Афокальная насадка для телевизионных камер и фотокамер



Афокальная насадка для телевизионных камер и фотокамер
Афокальная насадка для телевизионных камер и фотокамер
Афокальная насадка для телевизионных камер и фотокамер
Афокальная насадка для телевизионных камер и фотокамер
Афокальная насадка для телевизионных камер и фотокамер

 


Владельцы патента RU 2531851:

ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "ТехВижен" (RU)

Афокальная насадка состоит из первого компонента в виде одиночной положительной линзы (1) и второго компонента в виде одиночной отрицательной линзы (4). В первый компонент введен афокальный коррекционный компонент однократного увеличения, расположенный между положительной (1) и отрицательной (4) линзами и выполненный в виде последовательно расположенных вогнуто-выпуклого отрицательного мениска (2) и выпукло-вогнутого положительного мениска (3) с равными оптическими силами, касающимися друг с другом выпуклыми поверхностями. Фокусные расстояния менисков (2) и (3) равны фокусному расстоянию положительной линзы (1) первого компонента: f 2 ' = f 3 ' = f 1 ' . Расстояние между положительной линзой (1) и точкой касания поверхностей менисков (2) и (3) равно половине фокусного расстояния положительной линзы (1): d 1,2 = 1 2 f 1 ' , расстояние между менисками (2) и (3) равно: d2,3=0. Фокусное расстояние отрицательной линзы (4) второго компонента равно: f 4 ' = f 1 ' Г , и она удалена от точки касания поверхностей менисков (2) и (3) на расстояние: d 3,4 = f 1 ' 2 Г ( Г 2 ) , где Г - увеличение афокальной насадки. Технический результат - повышение разрешения в пространстве объектов за счет увеличения углового увеличения. 4 ил., 3 табл.

 

Область изобретения

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к афокальным насадкам, предназначенным для увеличения фокусного расстояния объективов телевизионных камер и фотокамер с целью обеспечения высокого пространственного разрешения при регистрации объектов.

Уровень техники

Известна 4-линзовая афокальная насадка с угловым увеличением 1,5 крат для объективов видеокамер с внутренним положением входного зрачка (патент US 4171872 A, 23.10.1979, G02B 13/22).

Афокальная насадка содержит положительный двухлинзовый склеенный компонент и отрицательный двухлинзовый склеенный компонент. Недостатком этой насадки является относительно небольшое, не превышающее 1,5 крат, угловое увеличение. Для достижения больших значений увеличения масса первого склеенного компонента, выполненного в виде склейки двух линз, резко возрастает.

Известна телескопическая система Галилея 5-кратного увеличения, предназначенная для наблюдения объектов человеком (Carmen Menchaca and Daniel Malacara Design of Galilean-type telescope systems, APPLIED OPTICS / Vol.27, No.17/1 September 1988, pp.3715-3718). Существенным ограничением при использовании этой системы в качестве афокальной насадки фото- и телевизионных объективов является малый диаметр выходного зрачка, не превышающий 8 мм.

Наиболее близкой по технической сущности является 3-линзовая афокальная насадка с угловым увеличением Г=1,71 крат, предназначенная для объективов видеокамер (патент RU 2067309 C1, 27.09.2006, G02B 15/12; он же принят в качестве прототипа).

Данная афокальная насадка с угловым увеличением 1,71 крат содержит два компонента, причем первый положительный компонент выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы, а второй, отрицательный компонент, состоит из положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к объекту, и одиночной отрицательной линзы.

Угловое поле в пространстве изображений прототипа 2W′=7°. Угловое поле в пространстве объектов определяется увеличением насадки и составляет для прототипа 2 W = 2 W ' Г = 4,1 . Относительное отверстие афокальной насадки определяется отношением диаметра выходного зрачка DВЫХ.ЗР к фокусному расстоянию второго (отрицательного) компонента насадки f 2 ' и для прототипа составляет A = D В Ы Х . З Р . f 2 ' = 1 : 4 .

Кроме того, данная афокальная насадка предназначена для работы в спектральном диапазоне 486…610 нм. При этом насадка имеет высокое угловое разрешение в центре поля зрения пространства изображений - угловой размер пятна рассеяния составляет 2ΔW′=26 угл.сек=0,44 угл.мин, но низкое разрешение по полю изображения: при W′=1,8° угловой размер пятна рассеяния составляет 2ΔW=6 угл.мин, а при W′=3,5° составляет, соответственно, 2ΔW′=19 угл.мин. В пространстве объектов угловое разрешение 2 Δ W = 2 Δ W ' Г при W=0° составляет 2ΔW=0,26 угл.мин; при W=1,1° 2 Δ W = 2 Δ W ' Г = 3,5 у г л . м и н . и при W=2,05° соответственно 11 угл.мин.

В таблице 1 для прототипа для разных угловых полей представлены значения угловых размеров пятен рассеяния в пространстве изображений и в пространстве объектов.

Таблица 1
Насадка 1,7 крат
Пространство изображений Пространство объектов
W′, угл.град. 2ΔW′, угл.мин W = W ' Г
угл.град.
2 Δ W = 2 Δ W ' Г , угл.мин
0 0,5 0 0,3
1,8 6 1,1 3,5
3,5 19 2,05 11

Данная насадка имеет следующие недостатки: низкое разрешение по полю изображений и вследствие малого углового увеличения низкое разрешение в пространстве объектов, а также малое относительное отверстие.

Повысить разрешение в пространстве объектов можно за счет повышения углового увеличения. Однако коррекционные возможности прототипа ограничены увеличением 1,71 крат.

Раскрытие изобретения

Для устранения указанных недостатков в афокальной насадке, состоящей из двух компонентов, в которой первый компонент является положительным и выполнен в виде одиночной положительной линзы (1), а второй компонент является отрицательным и выполнен в виде одиночной отрицательной линзы (4), в первый компонент дополнительно введен афокальный коррекционный компонент однократного увеличения, расположенный на оптической оси между положительной линзой (1) и отрицательной линзой (4), и выполненный в виде последовательно расположенных по ходу лучей вогнуто-выпуклого отрицательного мениска (2) и выпукло-вогнутого положительного мениска (3) с равными оптическими силами, касающимися друг с другом выпуклыми поверхностями, причем фокусные расстояния менисков (2) и (3) равны фокусному расстоянию положительной линзы (1) первого компонента:

f 2 ' = f 3 ' = f 1 ' ;

расстояние между положительной линзой (1) первого компонента и точкой касания поверхностей менисков (2) и (3) афокального коррекционного компонента равно половине фокусного расстояния положительной линзы (1) первого компонента:

d 1,2 = 1 2 f 1 '

расстояние между менисками:

d2,3=0;

фокусное расстояние отрицательной линзы (4) второго компонента равно:

f 4 ' = f 1 ' Г ,

и она удалена от точки касания поверхностей менисков (2) и (3) афокального коррекционного компонента на расстояние:

d 3,4 = f 1 ' d 1,2 f 4 ' = f 1 ' f 1 ' 2 f 1 ' Г = = f 1 ' 2 Г ( Г 2 )

где Г - увеличение афокальной насадки.

Данные формулы получены без учета толщин линз, т.е. для тонких оптических компонентов. Для компонентов с реальными толщинами эти формулы являются приближенными.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлена оптическая схема афокальной насадки с 5-кратным угловым увеличением в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.2 представлено распределение энергии E(W) в угловом пятне рассеяния в пространстве объектов ΔW для осевого пучка лучей W=0°.

На фиг.3 представлено распределение энергии E(W) в угловом пятне рассеяния в пространстве объектов ΔW для внеосевого пучка лучей W=0,36°.

На фиг.4 представлено распределение энергии E(W) в угловом пятне рассеяния в пространстве объектов ΔW для внеосевого пучка лучей W=0,7°.

В качестве примера предлагаемой афокальной насадки приводится насадка 5-кратного увеличения.

Параметры компонентов насадки с увеличением 5 крат, рассчитанные по формулам для тонких оптических компонентов:

фокусное расстояние насадки 1, 2, 3, 4:

f′=∞;

фокусное расстояние положительной линзы (1) первого компонента:

f 1 ' = 216,5 м м ;

расстояние между положительной линзой (1) первого компонента и точкой касания поверхностей менисков (2) и (3) афокального коррекционного компонента (2, 3):

d 1,2 = 1 2 f 1 ' = 108,25 м м ;

фокусное расстояние отрицательного мениска (2) афокального коррекционного компонента (2, 3):

f 2 ' = f 1 ' = 216,5 м м ;

фокусное расстояние положительного мениска (3) афокального коррекционного компонента (2, 3):

f 3 ' = f 1 ' = 216,5 м м ;

расстояние между менисками (2) и (3):

d2,3=0;

фокусное расстояние афокального коррекционного компонента (2, 3):

f′2,3=∞;

расстояние между точкой касания поверхностей менисков (2) и (3) афокального коррекционного компонента и отрицательной линзой (4) второго компонента:

d 3,4 = f 1 ' 2 Г = ( Г 2 ) = 64,95 м м ;

фокусное расстояние отрицательной линзы (4) второго компонента равно:

f 4 ' = f 1 ' Г = 43,3 м м .

В таблице 2 представлены конструктивные параметры предлагаемой насадки, оптическая схема которой приведена на фиг.1.

Таблица 2
№ поверхности Радиус кривизны Толщина Стекло Световой диаметр
1 109,516 23 ОК4 126,5
2 -786,57 78,64 126,4
3 -87,375 5 ТФ10 72,6
4 -181,765 0 73,1
5 46,952 8 БФ7 68,7
6 69,842 69,22 67,3
7 -239,785 4 КФ6 25,05
8 24,205 40 22,15
Плоскость выходного зрачка 17,6

Параметры компонентов насадки с реальными толщинами элементов: фокусное расстояние насадки (1), (2), (3), (4):

f ' = 8,6 10 5 м м ;

фокусное расстояние положительной линзы (1) первого компонента:

f 1 ' = 216,5 м м ;

расстояние между положительной линзой первого компонента (1) и точкой касания поверхностей менисков (2) и (3) афокального коррекционного компонента (2, 3):

d1,2=102 мм;

фокусное расстояние отрицательного мениска (2) афокального коррекционного компонента (2, 3):

f 2 ' = 213,4 м м ;

фокусное расстояние положительного мениска (3) афокального коррекционного компонента (2, 3):

f 3 ' = 218,9 м м ;

расстояние между менисками (2) и (3):

d2,3=0;

фокусное расстояние афокального коррекционного компонента (2, 3):

f 2,3 ' = 5054 м м ;

расстояние между точкой касания поверхностей менисков (2) и (3) афокального коррекционного компонента и отрицательной линзой (4) второго компонента:

d3,4=77 мм;

фокусное расстояние отрицательной линзы (4) второго компонента равно

f 4 ' = 43,7 м м ;

увеличение афокальной насадки

Г=5x.

Как следует из приведенных параметров компонентов насадки, они близки к теоретическим параметрам.

Расчет афокальной насадки 5-кратного увеличения проведен для таких же угловых полей в пространстве изображений, как и у прототипа, но при увеличенном относительном отверстии:

спектральный диапазон Δλ=486…610 нм;

угловое поле в пространстве изображений - 2W′=7°;

относительное отверстие A = D В Ы Х . З Р . f 4 ' = 1 : 2,5 .

При этом из-за углового увеличения предлагаемой насадки Г=5x угловое поле в пространстве объектов - 2 W = 2 W ' Г = 1,4 .

На фиг.2, 3 и 4 представлены графики распределений энергии в угловом пятне рассеяния насадки в пространстве объектов для угловых полей W=0°, W=0,36° и W=0,1°. Из этих графиков следует, что по уровню энергии E=0,7 в пространстве объектов угловой размер пятна рассеяния при W=0° равен 2ΔW=0,06 угл.мин. (в пространстве изображений 2ΔW′=0,3 угл.мин), при W=0,36° равен 2ΔW=0,36 угл.мин (в пространстве изображений 2ΔW′=1,8 угл.мин) и W=0,7° равен 2ΔW=3 угл.мин (в пространстве изображений 2ΔW′=15 угл.мин).

В таблице 3 приведены значения углового размера пятна рассеяния предлагаемой насадки 2ΔW в пространстве изображений для заданного углового поля W′ и в пространстве объектов 2 Δ W = 2 Δ W ' Г для заданного углового поля W = W ' Г .

Таблица 3
Насадка 5 крат
Пространство изображений Пространство объектов
W′, угл.град. 2ΔW′, угл.мин W = W ' Г , угл.град. 2 Δ W = 2 Δ W ' Г , угл.мин
0 о,з 0 0,06
1,8 1,8 0,36 0,36
3,5 15 0,7 3

Из сравнения таблиц 1 и 3 следует, что в пространстве объектов угловая разрешающая способность предлагаемой насадки 5-кратного увеличения в центре поля увеличена в 5 раз, в середине поля - почти в 10 раз, а на краю поля - почти в 4 раза. При этом относительное отверстие увеличено в 1,6 раза, что подтверждает положительный эффект от предлагаемого изобретения.

Специалистам в данной области техники понятно, что при таком подходе к технической задаче, который предусматривает данное решение, также могут быть получены афокальные насадки и с другим увеличением, кроме вышеуказанного 5-кратного увеличения, рассмотренного на конкретном примере - т.е. при таком подходе к конструктивному выполнению афокальной насадки, вышеуказанном выборе определенных линз, вышеуказанном выборе их определенных фокусных расстояний, вышеуказанном выборе определенных расстояний между ними, но путем изменения увеличения Г афокальной насадки в другое количество крат.

Наличие признаков, отличающих предлагаемую насадку от прототипа, подтверждает соответствие данного предложения критерию «новизна», а именно такое сочетание всех признаков устройства, не известное из научно-технической и патентной литературы, говорит о соответствии критерию «изобретательский уровень».

Афокальная насадка, состоящая из двух компонентов, в которой первый компонент является положительным и выполнен в виде одиночной положительной линзы (1), а второй компонент является отрицательным и выполнен в виде одиночной отрицательной линзы (4), отличающаяся тем, что в первый компонент дополнительно введен афокальный коррекционный компонент однократного увеличения, расположенный на оптической оси между положительной линзой (1) и отрицательной линзой (4) и выполненный в виде последовательно расположенных по ходу лучей вогнуто-выпуклого отрицательного мениска (2) и выпукло-вогнутого положительного мениска (3) с равными оптическими силами, касающимися друг с другом выпуклыми поверхностями, причем фокусные расстояния менисков (2) и (3) равны фокусному расстоянию положительной линзы (1) первого компонента:
f 2 ' = f 3 ' = f 1 ' ;
расстояние между положительной линзой (1) первого компонента и точкой касания поверхностей менисков (2) и (3) афокального коррекционного компонента равно половине фокусного расстояния положительной линзы (1) первого компонента:
d 1,2 = 1 2 f 1 ' ,
расстояние между менисками (2) и (3) равно:
d2,3=0;
фокусное расстояние отрицательной линзы (4) второго компонента равно:
f 4 ' = f 1 ' Г ,
и она удалена от точки касания поверхностей менисков (2) и (3) афокального коррекционного компонента на расстояние:
d 3,4 = f 1 ' 2 Г ( Г 2 ) ,
где Г - увеличение афокальной насадки.



 

Похожие патенты:

Телескоп может быть использован в оптико-электронных космических телескопах для дистанционного зондирования Земли. Телескоп содержит объектив, установленные в фокальной плоскости оптико-электронные приемники изображения и спектрометр, содержащий входную щель, установленную в фокальной плоскости объектива, и фокусирующую диспергирующую систему.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается способа изготовления зеркала для рентгеновского телескопа. Способ включает в себя нанесение методом гальванопластики на заготовку из алюминиевого сплава слоя из никелевого сплава и доводку рабочей поверхности заготовки путем ее полировки до требуемой шероховатости в несколько этапов на шлифовальном стенде с применением абразивного состава.

Оптическое устройство включает объектив, бликующий элемент с отражающей поверхностью, расположенной в окрестности фокальной поверхности объектива, и адаптивную апертурную маску, содержащую области, пропускающие оптическое излучение без искажений волнового фронта и выполненные в виде одного или нескольких круговых секторов с суммарным углом при вершинах, равным 180°, и симметричные им относительно центра апертуры объектива области, не пропускающие излучение.

Оптическая система содержит объектив, бликующий элемент с отражающей поверхностью, расположенной в окрестности фокальной поверхности объектива, и апертурную маску, содержащую область, пропускающую оптическое излучение без искажений волнового фронта и выполненную в виде сегмента, большего, чем половина круга, и не пропускающую излучение область.

Изобретение относится к стабилизации изображения наблюдаемых объектов в оптических приборах, работающих на подвижном основании, и предназначено для создания инерционных систем стабилизации изображения.
Изобретение относится к области устройств оптического контроля полостей, расположенных в труднодоступных местах технических устройств и природных тел, и может быть использовано на таможне, в криминалистике, техническом контроле и подобных областях техники и общества.

Изобретение может быть использовано для крупногабаритных оптических астрономических зеркал, которые нуждаются в осевой и радиальной поддержке, чтобы исключить их деформацию от собственного веса, из-за релаксации внутренних напряжений и изменения ориентации зеркал в пространстве.

Оптическое устройство содержит объектив, визирную или прицельную сетку и окуляр, позволяющий наблюдать изображение, построенное объективом на поверхности, в которой располагается визирная или прицельная сетка, а также саму эту сетку.

Изобретение относится к оптическим устройствам, а именно к видеоустройствам для осмотра и измерительного контроля внутренних поверхностей трубчатых изделий, преимущественно статоров героторных винтовых гидравлических двигателей с винтовыми зубьями из эластомерного материала.

Изобретение относится к военной технике, а именно к обеспечению надежности действий человека-оператора, отрабатывающего в быстром темпе зрительные изображения боевой фоноцелевой обстановки и сетки прицельного устройства, наблюдаемые им одновременно через окуляр визирного канала пускового устройства (ПУ), в совокупности с его сенсомоторными действиями в процессе наведения на цель ПТРК в условиях витального стресса (угроза жизни в боевых условиях) (см.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано, например, в наблюдательных и прицельных приборах с матрицами чувствительных элементов приемных устройств.

Изобретение относится к специальным объективам и может использоваться в качестве насадки в ночных зрительных трубах. .

Изобретение относится к области телевизионной и киносъемочной оптики, а именно, к анаморфотным оптическим системам, предназначенным для преобразования формата изображения, например, 4:3 в 16:9 или в 1:1 и может быть использовано в профессиональной, любительской телекинофотоаппаратуре и, в частности, для вариообъективов передающих телевизионных камер, работающих как при на передающих трубках, например, с размером кадра 8,8 х 6,6 мм2, так и на приборах с зарядовой связью.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в телевизионных системах. .

Изобретение относится к устройствам для защиты головы человека и касается шлема с проекционной системой. Шлем содержит контроллер управления, видеокамеру, блок приема/передачи данных, блок распознавания речи, блок определения пространственного положения шлема и оптическую систему. Оптическая система включает генератор изображения на основе лазерного сканирующего модуля, объектив сканера, узел увеличения диаметра выходного зрачка, проекционную оптическую систему и прозрачный щиток шлема - визор, через который одновременно ведется наблюдение окружающей обстановки и передаваемой графической информации. Проекционная оптическая система состоит из неосесимметричного компонента, плоского зеркала и осесимметричного объектива. Проекционная оптическая система выполнена с возможностью получения управляющих команд и информации от блоков распознавания речи и определения пространственного положения шлема. Блок приема/передачи данных выполнен с возможностью обмена данными при помощи беспроводных сетей. Технический результат заключается в улучшении качества изображения и упрощении управления системами шлема. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх