ПРИБОР СТАТИЧЕСКОГО ОБЗОРА Российский патент 2000 года по МПК G02B23/00 G02B23/08 

Изобретение относится к области оптического приборостроения, к группе перископических призменных приборов статического обзора и может быть использовано для оснащения инкассаторных машин и любых других подвижных носителей.

Известны оптические перископические приборы наблюдения (см. патент США N 3619040, МКИ G 02 В 5/04, 23/08, публ. 09.11.71 г., т. 892, N 2; патент США N 4145119, МКИ G 02 В 5/08, публ. 20.02.79 г., т. 980, N 3; заявка ФРГ N 2728342, МКИ G 02 В 23/08, публ. 01.02.79 г., N 5).

Из известных перископических приборов наиболее близким по технической сущности является прибор, описанный в заявке ФРГ N 2728342.

Данный прибор содержит две одинаковые призмы, расположенные одна над другой вдоль вертикальной оптической оси. Между призмами находится воздушный промежуток. В приборе предусмотрены входное и выходное окна, обеспечивающие прохождение светового потока соответственно к верхней и нижней призмам перпендикулярно оптической оси. При этом первая отражающая плоскость верхней призмы и последняя отражающая плоскость нижней призмы параллельны.

Призменный перископический прибор статического обзора является прибором однократного увеличения и изготовлен из оптических элементов плоской оптики (призм, плоских зеркал, плоскопараллельных пластин), позволяющих наблюдателю рассматривать предметы в секторе, ограниченном углами обзора.

Перископические призменные приборы статического обзора характеризуются радом основных оптических параметров:
- углами поля зрения в горизонтальной и вертикальной плоскости;
- углами поля обзора в горизонтальной и вертикальной плоскости;
- бинокулярным углом поля зрения в горизонтальной плоскости;
- осевой перископичностью;
- оптической осью.

Углы поля зрения в горизонтальной и вертикальной плоскости - углы, ограничивающие часть пространства по горизонту, видимого через оптическую систему при наблюдении двумя глазами при неподвижной голове наблюдателя.

Углы поля обзора в горизонтальной и вертикальной плоскости - углы, ограничивающие часть пространства, видимого через оптическую систему при перемещении головы наблюдателя из одного крайнего положения в другое.

Бинокулярный угол поля зрения в горизонтальной плоскости - угол, ограничивающий часть пространства по горизонту, видимого через оптическую систему одновременно двумя глазами при неподвижной голове наблюдателя.

Перископичность - величина параллельного смещения горизонтального луча в вертикальной плоскости.

Оптическая ось - линия, проходящая по центру максимального поля зрения прибора.

Перископические призменные приборы статического обзора при установке на подвижном носителе не удовлетворяют необходимым требованиям по обзорности. При их использовании величина непросматриваемой зоны вокруг автомобиля достигает 20 ... 30 м, что является неприемлемым при его эксплуатации в экстремальных условиях.

К недостаткам приборов данного типа также следует отнести невозможность увеличения углов поля зрения и обзора только на базе элементов с плоской оптикой.

Увеличение углов поля зрения и обзора возможно за счет увеличения ширины и толщины призм, уменьшения перископичности, увеличения показателя преломления стекла, из которого изготовлены призмы. Однако увеличение габаритов призм приведет к увеличению отверстия под установку приборов и, как следствие, к снижению прочностных характеристик автомобиля; уменьшение перископичности менее 160 мм невозможно по конструктивно-компоновочным требованиям размещения прибора в салоне автомобиля; увеличение показателя преломления стекла с nD=1,5 до nD=1,7 ... 1,8 приведет к значительному возрастанию веса прибора, кроме того, данное спекло обладает заметной окрашенностью, что создает ограничения на использование приборов при низких освещенностях.

Целью изобретения является увеличение углов поля зрения и обзора в горизонтальной и вертикальной плоскостях с одновременным изменением угла наклона оси визирования относительно оптической оси прибора.

Указанная цель достигается тем, что в приборе используется растровый оптический элемент, состоящий из конических структур (РОЭСКС). Число и форма растровых оптических элементов независимых конических поверхностей в профиле линзы может быть различным в зависимости от заданных оптических требований (углового увеличения, фокусного расстояния) и определяется расчетным путем.

РОЭСКС выполнен с возможностью вывода из оптического канала прибора, что позволяет сохранять исходные оптические характеристики, необходимые для неискаженного восприятия наблюдаемого пространства в пределах видимости из транспортного средства.

Отличительной особенностью РОЭСКС является изменение угла наклона оси визирования в вертикальной или горизонтальной плоскости в результате изменения ориентации несущих ступенчатых граней РОЭСКС при его повороте вокруг оптической оси прибора. Данная особенность позволяет вести наблюдение пространства в вертикальной и горизонтальной плоскости непосредственно около автомобиля, что является необходимым в экстремальных условиях.

РОЭСКС может быть введен в оптический канал прибора одним из трех возможных способов:
- во входном окне;
- в середине прибора (в воздушном промежутке между призмами);
- в выходном окне.

При расположении РОЭСКС во входном окне увеличение угла поля зрения и обзора ограничено только целесообразностью, зависящей от требований, предъявляемых к обзорности из автомобиля. Наиболее приемлемая величина углового увеличения находится в пределах 1,5 ... 3 крат. Угол наклона оси визирования определяется в зависимости от назначения и расположения прибора на автомобиле. РОЭСКС в этом случае используется полностью, с эффективностью 100%.

При расположении РОЭСКС в середине прибора увеличение угла поля зрения ограничено размером входного окна, удаленного от РОЭСКС на определенном расстоянии. В этом случае возможно увеличения угла поля зрения и обзора в 1,5 ... 2 раза. Угол поля обзора возрастает пропорционально увеличению угла поля зрения. Угол наклона оси визирования ограничен корпусом прибора и угловым увеличением линзового элемента. При одном и том же угловом увеличении угол наклона оси в 1,4 ... 1,6 раз меньше, чем в первом случае. Эффективность использования РОЭСКС составляет 50%.

При расположении РОЭСКС в выходном окне прибора увеличение углов поля зрения и обзора возрастает до 25% ... 30%. Некоторое снижение углов поля зрения и обзора происходит из-за удаления РОЭСКС от поверхности входного окна на величину перископичности прибора. Угол наклона оси визирования также экранируется корпусом прибора и примерно в 2 раза меньше, чем в случае расположения РОЭСКС в средине прибора. Эффективность использования РОЭСКС составляет 20%.

В известных технических решениях нет отличительных признаков, сходных с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, и поэтому предложенное решение обладает существенным отличием.

Доказательство возможности достижения положительного эффекта при осуществлении изобретения основано на результатах выполненного расчета оптической схемы и прямого эксперимента.

На приведенном чертеже изображена оптическая схема "Прибора статического обзора", содержащая входное окно - B₁, выходное окно - B₂, призму верхнюю - поз. 1, призму нижнюю - поз. 2, защитные стекла - поз. 3, 4 и три возможных положения РОЭСКС - поз. 5, 6, 7.

Преимущество предложенного изобретения "Прибор статического обзора" перед прототипом заключается в возможности увеличения углов поля зрения и обзора в 1,5 ... 3 раза при одновременном отклонении оси визирования в вертикальной и горизонтальной плоскости, при сохранении исходных оптических характеристик и без изменения существующих габаритно-компоновочных решений самих приборов.

Прибор статического обзора относится к оптическому приборостроению и может быть использован для оснащения инкассаторных машин и других подвижных объектов. В приборе использован специальный оптический элемент с растровой структурой, выполненный с возможностью вывода его из оптического канала прибора и изменения угла наклона визирования в вертикальной и горизонтальной плоскостях относительно оптической оси прибора. Техническим результатом использования описанной конструкции является увеличение угла поля зрения и обзора в вертикальной и горизонтальной плоскостях с одновременным изменением угла визирования. 1 ил.

Прибор статического обзора, содержащий зеркально-призменные элементы, отличающийся тем, что перед входным окном, или в воздушном промежутке между оптическими элементами, или за выходным окном прибора установлен оптический элемент с растровой структурой, выполненный с возможностью вывода его из оптического канала прибора и изменения угла наклона оси визирования в вертикальной и горизонтальной плоскости относительно оптической оси прибора.