СПОСОБ СОЗДАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДВУХКАНАЛЬНЫХ КОЛЛИМАТОРНЫХ СИСТЕМ С ИНДИКАТОРАМИ НА ОБЩЕЙ ОПТИЧЕСКОЙ ОСИ Российский патент 2015 года по МПК G02B27/01 G02B27/30 G02B27/34 F41G1/30 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к информационным коллиматорным системам с двумя индикаторами для вывода независимой визуальной информации. Данное изобретение предназначено для использования в приборах различного назначения, в том числе в бортовых навигационных системах летательных аппаратов, а также в системах наблюдения и прицеливания.

Известны различные способы построения и устройства одноканальных информационных коллиматорных систем, служащих для вывода переменной графосимвольной информации только от одного источника. Технические решения по созданию коллиматорных систем с одним индикаторным каналом защищены рядом патентов РФ и США (RU 59795 U1, МПК F41G 1/38, опубл. 27.12.2006 г.; RU 2313756 C2, МПК F41G 1/38, опубл. 27.12.2007 г.; RU 2333448 C2, МПК F41G 1/06, опубл. 10.09.2008 г.; RU 2359201 C2, МПК F41G 1/06, опубл. 20.06.2009 г.; US 4225215, МПК G02B 27/01, B64D 45/08, G02B 27/00, опубл. 30.09.1980 г.; US 4763990, МПК G02B 27/00, G02B 27/01, опубл. 16.08.1988 г.). Все указанные системы построены с использованием классических оптических компонентов (линз, зеркал, призм и т.п.). Известны также системы с индикаторным каналом, содержащим голографические и дифракционные оптические элементы (RU 67699 U1, МПК F41G 1/12, опубл. 27.10.2007 г.; US 4218111, МПК G02B 27/00, G02B 27/01, G02B 13/00, опубл. 19.08.1980 г.).

Наиболее близким техническим решением по созданию двухканальных информационных коллиматорных систем является ввод в систему светоделительного устройства, с помощью которого к оптической оси основного канала информации добавляют расположенную под определенным углом к основной оси вторую оптическую ось дополнительного канала информации.

Такие системы имеют два независимых источника графосимвольной переменной и постоянной информации, светоделительное устройство и коллимирующий объектив. Светоделительное устройство, установленное на оптической оси основного канала информации, изламывает оптическую ось дополнительного канала информации и к основной оптической оси добавляет вторую дополнительную оптическую ось, расположенную перпендикулярно к основной оси (Патент RU 2358304, МПК G02B 27/18, G02B 27/01, опубл. 10.06.2009 г.). Объективная часть системы формирует бесконечно удаленное совмещенное изображение информации, поступающей от обоих источников.

Задачей настоящего изобретения является создание информационной коллиматорной системы с двумя индикаторами, предоставляющими независимую визуальную информацию.

Достигнутый при использовании предлагаемого изобретения технический результат заключается в совмещении двух каналов независимой информации, поступающей от установленных последовательно на одной оптической оси индикаторов, таким способом, при котором устройство двухканальной информационной коллиматорной системы обеспечивает увеличение информативности, а также повышение надежности вывода видеоинформации, и отличается упрощенной конструкцией и, как следствие, уменьшенными массогабаритными параметрами и сниженной себестоимостью.

Поставленная задача решена, а технический результат достигнут благодаря предложенному способу, при котором независимость каналов информации от двух индикаторов, установленных последовательно на общей оси объектива, обеспечивается за счет их спектрального разделения. Для этого в качестве одного из элементов второго канала информации выступает фильтр-светоделитель.

Первый информационный канал вводят путем установки поверхности экрана индикатора (например, электронно-лучевой трубки (ЭЛТ)) в передней фокальной плоскости перпендикулярно оптической оси объектива информационной коллиматорной системы. Спектр излучения экрана индикатора достаточно узок и концентрируется вблизи длины волны λ₁. С помощью генератора изображения рисунок на экране индикатора изменяется во времени. Таким образом, информация по первому информационному каналу, работающему на длине волны λ₁, также меняется во времени.

Между первым индикатором и объективом перпендикулярно их общей оптической оси вводят элементы второго информационного канала: фильтр-светоделитель и прозрачную с нанесенным штриховым рисунком плоскопараллельную пластину (ППП), которая представляет собой второй просветный индикатор (например, индикаторная сетка), работающий на длине волны λ₂. При этом фильтр-светоделитель формируют так, что он пропускает излучение с длиной волны λ₁ и отражает излучение второго индикаторного канала с длиной волны λ₂.

Таким образом, устройство для осуществления предлагаемого способа построения двухканальной информационной коллиматорной системы содержит установленные последовательно на одной оптической оси первый индикатор с переменной информацией, фильтр-светоделитель, второй индикатор с постоянной информацией, коллимирующий объектив, формирующий удаленное в бесконечность совмещенное изображение информации, поступающей от обоих индикаторов. При этом в устройстве путем регулирования расстояния от экрана первого индикатора до фильтра-светоделителя d₁ и расстояния от фильтра-светоделителя до второго индикатора d₂ соблюдают условие: поверхность второго индикатора с нанесенной на ней рисунком должна находиться в передней фокальной плоскости объектива на длине волны λ₂.

Сущность заявленного способа создания информационной коллиматорной системы с двумя индикаторами, расположенными на одной оптической оси, поясняется чертежами, где изображено следующее:

- на фиг. 1 представлена схема первого информационного канала с длиной волны λ₁, содержащего экран индикатора 1, расположенного в передней фокальной плоскости объектива 3;

- на фиг. 2 представлена схема двухканальной информационной системы, где фильтр-светоделитель 2а и второй индикатор 2б - элементы второго информационного канала, работающего на длине волны λ₂, - размещены на оптической оси объектива между экраном первого индикатора 1 и объективом 3;

- на фиг. 3 приведен пример схемы двухканальной информационной системы с объективом, содержащим изламывающий оптическую ось элемент.

Способ создания двухканальной информационной коллиматорной системы поясняется на примере, схема которого приведена на фиг. 3. Здесь в качестве источника информации первого канала используют изображение, генерируемое на экране ЭЛТ 1 с излучением длиной волны λ₁, а в качестве источника информации второго канала - индикаторную сетку 2б, подсвечиваемую излучением с длиной волны λ₂.

Канал переменной во времени графо-символьной информации от первого индикатора, представленного в виде ЭЛТ, формируют путем установки поверхности экрана 1 в передней фокальной плоскости перпендикулярно оптической оси объектива 3 информационной системы. Спектр излучения экрана ЭЛТ узок и концентрируется вблизи длины волны λ₁.

Для ввода второго канала постоянной информации с излучением длиной волны λ₂:

1. Между объективом 3 и его передней фокальной плоскостью, где расположен экран 1 первого индикатора с излучением длины волны λ₁, перпендикулярно оптической оси на расстоянии d₁ от фокальной плоскости устанавливают плоскопараллельную пластинку (ППП) 2а толщиной d_ф и показателем преломления n_ф, поверхность А которой выполняет роль фильтра-светоделителя излучения двух спектральных диапазонов λ₁ и λ₂;

2. Между фильтром-светоделителем 2а и объективом 3 на расстоянии d₂ от фильтра-светоделителя 2а перпендикулярно оптической оси устанавливают прозрачную толщиной d_C и показателем преломления n_С ППП 2б, выполняющую роль второго просветного индикатора с длиной волны излучения λ₂.

Полученное устройство двухканальной информационной коллиматорной системы содержит установленные последовательно на одной оптической оси первый индикатор в виде ЭЛТ с экраном 1, фильтр-светоделитель 2а, второй индикатор 2б в виде индикаторной сетки, коллимирующий объектив 3, содержащий изламывающий оптическую ось элемент, который расположен между первым и вторым компонентами объектива и выполнен в виде плоского отражающего зеркала, наклонного к общей оптической оси.

Второй индикатор 2б представляет собой индикаторную сетку в виде ППП, имеющей форму симметричного многогранника толщиной d_C. На обращенную к объективу 3 поверхность ППП методом травления наносят светорассеивающие штрихи, воспроизводящие рисунок индикаторной сетки. На торцевые грани сетки 2б наносят зеркальное покрытие, за исключением тех мест, где по периметру сетки устанавливают подсвечивающие ее светодиоды. При включенных светодиодах излучение подсветки сетки 2б с длиной волны λ₂ формируют внутри конуса с углом раскрыва U таким образом, что sinU≤√(n_С ²-1), и вводят через торцевую поверхность сетки так, что это излучение полностью заполняет объем сетки и отражается от светорассеивающих штрихов в сторону фокальной плоскости объектива 3.

Спектральные характеристики фильтра-светоделителя 2а формируют так, что он является светоделителем, а именно пропускает излучение с длиной волны λ₁ и отражает излучение с длиной волны λ₂.

При установке второго индикатора в виде индикаторной сетки 2б и фильтра-светоделителя 2а соблюдают следующие условия:

1. d₂=0,5*S_f(λ₂)-d₃-d_C/n_C(λ₂),

где d₂ - расстояние от поверхности А фильтра-светоделителя до второго индикатора 2б;

S_f(λ₂) - переднее фокальное расстояние объектива 3 на длине волны λ₂;

d₃ - расстояние от задней поверхности второго индикатора 2б до первой поверхности объектива 3;

d_C, n_C(λ₂) - толщина и показатель преломления материала второго индикатора 2б на длине волны λ₂.

2. d₁=S_f(λ₁)-d₃-d₂-d_C/n_C(λ₁)-d_ф/n_ф(λ₁),

где d₁ - расстояние от передней фокальной плоскости объектива 3 на длине волны λ₁ до передней поверхности фильтра-светоделителя 2а;

S_f(λ₁) - переднее фокальное расстояние объектива 3 на длине волны λ₁;

d₃ - расстояние от задней поверхности второго индикатора 2б до первой поверхности объектива 3;

d₂ - расстояние от поверхности А фильтра-светоделителя до второго индикатора 2б;

d_C, n_C(λ₁) - толщина и показатель преломления материала второго индикатора 2б на длине волны λ₁;

d_Ф, n_Ф(λ₁) - толщина и показатель преломления фильтра-светоделителя 2а на длине волны λ₁ соответственно.

3. Значение расстояния d₃ выбирают таким, чтобы значения расстояний d₁ и d₂ были положительными.

Устройство двухканальной информационной коллиматорной системы работает следующим образом. Световой поток первого канала информации от сформированного на экране ЭЛТ 1 изображения, характеризуемый длиной волны λ₁, проходит последовательно через фильтр-светоделитель 2а, индикаторную сетку 2б, коллимирующий объектив 3, где меняет свое направление наклонным зеркалом. При включении второго канала информации световой поток подсветки индикаторной сетки, характеризуемый длиной волны λ₂, пройдя через боковую поверхность сетки, отражается от нанесенных на нее светорассеивающих штрихов в сторону фокальной плоскости объектива 3, отражается от поверхности А фильтра-светоделителя 2а и совместно со световым потоком первого канала проходит через коллимирующий объектив 3, меняя свое направление посредством изламывающего оптическую ось оптического элемента объектива. Объектив 3 формирует два независимых бесконечно удаленных изображения с поверхностей обоих индикаторов, одно из которых сформировано излучением с длиной волны λ₁, а второе - излучением с длиной волны λ₂.

Результатом реализации заявленного способа создания двухканальной информационной системы является устройство, которое содержит один общий объектив и два независимых индикатора, расположенных последовательно на общей оптической оси объектива. Такое техническое решение обеспечивает увеличения информативности и повышения надежности вывода информации за счет совмещения двух каналов независимой информации, а также упрощение конструкции, которое обуславливает снижение массы устройства, уменьшение его габаритов, снижение себестоимости.

Предложенное техническое решение используется в выпускаемых двухканальных широкоугольных коллиматорных индикаторах. Их технические характеристики полностью удовлетворяют функциональным требованиям и назначению коллиматорных индикаторных устройств.

Способ создания двухканальных информационных коллиматорных систем включает в себя размещение на оптической оси объектива и двух индикаторов, один из которых является индикатором просветного типа. Между указанными индикаторами устанавливают спектральный фильтр-светоделитель, выполненный в виде плоскопараллельной пластины. На расположенной в передней фокальной плоскости объектива на второй длине волны поверхности второго просветного индикатора нанесены светорассеивающие штрихи, которые отражают излучение со второй длиной волны в сторону фильтра-светоделителя. Фильтр-светоделитель отражает излучение со второй длиной волны от второго индикатора и пропускает излучение с первой длиной волны от первого индикатора в сторону объектива. Технический результат - увеличение информативности и повышение надежности вывода информации за счет совмещения двух каналов независимой информации, а также упрощение конструкции, снижение массы устройства, уменьшение его габаритов. 3 ил.

Способ создания двухканальной информационной коллиматорной системы с одним общим объективом и установленными на оптической оси объектива двумя независимыми индикаторами, отличающийся тем, что в переднюю фокальную плоскость объектива на длине волны λ₁ перпендикулярно оптической оси объектива устанавливают поверхность первого индикатора системы со спектром излучения, сконцентрированным вблизи длины волны λ₁, между объективом и его передней фокальной плоскостью на длине волны λ₁, где расположен экран первого индикатора, перпендикулярно оптической оси объектива на расстоянии d₁ от фокальной плоскости объектива на длине волны λ₁ устанавливают выполняющую роль фильтра-светоделителя излучения двух спектральных диапазонов λ₁ и λ₂ плоскопараллельную пластину (ППП) толщиной d_Ф и показателем преломления n_Ф, которая пропускает излучение с длиной волны λ₁ и отражает от задней обращенной к объективу поверхности излучения с длиной волны λ₂, между фильтром-светоделителем и объективом на расстоянии d₂ от фильтра-светоделителя перпендикулярно оси объектива устанавливают прозрачную толщиной d_C и показателем преломления n_С ППП, выполняющую роль второго просветного индикатора с излучением длиной волны λ₂ и нанесенными на обращенной к объективу, расположенную в передней фокальной плоскости объектива на длине волны λ₂ поверхность ППП светорассеивающими штрихами, воспроизводящими визуальную информацию второго просветного индикатора, излучение подсветки второго просветного индикатора с длиной волны λ₂ формируют внутри конуса с углом раскрыва U таким образом, что sinU≤√(n_С ²-1), и вводят через торцевую поверхность просветного индикатора так, что это излучение полностью заполняет объем индикатора и отражается от светорассеивающих штрихов в сторону фокальной плоскости объектива на длине волны λ₁, при установке второго просветного индикатора на расстоянии d₂ от фильтра-светоделителя, а также при установке фильтра-светоделителя на расстоянии d₁ от экрана первого индикатора соблюдают условия:
d₂=0,5*S_f(λ₂)-d₃-d_C/n_C(λ₂),
d₁=S_f(λ₁)-d₃-d₂-d_C/n_C(λ₁)-d_ф/n_ф(λ₁),
где S_f(λ₁), S_f(λ₂) - переднее фокальное расстояние объектива на длинах волн λ₁ и λ₂ соответственно, d₃ - расстояние от задней поверхности второго просветного индикатора до первой поверхности объектива, d_C, n_С(λ₂), n_C(λ₁) - толщина и показатель преломления материала второго индикатора на длинах волн λ₂ и λ₁ соответственно, d_Ф, n_Ф(λ₁) - толщина и показатель преломления фильтра-светоделителя на длине волны λ₁ соответственно, а значение расстояния d₃ выбирают таким, чтобы значения расстояний d₁ и d₂ были положительными.