Однозрачковый прицел с лазерным дальномером
SINGLE-PUPIL SCOPE WITH LASER RANGEFINDER

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и лазерной дальнометрии, а именно к оптико-электронным прицелам со встроенной функцией измерения расстояний до цели.
Известна оптическая система прицела с лазерным дальномером ZEISS VICTORY DIARANCE 3×12×56Т (Статья «Прицелы с дальномером», журнал «Популярная механика», №4 (66), апрель 2008 г., стр. 78). Прицел содержит оптическую систему визуального прицельного канала, состоящую из последовательно установленных объектива, спектроделительного элемента с фотоприемником лазерного дальномера, прицельной сетки, линзовой оборачивающей системы, просветного индикатора, окуляра, причем плоскость прицельных знаков сетки совмещена с задним фокусом объектива и передним фокусом линзовой оборачивающей системы, а плоскость светящихся знаков просветного индикатора совмещена с задним фокусом оборачивающей системы и с предметной плоскостью окуляра, и отдельную оптическую систему излучающего канала лазерного дальномера.
Недостатком данной системы является наличие двух отдельных каналов, оснащенных собственными объективами и имеющими отдельные входные оптические окна, что увеличивает габариты прицела, а также отсутствие ночного режима работы.
Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является оптическая система прицела с лазерным дальномером (патент RU 2560347 C1, опубл. 20.08.2015), которая принята за прототип. Прицел содержит один комбинированный канал, имеющий в своем составе последовательно установленные объектив, прицельную сетку, линзовую оборачивающую систему, просветный индикатор и окуляр, причем плоскость прицельных знаков сетки совмещена с задним фокусом объектива и передним фокусом линзовой оборачивающей системы, а плоскость светящихся знаков просветного индикатора совмещена с задним фокусом оборачивающей системы и с предметной плоскостью окуляра. Между объективом и сеткой установлен спектроделительный элемент, в отраженном пучке от которого установлен канал лазерного дальномера с поляризационным разделением излучающего и приемного каналов, использующим преобразование линейной поляризации в круговую при измерениях дальности до цели.
Недостатком данной системы является отсутствие ночного режима работы и зависимость измеряемой дальности от деполяризующих свойств отражающих поверхностей, до которых она измеряется.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение ведения прицельной стрельбы как днем, так и ночью с возможностью измерения дальности при минимальных потерях энергии отраженного от целей лазерного излучения.
Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в предлагаемой оптической схеме прицела, имеющей один комбинированный канал, состоящий из последовательно установленных объектива, линзовой оборачивающей системы, просветного индикатора и окуляра, причем плоскость светящихся знаков просветного индикатора совмещена с задним фокусом оборачивающей системы и с предметной плоскостью окуляра, в отличие от известного прототипа, объектив выполнен из шести компонентов, первый из которых - положительная плоско-выпуклая линза, второй - двояковогнутая отрицательная линза, третий - двояковыпуклая положительная линза, вблизи первой поверхности которой расположена апертурная диафрагма, четвертый - выпукло-вогнутая отрицательная линза, обращенная вогнутостью к предмету, пятый и шестой -выпукло-вогнутые отрицательные линзы, обращенные выпуклостью к предмету, а между вторым и третьим компонентами объектива расположен спектроделительный элемент в виде плоскопараллельной пластинки, в проходящем пучке которого установлена оборачивающая система, второй компонент которой выполнен в виде плоско-выпуклой положительной линзы, четвертый компонент - двояковогнутая отрицательная линза, пятый - двояковыпуклая положительная линза, просветный индикатор и окуляр, первый компонент которого выполнен в виде двояковогнутой отрицательной линзы, второй - плоско-выпуклая положительная линза, четвертый - выпукло-вогнутая положительная линза, обращенная вогнутостью к глазу, причем между объективом и оборачивающей системой установлены электронно-оптический преобразователь (ЭОП) и компенсационный коллектив, имеющие возможность перемещения относительно оптической оси и их поочередной взаимоисключающей установки на оптической оси в фокальной плоскости объектива, при этом компенсационный коллектив выполнен в виде двух линз, первая из которых - положительная двояковыпуклая линза, вторая - отрицательная выпукло-вогнутая линза, а в отраженном от спектроделительного элемента пучке лучей установлены двояковыпуклая положительная линза дальномера, зеркало апертурного разделения с центральным отверстием, разделяющее излучающий и приемный каналы лазерного дальномера и две отрицательные фокусирующие линзы, формирующие эквивалентное фокусное расстояние излучающего и приемного трактов дальномера, после одной из которых расположен лазерный излучатель, а после другой - приемник лазерного излучения, при этом выполняется следующее соотношение:
,
где δ - величина смещения оптической оси канала, прошедшего через спектроделительную пластинку, относительно оптической оси общего входного канала;
сп
d - толщина спектроделительной пластинки;
n - показатель преломления спектроделительной пластинки для средней длины волны спектрального диапазона пропускаемого канала;
α - угол наклона нормали спектроделительной пластинки относительно оптической оси общего входного канала.
Описанная оптическая схема однозрачкового прицела с лазерным дальномером приведена на фигуре 1.
Конструктивные параметры варианта исполнения оптической схемы однозрачкового прицела с лазерным дальномером приведены в таблице 1.
Параметры такого варианта исполнения однозрачкового дневно-ночного прицела с лазерным дальномером:
Дневно-ночной прицельный канал:
- увеличение: 2,8 крат - в режиме «день», 3,2 крат - в режиме «ночь»;
- угловое поле зрения: 18°;
- линейная величина поля зрения
при расстоянии прицеливания 100 м: 31,6 м;
- предел разрешения: 20 угл. с;
- диаметр входного зрачка: 16,8 мм - в режиме «день», 37 мм - в режиме «ночь»;
- диаметр выходного зрачка: 6 мм;
- удаление выходного зрачка: 30 мм;
Дальномерный канал:
- расчетная длина волны: 0,905 мкм;
- фокусное расстояние: 195 мм - излучающий канал, 195 мм - приемный канал;
- диаметр выходного (входного) окна: 56 мм.
Система содержит объектив 1-8 со спектроделительным элементом 3 и апертурной диафрагмой 4, компенсационный коллектив 9-10, электронно-оптический преобразователь 11, оборачивающую систему 12-17, просветный индикатор 18, окуляр 19-22, выходной зрачок 23, положительную линзу дальномера 24, зеркало апертурного разделения 25, отрицательные линзы 26 и 28, лазерный излучатель 27 и приемник лазерного излучения 29.
Принцип действия однозрачкового прицела с лазерным дальномером заключается в следующем.
Для визуального прицельного канала
Лучи света от цели проходят компоненты объектива 1, 2, спектроделительный элемент 3, компоненты объектива 5, 6, 7 и 8, компенсационный коллектив 9-10, который меняет углы наклона полевых пучков, направляя их на оборачивающую систему 12-17. Оборачивающая система фокусирует пучки в плоскости светящихся знаков просветного индикатора 18, после чего совмещенное изображение цели, прицельных знаков и светящихся знаков просветного индикатора рассматриваются через окуляр 19-22 глазом наблюдателя, помещенным в плоскости выходного зрачка 23.
Спектроделительный элемент 3 реализован в виде плоскопараллельной пластинки, на первой поверхности которой формируется многослойная пленка, пропускающая видимую и частично ближнюю ИК составляющие спектрального диапазона и отражающая часть спектра, соответствующую рабочему спектральному диапазону лазерного излучателя дальномера.
Для повышения качества оптического изображения оптическая ось канала, проходящего через спектроделительную пластинку 3, смещена относительно оптической оси общего входного канала на величину 8, которая выбирается из соотношения
,
где δ - величина смещения оптической оси канала, прошедшего через спектроделительную пластинку, относительно оптической оси общего входного канала;
сп
d - толщина спектроделительной пластинки;
n - показатель преломления спектроделительной пластинки для расчетной длины волны спектрального диапазона пропускаемого канала;
α - угол наклона нормали спектроделительной пластинки относительно оптической оси общего входного канала.
Для ночного прицельного канала
Лучи света от цели проходят компоненты объектива 1, 2, спектроделительный элемент 3, компоненты объектива 5, 6, 7 и 8 и фокусируются на фотокатоде электронно-оптического преобразователя 11. Изображение, сформированное на экране ЭОП, переносится оборачивающей системой 12-17 в плоскость светящихся знаков просветного индикатора 18, после чего совмещенное изображение цели, прицельных знаков и светящихся знаков просветного индикатора рассматриваются через окуляр 19-22 глазом наблюдателя, помещенным в плоскости выходного зрачка 23.
Учитывая, что ЭОП 11 и компенсационный коллектив 9-10 выполнены с возможностью перемещения относительно оптической оси и их поочередной взаимоисключающей установки на оптической оси в фокальной плоскости объектива, а компенсационный коллектив 9-10 создает дополнительное смещение между задней фокальной плоскостью объектива 1-8 и плоскостью предметов оборачивающей системы 12-17, равное эквивалентному расстоянию между фотокатодом и экраном ЭОП 11, то при вводе ЭОП 11 вместо компенсационного коллектива 9-10, экран ЭОП 11 совпадет с плоскостью предметов оборачивающей системы 12-17, обеспечивая ночной режим работы с усилением яркости изображения за счет применения ЭОП 11.
Для лазерного дальномера
Излучение от излучателя 27 с нужной расходимостью формируется отрицательной линзой 26. Сформированный линзой 26 пучок излучения проходит через центральное отверстие зеркала апертурного разделения 25, ограничивающее пучок по диаметру, положительную линзу 24 и попадает на спектроделительный элемент 3, отражающий рабочий спектральный диапазон излучателя 27 дальномера. Затем пучок излучения проходит центральную часть компонентов 1 и 2 объектива, которые совместно с линзой 24 создают заданный размер пятна излучения на цели.
После отражения от цели при обратном прохождении пучок отраженного излучения попадает на весь рабочий диаметр компонентов объектива 1 и 2, отражается от спектроделительного элемента 3, проходит положительную линзу 24, отражается внешней кольцевой зоной зеркала апертурного разделения 25 и фокусируется отрицательной линзой 28 на фотоприемник, который преобразует световую энергию в электрическую.
Таким образом, предлагаемая оптическая система дает возможность решать задачи осуществления прицельной стрельбы и дальнометрирования днем и ночью при прохождении всех рабочих пучков излучения через единое входное окно, с минимальными потерями энергии на отражение лазерного излучения от целей и позволяет обеспечить более компактные размеры стрелкового прицела, а также удобство его использования.