Коліматорний візир

1. Коліматорний візир, що містить об'єктив з маркою, розташованою в фокальній площині об'єктиву та напівпрозорий відбивач, розміщений на 29166 ціонального призначення може бути застосована часткова стабілізація системи відліку кутів візування, тобто стабілізація однієї площини. Наприклад, у випадку застосування коліматорного прицілу для мисливської зброї (див. заяву з позитивним рішенням України № 95020874 від 24.02.1995 р.) достатня стабілізація однієї площини правильного обчислення прицільної поправки, а у випадку із застосуванням стабілізації для схеми, описаної в книзі Л.П. Лазарева "Оптико-електронні системи наведення", Москва: Машинобудування, 1989 р. стор. 247-250), необхідна стабілізація всієї системи. Відсутність стабілізації призводить до того, що при розташуванні коліматорного візиру на рухому основу, або транспортний засіб виникає необхідність безперервно коригувати значення кутів візування, рахуючи поточні повороти та коливання об'єкта. Таким чином, для підтримки незмінним напрямку візування у просторі відносно Землі, необхідно робити цілу низку вимірювань та підрахунків. Таким чином, в оптичній схемі (див. книгу Л.П. Лазарева "Оптико-електронні системи наведення", Москва: Машинобудування, 1989 р. стор. 247-250) на дзеркало, яке відхиляє прицільну марку в системі відліку коліматорного візиру, передають кути відкориговані з урахуванням всіх коливань рухомої основи. Враховуючи жорстке розташування візиру на рухомій основі, коливання рухомої основи є коливаннями системи відліку кутів віз ування, тобто система відліку нестабілізована. У зв'язку з цим потрібно безперервне коригування кутів віз ування з застосуванням апаратури для виміру коливань у вільному просторі, зв'язаному з Землею. У більш простих схемах автономного застосування, наприклад, коліматорному прицілі, розробленому для мисливської зброї (див. заяву з позитивним рішенням України № 95020874 від 24.02.1995 р.) система відліку кутів прицілювання (візування) також нестабілізована. При цьому, у зв'язку з малогабаритністю усієї системи, неможлива корекція поточних кутів візування для компенсації коливань системи відліку. В цьому випадку точність стрільби при застосуванні нестабілізованого прицілу залежить в значній мірі від точності орієнтування системи відліку у вільному просторі, зв'язаному з Землею, тобто від навичок та самого стрільця. В складних системах, таких, як з поділом функцій візування (див. патент США № 3.375.375) функціональні завдання вирішуються таким чином: - завдання нульової лінії візування - коліматорним візиром у власній системі відліку; - поворот лінії візування - за допомогою голови оператора при жорсткій установці коліматорного візира на шоломі оператора; - формування кутів візування - за допомогою електронних систем, які дистанційно визначають знаходження опорних елементів, розташованих на шоломі оператора, а разом з тим - орієнтацію нульової лінії коліматорного візиру в просторі. В цьому випадку, як і в автономних системах, раніше описаних, система відліку кутів віз ування не стабілізована, що потребує безперервного ко ригування цих кутів з урахуванням коливань об'єкта розташування систем. Таким чином, як показує проведений аналіз, однією з найзначніших вад коліматорних візирів є відсутність власної малогабаритної стабілізації системи відліку кутів візування. Усунення цієї хиби в теперішній час дуже актуально тому, що усуває необхідність застосування спеціальних пристроїв розрахунку і виміру коливань об'єктів розташування таких візирів, що розширює галузі застосування коліматорних візирів, підвищує точність визначення кутів візування і дає можливість оператору працювати в вільному просторі, зв'язаному з Землею. Найбільш близьким за технічним рішенням з відомих аналогів є коліматорний візир з лінзовим об'єктивом, описаний в книзі Л.П. Лазарева "Оптико-електронні системи наведення", Москва: Ма шинобудування, 1989 р. стор. 247-250. Цей пристрій вибрано за прототип, він складається із наступних складових частин: - напівпрозорий відбивач; - об'єктив; - блок введення марки; - напівпрозоре дзеркало; - пристрій відхилення марки візиру. При цьому блок введення марки візиру складається, як завжди, з лампи, матового скла, та сітки-марки, яка нанесена на спеціальне скло. Пристрій відхилення рухомої марки на кути візування виконується у вигляді вимірювального гироскопу, який зв'язано з обчислювальними блоками системи об'єкта розташування, з закріпленим на його осі дзеркалом. Прототип працює таким чином. Оператор крізь напівпрозорий відбивач спостерігає ціль та зображення марки візиру, яка проецирується у поле зору оператора за допомогою блока введення марки, напівпрозорого дзеркала, пристрою відхилення марки візиру, об'єктива та відбивача. Для накладення марки на ціль необхідно змінити її розташування в системі відліку коліматорного візиру по двох напрямках: - кута повороту в горизонтальній площині - jг; - кута повороту у вертикальній площині - jв; Таке відхилення марки візиру відбувається за допомогою блока відхилення внаслідок подавання напруги у навивачі вимірювального гироскопу пропорційно кутам візування jг і jв. При цьому, як зазначалось вище, в зв'язку з відсутністю автономної стабілізації системи відліку коліматорного візиру проводиться безперервне обчислення кутів jг і jв з обліком коливань цієї системи, зумовлених коливаннями та поворотами об'єкта розташування, тобто відбувається не стабілізація системи відліку, а посередня стабілізація кутів візування внаслідок безперервного їх коригування трудомісткими обчислювальновимірювальними операціями. Аналіз описуваного пристрою показує, що коліматорний візир, який розглядається, не може працювати автономно, а тільки в комплексі з обчислювальними блоками об'єкта розташування. Таким чином прототипу властиві такі вади: - відсутність автономної стабілізації системи відліку кутів візування для забезпечення праці 2 29166 оператора в вільному просторі, зв'язаному з Землею; - застосування великої кількості обчислювальних операцій з використанням вимірювальних приладів на об'єктах розташування, що знижує точність визначення кутів візування. У запропонованому винаході вирішувалося завдання розробки коліматорного візиру з забезпеченням автономної стабілізації системи відліку кутів візування в вільному просторі, зв'язаному з Землею. Рішення поставленого завдання досягається тим, що в відомий пристрій візування, а саме в коліматорний візир додатково впроваджується блок стабілізованих та контрольних познак, внаслідок сполучення яких відбувається стабілізація системи відліку кутів візування, що на відміну від прототипу дозволяє оператору працювати у вільному просторі, зв'язаному з Землею, і не виконувати перерахування кутів візування при коливаннях об'єкта розташування. Сутність запропонованого винаходу складається з того, що в коліматорний візир, що містить об'єктив з маркою, розташованою в фокальній площині об'єктиву, та напівпрозорий відбивач, розміщений на виході об'єктиву похило до його оптичної осі, додатково в фокальній площині об'єктиву розташовано n фокальних рівнів, які містять в собі контрольні шкали та рухомі пухирці, при цьому проекції шкал на горизонтальну площину Землі орієнтовані перпендикулярно горизонтальним осям системи відліку кутів візування, а рухомі пухирці суміщені з нульовими позначками контрольних шкал рівнів. Для стабілізації в просторі вертикальної площини відліку кутів візування число "n" дорівнює 1. Для повної стабілізації у просторі системи відліку кутів візування число "n" дорівнює 2. Порівняльний аналіз запропонованого пристрою та прототипу показує, що запропонований коліматорний візир відрізняється наявністю в його складі блока стабілізації, який має у своєму складі один фокальний рівень для стабілізації однієї площини системи відліку кутів візування або два фокальних рівня для стабілізації всієї системи відліку, при цьому в складі кожного рівня є контрольна шкала та рухомий пухирець, які проецируються в поле зору оператора відповідно, як контрольні та стабілізовані позначки. Таке рішення поставленого завдання дає можливість при сполученні рухомого пухирця з нульовими позначками шкали одного фокального рівня стабілізувати вертикальну площину системи відліку, а при сполученні рухомого пухирця другого фокального рівня з контрольними шкалами стабілізувати всю систему в просторі відносно Землі. У других те хнічних рішеннях галузі оптичного приладобудування такої сукупності не виявлено, що зумовлює великий економічний ефект цієї пропозиції: - підвищення точності відліку кутів візування; - відсутність необхідності проведення обчислювальних операцій; - забезпечення роботи оператора у вільному просторі, зв'язаному з Землею. Докладний опис запропонованого пристрою приведено нижче з посиланням на креслення, де надана наступна інформація: фіг. 1 - блок-схема запропонованого пристрою з одним фіскальним рівнем; фіг. 2 - оптична схема запропонованого пристрою з одним фокальним рівнем; фіг. 3 - оптична схема запропонованого пристрою з одним фокальним рівнем і світлорозподільним блоком; фіг. 4 - розташування проекції позначок в полі зору оператора при використанні в запропонованому пристрої одного фокального рівня; фіг. 5 - блок схема запропонованого пристрою з двома фокальними рівнями; фіг. 6 - розташування проекції позначок в полі зору оператора при використанні в запропонованому пристрої двох фокальних рівнів; фіг. 7 - схема розташування одного та двох фокальних рівнів відносно системи відліку кутів візування. На кресленнях та в тексті застосовані наступні позначення: OXYZ - система відліку кутів віз ування; OXrYrZr - система координат, зв'язана з рухомим об'єктом розташування коліматорного візиру; Dj х, Djz - кутові відхилення системи відліку кутів віз ування відносно горизонтальної площини Землі. Запропонований пристрій представляє собою коліматорний візир з введеною до його складу функціональною стабілізацією систем відліку кутів візування відносно Землі: - стабілізацією однієї вертикальної площини системи відліку; - стабілізацією всієї системи відліку. Розглянемо послідовно дві схеми запропонованих пристроїв. На фіг. 1 представлена блок-схема коліматорного візиру з стабілізацією вертикальної площини системи відліку кутів візування. Цей запропонований пристрій складається з таких блоків: 1 - напівпрозорий відбивач; 2 - об'єктив; 3 - марка візиру; 4 - фокальний рівень; 5 - освітлювальна лампа. Більш летальне розташування складових частин запропонованого пристрою відносно оптичної осі, тобто лінії візування оператора, дано на оптичній схемі фіг. 2. При цьому у запропонованому пристрої може бути застосовано будь-який об'єктив, виконаний за схемою класичного коліматорного об'єктива. На фіг. 2 показано лінзовий об'єктив, описаний в книзі Л.П. Лазарева "Оптико-електронні системи наведення", Москва: Машинобудування, 1989 р. стор. 247-250. Проте класичні схеми коліматорних візирів можуть бути виконані по типу: - дзеркального об'єктива (див. книгу Л.П. Лазарева "Оптико-електронні системи наведення", Москва: Машинобудування, 1989 р. стор. 247250); 3 29166 - дзеркально-лінзовий (В.Т. Бородін, Г.У Рильський "Пілотажний комплекс та системи керування літаків та вертольотів", Москва: Машинобудування, 1978 р. стор. 151-152). Можливі інші схеми коліматорних об'єктивів, наприклад, голографічні та інші. У всіх випадках виконання коліматорного об'єктива на виході його під кутом до оптичної осі розташовано напівпрозорий відбивач 1, а в фокальній площині марка 3 та фокальний рівень 4. При цьому розташування марки та рівня може бути сумісне та освітлене однією лампою 5, як зображено на фіг. 1, фіг. 2, а можуть бути рознесені відносно одне одного відповідно до оптичної схеми фіг. 3 і пролучатися в фокальній площині об'єктива 2 тільки за допомогою додаткової освітлювальної лампи 6 та світлорозподільного блока 7. При цьому ідея виконання коліматорного візиру зі стабілізацією вертикальної площини системи відліку кутів візування не порушується. Марка 3, яка зображена на схемах фіг. 1 фіг. 3, може бути виконана різноманітними способами. Наприклад, у вигляді перехрестя, аналогічно пристрою прототипу. Рівень 4, за допомогою якого відбувається стабілізація вертикальної площини кутів візування відносно Землі, може бути виконаний відповідно з мал. 4.69. або мал. 4.68. (див. М.Я. Крюгер та ін. "Довідник конструктора оптико-механічних приладів", Ленінград: Машинобудування. 1980 р., стор. 252-253). Вибір конструкції рівня визначається вибором конструкції самого коліматорного візиру. Рівень 4 має в своєму складі контрольну шкалу та р ухомий пухирок 9 (див. фіг. 4). При цьому встановлення шкали 8 та рухомого пухирця 9 рівня відбувається таким чином, що проекція шкали на горизонтальну площину Землі орієнтована перпендикулярно одній з горизонтальних осей системи відліку кутів візування, а рухомий пухирець встановлено сумісно з нульовими позначками контрольної шкали рівня, як зображено на фіг. 7. Запропонований коліматорний візир зі стабілізацією вертикальної площини відліку кутів візування (n=1) працює таким чином. Оператор крізь напівпрозорий відбивач 1 (див. фіг. 1 - фіг. 3) спостерігає ціль, а також зображення марки 3 візиру разом з зображенням контрольних шкал та рухомого пухирця рівня 4, які проецируються у поле зору оператора за допомогою блока освітлення 5, об'єктива 2 та відбивача 1. Вигляд поля зору, яке спостерігає оператор під час роботи зображено на фіг. 4. Для накладення марки візиру на ціль оператор повинен відхиляти її тільки у вертикальній площині системи відліку, яка стабілізована в запропонованому пристрої за допомогою рівня 4. На схемі фіг. 7 зображено, що за допомогою рівня 4 стабілізована вертикальна площина ХОY тому, що рівень 4 при сполученні нульових позначок контрольної шкали 8 з рухомим пухирцем 9 не дозволяє цій вертикальній площині коливатися у просторі на кути відхилення цієї рухомої основи ±Djх; займати положення цієї рухомої основи, тобто системи ОXrYrZr, зв'язаної з нею. Таким чином робота оператора із запропонованим візиром складається з того, щоб одночасно з накладенням на ціль перехрестя марки 3, що проектується в полі зору, утримувати пухирець 9 в межах нульових рисок контрольних шкал 8. Прикладом візирних систем, в яких можна стабілізувати тільки одну вертикальну площину відліку в зв'язку з тим, що в них вводиться тільки одна вертикальна поправка для прицілювання, є малогабаритний коліматорний приціл для мисливської рушниці (див. заяву з позитивним рішенням України № 95020874 від 24.02.1995 р.). Другим типом запропонованого пристрою є коліматорний візир з повною стабілізацією системи відліку кутів візування відносно Землі (n=2), блок-схему якого зображено на фіг. 5. Цей запропонований пристрій складається з таких блоків: 1 - напівпрозорий відбивач; 2 - об'єктив; 3 - марка візиру; 4 - фокальний рівень; 5 - освітлювальна лампа. 10 - додатковий фокальний рівень. Як видно зі схеми фіг. 5 запропонований пристрій другого типу (n=2) відрізняється від побудови коліматорного візиру зі стабілізацією вертикальної площини системи відліку кутів візування (пристрій першого типу n=1) тільки одним фокальним рівнем 10, додатково розташованим в фокальній площині об'єктиву 2. В зв'язку з цим описані вище конструктивні особливості пристрою першого типу повністю стосуються пристрою другого тип у, тому розташування рівня 10 розглянуто нижче більш докладно. Рівень 10 може бути виконано у відповідності до мал. 4.69. або мал. 4.68. (див. М.Я. Крюгер та ін. "Довідник конструктора оптико-механічних приладів", Ленінград: Машинобудування. 1980 р., стор. 252 253). Вибір конструкції рівня 10 визначається вибором конструкції рівня 4 для ідентичності роботи оператора при їх сумісному використанні. Рівень 10 має контрольну шкалу 11 та рухомий пухирець 12 (див. фіг. 6). При цьому розташування контрольної шкали 11 та рухомого пухирця 12 відбувається таким чином, що проекція шкали на горизонтальну площину Землі орієнтована перпендикулярно другій горизонтальній осі системи відліку кутів візування, а рухомий пухирець цього рівня сполучено з нульовими позначками контрольної шкали, як зображено на фіг. 7. Таким чином проекції контрольних шкал дво х рівнів 4 та 10 перпендикулярні одна одній, а також проецируються в полі зору оператора (див. фіг. 6). Запропонований коліматорний візир другого типу з повною стабілізацією системи відліку кутів візування працює таким чином. Оператор крізь напівпрозорий відбивач (див. фіг. 5) спостерігає ціль, а також зображення марки 3 візиру сумісно з зображенням контрольних шкал та рухомих пухирців рівнів 4 і 10, які проецируються в полі зору оператора за допомогою приладу освітлення 5, об'єктиву 2 та відбивача 1. Вигляд поля зору, яке спостерігає оператор під час роботи, показано на фіг. 6. 4 29166 Для накладення марки візиру на ціль оператор може відхиляти її в будь-якій площині системи відліку в зв'язку з її повною стабілізацією. При цьому кути візування вимірюються в земній системі координат і не потребують переобліку в зв'язку з коливаннями рухомої основи ±Djх; Djz. На схемі фіг. 7 показано як відбувається стабілізація системи відліку. За допомогою рівня 4 стабілізована площина системи відліку XOY, тому що рівень 4 при сполученні нульових рисок контрольної шкали 8 пухирцем 9 не дозволяє цій вертикальній площині коливатися в просторі на кути відхилення рухомої основи ±Djх та займати положення цієї рухомої основи, тобто системи OXrYrZr, зв'язаної з нею. При наявності другого рівня 10, оператор одночасно стабілізує і другу вертикальну площину системи відліку OYZ, отже і всю систему. Рівень 10 при сполученні нульових рисок контрольної шкали 11 з рухомим пухирцем 12 не дозволяє цій площині YOZ відхилятися у просторі на кути коливань рухомої основи ±Djz та займати відповідне положення цієї рухомої основи, тобто системи OXrYrZr, зв'язаної з ним. Таким чином робота оператора із запропонованим коліматорним візиром полягає в тому, щоб одночасно з накладанням на ціль проектуємої в поле зору марки утримувати пухирці першого і другого рівнів в межах нульових позначок відповідних контрольних шкал. При цьому належить відмітити, що замість двох рівнів в пристрої другого типу може бути застосований один двокоординатний рівень сферичного типу, який складається з двох взаємно перпендикулярних контрольних шкал та одного рухомого пухирця. Аналіз структурної схеми побудови запропонованого пристрою, тобто коліматорного візиру зі стабілізацією системи відліку кутів візування показує, як широко можна його використати у різних галузях при малих габаритах та вазі. При цьому повністю усуваються хиби пристрою-прототипу, які зумовлені відсутністю стабілізації системи відліку. Таким чином застосування запропонованого пристрою дає великий економічний ефект, зумовлений підвищенням точності візирних пристроїв, усунення трудомістких обрахунків по обчисленню коливань об'єкта розташування, що приводить до розширення галузі застосування коліматорних візирів за рахунок вводу малогабаритних каналів стабілізації системи відліку в оптичних схемах візирів розглядаємого типу. Фіг. 1 5 29166 Фіг. 2 Фіг. 3 6 29166 Фіг. 4 Фіг. 5 Фіг. 6 7 29166 Фіг. 7 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ __________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 __________________________________________________________ 8