Hашоломний коліматорний індикатор
Номер патенту: 30373
Опубліковано: 15.11.2000
Автори: Бузанов Віктор Іванович, Черняк Сергій Іванович, Попов Віктор Гаврилович
Формула / Реферат
Нашоломний коліматорний індикатор, що містить колімуюче сферичне дзеркало й оптично пов'язаний з ним генератор зображення, який відрізняється тим, що генератор зображення розташовано всередині шолома у лобовій його частині та має світловолоконний екран, випромінююча поверхня якого суміщена з фокальною поверхнею колімуючого сферичного дзеркала, а світлопровідні волокна екрана складають з перпендикуляром до випромінюючої поверхні екрана на виході волокна кут b, менший від критичного кута повного внутрішнього відображення волокна, при цьому кут a падіння світлових променів, що виходять з випромінюючої поверхні екрана, на сферичне дзеркало визначається залежністю:де n - показник оптичного заломлення скла волокон екрана, а кут між лінією ока спостерігача, спрямованою до горизонту та лінією ока, спрямованою до верхньої крайньої точки індиційованого зображення, не перевищує максимального кута повороту ока по вертикалі.
Текст
Нашоломний коліматорний індикатор, що містить колімуюче сферичне дзеркало й оптично пов'язаний з ним генератор зображення, який відрізняється тим, що генератор зображення розташовано всередині шолома у лобовій його частині та має світловолоконний екран, випромінююча поверхня якого суміщена з фокальною поверхнею колімуючого сферичного дзеркала, а світлопровід ні волокна екрана складають з перпендикуляром до випромінюючої поверхні екрана на виході волокна кут b, менший від критичного кута повного внутрішнього відображення волокна, при цьому кут a падіння світлових променів, що виходять з випромінюючої поверхні екрана, на сферичне дзеркало визначається залежністю: Винахід стосується області побудови оптичних індикаторів, що формують у полі зору спостерігача колімовані зображення, зокрема, проектування малогабаритних пілотажно-навігаційних індикаторів, що розміщують на шоломі (касці) спостерігача, і може знайти використання в авіації, космонавтиці, тренажеробудівництві та інши х галузях те хніки. Відома велика кількість нашоломних коліматорних індикаторів (наприклад, патенти Великобританії № 2283833 АІ від 08.07.1993, та Франції № 2718855 АІ від 18.04.1994), що містять у собі в загальному випадку генератор зображення, колімуючий елемент та пристрій для спряження генератора зображення з колімуючим елементом. Усі відомі коліматорні індикатори містять у собі досить складні узгоджувальні пристрої, через що ускладнюється конструкція та компонування на шоломі індикатора, збільшується його вага та габарити, що призводить до погіршення аеродинамічних характеристик шолома, збільшення навантажень на голову спостерігача та створення дискомфорту в його роботі. Найбільш близьким за технічною сутністю до рішення, що пропонується, є нашоломний коліматорний індикатор за патентом США № 5499139 А від 01.10.1993. Він містить у собі генератор зображення та колімуючий рефлектор (дзеркало). Для оптичного спряження випромінюючої поверхні генератора зображення з фокальною поверхнею рефлектора застосована оптична система, що складається з набору двох гр уп лінз. Цей індикатор має такі ж недоліки, що й інші відомі індикатори: складний у виготовленні та регулюванні, має підвищену вагу й викликає складності при компонуванні на шоломі. Перед авторами стояла задача створити простий за конструкцією нашоломний коліматорний індикатор, зручний в експлуатації, й такий, що не погіршує аеродинамічних характеристик шолома. Це досягається тим, що в нашоломному коліматорному індикаторі, що містить колімуюче сферичне дзеркало й оптично пов'язаний з ним генератор зображення, останній розташовано всередині шолому у лобовій його частині та має світловолоконний екран, випромінююча поверхня якого суміщена з фокальною поверхнею колімуючого сферичного дзеркала, а світлопровідні волокна екрану складають з перпендикуляром до випромінюючої поверхні екрану на виході волокна кут b, що менший від критичного кута повного внутрішнього відображення волокна, при цьому кут a падіння світлових променів, що ви ходять з випромінюючої поверхні екрану, на сферичне дзеркало визначається залежністю: a = arcsin n × sin b , 2 a = arcsin n × sin b , 2 (19) UA (11) 30373 (13) A де n - показник оптичного заломлення скла волокон екрана, а кут між лінією ока спостерігача, спрямованою до горизонту та лінією ока, спрямованою до верхньої крайньої точки індиційованого зображення, не перевищує максимального кута повороту ока по вертикалі. 30373 де n - показник оптичного заломлення скла волокон екрану, а кут між лінією ока спостерігача, спрямованою до горизонту, та лінією ока, спрямованою до верхньої крайньої точки індиційованого зображення не перевищує максимального кута повороту ока по вертикалі. Світловолоконний екран виконує функцію узгоджувального елементу між генератором та дзеркалом за рахунок надавання випромінюючій поверхні екрану сферичної форми, поєднаної з фокальною поверхнею сферичного дзеркала, а розташування світлопровідних волокон екрану під кутом до випромінюючої поверхні екрану дає можливість спрямувати основний світловий потік в бік очей спостерігача. Все вищеперераховане дозволяє отримати колімоване зображення, що сформоване генератором зображення, з підвищеною яскравістю та видиме спостерігачем обома очима. Простота конструкції індикатора дозволяє оптимально розташувати його на шоломі, не створюючи дискомфорту спостерігачеві, не порушуючи аеродинамічних характеристик шолома. Сутність винаходу ілюструється на фіг. 1 та фіг. 2. На фіг. 1 схематично зображено запропонований нашоломний коліматорний індикатор, де: 1 - колімуюче сферичне дзеркало, 2 - козирок, 3 - шолом, 4 - око спостерігача, 5 - ось повороту козирка, 6 - оболонка шолома, 7 - генератор зображення, 8 - світловолоконний екран. На фіг. 2 зображено взаємне розташування елементів індикатора й хід світлови х променів. Індикатор містить колімуюче сферичне дзеркало 1, розташоване на козирку 2 шолому 3. Козирок може бути виконаний з можливістю виводу його з поля зору очей 4 спостерігача поворотом навколо осі 5. Як козирок може бути використаний світлофільтр, що є на шоломі. Як колімуюче дзеркало 1 може бути застосовано дзеркальне покриття, нанесене на сферичну поверхню відповідного радіуса кривизни козирка 2. Покриття може бути й напівпрозорим, у цьому випадку індикація спостерігається на фоні зовнішнього простору. Всередині шолому 3, в лобовій його частині, розташовано й закріплено на оболонці 6 шолому генератор зображення 7. Як генератор зображення може бути застосована ЖК - панель . Генератор зображення 7 має світловолоконний екран 8, (наприклад, приклеєний до випромінюючої поверхні ЖК - панелі), випромінююча поверхня якого виконана сферичною з радіусом кривизни, що дорівнює половині радіусу R кривизни сферичного дзеркала 1. Взаємне розташування генератора зображення 7 та сферичного дзеркала 1 на шоломі 3 забезпечує сумісність випромінюючої поверхні світловолоконного екрану 8 з фокальною поверхнею колімуючого сферичного дзеркала 1. Світлопровідні волокна екрану 8 у вертикальній площині нахилені до випромінюючої поверхні екрану й складають з перпендикуляром до випромінюючої поверхні на виході волокна кут b, що менший від критичного кута повного внутрішнього відображення волокон, який складає 30¸40° (див.: Д.К. Саттаров. Волоконная оптика. – Ленінград: Машиностроение, 1973. - С. 33). В цьому випадку основний світловий потік, що містить інформацію про зображення, виходячи з волокон, відхиляється донизу та, відображаючись від сферичного дзеркала 1, прямує в око 4 спостерігачеві, створюючи яскраве зображення. На фіг. 2 показано хід променя світла, що виходить з волокна, розташованого в центрі випромінюючої поверхні світловолоконного екрану 8, де: b - кут між напрямком волокна й перпендикуляром до випромінюючої поверхні екрану на виході волокна, b'- кут між перпендикуляром до випромінюючої поверхні екрану на виході волокна та заломленим променем, a - кут між світловим променем, що виходить з волокна, й перпендикуляром до поверхні сферичного дзеркала в точці падіння променя, a'- кут між перпендикуляром до поверхні сферичного дзеркала в точці падіння світлового променя й відображеним променем, А - точка виходу світлового променя з волокна, С - точка падіння світлового променя на сферичне дзеркало, g - кут між лінією ока, спрямованою до горизонту, та лінією ока, спрямованою на індиційоване зображення. Усі пояснення справедливі й для інших волокон. Нашоломний коліматорний індикатор працює таким чином: промені світла, що складають світловий потік, що несе інформацію про зображення, сформоване генератором зображення 7, проходячи через світлопровідні волокна екрану 8 на виході волокна й межі розділу середовищ скло - повітря заломлюються й відхиляються донизу від перпендикуляру до випромінюючої поверхні на виході волокна на кут b'=arсsin ×n×sin b, де b - кут падіння променя на межі розділу, що дорівнює куту нахилу волокна і менший від критичного кута повного внутрішнього відображення волокон, a n - показник оптичного заломлення скла волокон екрану. Відхилений світловий промінь AC потрапляє на сферичне дзеркало 1 під кутом a. В D АОС ОС=R; AO=R/2, де R - радіус сферичного дзеркала 1. З D АОС випливає: R /2 R R R = = = , sina sin(180° - b' ) sinb¢ sin n × sinb n × sinb n × sinb звідси sin a = , a = arcsin . 2 2 Промінь CB , відображений від сферичного дзеркала 1 під кутом a¢, що дорівнює a, прямує в око спостерігачеві, точка В котрого сполучена з центром повороту ока. Оскільки випромінююча поверхня світловолоконного екрану 8 сполучена з фокальною поверхнею колімуючого сферичного 2 30373 дзеркала 1, світловий потік колімується, й спостерігач бачить зображення у нескінченості. Центр зони індикації, а отже, й колімуюче сферичне дзеркало 1 може розташовуватися у полі зору спостерігача вище за лінію очей, що спрямована до горизонту, на кут g. У цьому випадку для спостереження індикації необхідно підняти погляд (лінію очей) вгору. Оскільки максимальний кут повороту очей вгору складає 45¸50° (див.: М. Я. Кругер та ін. Справочник конструктора оптико-механических приборов. – Москва-Ленінград: Держ. науково-технічне видавництво машинобудівельної літератури, 1963. С. 212), отже, кут g між лінією ока спостерігача, спрямованою до горизонту й на верхню крайню точку зображення, не повинен перевищувати цього значення. При цьому збільшується вільна від елементів конструкції індикатора зона зовнішнього простору, що проглядається спостерігачем. Запропонований нашоломний коліматорний індикатор за рахунок оптимального компонування його складових частин на шоломі дозволяє спростити його конструкцію й зменшити вагу. Розташування генератора зображення всередині й в площині симетрії шолома значно знижує дисбаланс навантажень на голову спостерігача, при перевантаженнях, не порушує аеродинамічних характеристик шолома. Застосування генератора зображення зі світловолоконним екраном у поєднанні з достатньо простим щодо виготовлення сферичним дзеркалом дає можливість легко суміщати випромінюючу поверхню генератора зображення з фокальною поверхнею сферичного дзеркала й створювати нашоломний індикатор, що дозволяє спостерігати колімоване зображення підвищеної яскравості обома очима без геометричних та кольорових перекручень й не створює при цьому фізіологічних незручностей спостерігачеві. Фіг. 1 3 30373 Фіг. 2 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 35 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюHelmet collimator indicator
Автори англійськоюBuzanov Viktor Ivanovych, Cherniak Serhii Ivanovych, Popov Viktor Havrylovych
Назва патенту російськоюНашлемный колиматорный индикатор
Автори російськоюБузанов Виктор Иванович, Черняк Сергей Иванович, Попов Виктор Гаврилович
МПК / Мітки
МПК: G02B 23/02
Мітки: коліматорний, індикатор, hашоломний
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/4-30373-hasholomnijj-kolimatornijj-indikator.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Hашоломний коліматорний індикатор</a>
Попередній патент: Спосіб нанесення захисного покриття
Наступний патент: Спосіб лікування кісткової кісти
Випадковий патент: Спосіб кислотної обробки високопроникних пластів