RU2321874C1 - Device for automatical adjustment of optical system - Google Patents
Device for automatical adjustment of optical system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2321874C1 RU2321874C1 RU2006121738/28A RU2006121738A RU2321874C1 RU 2321874 C1 RU2321874 C1 RU 2321874C1 RU 2006121738/28 A RU2006121738/28 A RU 2006121738/28A RU 2006121738 A RU2006121738 A RU 2006121738A RU 2321874 C1 RU2321874 C1 RU 2321874C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mirrors
- axis
- channels
- along
- walls
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам, предназначенным для автоматической юстировки оптических систем в условиях вибраций. Поскольку в устройстве отсутствуют электронные элементы, чувствительные к ионизирующим излучениям, оно может быть использовано в качестве элемента измерительной аппаратуры на установках, где присутствует высокий уровень радиоактивности.The invention relates to devices designed for automatic alignment of optical systems under vibration conditions. Since the device lacks electronic elements sensitive to ionizing radiation, it can be used as an element of measuring equipment in installations where a high level of radioactivity is present.
Известно устройство стабилизации изображения (патенты РФ №№2091843, G02B 27/64), предназначенное для стабилизации изображения в оптическом приборе путем компенсации смещения изображения. Устройство содержит неподвижное и подвижное зеркало, а также двустепенные гироскопы. Подвижное зеркало установлено с возможностью одновременного вращения вокруг горизонтальной оси, лежащей в плоскости зеркала, и вертикальной оси, расположенной перпендикулярно горизонтальной оси и оптической оси прибора. На осях вращения рамок двустепенных гироскопов размещены соответственно датчики угла, датчики момента, операционные блоки, исполнительные двигатели со встроенными датчиками обратной связи.A device for image stabilization is known (RF patents Nos. 2091843, G02B 27/64), intended for image stabilization in an optical device by compensating for image displacement. The device contains a fixed and movable mirror, as well as two-stage gyroscopes. The movable mirror is mounted with the possibility of simultaneous rotation around a horizontal axis lying in the plane of the mirror and a vertical axis located perpendicular to the horizontal axis and the optical axis of the device. On the axes of rotation of the frames of two-stage gyroscopes, respectively, angle sensors, torque sensors, operating units, executive motors with integrated feedback sensors are placed.
Принцип работы устройства состоит в таком повороте подвижного зеркала, чтобы изображение наблюдаемого неподвижного предмета в кадровой рамке, например, киносъемочного аппарата, оставалось неподвижным относительно этой рамки.The principle of operation of the device is such a rotation of the movable mirror so that the image of the observed stationary object in the frame frame, for example, a movie camera, remains stationary relative to this frame.
Недостатками устройства являются:The disadvantages of the device are:
- использование большого количества электронных компонент, что повышает стоимость устройства, снижает его надежность и делает невозможным его применение в условиях высокого уровня ионизирующих излучений;- the use of a large number of electronic components, which increases the cost of the device, reduces its reliability and makes it impossible to use it in conditions of a high level of ionizing radiation;
- необходимость применения источников питания.- the need for the use of power sources.
Известна система стабилизации изображения (патент США №6064827, опуб. 16.05.2000), называемая Shift-IS (Image Stabilizer) и применяемая в цифровых фотокамерах. Система состоит из установленных вдоль оптической оси прибора входной группы линз, двояковогнутой линзы, выходной группы линз, детектора. Принцип действия прототипа заключается в следующем. В случае отсутствия смещения камеры, центр изображения находится на оси оптической системы и попадает в центр светочувствительной поверхности детектора. Когда объектив колеблется, центр изображения смещается от центра светочувствительной поверхности детектора. Когда камера наклоняется в горизонтальной плоскости против часовой стрелки, центр изображения также смещается в этой плоскости по часовой стрелке. Для того чтобы избежать этого, система при помощи шаговых двигателей обеспечивает смещение центра двояковогнутой линзы в той же плоскости таким образом, чтобы преломление световых лучей возвратило центр изображения в первоначальное положение. Поскольку колебание изображения может происходить также и в вертикальной плоскости, двояковогнутая линза может сдвигаться и в этом направлении относительно своего исходного (статичного) положения, чтобы компенсировать отклонение изображения.A known image stabilization system (US patent No. 6064827, publ. 16.05.2000), called Shift-IS (Image Stabilizer) and used in digital cameras. The system consists of an input lens group, a biconcave lens, an output lens group, and a detector installed along the optical axis of the device. The principle of operation of the prototype is as follows. In the absence of camera displacement, the center of the image is located on the axis of the optical system and falls into the center of the photosensitive surface of the detector. When the lens oscillates, the center of the image shifts from the center of the photosensitive surface of the detector. When the camera tilts in a horizontal plane counterclockwise, the center of the image also shifts in that plane clockwise. In order to avoid this, the system uses stepper motors to offset the center of the biconcave lens in the same plane so that the refraction of light rays returns the center of the image to its original position. Since the oscillation of the image can also occur in the vertical plane, the biconcave lens can be shifted in this direction relative to its original (static) position in order to compensate for the deviation of the image.
Перемещения камеры улавливаются двумя гироскопическими сенсорами. Сенсоры определяют направление (угол) и скорость перемещения (дрожания) камеры с объективом и посылают эту информацию в быстродействующий 32-разрядный микропроцессор. Микропроцессор затем преобразовывает полученные сигналы от двух датчиков в сигналы движения для двояковогнутой линзы. Затем двояковогнутая линза приводится в движение и восстанавливает устойчивость изображения.Camera movements are detected by two gyroscopic sensors. The sensors determine the direction (angle) and speed of movement (jitter) of the camera with the lens and send this information to the high-speed 32-bit microprocessor. The microprocessor then converts the received signals from the two sensors into motion signals for the biconcave lens. Then the biconcave lens is set in motion and restores image stability.
Устройство позволяет эффективно компенсировать вибрации с частотой от 0.5 до 20 Гц. Позиция блока стабилизации определяется с помощью инфракрасных светодиодов-излучателей (IREDs - Infrared Emitting Diodes) на оправе блока и устройства определения положения (PSD - Position sensing Device), расположенных на плате электроники блока. Таким образом, изначально устройство стабилизации имеет обратную связь для точного позиционирования. Устройство стабилизации имеет также блокиратор, который устанавливает двояковогнутую линзу в центральную нейтральную позицию, в случае, когда устройство стабилизации изображения выключено.The device allows you to effectively compensate for vibrations with a frequency of 0.5 to 20 Hz. The position of the stabilization unit is determined using infrared LEDs (IREDs - Infrared Emitting Diodes) on the frame of the unit and the position sensing device (PSD - Position sensing Device) located on the electronics board of the unit. Thus, initially the stabilization device has feedback for accurate positioning. The stabilization device also has a lock, which sets the biconcave lens in a central neutral position, when the image stabilization device is turned off.
Прототип обладает следующими недостатками:The prototype has the following disadvantages:
- использование линзовой оптики, что не позволяет применять устройство в условиях высокого уровня ионизирующих излучений;- the use of lens optics, which does not allow the device to be used in conditions of a high level of ionizing radiation;
- использование большого количества электронных компонент, что повышает стоимость устройства, снижает его надежность и делает невозможным его применение в условиях высокого уровня ионизирующих излучений;- the use of a large number of electronic components, which increases the cost of the device, reduces its reliability and makes it impossible to use it in conditions of a high level of ionizing radiation;
- необходимость применения источников питания;- the need for the use of power sources;
- низкое быстродействие устройства.- low device performance.
Техническим результатом, на которое направлено изобретение, является создание устройства, которое могло бы функционировать в вакууме, при высоком уровне ионизирующих излучений, не требующего источников питания, обладающего более высоким быстродействием и обеспечивающее юстировку в трех направлениях - XYZ.The technical result, which the invention is directed to, is to create a device that could operate in a vacuum, with a high level of ionizing radiation, requiring no power sources, having higher speed and providing alignment in three directions - XYZ.
Для достижения указанного результата предложено устройство для автоматической юстировки оптической системы в направлении XYZ, состоящее из выходного и входного каналов для прохода светового пучка, расположенных в стенках устройства, при этом оно дополнительно содержит четыре зеркала, два из которых установлены напротив входного и выходного каналов соответственно и жестко связаны со стенками, два других зеркала жестко закреплены на кронштейне, состоящим из двух частей, связанных муфтой, обеспечивающей возможность их перемещения по оси Y, при этом оптическая ось устройства проходит через центр зеркал под углом 45° к плоскости зеркала, концы кронштейна закреплены на подвижных опорах, одна из которых установлена с возможностью перемещения вдоль оси Х по направляющей, закрепленной на стенке со стороны одного из каналов оптической системы, а другая опора установлена с возможностью перемещения вдоль оси Z по направляющей, закрепленной на стенке со стороны другого канала, при этом оптическая ось устройства проходит через центр зеркал.To achieve this result, a device is proposed for automatic alignment of the optical system in the XYZ direction, consisting of output and input channels for the passage of a light beam located in the walls of the device, while it additionally contains four mirrors, two of which are installed opposite the input and output channels, respectively, and rigidly connected to the walls, two other mirrors are rigidly fixed to the bracket, consisting of two parts connected by a coupling, providing the possibility of their movement along the axis Y, while the optical axis of the device passes through the center of the mirrors at an angle of 45 ° to the plane of the mirror, the ends of the bracket are mounted on movable supports, one of which is mounted to move along the X axis along a guide fixed to the wall from one of the channels of the optical system, and the other support is mounted to move along the Z axis along a guide fixed to the wall from the side of another channel, while the optical axis of the device passes through the center of the mirrors.
Зеркала могут быть выполнены диэлектрическими.Mirrors can be made dielectric.
Зеркала могут быть выполнены металлическими.Mirrors can be made of metal.
Зеркала могут быть закреплены на кронштейне под углом в 45° по разные стороны муфты.Mirrors can be mounted on the bracket at an angle of 45 ° on both sides of the coupling.
На фиг.1 приведена принципиальная схема устройства. На фиг.2 показано размещение устройства на экспериментальном термоядерном реакторе.Figure 1 shows a schematic diagram of a device. Figure 2 shows the placement of the device in an experimental thermonuclear reactor.
Позиции, обозначенные на фигурах:The positions indicated in the figures:
1 - входной канал;1 - input channel;
2, 3, 4, 5 - зеркала;2, 3, 4, 5 - mirrors;
6 - выходной канал;6 - output channel;
7, 8 - направляющие;7, 8 - guides;
9 - кронштейн;9 - an arm;
10, 11 - подвижные опоры;10, 11 - movable supports;
12 - муфта;12 - coupling;
13 - световой пучок;13 - a light beam;
14 - стенка, в которой расположен входной канал;14 - wall in which the inlet channel is located;
15 - стенка, в которой расположен выходной канал;15 - wall in which the outlet channel is located;
16 - ось светового пучка;16 - axis of the light beam;
17 - входной диагностический канал;17 - input diagnostic channel;
18 - фланец криостата;18 - cryostat flange;
19 - выходной диагностический канал;19 - output diagnostic channel;
20 - корпус криостата;20 - cryostat housing;
21 - диагностический модуль.21 is a diagnostic module.
Принцип действия предлагаемого устройства заключается в следующем. Рассмотрим вариант выполнения устройства, показанного на фиг.1.The principle of operation of the proposed device is as follows. Consider an embodiment of the device shown in figure 1.
В исходном состоянии, когда отсутствует взаимное смещение стенок устройства 14 и 15, световой пучок круглого сечения, обладающий небольшой расходимостью, направляется при помощи зеркал 2, 3, 4 и 5 вдоль входного и выходного цилиндрических каналов 1 и 6, расположенных в стенках 14 и 15, таким образом, что его ось совпадает с осями каналов и пересекает круглые зеркала 2, 3, 4 и 5 в их центрах под углом 45° к плоскости зеркала. Оси каналов параллельны оси Y и смещены друг относительно друга по осям Х и Z. На стенках 14 и 15 располагаются направляющие 7 и 8 так, что направляющая 7 параллельна оси X, а направляющая 8 параллельна оси Z. В направляющих 7 и 8 установлен кронштейн 9, жестко связанный с подвижными опорами 10 и 11. Подвижные опоры 10 и 11 имеют только одну степень свободы. Опора 10 может передвигаться вдоль оси Х по направляющей 7, а опора 11 вдоль оси Z по направляющей 8, при этом кронштейн 9 всегда остается параллельным оси Y. Кронштейн 9 состоит из двух частей, соединенных при помощи муфты 12. Муфта 12 обеспечивает только одну степень свободы: возможно, только такое взаимное перемещение частей кронштейна 9, при котором последние остаются соосными. Зеркала 2 и 5 жестко связаны со стенками 14 и 15, а зеркала 3 и 4 закреплены на кронштейне 9 по разные стороны муфты таким образом, что угол между плоскостью зеркал 3, 4 и кронштейном 9 составляет 45°. Предположим, что произошло взаимное смещение стенок 14 и 15 в направлении вдоль оси X. Тогда подвижная опора 10 переместилась вдоль направляющей 7, расстояние между зеркалами 2 и 3 изменилось, но ось пучка по-прежнему проходит как через центры зеркал, так и совпадает с осями каналов 1 и 6. В случае если взаимное смещение стенок 14 и 15 происходит вдоль оси Z, подвижная опора 11 перемещается вдоль направляющей 8, изменяется расстояние между зеркалами 4 и 5, но ось пучка по-прежнему совпадает с осями каналов. И, наконец, при смещении стенок 14 и 15 вдоль оси Y, муфта 9 обеспечивает перемещение зеркал 3 и 4 вдоль оси Y, юстировка пучка также сохраняется. В зависимости от требуемых оптических и механических свойств, зеркала 2, 3, 4, 5 могут быть металлическими и диэлектрическими.In the initial state, when there is no mutual displacement of the walls of the device 14 and 15, a circular beam of light with a small divergence is directed using mirrors 2, 3, 4 and 5 along the inlet and outlet cylindrical channels 1 and 6 located in the walls 14 and 15 so that its axis coincides with the axes of the channels and intersects the round mirrors 2, 3, 4 and 5 at their centers at an angle of 45 ° to the plane of the mirror. The axes of the channels are parallel to the Y axis and offset from each other along the X and Z axes. On the walls 14 and 15 there are guides 7 and 8 so that the guide 7 is parallel to the X axis and the guide 8 is parallel to the Z axis. Bracket 9 is installed in the guides 7 and 8 rigidly connected to the movable supports 10 and 11. The movable supports 10 and 11 have only one degree of freedom. The support 10 can move along the X axis along the guide 7, and the support 11 along the Z axis along the guide 8, while the bracket 9 always remains parallel to the Y axis. The bracket 9 consists of two parts connected by a sleeve 12. The coupling 12 provides only one degree freedom: perhaps only such a mutual movement of the parts of the bracket 9, in which the latter remain coaxial. Mirrors 2 and 5 are rigidly connected to the walls 14 and 15, and mirrors 3 and 4 are mounted on the bracket 9 on opposite sides of the coupling so that the angle between the plane of the mirrors 3, 4 and bracket 9 is 45 °. Suppose that the walls 14 and 15 are mutually displaced in the direction along the X axis. Then the movable support 10 has moved along the guide 7, the distance between the mirrors 2 and 3 has changed, but the beam axis still passes through the centers of the mirrors and coincides with the axes channels 1 and 6. If the mutual displacement of the walls 14 and 15 occurs along the Z axis, the movable support 11 moves along the guide 8, the distance between the mirrors 4 and 5 changes, but the axis of the beam still coincides with the axes of the channels. And, finally, when the walls 14 and 15 are displaced along the Y axis, the coupling 9 allows the mirrors 3 and 4 to move along the Y axis, the beam alignment is also preserved. Depending on the required optical and mechanical properties, mirrors 2, 3, 4, 5 can be metal and dielectric.
Описываемое устройство предлагается использовать в строящемся экспериментальном термоядерном реакторе ИТЭР.The described device is proposed to be used in the ITER experimental fusion reactor under construction.
Для некоторых оптических диагностик, использование которых планируется на ИТЭР, необходима проведение светового пучка, обладающего небольшой расходимостью, через диагностические каналы 17 и 19 (см. фиг.2). Диаметр диагностического канала может превышать сечение пучка на величину не более 1-2 см, поскольку увеличение диаметра канала ведет к снижению эффективности радиационной защиты. При этом в процессе работы реактора возможно относительное смещение корпуса криостата 20 и жестко связанного с ним входного диагностического канала 17 относительно фланца криостата 18 и закрепленного на нем выходного диагностического канала 19. Величина смещения может достигать 5 см. Использование электронных устройств автоматической юстировки невозможно из-за высокого уровня нейтронного и γ-излучений. Надежность используемого оборудования должна быть максимальной, поскольку доступ внутрь криостата для ремонта оборудования невозможен. При этом входное зеркало 2 устройства жестко крепится на корпусе криостата, а выходное 5 - на фланце криостата.For some optical diagnostics, the use of which is planned for ITER, it is necessary to conduct a light beam with a small divergence through the
Таким образом, предлагаемое устройство, т.к. не содержит электронных компонент, позволит осуществлять юстировку в условиях вакуума и ионизирующих излучений, что позволит расширить его функциональные возможности и применять на установках, например в термоядерных реакторах и пр.Thus, the proposed device, because does not contain electronic components, will allow alignment under vacuum and ionizing radiation, which will expand its functionality and be used in installations, for example, in thermonuclear reactors, etc.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006121738/28A RU2321874C1 (en) | 2006-06-20 | 2006-06-20 | Device for automatical adjustment of optical system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006121738/28A RU2321874C1 (en) | 2006-06-20 | 2006-06-20 | Device for automatical adjustment of optical system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006121738A RU2006121738A (en) | 2007-12-27 |
RU2321874C1 true RU2321874C1 (en) | 2008-04-10 |
Family
ID=39018692
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006121738/28A RU2321874C1 (en) | 2006-06-20 | 2006-06-20 | Device for automatical adjustment of optical system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2321874C1 (en) |
-
2006
- 2006-06-20 RU RU2006121738/28A patent/RU2321874C1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006121738A (en) | 2007-12-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0190311B1 (en) | Adaptable modular stabilization system | |
US6047132A (en) | Camera system and interchangeable lens to compensate for image blur when photographing at close range | |
KR102163416B1 (en) | Aperture module and camera module including the same | |
JP2016200809A (en) | Lens unit driving apparatus with closed-loop anti-shake structure | |
US4465346A (en) | Optically stabilized telescope | |
JP2005326807A (en) | Camera incorporating lens barrel | |
IL100634A (en) | Stabilized support for instruments such as forward looking infrared (FLIR) units | |
EP0662626A1 (en) | Angular deviation detection apparatus | |
JP2010050137A (en) | Optical module, optical communication device using the same and reflection optical path setting method | |
US6243132B1 (en) | Jitter control apparatus for video camera | |
RU2321874C1 (en) | Device for automatical adjustment of optical system | |
CN109814226B (en) | Lens connecting system | |
Wang et al. | Line-of-sight kinematics modeling and correction for precision pointing systems based on a two-axis fast steering mirror | |
JPH1083007A (en) | Optical apparatus | |
US6987626B2 (en) | Vibration monitoring in optical and opto-electronic beam guiding systems | |
CN111277735A (en) | Underwater cloud deck, underwater imaging system and underwater robot | |
Wang et al. | Prime focus instrument of prime focus spectrograph for Subaru telescope | |
Ruff et al. | Self-healing free space optical link | |
JP2017106954A (en) | Lens device, camera body and optical instrument | |
US8455804B2 (en) | Apparatus for adjusting optical mirrors | |
US5826114A (en) | Camera equipped with a device for focus adjustment during times of camera vibration and the like | |
KR102450595B1 (en) | Infrared light image sensor and Infrared light camera module | |
CN113382129B (en) | Camera module and electronic equipment | |
An et al. | A high precision field angle detection technology applied to laser communication system | |
US20230400703A1 (en) | Image stabilization module and camera module including the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150621 |