ПРИЦЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2000 года по МПК F41G1/32 F41G1/38 

Изобретение относится к оптическим системам наведения.

Прицельные устройства, построенные в соответствии с предлагаемым изобретением, могут являться основой построения как дополнительных к механическому прицелу устройств, предназначенных для расширения области применения оружия в условиях дефицита времени и/или информации, так и компонентов механического прицела, в частности целика механических прицелов, устанавливаемых либо на элементы оружия, специально предназначенные для крепления дополнительных оптических устройств, либо взамен механических прицелов.

Прицельные устройства, построенные в соответствии с предлагаемым изобретением, предназначены для работы в любое время суток, в том числе и с дополнительными оптическими элементами (зеркалами, призмами и проч.), а также с дополнительными телескопическими системами как дневного и ночного видения (с ЭОП), так и тепловизионными (с соответствующими преобразователями), и могут быть установлены на игровое, спортивное, охотничье и артиллерийско-стрелковое оружие.

Системы визирования, построенные в соответствии с предлагаемым изобретением, могут являться основой построения систем ориентации наблюдательных приборов, фото-, видео- и киноаппаратуры, а также геодезического и метрологического оборудования во всех случаях, когда требуются высокая устойчивость к внешним условиям, высокий темп работы и низкая стоимость комплектующих.

2. Уровень техники
Широко известно ночное прицельное приспособление - самосветящиеся фосфорные (либо тритиевые) насадки, устанавливаемые на элементы механического прицела, положение которых относительно стрелка определено габаритами оружия и способом его удержания в момент прицеливания, что не позволяет одновременно получить на сетчатке глаза стрелка резкое изображение объекта прицеливания и резкие изображения светящихся фрагментов упомянутых насадок.

Известно прицельное устройство патент РФ N 2130576 (состав авторов совпадает с составом авторов настоящей заявки), включающее материальный носитель информации о прицельном знаке (например, диафрагму, сетку или светящийся объект) и элемент формирования изображения прицельного знака в пространстве объектов прицеливания (например, окуляр), выполненные по аналогии с пассивным (допускающим возможность работы от рассеянного внешнего света за счет, например, использования светопропускающего p-n перехода или иным подобным образом, т. е. пассивно от внешнего света, используя элементы формирования сеток как диафрагмы, ограничивающие его) и/или активными (у которых свечение возбуждается электрическим током) "светодиодами" (кавычки подчеркивают, что слово диод уместно лишь для активного устройства), т.е. с учетом минимизации числа оптических компонентов элемента формирования (см., например, фигуры пат. РФ N 2130576, которые в настоящей заявке не приведены как относящиеся к прототипу), являющееся ближайшим аналогом изобретения, представляемого в настоящей заявке, на усовершенствование которого в основном и направлено заявляемое изобретение.

Для расширения свободы положения глаза относительно прицельного устройства, при котором возможно предварительное наведение оружия на цель, в упомянутом прицельном устройстве выходная апертура разбита на две зоны - рабочую и зону предварительного наведения, что очевидно предполагает сужение (при сохранении площади апертуры) размеров рабочей зоны, т.е. накладывает ограничение на уменьшение размера апертуры и, следовательно, всего прицельного устройства.

Материальный носитель информации о прицельном знаке в упомянутом прицельном устройстве ориентирован относительно элемента формирования изображения прицельного знака в пространстве объектов прицеливания определенным образом, предполагающим построение визуально воспринимаемого изображения прицельного знака в области возможного появления цели (например, на дистанции 100 ... 400 м от пользователя), т.е. на значительном расстоянии от стрелка (подробнее см. описание пат. РФ N 2130576 в части формирования рабочей зоны апертуры - геометрические соотношения). Такое расположение изображения прицельного знака предполагает получение на выходе элемента формирования сколлимированного пучка (пучка параллельных лучей). В соответствии с законами геометрической оптики получение таких пучков накладывает строгое ограничение на допуск во взаимном положении материального носителя информации о прицельном знаке и элемента формирования изображения прицельного знака в пространстве объектов прицеливания. В упомянутом прицельном устройстве требовалось обеспечить точность описанной выше установки до ± 0,002 мм, что практически достигалось последующей аподизацией (доработкой, подгонкой) фронтальной поверхности элемента формирования, а следовательно, накладывало ограничения на возможности тиражирования таких прицельных устройств ввиду высокой трудоемкости и требуемой высокой точности изготовления их визирной части (до одного нормочаса на изделие).

С другой стороны, существование одного изображения прицельного знака (речь идет об одной плоскости, в которой формируется изображение любой пространственной конфигурации) при работе с упомянутым прицельным устройством не позволяет реализовать способ прицеливания, описанный в патенте РФ N 2107878 "Способ прицеливания" (автор А.Ю.Гаврилов, входит в состав авторов настоящей заявки), т. е. не позволяет простым движением головы стрелка относительно прицельного устройства, например, достичь введения поправок на скорость движения цели и/или дальность до нее (подробнее см. описание пат. РФ N 2107878).

3. Сущность изобретения
3.1. Представляемое изобретение направлено на решение задач
- уменьшения требуемых для обеспечения свободы в положении глаза стрелка, при котором он видит прицельный знак и может осуществлять предварительное наведение оружия на цель, размеров апертуры его элемента формирования при увеличении рабочей зоны последнего (строящей изображение прицельного знака, по которому осуществляется точное наведение оружия на цель), благодаря чему представляется возможность соответственно уменьшить габариты и массу всего прицельного устройства при сохранении точностных параметров и тактических возможностей при стрельбе, а также при ослаблении требований к жесткости и прочности места на оружии, предназначенного для установки такого устройства;
- уменьшение габаритов визирной части прицельных устройств при повышении резкости восприятия изображения (й) дополнительного (ых) маркера (ов) в момент резкого восприятия объекта прицеливания (речь идет, например, о имитации протяженного механического прицела снайперской винтовки в прицельном устройстве (например, светодиодного типа) небольшого размера) с целью, аналогичной указанной выше, а также с целью повышения тактико-эксплуатационных характеристик оружия;
- конструктивного и технологического упрощения визирной части прицельных устройств, а следовательно, уменьшения их габаритов, массы и трудоемкости изготовления при сохранении точностных параметров и тактических возможностей при стрельбе, а также при ослаблении требований к жесткости и прочности места на оружии, предназначенного для установки таких устройств;
- создания прицельных устройств, реализующих возможности способа прицеливания (пат. РФ N 2107878) в части бесконтактного введения поправок на скорость движения цели и дальность до нее, а также на внешние условия (скорость ветра, температуру воздуха ...).

3.2. Получение заявляемого технического результата обеспечивается следующим: в прицельное устройство, включающее материальный носитель информации о прицельном знаке и элемент формирования изображения прицельного знака в пространстве объектов прицеливания, выполненные по аналогии с пассивными и/или активными "светодиодами", введен следующий отличительный признак: как минимум в одной плоскости, перпендикулярной направлению прицеливания (направлению визирования) и находящейся не в непосредственной близости (не ближе чем ± 0,1 мм) от перпендикулярной направлению прицеливания плоскости, в которой расположен центральный фрагмент материального носителя информации о прицельном знаке (по изображению которого, собственно, и производят прицеливание, т. е. изображение которого и совмещают с контрольной точкой на цели во время приведения оружия с прицелом к нормальному бою) либо его действительное или мнимое изображение, помещен материальный носитель информации о дополнительном(ых) маркере(ах) или имеется действительное или мнимое изображение последнего, коим может явиться и действительное или мнимое изображение самого материального носителя информации о прицельном знаке, вследствие чего элемент формирования строит как минимум два отстоящих друг от друга вдоль направления прицеливания изображения, одно из которых является изображением прицельного знака, по которому осуществляется непосредственно прицеливание, а второе - изображением дополнительного(ых) маркера(ов) (например, изображение прицельного знака есть изображение мушки, построенное элементом формирования, а изображение дополнительного маркера - изображение целика, построенное им же, причем расстояние между стрелком и указанными изображениями, равно как и расстояние между ними самими может быть сделано любым при небольших размерах визирной части за счет должного их расположения относительно элемента формирования, например, относительно фронтальной поверхности светодиодного прицела системы Гаврилова (ПСГ)).

Речь идет о введении искусственного значительного параллакса в сетках прицельного устройства.

4. Перечень фигур
4.1.1. На фиг. 1 представлен вариант хода лучей от центрального фрагмента материального носителя информации о прицельном знаке (по изображению которого осуществляется собственно прицеливание) и вариант хода лучей от материального носителя информации о дополнительном(ых) маркере(ах) в светодиоде с вынесенным маркером (ПСГ).

4.1.2. На фиг. 2 представлен вариант поля зрения (вариант видения изображения прицельного знака и дополнительных маркеров) ПСГ.

4.2.1. Ход (фиг. 1) лучей (8, 9) от центрального фрагмента материального носителя (3) информации о прицельном знаке из ПСГ близок к параллельному направлению прицеливания (имеет малую расходимость, в основном определяемую либо остаточными аберрациями, либо требованиями по введению угловых поправок на параметры цели и внешние условия, материальный носитель информации о прицельном знаке располагается вблизи фокальной поверхности, в частном случае вблизи фокальной плоскости (4) элемента формирования (7) - фронтальной поверхности светодиода), при этом прицельное устройство (2), в котором реализовано заявляемое изобретение, предполагает наличие удаленной вдоль направления прицеливания (1) (совпадающего с ходом одного из лучей, идущих от центрального фрагмента прицельного знака, по которому осуществляют прицеливание) от плоскости установки материального носителя информации о прицельном знаке плоскости установки (5) материального носителя (6) информации о дополнительном(ых) маркере(ах), в результате чего ход лучей (10, 11) от точек дополнительного(ых) маркера(ов) является гомоцентрическим (то есть предполагающим наличие действительной или мнимой точки пересечения), естественно, без учета аберраций, и, следовательно, изображение прицельного знака и дополнительного(ых) маркера(ов) не совпадают вдоль направления прицеливания, а значит, при относительном перемещении глаза стрелка поперек направления прицеливания относительно прицела эти изображения смещаются друг относительно друга (и в частности, при установке материального носителя информации о прицельном знаке вне фокальной поверхности элемента формирования, они (изображения) смещаются и относительно цели, реализуя принцип бесконтактного введения угловых поправок при стрельбе).

Особое внимание на фиг. 1 следует обратить на наличие зазора между материальным носителем информации о прицельном знаке (3) и материальном носителем информации о дополнительном(ых) маркере(ах) (6).

4.2.2. Вариант (фиг. 2) видения в ПСГ вынесенных за область экранирования окуляром прицела (3) изображений прицельного знака (2) и дополнительных маркеров (1) (где (1) - левая часть отображаемого материального носителя информации о дополнительном(ых) маркере(ах)). Перемещение ствола оружия относительно приклада вверх приведет к перемещению изображения прицельного знака относительно изображений дополнительных маркеров по стрелке A. В приведенном на фиг. 2 варианте реализации ПСГ шкала дополнительных маркеров является шкалой угловых поправок на дальность до цели и скорость ее движения, которая с заданной степенью резкости (см. выше о произвольности удаления от стрелка изображений прицельного знака и дополнительного(ых) маркера(ов)) будет видна стрелку.

5. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
5.1. Авторами в 1998 году были инициативно разработаны и испытаны прицелы модели ПСГ-10, построенные в соответствии с заявляемым изобретением. Физическое моделирование подтвердило возможность осуществления заявляемого изобретения. При этом были подтверждены ожидаемые от реализации изобретений результаты.

5.1.1. Уменьшения требуемых для обеспечения свободы в положении глаза стрелка, при котором он видит прицельный знак и может осуществлять предварительное наведение оружия на цель, размеров апертуры элемента формирования при увеличении рабочей зоны последнего достигается за счет наличия дополнительного(ых) маркера(ов), который(е) виден(ны) в значительно большем секторе, так как идущие от них лучи гомоцентричны (в указанном выше смысле).

Так, например, в крайнем случае (вообще-то, авторы не исключают и расположение материального носителя информации о дополнительном(ых) маркере(ах) и вне, например, светодиода), если материальный носитель информации о дополнительном(ых) маркере(ах) расположить в центральной точке элемента формирования - в точке пересечения пунктирной линии (1) (фиг. 1) с фронтальной поверхностью (7) светодиода (2), то его(их) (дополнительного(ых) маркера(ов)) изображение(я) будет(ут) видно(ы) стрелку при любом положении глаза относительно прицела (лишь бы оружие было ориентировано на цель с точностью не хуже ± 90^o и сам стрелок смотрел в сторону цели).

На самом деле необходимости в таком крайнем случае нет. А смещая материальный носитель информации о дополнительном(ых) маркере(ах) влево от элемента формирования (фиг. 1), можно, с одной стороны, повысить резкость его визуально воспринимаемого изображения, а с другой - сузить сектор, в котором он виден.

5.1.2. Уменьшение габаритов визирной части прицельных устройств при повышении резкости восприятия изображения(й) дополнительного(ых) маркера(ов) при реализации заявляемого изобретения достигается установлением очевидных геометрических соотношений между материальными носителями и элементом формирования (см. также пп. 3.2. и 5.1.1.).

5.1.3. Конструктивное и технологическое упрощение визирной части прицельных устройств при реализации заявляемого изобретения связано с тем, что при точном наведении оружия на цель требуется не только навести изображение прицельного знака на цель, но и обеспечить требуемые геометрические соотношения во взаимном положении изображений прицельного знака и дополнительного(ых) маркера(ов), что на самом деле, несмотря на традиционные суждения, никоим образом не увеличивает время прицеливания (конечно, при условии достаточной резкости указанных изображений).

В связи с этим точность ориентации материального носителя информации о прицельном знаке относительно элемента формирования (например, фронтальной поверхности светодиода) может составлять более ± 0,1 мм, (а не ±0,002 мм см. выше), т.е. допуск становится более чем в 50 (!) раз шире.

5.1.4. Возможность создания прицельных устройств, реализующих возможности способа прицеливания (пат. РФ N 2107878) в части бесконтактного введения поправок на скорость движения цели и дальность до нее, а также на внешние условия, предопределена при реализации представляемого изобретения наличием параллакса (расстояния, соизмеримого (не являющегося величиной, существенно меньшей (< 0,01)) с расстоянием от стрелка до наиболее удаленного из изображений прицельного знака и дополнительного(ых) маркера(ов)) между изображениями прицельного знака и дополнительного(ых) маркера(ов) и связанного с ним относительного перемещения упомянутых изображений при смещении глаза относительно прицела (фиг. 2).

Возможность построения прицелов с заданным (в соответствии с требуемыми угловыми поправками) смещением изображения прицельного знака относительно объекта прицеливания очевидна. (См. в этой связи, например, А.Ю.Гаврилов, Ю. В. Хмельщиков (соавторы настоящей заявки), Физическая Мысль России, М., "МГУ им. Ломоносова, Физический факультет", N 1, 1998, стр. 68-70).

5.2. Таким образом, задачи, на решение которых нацелено заявляемое изобретение, благодаря его реализации решены при достижении предполагаемого технического результата.

5.2.1. Возможно произвольное уменьшение (менее 0.5 мм) апертуры прицела при сохранении комфортных условий прицеливания - просто в прицеле, например, последовательно удаляя от элемента формирования, устанавливают материальные носители информации о дополнительном(ых) маркере(ах), за которыми следует материальный носитель информации о прицельном знаке, тогда первые по порядку от элемента формирования материальные носители информации о дополнительном(ых) маркере(ах) будут видны всегда (см. выше), а по мере уточнения наведения оружия в поле зрения начнут появляться "следующие" до тех пор, пока не "вынесется" изображение прицельного знака, которое останется только совместить с целью и (в случае реализации возможности бесконтактного введения угловых поправок при стрельбе) должным образом ориентировать относительно еще видимых изображений дополнительных маркеров.

5.2.2. Упомянутое выше уменьшение габаритов визирной части прицельных устройств при сохранении или даже повышении резкости восприятия изображения(й) дополнительного(ых) маркера(ов) при реализации заявляемого изобретения не имеет теоретического ограничения и зависит от типа элемента формирования (сложности его исполнения, то есть количества параметров, позволяющих провести оптимизацию его оптических характеристик).

Практически установлено, что механический прицел, используемый на СВД и имеющий размер порядка 500 мм, можно сымитировать светодиодом протяженностью порядка 20 мм, но, очевидно, здесь авторы встретились с чисто технологическими ограничениями и действительный предел лежит в диапазоне 5 ... 10 мм, обусловленном конструктивным исполнением материального носителя и блоком крепления (соединения) светодиода к корпусу прицела.

5.2.3. Указанное выше расширение поля допуска на установку материального носителя информации о прицельном знаке относительно элемента формирования предполагает возможность разработки технологии массового производства визирной части ПСГ, по сложности соизмеримой с технологией производства обычных светодиодов (стоимостью 0,5 (!) USD).

5.2.4. Наличие параллактически смещенных изображений открывает безграничные возможности создания систем бесконтактного введения поправок на параметры цели, снятия прецизионных отсчетов и проч., что следует из вышеприведенных публикаций (включая патент на способ прицеливания).

5.3. Способ использования визирной части прицела ПСГ, в котором реализовано заявляемое изобретение, заключается в следующем.

Прицельное устройство с визирной частью, изображенной на фиг. 1, устанавливается на оружие либо на штатное место для установки оптических прицелов, либо на прицельную планку или взамен ее. После этого осуществляется выверка прицела на оружии, заключающаяся в согласовании направления оптической оси прицела (хода одного из лучей, идущих от центрального фрагмента прицельного знака - см. выше) с направлением стрельбы (с направлением действия поражающего фактора оружия), путем проведения серии контрольных выстрелов и внесения необходимых индивидуальных для данной единицы оружия поправок. Прицеливание при контрольной стрельбе осуществляется, например (если дополнительные устройства не предполагаются), по принципу вынесенного маркера, когда стрелок одним глазом одновременно видит отчетливые изображения цели и прицельного знака, а при необходимости и изображение дополнительного(ых) маркера(ов). При эксплуатации оружия для его предварительного наведения уже не обязательно видеть отчетливое изображение центрального фрагмента прицельного знака, поскольку, с одной стороны, видимое(ые) изображение(я) дополнительного(ых) маркера(ов) указывают направление ориентации оружия, а с другой, по мере наведения отчетливое изображение центрального фрагмента, которое требуется наложить на цель (или расположить определенным образом относительно цели и изображения (и) дополнительного(ых) маркера(ов)), само появится на объекте прицеливания, как только зона реального поражения окажется вблизи объекта прицеливания.

Способ использования визирной части ПСГ практически не меняется как при введении в прицельное устройство дополнительных оптических элементов (см. выше), так и при усилении природных возможностей человеческого зрения путем использования между глазом стрелка и целеуказателем дополнительных оптических систем, например, дающих оптическое увеличение объектов прицеливания или усиление их яркости.

При введении угловых поправок устанавливают требуемые геометрические соотношения воспринимаемых изображений, в построении которых участвует элементарный целеуказатель - ПСГ (см. также выше).

Изобретение относится к области оптических систем наведения, в частности к прицельным устройствам для прицельной стрельбы в дневное и ночное время, в том числе с дополнительными оптическими элементами, а также с телескопическими системами как дневного и ночного видения, так и тепловизионными, для ориентации геодезического и метрологического оборудования и прочих систем наведения. Техническим результатом изобретения является снижение массы, габаритов, конструктивной и технологической сложности прицельного устройства, а следовательно, требований к жесткости и прочности места на оружии, предназначенного для его установки, при сохранении и в ряде случаев улучшении точностных характеристик и тактических возможностей. Сущность изобретения: в прицельное устройство, включающее материальный носитель информации о прицельном знаке и элемент формирования изображения последнего в пространстве объектов прицеливания, введен материальный носитель информации о дополнительном маркере, который располагают на расстоянии от плоскости, в которой расположен центральный фрагмент указанного носителя для создания параллакса между ними вдоль направления прицеливания. 2 ил.

Прицельное устройство, содержащее элемент формирования изображения прицельного знака в пространстве объектов прицеливания и материальный носитель информации о прицельном знаке, отличающееся тем, что оно снабжено, по меньшей мере, одним материальным носителем информации, по меньшей мере, об одном дополнительном маркере, расположенным на расстоянии от плоскости, в которой размещен материальный носитель информации о прицельном знаке и/или в нем созданы изображения указанных материальных носителей, для обеспечения параллакса между изображениями прицельного знака и, по меньшей мере, одного дополнительного маркера вдоль направления прицеливания.