УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ ОКУЛЯРАМИ Российский патент 1998 года по МПК G02B7/12 

Изобретение относится к области оптико-механического приборостроения и может быть использовано в биноклях дневного и ночного видения, очках ночного видения, бинокулярных системах наведения, бинокулярных микроскопах и т.п. приборах.

Известны устройства наблюдения [1-6], среди которых есть двухканальные конструкции (изображение формируется для каждого глаза в своем канале - например, бинокли) [1, 2, 5], а также устройства, в которых одно изображение рассматривается двумя глазами для повышения комфортности оператора (псевдобинокулярные системы) [3, 4, 6]. В таких устройствах появляется необходимость изменения расстояния между окулярами, поскольку расстояние между центрами глаз у разных наблюдателей колеблется в определенных пределах. Эта задача решается различными путями. Так, конструкция многих биноклей [1, 2] представляет собой два оптических канала, заключенные в корпуса-тубусы, связанные между собой. При этом расстояние между окулярами может регулироваться с помощью шарнирного устройства [1], либо с помощью зубчатой передачи [2] . Такие устройства регулирования расстояния между окулярами известны и распространены. При регулировании межокулярного расстояния с помощью устройств, описанных в [1, 2], не происходит поворота изображения вокруг оптической оси, а плавность и обусловливаемая ею точность регулирования удовлетворительны. Однако эти решения применимы только для бинокулярных приборов, в которых каждый канал наблюдения представляет собой отдельную зрительную трубу, а также для псевдобинокулярных приборов при наличии оптического шарнира. Наличие же оптического шарнира увеличивает массогабаритные характеристики прибора, а также повышает трудоемкость его изготовления.

Известны и другие способы регулирования расстояния между окулярами. Так, в [3, 4], в частности в псевдобинокулярных системах, регулирование межокулярного расстояния осуществляется посредством параллельного скользящего движения окуляров непосредственно с помощью рук, либо возвратно-поступательным перемещением промежуточных механизмов, например кареток. Такие устройства обеспечивают параллельное перемещение окуляров, однако при этом требуемую плавность и обусловленную ею точность регулировки либо невозможно обеспечить, либо этого можно достичь за счет высокой точности изготовления и качества обработки узлов и деталей механизма регулирования, т.е. за счет повышения трудоемкости его изготовления. Кроме того, при такой конструкции трудно обеспечить уплотнение внутренней полости оптического прибора.

Известны перемещения окуляров, работа которых основана на преобразовании вращательного движения в поступательное [5, 6]. Такие механизмы обеспечивают требуемую плавность перемещения и точность регулирования межокулярного расстояния, однако они сложны, громоздки за счет использования системы рычагов, перемещающихся стержней, монтируемых непосредственно внутри корпуса прибора, трудоемки в изготовлении и отладке, при этом трудно решается задача надежного уплотнения внутренней полости прибора.

перечисленные недостатки присущи и наиболее близкому аналогу - устройству регулирования расстояния между окулярами в бинокулярных системах наведения, заявка ФРГ N 0 3309082 [6].

Это устройство позволяет осуществить точную и плавную регулировку межокулярного расстояния за счет закрепленных на корпусе прибора с возможностью поворота двухуголковых рычагов, взаимодействующих с корпусами окуляров. Движение корпусов окуляров происходит за счет скольжения кронштейнов корпусов по направляющим планкам, выполненным в корпусе прибора. При этом для ограничения движения корпусов окуляров, иного чем возвратно-поступательное в одной плоскости, плечи рычагов снабжены пазами, взаимодействующими со штифтами, закрепленными в корпусах окуляров.

Задачей изобретения является создание простого в изготовлении и эксплуатации устройства регулирования расстояния между окулярами малогабаритного наблюдательного прибора, обеспечение возможности надежного и простого уплотнения его внутренней полости при перемещении окуляров с сохранением плавности их перемещения и обусловленной ею точности регулировки межокулярного расстояния.

Сформулированную задача предлагается решить конструктивным выполнением устройства регулирования расстояния между окулярами, содержащего корпуса окуляров, несущую панель окуляров с направляющими планками бокового возвратно-поступательного движения корпусов окуляров, рычаг поворота, а также взаимодействующие друг с другом паз и штифт для каждого окуляра.

В предлагаемом устройстве рычаг выполнен в виде упора, взаимодействующего с соответствующим ему корпусом окуляра, паз выполнен в форме дуги, обращенной вогнутой частью к окуляру, касательная к которой в любой ее точке составляет с прямой, соединяющей точку касания с центром поворота рычага, угол, отличный от прямого, и размещен на упоре или на несущей панели, а взаимодействующий с ним штифт при этом расположен соответственно на несущей панели или на упоре. Дуга в частном случае может быть дугой окружности.

Места расположения пазов и штифтов определяют два варианта исполнения устройства регулирования расстояния между окулярами. В первом варианте паз расположен на несущей панели, а штифт в упоре, во втором - паз расположен в упоре, на стороне его, обращенной к несущей панели, а штифт - на встречном по отношению к пазу месте несущей панели. Возможно выполнение устройства регулирования односторонним, только для одного окуляра, когда только он снабжается упором, пазом и штифтом, а другой окуляр остается неподвижным. Такое выполнение устройства возможно, но менее предпочтительно, т.к. в этом случае диапазон перемещения одного окуляра должен быть в два раза больше для обеспечения необходимого изменения межокулярного расстояния.

На фиг. 1 изображен вид прибора с устройством регулировки межокулярного расстояния со стороны окуляров того варианта исполнения, когда паз выполнен на несущей панели окуляров, а штифт - на крышке, который может быть снабжено устройство; на фиг. 2 - то же с альтернативным расположением пары "паз-штифт"; на фиг. 3 - сечение А-А окулярной части прибора по варианту 1; на фиг. 4 - то же, по варианту 2; на фиг. 5 - внутренняя часть конструкции прибора (вид Б фиг. 3 и 4), где видны элементы механизма перемещения окуляров; на фиг. 6, 7 варианты выполнения крышек в соответствии с фиг. 1, 2. Пунктиром отмечена зона перемещения корпусов окуляров.

Устройство регулирования расстояния между окулярами содержит смонтированные на несущей панели 1 корпуса левого 2 и правого 3 окуляров, установленных с крышками 4, 5, затянутыми прижимными резьбовыми кольцами 6, 7. Кольца не обязательно должны быть резьбовыми. По существу эти кольца должны фиксировать крышку в определенном положении, что обеспечивается также стопорными винтами, стопорным кольцом и т.п. Усилие прижима должно обеспечить плавное перемещение корпусов окуляров с крышками по панели. Это усилие определяется профилями эластичного уплотнительного кольца, канавки под это кольцо и допустимым зазором между крышкой и панелью. Зазор, в свою очередь, является расчетной величиной, зависящей от допуска на параллельность оптических осей бинокля и наклон изображения, а также от геометрических параметров конструкции. На крышках 4, 5 для удобства их поворота выполнены рычаги поворота корпусов окуляров в виде упоров (упора) 8, 9. Возможен вариант выполнения устройства регулирования, когда боковые стенки крышки выполнены достаточно широкими, чтобы на торцевой периферийной части ее расположить паз либо штифт, а упоры при этом будут иметь форму насечки (накатки) на внешней боковой поверхности крышки.

На несущей панели 1 (фиг. 1) выполнены радиальные канавки - пазы 10, 11, имеющие форму дуги, обращенной вогнутой частью к окуляру. Пазы на плоскости несущей панели расположены таким образом, что касательная к дуге паза в любой ее точке составляет с прямой, соединяющей точку касания с центром поворота рычага, угол α , отличный от прямого. Это позволяет обеспечить условие, в соответствии с которым расстояние от точки на дуге в ее начале M до центра поворота рычага в среднем положении окуляра будет увеличиваться ( α >90^o), либо уменьшаться ( α <90^o) по отношению к такому же расстоянию в точке N в конце дуги. Изменение этого расстояния при перемещении штифта по пазу от точки M до точки N и обеспечивает перемещение окуляра в каком-либо требуемом направлении. При α >90^o и перемещении штифта от точки M до точки N (поворот по часовой стрелке) корпус левого окуляра 2 будет перемещаться в сторону от корпуса правого окуляра, при α <90^o и повороте по часовой стрелке корпус окуляра 2 будет перемещаться в сторону правого окуляра 3. Ширина и глубина паза определяются размерами штифта и требуемыми усилиями для перемещения окуляров, место расположения паза выбирается, исходя из реальной конструкции прибора, а форма и длина дуги определяются габаритами прибора, диапазоном перемещения окуляров и диктуемым соображениями эргономики и определяемым эмпирическим путем коэффициентом преобразования вращательного движения рычага поворота в линейное движение корпуса окуляра. Эти данные могут быть получены эмпирическим путем, простыми инженерными расчетами, либо при использовании современных методов конструирования с помощью компьютерной графики. Так, для реальной конструкции фиг. 1, 6 дуга имеет форму дуги окружности, центр которой смещен от среднего положения оси окуляра по горизонтали на 3,5 мм, по вертикали на 12 мм, а радиус окружности паза составляет 25 мм. Возможны конструкции и с другими размерами. Прорабатывался вариант выполнения устройства регулирования межокулярного расстояния, когда габариты прибора не лимитированы. В этом случае паз может быть выполнен в виде дуги с большим радиусом кривизны вплоть до ∞ . Кроме того, форма дуги паза может быть частью не окружности, а кривой иного порядка. Это более сложный случай расчета и конструирования узла регулирования межокулярного расстояния.

При предъявлении же требований обеспечения минимальных размеров узла перемещения, который должен вписаться в жесткие рамки минимальных габаритов наблюдательного прибора, должны быть выполнены следующие условия:
- угол α между касательной к любой точке дуги и прямой, соединяющей точку касания с центром поворота рычага, меньше 90^o, тогда при вращении крышки 4 по часовой стрелке расстояние между окулярами уменьшается, при вращении против часовой стрелки - возрастает (при равных углах поворота крышки). При отсутствии указанных требований возможна альтернативная зависимость, при этом возрастают габариты узла перемещения окуляров;
- паз 10 представляет собой дугу окружности, что дополнительно упрощает изготовление этого узла.

При этом размеры узла перемещения окуляров определяются следующими факторами:
- диаметром корпуса окуляра 2;
- размерами узла уплотнения (диаметром крышки 4);
- углом поворота рычага, определяемым их эргономических соображений, а также требуемой плавностью перемещения окуляров.

На фиг. 2 показан вариант выполнения пазов 10, 11 (показано пунктиром) на самих крышках 4, 5, для чего упоры 8, 9 могут быть выполнены более широкими, с большей торцевой поверхностью.

Напротив пазов 10, 11 с возможностью скольжения в них установлены штифты 12, 13. В варианте 1 штифты запрессованы в упоры 8, 9 крышек 4, 5, в то время как на фиг. 1 штифты показаны запрессованными в несущую панель 1. Выбором материала деталей может определиться место их расположения. Так, в случае выполнения крышек 4, 5 из пластмассы, а несущей панели 1 из металла штифты следует установить на панели. Кроме того, запрессовка штифтов 12, 13 в несущую панель 1 и соответственно выполнение пазов в упорах крышек 4, 5 (фиг. 2, 4) исключает попадание грязи в паз в процессе эксплуатации прибора.

На фиг. 3, 4 показано сечение А-А окулярной части прибора. Окуляры 2, 3 заключены в корпуса 14, 15, а в крышках 4, 5 с целью уплотнения полости прибора могут быть предусмотрены эластичные кольца 16, 17, 18, 19, например, круглого сечения.

На фиг. 5 показан вид Б прибора со съемной неокулярной частью, например оптико-электронным блоком в приборе ночного видения, раскрывающий внутреннюю часть конструкции устройства регулирования расстояния между окулярами. Изображены направляющие планки 20, 21 для боковой подвижки корпусов 14, 15 окуляров 2, 3, определяющие траекторию их движения.

На фиг. 5 видно также, что в несущей панели выполнены окна 22, 23, размеры которых вдоль движения окуляров определены требуемым диапазоном регулирования. Пунктирной линией отмечено среднее положение окуляров.

Устройство работает следующим образом. Наблюдатель, пользующийся оптическим бинокулярным прибором, в случае необходимости приведения межокулярного расстояния в соответствии с межзрачковым (базой глаз), вращает крышки 4, 5, обе вместе или каждую в отдельности, держась за упоры 8, 9. При этом штифты 12, 13, находясь в зацеплении с пазами 10, 11 и взаимодействуя с ними в процессе поворота крышек, скользя по пазам как по направляющим, подтягивают за собой корпуса 14, 15 окуляров 2, 3. Направляющие планки 20, 21 при этом ограничивают движение корпусов 14, 15, определяя им направление движения. Тем самым крышки 4, 5, корпуса 14, 15 окуляров и сами окуляры 2, 3 совершают поступательное движение вдоль направляющих 20, 21, изменяя межокулярное расстояние.

Предлагаемая конструкция устройства регулировки очень проста, надежна, не требует громоздких рычагов поворота и не занимает внутреннего объема прибора. За счет преобразования вращательного движения в поступательное перемещение окуляров является плавным, что и обеспечивает минимальную погрешность установки окуляров по базе глаз наблюдателя.

Использование в качестве приводного элемента крышки, которая может быть снабжена уплотнительными элементами, например, эластичными кольцами, обеспечивает возможность сохранения герметизации внутренней полости прибора в процессе перемещения окуляров, что часто является необходимым требованием работоспособности прибора. Требуемое усилие прижима крышек 4, 5 к несущей панели 1 может быть обеспечено затягиванием резьбовых колец 8, 7 или другим способом.

Использованные источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1242891, кл. G 02 B 7/12, 1984.

2. Заявка Японии N 52-2301, кл. G 02 B 7/12, 1977.

3. OE REPORTS, April 1991 N 9. Image intensifyind with niht vision goggles: spesial features and optomechanical design.

4. Заявка ФРГ N OS 3406003, кл. G 02 B 7/12, 1984.

5. Заявка Франции N 2458824, кл. G 02 B 7/12, 1981.

6. Заявка ФРГ N OS 3309082, кл. G 02 B 7/12, 1983.

Использование: область оптико-механического приборостроения, в частности бинокулярные и псевдобинокулярные приборы наблюдения. Сущность: устройство для регулирования расстояния между окулярами содержит корпуса окуляров, их несущую панель с направляющими, рычаги поворота, выполненные в виде упоров, взаимодействующую пару "паз-штифт", один из элементов которого размещен на панели, а другой - в упоре, причем паз выполнен в виде дуги, обращенной вогнутой стороной к окуляру, касательная к любой точке которой составляет с прямой, соединяющей точку касания с центром поворота рычага, угол, отличный от прямого. 1 с. и 1 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Устройство регулирования расстояния между окулярами, содержащее установленные в окнах несущей панели корпуса окуляров, один из которых снабжен направляющей планкой, рычаг, установленный с возможностью поворота, паз и взаимодействующий с ним штифт, отличающееся тем, что рычаг выполнен в виде упора, взаимодействующего с соответствующим ему корпусом окуляра, паз выполнен в форме дуги, обращенной вогнутой частью к окуляру, касательная к которой в любой ее точке составляет с прямой, соединяющей точку касания с центром поворота рычага, угол, отличный от прямого, и размещен на упоре или на несущей панели, а взаимодействующий с ним штифт при этом расположен соответственно на несущей панели или на упоре. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что паз выполнен в виде дуги окружности.