ОПТИЧЕСКИЙ ПРИЦЕЛ С ДИСКРЕТНОЙ СМЕНОЙ УВЕЛИЧЕНИЯ
OPTICAL SIGHT WITH DISCRETE CHANGE OF MAGNIFICATION

Предлагаемое изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть применено в качестве стрелкового, охотничьего, спортивного оптического прицела, обеспечивающего возможность наблюдения объектов со сменным увеличением и соответственно со сменным полем зрения в самых разнообразных условиях эксплуатации.
Известен 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).
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.
Наиболее близким по технической сущности является оптический прицел с дискретной сменой увеличения (патент РФ №2547044, опубл. 10.04.2015), оптическая система которого принята за прототип. 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 этого оптического прицела с дискретной сменой увеличения является высокая трудоемкость изготовления оптики, связанная со значительным числом линзовых деталей (общее количество линз в оптической схеме прицела равно 19), 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.
Задачей настоящего изобретения является создание оптического прицела с дискретной сменой увеличения с уменьшенным количеством линзовых деталей и с оборачивающей системой, исключающей способы ввода-вывода компонентов из хода лучей, с сохранением быстрой смены увеличения, качественных характеристик и веса оптики прицела, с улучшением комфортности восприятия поля зрения.
Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в оптическом прицеле с дискретной сменой увеличения, содержащем объектив, сетку, перемещаемую перпендикулярно оптической оси для изменения направления визирной оси прицела, оборачивающую систему и окуляр, в отличие от известного, оборачивающая система выполнена из одного компонента, состоящего 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, положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, причем оборачивающая система перемещается вдоль оптической оси в два крайних положения при смене увеличения, при этом выполняются следующие соотношения:
,
,
OC
_
где OC оптическая сила оборачивающей системы;
OC
OC - оптическая сила объектива прицела;
OC
δ - величина перемещения оборачивающей системы вдоль оптической оси;
OБ
F - фокусное расстояние объектива прицела.
Такая оптическая система обеспечивает уменьшение количества линзовых деталей в оборачивающей системе и быструю смену увеличения за счет малого продольного перемещения оборачивающей системы вдоль оптической оси с сохранением качественных характеристик и веса оптики прицела.
Сущность изобретения по второму варианту заключается в том, что в оптическом прицеле с дискретной сменой увеличения, в отличие от известного, объектив выполнен в виде последовательно расположенных по ходу лучей положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к предмету, двухлинзового склеенного компонента и положительной плосковыпуклой коллективной линзы, обращенной выпуклостью к предмету, а окуляр выполнен в виде четырех одиночных линз, первая из которых положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, второй - двояковогнутая отрицательная линза, третий и четвертый - положительные двояковыпуклые линзы, при этом выполняется следующее соотношение:
4
где d - воздушный промежуток между отрицательным мениском и склеенным компонентом объектива;
OБ
F - фокусное расстояние объектива прицела.
Такая оптическая система обеспечивает уменьшение количества линзовых деталей в объективе и смену увеличения за счет продольного перемещения оборачивающей системы вдоль оптической оси с сохранением качественных характеристик и веса оптики прицела.
Сущность изобретения по третьему варианту заключается в том, что в оптическом прицеле с дискретной сменой увеличения, в отличие от известного, содержится вторая сетка, расположенная между оборачивающей системой и окуляром, центр которой совмещен оптической осью прицела и с плоскостью второго промежуточного изображения, а изменение направления визирной оси прицела осуществляется тем, что оптическая ось, на которой расположены первая сетка, оборачивающая система и вторая сетка, выполнена качающейся относительно оптической оси прицела, причем центр качания совмещен с центром второй сетки, при этом выполняется следующее соотношение:
где ϕ - угол качания оптической оси компонентов, состоящих из первой сетки, оборачивающей системы и второй сетки, относительно оптической оси прицела;
1
Δ - величина поперечного смещения первой сетки, соответствующая максимальному заданному диапазону выверки прицела;
1-2
L - расстояние между центрами первой и второй сетки.
Такая оптическая система обеспечивает улучшение комфортности восприятия поля зрения за счет сохранения прицельных знаков в центре поля зрения прицела при изменении направления визирной оси прицела.
Оптическая схема прицела с дискретным изменением увеличения приведена на фигуре 1.
Оптический прицел с дискретным изменением увеличения содержит объектив I, состоящий из линз 1, 2, 3, 4 и 5, первую сетку II, состоящую из плоскопараллельных пластин 6 и 7, оборачивающую систему III, состоящую из линз 8, 9, 10, 11, 12 и 13, вторую сетку IV, состоящую из плоскопараллельных пластин 14 и 15, окуляр V, состоящий из линз 16, 17, 18 и 19. Глаз наблюдателя помещен в выходном зрачке 20.
Конструктивные параметры варианта исполнения оптического прицела с дискретной сменой увеличения приведены в таблице 1.
Параметры такого варианта исполнения оптического прицела с дискретной сменой увеличения:
- увеличение, крат: 1,5 и 6 крат;
- угловое поле зрения, … °: 16 и 4;
- разрешающая способность, …'': 40 и 10;
- диаметр входного зрачка, мм: 36;
- диаметр выходного зрачка, мм: 10 и 6;
- удаление выходного зрачка, мм: 50;
- длина по оптической оси, мм: 279,2;
- масса оптических деталей, г: 195;
- диапазон изменения направления визирной оси прицела, т.д.: ±0-10.
Принцип действия оптического прицела с дискретным изменением 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 первой сетки «II» -плоскость склейки плоскопараллельных пластинок 6 и 7, на внутренней стороне одной из которых возможно нанесение дальномерной шкалы и прицельных марок. Такая конструкция сетки повышает ее устойчивость к мощной отдаче, исключает осыпание, стирание или загрязнение рисунка шкал и прицельных марок. Далее линзы 8, 9, 10, 11, 12 и 13, входящие в оборачивающую систему III, создают второе действительное, прямое изображение объектов. Для изменения увеличения прицела оборачивающая система 777 перемещается вдоль оптической оси из одного крайнего положения в другое, при этом положение плоскости второго действительного изображения остается неизменным, что обеспечивается следующими соотношениями:
,
,
OC
где OC - оптическая сила оборачивающей системы «III»;
OC
OC - оптическая сила объектива «I» прицела.
OC
δ - величина перемещения оборачивающей системы «III» вдоль оптической оси;
OБ
F - фокусное расстояние объектива «I» прицела.
Выполнение этих соотношений обеспечивает уменьшение количества линзовых деталей в оборачивающей системе «III» и 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 первой сетки «II» в бесконечности. Одновременно оборачивающая система «III» в каждом из двух крайних положений обеспечивает практически неизменное положение выходного зрачка 20 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.
Принцип действия изобретения по второму варианту заключается в том, что объектив «I» прицела выполнен в виде последовательно расположенных по ходу лучей положительного 1 и отрицательного 2 менисков, обращенных вогнутостью к предмету, двухлинзового склеенного компонента 3, 4 и положительной плосковыпуклой коллективной линзы 5, обращенной выпуклостью к предмету, при этом выполняется следующее соотношение:
,
4
где d - воздушный промежуток между отрицательным мениском 2 и склеенным компонентом 3, 4 объектива «I»;
OБ
F - фокусное расстояние объектива «I» прицела.
Этим обеспечивается уменьшение количества линзовых деталей в объективе и смена увеличения за счет продольного перемещения оборачивающей системы вдоль оптической оси с сохранением качественных характеристик и веса оптики прицела. При этом окуляр «V» выполнен в виде четырех одиночных линз, первая из которых положительный мениск 16, обращенный вогнутостью к предмету, вторая -двояковогнутая отрицательная линза 17, третья и четвертая -положительные двояковыпуклые линзы 18 и 19.
Принцип действия изобретения по третьему варианту (фиг.2) заключается в том, что с плоскостью второго действительного изображения совмещается плоскость второй сетки «IV» - плоскость склейки плоскопараллельных пластинок 14 и 15, на внутренней стороне одной из которых возможно нанесение прицельных марок. Центр «С2» второй сетки «IV», расположенной между оборачивающей системой «III» и окуляром «V», совмещен с оптической осью прицела и с плоскостью второго промежуточного изображения, а изменение направления визирной оси прицела осуществляется тем, что оптическая ось, на которой расположены первая сетка «II», оборачивающая система «III» и вторая сетка «IV», выполнена качающейся относительно оптической оси прицела, причем центр качания совмещен с центром «С2» второй сетки «IV», при этом выполняется следующее соотношение:
,
где ϕ - угол качания оптической оси компонентов, состоящих из первой сетки «II», оборачивающей системы «III» и второй сетки «IV», относительно оптической оси прицела;
1
Δ - величина поперечного смещения центра «С1» первой сетки «II», соответствующая максимальному заданному диапазону выверки прицела;
1-2
L - расстояние между центрами «С1» первой «II» и «С2» второй «IV» сетки.
Этим обеспечивается улучшение комфортности восприятия поля зрения за счет сохранения прицельных знаков в центре поля зрения прицела при изменении направления визирной оси прицела.
В вариантах исполнения подвижка компонентов 1, 2, 3 и 4 объектива «I» 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 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 14,7 и практически равнозначно имеющемуся в устройстве - близком аналоге, равном 15,8.
Предлагаемый оптический прицел с дискретной сменой увеличения содержит меньшее число линзовых деталей (общее число линзовых деталей - 15 вместо 19 у аналога), также может уменьшить сложность исполнения механических узлов за счет того, что смена увеличения осуществляется малым осевым смещением однокомпонентной оборачивающей системы (в рассмотренном варианте исполнения смещение составляет 35 мм) из одного крайнего положения в другое, что повышает эффективность и надежность работы прицела с сохранением качественных характеристик, веса оптики прицела и внутренней выверки для каждого из увеличений.