Патент на изобретение №2352890

(54) ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ ПРИЦЕЛ И УСТРОЙСТВО ЗАПИСИ ГОЛОГРАММЫ ПРИЦЕЛЬНОГО ЗНАКА

(57) Реферат:

Группа изобретений относится к голографическим прицелам. Голографический прицел содержит несколько полупроводниковых источников света с отличающимися длинами волн излучения, зеркальную оптическую систему, коллимирующий объектив, ахроматизирующую голографическую дифракционную решетку и изображающую голограмму. Зеркальная оптическая система расположена между источниками света и коллимирующим объективом, а источники света снабжены механизмами их смещения вдоль оптической оси. Устройство записи голограммы прицельного знака для упомянутого голографического прицела содержит лазерный источник света с оптической системой формирования опорного и предметного пучков, а также последовательно установленные в предметном пучке диффузор, транспарант прицельного знака с механизмом его смещения по оптической оси предметного канала и фотопластинку. Между фотопластинкой и транспарантом установлен объектив, а транспарант расположен за передней фокальной плоскостью объектива. Изобретения обеспечивают получение многокомпонентного изображения прицельного знака с компонентами, отличающимися цветом и положением в пространстве, а также формирование нескольких компонентов изображения прицельного знака одного цвета. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

Область техники

Изобретение относится к голографическим прицелам, формирующим мнимое изображение прицельного знака, и к устройствам для записи голограмм прицелов.

Уровень техники

Известны голографические прицелы для применения на ручном стрелковом оружии, формирующие в пространстве прицеливания мнимое изображение прицельного знака. Эти прицелы включают лазерный источник света, объектив, коллимирующий излучение источника, изображающую голограмму, формирующую мнимое изображение прицельного знака в пространстве прицеливания, ахроматизирующую систему в виде дифракционной решетки (US No. 6,490,060 B1 03.12.2002 [1]) или комбинации призм с дифракционной решеткой (US No. 5,483,362 09.01.1996 [2]), обеспечивающую компенсацию углового смещения наблюдаемого изображения прицельного знака из-за температурного ухода длины волны излучения источника. Недостатком этих прицелов является наличие единственного изображения прицельного знака при отсутствии возможности его смещения по линии прицеливания. При прицеливании на объекты, находящиеся на разных расстояниях, существенно отличающихся от расстояния, на котором располагается изображение прицельного знака, точность прицеливания из-за возникающего параллакса или расхождения между объектом и прицельным знаком уменьшается.

В качестве прототипа принят наиболее близкий по технической сущности к заявляемому голографическому прицелу голографический прицел (US No. 2006/0164704 A1 27.07.2006 [3]), в котором используется ахроматизирующая дифракционная решетка пропускающего типа. Этому прицелу также присущ отмеченный выше недостаток.

Кроме того, в схемах устройств записи голограмм для формирования мнимого изображения двухмерных объектов, к которым относится транспарант прицельного знака, в общем случае (Р.Кольер и др., Оптическая голография, М.: Мир, 1973, стр.224 [4]) используется диффузор, находящийся в предметном пучке по ходу лучей перед транспарантом. Это определяет спекловую структуру наблюдаемого мнимого изображения, из-за чего его контуры растрируются и становятся нечеткими.

Первой задачей изобретения является создание голографического прицела с устранением недостатков аналогов.

Техническим результатом изобретения является формирование в пространстве прицеливания многокомпонентного изображения прицельного знака, содержащего компоненты различных цветов, и с возможностью раздельного смещения цветовых компонентов изображения прицельного знака вдоль линии прицеливания.

Второй задачей изобретения является создание устройства записи изображающей голограммы для формирования мнимого изображения прицельного знака в голографическом прицеле по п.1.

Техническим результатом изобретения является запись одного или нескольких компонентов изображения прицельного знака на изображающей голограмме, при работе в составе прицела формирующей в пространстве прицеливания, многокомпонентное изображение прицельного знака на расстояниях от прицела, соответствующих возможному диапазону изменения дальности прицеливания; запись изображающей голограммы, при работе в прицеле обеспечивающей повышенную четкость наблюдаемых контуров изображения прицельного знака.

В голографическом прицеле технический результат достигается за счет того, что в прицеле, содержащем последовательно установленные на оптической оси полупроводниковый источник света, коллимирующий объектив, ахроматизирующую дифракционную решетку, изображающую голограмму, формирующую мнимое изображение прицельного знака в пространстве прицеливания, дополнительно установлены один или несколько полупроводниковых источников света с отличающимися длинами волн в максимумах спектральных полос их излучения и объединяющая излучение источников зеркальная оптическая система, расположенная между источниками света и коллимирующим объективом, каждый источник света содержит механизм смещения по оптической оси относительно передней фокальной плоскости коллимирующего объектива, при этом величина смещения ист определяется как:

где L – необходимое смещение мнимого изображение прицельного знака относительно исходного положения по линии прицеливания, f₁ – фокусное расстояние коллимирующего объектива, L – исходное расстояние до мнимого изображения прицельного знака по линии прицеливания.

В устройстве записи изображающей голограммы для формирования многокомпонентного мнимого изображения прицельного знака в голографическом прицеле технический результат достигается за счет того, что в устройстве, содержащем лазерный источник света, оптическую систему формирования опорного и предметного пучков, последовательно установленные в предметном пучке диффузор, транспарант прицельного знака и фотопластинку, причем опорный пучок является параллельным, а предметный пучок является расходящимся, между фотопластинкой и транспарантом прицельного знака в предметном канале установлен объектив, причем транспарант располагается по ходу лучей за передней фокальной плоскостью объектива, и введен механизм смещения транспаранта по оптической оси предметного канала, при этом в каждой из последовательных экспозиций для записи одиночного компонента изображения прицельного знака транспарант прицельного знака находится на расстоянии тр от фокальной плоскости объектива, определяемом как:

где f₃ – фокусное расстояние объектива, формирующего предметный пучок, L – расстояние до мнимого изображения прицельного знака по линии прицеливания при работе прицела, µ – отношение длины волны света ₂, на которой производится восстановление изображения прицельного знака в прицеле, к длине волны света ₁, на которой выполняется запись изображающей голограммы, введен механизм смещения диффузора относительно транспаранта прицельного знака, при этом запись голограммы единичного компонента изображения прицельного знака производится в несколько последовательных экспозиций, в каждой из которых диффузор находится в положении, произвольно смещенном относительно положений при других экспозициях.

Описание изобретения и прилагаемых фигур.

Принципы, используемые для решения проблем, рассматриваемых в настоящем изобретении, иллюстрируются прилагаемыми фигурами.

На фиг.1 представлен вариант оптической схемы голографического прицела, формирующего в пространстве прицеливания многокомпонентное изображение прицельного знака с компонентами, отличающимися цветом и положением по линии прицеливания.

На фиг.2 представлен ход лучей в главном сечении голографического прицела для одного из используемых источников света в качестве иллюстрации для определения зависимости смещения источника света от положения компонента мнимого изображения прицельного знака по линии прицеливания.

На фиг.3 представлена схема формирования предметного и опорного пучков в установке для записи изображающей голограммы, в составе прицела обеспечивающей получение многокомпонентного изображения прицельного знака с компонентами, отличающимися положением по оси прицеливания.

На фиг.4 представлен ход лучей в главном сечении голографического прицела для одного из используемых источников света в качестве иллюстрации для определения зависимости наблюдаемого параллакса элементов изображения прицельного знака от длины волны света используемого источника и положения зоны изображающей голограммы, через которую наблюдается изображение прицельного знака.

На фиг.5 и 6 представлены в графической форме зависимости наблюдаемого параллакса элементов изображения прицельного знака от длины волны используемого источника света и положения зоны изображающей голограммы, через который наблюдается изображение прицельного знака.

В качестве источников излучения в голографическом прицеле (фиг.1) используется несколько полупроводниковых источников света 1 с различными длинами волн в максимумах спектральных полос их излучения. В рассматриваемом в качестве примера случае используются три светодиода 1a, 1b и 1с, излучающих соответственно в синей, зеленой и красной областях спектра (центральные длины волн в спектре излучения _2а, _2b, _2с), с относительно широкими (до 30 нм) спектральными полосами излучения. Одновременное использование всех трех источников света обеспечивается той или иной комбинацией отклоняющих оптических элементов в ходе лучей между источниками света и коллимирующим объективом 5. В данном случае используются обычное зеркало 2, диэлектрическое зеркало 3, отражающее свет на длине волны источника 1b и с пропусканием, близким к 1 на остальных длинах волн, и диэлектрическое зеркало 4, отражающее свет на длинах волн источников 1а и 1b и с пропусканием, близким к 1 на остальных длинах волн. При нахождении источников света в фокальной плоскости объектива 5 на выходе его формируются параллельные пучки излучения на всех используемых длинах волн. Смещение любого из источников 1 по оптической оси относительно фокальной плоскости объектива с помощью однотипных для всех источников механизмов перемещения 9 приводит к формированию объективом в различной степени для различных длин волн сходящихся или расходящихся гомоцентрических пучков. Эти пучки затем падают на ахроматизирующую пропускающую дифракционную решетку (АДР) 6, дифрагируют на ее периодической структуре и в качестве восстанавливающего света падают на пропускающую изображающую голограмму 7. Свет, дифрагированный на структуре изображающей голограммы и попадающий в глаз 8 стрелка, формирует в пространстве прицеливания видимое мнимое изображение прицельного знака.

При использовании светодиодов в голографическом прицеле необходимо учитывать существенно больший эффективный размер светящейся площадки (более 0,5 мм) по сравнению с лазерными источниками света. В этом случае необходимо применение соответствующих схемных решений для уменьшения этого размера до приемлемой величины, например, путем установки микродиафрагмы в плоскости изображения источника, формируемого дополнительной линзой. В рассматриваемом примере со светодиодами эта микродиафрагма включена в состав источника света 1.

Принципиально в голографическом прицеле могут использоваться схемы с различным относительным положением АДР и изображающей голограммы, работающими как на пропускание, так и на отражение. В данном случае используется схема голографического прицела с параллельными пропускающими АДР и изображающей голограммой, что соответствует равным углам дифракции ₂ света в центре АДР и падения восстанавливающего света ₁ в центре изображающей голограммы. При этом задаются параллельными направления восстанавливающего пучка на АДР и линии прицеливания. Это соответствует равным углам падения ₁ восстанавливающего пучка света на КДР и угла дифракции ₂ восстановленного пучка в центре изображающей голограммы для центральной длины волны в спектре излучения источника. Для лучей, формирующих мнимое изображение центра прицельного знака, имеет место полная компенсация изменения длины волны света источника. При этом не имеет значения, определяется ли это изменение использованием источника света с относительно широкой спектральной полосой излучения, конкретнее, светодиодного источника света, вызвано ли уходом длины волны света источника вследствие изменения температуры, или, более того, применением нескольких источников света с отличающимися длинами волн их излучения.

Изображающая голограмма 7 зарегистрирована таким образом, что при восстановлении изображения прицельного знака на каждой из длин волн используемого света формируется многокомпонентное мнимое изображение прицельного знака. В рассматриваемом для примера случае с тремя зарегистрированными компонентами в голограмме эти компоненты формируются с центрами на линии прицеливания в каждой из групп Va, Vb и Vc в трех точках, разнесенных в пространстве по линии прицеливания и находящихся на расстояниях Lij, где первый индекс соответствует используемой длине волны, второй – номеру компоненты изображения в цветовой группе.

Смещение любого из источников света 1 относительно передней фокальной плоскости объектива 5 с помощью механизма 9 приводит к изменению геометрии восстанавливающих пучков последовательно на АДР 6 и изображающей голограмме 7 на соответствующей длине волны и, вследствие этого, к изменению геометрии пучка света, дифрагированного на структуре изображающей голограммы. В результате соответствующая цветовая группа компонентов Vi также смещается. Зависимость между осевым смещением ист источника света 1 относительно передней фокальной плоскости коллимирующего объектива 5 и смещением L мнимого изображения прицельного знака в направлении линии прицеливания может быть получена из рассмотрения представленного на фиг.2 хода лучей в главном сечении голографического прицела.

В основе расчета – использование соотношения между положениями предмета и его изображения, формируемого рассматриваемым оптическим элементом (линзой, объективом и т.п.), известного как формула Ньютона. В общем виде эта формула имеет вид:

где f и f’ – соответственно переднее и заднее фокусные расстояния рассматриваемого оптического элемента, причем для элемента в воздухе, как в нашем случае, f=f’, a z и z’ – расстояния по оптической оси от переднего F и заднего F’ фокусов элемента до предмета и его изображения соответственно.

Такими элементами здесь являются объектив 5 с положительным фокусным расстоянием f₁‘ и изображающая голограмма 7. Изображающая голограмма может рассматриваться здесь как оптический компонент с отрицательным фокусным расстоянием f₂‘, равным расстоянию между центром V мнимого изображения прицельного знака и изображающей голограммой по нормали к последней, полученным при восстановлении изображения параллельным пучком света с длиной волны ₂, падающим на изображающую голограмму под углом ₁. Для объектива 5 предметом является источник света 1, находящийся в точке А на расстоянии ист от переднего фокуса F₁ объектива, а изображение формируется в точке Е на расстоянии ‘ист от заднего фокуса F₁‘. Относительно изображающей голограммы 7 предмет располагается в точке С на расстоянии ₂ от переднего фокуса F₂ изображающей голограммы, поскольку в точку С переносится формируемое объективом 5 изображение после дифракции пучка света на периодической структуре АДР. Изображение точки С формируется изображающей голограммой в точке V на расстоянии ‘₂ от заднего фокуса изображающей голограммы по нормали к последней. Расстояние ‘₂ соответствует требуемому смещению L изображения прицельного знака, наблюдаемого на одной из длин волн ₂, из исходного положения с центром в точке V на расстоянии L от центра голограммы в требуемое положение с центром в точке V на расстоянии L от голограммы. Тогда выражение (1) для объектива 5 и изображающей голограммы 7 получает соответственно вид:

и

Из фиг.2 очевидны соотношения

и

где t – расстояние между плоскостями АДР и изображающей голограммы, s – расстояние между объективом 5 и центром АДР по оси объектива.

С учетом t<1′<

Формирование в голографическом прицеле изображающей голограммой 7 многокомпонентного мнимого изображения прицельного знака от единичного источника света обеспечивается устройством записи изображающей голограммы (фиг.3). Запись голограммы ведется на длине волны ₁ источника когерентного света, в общем случае отличающейся от длины волны ₂ света, используемого в голографическом прицеле. Свет источника подходящим способом разделяется на два пучка, предназначенных для формирования опорного и предметного пучков на пластинке 7а со слоем, чувствительным к свету на длине волны ₁ (входная часть устройства записи на фиг.3 не представлена). Запись изображающей голограммы ведется в несколько экспозиций, соответствующих числу записываемых компонентов. В каждой экспозиции используются один и тот же параллельный опорный пучок, падающий на пластинку 7а под углом ₁, и гомоцентрические расходящиеся в различной степени предметные пучки, оси которых с нормалью к пластинке составляют угол ₂. Углы ₁ и ₂ на стадии записи изображающей голограммы и углы ₁ и ₂ на стадии восстановления мнимых изображений прицельного знака при использовании изображающей голограммы в составе прицела связаны известными уравнениями дифракционной решетки, имеющими для стадии записи на длине волны ₁ и стадии восстановления на длине волны ₂ соответственно вид

где d – период дифракционной решетки для осевых пучков в центре голограммы.

Обозначив

из (7) получаем соотношение, связывающее названные углы

Предметом в предметном пучке является формируемое объективом 13 мнимое изображение транспаранта прицельного знака 12, который представляет непрозрачную пластину с зоной прозрачности, соответствующей конфигурации прицельного знака, и устанавливается в точке Ртр по ходу лучей за передним фокусом F₃ объектива. Перед транспарантом по ходу лучей установлены положительная линза 10 и диффузор 11, вместе при условии формирования линзой 1C изображения источника света в центре объектива 13 обеспечивающие равномерное использование света от всех точек транспаранта при равномерном заполнении апертуры объектива.

Смещение тр транспаранта прицельного знака 12 относительно фокальной плоскости объектива 13 с помощью механизма 14 обеспечивает получение расходящегося предметного пучка с центром расходимости в точке Р на расстоянии Lp от центра объектива по оптической оси объектива. При этом удаление Lp предметной точки Р при записи изображающей голограммы и соответствующее удаление L центра V центра мнимого изображения прицельного знака от центра изображающей голограммы по линии прицеливания при работе прицела связывает соотношение

которое получено из уравнений, приведенных в [4] и связывающих координаты центра предметного пучка и центра восстановленного пучка, формирующего мнимое изображение, при условии использования параллельных опорного пучка при записи голограммы и восстанавливающего пучка при работе прицела.

Имея в виду аналогичную (2) зависимость

где ‘тр – расстояние между задним фокусом F’₃ объектива 13 и предметной точкой Р и f₃‘ – фокусное расстояние объектива, и соотношение (из фиг.3)

где m – расстояние между объективом 13 и центром пластинки 7а, из (11) с учетом (10) и (12) и имея в виду т<3′<

Соотношение (13) в зависимости от требуемого удаления L каждого из компонентов мнимого изображения прицельного знака определяет необходимое смещение тр транспаранта 12 относительно переднего фокуса объектива 13 в каждой соответствующей экспозиций фотопластинки 7а. Из (13) получаем, что в условиях использования в устройстве записи объектива с фокусным расстоянием f₃‘=500 мм в качестве источника когерентного света при записи изображающей голограммы гелий-неонового лазера с длиной волны света ₁=0,6328 мкм, и в качестве источника света при восстановления мнимого изображения прицельного знака в прицеле полупроводникового лазера с длиной волны света ₂=0,65 мкм для получения удаления мнимого изображения прицельного знака в прицеле в диапазоне L=(10÷200)·10³ мм необходимое смещение транспаранта будет в диапазоне тр=24.4÷1,2 мм. Таким образом, использование объектива 13 при формировании предметного пучка в устройстве записи изображающей голограммы требует относительно небольших смещений тр транспаранта 12 для получения в прицеле удалений L мнимого изображения прицельного знака в широком диапазоне изменения этого параметра.

Механизм 15 обеспечивает смещение диффузора 11 относительно транспаранта прицельного знака 12. Запись голограммы единичного компонента изображения прицельного знака производится в несколько последовательных экспозиций, в каждой из которых диффузор находится в положении, произвольно смещенном относительно положений при других экспозициях. Восстановленное изображение прицельного знака, полученное в прицеле с помощью изображающей голограммы, записанной таким образом, является результатом наложения нескольких голографических изображений с совпадающими внешними контурами и смещенными относительно друг друга внутренними спекловыми структурами. Это увеличивает плотность суммарной спекловой структуры в пределах внешних контуров изображения, соответственно уменьшает степень растрирования внешних контуров участками между отдельными спеклами с пониженной яркостью и в результате повышает четкость наблюдаемого изображения прицельного знака. В конечном счете это способствует повышению точности прицеливания.

Рассмотрим ряд дополнительных критериев качества изображения прицельного знака в условиях многокомпонентности этого изображения, выражающегося в наличии изображений различного цвета, разнесенных в пространстве прицеливания в широком диапазоне расстояний прицеливания, при использовании светодиодных источников света с относительно широкими (до 30 нм) спектральными полосами излучения. Такими критериями являются, во-первых, величина отклонения центров компонентов изображения от общей линии прицеливания, во-вторых, значение параллакса, проявляющегося в поперечном смещении элементов изображения прицельного знака при их наблюдении через различные участки выходного зрачка прицела, и, наконец, величина видимого расширения элементов изображения прицельного знака при использовании светодиодных источников. Во всех случаях необходимо, чтобы максимальные значения этих параметров не превышали угловой разрешающей способности глаза человека, которая в общем случае принимается равной одной угловой минуте (3·10^-4 рад).

Оценка значений указанных параметров производится расчетным путем. Величины отклонений центров компонентов изображения от общей линии прицеливания и значения параллакса определяются путем расчета действительного хода лучей в голографическом прицеле (фиг.4). В результате определяются координаты точек пересечения этих лучей с плоскостью формирования изображений элементов прицельного знака и величины отклонений координат этих точек от необходимых координат расположения рассматриваемых элементов изображения прицельного знака.

Расчеты проводятся в плоскости главного сечения прицела как плоскости, наиболее критичной с точки зрения получения максимального параллакса из-за асимметрии хода лучей в этой плоскости. Рассчитывается ход произвольного луча от объектива 5, формирующего восстанавливающий пучок на АДР 6, до точки его пересечения с плоскостью, в которой формируется изображение рассматриваемого элемента мнимого изображения прицельного знака.

На фиг.4 это луч, представленный утолщенными линиями с двумя стрелками, в начальной части своего распространения пересекающий АДР в произвольной точке В на высоте h от центра АДР и исходящий из точки D изображающей голограммы 7 в виде некоторого пучка рассеяния, продолжения составляющих которого (пунктирные линии) в области формирования мнимого изображения проходят через точки V(h) и

V_t(h). Эти точки относятся к областям формирования изображений соответственно центра и, в данном случае, верхней (с индексом t) точки прицельного знака и находятся на определяемых расстояниях G_V(h) и G_Vt(h) от центров областей. Центр области, в которой формируется изображение центра прицельного знака, идентифицируется точкой V на линии, проходящей через центр изображающей голограммы под фиксированным углом ₂. Центр области, в которой формируется изображение верхней точки прицельного знака, идентифицируется точкой V_t(0) на линии, проходящей через центр изображающей голограммы под углом ₂, определяемым в ходе расчета соответствующего луча. Индекс здесь и далее означает, что расчет ведется для изображения прицельного знака, смещенного на необходимое расстояние L от исходного положения изображения в точке V, для которой производилась запись изображающей голограммы.

При расчете используются соотношения, аналогичные (9) и учитывающие специфику записи АДР и изображающей голограммы и восстановления изображений этими элементами при работе в прицеле. Решения этих уравнений относительно углов дифракции ₂(h) восстановленных лучей на АДР и углов дифракции восстановленных лучей на изображающей голограмме, формирующих изображение центра прицельного знака (₂(h)) и изображение верхней точки прицельного знака (_2t(h)) имеют вид:

Значения углов в правой части уравнений (14) и (15) определяются известными условиями записи голограмм: углами падения ₁ и ₂ параллельных опорного и предметного пучков для АДР, причем ₁ – также угол падения параллельного опорного пучка при записи изображающей голограммы, углами падения ₂(h) и _2t(h) лучей предметного пучка, ответственных за запись на изображающей голограмме дифракционных структур, формирующих изображения соответственно центра и верхней точки прицельного знака (лучи проходят соответственно через предметные точки P(X_P, Z_P) и Pt(X_Pt, Z_Pt)), а также углами падения лучей в восстанавливающих пучках: ₁(h) на АДР, определяемым положением точки А’ (фиг.2), и ₁(h) на изображающей голограмме, равным ₂(h).

Найденные из (15а) и (15b) значения углов дифракции ₂(h) и _2t(h) восстановленных на изображающей голограмме лучей, формирующих мнимые изображения соответственно центра V и верхней точки V_t прицельного знака, определяют координаты Х_V(h) и Х_Vt(h) точек пересечения этих лучей с плоскостью Z_V, в которой располагается центр мнимого изображение прицельного знака V, и, в конечном счете, определяемые отклонения в линейных единицах G_V(h) и G_Vt(h) или в угловых единицах G(h) и Gt(h), связанные соотношениями

При проведении расчетов принимались следующие параметры голографического прицела. Центральные, соответствующие осевым лучам пучков, угол падения восстанавливающего пучка ₁ на АДР, формируемого объективом 5, и угол дифракции ₂ пучка, восстановленного на изображающей голограмме и формирующего мнимое изображение прицельного знака, ₁=₂=17,5°; центральные угол дифракции ₂ пучка на АДР и угол падения ₁ восстанавливающего пучка на изображающую голограмму ₂=₁=33,5° при использовании в качестве источника света полупроводникового излучателя, работающего на длине волны ₂=0,65 мкм; запись АДР и изображающей голограммы ведется на длине волны излучения гелий-неонового лазера ₁=0,6328 мкм при углах падения в обоих случаях ₂=17,5° предметных пучков и соответствующих также равных углах ₁ падения опорных пучков; расстояние между АДР и изображающей голограммой в направлении оси Z t=30 мм, фокусное расстояние объектива 5 f’=40 мм, расстояние между объективом и АДР по оси объектива s=30 мм; угловой размер изображения прицельного знака =0,018 при его наблюдении на длине волны ₂=0,65 мкм при исходном определяющем условия записи изображающей голограммы удалении изображения знака L=40·10³ мм; размеры выходного зрачка прицела в направлении оси X, определяемые соответствующими размерами АДР и изображающей голограммы, 2h=40 мм; удаления L цветовых компонентов мнимых изображений прицельного знака на длинах волн ₂=0,45, 0,55 и 0,65 мкм, устанавливаемые путем соответствующих смещений ист источников света в прицеле относительно передней фокальной плоскости объектива 5, составляют соответственно L=2·10⁵ мм, 1·10⁵ мм и 2·10⁴ мм.

Графики зависимостей G(h, ) и Gt(h, ), полученные в результате расчетов, представлены на фиг.5 и 6 в виде семейств кривых для длин волн света источников ₂=0,45, 0,55 и 0,65 мкм. В обозначениях зависимостей на графиках этим длинам волн соответствуют индексы 1, 2 и 3 в скобках. В итоге максимальное значение наблюдаемого отклонения G(h, ) центра изображения прицельного знака от линии прицеливания или параллакс для любого из рассмотренных компонентов изображения не превышает допустимого значения в 3·10^-4 рад. Наблюдаемый параллакс Gt(h, ) для крайней верхней точки изображения прицельного знака в тех же условиях лежит в пределах ±5·10^-6 рад. Рассчитанные аналогичным путем наблюдаемые значения параллакса Gb(h, ) для крайней нижней точки изображения прицельного знака также находятся в пределах ±5·10^-6 рад. Ход зависимости Gb(h, ) (график зависимости здесь не приводится) практически симметричен ходу зависимости Gt(h, ) относительно оси абсцисс графика.

В основу оценки углового расширения элементов мнимого изображения прицельного знака при использовании светодиодных источников с относительно широкой спектральной полосой излучения 2 положено использование соотношения (10) с учетом (8). Найдя из (10) выражение для dL/d2 и заменяя в нем бесконечно малые dL и d2 конечными малыми изменениями L и 2, получаем

В условиях наблюдения расширенного до величины L вдоль линии прицеливания центра изображения прицельного знака через крайнюю боковую зону зрачка прицела (в горизонтальном сечении по линии прицеливания), когда наблюдаемое угловое расширение максимально, величина его может быть представлена как

где a – половина светового размера зрачка (изображающей голограммы) в горизонтальном сечении.

Из (18) с учетом (17) и (10) и ввиду крайне малой величины отношения (а=20 мм, L10⁴ мм) получаем

Максимальное значение соответствует минимальным значениям 2 и L. Принимая практически минимальные в условиях работы прицела значения 2=0,45 мкм и L=10·10³ мм, при величинах 2=0,03 мкм и а=20 мм, получаем из 3·10^-5. Таким образом, наблюдаемое угловое расширение элементов изображения прицельного знака из-за конечной ширины спектральной полосы излучения светодиодных источников в голографическом прицеле не зависит от длины волны излучения источника, а по величине существенно меньше допустимого расширения (3·10^-4).

Результатом использования предложенных в заявке технических решений является создание голографического прицела, имеющего существенные функциональные преимущества по сравнению с имеющимися аналогами и рассмотренным прототипом. Эти преимущества выражаются в получении многокомпонентного изображения прицельного знака с компонентами, отличающимися цветом и положением в пространстве прицеливания при наличии возможности оперативного смещения цветовых компонентов изображения прицельного знака по линии прицеливании в соответствии с условиями применения оружия, а также в возможности формирования нескольких компонентов изображения прицельного знака одного цвета, также разнесенных в пространстве прицеливания. Отмеченные преимущества обеспечиваются при повышенной четкости изображения одиночного компонента изображения и удовлетворительной величине параллакса в изображении прицельного знака, проявляющегося в пространственном смещении изображения при его визировании через различные участки изображающей голограммы.

Формула изобретения

1. Голографический прицел, содержащий последовательно установленные на оптической оси полупроводниковый источник света, коллимирующий объектив, ахроматизирующую голографическую дифракционную решетку, изображающую голограмму, формирующую мнимое изображение прицельного знака в пространстве прицеливания, отличающийся тем, что он снабжен, по крайней мере, одним дополнительным полупроводниковым источником света и зеркальной оптической системой, расположенной между источниками света и коллимирующим объективом и объединяющей излучение полупроводниковых источников света, при этом полупроводниковые источники света выполнены с отличающимися длинами волн в максимумах спектральных полос их излучения и снабжены механизмами их смещения вдоль оптической оси относительно передней фокальной плоскости коллимирующего объектива на величину ист, определяемую из соотношения

где L – необходимое смещение мнимого изображения прицельного знака относительно исходного положения по линии прицеливания, мм;
f₁ – фокусное расстояние коллимирующего объектива, мм;
L – исходное расстояние до мнимого изображения прицельного знака по линии прицеливания, мм.

2. Устройство записи голограммы прицельного знака для голографического прицела, содержащее лазерный источник света, оптическую систему формирования опорного и предметного пучков света, диффузор, транспарант прицельного знака и фотопластинку, последовательно установленные в предметном пучке света, причем опорный пучок света выполнен с параллельными лучами, а предметный пучок – с расходящимися, отличающееся тем, что оно снабжено механизмом смещения транспаранта по оптической оси предметного пучка света и механизмом смещения диффузора относительно транспаранта прицельного знака, между фотопластинкой и транспарантом прицельного знака установлен объектив, а транспарант расположен за передней фокальной плоскостью объектива по ходу лучей света, при этом механизм смещения диффузора предназначен для установки его в положения записи голограммы единичного компонента изображения в несколько последовательных экспозициях, в каждой из которых диффузор находится в положении, произвольно смещенном относительно положений при других экспозициях, а механизм смещения транспаранта предназначен для установки его в каждой из последовательных экспозиций для записи одиночного компонента изображения прицельного знака на расстоянии тр от фокальной плоскости объектива, определяемом из соотношения

где f₃ – фокусное расстояние объектива, формирующего предметный пучок, мм;
L – расстояние до мнимого изображения прицельного знака по линии прицеливания при работе прицела, мм;
µ – отношение длин волн ₂ (в мкм), на которой производится восстановление изображения прицельного знака в прицеле, и ₁ (в мкм), на которой выполняется запись изображающей голограммы.

РИСУНКИ

,>

,>