NO793061L - Stabilisert optisk system. - Google Patents

Abstract

Stabilisert optisk system.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår stabilisert optisk system og mer spesielt slike systemer som anvender en ut av-akse-stabilisator.

Et optisk system som frembringer forstørrelser,

slik som dobbeltkikkerter eller et teleskop, vil tendere til å overdrive det frembragte bilde av hver fysikalsk forstyrrelse som er en del av selve systemet i løpet av betraktningen. Som en konsekvens er høyeffektive optiske systemer (dvs. over 7X forstørrelser) oftest ikke praktiske uten en eller annen form for stabilisering for å oppveie slike effekter, da vibrasjoner, operatørens bevegelser, etc, vil fordreie de betraktede bildene i en slik grad at de ikke er iaktagbare. Følgelig er det nød-vendig å kompensere for disse vibrasjonene i høyeffektive optiske systemer, spesielt hvor slike systemer skal bli benyttet i områder med høy vibrasjon eller hyppige bevegelser slik som ombord på et skip eller luftfartøy.

En teknikk som kan bli benyttet for å oppnå et stabilisert bilde er å isolere hele det optiske systemet fra forstyrrende bevegelser. Dette er blitt gjort i tidligere kjente anordninger, men en slik løsning tenderer til å bliudyr og krever et stort og omfangsrikt apparat. Derfor har andre forsøkt å løse stabiliseringsproblemet ved å isolere noen komponenter i den optiske rekken i systemet. Når en optisk komponent er isolert fra forstyrrende bevegelse, vil påfølgende bevegelse av den komponenten relativ til det resterende systemet tendere og kompensere for forstyrrelsen som det betraktede bildet blir utsatt for av de øvrige delene av det optiske systemet.

Denne fremgangsmåten med å isolere komponenter

kan bli vist med henvisning til et typisk optisk system av interesse slik som det til en dobbeltkikkert eller en en-øye-

kikkert. Slike optiske systemer omfatter vanligvis en objektivlinsegruppe, en okkulare linsegruppe og et mellomliggende optisk element. Det mellomliggende elementet, som ofte er fremstilt av en eller flere prismer, blir tillagt til systemet for å korrigere for invertering og reversering av bildet som blir forårsaket ved den optiske påvirkningen av objektiv og okkulare-linsegrupper .-■ .

Ved dobbeltkikkerter og en-øye kikkerter blir okkulare-linsegruppen ikke betraktet som praktisk for stabiliseringsisola-sjonen på grunn av at den skulle bli holdt stasjonær og tett mot øyet. Skjønt det er blitt forsøkt med stabilisering av objektivlinsegruppen i slike systemer, har det av fagmannen på området blitt sett at dehmest ønskelige løsningen ved stabiliseringsproblemet er å isolere det mellomliggende elementet, dvs. inverterings- og reverseringsprismen eller -prismene. Stabili-ser ingssystemer av denne typen er kjent og typiske eksempeler er blitt beskrevet og vist i US-patent nr. 4 013 339, og i en artikkel av David B. Fraser med tittelen "Design of a Low Cost, High Magnification, Passively Stabilized Monocular, the Stedi-Eye", utgitt i Vol. 39 til SPIE Proceedings, August, 1973.

Forskjellige teknikker for å stabilisere det mellomliggende elementet i dobbelte og enkelte systemer har blitt foreslått, som omfatter gyrostabiliserte midtpunksafokale anordninger, programmert stabilisering som anvender hydrostatisk teknikk, avstemte og dempede isolatorer som benytter fjærer og lagringer, og aksialorienterte treghetsstabiliseringssystemer, som vist i US-patent nr. 4 013 339. Alle de forskjellige teknikkene som er tidligere kjent lider imidlertid av ulemper. Noen av disse anordningene benytter f.eks. treghetselementer

som blir justert med den optiske rekken. Disse anordningene krever spesielt fremstilte optiske elementer slik som linser som kan bli rotert, etc. Følgelig tenderer slike anordninger til å bli urimelig dyre å fremstille og videre tenderer de til å strekke seg ut over den totale lengden til den optiske rekken, som kan være uønskelig i noen anvendelser som når anordningen skal bli hendig og bærbar. Andre kjente stabliliseringsanordn-inger benytter et^ut-av-akse-stabiliseringselement, slik som et gyroskop, forbundet ved hjelp av en form av leddforbindelse til et optisk element. Tidligere ut-av-akse-stabilisatorkonstruk-

sjoner har imidlertid innlemmet elastiske elementer i leddfor-bindelsen mellom treghetselementet og det stabiliserte optiske elementet for å kompensere for nutasjons- og pres isjonsbevegelsene til gyroskopet. På grunn av elastisiteten innført av slike elastiske elementer kan ikke alltid en høy nøyaktig justering av det optiske elementet bli oppnådd ved slike konstruksjoner, og et ødelagt bilde kan bli resultatet.

Det har derfor utviklet seg et behov, for et forbedret stabilisert optisk system som omfatter en ut-av-akse-stabilisator.

Videre vil det være fordelaktig å frembringe et

slik system med en stiv forbindende leddinnretning meiblom det stabiliserte optiske elementet og ut-av-akse-stabilisatoren for å opprettholde nøyaktig justering av det optiske elementet.

I tillegg vil det være fordelaktig å frembringe et slikt system med nutasjonsdemping og pres isjonskompensasjon.;

som ikke ville forringe det stabiliserte bildet frembragt av

det optiske system.

Det ville også være fordelaktig å frembringe et slikt system i en kompakt og lettvektspakke som er lett bærbar.

I tillegg ville det være fordelaktig å frembringe et slikt system med en forkortet optisk rekke for å øke hånd-ter lighe ten og bærbarheten av systemet.

En hensikt med foreliggende oppfinnelse er å frembringe et nytt og forbedret stabilisert optisk system.

Det stabiliserte optiske systemet ifølge foreliggende oppfinnelse erkarakterisert vedat det omfatter et hus, en objektivlinse i gruppe anordnet i huset for å samle lys fra en gjenstand som skal bli betraktet, en okkularlinsegruppe justerbart anordnet i huset for å fokusere et bilde på en betrakters øye, et stabilisert optisk element dreiebart opphengt i huset mellom objektivet og okkularlinsegruppene, en gyroskopisk stabilisator plassert ut av linsegruppens akse, og en stiv leddinnretning som forbinder det stabiliserte elementet og stabilisatoren, som derved isolerer det stabiliserte elementet for rota-sjonsbevegelse av huset i asimut eller elevasjon.

I den foretrukne utførelsesformen er det stabiliserte optiske elementet en tak Pechan prisme, som er dreiet i elevasjon og asimut om akser som går gjennom midtpunktet mellom knutepunktene til okkulare og objektivlinsegruppene, hvor denne enestående plasseringen av dreiepunktet frembringer betraktet bildestabilisering for systemet.

I den foretrukne utførelsesformen omfatter den stive leddinnretningen som forbinder det stabiliserte prismet og den gyroskopiske stabilisatoren en elevasjonsslingrebøyle dreibart festet til huset om en horisontal akse som passerer gjennom midtpunktet mellom knutpunktene til okkular- og objektivlinsegruppene, en prismeasimut slingrebøyle som dreibart forbinder elevasjonsslingrebøylen til prismen om en første vertikal akse som passerer gjennom midtpunktet, en stabilisator asimut slingrebøyle som dreibart forbinder elevasjonsslingrebøylen til den gyroskopiske stabilisatoren om en andre vertikal akse, og et ledd for å justere prismen medden gyroskopisle stabilisatoren, som er dreibart forbundet med prismen om en tredje vertikal akse og er dreibart forbundet med stabilisatoren om en fjerde vertikal akse. De vertikale aksene er anordnet for å definere parallellogram og i den foretrukne utførelsesformen definerer aksene et rektangel.

Stabliliseringssystemet kan videre omfatte en nutasjonsdemper elastisk forbundet med elevasjonsslingrebøylen om den horisontale aksen for å frembringe nutasjonsdemping. I den foretrukne utførelsesformen omfatter den elastiske forbindelsen et energiabsorberende vinyl polymer som har en høy dempningskoeffisisent.

Systemet kan også omfatte en presisjonskompensator for å motvirke virkningen av den gyroskopiske presisjonen. I den foretrukne utførelsesformen omfatter kompensatoren en magnet montert i huset og justert med spinnaksen til den gyroskopiske stabilisatoren og et roterende ikke-magnetisk element som er festet til den gyroskopiske stabilisatoren og er justert med spinnaksen. Det ikke-magnetiske elementet er tilpasset til å skjære det magnetiske feltet til magneten og den gyroskopiske stabilisatoren dreier i asimut eller elevasjon og derved skaper en virvelstrømindusert trekk-kraft til å rejustere den gyroskopiske stabilisatoren.

I den foretrukne utførelsesformen omfatter systemet også en stift festet til den gyroskopiske stabilisatoren og en konisk føring glidbart festet til huset og tilpasset til å for binde stiften. På denne måten kan den gyroskopiske stabilisatoren og det optiske elementet bli mekanisk justert med den optiske aksen før siktingen med systemet.

Eksempler med flere viktige trekk ved foreliggende oppfinnelse har således blitt bredt oppstykket for at den detaljerte beskrivelsen som følger skal bli bedre forstått og slik at bidraget som foreliggende oppfinnelse tilfører tii fag-området skal bli mere innlysende. Det er naturligvis yttter-ligere trekk med foreliggende oppfinnelse som vil bli beskrevet her, og som vil bli omfattet innenfor oppfinnelsesgjenstanden og den krevde beskyttelsen.

<y>tterligere hensikter, trekk og fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil bli tydeligere med henvisningene til følgende detaljerte beskrivelse og de foretrukne utførelses-former i forbindelse med medfølgende tegninger, hvor like hen-visningstall henviser til like elementer på alle figurene. Figur 1 viser et plansnitt i tverrsnitt av et optisk system konstruert ifølge foreliggende oppfinnelse. Figur 2 viser et skjematisk perspektiv av et optisk element som viser den inverterende påvirkningen av et Pechan . prisme.

Figur 3 viser et skjematisk perspektivsnitt av

et optisk element som viser den reverterende påvirkningen av topp-kanten på et prisme.

Figur 4 er et forstørret plansnitt i tverrsnitt

som viser det stabiliserte optiske elementet og gyroskopisk stabilisering av det optiske systemet vist på figur 1. Figur 5 viser et endesnitt i tverrsnitt av det optiske systemet i figur 1 langs linjen 5-5 på figur 1.

Figur 6 viser skjematisk en optisk strålegang for

de optiske komponentene til okkularlinsegruppen for det optiske systemet vist på figur 1.

Figur 1 viser en utførelsesform av det optiske systemet sammensatt i en kompakt kikkert, som er konstruert for å kunne

bli holdt i hånden.

Et kikkerthus 10 inneholder en objektivlinsegruppe 12, et stabilisert prisme 14 og en okkularlinsegruppe 16, hvor alle er justert på den optiske aksen 18. Prismen er 14 er stabilisert ved hjelp av en gyroskopisk stabilisator 20.

Objektivlinsegruppen 12 tillater oppsamlings-funksjonen av lys fra gjenstanden å bli synlig. I den spesielle viste utførelsesformen omfatter linsegruppen 12 et frontdekkglass eller filter 22 og tre linser, en første positiv linse 24, en negativ linse 26 og en andre positiv linse 28. Sammen utgjør de tre linsene en triplet med høy ut-av-akse utførelse og en be-stemt brennvidde for det optiske system. Den spesielle linsean-ordningen, brennvidden og utførelsen kan bli anordnet, som er innlysende for fagmannen på området, til å passe de spesielle karakteristiske ønskene for en gitt anvendelse. I den viste utførelsesformen er det nødvendig å frembringe en høy ut-av-akse utførelse for et øyeblikkelig siktfelt på 6,5°. Et enda større siktfelt er imidlertid nødvendig for å tilpasse en vinkel-forstyrrelseskjegle på f.eks. pluss eller minus 6,5°, på grunn av vinkelbevegelsesfriheten til den stabiliserte pxismen 14,

som vil bli ytterligere forklart heretter. Følgelig er objektivlinsegruppen 12 i den foretrukne utførelsesformen konstruert til å dekke et totalt siktfelt som er større enn 19°.

Det neste elementet langs den optiske aksen 18 er det stabiliserte prismet 14. I systemet ifølge oppfinnelsen ut-fører prismet 14 de to primære funksjonene med stabilisering og bildereversjon og inversjon. På grunn av måten i hvilke objektivlinsegruppen 12 og okkularlinsegruppen 16 opererer på

et betraktet bilde i systemet vil det resulterende bilde fra betraktningen gjennom disse to optiske elementene for betrakteren se ut som invertert (dvs. opp ned) og revertert (dvs. et speil-bilde).. For å få bildet til å tilsynekomme med den riktige orienteringen for en observatør som bruker anordningen er prismet 14 satt inn den optiske banen for å utføre en ytterligere in=*-versering og reversering av bildet. ;Måten et prisme kan bli benyttet til å utføre den nødvendige reversjon og inversjon kan bli sett på figurene 2 og 3. På figur 2 er dét vist et Pechanprisme 30. Et slikt prisme er konstruert av to deler med et lite luftgap 32 mellom de para-llelle indre flatene til de to segmentene. Lyset går inn i prismet 30 og blir reflektert totalt fem ganger, og forårsaker det overførte bildet til å bli invertert som vist på figur 2. Som vist på figur 3 kan et prisme også bli anordnet til å re-ver tere bildet om det er anordnet med en topp. På figur 3 er et prisme 34 utstyrt med en topp 36. Ved å følge strålebanen vist på figuren kan man se at virkningen av toppen 36 er å revertere det overførte bildet. Ved å utstyre et Pechan prisme med en topp kan prismet bli gjort til både reverterende og inverterende av et innkommende bilde. ;Det stabiliserte prisme 14 i den foretrukne ut-førelsesf ormen ved foreliggende oppfinnelse er et topp Pechan prisme og utfører således den nødvendige inverson og reverson av det betraktede bildet. Figur 1 viser at prismet 14 er et topp Pechan prisme fremstilt av to prismehalvdeler38 og 40 ;som omfatter diagonale mot hverandre vendende flater 42 og 44 anordnet ved 45° med hensyn til inngangsflaten 46. Toppen av prismet 14 er plassert på prismehalvdelen 38 med toppspissen 48. I denne konstruksjonen blir det innkomne lyset reflektert seks ganger i prismet 14 som vist med stiplede linjer, som derved inverterer og reverterer bildet for å korrigere for begynnelses-bildetiriverseringen og reverseringen forårsaket av linsegruppene 12 og 16. Denne inverteringen og reverseringen utført av prismet er vanlig kjent som bildeoppretting. Topp Pechan prismet ;14 i denne konstruksjonen kan således vanligvis bli betegnet som et opprettelsesprisme som har en sterk forkortet effekt på ;den optiske rekken på grunn av den sammenlagte sammenstillingen. ;I det viste systemet er prismen 14 plassert i fronten av bildeplanet for objektivlinsegruppen 12 og opererer således i konvergerende lys. Glassbanen til bildet som former strålene,, som er over 143mm lang i den viste utf ørelsesformen, bryter lysstrålen uten å veksle konvergeringsvinkelen. Virkningen av å bruke så mye glass i den bakre brennvidden til objektivlinsegruppen 12 er å bevege bildeplanet ytterligere bort fra linsene. Denne innlysende forlengelsen av anordningen blir imidlertid hovedsaklig utlignet ved den sammensatte geome-trien til Pechan prismet siden dets aktuelle lengde langs den optiske aksen 18 er bare tilnærmet 36mm i dette eksempelet. Siden det ikke er noen forandring i konvergeringsvinkelen på grunn av prismet 14 fremviser den en enestående forstørrelse. Innføringen av prismet nødvendiggjør også at okkularlinsegruppen 16 er i stand til å korrigere den kromatiske spred-ningen til tolererbare nivåer. ;Fra figurene 1 og 5, kan man også se at prismen 14 utfører en viktig funksjon i driften som det stabiliserende element i det optiske systemet ved foreliggende oppfinnelse. Prismen utfører denne funksjonen gjennom den stive leddinnretningen forbundet med den gyroskopiske stabilisator 20. Som én..del av denne forbindelsen er prismet 14 anordnet i eh prismebærer 50. ;En gjenget tapp 52 er utstyrt med en mutter 54 og en vekt 53;derpå for å tillate balansering av prismet 14 og bæreren 50 om de dreibare punktene. Prismebæreren 50 på sin side er dreibart forbundet med elevasjonsslingrebøylen 56 gjennom prisme i asimut slingrebøylen 58. Asimutslingrebøylen 58 er anordnet til å ;dreie prismen 14 omkring en nominell vertikal akse som passerer gjennom midtpunktet mellom knutepunktene til objektivlinsegruppen 12 og okkularlinsegruppen 16. ;Den> gyroskopiske stabilisatoren 20 er på lignende måte der dreibart forbundet med elevasjonsslingrebøylen 56 ved hjelp av en stabiliserende asimut slingrebøyle 60. Stabilisator slingrebøylen tillater stabilisatoren 20 til å dreie seg omkring en nominell vertikal akse parallelt med den tidligere nevnte dreibare aksen for prismen 14. Elevasjonsslingrebøylen 56 er på sin side dreibart forbundet med huset 10 om en horisontal akse som igjen passerer gjennom midtpunktet mellom knutepunktets objektivlinsegruppe 12 og knutepunktet til okkularlinsegruppen 16. Gjennom den sistnevnte forbindelsen og forbindelsen til prismen og stabilisator asimut slingrebøylen 58 og 60 er prismen 14 og stabilisatoren 20 stivt leddforbundet slik at de korrespon-derer nøyaktig i. romorientering med hensyn til elevasjonsplanet. ;I tillegg er en leddinnretning 62 dreibart forbundet med prismebæreren 50 om en nominal vertikal akse og dreibart forubndet med stabilisatoren 20 om en andre nominell vertikal akse. Kombina-sjonen av leddinnretningen 62 med asimut slingrebøylen 58 og 60 sikrer således at prismen 14 vil korrespondere i sin asimut orientering med asimutorienteringen til stabilisatoren 20. I ;den viste utførelsesformen er den nominelle bevegelsesverdien til prismet 14 som blir tillatt av siingrebøyleanordningen pluss eller minus 6,5° utfor den optiske aksen i enten asimut eller elevasjon. Den maksimale prismeutsvingningen må bli valgt i lys av den totale optiske utførelsen krevet av systemet. Et vinkelutslag over tilnærmet 3° ut av aksei den foretrukne ut-førelsesf ormens eksempel vil gi astigmatisme i det betraktede ;bildet. Virkningen av dette avviket vil redusere det betraktede resultatet med tilnærmet 50%. Astigmatismen oppstår på grunn av virkningen av virkningen av vippingen av en tykk plate i bildet, som er formet av kjeglen til objektivlinsene. Ut-vingingen av prismen 14 vil imidlertid bare forekomme når be-trakningsanordningen blir panorert med en overdreven hastighet som i og for seg vil forårsake bildesiøring som overskrider oppløsningstapet. ;Figur 4 såvel som figur 1 viser et detaljert plansnitt i tverrsnitt av den gyroskopiske stabilisatoren 20. Ved å rotere en masse med en relativ høy hastighet frembringer den gyroskopiske stabilisatoren en treghetsmotstand mot rota-sjonsbevegelesen om enhver akse perpendikulært til spinnaksen til gyroskopet. Denne tregheten tenderer til å forårsake den gyroskopiske stabilisatoren 20 til å opprettholde dens treghetsorientering med hensyn til jorden når huset 10 blir rotert i asimut eller elevasjon. Slingrebøyleleddinnretningen mellom stabilisatoren 20 og prismen 14 som nevnt ovenfor kopler på ;sin side prismen til stablilisatoren og virker derved til å opprettholde prismen 14 i sin treghetsorientering såvel som følgelig stabilisering av bildet som er betraktet gjennom det optiske systemet. ;Stabilisering av bildet dannet av objektivgruppen 12 forekommer på grunn av dreibar plassering av prismen 14. Vanlig matematisk analyse for dette optiske systemet kan bli nyttet for å vise: det: ; hvor:;y^er objektivlinsebildehøyden etter opprettingen, fQer brennvidden for objektivlinsegruppen; ogU3er hellingen til hovedstrålen som målt før ;bildeopprettingen av prismet. ;Videre kan det også bli vist at:; ; hvor:;y^'er bildehøyden etter bevegelsen av stabiliserings- elementet, ;h-i er avstanden fra den optiske aksen til et uten-forliggende hjiørne av prismet 14, ;tg er forskjellen mellom brennvidden til objektivet ;og okkularlinjegruppene, og;u^er hellingen til en hovedstråle etter bildeopprettingen. ;Ved å bruke disse ligningene kan det bli vist at for en vinkelavbøyning på 5° (9C) og med en objektivbrennvidde på 144mm og en okkularbrennvidde på 18mm:<y>5= 12.586 mm ;y^' = 1.581 mm ;For stabilisering av det betraktede bildet, kan ingen tydelig vinkelbevegelse bli synbar slik at utløsnings-vinkelen til hovedstrålen, 9C', må tilsynekomme på okkularut-løppupillen. ;Derfor:; ; fra hvilke det kan bli sett at:;ec<>>= 5° = eV;Som det fremgår av figur 4 er et motorhus 64 forbundet med elevasjonsslingrebøylen 56. Anordnet inne i motorhuset 64 er gyroskopmotoren 66, som får sin elektriske tilførsel gjennom ledningen 68 fra batteriet 70„ (vist på figur 1). Motoren 66 roterer en aksling 72 som er anordnet inne i motorhuset 64 ved hjelp av lagrene 74 og 76. Festet til akslingen 70 er gyrosvinghjulet 78, som derved blir rotert sammen méd l.. akselen 72 av motoren 66. ;På grunn av forstyrrelseskrefter som virker på;den vil stabilisatoren 20 tendere til å drive bort fra dens treghetsorientering parallell med den optiske aksen over en tidsperiode og ved bevegelsen av huset 10. Derfor er det nød-vendig å frembringe en anordning for orientering av stabilisatoren 20 og det festede prismet 14 parallell til den optiske aksen 18 like før bruken av det stabiliserte optiske systemet etter at betrakteren har orientert den optiske aksen tilnærmet mot det ønskede området som skal bli betraktet. For å utføre dette er det anordnet en oppfagningsmekanisme 80. Oppfagnings-mekanismen omfatter en stift 82, som er festet til motorhuset 64 og et konisk elemenet 84 som er glidbart montert i en brakett festet til huset 10. Det koniske elementet 84 er formet ved ;enden av et stempel 86, som er forspent mot motorhuset 64 av en fjær 88. I normal upåvirket stiiling av oppfangningsmekanismen forbinder det koniske element 84 således stiften 82 i en sylindrisk åpning 90 som vises i figur 4, som derved eleminerer siingre-bøyleinnretningen og justerer spinnaksen til gyroskopstabilisatoren 20 med den optiske aksen 18. En med sporforsynt vippe-arm 92, som er dreiet om en festestift 141, er forbundet med spempelet 86 gjennom sporet 96 og drivstiften 94. Vippearmen 92 kan bli dreiet ved å trykke ned momentanknappen 98 vist på figur 1. Når det ønskede bildet har blitt siktet blir knappen 98 nedtrykket, og vippearmen 9 2 blir derved rotert om feste-stiften 141, som trekker tilbake stempelet 86 og det festede koniske elementet 84 fra stiften 82 som fjerner bevegelses-tvangen til gyroskopstabilisatoren 20 og: tillater den til å styre orienteringen av prismen 14. ;Det er vel kjent for fagmannen når en kraft blir tilført til et gyroskop'L.en .retning perpendikulært til spinn-aksen til gyroskopet vil et tilbakevirkende torsjonsvirknings-moment tendere til å rotere gyroskopet om en akse parallelt ved den tilførte kraften. For å unngå en følgelig drift av stabilisatoren 20 må det bli kompensert for denne effekten, ;kjent som presisjon. En presisjonskompensator 100 blir følgelig anordnet for gyroskopstabilisatoren 20. Presisjonskompensatoren 100 omfatter en magnet 102 og en aluminiumsskive 104. Magneten 102, som kan være enten en permanentmagnet eller en elektro-magnet, er spesielt formet med en pereferispalt 106 som frembringer en åpning I magnetens kjernekonstruksjon 108. Aluminiumsskiven 104 er festet til og roterer med gyrosvinghjulet 78. Når gyroskop stabilisatoren heller i enten asimut eller elevasjon bort fra en orientering parallell med den optiske aksen 18, vil følgelig aluminiumsskiven 104 bevege seg inn i en del av magnetens 102 pereferiere spalte 106. Aluminiumsskiven 104 vil følgelig skjære noen av de magnetiske linjene til kraften som passerer gjennom kjernekonstruksjonen 108. Skjæringen av det magnetiske feltet forårsaker strømmer som på sin side frembringer en proporsonal trekk-kraft normalt til presisjonskraften, som tenderer .til å returnere gyroskopstabilisatoren 20 til den sentrerte stillingen. ;I tillegg til den aksiale presisjonen er et gyroskop også kjent for å fremvise en mere komplisert sllngrebevegelse av spinnaksen, sirkulær i sitt vesen, kalt nutasjon. Aksial nutasjon vil forekomme når ytre krefter virker motsatt den treg-hetsstabile spinningen til gyroskopet. En anordning for å absorbere denne nutasjonsenergien må bli anordnet når gyroskopet blir benyttet i et stabilisert optisk system. Anordningen skulle bli av natur svært følsom for å dempe slingringen av det betraktede bildet på kortest mulig tid. Noen tidligere kjente gyroskopiske stabiliserte optiske systemer har av denne grunn hatt en løs kopling med dempning mellom den gyroskopiske komponenten og det stabiliserte optiske systemet. Slike elastiske koplinger hjelper til med å minimalisere nutasjons-forstyrrelsene, men tenderer til å forårsake forsinket følging eller feiljustering av det stabiliserte optiske elementet på grunn av mangel på stivhet mellom det stabiliserte optiske elementet og gyroskopet. Når et optisk system således utstyrt blir nyttet for å avsøke eller annen betraktning av lignende bevegelser har man funnet at dét stabiliserte optiske elementet vil tendere til å"svømme" eller bevege seg bort fra betrakt-nlngsaksen. Denne.ulempen blir unngått ved foreliggende oppfinnelse ved anordningen av en stiv siingrebøyleleddlnnretning som er forbundet med den gyroskopiske stabilisatoren 20 og prismen 14, beskrevet ovenfor. Foreliggende nutasjonsdempning er utført med et dempningshjul 110, som er elastisk festet til elevasjonsslingrebøylen 56 om den horisontale dreieaksen til slingrebøylen. Svinghjulet 110 er festet til et energiabsorberende element 112 ved hjelp av bolter 114. Det energiabsorberende elementet 112 i den foretrukne utførelsesformen er konstruert av et vinyl polymer som har en høy dempningskoeffisient. Elementet 112 er på sin side festet ved hjelp av skive 116 og bolter 118 til elevasjonsslingrebøylen 56. Lagrene 120 tillater dempesvinghjulet 110 til å rotere relativt til elevasjons-slingrebøylen 56 uten å tillate en forandring i gravitasjons-senteret til enheten. ;Etter at lyset mottatt av det optiske systemet passerer gjennom objektivlinsegruppen 12 og gjennom det stabiliserte prismet 14 blir det forstørret og kollmert av okkularlinsegruppen 16. Linsegruppen 16 er anordnet inne i en justerbar linsesylinder 122 for å kunne justere okkularlinsegruppen langs den optiske aksen 18 uten rotering, som derved fører til fokusering av det optiske systemet på nærliggende gjenstander og tillater justering for øyet til forskjellige betraktere. Fokusering blir utført ved å dreie en fokusmutter 124 til hvilke er festet en sylindrisk kamhylse 126, som danner en skruelinje med den nødvendige stigningsvinkelen for å motta en stift 128. Drivstiften 128 på sin side er festet til linsesylinderen 122 ;og linsesylinderen er forhindret fra å rotere ved hjelp av et nøkkelspor som vist. Linsesylinderen 122 kan derfor bevege seg bare i en aksial retning ved å drive stiften 128 som på ;sin side er bevegt aksialt ved hjelp av den skruelinjede kam-hylsen 126. ;En øyeskjerm 130 er konstruert til å passe rundt betrakterens fremre hodedel, og er utformet for optimal plassering av betrakterens øye nær okkular linsegruppen 16. De optiske karakteristikkene til okkular linsegruppen kan bli best forstått med henvisning til figur 6, som er en optisk skjematisk illu-strasjon av strålegangen for okkular linsegruppen 16. Den negative linsen 132 og den forre linsen 134 er plassert på ;en ny måte i. denne konstruksjonen for å frembringe et okkular med tydelige fordeler ovenfor tidligere kjente. Den prikkede plassering 136 representerer bildeplanet som ville bli dannet av objektivlinsegruppen 12 i fravær av linsene* 134.

Fagmannen på området ville anse bruken av en bred-feltsøyelinsegruppe av Erfle typen som tilstrekkelig for å for-større bildet av gjenstanden ifølge foreliggende oppfinnelse. Graden av utstyret krever i foretrukne utførelsesform imidlertid nødvendigheten av et i hovedsaklig flatt felt med over 6 5° strekning. I tillegg skal okkulare utledelsespupillen bli lokali-sert ytterligere bort fra overflaten til linsen 138 enn vanlig. Bruken av en relativ sterk negativ dublet som en begynnelses-forstørrelsesanordning reduserer stort sett korreksjons streng-heten til de resterende okkulare elementene. Videre tillater dens bruk en til å konstruere et overordentlig høy retrofokus forhold som er et trekk ved den foretrukne utførelsesformen.

Okkularlinsegruppen er konstruert slik at avstanden mellom øyet og den siste fronten til siste linsen, i okkular linsegruppen 16 er større enn brennvidden til okkularet. På grunn av dette forholdet er betrakteren i stand til å bære briller under bruk av kikkerten og en stor øyeskjerm kan bli benyttet uten nødvendig innskrenkning av siktfeltet ved slike forhold.

Bredvinkelokkular linsegruppen 16 er laget av fire komponenter som er justert langs den optiske aksen 18 og er plassert med avstand fra hverandre. Den første komponenten,

den negative linsen 132, omfatter eh samlemenisk linse og en negativ linse, som kan være sammenklebet. Denne komponenten har en spredende effekt og er plassert som nevnt ovenfor i fronten av det virkelige bildet dannet' av objektivlinsegruppen 12. Det virkelige bildet er følgelig dannet bare etter at lysstrålen har passert gjennom dette spredningselementet. Den andre komponenten er en forrelinse 134 som tjener til å samle marginale stråler som derved fremmer høy relativ pupill belysning. Den tredje komponenten, en klebet dobbeltlinse 140, tjener til å styre resterende sidefarger og forskyvning. Den siste komponenten, en ménisk linse 138, tjener til å samle marginale stråler og danne utløp pupillen ved krevet stilling.

Et typisk bredt siktfelt okkular ved tidligere kjente anordninger vil føre til en øyelettelse på omtrent 0,7 ganger den effektive brennvidden til okkularet. Med konstruksjonen vist på figur 6 er imidlertid oppnådd en øyelettelse på 18mm med en effektiv brennvidde på 16,5mm. Et bredfeltsokkular er følgelig oppnådd som frembringer en øyelettelse større enn den effektive brennvidden med en faktor på 1,09.

Skjønt en typisk utførelsesform av foreliggende oppfinnelse er blitt vist og beskrevet her, vil det for fagmannen i ly av foreliggende beskrivelse være mulig med et utall modifikasjoner og alternative utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse. Denne beskrivelsen er følgelig kun å bli sett som en lettelse for å beskrive konstruksjonen og virkningen av apparatet ifølge oppfinnelsen. Det skal bli forstått at den viste formen av oppfinnelsen og beskrivelsen her kun angår en foretrukket utførelsesform. Forskjellige forandringer kan bli gjort i utførelsen, størrelsen og anordningen av delene av oppfinnelsen, som vil være innlysende for fagmannen på området uten å.adskille seg fra hensikten av foreliggende oppfinnelse. F.eks. kan lignende elementer bli skiftet ut fra de viste og beskrevne her, deler eller forbindelser kan bli reverserte eller på annen måte skiftet innbyrdes, og visse trekk av oppfinnelsen kan bli benyttet uavhengig av bruken av andre trekk, som også vil være klart for fagmannen på området etter å ha lest den foregående beskrivelsen av oppfinnelsen.

Claims (9)

1. Et stabilisert optisk system, karakterisert ved at det inneholder et hus, en objektiv llnse-gruppe anordnet i huset for å samle lys fra en gjenstand som skal bli betraktet, en okkular linsegruppe justerbart an-

ordnet i huset for å fokusere et bilde på en betrakters øye, et stabilisert optisk element dreibart opphengt i huset mellom objektivet og okkular!. linsegruppene, en gyroskopisk stabilisator plassert ut av linsegruppens akse, og en stiv leddinnretning som forbinder det stabiliserte element og stabilisatoren, som derved isolerer det stabiliserte elementet fra rotasjons-bevegelsen av huset.

2...! - System ifølge krav 1, karakterisert ved at det stahiliserte optiske elementet omfatter et prisme.

3. System ifølge krav 2, karakterisert ved at prismet er et topp Pechan prisme.

4. System ifølge krav 3, karakterisert ved at prismen er dreibart i elevasjon om en horisontal akse som passerer gjennom midtpunktet mellom knutepunktene til okkularet og objektiv linsegruppene, og er dreiet i asimut om en vertikal akse som passerer gjennom midtpunktet mellom knutepunktene til okkularet og objektivl.linsegruppene.

5. System ifølge krav 1, karakterisert ved at den stive leddinnretningen som forbinder det stabiliserte elementet og gyroskopstabilisatoren omfatter: en elevasjonssiingrebøyle dreibart festet til huset om en horisontal akse som passerer gjennom midtpunktet mellom knutepunktet til okkularet og objektiv linsegruppen, et optisk asimut slingrebøyleelement som dreibart forbinder elevasjonsslingrebøylen med det optiske elementet om en første vertikalakse som passerer gjennom midtpunktet, en stabiliserende asimut slingrebøyle som forbinder dreibart elevasjonsslingrebøylen til gyroskopsrtabilisatoren om en andre vertikalakse, og en leddinnretning for å orientere det optiske elementet med gyroskopstabilisatoren i asimut, hvor leddinnretningen er dreibart forbundet til det optiske elementet om en tredje vertikal akse og er dreibart forbundet til den gyroskopiske stabilisatoren om en fjerde vertikalakse, hvor første, endre, tredje og fjerde vertikale akse er anordnet slik at avstanden mellom den første og andre vertikale aksen er lik med avstanden mellom den tredje og fjerde vertikale akse og slik at avstanden mellom.den første og tredje vertikale akse er lik med avstanden mellom en andre og fjerde vertikale akse.

6. System ifølge krav 5, karakterisert ved at det omfatter en demper elastisk forbundet med elevasjons-slingrebøylen om en horisontal akse for å frembringe nutasjonsdempning.

7. System ifølge krav 6, karakterisert ved at den elastiske forbindelsen omfatter en energiabsorberende vinyl polymer som har en høy dempningskoeffisient.

8. System ifølge krav 5, karakteriisert ved at det omfatter en presisjonskompensator som inneholder: en magnet montert til huset og justert med spinn-aksen til gyroskopstabilisatoren, og et ikke-magnetisk element festet til gyroskopstabilisatoren og justert med spinn-aksen, hvor elementet er tilpasset til å skjære det magnetiske feltet til magneten når den gyroskopiske stabilisatoren dreies i asimut eller elevasjon, som derved skaper en virvelstrøm indusert trykk-kraft til å rejustere den gyroskopiske stabilisatoren.

9. System ifølge krav 1, karakterisert ved at det omfatter en stift festet til den gyroskopiske stabilisatoren og en konisk fører bevegbart,festet til huset og tilpasset til å forbinde stiften, for derved å frembringe mekanisk justering av gyroskopstabilisatoren og det optiske elementet.