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

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

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 виде 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 (ЭЛТ), двухкомпонентный объектив, первый компонент которого расположен на одной оси с ЭЛТ, между компонентами объектива в воздушном промежутке, расположен оптический элемент, изламывающий оптическую ось, выше которого расположен второй компонент объектива, и двухкомпонентное полупрозрачное наклонное зеркало, расположенное над объективом.

Однако данное устройство обладает небольшим полем зрения, а также малым мгновенным полем зрения, т.е. летчик сидя в кресле самолета обозревает лишь незначительную часть экрана ЭЛТ и, следовательно, малую часть информации индикатора. Поэтому для того чтобы получить информацию с других участков экрана ЭЛТ летчику приходится активно менять положение головы (наклонять, поворачивать и т.д.), что требует дополнительных усилий при больших скоростях и маневрировании самолета. Летчик при этом несет дополнительную физическую и нервную нагрузку.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в увеличении мгновенного поля зрения широкоугольного коллиматорного индикатора (ИКШ).

Технический результат достигается тем, что в коллиматорном индикаторе, содержащем электронно-лучевую трубку, двухкомпонентный объектив, первый компонент которого расположен на одной оси с ЭЛТ, между компонентами в воздушном промежутке расположен оптический элемент, изламывающий оптическую ось, выше которого расположен второй компонент объектива и двухкомпонентное полупрозрачное наклонное зеркало, расположенное над объективом, при этом оптический элемент, изламывающий оптическую ось, выполнен в виде плоского отражательного зеркала, наклонного к оси ЭЛТ, первый компонент объектива выполнен из двух положительных линз, первая из которых склеена из отрицательного мениска со значениями радиусов первой и второй поверхностей R₁ R₂ и коэффициентом преломления n₁ и положительного мениска со значениями радиусов первой и второй поверхностей R₂, R₃ и коэффициентом преломления n₂, вторая - из положительной линзы со значениями радиусов первой и второй поверхностей R₄, R₅ и коэффициентом преломления n₃ и отрицательного мениска со значениями радиусов первой и второй поверхностей R₅, R₆ и коэффициентом преломления n₄, второй компонент - положительная плосковыпуклая линза со значениями радиусов первой и второй поверхностей R₇=∞, R₈ и коэффициентом преломления n₅, выпуклая поверхность R₈ выполнена параболической, а в объективе соблюдаются следующие соотношения:

1,9>n₁ и n₄>n₂,

n₃>1,6>n₅,

где n₁ - коэффициент преломления первого отрицательного мениска;

n₄ - коэффициент преломления второго отрицательного мениска;

n₂ - коэффициент преломления положительного мениска;

n₃ - коэффициент преломления третьей линзы;

n₅ - коэффициент преломления пятой плосковыпуклой линзы.

1,1f>R₈>f,

где f - фокусное расстояние объектива;

R₈ - значение радиуса второй поверхности второго компонента.

f>d>0,9f,

где d - воздушный промежуток объектива - расстояние между компонентами объектива.

2f>L>1,6f,

где L - длина объектива - расстояние от поверхности с радиусом R₁ первого компонента до поверхности с радиусом R₈ второго компонента.

На фиг.1 представлена оптическая схема индикатора. ИКШ содержит ЭЛТ 1, двухкомпонентный объектив, первый компонент 2 которого расположен на одной оси с ЭЛТ, между компонентами в воздушном промежутке расположено плоское отражательное зеркало 3, выше которого расположен второй компонент 4 объектива, и двухкомпонентное полупрозрачное зеркало 5, расположенное над объективом. Первый компонент 2 выполнен из двух положительных линз 6 и 7. Линза 6 склеена из отрицательного мениска 8 со значениями радиусов первой и второй поверхностей

R₁, R₂ и коэффициентом преломления n₁, и положительного мениска 9 со значениями радиусов первой и второй поверхностей R₂, R₃ и коэффициентом преломления n₂. Вторая положительная линза 7 склеена из положительной линзы 10 со значениями радиусов первой и второй поверхностей R₄, R₅ и коэффициентом преломления n₃ и отрицательного мениска 11 со значениями радиусов первой и второй поверхностей R₅, R₆ и коэффициентом преломления n₄. Второй компонент 4 объектива представляет собой положительную плосковыпуклую линзу со значениями радиусов первой и второй поверхностей R₇=∞, R₈ и коэффициентом преломления n₅. Выпуклая поверхность R₈ выполнена параболической. Длина воздушного промежутка объектива d равна сумме d₁ и d₂, где d₁ расстояние от поверхности с радиусом R₆ первого компонента до вертикальной оси, a d₂ расстояние от поверхности с радиусом

R₇ второго компонента до горизонтальной оси. Длина объектива L равна сумме L₁ и L₂, где - L₁ расстояние от поверхности с радиусом R₁ первого компонента до вертикальной оси, L₂ - расстояние от поверхности с радиусом R₈ второго компонента до горизонтальной оси.

В объективе соблюдаются следующие соотношения: между коэффициентами преломления линз -

1,9>n₁ и n₄>n₂, n₃>1,6>n₅,

между фокусным расстоянием объектива f и радиусом R₈ -

1,1 f>R₈>f,

между фокусным расстоянием объектива f и длиной воздушного промежутка объектива d -

f>d>0,9f,

между фокусным расстоянием объектива f и длиной объектива L

2f>L>1,6f.

На фиг.2 представлено общее поле зрения и мгновенное поле зрения индикатора.

Устройство работает следующим образом. Служебная информация, сформированная на экране ЭЛТ 1 в виде светящейся картинки, лучи от которой проходят последовательно линзы 6 и 7, направляются зеркалом 3 на компонент 4 и далее на двухкомпонентное полупрозрачное зеркало 5. Зеркало 5 находится между лобовым стеклом самолета 12 и глазом пилота, в который оно направляет коллимированные лучи. Одновременно летчик наблюдает окружающееся пространство, на которое накладывается служебная информация с экрана ЭЛТ 1, перенесенная объективом в бесконечность. При этом обеспечивается увеличение мгновенного поля зрения еще более приближающегося по своему значению к величине общего поля зрения.

На основании данного изобретения разработан индикатор коллиматорный широкоформатный первый корабельный ИКШ-1К (см. фото) со следующими характеристиками объектива. представленными в таблице.

Фокусное расстояние Длина воздушного промежутка Длина объектива Радиус выпуклой поверхности второго компонента Коэффициенты преломления линз объектива f d L R₈ n₁ n₂ n₃ n₄ n₅ 142 мм 132 мм 245,6 мм 146,29 мм 1,8183 1,6968 1,6968 1,8183 1,5183

ИКШ-1К использован в самолетах МИГ-29К, МИГ-35, СУ-35 и др., где практически был подтвержден технический результат предлагаемого изобретения.

Индикатор содержит электронно-лучевую трубку (ЭЛТ), двухкомпонентный объектив, между компонентами которого расположен оптический элемент, изламывающий оптическую ось, в виде плоского отражательного зеркала, наклонного к оси ЭЛТ, и двухкомпонентное полупрозрачное наклонное зеркало, расположенное над объективом. Первый компонент объектива выполнен из двух положительных линз, первая из которых склеена из отрицательного и положительного менисков, вторая - из положительной линзы и отрицательного мениска, второй компонент - положительная плосковыпуклая линза, выпуклая поверхность которой выполнена параболической. Выполняются соотношения: 1,9>n₁, n₄>n₂, n₃>1,6>n₅, 1,1f>R₈>f, f>d>0,9f, 2f>L>1,6f, где n₁, n₄, n₂, n₃, n₅ - коэффициенты преломления соответственно первого и второго отрицательных менисков, положительного мениска, третьей линзы, пятой плосковыпуклой линзы; f - фокусное расстояние объектива, R₈ - значение радиуса второй поверхности второго компонента; d - расстояние между компонентами объектива; L - длина объектива. Технический результат - увеличение мгновенного поля зрения. 2 ил., 1 фото, 1 табл.

Индикатор коллиматорный широкоугольный, содержащий электронно-лучевую трубку (ЭЛТ), двухкомпонентный объектив, первый компонент которого расположен на одной оси с ЭЛТ, между компонентами в воздушном промежутке расположен оптический элемент, изламывающий оптическую ось, выше которого расположен второй компонент объектива, и двухкомпонентное полупрозрачное наклонное зеркало, расположенное над объективом, отличающийся тем, что при этом оптический элемент, изламывающий оптическую ось, выполнен в виде плоского отражательного зеркала, наклонного к оси ЭЛТ, первый компонент объектива выполнен из двух положительных линз, первая из которых склеена из отрицательного мениска со значениями радиусов первой и второй поверхностей R₁, R₂ и коэффициентом преломления n₁ и положительного мениска со значениями радиусов первой и второй поверхностей R₂, R₃ и коэффициентом преломления n₂, вторая - из положительной линзы со значениями радиусов первой и второй поверхностей R₄, R₅ и коэффициентом преломления n₃ и отрицательного мениска со значениями радиусов первой и второй поверхностей R₅, R₆ и коэффициентом преломления n₄, второй компонент - положительная плосковыпуклая линза со значениями радиусов первой и второй поверхностей R₇=∞, R₈ и коэффициентом преломления n₅, выпуклая поверхность R₈ выполнена параболической, а в объективе соблюдаются следующие соотношения:
1,9>n₁ и n₄>n₂,
n₃>1,6>n₅,
где n₁ - коэффициент преломления первого отрицательного мениска;
n₄ - коэффициент преломления второго отрицательного мениска;
n₂ - коэффициент преломления положительного мениска;
n₃ - коэффициент преломления третьей линзы;
n₅ - коэффициент преломления пятой плосковыпуклой линзы;
1,1f>R₈>f,
где f - фокусное расстояние объектива;
R₈ - значение радиуса второй поверхности второго компонента;
f>d>0,9f,
где d - воздушный промежуток объектива - расстояние между компонентами объектива;
2f>L>1,6f,
где L - длина объектива - расстояние от поверхности с радиусом R₁ первого компонента до поверхности с радиусом R₈ второго компонента.