专利名称：探照灯聚焦调节装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及探照灯聚焦调节装置。尤其涉及探照灯双向聚焦调节装置。
探照灯广泛用于警务和救援直升机，为的是照亮地面或水域中目标。通常，探照灯装在平衡架上，平衡架允许探照灯相对于直升机进行角度调整以便监视中探照灯的光束保持照准目标。这很必要，因为或者在直升机移动时或者在直升机基本上不动而目标移动时，目标都可能相对于直升机移动。经常需要先照亮一个相对大的区域以便定位无论什么令人感兴趣的目标，然后顺序照亮越来越小的区域以便孤立目标，由此该目标可易于被直升机机组人员或其它或者地上或者别的地方的监视者看清。
目前，直升机上探照灯的探照光束的聚焦由靠直流电动机单向驱动旋转的单向凸轮调整。因此，如果需要的焦角已过而人们想改变被照区域的大小时，会有一个因为单向凸轮再循环的滞后期。这可以导致被监视的目标或者从光照区逃离或者无意地移出。所以希望双向转动凸轮，以便增强操纵者不用再循环凸轮就可保持理想光照区或快速改变区域大小的能力。
在直升机和固定翼飞机上，探照灯一般通过连接配线与直升机或飞机机身内的内部电缆系统连接。根据标准做法，用作连接探照灯的聚焦调节的连接配线仅有单线，根据单向凸轮的旋转位置，该聚焦调节装置双向轴向移动。正常情况下为做到凸轮双向移动，直流电动机必须按两个方向运转。现有技术中双向电动机的转动需要两路线，凸轮旋转的每个方向各一路线。为提供配线的第二路线，配线必需改变或重新设计。而且，配线改变或重新设计后，在直升机或飞机合法飞行前，直升机或飞机必需经过执照发行部门的检查以及新线路布置认证。这是一项费钱、耗时的工作，它不仅需要连接配线的重新配线而且需要探照灯和探照灯控制的重新配线。因此，已经装有单线聚焦调节装置的探照灯的直升机和飞机要先行进行聚焦调节方面的改进，使得聚焦调节装置双向而不是单向工作。
出于上述考虑，产生一种允许改造直升机或飞机探照灯，以便不做任何重新配线就可实现双向聚焦调节的需要。
虽说这个问题主要是安装于如直升机和固定翼飞机灯架上的探照灯的问题，但该问题也是其它灯架如装于船和陆地交通工具的探照灯甚至那些远距离控制的固定支架上的探照灯需要考虑的问题。
本发明的目的是提供一种用于探照灯的新的和经过改进的聚焦调节装置，其中该聚焦调节装置是双向的，并且仅需单线控制接口与探照灯的控制台远距离连接。
本发明涉及的聚焦调节装置，用于缩小和扩大由探照灯发出的探照光束的焦角，探照灯安装在具有电源的灯架上。探照灯包括电动机、可被电动机驱动旋转的凸轮和聚焦调节装置，该聚焦调节装置由凸轮带动，用于根据对远处布置的控制开关和电动机之间的单线接口的控制信号来缩小和扩大焦角。远处布置的控制开关有打开位置、电源位置和连接地线位置，其中，当远处布置的控制开关处在电源位置时，单线接口就处在与单线接口第二状态不同的第一状态，单线接口的第二状态在远处布置的控制开关处在连接地线位置时形成。电源和电动机之间连接有开关电路，以改变流过电动机的电流的极性。开关电路通过单线接口与远处布置的控制开关连接，并且包括响应单线接口状态的变化的输入元件，该输入元件改变流过电动机的电流的极性，从而改变电动机和凸轮的转动。凸轮反转时，焦角幅度的变化方向也变得相反。
本发明另一方面中，电动机为直流(DC)电动机，并且电路包括当远处布置的开关处在打开位置时将DC电动机两极都连接地线。
本发明再一方面中，在电动机的第一和第二极和电源之间以及极和地线之间，布置有遏止电压峰值的二极管。
本发明另一方面中，输入元件包括一对线圈，其中一个线圈与电源连接而另一个连接地线。两个线圈都直接与单线接口连接，由此单线接口的状态变化令一个线圈失能而另一个线圈保持被激励。每个线圈都和与电动机连接的二极开关连接，并且被布置在地线和电源之间，二极开关各自在由于单线接口的状态变化，线圈各自失能时改变通过直流电动机的电流极性的连接。
本发明中为了保护线圈，在线圈的电源和单线接口之间以及地线和单线接口之间，都布置有保护二极管。
本发明中，开关电路是双极单投双继电器。
进一步限定本发明时，安装探照灯的灯架是具有机身的直升机或固定翼飞机；探照灯被安装到直升机或飞机的机身外部，远处布置的开关布置在机身中并且通过单线接口与开关电路连接。
本发明再一方面中，开关电路包括双极单投双继电器，并且包括当远处布置的开关在打开位置时，令直流电动机的两极都连接地线的电路。
下面结合附图进行说明，以使本发明多种其它特点和伴随的优点更加清楚，图中相同标号代表各个图中的相同或相似部件。附图中
图1是装有探照灯的空中灯架如直升机的透视图，其中探照灯焦点可调；图2是图1的空中灯架的局部透视图，显示具有本发明特点的装于其上的探照灯；图3是根据现有技术构形的探照灯的透视图，显示调整图1和2所示探照灯的焦点的、由电动机驱动的凸轮；图4是改进的图3探照灯的后板的透视图，包括根据本发明构形的电路；图5是说明根据本发明原理构形的探照灯聚焦调节电路的电路图，电路处于供电前的不动作状态；图6是图5的电路，但显示供直流电时的电路；图7是图5和6的电路，但显示被激励以转动聚焦调节电动机的转子，顺时针方向转动双向凸轮的电路，和图8是图5-7的电路，但显示被激励以转动聚焦调节电动机的转子，逆时针方向转动双向凸轮的电路。
现在参看图1，图示灯架为直升机10，探照灯12装于机身11之上，探照灯以焦角θ发射光束14，该光束照亮地面或水中的区域16。频繁需要通过扩大和缩小光束14的焦角θ来扩大或减小照明区域16。例如，为特定目标18要探照较大区域16″，光束14就用大焦角θ1。为集中到特定的目标18如该人身上，光束14就逐渐缩小到具有的焦角为θ2，照亮一个较小的区域16′。根据本发明，焦角θ靠直升机10内的控制可双向改变，或者立即扩大焦角θ以逼近θ1或者立即缩小焦角θ以逼近θ2。
现在参看图2，探照灯12装于平衡架20，平衡架20再由固定到直升机10机身11上的三脚架装置22支承。平衡架20由电力拖动装置24和25驱动，控制光束14，这样光束的移动可不受直升机10的方位的限制。探照灯12还包括灯泡26和内聚焦直流控制电动机28(见图3和4)。拖动装置24、灯泡26和聚焦电动机28都通过外部配线电缆30从直升机10接受+28伏直流电，外部配线电缆30包括控制直流电动机28的单线接口32(见图5-8)。
如图2所示，配线30在其一端有接线器34，该接线器插入与直升机10机身11中的内导线(未示出)连接的共同工作的连接器36。探照灯12的类型的例示是加利福尼亚Sylmar的Spectrolab.Inc公司提供的商用探照灯，该公司是Hughes Electronics Corporation的下属公司，标识为NIGHTSUNSX-16和STARBURST SX-5探照灯。
现在主要参看图3和4，其中显示探照灯12的内部40，可以看出，当转子43旋转时，电动机28驱动凸轮42。凸轮42与由弹簧45推顶到凸轮上的凸轮随动器44对接。凸轮随动器44靠杆46与反射器47连接，如果反射器47沿箭号48方向轴向移动，就将焦角θ向着最小焦角θ2缩小，如果沿箭号49方向移动，就将焦角θ向着最大焦角θ1扩大。
现在主要参看图4，探照灯12的壳有装有线路板53的后板52，该线路板53上装有探照灯头电路60的元件。探照灯头电路是开关电路，电流通过它驱动直流电动机28，按顺或逆时针方向转动转子43。
根据本发明，直流电动机28的转子43双向转动凸轮42以便轴向滑动聚焦调节杆46并由此转向定位反射器47。以NIGHTSUN SX-16和STARBURST SX-5为例，聚焦调节杆46和凸轮42已见于现有技术探照灯12中。按现有技术，直流电动劝机28仅以单向转动凸轮42。因此，在凸轮42转回到先前焦角调整中通过的所需焦角时，可能产生滞后期。采用本发明，因为现在凸轮42是双向旋转，所以消除了滞后期。
双向凸轮42实现焦角θ幅度即时改变使警方十分欣喜。这是因为调焦角θ是警用直升机驾驶员在搜寻中实施的若干操作中的唯一的一项操作，在搜寻中，驾驶员在驾驶直升机10飞行并作无线电通话的同时还必需调整探照灯12。电视台用自己的直升机拍摄追踪犯罪嫌疑人。电视台实况播放追踪，因为报道是给公众的，并可能使公众喜欢。如果追踪发生在夜间，探照光束14就十分重要并且是增强场景效果的重要因素。警务直升机驾驶员于是就会有在成千上万激动不已的电视迷前精彩表现的额外压力。双向焦角调节使得观众不多见到的驾驶员搞糟及可能捕捉不到目标的情况减少。这种焦角调节的加强在其它操作中亦具重要价值，如参加灾难气候中海上救护，救护受困于无人荒野者或医后直升机送伤、病员。
现在参看图5-8，图示根据本发明的电路图，它令布置于探照灯12中的探照灯头电路60起开关电路作用，靠仅采用普通在配线30中的单线接口32由位于直升机10机身11内的控制器电路62控制。探照灯头电路60包括通过保护二极管对65与单线接口32连接的双继电器64以及防止电动机28受电压尖峰作用的二极管阵列66。
在直升机10的控制器电路62中有遥控布置的双向控制开关SW1，该开关SW1通过单线接口32与探照灯头电路60中的双继电器64连接。既然控制开关SW1在直升机10机身上，所以它远离装在机身外部的三脚架22上的探照灯12布置。控制开关SW1是三位手动开关，即示于图5和6的瞬时触头70和71都打开的断开位置；如图7所示的瞬时触头70闭合的第一瞬时闭合位置，和如图8所示的瞬时触头71闭合的第二瞬时闭合位置。如下文所述，单线接口的状态根据控制开关SW1的位置改变，所以在第一瞬时闭合位置时，如图7所示，直流电动机28顺时针旋转聚焦调节凸轮42，而在图8的第二瞬时闭合位置时，直流电动机28按图8所示逆时针方向旋转凸轮42。
在本发明的一个优选实施例中，双继电器64是双极单投继电器。如图4所示，双继电器64易于安装到与探照灯12的壳的后板52固定的线路板53上，该后板已具备容纳线路板53的空间，所以允许单向现有技术聚焦装置方便地转换成双向聚焦装置。
具体考虑到电路元件，瞬时闭合触头70通过100欧姆、3瓦特的电阻R1与+28伏特直流供电源72提供的电源连接，并且通过第一18伏特稳压二极管DZ1连接地线73。所有这些图中电源都是直升机的+28伏特直流供电源72，地线73是直升机地线系统。在其它的用户中，电源可以是不同的，如船或汽车上的电源可以为直流+12伏特。双继电器64中有第一线圈76，第一线圈76靠线77通过100欧姆、3瓦特电阻R2与28伏特直流电源连接以及通过第二18伏特稳压二极管DZ2连接地线。第二线圈78靠线79直接连接地线，而第一线圈76和第二线圈78通过包括二极管D1和D2的保护二极管对互相与单线接口32连接。保护二极管D1和D2是控制当线圈76和78被去能时发生的任何电压倒转的逆行二极管，从而保护线圈，开关SW2和SW3也在双继电器64中。开关SW2和SW3关闭正常情况下闭合的靠线83与+28伏特直流电源72连接的触头81和82，而正常情况下打开的触头84和86靠线88连接地线。线圈76和78向开关SW2和SW3输入随单线接口32状态变化的信号，该变化如下文所述转换流过电动机28的电流的极性。
直流电动机28靠线90通过保护二极管D3与+28伏特直流电源72连接，而线91通过保护二极管D4与+28伏特电源72连接。线90也通过保护二极管D5连接地线，而线91通过保护二极管D6连接地线73。二极管D3-D6遏止开关起动(on)和关闭(off)直流电动机28时产生的正负两种电压峰值。稳压二极管DZ1和DZ2从+28伏特直流到+18伏特直流下调电源电压，以为手动控制开关SW1和双继电器64的部件之用。
现在看图5-8的电路的工作，图5说明直升机10未工作因此不要电源72产生+28伏特直流电的电路情况。因此，图5中未显示+28伏特直流电源。在这种情况下，控制箱电路62中的开关SW1在断开(OFF)位置而开关SW2和SW3和双继电器64是打开的。
当起动直升机10以便供应+28伏特直流电时，如图6所示，开关SW1保持打开，而开关SW2和SW3自动转换到正常情况下打开的状态，在这种状态下它们接触正常情况下打开的触头84和86，从而靠激发第一线圈76和第二线圈78将线90和线91都连接地线73。如果开关SW1是打开的，单线接口32没有来自直升机10机身11上的控制箱电路62的电压，因此，由于与第一和第二线圈76和78匹配的电阻以及与线圈76连接的+18伏特稳压二极管D22，电压被允许下滑到约+9伏特的电压值。靠跨于线圈76和78的+9伏特，有足够电压激发每个继电器开关SW2和SW3，这使两个继电器开关都移到正常状态下打开的位置，在该位置，正常情况下打开的触头84和86闭合。直流电动机28由此在由其端子92和93提供的两个极都连接地线，这是因为+28伏特直流电源72分别通过线94和95施加到线90和线91。直流电动机的转子43以及因此双向凸轮42被绝对固定住不转动。
现在参看图7，其中，转子43和凸轮42出现顺时针旋转100，可以看到，如果开关SW1移到闭合触头70，单线接口就有停止状态到第一激励状态的状态变化，通过单线接口32和已降低了+28伏特直流电源72电压的电阻R1施加+18伏特电压。+18伏特电压施加到单线接口32，将单线接口置于第一状态，引起第一线圈76失能而第二线圈78保持被激励。这使得第一继电器开关SW2合上触头81而第二继电触头开关SW3保持与正常情况下打开的触头86合拢。由此电流通过第一继电器开关SW2、线90和直流电动机28流到地线73，通过线91和第二继电器开关SW3。这引起只要控制箱电路62中的开关SW1闭合触头70，电动机28的转子43就按顺时针方向100转动双向凸轮42。断开开关SW1时，第一继电器开关SW2就回到OFF位置，因此第一继电开关SW2打开正常情况下闭合的触头81，并闭合正常情况下打开的触头84，由此将电路返回到图6状态，该状态下牢固固定转子43以及这样凸轮42被牢固固定，无转动，以便稳定被选定的光束14的焦角θ。
现在参看图8，如果要求转子43和凸轮42以逆时针方向102转动，手动开关SW1就从停顿状态转换到闭合触头71，这样单线接口32就到第二激励状态。这样引起第二线圈78失能而第一线圈76保持被激励，由此导致在第一继电器接触开关SW2保持闭合正常情况下打开的触头84的同时，第二继电器开关SW3闭合触头82。+28伏特直流电通过第二继电器开关SW3、线91并通过电动机28到线90。线90通过第一继电器开关SW2连接地线73，因此在图8形式中，流向直流电动机28的电流方向与示于图7的形式的通过直流电动机的电流方向相反。这引起转子43和凸轮42按逆时针方向102旋转。如果控制箱电路62中的手动控制开关SW1据此转换到OFF位置，第二继电器开关SW3就打开正常情况下闭合的触头82并闭合正常情况下打开的触头86，由此电路布置回到图6的形式。如上所述，如果电路布置呈图6的稳定状态，转子43就被锁定而将双向凸轮42牢固地固定在其最后位置，所以凸轮不能偶然转动和改变焦角θ。
尽管示于图5-8的电路是优选电路，但采用等效部件如已普遍应用或即将普遍应用的晶体管电路和集成电路芯片的相应电路也在本公开范围内。
本发明上述实施例采用了以下电路元件双继电器64——双极、单投双继电器，型号No.V2R-1002，Potter &Brumfield提供；带永久电磁铁的直流电动机28，Globe Motors公司提供；稳压二极管DZ1和DZ2，IN5355B-18伏特；二极管D1-D6，IN4936，和电阻R1和R2，100欧姆，3瓦特。
尽管本文说明的聚焦调节装置对于安装在直升机10上的探照灯12是非常有用的，但对于安装到固定翼飞机、船、陆地交通工具以及固定照明设施上的探照灯也是有用的。供电电压除直升机和固定翼飞机外可根据应用改变，以便探照灯所在的灯架可易于接受本公开列出的改变。例如，船和陆地交通工具可有12伏特直流供电源72，因此如图5-8所示的电路元件须改变为由12伏特直流电源供电而不是28伏特直流电源供电。
根据上文所述，本领域技术人员易于弄清本发明主旨并且可在不违背本发明精神和情况下对本发明作出多种改变和改型，以适应各种用途和情况。
权利要求
1.一种聚焦调节装置，用于缩小和扩大由探照灯(12)发出的探照光束(14)的焦角θ，该探照灯(12)安装在具有电源(72)的灯架(10)上，探照灯(12)包括电动机(28)，可被电动机(28)驱动旋转的凸轮(42)和聚焦调节装置(44，45，46，47)，这些装置(44，45，46，47)由凸轮(42)带动，用于根据对远处布置的控制开关(SW1)和电动机(28)之间的单线接口(32)的控制信号来缩小和扩大焦角θ，所述聚焦调节装置包括由远处布置的控制开关(SW1)选择连接的打开位置(图5和6)，电源(72)位置(图7)和连接地线位置(图8)，其中，如果远处布置的控制开关(SW1)处在电源(72)位置(图7)，单线接口(32)就处在第一状态，这与单线接口(32)在远处布置的控制开关(SW1)处在连接地线位置(图8)时出现的第二状态不同，和连接在电源(72)和电动机(28)之间的开关电路(60)，用于改变流过电动机(28)的电流极性，该开关电路(60)由单线接口(32)连接到远处布置的控制开关(SW1)，并且包括响应单线接口(32)状态改变的输入元件(76、78)，以改变流过电动机(28)的电流的极性，从而改变电动机(28)的旋转方向，因此当凸轮(42)改变转动方向时，就会颠倒焦角θ的扩大或减小方向。
2.根据权利要求1的聚焦调节装置，其特征在于，所述电动机(28)是直流电动机，且包括当远处布置的开关(SW1)处在打开位置(图6)并且电源(72)供电时，直流电动机(28)的两极(92、93)都连接地线(73)的电路。
3.根据权利要求1或2的聚焦调节装置，其特征在于，所述二极管(D3-D6)布置在直流电动机(28)的第一和第二极(92、93)和直流电源(72)之间以及在极(92、93)和地线(73)之间。
4.根据权利要求1、2或3的聚焦调节装置，其特征在于，所述输入元件包括一对线圈(76、78)，其中一个线圈(76)与电源(72)连接；另一个线圈(78)连接地线(73)，且这两个线圈(76和78)都直接与单线接口(32)连接，由此，单线接口(32)的状态变化使一个线圈(76或78)失能，而另一个保持被激励，每个线圈(76和78)都和与直流电动机(28)连接的二极开关(SW2或SW3)相连，并且这些线圈布置在地线(73)和电源(72)之间，当单线接口(32)的状态变化引起线圈(76、78)各自失能时，二极开关(SW2或SW3)各自改变连接情况，以改变通过直流电动机(28)的电流极性。
5.根据权利要求4的聚焦调节装置，其特征在于，所述保护二极管(D1，D2)布置在直流电源(72)和线圈(76、78)及单线接口(32)之间以及在地线(73)和单线接口(32)之间，以保护线圈(76、78)。
6.根据权利要求1、2、3、4或5的聚焦调节装置，其特征在于，所述开关电路(60)包括一双极单投双继电器(64)。
7.根据权利要求1、2、3、4、5或6的聚焦调节装置，其特征在于，所述灯架(10)是具有机身的直升机(10)或固定翼飞机(10)；其中探照灯(12)安装到直升机(10)或飞机(10)的机身外部，远处布置的开关(SW1)布置在机身(11)中，并且通过单线接口(32)与开关电路(60)连接。
全文摘要
探照灯的焦角θ通过控制开关控制双向聚焦调节凸轮的转向来缩小和扩大,该开关决定驱动凸轮的电动机的转向。电动机具有通过双极单投双继电器与直流电源或地线连接的第一和第二端子,双继电器改变极性及电动机的转向。双继电器通过相同的单线接口与控制开关连接。操纵控制开关可将双继电器中的线圈与电源或地线连接,引起通过电动机的电流极性的改变,从而改变探照灯中聚焦反射器的双向凸轮的转向,进而引起探照光束照亮区域大小的改变。
文档编号F21V14/00GK1350138SQ01102498
公开日2002年5月22日 申请日期2001年2月8日 优先权日2000年2月8日
发明者肯尼斯·J·弗里克, 戴维·门德斯 申请人:波音公司