БЛОК СВЕТОДЕЛИТЕЛЬНОЙ ПРИЗМЫ И ПРИБОРА С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ И СПОСОБ СБОРКИ ПОД ЮСТИРОВКУ ЭТОГО БЛОКА Российский патент 1998 года по МПК H04N9/93 

Заявляемое техническое решение относится к области видеотехники, в частности к передающим телевизионным камерам, содержащим более одного прибора с зарядовой связью (ПЗС), например, в цветном телевизионном вещании.

Известны передающие телевизионные камеры [1, 2], каждая из которых содержит три ПЗС, пространственное расположение которых по отношению к светоделительной призме и съемочной оптике задано с точностью, обеспечивающей требуемую четкость изображений и их совмещение. Эта четкость должна сохраняться в процессе эксплуатации камеры при воздействии на нее возможных механико-климатических факторов.

Требуемые точность и стабильность обеспечиваются технологическим процессом изготовления и юстировки оптико-механического комплекса, (ОМК) указанных камер [1, 2], финишной операцией в котором является фиксация ПЗС на светоделительной призме с помощью оптических или эпоксидных клеев, осуществляемая либо непосредственно на плоскости выходного окна, либо с использованием промежуточной детали, однако во всех случаях обеспечивающая жесткое неразъемное соединение ПЗС и светоделительной призмы.

Недостатком этой технологии оказывается практическая невозможность замены одного или более ПЗС, вышедших из строя по различным причинам, например, вследствие попадания в поле зрения камеры в процессе эксплуатации источников светового или иного излучения высокой интенсивности, а также вследствие технологического брака. В этих случаях, как правило, приходится заменять камеру или светоделительный блок с тремя ПЗС, стоимость которого в среднем составляет две трети от стоимости камеры.

Существуют методики замены ПЗС путем их сполировывания со светоделительной призмы, восстановления нарушенных покрытий плоскости выходного окна и установки новых ПЗС. Стоимость такого ремонта сравнима со стоимостью нового светоделителя, так как процесс восстановления весьма трудоемок, а его механизация и тем более автоматизация затруднены.

В качестве примера можно сослаться на камеру LDK-90 [1], в которой имеются светоделительная призма и три ПЗС, жестко зафиксированные непосредственно на плоскостях выходных окон светоделительной призмы с помощью технологии, которой присущи все упомянутые выше недостатки. При стоимости камеры примерно в 7500 условных единиц стоимость замены одного вышедшего из строя ПЗС обходится в 2000 условных единиц (методика ремонта освоена и обсчитана в АО ВНИИТР).

Из описания к европейскому патенту N 0342753 известен принимаемый за прототип блок светоделительной призмы и ПЗС, неподвижно соединенных друг с другом, с разъемным устройством, обеспечивающим это соединение [3]. Это разъемное устройство содержит неподвижную платформу, неразъемно скрепленную с поверхностью выходного окна светоделительной призмы, и подвижную платформу с закрепленным на ней ПЗС. Силовое замыкание между обеими платформами осуществляется упругими элементами, расположенными между ними. В качестве этих элементов техническое решение по европейскому патенту предлагает либо цилиндрическую пружину, либо трубчатые столбики из эластичного материала, либо эластичные прокладки. Эти элементы работают в схеме силового замыкания на расталкивание.

Такая конструкция блока светоделительной призмы и ПЗС позволяет юстировать положение ПЗС так, чтобы светочувствительная поверхность ПЗС могла бы быть точно установлена в фокальной плоскости светоделительной призмы, располагая при этом следующими степенями свободы:
- смещение фоточувствительной поверхности ПЗС вдоль оптической оси,
- поворот фоточувствительной поверхности ПЗС около двух осей координат, лежащих в фокальной плоскости светоделительной призмы, для компенсации перекоса любой из упомянутых плоскостей, то есть ее неперпендикулярности оптической оси светоделительной призмы.

Существенным недостатком блока светоделительной призмы и ПЗС по европейскому патенту [3] вслед за характером крепления неподвижной платформы к светоделительной призме является отсутствие трех степеней свободы подвижной платформы, несущей ПЗС, позволяющих произвести совмещение изображений двух и более ПЗС после замены одного и них, вышедшего из строя в процессе эксплуатации камеры. Имеются в виду следующие степени свободы:
- смещение фоточувствительной поверхности ПЗС параллельно самой себе вдоль двух осей координат, лежащих в фокальной плоскости;
- вращение фоточувствительной поверхности ПЗС около оптической оси без каких-либо иных перемещений.

Именно эти перемещения фоточувствительной поверхности ПЗС необходимы при замене одного из ПЗС, в то время как перемещения вдоль оптической оси и перекосы, как правило, не требуются, так как производственные допуски на геометрию ПЗС и деталей, соединяющих ПЗС со светоделительной призмой, обычно не превышают размера, соответствующего глубине резко изображаемого пространства в пространстве изображений.

Способ сборки под юстировку блока светоделительной призмы и ПЗС по европейскому патенту [3] сводится к подпружиненной стыковке подвижной платформы с неподвижной, юстировке положения подвижной платформы с закрепленным на ней ПЗС вдоль оптической оси и/или для компенсации перекоса фоточувствительной поверхности ПЗС в случае неперпендикулярности ее расположения по отношению к оптической оси. Конструкция устройства для установки ПЗС перед выходным окном светоделительной призмы не позволяет осуществлять перемещение ПЗС с его фоточувствительной поверхностью ни вокруг оптической оси, ни параллельно его боковым граням вдоль двух осей координат, лежащих в фокальной плоскости. Иными словами, исключаются юстировочные перемещения, требующиеся при замене ПЗС или при их первоначальной установке на светоделительной призме.

Целью заявляемого технического решения является создание такой конструкции устройства для установки ПЗС, которая бы существенно повышала ремонтоспособность блока при замене ПЗС и в то же время обеспечивала возможность как юстировки положения ПЗС для совмещения изображений, так и надежной фиксации ПЗС в отъюстированном положении. Для решения этой задачи следовало исключить клеевое крепление неподвижной платформы к поверхности выходного окна светоделительной призмы и обеспечить такое соединение между неподвижной и подвижной платформой, несущей на себе закрепленный на ней ПЗС, которое бы позволяло при сборке блока юстировать положение ПЗС путем смещения фоточувствительной поверхности ПЗС параллельно самой себе вдоль двух осей координат, лежащих в фокальной плоскости светоделительной призмы, а также путем вращения фоточувствительной поверхности ПЗС около оптической оси без каких-либо иных перемещений. Конструкция должна предусматривать средства фиксации отъюстированного положения ПЗС. Выполнение этой комплексной задачи обеспечивает значительное (примерно в сто раз) удешевление процесса замены вышедшего из строя ПЗС.

Для решения поставленной задачи клеевой контакт неподвижной платформы с поверхностью выходного окна светоделительной призмы заменяется прижимным, для чего конструкцией предусмотрены опорные элементы, устанавливаемые неподвижно на боковых гранях светоделительной призмы и разъемно стыкующиеся с неподвижной платформой. Силовое замыкание между неподвижной и подвижной платформами осуществляется на притягивание и реализуется с помощью плоской двухуровневой пружины, закрепленной на нижнем уровне на неподвижной, а на верхнем уровне подвижной платформе и стягивающей тем самым сопредельные плоскости обеих платформ друг с другом.

Для неподвижного крепления опорных элементов на боковых гранях светоделительной призмы выполнены пазы, в которых и закрепляются путем вклеивания опорные элементы - металлические вставки, выполненные из сплава с тепловым коэффициентом расширения, близким к тепловому коэффициенту расширения стекла призмы. К ряду таких сплавов относится, в частности, ковар. На указанных вставках устанавливается остальная часть устройства, несущие детали которого изготовлены из того же сплава. Устройство обеспечивает установку ПЗС с требуемой точностью и стабильностью.

Плоская двухуровневая пружина выполнена с отверстиями, расположенными на обоих уровнях. Диаметр отверстий на нижнем уровне больше диаметра предназначенных для них крепежных винтов более чем на шаг между центрами накопительных элементов в ПЗС, что позволяет юстировочно смещать положение ПЗС; до совмещения изображений.

Способ сборки под юстировку такого блока включает в себя жесткое закрепление опорных элементов в пазах светоделительной призмы, фиксацию крепежными винтами на опорных элементах неподвижной платформы закрепление крепежными винтами плоской двухуровневой пружины по верхнему уровню на подвижной платформе и по нижнему уровню на неподвижной платформе, причем для юстировки положения ПЗС относительно светоделительной призмы крепежные винты на нижнем уровне плоской двухуровневой пружины либо недозатягивают изначально, либо ослабляют, после чего положение подвижной платформы с закрепленной на ней платой ПЗС юстируют по отношению к неподвижной платформе, жестко связанной со светоделительной призмой, с помощью подсоединяемого к устройству микрометрического юстировочного механизма, а по окончании юстировки крепежные винты на нижнем уровне плоской двухуровневой пружины затягивают и тем самым фиксируют положение подвижной платформы, а микрометрический юстировочный механизм удаляют.

Технический результат от использования предлагаемого блока светоделительной призмы и прибора с зарядовой связью (ПЗС), а также от способа сборки этого блока под юстировку заключается в повышении ремонтоспособности блока. Замена вышедшего из строя ПЗС при реализации заявляемого предложения позволит избежать необходимости заново полировать поверхность выходного окна светоделительной призмы и покрывать эту поверхность слоем материала с определенными оптическими свойствами, поскольку разъемный прижимной контакт этой поверхности с устройством установки ПЗС сохраняет поверхность выходного окна в неповрежденном виде.

На фиг. 1 изображено разъемное установочное устройство, смонтированное над выходным окном светоделительной призмы; на фиг.2 - взаимное расположение деталей разъемного установочного устройства при его сборке.

ПЗС 1 жестко зафиксирован на плате 2, являющейся не только деталью разъемного установочного устройства, но и тепловым радиатором для ПЗС 1. Плата 2 жестко закреплена винтами 3 на подвижной платформе 4, которая стягивается плоской двухуровневой пружиной 5 с неподвижной платформой 6. По верхнему уровню плоская двухуровневая пружина 5 закреплена крепежными винтами 7 на подвижной платформе 4, а по нижнему уровню - крепежными винтами 8 на неподвижной платформе 6. При недозатянутых или ослабленных крепежных винтах 8 подвижная платформа 4 может скользить по неподвижной платформе 6 в пределах, задаваемых разницей диаметров отверстий, выполненных на нижнем уровне двухуровневой пружины 5, и крепежных винтов 8, посредством которых двухуровневая пружина соединена с неподвижной платформой 6. Диаметр отверстий больше диаметра крепежных винтов 8 и эта разница превышает шаг между центрами накопительных элементов в ПЗС 1. Неподвижная платформа 6 жестко крепится (резьба+штифтовка) крепежными винтами 9 к опорным элементам-вставкам 10, которые вклеены в пазы 11, выполненные в боковых гранях светоделительной призмы 12.

Подвижная платформа 4 выполнена в виде рамы, у которой на одной из наружных граней предусмотрены резьбовые отверстия 13 для стыковки со съемным микрометрическим механизмом юстировки. Резьбовые отверстия 13 позволяют установить на разъемные установочные устройства в цветовых каналах общий съемный микрометрический механизм юстировки взаимного расположения трех или иного числа ПЗС, этот механизм входит в состав стенда контроля совмещения изображений.

Один из ПЗС жестко закрепляется перед выходным окном светоделительной призмы и его положение относительно оси визирования камеры принимается за опорное. Крепежные винты 8 на остальных разъемных установочных устройствах ослабляются и с помощью микрометрического юстировочного механизма остальные ПЗС устанавливаются в требуемое положение по отношению к опорному с использованием контрольно-измерительной аппаратуры стенда. По окончании юстировки каждого ПЗС крепежные винты 8 затягивают и фиксируют, например, контровой краской. Сухое трение между платформами 4 и 6, обеспечиваемое упругостью плоской двухуровневой пружины 5, а также достаточное количество крепежных отверстий в этой пружине препятствуют взаимному сдвигу платформ 4 и 6 при фиксации положения плоской двухуровневой пружины 5 при этом стенд позволяет осуществлять текущий и финишный контроль положения ПЗС.

Заявляемые разъемное установочное устройство и способ сборки под юстировку блока светоделительной призмы и прибора с зарядовой связью (ПЗС) использованы в разработанной и испытанной камере цветного телевидения "Спектр-12" с тремя ПЗС. Ориентировочная оценка трудоемкости установки нового ПЗС в любом из каналов камеры позволяет считать, что при оптимальной организации труда и необходимом оснащении рабочего места стоимость ремонта не превысит 25 условных единиц, не считая стоимости самого ПЗС.

Использованные источники
1. LDK-90. Service Manual. Philips, 1991г.

2. AG455. Service Manual. Panasonic. 1991r.

3. Описание изобретения к европейскому патенту N 0342753, кл. H 04 N 9/097 (прототип).

Изобретение предлагается в применяемом в камерах цветного телевидения блоке светоделительной призмы и прибора с зарядовой связью (ПЗС) заменить клеевой контакт между выходным окном призмы и ПЗС прижимным с последующей после юстировки фиксацией, что достигается с помощью установочного устройства, состоящего, в частности, из опорных элементов, вклеиваемых в специально выполненные для этого пазы в боковых гранях призмы. К опорным элементам крепится неподвижная платформа, а к ней посредством двухуровневой плоской пружины подвижная платформа, несущая на себе плату ПЗС. Пружина крепится винтами по нижнему уровню к неподвижной, а по верхнему уровню к подвижной платформе. Винты по нижнему уровню проходят через отверстия, выполненные в пружине, диаметр которых позволяет при недозатягивании этих винтов варьировать положение подвижной платформы с закрепленной на ней платой ПЗС относительно неподвижной до совмещения получаемого изображения с изображением, воспроизводимым другим РЗС и принимаемым за опорное. По окончании указанной юстировки винты пружины на нижнем уровне затягиваются и фиксируются. Техническим результатом является то, что заявляемое изобретение позволяет существенно повысить ремонтоспособность указанного блока при выходе из строя прибора с зарядовой связью (ПЗС). 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Блок светоделительной призмы и прибора с зарядовой связью (ПЗС), неподвижно соединенных друг с другом, в передающей камере цветного телевидения с разъемным установочным устройством, обеспечивающим это соединение и содержащим неподвижную платформу и контактирующую с ней подвижную платформу с закрепленным на ней ПЗС при наличии пружинящего элемента, осуществляющего силовое замыкание между обеими платформами, отличающийся тем, что неподвижная платформа разъемно соединена с выходным окном светоделительной призмы посредством стыковки с опорными элементами, жестко закрепленными на светоделительной призме, а элемент, осуществляющий силовое замыкание между платформами, выполнен в виде плоской двухуровневой пружины, закрепленной на нижнем уровне на неподвижной, а на верхнем уровне - на подвижной платформе и стягивающей тем самым сопредельные плоскости обеих платформ друг с другом, причем плоская двухуровневая пружина выполнена с отверстиями, расположенными на обоих уровнях, а диаметр отверстий на нижнем уровне больше диаметра проходящих через них крепежных винтов более чем на шаг между центрами накопительных элементов в ПЗС. 2. Блок по п. 1, отличающийся тем, что светоделительная призма выполнена с пазами на ее боковых гранях для закрепления в этих пазах опорных элементов. 3. Способ сборки под юстировку блока светоделительной призмы и прибора с зарядовой связью (ПЗС), включающий стыковку неподвижной платформы с поверхностью выходного окна светоделительной призмы, соединение неподвижной и подвижной платформ силовым замыканием между ними, юстировочное смещение подвижной платформы относительно неподвижной и с последующей фиксацией отъюстированного положения, отличающийся тем, что при сборке блока под юстировку производят жесткое закрепление опорных элементов в пазах светоделительной призмы, фиксацию крепежными винтами на опорных элементах неподвижной платформы, закрепление крепежными винтами плоской двухуровневой пружины по верхнему уровню на подвижной платформе и по нижнему уровню на неподвижной платформе, закрепление крепежными винтами платы ПЗС на подвижной платформе, причем для юстировок положения ПЗС относительно светоделительной призмы крепежные винты на нижнем уровне плоской двухуровневой пружины либо недозатягивают изначально, либо ослабляют, после чего положение подвижной платформы с закрепленной на ней платой ПЗС юстируют по отношению к неподвижной платформе, жестко связанной со светоделительной призмой, с помощью подсоединяемого к устройству микрометрического юстировочного механизма, а по окончании юстировки крепежные винты на нижнем уровне плоской двухуровневой пружины затягивают и тем самым фиксируют положение подвижной платформы, а микрометрический юстировочный механизм удаляют.