ОПТИЧЕСКОЕ КОЛЛИМАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО АВИАЦИОННОГО ТРЕНАЖЕРА Российский патент 2015 года по МПК G02B27/30 G09B9/32 

Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к оптическим системам авиационных тренажеров, и может быть использовано для улучшения их технических характеристик.

Известно зеркальное коллимационное устройство [1], включающее сегментное вогнутое сферическое зеркало, обеспечивающее большой угол обзора 180° и более, сегментный сферический экран и проекторы, формирующие изображение объекта на экран.

Недостатком такого коллимационного устройства является пониженное качество изображения объекта - разрешающая способность, особенно при смещении глаз, наблюдается вдоль и поперек оси оптического коллимационного устройства, сложная конструкция, обусловленная увеличенными размерами сферического зеркала для обеспечения формирования изображения на отражающем экране от проектора, сложность юстировки из-за взаимных децентрировок сферического зеркала и экрана.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является оптическое коллимационное устройство авиационного тренажера [2], включающее сегментное сферическое вогнутое зеркало с центром кривизны С₁, сегментный сферический экран с центром кривизны С₂, установленный выпуклостью к сегментному сферическому вогнутому зеркалу, проекторы, точка пересечения оптических осей которых совмещена с центром кривизны С₂ сегментного сферического экрана.

Сегментное сферическое вогнутое зеркало установлено под сегментным сферическим экраном. Оптическая ось, проходящая через центры кривизны C₁ и С₂ сегментных сферических зеркал и экрана, расположенная в горизонтальной плоскости, находится в верхней части оптического коллимационного устройства.

Недостатком такого устройства являются большие габариты оптического коллимационного устройства. Если принять в качестве плоскости отсчета габаритных размеров горизонтальную плоскость, проходящую через глаза пилота, сидящего в кресле кабины летчика, то высота оптического коллимационного устройства увеличивается вверх от этой плоскости на сумму расстояния между центрами сегментного сферического зеркала и сегментного сферического экрана и половины высоты сегментного сферического экрана.

Кроме того, с увеличением углового поля по вертикали ухудшается качество изображения, увеличивается размер пятна рассеяния изображения точечных объектов.

Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является уменьшение габаритов оптического коллимационного устройства и улучшение качества изображения за счет уменьшения размеров пятен рассеяния изображения точечных объектов.

Для решения поставленной задачи предлагается оптическое коллимационное устройство авиационного тренажера, которое, как и прототип, выполнено внеосевым и децентрированным по апертуре, содержащим сегментное сферическое вогнутое зеркало с центром кривизны C₁, сегментный сферический экран с центром кривизны C₂, установленный выпуклостью к сегментному сферическому вогнутому зеркалу, проекторы, точка пересечения оптических осей которых совмещена с центром кривизны С₂ сегментного сферического экрана.

В отличие от прототипа, в предлагаемом устройстве сегментное сферическое вогнутое зеркало с центром кривизны C₁ установлено над сегментным сферическим экраном с центром кривизны С₂, оптические оси оптического коллимационного устройства и проекторов расположены в нижней части оптического коллимационного устройства под сегментным сферическим вогнутым зеркалом, при этом расстояние d между центрами кривизны C₁ и С₂ удовлетворяет условию:

0≤d<0,15(R_З-R_Э),

где R_З, R_Э - радиусы кривизны сегментного сферического вогнутого зеркала и сегментного сферического экрана.

Сущность предлагаемого оптического коллимационного устройства заключается в том, что установка сегментного сферического вогнутого зеркала с центром кривизны C₁ над сегментным сферическим экраном с центром кривизны С₂, расположение оптической оси оптического коллимационного устройства с центрами кривизны C₁ и С₂ параллельно плоскости горизонта в нижней части оптического коллимационного устройства, установка расстояния d между центрами кривизны C₁ и С_з, удовлетворяющее условию 0≤d<0,15(R_З-R_Э), где R_З, R_Э - радиусы кривизны сегментного сферического вогнутого зеркала и сегментного сферического экрана, расположение проекторов в нижней части оптического коллимационного устройства в пространстве под сегментным сферическим вогнутым зеркалом позволяет:

- уменьшить высоту оптического коллимационного устройства, по крайней мере, на разность отрезков

$$\Delta =\left(t+\frac{h}{2}\right)-\frac{H}{2}$$ ,

где t - расстояние между линией визирования и оптической осью оптического коллимационного устройства;

h - размер сегментного сферического экрана по высоте;

Н - размер сегментного сферического вогнутого зеркала по высоте;

- упростить конструкцию крепления проекторов в связи с их расположением в нижней части оптического коллимационного устройства под сегментным сферическим вогнутым зеркалом вблизи основания кабины летчика;

- улучшить качество изображения - минимизацией аберрационных размеров пятен рассеяния изображения точечных объектов путем введения расстояния d между центрами кривизны C₁ и С₂.

Таким образом, совокупность указанных выше признаков предлагаемого оптического коллимационного устройства авиационного тренажера позволяет решить поставленную задачу.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежом, где на фиг.1- представлена общая оптическая схема коллимационного устройства авиационного тренажера; на фиг.2 - общая оптическая схема коллимационного устройства авиационного тренажера, вид сверху, и Приложением, в котором представлены пространственная модель устройства и точечные диаграммы.

Оптическое коллимационное устройство авиационного тренажера состоит из сегментного сферического вогнутого зеркала 1, сегментного экрана 2, на котором формируется изображение объекта, даваемого проекторами 3.

Центры кривизны сегментного сферического вогнутого зеркала 1-C₁ и сегментного сферического экрана 2-C₂ смещены относительно друг друга на расстояние d и расположены на оптической оси АА оптического коллимационного устройства.

Центр входного зрачка 4 - середина расстояния между глазами пилота, смещена на расстояние t относительно оптической оси АА коллимационного устройства. Линия ВВ соответствует линии визирования с углами по вертикали ψ₂=0 и горизонту ψ₁=0 и определяет геометрический центр сегментного сферического вогнутого зеркала 1.

Оптическая ось АА и проекторов 3 расположена в нижней части оптического коллимационного устройства под сегментным сферическим вогнутым зеркалом 1 вблизи основания 5 кабины летчика. Точка пересечения оптических осей проекторов 3 совмещена с центром кривизны С₂ сегментного сферического экрана 2.

Работа оптического коллимационного устройства авиационного тренажера осуществляется следующим образом.

Проекторы 3 проектируют объекты, имитирующие пространство наблюдения, на поверхность сегментного сферического экрана 2 так, что вся поверхность сегментного сферического экрана 2 с углом обзора 2ψ₁=180° и более становится объектом для наблюдения пилотом через сегментное сферическое вогнутое зеркало 1.

Поверхность сегментного сферического экрана 2 совмещена с фокальной поверхностью сегментного сферического вогнутого зеркала 1, что делает наблюдательную систему коллимационной.

Лучи, исходящие из каждой точки на объекте - сегментном сферическом экране 2, после отражения от сегментного сферического вогнутого зеркала 1 попадают в зрачок газа наблюдателя (пилота) 4.

В вертикальной плоскости угол обзора (по высоте) составляет 2ψ₂≥40-60° (фиг.1), а в горизонтальной плоскости (фиг.2) - плоскости, перпендикулярной плоскости (фиг.1), угол обзора составляет 2ψ₁≥180°.

Прилагается расчет оптической схемы коллимационного устройства со следующими параметрами:

Радиус кривизны сегментного сферического вогнутого зеркала R_З=1800 мм;

Радиус кривизны сегментного сферического экрана R_Э=1080 мм;

Величина смещения (t) оси ВВ относительно оси АА - 900 мм;

Расстояние от входного зрачка до вершины сегментного сферического вогнутого зеркала по оси АА - 1800 мм.

Смещение d центров кривизны сегментного сферического вогнутого зеркала C₁ и сегментного сферического экрана C₂-0,125(R_З-R_Э)=90 мм.

Диаметр входного зрачка - 3 мм.

Точечные диаграммы для трех точек по сегментному сферическому экрану с угловыми координатами:

ψ₁=0°; ψ₂=0°; +25°, -25° приведены в Приложении.

Из примера видно, что оптическая ось АА, проходящая, примерно, через середину сегментного сферического экрана, расположена в нижней части кабины летчика, сегментное сферическое вогнутое зеркало расположено над сегментным сферическим экраном, и его центр симметрии смещен на расстояние t=900 мм от оптической оси АА, т.е., примерно, на высоту летчика в сидячем положении. Общая высота оптического коллимационного устройства авиационного тренажера ориентировочно составляет $$L=\left(900+\frac{H}{2}\right)=1400мм$$ , где Н - высота сегментного сферического вогнутого зеркала.

Преимущества предлагаемого оптического коллимационного устройства заключаются:

- в уменьшении габаритов по высоте. Так, для аналогичного примера по оптической схеме прототипа высота оптического коллимационного устройства составляла бы в 1,5 раза больше, чем в предложенном устройстве;

- смещение центра кривизны сегментного сферического экрана С₂ относительно центра кривизны сегментного сферического вогнутого зеркала C₁ на расстояние d=0,125(R_З-R_Э) позволило уменьшить волновой астигматизм со значения C₂₂=0,38λ до С₂₂=0,23λ, где C₂₂ -коэффициент астигматизма полинома Цернике, λ - длина волны;

- расположение проекторов у основания кабины летчика позволяет упростить конструкцию их крепления и обеспечить вибрационную надежность в работе.

Источники информации

1. ЕПВ (ЕП), заявка №0487385, МПК: G09В 9/08, 1993 г.

2. Российская Федерация, полезная модель №82909, МПК: G09В 9/00, 2009 г. - прототип.

Использование: в области оптического приборостроения, в частности в оптических системах авиационных тренажеров, и также для улучшения их технических характеристик. Задача: уменьшение габаритов оптического коллимационного устройства и улучшение качества изображения за счет уменьшения размеров пятен рассеяния изображения точечных объектов. Сущность: в оптическом коллимационном устройстве авиационного тренажера, выполненном внеосевым и децентрированным по апертуре, содержащем сегментное сферическое вогнутое зеркало с центром кривизны C₁, сегментный сферический экран с центром кривизны d, установленный выпуклостью к сегментному сферическому вогнутому зеркалу, проекторы, точка пересечения оптических осей которых совмещена с центром кривизны C₂ сегментного сферического экрана, сегментное сферическое вогнутое зеркало с центром кривизны C₁ установлено над сегментным сферическим экраном с центром кривизны С₂, оптические оси оптического коллимационного устройства и проекторов расположены в нижней части оптического коллимационного устройства под сегментным сферическим вогнутым зеркалом, при этом расстояние d между центрами кривизны C₁ и С₂ удовлетворяет условию: 0≤d<0,15(R_З-R_Э), где R_З, R_Э - радиусы кривизны сегментного сферического вогнутого зеркала и сегментного сферического экрана. 2 ил., 1 приложение.

Оптическое коллимационное устройство авиационного тренажера, выполненное внеосевым и децентрированным по апертуре, содержащее сегментное сферическое вогнутое зеркало с центром кривизны C₁, сегментный сферический экран с центром кривизны С₂, установленный выпуклостью к сегментному сферическому вогнутому зеркалу, проекторы, точка пересечения оптических осей которых совмещена с центром кривизны С₂ сегментного сферического экрана, отличающееся тем, что сегментное сферическое вогнутое зеркало с центром кривизны C₁ установлено над сегментным сферическим экраном с центром кривизны С₂, оптические оси оптического коллимационного устройства и проекторов расположены в нижней части оптического коллимационного устройства под сегментным сферическим вогнутым зеркалом, при этом расстояние d между центрами кривизны C₁ и С₂ удовлетворяет условию
0≤d<0,15(R_З-R_Э),
где R_З, R_Э - радиусы кривизны сегментного сферического вогнутого зеркала и сегментного сферического экрана.