УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ПРИЦЕЛЬНОЙ СЕТКИ Российский патент 2024 года по МПК F41G1/12 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в устройствах формирования прицельной сетки в оптических коллиматорных прицелах стрелкового оружия. Устройство представляет собой источник излучения, который при помощи коллиматора формирует в поле зрения стрелка на фоне цели прицельные знаки, вспомогательные линии и дополнительные изображения. Изображение прицельного знака должно быть контрастным и предусматривать широкий диапазон регулировки яркости, чтобы обеспечить различимость знака на ярком фоне в солнечный день и отсутствие засветки и бликов при стрельбе с прибором ночного видения. Для этого необходимо иметь возможность изменять его интенсивность излучения более чем в 10⁴ раз. В качестве источников излучения в прицелах используют малогабаритные полупроводниковые светодиоды и лазеры. Особенностью полупроводниковых светодиодов и лазеров является наличие порогового напряжения, при превышении которого начинается генерация излучения и возникает свечение. Величина порогового напряжения зависит от свойств используемых материалов. Для красных светодиодов эта величина составляет примерно 1,5 вольта. С повышением напряжения растет ток через светодиод. При этом растет и интенсивность оптического излучения, которая линейно зависит от тока. Таким образом, управлять яркостью излучателей можно либо изменяя напряжение на диоде (что приведет к изменению тока), либо при импульсном питании изменять длительность или частоту импульсов (широтно-импульсная или частотно-импульсная модуляция). Поэтому для питания светодиодов и управляющей электроники и обеспечения требуемого диапазона регулировки яркости необходимо иметь питающее напряжение примерно 3-5 вольт, а управление яркостью осуществлять с использованием непрерывного или импульсного понижающего преобразователя напряжения (см., например, патенты RU 2054855 от 20.02.1996, RU 2315936 от 27.01.2008).

Наиболее близким по техническому решению является оптический прицел (см. патент RU 2333448 от 27.01.2008). Устройство формирования прицельной сетки содержит источник питания, источник оптического излучения, повышающий преобразователь, регулятор яркости, в который входят понижающий преобразователь и переключатель. Напряжение от автономного источника питания (батарейки или аккумулятора) подается на повышающий преобразователь напряжения, который формирует на выходе постоянное стабильное напряжение величиной 3,3 В для питания микроконтроллера и светодиодного излучателя даже при сильном разряде батареи до напряжения 0,8 В. Требуемая яркость прицельного знака устанавливается переключателем и понижающим преобразователем, в качестве которого используется микроконтроллер. В прицеле имеется возможность регулировки напряжения на светодиодном излучателе от порогового значения 1,4 В в ночном режиме при работе с прибором ночного видения и примерно до 3 В при ярком дневном освещении.

Недостатком известного прицела является низкая энергоэффективность, конструктивная и функциональная сложность. Наличие двух преобразователей напряжения существенно увеличивает габариты платы и снижает энергоэффективность работы прицела, поскольку коэффициент полезного действия каждого преобразователя колеблется от 40% до 90% в зависимости от величины рабочих напряжений и токов. Особенно низкий КПД наблюдается при малых напряжениях и токах, а именно в таких режимах работают преобразователи в прицеле.

Технической задачей заявляемого изобретения является повышение энергоэффективности, уменьшение габаритов и массы, а также упрощение устройства, что позволяет увеличить время работы прицела от одного источника питания.

Поставленная задача достигается за счет того, что устройство формирования прицельной содержит источник питания, источник оптического излучения, содержащий два включенных последовательно полупроводниковых светодиодных кристалла с одинаковым цветом излучения, а регулятор яркости источника оптического излучения содержит только повышающий преобразователь с возможностью регулировки напряжения и подключенный к нему переключатель.

В коллиматорных прицелах при использовании светодиодов красного цвета для регулировки яркости прицельного знака в требуемом диапазоне необходимо изменять напряжение на диоде примерно от 1,4 В до 2,5 В, а напряжение источника питания, при питании от одной батареи, в зависимости от степени разряда меняется в пределах от 0,6 В до 1,6 В. Эти два напряжения перекрываются. Поэтому после источника питания включают повышающий преобразователь, который формирует постоянное повышенное стабильное напряжение величиной примерно 3 В, а уже после него включают регулируемый понижающий преобразователь для формирования требуемого напряжения на излучателе.

На фигуре 1 приведена функциональная схема устройства формирования прицельной сетки.

Устройство содержит автономный источник питания (батарея или аккумулятор) (1), регулируемый преобразователь напряжения (2), переключатель (3) для включения и регулировки яркости прицельной сетки и два включенных последовательно полупроводниковых светодиодных кристалла одного цвета излучения (4) и (5).

А на фигуре 2 приведен один из вариантов конструктивного исполнения источника оптического излучения в типовом монолитном корпусе для двухцветных светодиодов. Он представляет собой трехвыводную рамку для двухцветных светодиодов (6), в которой предусмотрена посадочная площадка для установки двух кристаллов. На площадке на токопроводящий клей установлены два светодиодных кристалла красного цвета свечения с противоположной полярностью электродов, изготовленных на эпитаксиальных гетероструктурах AlGaInP. Кристалл (4) c подложкой n-типа и верхним контактом p-типа, а кристалл (5) с подложкой p-типа и верхним контактом n-типа. Верхние контакты кристаллов соединены золотыми перемычками (7) и (8) с внешними выводами корпуса. Такая конструкция обеспечивает последовательное соединение диодов.

Последовательное включение двух светодиодных кристаллов приводит к изменению вольтамперной характеристики цепочки диодов. Приложенное напряжение распределяется поровну между диодами, а пороговое напряжение, при котором начинается генерация излучения, удваивается. При этом увеличивается примерно в два раза и диапазон управляющего напряжения для регулировки интенсивности светового потока излучателя. При установке двух светодиодных кристаллов их световые потоки будут суммироваться. Поскольку интенсивность светового потока светодиодного кристалла практически линейно зависит от протекающего тока, для сохранения требуемой яркости прицельной сетки можно примерно в два раза снизить рабочий ток через цепочку светодиодных кристаллов. Таким образом повышается энергоэффективность устройства.

Такая схема источника оптического излучения позволит отказаться от регулируемого понижающего преобразователя, а регулировку яркости прицельной сетки осуществлять повышающим преобразователем напряжения и подключенным к нему переключателем. Это приведет к уменьшению потерь энергии на преобразование напряжения и уменьшению рабочего тока излучателя, что положительно отразится на его надёжности. Кроме этого, это приведёт к упрощению конструкции формирователя прицельной сетки, уменьшению его габаритов и массы.

На основе выпускаемого коллиматорного прицела были изготовлены макеты устройства в соответствии с заявляемым изобретением. Были изготовлены двухкристальные светодиоды красного цвета свечения. Они один в один заменили устанавливаемый в прицел светодиод AL-5310R4C. Повышающий преобразователь напряжения выполнен на базе микросхемы MAX17220. У него диапазон входного напряжения может быть от 0,4 В до 5,5 В а выходное напряжение может регулироваться одним резистором от 1,8 В до 5 В. Печатная плата изготовленного преобразователя занимает площадь примерно 36 кв. мм, что значительно меньше существующего варианта, а измеренное энергопотребление от источника питания в среднем меньше в 2 раза, чем у прототипа.

Устройство формирования прицельной сетки может содержать два полупроводниковых светодиодных кристалла с одинаковым цветом излучения с противоположной полярностью электродов. (п. 2 формулы), что упрощает изготовление устройства формирования прицельной сетки и дополнительно снизит его габаритные и весовые характеристики.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволит обеспечить более высокую энергоэффективность устройства, добиться более длительного времени работы от элемента питания, а также упростить конструкцию и уменьшить массогабаритные характеристики устройства - техническая задача решена полностью.

Изобретение относится к области создания оптических коллиматорных прицелов и касается устройства формирования прицельной сетки. Устройство содержит источник питания, источник оптического излучения и регулятор яркости источника оптического излучения, содержащий повышающий преобразователь. Источник оптического излучения содержит два включенных последовательно полупроводниковых светодиодных кристалла с одинаковым цветом излучения, повышающий преобразователь выполнен с возможностью регулировки напряжения, а регулятор яркости источника оптического излучения дополнительно содержит подключенный к повышающему преобразователю переключатель. Технический результат заключается в повышении энергоэффективности, уменьшении габаритов и массы, а также в увеличении времени работы прицела от одного источника питания. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство формирования прицельной сетки, содержащее источник питания, источник оптического излучения и регулятор яркости источника оптического излучения, содержащий повышающий преобразователь, отличающееся тем, что источник оптического излучения содержит два включенных последовательно полупроводниковых светодиодных кристалла с одинаковым цветом излучения, повышающий преобразователь выполнен с возможностью регулировки напряжения, а регулятор яркости источника оптического излучения дополнительно содержит подключенный к повышающему преобразователю переключатель.

2. Устройство формирования прицельной сетки по п.1, отличающееся тем, что два полупроводниковых светодиодных кристалла с одинаковым цветом излучения имеют противоположную полярность электродов.