EP2802930A1 - Fernoptische vorrichtung mit bildstabilisierung - Google Patents

Fernoptische vorrichtung mit bildstabilisierung

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Publication number
EP2802930A1
EP2802930A1 EP13700037.8A EP13700037A EP2802930A1 EP 2802930 A1 EP2802930 A1 EP 2802930A1 EP 13700037 A EP13700037 A EP 13700037A EP 2802930 A1 EP2802930 A1 EP 2802930A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
stabilization
housing
stabilization system
frequency
passive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13700037.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kurt Becker
Christian Bach
Georg Guenther
Dirk Dobermann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss AG
Carl Zeiss Sports Optics GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss AG
Carl Zeiss Sports Optics GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss AG, Carl Zeiss Sports Optics GmbH filed Critical Carl Zeiss AG
Publication of EP2802930A1 publication Critical patent/EP2802930A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/64—Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image
    • G02B27/646—Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image compensating for small deviations, e.g. due to vibration or shake
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/16—Housings; Caps; Mountings; Supports, e.g. with counterweight
    • G02B23/18—Housings; Caps; Mountings; Supports, e.g. with counterweight for binocular arrangements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/64—Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image
    • G02B27/644—Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image compensating for large deviations, e.g. maintaining a fixed line of sight while a vehicle on which the system is mounted changes course
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/02—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices involving prisms or mirrors

Definitions

  • the invention relates to a remote-optical device, comprising at least one optical channel having a housing and an array of optical elements, wherein at least one of the optical elements for image stabilization in case of disturbing movements of the housing is movable relative to the housing, and with a first passive, mass inertia-based stabilization system for the at least one movable optical element that generates a first restoring force proportional to the deflection and a second restoring force proportional to the deflection speed when the at least one optical element is displaced relative to the housing, the first stabilizing system for image stabilization in the event of disturbing movements in a first frequency range is designed.
  • a far-optical device is known from the document DE 38 43 776 AI.
  • a far-optical device of the type mentioned in the sense of the present invention may be a monocular or binocular telescope, in particular a pair of binoculars.
  • the far-optical device has two optical channels.
  • disturbing movements of the housing of the long-range optical device affect the image quality of the image seen by the user negative.
  • the disturbing movements acting on the housing lead to a blurring of the image, which disturb the observation of an object or a scene.
  • the disturbing movements acting on the housing may have different causes, which differ with respect to their frequency spectrum.
  • Another cause of jamming movements are external influences, such as a fluctuating or vibrating ground of a land, water or aircraft. Such perturbations may have a frequency spectrum that is below the frequency spectrum of hand shake, ie that may include frequencies below 4 Hz to near 0 Hz. Noise movements, which have a frequency spectrum below about 4 Hz, are referred to in the present description as low-frequency jamming movements.
  • Fig. 1 the frequency spectrum of jamming movements is shown schematically, which can act on a far-optical device, ie on the housing.
  • Fig. 1 the amplitude A of the jamming movements against the frequency f is plotted.
  • the low-frequency frequency range is denoted by f N and the high-frequency frequency range by f H.
  • the frequency f 0 is here to indicate the boundary between the low-frequency frequency range and the high-frequency frequency range. It is understood that the frequency f 0 does not necessarily have to be 4 Hz, but in a range between about 2 Hz and about 5 Hz.
  • the housing at least one optical element of the arrangement of optical elements to store relative to the housing movable.
  • this at least one optical element is the image inversion system.
  • the image inversion system has a passive inertia based stabilization system.
  • the stabilization system comprises, on the one hand, a spring joint, via which a carrier, with which the image reversal system is firmly connected, is movably mounted relative to the housing, and, on the other hand, an attenuator, which is designed as an eddy current attenuator and which likewise acts between the carrier and the housing ,
  • the spring joint has two rotational degrees of freedom, one about a horizontal axis of the far-optical device and one degree of freedom about the vertical axis of the far-optical device.
  • the movable mounting and damping of the movement of the image reversing system relative to the housing cause interference affecting the housing is not or less transferred to the image reversal system, but this is more or less held in a rest position, whereby the image by the user is considered stabilized.
  • a passive, inertia-based stabilization system can be represented by a mechanical equivalent circuit diagram according to FIG. 2 shows a mechanical equivalent circuit diagram of a passive inertia-based stabilization system 200 for an optical element 202.
  • the optical element 202 is attached to a carrier 204, which in turn is mounted on a bearing 206, with a first restoring force 208 proportional to the carrier for the deflection of the carrier 204 and a second restoring force 210 proportional to the deflection speed acts.
  • the function of the bearing 206 and the first restoring force 208 is fulfilled by the spring joint and the second restoring force 210 by the eddy current damping member.
  • Fig. 3 is a curve showing the dependence of the degree of stabilization S of the frequency f in the frequency range above 1 Hz of a far-optical device, as is known in the prior art and has a passive stabilization system based on inertia.
  • a degree of stabilization of above 80% is achieved in the known long-range optical device at frequencies above 6 Hz, while the degree of stabilization at lower frequencies, especially from 4 Hz and below, drops significantly.
  • a passive inertia-based stabilization system is capable of providing effective image stabilization in jitter, such as hand tremors, while not providing effective image stabilization in jitter, such as low frequency moving surfaces.
  • the stabilization behavior below 1 Hz is not shown in FIG.
  • the manipulated variables restoring force proportional to the deflection and restoring force proportional to the deflection rate to modify so that an effective image stabilization is made possible for disturbing movements in the low-frequency range.
  • the invention is therefore based on the object, a far-optical device of the type mentioned, which has a passive, based on inertia stabilization system, to the effect that it also allows effective image stabilization at disturbing movements in the low-frequency target frequency range.
  • this object is achieved with respect to the aforementioned device by at least a second stabilization system, which is coupled to the first stabilization system and is designed for image stabilization against interference in at least a second frequency range, wherein the first and the at least one second frequency range at least partially are different.
  • the remote optical device according to the invention thus continues to be of a type that has a passive, based on inertia stabilization system that generates a restoring force proportional to the deflection and a restoring force proportional to the deflection speed.
  • the far-optical device according to the invention has at least a second stabilization system, which is coupled to the first stabilization system and designed for image stabilization against interference in at least a second target frequency range, so that filtered with the at least one second stabilization system such Störschulsfrequenzen which the first passive inertia-based stabilization system is not effective or not sufficiently effective.
  • the first stabilization system can preferably be designed for image stabilization in the case of hand shakes, while the second stabilization system is designed for image stabilization in the case of interference movements by moving surfaces (helicopter, vehicle, boat).
  • the at least one second stabilization system does not act independently of the first stabilization system on the movement of the at least one optical element, but indirectly via a coupling of the second stabilization system to the first stabilization system.
  • the at least two stabilization systems are effective or to which they are designed for image stabilization
  • frequency ranges are to be understood in which the at least two stabilization systems are exclusively effective, but the stabilization systems are in These frequency ranges are particularly effective in terms of image stabilization. Frequency bands are therefore always objective in this sense.
  • the one stabilization system is thus particularly effective in a first target frequency range, for example in the high-frequency frequency range, and the at least one further stabilization system is particularly effective in at least one second target frequency range, for example in the low-frequency frequency range.
  • the remote optical device according to the invention can be produced more compact and less expensive in contrast to those with purely active, electronic image stabilization systems.
  • one of the at least two frequency ranges has frequencies in the range of about 0 Hz to about 20 Hz, preferably in the range of about 2 Hz to about 10 Hz, more preferably in the range of about 3 Hz to about 7 Hz ,
  • the at least one second stabilization system is a passive mass inertia-based stabilization system.
  • the at least two stabilization systems can work in total without power.
  • no power supply is required, whereby the long-distance optical device requires no voltage source.
  • more than two passive stabilization systems can be coupled together.
  • the at least one second stabilization system generates, when the at least one optical element is deflected relative to the housing, a third restoring force proportional to the deflection and / or a fourth restoring force proportional to the deflection speed.
  • At least three, possibly at least four manipulated variables which preferably can be adjusted independently of each other so that image stabilization is made possible both in the low-frequency target frequency range and in the high-frequency target frequency range.
  • the at least one optical element is attached to a first carrier, which is coupled via a first spring joint, which generates the first restoring force, with at least one second carrier movable relative thereto, wherein the at least one second carrier via at least one second spring joint, which generates the third restoring force is coupled to the housing relative to this movable.
  • the at least two stabilization systems which are designed as passive, based on inertia stabilization systems, coupled to each other via a spring joint, whereby an easy-to-implement coupling between the at least two stabilization systems is made possible.
  • the at least two carriers are connected to one another in the sense of two coupled oscillatory systems.
  • first and the at least one second spring joint generate different restoring forces.
  • the two spring joints can be adjusted individually in terms of their spring characteristic.
  • the first stabilization system, a first attenuator, which generates the second restoring force, and the at least one second stabilization system at least a second attenuator, which generates the fourth restoring force, wherein the first and the at least one second attenuator preferably have a different damping behavior.
  • the damping properties or the restoring forces proportional to the Auslenkungs are advantageously to the desired image stabilization both disturbances in the low-frequency range and can be adjusted or adjusted in the high-frequency frequency range.
  • first attenuator between the first carrier and the housing and the second attenuator between the second carrier and the housing acts.
  • the at least one second stabilization system is an active stabilization system based on electronically controlled actuators, the actuators acting on the first stabilization system.
  • the long-range optical device has at least two stabilization systems, one of which is passive and one active.
  • the actuator system does not act directly on the at least one movable optical element or its carrier in the long-range optical device according to the invention, but acts on the optical system passive, inertia-based stabilization system.
  • the electronically controlled actuator acts on the first restoring force proportional to the deflection, for example by the actuator actively changes the angular position of the optical element or its carrier, or modifies the first restoring force proportional to the deflection by the spring stiffness of the spring joint
  • the actuator can act on the passive stabilization system by the restoring force is actively changed in proportion to the deflection speed.
  • the passive stabilization system includes an eddy current attenuator
  • the actuator system may modify the eddy current brake damping parameters (magnetic field strength, induced current strength, etc.).
  • the active stabilization system acts on the passive stabilization system and this overall system is then additionally actively stabilized.
  • the second frequency range has frequencies in the range of about 0 Hz to about 20 Hz , preferably in the range of about 2 Hz to about 10 Hz, more preferably in the range of about 3 Hz to about 7 Hz.
  • the first passive stabilization system is suitably designed to effect image stabilization in high-frequency jamming movements such as hand shake, while the second stabilization system causes image stabilization at low-frequency jamming movements such as moving or vibrating surfaces.
  • the at least one optical element is attached to a carrier, which is coupled via a spring joint, which generates the first restoring force, with the housing relative to this movable, and the actuator has at least one actuator which is arranged between the housing and the spring joint in order to adjust the spring joint for image stabilization against interference movements in the low-frequency frequency range with respect to its position relative to the housing.
  • the actuator of the active stabilization system moves the spring joint and thus tilts this relative to the housing.
  • the passive stabilization system hardly reacts to low-frequency interference movements, the compensatory movements generated by the active stabilization system are transmitted from the spring joint to the optical element or its carrier.
  • Such a way of coupling the active stabilization system to the passive stabilization system is advantageously easy to implement and does not require much additional space.
  • the passive stabilization system on an attenuator, which has at least a first damping element which communicates with the housing, and at least a second damping element, which is in communication with the at least one optical element, and the Actuator adjusts the relative position between the at least one damping element and the at least one second damping element for image stabilization against interference in the low-frequency frequency range.
  • This embodiment also represents a structurally simple measure of how the actuator system of the active stabilization system can act on the manipulated variable restoring force proportional to the deflection speed in order to modify this restoring force so that image stabilization is made possible with low-frequency interference movements.
  • the passive stabilization system has an attenuator which has at least two damping elements which are in communication with the housing or with the optical element, and the actuator system adjusts the relative position between the anti-jamming movements in the low-frequency frequency range for image stabilization at least two damping elements.
  • the actuator between a housing-side damping element and an optical element-side damping element acts, acts in this embodiment, the actuator between two damping elements, which are either both connected on the housing side, or both are connected opticsement heater.
  • This embodiment can be implemented in a structurally simple way. It is understood that this embodiment can be combined with the aforementioned embodiment.
  • the attenuator is formed as an eddy current damping member.
  • Eddy current attenuators have proven to be particularly suitable in passive stabilization systems, because they work in particular non-contact and thus frictionless, and because their damping properties are defined adjustable in a manageable manner by the geometry of the magnets and / or the eddy current plate.
  • the at least one second stabilization system has a sensor system for detecting the disturbing movements, and an evaluation unit which determines the deflections and deflection speeds from signals of the sensor system, wherein the evaluation unit controls the actuators.
  • the evaluation unit evaluates the interference movements detected by the sensor with regard to their frequency spectrum.
  • This measure has the advantage that on the basis of the evaluation of the frequency spectrum of the interfering movements detected by the sensor, the evaluation unit can determine whether the detected disturbing movement is a low-frequency interfering movement or a high-frequency interfering movement.
  • the advantage of this measure is that the actuator does not need to be controlled when the evaluation of the frequency spectrum of the detected by the sensor interference results that it is high-frequency noise movements such as hand tremors, already reacts to the passive stabilization system very well so that the actuator system of the active stabilization system can remain de-energized in this case.
  • This advantageously avoids, in contrast to the known long-range optical devices, the active stabilization. does not have to flow constantly, which in turn has the advantage that the voltage source (battery or battery) for the active stabilization system discharges less quickly. Only when the evaluation of the frequency spectrum shows that the interference movements detected by the sensor are low-frequency interference movements, the evaluation unit controls the actuators to respond to these low-frequency interference movements in the sense of image stabilization.
  • the sensor system can also detect at least one position sensor for detecting the angular position of the carrier of the at least one optical element relative to the housing.
  • the active stabilization system for a pure hands-free observation without movement or vibration of the ground can also be deactivated by the user.
  • Fig. 1 is a graph showing amplitudes of perturbations that can act on a housing of a long-range optical device as a function of frequency;
  • Fig. 2 is an equivalent circuit diagram of a passive, based on inertia
  • Fig. 3 shows the degree of stabilization against jamming as a function of the frequency of the jamming movements that can act on the housing of the far-optical device when the far-optical device has a passive, inertia-based stabilization system, Fig. 3 shows the degree of stabilization only in the section of the frequency spectrum of 1 Hz to 13 Hz;
  • FIG. 4 shows the basic structure of a remote-optical device with a single passive, inertia-based stabilization system.
  • FIG. 5 shows the basic structure of a long-range optical device having two passive, inertia-based stabilization systems coupled together;
  • FIG. 6 a a sectional view in a plane parallel to the direction of light propagation
  • FIG. 6 b a front view in the direction of light propagation
  • FIG. 6 b a diagram of the coupling of two passive inertia-based stabilization systems according to FIG. 5 in the region of the mounting of the at least one movable one optical element
  • 7 shows the diagram in longitudinal section parallel to the light propagation direction of the coupling of two passive inertia-based stabilization systems, wherein in addition to FIGS. 6 a) and b) the two passive mass inertia-based stabilization systems with attenuators are illustrated;
  • FIG. 8 shows three curves which illustrate the stabilization behavior of two individual passive inertia-based stabilization systems and the stabilization behavior of the total stabilization system resulting from the combination of two passive inertia-based stabilization systems as a function of the frequency, the stabilization behavior being similar only in a section of the frequency range to Fig. 3;
  • FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of a passive inertia based stabilization system combination with an active electronically controlled actuator based stabilization system coupled to the passive stabilization system;
  • FIG. 10 shows three curves illustrating the stabilization behavior of a passive inertia-based stabilization system, an active electronically controlled actuation-based stabilization system, and the stabilization behavior of the resulting coupling versus frequency;
  • FIG. IIa a longitudinal section along the Lichtausbrei tion- direction and Fig. IIb) shows a front view in the light propagation direction;
  • FIG. 12a) is a view corresponding to FIG. IIa) and FIG Fig. IIb) shows;
  • FIG. 13 shows a further scheme of a coupling of passive and active stabilization system in the region of the attenuator a) and b) of the passive stabilization system in two views corresponding to FIG. IIa) and b);
  • Fig. 14 is yet another schematic of a passive and active coupling
  • Fig. 15 is a block diagram of an active stabilization system.
  • the long-range optical device represented by the general reference numeral 220 has an optical channel 222 in which an array of optical elements 224, 226 and 228 is disposed.
  • the optical elements 224, 226 and 228 are simplified here, with the optical element 224 forming the objective, the optical element 228 forming the eyepiece, and the optical element 226 forming the image inversion system of the far-optical device 220.
  • the long-range optical device 220 is a binocular telescope, in particular binoculars, it has correspondingly two optical channels 222, of which only the one channel is shown here.
  • the optical channel 222 has a housing 230 in which the arrangement of the optical elements 224, 226 and 228 is accommodated.
  • the optical element 226 (image inversion system) is movable relative to the housing 230.
  • a coordinate system xyz is plotted in the optical channel 222, where z denotes the light propagation axis within the optical channel 222, x the horizontal axis and y the vertical axis, the latter extending perpendicular to the plane of the drawing.
  • the optical element 226 is mounted for image stabilization about the x-axis and the y-axis pivotable in the housing 230.
  • the optical element 224 and the optical element 228 are fixed relative to the housing 230.
  • the movable optical element 226 is fixedly connected to a carrier 232, wherein the carrier 232 is pivotable about the aforementioned x-axis and the aforementioned y-axis.
  • the first member 234a upon deflection of the optical element 226 relative to the housing 230, generates a first restoring force (restoring force 208 in FIG. 2) proportional to this deflection.
  • the first member 234a is as Spring joint 236 is formed, which has a rotational degree of freedom about the x-axis and a rotational degree of freedom about the y-axis.
  • the spring joint 236 has, on the one hand, an interface 238 to the housing 230 and an interface 240 to the carrier 232 and thus to the optical element 226.
  • the first member 234a of the stabilization system 234 thus forms the bearing 206 according to the mechanical equivalent circuit diagram according to FIG. 2 and generates the restoring force 208 proportional to the deflection.
  • the second member 234b of the stabilization system 234 is formed as an attenuator 242, which generates a second restoring force in proportion to the deflection speed at a deflection of the optical element 226 and the carrier 232 relative to the housing 230.
  • the attenuator 238 has an interface 240 to the housing 230, the damping elements 244, for example, magnets 243, and an interface 246 to the support 232 and thus to the optical element 226 having, for example, an eddy current plate, which forms an eddy current damping member with the magnets 242.
  • the second member 234b thus generates the second restoring force 210 in proportion to the deflection speed of the deflection of the optical element 226 relative to the housing 230.
  • the stabilization behavior of the stabilization system 234 in the frequency range f H according to FIG. 1 at frequencies f greater than or equal to about 4 Hz, which correspond to the frequencies of hand shake, is good, while the stabilization behavior at frequencies below about 4 Hz
  • Image stabilization during interference movements of the housing 230 in the low-frequency frequency range f N is only inadequate or even impossible.
  • Fig. 5 shows an embodiment of a long-range optical device 10, in which two passive, inertia-based stabilization systems are coupled together.
  • the device 10 has at least one optical channel 12, which has a housing 14 and an arrangement of optical elements 16, 18 and 20.
  • the optical element 18 is, as in the known long-range optical device 220 shown in FIG. 4, about the x-axis and the y-axis, i. about the horizontal axis and about the vertical axis of the long-range optical device 10 pivotally mounted and thus movable to the housing 14 in this.
  • the movable optical element 18 (image inversion system) is fixed to a first carrier 22, which is pivotally mounted in the housing 14 about the aforementioned x-axis and the y-axis mentioned above.
  • the first carrier 22 is connected to a second carrier 24, which is also mounted in the housing 14 about the x-axis and the y-axis pivotally.
  • the long-range optical device 10 comprises a first passive inertia-based stabilization system 26 and a second, likewise passive, inertia-based stabilization system 28.
  • the first stabilization system 26 has a first member 26a and a second member 26b.
  • the first member 26a is formed as a spring joint 30 with the above-described two rotational degrees of freedom about the x-axis and the y-axis and has an interface 32 to the housing 14 and an interface 34 to the first support 22 and thus to the optical element 18 on.
  • the second member 26b of the stabilization system 26 is formed as an attenuator 36 and has an interface to the housing 14 having damping elements 38, which are formed for example as magnets 40, and an interface 42 to the second carrier 24 and via this to the first Carrier 22 and via this to the optical element 18.
  • the interface 42 is formed for example as eddy current plate, which forms an eddy current damping member with the magnet 40 of the interface 38.
  • the second stabilization system 28 has a first member 28a and a second member 28b.
  • the first member 28a has a spring joint 44 with rotational degrees of freedom about the x-axis and the y-axis.
  • the spring joint 44 has an interface 46 to the first carrier 22 and thus to the movable optical element 18, and an interface 48 to the second carrier 24 and thus via the spring joint 30 to the housing 14th
  • the optical element 18 of the long-range optical device 10 is thus via the spring joint 44 not directly connected to the housing 14, but via interposition of the further spring joint 30.
  • the two passive stabilization systems 26 and 28 are thus coupled together.
  • the second member 28b of the second stabilization system 28 has an attenuator 50 with an interface in the form of two damping elements 52 to the housing 14, which for example have magnets 54, and an interface 56 to the first support 22 and thus to the optical element 18, wherein
  • the interface 56 includes an eddy current plate that forms an eddy current attenuator with the magnets 54.
  • the attenuator 50 does not act directly between the first carrier 22 and the housing 14, but between the first carrier 22 and the second carrier 24, or the attenuator 36th instead acts directly between the second carrier 24 and the housing 14 between the second carrier 24 and the first carrier 22.
  • the first stabilizing system 26, upon deflection of the optical element 18 relative to the housing 14, upon deflection of the optical element 18 relative to the housing 14, generates a first restoring force proportional to this displacement and a second restoring force proportional to the deflection speed of that displacement, and the second stabilizing system 28 generates a third restoring force proportional to the displacement or the remaining Deflection of the optical element 18 and / or a fourth restoring force proportional to the deflection speed or the remaining deflection speed of this deflection.
  • Fig. 6a shows a simplified schematic diagram of the coupling of the two stabilizing systems 26 and 28 in the region of their first members 26a and 28a, which form the bearing of the optical element 18 and generate the restoring forces proportional to the deflection of the optical element 18.
  • the power flow goes via the interface 34 to the interface 46 and from there to the interface 48, which represents the interface to the optical element 18.
  • Fig. 6b schematically shows the first member 26a in a front view in the direction of light propagation (perpendicular to the plane of the drawing), i. E. in the xy plane with the interfaces 32, 34 and the second carrier 24.
  • Fig. 6b and the springs 56 and 58 of the spring joint 30 are drawn, in Fig. 5, only the springs 56 can be seen.
  • the springs 56 allow rotation about the x-axis, and the springs 58 rotate about the y-axis.
  • the spring joint 44 is constructed accordingly.
  • Fig. 7 shows a diagrammatically simplified diagram of the coupling of the stabilization systems 26 and 28 of the long-range optical device 10 with a view corresponding to Fig. 6a), wherein now the second members 26b and 28b are shown.
  • Spring hardening of the spring joint 30 on the one hand and the spring joint 44 on the other hand can be designed or adjusted differently.
  • the attenuation characteristics of the attenuators 36 and 50 of the two stabilization systems 26 and 28 may be different.
  • Fig. 8 shows for the long-range optical device 10 three curves of the degree of stabilization S of the image stabilization function of the frequency f of acting on the housing 14 jamming movements, the curves are shown only in a section of the entire possible frequency range.
  • a curve Si represents the stabilization behavior as a function of the frequency f, for example the first stabilization system 26 and a curve S2 corresponding to the stabilization behavior as a function of the frequency of the second stabilization system.
  • the stabilization behavior of the two stabilization systems 26 and 28 for image stabilization has been set to different frequency ranges, ie the first stabilization system 26 responds better to high-frequency interference movements, and the stabilization system 28 rather to low-frequency interference movements.
  • a curve S3 shows the resulting stabilization behavior of the overall stabilization system comprising the first stabilization system 26 and the second stabilization system 28.
  • At least two passive, inertia-based stabilization systems are coupled together to allow image stabilization in noise movements in both low-frequency and high-frequency range
  • at least one passive, based on inertia Stabilization system is coupled to at least one active, based on electronically controlled actuator-based stabilization system
  • the basic principle is that the active stabilization system acts on the force units of the passive stabilization system.
  • FIG. 9 schematically shows an optical element 60 which is movable in a remote optical device 58 for image stabilization in the event of disturbing movements relative to the housing of the long-range optical device.
  • the optical element 60 is fastened to a carrier 62, which is mounted pivotably on a bearing 64 about the abovementioned x- and y-axis, so that the optical element 60 can also be pivoted about these two axes.
  • the bearing 64 is part of a passive inertia-based stabilization system 66 which generates a first restoring force 68 proportional to the deflection of the optical element 60 and a second restoring force 70 proportional to the deflection speed of the deflection of the optical element 60.
  • the far-optical device 58 is identical to the long-range optical device 200 in FIG. 2 and the long-distance optical device 220 in FIG. 4, respectively.
  • an active stabilization system 72 based on electronically controlled actuators is coupled to the first passive stabilization system 66.
  • An arrow 74 indicates that the active stabilization system 72 acts on the first restoring force 68 for image stabilization in the event of disturbances in the low-frequency frequency range, and an arrow 76 illustrates an action of the active stabilization system 72 on the second restoring force 70 proportional to the deflection speed ,
  • the stabilization behavior of the far-optical device 58 can be changed.
  • FIG. 10 shows a first curve Si illustrating the frequency-dependent degree of stabilization S of the passive inertia-based stabilization system 66.
  • a curve S2 illustrates the stabilization behavior or the degree of stabilization S of the active stabilization system 72 as a function of the frequency f.
  • the active stabilizing system 72 is substantially effective in disturbing movements in the low-frequency frequency range.
  • a curve S3 the overall stabilization behavior of the combination of passive stabilization system and active stabilization system is shown, it being evident from the course of curve S3 that, unlike the passive stabilization system alone, image stabilization is now additionally effected in the low-frequency frequency range.
  • the action of the active, electronically controlled actuator-based stabilization system 66 on the passive stabilization system can be of various types.
  • the term “actuatorics” is to be understood generally.
  • the active stabilization system 66 acts on the first restoring force in proportion to the deflection produced by the passive stabilization system 66 in such a way that the actuator modifies the angular position of the carrier 62, and / or Restoring force 68 is modified by biasing the spring constant of the passive stabilizer spring assembly, etc.
  • Actuation of active stabilization system 72 on second restoring force 70 proportional to the displacement velocity produced by the passive stabilization system may be accomplished in a modification of eddy current attenuator 238 in FIG Fig. 4 by geometric variation, for example, the distance of the magnets 242, the position of the metal plate 244, the position of the magnets 242, by influencing the material of the magnets 242 or by induction, etc. act, as will be described below.
  • the Embodiments of the long-range optical device 220 in FIG. 4 described below with a coupling of an active stabilization system to the already existing passive stabilization system 234 are described below.
  • FIG. 11 shows parts associated with parts of the far-optical device 220 in Fig. 11a 4 are identical or identical, are given the same reference number as in FIG.
  • Fig. IIa shows the first member 234a of the passive stabilization system 234.
  • the first member 234a of the passive stabilization system 234 is designed as a spring joint, wherein Fig. IIa) the spring joint in section parallel to the z-axis in Fig. 4 and Fig. IIb) shows the spring joint 236 in a front view in the xy plane.
  • Fig. IIb also shows springs 248 and 250 which define the two rotational degrees of freedom of the spring hinge 236 about the x-axis and the y-axis.
  • springs 248 and 250 which define the two rotational degrees of freedom of the spring hinge 236 about the x-axis and the y-axis.
  • Fig. IIa) and in Fig. 4 are corresponding to the longitudinal sectional view, only the springs 248 can be seen.
  • the spring joint 236 is coupled via the interface 238 directly to the housing 230, the spring joint 236 according to Fig. I Ia) and b) with the housing 230 via actuators 252 and 254th connected.
  • the actuators 252 and 254 are arranged between the housing 230 and the spring joint 236, wherein the actuators 252 and 254 adjust the spring joint for image stabilization against interference in the low-frequency frequency range with respect to its position relative to the housing 230.
  • the actuators 252 serve to adjust the spring joint 236 relative to the housing 230 about the x-axis, and the actuators 254 corresponding to the adjustment of the spring joint 236 relative to the housing 230 about the y-axis.
  • the spring joint 236 For image stabilization in the event of disturbing movements in the low-frequency range, the spring joint 236 is thus actively moved and tilted relative to the housing 230. Since the first passive stabilization system 234 hardly reacts to low-frequency jamming movements, the compensatory movements generated by the active stabilization system 72 are transmitted from the spring joint 236 to the carrier 232 and thus to the optical component 226 (see FIG. 4).
  • Figures 12a) and b) now show how the active stabilization system 72 acts on the second member 234b of the passive stabilization system 234 to vary the second restoring force in proportion to the rate of deflection in deflection of the optical member 226 relative to the housing 230. to achieve image stabilization in the event of disturbing movements in the low-frequency frequency range.
  • the interface 246, which is formed as eddy current plate, is rigidly connected to the carrier 232
  • the interface 246, also in the form of an eddy current plate, with the support 232 is not rigid, but connected via an actuator 258 an actuator of the active stabilization system 72.
  • This coupling of the active stabilization system 72 to the second member 234b of the passive stabilization system 234 enables active control of the relative movement between the eddy current plate 246 and the magnets 243.
  • the relative movement between the eddy current plate 246 and the magnets 243 may be rigid with the carrier 232 coupled eddy current plate 246 can be increased or decreased, whereby the attenuation caused by the attenuator 242 of the passive stabilization system 234 can be increased or decreased.
  • FIGS. 13 a) and b) show a further exemplary embodiment which can be used in combination with the exemplary embodiment in FIG. 12 or in isolation and in which the actuator system of the active stabilization system has at least one actuator 260 which is located between the magnets 243 the second member 234b of the passive stabilization system 234 and the housing 230 is arranged, wherein via the at least one actuator 260, the relative movement between the magnet 243 and the metal plate 246 can be actively controlled, analogous to the embodiment in FIG.
  • a possible direction of movement of the metal plate 246 caused by the actuator 258 is illustrated with a double arrow 262
  • a double arrow 264 in Fig. 13a) illustrates the movement of the at least one actuator 260 caused by the at least one actuator 260 Magnets 243 relative to the housing 230.
  • the active stabilization system 72 may include an actuator having at least one actuator 268 that actively changes a distance d between the magnets 243 of the attenuator 242 of the passive stabilization system 234 by the actuator Actuator 268 moves the magnets 243 toward or away from each other. By this movement, the magnetic field density and thus the attenuation of the attenuator 242 is changed.
  • the active stabilization system 72 which is based on electronic control actuators, has a sensor system for detecting the disturbing movements acting on the housing 230, as well as an evaluation unit which determines the detected deflections and deflection speeds from signals of the sensor system, wherein value unit then controls the actuators 252, 254, 258, 260 and / or 268 in order to effect image stabilization in the low-frequency frequency range.
  • a sensor system 80 which has, for example, one or more sensors 82 connected to the housing 230, detects movements of the housing 230, sometimes also interference movements.
  • the signals generated by the sensor 80 are fed to an evaluation unit 84, which determines from the signals of the sensor 80 the detected deflections and deflection speeds resulting from the movements of the housing 230.
  • the evaluation unit 84 then controls the actuator 86 of the active stabilization system 72 in accordance with the image stabilization.
  • the evaluation unit 84 is designed, in particular, to evaluate the interference movements detected by the sensor system 80 with regard to their frequency spectrum (see FIG. 1). The evaluation unit 84 then activates the actuator system 86 when the frequency spectrum of the disturbance movements evaluated by the evaluation unit 84 contains frequencies against which the passive stabilization system 234 is substantially ineffective. In this way, the active stabilization system 72 does not have to be permanently active or the actuator 86 does not have to be permanently charged with voltage, but only in the event that the evaluation unit 84 detects disturbing movements whose frequencies are at least also in the low-frequency frequency range.

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Abstract

Eine fernoptische Vorrichtung (10) weist zumindest einen optischen Kanal (12), der ein Gehäuse (14) und eine Anordnung optischer Elemente (16, 18, 20) aufweist, wobei zumindest eines der optischen Elemente (16, 18, 20) zur Bildstabilisierung bei Störbewegungen des Gehäuses (14) relativ zum Gehäuse (14) beweglich ist, und ein erstes passives, auf Masseträgheit basierendes Stabilisierungssystem (26) für das zumindest eine bewegliche optische Element (18) auf, das bei Auslenkung des zumindest einen optischen Elements (18) relativ zum Gehäuse (14) eine erste Rückstellkraft proportional zur Auslenkung und eine zweite Rückstellkraft proportional zur Auslenkungsgeschwindigkeit erzeugt, wobei das erste Stabilisierungssystem (26) zur Bildstabilisierung bei Störbewegungen in einem ersten Frequenzbereich ausgelegt ist. Die fernoptische Vorrichtung (10) weist zumindest ein zweites Stabilisierungssystem (28) auf, das mit dem ersten Stabilisierungssystem (26) gekoppelt ist und zur Bildstabilisierung gegen Störbewegungen in zumindest einem zweiten Frequenzbereich ausgelegt ist, wobei der erste und der zumindest eine zweite Frequenzbereich zumindest teilweise unterschiedlich sind.

Description

Fernoptische Vorrichtung mit Bildstabilisierung
[0001] Die Erfindung betrifft eine fernoptische Vorrichtung, mit zumindest einem optischen Kanal, der ein Gehäuse und eine Anordnung optischer Elemente aufweist, wobei zumindest eines der optischen Elemente zur Bildstabilisierung bei Störbewegungen des Gehäuses relativ zum Gehäuse beweglich ist, und mit einem ersten passiven, auf Masseträgheit basierenden Stabilisierungssystem für das zumindest eine bewegliche optische Element, das bei Auslenkung des zumindest einen optischen Elements relativ zum Gehäuse eine erste Rückstellkraft proportional zur Auslenkung und eine zweite Rückstellkraft proportional zur Auslenkungsgeschwindigkeit erzeugt, wobei das erste Stabilisierungssystem zur Bildstabilisierung bei Störbewegungen in einem ersten Frequenzbereich ausgelegt ist. [0002] Eine solche fernoptische Vorrichtung ist aus dem Dokument DE 38 43 776 AI bekannt.
[0003] Eine fernoptische Vorrichtung der eingangs genannten Art kann im Sinne der vorliegenden Erfindung ein monokulares oder binokulares Teleskop, insbesondere ein Fernglas sein. Im Fall eines binokularen Teleskops hat die fernoptische Vorrichtung zwei optische Kanäle.
[0004] Bei der Nutzung einer fernoptischen Vorrichtung, wie beispielsweise eines Fernglases, wirken sich Störbewegungen des Gehäuses der fernoptischen Vorrichtung auf die Bildqualität des vom Nutzer gesehenen Bildes negativ aus. Die auf das Gehäuse wirkenden Störbewegungen führen zu einer Verwacklung des Bildes, die die Beobachtung eines Objektes oder einer Szenerie stören.
[0005] Die auf das Gehäuse wirkenden Störbewegungen können verschiedene Ursachen haben, die sich hinsichtlich ihres Frequenzspektrums unterscheiden.
[0006] Eine Ursache für Störbewegungen ist das Handzittern bei einer freihändigen Nutzung der fernoptischen Vorrichtung, d.h. einer Nutzung ohne Abstüt- zung durch ein Stativ oder dergleichen. Störbewegungen, die auf ein Handzittern zurückzuführen sind, haben ein Frequenzspektrum, das Frequenzen von etwa oberhalb 4 bis etwa 20 Hz umfasst. Störbewegungen in einem solchen Frequenzbereich werden in der vorliegenden Beschreibung auch als höherfrequente Störbewegungen bezeichnet.
[0007] Eine weitere Ursache für Störbewegungen sind externe Einflüsse, beispielsweise ein schwankender oder vibrierender Untergrund eines Land-, Wasseroder Luftfahrzeuges. Solche Störbewegungen können ein Frequenzspektrum aufweisen, das unterhalb des Frequenzspektrums des Handzitterns liegt, d.h. das Frequenzen unterhalb von 4 Hz bis nahe 0 Hz enthalten kann. [0008] Störbewegungen, die ein Frequenzspektrum unterhalb von etwa 4 Hz aufweisen, werden in der vorliegenden Beschreibung als niederfrequente Störbewegungen bezeichnet.
[0009] In Fig. 1 ist schematisch das Frequenzspektrum von Störbewegungen gezeigt, die auf eine fernoptische Vorrichtung, d.h. auf deren Gehäuse, einwirken können. In Fig. 1 ist die Amplitude A der Störbewegungen gegen die Frequenz f aufgetragen. Der niederfrequente Frequenzbereich ist mit fN und der hochfrequente Frequenzbereich mit fH bezeichnet. Die Frequenz f0 soll hier die Grenze zwischen dem niederfrequenten Frequenzbereich und dem hochfrequenten Frequenzbereich andeuten. Es versteht sich, dass die Frequenz f0 nicht zwingend bei 4 Hz liegen muss, sondern in einem Bereich zwischen etwa 2 Hz und etwa 5 Hz.
[0010] Von Störbewegungen zu unterscheiden sind gewollte Bewegungen des Gehäuses der fernoptischen Vorrichtung, d.h. bei einem Schwenken der fernoptischen Vorrichtung, um den Blick durch die fernoptische Vorrichtung schweifen zu lassen oder um ein bewegtes Objekt zu verfolgen.
[0011] Es ist bekannt, zur Bildstabilisierung bei Störbewegungen des Gehäuses zumindest ein optisches Element der Anordnung optischer Elemente relativ zum Gehäuse beweglich zu lagern. Bei der aus dem eingangs genannten Dokument bekannten fernoptischen Vorrichtung ist dieses zumindest eine optische Element das Bildumkehrsystem. Für das Bildumkehrsystem ist ein passives, auf Masseträgheit basierendes Stabilisierungssystem vorhanden. Das Stabilisierungssystem weist zum einen ein Federgelenk auf, über das ein Träger, mit dem das Bildumkehrsystem fest verbunden ist, relativ zum Gehäuse beweglich gelagert ist, und zum anderen ein Dämpfungsglied, das als Wirbelstromdämpfungsglied ausgebildet ist und das ebenfalls zwischen dem Träger und dem Gehäuse wirkt. Das Federgelenk weist zwei rotatorische Freiheitsgrade auf, und zwar einen um eine Horizontalachse der fernoptischen Vorrichtung und einen Freiheitsgrad um die Vertikalachse der fernoptischen Vorrichtung. [0012] Die bewegliche Lagerung und Dämpfung der Bewegung des Bildumkehrsystems relativ zum Gehäuse bewirken, dass auf das Gehäuse einwirkende Störbewegungen sich nicht oder vermindert auf das Bildumkehrsystem übertragen, sondern dieses mehr oder weniger in einer Ruheposition gehalten wird, wodurch das Bild, das vom Nutzer betrachtet wird, stabilisiert ist.
[0013] Ein passives, auf Masseträgheit basierendes Stabilisierungssystem lässt sich gemäß Fig. 2 durch ein mechanisches Ersatzschaltbild darstellen. Fig. 2 zeigt ein mechanisches Ersatzschaltbild eines passiven, auf Masseträgheit basierenden Stabilisierungssystems 200 für ein optisches Element 202. Das optische Element 202 ist an einem Träger 204 befestigt, der wiederum an einem Lager 206 gelagert ist, wobei auf den Träger eine erste Rückstellkraft 208 proportional zur Auslenkung des Trägers 204 und eine zweite Rückstellkraft 210 proportional zur Auslenkungsgeschwindigkeit wirkt. Bei der bekannten fernoptischen Vorrichtung wird die Funktion des Lagers 206 und der ersten Rückstellkraft 208 durch das Federgelenk und die zweite Rückstellkraft 210 durch das Wirbelstromdämpfungsglied erfüllt.
[0014] Bei solchen passiven, auf Masseträgheit basierenden Stabilisierungssystemen hat sich herausgestellt, dass sie das Bild besonders wirksam gegen Störbewegungen im hochfrequenten Ziel-Frequenzbereich stabilisieren können. In Fig. 3 ist eine Kurve gezeigt, die die Abhängigkeit des Stabilisierungsgrades S von der Frequenz f im Frequenzbereich oberhalb von 1 Hz einer fernoptischen Vorrichtung zeigt, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist und ein passives Stabilisierungssystem aufweist, das auf Masseträgheit basiert. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, wird bei der bekannten fernoptischen Vorrichtung bei Frequenzen oberhalb von 6 Hz ein Stabilisierungsgrad von oberhalb 80 % erreicht, während der Stabilisierungsgrad zu niedrigeren Frequenzen, insbesondere ab 4 Hz und darunter, deutlich abfällt. Mit anderen Worten ist ein passives, auf Masseträgheit basierendes Stabilisierungssystem in der Lage, eine wirksame Bildstabilisierung bei Störbewegungen wie Handzittern zu bieten, während eine wirksame Bildstabilisierung bei Störbewegungen, wie beispielsweise niederfrequent beweglichen Untergründen, nicht gegeben ist. Das Stabilisierungsverhalten unterhalb von 1 Hz ist in Fig. 3 nicht gezeigt. [0015] Nun bestünde zwar die Möglichkeit, bei einem rein passiven, auf Masseträgheit basierenden Stabilisierungssystem die Stellgrößen Rückstellkraft proportional zur Auslenkung und Rückstellkraft proportional zur Auslenkungsgeschwindigkeit so zu modifizieren, dass auch eine wirksame Bildstabilisierung bei Störbewegungen im niederfrequenten Frequenzbereich ermöglicht wird. Dies ist jedoch nicht in jedem Fall wünschenswert, weil dann im Falle eines gewollten Schwenkens der fernoptischen Vorrichtung es vorkommen kann, dass das Sichtfeld der Schwenkbewegung nicht instantan folgt, was auch als "Panning-Effekt" bezeichnet wird. Dieser Effekt führt beim Beobachter zu Irritationen und würde die Nutzung der bildstabilisierten fernoptischen Vorrichtung einschränken.
[0016] Demgegenüber sind solche fernoptischen Vorrichtungen bekannt, beispielsweise aus EP 0 834 761 AI, die ein aktives, elektronisch gesteuertes Stabilisierungssystem aufweisen. Derartige aktive, elektronische Stabilisierungssysteme erlauben zwar auch eine Bildstabilisierung bei Störbewegungen im niederfrequenten Frequenzbereich, weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie zum einen ein großes Bauvolumen erfordern und sehr kostspielig sind, und zum anderen, dass auch zur Bildstabilisierung bei Störbewegungen im hochfrequenten Frequenzbereich, die insbesondere durch Handzittern verursacht werden, ein Strom fließen muss, um die Aktuatoren zu betreiben. Da die Energie der Bewegung des aktiven Stabilisierungssystems etwa linear mit der Frequenz der Störbewegung ansteigt, wird im hochfrequenten Bereich die meiste Energie verbraucht. Stabilisiert das aktive Stabilisierungssystem in diesem hochfrequenten Bereich nicht, wird der Energieverbrauch deutlich verringert.
[0017] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine fernoptische Vorrichtung der eingangs genannten Art, die ein passives, auf Masseträgheit basierendes Stabilisierungssystem aufweist, dahingehend weiterzubilden, dass sie auch eine wirksame Bildstabilisierung bei Störbewegungen im niederfrequenten Ziel- Frequenzbereich ermöglicht. [0018] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich der eingangs genannten Vorrichtung durch zumindest ein zweites Stabilisierungssystem gelöst, das mit dem ersten Stabilisierungssystem gekoppelt ist und zur Bildstabilisierung gegen Störbewegungen in zumindest einem zweiten Frequenzbereich ausgelegt ist, wobei der erste und der zumindest eine zweite Frequenzbereich zumindest teilweise unterschiedlich sind.
[0019] Die erfindungsgemäße fernoptische Vorrichtung geht somit weiterhin von einer Bauart aus, die ein passives, auf Masseträgheit basierendes Stabilisierungssystem aufweist, das eine Rückstellkraft proportional zur Auslenkung und eine Rückstellkraft proportional zur Auslenkungsgeschwindigkeit erzeugt. Gegenüber der bekannten fernoptischen Vorrichtung weist die erfindungsgemäße fernoptische Vorrichtung jedoch zumindest ein zweites Stabilisierungssystem auf, das mit dem ersten Stabilisierungssystem gekoppelt ist und zur Bildstabilisierung gegen Störbewegungen in zumindest einem zweiten Ziel-Frequenzbereich ausgelegt ist, so dass mit dem zumindest einen zweiten Stabilisierungssystem solche Störbewegungsfrequenzen herausgefiltert werden können, gegen die das erste passive, auf Masseträgheit basierende Stabilisierungssystem nicht wirksam oder nicht ausreichend wirksam ist. Das erste Stabilisierungssystem kann dabei vorzugsweise zur Bildstabilisierung bei Handzittern ausgelegt sein, während das zweite Stabilisierungssystem zur Bildstabilisierung bei Störbewegungen durch bewegliche Untergründe (Hubschrauber, Fahrzeug, Boot) ausgelegt ist. Erfindungsgemäß wirkt das zumindest eine zweite Stabilisierungssystem nicht unabhängig von dem ersten Stabilisierungssystem auf die Bewegung des zumindest einen optischen Elements, sondern indirekt über eine Kopplung des zweiten Stabilisierungssystems an das erste Stabilisierungssystem.
[0020] Es versteht sich, dass unter Frequenzbereichen, in denen die zumindest zwei Stabilisierungssysteme wirksam sind bzw. auf die sie zur Bildstabilisierung ausgelegt sind, nicht Frequenzbereiche zu verstehen sind, in denen die zumindest zwei Stabilisierungssysteme ausschließlich wirksam sind, sondern die Stabilisierungssysteme sind in diesen Frequenzbereichen besonders wirksam hinsichtlich der Bildstabilisierung. Unter Frequenzbereichen sind in diesem Sinne daher stets Ziel- Frequenzbereiche zu verstehen, auf die die Stabilisierungssysteme besonders gut ansprechen. Dies schließt nicht aus, dass die Stabilisierungssysteme auch in anderen Frequenzbereichen, d.h. Nicht-Ziel-Frequenzbereichen Wirkung entfalten. Das eine Stabilisierungssystem ist somit in einem ersten Ziel-Frequenzbereich besonders wirksam, beispielsweise im hochfrequenten Frequenzbereich, und das zumindest eine weitere Stabilisierungssystem ist in zumindest einem zweiten Ziel-Frequenzbereich besonders wirksam, beispielsweise im niederfrequenten Frequenzbereich.
[0021] Die erfindungsgemäße fernoptische Vorrichtung lässt sich im Unterschied zu solchen mit rein aktiven, elektronischen Bildstabilisierungssystemen kompakter und kostengünstiger herstellen.
[0022] In einer bevorzugten Ausgestaltung weist einer der zumindest zwei Frequenzbereiche Frequenzen im Bereich von etwa 0 Hz bis etwa 20 Hz, vorzugsweise im Bereich von etwa 2 Hz bis etwa 10 Hz, weiter vorzugsweise im Bereich von etwa 3 Hz bis etwa 7 Hz auf.
[0023] In den angegebenen Ziel-Frequenzbereichen, in denen zumindest eines der beiden Stabilisierungssysteme wirksam ist, können vorteilhafterweise Anregungen, die durch bewegliche oder vibrierende Untergründe verursacht werden, wirksam gedämpft werden.
[0024] Gemäß einer ersten Ausgestaltungsvariante ist das zumindest eine zweite Stabilisierungssystem ein passives, auf Masseträgheit beruhendes Stabilisierungssystem.
[0025] Hierbei ist von Vorteil, dass die zumindest zwei Stabilisierungssysteme insgesamt stromlos arbeiten können. Für die Bildstabilisierung ist somit vorteilhafterweise keine Spannungsversorgung erforderlich, wodurch die fernoptische Vorrichtung ohne Spannungsquelle auskommt. Es versteht sich, dass auch mehr als zwei passive Stabilisierungssysteme miteinander gekoppelt werden können. [0026] In einer mit der vorstehend genannten Ausgestaltung in Verbindung stehenden Ausgestaltung erzeugt das zumindest eine zweite Stabilisierungssystem bei Auslenkung des zumindest einen optischen Elements relativ zum Gehäuse eine dritte Rückstellkraft proportional zur Auslenkung und/oder eine vierte Rückstellkraft proportional zur Auslenkungsgeschwindigkeit.
[0027] In dieser Ausgestaltung ergeben sich vorteilhafterweise zumindest drei, ggf. zumindest vier Stellgrößen, die vorzugsweise unabhängig voneinander so eingestellt werden können, dass eine Bildstabilisierung sowohl im niederfrequenten Ziel-Frequenzbereich als auch im hochfrequenten Ziel-Frequenzbereich ermöglicht wird.
[0028] Dabei ist es weiterhin bevorzugt, wenn das zumindest eine optische Element an einem ersten Träger befestigt ist, der über ein erstes Federgelenk, das die erste Rückstellkraft erzeugt, mit zumindest einem zweiten Träger relativ zu diesem beweglich gekoppelt ist, wobei der zumindest eine zweite Träger über zumindest ein zweites Federgelenk, das die dritte Rückstellkraft erzeugt, mit dem Gehäuse relativ zu diesem beweglich gekoppelt ist.
[0029] In dieser Ausgestaltung sind die zumindest zwei Stabilisierungssysteme, die als passive, auf Masseträgheit basierende Stabilisierungssysteme ausgebildet sind, über ein Federgelenk miteinander gekoppelt, wodurch eine einfach zu realisierende Kopplung zwischen den zumindest zwei Stabilisierungssystemen ermöglicht wird. Auf diese Weise sind die zumindest zwei Träger im Sinne zweier gekoppelter schwingungsfähiger Systeme miteinander verbunden.
[0030] Dabei ist es bevorzugt, wenn das erste und das zumindest eine zweite Federgelenk unterschiedliche Rückstellkräfte erzeugen.
[0031] Prinzipiell und vorzugsweise können die beiden Federgelenke hinsichtlich ihrer Federcharakteristik individuell eingestellt werden. [0032] In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das erste Stabilisierungssystem ein erstes Dämpfungsglied, das die zweite Rückstellkraft erzeugt, und das zumindest eine zweite Stabilisierungssystem zumindest ein zweites Dämpfungsglied auf, das die vierte Rückstellkraft erzeugt, wobei das erste und das zumindest eine zweite Dämpfungsglied vorzugsweise ein unterschiedliches Dämpfungsverhalten aufweisen.
[0033] Hierbei ist von Vorteil, dass durch das Vorsehen jeweils eines Dämpfungsgliedes sowohl für das erste Stabilisierungssystem als auch für das zumindest eine zweite Stabilisierungssystem die Dämpfungseigenschaften bzw. die Rückstellkräfte proportional zur Auslenkungsgeschwindigkeit optimal an die gewünschte Bildstabilisierung sowohl bei Störbewegungen im niederfrequenten Frequenzbereich als auch im hochfrequenten Frequenzbereich angepasst bzw. eingestellt werden können.
[0034] Dabei ist es weiterhin bevorzugt, wenn das erste Dämpfungsglied zwischen dem ersten Träger und dem Gehäuse und das zweite Dämpfungsglied zwischen dem zweiten Träger und dem Gehäuse wirkt.
[0035] Auf diese Weise werden durch Störbewegungen des Gehäuses verursachte Anregungen des ersten Trägers und des zweiten Trägers unmittelbar gegenüber dem Gehäuse gedämpft. Es ist ebenso denkbar, das erste oder zweite Dämpfungsglied zwischen dem ersten Träger und dem zweiten Träger vorzusehen, jedoch kann es dann schwieriger sein, ein gewünschtes Dämpfungsverhalten des Gesamtsystems in einfach kontrollierbarer Weise einzustellen.
[0036] In einer alternativen Ausführungsvariante ist das zumindest eine zweite Stabilisierungssystem ein aktives, auf elektronisch gesteuerter Aktuatorik basierendes Stabilisierungssystem, wobei die Aktuatorik auf das erste Stabilisierungssystem wirkt. [0037] In dieser Ausgestaltung weist die fernoptische Vorrichtung zumindest zwei Stabilisierungssysteme auf, von denen eines passiv und eines aktiv ist. Im Unterschied zu den bekannten fernoptischen Vorrichtungen, die zur Bildstabilisierung ausschließlich ein aktives, auf elektronisch gesteuerter Aktuatorik basierendes Stabilisierungssystem aufweisen, wirkt bei der erfindungsgemäßen fernoptischen Vorrichtung die Aktuatorik nicht unmittelbar auf das zumindest eine bewegliche optische Element bzw. dessen Träger, sondern es wirkt auf das passive, auf Masseträgheit basierende Stabilisierungssystem. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die elektronisch gesteuerte Aktuatorik auf die erste Rückstellkraft proportional zur Auslenkung einwirkt, beispielsweise indem die Aktuatorik die Winkellage des optischen Elements bzw. dessen Trägers aktiv verändert, oder die erste Rückstellkraft proportional zur Auslenkung modifiziert, indem die Federhärte des Federgelenks des passiven Stabilisierungssystems verändert wird, usw. Ebenso kann die Aktuatorik auf das passive Stabilisierungssystem wirken, indem die Rückstellkraft proportional zur Auslenkungsgeschwindigkeit aktiv verändert wird. Beispielsweise im Fall, dass das passive Stabilisierungssystem ein Wirbelstromdämpfungsglied aufweist, kann die Aktuatorik die Dämpfungsparameter der Wirbelstrombremse modifizieren (Magnetfeldstärke, Stärke der induzierten Ströme usw.). In den Rahmen der vorliegenden Ausgestaltung fällt auch eine Ausgestaltung, bei der das aktive Stabilisierungssystem auf das passive Stabilisierungssystem wirkt und dieses Gesamtsystem dann zusätzlich aktiv stabilisiert wird.
[0038] Außerdem besteht die Möglichkeit, anstatt auf das Wirbelstromdämpfungsglied oder das Federgelenk einzuwirken, direkt eine Kraft in das System einzubringen, die nicht mechanisch an das Federgelenk gekoppelt ist. Denkbar sind hier vor allem eine oder mehrere Magnetspulen, die auf Magnete, auch auf die Magnete des Wirbelstromdämpfungsglied, einwirken. Diese führen nicht direkt eine Bewegung durch, sondern bewirken eine zusätzliche Kraft auf das System, wodurch die Nulllage des mechanischen Stabilisierungssystems verschoben wird. Die aktive Stabilisierung führt dann die Nulllage für niedrige Frequenzen der Störbewegung nach und die passive Stabilisierung arbeitet um diese Nulllage herum. [0039] Vorzugsweise weist bei dieser Ausgestaltungsvariante der erste Frequenzbereich Frequenzen oberhalb von etwa 20 Hz, vorzugsweise oberhalb von etwa 10 Hz, weiter vorzugsweise oberhalb von etwa 7 Hz auf, und der zweite Frequenzbereich weist Frequenzen im Bereich von etwa 0 Hz bis etwa 20 Hz, vorzugsweise im Bereich von etwa 2 Hz bis etwa 10 Hz, weiter vorzugsweise im Bereich von etwa 3 Hz bis etwa 7 Hz auf.
[0040] In dieser Ausgestaltung ist das erste passive Stabilisierungssystem entsprechend dazu ausgelegt, eine Bildstabilisierung bei hochfrequenten Störbewegungen wie Handzittern zu bewirken, während das zweite Stabilisierungssystem eine Bildstabilisierung bei niederfrequenten Störbewegungen wie beweglichen oder vibrierenden Untergründen bewirkt.
[0041] Dabei ist es weiterhin bevorzugt, wenn das zumindest eine optische Element an einem Träger befestigt ist, der über ein Federgelenk, das die erste Rückstellkraft erzeugt, mit dem Gehäuse relativ zu diesem beweglich gekoppelt ist, und die Aktuatorik weist zumindest einen Aktuator auf, der zwischen dem Gehäuse und dem Federgelenk angeordnet ist, um das Federgelenk zur Bildstabilisierung gegen Störbewegungen im niederfrequenten Frequenzbereich bezüglich seiner Lage relativ zum Gehäuse zu verstellen.
[0042] In dieser Ausgestaltung bewegt die Aktuatorik des aktiven Stabilisierungssystems das Federgelenk und verkippt dieses somit relativ zum Gehäuse. Da andererseits das passive Stabilisierungssystem auf niederfrequente Störbewegungen kaum reagiert, werden die durch das aktive Stabilisierungssystem erzeugten Ausgleichsbewegungen vom Federgelenk auf das optische Element bzw. dessen Träger übertragen. Eine solche Art der Kopplung des aktiven Stabilisierungssystems an das passive Stabilisierungssystem ist vorteilhaft einfach zu realisieren und erfordert keinen großen zusätzlichen Bauraum. [0043] In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das passive Stabilisierungssystem ein Dämpfungsglied auf, das zumindest ein erstes Dämpfungselement, das mit dem Gehäuse in Verbindung steht, und zumindest ein zweites Dämpfungselement aufweist, das mit dem zumindest einen optischen Element in Verbindung steht, und die Aktuatorik verstellt zur Bildstabilisierung gegen Störbewegungen im niederfrequenten Frequenzbereich die Relativlage zwischen dem zumindest einen Dämpfungselement und dem zumindest einen zweiten Dämpfungselement.
[0044] Auch diese Ausgestaltung stellt eine konstruktiv einfache Maßnahme dar, wie die Aktuatorik des aktiven Stabilisierungssystems auf die Stellgröße Rückstellkraft proportional zur Auslenkungsgeschwindigkeit wirken kann, um diese Rückstellkraft so zu modifizieren, dass eine Bildstabilisierung bei niederfrequenten Störbewegungen ermöglicht wird.
[0045] Weiterhin ist es bevorzugt, wenn das passive Stabilisierungssystem ein Dämpfungsglied aufweist, das zumindest zwei Dämpfungselemente aufweist, die mit dem Gehäuse oder mit dem optischen Element in Verbindung stehen, und die Aktuatorik verstellt zur Bildstabilisierung gegen Störbewegungen im niederfrequenten Frequenzbereich die Relativlage zwischen den zumindest zwei Dämpfungselementen.
[0046] Während in einer vorherigen Ausgestaltung die Aktuatorik zwischen einem gehäuseseitigen Dämpfungselement und einem optikelementseitigen Dämpfungselement wirkt, wirkt bei dieser Ausgestaltung die Aktuatorik zwischen zwei Dämpfungselementen, die entweder beide gehäuseseitig angebunden sind, oder die beide optikelementseitig angebunden sind. Auch diese Ausgestaltung lässt sich auf konstruktiv einfache Weise umsetzen. Es versteht sich, dass diese Ausgestaltung mit der zuvor genannten Ausgestaltung kombiniert werden kann.
[0047] Vorzugsweise ist das Dämpfungsglied als Wirbelstromdämpfungs- glied ausgebildet. [0048] Wirbelstromdämpfungsglieder haben sich in passiven Stabilisierungssystemen als besonders geeignet erwiesen, weil sie insbesondere berührungslos und somit reibungsfrei arbeiten, und weil ihre Dämpfungseigenschaften in beherrschbarer Weise durch die Geometrie der Magnete und/oder der Wirbelstromplatte definiert einstellbar sind.
[0049] Weiterhin ist es bevorzugt, wenn das zumindest eine zweite Stabilisierungssystem eine Sensorik zur Erfassung der Störbewegungen aufweist, sowie eine Auswerteeinheit, die die Auslenkungen und Auslenkungsgeschwindigkeiten aus Signalen der Sensorik ermittelt, wobei die Auswerteeinheit die Aktuatorik ansteuert.
[0050] Vorzugsweise wertet die Auswerteeinheit die von der Sensorik erfassten Störbewegungen hinsichtlich ihres Frequenzspektrums aus.
[0051] Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass anhand der Auswertung des Frequenzspektrums der von der Sensorik erfassten Störbewegungen die Auswerteeinheit ermitteln kann, ob es sich bei der erfassten Störbewegung um eine niederfrequente Störbewegung oder eine hochfrequente Störbewegung handelt.
[0052] Dies hat wiederum den Vorteil, wie in einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen ist, dass die Auswerteeinheit die Aktuatorik ansteuert, wenn das ausgewertete Frequenzspektrum der Störbewegungen Frequenzen enthält, gegen die das erste Stabilisierungssystem im Wesentlichen unwirksam ist.
[0053] Der Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, dass die Aktuatorik nicht angesteuert werden muss, wenn die Auswertung des Frequenzspektrums der von der Sensorik erfassten Störbewegungen ergibt, dass es sich um hochfrequente Störbewegungen wie Handzittern handelt, auf die bereits das passive Stabilisierungssystem sehr gut reagiert, so dass die Aktuatorik des aktiven Stabilisierungssystems in diesem Fall stromlos bleiben kann. Hierdurch wird vorteilhafterweise vermieden, dass im Unterschied zu den bekannten fernoptischen Vorrichtungen, die aktive Stabilisie- rungssysteme aufweisen, nicht permanent Strom fließen muss, was wiederum den Vorteil hat, dass die Spannungsquelle (Akku oder Batterie) für das aktive Stabilisierungssystem weniger schnell entlädt. Lediglich wenn die Auswertung des Frequenzspektrums ergibt, dass die von der Sensorik erfassten Störbewegungen niederfrequente Störbewegungen sind, steuert die Auswerteeinheit die Aktuatorik an, um auf diese niederfrequenten Störbewegungen im Sinne einer Bildstabilisierung zu reagieren.
[0054] Weiterhin kann die Sensorik auch zumindest einen Positionssensor zur Erfassung der Winkellage des Trägers des zumindest einen optischen Elements relativ zum Gehäuse erfassen.
[0055] Es versteht sich, dass das aktive Stabilisierungssystem für eine reine Freihandbeobachtung ohne Bewegung oder Vibrationen des Untergrundes vom Benutzer auch deaktiviert werden kann. Außerdem ist es möglich, in der Auswerteeinheit verschiedene Stabilisierungsprofile abzuspeichern, so dass unterschiedliche Stabilisierungseigenschaften bei unterschiedlichen Nutzungsbedingungen der fernoptischen Vorrichtung aufgerufen werden können. So können beispielsweise für die Nutzung der fernoptischen Vorrichtung von einem Boot aus andere Stabilisierungseigenschaften gewünscht sein als für die Nutzung der fernoptischen Vorrichtung in einem Hubschrauber.
[0056] Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
[0057] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
[0058] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden mit Bezug auf diese hiernach näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine Kurve, die Amplituden von Störbewegungen, die auf ein Gehäuse einer fernoptischen Vorrichtung wirken können, in Abhängigkeit von der Frequenz zeigt;
Fig. 2 ein Ersatzschaltbild eines passiven, auf Masseträgheit basierenden
Stabilisierungssystems;
Fig. 3 den Stabilisierungsgrad gegen Störbewegungen in Abhängigkeit von der Frequenz der Störbewegungen, die auf das Gehäuse der fernoptischen Vorrichtung wirken können, wenn die fernoptische Vorrichtung ein passives, auf Masseträgheit basierendes Stabilisierungssystem aufweist, wobei Fig. 3 den Stabilisierungsgrad nur im Ausschnitt des Frequenzspektrums von 1 Hz bis 13 Hz zeigt;
Fig. 4 den prinzipiellen Aufbau einer fernoptischen Vorrichtung mit einem einzelnen passiven, auf Masseträgheit basierenden Stabilisierungssystem;
Fig. 5 den prinzipiellen Aufbau einer fernoptischen Vorrichtung, die zwei miteinander gekoppelte passive, auf Masseträgheit basierende Stabilisierungssysteme aufweist;
Fig. 6a) und b)
in einer Schnittansicht in einer Ebene parallel zur Lichtausbreitungsrichtung (Fig. 6a)) und in einer Frontansicht in Lichtausbreitungsrichtung (Fig. 6b)) das Schema der Kopplung zweier passiver, auf Masseträgheit basierender Stabilisierungssysteme gemäß Fig. 5 im Bereich der Lagerung des zumindest einen beweglichen optischen Elements; Fig. 7 das Schema im Längsschnitt parallel zur Lichtausbreitungsrichtung der Kopplung zweier passiver, auf Masseträgheit basierender Stabilisierungssysteme, wobei zusätzlich zu Fig. 6a) und b) die beiden passiven, auf Masseträgheit basierenden Stabilisierungssysteme mit Dämpfungsgliedern dargestellt sind;
Fig. 8 drei Kurven, die das Stabilisierungsverhalten zweier einzelner passiver, auf Masseträgheit basierender Stabilisierungssysteme und das Stabilisierungsverhalten des aus der Kombination zweier passiver, auf Masseträgheit basierender Stabilisierungssysteme resultierenden Gesamtstabilisierungssystems in Abhängigkeit von der Frequenz veranschaulichen, wobei das Stabilisierungsverhalten nur in einem Ausschnitt des Frequenzbereichs ähnlich zu Fig. 3 gezeigt ist;
Fig. 9 ein Ersatzschaltbild einer Kombination aus einem passiven, auf Masseträgheit basierenden Stabilisierungssystem mit einem aktiven, auf elektronisch gesteuerter Aktuatorik basierenden Stabilisierungssystem, das an das passive Stabilisierungssystem gekoppelt ist;
Fig. 10 drei Kurven, die das Stabilisierungsverhalten eines passiven, auf Masseträgheit basierenden Stabilisierungssystems, eines aktiven, auf elektronisch gesteuerter Aktuatorik basierenden Stabilisierungssystems und das Stabilisierungsverhalten der daraus resultierenden Kopplung in Abhängigkeit von der Frequenz veranschaulichen;
Fig. IIa) und b)
ein Schema einer Kopplung eines passiven, auf Masseträgheit basierenden Stabilisierungssystems an ein aktives, auf elektronisch gesteuerter Aktuatorik basierendes Stabilisierungssystem im Bereich der Lagerung des zumindest einen beweglichen optischen Elements, wobei Fig. IIa) einen Längsschnitt entlang der Lichtausbrei tungs- richtung und Fig. IIb) eine Frontansicht in Lichtausbreitungsrichtung zeigt;
Fig. 12a) und b)
ein weiteres Schema einer Kopplung eines passiven, auf Masseträgheit basierenden Stabilisierungssystems an ein aktives, auf elektronisch gesteuerter Aktuatorik basierendes Stabilisierungssystem im Bereich des Dämpfungsgliedes des passiven Stabilisierungssystems, wobei Fig. 12a) eine Ansicht entsprechend Fig. IIa) und Fig. 12b) eine Ansicht entsprechend Fig. IIb) zeigt;
Fig. 13 ein weiteres Schema einer Kopplung aus passivem und aktivem Stabilisierungssystem im Bereich des Dämpfungsgliedes a) und b) des passiven Stabilisierungssystem in zwei Ansichten entsprechend Fig. IIa) und b);
Fig. 14 ein noch weiteres Schema einer Kopplung aus passivem und aktivem
Stabilisierungssystem im Bereich des Dämpfungsgliedes des passiven Stabilisierungssystems in zwei Ansichten entsprechend Fig. IIa) und b); und
Fig. 15 ein Blockschaltbild eines aktiven Stabilisierungssystems.
[0059] Mit Bezug auf Fig. 4 wird zunächst eine fernoptische Vorrichtung beschrieben, wie sie im Stand der Technik bekannt ist und die als Ausgangspunkt für erfindungsgemäße Weiterbildungen dient, die später mit Bezug auf Fig. 9 bis 15 beschrieben werden.
[0060] Die mit dem allgemeinen Bezugszeichen 220 dargestellte fernoptische Vorrichtung weist einen optischen Kanal 222 auf, in dem eine Anordnung optischer Elemente 224, 226 und 228 angeordnet ist. Die optischen Elemente 224, 226 und 228 sind hier vereinfacht dargestellt, wobei das optische Element 224 das Objektiv, das optische Element 228 das Okular und das optische Element 226 das Bildumkehrsystem der fernoptischen Vorrichtung 220 bildet. Im Fall, dass die fernoptische Vorrichtung 220 ein binokulares Teleskop, insbesondere Fernglas ist, weist sie entsprechend zwei optische Kanäle 222 auf, von denen hier nur der eine Kanal gezeigt ist.
[0061] Der optische Kanal 222 weist ein Gehäuse 230 auf, in dem die Anordnung der optischen Elemente 224, 226 und 228 aufgenommen ist.
[0062] Zur Bildstabilisierung bei Störbewegungen des Gehäuses 230 ist das optische Element 226 (Bildumkehrsystem) relativ zum Gehäuse 230 beweglich. In Fig. 4 ist in dem optischen Kanal 222 ein Koordinatensystem xyz eingezeichnet, wobei z die Lichtausbreitungsachse innerhalb des optischen Kanals 222, x die Horizontalachse und y die Vertikalachse bezeichnet, wobei Letztere hier senkrecht zur Zeichenebene verläuft. Das optische Element 226 ist dabei zur Bildstabilisierung um die x-Achse und die y-Achse verschwenkbar in dem Gehäuse 230 gelagert. Das optische Element 224 und das optische Element 228 sind bezüglich des Gehäuses 230 lagefest.
[0063] Das bewegliche optische Element 226 ist mit einem Träger 232 fest verbunden, wobei der Träger 232 um die vorstehend genannte x-Achse und die vorstehend genannte y-Achse verschwenkbar ist.
[0064] Zur Bildstabilisierung bei Störbewegungen des Gehäuses 230, d.h. bei Verwacklungen des Gehäuses 230, weist die fernoptische Vorrichtung 220 ein passives, auf Masseträgheit basierendes Stabilisierungssystem 234 für das bewegliche optische Element 226 auf, wobei das Stabilisierungssystem 234 ein erstes Glied 234a und ein zweites Glied 234b aufweist. Das erste Glied 234a erzeugt bei Auslenkung des optischen Elements 226 relativ zum Gehäuse 230 eine erste Rückstellkraft (Rückstellkraft 208 in Fig. 2) proportional zu dieser Auslenkung. Das erste Glied 234a ist als Federgelenk 236 ausgebildet, das einen Drehfreiheitsgrad um die x- Achse und einen Drehfreiheitsgrad um die y-Achse aufweist. Das Federgelenk 236 weist zum einen eine Schnittstelle 238 zum Gehäuse 230 und eine Schnittstelle 240 zum Träger 232 und damit zum optischen Element 226 auf. Das erste Glied 234a des Stabilisierungssystems 234 bildet somit gemäß dem mechanischen Ersatzschaltbild gemäß Fig. 2 das Lager 206 und erzeugt die Rückstellkraft 208 proportional zur Auslenkung.
[0065] Das zweite Glied 234b des Stabilisierungssystems 234 ist als Dämpfungsglied 242 ausgebildet, das eine zweite Rückstellkraft proportional zur Auslenkungsgeschwindigkeit bei einer Auslenkung des optischen Elements 226 bzw. des Trägers 232 relativ zum Gehäuse 230 erzeugt. Das Dämpfungsglied 238 weist eine Schnittstelle 240 zum Gehäuse 230, die Dämpfungselemente 244, beispielsweise Magnete 243 aufweist, sowie eine Schnittstelle 246 zum Träger 232 und damit zum optischen Element 226 auf, die beispielsweise eine Wirbelstromplatte aufweist, die mit den Magneten 242 ein Wirbelstromdämpfungsglied bildet.
[0066] In dem mechanischen Ersatzschaltbild gemäß Fig. 2 erzeugt das zweite Glied 234b somit die zweite Rückstellkraft 210 proportional zur Auslenkungsgeschwindigkeit der Auslenkung des optischen Elements 226 relativ zum Gehäuse 230.
[0067] Mit dem in Fig. 4 dargestellten Stabilisierungssystem 234 der fernoptischen Vorrichtung 220 wird ein Stabilisierungsverhalten der Bildstabilisierung bei Störbewegungen des Gehäuses 230 erhalten, wie es in Fig. 3 dargestellt ist.
[0068] Gemäß Fig. 3 ist das Stabilisierungsverhalten des Stabilisierungssystems 234 im Frequenzbereich fH gemäß Fig. 1 bei Frequenzen f größer oder gleich etwa 4 Hz, die den Frequenzen des Handzitterns entsprechen, gut, während das Stabilisierungsverhalten bei Frequenzen unterhalb von etwa 4 Hz, also im niederfrequenten Frequenzbereich fN gemäß Fig. 1 deutlich nachlässt. Eine Bildstabilisierung bei Störbewegungen des Gehäuses 230 im niederfrequenten Frequenzbereich fN, bei- spielsweise bei Verwendung der fernoptischen Vorrichtung 220 auf beweglichen Untergründen, beispielsweise auf einem Boot, in einem Flugzeug oder auf einem Fahrzeug, ist mit dem Stabilisierungssystem 234 nur unzulänglich oder gar nicht möglich.
[0069] Mit Bezug auf die weiteren Fig. 5 bis 14 werden verschiedene erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele beschrieben, bei denen eine Bildstabilisierung nicht nur im hochfrequenten Frequenzbereich fH (Handzittern) gewährleistet ist, sondern auch im niederfrequenten Frequenzbereich fN.
[0070] Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer fernoptischen Vorrichtung 10, bei der zwei passive, auf Masseträgheit basierende Stabilisierungssysteme miteinander gekoppelt sind. Die Vorrichtung 10 weist zumindest einen optischen Kanal 12 auf, der ein Gehäuse 14 und eine Anordnung optischer Elemente 16, 18 und 20 aufweist. Hierbei stellt das optische Element 16 das Objektiv, das optische Element 20 das Okular und das optische Element 18 das Bildumkehrsystem dar.
[0071] Das optische Element 18 ist wie bei der bekannten fernoptischen Vorrichtung 220 gemäß Fig. 4 um die x-Achse und die y-Achse, d.h. um die Horizontalachse und um die Vertikalachse der fernoptischen Vorrichtung 10 verschwenkbar und somit beweglich zum Gehäuse 14 in diesem gelagert.
[0072] Das bewegliche optische Element 18 (Bildumkehrsystem) ist an einem ersten Träger 22 befestigt, der in dem Gehäuse 14 um die vorstehend genannte x-Achse und die vorstehend genannte y-Achse verschwenkbar gelagert ist.
[0073] Der erste Träger 22 ist mit einem zweiten Träger 24 verbunden, der in dem Gehäuse 14 ebenfalls um die x-Achse und die y-Achse verschwenkbar gelagert ist. [0074] Die fernoptische Vorrichtung 10 weist ein erstes passives, auf Masseträgheit basierendes Stabilisierungssystem 26 und ein zweites, ebenfalls passives, auf Masseträgheit basierendes Stabilisierungssystem 28 auf.
[0075] Das erste Stabilisierungssystem 26 weist ein erstes Glied 26a und ein zweites Glied 26b auf.
[0076] Das erste Glied 26a ist als Federgelenk 30 mit den vorstehend beschriebenen zwei rotatorischen Freiheitsgraden um die x-Achse und die y-Achse ausgebildet und weist eine Schnittstelle 32 zum Gehäuse 14 und eine Schnittstelle 34 zum ersten Träger 22 und damit zum optischen Element 18 auf.
[0077] Das zweite Glied 26b des Stabilisierungssystems 26 ist als Dämpfungsglied 36 ausgebildet und weist eine Schnittstelle zum Gehäuse 14 auf, die Dämpfungselemente 38 aufweist, die beispielsweise als Magnete 40 ausgebildet sind, und eine Schnittstelle 42 zum zweiten Träger 24 und über diesen zum ersten Träger 22 und über diesen zum optischen Element 18 auf. Die Schnittstelle 42 ist dabei beispielsweise als Wirbelstromplatte ausgebildet, die mit den Magneten 40 der Schnittstelle 38 ein Wirbelstromdämpfungsglied bildet.
[0078] Das zweite Stabilisierungssystem 28 weist ein erstes Glied 28a und ein zweites Glied 28b auf.
[0079] Das erste Glied 28a weist ein Federgelenk 44 mit rotatorischen Freiheitsgraden um die x-Achse und die y-Achse auf. Das Federgelenk 44 weist eine Schnittstelle 46 zum ersten Träger 22 und damit zum beweglichen optischen Element 18 auf, sowie eine Schnittstelle 48 zum zweiten Träger 24 und damit über das Federgelenk 30 zum Gehäuse 14.
[0080] Im Unterschied zu der fernoptischen Vorrichtung 220 ist das optische Element 18 der fernoptischen Vorrichtung 10 somit über das Federgelenk 44 nicht unmittelbar mit dem Gehäuse 14 verbunden, sondern über Zwischenschaltung des weiteren Federgelenks 30. Über die Federgelenke 30 und 44 sind die beiden passiven Stabilisierungssysteme 26 und 28 somit miteinander gekoppelt.
[0081] Das zweite Glied 28b des zweiten Stabilisierungssystems 28 weist ein Dämpfungsglied 50 mit einer Schnittstelle in Form zweier Dämpfungselemente 52 zum Gehäuse 14, die beispielsweise Magnete 54 aufweisen, und eine Schnittstelle 56 zum ersten Träger 22 und damit zum optischen Element 18 auf, wobei die Schnittstelle 56 beispielsweise eine Wirbelstromplatte aufweist, die mit den Magneten 54 ein Wirbelstromdämpfungsglied bildet.
[0082] In einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels in Fig. 5 ist es auch denkbar, dass das Dämpfungsglied 50 nicht unmittelbar zwischen dem ersten Träger 22 und dem Gehäuse 14 wirkt, sondern zwischen dem ersten Träger 22 und dem zweiten Träger 24, oder das Dämpfungsglied 36 wirkt anstatt unmittelbar zwischen dem zweiten Träger 24 und dem Gehäuse 14 zwischen dem zweiten Träger 24 und dem ersten Träger 22.
[0083] Das erste Stabilisierungssystem 26 erzeugt bei Auslenkung des optischen Elements 18 relativ zum Gehäuse 14 eine erste Rückstellkraft proportional zu dieser Auslenkung und eine zweite Rückstellkraft proportional zur Auslenkungsgeschwindigkeit dieser Auslenkung, und das zweite Stabilisierungssystem 28 erzeugt eine dritte Rückstellkraft proportional zur Auslenkung oder zur verbleibenden Auslenkung des optischen Elements 18 und/oder eine vierte Rückstellkraft proportional zur Auslenkungsgeschwindigkeit oder zur verbleibenden Auslenkungsgeschwindigkeit dieser Auslenkung.
[0084] Fig. 6a) zeigt ein zeichnerisch vereinfachtes Schema der Kopplung der beiden Stabilisierungssysteme 26 und 28 im Bereich ihrer ersten Glieder 26a und 28a, die die Lagerung des optischen Elements 18 bilden und die Rückstellkräfte proportional zur Auslenkung des optischen Elements 18 erzeugen. Beginnend bei der gehäuseseitigen Schnittstelle 32 des Federgelenks 30 geht der Kraftfluss über die Schnittstelle 34 zu der Schnittstelle 46 und von dort zur Schnittstelle 48, die die Schnittstelle zum optischen Element 18 darstellt.
[0085] Fig. 6b) zeigt schematisch das erste Glied 26a in einer Frontansicht in Richtung der Lichtausbreitung (senkrecht zur Zeichenebene), d.h. in der xy-Ebene mit den Schnittstellen 32, 34 und dem zweiten Träger 24. In Fig. 6b) sind auch die Federn 56 und 58 des Federgelenks 30 eingezeichnet, wobei in Fig. 5 nur die Federn 56 zu sehen sind. Die Federn 56 erlauben eine Drehung um die x- Achse, und die Federn 58 eine Drehung um die y-Achse.
[0086] Das Federgelenk 44 ist entsprechend aufgebaut.
[0087] Fig. 7 zeigt ein zeichnerisch vereinfachtes Schema der Kopplung der Stabilisierungssysteme 26 und 28 der fernoptischen Vorrichtung 10 mit einer Ansicht entsprechend Fig. 6a), wobei nun auch die zweiten Glieder 26b bzw. 28b dargestellt sind.
[0088] Federhärten des Federgelenks 30 einerseits und des Federgelenks 44 andererseits können unterschiedlich ausgebildet bzw. eingestellt sein.
[0089] Ebenso können die Dämpfungscharakteristiken der Dämpfungsglieder 36 und 50 der beiden Stabilisierungssysteme 26 und 28 unterschiedlich sein.
[0090] Fig. 8 zeigt für die fernoptische Vorrichtung 10 drei Kurven des Stabilisierungsgrades S der Bildstabilisierung in Abhängigkeit von der Frequenz f der auf das Gehäuse 14 wirkenden Störbewegungen, wobei die Kurven nur in einem Ausschnitt des gesamten möglichen Frequenzbereichs gezeigt sind.
[0091] Eine Kurve Si stellt dabei das Stabilisierungsverhalten in Abhängigkeit von der Frequenz f dar, das beispielsweise das erste Stabilisierungssystem 26 zeigt, und eine Kurve S2 entsprechend das Stabilisierungsverhalten in Abhängigkeit von der Frequenz des zweiten Stabilisierungssystems. Wie aus den Kurven Si und S2 hervorgeht, wurde das Stabilisierungsverhalten der beiden Stabilisierungssysteme 26 und 28 zur Bildstabilisierung auf verschiedene Frequenzbereiche eingestellt, d.h. das erste Stabilisierungssystem 26 reagiert beispielsweise besser auf hochfrequente Störbewegungen, und das Stabilisierungssystem 28 eher auf niederfrequente Störbewegungen.
[0092] Mit einer Kurve S3 ist das resultierende Stabilisierungsverhalten des Gesamtstabilisierungssystems aus dem ersten Stabilisierungssystem 26 und dem zweiten Stabilisierungssystem 28 dargestellt.
[0093] Durch die Kopplung zweier passiver, auf Masseträgheit basierender Stabilisierungssysteme 26 und 28 kann somit eine Bildstabilisierung sowohl im niederfrequenten Frequenzbereich (bewegliche Untergründe) als auch im hochfrequenten Frequenzbereich (Handzittern) erreicht werden.
[0094] Es versteht sich, dass auch mehr als zwei passive, auf Masseträgheit basierende Stabilisierungssysteme miteinander gekoppelt werden können.
[0095] Während bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel zumindest zwei passive, auf Masseträgheit basierende Stabilisierungssysteme miteinander gekoppelt sind, um eine Bildstabilisierung bei Störbewegungen sowohl im niederfrequenten als auch im hochfrequenten Bereich zu ermöglichen, werden nachfolgend Ausführungsbeispiele beschrieben, bei denen zumindest ein passives, auf Masseträgheit basierendes Stabilisierungssystem mit zumindest einem aktiven, auf elektronisch gesteuerter Aktuatorik basierenden Stabilisierungssystem gekoppelt ist, wobei das Grundprinzip darin besteht, dass das aktive Stabilisierungssystem auf die Krafteinheiten des passiven Stabilisierungssystems wirkt. [0096] Dieses Grundprinzip ist in Fig. 9 dargestellt, die auf der Darstellung in Fig. 2 aufbaut. Fig. 9 zeigt schematisch ein optisches Element 60, das in einer fernoptischen Vorrichtung 58 zur Bildstabilisierung bei Störbewegungen relativ zum Gehäuse der fernoptischen Vorrichtung beweglich ist. Das optische Element 60 ist an einem Träger 62 befestigt, der an einem Lager 64 um die oben genannte x- und y- Achse verschwenkbar gelagert ist, so dass auch das optische Element 60 um diese beiden Achsen verschwenkbar ist. Das Lager 64 ist Teil eines passiven, auf Masseträgheit basierenden Stabilisierungssystems 66, das eine erste Rückstellkraft 68 proportional zur Auslenkung des optischen Elements 60 und eine zweite Rückstellkraft 70 proportional zur Auslenkungsgeschwindigkeit der Auslenkung des optischen Elements 60 erzeugt. Insoweit ist die fernoptische Vorrichtung 58 identisch mit der fernoptischen Vorrichtung 200 in Fig. 2 bzw. der fernoptischen Vorrichtung 220 in Fig. 4.
[0097] An das erste passive Stabilisierungssystem 66 ist nun jedoch im Unterschied zu Fig. 2 und 4 ein aktives, auf elektronisch gesteuerte Aktuatorik basierendes Stabilisierungssystem 72 gekoppelt.
[0098] Mit einem Pfeil 74 ist angedeutet, dass das aktive Stabilisierungssystem 72 zur Bildstabilisierung bei Störbewegungen im niederfrequenten Frequenzbereich auf die erste Rückstellkraft 68 wirkt, und mit einem Pfeil 76 ist eine Einwirkung des aktiven Stabilisierungssystems 72 auf die zweite Rückstellkraft 70 proportional zur Auslenkungsgeschwindigkeit veranschaulicht.
[0099] Durch eine solche Einwirkung des aktiven Stabilisierungssystems 72 auf das passive Stabilisierungssystem 66 kann das Stabilisierungsverhalten der fernoptischen Vorrichtung 58, wie in Fig. 10 dargestellt ist, verändert werden.
[00100] Es versteht sich, dass auch nur eine der beiden Rückstellkräfte aktiv angekoppelt werden kann, dass die Angriffsstellen des aktiven Systems 72 an das passive System 66 gekoppelt sein können, oder dass die Kraft des aktiven Systems 72 an einer Stelle gewichtet für beide Rückstellkräfte 68, 70 eingekoppelt werden kann.
[0100] Fig. 10 zeigt eine erste Kurve Si, die den frequenzabhängigen Stabilisierungsgrad S des passiven, auf Masseträgheit basierenden Stabilisierungssystems 66 veranschaulicht. Mit einer Kurve S2 ist das Stabilisierungsverhalten bzw. der Stabilisierungsgrad S des aktiven Stabilisierungssystems 72 in Abhängigkeit von der Frequenz f veranschaulicht. Wie aus Fig. 10 hervorgeht, ist das aktive Stabilisierungssystem 72 im Wesentlichen bei Störbewegungen im niederfrequenten Frequenzbereich wirksam. Mit einer Kurve S3 ist nun das Gesamtstabilisierungsverhalten der Kombination aus passivem Stabilisierungssystem und aktivem Stabilisierungssystem dargestellt, wobei sich anhand des Verlaufes der Kurve S3 ergibt, dass im Unterschied zu dem passiven Stabilisierungssystem allein nun auch eine Bildstabilisierung zusätzlich im niederfrequenten Frequenzbereich bewirkt wird.
[0101] Die Einwirkung des aktiven, auf elektronisch gesteuerter Aktuatorik basierenden Stabilisierungssystems 66 auf das passive Stabilisierungssystem kann von verschiedener Art sein. Insoweit ist der Begriff "Aktuatorik" allgemein zu verstehen.
[0102] So ist es beispielsweise denkbar, dass das aktive Stabilisierungssystem 66 auf die erste Rückstellkraft proportional zur Auslenkung, die von dem passiven Stabilisierungssystem 66 erzeugt wird, in der Weise wirkt, dass die Aktuatorik die Winkellage des Trägers 62 modifiziert, und/oder die Rückstellkraft 68 modifiziert, indem die Federkonstante des Federgelenks des passiven Stabilisierungssystems durch Vorspannung modifiziert wird, usw. Eine Einwirkung des aktiven Stabilisierungssystems 72 auf die zweite Rückstellkraft 70 proportional zur Auslenkungsgeschwindigkeit, die von dem passiven Stabilisierungssystem erzeugt wird, kann in einer Modifikation des Wirbelstromdämpfungsgliedes 238 in Fig. 4 durch geometrische Veränderung, beispielsweise des Abstandes der Magnete 242, der Position der Metallplatte 244, der Position der Magnete 242, durch Beeinflussung des Materials der Magnete 242 oder durch Induktion, usw. wirken, wie nachfolgend beschrieben wird. Die nachfolgenden beschriebenen Ausführungsformen sind Weiterbildungen der fernoptischen Vorrichtung 220 in Fig. 4 mit einer Ankopplung eines aktiven Stabilisierungssystems an das bereits vorhandene passive Stabilisierungssystem 234.
[0103] Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird in Verbindung mit Fig. IIa) und b) ein Ausführungsbeispiel einer Kopplung eines aktiven Stabilisierungssystems an ein passives Stabilisierungssystem beschrieben, wobei in Fig. 11 solche Teile, die mit Teilen der fernoptischen Vorrichtung 220 in Fig. 4 vergleichbar oder identisch sind, mit dem gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 4 versehen sind.
[0104] Fig. IIa) zeigt das erste Glied 234a des passiven Stabilisierungssystems 234. Wie bereits oben beschrieben, ist das erste Glied 234a des passiven Stabilisierungssystems 234 als Federgelenk ausgebildet, wobei Fig. IIa) das Federgelenk im Schnitt parallel zur z-Achse in Fig. 4 und Fig. IIb) das Federgelenk 236 in einer Frontansicht in der xy-Ebene zeigt.
[0105] Fig. IIb) zeigt auch Federn 248 und 250, die die beiden Drehfreiheitsgrade des Federgelenks 236 um die x- Achse und die y- Achse definieren. In Fig. IIa) und in Fig. 4 sind entsprechend der Längsschnittdarstellung nur die Federn 248 zu sehen.
[0106] Während bei der fernoptischen Vorrichtung 220 in Fig. 4 das Federgelenk 236 über die Schnittstelle 238 unmittelbar mit dem Gehäuse 230 gekoppelt ist, ist das Federgelenk 236 gemäß Fig. I Ia) und b) mit dem Gehäuse 230 über Aktuatoren 252 und 254 verbunden.
[0107] Die Aktuatoren 252 und 254 sind zwischen dem Gehäuse 230 und dem Federgelenk 236 angeordnet, wobei die Aktuatoren 252 und 254 das Federgelenk zur Bildstabilisierung gegen Störbewegungen im niederfrequenten Frequenzbereich bezüglich seiner Lage relativ zum Gehäuse 230 verstellen. [0108] Die Aktuatoren 252 dienen dabei zur Verstellung des Federgelenks 236 relativ zum Gehäuse 230 um die x- Achse, und die Aktuatoren 254 entsprechend zur Verstellung des Federgelenks 236 relativ zum Gehäuse 230 um die y-Achse.
[0109] Zur Bildstabilisierung bei Störbewegungen im niederfrequenten Bereich wird somit das Federgelenk 236 aktiv bewegt und relativ zum Gehäuse 230 verkippt. Da das erste passive Stabilisierungssystem 234 auf niederfrequente Störbewegungen kaum reagiert, werden die durch das aktive Stabilisierungssystem 72 erzeugten Ausgleichsbewegungen vom Federgelenk 236 auf den Träger 232 und somit auf das optische Bauelement 226 (siehe Fig. 4) übertragen.
[0110] Fig. 12a) und b) zeigen nun, wie das aktive Stabilisierungssystem 72 auf das zweite Glied 234b des passiven Stabilisierungssystems 234 wirkt, um die zweite Rückstellkraft proportional zur Auslenkungsgeschwindigkeit bei einer Auslenkung des optischen Elements 226 relativ zum Gehäuse 230 zu verändern, um eine Bildstabilisierung bei Störbewegungen im niederfrequenten Frequenzbereich zu erzielen.
[Olli] In Fig. 12a) und b) wurden solche Teile, die mit Teilen der fernoptischen Vorrichtung 220 in Fig. 4 vergleichbar oder identisch sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
[0112] Während bei der fernoptischen Vorrichtung 220 in Fig. 4 die Schnittstelle 246, die als Wirbelstromplatte ausgebildet ist, starr mit dem Träger 232 verbunden ist, ist die Schnittstelle 246, ebenfalls in Form einer Wirbelstromplatte, mit dem Träger 232 nicht starr, sondern über einen Aktuator 258 einer Aktuatorik des aktiven Stabilisierungssystems 72 verbunden. Diese Kopplung des aktiven Stabilisierungssystems 72 mit dem zweiten Glied 234b des passiven Stabilisierungssystems 234 ermöglicht eine aktive Steuerung der Relativbewegung zwischen der Wirbelstromplatte 246 und den Magneten 243. Die Relativbewegung zwischen der Wirbelstromplatte 246 und den Magneten 243 kann gegenüber der starr mit dem Träger 232 gekoppelten Wirbelstromplatte 246 gesteigert oder vermindert werden, wodurch die durch das Dämpfungsglied 242 des passiven Stabilisierungssystems 234 bewirkte Dämpfung erhöht oder erniedrigt werden kann.
[0113] Fig. 13a) und b) zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, das in Kombination mit dem Ausführungsbeispiel in Fig. 12 oder in Alleinstellung verwendet werden kann und bei dem die Aktuatorik des aktiven Stabilisierungssystems zumindest einen Aktuator 260 aufweist, der zwischen den Magneten 243 des zweiten Gliedes 234b des passiven Stabilisierungssystems 234 und dem Gehäuse 230 angeordnet ist, wobei über den zumindest einen Aktuator 260 die Relativbewegung zwischen den Magneten 243 und der Metallplatte 246 aktiv gesteuert werden kann, analog zu dem Ausführungsbeispiel in Fig. 12.
[0114] Während in Fig. 12a) eine mögliche Bewegungsrichtung der Metallplatte 246, die durch den Aktuator 258 veranlasst wird, mit einem Doppelpfeil 262 veranschaulicht ist, veranschaulicht ein Doppelpfeil 264 in Fig. 13a) die durch den zumindest einen Aktuator 260 bewirkte Bewegung der Magnete 243 relativ zum Gehäuse 230.
[0115] Zusätzlich zu den Ausgestaltungen gemäß Fig. 12 und 13 oder alternativ hierzu kann das aktive Stabilisierungssystem 72 eine Aktuatorik mit zumindest einem Aktuator 268 aufweisen, der einen Abstand d zwischen den Magneten 243 des Dämpfungsgliedes 242 des passiven Stabilisierungssystems 234 aktiv verändert, indem der Aktuator 268 die Magnete 243 aufeinander zu oder voneinander weg bewegt. Durch diese Bewegung wird die Magnetfelddichte und somit die Dämpfung des Dämpfungsgliedes 242 verändert.
[0116] Das aktive, auf elektronische Steueraktuatorik basierende Stabilisierungssystem 72 weist eine Sensorik zur Erfassung der auf das Gehäuse 230 wirkenden Störbewegungen auf, sowie eine Auswerteeinheit, die die erfassten Auslenkungen und Auslenkungsgeschwindigkeiten aus Signalen der Sensorik ermittelt, wobei die Aus- werteeinheit dann die Aktuatorik, d.h. die Aktuatoren 252, 254, 258, 260 und/oder 268 ansteuert, um eine Bildstabilisierung im niederfrequenten Frequenzbereich zu bewirken.
[0117] Dieser Sachverhalt ist in Fig. 15 dargestellt. Eine Sensorik 80, die beispielsweise einen oder mehreren mit dem Gehäuse 230 verbundene Sensoren 82 aufweist, erfasst Bewegungen des Gehäuses 230, mitunter auch Störbewegungen. Die von der Sensorik 80 erzeugten Signale werden in eine Auswerteeinheit 84 gegeben, die aus den Signalen der Sensorik 80 die erfassten Auslenkungen und Auslenkungsgeschwindigkeiten, die sich aus den Bewegungen des Gehäuses 230 ergeben, ermittelt. Die Auswerteeinheit 84 steuert dann zur Bildstabilisierung entsprechend die Aktuatorik 86 des aktiven Stabilisierungssystems 72 an.
[0118] Die Auswerteeinheit 84 ist insbesondere dazu ausgelegt, die von der Sensorik 80 erfassten Störbewegungen hinsichtlich ihres Frequenzspektrums (siehe Fig. 1) auszuwerten. Die Auswerteeinheit 84 steuert dann die Aktuatorik 86 an, wenn das von der Auswerteeinheit 84 ausgewertete Frequenzspektrum der Störbewegungen Frequenzen enthält, gegen die das passive Stabilisierungssystem 234 im Wesentlichen unwirksam ist. Auf diese Weise muss das aktive Stabilisierungssystem 72 nicht permanent aktiv sein bzw. die Aktuatorik 86 muss nicht permanent mit Spannung beaufschlagt werden, sondern nur im Fall, dass die Auswerteeinheit 84 Störbewegungen detektiert, deren Frequenzen zumindest auch im niederfrequenten Frequenzbereich liegen.

Claims

Patentansprüche
Fernoptische Vorrichtung, mit zumindest einem optischen Kanal (12; 222), der ein Gehäuse (14; 230) und eine Anordnung optischer Elemente (16, 18, 20; 224, 226, 228) aufweist, wobei zumindest eines der optischen Elemente (16, 18, 20; 224, 226, 228) zur Bildstabilisierung bei Störbewegungen des Gehäuses (14; 230) relativ zum Gehäuse (14; 230) beweglich ist, und mit einem ersten passiven, auf Masseträgheit basierenden Stabilisierungssystem (26; 234) für das zumindest eine bewegliche optische Element (18; 226), das bei Auslenkung des zumindest einen optischen Elements (18; 226) relativ zum Gehäuse (14; 230) eine erste Rückstellkraft (208) proportional zur Auslenkung und eine zweite Rückstellkraft (210) proportional zur Auslenkungsgeschwindigkeit erzeugt, wobei das erste Stabilisierungssystem (26; 234) zur Bildstabilisierung bei Störbewegungen in einem ersten Frequenzbereich ausgelegt ist, gekennzeichnet durch zumindest ein zweites Stabilisierungssystem (28; 72), das mit dem ersten Stabilisierungssystem (26; 234) gekoppelt ist und zur Bildstabilisierung gegen Störbewegungen in zumindest einem zweiten Frequenzbereich ausgelegt ist, wobei der erste und der zumindest eine zweite Frequenzbereich zumindest teilweise unterschiedlich sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer der zumindest zwei Frequenzbereiche Frequenzen im Bereich von etwa 0 Hz bis etwa 20 Hz, vorzugsweise im Bereich von etwa 2 Hz bis etwa 10 Hz, weiter vorzugsweise im Bereich von etwa 3 Hz bis etwa 7 Hz aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine zweite Stabilisierungssystem (28) ein passives, auf Masseträgheit beruhendes Stabilisierungssystem ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine zweite Stabilisierungssystem (28) bei Auslenkung des zumindest einen op- tischen Elements (18) relativ zum Gehäuse (14) eine dritte Rückstellkraft proportional zur Auslenkung und/oder eine vierte Rückstellkraft proportional zur Auslenkungsgeschwindigkeit erzeugt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine optische Element (18) an einem ersten Träger (22) befestigt ist, der über ein erstes Federgelenk (30), das die erste Rückstellkraft erzeugt, mit zumindest einem zweiten Träger (24) relativ zu diesem beweglich gekoppelt ist, wobei der zumindest eine zweite Träger (24) über zumindest ein zweites Federgelenk (44), das die dritte Rückstellkraft erzeugt, mit dem Gehäuse (14) relativ zu diesem beweglich gekoppelt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zumindest eine zweite Federgelenk (30, 44) unterschiedliche Rückstellkräfte erzeugen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stabilisierungssystem (26) ein erstes Dämpfungsglied (36), das die zweite Rückstellkraft erzeugt, und das zumindest eine zweite Stabilisierungssystem (28) zumindest ein zweites Dämpfungsglied (50) aufweist, das die vierte Rückstellkraft erzeugt, wobei das erste und das zumindest eine zweite Dämpfungsglied (36, 50) vorzugsweise ein unterschiedliches Dämpfungsverhalten aufweisen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6 und nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Dämpfungsglied (50) zwischen dem ersten Träger (22) und dem Gehäuse (14) und das zweite Dämpfungsglied (36) zwischen dem zweiten Träger (24) und dem Gehäuse (14) wirkt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6 und nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Dämpfungsglied (50) zwischen dem ersten Träger (22) und dem Gehäuse (14) und das zweite Dämpfungsglied (36) zwischen dem zweiten Träger (24) und dem ersten Träger (22) wirkt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine zweite Stabilisierungssystem (72) ein aktives, auf elektronisch gesteuerter Aktuatorik (80) basierendes Stabilisierungssystem ist, wobei die Ak- tuatorik (86) auf das erste Stabilisierungssystem (234) wirkt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Frequenzbereich Frequenzen oberhalb von etwa 20 Hz, vorzugsweise oberhalb von etwa 10 Hz, weiter vorzugsweise oberhalb von etwa 7 Hz aufweist, und dass der zweite Frequenzbereich Frequenzen im Bereich von etwa 0 Hz bis etwa 20 Hz, vorzugsweise im Bereich von etwa 2 Hz bis etwa 10 Hz, weiter vorzugsweise im Bereich von etwa 3 Hz bis etwa 7 Hz aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine optische Element (226) an einem Träger (232) befestigt ist, der über ein Federgelenk (236), das die erste Rückstellkraft (68) erzeugt, mit dem Gehäuse (230) relativ zu diesem beweglich gekoppelt ist, und dass die Aktuatorik (86) zumindest einen Aktuator (252, 254) aufweist, der zwischen dem Gehäuse (230) und dem Federgelenk (236) angeordnet ist, um das Federgelenk (236) zur Bildstabilisierung gegen Störbewegungen im niederfrequenten Frequenzbereich bezüglich seiner Lage relativ zum Gehäuse (230) zu verstellen.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das passive Stabilisierungssystem (234) ein Dämpfungsglied (242) aufweist, das zumindest ein erstes Dämpfungselement (244), das mit dem Gehäuse (230) in Verbindung steht, und zumindest ein zweites Dämpfungselement (246) aufweist, das mit dem zumindest einen optischen Element (226) in Verbindung steht, und dass die Aktuatorik (86) zur Bildstabilisierung gegen Störbewegungen im niederfrequenten Frequenzbereich die Relativlage zwischen dem zumindest einen Dämpfungselement (244) und dem zumindest einen zweiten Dämpfungselement (246) verstellt.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das passive Stabilisierungssystem (234) ein Dämpfungsglied (242) aufweist, das zumindest zwei Dämpfungselemente (244, 246) aufweist, die mit dem Gehäuse (230) oder mit dem optischen Element (226) in Verbindung stehen, und dass die Aktuatorik (86) zur Bildstabilisierung gegen Störbewegungen im niederfrequenten Frequenzbereich die Relativlage zwischen den zumindest zwei Dämpfungselementen (244, 246) verstellt.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsglied (242) als Wirbelstromdämpfungsglied ausgebildet ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine zweite Stabilisierungssystem (72) eine Sensorik (80) zur Erfassung der Störbewegungen und eine Auswerteeinheit (84) aufweist, die die Auslenkungen und Auslenkungsgeschwindigkeiten aus Signalen der Sensorik (80) ermittelt, wobei die Auswerteeinheit (84) die Aktuatorik (86) ansteuert.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (84) die von der Sensorik (80) erfassten Störbewegungen hinsichtlich ihres Frequenzspektrums auswertet.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (84) die Aktuatorik (86) ansteuert, wenn das ausgewertete Frequenzspektrum der Störbewegungen Frequenzen enthält, gegen die das erste Stabilisierungssystem (234) im Wesentlichen unwirksam ist.
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