Голографический прицел и устройство записи голограммы прицельного знака
Полезная модель относится к топографическим прицелам, формирующим мнимое изображение прицельного знака, и к устройствам для записи голограмм прицелов.
Предлагается голографический прицел, формирующий в пространстве прицеливания многокомпонентное мнимое изображение прицельного знака. Прицел включает несколько полупроводниковых источников света с отличающимися длинами волн излучения, которое далее коллимируется, голограмму с изображениями прицельного знака, ахроматизирующую голографическую дифракционную решетку. Ахроматизирующая дифракционная решетка обеспечивает стабильность положения наблюдаемого изображения прицельного знака в условиях температурного ухода длины волны света источника, а также компенсирует дисперсионное размытие изображения при использовании источников света с относительно широкой спектральной полосой излучения. Использование отличающихся цветом излучения источников обеспечивает формирование соответствующих цветных компонентов изображения прицельного знака в пространстве прицеливания в различных плоскостях пространства прицеливания, которые могут наблюдаться как одновременно, так и по отдельности. В прицеле предусмотрена возможность оперативного смещения компонентов изображения прицельного знака по линии прицеливания путем осевого смещения источников света.
Предлагается также устройство записи изображающей голограммы с использованием в предметном канале транспаранта прицельного знака с диффузором перед транспарантом и объектива, формирующего предметный пучок на фотопластинке. Устройство записи обеспечивает получение изображающей голограммы, формирующей в прицеле на длине волны используемого излучения несколько компонентов изображения прицельного знака, расположенных в различных плоскостях в пространстве прицеливания. В устройство записи введен механизм смещения диффузора.. Это обеспечивает запись единичного компонента изображения прицельного знака в 2-3 экспозиции со смещенным для каждой экспозиции положением диффузора, что дает повышение четкости наблюдаемого единичного изображения прицельного знака.
Область техники
Техническое решение относится к топографическим прицелам, формирующим мнимое изображение прицельного знака, и к устройствам для записи голограмм прицелов.
Уровень техники
Известны топографические 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 of Dec. 3, 2002 [1]) или комбинации призм с дифракционной решеткой (US No. 5,483,362 of Jan. 9, 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 является топографический прицел (US No. 2006/0164704 A1 of Jul. 27, 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 топография, изд. «Мир», М., 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 не четкими.
Сущность полезной модели.
Первой задачей полезной модели является создание голографического прицела с устранением недостатков аналогов.
Техническим результатом полезной модели является формирование в пространстве прицеливания многокомпонентного изображения прицельного знака, содержащего компоненты различных цветов и возможностью раздельного смещения цветовых компонентов изображения прицельного знака вдоль линии прицеливания;
Второй задачей полезной модели является создание устройства записи изображающей голограммы для формирования мнимого изображения прицельного знака в голографическом прицеле по п.1.
Техническим результатом полезной модели является возможность записи 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, а также 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, при этом каждый источник света содержит механизм смещения по оптической оси относительно передней фокальной плоскости коллимирующего объектива.
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, и механизм смещения диффузора относительно транспаранта прицельного знака, при этом запись голограммы единичного компонента изображения прицельного знака производят в несколько последовательных экспозиций, в каждой из которых диффузор находится в положении, произвольно смещенном относительно положений при других экспозициях.
Описание полезной модели и фигур.
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 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.
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 
2a, 2b, 2c), 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 микро диафрагма 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 топографического 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.
Формирование в голографическом прицеле изображающей голограммой 7 многокомпонентного мнимого изображения прицельного знака от единичного источника света обеспечивается устройством записи изображающей голограммы (фиг.2). 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.2 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.
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 F 3 объектива. Перед транспарантом по ходу лучей установлены положительная линза 10 и диффузор 11, вместе при условии формирования линзой 10 изображения источника света в центре объектива 13 обеспечивающие равномерное использование света от всех точек транспаранта при равномерном заполнении апертуры объектива.
Смещение 
mp 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.
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 топографических 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.
Результатом использования предложенных в заявке технических решений является создание топографического 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.
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 в прицеле дополнительно установлены один или несколько полупроводниковых источников света с отличающимися длинами волн в максимумах спектральных полос их излучения и объединяющая излучение этих источников зеркальная оптическая система, расположенная между источниками света и коллимирующим объективом; каждый источник излучения содержит механизм смещения вдоль оптической оси относительно передней фокальной плоскости коллимирующего объектива.
2. Устройство записи голограммы прицельного знака для голографического прицела, содержащее 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, отличающееся тем, что между фотопластинкой и транспарантом прицельного знака в предметном канале установлен объектив, причем транспарант располагается по ходу лучей за передней фокальной плоскостью объектива, и содержит механизм смещения транспаранта по оптической оси предметного канала и механизм смещения диффузора относительно транспаранта прицельного знака, при этом запись голограммы единичного компонента изображения прицельного знака производят в несколько последовательных экспозиций, в каждой из которых диффузор находится в положении, произвольно смещенном относительно положений при других экспозициях.
