Оптический прицел с дискретной сменой увеличения
OPTICAL SIGHT WITH DISCRETE CHANGE OF MAGNIFICATION

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.
Известен оптический прицел с дискретной сменой увеличения по патенту РФ №2547044 от 10.04.2015. Прицел содержит объектив, сетку, перемещаемую перпендикулярно оптической оси для изменения направления визирной оси прицела, оборачивающую систему и окуляр, причем оборачивающая система выполнена из четырех компонентов, первый и третий из которых выводятся из хода лучей при смене увеличения. Вариант исполнения прицела имеет сменные увеличения 6 и 1,5 крата, длину 192 мм, диаметр входного зрачка прицела составляет 42 мм, диаметр выходного зрачка соответственно 7 мм и 10 мм при указанных увеличениях. Удаление выходного зрачка составляет 75-72 мм, сумеречное число при увеличении 6 крат равно 15,8.
Недостатком данного оптического прицела с дискретной сменой увеличения является высокая трудоемкость изготовления оптики, связанная со значительным числом линзовых деталей разных форм и радиусов, сложность исполнения механических узлов, связанная с тем, что оборачивающая система выполнена четырехкомпонентной, а смена увеличения осуществляется вводом-выводом из хода лучей первого и третьего компонента оборачивающей системы, что может снизить эффективность и надежность работы прицела.
Наиболее близким по технической сущности является оптический прицел с дискретной сменой увеличения, описанный в патенте РФ №2700020 от 12.09.2019, оптическая система которого принята за прототип. Оптический прицел с дискретной сменой увеличения содержит однокомпонентную оборачивающую систему, выполненную перемещающейся при смене увеличения вдоль оптической оси в два крайних положения, состоящую из последовательно расположенных по ходу луча положительной двояковыпуклой линзы, отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, отрицательной двояковогнутой линзы, положительной плосковыпуклой линзы, обращенной плоскостью к предмету, и положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, объектив, выполненный из положительной двояковыпуклой линзы, отрицательного мениска, положительного мениска и положительной плосковыпуклой коллективной линзы, первую сетку, расположенную в фокальной плоскости объектива, окуляр, выполненный в виде четырех одиночных линз.
Вариант исполнения прицела имеет сменные увеличения 6 и 1,5 крата, длину 230 мм, диаметр выходного зрачка соответственно 6 и 10 мм при указанных увеличения. Сумеречное число при увеличении 6 крат равно 14,7.
Недостатком данного оптического прицела с дискретной сменой увеличения является сложное устройство оптической схемы, обусловленное наличием значительного числа линз сложной формы, в частности менисков с близкими по значению радиусами и двояковыпуклых линз с различающимися радиусами, что увеличивает трудоемкость изготовления, а также повышает вероятность «перевернуть» линзу при сборке, т.е. поставить ее не той стороной к падающему пучку лучей.
Техническая проблема заключается в создании оптического прицела с дискретной сменой увеличения с получением следующего технического результата: упрощение изготовления прицела, включая процессы сборки и юстировки, а также повышение технологичности прицела с сохранением быстрой смены увеличения, качественных характеристик и веса оптики прицела, а также улучшением комфортности восприятия поля зрения.
Указанный технический результат достигается следующим образом. Заявляемое устройство, как и прототип, содержит объектив, сетку, перемещаемую перпендикулярно оптической оси для изменения направления визирной оси прицела, однокомпонентную оборачивающую систему, выполненную перемещающейся при смене увеличения вдоль оптической оси в два крайних положения, и окуляр.
В отличие от прототипа компонент оборачивающей системы выполнен в виде симметричной конструкции из трех пар одинаковых линз. Первая пара – двояковыпуклые линзы, вторая пара – плосковыпуклые линзы, и третья пара – плосковогнутые линзы.
В частном случае исполнения вторая и третья пара линз оборачивающей системы могут быть склеены попарно.
В частном случае исполнения объектив может быть выполнен в виде четырех линз, последовательно расположенных по ходу лучей, первая из которых плосковыпуклая линза, обращенная выпуклостью к предмету, вторая – двояковыпуклая линза, третья – двояковогнутая линза, четвертая – плосковыпуклая линза, обращенная выпуклостью к предмету и выполняющая роль коллективной линзы.
В частном случае исполнения сетка может быть расположена между оборачивающей системой и окуляром и находиться в плоскости второго промежуточного изображения.
Также возможен вариант исполнения окуляра трехлинзовым, первая и вторая из которых склеены, при этом вторая и третья имеют двояковыпуклую форму.
Выполнение компонентов оптической схемы прицела вышеописанным образом позволяет сохранить быструю смену увеличения, а также улучшить комфортность восприятия поля зрения, при этом упрощается изготовление прицела, а также повышается технологичность прицела.
Заявляемый оптический прицел с дискретной сменой увеличения проиллюстрирован примером конкретного исполнения, приведенным на чертеже. Оптический прицел с дискретной сменой увеличения содержит объектив I, состоящий из линз 1-4, сетку II, установленную в плоскости промежуточного изображения, оборачивающую систему III, состоящую из линз 6-11, и окуляр V, состоящий из линз 13-15. Глаз наблюдателя помещен в выходном зрачке 16.
Объектив I выполнен в виде расположенных по ходу лучей плосковыпуклой линзы 1, обращенной выпуклостью к предмету, двояковыпуклой линзы 2, двояковогнутой линзы 3, плосковыпуклой линзы 4, обращенной выпуклостью к предмету. Компонент оборачивающей системы III выполнен в виде симметричной конструкции из трех пар одинаковых линз 6, 7, 10, 11 и плосковогнутых линз 8, 9. Первая пара – двояковыпуклые линзы 6 и 11, вторая пара – плосковыпуклые линзы 7 и 10, и третья пара – плосковогнутые линзы 8 и 9. При этом линзы 7, 8 и 9, 10 склеены попарно.
Окуляр V состоит из двояковогнутой линзы 13, и двух двояковыпуклых линз 14, 15 с одинаковыми радиусами. При этом линзы 13,14 склеены.
Параметры предлагаемого варианта исполнения оптического прицела с дискретной сменой увеличения:
увеличение, крат
1,5 и 6
угловое поле зрения, …°
16 и 4
диаметр входного зрачка, мм
42
диаметр выходного зрачка, мм
14 и 7
удаление выходного зрачка, мм
50
длина по оптической оси, мм
209
масса оптических деталей, г
130
диапазон выверки прицела, т.д.
±0-10
Принцип действия оптического прицела с дискретной сменой увеличения заключается в следующем.
Излучение, идущее от объектов, с помощью объектива «I» формируется в первое действительное, перевернутое изображение объектов в плоскости, с которой совмещается плоскость сетки II. Далее линзы 6, 7, 8, 9, 10 и 11, входящие в оборачивающую систему III, создают второе действительное, прямое изображение объектов в плоскости полевой диафрагмы IV. Для изменения увеличения прицела оборачивающая система III перемещается вдоль оптической оси из одного крайнего положения в другое, при этом положение плоскости второго действительного изображения остается неизменным, что обеспечивается следующими соотношениями:
OC
ОБ
OC= (3÷9)⋅ОС,
OC
OB
δ= (0,2÷0,6)⋅F,
OC
где OC – оптическая сила оборачивающей системы «III»;
ОБ
ОС – оптическая сила объектива «I» прицела;
ОС
δ – величина перемещения оборачивающей системы «III» вдоль оптической оси;
ОБ
F – фокусное расстояние объектива «I» прицела.
Выполнение этих соотношений обеспечивает быструю смену увеличения за счет малого продольного перемещения оборачивающей системы «III» вдоль оптической оси с сохранением качественных характеристик и веса оптики прицела. С плоскостью второго действительного изображения совмещается передняя фокальная плоскость окуляра «V». Далее окуляр «V» формирует изображения объектов, дальномерной шкалы и прицельных знаков сетки «II» в бесконечности. Одновременно оборачивающая система «III» в каждом из двух крайних положений обеспечивает практически неизменное положение выходного зрачка 16 за окуляром «V» прицела при смене увеличения. Для коррекции аметропии глаза наблюдателя и формирования изображения объектов и прицельной сетки «II» на удобном для глаза расстоянии, окуляр «V» 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 «II» может перемещаться перпендикулярно оптической оси прицела.
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 хуже 10''. Термостабильность оптической системы обеспечивается в диапазоне температур эксплуатации от -50 до +50°С без ухудшения разрешающей способности, при этом материалом корпуса и промежутков между линзами является алюминиевый сплав и в системе отсутствуют какие-либо компенсационные подвижки компонентов, кроме диоптрийной подвижки окуляра. Сумеречное число в рассмотренном варианте исполнения при увеличении 6 крат составляет 15,9, что заметно больше чем у аналога - 14,7.
Использование предлагаемой конструкции оборачивающей системы позволяет увеличить диаметр выходного зрачка и уменьшить длину прицела. При этом благодаря увеличению диаметра выходного зрачка повышается удобство пользования прицелом, поскольку облегчается (ускоряется) совмещение зрачка глаза с выходным зрачком прицела. Уменьшение длины прицела и увеличение сумеречного числа также служат повышению удобства пользования.
Выполнение оптических элементов оптического прицела с дискретной сменой увеличения унифицированными простой формы, а также подбор оптимального расположения элементов в узлах, упрощает конструкцию оптического прицела, что в свою очередь снижает трудоемкость изготовления прицела, а также упрощает юстировку и повышает технологичность прицела с сохранением быстрой смены увеличения, качественных характеристик и веса оптики прицела. При этом изготовление опытных образцов с использованием предлагаемой оптической системы показало снижение себестоимости прицела по сравнению с аналогами более чем в два раза.