DE1572682A1 - Optical system - Google Patents

Optical system

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DE1572682A1
DE1572682A1 DE19671572682 DE1572682A DE1572682A1 DE 1572682 A1 DE1572682 A1 DE 1572682A1 DE 19671572682 DE19671572682 DE 19671572682 DE 1572682 A DE1572682 A DE 1572682A DE 1572682 A1 DE1572682 A1 DE 1572682A1
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DE
Germany
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optical system
optical
electro
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axis
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DE19671572682
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German (de)
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Zhabotinsky Mark E
Zolin Vladimir F
Briskina Charus M
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INST RADIOTEKH ELEKTRON
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INST RADIOTEKH ELEKTRON
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B15/00Optical objectives with means for varying the magnification
    • G02B15/02Optical objectives with means for varying the magnification by changing, adding, or subtracting a part of the objective, e.g. convertible objective
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/03Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
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    • GPHYSICS
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    • G02F1/29Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection

Description

Optisches System Die Erfindung bezieht sich auf optische Vorrichtungen und betrifft optische Systeme mit veränderlicher Brennweite, die in Bildumwandlungssystemen und in Systemen zur Abtastung beweglicher Objekte benutzt werden. Optische Systeme mit veränderlicher Brennweite werden vielfach in Photo- und Filmkameras verwendet. Bei diesen optischen Systemen erfolgt die Änderung der Brennweite durch mechanische Verschiebung eines Teiles der Linsen des optischen Systems; Systeme dieser Art sind deshalb träge und eignen sich nicht für schnelles Umschalten. pLit der Erf indung soll dieser Nachteil beseitigt werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches System anzugebene bei dem eine Änderung der Brannweite 1-3 . praktisch trägheitslos durch Einwirkung eines elektrischen Feldes erfolgcn kann. Diese Aufgabe wird bei einem optischen System mit veränderlicher Brennweite erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Änderung der Brennweite mit Hilfe mindestens eines physikalischen Körpers mit elektrooptischem Effekt erfolgt, der als fokussierendes Element dient und in einem gesteuerten elektrischen Feld angeordnet ist; Der Brechungsindex dieses Körpers ändert sich unter der Einwirkung des elektrischen Feldes so, daß ein paralleles Lichtbündel im Brennpunkt des Systems fokussiert wird, wobei die Lage des Brennpunktes von der-Größe der zugeführten Spannung abhängt. Der.physikalische Körper mit elektrooptischem Effekt kann in.Form eines zylindrischen Kristalles ausgeführt äein, und das elektrische Feld kann mittels eines 6-Pol-Kondensators, dessen Symmetrieachse mit der Achse des Zylinders zusammenfällt, erzeugt werden. Der physikalische Körper mit elelctrooptischem Effekt kann auch aus einer Flüssigkeit bestehen, die in eine dielektrische Küvette zylindrischer Form mit durchsichtigen planparallelen Stirnflächen eingebracht wird. Das elektrische Feld kann auch in diesem Falle mit Hilfe eines 6-Pol-Kondensators erzeugt werden, dessen Symmetrieachse mit der Symmetrieachse der KÜvette zuzammenfällt. DI,# w.-Lrd nachstehend anhand von Ausführungs- belspielen unter Bezugnallge auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optischen Systems im Querschnitt; Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel des optischen Systems im Quersch-nitt; Fig. 3 das zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Systems im Längsschnitt; Fig. 4 das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemä-Ben optischen Systems im Längsschnitt.Optical System This invention relates to optical devices and to variable focus optical systems used in image conversion systems and in systems for scanning moving objects. Optical systems with variable focal lengths are widely used in photo and film cameras. In these optical systems, the focal length is changed by mechanically displacing part of the lenses of the optical system; Systems of this type are therefore sluggish and are not suitable for rapid switching. According to the invention, this disadvantage is to be eliminated. The invention is based on the object of specifying an optical system in which a change in the focal length 1-3 . can take place practically without inertia by the action of an electric field. In an optical system with a variable focal length, this object is achieved according to the invention in that the change in the focal length takes place with the aid of at least one physical body with an electro-optical effect, which serves as a focusing element and is arranged in a controlled electric field; The refractive index of this body changes under the action of the electric field in such a way that a parallel light beam is focused in the focal point of the system, the position of the focal point depending on the magnitude of the applied voltage. The physical body with electro-optical effect can be designed in the form of a cylindrical crystal, and the electric field can be generated by means of a 6-pole capacitor, the axis of symmetry of which coincides with the axis of the cylinder. The physical body with electro-optical effect can also consist of a liquid which is introduced into a dielectric cuvette of cylindrical shape with transparent, plane-parallel end faces. In this case too, the electric field can be generated with the aid of a 6-pole capacitor, the axis of symmetry of which coincides with the axis of symmetry of the cuvette. DI, # w.-Lrd below based on execution play more closely with reference to the drawings explained. 1 shows a first exemplary embodiment of an optical system according to the invention in cross section; 2 shows a second exemplary embodiment of the optical system in cross section; 3 shows the second embodiment of the optical system according to the invention in longitudinal section; 4 shows the first exemplary embodiment of the optical system according to the invention in a longitudinal section.

Das optische System enthält beim ersten Ausführungsbeispiel ein Gehäuse 1 (Fig. 1)3 in dem ein physikalischer Körper mit elektrooptischem Effekt in Form eines zylindrischen KDP- oder ADP-Kristalles 2 angeordnet ist. Der Kristall 2 ist in einem elektrischen Feld angeordnet, das durch einen 6-1>ol-Kondensator-3 erzeugt wird, dessen Symmetrieachse mit der Zylinderachse des obengenannten Kristalls zusammenfällt.In the first exemplary embodiment, the optical system contains a housing 1 (FIG. 1) 3 in which a physical body with an electro-optical effect in the form of a cylindrical KDP or ADP crystal 2 is arranged. The crystal 2 is arranged in an electric field which is generated by a 6-1> ol capacitor-3, the axis of symmetry of which coincides with the cylinder axis of the above-mentioned crystal.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel, enthält das optische System im Gehäuse 1 einen physikalischen Körper mit elektrooptischem Effekt, der aus einer Flüssigkeit 4 (Fig.2) besteht. Die Flüssigkeit (Nitrobenzol) befindet sich in einer zylindrischen dielektrischen Küvette 5 Mit Plan- 1)"irall.elen dii:r,clisi,elitifreil GIJ.rnflächen 6 und 7 (Fig D - 3). Die 1,iivet-te 5 ist in einem elektrischen Feld ang-eordn(,>ijl das, wie beim optischen System nacli Fig. 1, durch einen 5#, dessen Symmetrieachse mit der trieaclise der LUvette 5 zus,-j.mmenfällt, erzeugt wird.. Das Wirl#ungsprinzip des optischen Systems nach Clem ersten Ausfiihrungsbeispiel- besteht in folgrendem: Ein paralleles Lichtbündel (8 (Fig.11) fällt auf die Stirn- f1.:iche, 9 des Lristalles 2. Unter Einwirkung des elektri.- schen Feldes des 0-Pol.-Kond("nsatoi-f-, 3 wird die Größe des des Kristalles 2 (M#r US dient, so daß das im 10 des sammeA. Die GrZ3II.(.# _ler Brenn- weite hängt- von der G`rö13e der dein Kondensator 72 zugeführ- ten Spannung ab. Die Wirhungsweise des optischen Systems ist beim zweiten Ausfühningsbeispiel im wesentlichen die gleiche wie beim optischen System des ersten Ausführungsbeispiels. Bei einem Plattonabst-,and des 6-Pol-liloildenp#,-it-or-## von 1 "1,* einer I#ondenqa-tir"r-S1),-aniiiing von 15 kV --4.11(1 einer Länge deij KDP-Kristalles von 1,1- cm bcträGt die> Brennwelte des Systems ca. 10 m. Das erfindungsgemäße optische System eriiibgliclit auch die Schaffung eines achromabischen Sysbemsbei dem die Brennweite praktisch'trägheitslos geändert werden kann. Zu diesei.,1 Zweck werden mindestens zwei physikalische Körper mit eIel-,brooptischein Effekt in dem elektrischen P'eld -uigeordneb. Die Dispersion dieser liörper wird dabei so gewählt, daß die suiii.-Iiare chromatisulie Aberrauion im vorgegebenen Speküralbereich auf einen minimalen Wert zurückgeführt wird. Das erfindungsgemäße optische System gewährleistet eine praktisch trägheitslose (in einer Zeit von ca. 1 Mikrosekunde) Änderung #er Bildgröße eines unbeweglichen Objekts oder Bildes, eine bleibende Bildschärfe bei schnell beweglichen Objekten sowie eine schnelle Änderung der Abmessungen und des Abstiindes eines Bereiches der von dem SCähl eines Lasers getroffen werden soll.In the second exemplary embodiment, the optical system in the housing 1 contains a physical body with an electro-optical effect, which consists of a liquid 4 (FIG. 2). The liquid (nitrobenzene) is in a cylindrical dielectric cuvette 5 with plan- 1) "irall.elen dii: r, clisi, elitifreil GIJ.rnflächen 6 and 7 (Fig D - 3). The 1, iivet-te 5 is arranged in an electric field (,> ijl that, as in the optical system according to Fig. 1, by a 5 #, whose axis of symmetry coincides with the trieaclise of the LUvette 5 plus -j.mmenffalls, is generated .. The vortex principle of the optical system according to Clem first The exemplary embodiment consists of the following: A parallel bundle of light (8 (Fig. 11) falls on the forehead f1.:iche, 9 of the crystal 2. Under the influence of the electrical rule field of the 0-Pol.-Kond ("nsatoi-f-, 3 is the size of the of crystal 2 (M # r US serves so that the in the 10th of the sammeA. The GrZ3II. (. # _Ler burner width depends on the size of your capacitor 72 th voltage. The mode of operation of the optical system is in the second Ausfühningsbeispiel essentially the same as in optical system of the first embodiment. With a Plattonabst-, and the 6-Pol-liloildenp #, - it-or - ## of 1 "1, * an I # ondenqa-tir "r-S1), - aniiiing of 15 kV --4.11 (1 of a length deij KDP crystal of 1.1 cm carries the> focal worlds of the system approx. 10 m. The optical system according to the invention also enables the creation of an achromabic system in which the focal length can be changed practically without inertia. For this purpose, at least two physical bodies with an egg, brooptic effect are used in the electrical P'eld -uigeordneb. The dispersion of these bodies is chosen in such a way that the suiii.-Iiare chromatic aberration is reduced to a minimum value in the given specular range. The optical system according to the invention ensures a practically inertia-free (in a time of approx. 1 microsecond) change in the image size of an immovable object or image, permanent image sharpness in the case of rapidly moving objects and a rapid change in the dimensions and the distance of an area of the screen to be hit by a laser.

Claims (2)

Patentansprüche 1. Optisches System mib elekür(,opbisch veränderlicher Brennweite, dadurch ge #zennzeichne t 9 daß zur elektrooptischen Änderung der Brennweite mindestens ein den elektrooptischen Effekt besitzender una als fokussierendes Element dienender physikalischer Körper -innerhalb eines gesteuerten elektrischen Mehrpolfeldes, dessen Symmetrieachse mit der Längsachse des Körpers zusammenfällt, derart, angeordnet ist, da13 sich unter Einwirkung des elektriz;chen Feldes der Brechungsindex so verändert, daß ein paralleles LichtstrahlbÜndel auf einen Brennpunkt fokussiert wird, dessen Lage von der Größe des angelegten Feldes abhängt. Claims 1. An optical system MIB elekür (, opbisch variable focal length, characterized ge #zennzeichne t 9 that change the electro-optical focal length, at least one of the electro-optic effect owning una as the focusing element serving physical body -within a controlled electric Mehrpolfeldes, whose axis of symmetry with the longitudinal axis of the body collapses, is arranged in such a way that under the action of the electric field the refractive index changes in such a way that a parallel bundle of light rays is focused on a focal point, the position of which depends on the size of the applied field. 2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als physikalischer Körper mit elekLrooptir"eliein Effekt eLn zylindrischer Kristall (2) verwendi:.It wird tind daß das elektrische klehrpolfeld von einem 6-Pol-Kondensator (3) erzeugt wird, dessen Symmetrieachse ritt der Zylinderachse
2. Optical system according to claim 1, characterized in that a cylindrical crystal (2) is used as a physical body with an electrical optical effect: .It will be that the electrical klehrpole field from a 6-pole capacitor (3) is generated, whose axis of symmetry rode the cylinder axis
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3300226A1 (en) * 1982-01-07 1983-07-14 Canon K.K., Tokyo VARIO LENS
DE3534596A1 (en) * 1984-09-28 1986-04-03 Canon K.K., Tokio/Tokyo AFOCAL OPTICAL SYSTEM WITH VARIABLE MAGNIFICATION

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