Разрез оптического прицела (увеличение)

Разрез оптического прицела постоянной кратности (увеличение)

Разрез оптического прицела переменной кратности (увеличение)

В данной статье вниманию специалистов-практиков предлагается наиболее полный перечень отечественных оптических прицелов (ОП) классического вида - оптических приборов типа прицельной зрительной трубы с сеткой (прицельной маркой), изображение которой наблюдается в окуляр глазом наблюдателя одновременно с "увеличенным" изображением предмета.

Итак, ОП - оптическая система для наблюдения отдаленных предметов и последующего наведения оси прицела, параллельной оси ствола ружья, на определенную зону наблюдаемого предмета. Иногда в характеристике таких оптических систем используют термин «телескопическая», что означает «далеко видящая».

Различные (но далеко не все) варианты сеток (прицельных марок) оптических прицелов.

ОП является системой прямого (не перевернутого) изображения предмета, эффект "видимого" увеличения которой приводит к нарушению правильной передачи перспективы и, следовательно, к трудностям ориентировки в пространстве ввиду неравенства поперечного и продольного увеличении прицела, соответственно b и a, что объясняется следующими соотношениями (Рис.1):

Рис.1 Возникновение эффекта «видимого» увеличения прицела

1) b=1/Г=const - линейное (поперечное) увеличение размеров наблюдаемых предметов и расстояний между ними; не зависит от расстояния до наблюдателя (является постоянной величиной);

2) a=1/Г²=const - продольное увеличение размеров наблюдаемых предметов и расстояний между ними; не зависит от расстояния до наблюдателя (является постоянной величиной).

Следовательно, а не равно b (см.Рис.1). Возникает эффект «видимого» увеличения, определяемый величиной Г >1. Наблюдаемое пространство сжимается вдоль оптической оси в Г раз больше, чем уменьшается поперечное изображение предмета, создаваемое ОП. Поэтому движущийся вдоль оси наблюдения предмет кажется движущимся в Г раз медленнее, чем в поперечном оси направлении. То же относится и к расстояниям между предметами, что легко обнаруживается при сравнительно больших увеличениях прицела. Такое искажение окружающего пространства необходимо учитывать при применении прицелов с увеличением больше 6 крат.

Рис.2 Принципиальная схема «оптический прицел + глаз наблюдателя» (увеличение)

Рассмотрим принципиальную схему ОП (см.Рис.2):

1 - объектив; высокое качество изображения обеспечивается простой 2-х линзовой конструкцией;

2 - фокальная плоскость объектива, в которой формируется уменьшенное плоское изображение предмета, с которым совмещена установленная в этой плоскости сетка (прицельная марка);

3 - 2-х компонентная линзовая оборачивающаяся система; необходима для получения прямого изображения предмета;

4 - фокальная плоскость окуляра, в которой формируется уже прямое уменьшенное изображение предмета и в которой установлена полевая диафрагма для устранения затенения и резкого очерчивания границ поля зрения;

5 - окуляр с более сложной, чем объектив, оптической схемой, обладающий также диоптрийной регулировкой (подвижкой) вдоль оси для компенсации отклонений в фокусировке глаза и объектива;

6 - плоскость выходного зрачка прицела, с которой совмещается плоскость входного зрачка глаза наблюдателя для того, чтобы пучки лучей, формирующие изображение точек предмета, могли попасть в глаз;

7 - глаз наблюдателя с сетчаткой, на поверхность которой переносится изображение предмета.

В системе «ОП + глаз человека» основные характеристики по качеству и освещенности изображения определяет глаз человека. ОП помогает глазу лучше рассмотреть предметы в поле зрения, увеличивая их изображение, при спокойном состоянии глаза.

Каждому пользователю прицела необходимо знать, что такое острота зрения S, под которой понимается способность глаза видеть раздельно два предмета, расположенные близко друг от друга (разрешающая способность глаза) - величина, обратная углу разрешающей способности Ж_гл. глаза (в угл. минутах), S=2,0 - 0,67 , зависит от размера светочувствительной колбочки на сетчатке глаза, а также от других факторов:

1. Контраст предметов К.

2. Освещенность в поле наблюдения Е

- темный предмет на светлом фоне - острота зрения максимальна, если Е=50-200 лк;

- светлый предмет на темном фоне - острота зрения максимальна, если Е=5-10 лк.

3. Место изображения на сетчатке глаза (желтое пятно в центре - максимум).

4. Длина волны света J=0,56 мк - середина видимого диапазона, зеленый участок спектра, максимум.

5. Дефекты зрения.

6. Входной зрачок глаза D_гл., 2 мм -эффективный минимум.

Зрачок D_гл. существенно меняет свою величину в зависимости от освещенности предметов и окружающего пространства:

- 0,7 мм - очень яркий свет,

- 2,0-5,0 мм - день,

- 5,0-7,0 мм - вечер.

Следует помнить, что разрешающая способность ОП ограничивается именно глазом наблюдателя (величиной Ж_гл.).

Аккомодация глаза - способность его отчетливо видеть предметы независимо от расстояния -а (измеряется в мм) от входного зрачка глаза до предмета:

А=1000/а, (дптр)

где А - величина аккомодации, измеряемая в диоптриях; а_д , а_б - дальняя и ближняя точки глаза. У нормального глаза а_д =бесконечности, А=0.

Пояснения к сводной таблице характеристик оптических прицелов:

(таблицу смотреть в «Характеристики современных оптических прицелов (таблица)»)

1. Г - видимое увеличение; характеризует способность ОП создавать на сетчатке глаза более крупное изображение предмета по сравнению с изображением его непосредственно глазом:

Г=tg u' /tg u

где u', u - половина поля зрения перед и после ОП в угловой мере [град],

Г=D_вх./D_вых.

где D_вх., D_вых. - входной и выходной зрачки ОП [мм].

В рассматриваемых ОП объектив представляет собой более простой компонент, чем окуляр, так как угол поля зрения 2 u равен 7-8° и до 15° в ОП с переменным увеличением, то есть меньше, чем угловое поле 2 u' окуляра.

Для применения в ОП имеется целый ряд типовых окуляров, основной характеристикой которых является максимально допустимый угол поля зрения 2 u', в связи с этим имеет место соотношение

Г х tg u=const=tg u'

- заданная по типу окуляра величина.

Чем больше Г, тем меньше у прицела угол поля зрения 2 u. При одинаковых величинах D_вх. (объектив) и Г более значительная величина поля 2 u означает применение более совершенной конструкции окуляра. Верхний предел величины Г ограничен также точностью наблюдения (наведения), дальностью. Средний допуск на табличную величину 8%.

Если же требуется одновременно при использовании ОП иметь режим поиска объекта (то есть большой угол поля зрения) и режим последующей его идентификации (большое увеличение), то необходимо выбрать ОП с переменным увеличением и вести наблюдение, начиная с Г_min и переходя Г_max.

2. Для практических целей выбора и применения ОП линейное поле 2 у* [м] представлено в таблице и рассчитано для заданной дистанции R*=100м.

При пересчете на другую дистанцию R1 линейное поле определяется пропорционально.

Индексы «в» и «г» означают линейное поле по вертикали и горизонтали. Допуск на табличную величину равен 5%.

3. Введем величину _сру^* [мм], - линейный предел разрешения (минимальный размер наблюдаемого предмета на заданной дистанции R^*=100 м):

4. Относительный предел разрешения Ж_отн..

Является коэффициентом запаса по качеству изображения реального, изготовленного ОП, учитывающим два фактора, приведенных в п.5 для коэффициента запаса K_ж , вводимого при конструировании ОП.

Чем ближе величина Ж_отн. к величине K_ж, тем реально изготовленный прицел ближе к расчетному качеству изображения.

5. Рассмотрим далее, соответствует ли заданная величина видимого увеличения Г прицелов, указанных в таблице, рекомендуемой величине Г^* , которая учитывает рекомендуемый коэффициент запаса K_ж*=2,14 по разрешающей способности по сравнению со средним пределом разрешения глаза 60". Данный коэффициент экспериментально установлен с учетом допуска на изготовление прицела, с одной стороны, и более высокого предела разрешения глаза - до 30", то есть в 2 раза лучше среднего значения, у некоторых наблюдателей, с другой стороны. Поэтому, в отличие от известного соотношения Г_пол.=0.429 D_вх. , не оставляющего такого технологического запаса и представляющего для данного класса приборов только условный интерес, хотя Г_пол. определяется в специальной литературе как «полезное увеличение», введем другое базовое соотношение для проверки оптимальной величины Г:

Г=0,2 D^*_вx. ,

то есть D^*_вx.=5 мм (для сравнения, при Г_пол.=0,429 D_вх., D_вых.=2,3 мм).

Итак, при изначально выбранном коэффициенте запаса К=2,14 выходной зрачок прицела 5 мм. В охотничьих ОП величина D_вых. должна быть уточнена и выбрана в диапазоне 4-7 мм и по другим причинам:

- для обеспечения работы прицела в сумерках, чтобы D_гл.=D_вых. (не более), иначе способность собирать свет и создавать более светлое изображение («светосила», пропорциональная D_вых.) окажется у невооруженного глаза лучше (~ D_гл.), чем у глаза, работающего с прицелом, что недопустимо. Реально работающий максимальный зрачок глаза D_гл. 7,5мм , поэтому делать наблюдательный прибор с D > 7-7,2 мм можно только для увеличения разрешающей способности прицела и облегчения совмещения выходного зрачка с глазом наблюдателя и днем, и в сумерки. Выходной зрачок прицела практически наблюдается в виде небольшого светлого кружка, видимого вдоль оси в линзах окуляра при достаточно большом расстоянии от глаза. Допуск на табличную величину D_вых.=±5-6%.

6. Удаление выходного зрачка - S_вых.[мм] - величина, определяемая как расстояние от последней поверхности прицела (окуляра) до плоскости выходного зрачка D_вых., в которую помещается глаз наблюдателя. Для предохранения глаза от удара прицелом при отдаче ружья, а также при стрельбе в очках, необходимо его располагать на расстоянии S_вых. в пределах 35-100 мм. Для облегчения совмещения D_гл. с D_вых. на оправе окуляра крепится эластичный наглазник. Допуск на табличную величину ± 10%.

7. Длина прицела L, [мм], индекс «н» означает - «с наглазником».

8. Поперечные габариты прицела:

- высота х ширина, [мм];

- Ф_об. - диаметр объектива, индекс «об»;

- Ф_ок. - диаметр окуляра, индекс «ок».

9. Вес прицела, [кг], индекс «к» означает вес прицела со специально изготавливаемым креплением.

10. Присоединительные размеры (ПР):

- число означает диаметр цилиндрической части ОП, [мм];

- ЛХ-12 - направляющая типа «ласточкин хвост» с рабочим размером 12 мм;

- СК - специальный кронштейн;

- СК-В - верхний СК;

- СК-Б - боковой СК.

11. Регулировка окуляра вдоль оптической оси, ±_срZ, [дптр]. Допуск на табличную величину:

+0,5 дптр, - при D > 3 мм,

+1,0 дптр, - при D 2-3 мм.

Если окуляр неподвижен, то он выставлен на - 0,5 - 1,0 дптр, так как существует много наблюдателей с такой степенью близорукости, а нормальный глаз может в данном диапазоне легко фокусировать изображение предметов, находящихся на близких расстояниях (за счет аккомодации).

12. Передний план - Р_д, [м] - начало практической бесконечности. Является наименьшим конечным расстоянием до предметов, когда ОП сфокусирован на «бесконечность» и изображение предметов остается резким (следовательно, нет также потери в освещенности изображения). При этом нормальный глаз аккомодирован (сфокусирован) на бесконечность и находится в спокойном состоянии.

Следует учесть способность глаза к аккомодации (собственной перефокусировке), поэтому предметы, расположенные несколько ближе переднего плана, будут казаться более-менее резкими при рассматривании еще в некотором диапазоне, но уже при напряжении хрусталика глаза и нарушении телескопичности системы (увеличение, поле зрения, D_вых. и цена деления сетки начинают изменяться). Если наблюдатель работает в диапазоне расстояний больших Р_д, то это оптимальный режим работы для применяемого прицела.

Диоптрийная подвижка окуляра используется для компенсации дефектов зрения, не скомпенсированных очковой линзой, следующим образом. Нормальный глаз - положение «0» на шкале, среднее расчетное положение окуляра. Близорукий глаз - окуляр движется к объективу, работает минусовая половина диапазона подвижки. Дальнозоркий глаз - окуляр движется от объектива, работает плюсовая половина диапазона его подвижки. Теле-скопичность системы при этом нарушается.

13. При наблюдении предметов на сравнительно близком расстоянии необходимо установить минимально возможное для выбранного прицела расстояние - при использовании диоптрийной регулировки окуляра для компенсации расфокусировки объектива. Телескопичность прицела, не рассчитанного для работы на близких расстояниях, конечно, нарушается, но уникальные свойства оптической системы глаза позволяют все-таки использовать ОП с допустимой степенью ухудшения характеристик.

Нормальный глаз использует положительную половину диоптрийной подвижки (окуляр смещается от объектива с нулевого положения), близорукий глаз использует среднюю часть диапазона подвижки, а дальнозоркий глаз - только более дальнюю зону в положительной половине подвижки. При использовании ОП в таком режиме, каждый должен знать величину аметропии своего прицельного глаза в диоптриях, а дальнозоркий глаз должен работать с очковым стеклом.

14. Один из важных вопросов, возникающих при использовании ОП -правильный выбор прицела для работы в сумерках или при ярком солнечном свете, то есть в условиях освещенности предметов, отличных от средних.

Для сравнения разных ОП при использовании их в сумерках вводится понятие С-числа - сумеречного числа, зависящего от отношения яркостей предмета при рассматривании его через прицел или невооруженным глазом. Под яркостью понимается угловая плотность светового потока, излучаемого с единицы площади предмета в заданном направлении. Освещенность - поверхностная плотность светового потока, падающего на освещаемую поверхность. С-число определяется по следующей практической формуле:

Чем выше значение С-числа, тем эффективнее прицел работает в сумерках.

При наблюдениях на открытой пересеченной местности и в лесу вопрос о достаточной освещенности предмета наблюдения, особенно подвижного, приобретает важное значение. Поэтому правильный выбор прицела как передатчика световой энергии принято осуществлять по величине, характеризующей способность оптического прибора создавать более или менее светлое изображение - светосиле Н, являющейся отношением освещенности изображения прицелом наблюдаемого предмета к яркости этого предмета и пропорциональной квадрату D_вых., светопропус-канию оптической системы прицела и др. При D_вых. > D_глаза, в расчетных формулах для Н используется D_глаза.

В таблице приводится только сумеречное число, так как по имеющимся паспортным характеристикам возможен расчет только геометрической светосилы H_r=D²_вых. сравнить же D_вых. с реальным D_гл. пользователь может самостоятельно.

Качество изображения ОП, выбираемого пользователем, должно быть четким по всему полю прицела, имеющему резко очерченную границу, без ореолов и заметной окрашенности границ предмета, неравномерности освещенности предметов по всему полю зрения, неравномерности разрешающей способности для разно-ориентированных предметов, без геометрических искажений их форм, без параллакса сетки (сдвига изображений при поперечном смещении глаза в плоскости выходного зрачка прицела).

Следует заметить, что глаз наблюдателя не замечает падения освещенности до 50%, поэтому на краю поля это допустимо, хотя и ведет к уменьшению углового предела разрешения на краю поля. В паспортах на прицелы последняя величина указывается далеко не всегда и только для центра поля.

Что касается видимости предметов, то она определяется контрастом относительно фона, состоянием атмосферы (колебанием нагретого воздуха, дымкой, туманом, мелким дождем, дымом пылью и пр.). Видимость существенно понижается из-за защитной окраски объектов живой природы и формы их тел.

Влияние дымки, тумана, а также повышенной освещенности предметов можно уменьшить применением светофильтров, выпускаемых в комплекте с некоторыми прицелами: нейтральный, оранжевый, желтый, желто-зеленый и зеленый светофильтры.

Журнал «Ружьё. Оружие и амуниция» № 1 (3) 97
Ольга ЧЕБАКОВА
кандидат технических наук

Стрелковое оружие России ™