Устройство для стабилизации оптического изображения киноаппарата Советский патент 1983 года по МПК G01C19/00 G01C21/18 

4

00

оо Изобретение относится к гироскопии, в частности к применению гиростабиэи- заторов в киносъемочных аппаратах, и может быть использовано для съемок в космическом пространстве в целях космической навигации. Известны устройства для стабилизаци оптического изображения, содержание объектив, установленный на вращающемс элементе со сферической поверхностью, самоустанавливающемся в соответствии с скоростью панорамирования поц действием сил трения l 1 . Недостатком этих систем является невозможность при их использовании в качестве стабилизирукицих опор для кино съемочных аппаратов производить быст рый перевод киносъемочного аппарата с одного объекта на другой и осуществлят свободный панорамный поиск оператором интересующей его сцены. Известно также устройство для стабилизации оптического изображения, содержащее входной оптический элемент, связанный с четырьмя-гироскопами 2. Однако это устройство является слож ным по своему конструктивному исполне нию. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является уст ройство для стабилизации оптического изображения, содержащее смонтированны в корпусе оптический элемент, ша{Я1ирно связш1нъ1й с внутренней рамкой трехстепенного гироскопа;, двигатель и вращак щийся фрикционный диск, контактирующи с подпружиненным - упором Сз . Однако это устройство имеет ограниченные углы поворота (до 5) вследствие того, что ротор гироскопа приво- аится во вращение через кардгшный валик от постороннего дви гателя, укрепленного на корпусе стабилизатора. Кроме того, разяомасштабная связь гироскопа сО стабилизируемым оптическим элементом приводит к непропорциональному смещению изображения. Цель изобретения - повьпиение точно сти стабилизации изображения, увеличение диапазона углов панорамирования при упрощении конструкции. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем оптический элемент, шарнирно связанный с . .внутренней рамкой трехстепенного гироскопа, двигатель и вращающийся фрик- пионный циск, контактирукЬщий с подпружиненным упором, двигатель связан с внутренней рамкой гироскоп посрецст вом фрикционного диска, закреплённого на его валу, и подпружиненного упора, жестко соединенного с внутренней рамкой гироскопа. Кроме того, с целью исключения разномасщтабности изображения в двух , плоскостях оптический- элемент шарнирно связан с наружной рймкой гироскопа, при этом длины-плеч шарниров, связывающих оптический элемент с рамками подвеса находятся в соотношении 1:2. На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - оптический элемент в виде жидкостной призмы; на фиг. 3 - схема действия сил трения в месте контакта упора с диском; на фиг. 4 - схема оптической системы с жидкостной призмой в качестве .оптического, элемента; на фиг. 5 - схема оптической системы с зеркалом в качестве оптического элемента. Устройство содержит гироскоп, состоящий из ротора 1, внутренней рамки 2 и наружной рамки 3, рычаг 4, жестко укрепленный на внутренней рамке соосно с осью ротора, пружинный фрикционный упор 5, фрикционный диск 6, установленный на валу двигателя 7, смонтированного на том же основании, что и подшипник наружной рамки гироскопа. С осями вращения рамок гироскопа соединены оси вращения оптического элемента, выполненного либо в вице зеркала 8, закрепленногх)в кардановом подвесе (ось связана с осью . и ., ось 02О2 связана с осью 020,,), либо в виде жидкостной призмы 9, состоящей из двух плоскопараллельных пластин из прозрачного материала, пространство между которыми заполнено жидкостью и ограничено гофрированной оболочкой. Устройство размещено в самостоятельном корпусе; (не показан) и крепится к корпусу 10 киносъемочного аппарата перед объективом. Устройство работает следующим образом. Одновременно общим тумблером вклк чаются гиромотор, приводящий в движение ротор 1, и двигатель 7, приводящий во вращение диск 6. При соприкосновении фрикционного упора 5 с диском 6 в точке их контакта возникает сила трения. Эта сила трения лежит примерно в плоскости диска и направлена по направлению вектора линейной скорости точки контакта, но в противоположную сторону. 31 На плече, равном расстоянию от точки контакта до точки пересечения осей гироскопа, эта сила создает на осях гироскопа некоторый момент, вызывающий прецессию ротора гироскопа. При резких угловых колебаниях корпуса 10 кинокамеры (вслеаствие колеба ния рук оператора или колебания транспортных средств) эти колебания непосредственно не влияют на положение изображения объекта, формируемого оптической системой кинокамер на пленке, так как гироскоп в силу своих свойств сохранячет свое положение, а следовательно, сохраняет неизменным свое папожение входной оптический элемент - зеркало 8 (или призма 9), Вместе с тем,колебание корпуса 10 кинокамеры приводит к. колебаниям двигателя 7 Относительно гироскопа, в результате гироскоп прецессирует за осью двигателя 7, что приводит к некоторому смешению изображения. Однако величина кинетического момента гироскопа, усили пружины убора 5, длина рычага 4 и коэффициента трения упора о диск поцобра:ны таким образом, что для ре альных условий работы это смешение изображения столь незначительно, что впоггае может компенсироваться оператором При слежении за объектом съемки. При панорамировании корпус 10 кино камеры поворачивается относительно гироскопа, а следовательно, ось двигателя 7 поворачивается относительно упора 5. Вследствие наступившего рассогласования на осях подвеса гироскопа появляются коррекционные моменты, которые обеспечивают прецессию (движение) оси гироскопа за корпусом кинокамеры. Это движение гироскопа через соответствующие связи передается оптическому элементу 8(9). ТакиК образОм пр 1ктически оптический элемент цвиже1 ся с той же скоростью, что и корпус кинокамеры. ,i После окончания панорамирования оптический элемент некоторое время еще 18 :4 двигается до совмещенного упора 5 с центром диска 6. Предлагаемое устройство конструктивно может выполняться в виде самостоятельной законченной конструкции, устанавливаемой перед другим оптичес- КИМ устройством (наблюдательным, фотосъемочным, след5пцим и др.). или является частью общей оптической системы, в которую в обязательном порядке должны входить или зеркало 8, или жидкое ная призма 9. Наличие связей между оптическим элементом и гироскопом (0,,,6 и ) обеспечива-ч ет сохранность полож:ения оптического элемента стабилизированным относительно корпуса. Б общем случае эти связи Mtvгут представлять собой некоторый кинематический механизм (шарнирный параллелограмм, зубчатую ременную передачу и проч.), который обеспечивает кинематическую связь гироскопа и оптического элемента и разворачивает последний вслед за гироскопом относительно корпуса камеры. . Использование новых связей в устройcTBie для стабилизации оптического изображения выгодно отличает его от прототипа, так как ослабляется влияние колебания аппарата на положение Изображения снимаемого объекта, увеличивается угол разворота аппарата при панорами- рований, исключается разномасштабность изображения, одновременно упрощается конструкция. В результате этого расширяется эксплуатационные возможности аппарата, в частности, обеспечивается свободньй панорамный поиск оператором нужной сцены и быстрый перевод аппарата с одного объекта на другой при повышении стабильности изображения снимаемого объекта. Кроме того, использование предлагаемого устройства в условиях космической навигации позволяет компенсировать вращениекосмического корабля и момен-. ты, возникающие на осях подвеса из-за колебаний рук космонавта и других внешних воздействий.

fff

фигЗ

фб/г

/

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТА-. БИЛИЗАЦИИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ КИНОАППАРАТА, содержащее оптический элемент, шарнирно связанный с внутренней рамкой трехстепенного ги- . роскопа, двигатель и вращающийся фрикционный диск, контактирующий с подпружиненным упором, отличающе е с я тем, что, с целью повыщения точности стабилизации изображения, увеличения циапазона углов панорамирования при упрощении конструкции, в нем двигатель связан с внутренней рамкой гироскопа посрецством фрикционного диска, закрепленного на его валу, и подпружиненного упора, жестко соединенного с внутренней рамкой гироскопа. . - 2, Устройство по п. 1, о т л и ч а - Ю щ е е с я тем, что, с целью исклю- Q чения разномасщтабности передачи изоб ражения в двух плоскостях, оптический (Л элемент щарнирно связан с наружной рамкой гироскопа, при этом длины плеч шарниров находится в соотнощении 1:2,