CZ2013129A3

CZ2013129A3 - Puškohled s proměnným zvětšením

Info

Publication number: CZ2013129A3
Application number: CZ2013-129A
Authority: CZ
Inventors: Antonín Mikš; Jiří Novák; Pavel Novák
Original assignee: ÄŚeskĂ© vysokĂ© uÄŤenĂ technickĂ© v Praze - fakulta stavebnĂ
Priority date: 2013-02-21
Filing date: 2013-02-21
Publication date: 2014-02-12
Also published as: CZ304284B6

Abstract

Optická soustava puškohledu s proměnným zvětšením je tvořena třemi optickými členy (1, 2, 3) a okulárem (4) ležícími na společné optické ose. Optické členy (1, 2, 3) jsou tvořeny jednou nebo více čočkami, z nichž alespoň jedna je čočka s plynule proměnnou ohniskovou vzdáleností. Vzdálenost (p´) roviny (.pi.´) obrazu vstupní pupily, vytvořené třemi optickými členy (1, 2, 3), od třetího optického členu (3), vzdálenost (p´´) roviny (.pi.´´) výstupní pupily od okuláru (4) a vzdálenost (s´) obrazové roviny (.ksi.´) od třetího optického členu (3) jsou pro zvolený rozsah hodnot zvětšení .GAMA.[.GAMA..sub.min.n., .GAMA..sub.max.n.] puškohledu konstantní. Zároveň je konstantní i vzdálenost (d.sub.1.n.) mezi prvním optickým členem (1) a druhým optickým členem (2), jakož i vzdálenost (d.sub.2.n.) mezi druhým optickým členem (2) a třetím optickým členem (3). Lámavosti (.fi..sub.1.n.), (.fi..sub.2.n.), (.fi..sub.3.n.) jednotlivých optických členů (1, 2, 3) puškohledu pro různá zvolená zvětšení (.GAMA.) a celková lámavost (.fi.) soustavy tří optických členů (1, 2, 3) pro zvolené zvětšení .GAMA. puškohledu a pro ohniskovou f.sub.4.n.´ použitého okuláru (4) jsou dány matematickými rovnicemi, uvedenými v patentovém nároku.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká optické soustavy puškohledu s proměnným zvětšením, který se skládá z optických členů s plynule proměnnou ohniskovou vzdáleností, které se při změně zvětšení neposouvají a zaujímají pevné místo v prostoru, a jejíž pozice roviny výstupní pupily a obrazové roviny zůstává neměnná pro různá zvětšení.

Dosavadní stav techniky

Puškohledy zaujímají významné postavení mezi teleskopickými optickými soustavami na trhu vzhledem k jejich masovému využití u střelných zbraní v oblasti sportovní i vojenské optiky. Optická soustava klasického puškohledu je tvořena objektivem, za kterým následuje převracecí soustava a okulár. Objektiv je nejčastěji tvořen tmeleným dubletem a u kvalitnějších puškohledů tripletem, složeným z tmeleného dubletu a z jednoduché čočky. Převracecí soustava je tvořena dvěma tmelenými dublety, které se v případě puškohledů s proměnným zvětšením vzájemně pohybují tak, aby poloha obrazu, vytvořeného objektivem a převracecí soustavou, zůstávala konstantní. Klasická konstrukce puškohledů, která je dnes komerčně nabízena, má několik nevýhod. Zejména se jedná o nutnost složité mechanické konstrukce, kde se dva členy převracecí soustavy musí velmi přesně pohybovat po nelineárních drahách, také mechanické dílce, ve kterých jsou uchyceny optické členy převracecí soustavy, musí být vyrobeny přesně, aby nedocházelo k rozostření obrazu při změně zvětšení puškohledu. Při změně zvětšení u těchto typů puškohledů dochází také k tomu, že poloha výstupní pupily za okulárem při změně zvětšení není konstantní a v určitých mezích se mění. Tyto zmiňované nedostatky odstraňuje navrhované řešení dle tohoto návrhu, kde nedochází k mechanickým pohybům jednotlivých členů, poloha výstupní pupily a obrazové roviny se při změně zvětšení nemění a zůstávají v konstantní vzdálenosti od okuláru, což současné typy puškohledů neumožňují.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nevýhody nutnosti přesného mechanického posuvu optických členů puškohledu, složité optomechanické konstrukce a nezachování polohy výstupní pupily při změně zvětšení odstraňuje puškohled s proměnným zvětšením podle předkládaného vynálezu.

Podstatou nového řešení je, že optická soustava puškohledu je tvořena třemi optickými členy a okulárem ležícími na společné optické ose. Optické členy jsou tvořeny jednou nebo více čočkami, z nichž alespoň jedna je čočka s plynule proměnnou ohniskovou vzdáleností. Vzdálenost p' roviny π' obrazu vstupní pupily, vytvořené těmito třemi optickými členy od třetího optického členu, jakož i vzdálenost p roviny π výstupní pupily od okuláru a vzdálenost s' obrazové roviny ξ' od třetího optického členu, jsou pro zvolený rozsah hodnot zvětšení fe [r_min,r_max] puškohledu konstantní. Zároveň je také konstantní i vzdálenost di mezi prvním a druhým optickým členem a vzdálenost d₂ mezi druhým a třetím optickým členem. Lámavosti <pi, φ2, Ψ3 jednotlivých optických členů puškohledu pro různá zvolená zvětšení Γ jsou dány vztahy:

, (p(s’- p')(d₂ + tpdg;') ¹ d,[pg²s'(p'~s')-l· p’]' _d₂+d₂-(pps'-p'/<p(p'-s') d_xd₂ , d₂+(p(s' -ρ'/^-φά^) d₂ d₂[p<p²s'(p' -/) + P'] kde p je vzdálenost středu vstupní pupily puškohledu od prvního optického členu a φ je celková lámavost soustavy tří optických členů, která je pro zvolené zvětšení Γ puškohledu a pro ohniskovou vzdálenost /₄' použitého okuláru dána vztahem:

Výhodou uvedeného řešení je, že při změně zvětšení puškohledu je poloha tří optických členů neměnná a není tedy třeba konstruovat a vyrábět složitou mechaniku, tak jak je tomu u stávajících klasických puškohledů. Další výhodou je to, že polohy výstupní pupily a obrazové roviny se při změně zvětšení nemění a zůstávají v konstantní vzdálenosti od okuláru, což současné typy puškohledů neumožňují. Navrhované řešení odstraňuje nedostatky dřívějších řešení, kde se dva členy optické soustavy puškohledů musely vzhledem k sobě posouvat podél optické osy, zatímco v uvedeném řešení se členy optické soustavy neposouvají a zaujímají pevné místo v prostoru. Tímto řešením je též zjednodušena optomechanická konstrukce, může být snížena celková délka puškohledů a též je principiálně možno dosáhnout větších rozsahů zvětšení.

Objasnění výkresů

Puškohled s proměnným zvětšením a s neměnnou pozicí výstupní pupily je schematicky uveden na přiloženém výkrese.

Příklady uskutečnění vynálezu

Na přiloženém výkrese je příkladně znázorněno jedno z možných řešení tohoto puškohledů, a to puškohled tvořený čtyřmi optickými členy, umístěnými na společné optické ose. První tři optické členy mají plynule proměnnou ohniskovou vzdálenost resp. lámavost a čtvrtý člen představuje klasický okulár. Jedná se o první optický člen 1, který má lámavost druhý optický člen 2 mající lámavost (£2, třetí optický člen 3 s lámavostí (£>3 a čtvrtý optický člen, kterým je okulár 4 s lámavostí (£>4Každý z optických členů 1, 2 a 3 může být tvořen jednou nebo více čočkami, z nichž alespoň jedna má plynule proměnnou ohniskovou vzdálenost. Bod P je střed výstupní pupily, bod P' je obraz středu vstupní pupily vytvořený třemi optickými členy 1> 2, 3_optické soustavy, bod P je střed vstupní pupily optické soustavy puškohledů a spojnice těchto bodů je optická osa optické soustavy. Bod A' je obrazem osového bodu pozorovaného předmětu vytvořený prvními třemi optickými členy 1, 2 a 3 optické soustavy. Poloha roviny vstupní pupily π, roviny výstupní pupily π, roviny obrazu středu vstupní pupily π a roviny obrazu předmětu vytvořeného prvními třemi členy optické soustavy puškohledu, zůstává neměnná při změně zvětšení, jež je realizována změnou lámavostí tří optických členů 1, 2, 3 optické soustavy puškohledu, jejichž vzájemná pozice je konstantní. To znamená, že vzdálenost di mezi prvním optickým členem 1 a druhým optickým členem 2 a vzdálenost d₂ mezi druhým optickým členem 2 a třetím optickým členem 3 je neměnná. Vzdálenost £ bodu XV od třetího optického členu 3, vzdálenost £ bodu P' od třetího optického členu 3 a vzdálenost p bodu P od okuláru 4 jsou pro zvolený rozsah hodnot zvětšení Γ e[r_min,T_max] puškohledu konstantní, tj. nezávislé na zvětšení puškohledu. Při splnění této podmínky je také poloha bodu P středu výstupní pupily konstantní, tj. nezávislá na zvětšení puškohledu. Dále jsou zde vyznačeny vzdálenosti mezi jednotlivými členy optické soustavy puškohledu, a to d± mezí prvním optickým členem a druhým optickým členem 2, cfemezi druhým optickým členem 2 a třetím optickým členem 3.

Při realizaci tohoto řešení se předem volí vzdálenost dy mezi prvním optickým členem 1 a druhým optickým členem 2 objektivu a vzdálenost d₂ mezi druhým optickým členem 2 a třetím optickým členem 3 objektivu. Tyto vzdálenosti se poté nemění. Podle požadavků kladených na výslednou optickou soustavu puškohledu, tj. podle toho, kde se má nacházet rovina výstupní pupily π se také zvolí vzdálenost š roviny obrazu předmětu, vytvořené prvními třemi optickými členy 1, 2 a 3 optické soustavy puškohledu, od třetího optického členu 3, vzdálenost p roviny vstupní pupily od optického prvního členu 1 a vzdálenost p’ roviny výstupní pupily od třetího optického členu 3. Dále se zvolí rozsah hodnot zvětšení objektivu Γ e [r_min,T_maJ, při kterém má puškohled pracovat a splňovat na něj kladené požadavky. V závislosti na ohniskové vzdálenosti použitého okuláru 4 se poté vypočte ohnisková vzdálenost f' resp. lámavost φ = 1/ f optické soustavy nacházející se před okulárem 4, to je soustavy optických členů 1, 2, 3, ze vztahu pro zvětšení Γ teleskopické soustavy puškohledu _ tanro' __f_ táno /₄' ’ kde ω je úhel, jež svírá hlavní paprsek, to je paprsek procházející středem vstupní pupily optické soustavy, s optickou osou puškohledu v předmětovém prostoru a ω' je úhel, který svírá hlavní paprsek s optickou osou puškohledu v obrazovém prostoru za okulárem 4. Z výše uvedeného tedy pak vyplývá pro celkovou lámavost φ optické soustavy

Na základě takto předem zvolených zobrazovacích parametrů se pro každou hodnotu zvětšení Γ z intervalu [r_min,r_max] vypočítávají lámavosti g>i, £2, 23 jednotlivých optických členů 1, 2, 3 s proměnnou ohniskovou vzdáleností. Lámavosti 2i, 22, 23 jednotlivých optických členů 1, 2, 3 optické soustavy puškohledu pro různá zvětšení Γ jsou dány následujícími vztahy:

¹ d_x d_x[p<p²s'(p' - s') + p’}' _m VPs' ~ P'! <P(p' ~ Δ *

_| d₂+(p(s'-p')(d_x-(pd₂p) d₂ d₁[pp²s\p'-s'} + p'\ kde p je vzdálenost středu vstupní pupily puškohledu od prvního optického členul, předmět se nachází v nekonečnu a φ je celková lámavost soustavy tří optických členů 1, 2 a 3 puškohledu. Obvykle se střed vstupní pupily ztotožňuje s polohou středu prvního optického členu 1 optické soustavy (p = 0). Při výpočtu parametrů tří optických členů 1, 2, 3 optické soustavy se postupuje tedy tak, že se zvolí hodnoty: Φ, s'> β, £L' gh a dz a z uvedených vztahů se pak vypočítají lámavosti ^ι, φ? a ¢3 tří optických členůl, 2, 3 optické soustavy před okulárem 4. Tento postup se opakuje pro různé hodnoty lámavosti φ resp. ohniskové vzdálenosti f'= 7/φ, přičemž hodnoty veličin s_', p, p_', d± a dg zůstávají konstantní.

Tyto lámavosti 21, 22, 23_tří optických členů 1, 2, 3 jsou nastavovány pomocí aktivních čoček s plynule měnitelnou lámavosti. Takto je zabezpečeno, že při změně zvětšení optické soustavy puškohledu zůstává obraz stále ostrý, poloha výstupní pupily se nemění a zároveň nedochází ke změně polohy jednotlivých optických členů puškohledu.

Změna zvětšení Γ optické soustavy puškohledu se realizuje pomocí změny ohniskové vzdálenosti resp. lámavosti tří optických členů 1, 2, 3 soustavy puškohledu ) před okulárem 4. Optické členy^., 2, 3 jsou, jak bylo uvedeno, tvořeny alespoň jednou čočkou s plynule proměnnou ohniskovou vzdáleností, jež funguje například na bázi kapalinových elektroaktivních čoček, u kterých se ohnisková vzdálenost dá pomocí elektromagnetického pole plynule měnit bez změny jejich pozice či geometrického uspořádání. Aktivní členy s plynule měnitelnou ohniskovou vzdáleností mohou být konstruovány i na jiných principech, např. na bázi membránových kapalinových čoček, čoček z tekutých krystalů, apod.

Průmyslová využitelnost

Optická soustava puškohledu podle vynálezu najde uplatnění zejména v oblasti sportovní a vojenské optiky jako součást zaměřovačích systémů střelných zbraní.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

Optická soustava puškohledu s proměnným zvětšením vyznačující se tím, že je tvořena třemi optickými členy (1,2,3) a okulárem (4) ležícími na společné optické ose, kde první optický člen (1), druhý optický člen (2) a třetí optický člen (3) jsou tvořeny jednou nebo více čočkami, z nichž alespoň jedna je čočka s plynule proměnnou ohniskovou vzdáleností a kde vzdálenost (p) roviny (π') obrazu vstupní pupily, vytvořené třemi optickými členy (1,2,3), od třetího optického členu (3), vzdálenost (p”) roviny (π) výstupní pupily od okuláru (4) a vzdálenost (s') obrazové roviny (ξ') od třetího optického členu (3) jsou pro zvolený rozsah hodnot zvětšení Te [r_min,r_max] puškohledu konstantní, a zároveň je konstantní i vzdálenost (di) mezi prvním optickým členem (1) a druhým optickým členem (2), jakož i vzdálenost (d₂) mezi druhým optickým členem (2) a třetím optickým členem (3), přičemž lámavosti (φι), (φ₂), (q>3) jednotlivých optických členů (1,2,3) puškohledu pro různá zvolená zvětšení (Γ) jsou dány vztahy:

¢, ¹ , <P(s'~ p'fid₂ + ydfi) ¹ íZ] d_}[p<p²s'(p'-s’) +p']' _d_}-\-d₂-(pps' - p' / φ(ρ' - sj ďf

1 ! d₂+(p(s’- p’)(d_x-(pd₂p) d₂ d₂[p<p²s\p'-s') + p'] ' kde (p) je vzdálenost středu vstupní pupily puškohledu od prvního optického členu (1) a φ je celková lámavost soustavy tří optických členů (1,2,3), která je pro zvolené zvětšení Γ puškohledu a pro ohniskovou vzdálenost použitého okuláru (4) dána vztahem: