Зорова труба

1. Зорова труба, що містить об'єктив і від'ємний окуляр, яка відрізняється тим, що в ній додатково встановлений вузол вводу в поле зору зображення службових індексів, який складається з оптично сполучених формувача зображення службових індексів із знакогенеруючою поверхнею, проекційної системи для спряження знакогенеруючої поверхні формувача з передньою фокальною поверхнею окуляра і оптичного елемента вводу зображення індексів в апертуру зорової труби. 2. Зорова труба по п. 1, яка відрізняється тим, що в ній оптичний елемент вводу виконаний як плоскопаралельна пластинка, яку складено з двох призм, у яких одну з контактуючи х граней оснащено світлоподільним покриттям і розміщено у апертурі зорової труби під кутом до її оптичної осі, а проекційну систему розміщено поза межами апертури зорової труби між формувачем зображення та боковою гранню плоскопаралельної пластинки, яка лежить на оптичній осі окуляра, що зламана світлоподільним покриттям. 3. Зорова труба по п. 1, яка відрізняється тим, що в ній проекційна система виконана як оптично сполучена сукупність світлоподільного покриття, яке приєднано до заломлюючої поверхні одного із компонентів об'єктива, поверненої випуклістю до простору предметів, і решти оптичних компонентів, розташованих між цим покриттям та окуляром, а оптичний елемент вводу виконано як світловолоконний джгут регулярної укладки, у якого вхідний торець розміщено поза межами апертури зорової труби в оптичному контакті з формувачем зобра A (54) ЗОРОВА ТРУБА 40493 Сучасні зорові труби, які входять до складу спостережно-візирних приладів (геодезичних і астрономічних труб, біноклів, приладів виміру відстані, прицілів і т. інш.), будуються на базі телескопічної схеми Кеплера [1]. Ця схема дозволяє вводити в поле зору спостерігача візирну сітку, але має значну довжину L: L=f oб +foк , (1) де: foб та foк - фокусні відстані об'єктива та окуляра відповідно; foб > fок . З точки зору габаритів перевагу мають зорові труби на базі телескопічної схеми Галілея [1, 2], довжина якої L складає: L=f oб -foк . (2) Але ця схема має інший суттєвий недолік, а саме: "проміжне зображення предметів є удаваним, тому система не може бути споряджена візирною сіткою і використовуватись як візирна система" [1]. Таким чином, вирішення задачі вводу зображення візирної сітки в поле зору спостерігача, який використовує тр убу на базі телескопічної системи Галілея (тобто забезпечення можливості створення спостережно-візирного приладу на базі зорової труби Галілея), є актуальною технічною задачею. Із відомих зорових тр уб до запропонованої найбільш близька зорова труба на базі класичної схеми Галілея, яку прийнято за прототип [1]. До складу відомої зорової труби входять об'єктив та окуляр з від'ємною оптичною силою. При такій схемі відома труба має суттєвий недолік - в ній не забезпечене введення в поле зору спостерігача візирної сітки або службових індексів, які використовуються при візируванні (прицілюванні). У винаході, що пропонується, вирішувалась задача створення зорової труби на базі схеми Галілея, яка забезпечувала б введення в поле зору спостерігача зображення службових індексів, зокрема - перехрестя. Поставлена мета досягається тим, що у відому зорову трубу, що містить об'єктив і від'ємний окуляр, додатково встановлено вузол вводу в поле зору зображення службових індексів, який складається з оптично сполучених формувача зображення службових індексів із знакогенеруючою поверхнею, проекційної системи для спряження знакогенеруючої поверхні формувача з переднею фокальною поверхнею окуляра і оптичного елемента вводу зображення індексів в апертуру зорової труби. Зіставлення запропонованого технічного рішення з прототипом свідчить про таке. Запропонована зорова труба відрізняється наявністю додаткового вузла вводу в поле зору зображення службових індексів. Оскільки всі відомі зорові труби на базі телескопічної схеми Галілея такого вузла не містять - можна зробити висновок про новизну запропонованої труби. Аналіз конструкції і оптичної схеми запропонованої труби свідчить, що вона реалізується відомою елементною базою (лінзами, світлоподілювачами, волоконно-оптичними елементами, сітками...) [З], що дозволяє зробити висновок про можливість промислового відтворення зразка. Аналіз мети винаходу, запропонованої схемотехніки для її реалізації та заявленої сукупності ознак, що існують у прототипі і вводяться додатково, дозволяє зробити такі судження. Використання телескопічної схеми Галілея скорочує довжину труби і її масу. Введення додаткового вузла вводу зображення службових індексів дозволяє використовувати цю тр убу у режимі візирування (у додаток до режиму спостереження, який реалізується прототипом). Таким чином запропонована зорова труба при малій довжині має більші функціональні можливості, що свідчить про корисний ефект і винахідницький рівень запропонованого технічного рішення. Отже запропонована зорова труба відповідає усім необхідним критеріям патентоздатності. Викладена суть пояснюється описом та кресленнями, де зображено: - на фіг. 1-перший варіант оптичної схеми запропонованої труби; - на фіг. 2- другий варіант оптичної схеми запропонованої труби; - на фіг. З - третій варіант оптичної схеми запропонованої труби; - на фіг. 4 - четвертий варіант оптичної схеми запропонованої труби. У склад зорової труби, що пропонується, входять (фіг. 1-4): об'єктив 1 (його задній фокус позначено F'об ), від'ємний окуляр 2 (його передній фокус позначено Foк та вузол 3 вводу в поле зору зображення службових індексів. Вузол 3 складається з оптично сполучених: формувача зображення службових індексів 4 із знакогенеруючою поверхнею, проекційної системи 5 для спряження (проекції) знакогенеруючої поверхні формувача зображення 4 із передньою фокальною поверхнею окуляра 2, а також оптичного елемента 6 вводу зображення службових індексів в апертуру зорової труби. Можливі декілька варіантів реалізації цієї базової схеми. У першому варіанті (фіг. 1) проекційна система 5 лінзова, а елемент 6 має вигляд плоскопаралельної пластинки, яку складено з двох призм 7 та 8. Грані цих призм, що контактують, споряджено світлоподільним покриттям (світлоподілювачем) і розміщено під кутом (преференційно 45°) до оптичної осі зорової труби у її апертурі між об'єктивом 1 та окуляром 2. Проекційна система 5 розміщена поза межами апертури зорової труби між формувачем 4 та боковою гранню пластинки 6, яка лежить на оптичній осі окуляра 2, що зламана на 90° після її відбиття від світлоподільного покриття. Сам формувач 4 також розміщено поза межами апертури тр уби. У якості формувача 4 може бути використано світлоконтрастний трафарет (сітку), який підсвічується природним світлом або штучним джерелом 9; електронно-оптичний прилад, наприклад, оптоелектронну матричну панель світлогенеруючого або світлоклапанного типу чи інше [4]. Цей варіант труби працює таким чином. Крізь зорову трубу спостерігач бачить збільшене зображення оточуючого простору. Одночасно зображення із знакогенеруючої поверхні формувача 4 спрягається проекційною системою 5 з передньою фокальною поверхнею окуляра 2 і за допомогою світлоподільного покриття між призмами 7 та 8 вводиться в апертуру зорової тр уби. Після залом 2 40493 лення в окулярі 2 пучки променів, які формують зображення службових індексів, виходять колінеарними. На усіх фігура х пучки променів, які формують зображення службових індексів, показано пунктиром. Таким чином спостерігач бачить одночасно збільшене зображення оточуючого простору, в якому знаходиться потенційна ціль, і службові індекси. Розвертаючи зорову тр убу, спостерігач шукає ціль і суміщає з нею один із службових індексів, наприклад, перехрестя прицільної сітки, реалізуючи таким чином процес візирування чи прицілювання. Для зміни кутового положення зображення службових індексів відносно оптичної осі зорової труби формувач зображення 4 виконаний з можливістю контрольованих переміщень його в предметній площині проекційної системи 5. Телескопічна система розраховується з урахуванням плоско-паралельної пластинки 6, тому що остання впливає на якість зображення у променях, що сходяться. Як можливий недолік цього варіанту можна розглядати наявність у вузлі вводу 3 додаткового об'єктива проекційної системи 5. З цієї точки зору перевагу має другий варіант зорової труби. У цьому варіанті (фіг. 2) проекційна система 5 виконана у вигляді оптично сполученої сукупності світлоподільного покриття 10, яке приєднано (нанесено) до заломлюючої поверхні одного із компонентів об'єктива 1, що звернута випуклістю до простору предметів, і решти оптичних компонентів (поверхонь), які знаходяться між цим світлоподільним покриттям 10 та окуляром 2. Елемент 6 виконано у вигляді світло-волоконного джгута (світловода) з регулярною укладкою волокон. Вхідний торець джгута 6 розміщується поза межами апертури зорової труби і знаходиться в оптичному контакті із знакогенеруючою поверхнею формувача 4, а вихідний торець розташовано в межах апертури зорової труби з забезпеченням оптичного спряження з світлоподільним покриттям 10. Форма поверхні вихідного торця відповідає формі фокальної поверхні "проміжної" оптичної системи "окуляр 2 + проекційна система 5". У якості формувача 4 може бути використано світлоконтрастний трафарет (сітку), який підсвічується природним світлом або штучним джерелом 9; електронно-оптичний прилад з волоконнооптичним виходом чи інша проекційна система з будь-яким формувачем. Цей варіант труби працює таким чином. Крізь зорову трубу спостерігач бачить збільшене зображення оточуючого простору. Одночасно зображення, яке створене формувачем 4, переноситься із вхідного торця джгута 6 на вихідний, який вводить це зображення в апертур у зорової труби. Дзеркально-лінзова проекційна система 5 (лінзові компоненти об'єктива 1 + дзеркало 10 + лінзові компоненти об'єктива 1 знову) спрягає поверхню вихідного торця джгута 6 з передньою фокальною поверхнею окуляра 2. Після заломлення в окулярі 2 пучки променів, які формують зображення службових індексів, виходять колінеарними. Таким чином спостерігач бачить одночасно збільшене зображення оточуючого простору, в якому знаходиться потенційна ціль, і службові індекси. Для зміни кутового положення зображення службових індексів відносно оптичної осі зорової труби ви хідний торець оптичного елементу вводу 6 встановлено з можливістю контрольованих переміщень в предметній площині проекційної системи 5. Як можливий недолік цього варіанту можна розглядати наявність світловода з регулярною укладкою волокон. З цієї точки зору перевагу має третій варіант зорової труби. У цьому варіанті (фіг. 3) елемент 6 виконано у вигляді світловода без регулярної укладки волокон. Вхід світловода 6 знаходиться поза межами апертури зорової труби і спряжений з джерелом світла (штучним 9 або природним). Вихід світловода 6 суміщений (знаходиться в оптичному контакті) із знакогенеруючою поверхнею формувача зображення 4, який розміщений в апертурі зорової труби і оптично спряжений з світлоподільним покриттям 10, яке приєднане до однієї із випуклих (відносно простору предметів) поверхонь об'єктива 1. У якості формувача 4 може бути використано світлоконтрастний трафарет; рідинно-кристалічна матриця; сам світловод 6, вихід якого має форму службового індексу; сітка з підсвіткою у торець або металева сітка із світловідбиваючих ниток, які підсвічуються з боку об'єктива 1. Проекційну систему 5 на фіг. 3 зображено у вигляді світлоподільного покриття 10 на останній випуклій поверхні об'єктива 1. Тобто проекційна система 5 являє собою дзеркальний об'єктив: 5 Î 10, хоча може бути аналогічна до системи, зображеної на фіг. 2. Якщо позначити віддаль знакогенеруючої поверхні формувача 4 від дзеркального об'єктива 5 через S, а радіус відбиваючої поверхні об'єктива 5 через R, то для проекції поверхні формувача 4 у передню фокальну площину окуляра 2 повинне виконуватись рівняння [3]: S-1+S'F' -1=2/R, (3) де: S'F' - задній фокальний відрізок об'єктива 1. Для того, щоб формувач 4 знаходився між об'єктивом 1 і окуляром 2, повинна виконуватись умова: S £ d, (4) де: d - відстань окуляра 2 від об'єктива 1. Формули (3) і (4) дозволяють знайти положення поверхні формувача 4. Цей варіант труби працює таким чином. Крізь зорову трубу спостерігач бачить збільшене зображення оточуючого простору. Одночасно світло від джерела 9 подається світловодом до формувача 4. Дзеркальний об'єктив 5 спрягає знакогенеруючу поверхню формувача 4, яка знаходиться в апертурі зорової труби, із переднею фокальною площиною окуляра 2. Після заломлення в окулярі 2 пучки променів, які формують зображення службових індексів, виходять колінеарними. Таким чином спостерігач бачить одночасно збільшене зображення оточуючого простору, в якому знаходиться потенційна ціль, і службові індекси. Для зміни кутового положення зображення службових індексів відносно оптичної осі зорової труби формувач зображення 4 встановлено з мо 3 40493 жливістю контрольованих переміщень його в предметній площині проекційної системи 5 разом із виходом світловода 6. Як можливий недолік цього варіанту можна розглядати малий фокус у каналі формування зображення службових індексів, що веде до тр уднощів виготовлення самого формувача при необхідності реалізації малої товщини індексів. З цієї точки зору перевагу має наступний варіант труби. У цьому варіанті (фіг. 4) у якості проекційної системи 5 використовується сам об'єктив 1. Знакогенеруюча поверхня формувача 4 розміщена у задній фокальній площині об'єктива 1 так, що її положення визначається кутом tgb>D/2d, де D - діаметр окуляра 2, a d - повітряний проміжок між об'єктивом 1 і окуляром 2. Елемент 6 виконано у вигляді плоско-паралельної пластинки із світлоподільним покриттям в зоні апертури зорової труби. Пластинку 6 розміщено перед об'єктивом 1 з нахилом a до його оптичної осі: a=90°-b/2. (5) У якості формувача 4 може бути використано світлоконтрастний трафарет (сітку), який підсвічується природним світлом або штучним джерелом 9; електронно-оптичний прилад, наприклад, оптоелектронну матричну панель світлогенеруючого або світлоклапанного типу, електронно-променеву трубку чи інше. Сам формувач 4 розміщено поза межами апертури зорової труби. Для зручності компановки труби і суміщення знакогенеруючої поверхні формувача 4 з фокусом об'єктива 1 використовується дзеркало 11. Цей варіант труби працює таким чином. Крізь зорову трубу спостерігач бачить збільшене зображення оточуючого простору. Одночасно пучки променів із знакогенеруючої поверхні формувача 4 заповнюють апертуру об'єктива 1, відбиваючись перед цим від дзеркала 11, і виходять з об'єктива 1 колімованими: центральний промінь виходить під кутом b до оптичної осі об'єктива 1. Після відбиття від світлоподільного покриття на пластині 6 ці промені входять у об'єктив 1 паралельно до оптичної осі об'єктива 1. Об'єктив 1 фокусує ці промені у своїй фокальній поверхні: центральний промінь фокусується у точці F'об Î Fок . Тобто об'єктив 1 спрягає знакогенеруючу поверхню формувача 4 з переднею фокальною поверхнею окуляра 2. Після заломлення в окулярі 2 пучки променів, які формують зображення службових індексів, виходять колінеарними. Таким чином спостерігач бачить одночасно збільшене зображення оточуючого простору, в якому знаходиться потенційна ціль, і службові індекси. Для зміни кутового положення зображення службових індексів відносно оптичної осі зорової труби оптичний елемент вводу (пластинку 6) встановлено з можливістю контрольованих розворотів навколо осей, ортогональних до оптичної осі зорової труби. Оскільки за базу прийнято класичну зорову трубу, виконану по схемі Галілея, - запропонована зорова труба має малу довжину і вагу у порівнянні зі схемою Кеплера, Завдяки тому, що до складу труби введено вузол вводу в поле зору зображення службових індексів, запропонований прилад набув нової якості - можливість візирування (прицілювання). Таким чином, у порівнянні з прототипом, запропонована зорова труба вводить в поле зору спостерігача службові індекси і забезпечує функції не тільки спостереження, але й візирування. На малюнках показано один канал зорової труби. Ясна річ, що створений по запропонованій схемі прилад може містити другий ідентичний канал, тобто виконаний по бінокулярній схемі. Конструктивно запропонована зорова труба може бути встановлена в осях теодоліта і використовуватись для виміру кутових координат орієнтиру - цілі завдяки вертикальному та горизонтальному кругам зі шкалами [5]. Тр уба також може бути закріплена на шоломі оператора і використовуватись для виміру кутового положення цілі завдяки системі виміру положення голови [6]. Джерела інформації: 1. Апенко М.И., Дубовик А.С. Прикладная оптика.- М.: Наука, 1971. - C. 244-250. 2. М. Борн, Э. Вольф. Основы оптики.- М.: Наука, 1970.- С. 271-277. 3. Справочник конструктора оптико механических приборов под общ. ред. М.Я. Кругера и В.А. Панова.- Л.: Машиностроение, 1967.С. 760. 4. Борисюк А.А.. Матричные системы отображения информации. - К.: Те хніка, 1980 – C. 129 155. 5. Спиридонов А.И. Теодолиты. - М.: Недра, 1985.- С. 200. 6. Бородин В.Т., Рыльский Г.И. Пилотажные комплексы и системы управления самолётов и вертолётов.- М.: Машиностроение, 1978, - C. 162165. 4 40493 Фіг. 1 Фіг. 2 Фіг. 3 5 40493 Фіг. 4 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 6