ОПТИЧЕСКИЙ ПРИЦЕЛ С ПЕРЕМЕННЫМ УВЕЛИЧЕНИЕМ Российский патент 2006 года по МПК G02B23/14 F41G1/38 G02B9/04 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности, к прицелам, используемым при ведении прицельной стрельбы из оружия, или зрительным трубам, работающим в видимой области спектра излучения.

Известна оптическая система визира с переменным увеличением [1], которая содержит объектив, панкратическую оборачивающую систему, коллективную линзу и окуляр. Данная схема имеет продольный размер, L=313,7 мм, относительное отверстие объектива D_зр/f'=1:3,5 и предел разрешения в центре углового поля при максимальном увеличении не более 10".

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является визир с переменным увеличением [2], построенный по оптической схеме: трехлинзовый объектив, неподвижный полевой компонент, панкратическая оборачивающая система, включающая два компонента, коллективная линза и окуляр. Визир может содержать сразу за трехлинзовым объективом прицельную сетку, а после панкратической оборачивающей системы - дальномерную сетку. В приведенном в [2] примере видимое увеличение телескопической системы Г=3,2^X...9,8^X. Предел разрешения телескопической системы не более 6" в центре углового поля при максимальном увеличении (Г=9,8^X). Объектив визира имеет заднее фокусное расстояние f'=119,7 мм, относительное отверстие D_зр/f'=1:3 и угловое поле в пространстве предметов 2ω=7,6°...2,5°. При этом продольная сферическая аберрация объектива (ΔS'), рассчитанная для дистанции -400 м для основной длины волны (λ_D) составляет для зоны m=14,1 мм ΔS'_0,707=-0,003 мм, для края - m=20,0 мм ΔS'_кр=0,137 мм. При установке прицельной сетки в плоскость наилучшего изображения объектива остается неустранимый продольный параллакс (ΔS'_m-Δ): для зоны m=14,1 мм (ΔS'_0.707-Δ)=-0.082 мм, для края - m=20,0 мм (ΔS'_кр.-Δ)=0.058 мм, что вызывает дополнительный угловой параллакс на местности, равный ±16", при положении глаза на краю и на зоне выходного зрачка визира. Большая величина углового параллакса является недостатком рассматриваемой схемы визира с переменным увеличением, так как использование ее в оптическом прицеле увеличивает ошибку угла прицеливания при перемещении глаза в плоскости выходного зрачка прицела.

Задачей изобретения является создание прицела с переменным увеличением с улучшенными точностными характеристиками, а именно с уменьшенной ошибкой угла прицеливания.

Технический результат, обусловленный указанной задачей, достигается тем, что в прицеле с переменным увеличением, содержащем последовательно установленные по ходу лучей трехлинзовый объектив, прицельную сетку, полевой компонент, двухкомпонентную панкратическую оборачивающую систему, дальномерную сетку, коллективную линзу и окуляр, в отличие от известного, в объективе первые две линзы двояковыпуклая и отрицательная - склеенные, а третья линза - одиночный положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, причем двояковыпуклая и одиночная линзы изготовлены из одного материала с коэффициентом дисперсии ν_D, который соответствует условию 50≤ν_D≤70, что в 2...2,5 раза больше коэффициента дисперсии материала отрицательной линзы, при этом выполняются следующие условия:

f'_скл=(3...4)f'_об;

f'₁=(0,8...1,2)f'_об;

f'₂=-(1...1,5)f'_об;

f'₃=(1...1,5)f'_об,

где f'_скл, f'_об, f'₁, f'₂, f'₃ - фокусные расстояния склеенной линзы, объектива, двояковыпуклой линзы, отрицательной линзы и одиночной линзы соответственно.

На чертеже изображена оптическая схема оптического прицела с переменным увеличением и ход лучей в нем при 2ω=0°.

Прицел с переменным увеличением состоит из объектива 1, выполненного в виде трехлинзовой конструкции, состоящей из двояковыпуклой линзы 2, склеенной с отрицательным мениском 3, обращенным выпуклостью к изображению и одиночного положительного мениска 4, обращенного выпуклостью к предмету, полевого компонента 5, панкратической оборачивающей системы 6, состоящей из двух дифференциально перемещающихся компонентов 7, 8, коллективной линзы 9 и окуляра 10. Глаз наблюдателя располагается в выходном зрачке оптического прицела 11. В плоскости изображения А объектива устанавливается прицельная сетка 12, в плоскости изображения В оборачивающей системы - дальномерная сетка 13. Размер L соответствует максимальному продольному размеру предложенного оптического прицела по его оптической оси.

Оптический прицел с переменным увеличением работает следующим образом: световой поток проходит через объектив 1 и фокусируется в передней плоскости изображения А; после прохождения полевого компонента 5 и оборачивающей системы 6, состоящей из двух дифференциально перемещающихся компонентов 7, 8, фокусируется в задней плоскости изображения В. Это промежуточное изображение наблюдается через коллективную линзу 9 и окуляр 10 глазом, расположенным в выходном зрачке прицела 11. В данной схеме окуляр 10 может иметь или постоянную диоптрийную установку на (-0.75)±0.25 дптр или иметь возможность диоптрийной подвижки всего окуляра на ±5 диоптрий. В передней и задней плоскостях изображения могут быть установлены прицельная и дальномерная сетки, нанесенные на плоскопараллельные пластины 12, 13 и плоскую поверхность коллективной линзы 9, при этом сетка, установленная в передней плоскости изображения А объектива - прицельная сетка - может быть выполнена в виде склейки, состоящей из двух плоскопараллельных пластин 12, что необходимо для снижения "показателя световоз вращения" при противодействии демаскирующим оптикоэлектронным системам. Изменение видимого увеличения прицела в пределах Г=3.2^X...9.9^X происходит в результате дифференцированного перемещения компонентов 7,8, которое приводит к изменению воздушных промежутков l₁, l₂, l₃, при этом передняя А и задняя В плоскости изображения остаются в неизменном положении.

В соответствии с предложенным решением был выполнен расчет варианта оптического прицела. Он имеет конструктивные параметры оптической системы, указанные в таблице 1.

Получен оптический прицел со следующими техническими характеристиками: видимое увеличение телескопической системы Г=3,2^X...9,9^X, заднее фокусное расстояние объектива f'_об=120 мм и его относительное отверстие D_зр/f'=1:3, угловое поле в пространстве предметов 2ω=7,6°...2,5°. Выходной зрачок расположен на расстоянии 70 мм от последней поверхности окуляра и имеет диаметр 10,2...4 мм. Продольный размер прицела в данном случае составляет L=291 мм. Предел разрешения прицела не более 6" в центре углового поля при максимальном увеличении (Г=9,9^X). Коэффициент пропускания оптики прицела не менее 70%.

Оптическая схема предлагаемого прицела выполнена с объективом, в котором продольная сферическая аберрация, указанная в таблице 2, меньше дифракционной глубины объектива.

В оптических прицелах плоскость штрихов прицельной сетки должна строго совпадать с плоскостью резкого изображения наблюдаемой цели. Это требование с заданной точностью выполняется при сборке и юстировке прицелов. Однако при отсутствии заметной нерезкости изображения в прицеле может быть неустранимый угловой параллакс из-за продольной сферической аберрации объектива, что вызывает дополнительную ошибку в угле прицеливания при поперечном смещении глаза в плоскости выходного зрачка прицела.

В предлагаемом объективе при любом смещении глаза в плоскости выходного зрачка прицела угловой параллакс на местности из-за продольной сферической аберрации объектива не превышает дифракционного предела разрешения объектива, равного ±3", что значительно ниже величины дополнительного углового параллакса для визира с переменным увеличением [2], равного ±16". Для данной оптической системы угловой параллакс на местности определяется только точностью сборки и юстировки узла «объектив-прицельная сетка», что значительно снижает ошибку в угле прицеливания при перемещении глаза в пределах выходного зрачка. Таким образом, обеспечено достижение технического результата.

В настоящее время по схеме оптического прицела серийно выпускается ряд модификаций изделия, изготовленного по данным конструктивным параметрам объектива, полученные оптотехнические характеристики удовлетворяют функциональному назначению прицелов.

Источники информации

1. Визир с переменным увеличением «1П21», 1982 г., разработка Новосибирского приборостроительного завода. Схема оптическая АЛ3.812.124, копии находятся в деле по заявке № 99119299 (патент RU 2157556).

2. Визир с переменным увеличением. Патент RU 2157556, МПК 7 G 02 B 23/14, F 41 G 1/38, публ. 2001 г.

Таблица 2
Точка на оси для Гmax mλ₀=Dλ₁=Fλ₂=СΔ(S'_F-S'_C)Tg σ'ΔS'ΔY'ΔS'ΔY'ΔS'ΔY'0000-0,006400,08630-0,0927100,084-0,0079-0,00070,00670,00050,08150,0068-0,074814,10,119-0,0112-0,00130,02010,00240,07680,0091-0,056717,30,146-0,0098-0,00140,03360,00490,07190,0105-0,0383200,169-0,0035-0,00060,04720,00800,06700,0113-0,0198

Прицел может быть использован в оптических прицелах и зрительных трубах, работающих в видимой области спектра излучения. Прицел с переменным увеличением содержит последовательно установленные по ходу лучей трехлинзовый объектив, прицельную сетку, полевой компонент, двухкомпонентную панкратическую оборачивающую систему, дальномерную сетку, коллективную линзу и окуляр. Объектив содержит склеенные первые две линзы - двояковыпуклую и отрицательную, а третья линза - одиночный положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету. Двояковыпуклая и одиночная линзы изготовлены из одного материала с коэффициентом дисперсии ν_D, который соответствует условию 50≤ν_D≤70, что в 2...2,5 раза больше коэффициента дисперсии материала отрицательной линзы. Между фокусными расстояниями склеенной линзы, объектива, двояковыпуклой линзы, отрицательной линзы и одиночной линзы выполняются соотношения, приведенные в формуле изобретения. Технический результат - улучшение точностных характеристик, а именно уменьшение ошибки угла прицеливания. 1 ил., 2 табл.

Оптический прицел с переменным увеличением, содержащий последовательно установленные по ходу лучей трехлинзовый объектив, прицельную сетку, полевой компонент, двухкомпонентную панкратическую оборачивающую систему, дальномерную сетку, коллективную линзу и окуляр, отличающийся тем, что в объективе первые две линзы - двояковыпуклая и отрицательная - склеенные, а третья линза - одиночный положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, причем двояковыпуклая и одиночная линзы изготовлены из одного материала с коэффициентом дисперсии ν_D, который соответствует условию 50≤ν_D≤70, что в 2÷2,5 раза больше коэффициента дисперсии материала отрицательной линзы, при этом выполняются следующие условия:

f'_скл=(3÷4)f'_об;

f'₁=(0,8÷1,2)f'_об;

f'₂=-(1÷1,5)f'_об;

f'₃=(1÷1,5)f'_об,

где f'_скл, f'_об, f'₁, f'₂, f'₃ - фокусные расстояния склеенной линзы, объектива, двояковыпуклой линзы, отрицательной линзы и одиночной линзы соответственно.