устройство для наблюдения удаленных объектов с переменным увеличением (варианты)

Формула изобретения

1. Устройство для наблюдения удаленных объектов с переменным увеличением, содержащее зеркальный объектив с осевым отверстием и зеркальный окуляр, составляющие зеркальную систему, производящие одно-, двух-, ..., n-кратные отражения проходных лучей и создающие n изображений с увеличениями Г₁, Г₁², ..., Г₁ⁿ, где Г₁ⁿ = (F_об/F_ок)ⁿ, F_об - фокусное расстояние зеркального объектива, F_ок - фокусное расстояние зеркального окуляра, n - количество проходов лучей в зеркальной системе, отличающееся тем, что оптическую ось зеркальной системы устанавливают в меридиональной или сагиттальной плоскости под углом , где 0<15, к падающим на объектив лучам от объекта, с возможностью изменения угла _n обратно пропорционально увеличению зеркальной системы Г₁, а в осевом отверстии зеркального объектива или вблизи него устанавливают вторичную телескопическую систему с постоянным или переменным увеличением Г₂, содержащую объектив и линзовый окуляр, или один линзовый окуляр, если в качестве линзового объектива используется зеркальный объектив; объектив и линзовый окуляр устанавливают на одной оптической оси, составляющей в меридиональной или сагиттальной плоскости угол , где 0<30, с оптической осью зеркальной системы, с возможностью изменения угла _n обратно пропорционально увеличению Г₁ зеркальной системы.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптическую ось зеркального окуляра устанавливают с отклонением в меридиональной или сагиттальной плоскости под углом , где 0<15, от оптической оси зеркального объектива, с возможностью изменения угла _n обратно пропорционально увеличению Г₁ зеркальной системы.

3. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что при использовании зеркального объектива в качестве объектива вторичной телескопической системы, в ходе лучей, отраженных от зеркального объектива, устанавливают плоское зеркало или оборачивающую призму.

4. Устройство по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что устанавливают плоское зеркало на оптической оси зеркального объектива, между ним и зеркальным окуляром, под углом к его оси, а оптическую ось зеркального окуляра устанавливают под углом (2-180) или (2--180) к оптической оси зеркального объектива.

5. Устройство по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что зеркальным объективом и зеркальным окуляром служат торцы линзы, один из которых посеребрен и имеет радиус кривизны зеркального объектива и прозрачный (непосеребренный) участок диаметром линзового объектива или окуляра и с радиусом кривизны этой линзы; центральная часть другого торца линзы посеребрена и имеет радиус кривизны и диаметр зеркального окуляра, а остальная часть этой поверхности - плоская и прозрачная, и перед ней устанавливают положительные или отрицательные линзы.

6. Устройство для наблюдения удаленных объектов с переменным увеличением, содержащее зеркальный объектив с отверстием и зеркальный окуляр, составляющие зеркальную систему, производящие одно-, двух-, ..., n-кратные отражения проходных лучей и создающие n изображений с увеличениями Г₁, Г₁², ..., Г₁ⁿ, где Г₁ⁿ = (F_об/F_ок)ⁿ, F_об - фокусное расстояние зеркального объектива, F_ок - фокусное расстояние зеркального окуляра, n - количество проходов лучей в зеркальной системе, отличающееся тем, что оптическую ось зеркальной системы устанавливают в меридиональной или сагиттальной плоскости под углом , где 0<15, к падающим на объектив лучам от объекта, с возможностью изменения угла _n обратно пропорционально увеличению зеркальной системы Г₁, и устанавливают вторичную телескопическую систему с постоянным или переменным увеличением, содержащую объектив, расположенный в отверстии зеркального объектива в его периферийной части или вблизи него, или в качестве него служит зеркальный объектив, или линзовый объектив установлен за пределами зеркального объектива; линзовые объектив и окуляр устанавливают на одной оптической оси, составляющей в меридиональной или сагиттальной плоскости угол , где 0<30, с оптической осью зеркальной системы, с возможностью изменения угла _n пропорционально увеличению Г₁ зеркальной системы.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что оптическую ось зеркального окуляра устанавливают с отклонением в меридиональной или сагиттальной плоскости под углом , где 0 < 15^o, от оптической оси зеркального объектива, с возможностью изменения угла _n обратно пропорционально увеличению Г₁ зеркальной системы.

8. Устройство по любому из пп.6 - 7, отличающееся тем, что при использовании зеркального объектива в качестве объектива вторичной телескопической системы, в ходе лучей, отраженных от зеркального объектива, устанавливают плоское зеркало или оборачивающую призму.

9. Устройство по любому из пп.6 - 8, отличающееся тем, что устанавливают несколько вторичных телескопических систем в дополнительно выполненных отверстиях зеркального объектива или за его пределами.

10. Устройство по любому из пп.6 - 9, отличающееся тем, что устанавливают плоское зеркало на оптической оси зеркального объектива, между ним и зеркальным окуляром, под углом к его оси, а оптическую ось зеркального окуляра устанавливают под углом (2-180) или (2--180) к оптической оси зеркального объектива.

11. Устройство по любому из пп.6 - 10, отличающееся тем, что для обеспечения бинокулярного наблюдения, количество вторичных телескопических систем равно двум, которые располагают параллельно друг другу и с возможностью изменения расстояния между ними, а перед объективами вторичных телескопических систем устанавливают призмы, преломляющие лучи.

12. Устройство по любому из пп.6 - 11, отличающееся тем, что зеркальным объективом и зеркальным окуляром служат торцы линзы, один из которых посеребрен и имеет радиус кривизны зеркального объектива и прозрачный (непосеребренный) участок диаметром линзового объектива или окуляра и с радиусом кривизны этой линзы; центральная часть другого торца линзы посеребрена и имеет радиус кривизны и диаметр зеркального окуляра, а остальная часть этой поверхности - плоская и прозрачная, и перед ней устанавливают положительные или отрицательные линзы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при разработке и создании наблюдательных оптических приборов с переменным увеличением (зрительные трубы, бинокли, телескоп, геодезические приборы и т.п.).

Уровень техники

Известна зеркальная система Мерсена, содержащая зеркальный объектив с отверстием в центре, имеющим диаметр зеркального собирающего или рассеивающего окуляра, обращенного к объективу.

Эта зеркальная система имеет только одно увеличение, равное отношению фокусного расстояния объектива к фокусному расстоянию окуляра, поэтому длина устройства прямо пропорциональна его увеличению, что является недостатком устройства, как и отсутствие промежуточных увеличений.

Известно устройство с переменным увеличением, которое образуется путем введения в конструкцию устройства линзовой оборачивающей системы, при этом изменение увеличения происходит за счет перемещения линзовой оборачивающей системы вдоль ее оси (Апенко М.И., Дубовик А.С. и др. Прикладная оптика. -М. : Машиностроение, 1992 г., с.355).

Недостатками этого устройства являются небольшое максимальное увеличение и невысокая разрешающая способность оптических устройств с линзовыми объективами при их максимальных увеличениях.

Известно устройство для визуального наблюдения за удаленными объектами с различными видимыми увеличениями, принятое заявителем за прототип, содержащее зеркальный объектив с осевым отверстием и зеркальный окуляр (патент РФ N 2036493, МПК 6 G 02 B 23/00, 1992 г.).

В этом устройстве лучи от удаленного объекта, падающие на объектив на разных расстояниях от его оптической оси, совершают разное количество отражений от объектива и окуляра, и поэтому через осевое отверстие объектива наблюдают одновременно n изображений в n полях зрения, что является недостатком устройства из-за невозможности наблюдения одного изображения.

Сущность изобретения

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, т. е. сделать возможным наблюдение одного изображения, при этом получить максимальное увеличение устройства порядка 100х с промежуточными меньшими увеличениями при неизменных габаритах устройства, длина которого может быть меньше, чем у существующих устройств (зрительных труб, биноклей) с меньшими увеличениями, и с сохранением высокой разрешающей способности устройства при его максимальном увеличении.

Целью изобретения является и значительное сокращение числа рабочих поверхностей элементов устройства, которые должны быть изготовлены с достаточной степенью точности, что позволяет сократить материальные, временные, энерго- и трудовые затраты.

Целью изобретения является также получение возможности изменять увеличение устройства без всякой регулировки устройства, что неосуществимо в существующих зрительных устройствах.

Отличительные признаки

Отличие предложенного устройства состоит в том, что оптическая ось зеркальной системы устанавливается под углом , где 0<<15, к падающим на объектив лучам от объекта, что выражается в отклонении всего устройства на угол от направления на объект, или "от вектора направленности на объект". Величину угла _n можно изменять обратно пропорционально увеличению зеркальной системы, где Г₁ⁿ= (F_об/F_ок)ⁿ, F_об - фокусное расстояние зеркального объектива, F_ок - фокусное расстояние зеркального окуляра, n - количество проходов лучей в зеркальной системе.

Отличие предложенного устройства состоит также в том, что устанавливается вторичная телескопическая система, имеющая постоянное или переменное увеличение Г₂ и служащая для приближения выходного зрачка зеркального окуляра к наблюдателю, а также для дополнительного увеличения изображения, выходящего из зеркальной системы.

Вторичная телескопическая система содержит объектив и линзовый окуляр, установленные на одной оптической оси, или один линзовый окуляр, если в качестве линзового объектива используется зеркальный объектив. Оптическая ось вторичной телескопической системы устанавливается под углом , где 0<<30, к оптической оси зеркальной системы с возможностью изменения угла _n обратно пропорционально увеличению Г₁ зеркальной системы. Вторичная телескопическая система имеет постоянное или переменное увеличение, в частности переменное увеличение может изменяться прямо пропорционально увеличению зеркальной системы.

Отличие другого варианта устройства состоит в том, что оптическую ось зеркального окуляра устанавливают с отклонением под углом , где 0<<15, от оптической оси зеркального объектива с возможностью изменения угла _n обратно пропорционально увеличению Г₁ зеркальной системы.

В другом варианте устройства, при использовании зеркального объектива в качестве объектива вторичной телескопической системы, в ходе лучей, отраженных от зеркального объектива, устанавливают плоское зеркало или оборачивающую призму, позволяющую применять в качестве линзового окуляра собирающую линзу.

Отличие следующего варианта устройства состоит в том, что на оптической оси зеркального объектива, между ним и зеркальным окуляром, устанавливается плоское зеркало под углом к этой оптической оси, а оптическую ось зеркального окуляра устанавливают под углом (2-180) к оптической оси зеркального объектива, если оптическая ось зеркального окуляра совпадает с оптической осью зеркального объектива, и под углом (2--180), если эти оптические оси установлены под углом .. Это плоское зеркало служит также для вывода лучей от зеркального объектива к линзовому окуляру.

Отличие "линзового" варианта устройства состоит в том, что зеркальным объективом и зеркальным окуляром служат торцы стеклянной линзы (или, например, изготовленной из оргстекла). Один из торцов посеребрен и имеет радиус кривизны зеркального объектива и прозрачный (непосеребреный) участок с диаметром линзового объектива (или окуляра, если в качестве линзового объектива выступает зеркальный объектив). Этот прозрачный участок имеет радиус кривизны этой линзы. Центральная часть другого торца линзы посеребрена и имеет радиус кривизны и диаметр зеркального окуляра, а остальная часть этой поверхности - плоская и прозрачная, и перед ней устанавливаются положительные или отрицательные слабые линзы для настройки зеркальной системы "на резкость" при наблюдении объектов, находящихся на разных расстояниях от наблюдателя.

Во всех этих вариантах устройства, как и в последующих, один из углов, или , или , или какие-то два угла из них устанавливаются в сагиттальной плоскости, т. е. в плоскости, перпендикулярной меридиональной плоскости, в которой показаны и описаны устройства и схемы устройств на фигурах 1-19.

Отличие варианта устройства, выделенного в другой независимый пункт формулы изобретения, состоит в том, что линзовый объектив вторичной телескопической системы устанавливается в отверстии (или вблизи него) в периферийной части зеркального объектива или в качестве него служит зеркальный объектив, или линзовый объектив установлен за пределами зеркального объектива. Оптическая ось вторичной телескопической системы направлена на зеркальный окуляр под углом , где 0<<30, к оптической оси зеркальной системы с возможностью изменения угла _n пропорционально увеличению Г₁ зеркальной системы.

Отличие еще одного варианта устройства заключается в том, что устанавливаются несколько вторичных телескопических систем в дополнительно выполненных отверстиях зеркального объектива или за его пределами.

Отличие варианта устройства для бинокулярного наблюдения состоит в том, что количество вторичных телескопических систем равно двум, и они располагаются параллельно друг другу и с возможностью изменения расстояния между ними, а перед объективами вторичных телескопических систем устанавливаются призмы, преломляющие лучи, выходящие от зеркального окуляра, а увеличение этого устройства можно дополнительно изменять сменой призм на призмы с иными показателями преломления.

Сущность устройства

На фигурах 1 и 2 показано устройство, в котором объектив вторичной телескопической системы установлен в осевом отверстии зеркального объектива и с рассеивающим зеркальным окуляром, установленным с совпадением его оптической оси с оптической осью зеркального объектива. На фиг. 1 показано максимальное количество циклов отражения лучей (два цикла) в зеркальной системе конкретного устройства. На фиг. 1 оптическая ось зеркальной системы совпадает с оптической осью линзовой системы, а на фиг. 2 оптическая ось зеркальной системы установлена под углом к вектору направленности на объект и оптическая ось линзовой системы установлена под углом к оптической оси зеркальной системы.

На фигурах 3 и 4 показано устройство с рассеивающим зеркальным окуляром, оптическая ось которого совпадает с оптической осью зеркального объектива, установленной под углом (фиг. 3, устройство с одним циклом отражения лучей в зеркальной системе) и под углом _n (фиг. 4, два цикла отражения лучей в зеркальной системе).

На фигурах 5 - 8 показаны зеркальные системы с отклонением оптической оси окуляра от оптической оси объектива под углом . Ha фиг. 5 и 6 показан ход лучей с двумя циклами отражения, а на фиг. 7 и 8 - ход лучей с тремя циклами отражения.

На фигурах 9 - 12 показаны схемы устройства с рассеивающим зеркальным окуляром. На фиг. 9 и 10 показано изменение увеличения устройства изменением угла при постоянном угле , а на фиг. 11 и 12 показано изменение увеличения устройства изменением угла при неизменном угле .

На фигурах 13 и 14 показаны схемы устройства с собирающим зеркальным окуляром и с двумя линзовыми телескопическими системами, оптические оси которых установлены под углами и (фиг.11), измененными на углы (фиг. 12), для изменения увеличения устройства.

На фигуре 15 показана бинокулярная схема устройства, в котором изменение увеличения может производиться поворачиванием по окружности кольца, на котором укреплены стеклянные призмы с различными показателями преломления.

На фигуре 16 показано устройство с рассеивающим зеркальным окуляром, в котором зеркальный объектив также играет роль объектива вторичной телескопической системы, а линзовым окуляром является положительная линза, так как система из двух плоских зеркал, установленных для отражения лучей от зеркального объектива к линзовому окуляру, переворачивает изображение.

На фигуре 17 показано устройство с собирающим зеркальным окуляром, оптическая ось которого установлена под углом к оптической оси зеркального объектива, лучи от которого к зеркальному окуляру отражаются плоским зеркалом, установленным на оптической оси зеркального объектива под углом к ней.

На фигурах 18 и 19 показано устройство, состоящее из линзы с посеребренными торцами, выполняющими роль зеркальных объектива и окуляра, а линзовым объективом служит прозрачный участок торца - объектива. На фиг. 18 тубус линзовой системы может менять угол наклона его относительно оптической оси зеркального объектива, изменяя увеличение устройства, а на фиг. 19 увеличение зеркальной системы изменяется изменением угла при отклонении оптической оси линзы (т.е. зеркальной системы) от вектора направленности на объект.

Но увеличение каждого описанного устройства можно изменять также изменением увеличения его линзовой (вторичной телескопической) системы, в частности, прямо пропорционально увеличению зеркальной системы.

Устройства, изображенные на этих фигурах, имеют собирающее зеркало-объектив 1 с отверстием 2, зеркало-окуляр 3, прикрепленное к плоскопараллельной стеклянной пластине 4; оптическая ось 9 окуляра 3 на фиг. 1 и 2, фиг. 3 и 4, фиг. 19 совпадает с оптической осью 8 объектива 1. На других фигурах оптическая ось 9 установлена под углом к оптической оси 8 объектива 1. На фигурах показан тубус линзовой телескопической системы 7 с линзовым объективом 18 и линзовым окуляром 19. Показаны также фокус 5 и фокальная плоскость 17 зеркального объектива 1 и фокус 6 зеркального окуляра 3. Показана оптическая ось 20 вторичной телескопической системы и показан вектор 21 направленности на объект, параллельный падающим на объектив 1 лучам 10 и 10" от удаленного объекта; другие лучи, падающие на объектив 1, обозначены четными цифрами: 12 и 12", 14 и 14", 16 и 16", а лучи, падающие на окуляр 3, обозначены нечетными цифрами: 11 и 11", 13 и 13", 15 и 15". На фиг. 15 показаны призмы 22 и 23, установленные в кольце 24. На фиг. 16 показаны плоские зеркала 25 и 26, а на фиг. 17 - плоское зеркало 27. На фиг. 18 и 19 показана стеклянная линза 28, посеребренные торцы 1 и 3 которой являются объективом и окуляром зеркальной системы.

Вариант устройства, изображенного на фигурах 3 и 4

Диаметр объектива 1, изображенного на фиг. 3 и 4, равен 50 мм, а диаметр рассеивающего окуляра 3 - 25 мм. Фокусное расстояние объектива 1 равно 150 мм, а фокусное расстояние окуляра 3 - 50 мм. Центры зеркал 1 и 3 находятся на одной оптической оси 8, и оптическая ось окуляра 3 совпадает с этой оптической осью 8 объектива 1. Оптическая ось 8 составляет уголк с вектором 21 направленности на объект, параллельным лучам 10 и 10" от объекта. На фиг. 3 угол 3, а на фиг. 4 угол 1. Расстояние между зеркалами 1 и 3 равно 100 мм. Линзовый объектив 18 диаметром 8 мм установлен за пределами зеркального объектива 1 в тубусе 7 линзовой телескопической системы, в другом конце которого установлен рассеивающий окуляр 19, фокусное расстояние которого 18 мм. Фокусное расстояние линзового объектива 18 равно 76 мм; расстояние между линзами 18 и 19 равно 56 мм, и оно может регулироваться для наведения линзовой системы 7 "на резкость". Оптическая ось 20 линзовой системы и ее тубус 7 установлены под углом к оптической оси 8; угол 10,5.

Работа устройства, изображенного на фигурах 3 и 4.

На фиг. 3 параллельные лучи 10 и 10" от удаленного объекта падают на объектив под углом 3 к оптической оси 8 зеркальной системы, и лучи 11 и 11" отражаются от объектива 1 со смещением к краю зеркального окуляра 3, от которого параллельные лучи 12 и 12" отражаются с еще большим смещением к краю зеркального объектива 1 и попадают в линзовый объектив 18 и затем в линзовый окуляр 19, через который и рассматривается изображение с увеличением устройства Г=Г₁ Г₂=150/5076/1834,212,6х.

На фиг. 4 угол 1, поэтому параллельные лучи 12 и 12" отражаются с меньшим смещением, чем на фиг. 3, к краю объектива 1, и лучи 13 и 13", отражаясь от него, совершают второй цикл отражения и увеличения в зеркальной системе. Эти лучи 13 и 13" отражаются от окуляра 3, и параллельные лучи 14 и 14" попадают в линзовую телескопическую систему 7, пройдя через которую, наблюдается изображение с увеличением Г²=Г₁²Г₂3² 4,238x.

При диаметре зеркального объектива 1, равном 50 мм, и увеличении Г=38х сохраняется высокая разрешающая способность устройства, при которой полезное увеличение телескопической системы Г_т.п. может иметь значения:

0,2D<Г<0,75D,

На той же странице издания указывается, что "любая оптическая система имеет максимальную разрешающую способность в центре поля зрения", чему способствует применение зеркального объектива 1, не имеющего осевого отверстия, благодаря чему центральная часть объектива 1 участвует в построении изображения.

В отличие от прототипа, через линзовый окуляр 19 может наблюдаться только одно изображение, выходящее из зеркальной системы. Угловое поле зрения этого изображения дополнительно увеличивается вторичной (линзовой) телескопической системой 7; увеличение этой системы 7 может быть постоянным или переменным; его можно изменять пропорционально увеличению зеркальной системы. Это увеличение Г₁ зеркальной системы можно изменять как пропорциональным изменением угла отклонения оптической оси 20 линзовой системы 7 от оптической оси 8 зеркала 1 (как показано на фиг. 11 и 12), так и угловым отклонением устройства на угол от вектора 21 направленности на объект (фиг. 3 и 4, а также фиг. 2 и фиг. 19).

Вариант устройства, изображенного на фигурах 5 - 8 и фигурах 9 - 12

На фигурах 5 - 8 показан ход лучей в зеркальной системе: на фиг. 5 и 6 - с рассеивающим окуляром, а на фиг. 7 и 8 - с собирающим окуляром.

Диаметр объектива 1 на фиг. 5 - 8 равен 50 мм, а диаметр окуляра 3 - 25 мм. Фокусное расстояние объектива 1 на фиг. 5 и 6 равно 150 мм, а на фиг. 7 и 8 - 114 мм. Фокусное расстояние окуляра 3 на фиг. 5 и 6 равно 50 мм, а на фиг. 7 и 8 оно равно 38 мм. Расстояние между объективом 1 и окуляром 3 на фиг. 5 и 6 равно 100 мм, а на фиг. 7 и 8 - 152 мм. Центр окуляра 3 находится на оптической оси 8 объектива 1, а оптическая ось 9 окуляра 3 составляет угол с оптической осью 8 в меридиональной плоскости. На фиг. 5 угол 140, а на фиг. 6 угол 1; на фиг. 7 угол 130, а на фиг. 8 угол 30.

Кроме того, в этом варианте устройства, как и во всех остальных вариантах, угол и/или угол может устанавливаться в сагиттальной плоскости, то есть в плоскости, перпендикулярной меридиональной плоскости, в которой показаны устройства и схемы устройств на фигурах 1-19. Расположение угла и/или угла только в сагиттальной плоскости приводит к тем же результатам, как и при углах и/или , лежащих в меридиональной плоскости, а при углах и , лежащих в разных плоскостях (например, угол лежит в сагиттальной плоскости, а угол лежит в меридиональной плоскости, или наоборот), можно исправлять аберрации зеркальной системы.

На фигурах 9-12 показаны схемы изменения увеличения устройства с рассеивающим зеркальным окуляром 3, укрепленным на плоскопараллельной стеклянной пластине 4.

Работа зеркальной системы, изображенной на фиг. 5 и 6.

Параллельные лучи 10 и 10" от удаленного объекта падают на объектив 1, от которого лучи 11 и 11" падают на окуляр 3, после отражения от которого параллельные лучи 12 и 12" отклоняются от оптической оси 8 на угол ₁ в сторону отклонения оптической оси 9 от оптической оси 8. На фиг. 5 угол ₁ 140, a на фиг. 6 угол ₁ 1. Затем лучи 12 и 12" отражаются от объектива 1 и лучи 13 и 13" падают на окуляр 3, после отражения от которого параллельные лучи 14 и 14" отклоняются в ту же сторону, что и лучи 12 и 12", на угол ₂. На фиг. 5 угол ₂ 8, а на фиг. 6 угол ₂ 2. На фиг. 5 угол ₂ достаточен для того, чтобы лучи 14 и 14" попали в отверстие 2, в котором (фиг. 9) устанавливается линзовый объектив 18 линзовой системы 7, и изображение рассматривается через линзовый окуляр 19. Увеличение зеркальной системы Г₁ после двух циклов отражения лучей Г₁²=(F_об/F_ок)²= (150/50)²=9х.

На фиг. 6 угол ₂ 2, который недостаточен для того, чтобы лучи 14 и 14" попали в отверстие 2, поэтому они снова отражаются от объектива 1, и лучи 15 и 15" попадают на окуляр 3, отражаясь от которого параллельные лучи 16 и 16" отклоняются также в сторону отклонения оптической оси 9 от оптической оси 8, на угол ₃, который примерно равен 8^o, поэтому лучи 16 и 16" попадают в отверстие 2 и в установленную в нем линзовую телескопическую систему 7 (фиг. 10); увеличение зеркальной системы после трех циклов отражения лучей Г₁³=3³=27х.

Работа зеркальной системы, изображенной на фиг. 7 и 8.

Параллельные лучи 10 и 10" от удаленного объекта падают на объектив 1, от которого лучи 11 и 11" фокусируются в плоскости 17 и в фокусе 6 окуляра 3, от которого параллельные лучи 12 и 12" идут под углом ₁ к оптической оси 8, отклоняясь в сторону отклонения оптической оси 9 от оси 8. На фиг. 7 угол ₁ 3, а на фиг. 8 угол ₁ 1. Лучи 12 и 12" отражаются от объектива 1, и лучи 13 и 13" падают на окуляр 3, а отраженные от него параллельные лучи 14 и 14" идут под углом ₂ к оптической оси 8, в противоположную сторону от отклонения лучей 12 и 12". На фиг.7 угол ₂ -5,5, и этот угол достаточен для попадания лучей в отверстие 2 с увеличением Г₁²=(114/38)²=3²=9х.

На фиг. 8 угол ₁ 1, но этот угол ₂ недостаточен для попадания лучей 14 и 14" в отверстие 2, поэтому они снова отражаются от объектива 1, и лучи 15 и 15", сфокусированные в плоскости 17, попадают в окуляр 3 и параллельные лучи 16 и 16" идут под углом ₃ к оптической оси 8, в сторону отклонения оптической оси 9 от оси 8. Этот угол ₃ 5,5, поэтому лучи 16 и 16" попадают в отверстие 2, а увеличение Г₁ зеркальной системы после трех циклов отражения лучей равно Г₁=3³=27х.

Может быть установлено несколько вторичных телескопических систем, которые (фиг. 13 и 14) могут размещаться в отверстиях 2 в объективе 1 или за пределами зеркального объектива (фиг. 15, 16 и 17).

Изменение увеличения устройства производится:

- обратно пропорциональным изменением угла _n отклонения оптической оси 9 окуляра 3 от оптической оси 8 объектива 1 (фиг. 9 и 10);

- пропорциональным изменением угла _n отклонения оптической оси 20 (и тубуса 7) линзовой системы от оптической оси 8 (фиг. 11 и 12);

- обратно пропорциональным отклонением устройства на угол _n от вектора 21 направленности на объект.

Регулировку увеличения можно производить как одним из указанных способов изменения увеличения, так и любыми двумя из них или всеми способами; причем смену увеличения только путем углового отклонения устройства от вектора направленности на объект можно производить без всякой регулировки устройства (если при этом не регулировать увеличение вторичной телескопической системы).

Вариант устройства для бинокулярного наблюдения, изображенного схематически на фигуре 15

Это устройство, которое по аналогии с "биноклем" можно назвать "биноскоп", содержит две линзовые телескопические системы 7, объективы 18 которых установлены за пределами зеркального объектива 1. Эти линзовые системы располагаются параллельно друг другу и с возможностью изменения расстояния между ними для регулировки расстояния между окулярами 19 для наблюдателей с различным расстоянием между центрами глаз. Перед линзовыми объективами 18 устанавливаются стеклянные призмы 22, преломляющие лучи, выходящие от зеркального окуляра 3 под углами в лучи, идущие в линзовые объективы 18 параллельно оптическим осям 20 линзовых систем 7. Лучи, идущие от окуляра 3 под углом ₁, соответствуют лучам 12 и 12" (фиг. 7), выходящим из зеркальной системы после одного цикла отражений лучей в ней, а лучи, идущие от окуляра 3 под углом соответствуют лучам 14 и 14" (фиг. 7), выходящим из зеркальной системы после двух циклов отражений лучей в этой системе.

Но так как увеличение изображения, выходящего к верхней линзовой системе 7 (фиг. 15), меньше в Г₁ раз (Г₁=F_об/F_ок) увеличения изображения Г₁², выходящего к нижней линзовой системе 7, то для выравнивания конечных изображений, выходящих из обеих линзовых систем, увеличение одной из линзовых систем делают меньше или больше, чем увеличение в другой линзовой системе (т.е. увеличение верхней линзовой системы делают в Г₁ раз больше увеличения нижней линзовой системы).

Изменение увеличения биноскопа можно производить способами, описанными в варианте устройства по п. 7 формулы, и дополнительно увеличение биноскопа можно изменять сменой призм 22 на призмы 23 с иными показателями преломления, соответственно изменяющими угол ₁ на угол ₃, которому на фиг. 8

соответствуют лучи 16 и 16", а вместе с ним и увеличение изображения Г₁, выходящего к верхней линзовой системе (фиг. 15), на увеличение Г₁³. Угол изменяется на угол а вместе с ним и увеличение изображения Г₁², выходящее к нижней линзовой системе 7, изменяется на увеличение Г₁⁴, образованное после четырехкратного цикла отражения лучей в зеркальной системе.

Для удобства смены призм 22 на призмы 23 (или наоборот) их устанавливают на кольце 24, которое можно поворачивать по окружности.

Вариант устройства, изображенного на фиг. 1 и 2

Диаметр зеркального объектива 1 на этих фигурах равен 60 мм, а диаметр зеркального окуляра 3 - 20 мм. Фокусное расстояние объектива 1 равно 150 мм, а фокусное расстояние окуляра 3 - 50 мм. Расстояние между объективом 1 окуляром 3 равно 100 мм. Диаметр осевого отверстия и диаметр линзового объектива равны 8 мм. Фокусное расстояние линзового объектива 18 равно 65 мм, а фокусное расстояние отрицательного окуляра 19 равно 15 мм. Расстояние между линзами 18 и 19 равно 50 мм. Оптические оси зеркального объектива 1, зеркального окуляра 3 и линзовых объектива 18 и окуляра 19 на фиг. 1 совпадают, и оптическая ось устройства совпадает с вектором направленности на объект, а на фиг. 2 оптическая ось 8 зеркальной системы (в которой оптические оси объектива и окуляра совпадают) расположена под углом 30 к вектору 21 направленности на объект и к лучам 10 и 10" от объекта, падающим на объектив 1.

Оптическая ось 20 линзовой телескопической системы 7 установлена под углом 3 к оптической оси 8 зеркальной системы.

Работа устройства, изображенного на фигурах 1 и 2.

Параллельные лучи 10 и 10" от удаленного объекта, падающие на объектив 1 под углом 30, отражаются от него и падают на окуляр 3, после отражения от которого параллельные лучи 12 и 12" на фиг. 1 идут также параллельно оптической оси 8, а на фиг. 2 лучи 10 и 10", падающие на нижнюю часть объектива 1, отражаются от него и также падают на окуляр 3, после отражения от которого параллельные лучи 12 и 12", благодаря углу 30, отклоняются от оптической оси 8 на угол ₁ 3 и попадают в линзовую телескопическую систему 7, оптическая ось 20 которой установлена также под углом 3. Увеличение Г устройства на фиг. 2, после одного цикла отражения лучей равно Г= Г₁Г₂=(F_об/F_ок) (f_об/f_ок)=(150/50)(65/15)=34,3313x.

На фиг. 1 параллельные лучи 12 и 12" отражаются от объектива 1 и лучи 13 и 13" падают на окуляр 3, и отраженные от него параллельные лучи 14 и 14", идущие также параллельно оптической оси 8, попадают в линзовую систему 7, после прохождения через которую увеличение Г=Г₁²Г₂=3² 4,3339х. Таким образом, изменение увеличения производится изменением углов и , а максимальное увеличение зеркальной системы Г²_{1 max}, ограничено осевым отверстием зеркального объектива 1 точно так же, как и в прототипе изобретения: Гⁿ_{1 max}= D_об/D_отв (D_об - диаметр объектива 1, a D_отв - диаметр осевого отверстия в нем).

Вариант устройства, изображенного на фигуре 16

Диаметр объектива 1 равен 80 мм, а диаметр рассеивающего окуляра 3 - 32 мм. Фокусное расстояние объектива 1 равно 270 мм, а фокусное расстояние окуляра 3 - 108 мм. Фокусное расстояние линзового окуляра 19 равно 55 мм. Центры зеркал 1 и 3 находятся на одной оптической оси 8, а оптическая ось 9 окуляра 3 составляет угол 1 с оптической осью 8. Расстояние между зеркалами 1 и 3 равно 162 мм. Установлены плоские зеркала 25 и 26 под углом 90^o друг к другу, и одно из этих зеркал (зеркало 25) установлено с возможностью его регулировки (изменения угла его установки и/или возможности его поперечного перемещения относительно оптической оси 8).

Работа устройства (по п. 8 формулы), изображенного на фигуре 16.

Параллельные лучи 10 и 10" от удаленного объекта падают на объектив 1, от которого лучи 11 и 11" падают на окуляр 3, после отражения от которого параллельные лучи 12 и 12" отклоняются от оптической оси 8 на угол ₁ 2. Затем лучи 12 и 12" отражаются от объектива 1 и лучи 13 и 13" падают на окуляр 3, после отражения от которого параллельные лучи 14 и 14" отклоняются на угол ₂ 7 и падают на зеркальный объектив 1, который в этом варианте устройства выполняет роль объектива вторичной телескопической системы, так как лучи 15 и 15", отраженные от него, попадают не в зеркальный окуляр 3, а в линзовый окуляр 19 посредством отражения от плоских зеркал 25 и 26, которые также и переворачивают изображение, поэтому устанавливается положительный линзовый окуляр 19, через который наблюдается прямое изображение с увеличением Г=Г₁²Г₂=(270/108)(270/55)= 2,5²4,9=31х.

Это увеличение можно изменять теми же способами, как и в варианте устройства по п. 7 формулы, а также изменением угла установки зеркала 25 и/или его поперечным смещением относительно оптической оси 8.

Увеличение этого устройства с одним циклом отражения лучей в зеркальной системе будет равно Г= Г₁Г₂= 2,5 4,912х, а с тремя циклами Г=Г₁³Г₂= 2,5³4,976х.

Вариант устройства (по п. 10 формулы), изображенного на фигуре 17

Диаметр объектива равен 90 мм, а диаметр собирающего окуляра 3 - 32 мм. Фокусное расстояние объектива 1 равно 240 мм, а фокусное расстояние окуляра 3 - 80 мм. Плоское зеркало 27 установлено на оптической оси 8 под углом 75^o, а его диаметр 45 мм. Оптическая ось 9 окуляра 3 установлена под углом 26^o к оптической оси 8 (так как оптическая ось 9 установлена под углом 1 к оптической оси 8, отраженной зеркалом 27, на которой находится центр зеркала 3).

Линзовый окуляр 19 имеет фокусное расстояние 90 мм, а его оптическая ось 20 направлена на край зеркала 27, играющего роль зеркал 25 и 26 в предыдущем варианте устройства. Этот край зеркала 27 отражает лучи 15 и 15", выходящие из объектива 1, также являющегося объективом вторичной телескопической системы, к линзовому окуляру 19, через который рассматривается изображение с увеличением Г=(240/80)²(240/90)=3²2,67=24х. Увеличение устройства с одним циклом отражений лучей в зеркальной системе Г=32,67=8х, а увеличение с тремя циклами Г=3³2,67=72х.

На основе этих вариантов устройства по п. 8 или по п. 10 формулы можно создать устройство для бинокулярного наблюдения (биноскоп), содержащее, аналогично устройству "биноскоп" по п. 11, дополнительную вторичную телескопическую систему.

Вариант устройства (по п. 11 формулы), изображенного на фигуре 18 и 19

Зеркальная система этого устройства представляет собой стеклянную линзу 28 (или изготовленную из другого прозрачного материала) диаметром 60 мм и длиной 70 мм. Фокусное расстояние посеребренного выпуклого сферического торца 1 равно 120 мм. Центральная сферическая часть диаметром 25 мм другого торца, плоского и прозрачного, имеет посеребренную вогнутую сферическую поверхность с фокусным расстоянием 50 мм. Оптическая ось этого зеркала 3 установлена на фиг. 18 под углом 120 к оптической оси 8 или эти оптические оси совпадают, как на фиг. 19. На фиг. 19 оптическую ось 8 линзы 28 поворачивают на угол 130 относительно вектора 21 направленности на объект.

В торце 1 его периферийный участок 18 - прозрачный и имеет радиус кривизны, при котором его фокусное расстояние равно 108 мм. Отрицательный линзовый окуляр 19 имеет фокусное расстояние 15 мм, а его диаметр равен 10 мм, как и диаметр участка 18, являющегося линзовым объективом второй телескопической системы. Расстояние между зеркалами 1 и 3 равно 70 мм.

Тубус 7 линзовой телескопической системы на фиг. 18 установлен с возможностью изменения угла _n пропорционально увеличению устройства; в положении тубуса, обозначенного сплошными линиями, его оптическая ось 20, направленная под углом ₁ 8 ближе к краю зеркального окуляра 3, и в этом случае увеличение устройства Г=Г₁Г₂=(120/50)(108/15)=2,47,217х. В положении тубуса, обозначенного пунктирной линией, его оптическая ось 20 направлена под углом ₂ 13 ближе к центру окуляра 3, и в этом случае увеличение устройства Г= Г₁²Г₂= 2,4²7,2=41,5х.

На фиг. 19 при угле ₁ 130 увеличение устройства с двумя циклами отражений лучей в зеркальной системе Г=Г₁²Г₂= 41,5х как на фиг. 18 при угле ₂. При угле ₂ (фиг. 19) отклонения оптической оси 8 зеркальной системы (оптической оси линзы 28) от вектора 21" направленности на объект, равного 3^o, увеличение устройства с одним циклом отражений лучей равно Г=Г₁ Г₂= 2,47,217х как на фиг. 18 при угле ₁.

Перечень фигур

На фиг. 1 показано устройство с рассеивающим окуляром, с совпадением всех оптических осей элементов устройства и с его максимальным увеличением.

На фиг. 2 показано то же устройство с промежуточным увеличением, для чего оптическая ось зеркальной системы установлена под углом к вектору направленности на объект, а ось линзовой системы установлена под углом к оси зеркальной системы.

На фиг. 3 показано устройство с рассеивающим зеркальным окуляром, с линзовой телескопической системой и с одним циклом отражения лучей в зеркальной системе.

На фиг. 4 показано то же устройство с двумя циклами отражения лучей в зеркальной системе.

На фиг. 5 показана работа зеркальной системы с рассеивающим окуляром, с двумя циклами отражения лучей.

На фиг. 6 показана работа той же зеркальной системы с тремя циклами отражения лучей в этой системе.

На фиг. 7 показа работа зеркальной системы с собирающим окуляром, с двумя циклами отражения лучей.

На фиг. 8 показана работа этой зеркальной системы с тремя циклами отражения лучей.

На фиг. 9 показана схема устройства с рассеивающим зеркальным окуляром, закрепленным на плоскопараллельной стеклянной пластине.

На фиг. 10 показана схема того же устройства с измененным углом _n для повышения увеличения устройства.

На фиг. 11 также показана схема предыдущего устройства с углом ₁ для получения минимального увеличения устройства с одним циклом отражения лучей в зеркальной системе.

На фиг. 12 показана та же схема устройства с углом _n, для увеличения количества циклов отражения лучей в зеркальной системе и повышения увеличения устройства.

На фиг. 13 показана схема устройства с двумя вторичными линзовыми телескопическими системами с разным увеличением.

На фиг. 14 показана та же схема с двумя линзовыми системами, с измененными углами _n и _n+1 для повышения увеличения устройства, имеющего (при одинаковом увеличении линзовых систем) два различных увеличения.

На фиг. 15 показана схема бинокулярного устройства с двумя парами призм, установленными на кольце, поворачивая который, изменяют увеличение устройства.

На фиг. 16 показано устройство с рассеивающим зеркальным окуляром, в котором установлены два плоских зеркала, отражающих лучи от зеркального объектива, служащего также объективом вторичной телескопической системы, к линзовому окуляру.

На фиг. 17 показано устройство с собирающим зеркальным окуляром и с плоским зеркалом, отражающим лучи от зеркального объектива к зеркальному окуляру и обратно, а также от зеркального объектива к линзовому окуляру.

На фиг. 18 показано устройство, состоящее из цилиндрической линзы с посеребренными торцами и из линзовой системы, объективом которой служит участок торца-объектива, а тубус линзовой системы устанавливается под разными углами ₁ и _n для изменения увеличения устройства.

На фиг. 19 показано такое же устройство, которое для изменения увеличения устанавливается под разными углами ₁ и _n к вектору направленности на объект,

где

1 - зеркальный объектив;

2 - отверстие в зеркальном объективе;

3 - зеркальный окуляр;

4 - плоскопараллельная стеклянная пластина, к которой прикреплено зеркало 3;

5 - фокус объектива;

6 - фокус окуляра;

7 - тубус линзовой телескопической системы;

8 - оптическая ось объектива 1 (на фиг. 1, 2, 13, 14 и 19 эта ось совмещена с оптической осью 9 зеркального окуляра 3);

9 - оптическая ось окуляра 3;

10 и 10" - лучи, падающие на объектив 1 от удаленного объекта;

11 и 11", 13 и 13", 15 и 15" - лучи, падающие на окуляр 3;

12 и 12", 14 и 14", 16 и 16" - лучи, падающие на объектив 1 от окуляра 3;

17 - фокальная плоскость объектива 1;

18 - линзовый объектив;

19 - линзовый окуляр;

20 - оптическая ось линзовой системы 7;

21 - вектор направленности на объект;

22 и 23 - стеклянные призмы;

24 - кольцо, на котором укреплены призмы 22 и 23;

25 и 26 - плоские зеркала (фиг. 16), установленные у края стеклянной пластины 4;

27 - плоское зеркало (фиг. 17), установленное на оптической оси объектива 1;

28 - стеклянная линза;

- угол отклонения оптической оси 8 от вектора 21 направленности на объект;

- угол, под которым установлена оптическая ось 20 линзовой системы к оптической оси 8;

- угол отклонения оптической оси 9 окуляра 3 от оптической оси 8 объектива 1.