Панкратический объектив
Черных Н.Г.
студент гр.141151/02
кафедра ПУ, ТулГУ
В статье исследуется панкратический объектив. Приведены величины перемещений компонентов и соответствующие им изменения фокусных расстояний. Проводится расчет кулачкового механизма для необходимых перемещений компонентов объектива.
Ключевые слова: панкратический объектив, фокусное расстояния, кулачковый механизм.
Панкратические объективы с их способностью изменять фокусное расстояние оптической системы получили широкое применение как в гражданской сфере (фото- и видеосъёмка и др.), так и в военной (прицел ПТРК и др.) Четкость формируемого прицелом или видеокамерой изображения определяется качеством изображения, создаваемого панкратическим объективом на ПЗС-матрице. В настоящее время имеется большое количество разработок иностранных и отечественных компаний [2,3]. Отсюда следует актуальность создания компактных панкратических объективов с большим диапазоном изменения фокусного расстояния.
Изменение фокусного расстояния панкратического объектива происходит за счет осевого перемещения нескольких линз относительно плоскости изображения для плавного изменения эквивалентного фокусного расстояния объектива. Принципиальная схема панкратического объектива показана на рис. 1.
Рис. 1. Схема панкратического объектива:1- первая линза, 2- вторая линза, 3-кулачок.
С целью обеспечения изменения фокусного расстояния с 3,69мм до 159,69мм необходимо определить смещения подвижных групп линз 1 и 2. При этом использование графических методов построения хода лучей является нецелесообразным в виду нелинейности перемещения групп линз при линейном изменении фокусного расстояния. В связи с этим при помощи программных средств была проведена серия расчетов, позволяющих определить положение групп линз в характерных точках: минимального фокусного расстояния, максимального фокусного расстояния и в трех промежуточных положениях.
В результате получен график перемещения компонентов относительно изменения фокусного расстояние (Рис. 2.1) и (Рис. 2.2).
Рис. 2.1 График перемещения первого компонента относительно изменения фокусного расстояние
Рис. 2.2 График перемещения второго компонента относительно изменения фокусного расстояние
В задачу работы также входила разработка кулачкового механизма, обеспечивающего синхронное перемещение линз вдоль оптической оси. Особенностью панкратического объектива является то что, в процессе изменения фокусного расстояния линзы должны перемещаться не равномерно, что усложняет управление двигателем. Для обеспечения равномерности вращения двигателя необходимо обеспечить движение кулачков по криволинейным направляющим.
Для расчета кулачкового механизма были рассчитаны величины перемещения линз. Был получен график перемещений (Рис.3).
Рис. 3. График зависимость перемещений линз при вращении кулачка
С помощью следующей функции F(x)=a3x 3 + a2x 2 + a1x+a0 произведена аппроксимация.
Рассчитанные графики направляющих приведены на (Рис. 4.1) и (Рис. 4.2)
На основании рассчитанных графиков был спроектирован пространственный кулачковый механизм (Рис. 5.1) и (Рис. 5.2).
Полученный кулачок обеспечивает изменение фокусного расстояния панкратического объектива с 3,69мм до 159,69мм.
Погорельский С.Л. Прикладная оптика. Тула 2010.
Корпорация «САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд.» (KR), Крутман Семён Александрович (RU), Попов Михаил Вячеславович (RU), панкратический объектив.
Василенко Сергей Альбертович, зеркально-линзовый панкратический объектив.
Источник
Дискретный и панкратический микроскоп: в чем разница?
Покупка технического оборудования для узкоспециализированных целей – достаточно ответственная задача. Нужно не только четко понимать, в какой сфере оно будет использоваться, но также иметь хотя бы минимальное представление о технических характеристиках приобретаемого предмета. Начинающему пользователю бывает нелегко разобраться с длинным перечнем малопонятных терминов, призванных рассказать покупателю о свойствах такого товара. А разбираться в любом случае приходится. Ведь стоит немного промахнуться с выбором- и мы рискуем приобрести не совсем тот инструмент, который был так нужен нам в работе, учебе или любимом хобби. К сожалению, даже в сети недостаточно руководств, которые могли бы разъяснить значение хотя бы некоторых технических терминов простым и понятным языком. В этой статье мы поговорим о технических характеристиках микроскопов.
Итак, вы решили выбрать микроскоп, написали в поисковик необходимую фразу, нашли интернет магазин оптической техники… И вот, перед вами длинный список товарных карточек, представляющих различные модели. Школьные, лабораторные, цифровые, с монокулярными и бинокулярными насадками, с подсветкой и без; микроскопы, предназначенные для биологов, ювелиров, обычных школьников и просто любопытных исследователей. Некоторые термины оказываются интуитивно понятны даже несведущему пользователю. Но вот мы доходим до разделения микроскопов по типу объектива, и оказывается, что объективы у микроскопов бывают дискретными и панкратическими. Как это понимать и в чем разница между дискретным и панкратическим микроскопом?
На самом деле, все очень просто.
Если микроскоп дискретного типа — это значит, что его объектив имеет фиксированное фокусное расстояние. То есть, рассматриваемый объект приобретает необходимую резкость только если приблизить или удалить его настолько, насколько этого требует фокусное расстояние. Как правило, это делается путем передвижения объектива вверх и вниз с помощью специальных винтов регулировки. Обычно дискретные микроскопы оснащены несколькими объективами, имеющими разную кратность. Т.е. увеличения дискретного микроскопа зависит от установленного объектива. Это и является его главным отличием от пакратического микроскопа. Микроскопы дискретного типа были и остаются самыми распространенными. Они отлично подходят для учебных и исследовательских целей.
Микроскоп с дискретным объективом
Если микроскоп панкратического типа – это говорит о том, что его объектив оснащен зумом (переменная кратность). Преимущество пакратического объектива перед дискретным заключается в том, что один объектив с переменным фокусным расстоянием способен заменить несколько объективов с фиксированным фокусным расстоянием. Поэтому панрактические микроскопы, как правило, имеют только один объектив. Считается, что использование зума (переменная кратность) снижает качество изображения, но при современных технологиях панкратические объективы способны выдавать такое же высокое качество передаваемой «картинки», как и дискретные. Панкратические микроскопы в основном подходят для изучения не прозрачных объектов и имеют большое рабочее расстояние до 160 мм. Панкратические микроскопы отлично подходят для исследования мельчайших частиц. Их активно используют в ювелирных работах, микроэлектронике, часовом производстве.
Микроскоп с панкратическим объективом
Выбирать дискретный микроскоп или панкратический – во многом вопрос предпочтения или сферы деятельности. Если вы принципиально не доверяете цифровым технологиям и вас не смущает необходимость менять на вашем устройстве объективы, вам стоит выбрать дискретный микроскоп. А если вы не любите лишние хлопоты и не хотите ни на секунду отвлекаться от рабочего или исследовательского процесса – панкратический микроскоп полностью вас устроит. Тем более, что помимо типа объектива, существует еще довольно много деталей, отличающих микроскопы друг от друга. И если вдруг вы не сможете разобраться в их многообразии самостоятельно – вам с удовольствием помогут наши консультанты. Мы же со своей стороны надеемся, что эта статья помогла вам – и теперь вы точно знаете, в чем разница между дискретным и панкратическим микроскопом.
С полным ассортиментом микроскопов вы можете ознакомиться на нашем сайте в разделе Микроскопы.
Источник
Панкратическая система
Владельцы патента RU 2411557:
Панкратическая система содержит афокальную систему с переменным угловым увеличением и оптический блок. Афокальная система выполнена с возможностью работы в прямом и обратном ходе лучей и имеет расположенные вдоль оптической оси в прямом ходе лучей первую группу линз и вторую группу линз, выполненных с возможностью перемещения вдоль оптической оси. Оптический блок имеет третью группу линз и датчик. Оптический блок выполнен с возможностью перемещения в два положения. В первом положении оптический блок находится со стороны второй группы линз афокальной системы и излучение попадает в афокальную систему со стороны первой группы линз, проходит через афокальную систему в прямом ходе и попадает в оптический блок. Во втором положении оптический блок находится со стороны первой группы линз афокальной системы и излучение попадает в афокальную систему со стороны второй группы линз, проходит через афокальную систему в обратном ходе и попадает в оптический блок. Технический результат — создание компактной панкратической системы с увеличенной кратностью изменения фокусного расстояния и уменьшенными аберрациями. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области оптики, к системам с переменным фокусным расстоянием, а именно к панкратическим системам, и может применяться в видеокамерах, цифровых фотоаппаратах или подобных им оптоэлектронных устройствах, имеющих приемник изображения.
Панкратические системы широко распространены в настоящее время. Панкратическая система представляет собой оптическую систему с несколькими подвижными оптическими элементами для изменения основных характеристик (эффективного фокусного расстояния, угла обзора, линейного увеличения). Объективы с переменным фокусным расстоянием, входящие в состав панкратических систем, являются основными частями таких оптоэлектронных устройств как видеокамеры, цифровые фотокамеры, CCTV-камеры и другие. Общими требованиями, предъявляемыми к объективам являются: большая кратность изменения фокусного расстояния, большое относительно отверстие (светосила) и высокое качество изображения в пределах изменения фокусного расстояния, а также компактность. Вследствие сочетания таких трудносовместимых требований объектив представляет собой сложную оптическую систему с большим количеством линз. Для обеспечения продолжительного плавного изменения фокусного расстояния объектив содержит, по меньшей мере, две перемещаемые группы линз. Большая кратность изменения фокусного расстояния требует большего расстояния для перемещения групп и усложнения их конструкции. Таким образом, основная проблема при разработке объективов с изменяемым фокусным расстоянием заключается в совмещении различных оптических характеристик, качества изображения и малых размеров. Современные устройства с объективами, такие как профессиональные фотоаппараты или видеокамеры, требуют изображения очень высокого качества, близкого к дифракционному пределу. В то же время данные объективы должны обеспечивать большую кратность изменения фокусного расстояния и быть компактными.
В патенте США №7177092 [1] описан широкоугольный объектив с переменным фокусным расстоянием. Его эффективный диапазон изменения фокусного расстояния составляет 5.91
57.59 мм, а значит кратность изменения фокусного расстояния около 10 X . Данная оптическая система имеет 13 линз в пяти группах, и все группы выполнены с возможностью перемещения, обеспечивающего изменение фокусного расстояния. Общая длина (от первой поверхности до плоскости изображения) равна примерно 75 мм.
К недостаткам этого объектива можно отнести малую кратность изменения фокусного расстояния и большое число оптических групп, которое увеличивает габариты и усложняет конструкцию.
Наиболее близок к заявленному изобретению объектив из патента США №7085069 [2], который содержит 32 линзы в четырех группах, при этом вторая и четвертая группы выполнены с возможностью перемещения. Диапазон изменения фокусного расстояния составляет 6.78
175.69 мм, кратность изменения фокусного расстояния 26 X . При этом общая длина объектива равна 605 мм. Данный объектив выбран в качестве прототипа заявленного изобретения.
Недостатки прототипа [2] — большое число линз и значительная общая длина.
Задачей заявляемого изобретения является создание компактной панкратической системы с увеличенной кратностью изменения фокусного расстояния и уменьшенными аберрациями.
Поставленная задача решена путем создания панкратической системы, содержащей афокальную систему с переменным угловым увеличением и оптический блок, причем афокальная система выполнена с возможностью работы в прямом и обратном ходе лучей и имеет расположенные вдоль оптической оси в прямом ходе лучей первую группу линз и вторую группу линз, выполненных с возможностью перемещения вдоль оптической оси, а оптический блок имеет третью группу линз и датчик, причем оптический блок выполнен с возможностью перемещения в два положения, причем в первом положении оптический блок находится со стороны второй группы линз афокальной системы, при этом излучение попадает в авфокальную систему со стороны первой группы линз, проходит через афокальную систему в прямом ходе и попадает в оптический блок, а во втором положении оптический блок находится со стороны второй группы линз афокальной системы, при этом излучение попадает в афокальную систему со стороны второй группы линз, проходит через афокальную систему в обратном ходе и попадает в оптический блок.
Иными словами, технический результат достигается за счет использования афокальной системы, включающей в себя подвижные компоненты (группы линз), выполненные с возможностью плавного изменения углового увеличение системы, при этом в прямом ходе лучей афокальная система обеспечивает перепад видимых увеличений от гS до 1 X , а в обратном ходе лучей перепад увеличений от 1 X до 
таким образом, общий перепад увеличений составит
а также за счет использования оптического блока, в состав которого включены датчик изображения, оптический фильтр и объектив (группа линз), при этом оптический блок выполнен с возможностью перемещения в два положения, обеспечивающих в каждом положении фокусировку излучения на датчике изображения при прямом/обратном ходе лучей в афокальной системе.
Для функционирования панкратической системы имеет смысл, чтобы афокальная система дополнительно имела вдоль оптической оси четвертую группу линз, расположенную между первой и второй группой линз, первый отражающий элемент, расположенный перед первой группой линз по ходу излучения в прямом ходе лучей, второй отражающий элемент, расположенный за второй группой линз по ходу излучения в прямом ходе лучей, пятую группу линз, расположенную перед первым отражающим элементом по ходу излучения в прямом ходе лучей, и ограничитель апертуры, расположенный между первой и четвертой группами линз, а оптический блок дополнительно имеет фильтр, расположенный между третьей группой линз и датчиком.
Для функционирования панкратической системы важно, чтобы третья, четвертая и пятая группы линз были неподвижны.
Для функционирования панкратической системы важно, чтобы первый и второй отражающий элементы были выполнены в виде зеркал.
Для лучшего понимания заявленного изобретения далее приводится его подробное описание с соответствующим чертежом.
На чертеже — схема панкратической системы согласно изобретению:
(вид 1.1) в первом положении оптического блока и при прямом распространении света;
(вид 1.2) во втором положении оптического блока и при обратном распространении света.
Рассмотрим вариант выполнения панкратической системы, представленный на чертеже (вид 1.1). Панкратическая система содержит две основные части: афокальную систему 1 с изменяемым фокусным расстоянием и перемещающийся оптический блок 2. Афокальная система 1 имеет расположенные вдоль оптической оси в прямом ходе лучей пятую группу 3 линз, второе зеркало 4, осуществляющее поворот оптической оси на угол 90°, первую подвижную группу 5 линз, выполненную с возможностью перемещения вдоль оптической оси, ограничитель 6 апертуры, четвертую неподвижную группу 7 линз, вторую подвижную группу 8 линз, выполненную с возможностью перемещения вдоль оптической оси, первое зеркало 9, осуществляющее поворот оптической оси на угол 90°. Оптический блок 2 имеет третью группу 10 линз, фильтр 11 и датчик 12.
В первом положении (чертеж, вид 1.1) оптического блока 2 свет входит в панкратическую афокальную систему 1 через пятую группу 3 линз, отражается от второго наклонного зеркала 4, проходит через первую подвижную группу 5 линз, ограничитель 6 апертуры, четвертую неподвижную группу 7 линз и вторую подвижную группу 8 линз, затем отражается от первого наклонного зеркала 9 и достигает датчика 12, проходя через третью группу 10 линз (объектив) и фильтр 11. Панкратическая афокальная система 1 включает в себя две подвижные группы линз 5 и 8, которые обеспечивают изменение углового увеличения. Эффективное фокусное расстояние всей панкратической системы определяется в соответствии с выражением:
где ГS — угловое увеличение афокальной части 1 в прямом ходе лучей;
— эффективное фокусное расстояние объектива 10.
Элементы 5 и 8 при перемещении из начальных положений в направлении, обозначенном стрелками на Фиг.1, обеспечивают плавное изменение углового увеличения M (например, 0.1 X
1 X ). При этом перепад изменения фокусного расстояния всей панкратической системы, в соответствии с (1), также равна М.
После чего оптический блок 2 перемещается во второе положение, показанное на чертеже (вид 1.2). В этом состоянии панкратическая система функционирует в обратном ходе лучей, и ее угловое увеличение выражается как:
где ГR — угловое увеличение афокальной части 1 в обратном порядке.
В данном состоянии, подвижные группы линз 5 и 8 перемещаются из текущих положений (чертеж, вид 1.2) обратно в начальные положения (чертеж, вид 1.1) и также обеспечивают изменение углового увеличения м (1 X
10 X ). В соответствии с выражением (1) общее изменение величины фокусного расстояния всей панкратической системы в обратном ходе также равно M. Поэтому общий перепад фокусных расстояний заявленной системы с переменным фокусным расстоянием в обоих состояниях равен M 2 .
В заявленной панкратической системе в первом положении оптический блок 2 находится напротив второй подвижной группы 8 линз афокальной системы 1, при этом афокальная система 1 работает в прямом ходе лучей; а во втором положении оптический блок 2 находится напротив первой подвижной группы 5 линз афокальной системы, при этом афокальная система 1 работает в обратном ходе лучей. Таким образом, получают объектив с первым диапазоном изменения фокусного расстояния при первом положении оптического блока 2 и датчика 12 и первом направлении света, и объектив со вторым диапазоном изменения фокусного расстояния при втором положении оптического блока 2 и датчика 12 и противоположном направлении света.
Заявленная панкратическая система с переменным фокусным расстоянием обеспечивает перепад фокусных расстояний, равный M 2 , при этом ее габариты и число линз сравнимы с обычными системами с перепадом фокусных расстояний M. Таким образом, заявленная панкратическая система может применяться в видеокамерах для увеличения диапазона изменения фокусного расстояния, а также в цифровых фотоаппаратах для уменьшения числа линз и размеров при том же диапазоне изменения фокусного расстояния.
Хотя указанный выше вариант выполнения изобретения был изложен с целью иллюстрации настоящего изобретения, специалистам ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла настоящего изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.
1. Панкратическая система, содержащая афокальную систему с переменным угловым увеличением и оптический блок, причем афокальная система выполнена с возможностью работы в прямом и обратном ходе лучей и имеет расположенные вдоль оптической оси в прямом ходе лучей первую группу линз и вторую группу линз, выполненные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, а оптический блок имеет третью группу линз и датчик, причем оптический блок выполнен с возможностью перемещения в два положения, причем в первом положении оптический блок находится со стороны второй группы линз афокальной системы, при этом излучение попадает в афокальную систему со стороны первой группы линз, проходит через афокальную систему в прямом ходе и попадает в оптический блок, а во втором положении оптический блок находится со стороны первой группы линз афокальной системы, при этом излучение попадает в афокальную систему со стороны второй группы линз, проходит через афокальную систему в обратном ходе и попадает в оптический блок.
2. Панкратическая система по п.1, отличающаяся тем, что афокальная система дополнительно имеет вдоль оптической оси четвертую группу линз, расположенную между первой и второй группой линз, первый отражающий элемент, расположенный перед первой группой линз по ходу излучения в прямом ходе лучей и осуществляющий поворот оптической оси на 90°, второй отражающий элемент, расположенный за второй группой линз по ходу излучения в прямом ходе лучей и осуществляющий поворот оптической оси на 90°, пятую группу линз, расположенную перед первым отражающим элементом по ходу излучения в прямом ходе лучей, и ограничитель апертуры, расположенный между первой и четвертой группами линз, а оптический блок дополнительно имеет фильтр, расположенный между третьей группой линз и датчиком.
3. Панкратическая система по п.2, отличающаяся тем, что третья, четвертая и пятая группы линз являются неподвижными.
4. Панкратическая система по п.2, отличающаяся тем, что первый и второй отражающий элементы выполнены в виде зеркал.
Источник
