УСТРОЙСТВО НАБЛЮДЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК G02B23/14 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к наблюдательным приборам, комбинированным наблюдательно-фотографическим, наблюдательно-телевизионным и приборам наблюдения при пониженной освещенности.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является конструкция дефектоскопа ПДК-60 (см. Дефектоскоп ПДК-60. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. 1960г.), содержащего объективную часть с отклоняющими зеркалами, лампой подсветки, объективом, коллективом, системой раздвижных оправ переменной длины, среднюю часть с оборачивающей системой, снабженной механизмом фокусировочной подвижки, окулярную часть с отклоняющим зеркалом, узлом оптических клиньев, снабженных механизмом управления, экраном, окулярной лупой.

Оптическая система данного прибора позволяет получать на экране изображения предметов, расположенных на двух конкретных расстояниях от объектива с четырьмя различными увеличениями и соответственно четырьмя линейными полями зрения. Изображение предметов на экране рассматривается оператором через окулярную лупу. При получении на экране изображения с малыми увеличениями и большими линейными полями зрения для его просмотра окулярной лупой с меньшим линейным полем зрения используется сканирующее устройство в виде узла вращающихся оптических клиньев, с помощью которого можно последовательно рассматривать изображение за пределами поля зрения лупы.

К недостаткам данного прибора можно отнести:
- расчет его оптической системы на работу в конкретных условиях и привязку всей конструкции к вполне определенному оборудованию;
- фиксированный набор увеличений и трудоемкий переход от одного к другому, включающий установку и фиксацию в определенном положении раздвижных оправ и фокусировку оборачивающей системы;
- раздельное управление сменой увеличения, фокусировкой и механизмом сканирования;
- неудобство управления механизмом сканирования вследствие занятости обеих рук оператора;
- трудоемкость перехода от одного участка изображения к другому при сканировании.

Технической задачей данного изобретения является расширение тактико-технических возможностей и удобства работы с прибором.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве наблюдения, содержащем оптическую широкоугольную систему и расположенные за ней сканирующее и приемное устройства, применен панкратический объектив, расположенный между сканирующим и приемным устройствами, у которого при установленном минимальном фокусном расстоянии размер линейного поля в передней фокальной плоскости равен размеру линейного поля совмещенной с ним задней фокальной плоскости оптической системы, а размер линейного поля в задней фокальной плоскости панкратического объектива равен диаметру входной части приемного устройства, применено сканирующее устройство, состоящее из зеркала, закрепленного с возможностью наклона в двух плоскостях в сферическом шарнире, содержащем корпус, втулку, пружину, поводок, шарнирный рычаг, рабочая сферическая поверхность которого контактирует с краем цилиндрического отверстия корпуса, а край отверстия втулки, подпружиненной относительно фланца шарнирного рычага, контактирует со вспомогательной сферической поверхностью корпуса, причем обе сферические поверхности имеют общий центр, совпадающий с отражающей поверхностью зеркала и осями шарнирного рычага и поводка, который закреплен на шарнирном рычаге перпендикулярно его оси и расположен в пазу корпуса, препятствуя развороту зеркала вокруг оси шарнирного рычага.

применен единый орган управления (ЕОУ), ось которого соединена с рычажным механизмом и сферическим шарнирным четырехзвенником,
применен редуктор, содержащий два конических зубчатых колеса, одно из которых соединено с шарнирным четырехзвенником, а второе соединено с кулачковым элементом панкратического объектива,
применен рычажный механизм, расположенный между ЕОУ и сканирующим устройством, состоящий из двух соединенных шарнирных параллелограммов, вращающихся вокруг общей оси, образованной тремя сферическими шарнирами, причем один из этих шарниров и принадлежащий ему рычаг являются общими для обоих параллелограммов, рычаг одного из которых соединен кинематической парой четвертого рода с шарнирным рычагом сканирующего устройства, а тяга другого соединена с осью ЕОУ кинематической парой четвертого рода с устройством выбора люфта, состоящим из толкателя и пружины,
применен механизм ограничения диапазона сканирования, расположенный между редуктором и ЕОУ, состоящий из фланца, закрепленного на оси ЕОУ, винтового механизма и расположенного внутри него сферического шарнирного четырехзвенника, состоящего из крестовины, оси которой соединены шарнирно с двумя вилками, одна из которых соединена с осью ЕОУ, а другая с осью зубчатого колеса редуктора, винтовой механизм состоит из неподвижной втулки и расположенной внутри нее с возможностью винтообразного перемещения подвижной втулки с пазом, внутри которого расположен поводок, закрепленный на оси зубчатого колеса, соединенного с вилкой сферического шарнирного четырехзвенника.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается применением панкратического объектива, единого органа управления устройством, редуктора, рычажного механизма, механизма ограничения диапазона сканирования, состоящего из специального фланца, винтового механизма и сферического шарнирного устройства, состоящего из зеркала, закрепленного с возможностью наклона в двух плоскостях в сферическом шарнире, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "новизна".

Изделие соответствует критерию "существенные отличия", т.к. проведенный анализ в данной области техники не обнаружил аналогичных решений.

На фиг. 1 показана принципиальная схема заявленного устройства наблюдения.

На фиг.2 показана схема устройства отключения механизма ограничения диапазона сканирования.

На фиг.3 показана схема изменения величины сканирования в зависимости от изменения поля зрения.

На фиг. 4 показан механизм фиксации начального положения наблюдения и юстировки зеркала сканирующего устройства.

Устройство наблюдения (фиг. 1) состоит из оптической системы 1, сканирующего устройства 2, приемного устройства 3, панкратического объектива 4, зеркала 5, единого органа управления 6, редуктора 7, рычажного механизма 8, механизма ограничения диапазона сканирования 9.

Сканирующее устройство состоит из зеркала 10, корпуса 11 со сферой 12 и пазом 13, втулки 14, пружины 15, шарнирного рычага 16 со сферической поверхностью 17, поводка 18.

Рычажный механизм состоит из одинаковых сферических шарниров 19, 20, 21, рычагов 22,23,24, тяг 25, 26, одинаковых цилиндрических шарниров 27, 28, 29, 30, двух кинематических пар четвертого рода 31 и 32, устройства выбора люфта 33, содержащего толкатель 34 и пружину 35.

Механизм ограничения диапазона сканирования состоит из сферического шарнирного четырехзвенника 36, винтового механизма 37, и фланца 38; сферический шарнирный четырехзвенник состоит из вилки 39, вилки 40, крестовины 41 с четырьмя одинаковыми цилиндрическими шарнирами 42; винтовой механизм состоит из втулки 43 с пазом 44, поводка 45, неподвижной втулки 46.

Редуктор состоит из конических зубчатых колес 47 и 48.

Панкратический объектив состоит из кулачкового элемента 49, снабженного пазами 50, 51 и индексом 52, корпуса 53, снабженного шкалой 54, неподвижных оптических компонентов 55, 56, подвижных оптических компонентов 57, 58 с поводками 59, 60.

Втулка винтового механизма имеет цилиндрическое отверстие 61 (фиг.4).

Устройство отключения механизма ограничения диапазона сканирования 9 состоит из корпуса 62 (фиг.2), фиксатора 63, отверстий в неподвижной втулке 64, поводков 65.

Единый орган управления 6 (фиг.1) соединен через сферический шарнирный четырехзвенник 36 механизма ограничения диапазона сканирования 9 и редуктор 7 с панкратическим объективом 4, а с помощью рычажного механизма 8 со сканирующим устройством 2.

На рычаге 16 сканирующего устройства 2 закреплено зеркало 10, поводок 18 и на его конце расположено цилиндрическое отверстие кинематической пары 31, а его сферическая поверхность 17 прижата к краю отверстия корпуса 11 пружиной 15 и втулкой 14, контактирующей со сферической поверхностью 12. Вращение зеркала 10 вместе с рычагом 16 вокруг его оси исключается поводком 18, входящим в паз 13 корпуса 11.

Рычаг 16 имеет возможность наклона в двух плоскостях относительно общего центра концентрических сферических поверхностей 12 и 17 и с этим центром совпадает отражающая поверхность зеркала 10. В рычажном механизме 8 тяга 25 вместе с рычагами 22 и 23 и шарнирами 27, 28 и 19, 20 образует первый шарнирный параллелограмм, имеющий общий сферический шарнир 20 и рычаг 23 со вторым шарнирным параллелограммом, состоящим из тяги 26, рычагов 23, 24, шарниров 29, 30 и 20,21. Сферические шарниры 19,20,21 расположены на одной оси, что позволяет передавать наклоны рычагов 23, 24 рычагу 22 не только в плоскости параллелограммов, но и перпендикулярно ей с передаточным отношением 1: 1. Рычаг 22 снабжен сферическим наконечником, принадлежащим кинематической паре 31. Передаточное отношение от единого органа управления 6 к рычагу 22 определяется отношением размеров Б и В, а передаточное отношение от рычага 22 к зеркалу 10 определяется отношением размеров Г и Д, где Б - расстояние от центра вращения сферического шарнирного четырехзвенника 36 до центра сферы кинематической пары 32.

В - расстояние от центра сферы кинематической пары 32 до оси центров сферических шарниров 19, 20, 21.

Г - расстояние от оси центров сферических шарниров 19, 20, 21 до центра сферического наконечника, принадлежащего кинематической паре 31.

Д - расстояние от центра сферического наконечника, принадлежащего кинематической паре 31, до оптической оси панкратического объектива.

На оси единого органа управления 6 закреплены неподвижно вилка 39, фланец 38, сфера кинематической пары 32, поджатая толкателем 34 с помощью пружины 35 к цилиндрической поверхности кинематической пары 32 тяги 26. На оси зубчатого колеса 47, расположенной внутри втулок 43, 46, закреплена неподвижно вилка 40 и поводок 45, входящий в паз 44 втулки 43. Крестовина 41 соединена цилиндрическими шарнирами 42 с вилками 39, 40. Зубчатое колесо 48 редуктора 7 соединено с кулачковым элементом 49, закрепленным с возможностью вращения на корпусе 53. Поводки 59, 60 закреплены на оправах подвижных оптических компонентов 57, 58, проходят через продольный паз корпуса 53 и расположены в криволинейных пазах 50, 51 кулачкового элемента 49.

Вращение ЕОУ 6 вокруг его оси независимо от его наклона относительно центра сферического шарнирного четырехзвенника 36 передается с необходимым передаточным отношением кулачковому элементу 49, который, воздействуя краями криволинейных пазов 50 и 51 на поводки 59,60, перемещает по определенному закону подвижные оптические компоненты 57, 58 относительно неподвижных оптических компонентов 55, 56, изменяя тем самым фокус панкратического объектива 4. При этом величина разворота ЕОУ 6 пропорциональна фокусу панкратического объектива 4 и соответственно полю его зрения и величине зазора А между торцем втулки 43 и фланцем 38, закрепленным на оси ЕОУ 6, которая в свою очередь определяет угол возможного наклона α ЕОУ относительно центра сферического шарнирного четырехзвенника 36 и связанный с ним диапазон сканирования зеркала 10 сканирующего устройства 2. Суть работы механизма ограничения диапазона сканирования заключается в том, что при любом увеличении, создаваемом панкратическим объективом при сканировании, просматривается все изображение, создаваемое оптической широкоугольной системой 1, и при этом край этого изображения не заходит в поле зрения приемного устройства 3.

Механизм ограничения диапазона сканирования 9 и механизм панкратического объектива 4 взаимодействуют определенным образом так, что крайнее нижнее положение втулки 43 соответствует минимальному фокусу панкратического объектива и максимальному его полю, а крайнее верхнее - максимальному фокусу и соответственно минимальному его полю.

В начальном положении наблюдения, соответствующем минимальному фокусу панкратического объектива, при котором наклон единого органа управления 6 исключен действием механизма ограничения диапазона сканирования 9, зеркало 10 сканирующего устройства 2 занимает среднее положение, при котором оптическая ось системы 1 совпадает с оптической осью панкратического объектива 4 (фиг.3а).

Для точной и удобной юстировки среднего положения зеркала 10, соответствующего начальному положению наблюдения, необходима фиксация ЕОУ 6. Для этого во втулке 43 предусматривают отверстие 61 (фиг.4) небольшой глубины с диаметром, точно соответствующим наружному диаметру фланца 38 и небольшими фасками для удобного сочленения указанных диаметров.

Работа оператора осуществляется в следующем порядке.

ЕОУ устанавливают начальное положение наблюдения, когда при минимальном увеличении и минимальном фокусе панкратического объектива (фиг.1) на приемное устройство проецируется все изображение, создаваемое оптической системой прибора, а затем по мере необходимости можно более крупным планом проецировать и выводить на приемное устройство части этого изображения (фиг. 3б).

Устройство работает следующим образом.

Широкоугольная оптическая система создает в задней фокальной плоскости Х-Х (фиг.1) изображение диаметром X'-X', которое с помощью сканирующего устройства 2 может перемещаться в этой плоскости. Поворотом ЕОУ 6 вокруг его оси до упора при помощи шкалы 54 и индекса 52 устанавливается минимальный фокус панкратического объектива 4. При этом механизм ограничения диапазона сканирования 9 полностью исключает возможность наклона ЕОУ 6, т.к. втулка 43 занимает крайнее нижнее положение, при котором фланец 38 входит в ее отверстие, следовательно, исключен и наклон зеркала 10 относительно его среднего положения и оптические оси панкратического объектива 4 и оптической системы 1 совпадают. В этом случае диаметр линейного поля панкратического объектива 4 в передней его фокальной плоскости Х-Х равен X'-X', т.е. совпадает по диаметру с изображением, а т.к. оптические оси тоже совпадают, то все изображение, создаваемое системой 1, будет проецироваться панкратическим объективом на входной диаметр приемного устройства 3. При этом величина сканирования равна 0 (фиг.3а). Приемное устройство воспринимает максимальное по полю с наименьшим увеличением изображение. Отклонение (сканирование) зеркала 10 (фиг. 1) в этом случае привело бы к срезанию изображения на входе приемного устройства.

При необходимости получения на приемном устройстве изображения крупным планом поворотом ЕОУ вокруг его оси устанавливается необходимый фокус панкратического объектива при помощи шкалы 54 и индекса 52 и наклоном ЕОУ осуществляется перемещение в нужном направлении изображения, создаваемого на входном диаметре приемного устройства. Линейное поле панкратического объектива 4 при этом в передней его фокальной плоскости уменьшается и панкратический объектив воспринимает лишь часть всего изображения, создаваемого оптической системой 1, а механизм ограничения диапазона сканирования создает возможность наклона зеркала 10 ровно настолько, чтобы край изображения, создаваемого оптической системой 1, не попадал в уменьшенное поле зрения панкратического объектива и при сканировании не происходило бы срезание изображения на приемном устройстве (фиг. 3б). Достигается это тем, что в зависимости от установленного фокуса панкратического объектива и связанного с ним уменьшения его входного поля втулка 43 (фиг.4) поднимается и создает такой зазор А между ее торцем и фланцем 38, который позволяет наклонять ЕОУ и связанное с ним зеркало 10 на угол, при котором осуществляется полное сканирование всего изображения и одновременно отсутствует его срезание.

При установке в панкратическом объективе 4 (фиг.1) максимального фокусного расстояния приемное устройство 3 воспринимает минимальное по полю и максимальное по увеличению изображение и диапазон сканирования при этом максимальный (фиг.3в).

Иногда при работе с прибором возникает необходимость отключения механизма ограничения диапазона сканирования.

Для этого применяют устройство, показанное на фиг.2, в котором втулка 46 помещена в неподвижный корпус 62 с возможностью подвижки вдоль оси зубчатого колеса 47. Втулка 46 имеет два фиксированных положения, устанавливаемых с помощью фиксатора 63 и отверстий 64.

Нижнее ее положение соответствует включенному механизму ограничения диапазона сканирования, а верхнее положение - отключенному. Продольная подвижка втулки 46 из одного положения в другое происходит совместно с втулкой 43 с помощью поводков 65, выведенных через пазы корпуса 62 наружу. Паз 44 втулки 43 при этом имеет большую длину с учетом независимой подвижки втулок 43 и 46.

Таким образом, предлагаемое устройство наблюдения по сравнению с прототипом обеспечивает значительное расширение тактико-технических возможностей, позволяющих получить изображение с различными увеличениями и при этом возможность просматривать все поле зрения. Значительно повышается удобство работы с устройством за счет применения единого органа управления, панкратического объектива, сканирующего устройства оригинальной конструкции, механизма ограничения диапазона сканирования.

Кроме того, данное изобретение позволяет повысить качество изображения за счет повышения разрешающей способности по краю поля зрения, что достигается в результате введения в конструкцию устройства отключения механизма ограничения диапазона сканирования.

Изобретение относится к комбинированным устройствам фото- и телерегистрации и приборам ночного видения. Устройство наблюдения содержит широкоугольную оптическую систему, сканирующее устройство, выполненное в виде зеркала, закрепленного в сферическом шарнире, панкратический объектив, приемное устройство, единый орган управления, связанный с рычажным механизмом, редуктор и механизм ограничения диапазона сканирования. Устройство позволяет получать изображения с различными увеличениями и при этом просматривать все поле зрения, а также обеспечивает многофункциональное управление устройством одной рукой. Обеспечивается расширение тактико-технических возможностей и удобство работы. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство наблюдения, содержащее оптическую широкоугольную систему и размещенные за ней сканирующее и приемное устройства, отличающееся тем, что устройство снабжено панкратическим объективом, размещенным между сканирующим и приемным устройствами, сканирующее устройство выполнено в виде зеркала, закрепленного с возможностью наклона в двух плоскостях в сферическом шарнире, содержащем корпус, втулку, пружину, поводок, шарнирный рычаг, рабочая сферическая поверхность которого контактирует с краем цилиндрического отверстия корпуса, а край отверстия втулки, подпружиненный относительно фланца шарнирного рычага, установлен с возможностью контактирования со вспомогательной сферической поверхностью корпуса, причем обе сферические поверхности установлены с общим центром, совпадающим с отражающей поверхностью зеркала и осями шарнирного рычага и поводка, который закреплен на шарнирном рычаге перпендикулярно к его оси и размещен в пазу корпуса, а также снабжен единым органом управления, ось которого соединена с рычажным механизмом и сферическим шарнирным четырехзвенником, снабжен редуктором, соединяющим звено шарнирного четырехзвенника и привод объектива, размещенный между единым органом управления и сканирующим устройством, выполненным из двух шарнирно соединенных параллелограммов, установленных с возможностью поворота вокруг общей оси, проходящей через центры трех сферических шарниров, причем один из этих шарниров установлен на общем для параллелограммов рычаге, при этом один из рычагов соединен кинематической парой четвертого рода с шарнирным рычагом сканирующего устройства, а тяга другого соединена с осью единого органа управления кинематической парой четвертого рода с устройством выбора люфта, выполненного в виде толкателя и пружины, устройство снабжено также механизмом ограничения диапазона сканирования, размещенным между редуктором и единым органом управления, выполненным в виде фланца, закрепленного на оси единого органа управления, винтового механизма и размещенного внутри него сферического шарнирного четырехзвенника, выполненного в виде крестовины, оси которой соединены шарнирно с двумя вилками, одна из которых соединена с осью единого органа управления, а другая - с осью зубчатого колеса редуктора, винтовой механизм выполнен из неподвижной втулки и размещенной внутри нее с возможностью винтообразного перемещения втулки с пазом, внутри которого размещен поводок, закрепленный на оси зубчатого колеса, соединенного с вилкой сферического шарнирного четырехзвенника. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено устройством отключения механизма ограничения диапазона сканирования, включающим неподвижный корпус с двумя продольными пазами, на котором закреплен фиксатор, и винтового механизма, в котором внутренняя втулка выполнена с удлиненным продольным пазом, а наружная втулка установлена с возможностью осевого перемещения внутри отверстия корпуса и снабжена закрепленными на ней поводками, проходящими наружу сквозь пазы корпуса и в ней выполнены два отверстия для обеспечения фиксации. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что торец внутренней втулки винтового механизма выполнен с отверстием с размером, совпадающим с размером диаметра фланца единого органа управления. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что редуктор выполнен в виде пары конических зубчатых колес.