Способ установки угла прицеливания и поправки на деривацию фокусировкой цели и компенсацией параллакса прицела, а также прицел с этим способом Российский патент 2018 года по МПК F41G1/00 F41G1/06 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к прицельным приспособлениям для оружия.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Причины расфокусировки и параллакса прицела

Как показано на Фиг. 1 в оптическом прицеле плоскости изображения целей, находящихся на разных дальностях, не совпадают, а разнесены вдоль оптической оси прицела. Когда плоскость переднего фокуса окуляра не совмещена с плоскостью изображения какой-либо цели, то эта цель не в резкости (расфокусирована). Кроме того, если плоскость прицельного знака не совпадает с плоскостью изображения цели, то при смещении глаза от оси прицела проявляется параллакс прицела - видимое смещение прицельного знака относительно цели.

В текущем уровне техники и с расфокусировкой, и с параллаксом прицела принято просто бороться - минимизировать их. Оптическую часть прицелов либо проектируют так, чтобы получить не наилучшую, но приемлемую резкость целей в большом интервале дальностей - от бесконечности до нескольких десятков метров, либо применяют специальные механизмы фокусировки (focus control device). А параллакс прицела (parallax of the telescopic sight) либо компенсируют специальными устройствами (systems and methods for parallax compensation), либо проектируют «прицел без параллакса» (parallax-free telescopic sight), либо обучают стрелка держать глаз на оптической оси прицела чтобы не допускать параллакс, как показано в «вид Ц» Фиг. 1.

Прицелы с механизмами фокусировки

Из Фиг. 1 видно, что для фокусировки цели, то есть для совмещения плоскостей изображения этой цели и переднего фокуса окуляра, достаточно переместить вдоль продольной оси прицела в нужную сторону либо плоскость изображения цели, то есть объектив, либо плоскость переднего фокуса окуляра, то есть окуляр. Известны также дополнительные оптические элементы, смещающие по продольной оси прицела фокус объектива или передний фокус окуляра.

Известен патент US 6005711 «Variable optical power telescopic sight with side focus control», в котором имеется «устройство ручной регулировки фокуса …, регулятор которого функционально связан с подвижной частью объектива системы для перемещения подвижной части вдоль продольной оси и тем самым регулирования фокуса оптического прицела (the manually adjustable focus control device … operatively connected to the movable portion of the objective lens system to move the movable portion generally along the longitudinal axis and thereby adjust the focus of the telescopic sight). Угол прицеливания в этом патенте устанавливается отдельно от фокусировки и независимо от нее, поэтому имеются отдельные барабанчик для фокусировки (a focus control device, 64 в FIG. 1) и барабанчик для установки угла прицеливания (a holdover control device, 62 в FIG. 1).

Глаз на оптической оси прицела

В классических прицелах для устранения параллакса прицела стрелок должен располагать глаз на оптической оси прицела, что является обязательным условием, например, при стрельбе с прицелом ПСО-1 для СВД [Наставление по стрелковому делу «7,62-мм снайперская винтовка Драгунова (СВД)», статья 107, абзац второй и рис. 58, Воениздат, 1971]. Процедура «взятия ровной мушки» на секторном прицеле автоматов Калашникова [Руководство по 5,45 мм автомату Калашникова (АК74, АКС74, АК74Н, АКС74Н и 5,45 мм ручному пулемету Калашникова (РПК74, РПКС74, РПК74Н, РПКС74Н, статья 119, Воениздат, 1982] тоже есть ни что иное, как совмещение глаза стрелка с оптической осью прицела для устранения параллакса.

Компенсация параллакса прицела

Однако, стрелок располагает глаз на оптической оси прицела с определенными ошибками и параллакс минимизируется, но не устраняется полностью. Поэтому в последние годы в ряде оптических прицелов применили механизмы компенсации параллакса прицела.

В прицелах с ручной компенсацией параллакса стрелок сначала измеряет дальность до цели каким-либо дальномером и затем выставляет эту дальность на двух маховичках (барабанчиках): на маховичке (барабанчике) дальности, чем устанавливает угол прицеливания на эту дальность, и на маховичке (барабанчике) компенсатора параллакса, чем совмещает в прицеле плоскости изображения цели и прицельного знака. Например, описание такого прицела на сайте [http://www.medwed-hunt.ru/(F(sg1bjcoT46rOmQcxdZblBkUGGOOGWOPW8YkALGgnqXhG-NL004M26zg7bCa_ORZZic8uwqFBoxR8xSmsNGUJVWJS7tRcz2HE0))/Goods.aspx?lev=403&detail=3066]. В таких прицелах компенсатором параллакса угол прицеливания не устанавливается.

Известны также прицелы с автоматической компенсацией параллакса. Например, в патенте ЕР 1817538 предусмотрена «компенсация параллакса прицела (Telescope parallax adjustment)» [Fig. 20, 2009]. Дело в том, что у этого прицела оптическая ось перемещается приводами независимо от воли стрелка: «3.3.6… Приводы являются электромеханическими сборками, использующими двунаправленные двигатели для перемещения оптической оси в вертикальном и горизонтальном направлениях (3.3.6… The actuators are electromechanical assemblies using bi-directional motors to move the optical axis in elevation and windage directions)» [патент ЕР 1817538, Description, пункт 3.3.6]. To есть, приводы периодически уводят оптическую ось прицела от глаза стрелка, чем создают параллакс прицела.

Но ведь давая команду на определенное смещение оптической оси прицела, процессор может одновременно рассчитать и величину параллакса прицела, который возникнет от такого смещения оси; соответственно, может выработать команду специальному устройству на компенсацию возникающего параллакса. Это и реализовано в ЕР 1817538: «Приводы… перемещают оптическую ось в вертикальном и горизонтальном направлениях, а также внутренний оптический элемент, корректирующий параллакс (3.3.6… The actuators … to move the optical axis in elevation and windage directions, and an optical element internal to the optics assembly to correct for parallax)» [EP 1817538, Description, пункт 3.3.6].

В ЕР 1817538 дальность не определяется с помощью компенсации параллакса, а угол прицеливания и/или поправка на деривацию не устанавливаются на основании компенсации параллакса [ЕР 1817538, Claims, пункты 1, 2, 4, а также Fig. 20 и Fig. 21]. Дальность в ЕР 1817538 определяется не через параллакс, а отдельным дальномером - «RANG FINDER» 301 [ЕР 1817538, Fig. 3.] Именно Fig. 3 помещена на первую страницу ЕР 1817538 как наиболее полно раскрывающая изобретение.

Таким образом, в уровне техники ни фокусировка цели, ни компенсация параллакса прицела не используются для установки угла прицеливания и поправки на деривацию.

Наиболее близкий аналог (прототип)

Наиболее близок к изобретению патент US 6005711.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Из Фиг. 1 чертежей видно, что дальность до цели однозначно определяет положение плоскости изображения этой цели на продольной оси прицела. Верно также обратное: положение плоскости изображения цели на продольной оси прицела однозначно определяет дальность до этой цели.

Найти плоскость изображения цели можно совместив с ней передний фокус окуляра: тогда изображение цели становится максимально резким, четким. Кроме того, если прицельный знак располагается в плоскости переднего фокуса окуляра, то компенсируется параллакс прицела, то есть исчезнет смещение прицельного знака относительно этой цели при смещении глаза стрелка с продольной оси прицела.

Таким образом, при максимальной резкости изображения цели и отсутствии смещения прицельного знака относительно цели при смещении глаза с оптической оси прицела положение фокусирующего элемента прицела однозначно определяет дальность до цели. Следовательно, при фокусировке цели и отсутствии параллакса по положению фокусирующего элемента можно установить угол прицеливания по этой цели и поправку на деривацию.

Существенные признаки, характеризующие изобретение

Элемент прицела, перемещающий относительно друг друга по продольной оси изображения целей и передний фокус окуляра (фокусирующий элемент), функционально соединен с механизмами установки угла прицеливания и поправки на деривацию; каждое положение фокусирующего элемента определяет такие угол прицеливания и поправку на деривацию, которые соответствуют дальности, находясь на которой цель создает при таком положении фокусирующего элемента изображение в плоскости фокуса окуляра.

Варианты изобретения показаны на Фиг. 2 и Фиг. 3.

Признаки, отличительные от наиболее близкого аналога

От прототипа изобретение отличается тем, что угол прицеливания и поправка на деривацию устанавливаются по положению фокусирующего элемента прицела - элемента, перемещающего относительно друг друга по продольной оси прицела изображение цели и передний фокус окуляра.

Эти признаки обеспечивают получение технического результата во всех случаях, и на них распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Эти признаки характеризуют изобретение в различных формах его выполнения:

- в любом принимаемом прицелом диапазоне волн: видимом, инфракрасном, ультрафиолетовом и так далее;

- для любых видов оружия и боеприпасов от стрелкового вооружения до артиллерийских или танковых орудий и так далее;

- при любой конструкции фокусирующего элемента;

- при любом способе передачи положения фокусирующего элемента к устройствам установки угла прицеливания и поправки на деривацию: механическом способе из шестеренок, винтов, червячных передач, валиков, коленчатых валиков, параллелограммов и тому подобного; электромеханическом способе с потенциометром или иным датчиком положения фокусирующего элемента, баллистическим калькулятором, формирующим по данным датчика положения команды на шаговые или серводвигатели либо на иные исполнительные приводы на устройствах установки угла прицеливания и поправки на деривацию и тому подобное; электронном способе, когда прицельный знак отображается в нужном месте монитора прицела по команде баллистического калькулятора на основании данных датчика положения фокусирующего элемента; и тому подобное;

- с прицельными знаками любой формы, с любыми шкалами дальностей или без них, с надписями, символами или без них;

- с любыми дополнениями для поправок на иные условия стрельбы или без них.

Технический результат изобретения

Изобретение при фокусировке цели и отсутствии на ней параллакса прицельного знака без дополнительных дальномеров устанавливает на оружии точный угол прицеливания и поправку на деривацию, соответствующие дальности до цели любого линейного размера видимой под любым ракурсом.

При добавлении в прицел дальномерной шкалы или в базу данных баллистического калькулятора - поля «Дальность» по положению фокусирующего элемента можно получить второй технический результат - измерение дальности по сфокусированной цели любого линейного размера видимой под любым ракурсом.

Задача, на решение которой направлено изобретение

Изобретение обеспечивает прицеливание с максимальной вероятностью попадания в цель любого линейного размера видимой под любым ракурсом по всей глубине прицельной дальности без применения излучающих дальномеров.

Материал, из которого выполнено изобретение

Изобретение может быть выполнено из существующих материалов, применяемых в оптическом приборостроении.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Основные указания

Чем меньше глубина резкости, тем точнее стрелок (наводчик) сможет навести резкость и компенсировать параллакс и соответственно точнее установится угол прицеливания и поправка на деривацию, что особенно важно при стрельбе на большие дальности. Но малая глубина резкости затрудняет наблюдение. Поэтому предпочтительной является оптическая схема прицела, где основное поле зрения имеет большую глубину резкости для наблюдения, а часть поля зрения имеет малую глубину резкости для фокусировки выбранной цели.

На оружии с лафетом оптимальна схема Фиг. 2, где относительно лафета смещается ствол орудия, получая требуемый угол прицеливания и поправку на деривацию, а оптическая ось прицела относительно лафета не смещается. Это упрощает удержание цели в поле зрения.

На стрелковом оружии оптимальна схема Фиг. 3, в которой прицельный знак перемещается в поле зрения.

Углы прицеливания и поправки на деривацию (на отклонение пули или снаряда, как правило, вправо из-за вращения) брать из документации по оружию. Например, для стрелкового оружия - из «Основных» таблиц и таблиц «Поправки на изменения метеорологических и баллистических условий стрельбы и деривацию» сборника «Таблицы стрельбы по наземным целям из стрелкового оружия калибров 5,45 и 7,62 мм», МО СССР, ТС / ГРАУ №61, Военное издательство МО СССР, Москва, 1977 г.

Прицеливание с помощью изобретения

Регулятором фокусировки стрелок (наводчик) фокусирует изображение выбранной цели, то есть добивается максимальной резкости, четкости изображения цели и затем наводит прицельный знак в цель.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 Расфокусировка и параллакс оптического прицела

Обозначения:

О - оптическая ось прицела;

Цд - цель на дальней дистанции (цель дальняя);

Цб - цель на ближней дистанции (цель ближняя);

Fоб - передний фокус объектива;

Об - объектив;

Fоб` - задний фокус объектива;

Цд` - изображение дальней цели и плоскость этого изображения;

Fок - прицельная метка «кольцо» в переднем фокусе окуляра и их плоскость;

Цб` - изображение ближней цели и плоскость этого изображения;

Ок - окуляр;

В - вид целей и прицельной метки при смещении глаза вверх от оси прицела;

Ц - вид целей и прицельной метки при нахождении глаза на оси прицела;

Н - вид целей и прицельной метки при смещении глаза вниз от оси прицела.

Плоскости изображения целей, находящихся на разных дальностях, не совпадают, а разнесены вдоль оптической оси прицела, как Цд` и Цб`. Дальность до цели однозначно определяет положение плоскости изображения этой цели на продольной оси прицела, что позволяет провести обратную процедуру - определить дальность до цели по положению плоскости ее изображения на оси прицела.

Найти положение плоскости изображения цели можно с помощью фокусировки цели: когда плоскость переднего фокуса окуляра Fок не совмещена с плоскостью изображения какой-либо цели, то эта цель не в резкости (расфокусирована), как обе цели здесь.

Если плоскость прицельного знака не совпадает с плоскостью изображения цели, то при смещении глаза от оси прицела проявляется параллакс - смещение прицельного знака относительно цели, как в видах В и Н. Если прицельный знак, размещается в плоскости переднего фокуса окуляра Fок, то отсутствие параллакса прицельного знака относительно цели служит вторым признаком совмещения плоскости Fок с плоскостью изображения цели.

Фиг. 2 Принципиальная схема на оружии с лафетом (вариант)

Обозначения:

Об - объектив;

Fоб` - задний фокус объектива;

Цд` - изображение цели на дальней дистанции;

Цб` - изображение цели на ближней дистанции;

Fок - прицельная метка «кольцо» в переднем фокусе окуляра;

ДП - скрепленный с окуляром датчик положения ползуна П, скрепленного с объективом;

Ок - окуляр;

БК - баллистический калькулятор;

ПЗ - поле зрения наводчика.

Наводчик сфокусировал в А) дальнюю цель, в Б) ближнюю цель, то есть перемещением по продольной оси окуляра Ок (здесь фокусирующий элемент) совместил плоскость переднего фокуса окуляра Fок с изображениями в А) Цд`, в Б) Цб`; двигающийся вместе с окуляром датчик ДП определил и передал баллистическому калькулятору БК новое положение ползуна П; БК вычислил и передал механизмам орудия команды на установку угла прицеливания и поправки на деривацию, соответствующих в А) дистанции до дальней цели, в Б) дистанции до ближней цели.

Фиг. 3 Принципиальная схема на оружии без лафета (вариант)

Обозначения:

Об - объектив;

Fоб` - задний фокус объектива;

Цд` - изображение цели на дальней дистанции;

Цб` - изображение цели на ближней дистанции;

Fок - передний фокус окуляра и прицельный знак «кольцо», который перемещается по вертикали и горизонтали в плоскости переднего фокуса окуляра при помощи двух реек и шестеренки;

Ок - окуляр;

ПЗ - поле зрения стрелка.

Наводчик сфокусировал в А) дальнюю цель, в Б) ближнюю цель, то есть путем перемещения по продольной оси объектива Об (здесь фокусирующий элемент) совместил плоскость переднего фокуса окуляра Fок с изображениями в А) Цд`, в Б) Цб`; перемещение Об через рейки и шестеренку установило угол прицеливания и поправку на деривацию, соответствующие в А) дистанции до дальней цели, в Б) дистанции до ближней цели.

Способ установки угла прицеливания и поправки на деривацию фокусировкой цели и компенсацией параллакса прицела заключается в том, что регулятором фокусировки перемещают фокусирующий элемент прицела и, следовательно, перемещают относительно друг друга по продольной оси прицела плоскость изображения цели и плоскость переднего фокуса окуляра. При этом добиваются фокусировки выбранной цели - наибольшей резкости (четкости) изображения цели совмещением плоскости изображения цели с плоскостью переднего фокуса окуляра. Прицельный знак в оптическом прицеле размещают в плоскости переднего фокуса окуляра и совмещают плоскость изображения цели с плоскостью переднего фокуса окуляра, компенсируя параллакс прицела, то есть исключают смещение прицельного знака относительно цели при смещении глаза стрелка с оптической оси прицела. При этом совмещают плоскость изображения цели с плоскостью переднего фокуса окуляра и по положению фокусирующего элемента однозначно определяют дальность до цели. По положению фокусирующего элемента механизма прицела устанавливают угол прицеливания, поправку на деривацию и поправки, зависящие от дальности до цели. Также для этого способа предлагается прицел. Обеспечивается установка на оружии точного угла прицеливания и поправки на деривацию, соответствующих дальности до цели любого линейного размера при фокусировке цели и отсутствии на ней параллакса прицельного знака без дополнительных дальномеров. 3 н.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ заключается в том, что стрелок–наводчик, регулятором фокусировки перемещая фокусирующий элемент прицела и, следовательно, перемещая относительно друг друга по продольной оси прицела плоскость изображения цели и плоскость переднего фокуса окуляра, добивается фокусировки выбранной цели, то есть наибольшей резкости - четкости изображения цели, что произойдет при совмещении плоскости изображения цели с плоскостью переднего фокуса окуляра; в оптических прицелах в случае размещения прицельного знака в плоскости переднего фокуса окуляра вторым показателем совмещения плоскости изображения цели с плоскостью переднего фокуса окуляра будет компенсация параллакса прицела, то есть отсутствие смещения прицельного знака относительно цели при смещении глаза стрелка с оптической оси прицела; поскольку при совмещении плоскости изображения цели с плоскостью переднего фокуса окуляра положение фокусирующего элемента однозначно определяет дальность до цели, то по положению фокусирующего элемента механизмы прицела устанавливают угол прицеливания, поправку на деривацию и поправки, зависящие от дальности до цели.

2. Прицел, в котором применен способ по п.1 и в котором фокусирующий элемент соединен с механизмами установки угла прицеливания и поправки на деривацию любым известным из уровня техники механическим способом.

3. Прицел, в котором применен способ по п.1 и в котором угол прицеливания и поправка на деривацию устанавливаются известными из уровня техники механизмами по командам баллистического калькулятора на основании показателей детектора положения фокусирующего элемента.