RU2066061C1

RU2066061C1 - Anamorphotic afocal system

Info

Publication number: RU2066061C1
Application number: RU93051942A
Authority: RU
Inventors: Я.Б. Розвал; В.И. Савоскин; А.И. Разин; Г.Г. Прозорова
Original assignee: Московское конструкторское бюро "Электрон"
Priority date: 1993-11-16
Filing date: 1993-11-16
Publication date: 1996-08-27

Abstract

FIELD: television and filming optics. SUBSTANCE: anamorphotic afocal system consists of two cylindrical components of which first one is positive component made of cylindrical positive meniscus facing image with concavity and of doubly-cemented cylindrical positive lens composed of negative meniscus and biconcave lens and second one is cylindrical negative doubly-cemented component composed of positive meniscus and biconcave lens. EFFECT: improved functional efficiency. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области телевизионной и киносъемочной оптики, а именно, к анаморфотным оптическим системам, предназначенным для преобразования формата изображения, например, 4:3 в 16:9 или в 1:1 и может быть использовано в профессиональной, любительской телекинофотоаппаратуре и, в частности, для вариообъективов передающих телевизионных камер, работающих как при на передающих трубках, например, с размером кадра 8,8 х 6,6 мм², так и на приборах с зарядовой связью. В последнем случае это особенно важно, так как в приборе с зарядовой связью электронное преобразование формата затруднено.The invention relates to the field of television and film optics, namely, to anamorphic optical systems designed to convert the image format, for example, 4: 3 to 16: 9 or 1: 1 and can be used in professional, amateur television and photo equipment and, in particular , for zoom lenses of transmitting television cameras operating both with transmitting tubes, for example, with a frame size of 8.8 x 6.6 mm ² , and with charge-coupled devices. In the latter case, this is especially important, since in a charge-coupled device, electronic format conversion is difficult.

Известны конструкции анаморфотных оптических систем (вариообъективы, насадки), применяемые для изменения формата изображения. Так, например, в конструкции (1), в которой для преобразования формата изображения 4:3 в 16:9 перед передним компонентом вариообъектива установлена трехлинзовая афокальная группа цилиндрических линз, из которых первая отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, вторая двояковогнутая, третья - двояковыпуклая, причем вторая линза, связанная с линзовым элементом варианта объектива промежуточной механической связью, перемещается вместе с компонентом вариатора для фокусировки объектива. К недостаткам анаморфотной оптической системы следует отнести сложность механизма фокусировки и значительные массогабаритные параметры цилиндрической группы линз из-за фронтального расположения анаморфотной системы. Known designs of anamorphic optical systems (zoom lenses, nozzles) used to change the image format. So, for example, in design (1), in which, to convert a 4: 3 image format to 16: 9, a three-lens afocal group of cylindrical lenses is installed in front of the front component of the zoom lens, of which the first negative meniscus faces the concavity of the image, the second is biconcave, and the third biconvex, the second lens associated with the lens element of the lens variant by intermediate mechanical connection, moves with the variator component to focus the lens. The disadvantages of the anamorphic optical system include the complexity of the focusing mechanism and the significant weight and size parameters of the cylindrical group of lenses due to the frontal arrangement of the anamorphic system.

Известна также принципиальная схема анаморфотной насадки (2), состоящей из положительного и отрицательного цилиндрических компонентов, расположенных между объективом и изображением, т.е. в сходящемся пучке лучей. Недостатком конструкции, разрабатываемой по данной принципиальной схеме, является сложность механизма фокусировки и необходимость выполнения анаморфотной насадки из линз с торическими поверхностями для лучшей аберрационной коррекции насадки в сходящемся пучке лучей. Also known is a schematic diagram of an anamorphic nozzle (2), consisting of positive and negative cylindrical components located between the lens and the image, i.e. in a converging beam of rays. The disadvantage of the design developed according to this principle scheme is the complexity of the focusing mechanism and the need to perform anamorphic nozzle from lenses with toric surfaces for better aberration correction of the nozzle in a converging beam of rays.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является анаморфотная афокальная насадка (3), содержащая два цилиндрических компонента, из которых первый выполнен из одиночного полиэтиленового мениска, обращенного вогнутостью к изображению, и расположенной вслед за ним двухсклеенной отрицательной линзы, состоящей из положительного мениска, обращенного вогнутостью к объекту и двояковогнутой линзы, второй положительный двухсклеенный компонент выполнен из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, а фокусирующая часть выполнена в виде двухлинзового сферического компенсатора, состоящего из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, причем для двояковогнутой линзы предусмотрена возможность выдвижения с целью фокусировки. The closest in technical essence to the invention is anamorphic afocal nozzle (3), containing two cylindrical components, of which the first is made of a single polyethylene meniscus facing concavity to the image, and the double-glued negative lens located after it, consisting of a positive meniscus facing concavity to the object and the biconcave lens, the second positive two-glued component is made of biconcave and biconvex lenses, and the focusing part is made in de doublet spherical compensator consisting of a biconcave and a biconvex lens, biconcave lens being provided for the possibility of extension for the purpose of focusing.

Коэффициент анаморфирования этой насадки равен 0,5^x. Конструкция является сложной (содержит 7 линз) и имеет значительные габариты и массу, т.к. устанавливается перед объективом, фронтальный компонент которого имеет большие габариты и, следовательно массу, особенно в светосильных широкоугольных объективах.The anamorphic coefficient of this nozzle is 0.5 ^x . The design is complex (contains 7 lenses) and has significant dimensions and weight, because mounted in front of the lens, the front component of which is large and, consequently, mass, especially in fast wide-angle lenses.

Целью изобретения является уменьшение массогабаритных характеристик анаморфотной афокальной системы при сохранении традиционного простого механизма фокусировки вариообъектива путем выдвижения подвижного переднего компонента объектива, что позволит применить изобретение в светосильных и широкоугольных вариообъективах телекамер с возможностью преобразования изображения в другие форматы. Например, формат 4:3 в формат 16:9 для телевидения высокой четкости или в формат 1:1 для специального телевидения. Преобразование формата 4:3 в 1:1 имеет, в частности, смысл, когда квадратный объект (топографическая карта) передается ТВ камерой на приборе с зарядовой связью (ПЗС), имеющем формат 4:3. В этом случае всю площадь ПЗС можно использовать только преобразованием формата. Квадратный объект будет без искажений пpедставлен на воспроизводящем устройстве, где обратное анаморфирование будет введено электронным способом. The aim of the invention is to reduce the weight and size characteristics of the anamorphic afocal system while maintaining the traditional simple mechanism for focusing a zoom lens by extending the movable front lens component, which allows the invention to be applied in fast and wide-angle zoom lenses of television cameras with the possibility of converting the image to other formats. For example, 4: 3 format to 16: 9 format for high-definition television or 1: 1 format for special television. Converting a 4: 3 format to 1: 1 makes sense, in particular, when a square object (topographic map) is transmitted by a TV camera on a charge-coupled device (CCD) having a 4: 3 format. In this case, the entire area of the CCD can only be used by format conversion. The square object will be presented without distortion on the reproducing device, where the reverse anamorphy will be introduced electronically.

Поставленная цель достигается тем, что в анаморфотной афокальной системе, расположенной в параллельном ходе лучей, выходящих из фокусирующей группы и содержащей два цилиндрических компонента, из которых первый выполнен из одиночного положительного мениска, обращенного вогнутостью к изображению и расположенной вслед за ним двухсклеенной линзы, а второй компонент выполнен из двухсклеенной линзы, двухсклеенная линза первого компонента выполнена положительной и состоит из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, и двояковыпуклой линзы, второй компонент является отрицательным и состоит из двухсклеенной отрицательной линзы, выполненной из положительного мениска, обращенного вогнутостью к объекту, и двояковогнутой линзы. В этом случае фокусирующей группой является передний компонент объектива, работающего совместно с анаморфотной системой. This goal is achieved by the fact that in an anamorphic afocal system located in parallel to the rays emerging from the focusing group and containing two cylindrical components, of which the first is made of a single positive meniscus, facing concavity to the image and the double-glued lens located after it, and the second the component is made of a double-glued lens, the double-glued lens of the first component is made positive and consists of a negative meniscus facing a concavity to the image, a biconvex lens, the second component is negative and consists of dvuhskleennoy negative lens formed of a positive meniscus facing concavity to the object and a biconcave lens. In this case, the focusing group is the front component of the lens, which works in conjunction with the anamorphic system.

Сущность изобретения поясняется чертежами:
фиг.1 оптическая схема анаморфотной афокальной системы в составе принципиальной оптической схемы вариообъектива,
фиг. 2 конструктивные данные анаморфотной афокальной системы с коэффициентом анаморфирования 1,33^x,
фиг. 3 сводки аберраций анаморфотной афокальной системы с коэффициентом анаморфирования 1,33^x.The invention is illustrated by drawings:
figure 1 the optical scheme of the anamorphic afocal system as part of the principle optical scheme of the zoom lens,
FIG. 2 design data of anamorphic afocal system with anamorphic coefficient 1.33 ^x ,
FIG. 3 summaries of aberrations of the anamorphic afocal system with an anamorphic coefficient of 1.33 ^x .

На фиг.1 обозначены:
1 подвижный передний компонент, выдвигаемый для фокусировки на дистанцию S,
2, 3 подвижные компоненты вариатора, 4а и 4б передний и задний компоненты неподвижной части вариообъектива,
Д.д. действующая диафрагма.Figure 1 marked:
1 movable front component extendable to focus on distance S,
2, 3 movable components of the variator, 4a and 4b front and rear components of the fixed part of the zoom lens,
Dd effective diaphragm.

Оптическая схема анаморфотной афокальной системы 5 состоит из двух цилиндрических компонентов 5а (положительного) и 5б (отрицательного), из которых 5а выполнен из положительного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, и склеенных между собой положительного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, и двояковыпуклой линзы; компонент 5б выполнен из склеенных между собой положительного мениска, обращенного вогнутостью к объективу, и двояковогнутой линзы. Анаморфотная афокальная система показана на фиг. 1 в двух взаимно перпендикулярных сечениях: А (в плоскости чертежа - вертикальное) и Б (перпендикулярно плоскости чертежа горизонтальное). На фиг.1 представлена также принципиальная схема вариообъектива, в параллельном ходе лучей которого (воздушный промежуток между компонентами 4а и 4б) размещена анаморфотная афокальная система. The optical scheme of the anamorphic afocal system 5 consists of two cylindrical components 5a (positive) and 5b (negative), of which 5a is made of a positive meniscus facing concavity to the image and glued together a positive meniscus facing concavity to the image and a biconvex lens; component 5b is made of positive meniscus glued together, facing concavity to the lens, and a biconcave lens. Anamorphic afocal system is shown in FIG. 1 in two mutually perpendicular sections: A (vertical in the drawing plane) and B (horizontal perpendicular to the drawing plane). Figure 1 also presents a schematic diagram of a zoom lens, in the parallel path of the rays of which (the air gap between components 4A and 4B) is placed anamorphic afocal system.

Поворотом анаморфотной афокальной системы 5 на 90^o вокруг оптической оси вариообъектива можно обычный телевизионный формат 4:3 преобразовать либо в формат 16:9 (ТВЧ), либо в формат 1:1.By turning the anamorphic afocal system 5 through 90 ^o around the optical axis of the zoom lens, you can convert the usual 4: 3 television format to either 16: 9 (HDTV) format or 1: 1 format.

По предлагаемой оптической схеме для диапазона длин волн λ 486 нм-610 нм (основной цвет 546 нм) рассчитана анаморфотная афокальная оптическая система с коэффициентом анаморфирования 1,33^x. При использовании рассчитанной анаморфотной системы, например, с вариообъективом, имеющим фокусное расстояние f' 9,2 мм 138,3 мм, относительное отверстие 1:1,7 1:2,2 и формат изображения 4: 3 (размер изображения 8,8•6,6 мм²) имеем в одном случае для совместной оптической системы - вариообъектив + анаморфотная афокальная система с коэффициентом анаморфирования 1,33^x эквивалентное фокусное расстояние в сечении А f' 12,3 мм 184,3 мм, относительное отверстие 1:2,26 1:2,93; в сечении Б f' 9,2 мм 138,3 мм, относительное отверстие 1:1,7 1:2,2. Для данного случая формат изображения 4: 3 превращается в формат изображения 1:1. При повороте анаморфотной афокальной системы на 90^o вокруг оптической оси вариообъектива относительно предыдущего положения имеем в сечении A f' 9,2 - 138,3 мм, относительное отверстие 1: 1,7 1:2,2, а в сечении Б фокусное расстояние f' 12,3 мм 184,3 мм, относительное отверcтие 1:2,26 1:2,93. В этом случае формат изображения 4:3 превращается в формат изображения 1:1.According to the proposed optical scheme, for the wavelength range λ 486 nm-610 nm (primary color 546 nm), an anamorphic afocal optical system with an anamorphic coefficient of 1.33 ^{x was} calculated. When using the calculated anamorphic system, for example, with a zoom lens having a focal length f 'of 9.2 mm 138.3 mm, the relative aperture is 1: 1.7 1: 2.2 and the image format is 4: 3 (image size 8.8 • 6.6 mm ² ) we have in one case for a joint optical system - a zoom lens + anamorphic afocal system with an anamorphic coefficient of 1.33 ^x equivalent focal length in section A f '12.3 mm 184.3 mm, relative aperture 1: 2, 26 1: 2.93; in section B f '9.2 mm 138.3 mm, relative aperture 1: 1.7 1: 2.2. For this case, the 4: 3 aspect ratio is converted to the 1: 1 aspect ratio. When the anamorphic afocal system rotates 90 ^° around the optical axis of the zoom lens relative to the previous position, we have in the section A f '9.2 - 138.3 mm, the relative aperture is 1: 1.7 1: 2.2, and in section B the focal length f '12.3 mm 184.3 mm, relative hole 1: 2.26 1: 2.93. In this case, the 4: 3 aspect ratio is converted to the 1: 1 aspect ratio.

Рассчитанная по изобретению анаморфотная афокальная система имеет меньшие габариты (наибольший диаметр линз не превышает 36 мм, длина по оптической оси не более 30 мм) и небольшую массу по сравнению с известным решением расположения анаморфотной системы перед вариообъективом. Например, для аналогичного вариообъектива (1) наибольший диаметр анаморфотной насадки, расположенной перед объективом, будет в 3-4 раза больше, а масса на порядок. Преимущества изобретения по сравнению с известными техническими решениями состоят в малых массогабаритных характеристиках при сохранении простого механизма фокусировки перемещением переднего подвижного компонента вариообъектив. Указанный положительный эффект будет проявляться не только в вариообъективах, но и в объективах, не имеющих подвижных компонентов. The anamorphic afocal system calculated according to the invention has smaller dimensions (the largest diameter of the lenses does not exceed 36 mm, the length along the optical axis is not more than 30 mm) and a small mass in comparison with the known solution for the location of the anamorphic system in front of the zoom lens. For example, for a similar zoom lens (1), the largest diameter of the anamorphic nozzle located in front of the lens will be 3-4 times larger and the mass an order of magnitude. The advantages of the invention in comparison with the known technical solutions consist in small weight and size characteristics while maintaining a simple focusing mechanism by moving the front movable component of the zoom lens. The indicated positive effect will be manifested not only in zoom lenses, but also in lenses that do not have moving components.

Предлагаемое устройство позволяет конструктивно совместить его с рядом телевизионных вариообъективов, имеющих встроенный экстендер, заменяя его анаморфотной системой при необходимости преобразования формата изображения. ЫЫЫ2 The proposed device allows you to constructively combine it with a number of television zoom lenses with a built-in extender, replacing it with an anamorphic system if necessary, converting the image format. YYY2

Claims

Anamorphic afocal system containing two cylindrical components, of which the first is made of a single positive meniscus facing concavity to the image and the double-glued lens located after it, and the second component is made of a double-glued lens, characterized in that the double-glued lens of the first component is made positive and consists of a negative meniscus facing concavity to the image and a biconvex lens, the second component is negative and consists of a double-glued lens zy made of a positive meniscus, facing concavity to the object, and a biconcave lens.