ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОТОКА ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК G03B9/02 

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.

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.

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.