Бинокль со стабилизацией изображения

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, связано со стабилизацией оптического изображения наблюдаемых объектов в оптических приборах, работающих на подвижном основании, и предназначено для создания телескопических наблюдательных систем типа бинокль. Техническая задача изобретения, - повышение качества визуально-оптического наблюдения при наличии внешних угловых колебаний корпуса бинокля, например вследствии тремора рук, при неограниченном времени наблюдения. Для решения поставленной задачи предлагается бинокль со встроенной в него системой стабилизации, содержащий корпус 1 с установленными в нем двумя телескопическими системами, каждая из которых содержит объектив 2, оборачивающую систему 5, окуляр 7 и систему стабилизации изображения, которая состоит из жестко закрепленного в корпусе гиротахометра 8, электрически связанного с соответствующими усилителями и приводами подвижных оптических элементов 3, 4, закрепленных в упругих подвесах 10, и источник питания 18. Подвижные оптические элементы 3, 4 выполнены в виде пары зеркал, последовательно установленных по ходу луча и расположенных таким образом, что плоскости, содержащие падающий и отраженный лучи и нормаль к отражающей поверхности каждого из зеркал, взаимно перпендикулярны, т.е. подвижные зеркала образуют аналог призмы БМ-90-90. Ось подвеса первого по ходу луча зеркала 3 параллельна одной из осей чувствительности гиротахометра 8, а ось подвеса второго 4 из пары подвижных зеркал перпендикулярна плоскости, в которой расположены взаимно перпендикулярные оси чувствительности гиротахометра 8. Сущность изобретения заключается в том, что оси чувствительности гиротахометра ориентированы относительно осей подвеса подвижных зеркал таким образом, что суммарное движение изображения наблюдаемого в бинокль объекта представляет собой сумму взаимно-перпендикулярных движений с равными коэффициентами оптического наблюдения, а именно 1 : 2 относительно зеркал 3, 4 по обоим направлениям. 2 ил.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, связано со стабилизацией оптического изображения наблюдаемых объектов в оптических приборах, работающих на подвижном основании, и предназначено для создания телескопических наблюдательных систем типа бинокль.

Известно устройство (а.с. СССР N 1312509, кл. G 02 B 23/00, 1987) - бинокль, содержащий два оптических канала с приемными элементами и систему стабилизации изображения, включающую гидромотор, закрепленный в подшипниках в корпусе бинокля, приемные элементы в каналах выполнены в виде зеркал в общей оправе, установленной с возможностью качания в вертикальной плоскости, чувствительный элемент гидромотора выполнен двухстепенным с вертикальной осью процессии и введена рычажная передача с соотношением 1 2, соединяющая рамку чувствительного элемента гидромотора с оправкой, причем горизонтальная ось качания гидромотора расположена перпендикулярно осям оптических каналов.

Недостатком такого технического решения является то, что поскольку система стабилизации выполнена по схеме силовой стабилизации, т.е. гироскопический стабилизационный элемент кинематически связан с подвижным зеркалом, то при больших увеличениях и сохранении показателя пригодности к сумеречному зрению (величина диаметра выходного зрачка не менее 3 мм при увеличении не менее 16 крат) приводит к возрастанию габаритов оптической системы, а соответственно, и гироскопического стабилизационного устройства и его энергопотребления. Кроме того, время наблюдения с этим устройством ограничивается 3 5 мин из-за ухода гироскопа (явление, связанное с влиянием вращения Земли на работающий гироскоп). Для перевода линии визирования с одного объекта на другой гироскопический стабилизационный элемент каждый раз арретируется, что также является одним из недостатков аналога, а наличие нутационных колебаний гироскопического стабилизационного элемента (И.В. Одинцова, Г.Д. Блюмин, А. В. Карпухин и др. Теория и конструкция гироскопических приборов и систем. Высшая школа, 1971 г. стр. 70), при наличии кинематической связи с оптическим элементом приводит к тому, что изображение смазывается, теряя детали, а соответственно, снижается и контраст изображения, т.е. качество изображения, которое еще больше снижается при возрастании габаритов оптических элементов при данном техническом решении.

Наиболее близким по технической сущности к упредлагаемому устройству является выбранный в качестве прототипа бинокль. (Патент России N 2002287, 1993, G 03 B 23/00), содержащий корпус, две телескопические системы, в каждой из которых имеется объектив, окуляр, неподвижное зеркало, закрепленное в корпусе, и подвижное зеркало, установленное в рамке упругого подвеса, снабженного упругими элементами по внутренней и наружной осям подвеса, расположенным в плоскости, перпендикулярной оси визирования, которая совпадает с оптической осью телескопической системы. Система стабилизации изображения бинокля состоит из гироскопического стабилизационного элемента, источника питания и двух датчиков момента, установленных по внутренней и наружной осям подвесов. Первый и второй выходы стабилизационного гироскопического элемента через усилители мощности подключены, соответственно, к первому и второму входам датчиков моментов.

Устройство имеет следующий принципиальный недостаток: изобретение касается подвижного зеркала, помещенного в упругий подвес, состоящий из рамки и упругих элементов, расположенных по внутренней и наружной осям подвеса, и предопределяет выполнение конструкции подвижного зеркала в виде карданного механизма. Это приводит к неравенству передаточных чисел относительно осей подвеса подвижного зеркала, так как на основании закона отражения (Справочник конструктора оптико-механических приборов Под ред. В.А. Панова, Машиностроение, 1980, с. 742, 125) для наклонного зеркала по одной координате, относительно которой происходит изменение угла между падающим лучом и нормалью зеркала, это составит 1 2, а по другой, относительно которой угол между падающими лучом и нормалью зеркала постоянный, но происходит вращение плоскости отражения это составит 1 1, при условии наличия внешних колебаний. При таком решении произойдет суммарное смещение изображения в результате сложения двух его движений, а именно линейного и кругового перемещения его в плоскости изображений, а это приведет к некомпенсируемому расхождению осей в телескопической бинокулярной системе (т.е. бинокле).

Технической задачей, решаемой изобретением, является повышение качества визуально-оптического наблюдения при наличии внешних угловых колебаний корпуса бинокля (например, вследствие наличия тремора рук) при неограниченном времени наблюдения.

Для решения поставленной задачи предлагается бинокль, содержащий корпус с установленными в нем двумя телескопическими системами, каждая из которых содержит объектив, оборачивающую систему, окуляр и систему стабилизации изображенния, которая состоит из жестко закрепленного в корпусе гиротахометра, электрически связанного с соответствующими усилителями и приводами подвижных оптических элементов, закрепленных в упругих подвесах, и источника питания. От прототипа предлагаемый биноклю отличается тем, что подвижные оптические элементы выполнены в виде пары зеркал, последовательно установленных по ходу луча и расположенных таким образом что плоскости, содержащие падающий и отраженный лучи и нормаль к отражающей поверхности каждого из зеркал, взаимно перпендикулярны. Ось подвеса первого по ходу лучей зеркала параллельна одной из осей чувствительности гиротахометра, ось подвеса второго из пары подвижных зеркал перпендикулярна плоскости, в которой расположены взаимно перпендикулярные оси чувствительности гиротахометра.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что оси чувствительности гиротахометра чувствительного элемента стабилизации бинокля ориентированы относительно соей подвеса подвижных зеркал таким образом, что суммарное движение изображения наблюдаемого в бинокль объекта представляет собой сумму двух взаимно перпендикулярных движений с равным коэффициентом оптического наблюдения, а именно 1 2 по обоим направлениям, то есть по осям X и Y, что в конечном итоге в отличие от известных аналогов и прототипа не приводит к расхождению оптических осей пары телескопических систем в пространстве изображений.

На фиг. 1 представлена аксонометрическая проекция бинокля с системой стабилизации изображения; на фиг. 2 оптическая часть системы стабилизации изображения.

Бинокль с системой стабилизации изображения содержит корпус 1, в котором установлены две телескопические системы, формирующие прямое изображение. Каждая телескопическая система состоит из объектива 2, двух подвижных зеркал 3 и 4, последовательно установленных по ходу луча после объектива 2. Плоскости отражения зеркал 3 и 4 расположены таким образом, что плоскости, содержащие отраженный и падающий лучи и нормаль каждого из зеркал, взаимноперпендикулярны, т.е. отражающие поверхности зеркал 3 и 4 образуют аналог призмы БМ-90-90 (фиг. 2). Оптические элементы 3 и 4 вместе со следующей за ними по ходу луча призмой 5 типа БМ-90-90 (фиг. 2) образуют оборачивающую систему, работающую относительно хода луча как призменная оборачивающая система типа Порро второго рода (см. /4/ с. 190, рис. 4.27б). Далее по ходу луча следует ромб-призма 6 (см. /4/ с. 172 ромб БС-0) и окуляр 7. Измерительный чувствительный элемент 8, в качестве которого может быть рекомендован роторный вибрационный гиротахометр РВГ, серийно выпускаемый ОКБ "ТЕМП" (г. Арзамас), жестко укрепленный, на корпусе 1 бинокля таким образом, что ось 9 упругого подвеса 10 (фиг. 2) жестко связанного с зеркалом 3, параллельна оси чувствительности гиротахометра. Ось 11 упругого подвеса 12 (фиг. 2), жестко связанного с зеркалом 4, перпендикулярна плоскости, в которой расположены взаимно перпендикулярные оси (X и Y) чувствительности гиротахометра 8. Подвижные зеркала 3 и 4 приводятся в движение электромагнитными приводами 13 и 14. Электрические выходы гиротахометра 8, соответствующие его осям чувствительности X и Y, через соответствующие измерительные усилители 15 и 16, усилители мощности 17 подключены к соответствующим приводам 13, 14, осуществляющим путем приведения в движение зеркал 3, 4 стабилизацию изображения, компенсируя таким образом влияние внешних угловых колебаний корпуса 1 бинокля. Измерительные усилители 15 и 16 и усилители мощности 17 укреплены в корпусе 1 бинокля. В качестве усилителя мощности может быть использован интегральный усилитель 140УД8, а в качестве измерительного усилителя 153УД16. Источник питания 18 (например 2СГ1.6) крепится либо на корпусе 1 бинокля, либо в собственном выносном корпусе. В качестве источника питания, необходимого для функционирования гиротахометра, электрических приводов, а также усилителей могут быть использованы любые типы как встроенных, так и внешних источников питания, имеющих соответствующие выходные характеристики.

Система стабилизации изображения бинокля работает следующим образом. При воздействии на корпус 1 бинокля внешних угловых колебаний, например, возникающих вследствие тремора рук наблюдателя, чувствительный элемент, например гиротахометр 8, жестко связанный с корпусом 1 бинокля и ориентированный таким образом, что ось 9 упругого подвеса 10, жестко связанного с зеркалом 3 параллельна оси чувствительности X (фиг. 2) гиротахометра 8. Ось 11 упругого подвеса 12, жестко связанного с зеркалом 4, перпендикулярна плоскости, в которой расположены взаимно перпендикулярные оси (X и Y) чувствительности гиротахометра 8 (фиг. 2). Гиротахометр 8 вырабатывает электрические сигналы, пропорциональные первой производной от угловых колебаний корпуса 1 бинокля. Сигналы с чувствительного элемента гиротахометра 8 поступают на входы измерительных усилителей 15 и 16, в которых сигналы усиливаются пропорционально угловым возмущениям корпуса бинокля относительно осей X и Y. С выхода усилителей 15 и 16 сигналы поступают на вход усилителей мощности 17, в которых производится преобразование этих сигналов по мощности в вид, необходимый для электрических приводов 13 и 14, обеспечивающих поворот зеркал 3 и 4 на углы, необходимые для компенсации сдвига изображения наблюдаемого объекта, вызванного угловыми колебаниями корпуса 1 бинокля в руках наблюдателя.

Таким образом, изобретение по сравнению с прототипом обеспечивает высокое качество визуально-оптического наблюдения при наличии внешних угловых колебаний его корпуса благодаря системе подвижных зеркал, закрепленных в упругих подвесах. Предложено такое взаимное расположение осей чувствительности измерительного чувствительного элемента и осей подвеса зеркал, которое сохраняет первоначальное положение поля наблюдения, т.е. обеспечивает стабилизацию изображения.

Формула изобретения

Бинокль со стабилизацией изображения, содержащий корпус с укрепленными в нем двумя телескопическим системами, каждая из которых содержит объектив, оборачивающую систему, включающую в себя подвижное зеркало с приводами, установленное в упругом подвесе, и окуляр, а также жестко закрепленный в корпусе гиротахометр, электрически соединенный с соответствующими последовательно соединенными усилителями и приводами подвижного зеркала, и источник питания, отличающийся тем, что в каждую телескопическую систему введено второе подвижное зеркало с приводом, установленное в упругом подвесе за первым подвижным зеркалом, причем первое и второе подвижные зеркала установлены таким образом, что плоскости, содержашие падающий и отраженный лучи и нормаль к отражающей поверхности каждого из зеркал, взаимноперпендикулярны, ось подвеса первого по ходу лучей зеркала параллельна одной из осей чувствительности гиротахометра, а ось подвеса второго подвижного зеркала перпендикулярна плоскости, в которой расположены взаимноперпендикулярные оси чувствительности гиротахометра, причем гиротахометр дополнительно соединен с соответствующими последовательно соединенными введенными усилителями и приводами вторых подвижных зеркал.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2