CN215098336U - 一种双模式精密进近航道指示器光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种双模式精密进近航道指示器光学系统，包含有，光源模块，其具有上部光源及下部光源；准直光学模块，其具有上部准直光学元件及下部准直光学元件；匀光光学模块，其具有上部匀光光学元件及下部匀光光学元件；空间整形模块；以及，聚焦模块。本实用新型的有益效果在于：提供一种可见光和隐蔽双模式兼容、光能利用率高、能耗低且光学性能指标优异的用于飞机精密进近的航道指示器光学系统。

Description

一种双模式精密进近航道指示器光学系统

技术领域

本发明属于航空技术领域，尤其地是，一种用于双模式精密进近航道指示器光学系统。

背景技术

精密进近航道指示器（Precision Approach Path Indicator，简称PAPI）是机场目视助航设施的重要组成部分，飞机降落的必备目视助航设施之一，使用频繁，作用重大。精密进近航道指示系统由4台精密进近航道指示器组成，给正处于进近中的飞机驾驶员提供正确进近坡度指示。当飞机正在或者接近进近坡时，看到离跑道较近的两个灯具为红色，离跑道较远的两个灯具为白色；当飞机高于进近坡时，看到离跑道最近的灯具为红色，离跑道较远的三个灯具为白色；当飞机高于进近坡更多时，看到全部灯具均为白色；当飞机低于进近坡时，看到离跑道较近的三个灯具为红色，离跑道最远的灯具为白色；当飞机低于进近坡更多时，看到全部灯具均为红色。对于隐蔽模式的精密进近航道指标器，当飞机正在或者接近进近坡时，看到离跑道较近的两个灯具发出闪烁光，离跑道较远的两个灯具发出稳定光；当飞机高于进近坡时，看到离跑道最近的灯具发出闪烁光，离跑道较远的三个灯具发出稳定光；当飞机高于进近坡更多时，看到全部灯具均发出稳定光；当飞机低于进近坡时，看到离跑道较近的三个灯具发出闪烁光，离跑道最远的灯具发出稳定光；当飞机低于进近坡更多时，看到全部灯具均发出闪烁光。

根据MH5001-2013《民用机场飞行区技术标准》、国际民用航空公约附件14 《机场第I卷机场设计和运行》第六版及国际民航组织《机场设计手册第四部分目视助航设施》第四版等相关标准，精密进近航道指示器光强分布满足水平方向±8°、垂直方向±3.5°的椭圆光斑，光束的颜色在垂直面呈上白下红的变化，从白色到红色的过渡区应不大于3′。

现有PAPI的光学系统存在以下几方面的缺陷：

1、使用卤钨灯作为光源的PAPI光学系统，要能够产生满足要求的光强分布，其功率要求非常高至少在300W以上；系统需要长时间运行，卤钨灯的寿命为几千小时，相对较短，机场需经常更换灯光，维护成本相对较高；卤钨灯系统采用红色滤光片生成红光，极大降低了光能利用率；每个PAPI光学系统由至少两套光学单元组成，结构复杂，装调困难；

2、当前使用LED作为光源的PAPI光学系统，每个PAPI光学系统由至少两套光学单元组成，结构复杂、装调困难；光学元件结构复杂、精度要求较高，难以加工；且无法兼容隐蔽工作模式。

发明内容

本发明目的是克服现有技术中的问题，提供一种双模式精密进近航道指示器光学系统。

为了实现这一目的，本发明的技术方案如下：一种双模式精密进近航道指示器光学系统，包括光源模块、准直光学模块、匀光光学模块、空间整形模块以及聚焦模块五个部分；

所述光源模块由上下两组光源组成。当上部光源为红色光源且下部光源为白色光源时，PAPI光学系统为可见光模式。当上部光源为闪烁红外光源且下部光源为稳定红外光源时，PAPI光学系统为隐蔽模式。当上部光源为红色光源和闪烁红外光源且下部光源为白色光源和稳定红外光源时，PAPI光学系统为双模式。

所述准直光学模块由上下两组光学元件和组成。上部光学元件用于准直上部光源发出的光线，下部光学元件用于准直下部光源发出的光线。

所述匀光光学模块由上下两组光学器件和组成。上部光学器件用于匀化上部光学元件出射的光线，下部光学器件用于匀化下部光学元件出射的光线。

所述空间整形模块被置于聚焦模块的焦点处并紧贴匀光光学模块的出射面，以实现对均匀光束的空间整形。

所述聚焦模块实现对准直匀化及整形后的光束进行聚焦，使最终光学系统出射的光束呈现上部白色或稳定红外光，下部红色或闪烁红外光。

优选地，所述光源是红光LED和闪烁近红外LED或其阵列。

优选地，所述光源是白光LED和稳定近红外LED或其阵列。

优选地，所述闪烁近红外LED和稳定近红外LED其波长为8nm。

优选地，所述准直光学元件是全内反射准直透镜、抛物面反光碗、非球面透镜、平凸透镜、双凸透镜、双胶合透镜或透镜阵列等光学元件。

优选地，所述匀光光学器件是导光柱、光波导、积分棒、匀光棒等。

优选地，所述空间整形模块是矩形、圆形或椭圆形光阑等。

优选地，所述聚焦模块是非球面透镜、平凸透镜、双凸透镜、双胶合消色差透镜透镜、三胶合及多透镜组形成的复消色差透镜等光学元件。

优选地，所述空间整形模块位于聚焦模块的焦点处。

优选地，所述聚焦模块的焦距与所述匀光光学器件出射面间隙比大于1150。进一步地，出射面间隙比为3500。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少在于：选用LED作为光源，寿命长达上万甚至十万小时；红光、白光、闪烁红外光和稳定红外光分别采用不同LED，充分利用LED高光效，极大提高了光能利用率，整个系统功率降至30W；由一套光学单元即可实现PAPI的功能性能指标，光学结构简洁、光学零件易加工、装调便捷；可同时兼容可见光和隐蔽双模式。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果之外，本发明所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将结合附图作出进一步详细的说明。

附图说明

图1示意性地示出了本发明的结构框图。

图2是示意性地示出了本发明一实施例中的结构示意图。

图3是本发明研制出PAPI光学系统可见光模式下的红白光实测图。

图中，10-光源模块；101-红色和/或闪烁近红外光源；102-白色和/或稳定近红外光源；20-准直光学模块；201-上部准直光学元件；202-下部准直光学元件；30-匀光光学模块；301-上部匀光光学器件；302-下部匀光光学器件；40-空间整形模块；50-聚焦模块。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

由于本发明的实施方式的组件能够被以多种方式实施，这些方向性术语是用于说明的目的，而不是限制的目的。因此，以下的具体实施方式并不是作为限制的意义，并且本发明的范围由所附的权利要求书所限定。

图1示意性地示出了本发明的一种双模式精密进近航道指示器光学系统。该光学系统主要由光源模块10、准直光学模块20、匀光光学模块30、空间整形模块40和聚焦模块50五部分组成。其中光源模块10由红色和/或闪烁近红外光源101和白色和/或稳定近红外光源102组成，红色和/或闪烁近红外光源101位于光源模块10的上部，白色和/或稳定近红外光源102位于光源模块102的下部；准直光学模块20由上部准直光学元件201、下部准直光学元件202组成，上部准直光学元件201位于准直光学模块20的上部，下部准直光学元件202位于准直光学模块20的下部；匀光光学模块30由上部匀光光学器件301和下部匀光光学器件302组成，上部匀光光学器件301位于匀光光学模块30的上部，下部匀光光学器件302位于匀光学模块的30的下部；空间整形模块40被置于聚焦模块50的焦点处，并紧贴匀光光学模块30的出射面，以实现对均匀光束的空间整形；聚焦模块50实现对准直匀化及整形后的光束进行聚焦，使最终光学系统出射的光束呈现上部白色或稳定红外光，下部红色或闪烁红外光。

图2是示意性地示出了本发明一实施例中的结构示意图。所述上部准直光学元件201选用全内反射透镜。所述下部准直光学元件202选用全内反射透镜。所述上部匀光光学器件301选用光波导。所述下部匀光光学器件302选用光波导。所述空间整形模块40为矩形孔径光阑。所述聚焦模块50为复消色差透镜组。

图3是本发明研制出的PAPI光学系统可见光模式下的红白光实测图，经第三方权威机构检测：在PAPI水平方向光束范围（±8°）内，红白光过渡角均小于3′。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。对于本领域的专业人员而言，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的宗旨和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双模式精密进近航道指示器光学系统，其特征在于，包含有，

光源模块，其具有上部光源及下部光源，所述上部光源与所述下部光源中一者为红色可见光光源而另一者为白色可见光光源，或是，所述上部光源与所述下部光源中一者为闪烁红外光光源而另一者为稳定红外光光源，又或是，所述上部光源与所述下部光源中一者为红色可见光光源和闪烁红外光光源的组合而另一者为白色可见光光源和稳定红外光光源的组合；

准直光学模块，其具有上部准直光学元件及下部准直光学元件；

匀光光学模块，其具有上部匀光光学元件及下部匀光光学元件；

空间整形模块；以及

聚焦模块；

其中，所述上部光源的出射光束依次经过所述上部准直光学元件、所述上部匀光光学元件、所述空间整形模块及所述聚焦模块；

其中，所述下部光源的出射光束依次经过所述下部准直光学元件、所述下部匀光光学元件、所述空间整形模块及所述聚焦模块。

2.根据权利要求1所述的一种双模式精密进近航道指示器光学系统，其特征在于，所述上部光源及所述下部光源均为LED或LED阵列。

3.根据权利要求1所述的一种双模式精密进近航道指示器光学系统，其特征在于，所述上部准直光学元件及所述下部准直光学元件为全内反射准直透镜、抛物面反光碗、非球面透镜、平凸透镜、双凸透镜、双胶合透镜或透镜阵列。

4.根据权利要求1所述的一种双模式精密进近航道指示器光学系统，其特征在于，所述上部匀光光学元件及所述下部匀光光学元件为导光柱、光波导、积分棒或匀光棒。

5.根据权利要求1所述的一种双模式精密进近航道指示器光学系统，其特征在于，所述空间整形模块为矩形、圆形或椭圆形的光阑。

6.根据权利要求1所述的一种双模式精密进近航道指示器光学系统，其特征在于，所述聚焦模块为非球面透镜、平凸透镜、双凸透镜、双胶合消色差透镜透镜、三胶合或多透镜组形成的复消色差透镜。

7.根据权利要求1所述的一种双模式精密进近航道指示器光学系统，其特征在于，所述空间整形模块位于聚焦模块的焦点处。

8.根据权利要求1所述的一种双模式精密进近航道指示器光学系统，其特征在于，所述聚焦模块的焦距与所述上部匀光光学元件及所述下部匀光光学元件的出射面间隙比大于1150。

9.根据权利要求8所述的一种双模式精密进近航道指示器光学系统，其特征在于，所述间隙比为3500。

10.根据权利要求1所述的一种双模式精密进近航道指示器光学系统，其特征在于，所述闪烁红外光源和稳定红外光源为近红外LED。

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