БИНОКУЛЯРНАЯ СИСТЕМА СО СТАБИЛИЗАЦИЕЙ ИЗОБРАЖЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК G02B23/18 G02B27/64 

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

Известны системы стабилизации, использующие как гироскоп, так и инерционный принцип. Из наиболее близких - патент РФ №2136030, заявитель ОАО “ЗОМЗ”, с использованием инерционного способа стабилизации и устройством управления панорамированием на основе кольцевой магнитной системы.

Недостатком данной системы является неидентичность характеристик стабилизации по осям подвеса (по вертикали и по горизонтали). Причина различий характеристик стабилизации по различным осям заключается в существенном различии моментов инерции подвижной системы по осям подвеса, с одной стороны, и геометрической изотропности кольцевой магнитной системы, с другой стороны. Такое соотношение параметров устройства приводит к различию частотных характеристик стабилизатора при колебаниях корпуса относительно различных осей, а также не позволяет достичь одинаковых значений коэффициента демпфирования колебаний по различным осям. Решение проблемы за счет выравнивания моментов инерции подвижной системы приводит к значительному увеличению массы и габаритов прибора.

Технической задачей, решаемой изобретением, является создание простой системы стабилизации, имеющей небольшие габариты и массу и обеспечивающей идентичность характеристик стабилизатора для различных направлений колебания корпуса.

Для решения задачи предлагается бинокулярная система со стабилизацией изображения, содержащая два объектива, два окуляра, карданов подвес, подвижную инерционную систему, состоящую из призменных оборачивающих блоков, симметрично расположенных на внешнем кольце карданова подвеса посредством монолитной рамки, консоли с пластинами двух типов, по крайней мере по одной каждого типа, причем пластины первого типа выполнены из немагнитного материала с малым удельным электрическим сопротивлением, а пластины второго типа выполнены из магнитомягкого материала и балансировочного груза, закрепленного с противоположной от консоли стороны на внешнем кардановом кольце.

Устройство управления подвижной системой выполнено на основе магнитной системы, содержащей по меньшей мере два магнитных элемента, разделенных воздушным промежутком таким образом, что две оси симметрии магнитной системы ортогональны главным осям инерции инерционной подвижной системы. Сущность изобретения заключается в том, что подвижная инерционная система, включающая в себя оборачивающие блоки, укрепленные на кардановом подвесе, представляет собой развязанную с корпусом инерционную систему, посредством консоли с установленными на ней пластинами двух типов, управляемую магнитной системой, закрепленной на корпусе. Моменты инерции подвижной части устройства относительно осей подвеса различаются весьма существенно (в три раза и более), так как одна из главных осей проходит через оборачивающие блоки, а относительно другой главной оси оборачивающие блоки вынесены на расстояние, примерно равное половине расстояния между осями объективов. Устройство управления подвижной инерционной системой необходимо для обеспечения панорамирования корпусом в процессе наблюдения. Оно выполнено на основе магнитной системы, состоящей из двух магнитных элементов, разделенных воздушным промежутком, таким образом, что оси симметрии магнитной системы ортогональны главным осям инерции подвижной системы. Такая геометрически неизотропная магнитная система позволяет получить существенно различную по осям упругость магнитной пружины и за счет этого скомпенсировать влияние неизотропности моментов инерции подвижной системы на характеристики системы. Воздушный промежуток между магнитными элементами выбирается таким образом, чтобы достигалось условие равенства резонансных частот устройства при колебаниях относительно различных осей ; где I₁, I₂ - моменты инерции подвижной системы относительно главных осей инерции подвижной системы, μ₁, μ₂ - коэффициенты упругости магнитной пружины относительно этих же осей.

Для усиления эффективности успокоителя колебаний каждый магнитный элемент соединен с замыкателем из магнитомягкого материала, охватывающим пластину первого типа. Замыкатели концентрируют магнитное поле рассеяния магнитных элементов в пластине первого типа, что позволяет получить необходимые диссипативные свойства устройства управления подвижной системой.

Для регулирования окуляров по базе глаз наблюдателя в воздушном промежутке перед каждым окуляром установлена ромб-призма с возможностью совместного вращения вместе с окуляром вокруг оси, параллельной продольной оси прибора.

На чертеже можно видеть бинокулярную систему со стабилизацией изображения, состоящую из двух объективов (1), двух подвижных ромб-призм (2), двух окуляров (3), карданова подвеса, включающего в себя внешнее кардановое кольцо (4), внутреннее кардановое кольцо (5), опору (6), закрепленную на корпусе бинокулярной системы, подшипников (7), подвижной инерционной системы, образованной двумя блоками оборачивающей системы (8), (например, призмами Пехана), установленными на монолитной рамке (9), закрепленной на внешнем кардановом кольце (4), консоли (13), пластины (14), выполненной из материала, имеющего малое электрическое сопротивление (например, алюминия), пластины (15), выполненной из магнитомягкого материала (например, малоуглеродистой стали), балансировочного груза (10); магнитной системы, состоящей из по крайней мере двух магнитных элементов (11), разделенных воздушным промежутком, магнитных замыкателей (12).

Устройство управления подвижной инерционной системой сочетает в себе магнитную пружину и успокоитель колебаний на вихревых токах. Основой магнитной пружины и успокоителя колебаний является магнитная система из двух магнитных элементов (11), например, в виде постоянных магнитов, имеющих форму прямого параллелепипеда, с воздушным промежутком между ними, закрепленная на корпусе бинокулярной системы. Консоль (13) одним концом закреплена на внешнем кардановом кольце (4), которое выполняет роль основания, объединяющего элементы подвижной инерционной системы. На свободном конце консоли укреплены пластины (14, 15).

Прибор работает следующим образом. При колебаниях корпуса прибора в процессе наблюдения инерционная подвижная система сохраняет свое положение в пространстве за счет момента инерции подвижной системы и, соответственно, сохраняется положение визирной оси прибора, определяемое положением оборачивающих блоков (8), установленных на подвижной системе. При панорамировании корпусом прибора магнитная система, взаимодействуя с пластиной (15), возвращает подвижную инерционную систему в центральное относительно корпуса положение. Благодаря магнитной системе из двух магнитных элементов, разделенных воздушным промежутком, магнитное поле рассеяния имеет искомую неизотропную структуру, позволяющую достичь необходимого соотношения , где I₁, I₂ - моменты инерции подвижной системы относительно главных осей инерции подвижной системы, μ₁, μ₂ - коэффициенты упругости магнитной пружины относительно этих же осей.

Возникающие колебания гасятся успокоителем колебаний на основе магнитной системы, создающей вихревые токи в пластине (14).

Выполнение соотношения означает равенство резонансной частоты системы при колебаниях относительно различных осей и идентичность коэффициента демпфирования колебаний по различным направлениям.

Данная схема построения устройства позволяет обеспечить изотропность свойств системы стабилизации по осям подвеса при отсутствии изотропности моментов инерции подвижной части, что позволяет достичь эффективной стабилизации изображения при колебаниях корпуса относительно различных осей при минимальных габаритно-весовых характеристиках прибора.

Бинокулярная система содержит два объектива, два окуляра, закрепленную на корпусе магнитную систему, карданов подвес, внутренним кольцом соединенный с опорой, закрепленной на корпусе, подвижную инерционную систему, включающую в себя оборачивающую систему, закрепленную на внешнем кольце карданова подвеса, консоль, одним концом закрепленную на внешнем кольце карданова подвеса. На консоли закреплены два типа пластин, по крайней мере по одной каждого типа. Пластины первого типа выполнены из немагнитного материала с малым удельным электрическим сопротивлением, а второй тип пластин выполнен из магнитомягкого материала. Магнитная система выполнена в виде двух магнитных элементов, разделенных воздушным промежутком. Каждый магнитный элемент магнитной системы снабжен магнитным замыкателем, выполненным из магнитомягкого материала, одним концом соединенным с магнитным элементом, а другим концом охватывающим пластину консоли первого типа. Технический результат - создание простой системы стабилизации, имеющей небольшие габариты и массу и обеспечивающей идентичность характеристик стабилизатора для различных направлений колебания корпуса. 4 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Бинокулярная система со стабилизацией изображения, содержащая два объектива, два окуляра, закрепленную на корпусе магнитную систему, карданов подвес, внутренним кольцом соединенный с опорой, закрепленной на корпусе, подвижную инерционную систему, включающую в себя оборачивающую систему, закрепленную на внешнем кольце карданова подвеса, консоль, одним концом закрепленную на внешнем кольце карданова подвеса, два типа пластин, по крайней мере, по одной каждого типа, закрепленных на консоли, причем пластины первого типа выполнены из немагнитного материала с малым удельным электрическим сопротивлением, а второй тип пластин выполнен из магнитомягкого материала, отличающаяся тем, что магнитная система выполнена в виде двух магнитных элементов, разделенных воздушным промежутком, а каждый магнитный элемент магнитной системы снабжен магнитным замыкателем, выполненным из магнитомягкого материала, одним концом соединенным с магнитным элементом, а другим концом охватывающим пластину консоли первого типа.2. Бинокулярная система со стабилизацией изображения по п.1, отличающаяся тем, что магнитные элементы магнитной системы выполнены в виде постоянных магнитов, имеющих форму прямого параллелепипеда.3. Бинокулярная система со стабилизацией изображения по п.2, отличающаяся тем, что магнитные элементы магнитной системы установлены параллельно друг другу.4. Бинокулярная система со стабилизацией изображения по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что воздушный промежуток между магнитными элементами магнитной системы установлен таким образом, что выполняется соотношение где I₁, I₂ - моменты инерции подвижной инерционной системы относительно ее главных осей инерции, μ₁, μ₂ - коэффициенты упругости магнитной пружины, образованной магнитной системой и пластиной консоли второго типа, относительно этих же осей, соответственно.5. Бинокулярная система со стабилизацией изображения по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что в воздушном промежутке перед каждым окуляром установлена ромб-призма с возможностью совместного вращения вместе с окуляром вокруг оси, параллельной продольной оси прибора.