ОПТИЧЕСКАЯ СХЕМА КОМПАКТНОГО КОЛЛИМАТОРНОГО ПРИЦЕЛА С КОМПЬЮТЕРНО-СИНТЕЗИРОВАННЫМ ГОЛОГРАММНЫМ ОПТИЧЕСКИМ ЭЛЕМЕНТОМ

Область техники
Полезная модель относится к топографическим коллиматорным прицелам, формирующим с помощью голограммного оптического элемента (ГОЭ) мнимое изображение прицельного знака, совмещаемое с объектом прицеливания (целью).
Уровень техники
Известен оружейный прицел в международной РСТ-заявке WO 2012061154 (А1) WEAPON SIGHT (МПК F41G 1/00, опубл. 2012-05-10), в которой на Fig. 15 представлена и в тексте описана оптическая схема сдвоенного прицела, содержащая помимо обычного (штатного) прицела дополнительный навесной электронно-управляемый компактный прицел. Оптическая схема этого прицела содержит схему компьютерно-синтезированных изображений, в том числе, изображений прицельных знаков с источником оптического излучения для этих изображений, коллимационный объектив, зеркальный элемент, светоделительный элемент, голограммный оптический элемент (ГОЭ) (опционный голограммный световод), с возможностью прохода излучения от источника через компактно расположенную совокупность коллимационного объектива и зеркального элемента, а также через компактно расположенную совокупность голограммного и светоделительного элементов с формированием в глазу пользователя прицела результирующего наложения изображения цели и голограммного изображения прицельного знака.
Недостатком данной оптической схемы прицела является значительно повышенное энергопотребление в активном режиме работы коллиматорного прицела из-за того, что использован электронно-управляемый ЖК-дисплей и электронно-управляемый источник оптического излучения.
Раскрытие полезной модели
Основным техническим результатом полезной модели является значительное снижение энергопотребления компактного голографического коллиматорного прицела с компьютерно синтезированным ГОЭ с несмещаемой центральной точкой прицельного знака, формируемой раздельно от обрамления прицельного знака.
Технический результат достигается тем, что предлагаемая оптическая схема компактного коллиматорного прицела содержит схему компьютерно-синтезированного изображения прицельного знака с источником оптического излучения для этого изображения, коллимационный объектив, зеркальный элемент, ГОЭ, светоделительный элемент, с возможностью прохода излучения от источника через компактно расположенную совокупность коллимационного объектива и зеркального элемента, а также через компактно расположенную совокупность голограммного и светоделительного элементов с формированием в глазу пользователя прицела результирующего наложения изображения цели и голограммного изображения прицельного знака. Причем ГОЭ представляет собой компьютерно-синтезированную голограмму обрамления центральной точки прицеливания прицельного знака, причем в качестве опорного луча голограммы использован луч, направленный на центральную точку прицеливания прицельного знака с возможностью при считывании голограммного изображения с ГОЭ формирования изображения центральной точки прицеливания на оси считывающего луча при соответствующей фокусировке этого луча. При этом из состава элементов компьютерно-синтезированного голограммного изображения прицельного знака выделен луч, формирующий изображение центральной точки прицеливания прицельного знака, и этот луч использован в качестве опорного луча при компьютерной записи голограммы, а в составе объектного луча ГОЭ использованы элементы обрамления центральной точки прицеливания прицельного знака.
Преимущественно в ГОЭ использована компьютерно-синтезированная голограмма Габора, а светоделительным элементом является куб-призма или плоскопараллельная пластина с отражением до 50% на длине волны полупроводникового источника оптического излучения и расположенная под углом в диапазоне 10…80 угловых градусов к продольной оси прицела, то есть оси между глазом и целью.
На фиг. 1 представлена предлагаемая оптическая схема компактного топографического коллиматорного прицела.
Осуществление полезной модели
Оптическая схема прицела показана на фиг. 1. Обозначены позиции: 1 - источник оптического излучения; 2 - коллимационный объектив; 3 - зеркальный элемент; 4 - компьютерно-синтезированный ГОЭ; 5 - пластина плоскопараллельная с отражением до 50% на длине волны полупроводникового источника излучения (светоделительный элемент); 6 - глаз; 7 - цель на большом расстоянии (с мнимым изображением прицельного знака) (прим.: глаз и цель - в оптическую схему прицела как устройства - не входят).
Пучок света от источника оптического излучения 1 (полупроводникового источника излучения: лазерного диода или светодиода), пройдя через коллимационный объектив 2 (микрообъектив) и перенаправляясь с помощью зеркального элемента 3, увеличивает свою апертуру до размера голограммы и коллимируется. Далее луч попадает на ГОЭ 4 с записанной на нем голограммой Габора прицельного знака. Далее луч лазера совместно со считанным изображением голограммы направляется на светоделительный элемент 5 (плоскопараллельную пластину или светоделительный кубик). Часть отраженного светового пучка направляется в глаз 6 пользователя прицела. Юстировка оптической схемы производится так, чтобы ось светового пучка, идущего в глаз, совпадала с осью ствола оружия, направленного в сторону цели 7. На этой оси наблюдатель видит мнимое изображение центральной точки прицеливания прицельного знака, наводимого на цель 7, а вокруг этой точки - восстановленное с ГОЭ изображение обрамления центральной прицельной точки. Дифрагированный в ГОЭ в нулевом и плюс/минус первом порядках пучок лазерного света восстанавливает изображение прицельного знака и направляется на светоделительный элемент (плоскопараллельную пластину, полупрозрачное зеркало или куб-призму). Взаимное угловое расположение здесь не столь важно, оно может быть в достаточно больших диапазонах.
Пример реализации оптической схемы компактного коллиматорного прицела включает в себя: светодиод 1, излучающий на длине волны 650 нм, коллимирующий объектив 2 и поворотное зеркало 3, установленное под углом 45 градусов к падающему излучению. Сформированный таким образом коллимированный пучок света направляется под углом 90 градусов на компьютерно-синтезированный ГОЭ 4, где, дифрагируя в нулевом и плюс/минус первом порядках, восстанавливает изображение прицельного знака и направляется на плоскопараллельную пластину 5 с отражением 20% на длине волны излучения светодиода.
В отличие от прототипа, наиболее схожего в схематичном плане по функциональному набору элементов оптической схемы прицела и связей между ними, снижение энерпотребления в активном режиме работы прицела обусловлено тем, что использовано ГОЭ с заранее компьютерно-синтезированной голограммой прицельного знака (точнее: обрамления центральной точки прицеливания прицельного знака), и на практике составляет около 20 мВт в сравнении с энергопотреблением прототипной схемы около 150 мВт (в прототипе в первую очередь энергия идет на запитку электронно-управляемого ЖК-совмещенного источника (OLED-дисплей) (с работой на отражение света, а в предлагаемой полезной модели цифровой ГОЭ с работой на пропускание света, хотя и с коэффициентом до 50%, а для визуализации этого голограммного изображения - светоделительный кубик (как в прототипе) или наклонная (в диапазоне 10…80 угловых градусов к продольной оси прицела, то есть оси между глазом и целью) плоскопараллельная пластина с отражением до 50% на длине волны полупроводникового источника оптического излучения.
Поскольку при изменении температуры окружающей среды происходит изменение длины волны света, излучаемого лазером, что приводит к смещению изображения прицельного знака от оси прицеливания, обычно в оптическую схему прицела вводится компенсирующая система в виде дифракционной решетки или комбинации призм с дифракционной решеткой. В предлагаемой оптической схеме голографического прицела стабилизация положения изображения прицельного знака при изменении длины волны считывающего лазера достигается за счет использования цифровой голограммы Габора в качестве ГОЭ, на котором записано изображение прицельного знака (точнее: обрамления центральной точки прицеливания прицельного знака). Запись ГОЭ производится с использованием компьютерного синтеза голограммы. Поскольку записанное на голограмму изображение прицельного знака должно восстанавливаться на значительном удалении от ГОЭ, структура интерференционной картины голограммы рассчитывается компьютером как Фурье-преобразование изображения прицельного знака (с использованием в качестве опорного луча, формирующего изображение точки прицеливания). Затем эта структура выводится на жидко-кристаллический транспарант и переснимается с него на голографический носитель с расчетным уменьшением.
Запись голограммы Габора для прицела: структура интерференционной картины, записываемой на голограмму, формируется путем компьютерного синтеза и выводится на апертуру ЖК-транспаранта, полученное изображение оптически перепроецируется на поверхность топографического носителя, производится экспонирование сфокусированного изображения и при необходимости фотохимическая обработка носителя. Также при цифровой записи ГОЭ для Габора используется тот факт, что обрамление прицельного знака представляет собой осесимметричную картину. В соответствии с этим для записи требуется половина этой картины. Вторая половина формируется при считывании, как минус первый дифракционный порядок. Использование компьютерного синтеза позволяет в частности при формировании голограммы учитывать нелинейные свойства используемого для записи голограммы светочувствительного материала и повысить за счет этого качество считываемого изображения прицельного знака.
Что касается формирования центральной точки прицеливания голограммного прицельного знака, то у этой точки нет зависимости от изменений длины волны лазерного источника, что является общей проблемой для топографических коллиматорных прицелов. В известных топографических прицелах точка прицеливания и обрамляющие ее элементы прицельного знака входят в состав объектного луча, записываемого на голограмму (ГОЭ). Опорный луч формируется дополнительно. В процессе считывания изображения прицельного знака все элементы этого изображения формируются как результат дифракции считывающего луча на ГОЭ и, соответственно, все они испытывают сдвиг при изменении длины волны считывающего луча. Сам же считывающий луч (бывший при записи ГОЭ опорным лучом), проходя сквозь голограмму, никакого сдвига не испытывает. Эти сведения привели к идее выделить из состава элементов изображения прицельного знака, записываемого на голограмму, луч, формирующий изображение точки прицеливания, и использовать его в качестве опорного луча при записи голограммы, а в составе объектного луча использовать остальные элементы изображения прицельного знака (обрамление точки прицеливания). В результате ГОЭ преобразуется в голограмму Габора и при считывании с нее изображение центральной точки прицеливания не испытывает смещения при изменении длины волны считывающего пучка света, так как это изображение точки прицеливания создается считывающим лучом, который не испытывает дифракции. Записываемое на голограмму Габора остальное изображение представляет собой используемое обычное обрамление центральной точки прицеливания.
Таким образом, в качестве опорного луча голограммы использован луч, направленный на центральную точку прицеливания прицельного знака с возможностью при считывании голограммного изображения с ГОЭ формирования изображения центральной точки прицеливания на оси считывающего луча при соответствующей фокусировке этого луча. При этом из состава элементов компьютерно-синтезированного голограммного изображения прицельного знака выделен луч, формирующий изображение центральной точки прицеливания прицельного знака, и этот луч использован в качестве опорного луча при компьютерной записи голограммы, а в составе объектного луча ГОЭ использованы элементы обрамления центральной точки прицеливания прицельного знака.