Устройство для стабилизации оптического изображения киноаппарата Советский патент 1984 года по МПК G02B27/64 

I1 Изобретение относится к гироскоПИИ, вчастности к применению гиростабилизаторов в киносъемочных аппаратах, оно может быть применено для съемок в космическом пространстве в целях космической навигации, для ста билизации изображения съемочных аппаратов и наблюдательных приборов (например биноклей и др.) при их использовании на колеблющемся основаИзвестно устройство для стабилиза ции оптического изображения, содержащее объектив, установленный на вращающемся элементе со сферической поверхностью, самоустанавливающееся по отношению к оптической оси под действием сил трения и в соответствии со скоростью панорамирования ij. Недостатками являются невозможность использования его в качестве стабилизирующей опоры для киносъемоч ных аппаратов, а также невозможность быстрого перевода киносъемочного аппарата с одного объекта на другой и осуществления свободного панорамного поиска оператором интересующей его сцены. Наиболее близким к предлагаемому (является устройство для стабилизации оптического изображения киноаппарата содержащее трехстепенный гироскоп с ротором, с внешней и внутренней рамками, с которыми кинематически соеди нено панорамирующее зеркало киноаппа рата. Кроме того, имеется двигатель и вращающийся фрикционньй диск, контактирующий с подпружиненным упором, причем двигатель связан с внутренней рамкой гироскопа посредством Фрикцион ного диска, закрепленного на его валу, и подпружиненного упора, жестко с внутренней рамкой гисоединенногороскопа 2 . К недостаткам данного устройства следует отнести невысокую точность стабилизации оптического изображения из-за отсутствия дифференциальной 1 :оррекции момента при управлении гироскопом, а также сложность конструк ции, значительный вес и габариты в виду наличия в нем дополнительного двигателя, приводящего во вращение фрикциоиньй диск. Цель изобретения - повьщ1ение точ кости стабилизации изображения за счет исключения влияния колебаний ки 1 носъемочного аппарата на положение изображения снимаемого объекта. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для стабилизации оптического изображения киноаппарата, содержащее трехстепенный гироскоп с ротором, с внешней и внутренней рамками, с которыми кинематически соединено панорамирующее зеркало киноаппарата, введены пружинные упоры, закрепленные в двух взаимно перпендикулярных направлениях на равных расстояниях от оси вращения ротора на кронштейне, жестко закрепленном на внешней раме гироскопа,, и взаимодействующее с торцовой поверхностью ротора гироскопа. На фиг. 1 представлена схема устройства, на фир. 2 - схема взаимодействия упоров с вращающимся ротором, на фиг. 3 - схема оптической системы стабилизации с зеркалом в качестве оптического элемента. Устройство содержит гироскоп, состоящий из ротора 1, внутренней 2 и наружной 3 рамок, кронштейна 4 с рамкой 5, смонтированного на том же основании, что и подшипник наружной рамки, пружинных упоров 6 и 7, установленных на кронштейне. С осями вращения рамок гироскопа соединены оси вращения панорамирующего зеркала 8, закрепленного в кардановом подвесе. Устройство размещено в самостоятельном корпусе (не показан) и крепится в корпусе 9 киносъемочного аппарата перед объективом 10. Устройство работает следующим образом. Тумблером включается гиромотор. Рамка 5 через пружины прижимает упоры 6 и 7 к вращающейся торцовой поверхности ротора. В точках соприкосновения упоров с поверхностью ротора возникает сила трения, вектор которой направлен противоположно вектору окружной скорости вращения ротора в точке контакта. Регулировкой прижатия упоров к ротору обеспечивается равенство сил трения на противоположных концах одного диаметра, например сил Г и F2 для упоров 6, если плоскость рамки 5 параллельна торцовой плоскости ротора. Каждая из сил трения F создает на плече относительно оси вращения внутренней рамки 2 момент. Однако при указанных выше условиях оба момента ( F и F ) равны и направлены в противоположные стороны, поэтому ось внутренней рамки свободна от действия момента и , не возникает прецессия наружной рамки. В случае, когда кронштейн 4 вместе с киносъемочным аппаратом 9 повер нется (например, вокруг оси Z ), пра вый упор будет прижат сильнее, а левый, наоборот, слабее, чем в начал ном положении. Вследствие этого силы трения F| и FJ изменятся на величину Д F . Однако направления дополнительных сил Л F и uF 2 теперь будут совпадать и соэдаваемьй ими коррекционный момент М,. на оси внутренней рамки будет равен М t: (uF, bFj). Этот коррекционный момент вызовет прецессию наружной рамки вслед за разворотом кронштейна 4. Аналогично реагирует гироскоп на разворот кронштейна вокруг другой оси. Таким образом, гироскоп обеспечивает поворот панорамирующего зеркала 8 вслед за киносъемочным аппаратом, обеспечивая панорамирование при кино съемке. Фильтрация (сглаживание) случайны колебаний киносъемочного аппарата определяется динамическими и аналити ческими характеристиками предлагаемо гироскопической системы. Аналитический анализ рассматриваемой системы позволяет получить выражение её пере даточной функции Bt н() V(p) fi )ср%Н рПНрЭе+3€ где Н - кинетический момент гироскоnai-,D)(- моменты инерции относительно осей подвеса} с - коэффициент жидкостного трения { Э€ - приведенный коэффициент сил упругости; р - оператор Лапласа.При резких угловых колебаниях кор пуса 9 киносъемочного аппарата изображение снимаемого объекта не будет практически смещаться, так как панорамирующее зеркало, связанное с ги роскопом, не изменит своего положени в силу основного свойства гироскопа сохранять свое положение неизменным в пространстве. Вместе с тем, колебания киносъемочного аппарата через жестко связанный кронштейн будут вызывать изменение давления пружинных упоров на торцовую поверхность ротора и, следовательно, появление коррекционных моментов на осях подвеса гироскопа. Эти моменты шлзовут прецессию гироскопа. Если среди угловых колебаний киносъёмочного аппарата имеется постоянная составляющая, свидетельствующая о наличии разворота, гироскоп обеспечит смещение йанорамируняцего зеркала вслед за киноаппаратом. Если постоянная составляющая отсутствует, то могут иметь место незначите11ьные колебания панорамирующего зеркала,- а следовательно, и изображения. Сравнение колебаний изображения и колебаний киносъемочного аппарата и будет характеризовать демпфирующие свойст.ва гиростабилизатора. Эти свойства определяются приведенной вьапе передаточной функцией. Предлагаемое устройство конструктивно может выполняться в виде самостоятельной законченной конструкции, устанавливаемой перед другими оптическими устройствами (наблюдательными, кинофотосъемочными, следящими, измерительными и др.), или являться частью общей оптической системы, имеющей оптический элемент, компенсирующий колебания основания прибора. Наличие связей между панорамирующим зеркалом и гироскопом обеспечивает сохранность оптического изображения относительно корпуса оптического прибора. Э общем случае эти связи могут представлять собой некоторый кинематический механизм (шарнирный параллелограмм, зубчатую или ременную передачу и др,) с любым выбранным передаточным отношением по каналам стаби лизации. Помимо этого, использование предлагаемого устройства в условиях космической навигации обеспечивает компенсацию вращения космического кораб ля, а также возмущающие воздействия на осях подвеса в результате колебаний рук космонавта-оператора или высших воздействий.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ КИНОАППАРАТА, содержащее трехстепенной гироскоп .с ротором, с внешней и внутренней р.амками, с которыми кинематически соединено панорамирующее зеркало киноаппарата, отличающееся тем, что, с целью повьщ1ения точности стабилизации, в него введены пружинные упоры, закрепленные в двух взаимно перпендикулярных направлениях на равных расстояниях от оси вращения ротора на кронштейне, жестко закрепленном на внешней раме гироскопа, и взаимодействующее с торцовой поверхностью ротора гироскопа. W :о к1