Оптическое прицельное устройство

Оптическое прицельное устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к оптическим прицелам, и может быть использовано при создании коллиматорных прицелов для стрелкового, например, охотничьего оружия.

Известны оптические прицельные устройства, представляющие собой коллиматорный прицел, описанные, например, в патентах [1, 2]. Они обеспечивают возможность одновременного наблюдения прицельной световой марки на цели и района расположения цели, что позволяет быстро и точно осуществлять прицеливание.

Однако эти устройства обладают недостаточно высокой точностью прицеливания из-за наличия большого числа узлов, блоков и оптически сопряженных компонентов, отсутствия оптимального согласования линейных размеров марки с параметрами объектива. Кроме того, этим устройствам свойственна низкая помехозащищенность в условиях прицеливания при высоком уровне внешней помехи.

Наиболее близким аналогом к заявляемому оптическому прицельному устройству является коллиматорный прицел, описанный в патенте [3]. Он содержит объектив, состоящий из пары линз, склеенных друг с другом, причем вогнутая поверхность склейки является частично отражающей (в сторону наблюдателя), и прицельного узла, состоящего из установленной под острым углом к оптической оси объектива и расположенной в его фокальной плоскости диафрагмы с размещенным за ней источником излучения. Данное устройство обеспечивает возможность одновременного наблюдения световой марки на цели и района расположения цели, что позволяет быстро находить цель и осуществлять точное прицеливание. Однако в этом устройстве прицельная ось составляет острый угол с оптической осью системы, формирующей изображение прицельной марки, из-за чего появляется параллакс (двоение изображения) и вносятся неустранимые аберрации, наличие которых приводит к ухудшению качества изображения и возникновению дополнительного параллакса.

Задачей изобретения является создание оптического прицельного устройства в виде коллиматорного прицела с повышенными техническими характеристиками.

Технический результат - повышение качества изображения, устранение параллакса, уменьшение габаритов и упрощение конструкции.

Он достигается тем, что в прицельном устройстве для дневного и ночного наблюдения, состоящем из коллиматорной системы в виде двухлинзового склеенного объектива, на одной из поверхностей которого нанесено интерференционное спектроделительное покрытие, и источника света, расположенного вне оптической оси, в отличие от известного, объектив выполнен в виде отрицательного и положительного квазиафокальных менисков, обращенных вогнутыми поверхностями друг к другу, с интерференционным спектроделительным покрытием на вогнутой поверхности первого от предмета отрицательного мениска и расположенного за вторым положительным мениском светоделительного кубика, склеенного из двух одинаковых призм с интерференционным спектроделительным покрытием на склеенной гипотенузной грани одной из призм, причем одна из катетных граней первой по ходу лучей призмы перпендикулярна оптической оси и обращена к объективу, а вблизи второй грани располагается источник света, при этом выполняются соотношения:

1<(r₁/r₂)<1,5;

1<(r₃/r₄)<1,25;

-5<(r₁/r₄)< - 1;

(r₁/r₂)·d₁<15;

(r₃/r₄)·d₃<5,

где r₁, r₂, r₃, r₄ - радиусы кривизны поверхностей объектива,

d₁ и d₃ - толщина первого и второго мениска соответственно.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена оптическая схема прицельного устройства;

на фиг.2 - графики аберраций оптической системы прицельного устройства;

на фиг.3 - графики аберраций для точки на оси и вне оси оптической системы, формирующей прицельную марку в обратном ходе лучей.

Оптическое прицельное устройство (фиг.1) включает в себя объектив, выполненный в виде двух квазиафокальных менисков, отрицательного 1 и положительного 2, обращенных вогнутыми поверхностями друг к другу, с интерференционным спектроделительным покрытием на вогнутой поверхности отрицательного мениска 1 и светоделительного кубика, склеенного из двух одинаковых призм 3 и 4 с интерференционным спектроделительным покрытием на склеенной гипотенузной грани одной из призм. В качестве источника излучения используется светодиод 5, размещенный вблизи одной из катетных граней первой по ходу лучей призмы, а вторая грань этой призмы перпендикулярна оптической оси. Учитывая, что светоделительный кубик состоит из двух одинаковых призм, склеенных гипотенузными гранями, поверхность склейки призм располагается под углом 45° к оптической оси, а источник света располагается под углом 90° к оптической оси.

В соответствии с предложенным техническим решением рассчитан вариант оптической системы прицельного устройства, конструктивные параметры которого представлены в таблице. Объектив имеет соотношения: (r₁/r₂)=1,21; (r₃/r₄)=1,02; (r₁/r₄)= - 2,69; (r₁/r₂)·d₁=14,5; (r₃/r₄)·d₃=4,59. Фокусное расстояние первого мениска f'₁= - 1370 мм, второго мениска f'₂=1500 мм. Оптическая система прицельного устройства имеет характеристики: видимое увеличение Г=0,997 крат; угловое поле 2ω=1°; диаметр входного зрачка D_вх=26 мм.

Для осевой точки (фиг.2) телескопическая оптическая система в спектральном диапазоне Δλ=F...С и λ₀=λе имеет суммарные аберрации не более 50 угловых секунд, что меньше аберраций глаза человека. Оптическая система, формирующая прицельную марку (фиг.3) в обратном ходе лучей, имеет характеристики: фокусное расстояние f'=50,05 мм; вершинный отрезок S'_F=5,23 мм; относительное отверстие 1:2; угловое поле 2ω=3°. Поперечная аберрация для λ=650 нм для осевой точки не более Δу'=0,005 мм и для внеосевой точки не более Δу'=0,01 мм.

Предлагаемое оптическое прицельное устройство работает следующим образом: свет от фона и цели, расположенных в бесконечности со стороны мениска 1, проходит, преломляясь, через мениски 1 и 2 (фиг.1), светоделительный кубик, состоящий из призм 3 и 4, и формирует в бесконечно удаленной плоскости изображение фона и цели. Одновременно свет от источника проходит призму 3, отражаясь от гипотенузной грани с интерференционным спектроделительным покрытием, проходит, преломляясь, мениск 2 объектива, отражается от интерференционного спектроделительного покрытия вогнутой поверхности мениска 1, проходит, преломляясь, мениск 2 и светоделительный кубик, состоящий из призм 3 и 4, и формирует в бесконечно удаленной плоскости изображение прицельной марки. При расположении глаза в выходном зрачке одновременно просматривается фон, цель и прицельная марка, что повышает точность прицеливания.

Благодаря тому обстоятельству, что коллиматорный объектив имеет увеличение 1 крат, он может использоваться как при монокулярном, так и бинокулярном способах прицеливания. Способ прицеливания выбирается стрелком из условий освещенности, требуемой оперативности прицеливания и собственных опыта и навыков.

Таблица
Конструктивные параметры оптической схемы прицельного устройства
Г=1*	D = 26, мм	2ω=1°
r	d	Материал
119,4		воздух
99,08	12	K8
-45,29	4	воздух
-44,26	4,5	К8
∞	17	воздух
	31	К8
∞		воздух

При монокулярном способе прицеливания стрелок, совмещая глаз со световой трубкой, проходящей через оптическую ось прицельного устройства и имеющей размер (диаметр), равный световому диаметру последней оптической детали, одновременно наблюдает цель и прицельную марку, формируемую источником излучения при помощи светоделительного кубика 3, 4 и объектива 1 и 2.

В условиях сумеречной освещенности, при недостаточной яркости изображения цели, видимой через прицельное устройство, возможно использование бинокулярного способа прицеливания, при котором правый глаз стрелка видит изображение прицельной марки, а левый глаз визирует цель. Изображения, фиксируемые правым и левым глазами, синтезируют в сознании стрелка единый образ, и в итоге он видит цель, на фоне которой четко различается прицельная марка. При этом ось ствола оружия совмещается им с выбранным участком на поверхности цели.

Выполнение оптического прицельного устройства в соответствии с предлагаемым изобретением обеспечивает следующие технические результаты:

- монокулярный способ прицеливания;

- бинокулярный способ прицеливания;

- повышение качества изображения;

- отсутствие эффекта параллакса;

- небольшие габариты устройства;

- возможность ведения стрельбы навскидку и по быстро перемещающимся целям;

- устойчивость к ударным нагрузкам.

При этом к признакам, отличающим предлагаемое изобретение от наиболее близкого аналога, следует отнести конструктивные особенности объектива, выполненного из отрицательного и положительного квазиафокальных менисков, обращенных вогнутыми поверхностями друг другу, что позволяет повысить качество изображения как цели (фиг.2), так и прицельной марки (фиг.3), уменьшить параллакс [4] и перемещать прицельную марку для введения поправок без ухудшения качества изображения и параллакса, при одновременном уменьшении габаритов и упрощении конструкции.

Источники информации

1. Патент США №4695159, НКИ 356/247, МКИ G 01 С 09/02, опубл. 1987 г.

2. Патент США №4764011, НКИ 356/25, МКИ G 02 В 23/10, опубл. 1988 г.

3. Патент США №4665622, НКИ 33/241, МКИ F 41 G 1/32, опубл. 1987 г.

4. Справочник «Вычислительная оптика» под общей редакцией проф. М.М.Русинова, Ленинград: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1984 г., стр.317.

Оптическое прицельное устройство для дневного и ночного наблюдения, состоящее из коллиматорной системы в виде двухлинзового склеенного объектива, на одну из поверхностей которого нанесено интерференционное спектроделительное покрытие, и источника света, расположенного вне оптической оси, отличающееся тем, что объектив выполнен в виде отрицательного и положительного квазиафокальных менисков, обращенных вогнутыми поверхностями друг к другу, с интерференционным спектроделительным покрытием на вогнутой поверхности первого от предмета отрицательного мениска и расположенного за вторым положительньм мениском светоделительного кубика, склеенного из двух одинаковых призм с интерференционным спектроделительным покрытием на склеенной гипотенузной грани одной из призм, причем одна из катетных граней первой по ходу лучей призмы перпендикулярна оптической оси и обращена к объективу, а вблизи второй грани располагается источник света, при этом выполняются соотношения:

1<(r₁/r₂)<1,5;

1<(r₃/r₄)<1,25;

-5<(r₁/r₄)<-1;

(r₁/r₂)d₁<15;

(r₃/r₄)d₃<5;

где r₁, r₂, r₃, r₄ - радиусы кривизны поверхностей объектива;

d₁ и d₃ - толщина первого и второго мениска соответственно.