RU2355989C1 - Method of compensating aiming mark position change and holographic collimating sight - Google Patents
Method of compensating aiming mark position change and holographic collimating sight Download PDFInfo
- Publication number
- RU2355989C1 RU2355989C1 RU2007136061/02A RU2007136061A RU2355989C1 RU 2355989 C1 RU2355989 C1 RU 2355989C1 RU 2007136061/02 A RU2007136061/02 A RU 2007136061/02A RU 2007136061 A RU2007136061 A RU 2007136061A RU 2355989 C1 RU2355989 C1 RU 2355989C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical element
- diffraction grating
- sight
- holographic
- hologram optical
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к голографическим коллиматорным прицелам, формирующим мнимое изображение прицельного знака в бесконечности с помощью голограммного оптического элемента (ГОЭ).The invention relates to holographic collimator sights, forming an imaginary image of the sighting mark at infinity using a hologram optical element (GOE).
Уровень техникиState of the art
Обычные коллиматорные прицелы состоят из телескопической оптической системы (телескопической трубы), в фокальной плоскости объектива которой установлена прицельная марка (обычно светящаяся точка), изображение которой в свою очередь рассматривается глазом стрелка через окуляр. В процессе прицеливания глаз стрелка вплотную устанавливается к окуляру телескопической трубы, и изображение цели рассматривается через трубу, имеющую соответствующее увеличение. Обычно увеличение коллиматорного прицела такое, что поле зрения, в котором наблюдаются цель и изображение прицельного знака-метки, мало (несколько градусов). Это приводит к тому, что значительное влияние на процесс прицеливания оказывают вибрации рук и оружия, воздушные колебания и др. Это в свою очередь приводит к тому, что положение стрелка в процессе прицеливания должно быть строго статическое и невозможно обеспечить прицеливание в «динамике».Conventional collimator sights consist of a telescopic optical system (telescopic tube), in the focal plane of the lens of which there is an aiming mark (usually a luminous dot), the image of which in turn is examined by the eye of an arrow through the eyepiece. In the process of aiming the eyes, the arrow is closely mounted to the eyepiece of the telescopic tube, and the image of the target is viewed through a tube having a corresponding increase. Usually an increase in the collimator sight is such that the field of view in which the target and the image of the aim mark are observed are small (several degrees). This leads to the fact that vibration of the arms and arms, air vibrations, etc. have a significant impact on the aiming process. This, in turn, leads to the fact that the position of the shooter in the process of aiming must be strictly static and it is impossible to ensure aiming in the "dynamics".
В этом смысле голографический коллиматорный прицел обеспечивает процесс прицеливания в «динамике», так как глаз стрелка не надо устанавливать вплотную к прицелу, а можно смотреть через него на любом расстоянии, как в «окно», и видеть прицельный знак в бесконечности, что для динамической стрельбы очень важно. Таким образом, реализуется значительное преимущество голографического коллиматорного прицела - легкость процесса прицеливания.In this sense, the holographic collimator sight provides the aiming process in “dynamics”, since the shooter's eye does not need to be installed close to the sight, but you can look through it at any distance, like in a “window”, and see the aiming mark at infinity, which is for dynamic firing is very important. Thus, a significant advantage of the holographic collimator sight is realized - the ease of the aiming process.
Создание нового прицельного устройства, такого как голографический коллиматорный прицел, предполагает увеличение углового поля зрения, минимизации габаритов и массы оптических элементов за счет использования голограммных оптических элементов в коллимирующей системе канала ввода дополнительной информации.The creation of a new sighting device, such as a holographic collimator sight, involves increasing the angular field of view, minimizing the size and mass of the optical elements through the use of hologram optical elements in the collimating system of the input channel for additional information.
Были предложены различные варианты решения этой проблемы в зарубежных и отечественных образцах голографических коллиматорных прицелов.Various options have been proposed for solving this problem in foreign and domestic samples of holographic collimator sights.
В патенте (Салахутдинов В.К. Голографический прицел. Патент Российской Федерации №2034321 от 30.04.95 г. [1]) описано устройство голографического коллиматорного прицела, содержащего голограммный оптический элемент (ГОЭ), при подсветке которого лазерным излучением в бесконечности восстанавливается прицельная марка. Отличительная особенность данного прицела состоит в том, что ГОЭ является отражательной и синтезированной из оптически прозрачных слоев с разными показателями преломления. Это же является и главным недостатком данной системы, поскольку подсветка ГОЭ осуществляется под малым углом (менее 10°) в направлении цели, в результате чего часть излучения проходит через голограммный оптический элемент и демаскирует стрелка.The patent (VK Salakhutdinov. Holographic Sight. Patent of the Russian Federation No. 2034321 of April 30, 1995 [1]) describes a device for a holographic collimator sight containing a hologram optical element (GOE), when the illumination is restored by laser radiation at infinity, the aim mark is restored . A distinctive feature of this sight is that the GOE is reflective and synthesized from optically transparent layers with different refractive indices. This is also the main disadvantage of this system, since the backlighting is illuminated at a small angle (less than 10 °) in the direction of the target, as a result of which part of the radiation passes through the hologram optical element and the arrow unmasks.
В патенте (Anthony М. Tai, Northville; Juris Upatnieks; Eric J. Sieczka, both of Ann Arbor, all of Mich. Compact holographic sight, Patent USA No 5483362 of Jan. 09, 1996 [2]) представлена схема голографического коллиматорного прицела, в котором все элементы установлены в отдельных креплениях на общем основании. Схема содержит лазерный источник, излучение от которого после прохождения через линзу и ахроматизатор освещает ГОЭ, с которой восстанавливается прицельная метка. Линза формирует параллельный пучок, а ахроматизатор обеспечивает постоянство положения прицельного знака при изменении длины волны вследствие температурных воздействий. Также в прицеле предусмотрены регулировка яркости и юстировка для выверки положения прицельного знака. Прицел может также за счет наклонного пучка или дополнительных оптических элементов превращать эллиптический пучок, испускаемый лазерным диодом, в пучок круглого сечения для обеспечения равномерной засветки ГОЭ. Кроме того, для компактификации схемы предложено применять различные оптические схемы, содержащие призмы. При этом можно изменять угол падения излучения на ГОЭ (а, следовательно, и схему получения голограммного оптического элемента) для достижения того, чтобы нулевой порядок составлял больший угол с первым (рабочим) порядком. Это необходимо для удобства пользования прицелом в случае, когда глаз стрелка располагается близко от ГОЭ. Однако при изменении длины волны изменяется коэффициент преломления призмы, что приводит к некоторому изменению угла падения на ГОЭ. Поскольку закон изменения коэффициента преломления призмы при изменении длины волны нелинеен, учесть его не представляется возможным. Недостатком данной схемы является то, что все компоненты расположены на одной прямой, вследствие чего существенно увеличивается продольный габарит прицела и его невозможно использовать на пистолете, а большое количество юстировок усложняет конструкцию и процесс настройки всего прицела.Patent (Anthony M. Tai, Northville; Juris Upatnieks; Eric J. Sieczka, both of Ann Arbor, all of Mich. Compact holographic sight, Patent USA No 5483362 of Jan. 09, 1996 [2]) presents a holographic collimator scope design , in which all the elements are installed in separate fixtures on a common basis. The circuit contains a laser source, the radiation from which, after passing through the lens and achromatizer, illuminates the GOE, from which the aim mark is restored. The lens forms a parallel beam, and the achromatizer ensures a constant position of the aiming mark when the wavelength changes due to temperature effects. Also, the sight provides brightness adjustment and adjustment to align the position of the sighting mark. The sight can also, due to an inclined beam or additional optical elements, turn an elliptical beam emitted by a laser diode into a round beam to ensure uniform illumination of the GOE. In addition, it was proposed to use various optical schemes containing prisms to compactify the scheme. In this case, it is possible to change the angle of incidence of radiation at the GOE (and, consequently, the scheme for obtaining a hologram optical element) to achieve that the zeroth order makes up a larger angle with the first (working) order. This is necessary for the convenience of using the sight when the eye of the arrow is located close to the GOE. However, with a change in the wavelength, the refractive index of the prism changes, which leads to some change in the angle of incidence on the GOE. Since the law of variation of the refractive index of a prism with a change in wavelength is nonlinear, it is not possible to take it into account. The disadvantage of this scheme is that all components are located on one straight line, as a result of which the longitudinal dimension of the sight increases significantly and cannot be used on the gun, and a large number of adjustments complicates the design and the process of setting up the entire sight.
Схема прицела, представленная в (Шойдин С.А., Кондаков В.Ю. Прицел голографический. Патент Российской Федерации №2210713 от 20.08.2003 г, [4]), отличается от схемы, рассмотренной в [2], тем, что после источника излучения установлена фокусирующая линза и микродиафрагма. Микродиафрагма обеспечивает высокое разрешение изображения прицельной метки при использовании источника излучения с большими угловыми размерами светящегося тела. Линза для снижения потерь фокусирует излучение на точечной диафрагме. При размерах тела излучения существующих лазерных диодов, которые применяются в системах подобного типа, нет необходимости в таком усложнении конструкции, а качество восстанавливаемого без микродиафрагмы изображения прицельного знака позволяет отчетливо наблюдать как сам прицельный знак, так и цель на фоне местности. Поэтому в качестве основного недостатка следует отметить сложность конструкции, большие габариты и вес прицела.The scope scheme presented in (Shoidin S.A., Kondakov V.Yu. Holographic scope. Patent of the Russian Federation No. 2210713 dated 08.20.2003, [4]) differs from the scheme considered in [2] in that after The radiation source has a focusing lens and a micro diaphragm. The micro-diaphragm provides a high resolution image of the aiming mark when using a radiation source with large angular dimensions of the luminous body. A lens to reduce losses focuses the radiation on a point aperture. With the dimensions of the radiation body of existing laser diodes, which are used in systems of a similar type, there is no need for such a complication of the design, and the quality of the aiming mark image restored without a micro-diaphragm allows you to clearly observe both the aiming mark itself and the target against the background of the terrain. Therefore, the main drawback is the complexity of the design, large dimensions and weight of the sight.
Наиболее близким из аналогов к предлагаемому голографическому коллиматорному прицелу является прицел, описанный в патенте (Anthony M. Tai, Northville, MI (US); Eric J. Sieczka, Saline, MI (US). Lightweight holographic sight, Patent USA No 6490060 of Dec. 03, 2002, [5]) и принятый в качестве прототипа.The closest analogue to the proposed holographic collimator scope is the scope described in the patent (Anthony M. Tai, Northville, MI (US); Eric J. Sieczka, Saline, MI (US). Lightweight holographic sight, Patent USA No. 6490060 of Dec . 03, 2002, [5]) and adopted as a prototype.
В этом патенте оптическая схема голографического прицела (фиг. 1) включает в себя последовательно установленные вдоль оптической оси лазерный диод, поворотное плоское зеркало, внеосевое сферическое зеркало, голограммную отражающую дифракционную решетку и голограммный оптический элемент.In this patent, the optical scheme of the holographic sight (Fig. 1) includes a laser diode sequentially mounted along the optical axis, a rotary flat mirror, an off-axis spherical mirror, a hologram reflective diffraction grating, and a hologram optical element.
При этом внеосевое сферическое зеркало выполнено в виде оптической детали с двумя сферическими поверхностями с различными радиусами кривизны, причем на передней сферической поверхности нанесено просветляющее покрытие (на соответствующую длину волны лазерного излучения), а на заднюю сферическую поверхность нанесено отражающее (обычно алюминиевое) покрытие. Радиусы кривизны и показатель преломления оптической детали коллимирующего зеркала рассчитаны на минимум сферической аберрации, что позволяет формировать коллимированный пучок лазерного излучения с требуемой степенью расходимости.In this case, an off-axis spherical mirror is made in the form of an optical part with two spherical surfaces with different radii of curvature, with an antireflection coating (at the appropriate laser wavelength) applied to the front spherical surface and a reflective (usually aluminum) coating applied to the rear spherical surface. The radii of curvature and the refractive index of the optical part of the collimating mirror are designed to minimize spherical aberration, which allows the formation of a collimated laser beam with the required degree of divergence.
Голограммная отражающая дифракционная решетка предназначена для компенсации изменения длины волны излучения лазерного диода, вызванное изменением температуры прицела и окружающей его среды.The hologram reflective diffraction grating is designed to compensate for changes in the wavelength of the radiation of the laser diode caused by changes in the temperature of the sight and its environment.
ГОЭ предназначен для формирования прицельного знака в бесконечности путем восстановления соответствующей волны света при его освещении коллимированным лазерным излучением. В свою очередь ГОЭ устанавливается между двумя плоскими оптическими стеклами, служащими для защиты ГОЭ от пыли, царапин и др. воздействий.GOE is designed to form an aiming mark at infinity by restoring the corresponding wave of light when it is illuminated by collimated laser radiation. In turn, the GOE is installed between two flat optical glasses, which serve to protect the GOE from dust, scratches and other influences.
Недостатками указанного голографического коллиматорного прицела являются:The disadvantages of this holographic collimator sight are:
1. изготовление коллимирующего зеркала в виде одной оптической детали из стекла с двумя сферическими поверхностями не позволяет минимизировать сферическую аберрацию для обеспечения требуемой расходимости лазерного излучения при освещении ГОЭ. Это приводит к дополнительным аберрациям голограммы и увеличению параллакса прицельного знака при ее восстановлении;1. the manufacture of a collimating mirror in the form of a single optical part made of glass with two spherical surfaces does not allow minimizing spherical aberration to ensure the required divergence of the laser radiation when illuminating the GOE. This leads to additional hologram aberrations and an increase in the parallax of the reticle when it is restored;
2. установка ГОЭ между двумя стеклянными пластинами приводит к дополнительным переотражениям в воздушных промежутках между ГОЭ и пластинами и к появлению паразитной интерференции, следовательно, к искажениям при восстановлении прицельного знака в бесконечности;2. the installation of the GOE between two glass plates leads to additional re-reflections in the air gaps between the GOE and the plates and to the appearance of spurious interference, therefore, to distortions when restoring the aiming mark at infinity;
3. установка одной ахроматизирующей отражающей дифракционной решетки между коллимирующим зеркалом и голограммным оптическим элементом позволяет скомпенсировать уход углового положения прицельного знака в голографическом коллиматорном прицеле при восстановлении прицельного знака на расстояниях до 100 метров;3. The installation of one achromatizing reflective diffraction grating between a collimating mirror and a hologram optical element makes it possible to compensate for the departure of the angular position of the aiming mark in the holographic collimator sight when restoring the aiming mark at distances up to 100 meters;
4. кроме того, компенсация ухода углового положения прицельного знака с помощью ахроматизирующей отражающей дифракционной решетки осуществляется для конкретных углов падения света лазера на дифракционную решетку, а не для всего диапазона изменения углов падения.4. In addition, compensation for the departure of the angular position of the aiming mark using an achromatizing reflective diffraction grating is carried out for specific angles of incidence of the laser light on the diffraction grating, and not for the entire range of variation of the angles of incidence.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Задачей изобретения является создание голографического коллиматорного прицела (ГКП) с устранением недостатков прототипа.The objective of the invention is the creation of a holographic collimator sight (HCP) with the elimination of the disadvantages of the prototype.
Техническим результатом изобретения является построение оптических схем голографического коллиматорного прицела, позволяющих минимизировать и эффективно устранять смещения прицельного знака для различных расстояний восстановления прицельного знака, которые появляются в результате изменений длины волны света лазера, вызванных температурными колебаниями окружающей среды.The technical result of the invention is the construction of optical schemes of a holographic collimator sight, which allows minimizing and effectively eliminating displacements of the aiming mark for different distances of restoration of the aiming mark, which appear as a result of changes in the laser wavelength caused by temperature fluctuations in the environment.
Способ компенсации ухода углового положения прицельного знака заключается в том, что с помощью лазерного диода, поворотного зеркала и объектива формируется коллимированный пучок лазерного света, направляется под соответствующим углом падения на ахроматизирующую отражающую дифракционную решетку. Далее дифрагированный в первом порядке пучок лазерного света отражается от ахроматизирующей отражающей дифракционной решетки и направляется под соответствующим углом на голограммный оптический элемент, с помощью которого восстанавливается мнимое изображение прицельного знака. Технический результат достигается за счет того, что дополнительно коллимированный пучок лазерного света направляется под соответствующим углом падения на дополнительную ахроматизирующую пропускающую или отражающую дифракционную решетку. А дифрагированный в первом порядке пучок лазерного света направляется под соответствующим углом на ахроматизирующую отражающую дифракционную решетку.A way to compensate for the departure of the angular position of the aiming mark is that with the help of a laser diode, a swivel mirror and a lens, a collimated laser beam is formed, directed at an appropriate angle of incidence onto the achromatizing reflective diffraction grating. Next, a laser light diffracted in the first order is reflected from the achromatizing reflective diffraction grating and is directed at an appropriate angle to the hologram optical element, with the help of which the imaginary image of the aiming mark is restored. The technical result is achieved due to the fact that an additionally collimated laser light beam is directed at an appropriate angle of incidence to an additional achromatic transmitting or reflecting diffraction grating. And the laser light diffracted in the first order is directed at an appropriate angle to the achromatic reflecting diffraction grating.
В ГКП технический результат достигается за счет того, что в прицеле, содержащем последовательно установленные на оптической оси лазер, поворотное зеркало, коллимирующий объектив, ахроматизирующую отражающую дифракционную решетку, голограммный оптический элемент, формирующий мнимое изображение прицельного знака в пространстве прицеливания, установлена дополнительная ахроматизирующая пропускающая или отражающая дифракционная решетка с равными или отличающимися пространственными частотами от частот АОДР и ГОЭ, в зависимости от расстояния, на которое восстанавливается прицельный знак.In the HCP, the technical result is achieved due to the fact that in the sight containing a laser sequentially mounted on the optical axis, a rotary mirror, a collimating lens, an achromatizing reflective diffraction grating, a hologram optical element forming an imaginary image of the aiming mark in the aiming space, an additional achromatic transmitting or reflecting diffraction grating with equal or different spatial frequencies from the frequencies of AODR and GOE, depending on the distribution thaw, on which the aiming mark is restored.
Описание изобретения и прилагаемых фигурDescription of the invention and the attached figures
На ФИГ.1 представлен вариант оптической схемы ГКП с использованием двух ахроматизирующих пропускающих дифракционных решеток (АПДР1 и АПДР2), расположенных параллельно относительно друг друга и под углом β к голограммному оптическому элементу.Figure 1 presents a variant of the optical scheme of the HCP using two achromatic transmitting diffraction gratings (APDR1 and APDR2) located parallel to each other and at an angle β to the hologram optical element.
На ФИГ.2 представлена схема, поясняющая процесс компенсации углового смещения прицельного знака для оптической схемы ГКП, изображенной на ФИГ.1.Figure 2 presents a diagram explaining the process of compensating for the angular displacement of the aiming mark for the optical circuit HKP shown in figure 1.
На ФИГ.3 представлен вариант оптической схемы ГКП с использованием двух ахроматизирующих пропускающих дифракционных решеток (АПДР1 и АПДР2) с углом α между ними и углом β между АПДР2 и ГОЭ.FIG. 3 shows a variant of the optical GCP scheme using two achromatizing transmission diffraction gratings (APDR1 and APDR2) with an angle α between them and an angle β between APDR2 and the GOE.
На ФИГ.4 представлен вариант оптической схемы ГКП с использованием одной АПДР и ахроматизирующей отражающей дифракционной решетки (АОДР), расположенных под углом α между ними и углом β между АОДР и ГОЭ.Figure 4 presents a variant of the optical scheme of the HCP using one APDR and achromatic reflecting diffraction grating (AODR) located at an angle α between them and the angle β between AODR and GOE.
На ФИГ.5 представлена схема, поясняющая процесс компенсации углового смещения прицельного знака для оптической схемы ГКП, изображенной на ФИГ.4.Figure 5 presents a diagram explaining the process of compensating for the angular displacement of the aiming mark for the optical circuit GKP shown in figure 4.
На ФИГ.6 показан график зависимости изменения угла дифракции δ(θКДР) на ГОЭ от угла падения лазерного излучения на АПДР1 при значениях пространственных частот νАПДР1=νАПДР2=νГОЭ=1000 1/мм и изменении длины волны от 630 нм до 670 нм для оптической схемы ГКП, изображенной на ФИГ.1.6 shows a graph of the change in the diffraction angle δ (θ BAK) on GREs the angle of incidence of the laser radiation on APDR1 at values of the spatial frequency ν = ν APDR1 APDR2 HOE = ν = 1000 1 / mm and a wavelength change from 630 nm to 670 nm for the optical circuit GKP shown in FIG.1.
На ФИГ.7 показан график зависимости изменения угла дифракции δ(θКДР) на ГОЭ от угла падения лазерного излучения на АПДР1 при значениях пространственных частот νАПДР1=νАПДР2=1000 1/мм, νГОЭ=800 1/мм и изменении длины волны от 630 нм до 670 нм для оптической схемы ГКП, изображенной на ФИГ.1.FIG. 7 shows a graph of the dependence of the change in the diffraction angle δ (θ KDR ) on the GOE versus the angle of incidence of laser radiation on APDR1 at spatial frequencies ν APDR1 = ν APDR2 = 1000 1 / mm, ν GOE = 800 1 / mm and wavelength from 630 nm to 670 nm for the optical circuit HKP shown in FIG.1.
На ФИГ.8 показан график зависимости изменения угла дифракции δ(θКДР) на ГОЭ от угла падения лазерного излучения на АПДР1 при значениях пространственных частот νАПДР1=1000 1/мм, νАПДР2=1200 1/мм, νГОЭ=800 1/мм и изменении длины волны от 630 нм до 670 нм для оптической схемы ГКП, изображенной на ФИГ.1.FIG. 8 shows a graph of the dependence of the change in the diffraction angle δ (θ KDR ) on the GOE versus the angle of incidence of laser radiation on APDR1 at spatial frequencies ν APDR1 = 1000 1 / mm, ν APDR2 = 1200 1 / mm, ν GOE = 800 1 / mm and a change in wavelength from 630 nm to 670 nm for the optical circuit HKP depicted in FIG. 1.
На ФИГ.9 показан график зависимости изменения угла α между АПДР2 и ГОЭ в зависимости от угла падения на АПДР1 при значениях пространственных частот νАПДР1=νАПДР2=νГОЭ=1000 1/мм для оптической схемы ГКП, изображенной на ФИГ.1.9 shows a graph of changes in the angle α between APDR2 GREs and in dependence on the angle of incidence at values APDR1 spatial frequency ν = ν APDR1 APDR2 HOE = ν = 1000 1 / mm for the optical circuit PCU shown in FIG.1.
На ФИГ.10 представлен график зависимости изменения угла α между АПДР2 и ГОЭ от угла падения на АПДР1 при значениях пространственных частот νАПДР1=νАПДР2=1000 1/мм, νГОЭ=800 1/мм для оптической схемы ГКП, изображенной на ФИГ.1.FIG. 10 shows a graph of the dependence of the change in the angle α between APDR2 and GOE on the angle of incidence on APDR1 at spatial frequencies ν APDR1 = ν APDR2 = 1000 1 / mm, ν GOE = 800 1 / mm for the optical GPC scheme shown in FIG. one.
На ФИГ.11 представлен график зависимости изменения угла α между АПДР2 и ГОЭ от угла падения на АПДР1 при значениях пространственных частот νАПДР1=1000 1/мм, νАПДР2=1200 1/мм, νГОЭ=800 1/мм.Figure 11 presents a graph of the dependence of the change in the angle α between APDR2 and GOE versus the angle of incidence on APDR1 at spatial frequencies ν APDR1 = 1000 1 / mm, ν APDR2 = 1200 1 / mm, ν GOE = 800 1 / mm.
На ФИГ.12 представлен график зависимости изменения угла дифракции δ(θ) от угла падения излучения на АОДР при значениях пространственной частоты νАОДР=νГОЭ=1200 1/мм и изменении длины волны от 630 нм до 670 нм для оптической схемы, изображенной в прототипе.12 is a graph of changes of the diffraction angle δ (θ) of the angle of incidence of the radiation on AODR for values of the spatial frequency ν = ν AODR HOE = 1200 1 / mm and a wavelength change from 630 nm to 670 nm for the optical system shown in prototype.
Принципы, используемые для решения проблем, рассматриваемых в настоящем изобретении, иллюстрируются прилагаемыми фигурами.The principles used to solve the problems considered in the present invention are illustrated by the accompanying figures.
На ФИГ.1 и 3 используется оптическая схема ГКП с двумя АПДР или одной АПДР и одной АОДР (в случае ФИГ.4) и голограммным оптическим элементом, предназначенная для компенсации ухода углового положения прицельного знака длины волны источника излучения при восстановлении на расстояниях от 100 до 300 метров. Первой особенностью данных оптических схем ГКП является то, что вторая АПДР (либо АОДР) не вносит дополнительных угловых дисперсий в систему, и, кроме того, вторая дифракционная решета обладает пространственной частотой νКДР2, которой можно было бы варьировать для компенсации остальных угловых дисперсий в системе. Второй особенностью оптических схем, изображенных на ФИГ.1, 3 и 4, является то, что либо между второй АПДР и голограммным оптическим элементом существует угол α (ФИГ.1), либо между первой АПДР и второй дифракционной решеткой существует угол α, а между второй АПДР (АОДР) и ГОЭ - угол β (ФИГ.3, 4). Это приводит к появлению дополнительной угловой дисперсии на последнем элементе оптической схемы. Поэтому при использовании данных оптических схем ГКП задаемся следующим конструктивным допущением. Так как принцип расчета таких компенсирующих оптических систем сводится к определению оптимального угла α, компенсирующего угловую дисперсию для длины волны лазера λu для всей оптической системы, то принимаем это значение для всего диапазона изменения длины волны, то естьIn FIGS. 1 and 3, an optical GPC circuit is used with two APDR or one APDR and one AODR (in the case of FIG. 4) and a hologram optical element, designed to compensate for the departure of the angular position of the aiming mark of the radiation source wavelength when reconstructed at distances from 100 to 300 meters. The first feature of these HCP optical schemes is that the second APDR (or AODR) does not introduce additional angular dispersions into the system, and, in addition, the second diffraction grating has a spatial frequency ν KDR2 , which could be varied to compensate for the remaining angular dispersions in the system . The second feature of the optical circuits shown in FIGS. 1, 3 and 4 is that either the angle α exists between the second ADF and the hologram optical element (FIG. 1), or the angle α exists between the first ADF and the second diffraction grating, and between the second APDR (AODR) and GOE - angle β (FIG. 3, 4). This leads to the appearance of an additional angular dispersion at the last element of the optical scheme. Therefore, when using data from optical GCP schemes, we pose the following constructive assumption. Since the principle of calculation of such compensating optical systems is reduced to determining the optimal angle α that compensates for the angular dispersion for the laser wavelength λ u for the entire optical system, we take this value for the entire range of wavelength changes, i.e.
в случае одного углового рассогласования в оптической схеме компенсации ГКП,in the case of one angular mismatch in the optical circuit compensation HCP,
в случае двух угловых рассогласований в оптической схеме компенсации ГКП.in the case of two angular mismatches in the optical circuit compensation HCP.
Как показано на ФИГ.1 и 2, дополнительная ахроматизирующая пропускающая дифракционная решетка (АПДР) помещается в прямом ходе лучей между первой АПДР и голограммным оптическим элементом (ГОЭ), имеющая, например, ту же пространственную частоту νАПДР2, что и первая АПДР νАПДР1 и ГОЭ - νГОЭ, то есть νАПДР1=νАПДР2=νГОЭ. При параллельном расположении первой и второй АПДР и угловом рассогласовании между второй АПДР и ГОЭ в виде угла α устраняется эффект остаточной угловой дисперсии при использовании источника излучения с узкой спектральной полосой излучения или устраняется эффект хроматической дисперсии при использовании источников излучения с широкой полосой излучения. На примере, изображенном на ФИГ.1, используется схема голографического коллиматорного прицела с параллельными ахроматизирующими пропускающими дифракционными решетками, что соответствует равным углам дифракции φ(λ)АПДР света в центре АПДР и падения восстанавливающего света φ(λ)ГОЭ в центре ГОЭ (ФИГ.2). При этом задаются параллельными направления восстанавливающего пучка на АПДР и линии прицеливания. Это соответствует равным углам падения θАПДР восстанавливающего пучка света на АПДР и угла дифракции θГОЭ восстановленного пучка в центре ГОЭ 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 или вызвано уходом длины волны света источника вследствие изменения температуры.As shown in FIGS. 1 and 2, an additional achromatizing transmission diffraction grating (APDR) is placed in the direct beam path between the first APDR and the hologram optical element (GOE), having, for example, the same spatial frequency ν APDR2 as the first APDR ν APDR1 and GRE - GRE v, ie v APDR1 = ν = ν APDR2 HOE. With a parallel arrangement of the first and second ADDRs and an angular mismatch between the second ADDR and the GEE in the form of the angle α, the effect of residual angular dispersion is eliminated when using a radiation source with a narrow spectral emission band or the effect of chromatic dispersion is eliminated when using radiation sources with a wide emission band. In the example shown in FIG.1, the scheme of a holographic collimator sight parallel ahromatiziruyuschimi transmissive diffraction gratings that correspond to equal angles of diffraction φ (λ) of light in the center APDR APDR and reducing incidence of light φ (λ) in the center HOE HOE (FIG. 2). In this case, the directions of the recovering beam are set parallel to the APDR and the aiming line. This corresponds to equal angles of incidence θ APDR of the recovering light beam on the APDR and diffraction angle θ of the GOE of the reconstructed beam in the center of the GOE for the central wavelength in the radiation spectrum of the source. For the rays forming the imaginary image of the center of the sighting mark, there is full compensation for the change in the wavelength of the light of the source. It does not matter if this change is determined using a light source with a relatively wide spectral emission band or is caused by the departure of the light wavelength of the source due to temperature changes.
Эффект полной компенсации ухода углового положения прицельного знака очевиден, если рассмотреть для каждого оптического элемента, используемого на ФИГ.1 и 2, на котором осуществляется дифракция, систему уравнений, составленных из основного уравнения дифракционной решеткиThe effect of full compensation for the departure of the angular position of the aiming sign is obvious if we consider for each optical element used in FIGS. 1 and 2, on which diffraction is carried out, a system of equations composed of the basic equation of the diffraction grating
где θАПДР - угол падения на дифракционную решетку;where θ APDR is the angle of incidence on the diffraction grating;
φ(λ)АПДР - угол дифракции на дифракционной решетке;φ (λ) APDR - angle of diffraction on the diffraction grating;
λ - длина волны используемого лазера;λ is the wavelength of the laser used;
νАПДР1 - пространственная частота первой АПДР.ν APDR1 is the spatial frequency of the first APDR.
Уравнение (3), описывающее дифракцию на первой АПДР, аналогично будет описывать дифракцию на второй АПДР с νАПДР2 и голограммном оптическом элементе только с пространственной частотой νГОЭ.Equation (3), which describes the diffraction on the first APDR, will similarly describe the diffraction on the second APDR with ν APDR2 and a hologram optical element with only the spatial frequency ν of the OE .
Но система уравнений, составленная на основе основного дифракционного уравнения (3), не является достаточным условием для уверенности в том, что эффекта смещения прицельного знака в данных оптических схемах не будет. То есть должны быть определены угловые соотношения для установления, что угловая дисперсия полностью компенсируется, то есть не изменяется в как можно большем диапазоне изменения длин волн от номинальной длины волны излучения лазера.But the system of equations, compiled on the basis of the main diffraction equation (3), is not a sufficient condition for confidence that there will be no effect of the displacement of the aiming mark in these optical schemes. That is, the angular ratios must be determined to establish that the angular dispersion is completely compensated, that is, does not change in the widest possible range of wavelength changes from the nominal wavelength of the laser radiation.
Из ФИГ.2 оптимальный угол α может быть определен с помощью геометрии из треугольника, полученного пересечением проекций второй АПДР, ГОЭ и направлением распространения излучения между второй АПДР и ГОЭ, если известны φ(λ)АПДР и φ(λ)ГОЭ. Оптимальная величина угла α определяется какFrom FIG.2 optimum angle α can be determined by the geometry of the triangle obtained by the intersection of the projections of the second APDR, GREs and the direction of propagation between second and APDR HOE if known φ (λ) APDR and φ (λ) GREs. The optimal angle α is defined as
Так как и φ(λ)АПДР, и φ(λ)ГОЭ являются функциями длины волны, идеальная дисперсионная компенсация обеспечивает то, что α(λ) будет постоянной функцией длины волны. То есть условие оптимальности состоит в том, чтобы α была константой, откуда следует условиеSince both the φ (λ) APDR and the φ (λ) HOE are functions of the wavelength, ideal dispersion compensation ensures that α (λ) is a constant function of the wavelength. That is, the optimality condition is that α be a constant, whence the condition
в как можно большем диапазоне длин волн.in the largest possible wavelength range.
Совместно решая систему уравнений, составленную на основе основного дифракционного уравнения (3) для каждого оптического элемента, на котором осуществляется дифракция, и уравнения (4) можно определить значение угловой дисперсии на голограммном оптическом элементе в виде следующей функциональной зависимостиTogether solving the system of equations compiled on the basis of the main diffraction equation (3) for each optical element on which diffraction is carried out and equations (4), the angular dispersion value on the hologram optical element can be determined in the form of the following functional dependence
в случае оптических схем, изображенных на ФИГ.1 и 3;in the case of optical circuits shown in FIGS. 1 and 3;
в случае оптической схемы, изображенной на ФИГ.4.in the case of the optical circuit shown in FIG. 4.
Анализируем зависимость (6). Для того чтобы итоговый угол дифракции не изменился от изменения длины волны используемого лазера, необходимо выполнение следующего условияWe analyze the dependence (6). In order for the final diffraction angle to not change due to a change in the wavelength of the laser used, the following condition must be met
В выражении (8) с учетом (4) принимаем, чтоIn expression (8), taking into account (4), we assume that
Далее применив к выражению (9) простые тригонометрические преобразования, с учетом системы уравнений, составленной из основного дифракционного уравнения (3), можно получитьFurther, applying simple trigonometric transformations to expression (9), taking into account the system of equations composed of the main diffraction equation (3), we can obtain
Откуда следует, что при равенстве пространственных частот νКДР2 и νКДРl коэффициент А(α,λ) не зависит от λ, то есть можно записать, чтоWhence it follows that if the spatial frequencies ν КДР2 and ν КДРl are equal, the coefficient A (α, λ) does not depend on λ, i.e., we can write that
И, следовательно, угол α будет постоянным для любых λ в диапазоне 0,630…0,670 мкм.And, therefore, the angle α will be constant for any λ in the range of 0.630 ... 0.670 μm.
Расчет коэффициента А(α,λ) в выражении (10) ведем для заданных пространственных частотах ахроматизирующей пропускающей дифракционной решетках (νКДР1, νКДР2) для трех длин волн λ1=λ-Δλ=630 нм, λ0=650 нм и λ2=λ+Δλ=670 нм.The calculation of the coefficient A (α, λ) in expression (10) is carried out for given spatial frequencies by an achromatizing transmission diffraction grating (ν KDR1 , ν KDR2 ) for three wavelengths λ 1 = λ-Δλ = 630 nm, λ 0 = 650 nm and λ 2 = λ + Δλ = 670 nm.
Кроме того, коэффициент А(α,λ) можно представить как (из выражения (8) и (9))In addition, the coefficient A (α, λ) can be represented as (from the expressions (8) and (9))
То есть теперь можно определить значение угла α для требуемой длины волны.That is, now it is possible to determine the value of the angle α for the desired wavelength.
Зная значение угла α, из системы уравнений, составленной из основного дифракционного уравнения (3), можно определить значение угла дифракции на ГОЭ (θГОЭ).Knowing the value of the angle α, from the system of equations composed of the main diffraction equation (3), it is possible to determine the value of the diffraction angle on the GOE (θ GOE ).
Угол рассогласования на голограммном оптическом элементе рассчитывается согласно следующей зависимостиThe mismatch angle on the hologram optical element is calculated according to the following relationship
где δ(λ) - угол смещения положения прицельного знака при λ1=0,630 мкм, λ2=0,670 мкм относительно нулевого положения прицельного знака при λ0=0,650 мкм (в дальнейшем данный параметр будет называться углом рассогласования).where δ (λ) is the angle of shift of the aiming mark at λ 1 = 0.630 μm, λ 2 = 0.670 μm relative to the zero position of the aiming mark at λ 0 = 0.650 μm (hereinafter, this parameter will be called the mismatch angle).
Следовательно, задаваясь различными значениями угла падения на дифракционную решетку θКДР, можно определить угол рассогласования по формуле (12), то есть получить зависимость .Therefore, given various values of the angle of incidence on the diffraction grating θ of the CDD , we can determine the mismatch angle by formula (12), i.e., obtain the dependence .
Для функциональной зависимости (7) проведенный анализ будет аналогичен написанному выше.For functional dependence (7), the analysis performed will be similar to that described above.
Дисперсия, соответствующая вышенаписанным расчетам, показана на ФИГ.6, 7 и 8. Параметрами двух АПДР и ГОЭ следует выбрать следующие значения νКДР1=νКДР2=νГОЭ=1000 1/мм; νКДР1=νКДР2=1000 1/мм, νГОЭ=800 1/мм и νКДР1=1000 1/мм, νКДР2=1200 1/мм, νГОЭ=800 1/мм при 650 нм. Все остальные значения дисперсий для других длин волн лежат между двумя кривыми, изображенными на ФИГ.6, 7 и 8. То есть данная графическая зависимость показывает наихудший случай изменения длины волны, что в свою очередь ведет к изменению углового положения прицельного знака. Для отрицательных углов падения на компенсационную решетку угловое рассогласование угла дифракции будет аналогично изображенному на ФИГ.6, 7 и 8, только в другую сторону по координате θКДР. Далее по графикам, изображенным на ФИГ.9, 10 и 11, определяем значение угла α между АПДР (АОДР) или ГОЭ по найденному выше значению угла падения на первый элемент θКДР.Dispersion corresponding vyshenapisannym calculations, shown in Figure 6, 7 and 8. The two parameters APDR GREs and select the following values KDR1 ν = ν = ν KDR2 HOE = 1000 1 / mm; ν KDR1 = ν KDR2 = 1000 1 / mm, ν GOE = 800 1 / mm and ν KDR1 = 1000 1 / mm, ν KDR2 = 1200 1 / mm, ν GOE = 800 1 / mm at 650 nm. All other dispersion values for other wavelengths lie between the two curves depicted in FIGS. 6, 7 and 8. That is, this graphical dependence shows the worst case of a change in wavelength, which in turn leads to a change in the angular position of the aiming sign. For negative angles of incidence on the compensation grating, the angular mismatch of the diffraction angle will be similar to that shown in FIGS. 6, 7 and 8, only in the other direction along the coordinate θ of the CDD . Further, the graphs shown in Figures 9, 10 and 11 define the angle α between APDR (AODR) or GREs on the found value above the incidence angle θ on the first member CRA.
В случае использования одной ахроматизирующей отражающей дифракционной решетки (как в прототипе) можно показать, что график зависимости угла рассогласования от угла падения на первый элемент θКДР при следующей пространственной частоте показан на ФИГ.12.In the case of using one achromatizing reflective diffraction grating (as in the prototype), it can be shown that the graph of the dependence of the angle of mismatch on the angle of incidence on the first element θ of the CCD at the next spatial frequency shown in FIG. 12.
На ФИГ.1 представлен вариант оптической схемы ГКП с использованием двух ахроматизирующих пропускающих дифракционных решеток (АПДР1 и АПДР2), расположенных параллельно относительно друг друга и под углом β к голограммному оптическому элементу, в которой последовательно на одной оптической оси установлены лазер 1, плоское зеркало 2, коллимационный объектив 3, первая АПДР1 4, вторая АПДР2 5, ГОЭ 6, формирующее мнимое изображение прицельного знака в пространстве прицеливания.Figure 1 presents a variant of the optical scheme of the HCP using two achromatizing transmission diffraction gratings (APDR1 and APDR2) located parallel to each other and at an angle β to the hologram optical element, in which
В качестве источника излучения в ГКП (ФИГ.1) используется лазер 1, излучающего в красной области спектра с относительно узкой спектральной полосой пропускания (до 4 нм). Испускаемый источником излучения 1 расходящийся пучок лазерных лучей попадает на зеркало 2, отражающее свет на длине волны источника 1 в сторону коллимационного объектива 3. При нахождении источника света в фокальной плоскости объектива 3 на выходе его формируются параллельные пучки света на используемой длине волны. Далее лазерный пучок падает на АПДР1 4, дифрагирует на ее периодической структуре, далее дифрагирует на периодической структуре второй АПДР2 5, а затем в качестве восстанавливающего пучка попадает на голограммный оптический элемент 6. Свет, дифрагированный на структуре ГОЭ и попадающий в глаз 7 стрелка, формирует в пространстве прицеливания видимое мнимое изображение прицельного знака.As the radiation source in the HCP (FIG. 1), a
На ФИГ.3 представлен вариант оптической схемы ГКП с использованием двух ахроматизирующих пропускающих дифракционных решеток (АПДР1 и АПДР2) с углом α между ними и углом β между АПДР2 и ГОЭ, в которой последовательно на одной оптической оси установлены лазер 1, плоское зеркало 2, коллимационный объектив 3, первая АПДР1 4, вторая АПДР2 5, ГОЭ 6, формирующее мнимое изображение прицельного знака в пространстве прицеливания.FIG. 3 shows a variant of the optical GPC scheme using two achromatizing transmission diffraction gratings (APDR1 and APDR2) with an angle α between them and an angle β between APDR2 and GOE, in which
В качестве источника излучения в ГКП (ФИГ.3) используется лазер 1, излучающий в красной области спектра с относительно узкой спектральной полосой пропускания (до 4 нм). Испускаемый источником излучения 1 расходящийся пучок лазерных лучей попадает на зеркало 2, отражающее свет на длине волны источника 1 в сторону коллимационного объектива 3. При нахождении источника света в фокальной плоскости объектива 3 на выходе его формируются параллельные пучки света на используемой длине волны. Далее лазерный пучок падает на АПДР1 4, дифрагирует на ее периодической структуре, далее дифрагирует на периодической структуре второй АПДР2 5, а затем в качестве восстанавливающего пучка попадает на голограммный оптический элемент 6. Свет, дифрагированный на структуре ГОЭ и попадающий в глаз 7 стрелка, формирует в пространстве прицеливания видимое мнимое изображение прицельного знака.As the radiation source in the HCP (FIG. 3), a
На ФИГ.4 представлен вариант оптической схемы ГКП с использованием одной АПДР и АОДР, расположенных под углом α между ними и углом β между АОДР и ГОЭ, в которой последовательно на одной оптической оси установлены лазер 1, плоское зеркало 2, коллимационный объектив 3, АПДР 4, АОДР 5, ГОЭ 6, формирующие мнимое изображение прицельного знака в пространстве прицеливания.Figure 4 presents a variant of the optical scheme of the HCP using one APDR and AODR located at an angle α between them and an angle β between AODR and GOE, in which
В качестве источника излучения в ГКП (ФИГ.4) используется лазер 1, излучающий в красной области спектра с относительно узкой спектральной полосой пропускания (до 4 нм). Испускаемый источником излучения 1 расходящийся пучок лазерных лучей попадает на зеркало 2, отражающее свет на длине волны источника 1 в сторону коллимационного объектива 3. При нахождении источника света в фокальной плоскости объектива 3 на его выходе формируются параллельные пучки света на используемой длине волны. Далее лазерный пучок падает на АПДР 4, дифрагирует на ее периодической структуре, далее дифрагирует на периодической структуре АОДР 5, а затем в качестве восстанавливающего пучка попадает на голограммный оптический элемент 6. Свет, дифрагированный на структуре ГОЭ и попадающий в глаз 7 стрелка, формирует в пространстве прицеливания видимое мнимое изображение прицельного знака.As the radiation source in the HCP (FIG. 4), a
Claims (16)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007136061/02A RU2355989C1 (en) | 2007-10-01 | 2007-10-01 | Method of compensating aiming mark position change and holographic collimating sight |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007136061/02A RU2355989C1 (en) | 2007-10-01 | 2007-10-01 | Method of compensating aiming mark position change and holographic collimating sight |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2355989C1 true RU2355989C1 (en) | 2009-05-20 |
Family
ID=41021800
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007136061/02A RU2355989C1 (en) | 2007-10-01 | 2007-10-01 | Method of compensating aiming mark position change and holographic collimating sight |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2355989C1 (en) |
-
2007
- 2007-10-01 RU RU2007136061/02A patent/RU2355989C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7796329B2 (en) | Sighting device | |
US20230176388A1 (en) | On-axis holographic sight | |
US11567263B2 (en) | Optical targeting device | |
US11703689B2 (en) | Device for enlarging exit pupil area and display including the same | |
RU2560355C2 (en) | Holographic collimating sight | |
RU2355989C1 (en) | Method of compensating aiming mark position change and holographic collimating sight | |
RU67699U1 (en) | HOLOGRAPHIC COLLIMATOR SIGHT WITH COMPENSATION TO CHANGE ANGULAR POSITION OF THE SIGHT SIGN | |
RU2740205C1 (en) | Holographic collimator sight for small arms | |
RU158982U1 (en) | OPTICAL DIAGRAM OF A COMPACT COLLIMATOR SIGHT WITH A COMPUTER-SYNTHESIS HOLOGRAM OPTICAL ELEMENT | |
CN111649623B (en) | Holographic sighting telescope | |
Koreshev et al. | Optical systems of holographic collimator sights | |
RU2721670C1 (en) | System for expanding the area of the exit pupil of the visual optical system | |
RU152500U1 (en) | HOLOGRAPHIC COLLIMATOR SIGHT | |
US10443977B2 (en) | Combination reflective and holographic weapon sight | |
US20220282954A1 (en) | Reticle overlaid within a galilean magnification system | |
RU196246U1 (en) | HOLOGRAPHIC COLLIMATOR SIGHT | |
RU2737514C1 (en) | Holographic collimator sight | |
RU2327942C2 (en) | Holographic collimating sight | |
RU161122U1 (en) | OPTICAL DIAGRAM OF A COMPACT COLLIMATOR SIGHT ON THE BASIS OF A VOLUME HOLOGRAPHIC DIFFRACTION GRILLE | |
RU2647516C2 (en) | Holographic collimator sight with synthesized pupil | |
Bobrinev et al. | The use of holographic optical elements in optical systems sights | |
RU2728413C1 (en) | Holographic collimating sight with off-axis hologram of leith | |
KR102454634B1 (en) | Holographic sight | |
RU2807580C1 (en) | Optical system of collimator sight | |
RU2555792C1 (en) | Holographic collimating sight |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20111002 |