светодиодный комбинированный фонарь-целеуказатель для видимого и инфракрасного диапазонов

Формула изобретения

1. Светодиодный комбинированный фонарь-целеуказатель для видимого и инфракрасного диапазонов излучения, содержащий лазерный источник излучения, источник освещения, состоящий из светодиодов, установленных на плате, источник питания, систему настройки на цель и коллимирующую оптическую линзовую систему, отличающийся тем, что лазерным источником излучения являются два лазерных диода, один из которых излучает в видимом диапазоне, а второй в инфракрасном диапазоне, источник освещения состоит из светодиодов, излучающих в видимом диапазоне и имеющих световые потоки, различающиеся по цвету и углу рассеяния, в цепь источника питания светодиодов видимого диапазона введено ограничительное сопротивление, параллельно которому включен выключатель и генератор импульсов.

2. Светодиодный комбинированный фонарь-целеуказатель по п.1, отличающийся тем, что источник освещения состоит из светодиодов, излучающих в видимом и инфракрасном диапазонах.

3. Светодиодный комбинированный фонарь-целеуказатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что лазерный источник излучения и светодиоды установлены на общей плате так, что лазерные диоды находятся в центре платы, светодиоды находятся на окружности вокруг лазерных диодов, коллимирующая оптическая система содержит отражатель, плата установлена в фокусе отражателя, а система линз снабжена вставкой из прозрачного для инфракрасного и видимого диапазонов и не изменяющая прохождение лучей света от лазерных диодов.

4. Светодиодный комбинированный фонарь-целеуказатель по пп.1 и 3, отличающийся тем, что светодиоды расположены на общей плате, которая находится в фокусе отражателя, лазерные диоды расположены вне отражателя, а оптическая система снабжена преломляющими световой поток призмами, направляющими световой поток лазеров по центру коллимирующей линзы.

5. Светодиодный комбинированный фонарь-целеуказатель по пп.1 и 3, отличающийся тем, что светодиоды расположены на плате, установленной в фокусе отражателя, лазерные диоды установлены в ряд вдоль оптической оси отражателя так, что их световые потоки перпендикулярны оптической оси отражателя и снабжены преломляющими световой поток призмами, причем призма, расположенная ближе к линзе, имеет отверстие для прохождения лучей лазерного диода от призмы, расположенной дальше от линзы.

6. Светодиодный комбинированный фонарь-целеуказатель по пп.1 и 3, отличающийся тем, что оптическая система состоит из двух линз, плата состоит из двух плоскостей, примыкающих друг к другу, каждая из которых установлена на оптической оси соответствующей линзы, а лазерные диоды расположены симметрично между пластинами так, что оси симметрии световых потоков светодиодов и лазерных лучей параллельны.

7. Светодиодный комбинированный фонарь-целеуказатель по пп.1 и 3, отличающийся тем, что светодиоды установлены на общей плате, расположенной в фокусе отражателя, лазерные диоды установлены на плате вне пределов отражателя так, что оси симметрии их световых лучей параллельны оптической оси отражателя и линзы.

8. Способ освещения объекта источником освещения от светодиодов, отличающийся тем, что освещение объекта формируют в виде концентрических световых пятен, различающихся по спектру излучения и диаметру.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что освещение формируют в виде серии ярких вспышек.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к осветительному оборудованию специального назначения и предназначено для локальной подсветки цели и обозначения точки попадания в цель при стрельбе из любого вида оружия и при любом уровне внешней освещенности.

Известен светодиодный целеуказатель, примененный для оружейного прицела, содержащий устройство управления яркостью свечения излучателя (см., например, патент РФ N 2054855, "Оптический прицел для стрелкового оружия", МПК F 41 G 1/32, опубл. 20.02.96, Б.И. N 5). Недостаток известного технического решения заключается в том, что излучатель предназначен исключительно для формирования прицельной марки и не может быть использован для освещения цели.

Известен также целеуказатель для оружейного прицела, принятый за прототип и описанный в патенте РФ N2098738, МПК F 41 G 1/35, "Прицел", опубл. 10.12.97 в БИ N 34, в котором в качестве источника излучения применен полупроводниковый лазерный оптический излучатель (лазерный диод) видимой части спектра излучения. Прицел содержит также источник питания, систему настройки на цель и коллимирующую оптическую систему.

Недостаток известного целеуказателя заключается в том, что с его помощью невозможно осветить цель перед выстрелом в темноте, а небольшое световое пятно от лазера на большом расстоянии можно увидеть только с помощью оптического прибора.

Технической задачей изобретения является обнаружение и поражение цели в условиях нормальной и низкой освещенности, а также в полной темноте, без использования прицела.

Задача решается тем, что в фонаре-целеуказателе, содержащем лазерный диод, источник питания, систему настройки на цель и коллимирующую оптическую систему, дополнительно установлен источник излучения, у которого максимум светового распределения потока излучения совпадает со световым пятном, полученным от лазерного диода.

В варианте технического решения в качестве источника излучения применены светодиоды видимой части диапазона, световые потоки которых различаются по цвету и углу рассеяния.

В варианте технического решения параллельно резистору в цепи питания светодиодов видимого диапазона излучения включена цепь, содержащая выключатель и генератор импульсов.

В варианте технического решения дополнительно к лазерному диоду установлен лазерный диод, излучающий в инфракрасном диапазоне.

В варианте технического решения источник излучения содержит светодиоды с инфракрасным спектром излучения.

Использование в светодиодном комбинированном фонаре-целеуказателе, помимо лазерного диода, дополнительно установленного источника излучения, у которого максимум светового распределения потока излучения совпадает со световым пятном, полученным от лазерного диода, позволяет осветить объект и наставить оружие в направлении цели.

Использование в светодиодном комбинированном фонаре-целеуказателе в качестве источника излучения светодиодов видимой части диапазона, световые потоки которых различаются по цвету и углу рассеяния, позволит стрелку оценить расстояние до объекта по соотношению световых пятен на цели и определить место попадания, не используя прицел.

Наличие в цепи питания светодиодов видимого диапазона излучения выключателя и генератора импульсов позволит обладателю оружия переключить светодиоды на генератор, имеющий небольшое сопротивление, и получить серию ярких вспышек и ослепить объект и, тем самым, упредить возможные ответные агрессивные действия.

Применение лазерного диода и светодиодов с инфракрасным спектром излучения дает возможность обладателю оружия, при наличии прибора ночного видения, скрытно осветить объект, оценить расстояние до него по величине светового пятна и определить место попадания, находящееся в центре пятна и совпадающее со световым пятном от лазерного диода, без использования прицела.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 дан вид оружия с расположенным на нем светодиодным комбинированным фонарем-целеуказателем.

На Фиг.2 показано расположение световых приборов на общей плате.

На фиг.3 представлен вариант конструкция насадки-фонаря.

На Фиг.4 изображены световые пятна на цели от световых потоков лазерного и светодиодных излучателей.

На фиг.5 нарисован вариант исполнения платы с источниками света.

На фиг.6 представлен вариант исполнения конструкции насадки-фонаря.

На фиг.7 показана оптическая схема светодиодного комбинированного фонаря-целеуказателя с отражателем и отражающими призмами.

На фиг.8 показан вариант расположения световых приборов фонаря-целеуказателя.

На фиг.9 представлен вариант исполнения светодиодного фонаря-целеуказателя.

На фиг.10 нарисован вариант исполнения платы с источниками света, расположенными раздельно.

На фиг.11 имеется фрагмент конструкции фонаря с платой по фиг.10.

На фиг.12 изображена оптическая схема с двумя линзами при отсутствии у лазерных диодов собственных встроенных коллимирующих линз.

На фиг.13 изображена оптическая система с бифокальной линзой при отсутствии у лазерных диодов собственных коллимирующих линз.

На фиг.14 представлена принципиальная электрическая схема целеуказателя.

Общие элементы на всех фигурах обозначены одинаково.

Стрелковое оружие, например, пистолет 1 (фиг.1), имеет ствольную часть (на фиг. не обозначена), снабженную насадкой со светодиодным комбинированным фонарем-целеуказателем 2. Насадка может быть расположена и сбоку от ствола или на рукоятке или на любой части корпуса оружия, но так, чтобы оптическая ось насадки была параллельна линии огня и не перекрывалась деталями оружия или частями тела. На корпусе с левой или с правой его стороны расположены трехпозиционный переключатель 3, трехступенчатый кнопочный выключатель 4 и кнопочный выключатель 5.

Светодиодный комбинированный фонарь-целеуказатель для видимого и инфракрасного диапазонов состоит из лазерных диодов 6 (фиг.2), расположенных рядом на оси симметрии в центре платы 7. На поверхности платы, вокруг лазерных диодов, установлены светодиодные источники излучения 8. Один из лазерных диодов 6’ излучает в видимом диапазоне. Второй лазерный диод 6’’ излучает световой поток в инфракрасном диапазоне. Лазерные диоды могут быть снабжены специальной диафрагмой (на фиг. не показана), формирующей заданную форму пятна на цели. Насадка 2 имеет корпус 9 (фиг.3), в котором, в фокусе параболического отражателя 10, размещена плата 7. В выходное отверстие отражателя установлена коллимирующая линза 11. В линзе имеется вставка 12 на пути лучей от лазерных диодов из материала, прозрачного для инфракрасного и видимого диапазонов излучения и не изменяющая прохождение лучей света от лазерных диодов. В корпусе находится также система накачки лазеров 13, генератор импульсов 14 и источник питания 15, в качестве которого могут быть и аккумуляторы. Корпус с тыльной стороны содержит крышку (на фиг. не обозначена) с резьбовым соединением. Ось симметрии светового потока светодиодных излучателей параллельна оси симметрии светового потока, излучаемого лазерными диодами 6. Светодиоды 8 имеют различный спектр излучения. По крайней мере два светодиода излучают в инфракрасном диапазоне. Цвет излучения остальных светодиодов выбран различным, например, желтым и белым. Углы рассеяния белых и желтых светодиодов также различны. При этом световые пятна на поверхности, перпендикулярной световому потоку лазерного излучателя, будут близки к концентрическим кругам. Максимум распределения светового потока излучения светодиодов, или иными словами, максимальная освещенность светового пятна будет совпадать со световым пятном от лазера, обозначенного цифрой 16 (фиг.4). В зависимости от конфигурации выходного отверстия специальной диафрагмы, световое пятно от лазера может иметь вид, отличный от показанного, например, перекрестье, набор концентрических окружностей и т.д. Световое пятно от суммы белого и желтого светодиодов обозначено цифрой 17. Круговое кольцо 18 показывает контуры светового пятна, полученное только желтыми светодиодами. Центральная часть 17 суммарного светового пятна от суммы световых потоков желтых и белых светодиодов будет освещена ярче, чем периферийная 18.

Световые пятна от светодиодов инфракрасного диапазона излучения будут выглядеть аналогично.

Возможен вариант, когда поверхность платы 7 выполнена прямоугольной (фиг.5). Светодиоды 8 расположены в несколько рядов в одной стороне платы, а лазерные диоды 6 установлены отдельно в ряд на той же плате. Плата располагается в корпусе так, что светодиоды 8 попадают в фокус отражателя 10 (фиг.6), а лазерные диоды имеют свои линзы (на фиг. не обозначены).

В варианте исполнения инфракрасные светодиоды 8’’’ и светодиоды 8’ и 8’’, например, с белым и желтым спектрами излучения расположены на общей плате и помещены в фокусе отражателя 10 (фиг.7). Лазерные диоды 6 установлены на плате 7 снаружи отражателя 10. Оси симметрии световых потоков лазеров и светодиодов параллельны. Оптическая система содержит две пары призм 20 и 21, установленных на пути следования лучей от лазерных диодов с преломляющими свет слоями (на фиг. не обозначены), которые расположены так, чтобы световые потоки от лазеров 6 были направлены через оптическую ось отражателя 10 и линзу 11. Линза 11 имеет вставку 12, аналогичную фиг.6. Размеры призм невелики и они практически не оказывают влияния на световой поток, излучаемый светодиодами.

В варианте исполнения лазерные диоды 6’ и 6’’ расположены рядом. Световой поток лазерного диода 6’ проходит через оптическую ось коллимирующей линзы 11 (фиг.8). Оси симметрии световых потоков светодиодов 8, например, с желтым 8’ и белым 8’ спектрами излучения, соответственно, расположены так, что оси симметрии их световых потоков оказываются перпендикулярны оси симметрии светового потока лазера 6’. По центру оптической оси линзы 11 установлены призмы 22 к 23, снабженные преломляющими свет слоями, соответственно 24 и 25. Призмы имеют небольшие отверстия 26 и 27 для пропускания лучей лазера 6’’. Преломляющая призма 23 может быть выполнена прозрачной для желтого света от светодиода 8’’. Отраженные от преломляющих слоев световые потоки от светодиодов проходят по центральной части оптической оси линзы 11, совпадая с осью симметрии светового потока лазера 6’. Аналогично выполнена оптическая система для инфракрасных источников света. Т.е., лазерный диод 6’’ и два светодиода 8’’’ также имеют две призмы и свою коллимирующую систему.

Поскольку размеры световых элементов невелики, то даже на небольшом расстоянии световые пятна от них на поверхности, перпендикулярной их оптическим осям, будут практически соответствовать фиг.4.

В варианте исполнения светодиодного комбинированного фонаря-целеуказателя для видимого и инфракрасного диапазонов светодиоды расположены отдельно на плате 7 (фиг.9) в фокусе отражателя 10. Лазерные диоды 6’ и 6’’ установлены в ряд так, что оси симметрии их световых потоков перпендикулярны оптической оси отражателя 10. По центру оптической оси отражателя 10 установлены в ряд две пары призм 28 и 29. Призмы имеют светоотражающие слои (на фиг. не обозначены), направляющие световой поток от лазерных диодов 6’ и 6’’ по центру оптической оси системы, состоящей из отражателя 9 и линзы 11. Линза имеет вставку 12, аналогичную фиг.7. Призма 29 может быть выполнена из материала, прозрачного для инфракрасного излучения, или иметь небольшое отверстие для похождения луча от лазерного диода 6’’.

В варианте исполнения плата состоит из двух параллельных пластин 7’ и 7’’, установленных рядом (фиг.10). Плоскость пластины 7’ заполнена светодиодами видимого спектра излучения 8’ и 8’’. Плоскость пластины 7’’ заполнена светодиодами 8’’’, излучающими в инфракрасном диапазоне. Оси симметрии световых потоков светодиодов перпендикулярны плоскости плат. Лазерные диоды 6’ и 6’’ расположены симметрично по оси между платами. Оси симметрии их световых потоков также перпендикулярны плоскости плат. Каждая из пластин установлена в фокусе соответствующей линзы 11’ и 11’’. Лазерные диоды имеют свои защитные стекла (на фиг. не показаны).

В варианте исполнения, когда лазерные диоды не имеют собственных линз, светодиодные источники излучения и лазерные излучатели расположены так же, как на фиг.6, т.е. оси симметрии их световых потоков направлены параллельно. Каждая из них проходит через свою коллимирующую линзу, соответственно, 30 и 31 (фиг.12). Благодаря малым размерам источников света, световые пятна на плоскости, перпендикулярной оптической оси, практически также будут концентрическими, согласно фиг.4.

В варианте технического решения светодиодный 8’, 8’’ и лазерный 6’ источники излучения видимой части спектра имеют общую бифокальную коллимирующую линзу 32 (фиг.13). Линза 32 имеет небольшую по диаметру вставку 33 специально для пропускания светового потока лазера 6’.

Система с инфракрасными источниками света выполнена аналогично и расположена рядом так, что оси симметрии ее световых потоков параллельны осям симметрии световых потоков источников света видимого диапазона.

Предполагается, что приставка 2 имеет устройство коррекции направления светового потока и устройство настройки оптической системы, выполненные на одном уровне из известных принципов.

Электрически светодиоды с белым 8’ и желтым 8’’ спектрами излучения соединены по параллельной схеме (фиг.14). Светодиоды 8’ и 8’ соединены с источником питания 15 через контакт 34 кнопочного выключателя 4, подвижный контакт 35 переключателя 3 и неподвижный контакт 36 переключателя 3. В цепи питания светодиодов 8’ и 8’’ имеется ограничительный резистор 37. Параллельно резистору 37 включена цепь, состоящая из контакта 38 кнопочного выключателя 4 и генератора импульсов 13. В свою очередь, светодиоды 8’’’ с инфракрасным спектром излучения получают питание также через контакт 34 кнопочного выключателя 4, подвижный контакт 35 и неподвижный контакт 39 переключателя 3. В цепи питания светодиодов 8’’’ имеется ограничительный резистор 40. Лазерные диоды 6’ и 6’’ включены параллельно и получают питание через контакт кнопочного выключателя 5, систему накачки 12, неподвижный контакт 41 переключателя 41 и, соответственно, через неподвижные контакты 42 и 43 переключателя 3. Электрическая цепь содержит также источник питания 15 и, дополнительно, заряжающее устройство 44 (если в качестве источников питания применен аккумулятор), согласующее напряжение аккумулятора со стандартной цепью переменного тока.

Светодиодный комбинированный фонарь-целеуказатель для видимого и инфракрасного диапазонов действует следующим образом. Если переключатель 3 находится в нейтральном (среднем) положении, то его подвижные контакты 35 и 41 также находятся в среднем положении и цепи питания всех источников света разомкнуты. Для включения фонаря-целеуказателя необходимо выбрать одно из крайних положений переключателя 3. Допустим, что для получения видимого диапазона излучения рычажок переключателя 3 перемещен вперед (Фиг.1), что соответствует включению источников света видимого диапазона излучения. Это ведет к замыканию подвижного контакта 35 с неподвижным контактом 36, а подвижный контакт 41 замыкается с неподвижным контактом 42 (фиг.14), подготавливая цепи светодиодов 8’ и 8’’ и лазерного диода 6’ к включению. Для включения светодиодов фонаря надо нажать кнопку 4. При первом нажатии на кнопку включится контакт 34, светодиоды получают питание. Они начинают излучать световой поток, направленный в сторону цели, позволяя обладателю оружия высвечивать объект в темное время суток или в темном помещении. Наблюдатель может оценить расстояние до цели по соотношению диаметров световых пятен, образованных разными по цвету светодиодами. При повторном нажатии на кнопку 4 происходит включение контакта 37, который переключает цепь питания светодиодов 8’ и 8’’ на генератор импульсов 13, сопротивление которого значительно меньше, чем у резистора 37. Генератор подает на светодиоды серию импульсов, при которых токи светодиодов выше номинальных. Это обеспечивает серию ярких вспышек, ослепляющих и шокирующих объект, упреждая, таким образом, возможные ответные агрессивные действия. При третьем нажатии кнопки 4 ее контакты в цепи питания светодиодов будут выключены. Для включения лазерного диода 6’ необходимо, при том же положении переключателя 3, нажать на кнопку 5, что приведет к включению ее контакта. Лазерный диод получает питание через систему накачки 12. Если, при этом, светодиоды 8’ и 8’’ включены, то обладатель оружия будет наблюдать яркое пятно от лазерного диода 5, которое будет находиться, практически, в центре суммарного светового потока, излучаемого светодиодами 8’ и 8’’, т.е. совпадать с областью максимальной освещенности от светодиодов. Размеры лазерных диодов находятся в пределах 12 мм. Расстояние между осями симметрии их световых потоков, следовательно, составляет 12 мм. Размеры самой платы менее 30-40 мм. Даже на небольшом расстоянии обладатель оружия не заметит отклонения светового пятна лазера от центра. Таким образом, вне зависимости от расположения светодиодов, световое пятно будет иметь вид согласно фиг.4. Направление выстрела будет совпадать с центром световых пятен (фиг.4). Таким образом, стрелок видит цель, оценивает расстояние до цели, предупреждает объект о том, что он под прицелом, и видит по лазерному световому пятну и по центру световых пятен от светового потока светодиодов направление прицела. При этом выполняются четыре задачи: освещение, предупреждение, определение расстояния и поиск цели без использования прицельной мушки.

Если обладатель оружия имеет прибор ночного видения, позволяющий видеть в инфракрасном диапазоне излучения, та он может использовать лазерный диод 6’’ и светодиоды 8’’’. Для этого надо перевести рычажок переключателя 3 в положение, противоположное ранее описываемому, крайнее положение. При этом замкнутся подвижный контакт 35 и неподвижный контакт 42 и подвижный контакт 41 с неподвижным контактом 43, подготавливая включение приборов инфракрасного диапазона излучения. Включение светодиодов 8’’’ будет осуществляться также нажатием кнопки 4, а включение лазерного диода 6’’ нажатием кнопки 5. Так же как и в видимом диапазоне, обладатель оружия будет наблюдать световые круги вокруг цели и метку в центре от лазерного диода. И в этом случае облегчается поиск и поражение цели.

Представленные варианты исполнения фонаря-целеуказателя (фиг.2, 3, 5-11) расширяют возможности конструктора по проектированию фонаря-целеуказателя в зависимости от типов источников света и особенностей оружия.

Используемые в целеуказателе полупроводниковые светоизлучающие приборы имеют микроминиатюрные корпуса и малый вес, высокую механическую прочность и надежность и практически не греются. Потребляемая ими электроэнергия незначительна и размеры аккумулятора или батареи питания невелики.

Предлагаемый светодиодный комбинированный фонарь-целеуказатель видимого и инфракрасного диапазона может быть использован в любом виде оружия, например, в огнестрельном или в арбалетах.