БИНОКЛЬ Российский патент 1997 года по МПК G02B23/00 G02B23/02 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, связано со стабилизацией поля зрения и предназначено для использования в монокулярах, бинокулярах, псевдобинокулярах и тому подобных наблюдательных устройствах большой краткости при работе с рук.

Известны устройства (Бабаев А.А. Амортизация, демпфирование и стабилизация бортовых оптических приборов, Л. Машиностроение, 1984), объектив, окуляр, неподвижное зеркало, закрепленное в корпусе, упругий подвес, содержащий рамку и упругие элементы по внутренней и наружной осям подвеса, расположенным в плоскости, перпендикулярной оси визирования, подвижное зеркало, гироскопический стабилизационный элемент, соединенный передачами 1:1 и 1:2 с подвижным зеркалом и закрепленный в корпус, устройство арретирования и источник питания.

Недостаток подобного устройства состоит в невысоком качестве изображения. Изображение смазывается из-за наличия механической связи между гироскопическим стабилизационным элементом и подвижным зеркалом. Механическая связь гироскопического стабилизационного элемента с подвижным зеркалом имеет малую величину плеч и недостаточно точна. Определенные затруднения вызывает реализация устройства арретирования и сложность компоновки устройства.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство (патент RU N 2002287, G 02 B 23/00, 1993), выбранное за прототип и содержащее корпус с укрепленными в нем двумя телескопическими системами, каждая из которых содержит объектив, окуляр, неподвижное зеркало, закрепленное в корпусе, упругий подвес, содержащий рамку и упругие элементы по внутренней и наружной осям подвеса, расположенным в плоскости, перпендикулярной оси визирования, подвижное зеркало, установленное за рамки упругого подвеса, первый и второй датчики момента, установленные соответственно по внутренней и наружной осям подвеса, первый и второй усилители мощности, гироскопический стабилизационный элемент, выполненный в виде закрепленного в корпусе роторного вибрационного гиротахометра, первая и вторая оси чувствительности которого параллельны соответственно внутренней и наружной осям подвеса, его первый и второй выходы через первый и второй усилители мощности подключены к входам соответственно первого и второго датчиков момента и источник питания.

У известного устройства также невысокое качество и изображения из-за того, что частотные характеристики роторного вибрационного гиротахометра и датчиков момента не сопряжены между собой, так как роторный вибрационный гиротахометр и датчики моментов имеют различную физическую реализацию. Указанное обстоятельство приводит к смазыванию изображения.

Технической задачей изобретения является обеспечение стабилизации поля зрения с высоким качеством изображения за счет сопряжения частотных характеристик гиротахометра и датчиков момента.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в устройство, содержащее корпус с укрепленными в нем двумя телескопическими системами, каждая из которых содержит объектив, окуляр, неподвижное зеркало, закрепленное в корпусе, упругий подвес, содержащий рамку и упругие элементы по внутренней и наружной осям подвеса, расположенным в плоскости, перпендикулярной оси визирования, подвижное зеркало, установленное в рамке упругого подвеса, первый и второй датчики момента, установленные соответственно по внутренней и наружной осям подвеса, первый и второй усилители мощности, гироскопический стабилизационный элемент, выполненный в виде закрепленного в корпусе роторного вибрационного гиротахометра, первая и вторая оси чувствительности которого параллельны соответственно внутренней и наружной осям подвеса, его первый и второй выходы через соответственно первые входы первого и второго усилителей мощности соединены со входами соответственно первого и второго датчиков момента, источник питания, введены последовательно включенные мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, вычислитель, цифроаналоговой преобразователь, фильтр и фазосдвигающее устройство, причем первый и второй входы мультиплексора соединены соответственно с первым и вторым выходами роторного вибрационного гиротахометра первой телескопической системы, а третий и четвертый входы мультиплексора соединены соответственно с третьим и четвертым выходами роторного вибрационного гиротахометра второй телескопической системы, второй выход вычислителя подключен ко второму входу фазосдвигающего устройства и к пятому входу мультиплексора, первый и второй выходы фазосдвигающего устройства подключены соответственно ко вторым входам первого и второго усилителей мощности первой телескопической системы, а третий и четвертый выходы фазосдвигающего устройства подключены соответственно ко вторым выходам первого и второго усилителей мощности второй телескопической системы.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена функциональная схема одной из двух телескопических систем и введены следующие обозначения: 1 корпус; 2 объектив; 3 окуляр; 4 неподвижное зеркало; 5 подвижное зеркало; 6 рамка упругого подвеса; 7 упругие элементы внутренней оси; 8 - упругие элементы наружной оси; 9 источник питания; 10 гироскопический стабилизационный элемент; 11, 12 первый и второй датчики момента; 13, 14 - первый и второй усилители мощности; 15 мультиплексор; 16 аналого-цифровой преобразователь; 17 вычислитель; 18 цифроаналоговый преобразователь; 19 - фильтр; 20 фазосдвигающее устройство; OX, OY, OZ координатные оси; XX - внутренняя ось упругого подвеса; YY наружная ось упругого подвеса.

Предлагаемое устройство содержит две телескопические системы, одна из которых приведена на фиг. 1 и содержит корпус 1, объектив 2, окуляр 3 и неподвижное зеркало 4, закрепленное в корпусе 1, подвижное зеркало 5, помещенное в упругий подвес, состоящий из рамки 6 и упругих элементов 7 и 8, расположенных по внутренней оси XX и по наружной оси YY соответственно. По внутренней и наружной осям подвеса установлены первый 11 и второй 12 датчики момента. Входы первого и второго датчиков момента через первые входы первого 13 и второго 14 усилителей мощности подключены к первому и второму выходам гироскопического элемента 10, выполненного в виде роторного вибрационного гиротахометра соответственно. Роторный вибрационный гиротахометр 10 размещен в корпусе 1 так, что его первая ОХ и вторая OZ оси чувствительности располагаются в плоскости, перпендикулярной линии визирования. Внутренняя ось XX подвеса совпадает с первой осью чувствительности ОХ роторного вибрационного гиротахометра 10. Мультиплексор 15, аналого-цифровой преобразователь 16, вычислитель 17, цифроаналоговый преобразователь 18, фильтр 19 и фазосдвигающее устройство 20 представляют собой цель из последовательно включенных элементов. Первый и второй выходы мультиплексора 15 подключены соответственно к первому и второму выходам роторного вибрационного гиротахометра первой телескопической системы, а третий и четвертый входы мультиплексора 15 подключены соответственно к третьему и четвертому выходам роторного вибрационного гиротахометра 10 второй телескопической системы (на чертеже не показана). Роторный вибрационный гиротахометр 10 является общим для двух телескопических систем. Второй выход вычислителя 17 подключен ко второму выходу фазосдвигающего устройства 20 и к пятому входу мультиплексора 15; первый выход фазосдвигающего устройства 20 подключен ко второму входу первого усилителя мощности 13 первой телескопической системы. Второй выход фазосдвигающего устройства 20 подключен ко второму входу второго усилителя мощности 14 первой телескопической системы. Третий и четвертый выходы фазосдвигающего устройства 20 подключены ко вторым входам усилителей мощности второй телескопической системы соответственно. Устройство снабжено источником питания.

В постоянное запоминающее устройство вычислителя 17 введены цифровые данные, характеризующие частотную характеристику датчиков момента 11 и 12 первой телескопической системы, и данные датчиков второй телескопической системы. Частотные характеристики датчиков момента указаны в их паспортах.

Устройство работает следующим образом.

Вследствие дрожания (тремора) рук наблюдателя при работе с биноклем последний подвержен колебаниям. Колебания корпуса 1 бинокля передаются роторному вибрационному гиротахометру 10.

Так, колебания корпуса 1 вокруг оси XX приведут к появлению электрического сигнала с первого выхода роторного вибрационного гиротахометра 10. Величина этого сигнала будет пропорциональна угловой скорости поворота корпуса 1.

Упомянутый сигнал поступает на первый вход мультиплексора 15, который работает как коммутатор, последовательно переключая первый, второй, третий и четвертый выходы роторного вибрационного гиротахометра 10 ко входу аналого-цифрового преобразователя 16. Сигнал переключения мультиплексора 15 формируется вычислителем 17 и поступает на пятый вход мультиплексора 15. Условия формирования сигнала переключения мультиплексора 15 вычислителем 17 будут описаны ниже. Аналого-цифровой преобразователь 16 оцифровывает уровни аналогового сигнала кодами с выбранным дискретом. Аналоговый сигнал, поступающий с выходов роторного вибрационного гиротахометра 10, можно рассматривать как стационарный случайный процесс, так как сигнал полностью удовлетворяет свойствам этого процесса (Бендат Дж. Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных, М. Мир, 1989). Оцифрованные кодами значения аналогового сигнала в течение времени от двух до четырех секунд поступают на вход вычислителя 17, который может быть реализован на базе микроЭВМ 5025 PC разработки фирмы OSTAGON SYSTEMS. Вычислитель 17 производит статистическую обработку сигнала. В данном случае вычисляется спектральная плотность (спектр мощности). Соответствующие алгоритмы вычисления реализуются программой вычислителя 17. При вычислениях используются данные частотной характеристики датчика момента 11. Вычисленное таким образом цифровое значение спектральной плотности преобразуются с помощью цифроаналогового преобразователя 18 в сигнал, который представляет собой напряжение соответствующего уровня. С цифроаналогового преобразователя 18 сигнал в виде напряжения поступает на вход фильтра 19, который задает полосу пропускания сигнала в диапазоне от 0,5 до 1,0 Гц, убирая, таким образом, всплески и провалы напряжения, которые могут появиться вследствие электрических помех. Сигнал с фильтра 19 поступает на вход фазосдвигающего устройства 20, которое запоминает уровень сигнала. Этот уровень сигнала изменяет параметр фазосдвигающего устройства 20 (например, произведение R и С). Сигнал, сформированный фазосдвигающим устройством 20, поступает на второй вход усилителя мощности 13 и изменяет его частотную характеристику таким образом, что сигнал с первого выхода роторного вибрационного гиротахометра 10 изменяет свою форму на выходе усилителя мощности 13 и становится по своим частотным характеристикам близким к характеристикам датчика момента 11.

После чего, вычислитель 17 переключит мультиплексор 15 и фазосдвигающую цепочку. При этом через мультиплексор 15 на вход вычислителя 17 поступит сигнал со второго выхода роторного вибрационного гиротахометра 10, а фазосдвигающая цепочка изменит режим работы второго усилителя мощности 14. Процедура работы аналого-цифрового преобразователя 16, вычислителя 17, цифроаналогового преобразователя 18, фильтра 19 и фазосдвигающей цепочки 20 аналогична вышеизложенной.

Обработка сигналов с третьего и четвертого выходов роторного вибрационного гиротахометра 10 аналогична обработке сигналов с первого и второго выходов.

По окончании обработки сигналов с выходом роторного вибрационного гиротахометра 10 вычислитель 17 устанавливается в режим наблюдения, а усилители мощности в режимы, обеспечивающие сопряжение частотных характеристик роторного вибрационного гироскопа 10 и датчиков момента 11, 12.

Сигнал, пройдя первый усилитель мощности 13, поступит на вход датчика момента 11, который повернет подвижное зеркало 5 с той же скоростью, с которой двигался корпус 1, но в противоположном направлении.

В результате подвижное зеркало 5 повернется относительно корпуса 1 на угол, равный углу увода линии визирования. При этом сохраняется первоначальное положение поля наблюдения. Таким образом, произойдет компенсация угловых колебаний бинокля относительно оси XX, перпендикулярной линии визирования.

Аналогичная картина произойдет при колебаниях корпуса 1 вокруг оси YY, также перпендикулярной линии визирования. Зеркало 5 будет поворачиваться вокруг оси YY посредством датчика 12 моментов по сигналу, снимаемому со второго выхода роторного вибрационного гиротахометра 10. В итоге сохраняется первоначальное положение поля наблюдения. Зеркало 5 будет отрабатывать угловые колебания корпуса 1.

Бинокль последовательно работает в двух режимах: статистическая обработка сигналов с выходом роторного вибрационного гиротахометра 10 и наблюдение. Время действия режимов заносится пользователем в оперативную память вычислителя 17.

Использование: в приборостроении, относится к визуальным приборам большой кратности для наблюдения объектов в видимом диапазоне спектра излучения при работе с рук и может быть использовано яхтсменами, пограничниками, охот- и рыбнадзором, орнитологами, служебной береговой охраной в условиях подвижного основания при работе в руках оператора без применения специальных штативов. Сущность изобретения: с целью повышения качества изобретения при наличии угловых возмущений, вызванных дрожанием рук оператора, за счет сопряжения частотных характеристик роторного вибрационного гидротахометра 10 и датчиков момента 11, 12 в известное устройство введены элементы статической обработки сигналов роторного вибрационного гидротахометра, содержащие последовательно соединенные мультиплексор 15, аналого-цифровой преобразователь 16, вычислитель 17, цифроаналоговый преобразователь 18, фильтр 19 и фазосдвигающее устройство 20. Результат вычислений изменяет частотную характеристику усилителей мощности, которые управляют датчиками момента. 1 ил.

Бинокль, содержащий корпус с укрепленными в нем двумя телескопическими системами, каждая из которых содержит объектив, окуляр, неподвижное зеркало, закрепленное в корпусе, упругий подвес, содержащий рамку и упругие элементы по внутренней и наружной осям подвеса, расположенным в плоскости, перпендикулярной оси визирования, подвижное зеркало, установленное в рамке упругого подвеса, первый и второй датчики момента, установленные соответственно по внутренней и наружной осям подвеса, первый и второй усилители мощности, гироскопический стабилизационный элемент, выполненный в виде закрепленного в корпусе роторного вибрационного гиротахометра, первая и вторая оси чувствительности которого параллельны соответственно внутренней и наружной осям подвеса, его первый и второй выходы через соответственно первые входы первого и второго усилителей мощности соединены с входами соответственно первого и второго датчиков момента, источник питания, отличающийся тем, что в него введены последовательно включенные мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, вычислитель, цифроаналоговый преобразователь, фильтр и фазосдвигающее устройство, причем первый и второй входы мультиплексора соединены соответственно с первым и вторым выходами роторного вибрационного гиротахометра первой телескопической системы, а третий и четвертый входы мультиплексора соответственно с третьим и четвертым выходами роторного вибрационного гиротахометра второй телескопической системы, второй выход вычислителя подключен к второму входу фазосдвигающего устройства и пятому входу мультиплексора, первый и второй выходы фазосдвигающего устройства подключены соответственно к вторым входам первого и второго усилителей мощности первой телескопической системы, а третий и четвертый выходы фазосдвигающего устройства соответственно к вторым входам первого и второго усилителей мощности второй телескопической системы.