СПОСОБ ИЗМЕНЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ ВИЗИРНОЙ ОСИ В ОПТИЧЕСКОМ ПРИЦЕЛЕ И ПРИЦЕЛ С ПЕРЕМЕННЫМ УВЕЛИЧЕНИЕМ, РЕАЛИЗУЮЩИЙ СПОСОБ
METHOD OF CHANGING DIRECTION OF AXIS OF SIGHT IN OPTICAL SIGHT AND VARIABLE MAGNIFICATION SIGHT IMPLEMENTING SAID METHOD

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к оптическим прицелам, и может быть использовано, например, в снайперских, охотничьих, спортивных оптических прицелах постоянного и переменного увеличения.
Широко известен способ изменения направления визирной оси в оптических прицелах, который осуществляют путем перемещения плоскопараллельной пластинки или коллективной линзы, на плоской поверхности которых наносят прицельную марку (перекрестие, перекрестие со шкалами, точку или другой знак, одна из точек которого определяет визирную ось - далее по тексту «марка»), перпендикулярно оптической оси оптической системы прицела. При этом изменение направления визирной оси таким способом осуществляют для ввода углов прицеливания, углов поправок, углов выверки. Классическим примером такого способа изменения направления визирной оси является прицел ПСО-1 и его модификации. По этому способу построены серийно выпускаемые прицелы для стрелкового, охотничьего и спортивного оружия, в том числе с переменным увеличением, для смены увеличения в которых предусматривают смещение компонентов оборачивающей системы вдоль ее оптической оси [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.250-269; раздел 5 «Прицелы для охотничьего и спортивного оружия», с.270-277].
Указанный способ изменения направления визирной оси в оптическом прицеле имеет следующие недостатки:
- невозможность осуществить изменение направления визирной оси на угловую величину, превышающую угол поля зрения оптической системы прицела;
- при изменении направления визирной оси прицела происходит смещение изображения вершины прицельной марки с центра поля зрения окуляра.
Первый из указанных недостатков (иными словами: ограничение диапазона изменения направления визирной оси прицела величиной углового поля оптической системы) наиболее существенно ограничивает эксплуатационные возможности прицела при больших увеличениях прицелов, имеющих соответственно малые угловые поля.
Второй из указанных недостатков (смещение вершины прицельной марки при вводе углов прицеливания и углов поправок с оптической оси прибора) приводит к тому, что в процессе наводки на цель изображение точки прицеливания формируется не на оси оптической системы, а вне ее, где, во-первых, качество изображения ниже, чем в центре поля зрения, а во-вторых, - имеет место несимметричные относительно вершины прицельной марки поле наблюдаемых объектов, что в совокупности снижает эксплуатационные характеристики прицела.
Технический результат предлагаемого способа: возможность обеспечения диапазона изменения направления визирной оси прицела, величина которого превышает угол поля зрения прицела; обеспечение неизменного положения прицельной марки в центре поля зрения окуляра при изменении направления визирной оси прицела.
Известно большое число устройств-аналогов, реализующих описанный выше способ изменения визирной оси.
Например, прицел с переменным увеличением [Патент RU 2364900, 2009 г.], содержащий зеркально-линзовый объектив, коллектив, на плоской поверхности которого нанесена прицельная марка, панкратическую оборачивающую систему, состоящую из двух положительных компонентов, дифференцирование перемещаемых вдоль оптической оси прицела, и двухкомпонентный окуляр. Прицел имеет 4-х кратный перепад увеличений (12,5÷50 крат), удаление выходного зрачка 80 мм, угловое поле от 1,8° (при наименьшем увеличении) до 0,5° (при наибольшем увеличении); диаметр выходного зрачка при смене увеличения меняется от 4,8 до 1,2 мм.
Недостатком устройства-аналога является малая величина удаления выходного зрачка, кольцевая форма выходного зрачка, малая величина изменения направления визирной оси. Кольцевая форма выходного зрачка обусловлена наличием центрального экранирования в зеркально-линзовом в объективе прицела. При диаметре выходного зрачка 4,8 мм (при увеличении 12,5 крат) и достаточной яркости фона (при которой диаметр зрачка глаза может составлять, например, 2 мм) наблюдатель непроизвольно будет смещать зрачок глаза с оптической оси для обеспечения наиболее полного его заполнения лучами, что может служить дополнительной причиной параллакса. При наибольшем увеличении 50 крат диапазон изменения направления визирной оси прицела ограничен малым угловым полем 0,5° (т.е. 0-08). Это обстоятельство - ограничение диапазона ввода углов прицеливания, углов поправок и углов выверки - не позволяет реализовать в прицеле преимущества большого увеличения и требует в процессе эксплуатации, например, использовать подвижку (наклон) всего прицела для изменения направления визирной оси, что снижает быстродействие и в целом эксплуатационные показатели прицела.
В оптическом прицеле с переменным увеличением [Патент RU 2282223, 2006 г.], содержащем трехлинзовый объектив, первую плоскопараллельную пластинку с прицельной маркой, коллектив, двухкомпонентную панкратическую систему, компоненты которой для смены увеличения дифференцированно перемещаются вдоль оптической оси прицела, вторую плоскопараллельную пластинку с дальномерной шкалой, расположенной в плоскости второго промежуточного изображения, формируемого панкратической системой, отрицательный коллектив и двухкомпонентный окуляр, изменение направления визирной оси осуществляется перемещением первой плоскопараллельной пластинки перпендикулярно оптической оси прицела. Прицел имеет трехкратный перепад увеличений (3,2…9,9 крат), удаление выходного зрачка 70 мм.
Недостатком прицела-аналога является малый перепад увеличений, малая величина удаления выходного зрачка, смещение прицельной марки в поле зрения окуляра при изменении направления визирной оси прицела.
В качестве наиболее близкого аналога можно указать прицел с переменным увеличением [Патент RU 2331035, 2008 г.], состоящий из двухкомпонентного объектива, первый компонент которого содержит первую положительную, вторую отрицательную и третью одиночную положительную линзы, второй отрицательный компонент которого имеет форму мениска и является фокусирующим, коллектива, плоскопараллельной пластинки с прицельной маркой, оборачивающей системы, включающей два склеенных компонента, которые дифференцированно перемещаются вдоль оптической оси оборачивающей системы, полевой диафрагмы и трехкомпонентного окуляра. Для изменения направления визирной оси плоскопараллельная пластинка с прицельной маркой перемещается перпендикулярно оптической оси прицела. Первая положительная и вторая отрицательная линзы первого компонента объектива в прототипе выполнены склеенными. Второй отрицательный компонент объектива обращен вогнутой поверхностью к плоскости изображения объектива. Коллектив (полевой компонент) выполнен в виде двухлинзовой склейки. Первый компонент окуляра выполнен в виде двояковогнутой линзы, второй - виде двухлинзовой склейки, третий - в виде двояковыпуклой линзы. Прицел имеет трехкратный перепад увеличения от 3,2 до 10 крат. Диаметр входного зрачка равен 40 мм. Удаление выходного зрачка составляет 70 мм от последней поверхности окуляра. Расстояние от первой поверхности объектива до плоскости прицельной марки и шкал составляет 121,5 мм. Длина панкратической системы (расстояние между плоскостями первого и второго действительного изображений объектов) составляет 114,5 мм.
Недостатками наиболее близкого аналога являются малый перепад увеличений, малая величина наибольшего увеличения, малая величина удаления выходного зрачка, смещение прицельной марки в поле зрения окуляра при изменении направления визирной оси прицела (при вводе углов прицеливания и выверки).
Задачей, на решение которой направлены заявляемые способ и устройство для его реализации, является создание оптического прицела с 5-тикратным перепадом увеличений, наибольшим увеличением не менее 25 крат, удалением выходного зрачка более 90 мм с высокими техническими и эксплуатационными характеристиками.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в увеличении перепада увеличений до 5 раз, повышении наибольшего увеличения до 25 крат, обеспечении удаления выходного зрачка не менее 90 мм, в обеспечении возможности изменения направления визирной оси прицела на угол, превышающий величину углового поля прицела при наибольшем увеличении, в сохранении постоянного положения прицельной марки в центре поля зрения окуляра при сохранении качественного изображения в пределах рабочего поля зрения прицела.
При этом заявляемые способ и устройство для его реализации образуют единый изобретательский замысел как по решаемой задаче, так и по достигаемому техническому результату.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в первом варианте способа изменения направления визирной оси в оптическом прицеле, в котором плоскопараллельную пластинку с прицельной маркой размещают в плоскости первого промежуточного изображения, в объективе корригируют аберрации в пределах углового поля, равного сумме наибольший величины углового поля оптической системы прицела и наибольшей величины изменения направления визирной оси прицела, компоненты оборачивающей системы и плоскопараллельную пластинку с прицельной маркой и шкалами дополнительно дифференцировано перемещают таким образом, чтобы обеспечить смещения главных точек компонентов оборачивающей системы и вершины прицельного знака в направлении, перпендикулярном оптической оси объектива и окуляра, при этом величины указанных смещений обеспечивают пропорциональными расстояниям от осевой точки второй плоскости действительного изображения до соответствующих перемещаемых компонентов оборачивающей системы и плоскопараллельной пластинки. Это позволяет обеспечить в прицеле с переменным увеличением возможность изменения направления визирной оси, превышающего по величине угловое поле прицела при наибольшем увеличении. При этом положения прицельной марки остается неизменным в центре поля зрения окуляра В частном случае исполнения способа плоскопараллельную пластинку с маркой и компоненты оборачивающей системы выполняют качающимися совместно на шаровой опоре, при этом центр шаровой опоры совмещают с осевой точкой плоскости второго действительного изображения. В частном случае исполнения коллектив или отдельные линзы объектива выполняют подвижными вдоль оптической оси объектива.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что во втором варианте способа изменения направления визирной оси в оптическом прицеле, в котором плоскопараллельную пластинку с прицельной маркой размещают в плоскости второго промежуточного изображения, в объективе корригируют аберрации в пределах углового поля, равного сумме наибольший величины углового поля оптической системы прицела и наибольшей величины изменения направления визирной оси прицела, компоненты оборачивающей системы дополнительно дифференцировано перемещают таким образом, чтобы обеспечить смещения главных точек компонентов оборачивающей системы в направлении, перпендикулярном оптической оси объектива и окуляра, при этом величины указанных смещений обеспечивают пропорциональными расстояниям от осевой точки второй плоскости действительного изображения до соответствующих перемещаемых компонентов оборачивающей системы. Это позволяет обеспечить в прицеле с переменным увеличением возможность изменения направления визирной оси, превышающего по величине угловое поле прицела при наибольшем увеличении. Одновременно обеспечивается сохранение постоянного положения прицельной марки в центре поля зрения окуляра при любом положении визирной оси прицела в пространстве предметов. В частном случае исполнения способа компоненты оборачивающей системы выполняют качающимися совместно на шаровой опоре, при этом центр шаровой опоры совмещают с осевой точкой плоскости второго действительного изображения. В частном случае исполнения коллектив или отдельные линзы объектива выполняют подвижными вдоль оптической оси объектива.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в устройстве прицела с переменным увеличением, что первая положительная и вторая отрицательная линзы первого компонента объективы выполнены одиночными, фокусирующий мениск объектива выполнен склеенным из двух линз и обращен вогнутой поверхностью к первому компоненту объектива, коллектив выполнен в виде плосковыпуклой линзы и установлен по ходу лучей перед плоскостью первого действительного изображения, в каждый из компонентов оборачивающей системы дополнительно введено по одиночной линзе, в оборачивающую систему перед полевой диафрагмой дополнительно установлена отрицательная линза, плоскопараллельная пластинка с прицельной маркой и шкалами и оборачивающая система выполнены совместно качающимися вокруг точки, совмещенной с осевой точкой второго действительного изображения, и при этом выполняются следующие соотношения:
<mrow><mi>f</mi><mo>'</mo><mi>t</mi><mi>g</mi><mi>α</mi><mo>=</mo><mi>L</mi><mo>⋅</mo><mi>t</mi><mi>g</mi><mi>β</mi><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
где f' - эквивалентное фокусное расстояние объектива и коллектива;
L - расстояние вдоль оптической оси между первой и второй плоскостями действительных изображений (длина оборачивающей системы);
β - угол качания плоскопараллельной пластинки с прицельной маркой и шкалами и оборачивающей системы;
α - угол изменения направления визирной оси.
В частном случае исполнения дополнительно введенная в первый компонент оборачивающей системы одиночная линза выполнена в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к плоскости первого действительного изображения, дополнительно введенная во второй компонент оборачивающей системы одиночная линза выполнена в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к плоскости второго промежуточного изображения, дополнительно установленная перед полевой диафрагмой отрицательная линза выполнена в виде мениска, обращенного выпуклой стороной к плоскости полевой диафрагмы, первая по ходу лучей линза окуляра выполнена положительной, второй отрицательный компонент объектива склеен из двух линз и при этом имеют место следующие соотношения:
<mrow><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mn>1</mn><mi>л</mi><mo>.</mo><mi>о</mi><mi>б</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mo>−</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>÷</mo><mn>1,2</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mn>2</mn><mi>л</mi><mo>.</mo><mi>о</mi><mi>б</mi></mrow></msub><mo>;</mo><mtext> </mtext><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mi>д</mi><mo>.</mo><mi>л</mi><mn>.1</mn><mi>к</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mo>−</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>0,4</mn><mo>÷</mo><mn>0,6</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mi>с</mi><mi>к</mi><mi>л</mi><mn>.1</mn><mi>к</mi></mrow></msub><mo>;</mo><mtext> </mtext><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mi>с</mi><mi>к</mi><mi>л</mi><mn>.2</mn><mi>к</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mo>−</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>0,4</mn><mo>÷</mo><mn>0,6</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mi>д</mi><mo>.</mo><mi>л</mi><mn>.2</mn><mi>к</mi></mrow></msub><mo>;</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mi>ϕ</mi><mi>д</mi></msub><mo>=</mo><mo>−</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>0,6</mn><mo>÷</mo><mn>0,7</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mi>о</mi><mi>к</mi></mrow></msub><mo>;</mo><mtext> </mtext><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mn>1</mn><mi>л</mi><mo>.</mo><mi>о</mi><mi>к</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>÷</mo><mn>1,2</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mi>о</mi><mi>к</mi></mrow></msub><mo>;</mo><mtext> </mtext><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mn>1</mn><mi>л</mi><mn>.2</mn><mi>к</mi><mtext> </mtext><mi>о</mi><mi>б</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mo>−</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>0,4</mn><mo>÷</mo><mn>0,6</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mn>2</mn><mi>л</mi><mn>.2</mn><mi>к</mi><mtext> </mtext><mi>о</mi><mi>б</mi></mrow></msub><mo>;</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><mi>L</mi><mo>≥</mo><mi>f</mi><mo>'</mo><mo>;</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
1л.об
2л.об
где φ, φ - оптические силы первой положительной и второй отрицательной линз первого компонента объектива;
д.л.1к
д.л.2к
φ, φ - оптические силы одиночных линз, дополнительно введенных соответственно в первый и второй по ходу лучей компоненты оборачивающей системы;
скл.1к
скл.2к
φ, φ - оптические силы склеенных линз соответственно первого и второго по ходу лучей компонентов оборачивающей системы;
д
φ - оптическая сила дополнительно установленной перед полевой диафрагмой отрицательной линзы;
ок
φ - оптическая сила окуляра;
1л.ок
φ - оптическая сила первой по ходу лучей линзы окуляра;
1л.2к об
2л.2к об
φ, φ - оптические силы соответственно первой и второй линз второго отрицательного компонента объектива.
Коллектив имеет небольшую подвижку вдоль оптической оси объектива.
Предлагаемые признаки являются существенными, так как они влияют на получение технического результата и находятся с ним в причинно-следственной связи, а именно:
Коррекция аберраций и соответственно обеспечение высокого качества изображения объектива в пределах расчетного поля объектива, равного сумме наибольший величины углового поля оптической системы прицела и наибольшей величины изменения направления визирной оси прицела, позволяет как в первом, так и во втором варианте способа обеспечить возможность получения качественного изображения в пределах рабочем поле зрения, соответствующего конкретной величине увеличения, при изменении направления визирной оси прицела.
Дифференцированное перемещение компонентов оборачивающей системы и плоскопараллельной пластинки с прицельной маркой и шкалами таким образом, чтобы обеспечить смещения главных точек компонентов оборачивающей системы и вершины прицельного знака в направлении, перпендикулярном оптической оси объектива и окуляра, при этом величины указанных смещений обеспечивают пропорциональными расстояниям от осевой точки второй плоскости действительного изображения до соответствующих перемещаемых компонентов оборачивающей системы и плоскопараллельной пластинки позволяет в первом варианте способа обеспечить неизменное положение вершины прицельной марки в центре поля зрения окуляра при любом угле изменения направления визирной оси прицела.
Во втором варианте способа при неизменном положении вершины прицельной марки в центре поля зрения окуляра изменение направления визирной оси прицела в пространстве предметов обеспечивают тем, что компоненты оборачивающей системы дифференцированно перемещают таким образом, чтобы сместить главные точки компонентов оборачивающей системы в направлении, перпендикулярном оптической оси объектива и окуляра, при этом величины указанных смещений обеспечивают пропорциональными расстояниям от осевой точки второй плоскости действительного изображения до соответствующих перемещаемых компонентов оборачивающей системы. При этом также обеспечивается и неизменность видимого размера прицельной марки при смене увеличения в прицеле.
Смещения компонентов оборачивающей системы перпендикулярно оптической оси объектива и окуляра обеспечивают путем качания (поворота) совместно на шаровой опоре, при этом центр шаровой опоры совмещают с осевой точкой плоскости второго промежуточного изображения. Замена линейного смещения указанных компонентов на их поворот позволяет обеспечить простое конструктивное исполнение механизмов прицела. Выполнение коллектива подвижным вдоль оптической оси позволяет устранить возникающий линейный параллакс из-за замены линейного перемещения компонентов перемещением их по дуге большого радиуса.
В предлагаемом устройстве прицела с переменным увеличением выполнение первой положительной и второй отрицательной линз первого компонента объективы одиночными, фокусирующего мениска объектива склеенным из двух линз и обращенным вогнутой поверхностью к первому компоненту объектива, коллектива в виде плосковыпуклой линзы и установка его по ходу лучей перед плоскостью первого действительного изображения, позволяет увеличить в объективе число коррекционных параметров и обеспечить высокое качество изображения в пределах большего по величине расчетного поля, чем наибольшая величина углового поля прицела (при наименьшем увеличении), тем самым создает возможность изменять направление визирной оси прицела на угол, превышающий величину углового поля прицела при наибольшем увеличении, при сохранении качественного изображения в пределах рабочего поля зрения прицела.
Введение в каждый из компонентов панкратической оборачивающей системы дополнительно по одиночной линзе, размещение перед полевой диафрагмой дополнительной отрицательной линзы позволяют обеспечить в панкратической оборачивающей системе перепад увеличений до 5 крат и одновременно с указанным выше исполнением объектива получить в прицеле наибольшее увеличение не менее 25 крат.
Выполнение объектива, коллектива и оборачивающей системы вышеописанным образом одновременно позволяют обеспечить такое положение выходного зрачка объектива, которое при любых рабочих положениях подвижных компонентов панкратической оборачивающей системы создает квазипостоянное положение плоскости выходного зрачка оборачивающей системы, причем на таком расстоянии от передней фокальной плоскости окуляра, которое обеспечивает в соответствии фокусным расстоянием окуляра величину удаления выходного зрачка более 90 мм и постоянство положения выходного зрачка при любом увеличении прицела в пределах требуемого перепада увеличений.
Выполнение плоскопараллельной пластинки с прицельной маркой и шкалами и панкратической оборачивающей системы совместно качающимися вокруг точки, совмещенной с осевой точкой второго действительного изображения, и соблюдение соотношения (1) позволяет обеспечить положение изображения прицельной маоки в центре поля зрения окуляра при любом направлении визирной оси прицела в пределах расчетного диапазона.
Выполнение одиночной линзы в первом компоненте оборачивающей системы в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к плоскости первого действительного изображения, одиночной линзы во второй компонент в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к плоскости второго промежуточного изображения, установленной перед полевой диафрагмой отрицательной линза в виде мениска, обращенного выпуклой стороной к плоскости полевой диафрагмы, выполнение первой по ходу лучей линза окуляра положительной, выполнение второго отрицательного компонента объектива склеенным из двух линз и выполнение соотношения (2), (3) позволяет в частном случае исполнения обеспечить перепад увеличений до 5 раз, обеспечить наибольшее увеличение до 25 крат, обеспечить удаление выходного зрачка не менее 90 мм при сохранении высокого качества изображения в пределах рабочего поля зрения прицела. Выполнение условия (4) позволяет обеспечить величину угла качания панкратической системы меньше, чем требуемое изменение направления визирной оси, что одновременно с вышеперечисленными признаками позволяет уменьшить влияние на качество изображения децентрированных элементов в оптической системе прицела и сохранить качественное изображение в требуемом диапазоне изменения направления визирной оси. Введение небольшой по величине подвижка коллектива вдоль оптической оси объектива может использоваться для устранения параллакса.
Таким образом, предлагаемые способ изменения направления визирной оси в оптическом прицеле и прицел с переменным увеличением, реализующий способ, являются способом и устройством для осуществления способа в одном из его действий.
Указанная совокупность признаков позволяет получить необходимое и достаточное количество параметров для решения поставленной задачи и достижения технического результата.
Предложенный способ изменения направления визирной оси в прицеле с переменным увеличением и прицел с переменным увеличением, реализующий способ, иллюстрируется с помощью принципиальных схем оптического прицела в тонких компонентах, представленных на фиг.1а, 1б, 2а и 2б.
4
5
4
5
3
4
5
2
Осуществление способа заключается в следующем (фиг.1а): для изменения направления визирной оси в прицеле с переменным увеличением выполняют следующую совокупность действий: выполняют объектив 1 таким образом, чтобы он обеспечивал высокое качество изображения в пределах углового поля, равного сумме наибольший величины углового поля оптической системы прицела и наибольшей величины изменения направления визирной оси прицела, осуществляя для этого коррекцию аберраций в объективе в пределах указанного углового поля, превышающего по величине фактический размер поля зрения прицела при любом увеличении; устанавливают коллектив 2, помещают плоскопараллельную пластинку 3 с прицельной маркой в плоскости первого промежуточного изображения; компоненты 4 и 5 оборачивающей системы дифференцированно перемещают вдоль оптической оси оборачивающей системы для смены увеличения, при этом изменяют расстояния L и L таким образом, чтобы положение второй плоскости действительного изображения оставалось неизменным при перемещении компонентов 4 и 5, т.е. соблюдалось постоянство расстояния L вдоль оптической оси между плоскостями первого и второго действительных изображений; совмещают с плоскостью второго промежуточного изображения полевую диафрагму 6 для ограничения рабочего поля зрения, устанавливают окуляр 7 для одновременного наблюдения изображения объектов и прицельной марки глазом наблюдателя, который совмещают с выходным зрачком прибора; для изменения направления визирной оси плоскопараллельную пластинку 3 и компоненты 4, 5 оборачивающей системы дифференцировано перемещают таким образом, чтобы обеспечить смещения y, y главных точек компонентов 4 и 5 оборачивающей системы и смещение y вершины прицельного знака на пластинке 3, в направлении, перпендикулярном оптической оси объектива и окуляра, при этом величины указанных смещений обеспечивают пропорциональными расстояниям L, L, L от осевой точки O второй плоскости действительного изображения до соответствующих перемещаемых компонентов оборачивающей системы и плоскопараллельной пластинки, т.е. обеспечивают соблюдение соотношения:
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>y</mi><mn>3</mn></msub></mrow><mi>L</mi></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>y</mi><mn>4</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>L</mi><mn>4</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>y</mi><mn>5</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>L</mi><mn>5</mn></msub></mrow></mfrac><mo>.</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
3
Для способа, показанного на фиг.1а, имеет место равенство L=L. Таким образом осуществляют изменение направления визирной оси прицела при сохранении положении изображения прицельной марки в центре поля зрения окуляра. Величина угла α изменения направления визирной оси в пространстве предметов определится как:
<mrow><mi>α</mi><mo>=</mo><mi>a</mi><mi>r</mi><mi>c</mi><mi>t</mi><mi>g</mi><mfrac><mrow><msub><mi>y</mi><mn>3</mn></msub></mrow><mrow><mi>f</mi><mo>'</mo></mrow></mfrac><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>6</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
где f' - эквивалентное фокусное расстояние объектива 1 и коллектива 2.
2
В частном случае исполнения (фиг.1б) плоскопараллельную пластинку 3с маркой и компоненты 4, 5 оборачивающей системы выполняют качающимися совместно на шаровой опоре, при этом центр шаровой опоры совмещают с осевой точкой O плоскости второго действительного изображения. Замена линейного перемещения поворотом по дуге большого радиуса L, с одной стороны, позволяет обеспечить соблюдение соотношения (5) с погрешностью, не превышающей второй порядок малости, с другой - обеспечить простое конструктивное исполнение механизма ввода углов прицеливания и выверки. Для устранения параллакса коллектив 2 или отдельные линзы объектива 1 выполняют с малой подвижкой вдоль оптической оси объектива.
Отличие второго варианта осуществления способа (фиг.2а) заключается в том, что плоскопараллельную пластинку 3 с прицельной маркой располагают в плоскости второго действительного изображения, а для изменения направления визирной оси в пространстве предметов прицела дифференцирование перемещают компоненты 4 и 5 оборачивающей системы перпендикулярно оптической оси, соблюдая пропорциональность:
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>y</mi><mn>4</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>L</mi><mn>4</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>y</mi><mn>5</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>L</mi><mn>5</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
.
3(1)
В соответствии с законами построения изображения, величина смещения изображения y вершины прицельной марки, определенная в обратном ходе лучей и отнесенная к плоскости первого действительного изображения объектов, окажется пропорциональной L:
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>y</mi><mrow><mn>3</mn><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow></msub></mrow><mi>L</mi></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>y</mi><mn>4</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>L</mi><mn>4</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>y</mi><mn>5</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>L</mi><mn>5</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
.
В этом варианте исполнения плоскопараллельную пластинку 3 оставляют неподвижной и вершину прицельной марки (перекрестие, знак и т.п.) располагают в центре поля зрения окуляра. В результате указанных действий направление визирной оси в пространстве предметов изменяется на угол α, величина которого определяется как
<mrow><mi>α</mi><mo>=</mo><mi>a</mi><mi>r</mi><mi>c</mi><mi>t</mi><mi>g</mi><mfrac><mrow><msub><mi>y</mi><mrow><mn>3</mn><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow></msub></mrow><mrow><mi>f</mi><mo>'</mo></mrow></mfrac></mrow>
.
2
В частном случае осуществления способа (фиг.2б) компоненты 4 и 5 оборачивающей системы поворачивают на угол β относительно точки O.
3
3(1)
На фиг.3 показано соотношения между расчетным полем зрения объектива, наибольшей величиной смещения прицельной марки y (или его изображения y в обратном ходе лучей - для второго способа), которое определяет изменение направления визирной оси прицела в пространстве предметов, и рабочим полем зрения прицела, отнесенные к плоскости первого промежуточного изображения объектов. Величину расчетного поля зрения объектива определяют как сумму наибольшего рабочего поля зрения прицела и наибольшей величины изменения направления визирной оси прицела.
Так как сущность предлагаемого способа и устройства охарактеризована с использованием признаков, представленных на уровне функционального обобщения, то далее дается описание устройства прицела с переменным увеличением, подтверждающее возможность технической реализации признаков.
Описание устройства прицела иллюстрируется фиг.4. Оптическая система прицела состоит из расположенных по ходу лучей объектива 1, коллектива 2, плоскопараллельной пластинки 3 с прицельной маркой, компонентов 4 и 5 панкратической оборачивающей системы, дифференцированно перемещаемых вдоль оптической оси оборачивающей системы, полевой диафрагмы 6 и окуляра 7. Объектив 1 состоит из первого трехлинзового компонента 8 и второго фокусирующего компонента 9, имеющего форму мениска. Линзы 10, 11, 12, входящие в компонент 8 выполнены одиночными. Фокусирующий мениск 8 выполнен склеенным из двух линз 13, 14 и обращен вогнутой поверхностью к компоненту 8 объектива. Коллектив 2 выполнен в виде плосковыпуклой линзы. Компонент 4 панкратической оборачивающей системы содержит одиночную линзу 15 и двухлинзовую склейку 16; компонент 5 панкратической оборачивающей системы содержит одиночную линзу 17 и двухлинзовую склейку 18. Между компонентом 5 панкратической оборачивающей системы и полевой диафрагмой 6 расположена отрицательная линза 19. Окуляр 7 состоит из одиночной линзы 20, двухлинзовой склейки 21 и двояковыпуклой линзы 22. При этом плоскопараллельная пластинка 3 с прицельной маркой, компоненты 4, 5 и линза 15 выполнены совместно качающимися вокруг точки, совмещенной с осевой точкой второго действительного изображения, и при этом выполняются соотношения (1).
В частном случае исполнения одиночная линза 15 компонента 4 выполнена в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к плоскости первого действительного изображения, одиночная линза 17 компонента 5 выполнена в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к плоскости второго промежуточного изображения, отрицательная линза 19 выполнена в виде мениска, обращенного выпуклой стороной к плоскости полевой диафрагмы 6, линза 20 окуляра выполнена положительной и между параметрами оптической системы выполняются соотношения (2), (3) и (4). Коллектив 2 имеет небольшую подвижку вдоль оптической оси объектива.
Устройство работает следующим образом. Излучение, идущее от объектов, с помощью линз 10, 11, 12, 13, 14 и 2 формирует первое действительное, перевернутое изображение объектов в плоскости, с которой совмещается одна из плоскостей плоскопараллельной пластинки 3, на которой нанесена прицельная марка. Далее линзы и компоненты 15, 16, 17, 18 и 19 создают второе действительное, прямое изображение объектов. Для изменения линейного размера второго действительного изображения, компоненты 4 и 5 дифференцированного перемещаются вдоль оси оборачивающей системы, обеспечивая неизменное положение плоскости второго действительного изображения, которое совмещается с передней фокальной плоскостью окуляра 7. Далее линзы 20, 21, 22 окуляра формируют изображения объектов и прицельных знаков и шкал пластинки 3 в бесконечности. Одновременно линзы и компоненты 10, 11, 12, 9, 13, 14 2, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 формируют изображение оправы линзы 10 за окуляром 7, обеспечивая тем самым положение выходного зрачка на требуемом расстоянии от последней поверхности линзы 22 окуляра. 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 фокусировки на объекты, находящиеся на близком расстоянии перед прицелом, компонент 9 объектива перемещается вдоль оптической оси объектива. В частном случае исполнения коллектив 2 имеет небольшую подвижку вдоль оптической оси объектива. В частном случае исполнения компонент 9 и коллектив 2 выполняются с возможностью совместного перемещения вдоль оптической оси объектива.
2
Для выверки прицела, ввода углов прицеливания и поправок в вертикальной и горизонтальной плоскостях осуществляется изменение направления визирной оси прицела в пространстве предметов, для чего компоненты 3, 4, 5, 19 совместно поворачивают на угол β вокруг оси, центр которой совмещен с точкой O, расположенной на оси второго промежуточного действительного изображения. При этом направление визирной оси прицела изменяется на угол α, величина которого определяется соотношением (1).
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 переменное увеличение, которое меняется в диапазоне от 5 до 25 крат. Диаметр входного зрачка прицела 56 мм, диаметр выходного зрачка меняется от 10 до 2,3 мм при смене увеличения. Удаление выходного зрачка составляет 95 мм, при этом величина смещения зрачка вдоль оптической оси при смене увеличения не превышает +5 мм.
Таблица 1
Характеристики примера конкретного исполнения
Характеристика
Значение
Видимое увеличение
от 5 до 25 крат
Угловое поле
от 4,2 до 0,87°
Диаметр входного зрачка
56 мм
Диаметр выходного зрачка
от 10 до 2,3 мм
Удаление выходного зрачка
95 мм
Длина
405 мм
Масса оптических деталей
385 г
Диаметр механической оправы в зоне размещения панкратической системы
34 мм
Диапазон изменения направления визирной оси прицела
±0-23 (±1,4°)
Таблица 2
Параметры линз и компонентов
Параметр
Значение
Фокусное расстояние объектива 1
160 мм
Фокусное расстояние линзы 10
95,8
Фокусное расстояние линзы 11
-106,3
Фокусное расстояние линзы 13
51,5 мм
Фокусное расстояние линзы 14
-27,7 мм
Фокусное расстояние линзы 15
-74,8 мм
Фокусное расстояние компонента 16
33,3 мм
Фокусное расстояние линзы 17
39,0 мм
Фокусное расстояние компонента 18
-74,7 мм
Фокусное расстояние линзы 19
-70,8 мм
Фокусное расстояние линзы 20
40,7 мм
Фокусное расстояние окуляра 7
46,6 мм
Величина подвижки компонента 9
1,5 мм
Величина подвижки линзы 2
0,1 мм
Расстояние L
170 мм
Длина по оптической оси от первой поверхности объектива до последней поверхности окуляра составляет 405 мм, при этом длина панкратической оборачивающей составляет 170 мм. Масса оптических деталей прицела составляет 385 г, из них объектив - 246 г, панкратическая оборачивающая система - 32 г, окуляр - 107 г. Угловое поле прицела изменяется от 4,2 до 0,87 градусов при смене увеличения. Диапазон изменения визирной оси составляет: по вертикали ±0-20; по горизонтали ±0-10. Наибольшая величина изменения направления визирной оси составляет ±0-23 (по диагонали).
Как следует из табл.2, в конкретном примере исполнения прицела имеют место следующие соотношения:
<mrow><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mn>1</mn><mi>л</mi><mo>.</mo><mi>о</mi><mi>б</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mo>−</mo><mn>106,3</mn></mrow><mrow><mn>95,8</mn></mrow></mfrac><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mn>2</mn><mi>л</mi><mo>.</mo><mi>о</mi><mi>б</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mo>−</mo><mn>1,11</mn><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mn>2.</mn><mi>л</mi><mo>.</mo><mi>о</mi><mi>б</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mi>д</mi><mo>.</mo><mi>л</mi><mn>.1</mn><mi>к</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>33,3</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>74,8</mn></mrow></mfrac><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mi>с</mi><mi>к</mi><mi>л</mi><mn>.1</mn><mi>к</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mo>−</mo><mn>0,45</mn><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mi>с</mi><mi>к</mi><mi>л</mi><mn>.1</mn><mi>к</mi></mrow></msub></mrow>
а)
;
;
<mrow><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mi>с</mi><mi>к</mi><mi>л</mi><mn>.2</mn><mi>к</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>39,0</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>74,7</mn></mrow></mfrac><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mi>д</mi><mo>.</mo><mi>л</mi><mn>.2</mn><mi>к</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mo>−</mo><mn>0,52</mn><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mi>д</mi><mo>.</mo><mi>л</mi><mn>.2</mn><mi>к</mi></mrow></msub></mrow>
, которые удовлетворяют соотношениям (2);
<mrow><msub><mi>ϕ</mi><mi>д</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>46,6</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>70,8</mn></mrow></mfrac><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mi>о</mi><mi>к</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mo>−</mo><mn>0,66</mn><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mi>о</mi><mi>к</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mn>1</mn><mi>л</mi><mo>.</mo><mi>о</mi><mi>к</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>46,6</mn></mrow><mrow><mn>40,7</mn></mrow></mfrac><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mi>о</mi><mi>к</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mn>1,14</mn><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mi>о</mi><mi>к</mi></mrow></msub></mrow>
б)
;
;
<mrow><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mn>1</mn><mi>л</mi><mn>.2</mn><mi>к</mi><mtext> </mtext><mi>о</mi><mi>б</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mo>−</mo><mn>27,7</mn></mrow><mrow><mn>451,5</mn></mrow></mfrac><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mn>2</mn><mi>л</mi><mn>.2</mn><mi>к</mi><mtext> </mtext><mi>о</mi><mi>б</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mo>−</mo><mn>0,54</mn><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mn>2</mn><mi>л</mi><mn>.2</mn><mi>к</mi><mtext> </mtext><mi>о</mi><mi>б</mi></mrow></msub></mrow>
, которые удовлетворяют соотношениям (3);
в) 170>160, т.е. соблюдается соотношение (4).
В результате углы α и β связаны между собой соотношением: α=1,06β, т.е. угол поворота качающейся части прицела меньше по величине, чем угол изменения направления визирной оси. Угол поворота (качания) элементов 3, 4, 5 составляет ±1,3°. При качании указанных элементов параллакс в пространстве предметов имеет незначительную величину, менее 0-00,05.
В примере конкретного исполнения совместная подвижка компонентов 9 и 2 в пределах 2 мм вдоль оптической оси используется для фокусировки на близкие расстояния до объекта, компенсации расфокусировки при изменении температуры эксплуатации, устранения параллакса.
Расчетная величина поля зрения объектива, в которой корригированы аберрации объектива, составила величину, равную 2(2,1+1,4)=7°. В результате величина угла изменения направления визирной оси в пространстве предметов (1,4°) получена больше по величине, чем угловое поле при наибольшем увеличении (0,87°).
В оптической схеме прицела качество изображения на оси и по полю удовлетворяет критериям, применимым к полевым наблюдательным приборам: среднеквадратические размеры аберрационных пятен рассеяния не превышают 1-3 угловых минут за окуляром прибора. Предел разрешения не более 3''. Кроме того, необходимо отметить, что сумеречное число в примере конкретного исполнения составляет 37, а в устройстве - наиболее близком аналоге его величина равна 20. Чем выше сумеречное число, тем более мелкие элементы объекта можно разрешить в прибор при пониженной (сумеречной) освещенности.
Таким образом, получен прицел с перепадом увеличения 5 раз, с наибольшим увеличением 25 крат, удалением выходного зрачка 95 мм, в котором изменение направления визирной оси прицела в пространстве предметов превышает величину углового поля прицела при наибольшем увеличении при постоянном положении прицельной марки в центре поля зрения окуляра при сохранении качественного изображения в пределах рабочего поля зрения прицела.
Таким образом, реализация технических преимуществ предлагаемого способа изменения направления визирной оси в прицеле с переменным увеличением и прицела с переменным увеличением, реализующего способ, обладающих совокупностью указанных отличительных признаков, позволяет создать технологичный, экономически эффективный прибор с высокими техническими характеристиками.
Литература
1. Оружие и технологии России. Энциклопедия. XXI век: Т. XI: Оптико-электронная и лазерная техника / Издательский дом «Оружие и технологии», 2005 г.
2. Патент RU 2364900, 2009 г.
3. Патент RU 2282223, 2006 г.
4. Патент RU 2331035, 2008 г.