Отдел
Оптика
Перейти в другой отдел
Телескопические устройства и прицелы создаются с учетом двух различных оптических систем: системы оптического прибора, например, бинокля, и биологической системы человеческого глаза. На практике обе системы образуют единое целое, когда требуется их четкое взаимодействие.
Прибор типа оптического устройства или прицела -это набор различных линз и призм, а также их оправ. Система линз включает в себя:
В зависимости от типа и качества оптического устройства в нем применяют уже не только отдельные линзы, но согласованные между собой блоки линз и систему призм.
1.1 ОБЪЕКТИВ
В конструкции оптического устройства или прицела объектив служит для концентрации световых лучей, т. е. исходящие от объекта лучи попадают на поверхность объектива, концентрируются, и четкое, уменьшенное изображение объекта отображается в фокусе объектива, находящемся по другую сторону линз. В соответствии с законами оптики указанное изображение оказывается перевернутым и зеркальным. Для человеческого глаза изображение необходимо перевернуть.
1.2 ОБОРАЧИВАЮЩАЯ СИСТЕМА
Для поворота изображения предусмотрена „оборачивающая система" В биноклях она состоит из призм, а в прицелах используются линзы. Призмы бывают двух видов: призменная система PORRO („порро") и призменная система ROOF („руф"). В указанных призменных системах свет отражается многократно. По сравнению с системами рогго для реализации roof-систем по причине особенности отражения света требуется выполнить дополнительные технологические операции. Одна из поверхностей призмы должна быть зеркальной, чтобы в этом месте отражался свет.
1.3 ОКУЛЯР И АПЕРТУРНАЯ ДИАФРАГМА
Находящееся в плоскости проекции уменьшенное изображение по принципу лупы предстает для человеческого глаза в увеличенном виде. Окуляры высококачественных оптических устройств по качеству обработки сравнимы с дорогими фотообъективами. В составе оптической системы имеется несколько диафрагм определенного размера. Они работают как обтюраторы для светового потока (апертурная диафрагма и одновременно оправа объектива), ограничивая поток световых лучей. Создаваемое в оптическом устройстве изображение сокращается до „поле
зной части" (визируемое поле). Данная „полезная часть" в качественных оптических устройствах настолько технически совершенна, что наблюдатель видит очень четкое изображение при большом поле зрения. Целенаправленное применение диафрагм положительно сказывается на качестве отображения наблюдаемого объекта.
1.4 ВЫХОДНОЙ ЗРАЧОК
Лучи света после прохождения объектива оптического устройства концентрируются в нем и через окуляр попадают на сетчатку глаза наблюдателя, при этом диаметр изображения соответствует так называемому выходному зрачку. Указанный параметр определяется исходя из диаметра объектива и увеличения. У бинокля или зрительной трубы выходной зрачок определяется при взгляде в окуляр с расстояния примерно 30 см. Видимый светлый круг соответствует размеру выходного зрачка. Его диаметр у биноклей достигает 8 мм, у оптических прицелов и зрительных труб в зависимости от увеличения и диаметра объектива - значительно меньше или больше. Одновременно размер выходного зрачка косвенно свидетельствует об объеме светового потока, проходящего через оптическое устройство. По размеру выходного зрачка можно судить о возможности использования прибора в сумерках.
2.1 УВЕЛИЧЕНИЕ
В принципе увеличение называют важнейшим параметром оптического устройства. Оно означает, во сколько раз объект будет приближен к наблюдателю. Бинокль с 10-кратным увеличением, например, приближает косулю, находящуюся на удалении 100 м настолько, как если бы при взгляде невооруженным взглядом она находилась в 10 метрах от наблюдателя.
ПРИМЕР:
Косуля, находящаяся на удалении 100 м...
... при 2-кратном увеличении кажется на 50 м ближе.
... при 4-кратном увеличении приближается на расстояние 25 м.
...при 8-кратном увеличении объект видится так, как будто находится на удалении 12,5 м.
Для зрительных труб во многих случаях имеется возможность использовать сменные окуляры и получить фиксированную или переменную кратность увеличения. Для оптических прицелов применяются, в основном, окуляры с переменной кратностью увеличения. Поскольку существуют различные виды охоты, для подбора надлежащего оптического прицела рекомендуется обратиться к специалисту.
2.2 ПОЛЕ ЗРЕНИЯ
При взгляде в окуляр неподвижного оптического устройства мы видим изображение в плоскости круга. Величина плоскости круга и есть поле зрения. Для биноклей и зрительных труб поле зрения указывается в метрах (диаметр) для удаления в 1000 м, т. е. м/1000м. Для прицелов приводят данный параметр на удалении в 100 м (м/100м). Кроме того, поле зрения может быть указано и в градусах (например, 6,6°). Оптические устройства всегда желательно приобретать с возможно большим полем зрения. Технически оправданный размер поля зрения, однако, существенно зависит от кратности увеличения. Чем выше кратность увеличения, тем меньше поле зрения! Кратность увеличения оптического устройства зависит от цели и условий его применения. Для оптического прицела во время охоты загоном решающее значение будет иметь большое поле зрения, поэтому для нее выбирают прицел с меньшим увеличением. Для охоты в горной местности, когда часто требуется поражение цели на значительном удалении.
2.3 СУМЕРЕЧНОЕ ЧИСЛО
Исследования показали, что при неизменном значении размера выходного зрачка с ростом кратности увеличения затемнение объекта при наблюдении в окуляр оптического устройства увеличивается. Поэтому было введено понятие «сумеречного числа», которое рассчитывается в мм путем умножения значения √(кратности увеличения на числовое значение диаметра объектива).
| Сумеречнное число Примеры | ||
| Бинокли | 13-21 | 7 х 42 = 17 |
| Зрительные трубы |
41-71 | 60 х 85 = 71 |
| Прицелы |
4-35 | 8 х 56 = 21 |
Фраза „чем больше сумеречное число, тем устройство более пригодно для использования в сумерках" верна лишь в том случае, если выходной зрачок больше или равен зрачку человеческого глаза. Если выходной зрачок меньше, то световые лучи попадают на зрачок человеческого глаза лишь частично. Глаз воспринимает меньше света, и объект кажется темным. Это касается в особенности зрительных труб. Вследствие большой кратности увеличения и значительного диаметра объектива их отличает и большое сумеречное число, а малый размер выходного зрачка делает их, однако, совершенно не пригодными для использования в сумерках. По этой причине для охотников сумеречное число на практике не имеет никакого значения и является источником некоего заблуждения. Здесь важнее размер выходного зрачка.
Для лучшего понимания этих аспектов не стоит акцентировать внимание на оптическом качестве изображения, наблюдаемом через окуляр оптического устройства. Для оптического устройства высшего класса большую роль играет то, какие материалы, способы обработки и оптические технологии использует производитель. Конструкция оптических систем основана на законах оптики и физики. Для создания оптического устройства высшего класса требуются значительные усилия конструкторов и технологов -только так можно получить оптимальный конечный результат, создав законченное изделие современного уровня.
Слагаемые качества оптического устройства:
3.1 КОНТРАСТНОСТЬ И ПРОСВЕТЛЕНИЕ ЛИНЗ
Если наблюдатель в окуляре оптического устройства видит четкие переходы от светлых тонов к темным, это говорят от хорошей контрастности изображения. Под контрастностью мы понимаем соотношение яркости расположенных рядом участков с различной степень освещенности. Изображение в хорошем бинокле должно быть не только четким, но и хорошо структурированным. Изображение с недостаточной контрастностью кажется наблюдателю матовым и размытым. С точки зрения оптики контраст - это результат качественной полировки поверхности стекла и последующего улучшения его качества за счет просветления (подавления бликов). Обработанные подобным образом линзы работают по принципу интерференции так называемых „тонких слоев".
Потери светосилы при прохождениилучом двенадцати просветленных линз |
Потери светосилы при прохождениилучом двенадцати НЕпросветленных линз |
 |
|
Для понимания данного явления необходимо понять физические процессы. Луч света отражается от светонепроницаемой поверхности, например, зеркала. Стекло действует иначе: Свет проникает сквозь стекло. Однако на каждое участке стекло - воздух отражается примерно 5% падающего света. В месте, где луч света покидает поверхность стекла, еще 5% света теряется за счет отражения. На поверхность следующей линзы попадает уже уменьшенное количество света, при этом также теряется светосила, как указано выше. В оптическом устройстве, имеющем 6 непросветленных линз, при прохождении лучом света в общей сложности 12 поверхностей теряется порядка 45% светосилы.
3.2 СВЕТОПРОНИЦАЕМОСТЬ ИЛИ СВЕТОПРОПУСКАНИЕ
Светопроницаемость в оптическом устройстве - величина относительная. Всегда необходимо учитывать световую эффективность оптической системы в целом на входе луча света и на выходе. Указанные параметры в оптических устройствах высшего класса достигают 90%. Большего с учетом реальных производственных затрат добиться вряд ли возможно. Рекламируемые параметры, превосходящие данный показатель, часто относятся лишь к отдельной линзе или блоку линз, либо дается сравнение систем рогго- и roof-призмами. Фактически система рогго за счет оптических элементов имеет несколько лучшую пропускную способность, по сравнению с призменной системой roof. Но за счет применения высококачественного стекла, затратной технологии обработки и использования дорогих интерференционных зеркал указанное выше преимущество удается компенсировать. Разные производители применяют собственные зеркальные покрытия. Просветление линз и нанесение зеркального покрытия - дорогостоящий процесс, связанный с использованием новейших технологий. На примере бинокля Swarovski SLC 10x42 В можно продемонстрировать объем работ по лишь одной оптической части:
К указанным цифрам следует добавить и индивидуальную обработку отдельных линз/призм с нанесением „тонких слоев" или же зеркального покрытия, в итоге получаем порядка 80-ти различных покрытий для каждой части бинокля. Для моделей нижнего или среднего ценового диапазона указанные технологические операции не доступны.
3.3 ДИСТОРСИЯ
При наблюдении через окуляр оптического устройства в центре изображения, т. е. в точке, где изображение максимально четкое, объект, например, крест не имеет искажений: углы правильные, линии строго вертикальны и горизонтальны. В центре видимого сектора изображение не имеет искажений. Однако прямоугольный объект по внешнему периметру может отображаться с искажениями геометрии, так называемая „подушкообразная" дисторсия.
Данное небольшое нарушение геометрии заложено в конструкции оптического устройства. Подобным образом при боковом смещении устройства компенсируется эффект перспективных искажений. Возникающее изображение представляется наблюдателю плоским. В оптических приборах без корректировки данного типа аберрации изображение кажется наблюдателю округлым.
Экстремальные условия охоты - проверка надежности оптических прицелов. Оптический прибор для охотника призван успешно выдерживать любые механические нагрузки. В дешевых оптических приборах в результате нагрузок появляются зазоры в механических элементах, поэтому без их сверхнормативной смазки в скором времени появляются посторонние шумы.
А „легкость" хода намеренно достигается за счет обильной смазки дешевыми составами. В сильный мороз смазка замерзает, а в тепле не обеспечивается надлежащая подвижность элементов.
Со временем прибор уже невозможно правильно настроить. Сравнение характеристик прицелов при температуре воздуха -20° С выявило, что прицелы нижнего ценового диапазона имеют крайне неудовлетворительный ход настроечных элементов. С учетом результатов теста указанные прицелы нельзя назвать надежным и пригодными к применению!
Выдвижные элементы зрительных труб с технической точки зрения не позволяют полностью герметизировать внутреннее пространство оптических устройств и исключить попадание внутрь влаги. Уплотнительные кольца выдвижных элементов требуют высокой точности изготовления, чтобы, несмотря на значительное смещение, центрирование элементов сохранялось в полном объеме.
Следует отметить, что полная герметичность бинокля позволяет использовать его в дождь и удалять пыль и загрязнения погружением в воду. При повышении температуры смазка расплывается, и вновь появляются проблемы с посадкой механических элементов.
В конструкции бинокля надежное механическое соединение двух оптических устройств имеет первостепенное значение, поскольку именно это звено конструкции подвержено значительным механическим нагрузкам. При этом важно, чтобы сочленение было изготовление из высококачественного металла, сохраняющего механическую прочность на многие годы эксплуатации прибора.
В процессе стрельбы оптический прицел подвержен з
начительным механическим нагрузкам, хотя стрелок редко их замечает, поскольку сосредоточен на процессе поражения цели. Поэтому к условиям крепления оптических элементов к корпусу прицела уделяется огромное внимание. Все линзы крепятся с помощью винтовых соединений и плотно крепятся на специально формованной основе, чтобы при нагрузке исключить трещины и образование сколов на поверхности линз.
4.1 ЭЛЕМЕНТЫ НАСТРОЙКИ
Надежное функционирование (легкость хода) элементов настройки оптического прицела и, следовательно, удобство эксплуатации в экстремальных условиях, в частности, при низкой и высокой температуре окружающего воздуха, обязательное качество хорошего прицела, бинокля или зрительной трубы.
Элементы настройки:
Все настройки должны выполняться без чрезмерного усилия, при этом должна сохраняться высокая точность настройки. Ход элементов настройки должен быть упругим без люфта. Точность и легкость хода механизма настройки должна обеспечиваться в диапазоне температур +55°С -20°С для телескопических зрительных труб и оптических прицелов, соответственно, для биноклей указанные параметры должны сохраняться до -25° С (диапазон рабочих температур). Для выполнения указанных требований необходимо применение высококачественных смазок, которые в диапазоне температур -25°С - +85°С не застывают и не вытекают, а также исключают кристаллизацию при хранении. Для различных элементов оптических устройств имеется до 10 типов различных смазок, которые наносятся в соответствии с детальной картой смазки. Без дополнительной смазки качественные продукты могут без каких-либо проблем эксплуатироваться годами.
