Коллиматорный объектив. Коллиматорные прицелы: Принцип работы, история и перспективы

Я в 1995г. узнал из журнала Soldier of Fortune. Это был прицел Holodot от фирмы BoNaSo Trading Ltd . Жутко любопытно было и очень хотелось попробовать. Но все, кого спрашивал о нем, лишь пожимали плечами.

Позже, обучаясь на спецфакультете, нам показали коллиматорный прицел в симбиозе с ПП-90 — что-то похожее на то, что изображено на фото ниже)

Не помню как он назывался, возможно это был ПСК-8 или ПОТ

Итак, что же такое коллиматор?

Коллиматор (от collimo, искажение правильного лат. collineo - направляю по прямой линии) - устройство для получения параллельных пучков лучей света или частиц.

Коллиматорные прицельные системы - это системы, использующие коллиматор для построения изображения прицельной метки, спроецированного в бесконечность. В действительности в прицеле лучи света от источника отражаются линзой коллиматора в глаз стрелка параллельным потоком. В результате этого глаз стрелка не обязательно должен находиться на оптической оси прицела, главное, чтобы он находился в пределах проекции линзы прицела вдоль этой оси. При поперечных перемещениях глаза прицельная метка с точки зрения наблюдателя перемещается по линзе прицела, оставаясь на точке прицеливания вне зависимости от положения глаза наблюдателя относительно прицела.

Коллиматорный прицел позволяет вести стрельбу, держа оба глаза открытыми, при этом поле зрения не уменьшается и у стрелка есть возможность своевременно реагировать на изменение окружающей обстановки.

Коллиматорный прицел обеспечивает более высокую скорость прицеливания, чем традиционные прицельные приспособления (мушка/целик) т.к. при прицеливании нужно совмещать всего лишь - красную светящуюся метку, видимую в окуляре и саму цель, при этом глаз аккомодируется на расстоянии до цели (в механических прицелах - обычно на мушку, целик и цель видны не в фокусе).

Коллиматорные прицелы бывают открытые и закрытые. Существует/существовала нечеткость терминологии на этот счет. Изначально закрытыми прицелами именовались прицелы, которые не имели прозрачной линзы, а только проецировали в глаз стрелка прицельную метку. Цель в окуляре не отображалась, прицеливание осуществлялось бинокулярно при наблюдении одним глазом прицельной метки, а другим - цели, в мозгу стрелка происходило характерное для бинокулярного зрения совмещение изображений от обоих глаз.

Примерно это выглядело так.

В настоящее время такие прицелы практически вышли из употребления.

Современные коллиматорные прицелы имеют оптическую схему, сквозь которую стрелок наблюдает цель, и при этом она же отражает в его глаз изображение прицельной метки, по старой классификации все такие прицелы назывались открытыми.

Сейчас закрытым коллиматорным прицелом именуется прицел, у которого источник освещения, формирующий метку, находится в закрытом (обычно цилиндрическом, герметичном) корпусе, при этом, кроме передней линзы коллиматора , имеется закрывающая корпус сзади линза окуляра.

Открытый коллиматорный прицел имеет только переднюю линзу в оправе, источник света находится открыто на основании прицела.

История развития коллиматорных прицелов

Говард Грабб был главой семейной фирмы Grubb Telescope Company , основанной его отцом, которая делала большие телескопы, средства управления телескопами и другие оптические приборы. Он также известен своей работой по совершенствованию перископов и изобретением коллиматорного прицела .

В 1900г. Грабб изобрел коллиматорный прицел . В дальнейшем этот тип прицелов начал использоваться на всех видах оружия от стрелкового, до истребителей и артиллерии.

В 1901г. Говард Грабб создал компактный вариант коллиматорного прицела , подходящего для ручного огнестрельного оружия и небольших устройств. Прицел был модернизирован, освещение прицельной марки было улучшено путем размещения осветителя на его лицевой стороне сверху, в результате попадающий свет отражался от передающего зеркала, а затем от вогнутого стекла в глаз наблюдателю.

Коллиматорный прицел Грабба стал применяться на охотничьем оружии и завоевал популярность. также в 1901г.

Типы колиматорных прицелов

Изначально коллиматорные прицелы стали использовать в авиации, применяя их на истребителях.

Впервые их применили в 1918 году на истребителях Albatros D.V и Fokker Dr.1. Прицелы были производства фирмы Optische Anstalt Oigee , изготовленные по патенту Грабба, в качестве подcветки прицельной сетки использовался электрический свет.

В дальнейшие годы авиационные коллиматорные прицелы совершенствовались, принцип их остался тот же.

Коллиматорные прицелы широко применялись в авиации, в зенитных установках, противотанковой артиллерии, минометах.

Вскоре после Второй мировой войны появились коллиматорные прицелы для винтовок и дробовиков, Nydar shotgun sight (1945), который использует изогнутое полупрозрачное зеркало, чтобы отражать свет для освещения прицельной марки, и Giese electric gunsight (1947), который был оснащен батарейным питанием освещения марки.

Позднее появились прицелы Weaver Qwik-Point (1970) и . Оба прицела использовали окружающий свет для освещения прицельной марки при помощи устройства разделения луча — зеленый крестик в Insta-Sight, и красный пластиковый стержень «световод», который создавал красную точку прицеливания визира в Qwik-Point.

Были и другой тип коллиматорного прицела , так называемый «слепой» или закрытого типа, который (в зависимости от используемой прицельной марки) называют RED DOT, он пришел из артиллерии.

Для освещения прицельной марки использовалась электрическая лампочка или световоды.

В качестве примера прицелов использующих для освещения световоды можно привести SinglPoint и Armson OEG.
В качестве прицельной марки у обоих использовалась красная точка, источником светя являлся окружающий свет. Но, у Armson OEG для подсветки в ночное время использовался тритий — радиоактивное в-во, что расширяло возможности его использования.

Основным недостатком этой системы является то, что мозг плохо адаптировался для объединения разнородных изображений от каждого глаза, в результате чего прицельная марка смещается по отношению к изображению цели. Из-за этого смещения — и большого размера точки (8 или 16 МОА), эффективность прицелов была значительно ограничена. Военные США прекратили разработки коллиматорных прицелов для стрелкового оружия

Следующий шаг вперед в технологии красной точки сделала компания Aimpoint , в прицелах которой стал использоваться светоизлучающий диод (LED ) для проецирования красной точки на изображении цели, это произошло в 1974 году. Однако, не смотря на преимущества, коллиматоры особого успеха среди охотников и спортсменов не имели.

Все изменилось в 1975 году благодаря сержанту запаса американской армии Джо Паскарелли . Получив первое место на национальном чемпионате по стрельбе из пистолета в Кемп-Перри, Его фотография украсила обложку журнала Американской стрелковой ассоциации. На фотографии был изображен Паскарелли. В руке он держал пистолет, на котором был установлен прицел Aimpoint Electronic .

Комитет Палаты представителей США по делам вооруженных сил отметил еще в 1975 году о пригодности использования коллиматорных прицелов для М16, однако, прошло еще довольно много времени прежде чем коллиматорные прицелы начали использоваться на оружии.

Но только в 2000 году произошел прорыв. Aimpoint заключило контракт на поставку армии США 565783 прицелов M68 Close Combat Optic Rifle Sights (Aimpoint Comp2 ).

За последующие годы популярность коллиматорных прицелов значительно выросла, появилось множество разнообразных моделей, но все они обязаны своим появлением Говарду Граббу.

Оптический коллиматор

Оптический коллиматор - это устройство для получения пучков параллельных световых лучей. Оптический коллиматор состоит из объектива (в простейшем случае вогнутого зеркала), в фокальной плоскости которого помещён источник света малой величины. Наиболее часто таким предметом служит отверстие непрозрачной диафрагмы, например узкая щель постоянной или изменяемой ширины. Относительное расположение объектива и источника фиксируется закреплением их в корпусе (обычно трубообразной формы). Зачернённые изнутри стенки корпуса поглощают лучи, направление которых не совпадает с оптической осью объектива . Неидеальность параллельного пучка, выходящего из коллиматора, обусловлена конечным размером источника и аберрациями объектива . Фокусное расстояние, действующее отверстие и качество исправлений аберраций объектива, а также форма и размеры предмета выбираются в соответствии с назначением коллиматора и условиями его использования.

Коллиматоры применяются, например, в астрономии для выверки больших измерительных инструментов и определения их коллимационной ошибки, в спектральных приборах для получения пучков света, направляемых в диспергирующую систему, в разнообразных измерительных, испытательных и выверочных оптико-механических приборах и прицельных системах . Коллиматор входит в состав автоколлимационных устройств (см. Автоколлиматор , Автоколлимация). Физическая энциклопедия

Коллиматор частиц

Коллиматоры для получения приблизительно параллельных пучков ионизирующего излучения (или частиц, вплоть до молекул) представляют собой длинное отверстие с той или иной формой поперечного сечения, проделанное в поглощающем материале. Например, коллиматор гамма - или рентгеновских квантов может быть отверстием в свинцовом поглотителе; коллиматор тепловых нейтронов - отверстием в кадмиевом или борном поглотителе. На одном из концов коллиматора находится источник излучения. Простейшие коллиматоры такого рода могут применяться и в оптике. Когда необходимо получить плоский пучок, применяются щелевые коллиматоры, в этом случае квазипараллельными являются только проекции лучей на плоскость, перпендикулярную плоскости щели.

Управляемый драйвером PT4115 (кстати, жаркое лето и холодную зиму пережил успешно). Они бывают рассчитаны под разный угол освещения - 5°, 15°, 30°, 45° или 90°. В момент оформления заказа я в примечании отметил нужный угол в 45°, чтобы подсвечивать объекты на удалении примерно 20-30м, однако мне пришёл прожектор, где только одна пара линз рассчитана под угол 45°, а другая - уже на более широкий угол - 90°, поэтому решил заказать новые линзы, дабы заменить широкоугольные насадки на узкий угол.

Внешний вид
Мне на тот момент насадки пришли в количестве 5 штук. Сейчас ситуация изменилась в приятную сторону - их количество увеличилось вдвое, цена даже уменьшилась. Упакованы линзы в пакетик с наклейкой, где обозначен угол освещения.

Об одном недостатке - линзы подвержены царапинам. Вот эта царапина появилась после падения на асфальт

Конструкция насадок - разборная

Собственно, сам прожектор. Здесь по отражению света можно заметить, какие линзы широкоугольные и какие узкоугольные.

Линзы коллиматоров здесь имеют рельефную поверхность

Способ крепления - на корпус светодиодов - не самый удачный, т.к. если постоянно менять эти насадки, то это приведёт к постепенному расшатыванию самих светодиодов. Мой случай прост - установить один раз и более не менять.

По сравнению с ними, новые заказанные коллиматоры несколько больше по диаметру и высоте

Если конкретнее, то по диаметру разница составляет 3мм

По высоте - 1мм разница

На светодиоды в прожекторе коллиматоры устанавливаются без затруднений.

Примеры освещения
Моя IP-камера (1080p) также имеет свою встроенную подсветку, состоящую из 2-х светодиодов. Для чистоты теста, я её отключил, и подсвечивал объект только прожектором, однако в этом случае автоматически поднимается ISO.

Просто ночь
Прожектор выключен.
Фокусное расстояние - 3.6мм


Работает только освещение от магазинной LED-вывески.

Прожектор 2xLED 45° + 2xLED 90°
Фокусное расстояние - 3.6мм
Расстояние до машины - 20 метров
Штатная подсветка камеры выключена.

Прожектор 4xLED 45°
Фокусное расстояние - 3.6мм
Расстояние до машины - 20 метров
Штатная подсветка камеры выключена.

Общее наглядное сравнение стоп кадров. Здесь у вас может возникнуть вопрос, когда при освещении только прожектором с 4 линзами по 45 градусов объект выглядит гораздо ярче, чем прожектор + штатная подсветка камеры. Объяснение этому явлению простое - с отключенной штатной подсветкой в камере, программа автоматически поднимает экспозицию (светочувствительность матрицы(ISO) и выдержку), но это приводит к шумам на изображении и снижению частоты кадров. Со включенной штатной подсветкой камеры и прожектором картинка хоть и не такая яркая, экспозиция выравнивается и появляется плюс в виде прироста частоты кадров в сек.

В увеличенном виде на статичных стоп-кадрах разница между «штатная + прожектор (4х45°)» и «штатная + прожектор (2х90° + 2х45°)» в отличие от вышерассмотренных примеров на широком угле - практически незаметна, ибо автоэкспозиция делает своё дело, поэтому стоп-кадр с «штатная + прожектор (2х90° + 2х45°)» сюда не добавил. Однако в случае с «штатная + прожектор (4х45°)» появляется небольшой выигрыш в частоте кадров в сек.

Анимация ниже объясняет, зачем мне понадобились насадки именно на узкий угол, камера моя поддерживает оптическое увеличение, что хорошо даёт разглядеть автомобиль на расстоянии 20 метров. Здесь сменяется 2 кадра - на одном прожектор включен (4х45°), на другом он выключен. Штатная подсветка камеры включена в обоих случаях.

Линзы меня устроили и установлены в прожекторе уже 7 месяцев, поэтому зимние морозы им вреда также не принесли, за исключением пятой насадки, которую случайно уронил на асфальт, впоследствии поцарапавший поверхность. Немного смутило, что раньше продавалась только половина от того, что продаётся сейчас, причём за меньшие деньги, но и выбор этих насадок в прошлом году был заметно меньше.