Оптическое устройство
Изобретение относится к оптической промышленности и может быть использовано при изготовлении цифровых фотокамер, биноклей и других оптических приборов. Оптическое устройство включает объектив и корпус, а также содержит, как минимум, одно устройство с электрически управляемой величиной светопоглощения или светоотражения, включающее, по меньшей мере, две части, каждая из которых выполнена с возможностью изменять коэффициент пропускания светового потока в зависимости от величины подаваемого на нее электрического сигнала, и, как минимум, одну корректирующую матрицу, выполненную, по меньшей мере, из двух элементов, каждый из которых электрически связан с соответствующей частью устройства с электрически управляемой величиной светопоглощения или светоотражения и выполнен с возможностью вырабатывать электрический сигнал в зависимости от интенсивности падающего на него светового потока. Технический результат заключается в увеличении динамического диапазона. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к оптической промышленности, а именно к конструкции оптических устройств, и может быть использовано при изготовлении цифровых фотокамер, биноклей и других оптических приборов.
Известны оптические устройства с элементами для преобразования интенсивности излучения в световом пучке (а.с. СССР №1318964, A1, G02В 5/04, опубл. 23.06.1987, бюл. №23). Однако они обладают низким динамическим диапазоном.
Указанное оптическое устройство является наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения.
Технический результат изобретения заключается в увеличении динамического диапазона.
Технический результат изобретения достигается за счет того, что оптическое устройство, включающее объектив и корпус, содержит, как минимум, одно устройство с электрически управляемой величиной светопоглощения или светоотражения, включающее, по меньшей мере, две части, каждая из которых выполнена с возможностью изменять коэффициент пропускания светового потока в зависимости от величины подаваемого на нее электрического сигнала, как минимум, одну корректирующую матрицу, выполненную, по меньшей мере, из двух элементов, каждый из которых электрически связан с соответствующей частью устройства с электрически управляемой величиной светопоглощения или светоотражения и выполнен с возможностью вырабатывать электрический сигнал в зависимости от интенсивности падающего на него светового потока.
На чертеже представлена блок-схема оптического устройства, содержащего объектив 1, светопреломляющее устройство 2, корректирующую матрицу 3, устройство с электрически управляемой величиной светопоглощения или светоотражения 4 и приемник изображения 5, выполненный в виде светочувствительной матрицы. Оптическое устройство работает следующим образом.
Световой поток от изображения объекта через объектив 1 попадает на светопреломляющее устройство 2, которое делит его на две части. Одна часть направляется на корректирующую матрицу 3, а другая - на устройство с электрически управляемой величиной светопоглощения или светоотражения 4.
Корректирующая матрица состоит из светочувствительных элементов, каждый из которых вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный интенсивности светового потока. Электрические сигналы подаются на соответствующие части устройства с электрически управляемой величиной светопоглощения или светоотражения 4, каждая из которых обладает электрохромным эффектом, т.е. выполнена с возможностью изменять коэффициент пропускания светового потока в зависимости от величины подаваемого на нее электрического сигнала.
Части светового потока, обладающие разной интенсивностью, попадая на светочувствительные элементы корректирующей матрицы 3, вызывают на ее поверхности пропорциональные по величине электрические сигналы. Электрические сигналы попадают на соответствующие части устройства с электрически управляемой величиной светопоглощения или светоотражения 4, в результате чего они по-разному меняют свой цвет, т.е. изменяют коэффициент пропускания светового потока от величины подаваемого электрического сигнала.
Чем больше величина электрического сигнала, подаваемого на ту или иную часть устройства с электрически управляемой величиной светопоглощения или светоотражения 4, тем большее потемнение (снижение пропускной способности или уменьшение коэффициента пропускания светового потока) она вызывает.
Таким образом, наиболее яркие участки светового потока притемняются, а наиболее темные участки светового потока проходят через более прозрачные части устройства с электрически управляемой величиной светопоглощения или светоотражения с меньшими изменениями.
Пройдя через устройство с электрически управляемой величиной светопоглощения или светоотражения, преобразованный световой поток попадает на приемник изображения 5, представляющий собой специальный электронный датчик, преобразующий световой поток в электрические сигналы. Далее сигналы с приемника изображения 5 обрабатываются процессором камеры (на чертеже не показан) и сохраняются уже в виде собственно картинки.
Так как способность приемника воспроизводить с одинаковой степенью контрастности различные по яркости участки оптического изображения объекта съемки (выделять детали в тени и на свету) характеризует динамический диапазон, можно утверждать, что притемнение наиболее ярких (с наивысшей интенсивностью) и осветление наиболее темных участков светового потока равносильно увеличению динамического диапазона оптического устройства, в данном случае цифровой фотокамеры.
Существуют две основные технологии производства матриц (Цифровая фотография, №41, 2002 год). Это ПЗС (CCD, charge coupled device - устройства с зарядовой связью) и КМОП.
Производятся ПЗС-матрицы по МОП (металл-окисел-полупроводник)-технологии. В ПЗС-матрице накапливается заряд, пропорциональный интенсивности падающего светового потока.
Альтернативой ПЗС являются CMOS (КМОП) - матрицы, в которых в качестве светочувствительных диодов используются фотодиоды. Исходя из указанного корректирующая матрица в оптическом устройстве выполняется либо на базе устройств с зарядовой связью (ПЗС-матрица), либо на базе фотодиодов (КМОП-матрица). Устройство с электрически управляемой величиной светопоглощения или светоотражения выполняется на базе электрохромных составов, коэффициент пропускания светового потока которых зависит от величины подаваемого электрического сигнала. Другими словами, под воздействием электрического сигнала электрохромные составы меняют свои оптические свойства.
В качестве электрохромных составов могут применяться полимеры, в том числе наиболее перспективные из них - полиамидоимиды (Е.Л. Александрова и др. Оптические и светочувствительные свойства гребнеобразных полиамидоимидов. Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып.7) и редокс-полимеры (Екатерина Николаева. The Chemical Journal, декабрь 2002, стр.29).
Оптическое устройство, включающее объектив и корпус, в общем случае может выполняться как с приемником изображения, так и без него. В качестве приемника изображения применяются фотопленка (в пленочных фотоаппаратах классической галогенсеребряной фотографии) или матрица из светочувствительных ячеек, вырабатывающих электрический сигнал, пропорциональный интенсивности светового потока (в цифровых камерах). При отсутствии в конструкции оптического устройства приемника изображения его роль может выполнять человеческий глаз. Корпус оптического устройства выполняется со светопреломляющим устройством либо без него. В последнем случае в корпусе устройства должно быть отверстие для пропускания светового потока непосредственно на корректирующую матрицу. Предлагаемое оптическое устройство решает актуальную задачу расширения динамического диапазона оптических устройств.
Оно промышленно применимо, явным образом не следует из уровня техники, обладает мировой новизной.
1. Оптическое устройство, включающее объектив и корпус, отличающееся тем, что содержит, как минимум, одно устройство с электрически управляемой величиной светопоглощения или светоотражения, включающее, по меньшей мере, две части, каждая из которых выполнена с возможностью изменять коэффициент пропускания светового потока в зависимости от величины подаваемого на нее электрического сигнала, как минимум, одну корректирующую матрицу, выполненную, по меньшей мере, из двух элементов, каждый из которых электрически связан с соответствующей частью устройства с электрически управляемой величиной светопоглощения или светоотражения и выполнен с возможностью вырабатывать электрический сигнал в зависимости от интенсивности падающего на него светового потока.
2. Оптическое устройство по п.1, отличающееся тем, что корректирующая матрица выполнена на базе устройств с зарядовой связью (ПЗС-матрица).
3. Оптическое устройство по п.1, отличающееся тем, что корректирующая матрица выполнена на базе фотодиодов (КМОП-матрица).
4. Оптическое устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство с электрически управляемой величиной светопоглощения или светоотражения выполнено на базе электрохромных составов.
5. Оптическое устройство по п.4, отличающееся тем, что электрохромными составами являются полимеры.
6. Оптическое устройство по п.5, отличающееся тем, что полимеры представляют собой полиамидоимиды.
7. Оптическое устройство по п.5, отличающееся тем, что полимеры представляют собой редокс-полимеры.
8. Оптическое устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит приемник изображения.
9. Оптическое устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус выполнен с отверстием для пропускания светового потока непосредственно на корректирующую матрицу.
