Бинокулярное стереоскопическое устройство

02 27/22 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Государственное предприятие Конструкторское бюро оптоэлектронных систем(73) Патентообладатель Государственное предприятие Конструкторское бюро оптоэлектронных систем(57) 1. Бинокулярное стереоскопическое устройство, содержащее две оптические системы, каждая из которых включает объектив и отрицательный окуляр, отличающееся тем, что объектив выполнен в виде линзы, содержащей, по меньшей мере, одну асферическую поверхность, при этом линза окуляра выполнена из стекла с более высоким показателем преломления и более низким коэффициентом дисперсии, чем линза объектива. 2. Устройство по п.1 отличающееся тем, что обе поверхности линзы объектива выполнены асферическими. 3. Устройство по пп.1, 2 отличающееся тем, что линза объектива выполнена из полимера. 4. Устройство по п. 3., отличающееся тем, что перед объективом установлено защитное стекло. 2527 1 Изобретение относится к области оптического приборостроения, служит для увеличения изображения объектов при стереоскопическом визуальном наблюдении с близкого расстояния и может быть использовано в различных областях промышленности (микроэлектроника часовая промышленность, ювелирное дело и т.п.), в медицине при проведении хирургических операций и др. Известны бинокулярные стереоскопические лупы, обладающие увеличенным расстоянием от наблюдаемого объекта до лупы (рабочим отрезком). Сравнительно небольшие габариты и вес позволяют навешивать их наблюдателю на. головной обруч или специальные очки 1, 2. Известен бинокулярный телескоп 3, служащий для наблюдения бесконечно удаленных объектов, каждый монокуляр которого содержит объектив и положительный окуляр, а также сменную тубусную линзу и призменную оборачивающую систему Пехана. Такая конструкция обеспечивает высокие технические характеристики большие видимые увеличения и угловые поля зрения телескопа. Недостатком ее является необходимость применения сложной призменной системы, оборачивающей изображение. Это приводит к увеличению веса, габаритов, и следовательно к значительному неудобству в эксплуатации (пользовании), усложнению и удорожанию конструкции. Известна, бинокулярная наблюдательная система 4. Это устройство также состоит из 2- монокуляров, оптические оси которых могут быть параллельны друг другу (при наблюдении бесконечно удаленных объектов) или пересекаться под острым углом (при наблюдении близкорасположенных объектов). Каждый монокуляр этой системы содержит объектив и положительный окуляр, между которыми расположена призменная система Пехана, оборачивающая изображение. Достоинство этого устройства - большое поле зрения (угловое поле зрения окуляра 2 Ю от 40 до 54 и большое видимое увеличение (от 3,5 крат до 8 крат) 2. Недостаток этого устройства - увеличение габаритов и стоимости устройства из-за необходимости применения сложной призменной оборачивающей системы, а также неудобство в пользовании из-за, большого веса. Ближайшим техническим решением (прототип) является бинокулярная стереоскопическая лупа 5, состоящая из 2- монокуляров, оптические оси которых пересекаются друг с другом под острым углом. Каждый монокуляр такой лупы содержит двухлинзовый склеенный объектив и отрицательный окуляр и представляет собой расфокусированную зрительную трубу Галилея, дающую прямое изображение. Использование в данном устройстве отрицательного окуляра позволяет отказаться от сложной призменной оборачивающей системы. Благодаря этому уменьшаются габариты и вес устройства. К недостаткам прототипа следует отнести небольшое видимое увеличение (Г 3 крата) и небольшое поле зрения. Задача, на решение которой было направлено заявляемое изобретение - создание такого бинокулярного стереоскопического устройства, которое обладало бы по сравнению с прототипом повышенным удобством в работе за счет во-первых, уменьшения веса во-вторых, расширения диапазона видимого увеличения в-третьих, увеличение рабочего отрезка, прибора. Сущность изобретения выражается в том, что в предлагаемом бинокулярном стереоскопическом устройстве, состоящем из двух одинаковых оптических систем, каждая из которых содержит объектив и отрицательный окуляр, объектив выполнен в виде линзы, содержащей по крайней мере одну асферическую поверхность. Применение в устройстве однолинзового объектива, содержащего асферическую поверхность, позволяет уменьшить вес устройства, увеличить его светосилу, видимое поле зрения и рабочий отрезок, расширить диапазон видимых увеличений при условии обеспечения высокого изображения по всему полю зрения за счет хорошего исправления сферической аберрации, комы, астигматизма и дисторсии по сравнению с прототипом. Перечисленные выше технические характеристики можно улучшить еще в большей степени по сравнению с прототипом, если в линзе объектива предлагаемого устройства выполнить асферическими не одну, а обе поверхности. Хорошее исправление хроматизма достигается в предлагаемом устройстве за счет изготовления линзы объектива из стекла с низким показателем преломления и высоким коэффициентом дисперсии и изготовления окуляра в виде отрицательной линзы из стекла с высоким показателем преломления и низким коэффициентом дисперсии. Уменьшить вес предлагаемого устройства, можно за счет того, что линзу объектива изготовить из полимера, имеющего плотность значительно меньшую, чем у стекла с соответствующими значениями показателя преломления и коэффициента дисперсии. 2527 1 В случае использования полимера для изготовления линзы объектива в предлагаемом устройстве устанавливается защитное стекло между линзой объектива и наблюдаемым объектом с целью защиты объектива от повреждений и загрязнения. Если же линза объектива изготавливается из стекла, отпадает необходимость в установке защитного стекла. На фигуре показан общий вид устройства. Устройство состоит (фиг.) из двух одинаковых оптических систем, правой и левой (относительно наблюдателя). На оси 1 правой относительно наблюдателя оптической системы расположены линза объектива 2 и отрицательная линза окуляра 3. У линзы объектива 2 по крайней мере одна из двух поверхностей выполнена асферической. За линзой окуляра 3 располагается правый глаз наблюдателя 4. На оси 5 левой, относительно наблюдателя, оптической системы расположены линза объектива 6 и отрицательная линза окуляра 7. У линзы объектива 6 по крайней мере одна из двух поверхностей выполнена асферической. За линзой окуляра 7 располагается левый глаз наблюдателя 8. Защитное стекло 9 установлено в правой оптической системе между линзой объектива 2 и наблюдаемым объектом 10. Защитное стекло 11 установлено в левой оптической системе между линзой объектива 6 и наблюдаемым объектом 10. Конструктивные параметры и взаимное расположение элементов устройства, входящих в правую и левую оптические системы, попарно одинаковы. Использование в данном техническом решении однолинзовых объективов 2 и 6 с асферическими поверхностями позволяет получить следующие преимущества по сравнению с прототипом во-первых, уменьшить вес устройства во-вторых, повысить светосилу прибора при условии одновременного исправления всех полевых и осевых аберраций, т.е. при обеспечении высокого качества изображения по всему полю в-третьих,значительно увеличить видимое поле зрения и рабочий отрезок устройства, сохранив при этом небольшой продольный габарит. Если в линзах объективов 2 и 6 предлагаемого устройства выполнить не одну, а обе поверхности асферическими, то можно в еще большей степени улучшить перечисленные выше технические характеристики устройства по сравнению с прототипом. С целью исправления хроматических аберраций линзы объективов 2 и 6 предлагаемого устройства изготовлены из стекла с низким показателем преломления и высоким коэффициентом дисперсии, а линзы окуляров 3 и 7 изготовлены из стекла с высоким показателем преломления и низким коэффициентом дисперсии. Линзы объективов 2 и 6 могут быть изготовлены не из стекла, а из полимера с соответствующим показателем преломления и коэффициентом дисперсии. Это позволит уменьшить вес предлагаемого устройства за счет того, что плотность полимера значительно меньше, чем у стекла. В этом случае защитные стекла 9 и 11 защищают полимерные линзы 2 и 6 от загрязнения и повреждений. В случае изготовления линз объективов 2 и 6 из стекла защитные стекла 9 и 11 устанавливать не нужно. Устройство работает следующим образом (фиг.). Лучи от наблюдаемого объекта 10 проходят через защитное стекло 9 правой оптической системы, затем преломляясь линзой объектива 2 и отрицательной линзой 3, попадают в правый глаз наблюдателя 4, создавая на сетчатке глаза 4 прямое действительное изображение объекта 10. Аналогично работает и левая оптическая система устройства. Лучи от объекта 10 проходят через защитное стекло 11, затем преломляясь линзой объектива 6 и отрицательной линзой 7, попадают в левый глаз наблюдателя 8, создавая на сетчатке глаза 8 прямое действительное изображение объекта 10. В результате мы наблюдаем одновременно левым 4 и правым 8 глазами стереоскопическое увеличенное изображение объекта 10. Применение в данном техническом решении однолинзовых асферических объективов 2 и 6 позволяет по сравнению с прототипом уменьшить вес, повысить светосилу устройства, значительно увеличить видимое поле зрения и рабочий отрезок, расширить диапазон видимых увеличений. Если в линзах объективов 2 и 6 выполнить асферическими не одну, а обе поверхности, то можно еще в большей степени повысить перечисленные выше технические параметры предлагаемого устройства по сравнению с прототипом. Для исправления хроматических аберраций линзы объективов 2 и 6 выполнены из стекла с низким показателем преломления и 2527 1 высоким коэффициентом дисперсии, а отрицательные линзы окуляров 3 и 7 из стекла с высоким показателем преломления и низким коэффициентом дисперсии. Линзы объективов 2 и 6 могут быть изготовлены не из стекла, а из полимера с соответствующим показателем преломления и коэффициентом дисперсии. Это позволит уменьшить вес предлагаемого устройства за счет того, что плотность полимера значительно меньше, чем у стекла. В этом случае защитные стекла 9 и 11 устройства служат для защиты левой и правой линз полимерных асферических объектов 2 и 6 от повреждений и загрязнения. В случае изготовления линз асферических объективов 2 и 6 не из полимера, а из стекла защитные стекла 9 и 11 устанавливать не нужно. Возможности практической реализации предлагаемого технического решения не вызывают сомнения в связи с высоким развитием в Республике Беларусь оптического приборостроения а также существенных достижений в таких новых направлениях технологии изготовления оптических деталей, как, в частности, серийное изготовление асферических линз и зеркал. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.