La presente invention a pour objet un appareil optique avec
mecanisme de compensation des mouvements angulaires aléa- toires. En d'autres termes, le present appareil optique comporte
un mécanisme destiné à maintenir stable une image par compen
sation de petits carts angulaires de l'appareil par rapport à une
ligne de visée déterminée.
On doit fréquemment se servir de systèmes optiques de types divers sans les stabiliser par des supports capables de maintenir l'axe optique dudit système en coincidence avec une ligne de visee choisie. Quand l'axe optique du système est sujet à des écarts angulaires aleatoires de la ligne de visée choisie, I'image se de'place dans le plan d'observation et brouille ainsi l'image observee. On se heurte très souvent à cette difficulté lorsqu'on utilise des sys times optiques tenus à la main ou dans un environnement instable, par exemple un véhicule en mouvement.
Avec les cameras photographiques, ce mouvement de l'image dans le plan de la pellicule brouille les details sur les photographies et avec des appareils d'examen direct, tels que les lunettes et les jumelles, l'image vue par l'observateur peut êter brouillée de façon semblable.
On a utilise de nombreux procédés et appareils pour empêcher ou compenser des deplacements aleatoires de l'image, par exemple des ensembles réfringents ou electroniques complexes et des ensembles de miroirs stabilisés par inertie et qui comportent un
appareillage compliqué et des éléments optiques réglés avec une grande precision. Outre qu'ils sont de réalisation et de maniement coûteux, ces elements optiques additionnels, nécessaires sur le trajet des rayons, ou l'axe optique, de ces appareils augmentent le nombre de surfaces réfringentes ou réfléchissantes, ce qui diminue
la quality de l'image observe. Par ailleurs, de nombreux ensembles necessitent une source quelconque d'énergie extérieure.
D'autres types d'appareils exigent un système optique redresseur
ou véhicule de puissance fixe, ce qui exclut tout système
optique redresseur à focale variable et il faut que l'objectif soit
écarté de l'axe dans un environnement vibrant. Le dispositif selon
l'invention remédie à ces deux derniers inconvenients sans compli
cation appréciable.
L'appareil selon Invention vise à réaliser la compensation des
petits déplacements angulaires d'un système optique sans appa
reillage electronique et sans addition de surface réfléchissante ou
refringente sur le trajet des rayons.
L'appareil optique selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend A une extrémité un obejctif definissant un axe optique sur lequel est disposé un organe récepteur d'image à l'autre extrémité, Fobjectif extant contenu dans une monture, un moyen de decouplage pour découpler angulairement les mouvements angulaires alèatoires de l'objectif, le moyen de decouplage définis- sant un plan de référence situé sur l'axe optique à un tel endroit que l'image forme par l'appareil optique soit stabilise lorsque l'organe récepteur d'image est soumis aux mouvements angulaires aléatoires,
et une masse équilibrant par inertie l'objectif par rapport au plan de reference pour compenser les mouvements angulaires aleatoires de l'organe récepteur d'image par rapport à la ligne de vise initiale, en tendant A maintenir l'axe de l'objectif paralléle à la ligne de vise initiale.
Dans les appareils qui comportent un oculaire pour l'observa- tion de l'image et dans lesquels tous les éléments optiques, sauf cet oculaire, sont montés sur une suspension à la Cardan, le plan de référence coincide avantageusement avec le premier plan principal de l'oculaire. Dans les appareils qui comportent un oculaire pour l'observation de l'image, ainsi qu'un ensemble redresseur non stabilisé entre cette image et la premier image forme par l'objectif, le plan de référence peut être en avant de l'image forme par l'objectif, à une distance égale à la distance focale de l'objectif divisé par le grandissement. Dans les appareils pour camera, le plan de référence peut coincider avec le plan de la pellicule de ladite camera.
Selon un mode de realisation avantageux, des elements de blocage des suspensions à la Cardan sont destines à limiter la compensation, par exemple au cours d'un panoramiquage ou quand une accélération angulaire rapide est desires. Des ressorts ou des organes magnetiques peuvent être incorporés pour la remise en place classique du systeme optique ou, encore, des dispositifs electriques peuvent déceler les carts angulaires par rapport à la direction normale des composants de l'appareil et engendrer ainsi un signal correcteur, ainsi que des organes commandés par ledit signal, pour provoquer ladite remise en place.
Des formes d'exécution de l'appareil optique objet de l'inven- tion seront décrites, à titre d'exemple, en se référant au dessin dans lequel:
la fig. 1 est une coupe schématique des éléments d'un mécanisme compensateur du deplacement de l'image; la fig. 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la fig. 1;
les fig. 3A et 3B, ainsi que les fig. 4A et 4B représentent schéma- tiquement les diverses opérations successives exécutées par le mécanisme de compensation; et:
la fig. 5 est une coupe schématique d'une camera comportant un mécanisme de compensation des mouvements selon l'inven- tion.
Les formes de réalisation explicatives décrites sont une lunette terrestre et une camèra; cependant, les principes de Invention sont facilement adaptables à des telescopes ou lunettes à images renversées, y compris ceux dans lesquels les images reelles et virtuelles sont toutes deux observables, les jumelles, les telescopes à miroir, les objectifs à miroir ou catadioptriques et analogues.
Les fig. 1 et 2 representent schematiquement une lunette terrestre, qui comporte un objectif 12 et un tube 14 dont une partie est enlevée pour simplifier la figure, ainsi que les éléments d'un ensemble redresseur à focale variable 16. Cet ensemble redresseur à focale variable 16 comprend un oculaire 18 constitute par des lentilles 20 et un tronçon de tube intermédiaire 22 contenant un ensemble de lentilles redresseuses à focale variable 24.
Ces lentilles sont représentés sur les figures simplement de façon schématique et peuvent, en pratique, être constituées par plusieurs éléments pour réaliser les corrections chromatiques et d'astigmatisme nécessaires. L'objectif 12 est fixé à un raccord annulaire 26 à l'avant du boitier tubulaire 28 qui joue le role d'anneau de Cardan isolé, comme on l'explique ci-après. L'enveloppe 28 de l'objectif est fixée à l'intérieur d'une enveloppe tubulaire 30 qui comporte une point 32 à sa partie inférieure avec une detente 34 et un mécanisme commandant celle-ci décrit ci-après plus en detail. L'enveloppe 30 est fermée par une glace frontale 31.
L'enveloppe 30 comporte une plaque arrière 36 dans laquelle est ménagée une ouverture centrale 38 destinee à mettre en place l'ensemble redresseur à focale variable 22. Une vis-vérin 42 est destine à faire coulisser un tube support de Cardan 39 vers l'avant ou l'arrière pour mettre au point l'image formée par l'objectif. Un goujon prisonnier 40 associe à la vis-vérin 42 empêche le tube 39 de tourner. Grâce au mode de construction cidessus, le tronçon de tube intermédiaire 22 et l'oculaire 18 sont fixes à l'enveloppe tubulaire 30, tandis que l'objectif 12 est fixé à l'enveloppe tubulaire 30 par une suspension à la Cardan 44.
La fig. 2 indique également que le mécanisme de pivotement est une suspension à la Cardan classique à deux axes mais qui est inversée étant donné que l'organe intérieur n'est pas découplé ou isolé mécaniquement. Cet organe non découplé est le tube 39 de mise au point; Forgone découplé est l'enveloppe 28 de l'objectif. Le premier cadre de suspension, ou anneau de Cardan, 46, est découplé suivant le premier axe 48 par les tourillons de
Cardan 49 et 51 partant de la surface extérieure du tube de mise au point 39 et passant par le premier groupe de paliers de Cardan 50 et 52.
Le second anneau de Cardan, c'est-à-dire l'enve- loppe 28 de l'objectif 12, est découplé par les tourillons de Cardan 53 et 55 partant de la surface extérieure du premier anneau de
Cardan 46 en passant par le second groupe de paliers de Cardan 54 et 56 sur le second axe 58. L'objectif 12 est ainsi découple du reste de l'appareil et de tous les mouvements appliques suivant deux axes, tous deux orthogonaux à l'axe optique 60 (fig. 1).
Un organe symétrique d'équilibrage à inertie, à savoir un poids annulaire 62 est fixé à l'extrémité arrière de la monture 28 de l'objectif. Le poids 62 constitue une masse place à une distance des pivots définis par les tourillons de Cardan 49, 51, 53 et 55, telle qu'elle equilibre statiquement la monture 28 par rapport à un plan de référence 64.
Des ressorts de centrage 66 et 68 sont montés sur chaque axe pour rappeler lentement la monture de l'objectif 28 de manière que son axe optique 60 coincide avec l'axe optique arrière 70.
Deux amortisseurs, à une raison d'un par axe, 72 et 74, sont incorporés de manière à amortir tout mouvement oscillatoire de la monture de l'objectif provoque par les ressorts de centrage 66 et 68. Les amortisseurs 72 et 74 sont du type tournant à freinage par liquide et sont places à raison d'un sur chaque axe de la suspension à la Cardan.
Sur la fig. 1, un coin de blocage 84 est tiré contre une pièce de blocage 86 pour bloquer la monture 28 de l'objectif et empêcher tout mouvement relatif entre elle et le reste de l'ensemble. La pièce de blocage 86 est place autour de la monture 28 de l'objec- tif de manière à venir en prise avec le coin de blocage 84, lui- me me support par un anneau de blocage 88 qui est fixé par des
boulons 90 à un manchon 92 qui coulisse A l'intérieur de l'enve-
loppe 30. Le manchon 92 est calé par l'extrémité 94 d'un levier 96
qui pivote sur une tige d'articulation 98 et est chargé vers l'arrière par un ressort 100.
La detente 34 coulisse à l'intérieur de la poignée 32, si bien que lorsqu'elle se de'place vers l'arriére, elle vient
au contact du levier 96 et le fait pivoter afin de déplacer le manchon 92 et le coin de blocage 84 vers l'avant. Par conséquent, quand on desire stabiliser l'image fournie par l'oculaire, on tire la détente 34 vers l'arrière de manière à séparer le coin de blocage 84 de la pièce de blocage 86.
Les fig. 3A et 3B représentent schématiquement le fonctionnement d'un mécanisme compensateur de mouvements du type deceit ci-dessus et l'image d'un objet 102 est forme par l'objectif 12 dans son plan image 104. Cette image est redressée par le véhicule 24 qui forme une seconde image 107 qui est examine par
Fteil 106 à l'aide des lentilles 20 de l'oculaire, En l'absence de mouvement, l'axe optique 108 de l'ensemble des lentilles 20 de
l'oculaire et du véhicule 24 coïncide avec l'axe optique 110 de
l'objectif. En l'absence de la suspension à la Cardan décrite cidessus, l'image vue par l'ceil 106 serait brouillée par un mouvement aléatoire perturbateur.
Cependant, si l'on se reporte à la
fig. 3B, et Btant donné que l'objectif 12 est suspendu à la Cardan
dans le plan de référence 64 (voir aussi fig. 1) l'objectif 12 peut
former son image en 104, image qui est redressée par le vehi-
cule 24 pour l'oculaire, si bien que l'oeil la voit dans la meme
position que ci-dessus.
Si l'on équilibre l'objectif par rapport au plan de référence 64,
l'instrument est compensé pour les mouvements angualires aléa
toires de son enveloppe par rapport à la ligne de visée initiale, car
l'axe de l'objectif 12 tend à être parallèle à la ligne de
vise initiale.
Comme on l'a indiqué d-dessus, quand une suspension à la
Cardan fait partie d'une lunette à véhicule redresseur et si ledit
véhicule optique n'est pas suspendu à la Cardan, le plan de réfé-
rence 64 se trouve en avant du plan image 104 d'une quantité 112
égale à la distance focale des lentilles 20 de l'oculaire divide par le
grandissement du véhicule 24.
En d'autres termes, le plan de référence est situé à une distance
vers l'objectif de l'image formée par l'objectif d'une valeu qui est
egale à la distance focale effective de l'objectif divisé par le
grandissement du système optique entier. Dans un tel système, le
mouvement de l'enveloppe 30 est entièrement compensé, c'est
à-dire qu'aucun mouvement apparent net ne résulte dans l'image
vue pur l'oeil. On obtient ce résult parce que le système décrit
concentre toujours l'image 107 en une position correcte pour être
observe par Fossil à travers les lentilles 20 de l'oculaire, Evidem
ment, une légère déviation de la position idéale du plan de réfé-
rence peut être tolérée, notamment quand l'oeil observe l'image
finale.
La position du plan de la suspension à la Cardan est determi-
née par la nécessité de stabilisation de l'image finale, indépandam-
ment du fait que la stabilisation se fait dans le plan de Fossil ou d'un film. Cette image sera stabilise lorsqu'elle est toujours
forme dans la même position par rapport à la partie optique non
stabilisé du système telle que l'oculaire, tous les autres éléments
etant stabilisés, ou telle que la section redressante non stabilisée,
ou encore telle que le plan de la pellicule d'une camera, de sorte
que Fossil ou le film peut toujours observer I'image finale dans la
même position.
La position du plan de référence ou du plan de la
suspension à la Cardan peut être facilement déterminée par
l'expert suivant la presente description.
Dans l'ense,ble des fig. 1 à 3, le véhicule optique 24 est lit méca-
niquement à l'oculaire. Dans une variante non représentée de cet
ensemble, le véhicule 24 peut être lié mécaniquement à l'objec
tif 12 de manière à être découplé avec l'objectif par rapport au
plan de reference. Dans ce cas, le plan de référence conciderait
avec le plan principal antérieur de l'oculaire.
En règle générale, si
l'oculaire est le seul élément optique découple de l'appareil, le
plan de référence coincide avec le premier plan principal de
l'oculaire; c'est-à-dire que le plan de référence sera à une distance
de la premier image forme après la section de découplage d'une
valeur qui dépend de la distance focale de l'oculaire divisée par le
grandissement de toute section intervenante découplée, ou en
d'autres termes, d'une valeur égale A la distance focale effective de
tous les éléments de la section découplée divisée par le grandisse
ment du système optique entier.
Les fig. 4A et 4B representent schématiquement le fonctionne
ment d'un mécanisme compensateur de mouvement d'un autre
appareil, à savoir d'une lunette astronomique à image inverse et
à suspension à la Cardan. L'image de l'objet 114 à examiner est
forme par l'objectif 116 dans son plan image 118. Ce plan
image 118 est examine par l'oeil 120 à l'aide de l'oculaire 122. En
Absence de mouvement, l'axe optique 124 de l'oculaire coincide
avec l'axe optique 126 de l'objectif. Cependant, en presence d'un
mouvement aléatoire parturbateur, l'axe optique 124 de l'oculaire
peut se déplacer par rapport à l'axe optique de l'objectif 126 si cet
objectif est suspendu à la Cardan dans le plan de référence 128
qui coincide dans ce cas avec l'oculaire 122.
Comme on peut le
voir, l'axe optique 126 de l'objectif passe toujours par le centre de
l'oculaire 122 et est examine par Fossil 120, bien que l'oculaire 122
et son tube, non représente, aient tourné d'un angle égal à l'angle
de rotation résultant dudit mouvement angulaire. A cette fin, le
plan de référence 128 est dispose derriÈre le plan image 118 à une
distance égale à la distance focale effective de l'oculaire 122. En
d'autres termes, le plan de référence est situe derrière le plan
image 118 de l'objectif à une distance égale à la distance focale
effective de l'objectif divisée par le grandissment du système
optique entier.
La suspension à la Cardan dans le plan de réfé-
rence 128 a pour effet d'amener l'objectif 116 à former son image
au même emplacement qu'avant le mouvement communique et de
ne pas déplacer l'oculaire 122 sauf par une rotation, si bien que
l'oeil 120 peut examiner I'image à travers l'oculaire sensiblement
dans le même position qu'antérieurement.
La fig. 5 représente schématiquement une camera 130 compor
tant un corps principal 132 avec une poignée 134. Le corps princi
pal 132 comporte un obturateur à rideau 136, bien connu des
spécilistes, et un mécanisme de mise en place et d'enroulement de
la pelicule non représenté grâce auquel la pellicule 138 peut être
place dans son plan 140, juste derrière l'obutrateur à rideau 136.
Des soufflets protegeant contre la lumiere 142 sont compris entre
la partie antérieure du corps principal 132 et une monture
d'objectif 144 qui comporte une ouverture 146 dans laquelle est
fixé I'objectif 148 de la camera. Le soufflet 142 est de construction
beaucoup plus légère que d'habitude afin d'augmenter considé-
rablement sa souplesse et est intercalé entre l'objectif 148 et la
fenètre de l'obturateur à rideau, à l'arrière de la camera. Un poids
annulaire 158 est place en arriere de la monture 144 de I'objectif
et joue le role de contrepoids d'équilibrage dynamique.
La monture 144 de l'objectif est suspendue à la Cardan au
corps principal 132 par des tourillons de Cardan 150 et 152
partant de la surface exterieure d'un anneau de Cardan 154 qui
peut pivoter par rapport au corps principal grAce à des tourillons
de Cardan 156 qui sont orthogonaux aux tourillons de Car
dan 150 et 152. La monture de l'objectif est ainsi suspendue à la
Cardan dans un plan coincidant avec celui 140 de la pellicule et
dans ces conditions, le mode de fonctionnement, en presence de
mouvements aléatoires, est identique À celui du mécanisme répré
sente schématiquement sur les fig. 4A et 4B. On peut incorporer, à
la demande, des amortisseurs et un mécanisme de blocage.
D'autres formes de réalisation peuvent être envisages pour
appliquer les principes ci-dessus à des systèmes optiques trews
varies. Par exemple, on peut utiliser des mecanismes autres qu'un
ressort et un amortisseur mécanique pour rétablir la position de la
monture de l'objectif par rapport au reste de l'appareil. D'autres
mecanismes peuvent comporter des capteurs électriques, un
amplificateur appropirié et un moteur-couple pour chaque axe.
Bien qu'on puisse envisager dans certains cas des perfectionne
ments donnant des résultats supérieures, ils ne sont pas necessaires
pour que l'appareil construit selon ces principes fonctionne. En
fait, il n'est pas souhaitable, pour de nombreuses applications, de
le compliquer. Par ailleurs, il est clair que les appareils peuvent
être laissés en permanence débloqués ou peuvent être bloqués par
des moyens autres qu'une detente, un levier ou un ressort. Les
procédés de centrage et de blocage de la technique antérieure sont
suffisamment nombreux pour pouvoir disposer de moyens tech
niques très varies de mise en ossuvre de l'invention.
The present invention relates to an optical device with
compensation mechanism for random angular movements. In other words, the present optical apparatus comprises
a mechanism intended to keep an image stable by compensating
sation of small angular deviations of the device in relation to a
line of sight determined.
Optical systems of various types must frequently be used without stabilizing them by supports capable of maintaining the optical axis of said system in coincidence with a chosen line of sight. When the optical axis of the system is subject to random angular deviations from the chosen line of sight, the image moves in the observation plane and thus blurs the observed image. This difficulty is very often encountered when using hand-held optical systems or in an unstable environment, for example a moving vehicle.
With photographic cameras, this movement of the image in the plane of the film blurs details in photographs and with direct examination devices, such as glasses and binoculars, the image seen by the observer may be lost. similarly scrambled.
Numerous methods and apparatus have been used to prevent or compensate for random image displacements, for example complex refractive or electronic assemblies and inertia stabilized mirror assemblies which include an inertial stabilized mirror assembly.
complicated equipment and optical elements adjusted with great precision. In addition to being expensive to produce and operate, these additional optical elements, necessary on the path of the rays, or the optical axis, of these devices increase the number of refractive or reflecting surfaces, which decreases
the image quality observes. In addition, many sets require some source of external energy.
Other types of devices require a rectifying optical system
or fixed power vehicle, which excludes any system
optical rectifier with variable focal length and the objective must be
away from the axis in a vibrating environment. The device according to
the invention overcomes these last two drawbacks without compli
appreciable cation.
The apparatus according to the invention aims to achieve the compensation of
small angular displacements of an optical system without apparatus
electronic reeling and without addition of reflective surface or
refractive in the path of the rays.
The optical apparatus according to the invention is characterized in that it comprises at one end an objective defining an optical axis on which is disposed an image receiving member at the other end, the external objective contained in a frame, a means decoupling device for angularly decoupling the random angular movements of the objective, the decoupling means defining a reference plane situated on the optical axis at such a place that the image formed by the optical apparatus is stabilized when the image receiving organ is subjected to random angular movements,
and a mass balancing by inertia the objective with respect to the reference plane to compensate for the random angular movements of the image receiving member with respect to the initial line of sight, tending to keep the axis of the objective parallel to the initial line of sight.
In devices which include an eyepiece for observing the image and in which all the optical elements, except this eyepiece, are mounted on a gimbal suspension, the reference plane advantageously coincides with the first principal plane of the gimbal. the eyepiece. In devices which include an eyepiece for observing the image, as well as an unstabilized rectifier assembly between this image and the first image formed by the objective, the reference plane may be in front of the image formed. by the lens, at a distance equal to the focal length of the lens divided by the magnification. In cameras for cameras, the reference plane can coincide with the plane of the film of said camera.
According to an advantageous embodiment, elements for locking the Cardan suspensions are intended to limit the compensation, for example during panning or when rapid angular acceleration is desired. Springs or magnetic members can be incorporated for the conventional re-installation of the optical system or, alternatively, electrical devices can detect angular deviations from the normal direction of the components of the apparatus and thus generate a corrective signal, thus as organs controlled by said signal, to cause said replacement.
Embodiments of the optical apparatus which is the subject of the invention will be described, by way of example, with reference to the drawing in which:
fig. 1 is a schematic sectional view of the elements of a compensating mechanism for the displacement of the image; fig. 2 is a section taken along line 2-2 of FIG. 1;
figs. 3A and 3B, as well as FIGS. 4A and 4B diagrammatically represent the various successive operations executed by the compensation mechanism; and:
fig. 5 is a schematic sectional view of a camera comprising a movement compensation mechanism according to the invention.
The explanatory embodiments described are a terrestrial telescope and a camera; however, the principles of the invention are readily adaptable to reverse image telescopes or glasses, including those in which both real and virtual images are observable, binoculars, mirror telescopes, mirror or catadioptric lenses and the like.
Figs. 1 and 2 schematically represent a terrestrial telescope, which comprises an objective 12 and a tube 14, part of which is removed to simplify the figure, as well as the elements of a variable focal length rectifier assembly 16. This variable focal length rectifier assembly 16 comprises an eyepiece 18 constituted by lenses 20 and a section of intermediate tube 22 containing a set of variable focal length rectifying lenses 24.
These lenses are shown in the figures simply schematically and can, in practice, be made up of several elements to achieve the necessary chromatic and astigmatism corrections. The lens 12 is attached to an annular connector 26 at the front of the tubular housing 28 which acts as an isolated Cardan ring, as explained below. The lens casing 28 is fixed inside a tubular casing 30 which has a point 32 at its lower part with a trigger 34 and a mechanism controlling it described below in more detail. The envelope 30 is closed by a front window 31.
The casing 30 comprises a rear plate 36 in which is formed a central opening 38 intended to position the variable focal length rectifier assembly 22. A jack screw 42 is intended to slide a Cardan support tube 39 towards the front or rear to focus the image formed by the lens. A captive pin 40 associated with the jack screw 42 prevents the tube 39 from rotating. By virtue of the above construction method, the intermediate tube section 22 and the eyepiece 18 are fixed to the tubular casing 30, while the objective 12 is fixed to the tubular casing 30 by a gimbal suspension 44.
Fig. 2 also indicates that the pivot mechanism is a conventional two-axis Cardan suspension but which is inverted since the internal member is not decoupled or mechanically isolated. This non-decoupled member is the focusing tube 39; Forgone decoupled is the lens envelope 28. The first suspension frame, or Cardan ring, 46, is decoupled along the first axis 48 by the journals of
Cardan shaft 49 and 51 starting from the outer surface of the focusing tube 39 and passing through the first group of cardan bearings 50 and 52.
The second Cardan ring, that is to say the envelope 28 of the objective 12, is decoupled by the Cardan journals 53 and 55 starting from the outer surface of the first cardan ring.
Cardan shaft 46 passing through the second group of Cardan bearings 54 and 56 on the second axis 58. The objective 12 is thus decoupled from the rest of the apparatus and from all the movements applied along two axes, both orthogonal to the optical axis 60 (fig. 1).
A symmetrical inertia balancing member, namely an annular weight 62 is attached to the rear end of the lens mount 28. The weight 62 constitutes a mass placed at a distance from the pivots defined by the Cardan journals 49, 51, 53 and 55, such that it statically balances the frame 28 with respect to a reference plane 64.
Centering springs 66 and 68 are mounted on each axis to slowly return the lens mount 28 so that its optical axis 60 coincides with the rear optical axis 70.
Two shock absorbers, at a rate of one per axis, 72 and 74, are incorporated so as to damp any oscillatory movement of the lens mount caused by the centering springs 66 and 68. The shock absorbers 72 and 74 are of the type rotating with liquid braking and are placed at the rate of one on each axis of the Cardan suspension.
In fig. 1, a locking wedge 84 is pulled against a locking piece 86 to lock the lens mount 28 and prevent relative movement between it and the rest of the assembly. The locking piece 86 is placed around the lens frame 28 so as to engage with the locking wedge 84, itself supported by a locking ring 88 which is fixed by means of screws.
bolts 90 to a sleeve 92 which slides inside the enclosure
loppe 30. The sleeve 92 is wedged by the end 94 of a lever 96
which pivots on an articulation rod 98 and is loaded towards the rear by a spring 100.
The trigger 34 slides inside the handle 32, so that when it moves to the rear, it comes
contact with lever 96 and pivot it to move sleeve 92 and locking wedge 84 forward. Therefore, when it is desired to stabilize the image provided by the eyepiece, the trigger 34 is pulled back so as to separate the locking wedge 84 from the locking piece 86.
Figs. 3A and 3B schematically represent the operation of a movement compensating mechanism of the type described above and the image of an object 102 is formed by the objective 12 in its image plane 104. This image is rectified by the vehicle 24. which forms a second image 107 which is examined by
Fteil 106 using the lenses 20 of the eyepiece, In the absence of movement, the optical axis 108 of the set of lenses 20 of
the eyepiece and the vehicle 24 coincides with the optical axis 110 of
the goal. In the absence of the gimbal suspension described above, the image seen by the eye 106 would be scrambled by disturbing random movement.
However, if we refer to the
fig. 3B, and B since objective 12 is suspended from the Cardan shaft
in the reference plane 64 (see also fig. 1) the objective 12 can
form its image in 104, image which is rectified by the vehicle
cule 24 for the eyepiece, so that the eye sees it in the same
position as above.
If we balance the objective against the reference plane 64,
the instrument is compensated for random angual movements
of its envelope relative to the initial line of sight, because
the axis of the objective 12 tends to be parallel to the line of
initial aim.
As noted above, when a suspension at the
Gimbal is part of a bezel to straightening vehicle and if said
optical vehicle is not suspended from the Cardan, the reference plane
reference 64 is in front of image plane 104 by a quantity 112
equal to the focal length of the lenses 20 of the eyepiece divides by the
magnification of the vehicle 24.
In other words, the reference plane is located at a distance
towards the objective of the image formed by the objective of a value which is
equal to the effective focal length of the lens divided by the
magnification of the entire optical system. In such a system, the
movement of the envelope 30 is fully compensated, this is
that is, no apparent net movement results in the image
sight for the eye. This result is obtained because the system described
always focus image 107 in a correct position to be
observed by Fossil through the 20 lenses of the eyepiece, Evidem
ment, a slight deviation from the ideal position of the reference plane
rence can be tolerated, especially when the eye observes the image
final.
The position of the cardan suspension plane is determined.
born out of the need to stabilize the final image, independently
ment of the fact that stabilization is done in the Fossil or film plane. This image will be stabilized when it is still
shape in the same position with respect to the optical part not
stabilized system such as eyepiece, all other elements
being stabilized, or such that the rectifying section not stabilized,
or even such as the shot of the film of a camera, so
that Fossil or the film can still observe the final image in the
same position.
The position of the reference plane or the plane of the
Gimbal suspension can be easily determined by
the expert according to the present description.
In the whole of fig. 1 to 3, the optical vehicle 24 is a mechanical readout.
only to the eyepiece. In a variant not shown of this
together, the vehicle 24 can be mechanically linked to the object
tif 12 so as to be decoupled with the objective from the
reference plane. In this case, the reference plane would match
with the anterior principal plane of the eyepiece.
As a rule, if
the eyepiece is the only optical element that decouples from the device, the
reference plane coincides with the first principal plane of
the eyepiece; that is, the reference plane will be at a distance
of the first image formed after the decoupling section of a
value which depends on the focal length of the eyepiece divided by the
magnification of any decoupled intervening section, or
in other words, with a value equal to the effective focal length of
all the elements of the decoupled section divided by the magnitude
ment of the entire optical system.
Figs. 4A and 4B schematically represent the function
ment of one movement compensating mechanism of another
apparatus, namely a refracting telescope with reverse image and
with Cardan suspension. The image of object 114 to be examined is
formed by the objective 116 in its image plane 118. This plane
image 118 is examined by the eye 120 using the eyepiece 122. In
No movement, optical axis 124 of the eyepiece coincides
with the optical axis 126 of the objective. However, in the presence of a
random movement parturbator, the optical axis 124 of the eyepiece
can move relative to the optical axis of the objective 126 if this
objective is suspended from the gimbal in the reference plane 128
which coincides in this case with the eyepiece 122.
As we can
see, the optical axis 126 of the objective always passes through the center of
eyepiece 122 and is examined by Fossil 120, although eyepiece 122
and its tube, not shown, have rotated by an angle equal to the angle
of rotation resulting from said angular movement. To this end, the
reference plane 128 is located behind image plane 118 at a
distance equal to the effective focal length of the eyepiece 122. In
in other words, the reference plane is located behind the plane
image 118 of the lens at a distance equal to the focal length
effective target divided by system magnification
entire optics.
The Cardan suspension in the reference plane
rence 128 has the effect of causing the lens 116 to form its image
in the same location as before the movement communicates and
do not move the eyepiece 122 except by rotation, so that
eye 120 can examine the image through the eyepiece substantially
in the same position as before.
Fig. 5 schematically represents a camera 130 compor
both a main body 132 with a handle 134. The main body
pal 132 comprises a curtain shutter 136, well known to
specialists, and a mechanism for setting up and winding
the film not shown by which the film 138 can be
place in its plane 140, just behind the curtain shutter 136.
Bellows protecting against light 142 are included between
the front part of the main body 132 and a frame
lens 144 which has an opening 146 in which is
fixed the lens 148 of the camera. Bellows 142 is of construction
much lighter than usual in order to increase
its flexibility and is interposed between the objective 148 and the
curtain shutter window on the back of the camera. A weight
annular 158 is placed behind the lens mount 144
and acts as a dynamic balancing counterweight.
The lens mount 144 hangs from the Gimbal at the
main body 132 by Cardan journals 150 and 152
starting from the outer surface of a Cardan ring 154 which
can be swiveled relative to the main body by means of trunnions
of Cardan 156 which are orthogonal to the journals of Car
dan 150 and 152. The lens mount is thus suspended from the
Gimbal in a shot coinciding with that 140 of the film and
under these conditions, the operating mode, in the presence of
random movements, is identical to that of the repressed mechanism
schematically feels in fig. 4A and 4B. We can incorporate,
demand, shock absorbers and a locking mechanism.
Other embodiments can be envisaged for
apply the above principles to trews optical systems
varies. For example, we can use mechanisms other than
spring and a mechanical shock absorber to restore the position of the
lens mount relative to the rest of the camera. Others
mechanisms may include electrical sensors, a
appropriate amplifier and a torque motor for each axis.
Although we can consider in some cases perfect
elements giving superior results, they are not necessary
so that the device built according to these principles works. In
In fact, it is undesirable for many applications to
complicate it. In addition, it is clear that devices can
be left permanently unlocked or may be blocked by
means other than a trigger, a lever or a spring. The
prior art centering and locking methods are
sufficiently numerous to be able to have technical means
very varied niques of implementation of the invention.