ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ КОЛЛИМАТОРНЫЙ ПРИЦЕЛ С ВНЕОСЕВОЙ ГОЛОГРАММОЙ ЛЕЙТА Российский патент 2020 года по МПК F41G1/00 

Область техники

Изобретение относится к топографическим коллиматорным прицелам и может быть использовано в стрелковом оружии.

Уровень техники

Известен голографический коллиматорный прицел (см. патент на полезную модель RU 158982, F41G 1/00, 07/08/2015), в котором оптическая схема содержит лазерный диод, коллимационный объектив, зеркальный элемент, голограммный оптический элемент (ГОЭ), светоделительный элемент, с возможностью прохода излучения от лазерного диода через компактно расположенную совокупность коллимационного объектива и зеркального элемента, а также через компактно расположенную совокупность голограммного и светоделительного элементов с формированием в глазу пользователя прицела результирующего наложения изображения цели и голограммного изображения прицельного знака. Причем ГОЭ представляет собой компьютерно-синтезированную голограмму обрамления центральной точки прицеливания прицельного знака, причем в качестве опорного луча голограммы использован луч, направленный на центральную точку прицеливания прицельного знака с возможностью при считывании голограммного изображения с ГОЭ формирования изображения центральной точки прицеливания на оси считывающего луча при соответствующей фокусировке этого луча.

Достоинством данного прицела является малое энергопотребление, которое связано с применением осевой голограммы Габора, при этом в формировании изображения прицельного знака используют нулевой порядок (излучение прошедшее без дифракции) и оба первых дифракционных порядка.

Недостатками прицела являются высокий уровень паразитного фона по сравнению с прицелом с внеосевой голограммой, большие габариты прицела, связанные с расположением коллимационного объектива, а также невозможность получения изображения прицельного знака с неосесимметричным рисунком.

В качестве прототипа выбрано решение, известное из патентной публикации (см. Patent USA №6490060), в котором голографический коллиматорный прицел содержит: лазерный диод, коллимационный объектив, представляющий собой параболическое зеркало или зеркало Манжена, формирующий параллельный пучок лучей на внеосевой голограмме Лейта, дифракционную решетку, компенсирующую температурный дрейф длины волны лазерного диода, внеосевую голограмму Лейта, восстанавливающую изображения прицельного знака и обеспечивающую совмещение изображений прицельного знака и цели в выходном зрачке прицела.

Предлагаемый голографический коллиматорный прицел совпадает с прототипом по наличию и функциональному назначению следующих элементов: лазерного диода, коллимационного объектива, дифракционной решетки, внеосевой голограммы Лейта.

Недостатком прототипа является сложность изготовления прицела. Действительно, в качестве коллимационного объектива в прототипе может быть использовано либо внеосевое параболическое зеркало, либо зеркало Манжена. Более того, геометрические размеры дифракционной решетки и голограммы должны быть не меньше размеров выходного зрачка прицела, при этом голограмма должна обеспечивать одновременно высокую прозрачность (как правило не меньше 80%) и высокую дифракционную эффективность.

Раскрытие сущности изобретения

Целью изобретения является упрощение конструкции голографического коллиматорного прицела.

Технический результат достигается тем, что голографический коллиматорный прицел содержит лазерный диод, в ходе излучения которого последовательно размещены и оптически связаны между собой: коллимационный объектив, формирующий параллельный пучок лучей на внеосевой голограмме Лейта, дифракционная решетка, компенсирующая температурный дрейф длины волны лазерного диода, внеосевая голограмма Лейта с изображением прицельного знака, телескопическая система, расширяющая лазерный пучок до размера выходного зрачка прицела, состоящая из окуляра и второго коллимационного объектива, плоское зеркало, расположенное перед вторым коллимационным объективом под углом, например, 45 градусов к оптической оси окуляра, светоделительный элемент, обеспечивающий совмещение изображений прицельного знака и цели в выходном зрачке прицела.

В частных случаях реализации изобретения внеосевая голограмма Лейта и дифракционная решетка могут быть выполнены как с отражательной рельефно-фазовой, так и с прозрачной фазовой дифракционными структурами.

Краткое описание оптических схем

На фиг. 1, 2 приведены оптические схемы голографических коллиматорных прицелов с отражательными рельефно-фазовой голограммой Лейта и дифракционной решеткой (фиг. 1) и с пропускающими фазовыми голограммой Лейта и дифракционной решеткой (фиг. 2).

Позиции на фиг. 1, фиг. 2 обозначают:

1 - лазерный диод;

2 - первый коллимационный объектив;

3 - отражательная (фиг. 1) и пропускающая (фиг. 2) дифракционные решетки, компенсирующие температурный дрейф длины волны лазерного диода;

4 - рельефно-фазовая отражательная (фиг. 1) и пропускающая (фиг. 2) внеосевые голограммы Лейта с изображением прицельного знака;

5 - телескопическая система Кеплера;

6 - окуляр Гюйгенса в составе телескопической системы Кеплера;

7 - второй коллимационный объектив в составе телескопической системы Кеплера;

8, 10 - плоские зеркала;

9 - светоделительный элемент.

Рассмотрим ход лучей на примере оптической схемы фиг. 1. Излучение от лазерного диода 1 коллимируется первым коллимационным объективом 2 и попадает на дифракционную решетку 3, которая направляет излучение в первом порядке дифракции на внеосевую голограмму Лейта с изображением прицельного знака. Взаимное положение решетки и голограммы (с учетом значений несущих частот их дифракционных структур) устанавливается из условия компенсации смещения линии визирования прицела, вызванного температурным дрейфом длины волны лазерного диода. Афокальная телескопическая система 5 расширяет пучок лучей до размера выходного зрачка прицела, при этом угловые размеры прицельного знака в выходном зрачке уменьшаются обратно пропорционально линейному увеличению телескопической системы 5. Плоское зеркало 8 направляет излучения лазерного диода на второй коллимационный объектив 7, а светоделительный элемент 9 совмещает изображения прицельного знака и цели в выходном зрачке прицела.

На рис. 1, 2 система 5 представляет собой телескопическую систему Кеплера с окуляром Гюйгенса (один из возможных вариантов). Такой вариант, по нашему мнению, обладает минимальными габаритами с полем зрения (в сравнении с системой Галилея). В отличие от прототипа, коллимационный объектив 7, имеющий размеры выходного зрачка, имеет осесимметричный ход лучей, простейшую конструкцию и может быть выполнен со сферическими поверхностям, например, в виде двухлинзового склеенного объектива. Кроме этого, голограмма и дифракционная решетка обладают существенно меньшими размерами, чем аналогичные элементы в прототипе. Например, при диаметре выходного зрачка 35 мм и семикратном увеличении телескопической системы, диаметры голограммы и дифракционной решетки составят 5 мм. В предлагаемом решении голограмма может быть выполнена с более высокой дифракционной эффективностью, чем в прототипе, поскольку отсутствуют требования на ее прозрачность. Таким образом, вышеуказанные отличительные признаки существенно упрощают изготовление голографического коллиматорного прицела.

Осуществление изобретения

Образец голографического коллиматорного прицела с оптической схемой фиг. 1 был изготовлен на предприятии заявителя согласно предлагаемому изобретению.

В качестве источника излучения 1 применялся лазерный диод типа ADL-63054TL.

Конструктивные параметры первого коллимационного объектива 2: радиусы кривизны R₁=7,656 мм, R₂=5,321 мм, R₃=∞, R₄=-5,321 мм; толщины d₁=1,1 мм, d₂=1,49 мм; d₃=1,4 мм показатели преломления n₁=1,805180, n₂=1,8051080.

Конструктивные параметры окуляра Гюйгенса 6: радиусы кривизны R₁=6,05 мм, R₂=∞, R₃=9,3 мм, R₄=∞; толщины d₁=1,75 мм, d₂=12,44 мм, d₃=1,42 мм; показатели преломления n₁=1,67271, n₂=1,0, n₃=1,516800. Данный тип окуляра более предпочтительный в виду минимальных габаритов телескопической системы.

Конструктивные параметры второго коллимационного объектива 7, входящего в составе телескопической системы Кеплера 5: радиусы кривизны R₁=59,57 мм, R₂=-36,81 мм, R₃=-36,81 мм, R₄=-96,83 мм; толщины d₁=5,5 мм, d₂= =0, d₃=1,5 мм; показатели преломления n₁=l,4874, n₂=1,6828.

Параметры внеосевой голограммы Лейта 4: несущая частота 476 лин/мм, угол падения 41 градус, угол дифракции 21,5 градуса, диаметр 5 мм.

Параметры дифракционной решетки 3: несущая частота 530 лин/мм, угол падения 77 градусов, угол дифракции 38,5 градуса, диаметр 5 мм.

Голограмма 4 и дифракционная решетка 3 были изготовлены с отражательными рельефно-фазовыми дифракционными структурами. Технология изготовления включала: запись дифракционных структур на фоторезистивном носителе записи «Microposit SI813», нанесение токопроводящего покрытия на фоторезистивный носитель, гальваническое наращивание никелевой подложки, тиражирование дифракционных элементов методом репликации.

Светоделительный элемент 9 изготавливался вакуумным напылением интерференционного покрытия на стеклянную подложку толщиной 2,5 мм с коэффициентом пропускания, порядка, 80% и отражения 20%.

Полученные расчетные и экспериментальные результаты подтвердили заявленные возможности голографического коллиматорного прицела.

Изобретение относится к голографическим коллиматорным прицелам и может быть использована в стрелковом оружии. Голографический коллиматорный прицел содержит лазерный диод (1), в ходе излучения которого последовательно размещены и оптически связаны между собой коллимационный объектив (2), формирующий параллельный пучок лучей на внеосевой голограмме Лейта, дифракционная решетка (3), компенсирующая температурный дрейф длины волны лазерного диода (1), внеосевая голограмма Лейта с изображением прицельного знака (4), телескопическая система (5), расширяющая лазерный пучок до размера выходного зрачка прицела, состоящая из окуляра (6) и второго коллимационного объектива (7), плоское зеркало (8), расположенное перед вторым коллимационным объективом (7) под углом, 45° к оптической оси окуляра (6), светоделительный элемент (9), обеспечивающий совмещение изображений прицельного знака и цели в выходном зрачке прицела. В частных случаях реализации изобретения внеосевая голограмма Лейта и дифракционная решетка могут быть выполнены как с отражательной рельефно-фазовой, так и с прозрачной фазовой дифракционными структурами. Обеспечивается упрощение конструкции голографического коллиматорного прицела. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Голографический коллиматорный прицел, содержащий лазерный диод, коллимационный объектив, формирующий параллельный пучок лучей на внеосевой голограмме Лейта, дифракционную решетку, компенсирующую температурный дрейф длины волны лазерного диода, внеосевую голограмму Лейта с изображением прицельного знака, отличающийся тем, что за внеосевой голограммой Лейта по ходу лучей лазерного диода установлены телескопическая система, расширяющая лазерный пучок до размера выходного зрачка прицела, состоящая из окуляра и второго коллимационного объектива, плоское зеркало перед вторым коллимационным объективом под углом, например, 45° к оптической оси окуляра, светоделительный элемент, обеспечивающий совмещение изображений цели и прицельного знака в выходном зрачке прицела.

2. Голографический коллиматорный прицел по п. 1, отличающийся тем, что внеосевая голограмма Лейта представляет собой отражательную рельефно-фазовую голограмму.

3. Голографический коллиматорный прицел по п. 1, отличающийся тем, что внеосевая голограмма Лейта представляет собой пропускающую фазовую голограмму.

4. Голографический коллиматорный прицел по п. 1, отличающийся тем, что дифракционная решетка является отражательной.

5. Голографический коллиматорный прицел по п. 1, отличающийся тем, что дифракционная решета является пропускающей.