Жидкокристаллическая диафрагма для оптических систем

 

Использование: в оптических системах фотоаппаратов, видеокамер для управления световым потоком. Сущность изобретения: диафрагма содержит концентрические кольцевые зоны из жидких кристаллов, причем площадь каждой следующей зоны в 2 раза больше предыдущей. Управляющие клеммы жидкокристаллических зон соединены с информационными выходами аналого-цифрового преобразователя (АЦП) так, что зона наименьшей площади подключена к выходу младшего двоичного разряда, следующая зона к выходу следующего разряда и т.д. На входе АЦП действует напряжение, пропорциональное величине светового потока. Цифровой сигнал на выходе АЦП управляет светопропусканием концентрических зон по принципу двоично-взвешенного кодирования, изменяя тем самым светопропускание всей диафрагмы, установленной в плоскости апертуры оптической системы. 1 ил.

Изобретение относится к фотокинотехнике и может быть использовано для автоматического регулирования светового потока, например в объективах фото- или видеокамер.

Известны различные типы диафрагм для фотоаппаратов. Наиболее широко распространены ирисовые механические диафрагмы. Основной недостаток этих диафрагм большие габаритные размеры как самой диафрагмы, так и приводов автоматического управления [1] Известны также фильтры, ограничивающие световой поток, выполненные на основе электрохромных и фотохромных материалов [2, 3] Эти фильтры оказывают отрицательное воздействие на качество изображения. Избавлены от недостатков перечисленных устройств жидко- кристаллические диафрагмы, относящиеся к устройствам дискретного действия. В этих диафрагмах тонкий слой жидкого кристалла разбит на несколько зон, управляемых отдельно. Последовательное включение зон ступенчато изменяет световой поток, проходящий через диафрагму. Например, если зоны выполнены в виде концентрических колец, то, включая определенные зоны, можно управлять диаметром центральной светопропускающей зоны [4] Наиболее близким по технической сущности является индикатор установки апертуры для фотоаппарата [5] состоящий из концентрических зон из жидких кристаллов, преобразователя цифровых кодов, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и датчика светового потока. Для образования в пределах зон равномерного электрического поля на контактных кольцах имеются радиально расположенные штырьки. Управляющее напряжение на электроды подается с кодирующего устройства, которое подключено к АЦП, напряжение на входе которого пропорционально величине светового потока, падающего на датчик светового потока. Светоограничение достигается последовательным включением внешних контактных колец, начиная с крайней от центра зоны, в цепь источника питания. Чем больше требуется перекрыть световой поток, тем большее количество зон включается в цепь, уменьшая тем самым световой диаметр центральной светопропускающей зоны.

Недостатком известного устройства является низкая точность и плавность регулирования светового потока. Например, если устройство содержит 4 зоны из жидких кристаллов, то ступеней градации светового потока 5 (от полного открытия до включения всех зон светоограничения). Следовательно, если требуется ограничить световой поток на заданную величину (или с заданным коэффициентом), то ближайшее к требуемому значение светоограничения из-за грубости квантования может сильно отличаться от требуемого (до 1/2 ступени квантования).

Целью изобретения является повышение точности и плавности регулирования светового потока.

Цель достигается тем, что размеры концентрических зон рассчитывают таким образом, что их площади последовательно увеличиваются в 2 раза. Управление светопропусканием зон осуществляют по принципу двоичного кодирования. Например, диафрагма содержит 4 концентрические зоны. Первая (наименьшая по площади) вносит вклад в общее светоограничение, пропорциональный первому двоичному разряду 0001 числа 15₁₀ 1111₂. Иначе говоря, она ограничивает световой поток на 1/15 от всего светоограничения диафрагмы. Вторая по площади зона больше первой в 2 раза, поэтому ее вклад в общее светоограничение пропорционален второму двоичному разряду 0010 числа 15₁₀ 1111_2. Эта зона ограничивает световой поток на 2/15 от всего светоограничения диафрагмы. Следующие третья и четвертая зоны ограничивают световой поток на 4/15 и 8/15 соответственно. Таким образом, управляя процессом выборочного включения зон, можно выбрать любой коэффициент ограничения светового потока от 1 до 1/15. Очевидно, что число ступеней квантования светового потока у предлагаемой диафрагмы (в рассмотренном примере 15, включая полное открытие) существенно больше, чем у прототипа (5, для того же количества зон). Следовательно, возрастает плавность регулирования светового потока. Так как с увеличением числа ступеней квантования шаг квантования уменьшается, то повышается точность квантования. Тот факт, что при работе диафрагмы происходит выборочное включение зон, не приводит к потере качества изображения. Диафрагмирование подобным образом (аподизация) даже улучшает качество изображения для регистраторов на основе приборов с зарядовой связью.

На чертеже показана структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит датчик 1 интенсивности светового потока, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 2. Число информационных выходов АЦП 2 соответствует числу зон жидкокристаллической диафрагмы 3. Общий выход АЦП 2 подключен к внутренним контактным кольцам концентрических жидкокристаллических зон диафрагмы 3, установленной в плоскости апертурной диафрагмы оптической системы. Внешнее контактное кольцо концентрической зоны наименьшей площади 3.1 соединено с выходом 2.1 АЦП (выходом младшего разряда). Каждая следующая концентрическая зона 3.i (i 2 N) в 2 раза по площади больше предыдущей 3.i 1 и внешним контактным кольцом соединена с выходом 2.i АЦП.

Работает устройство следующим образом. Напряжение на выходе датчика 1 интенсивности светового потока пропорционально величине того светового потока, который необходимо ограничить. Это напряжение поступает на вход АЦП 2, на выходе которого формируется цифровой сигнал, пропорциональный величине светового потока. Двоичные разряды сигнала на выходах 2.i (i 1 N) АЦП 2 управляют светопропусканием концентрических жидкокристаллических зон 3.i (i 1 N) диафрагмы 3. Логический "0" делает зоны прозрачными, логическая "1" светонепроницаемыми. Чем больше световой поток, падающий на датчик 1, тем больше величина цифрового сигнала на выходах АЦП 2, следовательно, включается большее количество концентрических жидкокристаллических зон диафрагмы 3 или же включаются зоны большей площади. Например, для случая, когда число зон диафрагмы и выходов АЦП равно 4, цифровой сигнал 0101 на выходе АЦП 2 включает зоны 3.1 и 3.3 и приводит к ограничению светового потока на 1/15+ + 4/15 5/15. Если световой поток увеличится, то цифровой сигнал тоже увеличится и будет равен, к примеру, 1100, что ограничивает световой поток на 4/15 + 8/1512/15.

Основное достоинство данного предложения по сравнению с прототипом состоит в повышении точности и плавности регулирования светового потока, что достигается переходом к двоично-взвешенному принципу управления жидкокристаллическими зонами, каждая из которых последовательно в 2 раза больше по площади предыдущей. Конкретные значения выигрыша в точности и плавности регулирования определяются уменьшением шага квантования светового потока и зависят от количества концентрических зон в диафрагме. Например, для 5 зон шаг квантования в прототипе равен примерно 1/5 максимального светового потока, а у предлагаемого устройства этот шаг составит 1/2 1/32, т.е. шаг квантования уменьшается в 6,4 раза без увеличения числа зон и усложнения схемы. Более плавное и точное регулирование светового потока приводит к улучшению качества регистрируемого изображения, в частности к повышению контраста, лучшей передаче полутонов. Кроме того, поскольку количество зон жидкокристаллической диафрагмы соответствует количеству выходов АЦП, нет необходимости в дополнительном преобразователе выходного кода АЦП, что существенно упрощает конструкцию устройства. Преимущества заявляемого устройства в простоте, а также точности и плавности регулирования светового потока.

Формула изобретения

ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ ДИАФРАГМА ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ, содержащая концентрические кольцевые зоны из жидких кристаллов, затемняющихся при приложении напряжения, ограниченные кольцевыми электродами с радиально расположенными штырьками, а также аналого-цифровой преобразователь (АЦП), вход которого соединен с датчиком светового потока, отличающаяся тем, что площадь каждой следующей концентрической зоны в два раза больше площади предыдущей, электроды напрямую подключены к выходам АЦП так, что увеличение разрядности выходов АЦП соответствует увеличению площадей концентрических зон, а количество электродов соответствует количеству выходов АЦП.

РИСУНКИ

Рисунок 1