 | Carl Zeiss Ag | Optisches system |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1800432A1 (ru) * | 1991-01-21 | 1993-03-07 | Le I Tochnoj Mek I Optiki | Окуляр микроскопа |
US5202795A (en) * | 1990-10-23 | 1993-04-13 | Olympus Optical Co., Ltd. | Eyepieces |
US6330115B1 (en) * | 1997-10-24 | 2001-12-11 | Leica Microsystems Wetzlar Gmbh | Microscope eyepiece with 10× magnification |
RU2229150C1 (ru) * | 2002-12-11 | 2004-05-20 | Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" | Окуляр |
US20150055216A1 (en) * | 2012-03-30 | 2015-02-26 | Nikon Vision Co., Ltd. | Ocular lens and optical apparatus |
-
2017
- 2017-05-29 RU RU2017118715A patent/RU2652660C1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5202795A (en) * | 1990-10-23 | 1993-04-13 | Olympus Optical Co., Ltd. | Eyepieces |
SU1800432A1 (ru) * | 1991-01-21 | 1993-03-07 | Le I Tochnoj Mek I Optiki | Окуляр микроскопа |
US6330115B1 (en) * | 1997-10-24 | 2001-12-11 | Leica Microsystems Wetzlar Gmbh | Microscope eyepiece with 10× magnification |
RU2229150C1 (ru) * | 2002-12-11 | 2004-05-20 | Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" | Окуляр |
US20150055216A1 (en) * | 2012-03-30 | 2015-02-26 | Nikon Vision Co., Ltd. | Ocular lens and optical apparatus |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022034231A3 (de) * | 2020-08-13 | 2022-05-27 | Carl Zeiss Ag | Optisches system |
AT526260A5 (de) * | 2020-08-13 | 2023-11-15 | Zeiss Carl Ag | Optisches System |
AT526260B1 (de) * | 2020-08-13 | 2024-02-15 | Zeiss Carl Ag | Optisches System |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105629443B (zh) | 一种透镜系统和镜头 | |
US8169717B2 (en) | Large aperture imaging optical systems | |
TWI438472B (zh) | 鏡頭系統 | |
CN113504654A (zh) | 一种近眼显示光学系统 | |
RU2652660C1 (ru) | Окуляр с вынесенным выходным зрачком | |
CN106291910B (zh) | 适用于微光夜视镜的轻型化目镜系统 | |
US20160195707A1 (en) | Eyepiece system and image observation apparatus | |
RU192789U1 (ru) | Четырехлинзовый апохроматический объектив | |
KR101675578B1 (ko) | 초소형 조준경용 광학계 | |
US7154683B1 (en) | Five-element optical device | |
US2730925A (en) | Two component eye lens system | |
US10067334B2 (en) | Optical magnifier | |
CN107991767A (zh) | 轻型微光夜视仪光学系统 | |
CN210072199U (zh) | 一种非制冷型手持红外观测仪的目镜 | |
CN110036330B (zh) | 观察光学系统 | |
RU2650055C1 (ru) | Катадиоптрический телескоп | |
RU2784320C1 (ru) | Объектив-апохромат | |
TWI832382B (zh) | 測距儀及其成像鏡頭(七十) | |
RU196376U1 (ru) | Четырехлинзовый апохроматический объектив | |
RU2548745C1 (ru) | Широкоугольный окуляр | |
RU222247U1 (ru) | Зеркально-линзовый бинокль | |
RU2727269C1 (ru) | Светосильный окуляр с удаленным выходным зрачком | |
WO2021084835A1 (ja) | 光学系及び光学機器 | |
RU2427864C1 (ru) | Окуляр с вынесенным выходным зрачком | |
RU2360269C1 (ru) | Объектив для приборов ночного видения |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190530 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20200623 |