RU219152U1

RU219152U1 - Optical system with image stabilization

Info

Publication number: RU219152U1
Application number: RU2023110382U
Authority: RU
Inventors: Игорь Михайлович Фроимсон; Ирина Александровна Черкашенинова
Original assignee: Игорь Михайлович Фроимсон; Ирина Александровна Черкашенинова
Filing date: 2023-04-24
Publication date: 2023-06-30

Abstract

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 монокуляра или бинокля.The utility model relates to optical instrumentation, is associated with image stabilization of observed objects in optical instruments operating on a movable base, and is intended for creating observation systems such as a monocular or binoculars.

Оптическая система со стабилизацией изображения содержит объектив, блок оборачивающих призм, установленный на кардановом подвесе с возможностью поворота относительно оси карданова подвеса, ромб-призму и окуляр. Блок оборачивающих призм установлен относительно оси вращения карданова подвеса таким образом, что выполняется соотношение:The optical system with image stabilization contains a lens, a block of inverting prisms mounted on a gimbal with the possibility of rotation relative to the axis of the gimbal, a rhombus prism and an eyepiece. The block of turning prisms is installed relative to the axis of rotation of the gimbal in such a way that the relation is fulfilled:

где d - расстояние от оси карданова подвеса до плоскости входной грани блока оборачивающих призм;where d is the distance from the axis of the gimbals to the plane of the input face of the block of wrapping prisms;

F - фокусное расстояние объектива;F - focal length of the lens;

L₁ - длина хода осевого луча в первой призме блока оборачивающих призм;L ₁ - stroke length of the axial beam in the first prism of the block of wrapping prisms;

L₂ - длина хода осевого луча во второй призме блока оборачивающих призм;L ₂ - the length of the axial beam in the second prism of the block of wrapping prisms;

L₃ - длина хода осевого луча в ромб-призме;L ₃ - the length of the axial beam in the rhombus prism;

n₁ - коэффициент преломления материала первой призмы блока оборачивающих призм;n ₁ - refractive index of the material of the first prism of the block of inverting prisms;

n₂ - коэффициент преломления материала второй призмы блока оборачивающих призм;n ₂ - refractive index of the material of the second prism of the block of inverting prisms;

n₃ - коэффициент преломления материала ромб-призмы;n ₃ - refractive index of the material of the rhombus prism;

а - расстояние между входной и выходной гранями блока оборачивающихa - the distance between the input and output faces of the wrapping block

призм;prisms;

b - расстояние от выходной грани блока оборачивающих призм до входной грани ромб-призмы;b - distance from the output face of the block of wrapping prisms to the input face of the rhombus prism;

с - расстояние между входной и выходной гранями ромб-призмы;c is the distance between the input and output faces of the rhombus prism;

g - расстояние от выходной грани ромб-призмы до фокальной плоскости системы;g is the distance from the output face of the rhombus prism to the focal plane of the system;

ƒ - фокусное расстояние окуляра.

ƒ - focal length of the eyepiece.

Description

Известны оптические системы со стабилизацией изображения, использующие в качестве стабилизирующих элементов оборачивающие призмы. Из наиболее близких - патент США №4235506, (заявитель Fuji Photo Optical Co., Ltd., Япония) с использованием призменной оборачивающей системы, установленной на карданов подвес так, что оси вращения карданова подвеса располагаются на середине расстояния между объективом и окуляром.Known optical systems with image stabilization, using as stabilizing elements wrapping prisms. Of the closest - US patent No. 4235506, (applicant Fuji Photo Optical Co., Ltd., Japan) using a prism turning system mounted on the gimbals so that the axis of rotation of the gimbals are located at the middle of the distance between the lens and the eyepiece.

Недостатком данной системы является то, что она позволяет достичь лишь частичной компенсации отклонения визирной оси при колебаниях корпуса прибора, и, следовательно, не обеспечивает необходимого уровня коэффициента демпфирования системы стабилизации. Наиболее близкой к решению поставленной задачи является «Оптическая система со стабилизацией изображения» (патент РФ №2231098 С1 на изобретение). Недостатком данного технического решения является необходимость учета коэффициента демпфирования системы, который зависит от механических свойств стабилизирующей платформы.The disadvantage of this system is that it allows you to achieve only partial compensation for the deviation of the sighting axis during vibrations of the device body, and, therefore, does not provide the necessary level of damping coefficient of the stabilization system. The closest to solving the problem is "Optical system with image stabilization" (RF patent No. 2231098 C1 for the invention). The disadvantage of this technical solution is the need to take into account the damping coefficient of the system, which depends on the mechanical properties of the stabilizing platform.

Технической задачей, решаемой полезной моделью, является создание эффективной оптической системы со стабилизацией изображения, имеющей небольшие габариты и массу и обеспечивающей полную компенсацию отклонения визирной оси при колебаниях корпуса прибора.The technical problem solved by the utility model is the creation of an efficient optical system with image stabilization, which has small dimensions and weight and provides full compensation for the deviation of the sighting axis during vibrations of the device body.

Для решения задачи предлагается оптическая система со стабилизацией изображения, содержащая объектив, блок оборачивающих призм (например, блок призм Пехана или Порро), установленный на кардановом подвесе с возможностью поворота относительно оси карданова подвеса, ромб-призму и окуляр, отличающаяся тем, что блок оборачивающих призм установлен относительно оси вращения карданова подвеса таким образом, что выполняется соотношениеTo solve the problem, an optical system with image stabilization is proposed, containing a lens, a block of inverting prisms (for example, a block of Pechan or Porro prisms) mounted on a gimbal with the ability to rotate about the axis of the gimbal, a rhombus prism and an eyepiece, characterized in that the block of inverting prisms the prism is installed relative to the axis of rotation of the gimbal in such a way that the relation

гдеWhere

d - расстояние от оси карданова подвеса до плоскости входной грани блока оборачивающих призм;d is the distance from the axis of the gimbals to the plane of the input face of the block of wrapping prisms;

а - расстояние между входной и выходной гранями блока оборачивающих призм;a - the distance between the input and output faces of the block of wrapping prisms;

b - расстояние от выходной грани ромб-призмы до фокальной плоскости системы;b is the distance from the output face of the rhombus prism to the focal plane of the system;

ƒ - фокусное расстояние окуляра.ƒ - focal length of the eyepiece.

Сущность полезной модели заключается в том, что оптическая система со стабилизацией изображения, включающая в себя объектив, блок оборачивающих призм, установленный на кардановом подвесе таким образом, что выполняется соотношение (1), ромб-призму и окуляр, представляет собой оптическую систему, визирная ось которой определяется угловым положением блока оборачивающих призм, и которая позволяет полностью компенсировать отклонение визирной оси прибора при отклонении его корпуса (и соединенных с корпусом объектива, ромб-призмы и окуляра), но при сохранении углового положения блока оборачивающих призм. Стабилизация углового положения блока оборачивающих призм достигается путем его установки в корпусе прибора на кардановом подвесе и соединения с инерционной системой, имеющей момент инерции относительно осей карданова подвеса.The essence of the utility model lies in the fact that the optical system with image stabilization, which includes a lens, a block of inverting prisms mounted on a gimbal in such a way that relation (1), a rhombus-prism and an eyepiece, is an optical system, the sighting axis which is determined by the angular position of the block of inverting prisms, and which allows you to fully compensate for the deviation of the sighting axis of the device when its body (and the objective, rhombus prism and eyepiece connected to the body) deviates, but while maintaining the angular position of the block of inverting prisms. Stabilization of the angular position of the block of inverting prisms is achieved by installing it in the body of the device on a gimbal suspension and connecting it to an inertial system that has a moment of inertia relative to the axes of the gimbal suspension.

На фиг. 1 можно видеть оптическую систему со стабилизацией изображения, состоящую из объектива 1, закрепленного в корпусе оптической системы со стабилизацией изображения, блока оборачивающих призм 2, установленного на кардановом подвесе с возможностью поворота относительно оси 3 карданова подвеса, ромб-призмы 4, окуляра 5, закрепленных на корпусе оптической системы со стабилизацией изображения. Блок оборачивающих призм установлен относительно оси карданова подвеса таким образом, что выполняется соотношение (1). Оптическая система строит изображение в фокальной плоскости 6, которое рассматривается окуляром 5.In FIG. 1, you can see an optical system with image stabilization, consisting of a lens 1 fixed in the body of the optical system with image stabilization, a block of inverting prisms 2 mounted on a gimbal suspension with the possibility of rotation about the axis 3 of the gimbal suspension, a rhombus prism 4, an eyepiece 5, fixed on the body of the optical system with image stabilization. The block of inverting prisms is installed relative to the gimbal axis in such a way that relation (1) is fulfilled. The optical system builds an image in the focal plane 6, which is viewed by the eyepiece 5.

Прибор работает следующим образом. При колебаниях корпуса прибора в процессе наблюдения блок оборачивающих призм сохраняет свое положение в пространстве за счет момента инерции относительно осей карданова подвеса и, соответственно, сохраняется положение визирной оси прибора, определяемое положением блока оборачивающих призм. Выполнение соотношения (1) обеспечивает необходимую компенсацию отклонения визирной оси при колебаниях корпуса прибора при минимальных габаритно-весовых характеристиках прибора.The device works as follows. When the body of the device vibrates during the observation process, the block of turning prisms maintains its position in space due to the moment of inertia relative to the axes of the gimbals and, accordingly, the position of the sighting axis of the device, determined by the position of the block of turning prisms, is maintained. The fulfillment of relation (1) provides the necessary compensation for the deviation of the sighting axis during vibrations of the device case with the minimum overall and weight characteristics of the device.

С использованием предлагаемого технического решения создана оптическая система со стабилизацией изображения со следующими характеристиками:Using the proposed technical solution, an optical system with image stabilization was created with the following characteristics:

Увеличение, крат 20;Magnification, multiple 20;

Фокусное расстояние объектива, мм 234,6;Focal length of the lens, mm 234.6;

Поле зрения, угловых градусов 4,1;Field of view, angular degrees 4.1;

Длина оптической системы, мм 189,2;Optical system length, mm 189.2;

Коэффициент демпфирования, крат, не менее 12.Damping coefficient, multiple, not less than 12.

Claims

1. An optical system with image stabilization, containing a lens, a block of inverting prisms mounted on a gimbal with the possibility of rotation relative to the axis of the gimbal, a rhombus prism and an eyepiece, characterized in that the block of inverting prisms is mounted relative to the axis of rotation of the gimbal in such a way that the relation is fulfilled:

Where

d is the distance from the axis of the gimbals to the plane of the input face of the block of wrapping prisms;

F - focal length of the lens;

L ₁ - stroke length of the axial beam in the first prism of the block of wrapping prisms;

L ₂ - the length of the axial beam in the second prism of the block of wrapping prisms;

L ₃ - the length of the axial beam in the rhombus prism;

n ₁ - refractive index of the material of the first prism of the block of inverting prisms;

n ₂ - refractive index of the material of the second prism of the block of inverting prisms;

n ₃ - refractive index of the material of the rhombus prism;

a - the distance between the input and output faces of the block of wrapping prisms;

b - distance from the output face of the block of wrapping prisms to the input face of the rhombus prism;

c is the distance between the input and output faces of the rhombus prism;

g is the distance from the output face of the rhombus prism to the focal plane of the system;

ƒ - focal length of the eyepiece.

2. An optical system with image stabilization according to claim 1, characterized in that the block of inverting prisms is made in the form of a Pehan prism system.

3. An optical system with image stabilization according to claim 1, characterized in that the block of inverting prisms is made in the form of a system of Porro prisms.