ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ КОЛЛИМАТОРНЫЙ ПРИЦЕЛ С КОМПЕНСАЦИЕЙ ИЗМЕНЕНИЯ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ ПРИЦЕЛЬНОГО ЗНАКА

Область техники
Техническое решение относится к голографическим коллиматорным прицелам, формирующим мнимое изображение прицельного знака в бесконечности с помощью голограммного оптического элемента (ГОЭ).
Уровень техники
Обычные коллиматорные прицелы состоят из телескопической оптической системы (телескопической трубы), в фокальной плоскости объектива которой установлена прицельная марка, изображение которой в свою очередь рассматривается глазом стрелка через окуляр. В процессе прицеливания глаз стрелка вплотную устанавливается к окуляру телескопической трубы, и изображение цели рассматривается через трубу, имеющую соответствующее увеличение. Увеличение коллиматорного прицела такое, что поле зрения, в котором наблюдаются цель и изображение прицельного знака-метки, мало (несколько градусов). Это приводит к тому, что значительное влияние на процесс прицеливания оказывают вибрации рук и оружия, воздушные колебания и поэтому положение стрелка в процессе прицеливания должно быть строго статическое и невозможно обеспечить прицеливание в «динамике».
Голографический коллиматорный прицел обеспечивает процесс прицеливания в «динамике». Глаз стрелка не надо устанавливать вплотную к прицелу, а можно смотреть через него на любом расстоянии, как в «окно», и видеть прицельный знак в бесконечности, что для динамической стрельбы очень важно. Таким образом, реализуется значительное преимущество голографического коллиматорного прицела - легкость процесса прицеливания.
В патенте РФ №2034321 от 30.04.95 г., [1] описано устройство голографического коллиматорного прицела, содержащего голограмму, при подсветке которой лазерным излучением в бесконечности восстанавливается прицельная марка. Отличительная особенность данного прицела состоит в том, что. Недостатком данной системы является то, что голограмма является отражательной и синтезированной из оптически прозрачных слоев с разными показателями преломления и подсветка голограммы осуществляется под
малым углом (менее 10°) в направлении цели, в результате чего часть излучения проходит через голограмму и демаскирует стрелка.
В патенте US No 5,483,362 of Jan. 09, 1996, [2] представлена схема голографического коллиматорного прицела, в котором все элементы установлены в отдельных креплениях на общем основании. Схема содержит лазерный источник, излучение от которого после прохождения через линзу и ахроматизатор, освещает голограмму, с которой восстанавливается прицельная метка. Линза формирует параллельный пучок, а ахроматизатор обеспечивает постоянство положения прицельного знака при изменении длины волны вследствие температурных воздействий. Также в прицеле предусмотрены регулировка яркости, и юстировка для выверки положения прицельного знака. Прицел может также за счет наклонного пучка или дополнительных оптических элементов превращать эллиптический пучок, испускаемый лазерным диодом, в пучок круглого сечения для обеспечения равномерной засветки голограммы. Кроме того, для компактификации схемы предложено применять различные оптические схемы, содержащие призмы. При этом можно изменять угол падения излучения на голограмму (а, следовательно, и схему получения голограммы) для достижения того, чтобы нулевой порядок составлял больший угол с первым (рабочим) порядком. Однако, при изменении длины волны, изменяется коэффициент преломления призмы, что приводит к некоторому изменению угла падения на ГОЭ. Недостатком данной схемы является то, что, все компоненты распложены на одной прямой, вследствие чего существенно увеличивается продольный габарит прицела и его невозможно использовать на пистолете, а большое количество юстировок усложняет конструкцию и процесс настройки всего прицела.
В патенте US No 5,815,936 of Apr. 14, 1997, [3] рассмотрена схема крепления голограммы в голографических коллиматорных прицелах, позволяющая за счет пружинно-винтовых механизмов осуществлять юстировку и выверку оси визирования. Недостатком предлагаемого крепления является усложнение конструкции всего прицела, увеличение массы и снижение надежности.
Схема прицела, представленная в патенте РФ №2210713 от 20.08.2003 г, [4], отличается от схемы, рассмотренной в [2], тем, что после источника излучения установлена фокусирующая линза и микродиафрагма. Микродиафрагма обеспечивает высокое разрешение изображения прицельной метки при использовании источника излучения с большими угловыми размерами светящегося тела. Линза для снижения потерь фокусирует излучение на точечной диафрагме. Недостаток - сложность конструкции, большие габариты и вес прицела.
Наиболее близким из аналогов к предлагаемому голографическому коллиматорному прицелу является прицел, описанный в патенте US No 6,490,060 of Dec. 03, 2002, [5] и принятый в качестве прототипа.
В этом патенте оптическая схема голографического прицела включает в себя последовательно установленные вдоль оптической оси лазерный диод, поворотное плоское зеркало, внеосевое сферическое зеркало, голограммную отражающую дифракционную решетку и голограммный оптический элемент.
При этом внеосевое сферическое зеркало выполнено в виде оптической детали с двумя сферическими поверхностями с различными радиусами кривизны, причем на передней сферической поверхности нанесено просветляющее покрытие (на соответствующую длину волны лазерного излучения), а на заднюю сферическую поверхность нанесено отражающее покрытие. Радиусы кривизны и показатель преломления оптической детали коллимирующего зеркала рассчитаны на минимум сферической аберрации, что позволяет формировать коллимированный пучок лазерного излучения с требуемой степенью расходимости.
Голограммная отражающая дифракционная решетка предназначена для компенсации изменения длины волны излучения лазерного диода, вызванное изменением температуры прицела и окружающей его среды.
ГОЭ предназначен для формирования прицельного знака в бесконечности путем восстановления соответствующей волны света при его освещении коллимированным лазерным излучением. В свою очередь ГОЭ устанавливается между двумя плоскими оптическими стеклами, служащими для защиты ГОЭ от пыли, царапин и др. воздействий.
Недостатками указанного голографического коллиматорного прицела являются:
1) изготовление коллимирующего зеркала в виде одной оптической детали из стекла с двумя сферическими поверхностями не позволяет минимизировать сферическую аберрацию для обеспечения требуемой расходимости лазерного излучения при освещении ГОЭ. Это приводит к дополнительным аберрациям голограммы и увеличению параллакса прицельного знака при ее восстановлении.
2) установка ГОЭ между двумя стеклянными пластинами приводит к дополнительным переотражениям в воздушных промежутках между ГОЭ и пластинами и к появлению паразитной интерференции, следовательно, к искажениям при восстановлении прицельного знака в бесконечности.
Сущность полезной модели.
Задачей полезной модели является создание голографического коллиматорного прицела (ГКП) с устранением недостатков аналогов, увеличением углового поля зрения, минимизацией габаритов и массы оптических элементов, создание схемы крепления голограммного оптического элемента в ГКП, позволяющей осуществлять юстировку и выверку оси визирования.
Техническим результатом полезной модели является построение оптической схемы голографического коллиматорного прицела для минимизации и эффективного устранения смещения прицельного знака, которое появляется в результате изменений длины волны света лазера, вызванных температурными колебаниями окружающей среды.
В голографическом коллиматорном прицеле технический результат достигается за счет того, что в прицеле, содержащем последовательно установленные на оптической оси лазер, зеркало, коллимирующий объектив, ахроматизирующая пропускающая дифракционная решетка, голограммный оптический элемент, формирующая мнимое изображение прицельного знака в пространстве прицеливания, дополнительно установлена вторая ахроматизирующая пропускающая дифракционная решетка с отличающейся пространственной частотой от частоты первой дифракционной решетки, расположенной между коллимирующим объективом и голограммой.
В схеме крепления голограммного оптического элемента, позволяющей за счет особых механизмов осуществлять юстировку и выверку оси визирования, технический результат достигается за счет того, что в устройстве схемы крепления для уменьшения массы и габаритов голографического коллиматорного прицела вводится торсион, позволяющий осуществлять, как горизонтальный, так и вертикальный повороты ГОЭ, что упрощает сборку, юстировку и разборку ГКП.
Описание полезной модели и фигур.
На ФИГ.1 представлена оптическая схема голографического коллиматорного прицела, позволяющая минимизировать или полностью устранить эффект смещения прицельного знака в результате изменения длины волны света лазера вследствие температурных колебаний окружающей среды.
На ФИГ.2 изображен аксонометрический вид торсиона, с помощью которого достигается юстировка и выверка оси визирования.
На ФИГ.3 изображен механизм вертикального поворота ГОЭ с использованием торсиона для юстировки и выверки оси визирования.
На ФИГ.4 изображен аксонометрический вид механизма вертикального поворота ГОЭ с использованием торсиона для юстировки и выверки оси визирования.
На ФИГ.5 изображен механизм горизонтального поворота ГОЭ с использованием торсиона для юстировки и выверки оси визирования.
На ФИГ.6 изображен аксонометрический вид механизма горизонтального поворота ГОЭ с использованием торсиона для юстировки и выверки оси визирования.
В качестве источника излучения в голографическом коллиматорном прицеле (ФИГ.1) используется лазер 1, излучающего в красной области спектра с относительно узкой спектральной полосой пропускания (до 4 нм). Испускаемый источником излучения 1 пучок лазерных лучей попадает на зеркало 2, отражающее свет на длине волны источника 1 в сторону коллимационного объектива 3. При нахождении источника света в фокальной плоскости объектива 3 на выходе его формируется параллельные пучки света на используемой длине волны. Далее лазерный пучок падает на ахроматизирующую пропускающую дифракционную решетку (АДР) 4, дифрагирует на ее периодической структуре, далее дифрагирует на периодической структуре второй ахроматизирующей пропускающей дифракционной решетке 5, а затем в качестве восстанавливающего пучка попадает на голограммный оптический элемент 6. Свет, дифрагированный на структуре ГОЭ и попадающий в глаз 7 стрелка, формирует в пространстве прицеливания видимое мнимое изображение прицельного знака.
ДР2
u
u
ДР1
На ФИГ.1 используется оптическая схема голографического коллиматорного прицела с двумя пропускающими АДР и голограммным оптическим элементом, предназначенная для компенсации ухода углового положения прицельного знака длины волны источника излучения при восстановлении на расстояниях от 100 до 300 метров. Первой особенностью данной оптической схемы ГКП является то, что вторая АДР не вносит дополнительных угловых дисперсий в систему, и кроме того вторая пропускающая АДР обладает пространственной частотой ν, которой можно было бы варьировать для компенсации остальных угловых дисперсий в системе. Второй особенностью оптической схемы, изображенной на ФИГ.1, является то, что между второй пропускающей АДР и голограммным оптическим элементом существует угол α, приводящий к появлению дополнительной угловой дисперсии на последнем элементе оптической схемы, поэтому при использовании данной оптической схемы ГКП задаемся следующим конструктивным допущением, а именно, так как принцип расчета таких компенсирующих оптических систем сводится к определению оптимального угла α, компенсирующего угловую дисперсию для длины волны лазера λ для всей оптической системы, то принимаем это значение для всего диапазона изменения длины волны, то есть α(λ)=α(λ=λ). Причем для полного устранения эффекта ухода углового положения прицельного знака возможно использование различных пространственных частот первой и второй АДР (ν=1000
ДР2
ГОЭ
1/мм, ν=800 1/мм), причем значение пространственной частоты для ГОЭ принимает значение ν=1000 1/мм.
На ФИГ.2 изображен аксонометрический вид торсиона, с помощью которого достигается юстировка и выверка оси визирования. Торсион должен быть сделан из материала способного выдерживать нагрузки на скручивание, например из конструкционной бронзы.
На ФИГ.3 и ФИГ.4 изображен механизм вертикального поворота голограммного оптического элемента с использованием торсиона. Вертикальный подъем ГОЭ осуществляется за счет подъема торсиона (ФИГ.4) кронштейном 3, движение которому придает кулачок 4, контакт кронштейна и кулачка осуществляется по наклонной плоскости. В свою очередь движение кулачку сообщает винт 1, который свободно вращается в корпусе 5. Чтобы система не прокручивалась и поднимала кронштейн 3 необходимо, чтобы между кулачком и втулкой 2 была установлена пружина (не показана на ФИГ.3).
На ФИГ.5 и ФИГ.6 изображен механизм горизонтального поворота голограммного оптического элемента с использованием торсиона. Горизонтальный поворот ГОЭ осуществляется с помощью торсиона (ФИГ.6) начальным движением винта 6, который осуществляет скручивание торсиона вокруг собственной оси. Винт 6 через втулку 7 поворачивает блок оптический 8 и соответственно ГОЭ, одновременно толкая стакан 9, установленный внутри втулки 10.