CN1115385A - 光学系统的光阑装置 - Google Patents

Abstract

一种光阑装置，它包括一个具有上翼片和下翼片的光阑元件，上、下翼片都有调整光强用的切口部分。上翼片和下翼片可以相互交叉以在其间形成一个孔径。灰滤光片被安置在光阑元件上，以顺序地改变透过的光强。可防止由于光阑装置的小孔径尺寸而造成的衍射现象。而且，采用从其一端到另一端透射率呈连续变化的ND滤光片，可以制出结构简单且能进行精确调整的光学系统。

Description

光学系统的光阑装置

本发明涉及一种光学系统，特别是涉及一种光学系统所用的光阑装置。

在现有的光学系统中，诸如照相机、望远镜、摄录机等光学系统的结构设计，会由于光阑装置引起的衍射效应而受到很大限制。尤其当光束通过一狭缝区域时，必会产生这类衍射。在许多情况下，一些光学系统常常要利用狭缝区域接收光。于是，就有了美国专利No.5,148,315公开的一种减少光衍射的实例。以下将说明上述专利减少光衍射的方法和装置。

图1是表示减少光学系统衍射效应的现有方法和装置的侧视图。

如图1所示，具有平行侧面且对光的相位无影响的板14被放置在窄缝1的内侧。窄缝1的宽度A是一个高斯直径。接收光的屏幕2的一侧有一个消衍射透镜13。光通过消衍射透镜13后，依据所通过的区域而得到相应的相位滞后。这种相位滞后的详细情况是公知的。所以与其有关的公式的详细说明在此省略。一个与消衍射透镜13的假想衍射波前形状相对应的函数被表示为D(x)，它是一个表示关于Z轴对称公布的平滑曲线的函数。函数D(x)随变量x而变。为了找到光通过狭缝所形成的波前形状，并从而得到D(x)，可以采取利用一般光学书籍所记载的计算机模拟或精确光学函数的方法。初始形状的函数用F(x)表示。通过利用上述两个函数，可以得到超聚集透镜轮廓的函数S_L(X)。消衍射透镜可以根据这些公式进行设计。通过该方法设计的消衍射透镜补偿衍射效应的方法，就好比对卫星来说重力与离心力相互抵消了一样，因为卫星所受的这两个力大小相等，方向相反。即上述已有技术的发明为了抵消入射光通过狭缝1时所引起的相位差，而改变了入射到狭缝1的光之相位。于是，可以减少衍射效应。

在上述消衍射透镜中，存在有设计过程较为复杂且在使用消衍射透镜时狭缝的尺寸必须固定等缺陷。因此，这些缺点使该消衍射透镜难以用于多种光学系统的光阑装置中，尤其象照相机、摄录机等等一些要考虑光强受控问题的系统。

本发明的目的是提供一种减少光学系统光阑装置所产生的衍射的灰(ND)滤光片。

本发明的另一个目的是提供一种其上设置有灰(ND)滤光片的光学系统的光阑装置。

为了实现上述目的，本发明的带有灰滤光片的光学系统的光阑装置包括：

一光阑元件，包括有上翼片和下翼片，上、下翼片端部形成有用以控制光强的切口部分；所述上翼片和下翼片彼此相交，以在其间形成一个孔径；

一个设置在光阑元件上的灰滤光片，用以顺序地改变通过的光强。

这样，借助于使用本发明的带有ND滤光片的光阑装置，可以制成易于进行光强控制的光学系统，这是因为ND滤光片被分成了分别有不同透射率的多个区段。由于通过使用ND滤光片能够在光阑装置孔径不减小的情况下得到所需光强，所以可以防止由光阑装置的小孔径尺寸而引起的衍射。而且，采用从一端到另一端透射率连续变化的ND滤光片，能够简化光学系统结构，并可对其进行精确控制。

通过参考附图对本发明优选实施例进行详细说明，其上述目的及其它优点将变得更为清楚，其中：

图1是表示现有的减少衍射效应装置的侧视图；

图2是表示本发明一个实施例的带有ND滤光片的光阑装置的正视图；

图3是表示图2中带有透射率呈离散变化的ND滤光片的上翼片细部图；

图4是说明图2中带有ND滤光片的光阑装置的效果的视图；

图5是说明带有ND滤光片的光阑装置在不产生衍射的最小孔径状态下之效果的视图；

图6是表示带有透射率呈连续变化的ND滤光片的上翼片细部图。

本发明的优选实施例将参考附图进行说明。

图2是本发明一个实施例的带有灰(ND)滤光片的光阑装置的正视图。本发明实施例的光阑装置20包括：上翼片21、下翼片22和一个ND滤光片。切口部分23以相同的形状形成在上下翼片21和22各自的端头。当光阑装置20闭合时，上下翼片21和22可以彼此相交。ND滤光片24安置在上翼片21或下翼片22的后部。切口部分23的一端与ND滤光片24的一端重合。

图3是表示图2中带有透射率呈离散变化的ND滤光片的上翼片细部图。ND滤光片分成多个区段，比如四个区段A、B、C和D，它们的透射率各不相同。例如，A、B、C和D段的透射率分别为90％、70％、50％和30％。这些透射率仅仅是一种举例，也可以根据需要进行改变。改变时，相邻区段透射率之间的差值最好限制在20％之内。当差值大于20％时，可能会在这些区段的交界处产生衍射。

图4是说明图2中带有ND滤光片的光阑装置效果的视图，而图5是说明带有ND滤光片的光阑装置在不产生衍射的最小孔径状态下的效果视图。如图4所示，尽管光阑装置20的孔径大，经光阑装置20接收到的光强可以通过ND滤光片24的滤光而大大地降低，而且只要稍许减小光阑装置20的孔径尺寸就可显著地降低通过光阑装置20的光强。

尤其是，如果ND滤光片24没装配到其上，光阑装置20的孔径尺寸就应大大地减小才行。但是，若光阑装置20的孔径比图4所示的光阑装置的孔径小一些，则在光阑装置20孔径周围产生的衍射将急剧增大，从而使由通过光阑装置20孔径的光束聚焦而成的图象严重地变劣。

在本发明的克服了上述缺点的实施例，即带有ND滤光片的光阑装置中，稍许减小孔径的尺寸即可有效地控制光强。而且当光通过ND滤光片24的A区段与切口部分23中的非ND滤光片区域的交界处时，透射率为90％的A区段所形成的屏几乎不产生衍射。因此，透过孔径的光强得到有效地控制，而且防止了由于光阑装置20的孔径减小而产生的衍射。

在无滤光片的光阑装置中，图5的孔径尺寸表示一个临界尺寸。也就是说，当孔径尺寸比图5的孔径尺寸小时将会发生衍射；而当孔径尺寸比图5的孔径尺寸大时不会出现衍射现象。对于图5的情况，把没有滤光片的孔径尺寸与带有ND滤光片的孔径尺寸作比较，对于透过相同光强来讲，没有滤光片的孔径尺寸要比具有ND滤光片的孔径尺寸的一半还小。

但是，无滤光片的孔径尺寸不能小于临界尺寸，这是因为那会使衍射效应急剧增大，从而使透过无滤光片孔径的光束所成图象变劣。

与此同时，如图5所示，如果ND滤光片安置到上翼片21或下翼片22上，则由小孔径尺寸而引起的衍射要被大大地抑制住了，原因在于不通过大幅度减小孔径尺寸就能够任意地调整透过ND滤光片24的光强。

图6是带有透射率呈连续变化的ND滤光片的上翼片细部图。如图6所示，图中所示为透射率呈连续变化的ND滤光片34，它不同于透射率呈离散变化的ND滤光片24。也就是说，ND滤光片34是一个其透射率从光阑20底部34A到光阑20顶部34B逐渐减小的滤光片。比如，透射率从近于100％的透射率降到0％的透射率。

因此，由于光阑20顶部34B处的透射率近乎等于0％，所以甚至ND滤光片24的具有不同透射率的区段的交界处所发生的轻微衍射也被抑制住了。因为入射到光阑20的光强可连续地调整，由此可以更精确地控制图象。

这样，借助本发明的带有ND滤光片的光阑装置，可以构成一种易于控制光强的光学系统，因为ND滤光片被分成了多个透射率各不相同的区段。由于能够用ND滤光片来获得正好需要的光强而又不减小光阑装置的孔径，所以可以防止小的光阑装置孔径尺寸所引起的衍射现象。而且，使用透射率从一端到另一端连续变化的这样一种ND滤光片，可以做出结构简单且能进行精确控制的光学系统。

应该理解，对于本领域的普通技术人员来说，可以作出许多其它改型而不背离本发明的范围与构思。因此，前文的说明部分不是对所附权利要求书的限制，而所提出的权利要求包括了属于本发明的有专利新颖性的全部特征，并包括了对本领域的普通技术人员来讲会被视为等同物的全部特征。

Claims (5)

1、一种带有灰(ND)滤光片的光学系统的光阑装置，所述光阑装置包括：

一个包括有上翼片和下翼片的光阑元件，其中上、下翼片的端部形成有用以控制光强的切口部分，所述的上翼片和下翼片彼此相交以在其间形成一个孔径；

一个固装在所述光阑元件上的ND滤光片，用以改变通过的光强。

2、如权利要求1所述的光阑装置，其中所述ND滤光片固装在所述上翼片上，且其透射率从切口部分的中心部位到其固定部位递减。

3、如权利要求1所述的光阑装置，其中所述的ND滤光片固装在所述下翼片上，且其透射率从切口部分的中心部位到其固定部位递减。

4、如权利要求1所述的光阑装置，其中所述的ND滤光片被分成透射率呈离散变化的多个区段，且所述变化的透射率从切口部分的中心部位到ND滤光片的固定部位递减。

5、如权利要求1所述的光阑装置，其中所述的ND滤光片具有连续变化的透射率，所述透射率从切口部分的中心部位到ND滤光片的固定部位递减。

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