Оптическое устройство регулирования потока излучения

 

Использование: оптические системы кино-, фото- и телевизионных камер. Сущность изобретения: оптическое устройство содержит расположенную на оптической оси оправу 1 и лепестки, оси которых находятся на окружности о центром, совпадающим с оптической осью, связанные с оправой 1 и кинематически связанные с приводом. В оправе 1 установлен корректирующий фильтр с изменяющимся коэффициентом пропускания в виде прозрачной подложки 3 с нанесенным на нее полупрозрачным покрытием 4 одинаковой плотности в пределах рисунка покрытия, при этом отверстие при максимально закрытых лепестках полностью перекрыто частью рисунка покрытия. 6 ил.

Изобретение относится к оптическим устройствам и предназначено для восприятия и регулирования большого динамического диапазона интенсивности потока излучения (ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной области спектра) и передачи части его на приемник. Устройство может быть использовано в оптических системах кино-, фото- и телевизионных камер, устройствах ночного видения и т.п.

Известно оптическое устройство регулирования потока, проходящего через оптическую систему, -диафрагма, содержащая расположенную на оптической оси оправу и подвижные лепестки, оси которых находятся на окружности с центром, совпадающим с оптической осью, связанные с оправой и поворотным кольцом, кинематически связанные с приводом (Техническая энциклопедия. М.: Советская энциклопедия, 1931, с. 638-639).

При больших световых потоках, входящих в оптическую систему, например в оптическую систему телевизионной камеры, диафрагма служит для создания оптимальной освещенности на плоскости приемной телевизионной трубки. Когда диаметр диафрагмы (диаметр раскрытия лепестков) становится близким к минимальному, качество получаемого изображения ухудшается.

Техническая задача изобретения - расширение динамического диапазона восприятия интенсивности потока излучения, проходящего через оптическую систему.

Технический результат достигается тем, что разработано оптическое устройство регулирования потока излучения, содержащее расположенную на оптической оси оправу и подвижные лепестки, оси которых находятся на окружности с центром, совпадающим с оптической осью, связанные с оправой и поворотным кольцом, кинематически связанные с приводом, в оправу установлен корректирующий фильтр с изменяющимся коэффициентом пропускания в виде прозрачной подложки с нанесенным на нее полупрозрачным покрытием одинаковой плотности в пределах рисунка покрытия, при этом минимальное отверстие максимально закрытых лепестков полностью перекрыто частью рисунка покрытия.

На фиг. 1 представлено устройство, вид спереди при полностью открытых лепестках; на фиг. 2 - устройство при полностью закрытых лепестках; на фиг. 3 - устройство с промежуточным раскрытием лепестков; на фиг. 4 - график зависимости световых характеристик устройства от диаметра раскрытия лепестков; на фиг. 5 - график зависимости световых характеристик от коэффициента пропускания фильтра при различных диаметрах перекрытия; на фиг. 6 - зависимости световых характеристик оптического устройства в целом.

Устройство содержит оправу 1, расположенную на оптической оси, и лепестки 2, оси которых находятся на окружности с центром, совпадающим с оптической осью. Лепестки связаны с приводом (на чертеже не показан). В оправу вставлен корректирующий фильтр с изменяющимся коэффициентов пропускания в виде прозрачной подложки 3 с нанесением на нее полупрозрачным покрытием 4 постоянной плотности в пределах рисунка покрытия. Рисунок покрытия может быть различным.

Один из вариантов устройства - выполнение рисунка покрытия корректирующего фильтра в форме многолучевой звезды, (в данном случае коэффициент пропускания системы оптического устройства изменяется по радиальному закону) с постоянным углом между осями лучей, угол между боковыми сторонами двух соседних лучей больше 360^o/n, где n - число лучей (в рассматриваемом случае лучей 8). Концы лучей находятся на одной окружности, центр которой совпадает с оптической осью. Наружный диаметр фильтра соответствует внутреннему диаметру оправы. Входной зрачок (минимальное отверстие) максимально закрытых лепестков устройства полностью перекрыт частью рисунка покрытия. Диаметр окружности концов лучей звезды меньше диаметра фильтра и меньше диаметра отверстия максимально раскрытых лепестков, размер его рассчитывается исходя из минимальных потерь светового потока.

Оптическое устройство устанавливается в оптической системе в плоскости апертурной диаграммы и обеспечивает постоянную заданную облученность (интенсивность потока излучения) в плоскости изображения (фотоприемника).

При полностью открытых лепестках величина проходящего на фотоприемник светового потока определяется лишь интегральным пропусканием фильтра при заданных параметрах оптической системы. Интегральный коэффициент пропускания фильтра рассчитывается в зависимости от формы (соотношения светлых и темных элементов в кольцевых зонах фильтра) рисунка и коэффициента покрытия фильтра. В случае восьмилучевой звезды интегральный коэффициент пропускания составляет (90%) 0,90.

При максимально закрытых лепестках входной зрачок полностью перекрыт частью рисунка с заданным пропусканием покрытия. Интегральный коэффициент пропускания оптического устройства определяется величиной коэффициента пропускания покрытия и величиной относительного открытия всей оптической системы. Коэффициент пропускания покрытия (1%) 0,01.

В промежуточном положении раскрытия лепестков коэффициент пропускания оптического устройства определяется диаметром раскрытия лепестков (относительным отверстием всей оптической системы) и коэффициентом пропускания фильтра, который рассчитывается соотношением светлых и темных элементов звезды, вписанных в диаметр отверстия раскрытия лепестков.

На фиг. 4, 5, 6 приведены: зависимость световой характеристики от диаметра раскрытия лепестков, диапазон передачи зависимость световой характеристики от коэффициента пропускания фильтра при различных диаметрах перекрытия, диапазон передачи зависимость от коэффициента пропускания оптического устройства в целом, диапазон передачи K=K_д·K_ф=10000.

Таким образом, освещенность на объекте, воспринимаемая оптическим устройством, при оптимальной работе фотоприемника (E_об.min=10 лк) составит E_об=E_об.min·K=10·10000=100000 лк в прототипе световой диапазон составит 10 - 1000 лк/.

Работа оптического устройства обеспечивается регулированием привода раскрытия лепестков. Характеристика регулирования является функцией выходного сигнала с фотоприемника при различных световых режимах работы и формируется рисунком фильтра и коэффициентом пропускания покрытия.

Таким образом, оптическое устройство регулирования потока излучения обеспечивает расширение динамического диапазона восприятия интенсивности потока излучения.

Формула изобретения

Оптическое устройство регулирования потока излучения, содержащее расположенную на оптической оси оправу и лепестки, оси которых находятся на окружности с центром, совпадающим с оптической осью, связанные с оправой и кинематически связанные с приводом, отличающийся тем что в оправе установлен корректирующий фильтр с изменяющимся коэффициентом пропускания в виде прозрачной подложки с нанесенным на нее полупрозрачным покрытием одинаковой плотности в пределах рисунка покрытия, при этом отверстие при максимально закрытых лепестках полностью перекрыто частью рисунка покрытия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6