Устройство для стабилизации оптического изображения киноаппарата

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ КИНОАППАРАТА, содержащее трехстепенной гироскоп .с ротором, с внешней и внутренней р.амками , с которыми кинематически соединено панорамирующее зеркало киноаппарата , отличающееся тем, что, с целью повьщ1ения точности стабилизации, в него введены пружинные упоры, закрепленные в двух взаимно перпендикулярных направлениях на равных расстояниях от оси вращения ротора на кронштейне, жестко закрепленном на внешней раме гироскопа, и взаимодействующее с торцовой поверхностью ротора гироскопа. W :о к1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

И

РЕСПУБЛИК (1% (11) 3Ш (; 02 В 27/00 ( р f y/g.; гни $ p

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY CSMAETEJlbCTBy

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ с и (21) 3588605/40-23 (22) 19.05.83 (46) 15.09.84. Бюл. В 34 (72) С.А.Соломатин, В.Ю.Торочков и А.В.Торочков (53) 778.53:62.752.3(088.8) (56) 1. Патент США N 3.424.523, кл. 352-243, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке У 3411262/40-23 (052444), 19. 10.82 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ

ОПТИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ КИНОАППАРАТА, содержащее трехстепенной гироскоп,с ротором, с внешней и внутренней рамками, с которыми кинематически соединено панорамирующее зеркало киноаппарата, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности стабилизации, в него введены пружинные упоры, закрепленные в двух взаимно перпендикулярных направлениях на равных расстояниях от оси вращения ротора на кронштейне, жестко закрепленном на внешней раме гироскопа, и взаимодействующее с торцовой поверхностью ротора гироскопа.

1113771

Изобретение относится к гироско- пии в частности к применению гиро- 1 стабилизаторов в киносъемочных аппаратах, оно может быть применено для съемок в космическом пространстве в целях космической навигации, для стабилизации изображения съемочных аппаратов и наблюдательных приборов (например биноклей и др.) при их использовании на колеблющемся основа- 10 нии .

Известно устройство для стабилизации оптического изображения, содержащее объектив, установленный на вращающемся элементе со сферической поверхностью, самоустанавливающееся по отношению к оптической оси под действием сил трения и в соответст1 вии со скоростью панорамирования (1j.

Недостатками являются невозмож- 20 ность использования его в качестве стабилизирующей опоры для киносъемочных аппаратов, а также невозможность быстрого перевода киносъемочного аппарата с одного объекта на другой и 25 осуществления свободного панорамного поиска оператором интересующей его сцены.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для стабилизации Зр

:оптического изображения киноаппарата, содержащее трехстепенный гироскоп с ротором, с внешней и внутренней рамками, с которыми кинематически соеди нено панорамирующее зеркало киноаппа. рата. Кроме того, имеется двигатель и вращающийся фрикционный диск, контактирующий с подпружиненным упором, причем двигатель связан с внутренней рамкой гироскопа посредством фрикцион40 ного диска, закрепленного на его валу, и подпружиненного упора, жестко соединенного с внутренней рамкой гироскопа t2j .

К недостаткам данного устройства следует отнести невысокую точность стабилизации оптического изображения из-за отсутствия дифференциальной

1 коррекции момента при управлении гироскопом, а также сложность.конструк-50 ции, значительный вес и габариты в виду наличия в нем дополнительного двигателя, приводящего во вращение фрикциоиный диск.

Цель изобретения — повышение точ ности стабилизации изображения за счет исключения влияния колебаний киносъемочного аппарата на положение изображения снимаемого объекта.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для стабилизации оптического изображения киноаппарата, содержащее трехстепенный гироскоп с ротором, с внешней и внутренней рамками, с которыми кинематически соединено панорамирующее зеркало киноаппарата, введены пружинные упоры, закреп"ленные в двух взаимно перпендикулярных направлениях на равных расстояниях от оси вращения ротора на кронштейне, жестко закрепленном на внешней раме гироскопа, и взаимодействующее с торцовой поверхностью ротора гироскопа.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 — схема взаимодей. ствия упоров с вращающимся ротором, на фиг ° 3 — схема оптической системы стабилизации с зеркалом в качестве оптического элемента.

Устройство содержит гироскоп, состоящий из ротора 1, внутренней 2 и наружной 3 рамок, кронштейна 4 с рамкой 5, смонтированного на том же основании, что и подшипник наружной рамки, пружинных упоров 6 и 7, установленных на кронштейне. С осями вращения рамок гироскопа соединены оси вращения панорамирующего зеркала 8, закрепленного в кардановом подвесе.

Устройство размещено в самостоятельном корпусе (не показан) и крепится в корпусе 9 киносъемочного аппарата перед объективом 10.

Устройство работает следующим образом.

Тумблером включается гиромотор.

Рамка 5 через пружины прижимает упоры

6 и 7 к вращающейся торцовой поверхности ротора. В точках соприкосновения упоров с поверхностью ротора возникает сила трения, вектор которой направлен противоположно вектору окружной скорости вращения ротора в точке контакта. Регулировкой прижатия упоров к ротору обеспечивается равенство сил трения на противоположных концах одного диаметра, например сил F H F для упоров 6, если плоскость рамки 5 параллельна торцовой плоскости ротора. Каждая из сил гтрения F создает на плече 7 относительно оси вращения внутренней рамки 2 момент. Однако при указанных выше условиях оба момента (F, и F,) равны и направлены в противоположные

1 1З771 4 стороны, поэтому ось внутренней рам" ки свободна от действия момента и не возникает прецессия наружной рамки.

В случае, когда кронштейн 4 вмес-, те с киносъемочным аппаратом 9 повернется (например, вокруг оси 7 ), правый упор будет прижат сильнее, а левый, наоборот, слабее, чем в началь. ном положении. 10

Вследствие этого силы трения I. и

F изменятся на величину g F . Однако направления дополнительных сил и Г и hF теперь будут совпадать и создаваемый ими коррекционный момент И на оси внутренней рамки будет равен м„= 1 (ьГ1 +,).

Этот коррекционный момент вызовет прецессию наружной рамки вслед за разворотом кронштейна 4. Аналогично реагирует гироскоп на разворот кронштейна вокруг другой оси.

Таким образом, гироскоп обеспечивает поворот панорамирующего зеркала д

8 вслед за киносъемочным аппаратом, обеспечивая панорамирование при киносъемке.

Фильтрация (сглаживание) случайных колебаний киносъемочного аппарата определяется динамическими и аналитическими характеристиками предлагаемой гироскопической системы. Аналитический анализ рассматриваемой системы позволяет получить выражение ее передаточной функции

М Н(Нр Ж)

W(p)

4 J„p4 (3„+3> Cp t Н р +Н ЭЕ ЭЕ

40 где Н вЂ” кинетический момент гироскопа, 1 ч <,3< — моменты инерции относительно осей подвеса, с — коэффициент жидкостного тре45 ния, 36 — приведенный коэффициент сил упругости, р — оператор Лапласа.

При резких угловых колебаниях корпуса 9 киносъемочного аппарата иэоб50 ражение снимаемого объекта не будет практически смещаться, так как панорамирующее зеркало, связаннос с гироскопом, не изменит своего положения в силу основного свойства гироскопа сохранять свое положение неизменным в пространстве. Вместе с тем, колебания киносъемочного аппарата через жестко связанный кронштейн будут вызывать изменение давления пружинных упоров на торцовую поверхность ротора и, следовательно, появление коррекционных моментов на осях подвеса гиро скопа. Эти моменты вызовут прецессию гироскопа. Если среди угловых колебаний киносъемочного аппараТа имеется постоянная составляющая, свидетельствующая о наличии разворота, гироскоп обеспечит смещение панорамирующего зеркала вслед за киноаппаратом. Если постоянная составляющая отсутствует, то могут иметь место незначительные колебания панорамирующего зеркала, а следовательно, и изображения. Сравнение колебаний изображения и колебаний киносъемочного аппарата и будет характеризовать демпфирующие свойст.— ва гиростабилизатора. Эти свойства определяются приведенной выше передаточной функцией.

Предлагаемое устройство конструктивно может выполняться в виде самостоятельной законченной конструкции, устанавливаемой перед другими оптическими устройствами (наблюдательными, кинофотосъемочными, следящими, измерительными и др.), или являться частью общей оптической системы, имеющей оптический элемент, компенсирующий колебания основания прибора.

Наличие связей между панорамирующим зеркалом и гироскопом обеспечивает сохранность оптического изображения относительно корпуса оптического при. бора. В общем случае эти связи могут представлять собой некоторый кинематический механизм (шарнирный параллелограмм, зубчатую или ременную передачу и др.) с любым выбранным пере даточным отношением по каналам стаби лизации.

Помимо этого, использование предлагаемого устройства в условиях космической навигации обеспечивает компенсацию вращения космического кораб-. ля, а также возмущающие воздействия на осях подвеса в результате колебаний рук космонавта-оператора или высших воздействий.

Составитель Л.Заитова

Техред С.Легеза Корректор О.Билак

Редактор Л.Авраменко

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 6616/39 Тираж 496 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5