НАВИГАЦИОННЫЙ СВЕТОСИГНАЛЬНЫЙ ПРИБОР НАПРАВЛЕННОГО ДЕЙСТВИЯ (ЕГО ВАРИАНТЫ) Российский патент 1994 года по МПК B63B51/00 B63B51/02 

Изобретение относится к техническим средствам световой сигнализации на внутренних водных путях и предназначено для установки на береговых навигационных знаках обозначения положения фарватера или кромки судоходного канала.

Оно может также использоваться в иных случаях, требующих применения светосигнального прибора направленного действия, например, как автономный мигающий красный огонь, необходимый при аварийной стоянке дорожно-транспортного средства.

Предлагаемое устройство относится к изделиям массового применения, при этом ежегодная потребность в них для внутренних водных путей составляет 30000-35000 шт.

Известен электрический светосигнальный прибор направленного действия, содержащий источник света, оптическую систему для формирования направленного светового пучка (дисковую линзу, комплект дисковых линз, параболоидный отражатель с цветным светофильтром или бесцветным защитным стеклом) и автоматическое устройство, обеспечивающее требуемый характер навигационного огня (постоянный, проблесковый) с отключением его на светлое время суток (Справочник "Средства навигационного оборудования внутренних водных путей". М.: Транспорт, 1991. Прибор ЭСПН-140).

Наиболее близким аналогом по технической сущности, совокупности существенных признаков и достигаемому эффекту является навигационный светосигнальный прибор направленного действия типа ЭСПН-160М, описанный в указанном справочнике.

Он содержит оптическую систему, источник света, установленный в подвижном фокусирующем патроне, корпус, шарнирно соединенный с кронштейном для крепления на навигационном знаке, и устройство управления сигнальным огнем.

К недостаткам известного прибора относятся:
линзовый комплект не позволяет получить угол охвата светового потока более чем 130^о, вследствие чего используется примерно 35% энергии света;
световой пучок на выходе оптической системы из-за малых размеров нити накала имеет недостаточную ширину, что не позволяет судоводителю эффективно использовать всю ширину фарватера, затрудняет заход судна на створ на поворотах фарватера;
сокращена дальность видимости цветного огня по сравнению с белым огнем той же мощности.

Технический результат данного изобретения достигается тем, что по первому варианту в известном навигационном светосигнальном приборе направленного действия в качестве оптической системы использована анаморфотная двояковыпуклая линза с двумя взаимно перпендикулярными цилиндрическими поверхностями или с одной цилиндрической и одной сферической поверхностями, имеющая разные угловые увеличения в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а источником света является светоизлучающий диод с направленным цветным свечением, который размещен на оптической оси в одном из передних фокусов линзы.

По второму варианту в известном навигационном светосигнальном приборе направленного действия в качестве оптической системы использована положительная сферическая линза - двояковыпуклая или плосковыпуклая (или мениск) имеющая на выходе одинаковые угловые увеличения в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а источником света является светоизлучающий диод с направленным цветным свечением, который размещен на оптической оси в переднем фокусе линзы.

По третьему варианту в известном навигационном светосигнальном приборе направленного действия оптическая система включает в себя комплект из неподвижной сферической линзы и подвижной линзы с цилиндрической поверхностью, имеющий на выходе постоянное угловое увеличение в вертикальной плоскости и переменное - в горизонтальной плоскости, а источником света является светоизлучающий диод с направленным цветным свечением, который размещен на общей оптической оси перед передним фокусом неподвижной сферической линзы.

Кроме того, по третьему варианту подвижная линза с цилиндрической поверхностью выполнена отрицательной вогнутой либо в виде отрицательного мениска, а светоизлучающий диод расположен на общей оптической оси за передним фокусом неподвижной сферической линзы.

На фиг. 1 изображен общий вид навигационного светосигнального прибора направленного действия с анаморфотной линзой; на фиг.2 - ход лучей в анаморфотной линзе в вертикальной плоскости; на фиг.3 - ход лучей в анаморфотной линзе со сферической и цилиндрической поверхностями в вертикальной плоскости; на фиг.4 - то же, в горизонтальной плоскости; на фиг.5 - общий вид навигационного светосигнального прибора направленного действия с оптической системой из сферической и цилиндрической линз; на фиг.6 - ход лучей в оптической системе из сферической и цилиндрической линз в вертикальной плоскости; на фиг.7 - то же, в горизонтальной плоскости; на фиг.8 - ход лучей в оптической системе из сферической и отрицательной цилиндрической линз в вертикальной плоскости; на фиг.9 - то же, в горизонтальной плоскости.

Прибор, изображенный на фиг.1, состоит из корпуса 1, в котором укреплен подвижный фокусирующий патрон 2 с установленным в нем светоизлучающим диодом 3. Этот патрон позволяет перемещать диод вдоль оптической оси линзы 4 для установки его в одну из фокальных плоскостей этой линзы. Линза 4 фиксируется в корпусе при помощи передней крышки 5.

Выводы светоизлучающего диода 3 соединены с автоматическим устройством управления сигнальным огнем 6, установленным в задней крышке 7, который в свою очередь подключен к источнику питания.

Корпус прибора 1 с помощью шарнира 8 присоединен к кронштейну 9 и может быть развернут в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Кронштейн 9 вместе с светосигнальным прибором крепится на навигационном знаке.

Навигационный светосигнальный прибор работает следующим образом. При подключении электрического источника питания к автоматическому устройству 6 получает стабилизированное по току питание светоизлучающий диод 3. Он излучает конический световой пучок с угловой шириной 10-30о, который, попадая на линзу 4, концентрируется ею в пучок угловой шириной около 2о по вертикали и 4-15о по горизонтали в зависимости от параметров линзы 4.

По первому варианту линза 4 выполнена анаморфотной и имеет две цилиндрические поверхности различной кривизны, образующие которых взаимно перпендикулярны и расположены в горизонтальной и вертикальной плоскостях, либо одну преломляющую поверхность сферического профиля, а вторую - цилиндрическую, с образующей, лежащей в горизонтальной плоскости (фиг.4, 5). Наличие у анаморфотной линзы двух плоскостей симметрии и соответственно различных фокусных расстояний в каждой из этих плоскостей позволяет получить различные угловые размеры светового пучка в этих плоскостях.

С этой целью линза 4 имеет в вертикальной плоскости кривизну преломляющих поверхностей большую, нежели в горизонтальной, а источник света располагается вблизи фокуса 10, расположенного в вертикальной плоскости. При этом угловой размер светового пучка в вертикальной плоскости принимает минимальное значение, определяемое отношением линейного размера источника света к фокусному расстоянию в данной плоскости.

Фокусное расстояние линзы 4 в горизонтальной плоскости больше, чем в вертикальной, а источник света в данной плоскости расположен между фокусом 11 и линзой, вследствие чего угловой размер светового пучка в данной плоскости значительно больше, чем в вертикальной. При необходимости, применением сменных линз можно подобрать такой горизонтальный угловой размер светового пучка, который необходим по условиям судоходства в районе установки навигационного знака.

Приведенные примеры не исчерпывают возможное сочетание профилей преломляющих поверхностей линзы 4. Цилиндрические поверхности могут иметь отрицательную кривизну, сферическая поверхность может быть заменена тороидальной, эллиптической и т.д., что не изменяет сущности изобретения.

По второму варианту линза 4 выполнена положительной двояковыпуклой со сферическим профилем для получения максимальной дальности видимости сигнального огня (при максимальном горизонтальном размере светового пучка). Также может быть использована плосковыпуклая цилиндрическая линза, не изменяющая в горизонтальной плоскости ширину светового пучка светоизлучающего диода 3.

Перед установкой на навигационный знак выполняется фокусировка источника света. Для этого при снятой задней крышке 7 вращением винта подвижного патрона 2 перемещают светоизлучающий диод 3 вдоль оптической оси линзы 4 до получения на экране яркого пятна наименьших размеров.

Установленный на навигационном знаке светосигнальный прибор ориентируется по оси фарватера посредством разворота в вертикальной и горизонтальной плоскостях вокруг оси шарнира 9.

Устройство управления сигнальным огнем 6 обеспечивает необходимый характер огня (постоянный, проблесковый или др.), стабилизирует по току питание светоизлучающего диода и отключает огонь на светлое время суток.

На фиг.6 приведен третий вариант прибора. В нем применена двухлинзовая оптическая система, состоящая из плосковыпуклой или двояковыпуклой первой линзы 4 и цилиндрической, с горизонтальной образующей второй линзы 12. Первая линза 4 закреплена в корпусе неподвижно, а вторая линза 12 перемещается вдоль общей оптической оси системы. Светоизлучающий диод 3 также имеет возможность перемещения вдоль оптической оси, для чего он закреплен в подвижном патроне 2.

Схема оптической системы данного варианта прибора показана на фиг.7-10.

Оптическая система (фиг.7, 8) состоит из положительных сферической 4 и цилиндрической 12 линз. Светоизлучающий диод 3 расположен между линзой 4 и ее первым фокусом 10. Линза 4 дает мнимое изображение источника света в фокусе 13 цилиндрической линзы 12, вследствие чего вышедший из нее световой пучок в вертикальном сечении имеет минимальный угловой размер в 1-2^о.

В горизонтальной плоскости цилиндрическая линза 12 не изменяет углового размера светового пучка прошедшего через линзу 4, за счет чего пучок получается расходящимся.

Оптическая система (фиг.9, 10) отличается тем, что в ней применена отрицательная (вогнутая) цилиндрическая линза 12. Источник света расположен за фокусом первой линзы 4, который дает его действительное изображение во втором фокусе линзы 12.

Обе светооптические системы позволяют плавно изменять угловую величину светового пучка в горизонтальной плоскости путем перемещения второй линзы 12 относительно первой линзы 4 с одновременным выполнением фокусировки источника света.

Использование: навигационное оборудование. Сущность изобретения: в корпусе 1 укреплен подвижный фокусирующий патрон 2 с установленным в нем светоизлучающим диодом 3. Линза 4 фиксируется в корпусе при помощи передней крышки 5. Выводы диода 3 соединены с автоматическим устройством управления сигнальным огнем 6, установленным в задней крышке 7, который в свою очередь подключен к источнику питания. Корпус прибора 1 с помощью шарнира 8 присоединен к кронштейну 9, который крепится на навигационном знаке. В качестве оптической системы в приборе использована анаморфотная двояковыпуклая линза с двумя взаимно перпендикулярными цилиндрическими поверхностями, которые имеют разные угловые масштабы увеличения силы света в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Кроме того оптическая система может быть выполнена в виде комплекта из двух линз, одна из которых является положительной сферической и укреплена неподвижно, а другая выполнена подвижной и имеет цилиндрическую поверхность либо отрицательную вогнутую поверхность. 3 з.п.ф-лы, 10 ил.

1. Навигационный светосигнальный прибор направленного действия, содержащий оптическую систему, источник света, установленный в подвижном фокусирующем патроне, корпус, шарнирно соединенный с кронштейном для крепления на навигационном знаке, и устройство управления сигнальным огнем, отличающийся тем, что в качестве оптической системы использована анаморфотная двояковыпуклая линза с двумя взаимно перпендикулярными цилиндрическими поверхностями либо с одной цилиндрической и одной сферической поверхностями, имеющая разные угловые увеличения в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а источником света является светоизлучающий диод с направленным цветным свечением, который размещен на оптической оси в одном из передних фокусов линзы. 2. Навигационный светосигнальный прибор направленного действия, содержащий оптическую систему, источник света, установленный в подвижном фокусирующем патроне, корпус, шарнирно соединенный с кронштейном для крепления на навигационном знаке, и устройство управления сигнальным огнем, отличающийся тем, что в качестве оптической системы использована положительная сферическая линза - двояковыпуклая, плосковыпуклая, или мениск, имеющая на выходе одинаковые угловые увеличения в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а источником света является светоизлучающий диод с направленным цветным свечением, который размещен на оптической оси в переднем фокусе линзы. 3. Навигационный светосигнальный прибор направленного действия, содержащий оптическую систему, источник света, установленный в подвижном фокусирующем патроне, корпус, шарнирно соединенный с кронштейном для крепления на навигационном знаке, и устройство управления сигнальным огнем, отличающийся тем, что оптическая система включает в себя комплект из неподвижной сферической линзы и подвижной линзы с цилиндрической поверхностью, имеющий на выходе постоянное угловое увеличение в вертикальной плоскости и переменное в горизонтальной плоскости, а источником света является светоизлучающий диод с направленным цветным свечением, который размещен на общей оптической оси перед передним фокусом неподвижной сферической линзы. 4. Прибор по п.3, отличающийся тем, что подвижная линза с цилиндрической поверхностью выполнена отрицательной вогнутой либо в виде отрицательного мениска, а светоизлучающий диод расположен на общей оптической оси за передним фокусом неподвижной сферической линзы.