Окулярная система

Изобретение относится к области оптики и может быть использовано в зрительных трубах, телескопах, биноклях и других оптических приборах. Наибольшую эффективность использования оно имеет в микроскопах при исследовании наблюдателем плоскости промежуточного изображения, построенного предыдущей системой (объектив, тубусная линза и др.).

До настоящего времени в микроскопии широко используются простейшие окуляры, построенные по классическим схемам. Используются, например, компенсационные окуляры, окуляры с внутренним расположением полевой диафрагмы (выходного зрачка) и т.п. [1]

Вместе с тем в настоящее время имеется потребность в окулярных системах с практически идеальной аберрационной коррекцией, обладающих независимой коррекцией, имеющих внешнее расположение полевой диафрагмы (максимальный вынос выходного зрачка), с соблюденными требованиями по унификации и стандартизации.

Известны отечественные окуляры [2] и [3] Они обладают всеми перечисленными недостатками, что делает невозможным их применение во вновь разрабатываемых моделях микроскопов. Известны также окуляры [4] и [5] Они не обеспечивают требуемого качества изображения, например, остаточная кривизна достигает 2-3L. Известны окуляры [6] и [7] где устранены данные недостатки, однако они имеют внутреннее расположение полевой диафрагмы. Наиболее близким техническим решением к заявляемой окулярной системе является четырехлинзовый окуляр [8] который содержит отрицательный мениск и размещенный на расстоянии 0,6-0,7 фокусного расстояния окуляра от него положительный мениск, обращенные вогнутостью к предмету. Положительная линза склеена из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, положительный мениск обращен выпуклостью к предмету. Относительное отверстие окуляра 1:2,8, угол поля зрения 22o, удаление выходного зрачка 117,8 мм, сферическая аберрация для основной длины волны не более 0,01 мм.

Качество изображения окуляра (в обратном ходе лучей) характеризуется следующими данными.

Сферическая аберрации для основной длины волны не более 0,01 мм в спектральном диапазоне от C до F, астигматическая разность менее 0,1 мм, дисторсия 8% хроматизм увеличения 0,08 мм.

Окуляр имеет достаточно высокий уровень монохроматических и хроматических аберраций осевого и внеосевых пучков. Однако конструкция не позволяет достигнуть безаберрационной коррекции, например, невозможно исправление дисторсии, что необходимо для проведения измерений. Кроме того, устройство имеет внутреннее расположение полевой диафрагмы.

Эти недостатки не позволяют рекомендовать его для задач микроскопии. Кроме того, его отличает уменьшенное расстояние от плоскости входного зрачка (глаза наблюдателя) до первой поверхности, что вызывает неудобства в практической работе.

/

Вместе с тем в современных микроскопах имеется потребность в системах с практически идеальной аберрационной коррекцией, обладающих независимой коррекцией, имеющих внешнее расположение полевой диафрагмы (максимальный вынос выходного зрачка), с соблюденными требованиями по унификации и стандартизации.

Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является улучшение аберрационной коррекции при увеличенном расстоянии выноса входного и выходного зрачков.

Для решения поставленной задачи предложена окулярная система, которая, как и прототип, содержит четыре компонента, первый из которых отрицательная линза, второй положительная линза, третий двусклеенная линза и четвертый - мениск, обращенный вогнутостью к изображению.

В отличие от прототипа положительная линза второго компонента выполнена с асферической поверхностью, обращенной к изображению, линза третьего компонента состоит из отрицательной и положительной линз, а мениск четвертого компонента выполнен отрицательным и двусклеенным. Кроме того, мениск четвертого компонента может быть склеен из двух менисков или из двояковыпуклой и двояковогнутой линз.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что выполнение первой одиночной линзы отрицательной позволяет оптимальным образом исправить монохроматические аберрации осевого и внеосевых пусков, а сочетание ее с асферической поверхностью второй линзы астигматизм и дисторсию. Выполнение четвертой линзы склеенной из двух менисков, обращенных вогнутостью к плоскости выходного зрачка, позволяет исправить хроматические аберрации по всему полю зрения (хроматическую разность увеличения и положения, а также вторичный спектор). Кроме того, использование менисковой формы четвертой линзы позволяет достигнуть значительного выноса плоскости полевой диафрагмы (выходного зрачка).

Таким образом, использование указанных признаков позволяет достичь значительного технического результата, заключающегося в возможности практически идеального исправления монохроматических и хроматических аберраций при увеличенном расстоянии выноса входного и выходного зрачков.

Разработанная окулярная система универсальна, обладает качеством изображения, отвечающим современной концепции при достаточно простой и технологичной конструкции.

Перечисленные достоинства окулярной системы позволяет использовать ее при комплектовании современных моделей микроскопов, отвечающих международным стандартам.

На чертеже представлена принципиальная схема окулярной системы. Окулярная система содержит четыре компонента, первый из которых - одиночная отрицательная линза 1, второй одиночная положительная линза 2, выполненная с асферической поверхностью, обращенной к плоскости зрачка, третий двусклеенная линза 3, состоящая из отрицательной и положительной линз, и четвертый мениск 4 выполнен отрицательным и двусклеенным.

Мениск 4 четвертого компонента может быть склеен из двух менисков, а может быть склеен из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Предлагаемая окулярная система работает следующим образом.

Первая одиночная отрицательная линза 1 отклоняет широкие пучки, идущие от входного зрачка, внося при этом монохроматические и хроматические аберрации и переисправленную дисторсию. Вторая одиночная положительная линза 2 практически компенсирует дисторсию, сферическую аберрацию и исправляет астигматизм; хроматические аберрации противоположны по знаку предыдущей линзы. Линза 3 и четвертая отрицательная линза 4, исправляя хроматические аберрации положения и увеличения, а также кривизну, телецентрически сопрягают плоскости входного и выходного зрачка, обеспечивая требуемое их удаление.

В качестве примеров конкретного исполнения рассчитаны окуляры с видимым увеличением Гок=10(F'=25 мм), отличающиеся исполнением последней линзы. Из материалов, представленных в таблицах, видно, что в полученных окулярах достигнута чрезвычайно высокая степень аберрационной коррекции по всему полю. Так, для поля зрения 2Y'=20 мм число Штреля i>0,80. Значения дисторсии не превышают 0,5% что не достигнуто в известных аналогах (в прототипе эти величины соответственно i=0,25, dis=8%). Хроматическая разность увеличений в окулярах исправлена, что исключает окрашенность полевой диафрагмы (в промежуточной плоскости изображения на микроскопе). Плоскости положения входного и выходного зрачков вынесены от основной оптической схемы не менее чем на 14-15 мм.

В результате реализации предлагаемого технического решения получены окуляры, имеющие достаточно простую и технологичную конструкцию, пригодную для реализации в условиях серийного производства. Информационная емкость по сравнению с известными техническими решениями повышена в 1,5-2 раза, следовательно, эффективность и производительность может быть значительно повышена.

В окулярах реализованы все стандартные требования, определяющие соответствие современным тенденциям.