КОМБИНИРОВАННЫЙ ПРОЖЕКТОР
COMBINED PROJECTOR

Изобретение относится к области светотехники, в частности к поисковым и осветительным прожекторам с излучением в различных диапазонах волн, и может быть использовано для поиска и наблюдения объектов при установке на транспортные средства, преимущественно вертолеты.
Прожекторы, предназначенные для проведения авиационных работ, должны обеспечивать формирование высокоинтенсивного светового излучения в видимом и инфракрасном (ИК) диапазоне волн. Использование прожектора в качестве источника ИК-излучения в сочетании с ИК-аппаратурой наблюдения обеспечивает скрытное наблюдения с воздуха в темное время суток.
Известен прожектор, который формирует излучение в инфракрасном диапазоне волн (патент РФ №2221 U1, опубл. 10.03.2002) за счет установки ИК-фильтра перед выходным отверстием прожектора. Недостатком известного прожектора является низкая эффективность прожектора за счет использования в качестве излучателя лампы накаливания, а также трудность оперативного переключения при эксплуатации с ИК-излучения на видимый свет. Изменение вида излучения достигается только при ручной замене ИК-фильтра на пропускающее видимый свет защитное стекло, что невозможно сделать в полете.
Известен комбинированный прожектор по патенту РФ на изобретение №2245488, опубл. 27.01.2005, который имеет блок-насадку с ИК-светодиодами, расположенную в зоне выходного и "слепого" отверстия на оптической оси прожектора, коаксиально с лампой. Блок питания прожектора выполнен с возможностью переключения прожектора с ИК-излучения на видимый свет и наоборот. Такое оперативное переключение работающих излучателей возможно только при использовании в прожекторе маломощных ламп в виде традиционных ламп накаливания или галогеновых ламп. При использовании мощных ксеноновых ламп повторное включение лампы требует времени порядка 20 мин, что снижает эксплуатационные возможности известного прожектора. Кроме того, создание высокоинтенсивного пучка ИК-излучения требует применения значительного числа светодиодов, а также системы для их охлаждения и оптической системы формирования излучения, что делает возможность размещения блока светодиодов в указанной области проблематичной.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по большинству совпадающих признаков и достигаемому результату является прожектор SX-16 Nightsun фирмы Spectrolab (Руководство по эксплуатации и техническому обслуживанию. http//www.spectrolab.com).
Прожектор в сборе состоит из цилиндрического корпуса, в котором установлены ксеноновая дуговая лампа, отражатель, вентилятор охлаждения, электродвигатель и элементы настройки фокуса и различные электрические элементы, которые составляют цепь пуска лампы. Фокус, или диаметр луча прожектора, меняется путем перемещения отражателя вперед и назад относительно центра дуговой лампы.
Для оперативного переключения прожектора в режим ИК-излучения и обратно прожектор снабжен дистанционно управляемым ИК-фильтром, который устанавливается перед выходным отверстием прожектора и поглощает видимое световое излучение. Узел управления ИК-фильтром поднимает его вверх над лучом света (или опускает его вниз на луч света). Когда фильтр находится в открытом положении то есть вверху, прожектор работает как обычный штатный прожектор без ИК-фильтра.
Переключение из режима наблюдения при белом свете в режим скрытого наблюдения с помощью приборов ночного видения или обратно в режим белого света осуществляется приблизительно за 20 с.
Недостатком известного прожектора является увеличение веса прожектора за счет введения узла управления ИК-фильтра, ухудшение вибрационной устойчивости из-за изменение центра тяжести, а также изменение аэродинамических характеристик прожектора при поднятом и опущенном ИК-фильтре.
Задача, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в улучшении эксплуатационных характеристик комбинированного прожектора с переключением из режима излучения «видимый свет» в «ИК-излучение» и обратно.
Технический результат, достигаемый при осуществлении данного изобретения, заключается в улучшении аэродинамических свойств прожектора, вибрационной устойчивости, и в расширении функциональных возможностей прожектора.
Технический результат достигается тем, что в комбинированном прожекторе, содержащем расположенные в корпусе излучатель видимого света, защитное стекло, отражатель и световой экран, согласно изобретению внутри корпуса соосно с осью излучения прожектора установлен оптический фильтр, охватывающей излучатель видимого света, при этом оптический фильтр снабжен, по крайней мере, одной секцией с полосой пропускания, согласованной с диапазоном рабочих частот приемника излучения, работающего совместно с прожектором, и выполнен с возможностью управления положением оптического фильтра относительно излучателя видимого света с помощью узла перемещения, снабженного блоком управления положением фильтра.
Технический результат достигается также тем, что:
узел перемещения оптического фильтра выполнен с возможностью движения оптического фильтра вдоль оси излучения прожектора и содержит стакан с шестерней, механически связанной с электродвигателем узла перемещения фильтра, жестко скрепленные заднюю и переднюю оправки, между которыми установлен оптический фильтр, и каретку с шарикоподшипниками, при этом стакан снабжен спиральными прорезями, имеющими на концах горизонтальные участки, задняя оправка фильтра вложена в стакан и снабжена штифтами, входящими в спиральные прорези, каретка удалена от верхней оправки фильтра и жестко связана с ней, а шарикоподшипники каретки входят в направляющие, установленные на внутренней стороне светового экрана;
блок управления положением фильтра содержит последовательно соединенные датчик угла поворота стакана, механически связанный с электродвигателем перемещения фильтра, цифровой сигнальный процессор, второй вход которого подключен к выходу блока команд управления, и драйвер электродвигателя перемещения фильтра, выход которого соединен с входом управления электродвигателя перемещения фильтра;
отражатель механически связан с электродвигателем фокусировки;
прожектора снабжен, по крайней мере, одним вентилятором охлаждения;
оптический фильтр выполнен в виде цилиндра, вытянутого вдоль оси излучения прожектора;
оптический фильтр выполнен в виде многогранника, вытянутого вдоль оси излучения прожектора, с количеством граней не менее трех;
в качестве излучателя видимого света используют источник широкополосного излучения в виде газоразрядной лампы или лампы накаливания;
оптический фильтр выполнен в виде интерференционного фильтра, состоящего из подложки и, по крайней мере, из одного слоя оптического покрытия, нанесенного на внутреннюю и/или наружную сторону подложки;
оптический фильтр выполнен в виде адсорбционного фильтра;
оптический фильтр выполнен в виде адсорбционного фильтра и, по крайней мере, из одного слоя оптического покрытия, нанесенного на внутреннюю сторону адсорбционного фильтра;
оптический фильтр снабжен секциями с различными полосами пропускания.
Технический результат обеспечивается за счет размещения оптического фильтра внутри корпуса прожектора и дистанционного управления его перемещением, что обеспечивает, в зависимости от положения фильтра, работу прожектора в режиме излучения видимого света, в режиме фильтрованного излучения и в режиме регулировки яркости излучения видимого света.
Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых представлены: на фиг.1 - прожектор, вид сзади; на фиг.2 - прожектор, разрез по А-А; на фиг.3 - конструкция узла перемещения; на фиг.4 - структурная электрическая схема блока управления узла перемещения.
Комбинированный прожектор содержит расположенные в корпусе 1 излучатель 2 видимого света, отражатель 3, световой экран 4 и защитное стекло 5. Внутри корпуса 1 соосно с осью излучения прожектора установлен оптический фильтр 6, охватывающий излучатель 2 видимого света. Оптический фильтр 6 снабжен, по крайней мере, одой секцией с полосой пропускания, согласованной с диапазоном рабочих частот приемника излучения, работающего совместно с прожектором. Защитное стекло 5 закрывает переднее окно прожектора. Поток световой энергии, вырабатываемый источником 2 видимого света, фокусируется с помощью отражателя 3. Световой экран 4 с защитным диском 24 препятствуют образованию «гало» вокруг формируемого прожектором пятна излучения.
Узел 7 перемещения оптического фильтра выполнен с возможностью управления положением оптического фильтра 6 относительно излучателя 2 видимого света и снабжен блоком управления положением фильтра.
Узел 7 содержит стакан 8 с шестерней 9, механически связанной с электродвигателем 10 узла перемещения, жестко скрепленные, например, с помощью распорок 11, заднюю 12 и переднюю 13 оправки, между которыми установлен оптический фильтр 6, и каретку 14 с шарикоподшипниками 15. Стакан 8 снабжен спиральными прорезями 16, имеющими на концах горизонтальные участки. Задняя оправка 12 фильтра вложена в стакан 8 и снабжена штифтами 17, входящими в спиральные прорези 15. Каретка 14 удалена от передней оправки 13 фильтра и жестко связана с ней, например, с помощью стоек 18. Шарикоподшипники 15 каретки входят в направляющие 19, установленные на внутренней стороне светового экрана 4, что обеспечивает стабилизацию передней оправки 13 фильтра.
Перемещение оптического фильтра 6 обеспечивается путем преобразования вращательного движения стакана 8 в поступательное за счет движения штифтов 17 задней оправки 12 по спиральным прорезям 16 стакана 8. Вращение стакана 6 обеспечивается с помощью шестерни 9, механически связанной с электродвигателем 10 узла перемещения. Горизонтальные участки на концах спиральных прорезей 16 блокируют продольные перемещения оптического фильтра 6 при его нахождении в крайних положениях.
Блок управления положением фильтра обеспечивает выполнение электродвигателем 10 заданных команд управления на перемещение оптического фильтра 6 относительно источника 2 видимого света.
Блок управления положением фильтра представляет собой общеизвестную систему отработки заданного угла поворота с обратной связью и содержит последовательно соединенные датчик 20 угла поворота стакана, механически связанный с электродвигателем 10 узла перемещения фильтра, цифровой сигнальный процессор 21, второй вход которого подключен к выходу блока 23 команд управления, и драйвер 22 электродвигателя узла перемещения фильтра, выход которого соединен с входом управления электродвигателя 10 узла фильтра.
Цифровой сигнальный процессор 21 и драйвер 22 электродвигателя узла перемещения фильтра конструктивно размещены на одной плате 28, размещенной в корпусе 1.
Изменение пространственной расходимости луча прожектора может быть выполнено путем перемещения отражателя 3 вперед и назад относительно центра источника 2 видимого света с помощью электродвигателя 25 фокусировки, механически связанного с отражателем.
При необходимости охлаждения источника 2 видимого света и оптического фильтра 6 прожектор может быть снабжен, по крайней мере, одним вентилятором 26. Выход воздуха при этом обеспечивается через отверстия 27 в световом экране 4. При введении оптического фильтра 6 тепловой режим источника 2 видимого света не ухудшается, так как фильтр канализирует воздушный поток, что способствует охлаждению источника света.
Оптический фильтр 6 должен охватывать источник 2 видимого света и может быть выполнен в виде произвольной фигуры, вытянутой вдоль оси излучения. Лучшей формой оптического фильтра для протяженного источника видимого света является цилиндрическая. Изготовление интерференционного фильтра цилиндрической формы имеет технологические сложности, связанные с нанесением слоя оптического покрытия на цилиндрическую поверхность. Возможно применение оптического фильтра в виде многогранника, с количеством граней не менее трех. На фиг.3 приведен пример оптического фильтра 6 с восемью гранями.
Для обеспечения возможности формирования излучения в зависимости от заданной полосы излучения в качестве излучателя 2 видимого света используют источник широкополосного излучения в виде газоразрядной лампы или лампы накаливания. Для авиационных прожекторов с высокой мощностью излучения широкое применение находят ксеноновые дуговые лампы.
Прожектор излучает свет в полосе излучаемых частот в зависимости от диапазона рабочих частот приемника излучения, работающего совместно с прожектором. Для различных мощностей прожектора и излучаемых частот могут быть применены различные типы фильтров.
В прожекторах с малыми мощностями излучения оптический фильтр может быть выполнен в виде абсорбционного фильтра из стекла, окрашенного в массе.
При больших мощностях излучения оптический фильтр может быть выполнен в виде интерференционного фильтра, состоящего из подложки и, по крайней мере, из одного слоя оптического покрытия, нанесенного на внутреннюю и/или наружную сторону подложки.
Возможно выполнение оптического фильтра в виде комбинации из абсорбционного фильтра и, по крайней мере, из одного слоя оптического покрытия, нанесенного на внутреннюю сторону абсорбционного фильтра.
При реализации перемещения оптического фильтра вдоль оси излучения, для оперативного изменения полосы частот, излучаемой прожектором, оптический фильтр может быть снабжен продольными секциями с различными полосами пропускания. Для этого длина перемещения оптического фильтра должна быть увеличена пропорционально количеству секций.
Работу комбинированного прожектора рассмотрим на примере реализации авиационного осветительного прожектора с переключением излучения из видимого в ИК-излучение и обратно.
При излучении видимого сигнала ИК-фильтр 6 размещен внутри стакана 8 и прожектор излучает видимый свет.
При поступлении команды от блока команд управления на работу в режиме ИК-излучения оптический фильтр устанавливается между стаканом 8 и световым экраном 4 и полностью перекрывает излучение видимого света.
При нахождении оптического фильтра 6 в промежуточном положении между стаканом 8 и световым экраном 4 обеспечивается плавная регулировка яркости излучения видимого света, что расширяет функциональные возможности прожектора.
Вес узла перемещения с фильтром не превышает одного килограмма, что незначительно увеличивает вес прожектора. Кроме того, все подвижные части ИК-фильтра расположены вблизи центра масс осветителя и, таким образом, практически не влияют на виброустойчивость системы. Время переключения между режимами «видимый свет» и «ИК излучение» не превышает 1 сек.
Размещение оптического фильтра внутри корпуса прожектора обеспечивает быстрое переключение излучения из режима «видимый свет» в режим «ИК-излучение» и обратно с возможностью регулировки яркости видимого света и не оказывает влияния на аэродинамические свойства прожектора и его вибрационную устойчивость. Предложенное решение позволяет также снизить общую массу прожектора по сравнению с прототипом.
Комбинированный прожектор может быть использован при ведении воздушной разведки в ночное время с помощью вертолетов и самолетов в самых разнообразных условиях применения, таких как поисково-спасательные операции, как на суше, так и на море, деятельность по охране общественного порядка.