ПРИЦЕЛ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЙ ДЛЯ РАБОТЫ С ДВУМЯ ОТКРЫТЫМИ ГЛАЗАМИ
SIGHTING DEVICE DESIGNED TO OPERATE WITH TWO OPEN EYES

Область техники
Представленный прицел предназначен для быстрого и точного наведения геодезических и астрономических, в том числе наблюдательных приборов, коими он может являться и сам, систем оптической связи и измерительной техники, игрового, стрелкового и проч. оружия.
Представляемый прицел может иметь, а может и не иметь сетки, в т.ч. прицельной.
На базе заявленного прицела могут быть построены бинокулярные наблюдательные приборы.
Уровень техники
Известен прицел (патент РФ 2158405), предназначенный для ориентации и/или изменения углового положения объектов в пространстве, включающий телескопическую систему Галилея и коллиматорный целеуказатель с вынесенным маркером. Такой прицел принят в качестве ближайшего аналога.
Особенностью аналога является крайняя простота - он может включать всего две оптические детали, выполненные прессованием полимеров.
Аналог позволяет одновременно воспринимать ведущим глазом любую композицию из трех изображений при произвольном соотношении их визуально воспринимаемых яркостей: естественно воспринимаемое изображение цели; увеличенное изображение цели; изображение прицельного знака. Для выбора требуемой композиции и соотношения яркостей достаточно лишь несколько сместить голову относительно прицела.
Это позволяет при естественном восприятии пространства легко в нем ориентироваться и быстро навести прицел на объект прицеливания, а затем, перейдя к его увеличенному изображению, осуществить идентификацию объекта, слежение за ним и точное наведение. При этом для сохранения контроля над ситуацией в пространстве объектов прицеливания можно и не терять из поля зрения ведущего глаза естественно воспринимаемое изображение.
К недостаткам аналога следует отнести общеизвестные недостатки телескопической системы Галилея.
х
х
Так, при разумных световых размерах объектива и окуляра (предполагается; что в аналоге роль объектива выполняет входная оптическая поверхность одиночной линзы-призмы, выполняющей функцию телескопической системы, а окуляра - выходная) система Галилея при удаленном зрачке глаза пользователя имеет малое поле зрения (при увеличении 2,5 и диаметре зрачка глаза 2 мм, удаленном на 50 мм от прицела, поле зрения такой линзы-призмы, составит примерно 5°, а при увеличении 4 - менее 3°, что, конечно, достаточно для восприятия характерных целей, имеющих угловой размер в несколько десятков угловых минут, но все же вызывает некоторый дискомфорт. При этом у такой системы по мере роста угла поля зрения резко падает светопропускание (в приведенном примере от максимума для осевых лучей до 0% - для крайних полевых, соответствующих упомянутым 5 и 3°).
х
Причина таких недостатков кроется в отсутствии возможности согласования положения выходного зрачка телескопической системы Галилея с входным зрачком глаза пользователя (выходной зрачок телескопической системы Галилея (если за входной принять оправу объектива) находится внутри такой системы - по ходу лучей - перед окуляром, т.е. на расстоянии порядка 70 мм от глаза - используя телескопическую систему Галилея в качестве увеличивающей оптики прицела, пользователь словно смотрит сквозь небольшое отверстие - порядка 5-10 мм (зависит от размеров входной и выходной оптических поверхностей линзы-призмы), расположенное на расстоянии 70 мм от него, в котором видит увеличенное изображение цели и ограниченно - окружающее цель пространство). Для справки в 5-ти мм отверстие, расположенное в 70 мм от глаза, можно увидеть всего лишь увеличенное в 4 изображение грудной фигуры, удаленной на 25 м.
Помимо этого у аналога при восприятии увеличенного изображения имеет место выраженно несимметричное поле зрения - с одной стороны от точки прицеливания (в направлении от которой производится вынос маркера) оно составляет примерно 1/7, а не половину максимального, что связано с необходимостью (для обеспечения гарантированного выноса маркера) перекрытия (в нормальной проекции на плоскость, перпендикулярную направлению прицеливания - далее «в Проекции») выходной оптической поверхностью целеуказателя выходной оптической поверхности телескопической системы.
В этой связи использование аналога ограничено либо малыми дистанциями (до 800 м), либо (на дальних дистанциях) условиями работы, предполагающими наличие условно неограниченного времени на прицеливание. Так, аналог может быть использован на автомате Калашникова, при наведении телескопов и проч. Его же использование, например, совместно со снайперским оружием с прицельной дальностью порядка 2000 м нецелесообразно.
Последний из отмеченных недостаток проявится также и при совмещении коллиматорного целеуказателя с вынесенным маркером с прибором ночного видения или тепловизором.
Технический результат
В основном технический результат от реализации представленных объектов изобретения заключается в создании для ведущего глаза пользователя возможности перехода в процессе прицеливания, не прерывая последний, в том числе не прерывая точное наведение (по увеличенному, усиленному по яркости или спектрально преобразованному изображению цели), к естественным условиям наблюдения или, по крайней мере, к максимально близким к таковым, обеспечивающим возможность свободной ориентации в пространстве в пределах поля зрения неведущего глаза (перед которым есть разве что корригирующая оптика), т.е. в создании максимально близких условий работы для обоих глаз пользователя, в т.ч. с точки зрения сведения их осей на объекте внимания.
Проблема использования традиционных оптических прицелов, как телескопических, так и ночного видения, заключается в том, что они имеют ограниченное поле зрения. Это существенно затрудняет их применение, увеличивает время прицеливания, сокращает объем визуально воспринимаемой полезной информации (см. Википедия, запрос: «оптический прицел»).
Помимо этого большое неудобство при использовании традиционных оптических прицелов связано с тем, что для левого и правого глаз создаются совершенно разные условия работы, в том числе и с точки зрения взаимной ориентации их осей. Это в значительной степени усложняет прицеливание при открытых обоих глазах, приводит к потере ориентации в пространстве и нарушению работы вестибулярного аппарата в связи с нарушением естественной конвергенции и различием скорости движения изображений, воспринимаемых различными глазами.
Изобретение призвано решить обозначенные проблемы.
Дополнительно в отношении первого и третьего из заявленных объектов следует отметить, что традиционные прицелы имеют ограниченное светопропускание, и их работоспособность сильно зависит от степени загрязнения их оптических поверхностей, в частности, при запотевании традиционные прицелы становятся неработоспособными.
Технический результат от реализации отличительных признаков первого из заявленных объектов заключается также и в том, что обеспечивается возможность совмещения достоинств телескопической системы Кеплера, и/или прибора ночного видения, и/или тепловизора (относительно большое поле зрения, возможность усиления яркости цели, преобразования инфракрасного излучения цели в видимое) с достоинствами прицела с вынесенным маркером (возможность без контакта с прицелом а) переходить от одной композиции визуально воспринимаемых изображений к другой, б) регулировать соотношения яркостей визуально воспринимаемых изображений, возможность работы в условиях загрязнения, в том числе запотевания, оптических поверхностей, практически неограниченное поле зрения для ведущего глаза, например над, а также слева и справа от точки прицеливания, при восприятии естественного изображения цели, возможность естественного восприятия цели практически при 100% пропускании света от нее при одновременном восприятии прицельного знака, удобство работы при обоих открытых глазах - оба глаза видят абсолютно идентичные по яркости, цвету и проч. изображения).
И в отношении второго и третьего из заявленных объектов можно сказать, что они позволяют без обращения к органам управления прицелом переходить от одной комбинации визуально воспринимаемых изображений к другой при произвольном изменении соотношения визуально воспринимаемой яркости последних.
С другой стороны, использование отличительных признаков представленных изобретений позволит оптимизировать оптические характеристики (в первую очередь уменьшить поле зрения) указанных устройств без ущерба контролю во время прицеливания над ситуацией в пространстве объектов прицеливания.
Сущность изобретения
Главная задача изобретения - обеспечение в процессе прицеливания возможности максимального приближения условий работы глаз пользователя при рассматривании пространства объектов прицеливания к естественным - обеспечение возможности примерно одинаковой ориентации глаз в направлении одних и тех же объектов, а также одинакового для глаз пространственного восприятия окружающих цель объектов (для левого и правого глаза объект прицеливания или окружающие его объекты должны быть практически одинаковы и находиться там, где бы они были, если бы в ход физических лучей от цели до глаза прицел введен бы не был).
Заявленный технический результат достигается тем, что в прицел, предназначенный для ориентации углового положения объектов в пространстве, обеспечивающий возможность во время прицеливания воспринимать ведущим глазом естественное изображение цели либо близкое к таковому, а также, возможно, и/или части окружающего ее пространства, введены следующие отличительные признаки.
1) по первому из заявленных объектов:
- прицел включает телескопическую систему Кеплера, и/или прибор ночного видения, и/или тепловизор (предполагается, что последние два устройства построены на базе электронно-оптического преобразователя изображения), при том что на их выходе (например, после объектива телескопической системы или электронно-оптического преобразователя прибора ночного видения либо тепловизора) либо непосредственно на выходе прицела расположен зеркальный, призменный или зеркально-призменный узел или его выходной элемент (в частном случае роль которого может выполнять окуляр любого из указанных устройств), при том что такой узел обеспечивает преимущественно параллельное смещение лучей, посредством которых осуществляется построение увеличенного, и/или усиленного по яркости, и/или преобразованного по спектру изображения цели или также и окружающего ее пространства;
- при этом он обеспечивает смещение оптической оси того и/или иного из указанных устройств (телескопической системы, и/или прибора ночного видения, и/или тепловизора) - ее параллельный сдвиг в сторону, причем таким образом, чтобы в направлении прицеливания как минимум часть (периметра) выходной оптической поверхности либо выходных оптических поверхностей упомянутого узла или окуляров указанных устройств располагалась(ись) вне области экранирования по крайней мере части пространства объектов прицеливания (главным образом вне области экранирования цели) деталями таких устройств (телескопической системы и/или прибора ночного видения, и/или тепловизора);
- оправа(ы) выходного(их) оптического(их) элемента(ов) упомянутого узла и/или сам такой элемент либо элементы или окуляр (окуляры) выполнены такими, чтобы обеспечивались возможность работы по принципу вынесенного маркера и/или возможность работы по принципу вынесенного изображения, построенного с использованием указанных устройств;
- также прицел включает расположенный до выходного оптического элемента упомянутого узла или прицела (здесь и далее предполагается, что выходной оптический элемент упомянутого узла является выходным оптическим элементом и самого прицела - см. также ниже в отношении светофильтров и проч.) механизм юстировки, выполненный с возможностью углового смещения изображения, построенного тем и/или иным из указанных устройств, с целью согласования углового положения оптических осей указанных устройств и смещенной либо смещенных оптических осей на выходе упомянутого узла (обеспечивающий согласование углового положения оптических осей на входе и на выходе прицела).
2) по второму из заявленных объектов:
- прицел включает телескопическую систему Кеплера, или прибор ночного видения, или тепловизор, при том что на их выходе либо непосредственно на выходе прицела расположен зеркальный, призменный или зеркально-призменный узел или его выходной элемент (в частном случае роль которого может выполнять окуляр любого из указанных устройств), при том что такой узел обеспечивает параллельное смещение лучей, идущих от цели и/или от окружающего ее пространства, с целью их смешения с лучами, идущими из того или иного из указанных устройств;
- при этом он выполнен с возможностью обеспечения смещения оптической оси ведущего глаза пользователя по принципу перископа (если рассматривать воображаемый обратный ход лучей - от глаза к цели) как минимум при одном положении глаза относительно прицела, при котором пользователь видит изображения прицельного знака и цели - ее параллельный сдвиг в сторону, таким образом, чтобы в направлении прицеливания как минимум часть входной оптической поверхности упомянутого узла, в которую поступают лучи из пространства объектов прицеливания, располагалась бы вне области экранирования по крайней мере части такового (опять же, главным образом вне области экранирования цели) деталями указанных устройств (телескопической системы или прибора ночного видения/ или тепловизора);
- прицел включает механизм юстировки, выполненный с возможностью углового смещения изображения, построенного тем или иным из указанных устройств, с целью согласования углового положения оптических осей на выходе одного из указанных устройств (здесь и далее - на базе которого он построен) и на выходе упомянутого узла (в ином варианте, что означает одно и то же - обеспечивающий согласование углового положения оптических осей объективов указанных устройств и смещенной оптической оси на входе упомянутого узла) - данный механизм целесообразно располагать после объектива указанных устройств;
- прицел включает оптический элемент (пластину, зеркало, линзу и т.п.) с переменным по своему поперечному сечению (поперек осевым лучам) пропусканием и/или отражением, например, с покрытием, нанесенным на рабочую оптическую поверхность, имеющим переменный коэффициент пропускания и/или отражения;
- дополнительно прицел включает механизм юстировки, выполненный с возможностью углового смещения изображения, построенного лучами, миновавшими то или иное из указанных устройств, с целью согласования углового положения оптической оси на выходе прицела и эвентуального (предполагаемого) углового положения оптической оси неведущего глаза пользователя (здесь имеется в виду такое положение оптической оси неведущего глаза, которое имело бы место быть при ориентации прицела посредством ведущего глаза на объект прицеливания и ориентации на такой объект неведущего глаза при правильной конвергенции) - осевому пучку лучей на входе прицела должен соответствовать примерно (например, при пренебрежении аберрациями) параллельный осевой пучок лучей на выходе прицела - данный механизм целесообразно располагать перед входной оптической поверхностью упомянутого узла, в которую поступают лучи от цели, либо между элементами упомянутого узла, например перед его выходным элементом.
3) по третьему из заявленных объектов:
- прицел включает прибор ночного видения или тепловизор;
- на выходе указанных устройств либо непосредственно на выходе прицела расположен узел или его выходной элемент, при том что такой узел обеспечивает параллельное смещение лучей, посредством которых осуществляется построение усиленного по яркости и/или преобразованного по спектру изображения цели или также и окружающего ее пространства;
- при этом упомянутый узел обеспечивает смещение оптической оси того или иного из указанных устройств, причем таким образом, чтобы в направлении прицеливания как минимум часть выходной оптической поверхности упомянутого узла или прицела располагалась вне области экранирования по крайней мере части пространства объектов прицеливания деталями таких устройств;
- также прицел включает расположенный перед (не обязательно непосредственно - может и где-то перед другими оптическими элементами прицела по ходу луча) выходным оптическим элементом упомянутого узла или прицела механизм юстировки, выполненный с возможностью углового смещения изображения, построенного тем или иным из указанных устройств, с целью согласования углового положения оптических осей одного из указанных устройств и смещенной оптической оси на выходе упомянутого узла (оси должны быть примерно параллельны);
- при этом выходной оптический элемент упомянутого узла выполнен с возможностью пропускания в направлении ведущего глаза (того, который работает с указанными устройствами - посредством которого осуществляется прицеливание) света из пространства объектов прицеливания, миновавшего указанные устройства;
- дополнительно оправа выходного оптического элемента упомянутого узла и/или сам такой элемент выполнены такими, чтобы обеспечивались 1) возможность работы по принципу вынесенного маркера и/или 2) возможность работы по принципу вынесенного изображения, построенного с использованием одного из указанных устройств;
- при этом дополнительно прицел может включать расположенный на входе упомянутого узла, на который поступают лучи от цели, миновавшие указанные устройства, механизм юстировки, выполненный с возможностью углового смещения изображения, построенного лучами, миновавшими то или иное из указанных устройств, с целью согласования углового положения оптической оси прицела и эвентуального (предполагаемого) углового положения оптической оси неведущего глаза пользователя (см. выше в отношении второго объекта) - осевому пучку лучей на входе прицела должен соответствовать примерно (также см. выше) параллельный осевой пучок лучей на выходе прицела.
От аналога первый объект в первую очередь отличает то, что функцию целеуказателя выполняют сами указанные устройства, кроме того, работа по принципу вынесенного изображения предполагает особую геометрию (см. ниже) выходного оптического элемента прицела, отличную от геометрии такового целеуказателя с вынесенным маркером.
От известных систем с совмещением изображений второй объект в первую очередь отличает наличие элемента с переменным по своему поперечному сечению (поперек оптической оси или осевым лучам) пропусканием и/или отражением.
От известных систем с совмещением изображений третий объект в первую очередь отличает наличие механизма юстировки, исключающего в процессе эксплуатации прицела пусть даже незначительное рассогласование оптических осей глаз.
Подробнее функции названных механизмов юстировки описаны ниже. Здесь же по этому поводу представляется необходимым пояснить следующее.
В случае работы по принципу вынесенного маркера оптическая ось прицела как целеуказателя (под которой в материалах заявки, как правило, понимается ось, проходящая параллельно (опять же при пренебрежении аберрациями) вышедшим из прицела лучам, несущим в глаз пользователя информацию о прицельной точке прицельной сетки - о той точке прицельной сетки, которую для обеспечения правильного наведения надо совместить с контрольной точкой на цели - это может быть реальный центр перекрестия или воображаемый центр перекрестия не соприкасающихся друг с другом отрезков, это может быть вершина острого или тупого угла, точка и т.п.), по направлению совпадает с направлением прицеливания, определяемым направлением зрительного внимания, за которое можно принять направление от центра зрачка глаза пользователя к контрольной точке на цели.
Оптическая же ось прицела как наблюдательного прибора (под которой в материалах заявки, как правило, понимается ось, проходящая через центр входного зрачка объектива одного из указанных устройств и воображаемое изображение прицельной точки прицельной сетки, построенное таким объективом в предполагаемом обратном ходе лучей) также должна по направлению совпадать с направлением прицеливания. В противном случае для ведущего глаза будет иметь место двоение изображений, для исключения которого и предполагается использовать первый из упомянутых механизм юстировки.
Т.е. первый из упомянутых механизмов юстировки можно определить как механизм юстировки, выполненный с возможностью исключения углового рассогласования местоположения тех изображений объекта внимания, которые при некотором (вытекающем из соображений работы по принципу вынесенного маркера и/или вынесенного изображения) положении ведущего глаза относительно прицела могут быть восприняты таким глазом одновременно, как, например, увеличенного (здесь и далее: или усиленного по яркости, преобразованного по спектру) и естественно воспринимаемого изображений цели. При прицеливании по принципу вынесенного маркера контрольные точки на таких изображениях с высокой степенью точности должны совпадать. Так, например, в случае прицела, предназначенного для наведения стрелкового оружия, угловое рассогласование местоположений указанных здесь изображений (различие в угловом положении изображений контрольных точек) не должно значительно превосходить кучность боя, выраженную в угловой мере (в радианах кучность боя примерно равна отношению диаметра окружности, описывающей серию последовательных поражений на цели, к дистанции до цели), хотя лучше такое рассогласование посредством юстировки сводить практически к нулю. В прицелах, предназначенных для ориентации наблюдательных приборов, такое рассогласование не должно превышать половину поля зрения приборов, хотя и в данном случае посредством юстировки его лучше сводить практически к нулю.
Следуя тем же рассуждениям и второй из упомянутых механизмов юстировки также можно определить как механизм юстировки, выполненный с возможностью исключения углового рассогласования местоположения увеличенного и неувеличенного изображений цели, которое также лучше сводить к нулю.
Третий из упомянутых механизмов юстировки призван как минимум исключить двоение изображений, воспринятых разными глазами, хотя в лучшем исполнении такой механизм должен исключать в процессе прицеливания угловое рассогласование в положении глаз при восприятии одинаковых объектов - оси глаз должны быть либо параллельны с точностью до десятков угловых минут, либо они должны сходиться на объекте внимания. Данный механизм позволяет компенсировать погрешности изготовления и установки оптических элементов, в частности дополнительных (см. ниже) упомянутого узла.
Описание фигур
Изобретение проиллюстрировано 36 фигурами, на которых изображены варианты исполнения представляемых прицелов, механизмов юстировки, возможных визуально воспринимаемых изображений и проч.
Фиг.1-21, в основном соответствуют первому заявленному объекту;
22-28 - в основном второму;
29-36 - в основном третьему.
Различные технические решения, используемые в том или ином объекте, могут быть позаимствованы при создании других.
Отличие между объектами сводится к тому, чья ось смещается - одного из указанных устройств или (условно - см. ниже) глаза (либо пучка осевых лучей от цели, миновавших указанные устройства, что то же самое).
Также в случае с прибором ночного видения и тепловизором не очевидна целесообразность обеспечения непременной возможности работы по принципу вынесенного изображения, при которой лицо пользователя окажется освещенным светом экрана.
На фиг.1 представлен вид сверху на прицел, в котором посредством упомянутого узла выполнено горизонтальное смещение оси телескопической системы.
На фиг.2 представлен вид в направлении прицеливания на прицел, аналогичный изображенному на фиг.1 (с горизонтальным смещением оси) с прямоугольным выходным отверстием упомянутого узла (с прямоугольным периметром выходной оптической поверхности упомянутого узла).
На фиг.3 представлен вид в направлении прицеливания на прицел с вертикальным смещением оси.
На фиг.4 представлен возможный вариант исполнения механизма юстировки прицела с упомянутым узлом.
На фиг.5 представлен ход апертурного и полевых, в том числе крайних полевых, лучей в телескопической системе и в упомянутом узле.
На фиг.6, 7, 8, 9 изображены варианты взаимного расположения нормальных проекций выходного оптического элемента упомянутого узла и зрачка глаза пользователя на плоскость, перпендикулярную направлению прицеливания.
На фиг.10, 11, 12, 13 изображены варианты визуально воспринимаемых изображений, соответствующих положениям зрачка относительно прицела, представленным на фиг.6, 7, 8, 9.
На фиг.14, 15, 16, 17 представлены варианты нанесения отражающих покрытий на отражающую грань выходного оптического элемента упомянутого узла в Проекции.
На фиг.18 изображен прицел для наведения телескопа с большим увеличением.
На фиг.19 представлена возможная компоновка комбинированного прицела - взаимное положение телескопической системы и прибора ночного видения (устройство выверки прицела на оружии и внесения поправок, устройство крепления прицела к оружию, объединяющее указанные устройства, а также механизм юстировки, позволяющий согласовать их оси на фиг. не показаны).
На фиг.20 представлена оптимальная, по мнению автора, компоновка прицела для стрелкового оружия.
На фиг.21 представлена компоновка устройства, которое может быть использовано как для наведения стрелкового оружия, предполагающего отдачу, так и для наблюдения с относительно большим полем зрения.
На фиг.22 представлен вид сбоку на прицел, соответствующий второму из заявленных объектов - со смещением (при расщеплении оси - в результате глаз пользователя одновременно может наблюдать различные изображения, поступающие по различным каналам) оптической оси глаза пользователя в вертикальном направлении.
На фиг.23 представлена «гипотенузная» грань дополнительного элемента упомянутого узла в Проекции с указанием а) следов крайних осевых (аппертурных) и полевых лучей, а также б) возможного расположения зрачка глаза пользователя относительно такой грани в Проекции.
На фиг.24 представлена возможная зависимость коэффициента отражения покрытия, нанесенного на «гипотенузную» грань дополнительного элемента упомянутого узла (или на отражающую грань самого узла), от удаления от оптической оси в диагональном сечении.
На фиг.25, 26 изображены примерные варианты визуально воспринимаемых изображений, соответствующих положениям зрачка I и III (фиг.23) относительно прицела.
На фиг.27, 28 представлен разрез на виде сверху механизма юстировки, включающего два поворотных клина, расположенных один за другим, оси вращения которых перпендикулярны друг другу - первого горизонтальна, второго - вертикальна.
На фиг.29, 30, 31, 34 представлены варианты исполнения окулярной части прибора ночного видения или тепловизора (дополнительный элемент (см. ниже) не указан).
На фиг.32, 33 представлены варианты возможной взаимной ориентации выходной оптической поверхности прицела и световых трубок, в которых распространяются лучи от осевой точки цели и о направлении прицеливания.
На фиг.35 представлен вариант исполнения окулярной части прибора ночного видения или тепловизора с дополнительным элементом.
На фиг.36 представлена геометрия выходного оптического элемента в той его области, которая предназначена для работы по принципу вынесенного изображения.
Фиг.1 приведена для пояснения сути смещения оптической оси на выходе телескопической системы.
Фиг.2 и 3 приведены для пояснения сущности исключения для как минимум части выходной оптической поверхности упомянутого узла экранирования в направлении прицеливания пространства объектов прицеливания деталями телескопической системы.
Фиг.4 приведена для иллюстрации возможного принципа работы механизма юстировки.
Фиг.5 приведена для иллюстрации особенностей телескопической системы, предназначенной для построения представляемого прицела (оптическими элементами упомянутого узла являются зеркала).
Фиг.6, 7, 8, 9 приведены для иллюстрации возможных вариантов взаимной ориентации прицела и глаза пользователя, соответствующих различным визуально воспринимаемым изображениям.
Фиг.10, 11, 12, 13 приведены для представления визуально воспринимаемых ведущим глазом изображений, соответствующих положениям его зрачка относительно прицела, представленным на фиг.6, 7, 8, 9 (при реализации отражающего покрытия грани 5 выходного оптического элемента упомянутого узла в соответствии с фиг.14).
Фиг.14, 15, 16, 17 приведены для пояснения возможности получения дополнительных сочетаний визуально воспринимаемых изображений при создании на отражающей грани оптического элемента упомянутого узла отражающего покрытия с переменным коэффициентом отражения (также для этой же цели возможно создание на одной из преломляющих оптических поверхностей прицела покрытия с переменным, в том числе с регулируемым посредством прикладывания электрического напряжения, коэффициентом светопропускания).
Фиг.18 приведена для иллюстрации возможности интеграции упомянутого узла в прицел.
Фиг.19 приведена для представления взаимной ориентации выходных оптических элементов различных блоков упомянутого узла комбинированного прицела: блока, соответствующего телескопической системе, и блока, соответствующего прибору ночного видения.
Фиг.20 приведена для иллюстрации возможности построения прицела, соответствующего первому из заявленных объектов, с удаленным зрачком.
Фиг.21 приведена для пояснения возможной компоновки прицела, ориентированного на различные положения глаза относительно него вдоль оптической оси (оптические элементы упомянутого узла выполнены в виде зеркал).
Фиг.22 приведена для пояснения сути смещения оптической оси глаза пользователя (предположительно расположенного в области выходного зрачка телескопической системы; вообще же, ведущий глаз может располагаться и в области хода лучей, несущих информацию о направлении прицеливания и о неувеличенном изображении цели), а также для пояснения сущности исключения для как минимум части входной оптической поверхности упомянутого узла (в которую поступают лучи из пространства объектов прицеливания) экранирования в направлении прицеливания пространства объектов прицеливания деталями телескопической системы (или прибора ночного видения/тепловизора).
Фиг.23 приведена для представления различных вариантов взаимного расположения глаза пользователя и прицела, которым соответствуют различные комбинации визуально воспринимаемых изображений.
Фиг.24 приведена для пояснения причин уменьшения яркости объектов увеличенного и неувеличенного изображений при рассмотрении фиг.26.
Фиг.25, 26 приведены для представления визуально воспринимаемых ведущим глазом изображений, соответствующих положениям его зрачка относительно прицела, представленным на фиг.23 поз.I, III (при реализации отражающего покрытия «гипотенузной» грани дополнительного элемента в соответствии с фиг.24).
Фиг.27, 28 приведены для пояснения принципа работы механизма юстировки, построенного на базе двух поворотных клиньев, расположенных один за другим, оси вращения которых перпендикулярны друг другу.
Фиг.29 приведена для иллюстрации возможности выполнения упомянутого узла в виде насадки к прибору ночного видения или тепловизору.
Фиг.30, 31, 34, 35 приведены для иллюстрации возможности интеграции упомянутого узла в окулярную часть прибора ночного видения или тепловизора.
Фиг.32, 33 приведены для пояснения обеспечения возможности одновременной работы по принципу вынесенного маркера и по принципу вынесенного изображения (рисунки отражают особенности всех заявленных объектов).
Фиг.36 приведена для пояснения особенности геометрии выходного оптического элемента прицела в той его области, которая предназначена для работы по принципу вынесенного изображения.
На фигурах приняты следующие обозначения:
1 - телескопическая система Кеплера с прицельной сеткой, а также с механизмом выверки на оружии и введения поправок (традиционный оптический прицел с некоторыми особенностями - см. ниже);
2 - зеркальный, призменный или зеркально-призменный узел, обеспечивающий упомянутое смещение оптической оси;
3 - горизонтально расположенная направляющая, в которой возможно вращение оси (вала) упомянутого узла или одного либо части его компонентов (вместе с таковыми);
4 - дополнительные элементы упомянутого узла;
5 - одна из отражающих граней оптической детали упомянутого узла;
6 - положение глаза пользователя, при котором возможна работа по принципу вынесенного маркера (на фиг. изображение глаза традиционно представлено в профиль, тогда как на самом деле его следует повернуть на 90°);
7 - выходная оптическая поверхность упомянутого узла, для которой в направлении прицеливания пространство объектов прицеливания не экранируется деталями телескопической системы;
8 - часть выходной оптической поверхности упомянутого узла, для которой в направлении прицеливания пространство объектов прицеливания не экранируется деталями телескопической системы;
9 - вал лапки-держателя верхней поворотной призмы с отверстием под треугольный торцевой ключ юстировочного приспособления;
10 - нижняя поворотная призма;
11 - лапка-держатель нижней поворотной призмы;
12 - вал лапки-держателя нижней поворотной призмы;
13 - корпус упомянутого узла;
14 - световая трубка, в которой распространяются полевые лучи;
15 - крайние полевые лучи (определяющие максимально возможное поле зрения при заданном удалении зрачка глаза относительно прицела вдоль оптической оси);
16 - световая трубка, в которой распространяются лучи, несущие информацию о направлении прицеливания (например, об осевой точке прицельного знака);
17 - выходной зрачок телескопической системы;
18 - оправа объектива телескопической системы;
19 - выходная оптическая поверхность выходного элемента упомянутого узла (в исполнении прицела, соответствующего фиг.6, предполагается, что за такой поверхностью расположена наклоненная к оптической оси под углом 45° грань выходного оптического элемента с отражающим покрытием, представленным на фиг.14 (исключение полного внутреннего отражения достигается нанесением на грань поверх отражающего покрытия поглощающего свет покрытия, имеющего хорошую адгезию к стеклу);
20 - одно из возможных положениях зрачка глаза пользователя относительно прицела;
21 - визуально воспринимаемое изображение объекта окружающего цель пространства;
22 - визуально воспринимаемое изображение цели;
23 - визуально воспринимаемое изображение прицельного знака;
24 - объектив телескопической системы;
25 - выходной оптический элемент упомянутого узла (в исполнении прицела, представленном на фиг.18, такой элемент дополнительно совместно с элементом упомянутого узла 30 выполняет функцию оборачивающей системы телескопической системы);
26 - окуляр телескопической системы;
27 - второй по ходу луча клин механизма юстировки (роль клина в механизме юстировки может выполнять линза с большим фокусным расстоянием);
28 - первый по ходу луча клин механизма юстировки;
29 - первый (входной) элемент упомянутого узла (в исполнении прицела, представленном на фиг 18, к одной из граней такого элемента дополнительно может быть приклеен клин, на «гипотенузную» грань которого нанесено селективное отражающее покрытие, пропускающее излучение на рабочей длине волны светоизлучающего диода поз.31);
30 - объектив, проецирующий в фокальную плоскость окуляра (совпадает с выходной оптической поверхностью призмы, на которой может быть нанесена дополнительная сетка) изображение прицельной сетки;
31 - прицельная сетка - светоизлучающий диод, светящаяся поверхность которого имеет заданную пространственную конфигурацию;
32 - входной зрачок телескопической системы;
33 - снайперская винтовка;
34 - выходной оптический элемент упомянутого узла блока, соответствующего телескопической системе;
35 - выходной оптический элемент упомянутого узла блока, соответствующего прибору ночного видения;
36 - прибор ночного видения;
37 - линза, определяющая вынос выходного зрачка прицела, на которой может быть нанесена прицельная сетка, предполагающая подсветку, - это может быть плоско-вогнутая линза, плоская сторона которой обращена к окуляру (вообще, это не обязательно отрицательная линза, это может быть и собирающая линза);
38 - осевые лучи от цели, не проходящие через телескопическую систему, но которые могут попасть в глаз пользователя одновременно с лучами, несущими информацию о направлении прицеливания и об увеличенном изображении цели;
39 - механизм юстировки;
40 - полевые лучи от цели, не проходящие через телескопическую систему, но которые могут попасть в глаз пользователя одновременно с лучами, несущими информацию о направлении прицеливания;
41 - лучи, несущие информацию о направлении прицеливания (например, идущие от центрального фрагмента прицельной сетки);
42 - оборачивающая система телескопической системы;
43 - осевой (нижний апертурный) луч телескопической системы;
44 - полевой луч телескопической системы;
45 - «гипотенузная» грань дополнительного элемента в Проекции;
46 - следы крайних полевых лучей телескопической системы (воображаемые) - место пересечения таких лучей с «гипотенузной» гранью дополнительного элемента;
47 - следы крайних осевых лучей телескопической системы;
48 - зависимость коэффициента отражения покрытия фрагментов «гипотенузной» грани дополнительного элемента от их удаления от оптической оси;
49 - экран электронно-оптического преобразователя изображения;
50 - окуляр прибора ночного видения или тепловизора;
51 - выходной зрачок прибора ночного видения или тепловизора (место предпочтительного расположения зрачка глаза пользователя);
52 - прямоугольная призма, на «гипотенузную» грань которой нанесено селективное отражающее покрытие, пропускающее излучение на рабочей длине волны светодиода;
53 - объектив целеуказателя;
54 - положительный - собирающий - компонент окуляра (с положительной оптической силой), расположенный между экраном и первым оптическим элементом упомянутого узла;
55 - положительный компонент окуляра, расположенный между оптическими элементами упомянутого узла (между призмами);
56 - отрицательный - рассеивающий - компонент окуляра (с отрицательной оптической силой), расположенный между оптическими элементами упомянутого узла;
57 - следы крайних (наиболее удаленных от оптической оси) лучей, несущих информацию о направлении прицеливания;
58 - отрицательный компонент окуляра, расположенный между экраном и его положительным компонентом;
59 - положение глаза пользователя, при котором максимально используется рабочее поле зрения прибора ночного видения или тепловизора;
60 - «гипотенузная» грань выходного оптического элемента прицела;
61 - грань выходного оптического элемента прицела, расположенная в той его области, в которой предполагается работа по принципу вынесенного изображения, такая грань с точностью не более 3° (т.е. не погрешность не должна превосходить указанные 3°) должна быть параллельна оптической оси на выходе прицела;
62 - крайний луч, идущий из пространства объектов прицеливания, определяющий максимально возможное поле зрения, например, под точкой прицеливания (чему соответствует фиг.) при рассмотрении естественно воспринимаемого изображения цели;
63 - световая трубка конечных размеров, в которой распространяются полевые лучи естественно воспринимаемого изображения;
64 - световая трубка конечных размеров, в которой распространяются полевые лучи изображения, построенного одним из указанных устройств;
65 - крайний луч, идущий из пространства объектов прицеливания, определяющий максимально возможное поле зрения, например, над точкой прицеливания (чему соответствует фиг.) при рассмотрении изображения, построенного одним из указанных устройств;
66 - зрачок глаза пользователя (на фиг. предполагается, что зрачок глаза пользователя имеет минимальный диаметр - 2 мм - M1:1);
I - положение зрачка глаза пользователя в Проекции относительно «гипотенузной» грани дополнительного элемента, при котором пользователь ведущим глазом видит изображение прицельного знака и неувеличенное изображение цели и окружающего цель пространства (фиг.25);
II - положение зрачка глаза пользователя в Проекции относительно «гипотенузной» грани дополнительного элемента, при котором пользователь ведущим глазом видит изображение прицельного знака, а также увеличенное и неувеличенное изображения цели и окружающего цель пространства, при том что он может менять соотношение визуально воспринимаемой яркости последних, меняя степень перекрытия зрачком глаза выходного зрачка телескопической системы (световой трубки, в которой распространяются осевые лучи от цели);
III - основное положение зрачка глаза пользователя в Проекции относительно «гипотенузной» грани дополнительного элемента, при котором пользователь ведущим глазом видит изображение прицельного знака и увеличенное изображение цели, а также увеличенное и неувеличенное изображения окружающего цель пространства, при том что яркость первого к периферии поля зрения уменьшается, а второго - увеличивается (фиг.26), при этом пользователь может менять степень указанных здесь уменьшения и увеличения смещая глаз относительно выходного зрачка телескопической системы как в поперечном, так и в продольном направлениях;
IV - положение зрачка глаза пользователя в Проекции относительно «гипотенузной» грани дополнительного элемента, при котором пользователь ведущим глазом видит изображение прицельного знака и ослабленное по яркости неувеличенное изображение цели и окружающего цель пространства (по сравнению с тем, которое он видел, когда его глаз располагался в положении I), при этом пользователь, смещая глаз в поперечном направлении, может менять степень указанного здесь ослабления;
V - положение зрачка глаза пользователя в Проекции относительно «гипотенузной» грани дополнительного элемента, при котором пользователь ведущим глазом видит неувеличенное изображение цели и окружающего цель пространства;
А - направление прицеливания (как правило, параллельно оптической оси на входе прицела);
В - направление вращения в вертикальной плоскости упомянутого узла или одного либо части его компонентов, осуществляемого при юстировке прицела;
С - направление вращения в горизонтальной плоскости упомянутого узла или одного либо части его компонентов, осуществляемого при юстировке прицела;
Е - направление вращения первого клина механизма юстировки;
F - направления вращения второго клина механизма юстировки;
1
G - направление поворота первого клина механизма юстировки вокруг оси O, приводящего к смещению оптической оси в горизонтальной плоскости на угол α;
Н - расстояние от оптической оси окуляра телескопической системы до наиболее удаленного от нее края выходной оптической поверхности упомянутого узла (или прицела);
h - величина упомянутого смещения оси;
L - длина прицела;
1
O - вертикальная ось вращения первого клина механизма юстировки (проходит через центр перекрестия);
2
O - горизонтальная ось вращения второго клина механизма юстировки;
P - расстояние от оптической оси объектива телескопической системы до наиболее выступающей ее части в направлении упомянутого смещения оптической оси прицела;
в
h - высота части зрачка глаза пользователя, в Проекции выступающей над выходной оптической поверхностью прицела,
н
h - высота части зрачка, в Проекции перекрытой выходной оптической поверхностью прицела,
α - угол смещения оптической оси в горизонтальной плоскости, параллельной направлению прицеливания, вызванного поворотом первого клина (расположенного слева);
- штриховкой на фиг.1 обозначена область, которая в направлении прицеливания экранируется деталями телескопической системы - которая в Проекции перекрывается деталями телескопической системы;
- числа 4,0 и 9,3 указывают на удаление от оптической оси в мм фрагментов «гипотенузной» грани дополнительного элемента, на которые нанесено отражающее покрытие с коэффициентом отражения соответственно ~0% и ~100%;
- ~0% и 100% - значения коэффициента отражения покрытия, нанесенного на «гипотенузную» грань дополнительного элемента упомянутого узла (примечание: ~0% означает, что коэффициент отражения не превышает, например, 4%, соответствующие коэффициенту отражения границы воздух-стекло; 100% - максимальное возможное отражение соответствующего покрытия, например 90%).
Используемые понятия
Восприятие естественного изображения цели (и окружающего цель пространства) - восприятие изображения цели, построенного хрусталиком глаза на сетчатке лучами, до глаза или корригирующей оптики (очков для дали) прошедшими исключительно через окружающее цель пространство (как правило, через воздух, но может и через оконное стекло, дым, туман и проч.), минуя оптические элементы прицела (оптические детали прицела, выполненные из оптических материалов - стекол, пластмасс и проч.).
Восприятие изображения цели, близкого к естественному - восприятие изображения цели с однократным увеличением, без заметных пространственных искажений, преимущественно в той части пространства, в которой бы цель находилась, если бы в ход лучей между глазом и целью не был введен прицел. Такое изображение может быть построенного хрусталиком ведущего глаза на сетчатке лучами, до глаза или корригирующей оптики (очков для дали) прошедшими через оптические детали прицела развертка по ходу луча которых близка к плоскопараллельной пластинке или клину (которые не предназначены для фокусирования лучей).
Работа по принципу вынесенного маркера - работа с оптическим устройством, включающим оптические элементы (в частности, собирающие линзы), проецирующие изображение носителя информации о прицельном знаке (прицельной сетке) в пространство объектов прицеливания или на бесконечность, предполагающем выполнение устройства таким, что при расположении зрачка глаза в Проекции в области края его выходной оптической поверхности, за счет малых размеров фаски и/или оправы соответствующей оптической детали (выходной оптической детали прицела), а также благодаря конечным размерам самого зрачка глаза в последний могут одновременно попадать идущие параллельно друг другу лучи, несущие информацию как о направлении прицеливания (например, от осевой точки прицельного знака), так и об объекте прицеливания (из окружающего пространства от осевой точки объекта прицеливания), в результате чего визуально изображение прицельного знака будет восприниматься вынесенным за пределы прицела, как бы висящим в воздухе.
Работа по принципу вынесенного изображения (положение ведущего глаза аналогично описанному выше) - работа с оптическим устройством, проецирующим в глаз пользователя увеличенное и/или усиленное по яркости (преобразованное по спектру) изображение цели, при том что воображаемый след, оставленный на его выходной оптической поверхности световой трубки, в которой распространяются осевые лучи от цели, находится в непосредственной близости (на расстоянии предпочтительно менее упоминаемых ниже 1-2, но не более упоминаемых ниже 8 мм) от края такой поверхности, в результате чего визуально изображение цели будет восприниматься вынесенным за пределы прицела, как бы висящим в воздухе.
Примечания:
1) работа по принципу вынесенного маркера или вынесенного изображения возможна в системах, в которых воображаемый след крайних осевых пучков (соответственно от прицельной сетки и изображения) на выходной оптической поверхности близок к краю последней;
2) в материалах заявки описаны прицелы, в которых прицельная точка прицельной сетки расположена вблизи переднего главного фокуса, например, окуляра, т.е. на его оптической оси, что представляется наиболее рациональным, однако автор не исключает, что прицельная сетка может быть смещена в фокальной плоскости, например, при введении поправок или в процессе выверки прицела либо по другим причинам, в связи с чем под осевыми лучами, несущими информацию о направлении прицеливания, в материалах заявки следует понимать лучи, несущие информацию о прицельной точке прицельной сетки (как правило, такие лучи сонаправлены с направлением прицеливания).
Сведения о возможности реализации изобретения
В соответствии с заявленным изобретением по первому объекту можно изготовить три принципиально отличных варианта прицела:
- прицел с телескопической системой, на выходе которой расположен упомянутый узел, состоящий из одного блока с одним выходным оптическим элементом (здесь и ниже - роль которого может выполнять и окуляр), тогда как упомянутый механизм юстировки призван обеспечить согласование взаимного углового положения оптической оси, например, объектива телескопической системы и оптических элементов упомянутого узла посредством изменения направления хода лучей в прицеле без нарушения их гомоцентричности или параллельности (например, посредством изменения положения изображения цели в фокальной плоскости объектива или на прицельной сетке либо посредством углового смещения лучей после телескопической системы до выходного оптического элемента прицела) - механизм юстировки должен быть выполнен с возможностью совмещения при работе по принципу вынесенного маркера изображений, естественно воспринимаемого и увеличенного, также, возможно, вынесенного;
- прицел с прибором ночного видения (с ночным прицелом) или тепловизором, на выходе которых расположен упомянутый узел, также состоящий из одного блока также с одним выходным оптическим элементом с аналогичным по назначению механизмом юстировки;
- прицел с телескопической системой и прибором ночного видения или тепловизором, на выходе которых расположен упомянутый узел, состоящий из двух блоков (по одному на каждое устройство) с двумя выходными оптическими элементами (по одному на каждый блок), при том что упомянутый механизм юстировки также должен состоять из двух независимых блоков аналогичного назначения.
Возможно изготовление прицела с прибором ночного видения и тепловизором или со всеми указанными устройствами, но это представляется нецелесообразным.
В соответствии с заявленным изобретением по второму объекту можно изготовить три варианта прицела - с телескопической системой, с прибором ночного видения или с тепловизором. Помимо аналогичного упомянутому выше он может включать дополнительный механизм юстировки, который призван компенсировать погрешности изготовления оптических элементов упомянутого узла посредством изменения направления падения лучей от цели или окружающего ее пространства на его входе.
В соответствии с заявленным изобретением по третьему объекту можно изготовить два варианта прицела - с прибором ночного видения или с тепловизором. Он так же, как и предыдущий объект может включать механизмы юстировки обоих назначений.
Возможность же реализации изобретения в основном рассмотрена на примерах прицелов с телескопической системой. Такое рассмотрение в большей своей части верно и для прицелов с приборами ночного видения или тепловизорами (можно слова «телескопическая система» заменить на слова «прибор ночного видения» или «тепловизор», а слова «увеличенное изображение» словами «изображение, усиленное по яркости» или «электронно преобразованное изображение»).
Построение прицела с телескопической системой и прибором ночного видения рассмотрено в заключении. Аналогично может быть построен прицел с телескопической системой и тепловизором.
В отношении первого из заявленных объектов (многие из конструктивных решений которого могут быть применены и в прицелах, выполненных в соответствии со вторым и третьим объектами).
Прицел должен включать телескопическую систему Кеплера 1 (фиг.1).
Предпочтительно такая система должна быть построена таким образом, чтобы световая трубка 16 (фиг.5), в которой от выходной оптической поверхности окуляра распространяются лучи, несущие информацию о направлении прицеливания А (фиг.1) (например, об осевой точке прицельного знака), превосходила по площади своего поперечного сечения таковые световых трубок, например 14, в которых распространяются полевые лучи, а также площадь поперечного сечения световой трубки, в которой распространяются лучи от осевой точки цели (на фиг. не показана - показан только нижний апертурный луч, но ее положение очевидно, если принять во внимание, что изображен выходной зрачок 17 телескопической системы).
Это необходимо для того, чтобы при сохранении поля зрения (при рассмотрении увеличенного изображения) площадь выходной оптической поверхности упомянутого узла (здесь и далее, или прицела) была несколько меньше площади поперечного сечения осевого пучка лучей окуляра телескопической системы, несущих информацию о направлении прицеливания (окуляр в данном случае выполняет роль объектива, проецирующего изображение прицельного знака), чтобы вся выходная оптическая поверхность упомянутого узла оказалась «накрыта» осевыми лучами окуляра и при этом не были бы потеряны полевые лучи от цели. В этом случае гарантированно будет обеспечена возможность работы по принципу вынесенного маркера.
Предпочтительно используемая телескопическая система должна иметь выходной зрачок, по площади как минимум в 1,2 раза (лучше в 1,5), превосходящий максимально возможную площадь зрачка глаза человека. Это позволит существенно расширить возможные сочетания упомянутых композиций изображений. С другой стороны, это позволит получить большое поле зрения телескопической системы, определяемое, как это видно из фиг.5, ходом лучей 15 (см. ниже пояснения к фиг.34).
Помимо этого телескопическая система, используемая в прицелах для стрелкового оружия, как правило (в тех случаях, когда окуляр не является выходным оптическим элементом упомянутого узла), должна иметь нетрадиционно удаленный выходной зрачок (не на 40-50, а на 60-90 мм и более), что связано со значительной длиной хода лучей в упомянутом узле или в его выходном элементе.
На выходе телескопической системы прицел должен включать зеркальный, призменный или зеркально-призменный узел 2 (фиг.1), обеспечивает параллельное смещение лучей, посредством которых осуществляется построение увеличенного, и/или усиленного по яркости, и/или преобразованного по спектру изображения цели или также и окружающего ее пространства.
По сути такой узел обеспечивает смещение оптической оси прицела таким образом, чтобы как минимум часть 8 (фиг.3) выходной оптической поверхности упомянутого узла или вся его выходная оптическая поверхность 7 (фиг.2) располагались вне области экранирования пространства объектов прицеливания деталями телескопической системы (см. заштрихованную область на фиг.1).
Примечание: такой узел может включать и окулярную часть телескопической системы (оптические узлы расположенные после объектива) (фиг.18, 20, 21), а может и компоненты оборачивающей системы, сетку и проч.
Так, например, на выходе телескопической системы может быть установлена призма 2 (фиг.1) с двумя отражающими гранями (на фиг.1 штриховыми линиями, наклоненными под углом 45° к оптической оси, показаны такие грани, одна из которых - нижняя - обозначена поз.5).
В результате будет иметь место параллельное смещение оптической оси на величину h.
Значение h предпочтительно выбирать из диапазона примерно от P/2-D/(2·γ) до D, где P - расстояние от оптической оси объектива телескопической системы до наиболее выступающей ее части в направлении упомянутого смещения оптической оси прицела (на фиг.1 - это расстояние от оптической оси объектива телескопической системы до наружной части его оправы), D - диаметр входного зрачка телескопической систем, а γ - ее угловое увеличение.
Вообще следует стремиться к тому, чтобы при упомянутом смещении оси выполнялось следующее соотношение:
<mrow><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>2</mn></mrow></msup><mo><</mo><mfrac><mrow><mi>H</mi><mo>−</mo><mi>P</mi></mrow><mi>L</mi></mfrac><mo><</mo><mn>0,2,</mn><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
где H - расстояние от оптический оси окуляра телескопической системы до наиболее удаленного края выходной поверхности упомянутого узла,
a L - длина прицела - расстояние от переднего торца оправы объектива до выходной оптической поверхности упомянутого узла.
Это позволит, расположив глаз в положение 6 (фиг.1) таким образом, чтобы в Проекции лишь часть его зрачка оказалась закрыта выходной оптической поверхностью упомянутого узла, при естественном восприятии цели обеспечить, например, справа от точки прицеливания (для прицела, изображенного на фиг.2) или под точкой прицеливания (для прицела, изображенного на фиг.3) поле зрения соответственно от 0,5 до 12°, что соответствует примерно 1 м (при прицеливании в грудь видна вся ростовая фигура) и 20 м (при прицеливании на объект, находящийся на крыше 5 этажного дома, виден весь дом) по высоте на дистанции 100 м.
В этой связи предпочтительным является такое исполнение упомянутого узла (фиг.36), при котором за его выходной поверхностью расположена только одна оптическая поверхность, которая наклонена к выходной под углом 45° и является отражающей (на которую нанесены отражающее и защитное покрытия), при этом теоретически угол поля зрения под точкой прицеливания или справа от нее может составить 45° - при полном приближении глаза к прицелу.
Для справки. Прицел, изображенный на фиг.2 при работе по принципу вынесенного маркера, имеет поле зрения слева от точки прицеливания 5°, а на фиг.3 - под точкой прицеливания - 1°.
Следует, однако, иметь в виду, что неведущий глаз не экранируется прицелом и его поле зрения не ограничено, тогда как работу по принципу вынесенного маркера следует выполнять, не зажмуривая второй глаз - наблюдать цель лучше двумя глазами, что удобно, поскольку оба глаза работают в одинаковых условиях. Нарушения же конвергенции не произойдет, даже если для правого глаза крупноразмерная цель (с угловым размером от 1 до 4° - что зависит от особенностей зрения пользователя) вообще скроется за прицелом.
Для минимизации экранирования деталями прицела левого глаза пользователя смещение оптической оси предпочтительно выполнять влево, если смотреть на прицел по направлению прицеливания (как показано на фиг.2 - выходная оптическая поверхность упомянутого узла должна располагаться слева от телескопической системы).
Также предпочтительно смещение оптической оси вверх (такому исполнению соответствует прицел, изображенный на фиг.3).
х
х
Смещение влево удобно при использовании телескопических систем с большим увеличением и/или большой светосилой (например, 24 при диаметре входного зрачка 200 мм), устанавливаемых на объекты, которые имеют дополнительные механизмы фиксации - лапки, кронштейны, штативы и проч., а вверх - соответственно, с небольшим увеличением (например, 4 при диаметре входного зрачка 40 мм), устанавливаемые на объекты, которые предполагается держать в руках. В любом случае предпочтительным является такая конфигурация механизма крепления прицела на оружии, при которой оптическая ось на выходе упомянутого узла в пределах 40 мм будет располагаться по центру ориентируемого объекта, например, над осью ствола оружия.
Вообще же смещение оптической оси может быть произведено в любом направлении (с целью максимального приближения глаза к стволу оружия смещение может быть выполнено и вниз), хотя предпочтительным является ее смещение в верхнюю левую четверть относительно оси телескопической системы, т.е. несколько влево и/или несколько вверх.
Так, например телескопическая система может быть расположена над затвором снайперской винтовки, тогда как выходной элемент упомянутого узла - непосредственно по центру ствольной коробки.
Упомянутый узел может обеспечивать восприятие прямого или перевернутого (слева направо и/или сверху вниз) изображения.
В частности, упомянутый узел может выполнять функцию оборачивающей системы телескопической системы. Последнее удобно, если упомянутый узел включает окуляр телескопической системы (фиг.18) или компонент последнего (фиг.20).
Оправа выходного оптического элемента упомянутого узла и/или сам такой элемент должны быть выполнены такими, чтобы обеспечивалась возможность работы по принципу вынесенного маркера - в Проекции толщина оправы и/или размер фаски выходной оптической поверхности упомянутого узла должны быть меньше зрачка глаза человека, в крайних случаях меньше 1-2 мм (минимального диаметра зрачка глаза человека), но не больше 8-10 мм (максимального диаметра зрачка глаза человека).
Лучший результат будет достигнут тогда, когда как минимум с одной стороны (предпочтительно со стороны верхнего края выходной оптической поверхности упомянутого узла) за пределы его выходной оптической поверхности по направлению прицеливания ничего выступать не будет, а фаска на ней будет отсутствовать (фиг.36).
Другими словами, в Проекции за рабочей зоной (за световым диаметром, например) выходной оптической поверхности прицела ничего выступать не должно.
Если не были предъявлены сверхвысокие (практически недостижимые) требования к точности изготовления оптических и механических деталей прицела, то он должен включать механизм юстировки, обеспечивающий возможность согласования углового положения оптической оси, например, объектива телескопической системы (или самой телескопической системы, или других ее оптических компонентов) и оптической оси на выводе упомянутого узла, угловое положение которой совпадает (т.е. определяется) с угловым положением оптической оси ведущего глаза пользователя при восприятии им естественного изображения цели, на которую наведен вынесенный маркер.
Такой механизм может включать сам упомянутый узел (фиг.18), хотя предпочтительно (с точки зрения юстировок - на выходной оптический элемент прицела должны падать пучки лучей предсказуемой геометрии) его располагать перед или сразу за фокальной плоскостью объектива (фиг.20).
Хороший результат может быть достигнут, если механизм юстировки будет предполагать вращение упомянутого узла или одного либо части его компонентов вокруг двух взаимно перпендикулярных осей.
Так, например, узел может включать расположенные горизонтально 3 (фиг.1) и вертикально (фиг.2) направляющие вращательного движения, в которых могут располагаться валы, жестко связанные с как минимум одним оптическим элементом узла, поворот которого в направлениях В и С приведет к изменению углового положения оптической оси на выходе последнего.
Обсуждаемая юстировка прицела, по сути призванная согласовать взаимные угловые положения телескопической системы и оптических элементов упомянутого узла, должна сводиться к следующему.
Обеспечивают совпадение контрольной точки на цели (точки, на которую указывает, например, центральный фрагмент изображения прицельного знака, например прицельная точка, если прицельный знак выполнен в виде точки) при рассмотрении ее увеличенного и естественно воспринимаемого изображений (при работе по принципу вынесенного маркера).
Для юстировки может использоваться коллиматор с большим диаметром выходного зрачка, в главном фокусе которого установлена подсвечиваемая точечная диафрагма. Прицел устанавливают соосно с коллиматором так, чтобы на него проецировались осевые лучи последнего. Располагая глаз в области края выходной оптической поверхности прицела, предполагающей работу по принципу вынесенного маркера, наблюдают естественно воспринимаемое изображение диафрагмы и прицельного знака, а также изображение диафрагмы, простроенное телескопической системой. Обращаясь к органам управления механизмом юстировки (поворачивая соответствующие элементы такового) добиваются совмещения обоих изображений и, например, центрального фрагмента прицельного знака.
Для юстировки могут использовать приспособление, предназначенное для проворачивания соответственно вертикального и горизонтального валов в направляющих, например, выполненных в корпусе упомянутого узла, в которых они посажены желательно с натягом. Такое приспособление должно иметь передаточное отношение не менее 50 - одному обороту вала должно соответствовать 50 оборотов рабочего органа приспособления. Для этого приспособление может включать дифференциальный или планетарный механизмы либо зубчатую, например червячную, передачу, тогда как корпус упомянутого узла - элементы (например, отверстия под штифты), обеспечивающие фиксацию относительно него приспособления.
Предпочтительно юстировка должна выполняться на предприятии-изготовителе.
Возможным вариантом исполнения упомянутого узла является изготовление его из пары треугольных призм (на фиг.4 поз.10 обозначена нижняя призма) с углами 45, 45 и 90°, каждая из которых размещена в своем держателе (поз.11 обозначен держатель нижней призмы) с валами 9, 12, с натягом посаженными в отверстие корпуса узла 13, предназначенного для крепления к оправе окуляра, или являющегося частью корпуса самого прицела.
Оптические элементы упомянутого узла, например призмы, предпочтительно выполнять из оптических материалов с высоким показателем преломления, что позволит оптимизировать их габариты и габариты оптических деталей телескопической системы.
Валы различных держателей должны быть расположены под углом 90° друг к другу, хотя это и не обязательно - просто при ином расположении юстировка будет проходить в несколько итераций.
Оси валов могут располагаться параллельно отражающим граням призмы и проходить на небольшом расстоянии от них (от 0 до 5 мм).
В одном из возможных вариантов исполнения прицела между призмами может быть расположен окуляр телескопический системы или его компонент (последнее предпочтительно). Такое исполнение позволит при сохранении эксплуатационных характеристик прицела (большого поля зрения, незначительного изменения светосилы по мере роста полевого угла) уменьшить габариты его оптических элементов.
Так, первая призма упомянутого узла может быть расположена вблизи фокальной плоскости объектива телескопической системы, а за счет дополнительного оптического элемента она может еще и обеспечивать введение в ход лучей от цели лучей, идущих от прицельной сетки, тогда как окуляр телескопической системы может быть расположен непосредственно перед второй призмой упомянутого узла, при том что указанные здесь призмы могут выполнять роль оборачивающей системы телескопической системы (например, могут быть выполнены наподобие призменной оборачивающей системы бинокля).
К
На фиг.18 изображен прицел для наведения телескопа, включающий объектив 24 с входным зрачком 32, первый клин 28 механизма юстировки, первую призму 29 упомянутого узла, интегрированного в прицел, обеспечивающую совместно со второй призмой 25 (являющейся выходным оптическим элементом упомянутого узла и, собственно, самого прицела) помимо смещения оптической оси еще и оборачивание изображения (призма 29 может быть выполнена в виде призмы БП90°, а 25 - модифицированная АР90°), второй клин механизма юстировки 27, интерференционное зеркало, нанесенное на клин, обеспечивающее совместно с объективом целеуказателя 30 введение в ход лучей от цели лучей от прицельного знака - светоизлучающего диода 31, окуляр 26. Данный прицел предназначен для работы с объектами, не предполагающими возникновения во время эксплуатации отдачи. Поэтому он не включает линзу, задающую вынос выходного зрачка 17, и имеет незначительное удаление последнего от выходной оптической поверхности прицела.
х
При смещении оптической оси 30 мм такой прицел, имея длину и высоту 70 мм (возможно увеличение длины в пользу уменьшения высоты) при ширине (с органами управления механизма выверки) 60 мм, позволяет получить: увеличение 1 (при восприятии естественного изображения цели) и 4 (по выбору пользователя); поле зрения (при восприятии увеличенного изображения) - 10° (2ω'=40°; при 50% виньетировании; диаметр входного зрачка - 40 мм; поле зрения под точкой прицеливания (при восприятии естественного изображения цели) для ведущего глаза от 3,6 до 15° в зависимости от освещенности (в зависимости от диаметра зрачка глаза пользователя).
При уменьшении высоты прицела в случае работы по принципу вынесенного маркера поле зрения под точкой прицеливания для ведущего глаза будет уменьшаться (без ограничения такового в других направлениях).
При увеличении диаметра выходного зрачка поле зрения прицела может быть увеличено.
На выходе прицела (на выходе упомянутого узла) для стрелкового оружия типа автомата Калашникова можно располагать окуляр телескопической системы, тогда как упомянутый узел целесообразно включать в саму систему (располагать между объективом и окуляром). Полевую диафрагму такой системы, если диаметр выходного зрачка не увеличен, следует выбирать такого размера, чтобы главные лучи, определяющие поле зрения, попадали на окуляр примерно на той же высоте или ниже, что и апертурные.
В этом случае обеспечивать возможность работы по принципу вынесенного маркера должен сам окуляр, т.е. его оправа и проч. должны быть выполнены такими, чтобы в Проекции как минимум с одной стороны (как минимум в одной части периметра выходной оптической поверхности окуляра) их фрагменты (любые детали конструкции окуляра) не выступали значительно (на упомянутые 1-2 и 8-10 мм) над выходной оптической поверхностью окуляра, а лучше - не выступали вовсе.
Так, например, выходная линза окуляра (выходная оптическая поверхность которой должна иметь больший световой диаметр по сравнению с входной) может иметь коническую боковую поверхность, при том что воображаемая вершина соответствующего конуса будет располагаться перед выходной оптической поверхностью такой линзы (по ходу луча), т.е. в направлении к объективу. По такой конической поверхности может быть осуществлена посадка линзы в оправу таким образом, что последняя не будет выступать над выходной оптической поверхностью линзы.
х
Поле зрения такого прицела будет небольшим - при увеличении 4 оно может составлять где-то 6°.
1
2
Итак, механизм юстировки может быть выполнен на базе двух поворотных клиньев фиг.27, 28. Помимо треугольных призм, жестко закрепленных в корпусе, упомянутый узел может включать пару клиньев (в частном случае валы которых - оси вращения O, O которых, соответственно в направлениях Е и F - скрещиваются и перпендикулярны, если клинья расположены, например, непосредственно друг за другом).
Так поворот первого клина в направлении G приведет к отклонению оптической оси на выходе механизма юстировки на угол α.
В другом исполнении первый клин может располагаться между окуляром телескопической системы и первой призмой, а второй клин - между первой призмой и второй. В этом случае оси вращения клиньев могут быть и параллельны.
При таком исполнении механизма юстировки легко обеспечить герметичность упомянутого узла (поскольку его выходной элемент неподвижен) и не требуется юстировочного приспособления со столь большим передаточным отношением - угол смещения оси при повороте клина может быть в несколько раз меньше, чем при повороте на тот же угол зеркала или призмы.
Можно вращать первую призму и расположенный между ней и второй призмой клин, возможны другие варианты.
Выполненный в автономном корпусе упомянутый узел может выступать в роли насадки к телескопическому прицелу, а может крепиться к корпусу последнего как подключаемый и отключаемый функциональный элемент - его можно при необходимости вводить, а при необходимости выводить из хода лучей от цели.
Оптимальный же с этой точки зрения вариант исполнения прицела описан выше - упомянутый узел должен быть интегрирован в прицел, и он должен выполнять несколько функций (не только смещать оптическую ось на выходе из прицела).
В случае исполнения упомянутого узла в виде насадки к прицелу описанную юстировку может проводить и сам пользователь, поскольку она крайне проста - достаточно, работая по принципу вынесенного маркера, обращаясь к органам управления механизма юстировки, совместить контрольною точку увеличенного изображения цели (на которую предполагается навести прицел - на которую по естественно воспринимаемому изображению цели прицел наведен) с контрольной точкой естественно воспринимаемого изображения.
После выходной оптической поверхности упомянутого узла в его корпусе может располагаться защитное герметизирующее стекло, хотя наилучший результат будет достигнут, если герметизация узла будет произведена уже на уровне его выходного оптического элемента.
В телескопической системе может быть установлен материальный носитель информации о прицельном знаке - прицельная сетка (если прицел предполагается использовать для наведения, а не исключительно для наблюдения). Оптимальный вариант будет достигнут тогда, когда сетка будет самосветящейся. В этом случае можно добиться того, что при изменении в широком диапазоне соотношения визуально воспринимаемых яркостей естественно воспринимаемого изображения цели и ее увеличенного изображения заметного изменения яркости визуально воспринимаемого изображения прицельного знака происходить не будет.
Так, например, роль сетки может выполнять светоизлучающий диод (предпочтительно красного цвета свечения) заданной пространственной конфигурации.
Свет от диода может попадать в окуляр будучи смешанным со светом от цели и окружающего ее пространства, например, благодаря использованию прямоугольной призменной склейки с отражающей гранью с селективным отражением на рабочей длине волны диода, выполненной в виде интерференционного зеркала.
Такое же интерференционное зеркало целесообразно нанести и на всю поверхность грани 5 (фиг.1) выходной призмы упомянутого узла.
Также на этой грани целесообразно нанести неселективное отражающее покрытие с переменным коэффициентом отражения (на фиг.14, 15, 16, 17 представлены некоторые варианты возможной зависимости коэффициента отражения от положения соответствующего фрагмента на грани 5 - разным цветам заливки соответствует разный коэффициент отражения - более темному соответствует 100% отражение, далее, например, 20 и 2%. В той части грани, которой соответствует работа по принципу вынесенного маркера (на периферии, например у верхней грани), коэффициент отражения должен быть меньше или отражающее покрытие должно отсутствовать вовсе.
Это (интерференционное зеркало и нанесенное поверх него отражающее покрытие с переменным коэффициентом отражения, выполненные, например, на последней отражающей грани выходного оптического элемента упомянутого узла) позволит существенно расширить число возможных комбинаций визуально воспринимаемых изображений и позволит исключить потерю изображения прицельного знака.
Помимо самосветящихся возможно использование и подсвечиваемых прицельных сеток.
Лучший, по мнению автора, вариант прицела, соответствующего первому из заявленных объектов, представлен на фиг.20.
Прицел включает объектив, механизм юстировки, выполненный из пары клиньев, расположенных перед фокальной плоскостью объектива, призменную склейку, на внутреннюю грань которой нанесено интерференционное зеркало, отражающее свет на рабочей длине волны (±5-10 нм) светоизлучающего диода, который выполняет роль прицельной сетки, установленный вблизи фокальной плоскости объектива или в самой такой плоскости отрицательный (рассеивающий) оптический элемент, например плоско-вогнутую линзу, определяющую удаление выходного зрачка, двухкомпонентный окуляр (оба компонента имеют положительную оптическую силу - выполнены собирающими), первый из которых располагается перед первой призмой упомянутого узла, а второй - между первой и второй призмой упомянутого узла (ближе ко второй). Выходным оптическим элементом такого прицела является вторая призма упомянутого узла.
Оптимизировать такой прицел можно, используя в качестве второго компонента окуляра или, по крайней мере, в качества элемента второго компонента выходной оптический элемент упомянутого узла - его выходная оптическая поверхность может быть выполнена выпуклой, в результате чего такой элемент будет выполнять роль собирающей линзы.
Радиус кривизны обсуждаемой выпуклой поверхности в случае, когда выходной оптический элемент прицела будет заменять второй компонент окуляра даже при использовании легких стекол (с малым показателем преломления), может составлять примерно половину от удаления выходного зрачка прицела, т.е. с учетом реальных габаритов выходной оптической поверхности прицела ее кривизна не будет значительна.
Выпуклой может быть и первая по ходу луча оптическая поверхность такого элемента. Также выпуклыми могут быть и обе таких поверхности.
Допускается и такое исполнение выходного оптического элемента, при котором к его плоским граням будут приклеены линзы, в том числе и из разного материала.
Так, например, к первой поверхности выходного оптического элемента, выполненной выпуклой, может быть приклеена, например, отрицательная плоско-вогнутая линза с боковой цилиндрической поверхностью. По этой поверхности такая сборка может быть закреплена в корпусе упомянутого узла или прицела. В этом случае диаметр приклеиваемой линзы должен превышать габариты первой поверхности выходного оптического элемента.
Перед выходным оптическим элементом упомянутого узла, имеющим конечную положительную оптическую силу, может располагаться отрицательная линза, обеспечивающая исправление хроматических аберраций.
Призменную склейку, вводящую в ход лучей от цели лучи, идущие от прицельной сетки, можно не использовать. Отрицательную линзу, определяющую удаление выходного зрачка прицела, можно расположить ближе к первому компоненту окуляра или ближе к объективу, с тем чтобы в фокальной плоскости окуляра можно было разместить подсвечиваемую прицельную сетку.
х
Прицел, приведенный на фиг.20 (М1:1), имеет следующие характеристики: длина около 100 мм; высота - порядка 70 мм; ширина - порядка 40 мм; смещение оптической оси - 30 мм; удаление зрачка (здесь и далее от выходной оптической поверхности прицела) 66 мм; угол поля зрения при естественном восприятии изображения цели под точкой прицеливания от 1,1 до 8° (в зависимости от освещенности); угол поля зрения телескопической системы - 2,5°; диаметр входного зрачка - 40 мм; увеличение - 4.
При увеличении в 1,5 раза диаметра выходного зрачка прицела примерно во столько же может быть увеличено и поле зрения его телескопической системы (по аналогии с фиг.35).
Увеличить поле зрения телескопической системы можно и за счет увеличения диаметров ее оптических деталей (фиг.21) - прицел может быть рассчитан таким образом, что при приближении к нему глаза поле зрения будет увеличиваться.
На фиг.21 представлен прицел, не имеющий строго определенного рабочего положения выходного зрачка. Такой прицел включает объектив с увеличенным световым диаметром (превышающим диаметр световой трубки, в которой распространяются осевые лучи от цели, проходящие через прицел), установленный вблизи фокальной плоскости объектива или в самой такой плоскости компонент с положительной оптической силой - в простейшем случае положительную линзу, в основном влияющую на ход крайних полевых лучей (в представленном исполнении прицела такая линза, преломляя главные лучи, увеличивает угол между ними и оптической осью), оборачивающую систему с увеличенным диаметром линз, внутри которой размещен механизм юстировки, двухкомпонентный зеркальный узел, обеспечивающий смещение оптической оси на выходе прицела и размещенные в таком узле прицельную сетку и окуляр.
Такой прицел может одновременно выполнять и функцию прицела для стрелкового оружия с ограниченным полем зрения, и функцию полноценного наблюдательного прибора с большим полем зрения.
С такой функцией может быть выполнен и прицел, построенный по схеме в соответствии с фиг.20, в том числе с увеличенным выходным зрачком.
Способ применения прицелов по первому объекту прост.
Пользователь включает подсветку или свечение прицельной сетки выверенного на оружии прицела.
Далее, например, располагая глаз над выходным оптическим элементом прицела с выходной оптической поверхностью 19, как это показано на фиг.6 - вне области экранирования цели и по крайней мере части окружающего ее пространства оправой 18 объектива телескопической системы - и наблюдая естественные изображения цели 22, а также окружающих ее объектов 21 (фиг.10), а также вынесенный маркер - «висящее в воздухе» изображение прицельного знака 23, пользователь осуществляет предварительное наведение оружия.
Затем (если это необходимо), несколько сместив голову вниз и вправо, так, чтобы зрачок глаза оказался в положении 20 (фиг.7), пользователь переходит к рассмотрению увеличенного изображения цели фиг.11 (какое бы он видел в традиционный оптический прицел) при восприятии прежнего изображения прицельного знака.
Примечание: только при таком положении глаза пользователь в полной мере использует преимущества телескопической системы Кеплера - при положениях зрачка глаза относительно прицела изображенных на фиг.6, 8, 9 поле зрения телескопической системы над точкой прицеливания сокращается и пользователь фактически видит только увеличенное изображение цели.
Теперь пользователь может осуществить слежение за целью и точное наведение, а может, чтобы не терять ориентацию в происходящих в окружающем пространстве событиях, одновременно с увеличенным изображением цели видеть и естественное изображение окружающего цель пространства с практически неограниченным полем зрения (фиг.12, 13).
Для этого пользователю надо несколько переместить глаз вверх (фиг.8, 9). При этом меняя в Проекции степень перекрытия зрачка глаза выходной оптической поверхностью 19 (фиг.6) выходного элемента упомянутого узла, пользователь может легко регулировать соотношение яркости естественно воспринимаемого изображения пространства объектов прицеливания и увеличенного изображения цели, переходя от восприятия более яркого увеличенного изображения цели (фиг.12) к восприятию более яркого изображения окружающего цель пространства (фиг.13).
В отличие от аналога представляемый прицел позволит получать симметричное относительно точки прицеливания поле зрения при рассмотрении увеличенного изображения цели, а также воспринимать практически равномерно освещенным окружающее ее пространство.
х
До выстрела пользователь может расположить глаз ближе к прицелу и получить большое поле зрения (например, 10° при 4 увеличении - фиг.21 ближнее к прицелу положение зрачка), тогда как непосредственном перед выстрелом он может удалить глаз от прицела на безопасное с точки зрения отдачи расстояние. При этом он будет иметь достаточное поле зрения для наведения на цель - в десятки раз превосходящее ее угловые размеры.
Упомянутый узел может включать дополнительные элементы 4 (фиг.1).
Так, например, изображенный на фиг.1 верхний дополнительный элемент позволит перейти к наблюдению за целью непосредственно через телескопическую систему. Это может быть такая же, как и описанные выше, треугольная призма, приклеенная к первой из ранее описанных призм. При таком исполнении на отражающую грань первой призмы должно быть нанесено частично отражающее покрытие.
Аналогично и ко второй грани может быть приклеен аналогичный дополнительный элемент. При этом пользователь сможет видеть неувеличенное изображение цели и тогда, когда в Проекции зрачок его глаза полностью закрыт выходной оптической поверхностью упомянутого узла (на отражающую грань выходного элемента упомянутого узла должно быть нанесено частично отражающие покрытие, например, с коэффициентом отражения 50%).
Если не предъявлять сверхвысоких требований к точности изготовления деталей, то при введении дополнительных элементов необходимо будет вводить дополнительные механизмы юстировки, например, аналогичные описанным выше.
Так, например, перед второй (по ходу луча - перед выходным оптическим элементом упомянутого узла) призменной склейкой (если упомянутый узел состоит из двух призм) - перед склейкой одного из основных оптических элементов упомянутого узла с дополнительным - также следует расположить два поворотных клина, аналогичных описанным выше, при повороте одного из которых оптическая ось перед дополнительным элементом будет отклоняться в вертикальной плоскости, а при повороте другого - в горизонтальной.
Представляемый прицел может быть снабжен и наглазником. Такой наглазник должен быть легко деформируемым - он не должен препятствовать смещению глаза относительно прицела как в поперечном, так и в продольном направлениях.
Предпочтительно наглазник должен быть выполнен в виде дополнительно устанавливаемого элемента, включающего механизм крепления к корпусу упомянутого узла или к корпусу прицела.
В отношении второго из представленных объектов.
Прицел (фиг.22) должен включать телескопическую систему, например, выполненную по традиционной схеме, предполагающей наличие объектива 24 с входным зрачком 32, оборачивающей системы 42, линзы 37, задающей (совместно с окуляром) вынос выходного зрачка 17 и окуляра 26. Ход полевого 44 и осевого 43 лучей такой системы обычен.
Прицел должен включать упомянутый узел 2 (зеркальный, призменный или зеркально-призменный), обеспечивающий параллельное смещение лучей, идущих от цели и/или от окружающего ее пространства, с целью их смешения с лучами, идущими из того или иного из указанных устройств.
Другими словами можно сказать, что такой узел должен обеспечить параллельное смещение оптической оси глаза пользователя, например, расположенного в области выходного зрачка телескопической системы. Такое смещение может быть выполнено в произвольном направлении, хотя предпочтительным является смещение вверх (как показано на фиг.).
Упомянутый узел в данном случае позволит к лучам, идущим от объекта прицеливания через телескопическую систему, подмешать лучи, идущие от объекта прицеливания, минуя телескопическую систему, в результате чего пользователь сможет одновременно рассматривать увеличенное и неувеличенное изображения цели и/или окружающего ее пространства.
Высота смещения может быть любой мыслимой. Хороший результат будет получен при смещении оптической оси глаза на расстояние от несколько более D/2 до 2D. Подробнее - см. выше (1).
Здесь, правда, следует добиваться того, чтобы поле зрения при естественном восприятии цели превосходило (во всех направлениях) или, по крайней мере, было равно полю зрения при восприятии увеличенного изображения цели (полю зрения телескопической системы, помноженному на ее угловое увеличение).
Как уже было сказано выше, упомянутый узел должен обеспечить попадание в ведущий глаз пользователя во время прицеливания осевых и полевых, в том числе крайних 38, 40 лучей, идущих из пространства объектов прицеливания, минуя телескопическую систему.
Это позволит пользователю во время прицеливания ведущим глазом воспринимать изображение пространства объектов прицеливания или даже саму цель по их оптическим характеристикам, максимально приближенным к естественным, что позволит согласовать условия восприятии для обоих его глаз.
Здесь, однако, следует отметить, что если не предъявлять сверхвысокие требования к точности изготовления оптического элемента (в случае, когда упомянутый узел состоит из одного оптического элемента) или оптических и механических деталей упомянутого узла, то для обеспечения комфортной работы с двумя открытыми глазами упомянутый узел должен включать механизм юстировки 39, выполненный с возможностью углового смещения изображения, построенного лучами, миновавшими телескопическую систему, т.е. по сути - обеспечивающий согласование направления оптических осей на верхнем в соответствии с фиг.22 входе и на выходе узла.
Такой механизм может быть построен аналогично описанным выше.
Так, например, он может состоять из пары клиньев, расположенных на входе упомянутого узла (со стороны падения лучей из пространства объектов прицеливания), выполненных с возможностью вращения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях для смещения оптической оси (осевых лучей от цели) по вертикали и горизонтали в плоскостях, параллельных направлению прицеливания.
Суть юстировки здесь сводится, например, к тому, чтобы не происходило двоения изображения при расположении глаза пользователя у нижней кромки призмы - параллелограмма (фиг.22) таким образом, чтобы его зрачок в Проекции частично перекрывал проекцию выходной оптической поверхности упомянутой призмы, а частично выходил за нее вне области экранирования осевого пучка от цели или из коллиматора деталями прицела или упомянутого узла.
Другими словами, за счет юстировки упомянутый узел (с механизмом юстировки) должен быть выполнен таким, чтобы не было заметного различия в угловом положении оптических осей на его входе и выходе.
Предпочтительно юстировку производить после окончательной сборки прицела. Для этого можно использовать специальный юстировочный стенд. Такой стенд может, например, включать коллиматор с большим диаметром выходного зрачка (превышающим поперечные размеры прицела) и установленный с ним соосно объектив с большим диаметром входного зрачка. Между коллиматором и объективом стенда следует параллельно оси коллиматора установить прицел (прицел должен быть нацелен на изображение контрольной (осевой) точки маски коллиматора). Лучи, попавшие на объектив стенда минуя прицел, и лучи, попавшие на таковой через упомянутый узел, должны построить пространственно совпадающие изображения.
Такой механизм юстировки косвенно обеспечивает согласование углового положения оптической оси прицела и оптической оси неведущего глаза пользователя.
После описанной юстировки при использовании прицела будут созданы оптимальные условия работы для обоих глаз пользователя, поскольку такие условия будут максимально соответствовать естественным условиям наблюдения с точки зрения взаимной угловой ориентации глаз.
Для заведения в глаз пользователя лучей, идущих из пространства объектов прицеливания через телескопическую систему, упомянутый узел должен включать дополнительный элемент 4, например приклеенную к упомянутой призме с двумя отражающими гранями, представляющей в своем меридиональном сечении параллелограмм, прямоугольную призму, на «гипотенузную» грань которой нанесено отражающее покрытие.
Выходя из телескопической системы, свет попадет в дополнительный элемент, потом в оптический элемент упомянутого узла и далее, сложившись со светом из пространства объектов прицеливания, миновавшим телескопическую систему, выйдет из выходной оптической поверхности такого узла в направлении глаза.
Таким образом, пользователь будет иметь возможность одновременно видеть увеличенное и неувеличенное изображения цели.
Для согласования их углового положения прицел должен иметь дополнительный механизм юстировки, например, аналогичный описанному выше (из пары клиньев). Такой механизм удобно располагать вблизи фокальной плоскости объектива телескопической системы или между компонентами ее оборачивающей системы (последнее предпочтительно).
Данный механизм юстировки обеспечивает согласование углового положения оптической оси на выходе телескопической системы и оптической оси на выходе упомянутого узла (без учета работы дополнительного элемента).
Юстировка может проводится на описанном выше стенде. В фокальной плоскости объектива стенда будут построены три изображения. Так, например, если маской коллиматора стенда является точечная диафрагма, установленная в его фокусе, то в фокальной плоскости объектива стенда будут построены три изображения точки (три световых пятна, соответствующих точке). Задача юстировки - свести изображения точки, построенные лучами, 1) прошедшими через упомянутый узел, миновав телескопическую систему (в соответствии с фиг.22 - прошедшими над ней), а также 2) прошедшими через таковой и телескопическую систему с изображением, построенным лучами, попавшими непосредственно из коллиматора стенда на его объектив, минуя упомянутый узел и телескопическую систему в т.ч.
В данном случае юстировка может быть итерационной - сначала осуществляется настройка первого из упомянутых механизма юстировки, потом второго, затем снова первого и т.д.
Входной оптический элемент упомянутого узла или его входная оптическая поверхность, первая по ходу луча отражающая грань и проч. должны по габаритам или площади превышать таковые выходных.
Световая трубка, внутри которой распространяются лучи 41 о направлении прицеливания, должна превышать таковую, внутри которой распространяются осевые лучи от цели, прошедшие через телескопическую систему. В этой связи прицельную сетку целесообразнее располагать в фокальной плоскости именно окуляра телескопической системы. Так, например, прицельная сетка может быть нанесена на одной из поверхностей линзы 37, хотя это нежелательно, поскольку при выверке и введении поправок будет нарушаться ход лучей. Подсветка такой сетки может быть осуществлена с торца линзы.
Предпочтительно площадь (и геометрия) выходной оптической поверхности упомянутого узла должна соответствовать таковым окуляра телескопической системы.
Она, однако, может быть и несколько больше - могут быть существенно расширены с точки зрения положения глаза относительно прицела возможности восприятия изображения прицельного знака и неувеличенного изображения цели. При этом выходная оптическая поверхность упомянутого узла в своей проекции на плоскость, перпендикулярную направлению прицеливания, может быть ограничена световой трубкой, в которой распространяются лучи о направлении прицеливания, а может и несколько выходить за нее.
В любом случае предпочтительно, чтобы световая трубка, внутри которой после прицела распространяются осевые лучи от цели, миновавшие телескопическую систему, превосходила таковую, внутри которой распространяются осевые лучи от цели, прошедшие через телескопическую систему (как и показано на фиг.22).
Для повышения числа возможных композиций визуально воспринимаемых изображений упомянутый узел должен быть выполнен с переменным пропусканием света из телескопической системы и миновавшего таковую.
Для этого, например, на «гипотенузной» грани дополнительного элемента может быть нанесено отражающее покрытие с переменным коэффициентом отражения, зависящим от удаления от оптической оси. На фиг.24 представлен один из возможных вариантов 48 такой зависимости.
Так, например, в области попадания на такую грань осевых лучей, в частности, в пределах следа апертурных лучей 47 (фиг.23) от цели коэффициент отражения может быть минимальным, тогда как по мере удаления от оси в направлении следа крайних полевых лучей 46 он может возрастать и дойти до примерно 100% (до максимума), оставаясь таким вне области попадания на грань 45 лучей из пространства объектов прицеливания, прошедших телескопическую систему.
При представленном варианте зависимости коэффициента отражения покрытия, нанесенного на «гипотенузную» грань дополнительного элемента (или на отражающую грань упомянутого узла), в случае расположения зрачка глаза в области выходного зрачка телескопической системы II, III (фиг.23) ведущим глазом пользователь будет одновременно воспринимать увеличенное изображение цели, а также увеличенное и неувеличенное изображения окружающего цель пространства. При этом по мере приближения к периферии поля зрения будет иметь место постепенное «угасание» по яркости увеличенного изображения и «нарастание» неувеличенного (фиг.26).
Вообще, отражающее покрытие следует выполнять таким образом, чтобы при расположении зрачка глаз в области выходного зрачка телескопической системы неувеличенное изображение цели (именно самой цели) не воспринималось (не накладывалось на увеличенное - не мешало воспринимать последнее).
Здесь следует иметь в виду, что нарушения конвергенции глаз не произойдет при отсутствии неувеличенного изображения в центре поля зрения в пределах 1-4° (зависит от пользователя), т.е. прицел должен быть выполнен таким образом, чтобы при расположении центра зрачка ведущего глаза пользователя в центре выходного зрачка прицела пользователь ведущим глазом видел увеличенное изображение цели и окружающее ее пространство, а также неувеличенное изображение окружающего цель пространства за исключением объектов, расположенных в пределах 1-4° от цели (такие объекты могут быть представлены в воспринимаемом изображении с незначительной освещенностью).
В этой связи, лучший по мнению автора вариант прицела предполагает поле зрения телескопической системы порядка 2ω=1-4°, а поле зрения для ведущего глаза при рассмотрении им неувеличенного изображения порядка 2ω·γ (в менее предпочтительных исполнениях ±50%). При этом в случае расположения глаза в выходном зрачке прицела в центре поля зрения неувеличенного изображения в пределах окружности с угловым размером порядка 2ω пользователь ведущим глазом ничего видеть не должен (или почти ничего - неувеличенные изображения объектов по сравнению с увеличенными должны иметь незначительную яркость). Таким образом, ведущим глазом пользователь будет видеть увеличенное изображение и неувеличенное вне поля зрения телескопической системы.
х
Увеличение у телескопической системы предпочтительно выбирать из диапазона 4-20. Из общих соображений оно не должно быть больше 20/2ω.
При расположении зрачка глаза I, IV (фиг.23) вне области выходного зрачка телескопической системы, но в области световой трубки, в которой распространяются лучи, несущие информацию о направлении прицеливания, ведущим глазом пользователь будет воспринимать изображение прицельного знака и неувеличенное изображение цели (фиг.25).
При расположении зрачка глаза V (фиг.23) вне области световой трубки, в которой распространяются лучи, несущие информацию о направлении прицеливания, ведущим глазом пользователь будет воспринимать только неувеличенное изображение цели.
В данном случае также возможно изменение при смещении глаза относительно прицела соотношения визуально воспринимаемых яркостей различных изображений.
Отражающее покрытие на «гипотенузной» грани упомянутого элемента может быть выполнено селективным и в любом месте иметь небольшой (несколько процентов или даже доли процентов) коэффициент отражения на рабочей длине волны источника света, подсвечивающего сетку.
Дополнительно после окуляра и перед входной поверхностью упомянутого узла прицел может включать пары поляризатор-анализатор для регулировки яркости увеличенного и неувеличенного изображений при индивидуальной настройке прицела.
Вместо изготовления отражающего покрытия с переменным пропусканием могут использоваться маски с различным пропусканием. Одну такую маску можно нанести на входную поверхность упомянутого узла.
По ходу лучей из пространства объектов прицеливания, прошедших телескопическую систему и/или миновавших ее, можно установить пару поляризатор-анализатор, выполненную с электронным управлением (наподобие работающих на просвет жидкокристаллических экранов) и позволяющую либо произвольно настраивать параметры убывания яркости увеличенного и/или неувеличенного изображений, либо пользоваться рядом настроек, установленных производителем.
Телескопическая система такого прицела также может быть построена с возможностью увеличения поля зрения при приближении глаза к прицелу - с неопределенным виньетированием.
Использование такого прицела сводится к следующему.
Пользователь вводит в поле зрения ведущего глаза выходную оптическую поверхность прицела. При этом оба глаза пользователя остаются открытыми.
Ориентируясь по неувеличенному изображению пространства объектов прицеливания (в т.ч. по его естественному восприятию не ведущим глазом), пользователь осуществляет предварительно наведение на цель и далее в зависимости от решаемой задачи либо переходит к восприятию ведущим глазом ее увеличенного изображения для точного наведения, либо одновременно воспринимает ее увеличенное и неувеличенное изображения (как это было описано выше) либо ее увеличенное изображение и неувеличенное изображение части окружающего цель пространства.
На каком-то этапе пользователь может и закрыть неведущий глаз.
Приблизив глаз к прицелу, пользователь может использовать его как наблюдательный прибор с большим увеличением.
Описанный прицел совмещает достоинства телескопического прицела и коллиматорного прицела открытого типа, превосходя последний с точки зрения создания комфортных условий (в части конвергенции) при работе с двумя открытыми глазами.
При построении такого прицела не требуется использовать телескопическую систему с большим полем зрения, что позволит без ущерба массе и габаритам прицела, а также технологичности изготовления его оптических компонентов уделить большее внимание светосиле.
х
Так, например, прицел, изображенный на фиг.22, при увеличении 4 имеет диаметр входного зрачка 32 мм, поле зрения телескопической системы 4°, а упомянутого узла - более 16° (при том, что обеспечены комфортные условия работы обоими глазами - нарушения конвергенции не произойдет - оба глаза видят идентичные пространственно согласованные изображения, а следовательно, реальное поле зрения при восприятии неувеличенного изображения не ограничено), удаление выходного зрачка 40 мм, длину - порядка 200 мм.
Некоторое увеличение световых диаметров оптических деталей прицела позволит довести поле зрения телескопической системы (при приближении к ней глаза) до 10° и более.
При этом объектив такого прицела может быть выполнен в виде двух компонентов, один из которых представляет собой двухлинзовую склейку, а второй - одиночную линзу, компоненты оборачивающей системы - двухлинзовые склейки, линза, определяющая удаление выходного зрачка - одиночная линза с одной плоской поверхностью.
Замена телескопической системы прибором ночного видения позволит получить ночной прицел, соответствующий второму из заявленных объектов.
Отражающее покрытие на «гипотенузной» грани дополнительного элемента такого прицела должно быть селективным и в основном пропускать свет на рабочих длинах волн люминофора электронно-оптического преобразователя, а также свет свечения прицельной сетки или ее подсветки.
Предпочтительно выходная оптическая поверхность упомянутого, узла ночного прицела в Проекции должна выходить за пределы проекции на такую плоскость выходной оптической поверхности окуляра прибора ночного видения.
Прибор ночного видения может иметь, а может и не иметь оптического увеличения.
В отношении третьего из заявленных объектов.
Так же как и описанный выше, прицел, соответствующий третьему заявленному объекту, должен обеспечивать возможность во время прицеливания воспринимать ведущим глазом близкое к естественному изображение цели.
Данный прицел должен быть построен на базе прибора ночного видения или тепловизора.
На их выходе (предпочтительно после электронно-оптического преобразователя - после его экрана 49 фиг.29, 30, 31, 34, 35 - на фиг. представлены возможные варианты исполнения окулярных частей указанных устройств) либо непосредственно на выходе прицела должен быть расположен узел, который обеспечивает параллельное смещение лучей, посредством которых осуществляется построение усиленного по яркости и/или преобразованного по спектру изображения цели или также и окружающего ее пространства.
Другими словами, такой узел обеспечивает параллельное смещение оптической оси того или иного из указанных устройств, причем таким образом, чтобы в направлении прицеливания как минимум часть выходной оптической поверхности упомянутого узла располагалась вне области экранирования пространства объектов прицеливания деталями указанных устройств.
Так, например, за окуляром 50 указанных устройств может быть расположена пара призм 29, 25 (фиг.29), аналогичных описанным выше. Такая схема может быть использована при отсутствии необходимости удаления выходного зрачка 51 прицела. При этом она позволяет получить относительно большое поле зрения. При помощи призмы 52, приклеенной к отражающей грани первого оптического элемента упомянутого узла, а также объектива 53 в ход лучей может быть введена информация о направлении прицеливания, определяемого взаимной ориентацией объектива 53 и прицельной сетки 31.
х
У окулярной части, выполненной в соответствии с фиг.29, могут быть следующие технические характеристики: смещение оптической оси - 50 мм; удаление зрачка (от выходной оптической поверхности) 15 мм; угол поля зрения при естественном восприятии изображения цели под точкой прицеливания: от 3,4 до 22° (в зависимости от освещенности); угол поля зрения в пространстве изображений - 36°; диаметр выходного зрачка - 10 мм; увеличение - порядка 7; поле - 20 мм.
Если необходимо иметь удаленный выходной зрачок, то лучше использовать двухкомпонентный окуляр с двумя собирающими компонентами 54, 55 (фиг.30) или трехкомпонентный окуляр с двумя собирающими и одним рассеивающим компонентом 58 (фиг.34, 35).
Второй по ходу луча из собирающих компонентов окуляра следует располагать перед выходным оптическим элементом прицела, а первый перед первым оптическим элементом (перед первой призмой) упомянутого узла.
Примечание: защитные стекла, светофильтры и проч. в качестве выходных оптических элементов прицела не рассматриваются.
Рассеивающий компонент окуляра (с отрицательной оптической силой) должен располагаться перед первым собирающим компонентом (по ходу луча).
х
Такие окулярные части могут иметь следующие характеристики: смещение оптической оси - 50 мм; удаление зрачка 66 мм; угол поля зрения для ведущего глаза при естественном восприятии изображения цели под точкой прицеливания: от 1,1 до 8° (в зависимости от освещенности); угол поля зрения в пространстве изображений (здесь и далее соответственно для фиг.30, 34 и 35) - примерно 9, 9 и 18°; диаметр выходного зрачка - 10, 10 и 20 мм; увеличение - порядка 5, 4 и 4,5; поле - 10, 13 и 24 мм.
Следует отметить, что увеличение поля зрения в пространстве изображений в два раза по сравнению с аналогами достигнуто в окулярной части (фиг.35) благодаря увеличению вдвое диаметра выходного зрачка. Наибольшее поле зрения при восприятии усиленного по яркости изображение будет при положении 59 ведущего глаза по центру выходного зрачка.
В тех случаях, когда используется устройство с малым экраном, окуляр может включать один собирающий компонент 54 (первый по ходу луча) и один рассеивающий компонент 56, расположенный непосредственно перед выходным оптическим элементом прицела, например, перед второй призмой упомянутого узла (фиг.31).
х
Такая окулярная часть может иметь следующие характеристики: смещение оптической оси - 50 мм; удаление зрачка 66 мм; угол поля зрения при естетсвенном восприятии изображения цели под точкой прицеливания: от 1,1 до 8°; угол поля зрения в пространстве изображений - 9°; диаметр выходного зрачка - 10 мм; увеличение - порядка 12,5, поле - 4 мм.
Выходной оптический элемент упомянутого узла должен быть выполнен с возможностью пропускания в направлении ведущего глаза света из пространства объектов прицеливания, миновавшего указанные устройства.
Для этого к такому элементу может быть, например, приклеен дополнительный элемент 4 фиг.35. Нанесение на «гипотенузную» грань дополнительного элемента селективного отражающего покрытия (преимущественно отражающего свет экрана) позволит обеспечить пропускание света от цели, миновавшего указанные устройства.
Поля зрения для ведущего глаза различных изображений могут быть подобраны в соответствии с предложениями, представленными для второго из заявленных объектов.
Прицел должен включать механизм юстировки, выполненный с возможностью углового смещения изображения, построенного тем или иным из указанных устройств.
По сути, такой механизм призван обеспечить согласование углового положения оптических осей указанных устройств и смещенной оптической оси на выходе упомянутого узла (на выходе прицела).
Это опять же может быть механизм, построенный на базе двух поворотных клиньев (на фиг. не показаны).
Предпочтительно клинья располагать после объектива перед электронно-оптическим преобразователем. При таком расположении клиньев не потребуется дополнительная юстировка выходного оптического элемента прицела - не потребуется его ориентация под ход лучей.
Как и первый из заявленных объектов, прицел, соответствующий третьему заявленному объекту, может включать выходной оптический элемент, обеспечивающий возможность работы по принципу вынесенного маркера и/или изображения, построенного с использованием указанных устройств.
Так же как и в случае со вторым заявленным объектом, предпочтительно, чтобы прицел дополнительно включал механизм юстировки 39 (фиг.35), обеспечивающий согласование углового положения оптической оси прицела и оптической оси неведущего глаза пользователя.
Юстировка данного прицела также должна заключаться в совмещении изображений, построенных лучами, прошедшими указанные устройства и прошедшими через дополнительный элемент, а также дополнительно изображения, построенного лучами, миновавшими прицел (подробнее - см. выше).
В отношении всех трех из заявленных объектов.
Геометрия взаимного расположения выходной оптической поверхности прицела 19 (фиг.32, 33) и световых трубок, в которых распространяются осевые лучи от цели и лучи о направлении прицеливания (на фиг. показаны воображаемые следы 47 крайних осевых лучей от цели и воображаемые следы 57 крайних лучей, несущих информацию о направлении прицеливания) может быть такой, что обозначенные здесь следы выходили бы за пределы выходной поверхности - выходная поверхность может экранировать часть осевых лучей от цели, что позволит не предъявлять жестких требований к взаимной ориентации выходного оптического элемента прицела и его других оптических деталей и узлов.
Точное наведение может осуществляться посредством взаимной ориентации (наложения) различных изображений (например, путем расположения не увеличенного изображения по центру увеличенного).
В отношении первого и третьего из заявленных объектов.
В случае если выходным оптическим элементом прицела является вторая призма упомянутого узла, то в той ее части, которая предназначена для работы по принципу вынесенного маркера или изображения, она должна включать горизонтальную (±1-3°) грань 61 (фиг.36). При этом фаски на ребрах, образованных такой гранью и отражающей гранью 60, а также выходной оптической поверхностью 19 не допускаются.
Последнее необходимо для оптимизации хода полевых лучей, соответствующих изображению, построенному одним из указанных устройств (световая трубка 64).
При расположении зрачка глаза 66 будет обеспечена работа по принципу вынесенного маркера и/или изображения - пользователь будет отчетливо видит часть объекта прицеливания или окружающего его пространства, от которых идут лучи по световым трубкам 63 и 64.
<mrow><msubsup><mi>ω</mi><mi>m</mi><mi>e</mi></msubsup></mrow>
m
Углы
и ω падения на зрачок ведущего глаза крайних полевых лучей 62 и 65 фиг.36, соответствующих естественно воспринимаемому изображению и изображению, построенному с использованием указанных устройств, соответственно под точкой прицеливания и над ней можно определить по формулам
<mrow><msubsup><mi>ω</mi><mi>m</mi><mi>e</mi></msubsup><mo>=</mo><mi>a</mi><mi>r</mi><mi>c</mi><mi>t</mi><mi>g</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>h</mi><mi>в</mi></msub></mrow><mrow><msubsup><mi>s</mi><mrow><mi>p</mi><mo>'</mo></mrow><mo>'</mo></msubsup></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
в
где h - высота части зрачка в Проекции, выступающей над выходной оптической поверхностью прицела,
<mrow><msubsup><mi>s</mi><mrow><mi>p</mi><mo>'</mo></mrow><mo>'</mo></msubsup></mrow>
- удаление зрачка от выходной оптической поверхности прицела и
<mrow><msub><mi>ω</mi><mi>m</mi></msub><mo>=</mo><mi>a</mi><mi>r</mi><mi>c</mi><mi>t</mi><mi>g</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>h</mi><mi>н</mi></msub></mrow><mrow><mi>γ</mi><mo>⋅</mo><msubsup><mi>s</mi><mrow><mi>p</mi><mo>'</mo></mrow><mo>'</mo></msubsup></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
н
где h - высота части зрачка в Проекции, перекрытой выходной оптической поверхностью прицела.
х
в
н
m
m
<mrow><msubsup><mi>ω</mi><mi>m</mi><mi>e</mi></msubsup><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>°</mo><msup><mn>8</mn><mo>'</mo></msup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>ω</mi><mi>m</mi><mi>e</mi></msubsup><mrow><mo>(</mo><mn>8</mn><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>4</mn><mo>°</mo><msup><mrow><mn>34</mn></mrow><mo>'</mo></msup></mrow>
Так, при диаметрах зрачка 2 и 8 мм при его удалении от прицела на 50 мм и увеличении последнего 4, если h=h будут получены следующие значения:
и ω(2)=17' (видна грудная мишень, удаленная на расстояние 100 м);
и ω(8)=1°8'.
При этом расстояние на выходе прицела от горизонтальной грани 61 до крайнего (верхнего в соответствии с фиг.36) луча, идущего параллельно оптической оси от осевой точки цели, прошедшего указанные устройства, может составлять от 0,5 до 1,5 мм. И хотя в результате возникнет «мертвая» зона соответствующей ширины, это позволит гарантированно обеспечить достаточный угол поля зрения над точкой прицеливания, чтобы было видно все увеличенное изображение цели.
Заключение
Если к прицелу, изображенному на фиг.1, снизу (относительно его положения на фиг.) добавить зеркально отображенный с точки зрения взаимного расположения оптической системы и упомянутого узла аналогичный прицел, у которого телескопическая система заменена прибором ночного видения, то получится комбинированный прицел (фиг.19) с телескопической системой 1 и прибором ночного видения 36, объединенными устройством крепления на оружии (на фиг. не показано).
На выходе каждого из таких устройств должен быть установлен свой блок, аналогичный описанному выше узлу, обеспечивающему смещение оптической оси телескопической системы. Каждый из блоков должен включать независимые юстировки.
И в данном случае предпочтителен такой вариант исполнения прицела, в котором окуляр прибора ночного видения выполнен двухкомпонентным с аналогичным описанному выше расположением компонентов.
Выходные оптические элементы блоков 34, 35 могут либо соприкасаться, либо один может быть расположен на некотором расстоянии от другого вдоль направления прицеливания. Последнее предпочтительно, поскольку позволяет обеспечить перекрытие выходной оптической поверхностью одного из блоков выходной оптической поверхности другого (в нормальной (ортогональной) проекции на плоскость, перпендикулярную направлению прицеливания, одна из таких поверхностей должна заходить за другую), как показано на фиг.
Предпочтительным является такая установка узлов прицела, при которой ближе к глазу пользователя будет располагаться выходной элемент блока прибора ночного видения, как показано на фиг.
При этом оптическую ось телескопической системы следует смещать влево и вверх, тогда как прибора ночного видения - вправо и вверх или наоборот. В результате при положении выходных элементов упомянутого узла над ствольной коробкой, например, снайперской винтовки 33, телескопическая система и прибор ночного видения расположатся соответственно слева и справа от последней. При этом их можно расположить таким образом, чтобы центр тяжести прицела оказался по ее центру.
Работать такой комбинированный прицел будет следующим образом.
Пользователь, ориентируясь по естественному восприятию пространства объектов прицеливания, используя принцип вынесенного маркера, наводит прицел на предполагаемую цель или на предполагаемое место ее обнаружения и далее в зависимости от внешних условий либо переходит к идентификации цели и восприятию ее увеличенного изображения, полученного от телескопической системы, для чего смещает глаз в направлении выходного элемента 34 соответствующего блока, либо переходит к идентификации цели и восприятию ее изображения, усиленного по яркости - для чего смещает глаз в направлении выходного элемента 35 упомянутого блока прибора ночного видения.
При этом пользователь, не обращаясь к органам управления прицела, имеет возможность выбрать композицию из любого сочетания следующих изображений: изображение прицельного знака; естественно воспринимаемое изображение цели; увеличенное изображение цели; изображение цели, усиленное по яркости.
Здесь также возможно изменение соотношения визуально воспринимаемых яркостей изображений выбранной композиции также без обращения к органам управления прицела.
С точки зрения эксплуатационных характеристик оптимально построение комбинированного прицела, у которого с точностью не менее 10% совпадают оптическое увеличение телескопической системы и таковое прибора ночного видения.
Прибор ночного видения может не иметь прицельной сетки - информацию о направлении прицеливания пользователь может получить, расположив глаз так, чтобы его зрачок в Проекции перекрывал выходной элемент, соответствующий телескопической системе.
Комбинированный прицел должен иметь дополнительную юстировку - согласование оптических осей прибора ночного видения и телескопической системы. Соответствующий механизм также может быть построен на базе клиньев и расположен перед упомянутой дополнительной оптической системой (в окулярной части прибора ночного видения) либо перед окуляром телескопической системы, либо в ином месте по ходу лучей.
И здесь юстировки должны сводиться к совмещению изображений, построенных разными лучами (имеющими разную историю).
Прибор ночного видения можно заменить тепловизором.
Возможно в одном прицеле использование и всех трех устройств.
Примечание: в тех случаях, когда речь идет о возможности восприятия любого сочетания изображений из перечня, предполагается, что прицел выполнен с возможностью обеспечения такой функции (т.е. не всякий прицел, в котором реализованы представленные отличительные признаки, обеспечит возможность восприятия любого сочетания упомянутых изображений). Так, например, на «гипотенузной» грани дополнительно элемента прицела (фиг.23) в области падения на нее из окуляра телескопической системы лучей, несущих информацию о направлении прицеливания, отражающее покрытие может отсутствовать. В этом случае у пользователя будет возможность воспринимать только изображение прицельного знака.