Способ визуального наблюдения за удаленными объектами с различными видимыми увеличениями и устройство для его осуществления

 

Использование: в оптическом приборостроении при разработке и создании наблюдательных телескопических приборов переменного увеличения (бинокли, зрительные трубки, астромонические наблюдательные телескопы, дальномеры, прицелы, геодезические приборы и т.д.). Сущность изобретения: способ визуального наблюдения за удаленными объектами основан на одновременном построении изображений телескопической системой переменного увеличения и одновременном наблюдении этих изображений с переменным увеличением. При этом построение изображений осуществляют многократно одним объективом и окулятором в одно-, двух-, n-проходных лучах. Устройство для осуществления способа содержит зеркальные объектив 1 и окуляр 2, в объективе выполнено осевое отверстие 3, диаметр которого обратно пропорционален максимальному значению. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при разработке и создании наблюдательных телескопических приборов переменного увеличения (бинокли, зрительные трубы, астрономические наблюдательные телескопы, дальномеры, прицелы, геодезические приборы и т.д.).

Известен способ визуального наблюдения, основанный на последовательном построении изображений телескопической системой переменного увеличения и последовательном наблюдении их и реализованный в устройстве, содержащем объектив, окуляр, афокальную насадку (дополнительную телескопическую трубу). Смена увеличения достигается ввнедpением особых афокальных насадок (дополнительных телескопических труб) в параллельный ход лучей внутри телескопической системы. Их устанавливают или перед первым объективом прибора, или внутри прибора, где имеется параллельный ход пучков лучей. Дополнительная труба может занимать три положения и дает возможность получить три значения видимого увеличения прибора (максимальное, среднее, минимальное) (Бегунов Б.Н. Заказнов Н.П. и др. Теория оптических систем. М. Машиностроение, 1981, с.236).

Недостатками известного способа являются: возможность только последовательного наблюдения в поле зрения выбранного увеличения, сложность, громоздкость конструкции, усложнение механики прибора и увеличение массогабаритных параметров из-за смены или введения нового оптического элемента, малый перепад увеличений.

Известен способ визуального наблюдения за удаленными объектами посредством телескопа, основанный на фокусировке телескопической системы на удаленный объект, построении изображения удаленного объекта объективом и наблюдении изображения через окуляр [1] Он обладает следующими недостатками: сложность, громоздкость конструкции, наличие нескольких объективов, дополнительных поворотных плоских зеркал, приводящих к усложнению механики прибора и увеличению массогабаритных параметров, возможность наблюдать только с двумя различными по полю зрения увеличениями, необходимость осуществления двух фокусировок на наблюдаемый объект несколькими оптическими компонентами, например, первым объективом, потом вторым объективом.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является упрощение конструкции, уменьшение массогабаритных параметров по сравнению с системами того же назначения, повышение возможности различения глазом мелких деталей рассматриваемого объекта при сохранении массогабаритных параметров.

Для этого в способе визуального наблюдения за удаленными объектами с различными видимыми увеличениями, основанном на фокусировке телескопической системы на удаленный объект, построении изображения удаленного объекта объективом и наблюдении изображения через окуляр, производят построение изображений многократно одним объективом и окуляром в одно-, двух-, n-проходных лучах, проходящих через телескопическую систему, получают n изображений и наблюдают n изображений через окуляр одновременно в n полях зрения с видимыми увеличениями r, r² rⁿ, где r f_об' фокусное расстояние объектива; f_ок' фокусное расстояние окуляра.

Известна телескопическая система для наблюдения за удаленными объектами, содержащая зеркальные объектив с осевым отверстием и окуляр [2] Эта система позволяет наблюдать за удаленными объектами одновременно только в двух полях зрения, одно из которых большое с увеличением единица.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является повышение разрешающей способности устройства при сохранении массогабаритных параметров.

Для этого в устройстве для визуального наблюдения, содержащем зеркальные объектив с осевым отверстием и окуляр, диаметр осевого отверстия объектива обратно пропорционален заданной величине максимального увеличения.

На фиг. 1 изображена оптическая схема, реализующая предлагаемый способ; на фиг.2 схемы с двумя возможными вариантами размещения окуляра.

Система содержит зеркальный объектив 1, зеркальный окуляр 2 и осевое отверстие 3 в объективе.

Наблюдение удаленных объектов, попадающих в поле зрения телескопической системы, образованной объективом 1 и окуляром 2, осуществляется через осевое отверстие 3 в объективе 1. Пучки лучей, приходящих от предметных точек, в зависимости от угла их наклона к оси и размера отверстия в объективе будут совершать разное количество проходов в системе. Такая оптическая система является многопроходной с переменным от числа проходов увеличением. Линейные поля зрения системы имеют вид концентрических колец, внешнее из которых определяется лучами, делающими один проход в телескопической системе, внутренние лучами, делающими 2, 3 и т.д. проходов. Угловое поле зрения оптической системы разбивается на несколько концентрических зон (от периферии к центру). Угловое поле для каждой зоны характеризуется двумя крайними лучами внешним и внутренним. Увеличение дискретно возрастает при переходе из одной зоны в другую в r раз, где r f_об' фокусное расстояние объектива, f_ок' фокусное расстояние окуляра. В центральной n зоне самое большое увеличение r_n rⁿ. Число зон (максимальное число проходов лучей в системе) определяется из следующего выражения D_отвrⁿ D_об (1) где D_отв диаметр осевого отверстия; D_об диаметр объектива. Из выражения (1) видно, что n увеличивается при уменьшении размера отверстия. Для n=1 размер отверстия максимальный и равен: D_отв D_об/r (2) Такая система является обычной телескопической. Максимально возможное число зон (максимально возможное число проходов лучей в системе) или минимальный размер отверстия определяется разрешающей способностью оптической системы.

Таким образом, изображения объектов, попадающих в поле зрения оптической системы, будут строиться лучами, делающими разное количество проходов в телескопической системе. Построение изображений будет осуществляться одновременно в одно, двух, n-проходовых лучах, поэтому и наблюдение этих изображений с переменным увеличением будет осуществляться одновременно.

Габариты и масса наблюдательных телескопических приборов возрастают с повышением увеличения (2). Использование предлагаемого наблюдательного прибора малого увеличения для первой периферийной зоны поля зрения позволит иметь простую компактную конструкцию, малые размеры и вес и одновременно наблюдать в центральных зонах поля зрения с большими увеличениями.

Такую систему можно представить как телескопическую систему с эффективной длиной, равной L_эф nL, где L длина системы и диаметром окуляра, равным диаметру осевого отверстия.

Как видно, такая система позволяет значительно сократить общую длину прибора по сравнению с обычными телескопами аналогичного увеличения.

Из сравнения предлагаемой и известной телескопических систем следует, что предлагаемое устройство обладает различными оптическими характеристиками, соотношениями геометрических размеров и их взаимосвязью, а именно:
соотношения геометрических размеров действующего отверстия объектива (входной зрачок) и диаметра осевого отверстия, диаметров окуляра и осевого отверстия;
количество, размеры и положения входных зрачков телескопической системы;
количество полей зрения с различными увеличениями;
перепад увеличений;
количество параллельных пучков, выходящих из осевого отверстия;
пучки света совершают многократное количество проходов в телескопической системе;
различное число отражений света от поверхности зеркал объектива и окуляра.

Для устранения запыления, запотевания и механических повреждений в передней части прибора можно установить плоскопараллельное защитное окно, на которое наклеивается или устанавливается на болтах зеркальный окуляр. Защитное окно можно исполнить и в виде мениска. В этом случае окуляр можно выполнить либо алюминируя центральную часть мениска, либо наклеивая, ставя на контакт или приболчивая оправой к мениску зеркальный окуляр. На фиг.2,а и б изображены оба варианта, где: 4 плоскопараллельная пластина, 5 мениск.

Наведение на резкое изображение объекта может осуществляться перемещением окуляра 2 вдоль оптической оси.

Предлагаемый способ позволяет:
одновременно наблюдать изображения с переменным от числа зон увеличением;
иметь простую компактную конструкцию, малые размеры и вес по сравнению с известными оптическими системами того же назначения и увеличения;
иметь большой перепад увеличение (от r до rⁿ);
повысить возможность различения глазом мелких деталей рассматриваемого объекта из-за большого перепада увеличений;
повысить точность наведения за счет более детального рассмотрения удаленных предметов в центральной зоне поля зрения с большим увеличением.

Формула изобретения

1. Способ визуального наблюдения за удаленными объектами с различными видимыми увеличениями, основанный на фокусировке телескопической системы на удаленный объект, построении изображения удаленного объекта объективом и наблюдениях изображения через окуляр, отличающийся тем, что производят построения изображений многократно одним объективом и окуляром в одно-, двух-, n-проходных лучах, проходящих через телескопическую систему, получают n изображений и наблюдают n изображений через окуляр одновременно в n полях зрения с видимыми увеличениями r, r²,rⁿ, где фокусное расстояние объектива, а фокусное расстояние окуляра.

2. Устройство для визуального наблюдения за удаленными объектами с различными видимыми увеличениями, содержащее зеркальные объектив с осевым отверстием и окуляр, отличающееся тем, что диаметр осевого отверстия объектива обратно пропорционален заданной величине максимального видимого увеличения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2