ВИЗИРНАЯ СИСТЕМА Российский патент 2015 года по МПК G02B23/02 F41G1/38 

Предлагаемое изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано в качестве составной части визирной системы телескопических и оптико-электронных приборов, предназначенных к применению в самых разнообразных условиях эксплуатации.

Известны визирные системы, в которых для изменения углового положения линии визирования применяют качающиеся зеркала или призмы, устанавливаемые перед объективом, однако при больших углах качания габаритные размеры таких зеркал и призм достаточно велики.

Для обеспечения больших углов качания в визирных системах применяют призму-куб, состоящую из двух прямоугольных призм, склеенных гипотенузными гранями (Справочник конструктора оптико-механических приборов. Под ред. В.А. Панова. Ленинград, «Машиностроение», Ленингр. отд-е, 1980 г., стр.183). При небольших углах качания работает только одна половина призмы (одна из прямоугольных призм). По мере поворота призмы-куба для визирования в зенит в работу начинает включаться вторая половина призмы (вторая прямоугольная призма) и в конечном итоге при визировании в зенит пучок излучения проходит через обе прямоугольные призмы.

Особенностью применения призмы-куба является следующее: при расположении ее перед входным зрачком оптического прибора форма круглого зрачка меняется (Справочник конструктора оптико-механических приборов. Под ред. В.А. Панова. Ленинград, «Машиностроение», Ленингр. отд-е, 1980 г., стр.185, рис.4.15), в отличие от площади зрачка, которая остается неизменной, тем самым сохраняя светосилу объектива и, как следствие, обеспечивая неизменные энергетические соотношения при всех углах поворота.

Недостатком такой визирной системы является то, что при использовании объективов с большим размером входного зрачка, который требуется для ночных каналов с использованием электронно-оптического преобразователя, для телевизионных и тепловизионных каналов, размеры призмы-куба становятся чрезмерно большими (А.В. Медведев, А.В. Гринкевич, С.Н. Князева. «Практические достижения в технике ночного видения». ОАО «Ростовский оптико-механический завод», ОАО «Ярославский полиграфкомбинат», 2009 г., стр.840, рис.11.2, 1.7). Причем размеры призмы-куба возрастают настолько, что изготовление ее из материалов, прозрачных в инфракрасной области спектра (например, ZnS), для применения в тепловизионных и мультиспектральных каналах приборов становится невозможным из-за отсутствия заготовок требуемых размеров.

В соответствии с ростом габаритов возрастает и вес призмы-куба, что усложняет применение устройств стабилизации и создает проблемы при обеспечении устойчивости к ударным нагрузкам.

Задачей настоящего изобретения является уменьшение веса качающейся оптической части визирной системы за счет уменьшения размеров ее оптических элементов при сохранении большого размера входного зрачка.

Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в визирной системе, в отличие от известной системы с одной призмой-кубом, установлено несколько малых призм-кубов, ориентированных под одинаковым углом и расположенных друг за другом со ступенчатым сдвигом по вертикали и горизонту, причем качание блока призм-кубов осуществляется относительно общей геометрической оси блока призм, а размер катета единичной призмы-куба К_пр соответствует соотношению:

$$K_{пр}=\left(1,0÷1,2\right)\cdot \frac{D_{вх.зр}}{N},$$

где D_вх.зр - диаметр входного зрачка визирного канала;

N - число малых призм-кубов.

Ступенчатое расположение малых призм-кубов позволяет исключить виньетирование входного зрачка во всем диапазоне углов качания блока призм-кубов.

Примером варианта визирной системы может служить система с количеством малых призм-кубов, равным, например, трем. Схема системы приведена на фигуре 1.

Визирная система содержит объектив 1, первую призму-куб 2, вторую призму-куб 3 и третью призму-куб 4. Для сравнения на схеме показан вариант с использованием одной большой призмы-куба 5 с размером катета 74 мм (для диаметра входного зрачка визирного канала, равного 74 мм).

Параметры такого варианта исполнения визирной системы

Размер катета малой призмы-куба в таком варианте исполнения составляет ~26 мм:

- размер катета малой призмы-куба ~26 мм;

- рабочий спектральный диапазон (0,4÷14) мкм;

- диаметр входного зрачка визирного канала 74 мм;

- масса блока из трех призм-кубов (материал ZnS) 0,6 кг.

Принцип действия визирной системы заключается в следующем.

В блоке призм-кубов малые призмы-кубы находятся на разном расстоянии от входного зрачка, что не оказывает влияния на построение изображения, так как в данном случае призмы расположены перед входным зрачком объектива визирного канала в параллельном пучке лучей.

Ось качания блока призм-кубов расположена в геометрическом центре блока и при небольших углах качания работает только одна половина каждой призмы-куба; по мере поворота блока для визирования в зенит начинает включаться вторая половина каждой призмы-куба и при визировании в зенит работают обе половины (фигура 2). При применении такого блока призм-кубов и при расположении его перед входным зрачком объектива визирного канала форма круглого зрачка приобретает вид, показанный на фигуре 3. Площадь зрачка при этом не меняется, светосила объектива сохраняется, обеспечивая первоначальные энергетические соотношения.

В предлагаемой конструкции масса блока призм-кубов M_бл уменьшится пропорционально числу применяемых малых призм-кубов относительно известного варианта с одной призмой-кубом и будет соответствовать соотношению:

$$M_{бл}=\left(1,0÷1,2\right)\cdot \frac{M_{б.пр}}{N},$$

где M_б.пр - масса большой призмы-куба в варианте ее использования.

Собственно масса одной большой призмы-куба 5 (фигура 1) из материала ZnS с размером катета 74 мм составит 1,65 кг. Однако оптические заготовки из ZnS таких больших размеров не изготавливаются, тогда как размер катета малой призмы-куба является технологически достижимым и не превышает 30 мм.

Как видно из расчетов, визирная система обеспечивает большие углы качания при больших размерах входного зрачка, имеет уменьшенный вес конструкции и позволяет изготавливать детали ее системы из оптических материалов, прозрачных в видимом и инфракрасном диапазонах спектра, с применением заготовок технологически приемлемых размеров.

Визирная система содержит несколько малых призм-кубов, ориентированных под одинаковым углом и расположенных друг за другом со ступенчатым сдвигом по вертикали и горизонту. Качание блока призм-кубов осуществляется относительно общей геометрической оси блока призм. Размер катета единичной призмы-куба К_пр соответствует соотношению: $$K_{пр}=\left(1,0÷1,2\right)\cdot \frac{D_{вх.зр}}{N},$$ где D_вх.зр - диаметр входного зрачка визирного канала; N - число малых призм-кубов. Технический результат - уменьшение веса качающейся оптической части визирной системы за счет уменьшения размеров ее оптических элементов при сохранении большого размера входного зрачка. 3 ил.

Визирная система, содержащая призму-куб, отличающаяся тем, что в ней, в отличие от известной, установлено несколько малых призм-кубов, ориентированных под одинаковым углом и расположенных друг за другом со ступенчатым сдвигом по вертикали и горизонту, причем качание блока призм-кубов осуществляется относительно общей геометрической оси блока призм, а размер катета единичной призмы-куба К_пр соответствует соотношению:
$$K_{пр}=\left(1,0÷1,2\right)\cdot \frac{D_{вх.зр}}{N},$$
где D_вх.зр - диаметр входного зрачка визирного канала;
N - число малых призм-кубов.