Параллакс и аберрации оптических прицелов

В связи с большим распространением среди людей, близких к стрелковому спорту (снайпер - тоже спортсмен) и охоте, большого количества разнообразных оптических приборов (биноклей, зрительных труб, телескопических и коллиматорных прицелов) все чаще стали возникать вопросы, связанные с качеством изображения, даваемого такими приборами, а также о факторах, влияющих на точность прицеливания. Так как народ у нас все больше с образованием и/или имеющий доступ к Интернету, то большинство все же где-то слышало или видело такие связанные с данной проблемой слова, как ПАРАЛЛАКС, АБЕРРАЦИЯ, ДИСТОРСИЯ, АСТИГМАТИЗМ и т.п. Так что же это такое и так ли оно на самом деле страшно?

Начнем с понятия аберрации.

Любой реальный оптико-механический прибор является произведенной человеком из каких-то материалов ухудшенной версией идеального прибора, модель которого рассчитывается исходя из простых законов геометрической оптики. Так в идеальном приборе каждой ТОЧКЕ рассматриваемого предмета соответствует определенная ТОЧКА изображения. На самом же деле это не так. Точка никогда не изображается точкой. Ошибки или погрешности изображений в оптической системе, вызываемые отклонениями луча от того направления, по которому он должен был бы идти в идеальной оптической системе, называются аберрациями.

Аберрации бывают разные. Наиболее распространены следующие виды аберраций оптических систем: сферическая аберрация, кома, астигматизм и дисторсия. К аберрациям также относятся кривизна поля изображения и хроматическая аберрация (связана с зависимостью показателя преломления оптической среды от длины волны света).

Вот что написано о различных видах аберраций в самом общем виде в учебнике для техникумов (не потому привожу этот источник, что сомневаюсь в интеллектуальных способностях читателей, а потому, что материал здесь изложен наиболее доступно, лаконично и грамотно):

"Сферическая аберрация - проявляется в несовпадении главных фокусов для лучей света, прошедших через осесимметричную систему (линзу, объектив и т.д.) на разных расстояниях от оптической оси системы. Вследствие сферической аберрации изображение светящейся точки имеет вид не точки, а окружности с ярким ядром и ослабевающим к периферии ореолом. Исправление сферической аберрации осуществляется подбором определенного сочетания положительных и отрицательных линз, обладающих одинаковыми аберрациями, но с разными знаками. Исправить сферическую аберрацию можно в одиночной линзе используя асферические преломляющие поверхности (вместо сферы, например, поверхность параболоида вращения или что-то подобное - Е.К.).

Кома. Кривизна поверхности оптических систем кроме сферической аберрации вызывает также и другую погрешность - кому. Лучи, идущие от точки объекта, лежащей вне оптической оси системы, образуют в плоскости изображения в двух взаимно перпендикулярных

направлениях сложное несимметричное пятно рассеяния, напоминающее по виду запятую (comma, англ. - запятая). В сложных оптических системах кому исправляют совместно со сферической аберрацией подбором линз.

Астигматизм заключается в том, что сферическая поверхность световой волны при прохождении оптической системы может деформироваться, и тогда изображение точки, не лежащей на главной оптической оси системы, представляет собой уже не точку, а две взаимно перпендикулярные линии, расположенные на разных плоскостях на некотором расстоянии друг от друга. Изображения точки в промежуточных между этими плоскостями сечениях имеют вид эллипсов, одно из них имеет форму круга. Астигматизм обусловлен неодинаковостью кривизны оптической поверхности в разных плоскостях сечения падающего на нее светового пучка. Астигматизм может быть исправлен таким подбором линз, чтобы одна компенсировала астигматизм другой. Астигматизмом (впрочем, как любыми другими аберрациями) может обладать и человеческий глаз.

Дисторсия - это аберрация, которая проявляется в нарушении геометрического подобия между предметом и изображением. Она обусловлена неодинаковостью линейного оптического увеличения на разных участках изображения. Положительная дисторсия (увеличение в центе меньше чем по краям) носит название подушкообразной. Отрицательная - бочкообразной. Кривизна поля изображения заключается в том, что изображение плоского предмета получается резким не в плоскости, а на искривленной поверхности. Если линзы, входящие в состав системы, можно считать тонкими, и система исправлена на астигматизм, то изображение плоскости, перпендикулярной оптической оси системы представляет собой сферу радиуса R, причем 1/R=<СУММА ПО i произведений fini>, где fi- фокусное расстояние i-ой линзы, ni - показатель преломления ее материала. В сложной оптической системе кривизну поля исправляют, сочетая линзы с поверхностями разной кривизны так, чтобы величина 1/R равнялась нулю.

Хроматическая аберрация обусловлена зависимостью показателя преломления прозрачных сред от длины волны света (дисперсия света). Вследствие ее проявления изображение предмета, освещенного белым светом, становится окрашенным. Для уменьшения хроматической аберрации в оптических системах применяют детали с различной дисперсией, что приводит к взаимной компенсации этой аберрации…"(с)1987, А.М. Морозов, И.В. Кононов, "Оптические приборы", М., ВШ, 1987.

Что же из всего вышеизложенного важно для уважаемого читателя?

1. Сколь-нибудь серьезное влияние на точность прицеливания в оптический прицел могут оказать сферическая аберрация, кома, астигматизм и хроматическая аберрация. Но, как правило, уважающие себя фирмы делают все от них зависящее, чтобы максимально исправить эти аберрации. Критерием исправления аберраций является предел разрешения оптической системы. Измеряется он в угловых величинах, и чем он меньше (при равном увеличении), тем лучше прицел исправлен на аберрации.
2. Дисторсия не оказывает влияния на разрешение прицела и проявляется в некотором искажении резко видимого изображения. Многие могли сталкиваться с такими приборами, как дверные глазки и фотообъективы типа "Рыбий глаз", в которых дисторсия специально не исправляется. Как правило, дисторсия в оптических прицелах также исправляется. Но некоторое наличие ее в прицеле, как будет сказано ниже, иногда очень даже полезно.

Теперь о понятии параллакса.

"Параллаксом называется кажущееся смещение наблюдаемого предмета вследствие перемещения глаза стрелка в какую-либо сторону; появляется оно в результате изменения угла, под которым был виден данный предмет до перемещения глаза стрелка. В результате кажущегося смещения прицельной шпильки или перекрестья получается ошибка в наводке, эта параллактическая ошибка и есть так называемый параллакс.

Чтобы избежать параллакса, следует при прицеливании посредством телескопа приучить себя ставить глаз всегда в одинаковом положении по отношению к окуляру, что достигается прикладистой ложей и частым упражнением в прицеливании. Современные оружейные телескопы позволяют перемещать глаз вдоль оптической оси окуляра и в стороны от нее до 4 мм без параллактической ошибки в прицеливании.

В.Е. Маркевич 1883-1956 гг.
"Охотничье и спортивное стрелковое оружие"

Это была цитата из "классика". С точки зрения человека середины века она абсолютно верна. Но время идет… Вообще в оптике параллаксом называется явление, обусловленное тем, что один и тот же объект наблюдается одним наблюдателем под разными углами. Так на параллаксе основано определение дальности оптическими дальномерами и артиллерийскими буссолями, стереоскопичность человеческого зрения также основана на параллаксе. Параллакс оптических систем обусловлен не одинаковостью диаметров выходного зрачка прибора (в современных прицелах 5-12 мм) и человеческого глаза (1,5-8 мм в зависимости от освещенности фона). Параллакс существует в любом оптическом приборе, даже максимально исправленном на аберрации. Другое дело, что параллакс можно компенсировать искусственным введением аберрации (дисторсия) в оптику окулярной части прицела так, что общая дисторсия прицела равна нулю, а дисторсия изображения сетки такова, что компенсирует параллакс прицела во всей плоскости входного зрачка. Но эта компенсация происходит только для изображения предмета, находящегося на расстоянии практической бесконечности прицела (величина дается в паспорте). Вот почему на некоторых профессиональных прицелах имеется т.н. устройство отстройки от параллакса (Parallax Adjust-ment Knob, Ring, etc.) Суть его в том, чтобы изменить расстояние практической бесконечности, т.е. грубо - навестись на резкость. В не исправленных на параллакс прицелах лучше всего действительно целиться глазом, находящимся строго в центре выходного зрачка прицела.

Как же узнать, исправлен ваш прицел на параллакс или нет? Очень просто. Необходимо навести центр сетки прицела на объект, находящийся на бесконечности, зафиксировать прицел, и, перемещая глаз по всему выходному зрачку прицела, наблюдать за взаимным положением изображения объекта и сетки прицела,. Если взаимное положение объекта и сетки не изменяется, то вам крупно повезло - прицел исправлен на параллакс. Люди, имеющие доступ к лабораторному оптическому оборудованию могут использовать оптическую скамью и лабораторный коллиматор для создания бесконечно удаленной точки визирования. Остальные могут использовать пристрелочный станок и любой малогабаритный объект, расположенный на расстоянии больше 300 метров.

Этим же нехитрым способом можно определять наличие или отсутствие параллакса в коллиматорных прицелах. У этих прицелов отсутствие параллакса - большой плюс, так как скорость прицеливания в таких моделях существенно возрастает за счет использования всего диаметра оптики.

Из всего вышесказанного вывод напрашивается такой:

Уважаемые пользователи оптических прицелов! Не забивайте себе головы такими терминами, как астигматизм, дисторсия, хроматизм, аберрация, кома и т.п. Пусть это остается уделом оптиков-конструкторов и расчетчиков. Все, что вам надо знать о своем прицеле, это исправлен он на параллакс, или нет. Выясните это, проведя нехитрый опыт, описанный в данной статье.

Желаю всем получить положительный результат.

Егор К.
Редакция 30 сентября 2000 г.
Блокнот Снайпера