平视显示器光学系统的改进_赵耀奎

瞄 准具 的基 础上 发展 而 来的
。
开 辟 了 采 用 光 学 符 号 显 示 飞 机 信息
的 新途 径
_
。
但是
,
由于 它 显 示 的 信 息 少
,
还不
它的 光学 系统 仍
,
能 用 光 学 字 符 把 飞 机 仪 表 信 息 显示 在 反 光 镜
l:
,
然 保 留 了 反 射式 光 学 瞄 准 具 的 基 本 光 路
。 乘以
( 二 ) 普通平祝 显示 器光
一
/’、
{ 一
、
.
, 十
一
’
一
卫`立
d
,
,
/
)
其 中2
`
’
.
5是
-
距离 , 孑L
`
,
。
-
’
一
。
’
学 系抚 的 限制 因素
限 制 视场 的 因 素 平 视 显 示 器 的 视 塌 受 驶 驾舱 有 效 空 间 和 普 通 光 学 系 统 结构 的 限 制 统展 开 图
一
、
衍 射光 学平 视显 示 器
1976年
外 汉 射 镜
图 二
、
美国 休斯 公 司 在
7 8 年 间 在瑞 典 空 军
“
底研 制 了 第 一
7
6
提供 宽 视 塌 的 反 射 系 统
~
一
台 衍射 光 学 平 视 显示 器 ( 如 图
雷式
”
) 业在 7
限 制 显示 字符 亮 度 的 因 素
:
攻 击 机上 进 行 了
19 3 5年研 制
。
,
从而 构 成 了 平
设计 出世 界 上 第 一 套 军 用 飞 机 平视 显 示
,
器
。
经过 2 0 多 年 的 不 断 改进
。
平视 显示 器 已 有
而 是数 字 技 术
。
、
反 射 式 光学 瞄 准 具 是 继 环 星 式 和 望 远 镜式 出来的
。
很 大发 展
电 视技 术
、
现 在的 平视 显示 器 已 不 单 纯是 光 学
,
它 是 第一 个
。
技 术 和 电 子 显示 技 术 的 结 合
具 有 完整 光 学 系 统 的 战 斗 机 瞄 准 具
反 射镜 上
一
。 。
它 利用 光
,
衍 射 光 学 等 多 种技 术 的 结 合
使其
。 。
学 准 直 系 统 把 透 光 环 板 产 生 的 固 定 光 环显 示 在 由于 光 环 是 平 行 光 成 像 在 无 限 远 相 当 于 把环 星 式 瞄 准 具 的 准 星 和 照 门 二 者 合 所 以 只 要 使 光 环 套 住 目标 即 可 瞄 准射 击
。
经 过不 断改 进
、
,
使 字符发 生器 由单 纯变换
处 理信
、
处理信 息 进 而 可 以 进 行 武 器 瞄 准 计 算
息的 数量
精 度 和 速 度 不 断 提高
,
,
使 平视 显 示
更 形
。
器 的 信息 越 来 越 多 象
。
宇符 形状 更 鲜 明
显 示 的 信 息 也 可 以 自动 转 换 或 手 动 选 择
。 ,
,
灵 活多
a
。
显然
,
在 其它 条件 不 变
。
而 光 学 系 统 仍 然 是 起 传递 和 显示 信 它 的 结构
、
观 察 距 离 缩短 意 味 着 视 塌 扩 大
。
但
元 件 和 系统 性 能 韭 无 根
,
是 平 视 显示 器 的 图 像必须 经 过 准 直 来 诚 小 视
本变 化
。
在 此后 的十 几 年 中
,
则 全视 踢
,
在 这 种 情况
最
,
,
出 瞳 以 外 看不 到 显 示
。
好 两 眼 都 在光 瞳 之 内
因此
; }飞 祥 装
`
”
`
“
`
出瞳 尺寸必须 大些
反 射 系统 的 主 要 优 点 是 宽 视 塌 情况 下 不 会 引 起 重 量 的 急 剧 增加 统重
。
有 人 试 验过
, ,
,
制成 4 0
度 视 塌 的 反 射 系统 图
6
折 射 式 光 学 系统 展 开 图
最 后 一 个 准直 元 件 ( 如 图
)
。
这样
,
墉
大它 的尺 寸或诚 小它 到眼 睛 之
间 的 距 离 都能 达 到 增 大 瞬 时 视
爆 的 目的
。
另外
“
,
若 把混 像 屏
”
设 计得 能 使
观 察孔
,
。
成 像于
光 学 系 统 的 出 瞳处
和瞬时视 塌相 同 下
飞 行试 验
。
提 高显 示 字 符 亮 度 取 决 于 两 因 素
图 像 源即 阴 极 射 线 管 的 亮 度 统 的 传 输率 定
。
一个 是
,
另一个 是光 学系
。
光 学 系 统 的 传 输 由各 个 元 件 的 传 输 率 决 平 视 显 示 器 的 混 像 屏 通 常 是 镀银 的 部 分 反
,
十 b
,
f 为 准 直
,
观察孔
。
的
从 图可 以 看 出
如果
叠影
,
从 而 在 视 塌 中造 成 暗 带现 象
—
5 6
一
增天视 瑞的办法是增夫准 直 仪 的 孔
径 但是 由于 空间 位 置的 限制 这 种 办 法是
。 ,
行不 通 的
。
另外
,
采 用 大 孔 径的 折 射 光 学
。
系 统 还 会使 重 量 急 剧 增 加
以满 足逆 风
、
侧风 大 偏 流 角或 任 何 不 正 常
、
图
2
折 射式 光学 系 统
,
情 况 下 的 着 陆导 航 和 离 轴 武器
包 络线 面 的应 用
。
较 大 武器 截 获
以 保证 在驾 驶
、
在折 射 系 统 中
(如图 )
4
。
全视爆 总是大 于瞬 时视 踢
,
能 量 控 制 图 和 相 关 的 探 测 瞄 准 线 等方
当视塌增 加
。
折射 式平 视显
。
示 器 光 学 系统 重 量 与 视 塌 的 三 倍 成 正 比
2 5%
时
,
重 量要增 加
100
%
。
采 用 反 射 式光 学 系 统 可 以 减 小 尺 寸 和
重量
这 种 系 统 主要 的 会 聚 元 件 是 一 个 弯
,
曲的反射 挽 图
3
它 是混像 屏义 是光 学系 统 的
很 明显
平视 显示 器 之 所 以 具 有 飞 机 仪 表
、
射
一
55
一
击 瞄准 具和 火 控 雷 达 显示器 的综 合能 力 关 键
,
组 合玻 璃 ) 能兼 有 准直 仅的 作用 混像屏 <
观 察距 离 可 缩 短 至 的 情况 下
, ,
,
则
是 利 用 了 阴极 射 线 管 显 示 信 息 数 量 多 变 的特 点 息 的 作用
,
。
成 为 现 代 化 飞 机 上 不 可 缺 少 的 先进 电 子 仪 表 本 文 着 重 介绍 平 视 显 示 器 光 学 系统 的 改 革
(一 ) 概
况
反 射 式 光 学 瞄 准 具 打 破 了 用 机 械符 号 显 示 信 息
的老 办 法 平 视 显 示 器 是 在 反 射 式光 学 瞄 准 其 和 雷 达
) =
.
0
15
~
0
20
的 范 围之 内
如 果在 座 舱 最 暗 的 情 况 下 看 到 阴
。
法国踢 姆
逊 一 C S F 公 司也 在 进 行 宽 视 角 平 视 显 示 器
目前 已 研 制 出 的 系 统 尽 管 形
龙材
式各 不 相 同
,
但 它 们 都采 用 了 新 的 结构 和
。
有 弯 面 板娜 极 英
技术
,
使 光 学 性 能 大 大提 高
。
下 面 介绍 几
种 典 型的 改 革 系 统
,
固地 支 持 住
图
5
业 且 不能有 折射
, ,
双 组 合 坡 璃 系统 的 视 踢
穿 透误 盖 和 反 射 像 差 此 外 它
~
57
一
包 含的 光学 元 件较多 因此 光 能量 损失也较大
,
。
;
,
:
作已取得较大 进展
。
英 美两国 都 相 继研 制出其
,
有 新 式 光 学 系 统 的 平视 显 示 器 光瞳 准 直 走 图 象 镜 助的 却分 混像 镜 考 的研 究 工 作
由于 可 提 供 多 个 准 道 仪 的
。
平视 显 示 器的 光 学 系
。
统 通 常 是 折射 系 统 ( 如 图 2 )
A B 为 观 察孔
。
图 3 为其 光学 系
a
虚 像 所 以 产 生 的 效果 和 双 目观 察相 似
在 某 个特殊 的 观 察 角 上 将 可 看到
“
但是
”
,
其 中观察 距离 L 二
。
极 射 线 管 之 间 增 加 中 继透 镜 来
修正
另外
,
随着 视 爆 的 增
。
分劝、
大
,
所需 透 镜 数 和 它 们 表 面 曲 总之
,
率 的复 杂 程 度 也 增 大
反 射 系统 的 性 能 也
狠 受 光 学 系统 尺 寸 和 重 量 的 l
制
玉
,
只 是 不 像 折 射 系统 那 样 严
。
而且 弯 曲的混 像屏必 须 牢
随着 晶体 管
,
、
集
差
积
,
因 此准 直 仪 必 不 可 少 即 限 制 观 察视 塌
, 。
:
由图可 知
,
准 直仪
成 电 路 以 及 数 字 计算 机 的 发 展 和 应 用
,
平视 显
的 孔 径 限 制 着在 观 察 点所 能 看 到 的 图 像 源 的 面
示 器 沿 着 电 子技 术 的 道 路 不 断 发 展 官 的 改革 。 主 要 着 眼 于 提高 字 符 发 生 器 处 诬 息的 能 力
射镜
它 对 外 界 具景 的 穿 透传 输 率 为 7 0 %
,
,
而
5 % 对 阴 极射 线 管 图 像 的 反 射 率 为 2
由于 中继
80
透 镜 及 准 直 仪 等其 余 元 件 具 有 6 0 %~
% 的传
.
输效率
T =
,
因此
.
,
光 学 系 统 的 总 传 输率
.
(
0
。
6~ 0
8
) (
0
.
2 5
;
为 了 看 到全 视 锡
,
Baidu Nhomakorabea
驾 驶 员必 须 在
提 高光 的 传输 能 力
,
,
观 察 位 置上 移 动 头 部
或 沿着 观察 线 向 前 靠
舱 周 围 光 线 较 弱 的 情况 下 提 高 显 示 字 符 的 亮 度 等等
因此
近
,
但 此时全 视 惕中处 于瞬 时视 爆 以外 的部 分
。
扩大 平 视 显 示 器 的 视塌
仪 焦距
,
。 。
为 准直 仪 道 径 显
。
单 位是 英 寸
。
此 时 的瞬 时视 塌
,
一
“
一
’
一
’
/ d倍 增 加 了2 5
显然
,
d值 愈 小
效 果 愈 明
垂道 方 向 的 视 塌 一 般 与 瞬 时 视 塌 相 同
显 示器 中 ( 如 图 5 )
,
,
不
过 在 某 些 多 重 混 像屏 ( 如 双 组 合 玻 璃 ) 的 平视
。
它 不仅 成 功地 解
。
利 用 了 前 者 光 学 系 统能 钩平
、
决 了 几 十 年没 有 解 决 的 交 替 观 察机 内 外 的 视 觉
视 显示 和 后者 显示 器 显 示 信 息 多 特点
字 符灵 活 的
矛盾
,
而 且 为 平视 显 示 器 的 发 展 奠 定 了基 础
,
从 而 使 瞄 准 具 的 发 展 走 上 了 光 学技 术 和
注
其 光学 系
。
折 射 式 光 学 系 统 的 视 j易
3 0磅
仅 为 具 有 同 样视 塌
的 折 射 系统 的 2 5 % 左右
视塌
较 大 的 光 学 系统 有 两 个 主 要 缺点
i / /
:
要 修正的 光学 像差 尺 寸
和混 像屏 的物理 尺 寸 都 比 较
大
。
象差 一 般 通 过 反 射 镜 和 阴
瞬 时 视 塌 等于 孔 径 除 以
。
信
J
观察距 离
通 常为
9
度
全 视 塌 等 于 阴极 射 线 通 常为 1 5 ~ 2 0 度
。
因 为 它 决 定 着 阴 极射 线 管 产生 字 符 数 量 多 少
,
管 直径 除 以 准 直 仪 焦 距
,
形 状 繁 简 以 及 灵 活程 度
标
。
,
因 而 是 改进 的 主 要 目
岁。 二 。 。
。 、 二。 。 。 。 。 。 。 气
光 学 与 火 控 系统 】
凹
。 口 。口
叨
色口 色口几口
二
它口色口 色口勺口 。 口色口 。 口 。 口
弓
护
平 视 显 示器 光学 系就 的改进
年首 次 提 出 平 视 显 示 器 预 研 方 案
1 9 5 8年
,
示 字 符 的 环 板 装 置 ( 如 图 l) 视 显 示 器 的 基 础 光 学 系统 瞄 准 具之 后 于
只是
因此
,
观 察机 内外 的 视 觉 矛 盾 还 不 能 消
在 具体 结 构 上 用 阴 极射 线 管 代 替 了 原 来 产 生 显
除
。
图
1
平 视显 示 器
和 反 射 式光 学 瞄 准其 的
光学 系 统
平 视显示 器 综合 了 反 射 式 光 学 瞄 准 具 和 雷 达瞄 准 具的 优 点
,
,
电 子 显 示 技术 相 结 合 的 道 路
、 。
增 加光
字 符 就会 漏 掉 补偿 作用
,
如 果 用 双 目观 察 可 以 起 一 定 的
。
学 系 统 的 传 输能 力
减少 共 体 积和 重 量 是 改 进
使 其 在水 平 方 向 上 引 起 的 问 题 比 垂
双 目观 察 的 视 爆 等 于 瞬 时 视
~
平 视 显 示 器 的 新课题
直方 向上 的小些
, 。
在 这 期间
光 学 系统的改 进 一直没 有 引起 人 们 自 七十 年 代 以 来
。 ,
一
的足 狗重视 断提 高 瑞
,
,
,
平 视显 示 器 的
人们 开始 对平
:
信 息 处 理 系 统 已 逐步 完 善
随着 飞 机 性 能 的 不
扩大 视
飞 行 任 务 越 来越 复 杂
、
视显 示器 的 光 学 系 统 提 出 了 新 的 要 求