ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ КОЛЛИМАТОРНЫЙ ПРИЦЕЛ

Полезная модель относится к коллиматорным прицелам, формирующим изображение неподвижной прицельной марки. Прицел содержит источник излучения, формирователь изображения прицельной марки, коллиматор и две дифракционные решетки - отражательную и пропускающую.
Модель решает проблему смены прицельной марки и обеспечивает компенсацию изменения длины волны при изменении условий окружающей среды, а также минимизацию габаритов и массы прицела.
В доступной нам литературе имеются описания ряда оптических схем коллиматорных прицелов российских и зарубежных авторов.
В [1] описана оптическая схема голографического коллиматорного прицела, содержащего источник излучения, коллиматор и выполненный в виде голограммы формирователь изображения прицельной марки. В [2] приведена более совершенная схема прицела, дополненная дифракционной решеткой, позволяющей обеспечить стабильность положения линии визирования прицела при температурном дрейфе длины волны используемого источника излучения. Общий недостаток названных прицелов состоит в том, что в них в качестве коллиматора используется линзовая рефрактивная оптическая система, обладающая собственным хроматизмом, обуславливающим появление аберраций в формируемом с их помощью изображении прицельной марки при температурном дрейфе рабочей длины волны прицела. Более того, оба описанных прицельных устройства обладают большими габаритами и массой из-за большого количества оптических элементов, входящих в состав прицела.
В прицеле [3] в качестве коллиматора используется зеркало Манжена, представляющее собой линзу, на одну из поверхностей которой нанесено зеркальное покрытие. Оно обеспечивает некоторую, но не полную компенсацию изменения длины волны излучения и при этом обладает относительно большими массой и габаритами. Более того, коллиматор, представляющий собой зеркало Манжена, сложен в изготовлении.
Наиболее близким к заявляемому прицелу можно считать голографический коллиматорный прицел [4]. Он также содержит источник излучения, коллиматор, компенсирующую дифракционную решетку, позволяющую обеспечить стабильность положения линии визирования прицела при температурном дрейфе длины волны используемого источника излучения, и выполненный в виде голограммы формирователь изображения прицельной марки. В отличии от прицелов [2 и 3] в [4] коллиматор и компенсирующая решетка выполнены в виде одного оптического элемента - голографической отражательной дифракционной решетки, выполненной на вогнутой сферической, либо параболической поверхности.
Общий недостаток прицелов [1-3], которые могут быть приняты за аналоги, и прицела [4], принятого за прототип, состоит в обусловленной использованием голограммы для формирования изображения прицельной марки невозможности смены формы прицельной марки, формируемой с помощью прицела, без существенного изменения его габаритов.
Сущность полезной модели
Задачей данной полезной модели является создание прицельного устройства с возможностью смены прицельных марок. Техническим результатом полезной модели является создание прицела со сменяемой прицельной маркой с минимально возможными массой и габаритами, и компенсацией изменения длины волны.
Описание полезной модели
Заявленная модель содержит источник излучения, формирователь изображения прицельной марки, отражательную и пропускающую дифракционные решетки, имеющие одинаковую пространственную частоту и ориентацию штрихов, и коллиматор оптического излучения, в фокальной плоскости которого находится изображение прицельной марки. Отражательная дифракционная решетка установлена таким образом, что нормаль, восстановленная из центра ее рабочей поверхности, совпадает с нормалью, опущенной из центра рабочей поверхности формирователя изображения прицельной марки. Такое расположение отражательной решетки обеспечивает нормальное падение на ее поверхность главного луча пучка, сформированного коллиматором оптического излучения, т.е. угол его падения на поверхность решетки равен 0. Пропускающая дифракционная решетка установлена параллельно либо самой поверхности отражательной решетки, если она плоская, либо параллельно касательной к вершине отражательной решетки, если она имеет сферическую, либо параболическую форму. Причем установлена так, что центры их поверхностей в плоскости дифракционного сечения сдвинуты относительно друг друга на расстояние Δ=ltgα, где l - расстояние между рабочими поверхностями решеток, а α - угол дифракции, причем α=arcsin(λv), λ - средняя длина волны рабочего спектрального диапазона прицела, ν - пространственная частота решеток. Указанное расположение пропускающей дифракционной решетки, в соответствии с известной формулой дифракционной решетки [5], обеспечивает совмещение точки встречи главного луча пучка лучей, продифрагировавшего на структуре отражательной решетки, с центром поверхности пропускающей решетки. При этом параллельное расположение поверхностей отражательной и пропускающей решеток и равенство их пространственных частот приводит к тому, что главный луч пучка, продифрагировавшего в первый порядок дифракции пропускающей решетки распространяется параллельно оптической оси коллиматора и главного луча сформированного с его помощью пучка лучей. Указанная выше параллельность главных лучей пучков обеспечивает неизменность пространственного положения главного луча пучка лучей, продифрагировавшего на пропускающей решетке, т.е. линии визирования прицела, при изменении рабочей длины прицела и, в принципе, обеспечивает возможность работы прицела не только в монохроматическом излучении, но и в белом свете.
Поясним принцип работы прицела. Коллиматор оптического излучения переносит на бесконечность изображение транспаранта прицельной марки, установленного в его передней фокальной плоскости. Соответствующий этому изображению пучок лучей падает нормально на поверхность отражательной дифракционной решетки и дифрагирует на ее структуре. Излучение, продифрагировавшее в первый порядок дифракции, падает на поверхность пропускающей решетки. Причем, угол падения на поверхность пропускающей решетки главного луча этого пучка полностью определяется рабочей длиной волны излучения и пространственной частотой решетки. Чем больше длина волны, тем больше угол падения. Угол дифракции излучения на структуре пропускающей решетки описывается тем же самым законом, т.е. чем больше длина волны, тем больше угол дифракции. Поэтому для оператора, работающего с прицелом, положение находящегося на бесконечно большом расстоянии от прицела изображения прицельной марки будет неизменным, независимо от девиаций рабочей длины волны излучения.
Примеры конкретного исполнения
Заявляемая модель может быть выполнена различным образом. В качестве примера рассмотрим три следующих реализации:
Принципиальная схема первой реализации представлена на рис. 1
Здесь: 1 - источник монохроматического излучения с формирующей оптической системой; 2 - револьвер с установленными на нем транспарантами прицельных марок; 3 - линзовый коллиматор; 4 - отражательная дифракционная решетка; 5 - пропускающая дифракционная решетка.
Принципиальная схема второй реализации представлена на рис. 2
Здесь: 1 - источник монохроматического излучения с формирующей оптической системой; 2 - револьвер с установленными на нем транспарантами прицельных марок; 6 - отражательная дифракционная решетка, выполненная на вогнутой параболической или сферической поверхности; 5 - пропускающая дифракционная решетка.
Транспарант с изображением неподвижной марки находится в фокальной плоскости коллиматора, который представляет собой дифракционную решетку, выполненную на вогнутой параболической или сферической поверхности.
Данный вариант исполнения отличается от первого тем, что функции коллиматора и дифракционной решетки объединены в одном элементе, представляющем из себя вогнутое сферическое или параболическое зеркало с нанесенной на нем дифракционной решеткой.
Принципиальная схема третьей реализации представлена на рис. 3
Здесь: 7 - ЖК матрица с электронной адресацией; 6 - отражательная дифракционная решетка, выполненная на вогнутой параболической или сферической поверхности; 5 - пропускающая дифракционная решетка.
Схема отличается от представленных ранее тем, что формирователь выполнен в виде электронно-адресованной жк-матрицы, позволяющей в реальном времени менять изображение прицельной марки без механического перемещения отдельных деталей прицела.
[1] - Шойдин С.А., Кондаков В.Ю. Прицел голографический. Патент Российской Федерации №2210713 от 20.08.2003 г.
[2] - Ковалев М.С., Козинцев В.И., Лушников Д.С., Маркин В.В, Одиноков С.Б Способ компенсации изменения положения прицельного знака и голографический коллиматорный прицел. Патент Российской Федерации №2355989 от 01.10.2007 г.
[3] - Anthony M. Tai, Nortville, MI (US); Eric J. Sieczka, Saline, MI (US). Ligthweight holographic sight, Patent USA No 6490060 of Dec. 03, 2002 г.
[4] - Корешев С.Н., Квитко С.С., Шевцов М.К. Голографический коллиматорный прицел. Патент Российской Федерации №135426 от 10.12.2013 г.
[5] - Ландсберг Г.С. Оптика - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003, 848 с.