ПРИЦЕЛ С ПЕРЕМЕННЫМ УВЕЛИЧЕНИЕМ Российский патент 2008 года по МПК F41G1/38 G02B23/12 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к прицелам, используемым при ведении прицельной стрельбы из охотничьего оружия, или зрительным трубам для наблюдения в дневное время суток и в сумерки.

Известна оптическая система для прицельных приборов (например, патент US №3045545, МПК G02B 15/04, НКИ 359/422, опубликованный в 1962 г.), содержащая объектив, состоящий из двух одиночных линз: положительной и отрицательной, фокусирующий компонент, состоящий из двух одиночных линз: положительной и отрицательной, двояковыпуклую коллективную линзу, двухкомпонентную панкратическую оборачивающую систему, каждый компонент которой выполнен в виде склеенной линзы с разными конструктивными параметрами, и трехлинзовый окуляр из склеенных отрицательной и положительной линз и одиночной положительной линзы. Величина фокусного расстояния системы перед окуляром изменяется в пределах 280...1120 мм, при этом система имеет большую длину L≈373,4 мм (без учета длины окуляра) и малое угловое поле зрения на входе 2ω=3,5°...4°. Наличие двухлинзовых несклеенных компонентов снижает технологичность конструкции и надежность работы прицельной системы в полевых условиях эксплуатации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является оптический прицел с переменным увеличением (патент RU №2282223, МПК G02B 23/14, F41G 1/38, G02B 9/04, опубликованный 20.08.2006 г. Бюл. №23), построенный по оптической схеме: трехлинзовый объектив, прицельная сетка, полевой компонент, двухкомпонентная панкратическая оборачивающая система, дальномерная сетка, коллективная линза и окуляр, у которого один компонент склеенный из отрицательной и двояковыпуклой линз, а другой - одиночная положительная линза. Видимое увеличение телескопической системы Г=3,2^x...9,9^x; заднее фокусное расстояние объектива f'=120 мм и его относительное отверстие Д_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 равен 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% при наличии просветляющего покрытия на всех оптических деталях, в том числе на деталях, расположенных в плоскостях действительного изображения и вблизи этих плоскостей, что удорожает изготовление этих деталей, так как требуется иметь высокий класс чистоты на просветленных поверхностях (Р=0-20 и 0-40 на сетках и Р=I...II класс на полевом компоненте).

Кроме того, у данного прицела большая величина ближней дистанции прицеливания, равная 100 м, при этом для максимального увеличения (Г=9,9^x) практическая бесконечность соответствует дистанции 400 м (на эту дистанцию установлена прицельная сетка) и для предметов, расположенных на ближней дистанции, величина углового параллакса увеличивается до 60 угловых секунд, а нерезкость изображения - до одной диоптрии.

Задачей изобретения является создание прицела с повышенными эксплуатационными характеристиками.

Технический результат - повышение точности прицеливания, качества изображения и чистоты видимого поля зрения для всех дистанций расположения объекта от бесконечности до ближней во всем диапазоне изменения увеличений при сохранении оптимальных технических характеристик и габаритов.

Поставленная цель достигается тем, что в прицел с переменным увеличением, содержащий последовательно установленные по ходу лучей трехлинзовый объектив, прицельную сетку, полевой компонент, двухкомпонентную панкратическую оборачивающую систему и окуляр, у которого один компонент склеенный из отрицательной и двояковыпуклой линз, а другой - одиночная положительная линза, в отличие от известного, между объективом и прицельной сеткой введен фокусирующий компонент в виде одиночного отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету и установленного с возможностью перемещения вдоль оптической оси; прицельная сетка дополнена дальномерной шкалой, а в окуляр введена одиночная отрицательная линза, установленная перед склеенным компонентом, при этом фокусирующий компонент и одиночные линзы окуляра выполнены из одного материала и соблюдаются следующие условия:

f'_ф.к.=-(1,3...2,5)f'_экв.; l₁=(0,25...0,55)f'_экв.;

R₁=(1,2...1,4)R₂; R₂=(0,4...0,5)l₁;

f'_1к.ок.=-(0,9...1,1)f'_ок.;

где - коэффициенты дисперсии материала фокусирующего компонента и одиночных линз окуляра соответственно;

f'_ф.к., f'_экв., f'_ок., f'_1к.ок. - фокусные расстояния фокусирующего компонента, системы объектива с фокусирующим компонентом, окуляра, одиночной отрицательной линзы окуляра соответственно;

R₁, R₂ - радиусы первой и второй поверхностей фокусирующего компонента соответственно;

l₁ - расстояние от вершины второй поверхности фокусирующего компонента до плоскости прицельной сетки;

- линейное увеличение одиночной отрицательной линзы окуляра в направлении хода осевого пучка от плоскости выходного зрачка прицела к передней фокальной плоскости окуляра.

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

Прицел с переменным увеличением состоит из последовательно установленных по ходу луча трехлинзового объектива 1, фокусирующего компонента 2, выполненного в виде одиночного отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету и установленного с возможностью перемещения вдоль оптической оси, прицельной сетки 3 в виде плоскопараллельной пластины, на первой поверхности которой нанесены прицельные знаки и дальномерная шкала, полевого компонента 4, панкратической оборачивающей системы 5, состоящей из двух отдельно перемещающихся компонентов 6 и 7, и окуляра 8, состоящего из трех компонентов, первый из которых - одиночная отрицательная линза 9, второй компонент 10 склеен из отрицательной и двояковыпуклой линз, а третий компонент выполнен из одиночной положительной линзы 11. Глаз наблюдателя располагается в выходном зрачке 12 прицела. В плоскости изображения А системы, состоящей из объектива 1 и фокусирующего компонента 2, расположена первая поверхность прицельной сетки 3. В плоскости изображения В оборачивающей системы располагается полевая диафрагма 13. Размер L соответствует максимальному продольному размеру предложенного прицела вдоль оптической оси.

Прицел с переменным увеличением работает следующим образом: световой поток от предметов на местности проходит через объектив 1 и фокусирующий компонент 2, которые формируют изображение местности в эквивалентной фокальной плоскости А, где располагается первая поверхность прицельной сетки 3. После прохождения полевого компонента 4 и оборачивающей системы 5, состоящей из двух отдельно перемещающихся компонентов 6 и 7, световой поток фокусируется во второй плоскости изображения В, совмещенной с полевой диафрагмой 13. Это изображение наблюдается через окуляр 8 глазом, расположенным в выходном зрачке 12 прицела. В данной схеме окуляр 8 имеет диоптрийную подвижку на ±3 диоптрии. Изменение видимого увеличения прицела в пределах Г=3,2...10^x происходит в результате дифференцированного перемещения компонентов 6 и 7, которое приводит к изменению воздушных промежутков l₂, l₃, l₄, при этом плоскости изображения А и В остаются в неизменном положении.

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

Получен прицел со следующими техническими характеристиками: видимое увеличение телескопической системы Г=3,2^x...10^x;

эквивалентное фокусное расстояние системы объектив с фокусирующим компонентом f'_экв.=120 мм при относительном отверстии Д_зр/f'=1:3;

угловое поле в пространстве предметов 2ω=7,5°...2,6°.

Выходной зрачок расположен на расстоянии 70 мм от последней поверхности окуляра и имеет диаметр 9.8...4 мм. Продольный размер от первой до последней поверхности прицела составляет L=279 мм. Предел разрешения не более 6'' в центре углового поля при максимальном увеличении (Г=10^x). Коэффициент пропускания оптики прицела не менее 75%, при этом количество трудоемких в изготовлении оптических деталей сократилось в 2 раза и 50% линз выполнены из широко применяющегося стекла К8, которое отличается высокими оптическими характеристиками при оптимальной цене заготовок.

В предлагаемой схеме ближняя дистанция прицеливания 25 м для всего диапазона изменения увеличения прицела.

Фокусировка на дистанции от бесконечности до ближней осуществляется перемещением фокусирующего компонента вдоль оптической оси прицела в сторону прицельной сетки на величину 1,47 мм. Фокусирующий компонент выполнен в виде отрицательного мениска 2, обращенного выпуклостью к предмету. Его конструктивные параметры и марка стекла приведены в таблице 1; фокусное расстояние равно f'_ф.к.=-248 мм; расстояние от вершины второй поверхности мениска до плоскости прицельной сетки при фокусировке на бесконечность (левое крайнее положение) равно l₁=53,04 мм, что соответствует условиям:

-(156<248<300) мм

30<53,04<66 мм

29,388<31,84<34,286 мм

21,216<24,49<26,52 мм

Окуляр прицела, состоящий из трех компонентов, имеет фокусное расстояние f'_ок.=34,63 мм.

Первый компонент окуляра - одиночная отрицательная линза 9, выполненная из стекла К8, имеет фокусное расстояние f'_1к.ок.=-34,33 и линейное увеличение в обратном ходе крат, что соответствует условиям:

-(31,17<34,44<38,09) мм

(1,25<1,3<1,35) крат.

Второй компонент окуляра выполнен в виде склеенной линзы 10, состоящей из двояковогнутой отрицательной линзы и двояковыпуклой положительной линзы с равными радиусами.

Третий компонент окуляра - одиночная двояковыпуклая линза 11 с равными радиусами выполнена из стекла К8, что соответствует условию:

Одновременно выполняется условие:

Примечание: все указанные выше фокусные расстояния приведены для длины волны λ=589,3 нм.

В предлагаемом прицеле конструкция механизма продольного перемещения фокусирующего компонента обеспечивает его поперечное смещение относительно визирной оси объектива не более 0,02 мм, что вызывает дополнительный наклон визирной оси на местности около 6 угловых секунд. Для сведения: в прицелах с внешней фокусировкой, осуществляемой продольным перемещением собственно объектива, при той же величине поперечного смещения 0,02 мм относительно центра прицельной сетки, дополнительный наклон визирной оси на местности при фокусном расстоянии объектива 120 мм равен 35'', что в 5-6 раз грубее, чем в предлагаемом прицеле.

Таким образом, данный прицел имеет минимальный угловой параллакс для всего диапазона изменения увеличения и для всех дистанций от бесконечности до ближней. Кроме того, отсутствие в фокальной плоскости окуляра дальномерной шкалы и коллективной линзы позволило повысить коэффициент пропускания и чистоту видимого поля зрения в прицеле, что обеспечило комфортные условия наблюдения даже в сумерках.

Предлагаемый прицел обеспечивает высокую точность прицеливания и высокое качество изображения для всех дистанций расположения объекта от бесконечности до ближней во всем диапазоне изменения увеличений при сохранении оптимальных технических характеристик и габаритов, а также повышение потребительских свойств при одновременном удешевлении изготовления оптических деталей изделия.

Прицел с переменным увеличением содержит последовательно установленные по ходу лучей трехлинзовый объектив, прицельную сетку, полевой компонент, двухкомпонентную панкратическую оборачивающую систему и окуляр, у которого один компонент склеенный из отрицательной и двояковыпуклой линз, а другой - одиночная положительная линза, отличается тем, что между объективом и прицельной сеткой введен фокусирующий компонент в виде одиночного отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету и установленного с возможностью перемещения вдоль оптической оси, прицельная сетка дополнена дальномерной шкалой, а в окуляр введена одиночная отрицательная линза, установленная перед склеенным компонентом. Технический результат: повышение точности прицеливания, качества изображения и чистоты видимого поля зрения для всех дистанций расположения объекта от бесконечности до ближней во всем диапазоне изменения увеличений при сохранении оптимальных технических характеристик и габаритов. 1 табл., 1 ил.

Прицел с переменным увеличением, содержащий последовательно установленные по ходу лучей трехлинзовый объектив, прицельную сетку, полевой компонент, двухкомпонентную панкратическую оборачивающую систему и окуляр, у которого один компонент склеенный из отрицательной и двояковыпуклой линз, а другой - одиночная положительная линза, отличающийся тем, что между объективом и прицельной сеткой введен фокусирующий компонент в виде одиночного отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету и установленного с возможностью перемещения вдоль оптической оси, прицельная сетка дополнена дальномерной шкалой, а в окуляр введена одиночная отрицательная линза, установленная перед склеенным компонентом, при этом фокусирующий компонент и одиночные линзы окуляра выполнены из одного материала и соблюдаются следующие условия:

f′_ф.к.=-(1,3...2,5)f′_экв.; l₁=(0,25...0,55)f′_экв.;

R₁=(1,2...1,4)R₂; R₂=(0,4...0,5)l₁;

f′_1к.ок=-(0,9...1,1)f′_ок;

,

где , , - коэффициенты дисперсии материала фокусирующего компонента и одиночных линз окуляра соответственно;

f′_ф.к., f′_экв., f′_ок, f′_1к.ок - фокусные расстояния фокусирующего компонента, системы объектива с фокусирующим компонентом, окуляра, одиночной отрицательной линзы окуляра соответственно;

R₁, R₂ - радиусы первой и второй поверхностей фокусирующего компонента соответственно;

l₁ - расстояние от вершины второй поверхности фокусирующего компонента до плоскости прицельной сетки;

- линейное увеличение одиночной отрицательной линзы окуляра в направлении хода осевого пучка от плоскости выходного зрачка прицела к передней фокальной плоскости окуляра.