ОПТИЧЕСКИЙ ПРИЦЕЛ С ДИСКРЕТНОЙ СМЕНОЙ УВЕЛИЧЕНИЯ

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к оптическим прицелам, и может быть использовано, например, в стрелковых, охотничьих, спортивных оптических прицелах, обеспечивающих возможность наблюдения объектов со сменным увеличением и соответственно со сменным полем зрения.

Как известно, наличие сменного увеличения повышает эксплуатационные характеристики оптического прицела, обеспечивая возможность поиска объектов при низком увеличении и соответственно широком поле зрения и возможность прицеливания - при большом увеличении и соответственно узком поле зрения. Для эксплуатации оптических прицелов на дальностях прямого выстрела, требующих быстрой смены увеличения, пользователи часто отдают предпочтение прицелам с дискретной сменой увеличения по сравнению с прицелами с панкратической сменой увеличения. В качестве примера можно привести оптический прицел с дискретной сменой увеличения Specter DR фирмы Raytheon [Проспект Raytheon ELCAN Optical Technologies Specter DR Dual Role 1,5-6x Combat Sight, http://www.elcan.com [1]]. Прицел обеспечивает дискретную смену увеличения 1,5 и 6 крат, угловое поле соответственно 16 и 4 градуса, удаление выходного зрачка 70 мм, диаметр входного зрачка 42 мм, имеет длину 184 мм, массу 700 г. Основной недостаток - внешняя выверка прицела на оружии.

Классическим примером прицела с внутренней выверкой на оружии является прицел ПСО-1 и его модификации, состоящий из объектива, сетки, перемещаемой перпендикулярно оптической оси для изменения направления визирной оси прицела, оборачивающей системы и окуляра [Оружие и технологии России. Энциклопедия. XXI век: Т. XI: Оптико-электронная и лазерная техника / Издательский дом «Оружие и технологии», 2005 г. Раздел 4, «Прицелы для стрелкового оружия», с.254. [2]].

Недостатком прицелов типа ПСО-1 и его модификаций является большая длина прицела вдоль оптической оси, отсутствие смены увеличения, а также низкое сумеречное число. Так, оптический прицел с увеличением 4 крата и диаметром входного зрачка 24 мм имеет длину 375 мм, его сумеречное число составляет 9,8.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство, является создание оптического прицела с дискретной сменой увеличения и внутренней выверкой с высокими техническими и эксплуатационными характеристиками: отсутствием увода визирной линии при смене увеличения, с длиной не более 200 мм, неизменным положением глаза наблюдателя при смене увеличения, высоким качеством изображения в широком температурном диапазоне эксплуатации и повышенным разрешением в сумерках.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в реализации дискретной смены увеличения (с перепадом не менее 4 крат) и соответственно поля зрения в оптической системе прицела, в уменьшении длины оптической системы (длина не более 200 мм), в обеспечении одинаковой величины удаления выходного зрачка для каждого из увеличений, в повышении сумеречного числа, в обеспечении термостабильности оптической системы с одновременным сохранением внутренней выверки и высокого качества изображения в пределах всего поля для каждого из увеличений.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в оптическом прицеле с дискретной сменой увеличения, состоящем из объектива, сетки, перемещаемой перпендикулярно оптической оси для изменения направления визирной оси прицела, оборачивающей системы и окуляра, оборачивающая система выполнена из четырех компонентов, первый и третий из которых выводятся из хода лучей при смене увеличения, при этом выполняются следующие соотношения:

где φ₁, φ₂, φ₃, φ₄ - оптические силы первого, второго, третьего и четвертого компонентов оборачивающей системы;

- фокусное расстояние объектива;

- относительное отверстие объектива;

- удаление выходного зрачка прицела от последней поверхности окуляра;

l_обор - длина оборачивающей системы (расстояние вдоль оптической

оси между плоскостями предметов и изображений в оборачивающей системе);

L - длина оптической системы прицела (расстояние вдоль оптической оси между первой по ходу лучей преломляющей поверхностью объектива и последней преломляющей поверхностью окуляра);

Δn/ΔT - величина температурного изменения показателя преломления материалов линз оптической системы.

Предлагаемые признаки являются существенными, так как они влияют на получение технического результата и находятся с ним в причинно-следственной связи, а именно:

Выполнение оборачивающей системы из четырех компонентов, первый и третий из которых выводятся из хода лучей при смене увеличения, при одновременном соблюдении соотношений (1) обеспечивает возможность реализации дискретной смены увеличения и соответственно поля зрения, до 4 крат и одинакового положения выходного зрачка системы при каждом из увеличений.

Выполнение соотношений (2) и (3) позволяет уменьшить длину оптической системы и повысить сумеречное число.

Выполнение соотношений (3) в совокупности с соотношениями (1) и (2) позволяет обеспечить термостабильность оптической системы.

В частном случае исполнения объектив может быть выполнен в виде расположенных по ходу лучей двухлинзового склеенного компонента, положительного мениска, отрицательного компонента и положительной коллективной линзы, первый и третий компоненты оборачивающей системы выполнены в виде двухлинзового склеенного компонента и одиночной линзы, при этом одиночные линзы первого и третьего компонентов оборачивающей системы расположены со стороны второго компонента оборачивающей системы; второй компонент оборачивающей системы выполнен в виде двухлинзового склеенного компонента; четвертый компонент оборачивающей системы выполнен в виде двух, а окуляр - в виде трех одиночных линз. Вывод из хода лучей первого и третьего компонента оборачивающей системы при смене увеличения может осуществляться путем их совместного разворота вокруг оси, расположенной перпендикулярно оптической оси прицела. Отрицательный компонент объектива может быть выполнен в виде двояковогнутой линзы и положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к плоскости изображений объектива. Положительная коллективная линза объектива может быть выполнена в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к плоскости изображений объектива. Четвертый компонент оборачивающей системы может быть выполнен в виде двух положительных менисков, обращенных выпуклыми поверхностями друг к другу. Четвертый компонент оборачивающей системы может быть выполнен в виде двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного к двояковыпуклой линзе своей вогнутой поверхностью. Окуляр может быть выполнен в виде двояковогнутой линзы, положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к двоявовогнутой линзе, и двояковыпуклой линзы. Отрицательный компонент объектива может иметь небольшую подвижку вдоль оптической оси объектива.

Выполнение компонентов оптической схемы прицела вышеописанным образом при одновременном выполнении соотношений (1)-(3) позволяет сохранить высокое качество изображения в пределах всего поля для каждого из увеличений.

Выполнение объектива вышеописанным образом и соблюдение соотношений (2) и (3) позволяет сохранить высокое качество изображения в плоскости делений сетки, сохранить внутреннюю выверку прицела и обеспечить отсутствие увода визирной линии при смене увеличения.

Осуществление вывода первого и третьего компонента оборачивающей системы при смене увеличения путем их совместного разворота вокруг оси, расположенной перпендикулярно оптической оси прицела, позволяет осуществить быструю смену увеличений и повысить эксплуатационные характеристики прицела.

Указанная совокупность признаков позволяет получить необходимое и достаточное количество параметров для решения поставленной задачи и достижения технического результата.

Предложенный оптический прицел с дискретной сменой увеличения иллюстрируется с помощью оптической схемы в тонких компонентах, представленной на фиг. 1а и 1б. Оптический прицел состоит из объектива 1, сетки 2, компонентов 3-6 оборачивающей системы и окуляра 7. При этом характеристики компонентов удовлетворяют соотношениям (1)-(3). При расположении элементов схемы в соответствии с фиг. 1а в прицеле обеспечивается наибольшее видимое увеличение, а при выводе их хода лучей оптической системы компонентов 3 и 5 - наименьшее видимое увеличение (фиг. 1б). При этом перепад увеличений достигается не менее 4 крат, обеспечивается одинаковое положение выходного зрачка для каждого из увеличений и обеспечивается термостабильность оптической схемы.

В частном случае исполнения оптическая система прицела показана на фиг. 2а и 2б.

Оптическая система прицела состоит из расположенных по ходу лучей объектива 1, сетки 2, компонентов 3, 4, 5 и 6 оборачивающей системы и окуляра 7. Объектив 1 выполнен в виде расположенных по ходу лучей двухлинзового склеенного компонента 8, положительного мениска 9, отрицательного компонента 10 и положительной коллективной линзы 11; компонент 3 оборачивающей системы выполнен в виде двухлинзового склеенного компонента 12 и одиночной линзы 13; компонент 5 оборачивающей системы выполнен в виде одиночной линзы 15 и двухлинзового склеенного компонента 15; компонент 4 оборачивающей системы выполнен в виде двухлинзового склеенного компонента; компонент 6 оборачивающей системы выполнен в виде двух одиночных линз 17 и 18. Окуляр 7 выполнен в виде в виде трех одиночных линз 19, 20 и 21. Вывод из хода лучей компонентов 3 и 5 оборачивающей системы при смене увеличения осуществляется путем их совместного разворота вокруг оси, расположенной перпендикулярно оптической оси прицела. Отрицательный компонент 10 объектива может быть выполнен в виде двояковогнутой линзы 22 и положительного мениска 23, обращенного вогнутой поверхностью к плоскости изображений объектива. Компонент 6 оборачивающей системы может быть выполнен в виде двух положительных менисков 17 и 18, обращенных выпуклыми поверхностями друг к другу. Окуляр 7 выполнен в виде двояковогнутой линзы 19, положительного мениска 20, обращенного вогнутой поверхностью к двоявовогнутой линзе, и двояковыпуклой линзы 21. Отрицательный компонент 10 объектива может иметь небольшую подвижку вдоль оптической оси объектива. При этом выполняются соотношения (1)-(3). В частном случае исполнения положительная коллективная линза 11 выполнена в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к плоскости изображений объектива. В частном случае исполнения компонент 6 оборачивающей системы выполнен в виде двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного к двояковыпуклой линзе своей вогнутой поверхностью.

Устройство работает следующим образом. Излучение, идущее от объектов, с помощью линз объектива 1 формирует первое действительное, перевернутое изображение объектов в плоскости, с которой совмещается одна из плоскостей плоскопараллельной пластинки 2, на которой нанесена прицельная марка и шкалы. Далее линзы и компоненты, входящие в компоненты 3-6, создают второе действительное, прямое изображение объектов. Для изменения линейного размера второго действительного изображения, компоненты 3 и 5 выводятся из хода лучей, например, путем их совместного разворота вокруг оси, расположенной перпендикулярно оптической оси прицела, при этом положение плоскости второго действительного изображения остается неизменным. Положение плоскости второго действительного изображения показано на фиг. 2а и 2б в виде линии, перпендикулярной оптической оси и находящейся между компонентами 6 и 7. С плоскостью второго действительного изображения совмещается передняя фокальная плоскостью окуляра 7. Далее линзы окуляра формируют изображения объектов и прицельных знаков и шкал пластинки 2 в бесконечности. Одновременно компонент 5 и 6 при наибольшем увеличении (в положении, показанном на фиг. 2а) и компонент 6 при наименьшем увеличении (в положении, показанном на фиг. 2б) обеспечивают одинаковое местоположение промежуточного зрачка в пространстве между компонентном 6 и окуляром 7, что позволяет обеспечить практически неизменное положение выходного зрачка за окуляром прибора при смене увеличения. Для коррекции аметропии глаза наблюдателя и формирования изображения объектов и прицельной сетки на удобном для глаза расстоянии окуляр 7 перемещается вдоль оптической оси на величину диоптрийной подвижки. Для изменения направления визирной оси прицела в пространстве предметов с целью выверки прицела на оружии и (или) ввода поправок сетка 2 перемещается перпендикулярно оптической оси прицела.

В качестве примера конкретного исполнения приводится прицел с техническими характеристиками, указанными в таблице 1, и параметрами компонентов и линз, указанных в таблице 2.

Прицел имеет сменные увеличения: 6 и 1,5 крата, длину 192 мм. Диаметр входного зрачка прицела 42 мм, диаметр выходного зрачка составляет 7 мм и 10 мм при указанных увеличениях. Удаление выходного зрачка составляет 75-72 мм. Сумеречное число при увеличении 6 крат равно 15,8.

Как следует из табл. 1 и 2, в конкретном примере исполнения прицела имеют место следующие соотношения:

а) ; ; ;

которые удовлетворяют соотношениям (1);

б) ; ; ;

которые удовлетворяют соотношениям (2);

в) , что выше чем 1:1,6 и соответствует соотношению (3);

для изготовления линз применены марки материалов, имеющие следующие значения температурного изменения показателя преломления Δn/ΔT: -9·10^-6; -2·10^-6; 1,5·10^-6; 3·10^-6; 4·10^-6; 8·10^-6·10^-6 градус^-1, которые удовлетворяют соотношению (3).

Для подтверждения термостабильности оптической системы в диапазоне температур эксплуатации от -50 до +50°C в таблице 3 приведены среднеквадратичные значения угловых аберраций за окуляром прицела для центра поля зрения для двух значений увеличений, при этом материалом корпуса и промежутков между линзами является алюминиевый сплав и в системе отсутствуют какие-либо компенсационные подвижки компонентов.

В примере конкретного исполнения подвижка отрицательного компонента 10 в пределах 1 мм вдоль оптической оси может использоваться для фокусировки на близкие расстояния до объекта и устранения параллакса.

В оптической схеме прицела качество изображения на оси и по полю удовлетворяет критериям, применяемым к полевым наблюдательным приборам: среднеквадратические размеры аберрационных пятен рассеяния для всех точек поля не превышают 1-3 угловых минут за окуляром прибора. Предел разрешения не более 5″. Кроме того, необходимо отметить, что сумеречное число в примере конкретного исполнения составляет 15,8, что в 1,6 раза выше, чем в устройстве - наиболее близком аналоге. Чем выше сумеречное число, тем более мелкие элементы объекта можно разрешить в прибор при пониженной (сумеречной) освещенности.

Таким образом, получен прицел с дискретной сменой увеличения и соответственно поля зрения (с перепадом не менее 4 крат), имеющий длину менее 200 мм, одинаковое положение выходного зрачка при смене увеличения, обладающий повышенным значением сумеречного числа, термостабильностью в рабочем диапазоне температур эксплуатации при сохранением внутренней выверки и высокого качества изображения в пределах всего поля для каждого из увеличений.

Таким образом, реализация технических преимуществ предлагаемого прицела с дискретной сменой увеличения, обладающего совокупностью указанных отличительных признаков, позволяет создать оптический прицел с дискретной сменой увеличения и внутренней выверкой с высокими техническими и эксплуатационными характеристиками.

Литература

1. http://www.elcan.com. ELCAN Optical Technologies Specter DR Dual Role 1,5-6x Combat Sight.

2. Оружие и технологии России. Энциклопедия. XXI век: Т. XI: Оптико-электронная и лазерная техника / Издательский дом «Оружие и технологии», 2005 г.