Принцип действия и виды коллиматорных прицелов

Коллиматорный прицел - это оптическая система на основе пучка параллельных лучей. Параллельность их расположения обеспечивает неискаженное наблюдение цели в пределах видимости, поскольку для глаза стрелка рефлектор представляет собой плоско-параллельную пластину. Прицеливание может осуществляться как одним, так и двумя глазами, что создает для стрелка ничем не ограниченное поле зрения.
Всякий, кто хотя бы однажды держал в руках стрелковое оружие, знает как не просто бывает прицелиться, особенно, начинающему стрелку. Если оружие имеет открытый механический прицел, необходимо, прикрыв один глаз, навести оружие на объект стрельбы. При этом необходимо одинаково хорошо видеть как прицельные приспособления — целик и мушку, так и саму мишень, что, из-за оптических свойств глаза довольно затруднительно. Как известно, действие обычных механических прицелов (визиров) основано на схеме наводки оружия, при которой луч зрения глаза стрелка должен проходить через прорезь целика, вершину мушки и точку наводки (цель). Иначе говоря, глаз должен видеть одновременно три объекта, расположенные относительно глаза на различных расстояниях.
Способность глаза отчетливо видеть удаленные предметы и предметы, расположенные близко, заключается в особом свойстве хрусталика, называемом аккомодацией. Это свойство, тем не менее не позволяет видеть одновременно резко предметы расположенные на разных расстояниях, в процессе визирования глаз наводчика оружия вынужден быстро и последовательно приспосабливаться к тому, чтобы видеть сначала один объект, затем другой и третий. У стрелков с хорошо натренированным и, в целом, здоровым зрением процесс аккомодации проходит быстро и без значительных усилий мышц хрусталика, в то время как для других визирование по трем точкам - достаточно сложное действие, вызывающее утомление зрения. При стрельбе по движущимся целям время на проведение наводки крайне ограничено, поэтому количество ошибок прицеливания возрастает.
На оружии, от которого требуется большая дальность и высокая точность стрельбы, устанавливаются оптические прицелы. Оптический прицел позволяет получить изображение объекта и сетки в одной плоскости с одинаковой отчетливостью. Таким образом, в оптических прицелах стрелок видит одновременно прицельное приспособление (сетку или так называемую марку) и изображение предмета (цели), находящиеся в одной плоскости и на одном видимом удалении. Это достигается за счет оптического переноса изображения сетки в бесконечность. Следовательно, в оптических прицелах глаз должен аккомодировать только на одно расстояние, что значительно облегчает процесс наводки оружия и повышает точность стрельбы, по сравнению с механическим прицелом.
Оптические визиры не лишены недостатков, главным из которых является ограниченное поле зрения. И чем больше в прицеле оптическое увеличение, тем, при прочих равных условиях, меньше поле зрения. В свою очередь, ограничение поля затрудняет перенос прицельного огня по фронту, а также наводку оружия при стрельбе по движущимся целям, появляющимся на короткое время.
В таких условиях более пригодны визиры, не имеющие видимого оптического увеличения – так называемые коллиматорные. Использование коллиматорного прицела при стрельбе из автоматического стрелкового оружия повышает эффективность ведения огня по сравнению с механическим прицелом в 2-3 раза по движущимся целям и в 1,5-2 раза по неподвижным целям и позволяет уверенно поражать цели на расстоянии до 300 м. Коллиматором называют оптическую систему, дающую на выходе пучок параллельных лучей, т.е. имитирующую бесконечно удаленную точку.

Прицелы, созданные на основе коллиматора, называют коллиматорными прицелами.

Коллиматорный прицел простейшей конструкции (см. схему ниже) состоит из линзы 2, в фокальной плоскости которой установлена плоскопараллельная пластина 1 с изображением прицельной марки, поэтому при наблюдении со стороны линзы глаз видит изображение марки как бы отнесенное в бесконечность. Процесс визирования с использованием такого прицела заключается в совмещении изображения перекрестия с выбранной целью (точкой наводки), которая при этом наблюдается вторым глазом.

Вышеописанный коллиматорный прицел называют прицелом «закрытого» или «бинокулярного» типа. Такие прицелы являются весьма простыми и компактными приборами, однако, из-за того, что их действие основано на использовании обоих глаз, точность наводки зависит от способности зрения наводчика сохранять параллельность зрительных осей правого и левого глаза.
Коллиматорные системы закрытого типа внешне сходны с простыми оптическими прицелами, хотя несколько отличаются габаритами. Базовая комплектация позволяет увеличивать изображение всего в 1,5 раза, что практически не сказывается на угле обзора. Также можно приобрести дополнительные насадки, которые обеспечивают увеличение изображения в два раза. Для дальнейшего приближения используются оптические линзы. В итоге можно получить своего рода симбиоз оптического прицела и коллиматорной системы.
Более совершенным видом коллиматорного прицела является прицел «открытого» типа, состоящий из объектива 2 и пластинки с сеткой 1, расположенной в фокальной плоскости объектива (см. схему ниже). Сетка обычно освещается каким-либо источником света. Над объективом имеется установленная под углом 45 градусов к оптической оси объектива плоскопараллельная пластина 3, являющаяся полупрозрачным зеркалом. Поэтому наводчик видит отраженное от пластины 3 изображение перекрестия, с которым он совмещает цель, наблюдая её сквозь туже пластину. Параллельные пучки лучей от прицельной марки воспринимаются глазом как лучи, поступающие от бесконечно удаленного предмета. Следовательно, наводчик должен аккомодировать свой глаз только на одно расстояние, так как цель и изображение прицельного знака кажутся ему расположенными в одной плоскости.

Благодаря тому, что такие прицелы допускают наведение оружия с использованием одного глаза, в них максимально исключены ошибки визирования, вызванные недостатками зрения стреляющего, а точность прицеливания зависит лишь от особенностей конструкции, качества оптики и конфигурации прицельного знака.
Вышеописанный принцип действия коллиматорных прицелов известен с 1930-1940гг, но наибольшее распространение такие прицелы получили лишь в зенитной и авиационной артиллерии. На фотографии кабина Мессершмитт Me.262. Коллиматорный прицел обведен красным цветом.

С середины 60-х годов стали появляться коллиматорные прицелы для стрелкового оружия. Однако, значительного интереса в то время к таким устройствам не было и поэтому серьезных конструкторских разработок не проводилось. Варианты коллиматорных прицелов для стрелкового оружия, имеющие практическое значение, были разработаны лишь в последние годы. Отчасти это связано с произошедшей переоценкой роли штурмового оружия и осознанием того, что его применение наиболее эффективно на небольших дальностях.
Несмотря на то, что закрытые прицелы можно лучше защитить от засорения установкой прозрачных колпаков с обеих сторон, и они обычно выполняются полностью герметичными, такие свойства закрытых прицелов как значительное закрытие корпусом прицела обзора, меньшая светосила и высокая масса таких моделей будут оправданы только при установке на нарезное оружие. Вышеперечисленные недостатки очень существенны, они ощутимо меняют картинку прицела и вместо просто прицельной марки на фоне местности, достигаемой в лучших открытых моделях, особенно имеющих съемный защитный козырек, мы получаем явный вид через прицел, с закрытием части поля зрения его корпусом. Вдобавок из-за существенно большей массы меняется балансировка оружия. Для эффективной стрельбы дробью по быстролетящей цели лучшая картинка и меньший вес прицела открытого типа предпочтителэнее.
Конструкции известных в настоящее время коллиматорные прицелы для стрелкового оружия представлены достаточно широко. Среди них имеются разнообразные варианты, разработанные как для боевого, так и для охотничьего оружия и созданные на основе «закрытой» и «открытой» оптических схем коллиматора. Как было сказано выше, наиболее простыми коллиматорными прицелами являются прицелы «закрытого» типа. Среди отечественных приборов данного класса можно назвать такие прицелы как «Светлячок», «Мушка», «Вьюга» и «ВГА». Все они созданы по одной и той же оптической схеме и отличаются друг от друга лишь конструктивным исполнением. Ниже на рисунке приведен внешний вид коллиматорного прицела «Вьюга–45–2» для автомата Калашникова (на рисунке слева) и охотничьего коллиматорного прицела «Светлячок».

При проведении стрелковых испытаний прицелов «закрытого» типа имеют место, на первый взгляд, противоречивые результаты: одни военнослужащие стреляют с высокой эффективностью, другие – слабо, третьи вообще – неудовлетворительно, хотя при контрольной стрельбе с механическим прицелом их результаты примерно одинаковы. Это объясняется тем, что качество бинокулярного зрения стрелков может иметь различные отклонения от нормы. В отдельных случаях эти отклонения проявляются в виде скрытого косоглазия (гетерофории). При этом пороке зрения у человека с внешне безупречным расположением глаз могут наблюдаться самопроизвольные (неуправляемые) отклонения зрительных осей, вызванные разобщением зрительных образов, которое является характерной особенностью «закрытых» прицелов. Данные офтальмологических исследований показывают, что различными формами гетерофории обладают более 50% населения. По действующей до настоящего времени Инструкции ВМК скрытое косоглазие не выявляется военно-медицинскими комиссиями для подавляющего большинства военных специальностей. В связи с этим среди основной массы военнослужащих лица с нарушениями бинокулярного зрения встречаются так же часто. Кроме этого известно, что скрытое косоглазие может проявляться у человека в условиях расстроенного психофизиологического состояния (возбуждения, усталости, под действием медицинских препаратов и т.п.). То есть, главным недостатком прицелов «закрытого» типа является то, что прицеливание с их помощью носит мало предсказуемый характер. Именно поэтому прицелы «закрытого» типа не применяются в войсковой практике, то есть там, где эффективность боевой стрельбы любым бойцом, по возможности, должна быть вполне определенной.
Среди прицелов «открытого» типа наибольшее распространение получили два варианта оптической схемы. Первый – предполагает использование в качестве коллиматора, дихроичного вогнутого зеркала – рефлектора . Плоскость рефлектора слегка наклонена к визирной оси, а в его фокальной плоскости размещается светящаяся марка , например, светодиод. Для свечения светодиода эти прицелы должны в своем составе обязательно иметь электрический источник энергии (батарею или аккумулятор). Благодаря яркому источнику света (чаще всего красного цвета), возможности легкого управления его яркостью и избирательному отражению зеркала в таких прицелах можно обеспечить очень хорошую видимость прицельной марки и высокое светопропускание. Среди известных таких конструкций можно назвать коллиматорные прицелы «Тайга» и «Компакт».

Отличительной особенностью прицелов, подобных прицелу «Тайга», является то, что рефлектор и светящийся прицельный знак не находятся в общем корпусе и между ними имеется незащищенный от влаги и пыли промежуток. С одной стороны, это снижает вес и габариты прибора, но и ухудшает эксплуатационные свойства, так как малейшее загрязнение светодиода существенно влияет на возможность точного прицеливания. Иногда вместо светодиода в прицелах с рефлектором устанавливают светодиодную матрицу с ярко светящимися элементами. Это позволяет, используя различные святящиеся точки матрицы, обеспечивать высокое качество изображения прицельного знака, изменять его вид, а также вводить углы прицеливания. Такие возможности реализованы, например, в коллиматорных прицелах «Кобра» и «Лайка», но «незащищенная» конструкция этих прицелов, как и прицела «Тайга», не соответствует войсковым требованиям по условиям эксплуатации. Кроме этого, существенным недостатком прицелов «Кобра» и «Лайка» является то, что использованные источники с высокой яркостью создают демаскирующий свет в осевом направлении прицела. То есть, такие прицелы могут легко обнаруживаться противником в темное время.
Второй вариант открытых коллиматорных прицелов строится по классической схеме с использованием светоделительных элементов (кубиков или полупрозрачных зеркал). К известным прицелам с такой схемой относятся «Нить–А», «ПК–1» и «Запев–2». В этих изделиях изображение прицельной марки объединяется с изображением предметов на местности в соответствии с коэффициентом светоделения. Как правило, 1/2 часть света поступает от наблюдаемой местности, а вторая половина – от объектива, формирующего изображение прицельного знака. На рисунках показаны экспериментальный образец прицела «Запев –2», и коллиматорный прицел "Нить-А".

Боевые условия применения прицелов характеризуются широким диапазоном освещения (от яркого солнечного дня до полной темноты) и сменой разнообразных фонов местности, поэтому прицельный знак должен быть наилучшим образом освещен. По способу подсветки прицельного знака коллиматорные прицелы подразделяются на конструкции, использующие дополнительные источники света и без них (активные и пассивные коллиматорные прицелы), то есть с подсветкой от естественного освещения. В качестве дополнительных источников света, как правило, применяются светодиоды, светодиодные матрицы или радиолюминесцентные светоэлементы. Прицелы, использующие естественный свет, отличаются надежностью и простотой, однако в ночных условиях прицельный знак в них не виден. В прицелах с электрическими источниками света, как правило, может быть достигнута очень высокая контрастность прицельного знака на любых фонах местности, однако из-за малого времени необслуживаемой работы такие прицелы в войсковой практике могут найти лишь ограниченное применение. В настоящее время в коллиматорных прицелах для боевого оружия используют комбинацию двух способов освещения прицельного знака: днем – с использованием естественного света, а ночью, если яркость прицельного знака недостаточна, – с подключением дополнительного источника, чаще всего на основе тритиевых светоэлементов, срок необслуживаемой эксплуатации которых может быть более 5 лет.
Коллиматорные прицелы открытого и закрытого типа некоторые источники называют сквозные (сквозь корпус или мениск прицела проходит свет, прицеливаться можно одним и двумя глазами) и слепые, их еще называют "стереоскопические" (проецируют только марку для правого глаза, через прицел ничего кроме марки не видно, прицеливание осуществляется только двумя глазами).
Из недостатков конструкции коллиматорных прицелов, пожалуй, можно отметить лишь особенность оптической схемы, при которой коллиматорные прицелы имеют однократное увеличение, что ограничивает их применение для выстрелов на больших дистанциях.

Подытожим достоинства коллиматоров.

    Коллиматорные прицелы значительно упрощают и ускоряют процесс прицеливания, так как необходимо только совместить марку и цель. При этом отпадает проблема разной фокусировки глаза на мишени и марке. Это делает коллиматорный прицел особенно привлекательным для лиц, не имеющих опыта стрельбы и практически идеальным прицелом для пневматического винтовки (прицел для пневматики) и прицелом для мелкокалиберного оружия (прицел для мелкашки).
    Позволяют пристрелять ружье пулей при значительном смещении СТП (средней точки при целивания) — прицелы имеют юстировку в широких пределах.
    Исправляет недостатки прикладистости ружья, баланса, угла питч и пр.
    С установленным коллиматорном прицелом на дробовом ружье (коллиматорный прицел для гладкоствольного оружия), удобно производить стрельбу по птице влет.
    Прицельная марка не закрывает цель.
    Позволяют производить прицельную стрельбу в условиях низкой освещенности.
    Облегчают прицеливание людям с недостаточной остротой зрения, например, астигматизм, близорукость.

Простота конструкции коллиматорного прицела помимо надёжности и удобства прицеливания делает его доступным и широко используемым во всех областях применения прицелов для охотничьего, спортивного и военного оружия.

Источник: opticstrade.com