ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА СТЕРЕОСКОПИЧЕСКОЙ СЪЕМОЧНОЙ КАМЕРЫ Российский патент 1995 года по МПК G03B35/10 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при создании стереоскопических съемочных камер для научно-технических целей и для фотолюбителей.

Известны стереоскопические съемочные камеры, в которых для полного перекрытия полей изображения при любых расстояниях фокусировки оба объектива выполнены подвижными одновременно и вдоль оптических осей и поперек их, в направлении базиса съемки (а. с. СССР N 142869, кл. G 03 В 35/10, 1959). Однако изменение базиса съемки, вполне допустимое при выполнении художественных фотографий, усложняет использование снимков для научно-технических целей, например криминалистических и фотограмметрических.

Другая оптическая система стереоскопической съемной камеры (а. с. СССР N 156838, 1961) содержит, как и предыдущая камера, по два плоских отражателя в каждой половине камеры, расположенных под углами 90^о друг к другу и 45^о к плоскости кадровой рамки с пленкой, а объектив находится между ними и его плоскость составляет 90^о с плоскостью кадровой рамки. При этом объективы закреплены на одной пленке, которая также как и плоские отражатели, выполнена перемещающейся.

Кроме изменения базиса, эта оптическая система имеет недостаток, заключающийся в том, что из-за установки объектива между отражателями смена их для перехода к съемке с другим фокусным расстоянием затруднена.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является оптическая система съемочной камеры по патенту США N 4630913, кл. G 03 В 35/10, 1985, предназначенная для трехмерных изображений по многообъективному способу съемки на одном носителе изображений. В ней используется постоянный базис между объективами, объективы и соответствующие им кадровые рамки расположены в параллельных плоскостях. Между объективами и кадровыми рамками установлены оптические узлы, смещающие изображения с осей объективов, содержащие два плоских отражателя, поверхности которых параллельных и составляют углы 45^о к осям объектива и к плоскости изображения. Благодаря постоянному базису и установке объективов в классическое для фотоаппаратов положение эта камера лишена недостатков, присущих ранее описанным системам. Однако ей присущи другие недостатки. В частности, при изменении расстояния до объекта съемки меняется перекрытие границ кадров, т. е. происходит неполное использование кадра для получения стереоскопического эффекта. Кроме того, только при длиннофокусных объективах пленка не засвечивается лучами, проходящими в промежуток между двумя отражателями, минуя их. С уменьшением фокусного расстояния площадь засветки увеличивается.

Целью изобретения является полное использование площади кадра для получения стереоэффекта при использовании объективов с различными фокусными расстояниями и уменьшение засветки пленки лучами, проходящими от объектива до нее между отражателями.

Цель достигается тем, что в оптической системе съемочной камеры с постоянным базисом, содержащей два оптических узла для смещения изображений с осей объективов, расположенные между установленными в параллельных плоскостях объективами и соответствующими им кадровыми рамками, причем каждый из оптических узлов выполнен в виде первого и второго плоских отражателей, отражающие поверхности которых параллельны и установлены под углом 45^о к оси соответствующего объектива и к плоскости изображения, отражатели установлены с возможностью изменения расстояния между отражающими поверхнос- тями первого и второго отражателей, одинакового в обоих оптических узлах для смещения изображений.

Цель достигается также тем, что дальние от объектива стороны вторых плоских отражателей оптических узлов для смещения изображений установлены в контакте друг с другом, оптические оси объективов и нормали по всем отражающим поверхностям размещены в одной плоскости, а изменение расстояния между отражающими поверхностями первого и второго плоских отражателей при перефокусировке производится на величину Δ d, определяемую соотношением:
Δd Δx · b/2f где b базисное расстояние между осями объективов;
f фокусное расстояние объективов;
Δ х изменение расстояния между объективом и изображением при перефокусировке, а расстояние между плоскостями объективов и кадровых рамок изменяется на величину Δ F, определяемую соотношением:
Δ F Δ X (1 b/2f)]
Цель достигается также тем, что в каждый оптический узел для смещения изображений введена пара одинаковых преломляющих клиньев, установленных между плоскими отражателями, причем первый после объектива клин обращен к объективу вершиной, а второй основанием, входная грань первого и выходная грань второго клина установлены под углом 45^о к отражающим поверхностям плоских отражателей, а главные сечения преломляющих клиньев размещены в одной плоскости с осями объективов.

Один из отражателей или оба отражателя оптических смещающих углов могут быть выполнены в виде прямоугольной призмы с одним отражением. Прямоугольная призма может быть соединена с прилегающим к ней клином склейкой. Прямоугольная призма и прилегающий к ней клин могут быть выполнены в виде монолита из одного оптически прозрачного материала.

На фиг. 1 дана схема, поясняющая теоретическим чертежом приведенные в тексте аналитические соотношения; на фиг. 2 дана схема хода лучей от снимаемых объективов внутри оптической системы камеры; на фиг. 3 приведена схема хода лучей и расположения оптических элементов при исполнении отражателей в виде зеркал; на фиг. 4, 5 изображены случаи исполнения отражателей в виде призм.

На фиг. 1-5 обозначены: объектив 1, первый отражатель в виде зеркала 2, первый клин 3, второй клин 4, второй отражатель в виде зеркала 5, плоскость пленки 6, паразитный луч 7 от объектива, первая призма 8, вторая призма 9, центр 10 кадра, катушка 11 с пленкой.

Устройство работает следующим образом.

Свет от снимаемой сцены входит в объектив 1, отражается от поверхности зеркала 2, попадает на зеркало 5 и от него проходит в плоскость пленки 6, где строит изображение предметов снимаемой сцены. Между зеркалами установлены клинья 3 и 4, способствующие перехвату паразитных лучей 7 от объектива 1. Вместо зеркал могут быть установлены прямоугольные призмы 8 и 9, в которых происходит отражение света от гипотенузной грани. Возможные изменения положения зеркала 2 обозначены 2 (1) и 2 (2). Аналогично могут изменяться положения гипотенузных граней призм 8. Возможно такое же изменение положения зеркал 5 или призм 9, на чертежах не показанное. Клинья 3 и 4 могут быть неподвижными или смещаться вместе с призмами 8 или 8 и 9.

Контакт дальних от объективов 1 сторон вторых плоских отражателей 5 (или призм 9) может выполняться как непосредственно между боковыми поверхностями отражающих элементов (или призм 9), так и через прокладки или промежуточные детали крепления этих элементов.

После зарядки камеры пленкой ее чувствительная поверхность находится в плоскости 6. Катушки 11 могут занимать как показанное на фиг. 1 положение возле зеркал 2, так и над и под зеркалами 5. В первом случае это может быть стандартная пленка 35 мм, во втором широкая пленка 60 мм. На фиг. 1 размеры соответствуют базису 70 мм и размерам каждого кадра в плоскости чертежа 25 мм.

При наведении камеры на бесконечность в центр 10 кадра приходит излучение, пришедшее в объектив 1 вдоль его оптической оси (штрихпунктирная линия). Зеркала 2 при этом занимают положение 2 (1). При фокусировке на конечное расстояние происходит изменение положения зеркал 2 (или 5 или 2 и 5) и объектива 1. Для упрощения фиг. 1 показано только перемещение зеркал 2 из положения 2 (1) в положение 2 (2), а перемещение объективов 1 (так же, как и возможное перемещение зеркал 5) не показано. При перефокусировке расстояние между зеркалами меняется на величину Δd Δx·b/2f а объектив перемещается на величину ΔF Δx1- Как видно из последнего выражения, при b 2f (например, базис 70 мм, а фокусное расстояние объектива 35 мм) перемещение объектива не требуется, так как оно полностью заменяется перемещением зеркал. При других соотношениях фокусного расстояния и базиса съемки перемещение объектива должно производиться, но на меньшую, чем обычно, величину. После перефокусировки в центре 10 кадра будет находиться изображение центрального объекта съемки (например, I или II. Таким образом, за счет перемещения зеркал на пленке в двух кадрах будет изображен одинаковый участок пространства, расположенный в одной плоскости, но сфотографированный с двух точек, отстоящих на величину базиса, что и требуется для получения стереоскопической пары снимков.

Особенностью оптической системы являются простые зависимости величин Δ d и ΔF от Δ х, имеющие линейный характер, что позволяет менять их при замене объективов.

На фиг. 2 показан пунктиром ход луча 7, не срезанного наружной блендой объектива 1, который мог попасть на пленку 6. Наличие угла клина 3, в который этот луч вошел через первую поверхность, позволяет при его взаимодействии с второй поверхностью обеспечить полное внутреннее отражение, после чего луч оказывается в клине как в световой ловушке-световоде и поглощается либо черной краской на основании клина 3, либо, например, бархатом после выхода из основания клина 3. Второй клин 4 компенсирует для лучей, идущих от зеркала 2 к зеркалу 5, хроматизм, вносимый клином 3.

При установке вместо зеркала 2 прямоугольной призмы происходит полное внутреннее отражение от ее выходной поверхности. На фиг. 3 показан случай, когда к прямоугольной призме добавлен клин 3, что увеличивает угол падения паразитных лучей и обеспечивает лучшую защиту от них. Призмы 8 и 9, заполняя стеклом пространство между сферическими поверхностями объектива и пленкой, позволяют делать этот объектив более светосильным. Естественно, что наличие стекла должно учитываться в аберрационном расчете объектива.

Технико-экономическое преимущество заявляемой оптической системы стереоскопической съемочной камеры заключается в том, что сделанные с ее помощью снимки-стереопары на стандартной пленке имеют формат при базисе фотографирования, равном среднему глазному базису человека, стандартный для научных снимков многообъективной фотокамеры "Робот", и могут обрабатываться в научных целях на том же измерительном оборудовании, что и одиночные снимки.

Использование: в оптическом приборостроении и может применяться при создании стереоскопических съемочных камер для научно-технических целей и для фотолюбителей. Сущность изобретения заключается в том, что в стереоскопической съемочной камеры между объективами и кадровыми рамками установлены оптические узлы, смещающие изображение с оси объектива, отражатели которых сделаны подвижными, одинаково смещающимися в двух соседних узлах. Это перемещение используется для получения полного перекрытия кадров при разных фокусировках, что обеспечивает получение стереоэффекта на всей площади кадра. Для устранения паразитных засветок между отражателями устанавливаются двухклиньевые устройства, которые могут быть объединены с отражателями, выполненными в виде прямоугольных призм. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА СТЕРЕОСКОПИЧЕСКОЙ СЪЕМОЧНОЙ КАМЕРЫ с постоянным базисом, содержащая два оптических узла для смещения изображений с осей объективов, расположенные между установленными в параллельных плоскостях объективами и соответствующими им кадровыми рамками, причем каждый из оптических узлов выполнен в виде первого и второго плоских отражателей, отражающие поверхности которых параллельны и установлены под углом 45^o к оси соответствующего объектива и к плоскости изображения, отличающаяся тем, что в ней отражатели установлены с возможностью изменения расстояния между отражающими поверхностями первого и второго отражателей, одинакового в обоих оптических узлах для смещения изображений. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что дальние от объектива стороны вторых плоских отражателей оптических узлов для смещения изображений установлены в контакте друг с другом, оптические оси объективов и нормали по всем отражающим поверхностям размещены в одной плоскости, а изменение расстояния между отражающими поверхностями первого и второго плоских отражателей при перефокусировке производится на величину Δd определяемую соотношением

где b базисное расстояние между осями объективов;
f фокусное расстояние объективов;
Δx изменение расстояния между объективом и изображением при перефокусировке,
а расстояние между плоскостями объективов и кадровых рамок изменяется на величину ΔF, определяемую соотношением
ΔF = Δx(1-b/2f).
3. Система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что в каждый оптический узел для смещения изображений введена пара одинаковых преломляющих клиньев, установленных между плоскими отражателями, причем первый после объектива клин обращен к объективу вершиной, а второй основанием, входная грань первого и выходная грань второго клина установлены под углом 45^o к отражающим поверхностям плоских отражателей, а главные сечения преломляющих клиньев размещены в одной плоскости с осями объективов. 4. Система по пп.1 3, отличающаяся тем, что первый и/или второй отражатели оптических узлов для смещения изображений выполнены в виде прямоугольной призмы с одним отражением. 5. Система по п.4, отличающаяся тем, что прямоугольная призма соединена с прилегающим к ней клином склейкой. 6. Система по п.4, отличающаяся тем, что прямоугольная призма и прилегающий к ней клин выполнены в виде монолита из одного оптически прозрачного материала.