Диссертация (Голограммные компенсаторы в оптических системах голографических коллиматорных прицелов)

2СодержаниеСтр.Список сокращений и условных обозначений...……………...…………..5Введение……………………………………………………………………..6Глава 1.Анализ применения голограммных оптических элементов вголографических коллиматорных прицелах, обоснование цели изадач диссертации.………..……………………….……………….1.1.Классификацияисравнительныйанализоптическихустройств прицеливания…………..………………………………...1.2.Структурно-функциональнаясхема17голографическогоколлиматорного прицела с голограммным компенсатором.……...1.4.12Оптические системы голографических коллиматорныхприцелов с голограммными оптическими элементами.…...……...1.3.1225Анализ фоточувствительных регистрирующих сред дляполучения трехмерных голограмм………………………………….291.4.1. Галогенидосеребряный фоточувствительный материал...301.4.2.

Регистрирующая среда на основе бихромированнойжелатины………………………………………………………………….321.4.3. Усадка регистрирующей среды в процессе химикофотографической обработки…………………………………………….1.4.4.Способырегулированиявеличины34усадкирегистрирующей среды………………………………………………….401.4.5.

Спектральная и угловая селективность трёхмерныхголограмм………………………………………………………………...42Постановка задачи исследований диссертационной работы..481.5.1.Обоснование актуальности темы диссертации…...…...481.5.2.Цель и задачи диссертационной работы……...…...…..491.5.Глава 2. Метод расчета и функциональные схемы голограммныхкомпенсаторовдляоптическихсистемголографическихколлиматорных прицелов ……….……………...…………………...503Постановка задачи исследований при разработке метода2.1.расчета и функциональных схем голограммных компенсаторов....502.2. Особенности дифракции света на голограммных решеткахразличного типа………………………………………………………502.3. Особенности дифракции света на тонких пропускающихголограммных дифракционных решетках…………………………..512.4.

Особенности дифракции света на трехмерных пропускающихголограммах…………………………………………………………...532.5. Особенности дифракции света на трехмерных отражающихголограммах…………………………………………………………...572.5.1. Возможность увеличения допустимого изменения длиныволны излучения полупроводникового источника света прииспользовании отражательных голограмм…………………..2.6.Расчетно-формульнаямоделькомпенсаторанаосновепропускающих голограммных оптических элементов…………2.7.Расчетно-формульнаяпропускающихмоделькомпенсатораголограммныхоптическихнаРасчетно-формульнаямодельэлементовкомпенсаторанаиРазработкаголографическихиисследованиеколлиматорныхоптическихприцеловнаОписаниеоптическойсистемы75системосновеголограммных компенсаторов……………………………………….3.1.72основекомпьютерно-синтезированной голограммы Фурье……………Глава 3.62основезеркала……………………………………………………………...2.8.5978голографическогоколлиматорного прицела с голограммным компенсатором наоснове трехмерной пропускающей дифракционной решетки…3.1.1Разработкаоптическойсистемыколлимирующегообъектива……………………..………………………………...3.1.2.Экспериментальныеголографическогоприцелаисследованияна79основемакетатрехмерного804голограммного компенсатора…………………………………3.2.Описаниеоптическойсистемы88голографическогоколлиматорного прицела с голограммным компенсатором наоснове тонкой пропускающей дифракционной решетки..903.2.1 Экспериментальные исследования величины угловогосмещения линии визирования………………………………...3.2.2.Экспериментальныеисследования91макетаголографического прицела……………………………………94Общие выводы и заключение…...……………………………...………….102Список литературы……………………………...…..……………………...1035Список сокращений и условных обозначенийСокращенияГКП – голографический коллиматорный прицелГОЭ – голограммный оптический элементГК – голограммный компенсаторДЭ – дифракционная эффективностьБХЖ – бихромированная желатинаЛВ – линия визированияПеременные0 - длина волны светового пучка для записи - длина волны светового пучка при считыванииn - коэффициент преломления регистрирующей средыb - толщина слоя регистрирующей средыd - период записанной интерференционной картины на поверхностиголограммного оптического элементаИндексы переменныхS – объектная волна, ветвьR – опорная волна, ветвь6ВведениеАктуальностьработы.Применениевстрелковоморужииголографических коллиматорных прицелов (ГКП), включающих в том числеголограммные оптические элементы (ГОЭ) и полупроводниковые источникисвета, позволяет уменьшить время прицеливания, повысить качествоизображения прицельных знаков, увеличить яркость прицельного знака насолнечном фоне, а также в 1,5-2 раза понизить массогабаритные параметрыотносительно коллиматорных прицелов.Большой вклад в разработку и исследование ГКП внесли русскиеучёные, в том числе С.Н.

Корешев, М.К. Шевцов [1], С.Б. Одиноков [2], С.А.Иванов, А.Е. Ангервакс [3]. Среди зарубежных учёных можно отметитьработы Upatnieks J. (США), Tai A.M. (США), Sieczka E.J. (США) [4] и др.Одной из серьёзных научно-технических проблем, возникающих приразработке различных оптических систем ГКП является то, что длина волныиспользуемых в качестве источников света полупроводниковых лазеровизменяется при изменении температуры окружающей среды, что приводит кугловому смещению восстановленного с ГОЭ изображения прицельногознака от оси прицеливания и, соответственно, к ошибке прицеливания [5].

Наоснове анализа литературных и патентных источников установлено, что длярешения этой проблемы в оптических системах таких прицелов используетсядва ГОЭ, один из которых формирует мнимое изображение прицельногознака на объекте прицеливания, а второй компенсирует угловое смещениеизображения при изменении длины волны считывающего светового пучка.Такая система, состоящая из одного, двух или более ГОЭ называетсяголограммным компенсатором (ГК).В настоящее время серийно ГКП выпускаются в EOTech AcquisitionCorp. (США), L-3 Communications Corporation (США), а экспериментальныеобразцы - в АО «ГОИ им.

С.И. Вавилова», МГТУ им. Н.Э. Баумана, в научнотехническом центре ПАО «Красногорский завод им. С.А. Зверева».7В ряде указанных организаций в последние десятилетия былипроведены разработки и исследования оптических систем ГКП на основеотражательных ГОЭ и полупроводниковых лазерных диодов. В тоже времянеменееактуальнойзадачейявляетсяисследованиепримененияпропускающих ГОЭ, в том числе и компьютерно-синтезированных, в такихсистемах с использованием в качестве источника излучения точечногосветодиода.

Поэтому до настоящего времени данный вопрос остаетсянерешенным в полной мере. Особенностью разработки оптических системтаких прицелов на основе ГОЭ заключается в необходимости учётадиапазона перестройки длины волны полупроводникового источника света впределах ±30 нм. Поэтому методика проектирования ГОЭ для оптическихсистем таких прицелов должна учитывать такие особенности.В этой связи диссертационная работа, посвященная разработке методарасчёта, функциональных схем ГК и методики проектирования оптическихсистем ГКП на их основе является весьма актуальной.Целью диссертационной работы является разработка метода расчетаи функциональных схем голограммных компенсаторов, а также создание наих основе оптических систем голографических коллиматорных прицелов,обеспечивающих восстановление несмещаемого прицельного знака.Для достижения поставленной цели были поставлены и решеныследующие научно-технические задачи:1.Проанализированысуществующиеоптическиесистемыголографических коллиматорных прицелов.2.Разработаны и исследованы функциональные схемы голограммныхкомпенсаторов (ГК) для оптических систем голографических коллиматорныхприцелов на основе комбинации пропускающих и отражающих ГОЭ, а такжекомпьютерно-синтезированной голограммы Фурье.3.типа,Разработан метод расчета голограммных компенсаторов различногообеспечивающихкомпенсациюизображения прицельного знака.смещенияугловогоположения84.Создана методика проектирования голограммных компенсаторов,включая компьютерно-синтезированную голограмму Фурье, для оптическихсистем ГКП.5.Справедливостьосновныхположенийдиссертационнойработыподтверждена экспериментальными исследованиями на макетных образцахголографических коллиматорных прицелов, включающих различные типыголограммных компенсаторов.Методы исследований.

При решении теоретических и прикладныхзадач были использованы методы теории оптико-электронных систем,методы математического и компьютерного моделирования.Объектомисследованияявляютсяголограммныекомпенсаторы,обеспечивающие компенсацию смещения углового положения изображенияприцельного знака.Научная новизна работы заключается в том, что в процессепроведения исследований были получены новые научные результатытеоретического и прикладного характера, а именно:1.Разработан метод расчета голограммных компенсаторов на основепропускающих и отражающих ГОЭ, а также компьютерно-синтезированнойголограммы Фурье для оптических систем ГКП.2.Разработаныфункциональныесхемынаосновеголограммныхкомпенсаторов, работающие с лазерными и оптическими источникамиизлучения,оригинальностькоторыхподтвержденапатентаминаизобретения.3.Разработана методика проектирования ГК различных типов, включаякомпьютерно-синтезированную голограмму Фурье, для оптических системГКП.Практическаяразработанныеметодценностьработыкомпенсациизаключаетсяугловоговсмещениятом,чтоположенияприцельного знака, методики проектирования ГК нашли применение присоздании оптических систем КП различного назначения с несмещаемым9прицельным знаком, обеспечивающих их работоспособность в расширенномдиапазоне изменения температуры окружающей среды и минимальныемассогабаритные параметры прицелов.Достоверностьиобоснованностьполученныхрезультатов.Изложенные в работе теоретические и экспериментальные результатысогласуютсямежду собой ис результатамидругихисследований.Предложенные модели и сделанные выводы имеют ясную физическуютрактовку.Обоснованностьрезультатовработыподтверждаетсяпубликациями в журналах, цитированием другими авторами и результатамиобсуждения на конференциях, где докладывались результаты работы.Положения, выносимые на защиту.1.Методрасчетаугловогосмещенияположенияизображенияприцельного знака в диапазоне изменения длин волн источника оптическогоизлучениянеменее±30нмна основеразличныхголограммныхкомпенсаторов.2.Функциональные схемы ГК для оптических систем ГКП с лазерным исветодиодным источниками излучения.3.МетодикапроектированияГК,включаякомпьютерно-синтезированную голограмму Фурье, для оптических систем ГКП.4.Результаты экспериментальных исследований макетных образцов ГК всоставе ГКП, разработанных на основе оптических систем с аналоговымиголограммными оптическими элементами и компьютерно-синтезированнымиголограммами и подтверждающих правильность основных расчётныхсоотношений.Реализация и внедрение результатов диссертационной работы.Результаты исследований, выполненных в работе, использованы ивнедрены в ПАО «Красногорский завод им.