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

Предлагаемое изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть применено в качестве стрелкового, охотничьего, спортивного оптического прицела, обеспечивающего возможность наблюдения объектов с использованием сменного увеличения и, соответственно, сменного поля зрения в разнообразных условиях эксплуатации.
Известен оптический прицел с дискретной сменой увеличения (патент РФ №2547044, опубл. 10.04.2015), содержащий объектив, сетку, перемещаемую перпендикулярно оптической оси для изменения направления визирной оси прицела, оборачивающую систему и окуляр, в котором оборачивающая система выполнена из четырех компонентов, первый и третий из которых выводятся из хода лучей при смене увеличения. Вариант исполнения прицела имеет сменные увеличения 6 и 1,5 крата, длину 192 мм, массу оптических деталей 200 г, диаметр входного зрачка прицела составляет 42 мм, диаметр выходного зрачка - 7 мм и 10 мм соответственно при указанных увеличениях.
Недостатком этого оптического прицела с дискретной сменой увеличения является малый диапазон изменения кратности, равный 4 (увеличение меняется от 1,5 до 6-ти крат), высокая трудоемкость изготовления оптики, связанная со значительным числом линзовых деталей (общее количество линз в оптической схеме прицела равно 19), большая масса оптических деталей (200 г), сложность исполнения механических узлов, связанная с тем, что оборачивающая система выполнена четырехкомпонентной, а смена увеличения осуществляется вводом-выводом из хода лучей первого и третьего компонента оборачивающей системы, что может снизить эффективность и надежность работы прицела.
Известен оптический прицел с дискретной сменой увеличения (патент РФ №2700019, опубл. 05.06.2019), содержащий объектив, сетку, перемещаемую перпендикулярно оптической оси для изменения направления визирной оси прицела, оборачивающую систему и окуляр, оборачивающая система выполнена из одного компонента и перемещается вдоль оптической оси в два крайних положения при смене увеличения. Вариант исполнения прицела имеет сменные увеличения 6 и 1,5 крата, длину 279,2 мм, массу оптических деталей 195 г, диаметр входного зрачка прицела составляет 36 мм, диаметр выходного зрачка соответственно 6 мм и 10 мм при указанных увеличениях.
Недостатком этого оптического прицела с дискретной сменой увеличения является малый диапазон изменения кратности, равный 4 (увеличение меняется от 1,5 до 6-ти крат), высокая трудоемкость изготовления оптики, связанная со значительным числом линзовых деталей (общее количество линз в оптической схеме прицела равно 15), большая масса оптических деталей (195 г), большая длина по оптической оси прицела (279,2 мм), что вызывает неудобства при эксплуатации прицела.
Наиболее близким по технической сущности является оптический прицел с дискретной сменой увеличения (патент РФ №2700020, опубл. 12.09.2019), содержащий объектив, сетку, перемещаемую перпендикулярно оптической оси для изменения направления визирной оси прицела, оборачивающую систему и окуляр, оборачивающая система выполнена из одного компонента и перемещается вдоль оптической оси в два крайних положения при смене увеличения. Вариант исполнения прицела имеет сменные увеличения 6 и 1,5 крата, длину 230 мм, массу оптических деталей 136 г, диаметр входного зрачка прицела составляет 36 мм, диаметр выходного зрачка соответственно 6 мм и 10 мм при указанных увеличениях.
Недостатком этого оптического прицела с дискретной сменой увеличения является малый диапазон изменения кратности, равный 4 (увеличение меняется от 1,5 до 6-ти крат) и большая масса оптических деталей (136 г), что вызывает неудобства при эксплуатации прицела.
Задачей настоящего изобретения является создание оптического прицела с дискретной сменой увеличения, обеспечивающего увеличенный диапазон изменения кратности, равный 6 (с изменением увеличения от 1,5 до 9-ти крат), и уменьшенную массу оптических деталей с сохранением качественных характеристик.
Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в оптическом прицеле с дискретной сменой увеличения, содержащем объектив, сетку, перемещаемую перпендикулярно оптической оси для изменения направления визирной оси прицела, оборачивающую систему и окуляр, в отличие от известного, оборачивающая система выполнена из двух компонентов, один из которых при смене увеличения перемещается вдоль оптической оси в два крайних положения, а другой установлен неподвижно, при этом выполняются следующие соотношения:
ПКОС
НКОС
ОС=-(2,0÷20,0)×ОС,
ПКОС
ПКОС
δ=(0,5÷5,0)×F,
ПКОС
где ОС - оптическая сила подвижного компонента оборачивающей системы прицела;
НКОС
ОС - оптическая сила неподвижного компонента оборачивающей системы прицела;
ПКОС
δ - величина перемещения подвижного компонента оборачивающей системы вдоль оптической оси;
ПКОС
F - фокусное расстояние подвижного компонента оборачивающей системы.
Такая оптическая система обеспечивает увеличенный диапазон изменения кратности, равный 6 (с изменением увеличения от 1,5 до 9-ти крат), и уменьшенную массу оптических деталей с сохранением качественных характеристик.
Оптическая схема прицела с дискретным изменением увеличения приведена на фигуре 1.
Оптический прицел с дискретным изменением увеличения содержит объектив I, состоящий из линз 1, 2, 3 и 4, сетку II, состоящую из плоскопараллельных пластин 5 и 6, первый компонент оборачивающей системы III, состоящий из линз 7, 8, 9 и 10, второй компонент оборачивающей системы IV, состоящий из линз 11, 12 и 13, окуляр V, состоящий из линз, 14, 15 и 16. Глаз наблюдателя помещен в выходном зрачке 17.
Конструктивные параметры варианта исполнения оптического прицела с дискретной сменой увеличения приведены в таблице 1.
Расчет полных диаметров линз (с учетом световых диаметров) проведен для диаметров выходного зрачка, равных 6 мм и 4 мм при увеличениях 1,5 крат и 9 крат соответственно.
Параметры такого варианта исполнения оптического прицела с дискретной сменой увеличения:
- увеличение, крат: 1,5 и 9,0;
- угловое поле зрения, …, °: 16,0 и 2,7;
- разрешающая способность, …": 40,0 и 6,7;
- диаметр входного зрачка, мм: 36,0;
- диаметр выходного зрачка, мм: 6,0 и 4,0;
- удаление выходного зрачка, мм: 50,0;
- длина по оптической оси, мм: 232,7;
- масса оптических деталей, г: 107,7;
ПКОС
- величина перемещения подвижного компонента оборачивающей системы вдоль оптической оси δ, мм 32,0;
ПКОС
- фокусное расстояние подвижного компонента оборачивающей системы F 5 мм 15,665;
НКОС
- фокусное расстояние неподвижного компонента оборачивающей системы F 3 мм 119,347.
Принцип действия оптического прицела с дискретным изменением увеличения заключается в следующем.
Излучение, идущее от объектов, с помощью объектива «I» формируется в первое действительное, перевернутое изображение объектов в плоскости склейки плоскопараллельных пластинок 5 и 6, образующих сетку «II», на внутренней стороне одной из пластинок возможно нанесение прицельных знаков. Такая конструкция сетки повышает ее устойчивость к мощной отдаче, исключает осыпание, стирание или загрязнение рисунка шкал и прицельных марок. Далее компоненты III и IV, составляющие оборачивающую систему, создают второе действительное, прямое изображение объектов, которое рассматривается окуляром V. Для изменения увеличения прицела первый компонент III оборачивающей системы перемещается вдоль оптической оси из одного крайнего положения в другое, второй компонент оборачивающей системы IV остается неподвижным, при этом положение плоскости второго действительного изображения остается неизменным, а величина этого изображения изменяется соответственно перемещению компонента III оборачивающей системы, что обеспечивается следующими соотношениями:
ПКОС
НКОС
ОС=-(2,0÷20,0)×ОС,
ПКОС
ПКОС
δ=(0,5÷5,0)×F,
ПКОС
где ОС - оптическая сила подвижного компонента оборачивающей системы прицела;
НКОС
_
ОС оптическая сила неподвижного компонента оборачивающей системы прицела;
ПКОС
δ - величина перемещения подвижного компонента оборачивающей системы вдоль оптической оси;
ПКОС
F - фокусное расстояние подвижного компонента оборачивающей системы.
Выполнение этих соотношений обеспечивает увеличение диапазона изменения, кратности и быструю смену увеличения за счет продольного перемещения подвижного компонента оборачивающей системы «III» вдоль оптической оси с сохранением качественных характеристик прицела. Далее окуляр «V» формирует изображения объектов и прицельных знаков сетки «II» в бесконечности. Одновременно подвижный компонент оборачивающей системы «III» в каждом из двух крайних положений в сочетании с неподвижным компонентом оборачивающей системы «IV» обеспечивает практически неизменное положение выходного зрачка 17 за окуляром «V» прицела при смене увеличения. Для коррекции аметропии глаза наблюдателя и формирования изображения объектов и прицельной сетки «II» на удобном для глаза расстоянии, окуляр «V» перемещается вдоль оптической оси на величину диоптрийной подвижки. Для изменения направления визирной оси прицела в пространстве предметов с целью выверки прицела на оружии и (или) ввода поправок сетка «II» и компоненты III и IV оборачивающей системы могут перемещаться перпендикулярно оптической оси прицела.
В оптической схеме прицела качество изображения на оптической оси (в центре поля зрения) и по полю зрения удовлетворяет критериям, применяемым к полевым наблюдательным приборам. Расчет качества изображения проведен для рекомендованных диаметров выходного зрачка, принятых для дневных приборов наблюдения и равных 5 мм и 4 мм при увеличениях 1,5 крат и 9 крат соответственно (страница 135 учебного пособия: Турыгин И.А. Прикладная оптика. Геометрическая оптика и методы расчета оптических схем. Издательство «Машиностроение», 1965).
В соответствии с расчетом по среднеквадратическим размерам аберрационных пятен рассеяния для центра поля зрения остаточные аберрации составляют величину, равную 1,2' и 2,8' с учетом хроматизма при увеличениях 1,5 крата и 9 крат соответственно. При этом допустимые значения для центра поля зрения (для осевых пучков) составляют 2…3'.
Для края и зоны поля зрения остаточные аберрации составляют величину, равную 10,7' и 6,4' с учетом хроматизма при увеличениях 1,5 крата и 9 крат соответственно. При этом допустимые значения для внеосевых пучков составляют 10…12', а во всем видимом диапазоне до 20'.
Таким образом, расчетные значения аберраций не превышают допустимых значений как для осевых пучков (в центре поля зрения), так и для наклонных (внеосевых) пучков (на краю и на зоне поля зрения), а предел разрешения прицела при максимальном увеличении 9 крат обеспечивается на уровне не хуже 6,7''. Термостабильность оптической системы обеспечивается в диапазоне температур эксплуатации от -50 до +50°C без ухудшения разрешающей способности, при этом материалом корпуса и промежутков между линзами может являться алюминиевый сплав, а в системе отсутствуют какие-либо компенсационные подвижки компонентов, кроме диоптрийной подвижки окуляра.
Предлагаемый оптический прицел с дискретной сменой увеличения обеспечивает увеличенный диапазон изменения кратности, равный 6 (с изменением увеличения от 1,5 до 9-ти крат), и уменьшенную массу оптических деталей (со 136 г до 107,7 г) с сохранением качественных характеристик.