МЕХАНИЗМ ОТОБРАЖЕНИЯ ФАЗ ЛУНЫ
MOON PHASE DISPLAYING MECHANISM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к механизму отображения фаз Луны. В частности, механизм отображения фаз Луны согласно изобретению предназначен для установки в предмет небольшого размера, пригодный для носки, такой как часы, в частности наручные часы.
Уровень техники
Часы, в частности наручные часы, оснащенные механизмом отображения фаз Луны, известны в течение длительного времени. Однако эти механизмы отображения фаз Луны являются в большей степени декоративными, нежели обеспечивающими точную информацию, позволяющую пользователю часов легко определять, какая сейчас четверть Луны. Самые простые механизмы отображения фаз Луны содержат стрелочный указатель, который указывает на различные изображения фаз Луны (первая четверть, полнолуние, последняя четверть, новолуние). Другие известные механизмы отображения фаз Луны содержат диск, на котором расположены два изображения Луны, причем часть этого диска видна через отверстие соответствующей формы, выполненное в циферблате часов и последовательно показывающее растущую Луну, полную Луну, убывающую Луну и новолуние. Такое представление различных фаз Луны имеет большое преимущество с эстетической точки зрения, однако изображение Луны имеет только отдаленное отношение к Луне, которая появляется на небе. Еще один механизм отображения фаз Луны содержит двухцветную сферу, которая полностью поворачивается вокруг своей оси при каждом лунном цикле. Такой механизм отображения фаз Луны позволяет реалистично отображать поверхность Луны. Однако поскольку такой механизм отображения фаз Луны использует сферу для отображения различных четвертей Луны, он имеет большую толщину и занимает большое пространство, так что его сложно встроить в часовой механизм, в частности в наручные часы.
Раскрытие сущности изобретения
Настоящее изобретение предлагает механизм отображения фаз Луны, который содержит средство отображения фаз Луны, который, в частности, более приближен к реальности и более понятен владельцу часов.
С этой целью настоящее изобретение относится к механизму отображения фаз Луны, приводимому в действие часовым механизмом, причем этот механизм отображения фаз Луны содержит прозрачную опору, имеющую верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, которая продолжается на расстоянии от верхней поверхности, изображение Луны, перенесенное, например с помощью печати или гравирования, на верхнюю или нижнюю поверхность этой прозрачной опоры, подложку, расположенную под прозрачной опорой на расстоянии от нижней поверхности последней, при этом механизм отображения фаз Луны также содержит приводные средства, приводимые в движение часовым механизмом и выполненные с возможностью перемещения шторки между прозрачной опорой и подложкой, причем шторка и подложка имеют контрасты отображения, которые являются обратными по отношению друг к другу, при этом шторка перемещается из исходного положения в конечное положение в течение лунного цикла для отображения день за днем внешнего вида Луны, который изменяется от новолуния до первой четверти Луны, затем от первой четверти Луны до полнолуния, затем до последней четверти Луны и, наконец, до новолуния, причем в конце лунного цикла шторка возвращается из конечного положения в исходное положение.
Согласно специальному варианту осуществления изобретения приводные средства содержат прямолинейную рейку, которая приводится в действие часовым механизмом и с которой с которой шторка жестко соединена в прямолинейном перемещении.
Благодаря этим признакам настоящее изобретение предлагает механизм отображения фаз Луны, позволяющий отображать день за днем различные внешние виды Луны с помощью оригинального способа, который легко понятен пользователю. В частности, изображение Луны, которое обеспечивается механизмом отображения фаз Луны согласно изобретению, является весьма сходным с реальным внешним видом Луны на небе, так что пользователю намного проще определять, в какой фазе лунного цикла находится Луна. Механизм отображения фаз Луны согласно изобретению также имеет меньшую толщину, чем оптические устройства, использующие сферу, вращающуюся вокруг своей оси, а следовательно, его легче установить в часовой механизм, в частности в наручные часы. Кроме того, независимо от четверти, в которой расположена Луна, ее изображение всегда видно пользователю часов. Также следует отметить, что механизм отображения фаз Луны согласно изобретению позволяет отображать различные фазы реалистичной Луны, образованные двумя поверхностями разных цветов и разделенные терминатором, другими словами, кривой, которая отделяет освещенную часть Луны от неосвещенной части, профиль которого является очень реалистичным и весьма приближен к профилю, который может видеть пользователь, наблюдая Луну на небе. Это, в частности, относится к случаю, когда Луна находится в первой и последней четвертях, при этом оптические искажения практически равны нулю, и, таким образом, терминатор выглядит совершенно прямолинейным.
Согласно другому частному варианту осуществления изобретения прозрачная опора имеет форму линзы плоско-вогнутой формы, ограниченной в верхнем направлении, на стороне наблюдателя, плоской поверхностью, на которой расположено изображение Луны, а в нижнем направлении вогнутой поверхностью, которая предпочтительно, но необязательно, имеет асферический профиль, причем эта плоско-вогнутая линза сочетается со шторкой имеющей криволинейный профиль, предпочтительно гиперболического типа.
Благодаря совместному использованию плоско-вогнутой, предпочтительно асферической, линзы и шторки с криволинейным профилем, предпочтительно, но необязательно, гиперболического типа, наблюдатель видит терминатор, другими словами, кривую, которая отделяет освещенную часть Луны от неосвещенной части, профиль которого очень реалистичен и весьма приближен к профилю, который может видеть пользователь, наблюдая Луну на небе. Кроме того, механизм отображения фаз Луны является более компактным, чем механизм отображения фаз Луны, использующий сферу, и может быть помещен в меньший объем, например в корпус наручных часов. В качестве примера следует принять во внимание, что для изображения Луны одного и того же диаметра механизм отображения фаз Луны согласно изобретению имеет толщину, равную половине толщины механизма отображения фаз Луны, использующего сферу. Также следует принять во внимание, что поскольку поверхность, на которой расположено изображение Луны, является плоской, механизм отображения фаз Луны согласно изобретению не препятствует перемещению стрелок по поверхности циферблата.
Краткое описание чертежей
Другие признаки и преимущества настоящего изобретения станут более понятными из приведенного ниже подробного описания примера выполнения механизма отображения фаз Луны согласно изобретению, причем этот пример приведен только в качестве пояснения, без ограничения, со ссылкой на приложенные чертежи.
На фиг. 1 показан механизм отображения фаз Луны согласно изобретению, вид сверху;
на фиг. 2 – продолговатое отверстие, из которого выступает штифт, расположенный на пальце, местный вид в увеличенном масштабе;
на фиг. 3A – первый рычаг в промежуточном положении A, местный вид в увеличенном масштабе;
на фиг. 3B – первый рычаг в крайнем положении B, в котором он опирается на вершину профиля пальца, местный вид в увеличенном масштабе;
на фиг. 4A – первая гребенка в положении C, в котором ее копировальный носик находится на вершине профиля кулачка, местный вид в увеличенном масштабе;
на фиг. 4B – первая гребенка в положении D, в котором ее копировальный носик опускается вдоль уступа кулачка, местный вид в увеличенном масштабе;
на фиг. 5 – прозрачная опора и металлический лист, из которых выполнены асферическая плоско-вогнутая линза и шторка, вид сверху;
на фиг. 6 – оптический узел, образованный асферической плоско-вогнутой линзой, шторкой и подложкой, вид в вертикальном разрезе;
на фиг. 7 – внешний вид изображения Луны, который может восприниматься наблюдателем, когда шторка начинает проникать в пространство, которое отделяет асферическую плоско-вогнутую линзу от подложки, схематический вид сверху;
на фиг. 8A – схематический вид механизма отображения фаз Луны, когда он находится в крайнем положении E в начале лунного цикла;
на фиг. 8B – вид, сходный с видом на фиг. 8A, который показывает механизм отображения фаз Луны согласно изобретению, когда он находится в крайнем положении F в конце лунного цикла; и
на фиг. 9A–9L – вид терминатора в нескольких положениях шторки с криволинейным, предпочтительно гиперболическим, профилем.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение основано на общей изобретательской идее, которая состоит в переносе изображения Луны на любую из двух сторон, верхнюю или нижнюю, прозрачной опоры, которая расположена выше подложки и на некотором расстоянии от нее, при этом шторка расположена между прозрачной опорой и подложкой. Лицо Луны может иметь цвет, сходный с цветом подложки, в то время как шторка и подложка имеют обратные контрасты: если подложка светлая, то шторка будет темная, и наоборот, если подложка темная, то шорка будет светлая. Принимая только в качестве пояснительного примера, что изображение Луны и подложка темные, а шторка светлая, следует принять во внимание, что когда шторка не находится в пространстве между прозрачной опорой и темной подложкой, изображение Луны, которое расположено выше темной подложки, не видно пользователю. Кроме того, когда светлая шторка проникает в пространство, которое разделяет прозрачную опору и темную подложку, изображение Луны постепенно становится видно пользователю. Таким образом, настоящее изобретение предлагает механизм, который является более компактным, чем механизм отображения фаз Луны, содержащий сферу, и который позволяет отображать фазы Луны оригинальным и намного более реалистичным образом по сравнению с большинством известных устройств отображения фаз Луны. Соответственно, наблюдателю гораздо легче понять, в какой фазе лунного цикла находится Луна. Кроме того, реалистичность дополнительно увеличивается, если согласно специальному варианту осуществления изобретения прозрачная опора имеет плоско-вогнутый профиль, предпочтительно, но необязательно, асферический профиль, в сочетании с криволинейной шторкой, имеющей, предпочтительно, гиперболический профиль. Фактически, такое сочетание позволяет получить терминатор, профиль которого весьма близок к профилю, наблюдаемому в реальности, когда Луна растет, становится полной, затем убывает и лунный цикл повторяется.
В качестве примера в часы, например наручные часы, помещен механизм 1 отображения фаз Луны согласно изобретению, который приводится в действие часовым механизмом, т.е. механизмом, работа которого зависит от временного разделения. В частности, часовой механизм содержит подвижный узел передачи движения, один триб которого (не виден на фигурах) приводит в движение двадцатичетырехчасовое колесо 2, которое, как следует из его названия, установлено таким образом, чтобы оно выполняло один полный оборот за сутки.
На двадцатичетырехчасовом колесе 2 расположен палец 4, который установлен на оси 6 указанного колеса с возможностью свободного вращения. Для обеспечения поворота относительно двадцатичетырехчасового колеса 2 палец 4 установлен на оси 6 с незначительным осевым люфтом благодаря кольцу 8, надетому на указанную ось 6. Кроме того, палец 4 содержит штифт 10, который выступает в продолговатое отверстие 12, образованное в толще двадцатичетырехчасового колеса 2, и ограничивает свободный поворот пальца 4 относительно двадцатичетырехчасового колеса 2 (см. фиг. 2). Таким образом, понятно, что когда палец 10 упирается во внутреннюю стенку 14 продолговатого отверстия 12, он приводится во вращение двадцатичетырехчасовым колесом 2 и в свою очередь приводит в движение палец 4, который также выполняет полный оборот в течение двадцати четырех часов.
Механизм 1 отображения фаз Луны согласно изобретению также содержит первый рычаг 16, который установлен с возможностью поворота вокруг оси 18 поворота и упруго прижимается к первой части 20a профиля 20 пальца 4 с помощью верхней пружины 22. На чертеже также показана звездочка 24, положение которой определяется поворотом на определенный угол с помощью переключателя 26, который удерживается упруго прижатым к зубчатому венцу 28 указанной звездочки 24 с помощью нижней пружины 30.
Двадцатичетырехчасовое колесо 2 вращается в направлении по часовой стрелке вместе с пальцем 4. Первый рычаг 16 скользит по первой части 20a профиля 20 пальца 4 и после прохождения промежуточного положения A (фиг. 3A) оказывается в крайнем положении B (фиг. 3B), в котором он опирается нижним краем 32 на вершину 34 профиля 20 пальца 4. Кроме того, первый рычаг 16 входит в зацепление с зубчатым венцом 28 звездочки 24 с помощью носика 36. Когда, например, около полуночи палец 4 движется вперед, первый рычаг 16 переходит границу крайнего положения B, в котором он опирается на вершину 34 профиля 20 пальца, и перемещает звездочку 24 на один шаг в направлении против часовой стрелки. Это перемещение обеспечивается благодаря тому, что когда первый рычаг 16 переходит вершину 34 профиля 20 пальца 4, на пальце 4 возникает эффект рычага, обусловливающий поворот этого пальца 4 и сопутствующее смещение штифта 10, который, упираясь в один конец продолговатого отверстия 12, образованного в толще двадцатичетырехчасового колеса 2, будет смещаться до момента, когда он будет упираться в противоположный конец этого продолговатого отверстия 12. Затем первый рычаг 16 начинает скользить по второй части 20b профиля 20 пальца 4, которая расположена после вершины 34 этого профиля 20. Следует отметить, что в тот самый момент, когда первый рычаг 16 обусловливает перемещение звездочки 24 вперед на один шаг, переключатель 26, преодолевая возвратное усилие нижней пружины 30, переходит из впадины между двумя последовательными зубцами зубчатого венца 28 звездочки 24 в следующую впадину зубчатого венца 28. Входя в следующую впадину, переключатель 26 позволяет звездочке 24 выполнять одношаговое перемещение вперед и в очередной раз обеспечивает точное позиционирование этой звездочки 24.
Согласно предпочтительному, но не ограничивающему варианту выполнения механизма отображения фаз Луны согласно изобретению, последний содержит также устройство ручной корректировки отображения фаз Луны. Обозначенное в целом ссылочной позицией 38, это устройство ручной корректировки содержит второй рычаг 40, поворачиваемый вокруг оси 42 и содержащий исполнительное средство 44, например штифт, на противоположном конце по отношению к оси 42 поворота. Этот второй рычаг 40 имеет, например, отогнутый участок 46, на который опирается корректор (который не виден на чертеже), когда последний приводится в действие против упругого возвратного усилия пружины владельцем наручных часов снаружи корпуса часов. В результате воздействия на корректор второй рычаг 40 поворачивается вокруг своей оси 42 и в свою очередь регулирует поворот первого рычага 16, что обусловливает перемещение звездочки 24 вперед на один шаг. Это перемещение звездочки 24 вперед происходит так же, как описано выше, когда первый рычаг переходит вершину 34 профиля 20 пальца 4.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, представленному только с целью пояснения и без ограничения, полный оборот звездочки 24 соответствует двум последовательным лунным циклам, причем лунный цикл соответствует времени, которое проходит между двумя последовательными новолуниями и которое также именуют лунным месяцем. С этой целью механизм отображения фаз Луны согласно изобретению дополнен первым трибом 50, установленным соосно со звездочкой 24 и жестко соединенным с ней во вращении, переводным колесом 56, а также кулачком 52, на оси вращения которого жестко установлен второй триб 54. Первый триб 50 приводит в движение второй триб 54 через переводное колесо 56, причем передаточное отношение этой кинематической цепи рассчитано таким образом, что кулачок 52 выполняет один полный оборот за лунный цикл.
Кулачок 52 имеет улиткообразный профиль 58 с по существу прямолинейным уступом 60. Первая гребенка 62, имеющая зубчатый сектор 64, также имеет копировальный носик 66, с помощью которого она постоянно следует за профилем 58 кулачка 52. Незадолго до начала нового лунного цикла, например около полуночи, копировальный носик 66 первой гребенки 62 находится на вершине профиля 58 кулачка 52 (положение C – фиг. 4A) и затем опускается вдоль уступа 60 кулачка 52 (положение D – фиг. 4B). Во время этого перемещения первая гребенка 62, которая посредством зубчатого сектора 64 находится в постоянном зацеплении с третьим трибом 68, вращает этот третий триб 68 в направлении по часовой стрелке на величину, соответствующую опусканию копировального носика 66 вдоль уступа 60.
Вращаясь, третий триб 68 вращает колесо 70, с которым он образует подвижный узел 69. Другими словами, третий триб 68 установлен на колесе 70 соосно с ним и зафиксирован относительно этого колеса 70 без возможности поворота. Соответственно, колесо 70 передает вращательное движение приводным средствам 72 механизма 1 отображения фаз Луны, которые содержат нижнее колесо 74 и верхнее колесо 78, установленные с возможностью свободного вращения на оси 76 вращения. Нижнее колесо 74 входит в зацепление с прямолинейной рейкой 80, которая в свою очередь входит в зацепление с верхним колесом 78.
Согласно изобретению, нижнее колесо 74 служит для регулирования механизма 1 отображения фаз Луны. С этой целью, поворачиваясь, нижнее колесо 74 приводит в прямолинейное движение прямолинейную рейку 80 и толкает ее обратно в первое крайнее положение E, показанное на фиг. 8A, которое соответствует началу нового лунного цикла. Соответственно, когда после опускания вдоль уступа 60 кулачка 52 в начале лунного цикла копировальный носик 66 снова начинает следовать за профилем 58 кулачка 52, копировальный носик 66 постепенно толкается назад в направлении по часовой стрелке во второе крайнее положение F (см. фиг. 8B), так что третий триб 68 и, следовательно, колесо 70 вращаются в направлении против часовой стрелки. Соответственно, нижнее колесо 74 вращается в направлении по часовой стрелке и приводит прямолинейную рейку 80 в прямолинейное движение справа налево, как показано на чертеже, из первого крайнего положения E, которое соответствует началу нового лунного цикла, во второе крайнее положение F, показанное на фиг. 8B, которое соответствует концу лунного цикла. После того как копировальный носик 66 пройдет по всей длине профиля 58 кулачка 52, он снова окажется на вершине уступа 60 кулачка 52, при этом в начале нового лунного цикла копировальный носик 66 опускается вдоль уступа 60, что обусловливает возврат прямолинейной рейки в исходное положение.
Механизм отображения фаз Луны согласно изобретению дополнительно содержит устройство, которое позволяет компенсировать зазоры и возвращать этот механизм отображения фаз Луны в крайнее положение E в конце лунного цикла. Это устройство состоит из верхнего колеса 78, входящего, с одной стороны, в зацепление с зубцами прямолинейной рейки 80 и, с другой стороны, с промежуточным колесом 82 промежуточного подвижного узла 84, который содержит также промежуточный триб 86. Этот промежуточный триб 86 входит в зацепление с зубчатым сектором 88 второй гребенки 90, которая упруго ограничена возвратным усилием четвертой пружины 92. Благодаря этой компоновке компенсируются все люфты кинематической цепи, которая продолжается между первой гребенкой 62 и второй гребенкой 90, так что позиционирование прямолинейной рейки 80 всегда является точным.
Согласно изобретению, механизм 1 отображения фаз Луны содержит прямолинейную рейку 80, с которой шторка 94 жестко соединена в прямолинейном движении. Механизм 1 отображения фаз Луны также содержит на стороне наблюдателя 96 прозрачную опору 98, имеющую верхнюю поверхность 100, которая продолжается параллельно нижней поверхности 102 и на расстоянии от нее. На верхнюю поверхность 100 прозрачной опоры 98 перенесено изображение 104 Луны, например в виде переводного рисунка. Это изображение 104 Луны также могло бы быть перенесено на нижнюю поверхность прозрачной опоры 98. Под прозрачной опорой 98, относительно наблюдателя 96, и на расстоянии от нее расположена подложка 106. Шторка 94 установлена на прямолинейной рейке 80 таким образом, чтобы она могла постепенно проникать в пространство между прозрачной опорой 98 и подложкой 106, когда прямолинейная рейка 80 приводится в движение нижним колесом 74. Шторка 94 и подложка 106 имеют обратные контрасты: либо шторка 94 светлая, а подложка 106 и изображение 104 Луны темные, либо шторка 94 темная, а подложка 106 и изображение 104 Луны светлые. Предполагая, только в качестве примера, что изображение 104 Луны и подложка 106 являются темными, а шторка 94 является светлой и отражающей, следует принять во внимание, что когда шторка 94 не находится в пространстве между прозрачной опорой 98 и темной подложкой 106, изображение 104 Луны расположено над темной подложкой 106, а следовательно, не видно наблюдателю 96. Затем, когда светлая отражательная шторка 94 проникает в пространство, которое отделяет прозрачную опору 98 от темной подложки 106, изображение 104 Луны постепенно становится различимым пользователем. Точнее, когда шторка 94 начинает проникать в пространство между прозрачной опорой 98 и темной подложкой 106, наблюдатель 96 видит, что постепенно появляется первая четверть Луны. Затем, когда отражательная шторка 94 полностью находится между прозрачной опорой 98 и темной подложкой 106, наблюдатель 96 видит полное изображение 104 Луны, т.е. Луна является полной. Далее шторка 94 продолжает прямолинейное движение в том же самом направлении и начинает выходить из пространства между прозрачной опорой 98 и темной подложкой 106, так что наблюдатель 96 видит, что постепенно появляется последняя четверть Луны, т.е. возникает ситуация, которая соответствует моменту, когда шторка 94 оставляет такую же открытую поверхность, как и скрытую поверхность. И наконец, когда шторка 94 полностью выходит из пространства между прозрачной опорой 98 и темной подложкой 106, наблюдатель 96 снова больше не видит изображение 104 Луны (исходя из допущения, что подложка 106 имеет такой же цвет, что и изображение 104 Луны) и, следовательно, знает, что лунный цикл закончился и начинается новый лунный цикл. Таким образом, благодаря изобретению наблюдатель 96 может легко получать представление о различных фазах Луны: новолунии, первой четверти Луны, полной Луне, последней четверти Луны и снова новолунии.
Согласно частному варианту осуществления изобретения прозрачная опора 98 имеет форму плоско-вогнутой линзы 108, ограниченной в верхнем направлении, на стороне наблюдателя 96, плоской поверхностью 110, на которой расположено изображение 104 Луны, а в нижнем направлении вогнутой поверхностью 112, которая, предпочтительно, имеет асферический профиль. Эта асферическая плоско-вогнутая линза 108 сочетается со шторкой 94, изогнутой в центре для создания криволинейного профиля, предпочтительно, но не необязательно, гиперболического профиля. Таким образом, может быть получено изображение Луны, терминатор которой, т.е. кривая, которая отделяет неосвещенную часть от освещенной части Луны, наилучшим образом приблизительно соответствует реальному терминатору Луны на небе.
Для определения геометрических размеров асферической плоско-вогнутой линзы 108 и шторки 94 с гиперболическим профилем используется программное обеспечение для компьютерного проектирования оптической системы, представленное на рынке под торговым наименованием LightTools, версия 8 которого, опубликованная в 2019 г., используется в целях реализации настоящего изобретения.
После определения размеров изображения 104 Луны, которое желательно отображать с помощью механизма отображения фаз Луны согласно изобретению, основными параметрами, на которые можно воздействовать для получения реалистичного изображения фаз Луны, являются:
- материал, из которого будет изготовлена асферическая плоско-вогнутая линза 108, и, следовательно, показатель преломления последней;
- профиль асферической вогнутой поверхности 112 асферической плоско-вогнутой линзы 108 и, следовательно, ее коническая постоянная;
- размеры шторки 94;
- расстояние, которое разделяет верх дуги, образованной асферической вогнутой поверхностью 112, и шторку 94;
– криволинейный, предпочтительно гиперболический, профиль шторки 94 и, следовательно, ее коническая постоянная.
Только в качестве предпочтительного примера асферическая плоско-вогнутая линза 108 выполнена из прозрачного материала, показатель преломления которого, предпочтительно, составляет от 1,60 до 1,85 с оптимальным значением приблизительно 1,78. Это значение было выбрано после многочисленных испытаний, которые позволили определить, что чем выше значение показателя преломления материала, из которого изготовлены линзы, тем ближе должна быть расположена линза к шторке 94, чтобы последняя не была видна наблюдателю через эту линзу. Можно легко понять, что это является преимуществом с точки зрения требований к пространству в случае, когда желательно включить устройство отображения фаз Луны согласно настоящему изобретению в состав таких часов, как наручные часы. С другой стороны, чем выше показатель преломления, тем выше стоимость и сложнее механическая обработка соответствующего материала. Кроме того, было установлено, что когда линза приближается слишком близко к шторке 94, это заканчивается тем, что видно изображение периферийного края линзы, которое образует «корону», имеющую молочный отлив, вокруг изображения 104 Луны, что является неприемлемым. Сходным образом было установлено, что в случае выбора слишком низких значений показателя преломления изображение шторки 94 с криволинейным, предпочтительно гиперболическим, профилем, которая постепенно закрывала изображение Луны, не было ни особенно эстетичным, ни реалистичным по сравнению с точным изображением Луны. Именно по этой причине значение порядка 1,60–1,85, предпочтительно равное или по существу равное 1,78 для оптимального показателя преломления материала, из которого изготавливают асферическую плоско-вогнутую линзу 108, оказывается оптимальным и позволяет обеспечить наилучший компромисс между показателем оптического преломления материала, из которого изготавливают асферическую плоско-вогнутую линзу 108, и расстоянием, разделяющим асферическую вогнутую поверхность 112 асферической плоско-вогнутой линзы 108 и шторку 94, и, таким образом, получить механизм отображения фаз Луны, необходимое пространство для которого соответствует размерам часов, для установки в которые предназначен этот механизм, обеспечивая пригодный профиль терминатора. Примером материала, который хорошо подходит для целей настоящего изобретения, является стекло, изготавливаемое и продаваемое на рынке компанией Schott под кодом N-SF 11.
Размеры заготовки из прозрачного или по меньшей мере полупрозрачного материала, например стеклянного цилиндра или полимерного цилиндра, например, из поликарбоната, из которой получают асферическую плоско-вогнутую линзу 108, вносят в программу для компьютерного проектирования оптической системы. В данном случае асферическую плоско-вогнутую линзу 108 получают посредством механической обработки цилиндрической стеклянной заготовки, диметр D которой составляет 6–7 мм, а высота H составляет 0,9–1,1 мм (см. фиг. 5).
Что касается шторки 94 с гиперболическим профилем, то ее изготавливают из прямоугольного металлического листа, толщина e которого, предпочтительно, но не исключительно, составляет 0,08–0,2 мм, при этом длина l стороны, которая продолжается параллельно направлению перемещения шторки 94, составляет 7–8 мм, в то время как ширина L стороны, которая продолжается перпендикулярно направлению перемещения этой шторки 94, составляет 9–10 мм. Этот металлический лист имеет в центре изгиб 114, который продолжается в направлении, параллельном направлению перемещения шторки 94, и, предпочтительно, имеет плоские края 116, параллельные изгибу 114. Фактически, следует отметить, что шторка 94 необязательно должна иметь гиперболический профиль на концах, поскольку в этих областях эффект оптического искажения создается по существу асферической плоско-вогнутой линзой 108. Следовательно, эти плоские края 116 служат только для полного закрывания поля зрения, обеспечиваемого асферической плоско-вогнутой линзой 108, и благодаря своей плоскостности эти края 116 позволяют уменьшить необходимое пространство для механизма отображения фаз Луны.
Профиль асферической вогнутой поверхности 112 асферической плоско-вогнутой линзы 108 определяется значениями расстояний r и z(r). Если центральная ось симметрии асферической плоско-вогнутой линзы 108 именуется S, расстояние r соответствует расстоянию, которое отделяет каждую точку центральной оси S симметрии от расположенной напротив нее точки асферической вогнутой поверхности 112 (см. фиг. 6). Сходным образом гиперболический профиль шторки 94 определяется расстоянием r', которое отделяет каждую точку плоскости S' симметрии этой шторки 94 от поверхности последней. Эти расстояния r, r' определяются с помощью одного и того же отношения, приведенного ниже:
,
2
где k = –e
Как видно на фиг. 6, исходная точка функции z(r) соответствует точке O, которая расположена на вершине дуги, образованной асферической вогнутой поверхностью 112. Значение z(r) соответствует в каждой точке дуги, образованной асферической вогнутой поверхностью 112, расстоянию по вертикали от этой точки до основания асферической плоско-вогнутой линзы 108.
n
Значения постоянных R и k, которые характеризуют асферическую плоско-вогнутую линзу 108, а также значения постоянных R' и k', которые характеризуют шторку 94, будут определяться посредством последовательных итераций, как описано ниже. Что касается коэффициентов A, то они являются коэффициентами полиномиальной суммы, значения которых также определяются посредством итераций.
Что касается асферической плоско-вогнутой линзы 108, то постоянная R соответствует радиусу кривизны асферической вогнутой поверхности 112 в точке O, которая расположена на вершине дуги, образованной асферической вогнутой поверхностью 112. Поскольку терминатор T, который является разделительной линией между неосвещенной и освещенной частями Луны, выглядит как прямолинейный в середине лунного цикла, необходимо, чтобы вблизи точки O асферическая вогнутая поверхность 112 была практически плоской. С этой целью в программу для компьютерного проектирования первоначально вводят самый большой радиус R кривизны порядка нескольких тысяч миллиметров. Что касается постоянной «k», которая именуется «конической постоянной», она является величиной, которая описывает конические сечения. Коническое сечение означает плоскую кривую, определяемую пересечением конуса вращения с плоскостью. Когда плоскость сечения не проходит через вершину конуса, ее пересечение с этим конусом соответствует одной из следующих плоских кривых: эллипсу, параболе или гиперболе.
2
Следует отметить, что k = –e, причем e соответствует эксцентриситету конического сечения. Эксцентриситет конического сечения является положительным действительным числом, которое характеризует только форму этого конического сечения; эксцентриситет конического сечения может интерпретироваться как мера величины, с помощью которой коническое сечение отклоняется от окружности. Таким образом, эксцентриситет окружности равен нулю. Эксцентриситет эллипса, который не является окружностью, находится строго в диапазоне от нуля до единицы. Эксцентриситет параболы равен 1, а эксцентриситет гиперболы больше 1.
Коническая постоянная включена в уравнение
2
2
y – 2Rx + (k + 1)x = 0,
описывающее коническое сечение, вершина которого находится в исходной точке, а касательная продолжается вдоль оси «y», при этом R является радиусом кривизны для x = 0. Эта формула используется в геометрической оптике для описания оптической поверхности линзы. В этом случае в программу для компьютерного проектирования было внесено, что коническая постоянная равна нулю (k = 0), другими словами, что она относится к окружности.
Соответственно, что касается асферической плоско-вогнутой линзы 108, моделирование начинается с нулевого значения конической постоянной k и очень большого радиуса кривизны R.
То же самое справедливо и в отношении шторки 94, для которой моделирование начинается с нулевого значения конической постоянной k' и очень большого радиуса кривизны R'. Важно отметить, что шторку 94 можно рассматривать как объект, изображение которого воспринимается через асферическую плоско-вогнутую линзу 108, и, по существу, ее геометрические признаки могут определяться с помощью программного обеспечения для компьютерного проектирования оптической системы, например LightTools.
4
6
8
4
6
8
8
2
И наконец, считается, что асферическая плоско-вогнутая линза 108 является асферической плоско-вогнутой линзой четного порядка, так что моделирование начинается с произвольного выбора коэффициентов A, A и A. При начальном выборе значений коэффициентов A, A и A специалист в этой области руководствуется знанием того, что значения этих коэффициентов очень низкие и что они уменьшаются с увеличением индекса n. Однако принимается решение остановиться на коэффициенте A, поскольку вклад коэффициентов более высокого порядка в улучшение конкретного признака, обусловленного терминатором T, является весьма незначительным. Что касается коэффициента A, то он не учитывается, поскольку первый член выражения z(r) уже содержит квадрат переменной r.
n
n
n
n
Используя программу для компьютерного проектирования, изображение 118 Луны и ее терминатора T моделируется для нескольких положений шторки 94 (см. фиг. 7 и 9A–9L). На фиг. 9A показано начало лунного цикла. На фиг. 9C Луна находится в первой четверти. На фиг. 9F показана середина лунного цикла, при этом Луна является полной. На фиг. 9I показана последняя четверть Луны, а на фиг. 9L показано новолуние. Для выполнения указанного моделирования начинают варьировать значения параметров A, а также конической постоянной k и радиуса кривизны R, которые характеризуют асферическую плоско-вогнутую линзу 108, в то же время сохраняя неизменяемыми значения параметров A', а также конической постоянной k' и радиуса кривизны R', которые характеризуют створку 94, и наблюдают на экране компьютера внешний вид, обусловленный терминатором T. Эксперимент повторяют, на этот раз сохраняя постоянными значения параметров A, k и R, которые характеризуют асферическую плоско-вогнутую линзу 108, и варьируя значения параметров A', а также k' и R', которые характеризуют створку 94, при этом внешний вид, обусловленный терминатором T, наблюдают на экране компьютера с помощью функции «фотореалистическое отображение» программного обеспечения LighTools. Эта функция позволяет видеть все устройство, образованное с помощью асферической плоско-вогнутой линзы, гиперболической шторки и подложки, как если бы это устройство было сфотографировано под желательными углами и на желательном расстоянии. Благодаря функции «фотореалистическое отображение» можно подтвердить, что желательный оптический эффект является пригодным. Таким образом, моделирование продолжается пошагово до получения профиля терминатора T, который рассматривается как соответствующий реальному внешнему виду и который является удовлетворительным. Разумеется, это чисто субъективный критерий, который остается на усмотрение отдельного лица.
4
6
8
4
6
8
-3
-5
-7
-5
-6
-8
Следует отметить, что в отношении размерных характеристик асферической плоско-вогнутой линзы 108 и шторки 94, описанных выше, наиболее удовлетворительные результаты для визуального внешнего вида терминатора T были получены для значений k = –1, R = 20840 мм, A = 3,769·10, A = 2,9534·10 и A = –1,407·10 в отношении асферической плоско-вогнутой линзы 108, и для значений k' = –4,922, R' = 2,556 мм, A = 1,654·10, A = –1,511·10 и A = 4,686·10 в отношении шторки 94. Следует отметить, что в отношении значения конической постоянной k значение, сохраняемое для асферической плоско-вогнутой линзы 108, равно –1, что соответствует параболическому профилю. Что касается значения конической постоянной k', которая характеризует профиль шторки 94, то оно меньше –1, что соответствует гиперболическому профилю.
Таким образом, точка O, которая расположена на вершине дуги, образованной асферической вогнутой поверхностью 112, находится на расстоянии P, равном 0,78 мм, относительно основания цилиндрической стеклянной заготовки. Соответственно, установлено, что в этой точке O толщина асферической плоско-вогнутой линзы 108 составляет 0,22 мм. Эта толщина является минимальной толщиной асферической плоско-вогнутой линзы 108.
Само собой разумеется, что настоящее изобретение не ограничивается до описанного варианта осуществления и что специалист в этой области может выполнить ряд модификаций и изменений без отклонения от объема изобретения, как определено в приложенной формуле изобретения. В частности, следует отметить, что в случае, когда шторка является светлой, она может быть покрыта слоем фосфоресцирующего материала, например, имеющегося в продаже под зарегистрированным торговым наименованием Super-LumiNova. Также следует отметить, что во избежание явления отражения света поверхность шторки, предпочтительно, является шероховатой. Для решения все той же проблемы ограничения отражения света асферическая плоско-вогнутая линза может быть подвергнута противоотражающей обработке, и ее края могут быть металлизированы. Согласно частному варианту осуществления изобретения, который не показан на чертеже, может быть предусмотрен кулачок 52 с двумя уступами 60. При условии, что звездочка 24 совершает полный оборот за два лунных цикла, можно обеспечить непосредственное зацепление звездочки 24 с кулачком 52 и, таким образом, исключить трибы 50 и 54, а также переводное колесо 56.
Перечень номеров позиций
1. Механизм отображения фаз Луны
2. Двадцатичетырехчасовое колесо
4. Палец
6. Ось
8. Кольцо
10. Штифт
12. Продолговатое отверстие
14. Внутренняя стенка
16. Первый рычаг
18. Ось поворота
20. Профиль
22. Верхняя пружина
24. Звездочка
26. Переключатель
28. Зубчатый венец
30. Нижняя пружина
32. Нижний край
34. Вершина
36. Носик
38. Устройство ручной корректировки
40. Второй рычаг
42. Ось поворота
44. Исполнительное средство
46. Отогнутый участок
50. Первый триб
52. Кулачок
54. Второй триб
56. Переводное колесо
58. Профиль
60. Уступ
62. Первая гребенка
64. Зубчатый сектор
66. Копировальный носик
68. Третий триб
69. Подвижный узел
70. Колесо
72. Приводные средства
74. Нижнее колесо
76. Ось вращения
78. Верхнее колесо
80. Прямолинейная рейка
82. Промежуточное колесо
84. Промежуточный подвижный узел
86. Промежуточный триб
88. Зубчатый сектор
90. Вторая гребенка
92. Четвертая пружина
94. Шторка
96. Наблюдатель
98. Прозрачная опора
100. Верхняя поверхность
102. Нижняя поверхность
104. Изображение Луны
106. Подложка
108. Асферическая плоско-вогнутая линза
110. Плоская поверхность
112. Асферическая вогнутая поверхность
114. Изгиб
116. Плоские края
118. Изображение Луны