RU2531851C2 - Afocal attachment for tv cameras and photographic cameras - Google Patents
Afocal attachment for tv cameras and photographic cameras Download PDFInfo
- Publication number
- RU2531851C2 RU2531851C2 RU2012144305/28A RU2012144305A RU2531851C2 RU 2531851 C2 RU2531851 C2 RU 2531851C2 RU 2012144305/28 A RU2012144305/28 A RU 2012144305/28A RU 2012144305 A RU2012144305 A RU 2012144305A RU 2531851 C2 RU2531851 C2 RU 2531851C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- component
- afocal
- equal
- menisci
- lens
- Prior art date
Links
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 claims abstract description 12
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 4
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Lenses (AREA)
Abstract
Description
Область изобретенияField of Invention
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.The invention relates to the field of optical instrumentation, namely to afocal nozzles designed to increase the focal length of the lenses of television cameras and cameras in order to ensure high spatial resolution during registration of objects.
Уровень техникиState of the art
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).Known 4-lens afocal nozzle with an angular magnification of 1.5 times for the lenses of cameras with the internal position of the entrance pupil (patent 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.The afocal nozzle contains a positive two-lens bonded component and a negative two-lens bonded component. The disadvantage of this nozzle is the relatively small, not exceeding 1.5 times, angular increase. To achieve large values of increase, the mass of the first glued component, made in the form of gluing two lenses, increases sharply.
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.The 5-fold Galilean telescopic system is known for observing objects by humans (Carmen Menchaca and Daniel Malacara Design of Galilean-type telescope systems, APPLIED OPTICS / Vol.27, No.17 / 1 September 1988, pp.3715-3718). A significant limitation when using this system as an afocal lens for photo and television lenses is the small exit pupil diameter not exceeding 8 mm.
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).The closest in technical essence is a 3-lens afocal nozzle with an angular magnification of G = 1.71 times, designed for camcorder lenses (patent RU 2067309 C1, 09/27/2006, G02B 15/12; it is also adopted as a prototype).
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.This afocal nozzle with an angular magnification of 1.71 times contains two components, the first positive component made in the form of a single biconvex lens, and the second negative component consists of a positive meniscus facing a concave surface to the object and a single negative lens.
Угловое поле в пространстве изображений прототипа 2W′=7°. Угловое поле в пространстве объектов определяется увеличением насадки и составляет для прототипа
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
В таблице 1 для прототипа для разных угловых полей представлены значения угловых размеров пятен рассеяния в пространстве изображений и в пространстве объектов.Table 1 for the prototype for different angular fields presents the values of the angular dimensions of the spots of scattering in the space of images and in the space of objects.
угл.град.
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.This nozzle has the following disadvantages: low resolution over the image field and, due to the small angular increase, low resolution in the space of objects, as well as a small relative aperture.
Повысить разрешение в пространстве объектов можно за счет повышения углового увеличения. Однако коррекционные возможности прототипа ограничены увеличением 1,71 крат.You can increase the resolution in the space of objects by increasing the angular increase. However, the correction capabilities of the prototype are limited to an increase of 1.71 times.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
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:To eliminate these shortcomings in the afocal nozzle, consisting of two components, in which the first component is positive and made in the form of a single positive lens (1), and the second component is negative and made in the form of a single negative lens (4), in addition to the first component a single-magnification afocal correction component is introduced, located on the optical axis between the positive lens (1) and the negative lens (4), and made in the form of sequentially located along the rays a concave-convex negative meniscus (2) and a convex-concave positive meniscus (3) with equal optical powers touching convex surfaces, the focal lengths of menisci (2) and (3) being equal to the focal length of the positive lens (1) of the first component :
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:the distance between the positive lens (1) of the first component and the point of contact of the surfaces of the menisci (2) and (3) of the afocal correction component is equal to half the focal length of the positive lens (1) of the first component:
расстояние между менисками:meniscus distance:
d2,3=0;d 2,3 = 0;
фокусное расстояние отрицательной линзы (4) второго компонента равно:the focal length of the negative lens (4) of the second component is equal to:
и она удалена от точки касания поверхностей менисков (2) и (3) афокального коррекционного компонента на расстояние:and it is removed from the point of contact of the surfaces of the menisci (2) and (3) of the afocal correctional component at a distance:
где Г - увеличение афокальной насадки.where G is the increase in the afocal nozzle.
Данные формулы получены без учета толщин линз, т.е. для тонких оптических компонентов. Для компонентов с реальными толщинами эти формулы являются приближенными.These formulas are obtained without taking into account the thickness of the lenses, i.e. for thin optical components. For components with real thicknesses, these formulas are approximate.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг.1 представлена оптическая схема афокальной насадки с 5-кратным угловым увеличением в соответствии с настоящим изобретением.Figure 1 presents the optical diagram of the afocal nozzle with a 5-fold angular magnification in accordance with the present invention.
На фиг.2 представлено распределение энергии E(W) в угловом пятне рассеяния в пространстве объектов ΔW для осевого пучка лучей W=0°.Figure 2 shows the energy distribution E (W) in the angular scattering spot in the space of objects ΔW for the axial beam of rays 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°.Figure 3 shows the energy distribution E (W) in the angular scattering spot in the space of objects ΔW for an off-axis beam of rays 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°.Figure 4 shows the energy distribution E (W) in the angular spot of scattering in the space of objects ΔW for an off-axis beam of rays W = 0.7 °.
В качестве примера предлагаемой афокальной насадки приводится насадка 5-кратного увеличения.As an example of the proposed afocal nozzle is a nozzle 5-fold increase.
Параметры компонентов насадки с увеличением 5 крат, рассчитанные по формулам для тонких оптических компонентов:Parameters of nozzle components with a magnification of 5 times, calculated by the formulas for thin optical components:
фокусное расстояние насадки 1, 2, 3, 4:focal length of the
f′=∞;f ′ = ∞;
фокусное расстояние положительной линзы (1) первого компонента:the focal length of the positive lens (1) of the first component:
расстояние между положительной линзой (1) первого компонента и точкой касания поверхностей менисков (2) и (3) афокального коррекционного компонента (2, 3):the distance between the positive lens (1) of the first component and the point of contact of the surfaces of the menisci (2) and (3) of the afocal correction component (2, 3):
фокусное расстояние отрицательного мениска (2) афокального коррекционного компонента (2, 3):focal length of the negative meniscus (2) of the afocal correctional component (2, 3):
фокусное расстояние положительного мениска (3) афокального коррекционного компонента (2, 3):focal length of the positive meniscus (3) of the afocal correctional component (2, 3):
расстояние между менисками (2) и (3):distance between menisci (2) and (3):
d2,3=0;d 2,3 = 0;
фокусное расстояние афокального коррекционного компонента (2, 3):focal length of the afocal correctional component (2, 3):
f′2,3=∞;f ′ 2,3 = ∞;
расстояние между точкой касания поверхностей менисков (2) и (3) афокального коррекционного компонента и отрицательной линзой (4) второго компонента:the distance between the point of contact of the surfaces of the menisci (2) and (3) of the afocal correctional component and the negative lens (4) of the second component:
фокусное расстояние отрицательной линзы (4) второго компонента равно:the focal length of the negative lens (4) of the second component is equal to:
В таблице 2 представлены конструктивные параметры предлагаемой насадки, оптическая схема которой приведена на фиг.1.Table 2 presents the design parameters of the proposed nozzle, the optical scheme of which is shown in figure 1.
Параметры компонентов насадки с реальными толщинами элементов: фокусное расстояние насадки (1), (2), (3), (4):Parameters of nozzle components with real thicknesses of elements: focal length of nozzle (1), (2), (3), (4):
фокусное расстояние положительной линзы (1) первого компонента:the focal length of the positive lens (1) of the first component:
расстояние между положительной линзой первого компонента (1) и точкой касания поверхностей менисков (2) и (3) афокального коррекционного компонента (2, 3):the distance between the positive lens of the first component (1) and the point of contact of the surfaces of the menisci (2) and (3) of the afocal correction component (2, 3):
d1,2=102 мм;d 1.2 = 102 mm;
фокусное расстояние отрицательного мениска (2) афокального коррекционного компонента (2, 3):focal length of the negative meniscus (2) of the afocal correctional component (2, 3):
фокусное расстояние положительного мениска (3) афокального коррекционного компонента (2, 3):focal length of the positive meniscus (3) of the afocal correctional component (2, 3):
расстояние между менисками (2) и (3):distance between menisci (2) and (3):
d2,3=0;d 2,3 = 0;
фокусное расстояние афокального коррекционного компонента (2, 3):focal length of the afocal correctional component (2, 3):
расстояние между точкой касания поверхностей менисков (2) и (3) афокального коррекционного компонента и отрицательной линзой (4) второго компонента:the distance between the point of contact of the surfaces of the menisci (2) and (3) of the afocal correctional component and the negative lens (4) of the second component:
d3,4=77 мм;d 3.4 = 77 mm;
фокусное расстояние отрицательной линзы (4) второго компонента равноthe focal length of the negative lens (4) of the second component is
увеличение афокальной насадкиan increase in the afocal nozzle
Г=5x.G = 5 x .
Как следует из приведенных параметров компонентов насадки, они близки к теоретическим параметрам.As follows from the given parameters of the nozzle components, they are close to theoretical parameters.
Расчет афокальной насадки 5-кратного увеличения проведен для таких же угловых полей в пространстве изображений, как и у прототипа, но при увеличенном относительном отверстии:Calculation of the afocal nozzle 5-fold increase was carried out for the same angular fields in the image space as the prototype, but with an increased relative aperture:
спектральный диапазон Δλ=486…610 нм;spectral range Δλ = 486 ... 610 nm;
угловое поле в пространстве изображений - 2W′=7°;angular field in the space of images - 2W ′ = 7 °;
относительное отверстие
При этом из-за углового увеличения предлагаемой насадки Г=5x угловое поле в пространстве объектов -
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).Figure 2, 3 and 4 presents graphs of the energy distribution in the angular spot scattering nozzles in the space of objects for angular fields W = 0 °, W = 0.36 ° and W = 0.1 °. From these graphs it follows that according to the energy level E = 0.7 in the space of objects, the angular size of the scattering spot at W = 0 ° is 2ΔW = 0.06 arc.min. (in the space of images 2ΔW ′ = 0.3 arcmin), at W = 0.36 ° it is equal to 2ΔW = 0.36 arcmin (in the space of images 2ΔW ′ = 1.8 arc min) and W = 0, 7 ° is equal to 2ΔW = 3 arcmin (in the space of images 2ΔW ′ = 15 arc min).
В таблице 3 приведены значения углового размера пятна рассеяния предлагаемой насадки 2ΔW в пространстве изображений для заданного углового поля W′ и в пространстве объектов
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.From a comparison of tables 1 and 3, it follows that in the space of objects, the angular resolution of the proposed nozzle of 5-fold increase in the center of the field is increased 5 times, in the middle of the field - almost 10 times, and at the edge of the field - almost 4 times. In this case, the relative aperture is increased 1.6 times, which confirms the positive effect of the present invention.
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.Professionals in the art will understand that with this approach to the technical task that this solution provides, afocal nozzles can also be obtained with a different magnification, in addition to the above 5-fold magnification, considered by a specific example - i.e. with this approach to the constructive implementation of the afocal nozzle, the above choice of certain lenses, the above choice of their specific focal lengths, the above choice of certain distances between them, but by changing the increase in the G afocal nozzle to a different number of times.
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».The presence of features that distinguish the proposed nozzle from the prototype confirms the compliance of this proposal with the criterion of "novelty", namely, such a combination of all the features of the device, not known from the scientific, technical and patent literature, indicates compliance with the criterion of "inventive step".
Claims (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:
расстояние между менисками (2) и (3) равно:
d2,3=0;
фокусное расстояние отрицательной линзы (4) второго компонента равно:
и она удалена от точки касания поверхностей менисков (2) и (3) афокального коррекционного компонента на расстояние:
где Г - увеличение афокальной насадки. An afocal nozzle consisting of two components, in which the first component is positive and made in the form of a single positive lens (1), and the second component is negative and made in the form of a single negative lens (4), characterized in that the first component is additionally introduced afocal correction component of a single increase, located on the optical axis between the positive lens (1) and the negative lens (4) and made in the form of concave-convex sequentially arranged along the rays negative meniscus (2) and convex-concave positive meniscus (3) with equal optical powers touching convex surfaces, and the focal lengths of menisci (2) and (3) are equal to the focal length of the positive lens (1) of the first component:
the distance between the positive lens (1) of the first component and the point of contact of the surfaces of the menisci (2) and (3) of the afocal correction component is equal to half the focal length of the positive lens (1) of the first component:
the distance between menisci (2) and (3) is equal to:
d 2,3 = 0;
the focal length of the negative lens (4) of the second component is equal to:
and it is removed from the point of contact of the surfaces of the menisci (2) and (3) of the afocal correctional component at a distance:
where G is the increase in the afocal nozzle.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012144305/28A RU2531851C2 (en) | 2012-10-18 | 2012-10-18 | Afocal attachment for tv cameras and photographic cameras |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012144305/28A RU2531851C2 (en) | 2012-10-18 | 2012-10-18 | Afocal attachment for tv cameras and photographic cameras |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012144305A RU2012144305A (en) | 2014-04-27 |
| RU2531851C2 true RU2531851C2 (en) | 2014-10-27 |
Family
ID=50515160
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012144305/28A RU2531851C2 (en) | 2012-10-18 | 2012-10-18 | Afocal attachment for tv cameras and photographic cameras |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2531851C2 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2067309C1 (en) * | 1993-07-30 | 1996-09-27 | Владимир Ильич Савоскин | Afocal attachment |
| RU76723U1 (en) * | 2007-02-02 | 2008-09-27 | Открытое Акционерное Общество "Пеленг" | TELESCOPIC EXPANDER OF LASER BEAM |
| US20090213473A1 (en) * | 2004-08-09 | 2009-08-27 | Edwards D Brandon | Telescopes for simultaneous clear viewing of objects and areas both near and distant |
| RU2397518C1 (en) * | 2009-06-24 | 2010-08-20 | Евгений Александрович Терешин | Four-component telescope with two magnification power values for far infrared spectrum |
| RU2400786C2 (en) * | 2008-12-31 | 2010-09-27 | Учреждение Российской академии наук Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения РАН | Infrared telescope for far infrared spectrum with remote exit pupil and two magnification power values |
-
2012
- 2012-10-18 RU RU2012144305/28A patent/RU2531851C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2067309C1 (en) * | 1993-07-30 | 1996-09-27 | Владимир Ильич Савоскин | Afocal attachment |
| US20090213473A1 (en) * | 2004-08-09 | 2009-08-27 | Edwards D Brandon | Telescopes for simultaneous clear viewing of objects and areas both near and distant |
| RU76723U1 (en) * | 2007-02-02 | 2008-09-27 | Открытое Акционерное Общество "Пеленг" | TELESCOPIC EXPANDER OF LASER BEAM |
| RU2400786C2 (en) * | 2008-12-31 | 2010-09-27 | Учреждение Российской академии наук Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения РАН | Infrared telescope for far infrared spectrum with remote exit pupil and two magnification power values |
| RU2397518C1 (en) * | 2009-06-24 | 2010-08-20 | Евгений Александрович Терешин | Four-component telescope with two magnification power values for far infrared spectrum |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012144305A (en) | 2014-04-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11320634B2 (en) | Optical assembly for a compact wide field of view digital camera with low first lens diameter to image diagonal ratio | |
| US10739561B1 (en) | Optical assembly for a compact wide field of view digital camera with high MTF | |
| KR102080544B1 (en) | Electronic device | |
| US11754809B2 (en) | Optical assembly for a wide field of view point action camera with low field curvature | |
| TWI601994B (en) | Optical lens set, image capturing device and electronic device | |
| TWI470266B (en) | Optical imaging lens assembly and optical imaging device | |
| US9372325B2 (en) | Photographic lens optical system | |
| US9091843B1 (en) | Optical assembly for a wide field of view point action camera with low track length to focal length ratio | |
| TWI436124B (en) | Optical imaging lens assembly | |
| US9316808B1 (en) | Optical assembly for a wide field of view point action camera with a low sag aspheric lens element | |
| US10901189B2 (en) | Optical assembly for a compact wide field of view digital camera with low lateral chromatic aberration | |
| US9316820B1 (en) | Optical assembly for a wide field of view point action camera with low astigmatism | |
| TWI541540B (en) | Photography optical lens assembly, image capturing device and mobile terminal | |
| US20180210170A1 (en) | Infrared photographic lens optical system | |
| US9715084B2 (en) | Photographic lens optical system | |
| JP2015111192A5 (en) | ||
| TWI438472B (en) | Lens module system | |
| TWI422857B (en) | Photographing optical lens assembly | |
| US9256051B2 (en) | Photographic lens optical system | |
| US10386604B1 (en) | Compact wide field of view digital camera with stray light impact suppression | |
| JP2016045310A5 (en) | ||
| US9297986B2 (en) | Wide angle lens system and electronic apparatus having the same | |
| US10539768B2 (en) | Rear converter optical system and imaging apparatus including the same | |
| JP2014056133A5 (en) | ||
| RU2531851C2 (en) | Afocal attachment for tv cameras and photographic cameras |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151019 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20171204 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191019 |