КОЛЛИМАТОРНЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНДИКАТОР Российский патент 2009 года по МПК G02B27/18 G02B27/01 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, конкретнее к авиационным оптико-электронным приборам - к коллиматорным авиационным индикаторам - КАИ (или иначе индикаторы на лобовом стекле - ИЛС) и предназначено для использования в коллиматорных прицелах самолетов и вертолетов.

Известен объектив для коллиматорного прицела, содержащий два компонента, разделенных воздушным промежутком, первый из которых выполнен их двух положительных и размещенной между ними отрицательной линз, а второй - из двухлинзовой афокальной склейки и линзы Смитта (см. патент Франции № 144909, кл. G02B 19/66).

Общими признаками данного устройства с предлагаемым изобретением являются следующие признаки: два оптических компонента, разделенные воздушным промежутком. Однако данный объектив имеет недостаточно большое поле зрения.

Известен объектив для коллиматорного прицела, содержащий четыре компонента, первый - одиночная положительная линза, второй - склеенный из положительной и отрицательной линз, третий - положительный и четвертый отрицательный, выполненный в виде одиночной линзы, и отражательный элемент, например призму, размещенную между вторым и третьим компонентами (см. патент Франции № 1862682, кл. G02B 19/67).

Общими признаками данного устройства с предлагаемым изобретением являются следующие признаки: два оптических компонента, разделенные воздушным промежутком и расположенный между ними отражательный элемент. Однако данный объектив имеет недостаточно большое поле зрения (2W=25°) и относительное отверстие (ε=1:1).

Наиболее близким к предлагаемому устройству является известный индикатор для пилотажного коллиматора, содержащий электронно-лучевую трубку (ЭЛТ), излучающий экран которой расположен в фокальной плоскости объектива, содержащего два компонента, между которыми расположен оптический, изламывающий ось элемент в вице призмы с двумя отражениями, первое из которых использует эффект полного внутреннего отражения и двухкомпонентный полупрозрачный отражатель, представляющий собой двухкомпонентное полупрозрачное наклонное зеркало, расположенное над объективом между лобовым стеклом самолета и пилотом (см. «Оптический проектор для пилотажного коллиматора», Франция, заявка № 2569867, МПК G02B 27/18).

Общими признаками данного устройства с предлагаемым изобретением являются следующие признаки: электронно-лучевая трубка, двухкомпонентный объектив, между компонентами которого, в воздушном промежутке расположен оптический элемент, изламывающий оптическую ось и двухкомпонентное полупрозрачное наклонное зеркало, расположенное над объективом.

Однако данное устройство имеет недостаточно большое поле зрения, обусловленное тем, что в призме использован эффект полного внутреннего отражения.

Задачей настоящего изобретения является создание компактного коллиматорного авиационного индикатора, обладающего большим полем зрения.

Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в коллиматорном авиационном индикаторе, содержащем электронно-лучевую трубку, двухкомпонентный объектив, между компонентами которого, в воздушном промежутке расположен оптический элемент, изламывающий оптическую ось и двухкомпонентное полупрозрачное наклонное зеркало, расположенное над объективом, при этом оптический элемент, изламывающий оптическую ось, выполнен в виде плоского отражательного зеркала, первый компонент объектива выполнен из трех линз - первого отрицательного мениска с коэффициентом преломления n₁ значениями радиусов первой и второй поверхностей R₁ и R₂ и второго и третьего положительных менисков с коэффициентами преломления n₂ и n₃ и значениями радиусов первой и второй поверхностей R₃, R₄ и R₅, R₆ соответственно, обращенных вогнутостью к экрану ЭЛТ, второй компонент представляет собой положительный мениск с коэффициентом преломления n₄, и значениями радиусов первой и второй поверхностей R₇ и R₈ и обращенный вогнутостью к отражательному зеркалу, при этом длина объектива L - расстояние находится с фокусным расстоянием f объектива в следующем соотношении

2f>L>1,7f,

где f - фокусное расстояние;

L - длина объектива,

а длина воздушного промежутка d - расстояние между первым и вторым компонентами объектива находится с фокусным расстоянием f в соотношении

d>1,1f,

где d - расстояние между первым и вторым компонентами объектива, показатели преломления стекол линз объектива находятся между собой в соотношении

1,75>n₂ и n₃>n₁>n₄>1,5,

где n₂ - коэффициенты преломления второй линзы объектива;

n₃ - коэффициенты преломления третьей линзы объектива;

n₁ - коэффициенты преломления первой линзы объектива;

n₄ - коэффициенты преломления четвертой линзы объектива,

а значения по абсолютной величине радиусов первой, второй и третьей линз объектива удовлетворяют неравенству

R₁<R₃<R₅

где R₁ - значение радиуса первой поверхности первой линзы;

R₃ - значение радиуса первой поверхности второй линзы;

R₅ - значение радиуса первой поверхности третьей линзы,

а выпуклая поверхность четвертой линзы объектива выполнена параболической в соотношении

R₈>1,1f,

где R₈ - значение радиуса второй поверхности четвертой линзы.

На фиг.1 представлена оптическая схема коллиматорного авиационного индикатора.

Светоизлучающий экран ЭЛТ 1 находится в фокальной плоскости двухкомпонентного объектива, длина которого L - расстояние от первой до последней линзы объектива находится с фокусным расстоянием f объектива в следующем соотношении 2f>L>1,7f. Первый компонент объектива состоит из трех линз - отрицательного мениска 2, обращенного вогнутой поверхностью R₁ к ЭЛТ 1 с показателем преломления n₁, и двух положительных менисков 3 и 4, обращенных вогнутыми поверхностями R₃ и R₅ к ЭЛТ 1 с показателями преломления n₂ и n₃ соответственно. Значения радиусов по абсолютной величине первых поверхностей первой, второй и третьей линз объектива удовлетворяют неравенству R₁<R₃<R₅. Между мениском 4 и вторым компонентом объектива в виде положительного мениска 5 с показателем преломления n₄ расположено плоское наклонное отражательное зеркало 6. Положительный мениск 5 обращен вогнутостью R₇ к наклонному зеркалу 6, а выпуклая поверхность мениска 5 с радиусом R₈ выполнена параболической в следующем соотношении R₈>1,1f. Над мениском 5 расположено двухкомпонентное полупрозрачное зеркало 7, которое находится между лобовым стеклом 8 и глазами пилота 9. Длина объектива L равна сумме расстояний от первой поверхности мениска 2 до зеркала 6 - L₁ и от зеркала 6 до второй поверхности мениска - L₂. Расстояние d равно сумме расстояний от второй поверхности мениска 4 до зеркала 6 - d₁ и от зеркала 6 до первой поверхности мениска 5 - d₂.

На фиг.2 показано общее поле зрения индикатора 10 с 2W=30° и мгновенное поле зрения пилота 11.

Устройство работает следующим образом. На экране ЭЛТ 1 сформированы прицельные метки и служебная информация. Лучи от экрана ЭЛТ 1 проходят через первый компонент объектива, отражаются от зеркала 6 и через второй компонент и двухкомпонентное полупрозрачное зеркало 7 попадают в глаза 9 пилота. Одновременно лучи от внешнего пространства, пройдя через лобовое стекло 8 и зеркало 7, также попадают в глаза 9 пилота. Таким образом пилот обозревает внешнее пространство перед самолетом одновременно с информацией с экрана ЭЛТ 1, так как последний находится в фокальной плоскости объектива. Двухкомпонентное зеркало 7 позволяет увеличить мгновенное поле зрения пилота 11 в вертикальной плоскости. Глаза пилота находятся на расстоянии Т=543 мм от индикатора. Меняя положение головы, пилот может обозревать любую часть всего поля зрения 10.

На фото представлен коллиматорный авиационный индикатор, имеющий следующие характеристики f=104,2 мм, 2W=30°, который был разработан в соответствии с предлагаемым изобретением и впервые представлен на Международной выставке МАКС-2007.

Индикатор содержит электронно-лучевую трубку (ЭЛТ), двухкомпонентный объектив, между компонентами которого расположен оптический элемент, изламывающий оптическую ось, выполненный в виде плоского отражательного зеркала, и двухкомпонентное полупрозрачное наклонное зеркало, расположенное над объективом. Первый компонент выполнен из первого отрицательного мениска и второго и третьего положительных менисков, обращенных вогнутостью к экрану ЭЛТ. Второй компонент - положительный мениск, обращенный вогнутостью к отражательному зеркалу. Выполняются соотношения: 2f>L>1,7f, d>1,1f, 1,75>n₂, n₃>n₁>n₄>1,5,

R₁<R₃<R₅, R₈>1,1f, где f - фокусное расстояние; L - длина объектива; d - расстояние между первым и вторым компонентами; n₁, n₂, n₃, n₄ - коэффициенты преломления соответственно первой, второй, третьей и четвертой линз; R₁, R₃, R₅, R₈ - значения радиусов соответственно первых поверхностей первой, второй, третьей линз и второй поверхности четвертой линзы. Технический результат - увеличение поля зрения. 2 ил., 1 фото.

Коллиматорный авиационный индикатор, содержащий электронно-лучевую трубку, двухкомпонентный объектив, между компонентами которого в воздушном промежутке расположен оптический элемент, изламывающий оптическую ось, и двухкомпонентное полупрозрачное наклонное зеркало, расположенное над объективом, отличающийся тем, что оптический элемент, изламывающий оптическую ось, выполнен в виде плоского отражательного зеркала, первый компонент объектива выполнен из трех линз - первого отрицательного мениска с коэффициентом преломления n₁, значениями радиусов первой и второй поверхностей R₁ и R₂ и второго и третьего положительных менисков с коэффициентами преломления n₂ и n₃ и значениями радиусов первой и второй поверхностей R₃, R₄ и R₅, R₆ соответственно, обращенных вогнутостью к экрану ЭЛТ, второй компонент представляет собой положительный мениск с коэффициентом преломления n₄ и значениями радиусов первой и второй поверхностей R₇ и R₈ и обращенный вогнутостью к отражательному зеркалу, при этом длина объектива L - расстояние от первой до последней линзы объектива, находится с фокусным расстоянием f объектива в следующем соотношении:
2f>L>l,7f,
где f - фокусное расстояние;
L - длина объектива;
а длина воздушного промежутка d - расстояние между первым и вторым компонентами объектива,находится с фокусным расстоянием f в соотношении
d>1,1f,
где d - расстояние между первым и вторым компонентами объектива, показатели преломления стекол линз объектива находятся между собой в соотношении
1,75>n₂ и n₃>n₁>n₄>1,5,
где n₂ - коэффициент преломления второй линзы объектива;
n₃ - коэффициент преломления третьей линзы объектива;
n₁ - коэффициент преломления первой линзы объектива;
n₄ - коэффициент преломления четвертой линзы объектива;
а значения по абсолютной величине радиусов первой, второй и третьей линз объектива удовлетворяют неравенству
R₁<R₃<R₅,
где R₁ - значение радиуса первой поверхности первой линзы,
R₃ - значение радиуса первой поверхности второй линзы,
R₅ - значение радиуса первой поверхности третьей линзы,
а выпуклая поверхность четвертой линзы объектива выполнена параболической в соотношении
R₈>1,1f,
где R₈ - значение радиуса второй поверхности четвертой линзы.