Коллиматорный прицел (его варианты)

Коллиматорный прицел (его варианты)

Реферат

 

Использование: изобретение относится к оптическому приборостроению, а точнее - к коллиматорным прицелам. Сущность изобретения: прицел в обоих его вариантах включает внешнюю линзу с определенными параметрами, сетку, объектив коллиматора и полупрозрачное зеркало, установленное под углом 45^o к оси объектива. Во втором варианте объектив выполнен склеенным из кристаллической положительной линзы и стеклянной отрицательной. Кроме того, в нем установлен поляроид с полупрозрачным покрытием, определенным образом ориентированный и образующий с объективом второй оптический канал. 2 с. и 7 з. п. ф-лы, 17 ил., 1 табл.

Изобретение относится к оптическим приборам, а именно к оптическим прицелам, а точнее к коллиматорным прицелам.

Известен коллиматорный прицел, в котором вместо сетки коллиматора используется излучающий торец диаметром 0,5 мм освещаемого дневным светом цилиндрического стержня длиной 30 мм [1] Известен кристаллооптический прицел, в котором в качестве источника света используется также естественный отраженный от цели дневной свет [2] Прицел состоит из окуляра и установленного перпендикулярно его оптической оси поляроида. В его поляроидной пленке, заклеенной между стеклянными пластинками, выполнено отверстие с малым диаметром 1 мм, ось которого совпадает с оптической осью окуляра. Окуляр выполнен в виде положительной линзы из кристалла исландского шпата, склеенной с отрицательной линзой из стекла. Оптическая ось Z кристалла ориентирована перпендикулярно оси положительной линзы. Такая склеенная линза-окуляр является афокальной для необыкновенных лучей е, идущих от цели. Для обыкновенных же лучей О она обладает определенным фокусным расстоянием и служит объективом коллиматора.

Недостатком устройств является малый контраст оптической мушки относительно окружающего ее поля зрения, а также недостаточная, в особенности для нарезного оружия, точность прицеливания, характеризующаяся величиной параллактического угла , под которым видна оптическая мушка в их поле зрения, равного отношению диаметра излучающего торца стержня или отверстия в поляроидной пленке в фокусе коллимационного объектива или двойного окуляра к его фокусному расстоянию.

Целью изобретения является повышение контраста оптической мушки в поле зрения прицела и повышение точности прицеливания. Дополнительная цель увеличение углового поля зрения прицела, а также обеспечение возможности его использования не только в дневное, но и сумеречное и даже ночное время при различимых в его поле зрения целях.

Цель достигается за счет усиления силы светового пучка, падающего на объектив коллиматора из прозрачного отверстия или перекрестия С_к в непрозрачной сетке коллиматора, с помощью усилителя в виде одной или системы из двух отрицательных линз с вертикальной их оптической осью и удаленных от сетки коллиматора на такое расстояние, при котором небольшой апертурный угол прошедшего через усилитель света сходящегося пучка лучей от небосвода с большим апертурным углом ₂ при одной линзе или ₄ при двух линзах равен апертурному углу коллимационного объектива _к или несколько превышает его величину.

Повышение точности прицеливания достигается за счет уменьшения размера просветов в сетке коллиматора и за счет использования точечного источника излучения полупроводникового лазера или светодиода с сеткой.

Увеличение углового поля зрения прицела достигается за счет уменьшения его габаритных размеров, а возможность его использования в сумеречное и ночное время за счет дополнения его точечным источником света полупроводниковым лазером видимого излучения или светодиодом.

На фиг. 1 оптическая система коллиматора с двухлинзовым усилителем дневного света от небосвода, освещающим его сетку, где n показатель преломления стекла; 2h₁ диаметр внутреннего светового апертурного отверстия выходного зрачка линзы 3; 2h₄ диаметр внешнего светового апертурного отверстия входного зрачка линзы 4, 2h₂ и 2h₃ диаметры промежуточных световых апертурных отверстий на соответствующих поверхностях линз 3 и 4; 2h₂ входной зрачок усилителя из одной линзы 3; С_к, С₁, С₂, С₃, С₄ точки схода на оптической оси крайних лучей сходящегося пучка от небосвода в воздухе С_к, С₂, С₄ и в линзах С₁, С₃; f_к фокусное расстояние объектива коллиматора, изображенного в натуральную величину М 1 1; l расстояние от центра С_к сетки 1 до плоскости внутреннего светового апертурного отверстия линзы 3 выходного зрачка, изображенное с корпусом 2 усилителя в увеличенном масштабе М (5-10) 1; на фиг. 2 двухлинзовый усилитель из оргстекла с коэффициентом усиления К₂ 190^х, а без внешней линзы К₁ 73^х; на фиг. 3 двухлинзовый усилитель из оптического стекла тяжелого флинта ТФ10 с коэффициентом усиления К₂ 200^х, а без внешней линзы К₁ 131^х; на фиг. 4 однолинзовый усилитель из оргстекла с зеркалом 10 с коэффициентом усиления К₁ 90^х; на фиг. 5 однолинзовый усилитель из стекла ТФ10 с призмой полного внутреннего отражения 10' с коэффициентом усиления К₁ 104^х; на фиг. 6 однолинзовый усилитель из стекла ТФ10 с коэффициентом усиления K₁ 200^х; на фиг. 7 коллиматорный прицел с коллиматором и усилителем (фиг. 6) сверху от визуального его окна 16; на фиг. 8 коллиматорный прицел с коллиматором и усилителем (фиг. 4 и 6) с правой стороны от окна 16; на фиг. 9 коллиматорный прицел с коллиматором и усилителем (фиг. 4 и 6), расположенным над окном 16 в продольном направлении с уменьшенными поперечными габаритами; на фиг. 10 коллиматорный прицел с коллиматором под окном 16 и усилителем над окном 16 с двумя взаимно перпендикулярными зеркалами между объективом и сеткой коллиматора с относительно малыми поперечными и продольными габаритами; на фиг. 11 коллиматорный прицел, аналогичный изображенному на фиг. 10, но с усилителем с правой стороны от окна 16, с еще более уменьшенным продольным габаритом и, следовательно, с увеличенным полем зрения; на фиг. 12 кристаллооптический коллиматорный прицел с минимальными габаритами с двумя взаимно перпендикулярными зеркалами между объективом 11 и сеткой 1 коллиматора, расположенными под окном 16, и усилителем 3 с сеткой 1 над окном 16; на фиг. 13 модификация коллиматорного прицела, изображенного на фиг. 12, но с расположением усилителя 3 с сеткой 1 с правой стороны от окна 16; на фиг. 14 поступательный переключатель точечного источника излучения полупроводникового лазера 19 и центра сетки 1, жестко связанной с линзой-усилителем 3 и его корпусом 2, путем поочередного их совмещения с фокусом объектива 11 коллиматора при перемещении в два фиксируемых положения ползушки 21, на которой они смонтированы, по направляющей 2', жестко связанной с корпусом 2' коллиматора; на фиг. 15 вращательный переключатель, аналогичный изображенному на фиг. 14, но путем поворота вокруг оси 18' зеркала 18 в два фиксируемых его положения, когда оси коллиматора и усилителя 3 вертикальные, а зеркало расположено между объективом и сеткой коллиматора; на фиг. 16 модификация вращательного переключателя, изображенного на фиг. 15, для случая, когда ось коллиматора горизонтальная, а ось усилителя 3 вертикальная; на фиг. 17 вращательный переключатель, аналогичный изображенному на фиг. 16, но в отличие от него поворотное зеркало вне коллиматора, за его сеткой, а вместо полупроводникового лазера установлен светодиод 20 соосно с коллиматором, в частности, зеркало может быть выполнено зафиксированным и полупрозрачным.

Устройство содержит сетку 1 коллиматора или точечный источник света на оси в фокальной плоскости его объектива, корпус 2 усилителя света из одной или двух отрицательных линз, корпус 2' коллиматора и направляющую, жестко связанную с ним, основную внутреннюю отрицательную линзу 3, дополнительную внешнюю отрицательную линзу 4, горизонт 5 небосвода, зенит 6 небосвода, небосвод 7, обозначенный условно пунктиром, крайний луч 8 пучка лучей от небосвода с апертурным углом ₄, преломляемый двумя линзами 3 и 4, крайний луч 8' пучка лучей от небосвода с апертурным углом ₂, преломляемый одной линзой 3, преломленный линзой 3 крайний луч 9 пучка сходящихся к центру сетки 1 лучей с апертурным углом _к, и луч, пришедший к объективу коллиматора от центра сетки, а 9' после его преломления объективом, зеркало 10 наружного отражения и 10' эквивалентная ему призма полного внутреннего отражения, объектив 11 коллиматора (окуляр), склеенный из положительной линзы 11' из кристалла исландского шпата с оптической осью Z и стеклянной линзы 11'' на фиг. 12, 13, полупрозрачное зеркало 13, лучи 13 параллельного пучка, идущие от удаленной цели, а 13' эти же лучи после прохождения через полупрозрачное зеркало 12 и идущие в глаз стрелка, крепление 14 прицела на установленной на оружии направляющей типа "ласточкин хвост", зеркало 15 наружного отражения, визуальное окно 16 прицела, поляроид 17 с полупрозрачным зеркальным покрытием со стороны объектива 11, дополнительный поляроид 17', поворотное зеркало 18 вокруг оси 18', фиксируемое в двух указанных крайних положениях, для поочередного переключения усилителя дневного света от небосвода 3 и полупроводникового лазера 19 или светодиода 20 на фиг. 14-17, полупроводниковый лазер 19, светодиод 20, ползушку 21 с укрепленными на ней полупроводниковым лазером 19 и линзой-усилителем 3, перемещаемую по направляющей 2' в два крайних фиксированных положения, жестко связанной с корпусом коллиматора 2, не показанным на фиг. 14, стержень 22 из прозрачного материала, защитный колпачок 23 из оргстекла, искусственный источник 24 света.

Работа отрицательной линзы 3 в качестве усилителя силы света точечного источника, который можно себе представить в виде малого ( 0,01 мм) отверстия в горизонтальном экране, через которое проходит сходящийся пучок лучей от небосвода, заключается в том, что точка схода этих лучей служит предметом, а круговой малый просвет ( 0,1 мм) в центре сетки коллиматора рассматривается как его действительное изображение отрицательной линзой при соответствующем увеличении ( 10^х) и как источник света, падающего на объектив коллиматора. В фотометрии установлено соотношение между силами I и I' указанных двух точечных источников предмета и его изображения линзой, выражаемое коэффициентом усиления силы их света в направлении оптической оси коллиматора с отрицательной линзой для параксиальной области: K_o ²_o (~100^x) и для соответствующих сходящихся пучков лучей с конечными апертурными углами и ': K _o Для определения коэффициента усиления при больших и даже равных 90^о углах можно пользоваться формулой для К, в частности для = 90^о.

K_max= при tg_к= 0,1 К_max 101^х.

В качестве примеров выполнения двухлинзового и однолинзового усилителей света их некоторые модификации представлены на фиг. 3-6, а их параметры сведены в следующую таблицу при Ф_к 20 мм, f_к 100 м, _к= 5,71^о, l 20 мм, h₁ 2 мм (см. фиг. 1).

Дополнительно к таблице можно отметить случай вырождения при = 0, К 1 отрицательной линзы в плоскопараллельную пластинку r₁=r₂= которая в этом случае может выполнять функцию окошка и защиты полости прицела от загрязнений.

В качестве примеров выполнения 1 варианта предлагаемого коллиматорного прицела с усилителем силы света сходящегося пучка лучей, проходящего через просветы сетки коллиматора к его объективу, от дневного небосвода на фиг. 7-11 представлены схематически несколько характерных из большего числа возможных его модификаций.

На фиг. 7 и 8 представлены два прицела с минимальным продольным размером и, следовательно, с большим угловым полем зрения через его окно 16, но с относительно большим поперечным размером, соответствующим длине коллиматора с усилителем света, который направлен кверху (фиг. 7) или в правую сторону от стрелка (фиг. 8).

На фиг. 9 представлен прицел также с относительно малым поперечным, но с большим продольным размером, аналогичный прототипу. Путем излома оси коллиматора с помощью зеркал 15 удается сократить продольный размер прицела, как показано на фиг. 10 и 11. Его работа состоит в том, что усиленный линзой 3 сходящийся пучок лучей от небосвода с большим апертурным углом проходит через просвет сетки 1 к коллимационному объективу 11, отражаясь от двух зеркал 15 с малой апертурой, и после выхода из объектива становится параллельным и, отражаясь от полупрозрачного зеркала 12, направляется в глаз стрелка, который видит через него в окно 16 мнимое изображение просвета сетки оптическую мушку прицела на фоне удаленной местности с целью.

В еще большей степени можно сократить габариты прицела в его втором кристаллоптическом варианте, как показано на фиг. 12 и 13. В последних случаях прицел становится весьма компактным и с увеличенным угловым полем зрения по сравнению с прототипом и в этом имеет несомненные преимущества перед предыдущими, как охотничий прицел. Его работа состоит в том, что усиленный линзой 3 сходящийся пучок лучей от небосвода с большим апертурным углом проходит через просвет сетки 1 к коллимационному объективу 11, отражаясь от двух зеркал 15 и полупрозрачного зеркального покрытия поляроида 17 с малой апертурой, и выходит из объектива 11 параллельным в глаз стрелка, который видит через него, т.е. в окно 16 прицела, мнимое изображение сетки на фоне удаленной местности с целью в обыкновенных лучах, а саму местность с целью в необыкновенных лучах.

Во всех перечисленных прицелах изображен один из возможных усилителей света, представленных на фиг. 2-6, а именно однолинзовый усилитель света, представленный на фиг. 6. Очевидно, что любой из остальных также может быть применен в указанных прицелах.

Предлагаются также соответствующие варианты перечисленных модификаций коллиматорного прицела с дополнительным искусственным точечным источником света, питаемым от малогабаритной батарейки с выключателем, с целью его использования не только в дневное время, но и в сумеречное и даже ночное время при различимых в его поле зрения целях с возможностью поочередного совмещения фокуса коллимационного объектива с точечным источником и с центром сетки коллиматора при помощи соответствующего механического или оптического переключателя, примеры выполнения которого представлены на фиг. 14-16. Точечным источником служит излучающая площадка с размерами 2 х 5 мкм полупроводникового лазера 19 видимого излучения или светодиод с соответствующей диафрагмой или сеткой, или же светодиод 20 с протяженным источником света, как показано на фиг. 17, где 18 поворотное вокруг оси 18' зеркало для переключения сходящихся в центр сетки 1 пучков лучей от линзы 3 и от светодиода 20, которое может быть выполненным, в частности, фиксированным и полупрозрачным.

Предлагаемый коллиматорный прицел в той или иной его модификации может заинтересовать охотников-любителей и профессионалов, он будет конкурентно способен относительно известных коллиматорных прицелов и, следовательно, ему будет обеспечен большой спрос при соответствующей конструкторской, дизайнерской и технологической его разработке для серийного производства.

Формула изобретения

1. Коллиматорный прицел, содержащий корпус и расположенный в нем коллиматор, включающий объектив, в фокальной плоскости которого расположена сетка, полупрозрачное зеркало, установленное перед объективом под углом в 45^o к его оси, и юстировочный двухкоординатный механизм для наклонов визирной оси вокруг перпендикулярных к ней вертикальной и горизонтальной осей, отличающийся тем, что перед сеткой коллиматора, ось которого вблизи сетки вертикальна, введена внешняя линза с оптической силой 0 и с апертурным углом _e сходящегося в центр сетки пучка лучей, удовлетворяющим условию _{e к}, где _к апертурный угол объектива.

2. Прицел по п. 1, отличающийся тем, что в него введена отрицательная линза, установленная перед внешней линзой в контакте с ней.

3. Прицел по пп.1 и 2, отличающийся тем, что между объективом и сеткой коллиматора введено зеркало, установленное под углом 45^o к оси объектива.

4. Прицел по пп.1 и 2, отличающийся тем, что между объективом и сеткой коллиматора введены два взаимно перпендикулярные зеркала, одно из которых установлено под углом 45^o к вертикальной оси объектива.

5. Прицел по пп.1 - 4, отличающийся тем, что в него введен полупроводниковый лазер с точечным источником видимого излучения и переключателем для поочередного совмещения фокуса объектива коллиматора с центром сетки и точечным источником излучения, при этом переключатель выполнен в виде поворотного зеркала, установленного вблизи сетки внутри коллиматора, или в виде смещаемой ползушки со смонтированными на ней полупроводниковым лазером и корпусом с сеткой и внешней линзой.

6. Прицел по пп.1 - 4, отличающийся тем, что в нем установлены светодиод и подвижное или неподвижное полупрозрачное зеркало, расположенное между сеткой и внешней линзой или между сеткой и светодиодом под углом 45^o к пересекающимся под прямым углом осям коллиматора вблизи его сетки и внешней линзы или светодиода.

7. Коллиматорный прицел, содержащий первый оптический канал, включающий входной поляроид, объектив, выполненный в виде линзы, склеенной из положительной линзы из кристалла исландского шпата и отрицательной линзы из стекла, при этом объектив выполнен афокальным для необыковенных лучей и с конечным фокусным расстоянием для обыкновенных лучей, отличающийся тем, что в него введен дополнительный оптический канал, включающий внешнюю линзу с оптической силой 0, сетку, два взаимно перпендикулярных зеркала, входной поляроид и объектив, причем оптическая ось кристалла в положительной линзе объектива установлена вертикально и образует с осью этой линзы вертикальную базисную плоскость, входной поляроид выполнен с полупрозрачным покрытием со стороны объектива, установлен перпендикулярно базисной плоскости под углом 45^o к оси объектива и ориентирован в положении, при котором направление колебаний прошедшего поляризованного света параллельно базисной плоскости, при этом апертурный угол _e сходящегося в центр сетки пучка лучей и апертурный угол _к объектива удовлетворяют соотношению _{e к}. 8. Прицел по п.7, отличающийся тем, что в него введен полупроводниковый лазер с точечным источником видимого излучения и переключателем для поочередного совмещения фокуса объектива с центром сетки и точечным источником излучения, при этом переключатель выполнен в виде поворотного зеркала, установленного вблизи сетки внутри коллиматора, или в виде смещаемой ползушки со смонтированными на ней полупроводниковым лазером и корпусом с сеткой и внешней линзой.

9. Прицел по п.7, отличающийся тем, что в нем установлены светодиод и подвижное или неподвижное полупрозрачное зеркало, расположенное между сеткой и внешней линзой или между сеткой и светодиодом под углом 45^o к пересекающимся под прямым углом осям коллиматора вблизи его сетки и внешней линзы или светодиода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18