ШИРОКОУГОЛЬНЫЙ КОЛЛИМАТОР

Полезная модель относится к области оптического приборостроения, более конкретно - к приборам для контроля углов поля зрения телескопических систем, а также для контроля углов отклонения визирной линии оптических приборов, в частности прицелов для танков.
Из всех известных технических решений наиболее близким к заявляемой полезной модели является широкоугольный коллиматор [1], включающий расположенные последовательно на одной оси объектив, сетку с измерительной шкалой, установленной в его фокальной плоскости, и осветитель, состоящий из источника света и матового стекла. Штрихи измерительной шкалы для лучшего контраста обычно выполнены прозрачными и нанесены на рабочей поверхности сетки, обращенной к объективу.
Основными недостатками этого устройства являются малая яркость штрихов измерительной шкалы, обусловленная существенным рассеянием света матовым стеклом как в направлении штрихов, так и в противоположном направлении, большая неравномерность яркости этих штрихов в пределах поля зрения широкоугольного коллиматора, обусловленная неравномерностью диаграммы направленности света, прошедшего через матовое стекло в направлении штрихов, а также недостаточная для многих практических случаев длина измерительной шкалы, ограниченная невозможностью качественного исправления аберраций объектива в пределах его большого поля зрения.
Задачей полезной модели является повышение яркости и равномерности яркости штрихов измерительной шкалы сетки в пределах поля зрения широкоугольных коллиматоров, а также расширение диапазона задаваемых измерительной шкалой сетки углов.
Для решения поставленной задачи в широкоугольном коллиматоре, включающем установленные последовательно на одной оси объектив, сетку с измерительной шкалой на ее первой рабочей поверхности, обращенной к объективу и расположенной в его фокальной плоскости, и осветитель, в отличие от прототипа, осветитель состоит из оптически связанных отражателя с рассеивающей поверхностью, и, по меньшей мере, двух источников света, установленных между сеткой и рассеивающей поверхностью отражателя симметрично относительно оптической оси объектива, причем между сеткой и источниками света расположен непрозрачный экран, имеющий прозрачное окно в зоне измерительной шкалы сетки. Рассеивающая поверхность может быть выполнена в виде сферы, центр кривизны которой расположен на оси объектива. Непрозрачный экран может быть выполнен в виде зеркального покрытия, нанесенного на вторую рабочую поверхность сетки. Широкоугольный коллиматор может быть снабжен оптическим блоком, установленным на выходе объектива с возможностью вывода из хода лучей света и включающим два плоских зеркала для отклонения оптической оси коллиматора на фиксированный угол α вдоль направления измерительной шкалы.
Выполнение осветителя из оптически связанных отражателя с рассеивающей поверхностью, и, по меньшей мере, двух источников света, установленных между сеткой и рассеивающей поверхностью отражателя симметрично относительно оптической оси объектива, причем между сеткой и источниками света расположен непрозрачный экран, имеющий прозрачное окно в зоне измерительной шкалы сетки, обеспечивает повышение яркости и равномерности яркости штрихов измерительной шкалы в пределах поля зрения широкоугольных коллиматоров, так как рассеивающая поверхность может быть выполнена с высоким коэффициентом отражения и диффузного рассеяния, а потери на пропускание сведены к нулю. Рассеивающая поверхность может быть выполнена в виде сферы, центр кривизны которой расположен на оси объектива, что обеспечивает дополнительное выравнивание яркости видимых штрихов измерительной шкалы сетки, так как сферическая поверхность обеспечивает лучшее согласование диаграммы направленности рассеянного излучения с выходным зрачком объектива коллиматора. Непрозрачный экран может быть выполнен в виде зеркального покрытия, что обеспечивает дополнительное повышение яркости штрихов измерительной шкалы сетки, так как при этом увеличивается почти вдвое сила света, падающего на рассеивающую поверхность отражателя из-за отражения источников света от зеркальной поверхности. Зеркальное покрытие, нанесенное на вторую рабочую поверхность сетки, обеспечивает решение задачи повышения яркости и обеспечения равномерности яркости штрихов измерительной шкалы сетки в пределах поля зрения широкоугольных коллиматоров при наибольшей простоте конструкции коллиматора.
Снабжение широкоугольного коллиматора оптическим блоком, установленным на выходе объектива коллиматора с возможностью вывода из хода лучей света, включающим два плоских зеркала для отклонения оптической оси коллиматора на фиксированный угол α вдоль направления измерительной шкалы, обеспечивает расширение диапазона задаваемых измерительной шкалой сетки углов, так как позволяет имитировать дополнительный широкоугольный коллиматор, развернутый относительно исходного широкоугольного коллиматора на угол α.
На фиг.1 изображена принципиальная схема широкоугольного коллиматора, на фиг.2 - вид сетки и источников света со стороны отражателя.
Широкоугольный коллиматор включает (фиг.1) расположенные последовательно на одной оси объектив 1, сетку 2 с измерительной шкалой 3 (фиг.2), осветитель, включающий, по меньшей мере, два источника света 4, отражатель 5 с рассеивающей поверхностью Р и непрозрачный экран 6, расположенный между сеткой 2 и источниками света 4, имеющий прозрачное окно 7 в зоне измерительной шкалы 3 сетки 2. Измерительная шкала 3 нанесена на первой рабочей поверхности сетки 2, обращенной к объективу и установленной в его фокальной плоскости. В качестве непрозрачного экрана 6, использовано зеркальное покрытие, которое нанесено на вторую рабочую поверхность сетки 2, обращенную к отражателю 5. Штрихи измерительной шкалы 3 выполнены прозрачными на непрозрачном фоне. В предлагаемой конструкции использовано четыре источника света 4, которые расположены между сеткой 2 (фиг.1) и отражателем 5, выполненным со сферической рассеивающей поверхностью, центр кривизны которой расположен на оптической оси объектива. Источники света 4 расположены вдоль измерительной шкалы 3 сетки 2 попарно симметрично относительно оптической оси объектива 1. Широкоугольный коллиматор может быть снабжен оптическим блоком 8, установленным на выходе объектива с возможностью вывода из хода лучей света и включающим два плоских зеркала 9 и 10 для отклонения оптической оси коллиматора на фиксированный угол α вдоль направления измерительной шкалы 3 сетки 2.
Работает широкоугольный коллиматор следующим образом.
Источники света 4 (фиг.1) освещают рассеивающую поверхность Р отражателя 5 напрямую, а также светом, отраженным от зеркального покрытия непрозрачного экрана 6 сетки 2, обеспечивая тем самым увеличение освещенности поверхности Р примерно вдвое и выравнивание освещенности рассеивающей поверхности Р отражателя 5 по всей ее площади. Кроме того, каждая точка освещенной поверхности отражателя, являясь теперь источником света, также отражается от зеркального покрытия сетки 2 и дополнительно засвечивает рассеивающую поверхность Р отражателя 5, еще более выравнивая ее освещенность. В результате этого, измерительная шкала 3 сетки 2 широкоугольного коллиматора наблюдается со стороны объектива 1 через прозрачное окно 7 на фоне равномерно яркой, хорошо освещенной рассеивающей поверхности Р отражателя 5, и все штрихи измерительной шкалы 3 в пределах поля зрения выглядят одинаково яркими. При необходимости увеличения диапазона измеряемых углов оператор вводит в ход лучей света, выходящих из объектива 1, оптический блок 8. В этом случае оптическая ось широкоугольного коллиматора отражается от зеркал 9 и 10, и оператор наблюдает изображение измерительной шкалы 3 сетки 2, развернутое в пространстве на угол α, равный удвоенному углу между зеркалами 9 и 10. В частности, угол α может быть выбран так, чтобы изображение наблюдаемой измерительной шкалы являлось продолжением исходной измерительной шкалы.
Таким образом, заявляемый широкоугольный коллиматор обеспечивает не только повышение яркости и равномерности яркости штрихов измерительной шкалы сетки в пределах всего поля зрения, но и расширение диапазона задаваемых измерительной шкалой сетки углов.
Источники информации
1. Ельников Н.Т. и др. Сборка и юстировка оптико-механических приборов. М., «Машиностроение», 1974 г., с.169 - прототип.