RU156905U1

RU156905U1 - BINOCULAR SYSTEM WITH IMAGE STABILIZATION

Info

Publication number: RU156905U1
Application number: RU2015117212/28U
Authority: RU
Inventors: Игорь Михайлович Фроимсон; Андрей Борисович Лихачев; Евгений Юрьевич Макаров
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Фарвижн Лаб" (ООО "Фарвижн Лаб")
Priority date: 2015-05-06
Filing date: 2015-05-06
Publication date: 2015-11-20

Abstract

1. Бинокулярная система со стабилизацией изображения, содержащая два объектива, два окуляра, карданов подвес, установленную на кольце карданова подвеса, имеющего две степени свободы, подвижную инерционную систему, включающую в себя призменную оборачивающую систему и консоль подвижной инерционной системы, магнитную пружину, выполненную в виде сердечника из магнитомягкого материала, установленного с одной стороны консоли на подвижной инерционной системе, и постоянного магнита магнитной пружины, установленного на корпусе полюсом в направлении сердечника, и связывающую подвижную инерционную систему с корпусом, успокоитель колебаний подвижной инерционной системы, содержащий закрепленную на консоли пластину успокоителя из немагнитного материала с малым удельным электрическим сопротивлением, магнитный элемент успокоителя, установленный на корпусе, отличающаяся тем, что постоянный магнит магнитной пружины установлен с возможностью перемещения в трех взаимно перпендикулярных направлениях, причем перемещение в направлении продольной оси бинокулярной системы выполнено таким образом, что обеспечивается следующее соотношение:где f- резонансная частота подвижной инерционной системы;- коэффициент жесткости магнитной пружины;M - момент упругости магнитной пружины;φ - угол отклонения подвижной инерционной системы относительно корпуса;I - момент инерции подвижной инерционной системы относительно оси подвеса.2. Бинокулярная система со стабилизацией изображения по п. 1, отличающаяся тем, что введено механическое арретирующее устройство в виде подпружиненной втулки, насаженной на пустотелую консоль, закрепле�1. A binocular system with image stabilization, containing two lenses, two eyepieces, a gimbal mounted on a gimbal ring having two degrees of freedom, a movable inertial system that includes a prism turning system and a console of the movable inertial system, a magnetic spring made in in the form of a core made of a soft magnetic material installed on one side of the console on a movable inertial system, and a permanent magnet of a magnetic spring mounted on the body with a pole in the direction of the core, and connecting the movable inertial system with the body, a vibration damper of the movable inertial system, containing a damper plate fixed on the console made of a non-magnetic material with a low electrical resistivity, a magnetic element of the damper mounted on the body, characterized in that the permanent magnet of the magnetic spring is mounted to move in three mutually perpendicular directions, and the movement in the direction of the longitudinal axis of the binocular system is made in such a way that the following is provided ratio: where f is the resonant frequency of the moving inertial system; is the stiffness coefficient of the magnetic spring; M is the moment of elasticity of the magnetic spring; φ is the angle of deviation of the moving inertial system relative to the body; I is the moment of inertia of the moving inertial system relative to the suspension axis.2. Binocular system with image stabilization according to claim 1, characterized in that a mechanical locking device is introduced in the form of a spring-loaded sleeve, mounted on a hollow console, fixed

Description

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, связана со стабилизацией изображения наблюдаемых объектов в оптических приборах, работающих на подвижном основании, и предназначена для создания наблюдательных систем типа бинокля.The utility model relates to optical instrumentation, is associated with image stabilization of observed objects in optical instruments operating on a moving base, and is intended to create observation systems such as binoculars.

Известны системы стабилизации, использующие как гироскоп, так и инерционный принцип. Из наиболее близких - патент РФ №2229149, заявители Фроимсон И.М., Макаров Е.Ю., Лихачев А.Б. [1] с использованием инерционного способа стабилизации и устройством управления панорамированием на основе магнитной системы.Known stabilization systems using both a gyroscope and an inertial principle. Of the closest - patent RF №2229149, the applicants Froimson IM, Makarov E.Yew., Likhachev AB [1] using an inertial stabilization method and a pan control device based on a magnetic system.

Недостатком данных систем является невозможность плавного регулирования жесткости магнитной пружины, что не позволяет установить необходимую резонансную частоту подвижной инерционной системы, а также отсутствие возможности арретирования подвижной инерционной системы при отключении системы стабилизации.The disadvantage of these systems is the inability to smoothly control the stiffness of the magnetic spring, which does not allow you to set the necessary resonant frequency of the mobile inertial system, as well as the lack of the ability to arrest the mobile inertial system when the stabilization system is turned off.

Технической задачей, решаемой полезной моделью, является создание бинокулярной системы со стабилизацией изображения с возможностью регулирования резонансной частоты подвижной инерционной системы и с простым механизмом механического арретира, имеющей небольшие габариты и массу.The technical problem solved by the utility model is the creation of a binocular system with image stabilization with the ability to control the resonant frequency of the mobile inertial system and with a simple mechanical arrestor mechanism, which has small dimensions and weight.

Для решения задачи предлагается бинокулярная система со стабилизацией изображения, содержащая два объектива, два окуляра, карданов подвес, подвижную инерционную систему, состоящую из призменных оборачивающих блоков, симметрично расположенных относительно карданова подвеса посредством монолитной рамки, консоли с пластиной успокоителя, выполненной из немагнитного материала с малым удельным электрическим сопротивлением, балансировочного груза, закрепленного на консоли, магнитную пружину, связывающую подвижную инерционную систему с корпусом и механическое арретирующее устройство в виде подпружиненной втулки, насаженной на пустотелую консоль, закрепленную на корпусе, конусной поверхностью (при фиксации) взаимодействующей с конусной поверхностью подвижной инерционной системы и управляемой рычагом, связанным с флажком расположенным с внешней стороны корпуса. В воздушном промежутке перед каждым окуляром установлена ромб-призма с возможностью совместного вращения вместе с окуляром вокруг оси, параллельной продольной оси прибора.To solve the problem, we propose a binocular system with image stabilization, containing two lenses, two eyepieces, cardan suspension, a moving inertial system consisting of prism wrapping blocks symmetrically located relative to the cardan suspension using a monolithic frame, a console with a damper plate made of non-magnetic material with small specific electrical resistance, balancing weight, mounted on the console, a magnetic spring connecting the moving inertial system with orpusom and mechanical detent device in the form of a spring loaded sleeve, fitted on the hollow cantilever fixed to the housing, the cone surface (at fixation) interacting with a conical surface of the movable inertial system and the operating lever associated with a check box located on the outside of the housing. In the air gap in front of each eyepiece, a rhombus-prism is installed with the possibility of joint rotation together with the eyepiece around an axis parallel to the longitudinal axis of the device.

Сущность изобретения заключается в том, что подвижная инерционная система, включающая в себя оборачивающие блоки призм, закрепленная на кольце карданова подвеса, имеющего две степени свободы, представляет собой развязанную с корпусом инерционную систему, управляемую посредством магнитной пружины и успокоителя, содержащего пластину успокоителя на консоли подвижной инерционной системы и магнитную систему успокоителя, закрепленную на корпусе. Оборачивающие блоки призм, установленные на подвижной инерционной системе управляют визирной осью бинокулярной системы, обеспечивая стабилизацию изображения. Механическое арретирующее устройство фиксирует подвижную инерционную систему при использовании бинокулярной системы с отключенным режимом стабилизации при переноске и хранении. Устройство управления подвижной инерционной системой необходимо для обеспечения панорамирования корпусом в процессе наблюдения и успокоения колебаний подвижной инерционной системы в процессе и после возмущений, вызываемых колебаниями корпуса.The essence of the invention lies in the fact that the movable inertial system, which includes wrapping blocks of prisms, mounted on the ring of the cardan suspension, having two degrees of freedom, is an inertial system detached from the body, controlled by a magnetic spring and a damper containing a damper plate on the movable console inertial system and magnetic damper system mounted on the housing. Wrapping blocks of prisms mounted on a movable inertial system control the sighting axis of the binocular system, providing image stabilization. A mechanical arresting device captures a moving inertial system when using a binocular system with the stabilization mode disabled when carrying and storing. The control device for the mobile inertial system is necessary to provide panning by the body during observation and to calm the vibrations of the mobile inertial system during and after disturbances caused by vibrations of the body.

Для обеспечения требуемых частотных характеристик стабилизатора необходимо иметь возможность устанавливать необходимую жесткость магнитной пружины независимо от свойств успокоителя и работы механического арретира, а оптимальную эффективность успокоителя - независимо от свойств магнитной пружины. Достижение заданной цели обеспечивается выполнением магнитной пружины, механического арретира и успокоителя раздельными устройствами. Успокоитель и магнитная пружина устанавливаются с разных сторон консоли подвижной инерционной системы, а магнит магнитной пружины и механический арретир не связаны друг с другом. Регулировка жесткости магнитной пружины осуществляется изменением воздушного промежутка между сердечником и постоянным магнитом магнитной пружины за счет перемещения магнита вдоль продольной оси бинокулярной системы. Для этого постоянный магнит магнитной пружины установлен на корпусе с возможностью перемещения в трех взаимно-перпендикулярных направлениях, причем перемещение в направлении продольной оси бинокулярной системы выполнено таким образом, что обеспечивается следующее соотношение:To ensure the required frequency characteristics of the stabilizer, it is necessary to be able to set the necessary stiffness of the magnetic spring, regardless of the properties of the damper and the operation of the mechanical arrestor, and the optimal efficiency of the damper, regardless of the properties of the magnetic spring. Achieving the desired goal is ensured by the implementation of a magnetic spring, a mechanical arrestor and a damper with separate devices. The damper and the magnetic spring are installed on different sides of the console of the mobile inertial system, and the magnet of the magnetic spring and the mechanical arrestor are not connected to each other. The stiffness of the magnetic spring is adjusted by changing the air gap between the core and the permanent magnet of the magnetic spring by moving the magnet along the longitudinal axis of the binocular system. For this, the permanent magnet of the magnetic spring is mounted on the housing with the possibility of movement in three mutually perpendicular directions, and the movement in the direction of the longitudinal axis of the binocular system is made in such a way that the following relation is ensured:

, где

where

f₀ - резонансная частота подвижной инерционной системы;f ₀ is the resonant frequency of the mobile inertial system;

- коэффициент жесткости магнитной пружины;

- stiffness coefficient of the magnetic spring;

М - момент упругости магнитной пружины;M is the moment of elasticity of the magnetic spring;

φ - угол отклонения подвижной инерционной системы относительно корпуса;φ is the angle of deviation of the mobile inertial system relative to the housing;

I - момент инерции подвижной инерционной системы относительно оси подвеса.I is the moment of inertia of the mobile inertial system relative to the suspension axis.

Устранение углового рассогласования подвижной инерционной системы в режиме стабилизации и арретирования осуществляется поперечным перемещением магнита магнитной пружины, закрепляемого на корпусе.The angular mismatch of the mobile inertial system in the stabilization and arresting mode is eliminated by the transverse movement of the magnet of the magnetic spring fixed to the housing.

На фиг. 1 можно видеть бинокулярную систему со стабилизацией изображения, состоящую из двух объективов (1), двух подвижных ромб-призм (2), двух окуляров (3), карданова подвеса (4), подвижной инерционной системы, установленной на кардановом подвесе (4), состоящей из двух призменных оборачивающих блоков (5), (например, призм Пехана), монолитной рамки (6), консоли (7), балансировочного груза (8), пластины успокоителя (9), выполненной из материала, имеющего малое электрическое сопротивление (например, меди). Магнитная система успокоителя, состоит из, по крайней мере, одного магнитного элемента (10) и магнитного замыкателя (11). Магнитная пружина содержит сердечник (12) магнитной пружины, выполненный из магнитомягкого материала (например, малоуглеродистой стали) и магнит магнитной пружины (13). Механическое арретирующее устройство выполнено в виде подпружиненной втулки (14), насаженной на пустотелую консоль (15), закрепленную на корпусе, конусной поверхностью (А) (при фиксации) взаимодействующей с конусной поверхностью (Б) подвижной инерционной системы и управляемой рычагом (16), связанным с флажком (17), расположенным с внешней стороны корпуса.In FIG. 1 you can see a binocular system with image stabilization, consisting of two lenses (1), two movable rhombic prisms (2), two eyepieces (3), a gimbal (4), a movable inertial system mounted on a gimbal (4), consisting of two prism wrapping blocks (5), (for example, Pehan prisms), a monolithic frame (6), a console (7), a balancing weight (8), a damping plate (9) made of a material having low electrical resistance (for example , copper). The magnetic system of the damper consists of at least one magnetic element (10) and a magnetic contactor (11). The magnetic spring comprises a magnetic spring core (12) made of soft magnetic material (for example, mild steel) and a magnetic spring magnet (13). The mechanical locking device is made in the form of a spring-loaded sleeve (14), mounted on the hollow console (15), mounted on the housing, with a conical surface (A) (when fixed) interacting with the conical surface (B) of the mobile inertial system and controlled by a lever (16), associated with the flag (17) located on the outside of the housing.

Устройство управления подвижной инерционной системой сочетает в себе магнитную пружину, жесткость которой регулируется продольным перемещением постоянного магнита магнитной пружины, и успокоитель колебаний на вихревых токах. Основой успокоителя колебаний является закрепленная на корпусе бинокулярной системы магнитная система, состоящая из магнитного элемента (10) в виде постоянного магнита. На свободном конце консоли, укреплена пластина успокоителя (9), взаимодействующая с магнитным полем магнитного элемента успокоителя.The control device of the movable inertial system combines a magnetic spring, the rigidity of which is regulated by the longitudinal movement of the permanent magnet of the magnetic spring, and a vibration damper on eddy currents. The basis of the vibration damper is a magnetic system fixed to the housing of the binocular system, consisting of a magnetic element (10) in the form of a permanent magnet. At the free end of the console, a damper plate (9) is mounted, interacting with the magnetic field of the damper’s magnetic element.

Прибор работает следующим образом. При колебаниях корпуса прибора в процессе наблюдения инерционная подвижная система сохраняет свое положение в пространстве за счет момента инерции подвижной инерционной системы и, соответственно, сохраняется положение визирной оси прибора, определяемое положением призменных оборачивающих блоков (5), установленных на подвижной инерционной системе. При панорамировании корпусом прибора магнитная пружина, состоящая из сердечника (12) и магнита (13), возвращает подвижную инерционную систему в центральное относительно корпуса положение. Возникающие колебания гасятся успокоителем колебаний на основе магнитного элемента (10), создающего вихревые токи в пластине успокоителя (9).The device operates as follows. During oscillations of the device body during the observation process, the inertial mobile system maintains its position in space due to the moment of inertia of the mobile inertial system and, accordingly, the position of the sighting axis of the device, determined by the position of the prism wrapping units (5) mounted on the mobile inertial system, is maintained. When panning the body of the device, a magnetic spring consisting of a core (12) and a magnet (13) returns the movable inertial system to a position central to the body. The resulting vibrations are damped by the vibration damper based on the magnetic element (10), which creates eddy currents in the damper plate (9).

Благодаря наличию возможности поперечного перемещения магнита магнитной пружины создана возможность устранить угловое рассогласование подвижной инерционной системы при взаимодействии с магнитной пружиной и ее положением при фиксации механическим арретирующим устройством. Установленная ромб-призма с возможностью совместного вращения вместе с окуляром вокруг оси, параллельной продольной оси прибора позволяет регулировать межцентровое расстояние окуляров.Due to the possibility of transverse movement of the magnet of the magnetic spring, it is possible to eliminate the angular mismatch of the mobile inertial system when interacting with the magnetic spring and its position when fixed by a mechanical locking device. The installed rhombus-prism with the possibility of joint rotation together with the eyepiece around an axis parallel to the longitudinal axis of the device allows you to adjust the center-to-center distance of the eyepieces.

Данная схема построения бинокулярной системы со стабилизацией позволяет обеспечить стабильную частотную характеристику устройства и высокую эффективность стабилизации изображения.This scheme of building a binocular system with stabilization allows you to provide a stable frequency response of the device and high image stabilization efficiency.

Claims

1. Binocular system with image stabilization, containing two lenses, two eyepieces, cardan suspension mounted on the ring of the cardan suspension having two degrees of freedom, a mobile inertial system, including a prism wrapping system and a console of a mobile inertial system, a magnetic spring, made in in the form of a core of soft magnetic material mounted on one side of the console on a moving inertial system, and a permanent magnet of a magnetic spring mounted on the housing with a pole in the direction the phenomenon of the core, and connecting the movable inertial system to the housing, a vibration damper of the mobile inertial system, comprising a plate of a damper made of non-magnetic material with low specific electrical resistance fixed to the console, a magnetic damper element mounted on the housing, characterized in that the permanent magnet of the magnetic spring is installed with the ability to move in three mutually perpendicular directions, and the movement in the direction of the longitudinal axis of the binocular system o in such a way that the following ratio is ensured:

where f ₀ is the resonant frequency of the mobile inertial system;

- stiffness coefficient of the magnetic spring;

M is the moment of elasticity of the magnetic spring;

φ is the angle of deviation of the mobile inertial system relative to the housing;

I is the moment of inertia of the mobile inertial system relative to the suspension axis.

2. A binocular system with image stabilization according to claim 1, characterized in that a mechanical locking device is introduced in the form of a spring-loaded sleeve mounted on a hollow console mounted on a housing that interacts with the conical surface of the movable inertial system and is controlled by a lever associated with the flag located on the outside of the housing.

3. A binocular system with image stabilization according to claim 2, characterized in that a rhombus-prism is installed in the air gap in front of each eyepiece with the possibility of joint rotation with the eyepiece around an axis parallel to the longitudinal axis of the device.