Часы-фонарик
WATCH WITH FLASHLIGHT

Изобретение относится к области часовой промышленности и может быть применено в наручных часах с классическим стрелочным механизмом.
С возрастающими ритмом жизни и информационными потоками, с одной стороны, и с совершенствованием и микроминиатюризацией датчиков и процессоров, индикаторов, элементов памяти, источников питания и излучения и так далее, с другой стороны, широкую популярность приобретают всевозможные индивидуальные мобильные гаджеты, облегчающие ориентацию человека в пространственно-временном социуме. В частности, одними из таких устройств являются наручные часы, на базе которых построено множество разнообразных высокотехнологичных функциональных мультиустройств: часы-мобильный телефон, часы-GPS навигаторы, часы-USB-гаджеты с флэш-накопителями и тому подобное. Для удобства пользования в любое время суток в них опции подсветки или фонарика стали уже обыденными.
Известен ряд тактических военных часов с подсветкой и фонариком: Vulture, Hawk, Falcon, Silencer и другие американской марки МТМ Special Ops (Multi Time Machine inc., USA), созданные для летчиков, дайверов, военных и работников других экстремальных профессий [http://www.specialopswatch.ru]. Такие часы имеют несколько световых режимов: от ультрафиолетовой подсветки циферблата и стробоскопического эффекта, до фонарика, светящегося несколько секунд. В них для ультрафиолетовой подсветки циферблата и стрелок, покрытых фотолюминесцентными слоями, источники излучения расположены по его окружности, а световой пучок фонарика формируется суммарной диаграммой направленности трех источников излучения, расположенных в вершинах равностороннего треугольника по плоскости циферблата.
Известно другое семейство швейцарских часов Victorinox Swiss Army Night Vision также с функциями фонарика и подсветки [http://www.alltime.ru/blog/index.php, Обзор. Мужские часы Victorinox Swiss Army Night Vision]. В них подсветка циферблата и стрелок осуществляется двумя источниками излучения также расположенными по его окружности, но диаметрально противоположно и в плоскости циферблата, при этом фонарик с точечным источником излучения вынесен за пределы часового механизма к основанию ремешка и способен работать в трех режимах: стробоскопический, 50% и 100% яркости.
Такая комбинированная система подсвета позволяет использовать часы и в качестве самостоятельного кратковременного источника освещения.
Недостатком таких часов является наличие нескольких и разных источников излучения, разного спектрального диапазона и выполняющих разные функции: одни служат для подсветки циферблата, другие - для фонарика. При этом для переключения режимов работы источников излучения требуется электронная система коммутации.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является решение с использованием одного точечного источника излучения, реализованное в способе и устройстве подсвета циферблатов и стрелок [Патент на изобретение RU 2628302]. В нем сформированное излучение от точечного источника коллимируется в пучок и проецируется по оптической оси на рассеивающее зеркало, расположенное по центру на внутренней стороне защитного стекла, отразившись от которого, рассеивается в плоскости циферблата, формируя апертуру сечением, равным площади циферблата, при этом оптическая ось, образованная коллиматором с источником излучения и рассеивающим зеркалом, соосна оси вращения циферблата и стрелок, а центральный вал вращения выполнен полым в виде тонкостенного цилиндра.
Заявленное изобретение предназначено для решения задачи расширения функциональных возможностей наручных часов с классическим стрелочным механизмом и при ее осуществлении может быть получен следующий технический результат: осуществление от одного точечного источника излучения двух переключаемых режимов работы: фонарика и равномерной подсветки циферблата и стрелок.
Технический результат достигается тем, что устройство подсвета циферблатов и стрелок [Патент на изобретение RU 2628302] содержит корпус, циферблат, одну или более стрелки, защитное стекло, на внутренней поверхности в центральной части которого выполнено рассеивающее зеркало, являющееся его составной частью, и расположенные с подциферблатной стороны осецентрированный стрелочный механизм с одним или несколькими валами, выполненными в виде тонкостенных цилиндров разного диаметра, последовательно нанизанными друг на друга, на концы которых со стороны циферблата в обратной последовательности насажены соответствующие стрелки, а также источник излучения и коллиматор, оптически связанные с циферблатом и стрелками посредством рассеивающего зеркала, при этом оптическая ось, образованная коллиматором с источником излучения и рассеивающим зеркалом, соосна оси вращения циферблата и стрелок. Такой подсвет обеспечивает равномерное освещение циферблата и стрелок в отраженном свете.
Признаками, отличающими изобретение от прототипа, являются введение собирающего зеркала и механизма перемещения, механически связанного с корпусом и с защитным стеклом, с возможностью последнего совершать возвратно-поступательные перемещения по оптической оси относительно плоскости циферблата. При этом собирающее зеркало расположено по оптической оси в центральной части циферблата, выполнено в виде одиночного отрицательного мениска с отверстием в центре и обращено своей зеркальной поверхностью к рассеивающему зеркалу. Кроме того, механизм перемещения защитного стекла с рассеивающим зеркалом выполнен в виде винтовой пары, шаг резьбы которой равен максимальному возвратно-поступательному перемещению защитного стекла с рассеивающим зеркалом и соответствует углу поворота 360, 180 или 90 градусов. Такое решение позволяет плавно изменять интенсивность пучка света при переключении между режимами фонарика и подсвета циферблата и стрелок.
Для получения коллимированного пучка света зеркальными поверхностями известна катадиоптрическая схема построения осецентрированной оптической системы [https://ru.wikipedia.org/wiki, Катадиоптрическая система]. Известен объектив коллиматора [RU 2517760, от 19.12.2012 г.], построенный по катадиоптрической схеме, состоящий, по ходу лучей, из трех компонентов: первый выполнен в виде зеркала, обращенного выпуклостью к плоскости предметов; второй выполнен в виде одиночного отрицательного мениска с отверстием в центре, обращенного выпуклостью к плоскости предметов, а зеркальной вогнутой поверхностью - к зеркальной выпуклости первого компонента, и расположен он между первым компонентом и плоскостью предметов; и третий выполнен в виде мениска, обращенного выпуклостью к изображению и расположенного между первым компонентом и изображением. Такая катадиоптрическая схема позволяет увеличить относительное отверстие и фокусное расстояние при существенном упрощении конструкции и равномерно преобразовать излучение точечного источника в сечении апертуры пучка.
Полученный при осуществлении изобретения технический результат, а именно осуществление от одного точечного источника излучения двух переключаемых режимов работы - фонарика и равномерной подсветки циферблата и стрелок - достигается за счет того, что в устройство, содержащее корпус, циферблат, одну или более стрелки, защитное стекло, на внутренней поверхности в центральной части которого выполнено рассеивающее зеркало, являющееся составной частью защитного стекла, и расположенные с подциферблатной стороны осецентрированный стрелочный механизм с одним или несколькими валами, выполненными в виде тонкостенных цилиндров разного диаметра, последовательно нанизанными друг на друга, на концы которых со стороны циферблата в обратной последовательности насажены соответствующие стрелки, а также источник излучения и коллиматор, оптически связанные с циферблатом посредством рассеивающего зеркала, при этом оптическая ось, образованная коллиматором, с источником излучения и рассеивающим зеркалом соосна оси вращения циферблата и стрелок, введены собирающее зеркало и механизм перемещения, механически связанный с корпусом и с защитным стеклом, с возможностью последнего совершать возвратно-поступательные перемещения по оптической оси относительно плоскости циферблата. При этом собирающее зеркало расположено по оптической оси в центральной части циферблата и является его составной частью, выполнено в виде одиночного отрицательного мениска с отверстием в центре и обращено своей зеркальной поверхностью к рассеивающему зеркалу. Кроме того, выполнение механизма перемещения защитного стекла с рассеивающим зеркалом в виде винтовой пары, шаг резьбы которой равен полному повороту защитного стекла вокруг оси О-О* на 360°, что соответствует максимальному возвратно-поступательному перемещению защитного стекла с рассеивающим зеркалом, позволяет плавно изменять интенсивность пучка света при переключении между режимами фонарика и подсвета циферблата и стрелок.
На чертеже изображено устройство «часы-фонарик» в разрезе, поясняющее принцип работы, содержащее: 1 - корпус, 2 - циферблат, 3 - одну или более стрелки, 4 - защитное стекло, 5 - рассеивающее зеркало, 6 - осецентрированный стрелочный механизм с одним или несколькими валами 7, 8 - источник излучения, 9 - коллиматор, 10 - собирающее зеркало и 11 - механизм перемещения. Осецентрированный стрелочный механизм 6 показан условно, пунктирными линиями. Штриховыми линиями показано положение на расстоянии L+ΔL от плоскости циферблата 2 защитного стекла 4 с рассеивающим зеркалом 5 в режиме подсвета циферблата и стрелок, и соответственно штриховыми стрелками показано распределение интенсивности рассеивающего излучения по апертуре в плоскости циферблата. Поскольку все 1-5 и 7-10 элементы центрированы по оптической оси О-О*, то в ее нормальном сечении достигается равномерность потока оптического излучения от точечного источника. На чертеже в сплошных линиях и стрелках показано устройство в режиме работы фонарика.
На внутренней поверхности в центральной части защитного стекла 4 выполнено рассеивающее зеркало 5, являющееся составной частью защитного стекла. Один или несколько валов 7 выполнены в виде тонкостенных цилиндров разного диаметра, последовательно нанизаны друг на друга и кинематически связаны между собой с подциферблатной стороны, образуя осецентрированный механизм 6, а со стороны циферблата на их концы в обратной последовательности насажены соответствующие стрелки 3. Источник 8 излучения и коллиматор 9 оптически связаны с циферблатом 2 посредством рассеивающего зеркала 5, при этом оптическая ось, образованная коллиматором 9 с источником 8 излучения и рассеивающим зеркалом 5, соосна оси вращения циферблата 2, стрелок 3, и соответственно валов 7. Собирающее зеркало 10 расположено по оптической оси в центральной части циферблата 2 и является его составной частью, выполнено в виде одиночного отрицательного мениска с отверстием в центре и обращено своей зеркальной поверхностью к рассеивающему зеркалу, при этом апертура последнего меньше апертуры собирающего зеркала. Механизм 11 перемещения механически связан с корпусом 1 и с защитным стеклом 4 в его торцевой части, образуя механически подвижную связь по системе «отверстие - вал» и позволяя защитному стеклу 4 совершать возвратно-поступательные перемещения по оптической оси относительно плоскости циферблата 2 на расстояние ΔL. При этом на расстояниях L+ΔL или L от плоскости циферблата осуществляются, соответственно, режим подсвета циферблата и стрелок (показан штриховыми линиями) или режим фонарика.
Часы-фонарик работают следующим образом. В исходном состоянии, в режиме подсвета, излучение оптического диапазона, сформированное с подциферблатной стороны точечным источником 8 излучения и коллиматором 9 в пучок с определенной расходимостью, проецируется на рассеивающее зеркало 5 с заданным радиусом кривизны, расположенное на расстоянии L+ΔL от плоскости циферблата 2 на внутренней поверхности в центральной части защитного стекла 4. Отражаясь от рассеивающего зеркала 5, световой пучок, рассеиваясь по направлению к плоскости циферблата 2, формирует в его плоскости апертуру рассеиваемого излучения, равную площади циферблата.
Переход из режима подсвета в режим фонарика и обратно осуществляется либо нажатием на защитное стекло 4 с последующей его фиксацией в положении на расстоянии L и «отжатием» и возвращением в исходное положение на расстояние L+ΔL, либо вращением защитного стекла 4 относительно оси О-О* против или по часовой стрелке. Для этого механизм 11 перемещения выполнен по торцу защитного стекла 4 в виде винтовой пары. При выполнении шага резьбы, равного полному повороту защитного стекла вокруг оси О-О* на 360° и равного максимальному возвратно-поступательному перемещению на расстояние ΔL защитного стекла с рассеивающим 5 зеркалом, осуществляется плавность изменения интенсивности пучка света при переключении между режимами фонарика и подсвета циферблата и стрелок. При повороте защитного стекла и уменьшении расстояния ΔL от L+ΔL до нуля апертура рассеиваемого излучения будет сужаться, рассеиваемые лучи начнут отклоняться к центру и концентрироваться на собирающем зеркале 10, а часть лучей, отклоняясь к центру, будет оставаться на циферблате. При достижении расстояния ΔL=0 все лучи сконцентрируются на собирающем зеркале 10, отражаясь от которого в направлении оптически прозрачного защитного стекла и пройдя через которое, сформируют в пространстве ортогонально плоскости циферблата световой пучок фонарика максимальной интенсивности. Интенсивность светового пучка фонарика будет тем больше, чем больше количество лучей сконцентрируется на собирающем зеркале 10, то есть при выполнении условия ΔL=0.
Следовательно, используя один точечный источник излучения, коллиматор, рассеивающее и собирающее зеркала, построенные по катадиоптрической схеме, оптическая ось которой соосна оси вращения стрелок и циферблата, достигаются два переключаемых режима работы в зависимости от положения рассеивающего зеркала 5, являющегося составной частью защитного стекла 4, и отражающей поверхности собирающего зеркала 10, являющегося составной частью циферблата 2. Таким образом, на расстоянии L осуществляется режим фонарика, а на расстоянии L+ΔL - режим равномерной подсветки циферблата и стрелок. Более того, при промежуточном положении рассеивающего зеркала 5, между расстояниями от L до L+ΔL, осуществляется плавный переход из режима равномерной подсветки циферблата и стрелок в режим фонарика, и наоборот.
Литература
1. Интернет-ресурс: http://www.specialopswatch.ru. Часы с подсветкой и фонариком марки МТМ Special Ops (Multi Time Machine inc., USA).
2. Интернет-ресурс: http://www.alltime.ru/blog/index.php. Обзор. Мужские часы Victorinox Swiss Army Night Vision.
3. Патент на изобретение RU 2628302. Способ и устройство подсвета циферблатов и стрелок. Спирин А.Е., Спирин Е.А., Крылов А.И. Прототип.
4. Интернет-ресурс: https://ru.wikipedia.org/wiki. Катадиоптрическая система.
5. Патент на изобретение RU 2517760. Объектив коллиматора. Щеглов С.И.