ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДВУХКАНАЛЬНОГО КОЛЛИМАТОРНОГО ИНДИКАТОРА Российский патент 2015 года по МПК G02B27/18 G02B27/01 F41G1/30 

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к входящим в группу авиационных оптико-электроннных приборов авиационным коллиматорным индикаторам на лобовом стекле (ИЛС), и предназначено для использования в бортовых навигационных системах летательных аппаратов, а также в качестве узла коллиматорного индикатора в системах визирования.

Среди известных технических решений построения оптической системы индикации знако-символьной пилотажной и навигационной информации наиболее близким к предлагаемому устройству является индикатор коллиматорный широкоугольный (патент RU 2358304, МПК G02B 27/18, G02B 27/01, опубл. 10.06.2009 г.). Данный индикатор содержит электронно-лучевую трубку (ЭЛТ), двухкомпонентный объектив, между компонентами которого расположено плоское отражательное зеркало, изламывающее оптическую ось, и двухкомпонентное полупрозрачное наклонное зеркало. Первый компонент выполнен из первой отрицательной, второй положительной и третьей плосковыпуклой линз. Второй компонент - четвертая положительная линза - мениск, обращенный вогнутостью к зеркалу, выпуклая поверхность которого выполнена параболической. Между второй и третьей линзами размещена плоскопараллельная пластина, склеенная с третьей линзой и содержащая наклонную к оси ЭЛТ светоделительную плоскость, обращенную нижним концом к ЭЛТ. Под пластиной расположены пятая положительная линза, прямоугольная призма с отражательной гипотенузной гранью, шестая положительная линза, седьмая выпукло-плоская линза, на плоской поверхности которой нанесена индикаторная сетка, расположенная в фокальной плоскости дополнительного канала индикатора, состоящего из шестой линзы, прямоугольной призмы, пятой линзы, нижней части плоскопараллельной пластины, третьей линзы, отражательного зеркала и четвертой линзы. За седьмой линзой выпуклостью к ней расположены плоско-выпуклая восьмая линза, две осветительные лампы и сферическое зеркало. Оптическая система данного индикатора содержит два раздельных канала передачи информации на двухкомпонентное полупрозрачное зеркало: основной канал - для передачи информации с экрана ЭЛТ, дополнительный - для передачи изображения индикаторной сетки. Фокусное расстояние объектива основного канала f=157,8 мм, фокусное расстояние дополнительного канала сетки $$f_{}^{\text{'}}$$ =115,9 мм, расстояние между компонентами объектива d=137,8 мм.

Задачей заявленного изобретения является создание двухканальной оптической системы индикации с улучшенными техническими характеристиками, а именно упрощенной конструкцией и, как следствие, сниженной массой, уменьшенными габаритами.

Техническим решением задачи является оптическая система двухканального коллиматорного индикатора, содержащая последовательно установленные по ходу лучей блок индикации, включающий в себя дисплей ЭЛТ, фильтр-светоделитель и индикаторную сетку, двухкомпонентный коллимирующий объектив, первый компонент которого расположен на одной оси с ЭЛТ и отделен от второго компонента объектива оптическим элементом, расположенным под наклоном к оси ЭЛТ и изламывающим оптическую ось, и расположенный над объективом двухкомпонентный отражатель.

Технический результат обусловлен отличительными особенностями оптической системы двухканального коллиматорного индикатора, к которым относятся:

1. Использование в качестве дополнительного источника информации индикаторной сетки, выполненной из стекла в виде подсвечиваемой дополнительным источником света прозрачной плоскопараллельной пластины с изображением, нанесенным посредством светорассеивающих штрихов, от которых свет отражается в сторону фильтра-светоделителя.

2. Размещение на общей оптической оси двух источников информации: ЭЛТ и индикаторной сетки, формирующих два канала передачи независимой информации: основного - от дисплея ЭЛТ через фильтр-светоделитель, индикаторную сетку, двухкомпонентный коллимирующий объектив на двухкомпонентный отражатель, и дополнительного - от индикаторной сетки на фильтр-светоделитель и от него через индикаторную сетку, двухкомпонентный коллимирующий объектив на двухкомпонентный отражатель.

3. Размещение на общей оптической оси перпендикулярно к оптической оси ЭЛТ фильтра-светоделителя, выполненного в виде плоскопараллельного дихроичного зеркала с отражающей поверхностью А, которое пропускает световой поток от дисплея ЭЛТ и отражает световой поток от индикаторной сетки в направлении двухкомпонентного коллимирующего объектива, что обеспечивает совмещение основного и дополнительного каналов передачи независимой информации от ЭЛТ и индикаторной сетки.

4. Состав двухкомпонентного коллимирующего объектива:

a. первый компонент объектива, выполненный в виде положительной линзы с показателем преломления n₁ и фокусным расстоянием $$f_1^{\text{'}}$$ ;

b. второй компонент объектива, состоящий из первой положительной линзы с показателем преломления n₂ и фокусным расстоянием $$f_2^{\text{'}}$$ , второй отрицательной линзы с показателем преломления n₃ и фокусным расстоянием $$f_3^{\text{'}}$$ , третьей положительной линзы с показателем преломления n₄ и фокусным расстоянием $$f_4^{\text{'}}$$ ;

c. изламывающий оптическую ось объектива оптический элемент, расположенный между первым и вторым компонентами объектива и выполненный в виде плоского отражающего зеркала, наклонного к оси ЭЛТ.

5. Материал линз коллимирующего объектива - все линзы второго компонента объектива изготовлены из стекла различных марок, причем коэффициент дисперсии ν_C первой и третьей линз удовлетворяет условию 50<ν_C<70, что в 2÷2,5 раза больше коэффициента дисперсии материала второй линзы. Показатели преломления линз объектива находятся в следующих соотношениях:

n₃>n₁>n₂>n₄,

где n₁, n₂, n₃, n₄ - показатели преломления первой положительной линзы первого компонента объектива, первой положительной, второй отрицательной и третьей положительной линз второго компонента объектива соответственно.

6. Фокусные расстояния линз двухкомпонентного коллимирующего объектива, находящиеся в следующих соотношениях:

$$f_1^{\text{'}}=(\mathrm{0,7}÷\mathrm{0,9})f_{об}^{\text{'}}$$ ,

$$f_2^{\text{'}}=(\mathrm{1,3}÷\mathrm{1,5})f_{об}^{\text{'}}$$ ,

$$f_3^{\text{'}}=(1÷\mathrm{1,5})f_{об}^{\text{'}}$$ ,

$$f_4^{\text{'}}=(1÷\mathrm{1,5})f_{об}^{\text{'}}$$ ,

где $$f_{об}^{\text{'}}$$ , $$f_1^{\text{'}}$$ , $$f_2^{\text{'}}$$ , $$f_3^{\text{'}}$$ , $$f_4^{\text{'}}$$ - фокусные расстояния двухкомпонентного коллимирующего объектива, первой положительной линзы первого компонента объектива, первой положительной, второй отрицательной и третьей положительной линз второго компонента объектива соответственно.

7. Фокусное расстояние двухкомпонентного коллимирующего объектива $$f_{об}^{\text{'}}$$ и расстояние между первым и вторым компонентами объектива d находятся в следующем соотношении:

$$f_{об}^{\text{'}}>d>\mathrm{0,8}{f}_{об}^{\text{'}}$$ ,

d=d₁+d₂,

где d₁, d₂ - расстояние между первым компонентом объектива и изламывающим оптическую ось зеркалом; между изламывающим оптическую ось зеркалом и вторым компонентом объектива соответственно.

8. Двухкомпонентный отражатель, состоящий из двух полупрозрачных зеркал, расположенных параллельно друг к другу и под углом α к оптической оси второго компонента коллимирующего объектива индикатора.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена оптическая схема системы двухканального коллиматорного индикатора. В ее состав входят расположенные последовательно на оптической оси дисплей ЭЛТ 1, фильтр-светоделитель 2, индикаторная сетка 3, первый компонент двухкомпонентного коллимирующего объектива, состоящий из положительной линзы 4, установленное наклонно к оптической оси ЭЛТ 1 изламывающее оптическую ось зеркало 5, над которым размещены второй компонент объектива, состоящий из установленных последовательно первой положительной линзы 6, второй отрицательной линзы 7, третьей положительной линзы 8, и двухкомпонентный отражатель, состоящий из установленных наклонно к оптической оси второго компонента двухкомпонентного объектива зеркала 9 и зеркала 10.

Принцип действия оптической системы двухканального коллиматорного индикатора состоит в следующем. Световой поток основного канала от сформированного на дисплее ЭЛТ 1 изображения проходит последовательно через фильтр-светоделитель 2, индикаторную сетку 3, линзу 4, меняет свое направление наклонным зеркалом 5, проходит через линзы 6, 7, 8 и посредством полупрозрачных отражателей 9, 10 накладывается на световой поток из окружающего пространства и отражается в направлении наблюдателя. При включении дополнительного канала световой поток от дополнительного источника, проходя через боковую поверхность индикаторной сетки 3, отражается от нанесенных на нее светорассеивающих штрихов в сторону фильтра-светоделителя 2, отражается от поверхности А фильтра-светоделителя 2 и далее совместно со световым потоком основного канала проходит через линзу 4, меняет свое направление наклонным зеркалом 5, проходит через линзы 6, 7, 8, посредством полупрозрачных отражателей 9, 10 накладывается на световой поток из окружающего пространства и отражается в направлении наблюдателя, который видит через отражатели 9, 10 окружающее пространство и отраженное от компонентов 9, 10 совмещенные изображения с дисплея ЭЛТ 1 и индикаторной сетки, удаленные в бесконечность.

Результатом реализации заявленного технического решения является оптическая система двухканального коллиматорного индикатора с совмещенными основным и дополнительным каналами передачи информации, имеющая:

1) конструктивные параметры, приведенные в таблице:

2) технические характеристики:

- общее поле зрения двухканального коллиматорного индикатора ⌀ 24,5°;

- мгновенное поле зрения двухканального коллиматорного индикатора 12°×18°;

- фокусное расстояние основного канала передачи информации от дисплея ЭЛТ $$f_{}^{\text{'}}$$ =128,14 мм;

- фокусное расстояние дополнительного канала передачи информации от индикаторной сетки $$f_{}^{\text{'}}$$ =128,33 мм;

- расстояние между компонентами коллимирующего объектива d=d₁+d₂=52+58=110 мм;

- длина двухкомпонентного коллимирующего объектива L=L₁+L₂=65,3+102,2=167,5 мм.

В отличие от прототипа в заявленном техническом решении исполнение индикаторной сетки в виде прозрачной плоскопараллельной пластины с изображением, нанесенным на одну из ее поверхностей посредством светорассеивающих штрихов, свет от которых отображается в сторону фильтра-светоделителя, и размещение на общей оптической оси между ЭЛТ и индикаторной сеткой фильтра-светоделителя, выполненного в виде плоскопараллельного дихроичного зеркала, пропускающего световой поток от дисплея ЭЛТ и отражающего световой поток от индикаторной сетки, обеспечивают совмещение основного и дополнительного каналов передачи независимой информации от ЭЛТ и индикаторной сетки, что обуславливает сокращение количества оптических деталей, формирующих основной и дополнительный каналы, упрощает конструкцию оптической системы двухканального коллиматорного индикатора, уменьшает ее массогабаритные параметры.

В отличие от прототипа в заявленном техническом решении состав двухкомпонентного коллимирующего объектива, в который входят первый компонент - положительная линза, изламывающее оптическую ось объектива отражающее зеркало, второй компонент, состоящий из первой положительной линзы, второй отрицательной линзы, третьей положительной линзы, выбранный материал линз объектива, характеризуемый определенным показателем преломления n_C и коэффициентом дисперсии ν_C, геометрические параметры оптических деталей объектива, а также параметры, характеризующие взаимное расположение составных элементов объектива, обуславливают сокращение количества оптических деталей объектива, упрощают его конструкцию, сокращают расстояние между компонентами объектива d, его длину L, и, соответственно, уменьшают массогабаритные параметры оптической системы двухканального коллиматорного индикатора в целом.

Конструктивные параметры предложенного технического решения используется в серийно выпускаемых двухканальных широкоугольных коллиматорных индикаторах. Их технические характеристики, указанные в заявленном изобретении, полностью удовлетворяют функциональным требованиям и назначению коллиматорных индикаторных устройств.

Изобретение относится к оптическим системам авиационных коллиматорных индикаторов на лобовом стекле. Оптическая система двухканального коллиматорного индикатора содержит последовательно установленные по ходу лучей дисплей электронно-лучевой трубки, фильтр-светоделитель, индикаторную сетку, двухкомпонентный коллимирующий объектив и двухкомпонентный отражатель. Индикаторная сетка выполнена в виде подсвечиваемой дополнительным источником света прозрачной плоскопараллельной пластины с светорассеивающими штрихами, от которых свет отражается в сторону фильтра-светоделителя. Фильтр-светоделитель выполнен в виде плоскопараллельного дихроичного зеркала, пропускающего световой поток от дисплея ЭЛТ и отражающего световой поток от индикаторной сетки в направлении двухкомпонентного коллимирующего объектива. Двухкомпонентный коллимирующий объектив содержит последовательно установленные первый компонент - положительную линзу, изламывающее оптическую ось объектива наклонное к оси ЭЛТ плоское отражающее зеркало и второй компонент, состоящий из первой положительной, второй отрицательной и третьей положительной линз. Технический результат - упрощение конструкции коллиматорного индикатора, снижение его массогабаритных параметров. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Оптическая система двухканального коллиматорного индикатора, содержащая последовательно установленные по ходу лучей блок индикации, включающий в себя ЭЛТ, фильтр-светоделитель и индикаторную сетку, двухкомпонентный коллимирующий объектив и расположенный над объективом состоящий из двух наклонных полупрозрачных зеркал двухкомпонентный отражатель, отличающаяся тем, что в блоке индикации на общей оптической оси перпендикулярно к оптической оси ЭЛТ размещены индикаторная сетка, выполненная в виде подсвечиваемой дополнительным источником света прозрачной плоскопараллельной пластины с изображением, нанесенным посредством светорассеивающих штрихов, от которых свет отражается в сторону фильтра-светоделителя, и фильтр-светоделитель, выполненный в виде плоскопараллельного дихроичного зеркала, которое пропускает световой поток от дисплея ЭЛТ и отражает световой поток от индикаторной сетки в направлении коллимирующего объектива, обеспечивающие совмещение основного канала передачи информации от дисплея ЭЛТ через фильтр-светоделитель, индикаторную сетку, коллимирующий объектив на двухкомпонентный отражатель и дополнительного канала передачи информации от индикаторной сетки на фильтр-светоделитель и от него через индикаторную сетку, коллимирующий объектив на двухкомпонентный отражатель, при этом в состав двухкомпонентного коллимирующего объектива входят последовательно установленные первый компонент, состоящий из положительной линзы, изламывающий оптическую ось объектива оптический элемент, который выполнен в виде наклонного к оси ЭЛТ плоского отражающего зеркала, второй компонент объектива, состоящий из первой положительной, второй отрицательной и третьей положительной линз, при этом все линзы второго компонента объектива изготовлены из стекла различных марок, причем коэффициент дисперсии ν_C первой и третьей линз удовлетворяет условию 50<ν_C<70, что в 2÷2,5 раза больше коэффициента дисперсии материала второй линзы, показатели преломления первой положительной линзы n₁ первого компонента объектива, первой положительной n₂, второй отрицательной n₃ и третьей положительной линз n₄ второго компонента объектива находятся в соотношении n₃>n₁>n₂>n₄, фокусные расстояния линз двухкомпонентного коллимирующего объектива находятся в соотношениях:
,
,
,
,
где , , , , - фокусные расстояния двухкомпонентного коллимирующего объектива, первой положительной линзы первого компонента объектива, первой положительной, второй отрицательной и третьей положительной линз второго компонента объектива соответственно, а фокусное расстояние двухкомпонентного коллимирующего объектива и расстояние между первым и вторым компонентами объектива d находятся в соотношении:
,
d=d₁+d₂,
где d₁, d₂ - расстояние между первым компонентом объектива и изламывающим оптическую ось зеркалом, между изламывающим оптическую ось зеркалом и вторым компонентом объектива соответственно.

2. Оптическая система двухканального коллиматорного индикатора по п. 1, отличающаяся тем, что фокусное расстояние основного канала =128,14 мм, фокусное расстояние дополнительного канала =128,33 мм, длина двухкомпонентного коллимирующего объектива L=167,5 мм, а расстояние между его компонентами d=l10 мм.