Специализированный проекционный объектив Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 535.31

СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЙ ПРОЕКЦИОННЫЙ ОБЪЕКТИВ

Василий Александрович Чербаев

АО «Папилон», 456320, Россия, Челябинская обл., г. Миасс, пр. Макеева, 48, инженер-конструктор, e-mail: [email protected]

Татьяна Николаевна Хацевич

Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, профессор кафедры наносистем и оптотехники, тел. (913)742-34-93, e-mail: [email protected]

Представлены результаты разработки проекционного объектива с телецентрическим ходом главных лучей в пространстве предметов и в пространстве изображений для проекции на наклонные поверхности.

Ключевые слова: телецентрический ход главных лучей в пространствах предметов и изображений, наклонная плоскость, проекционный объектив.

DEDICATED PROJECTION LENS

Vasiliy A. Cherbaev

Papillon AO, 456320, Russia, Chelyabinskaya Oblast, Miass, 48 Pr. Makeyeva, Designing Engineer, e-mail: [email protected]

Tatyana N. Khatsevich

Siberian State University of Geosystems and Technology, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plak-hotnogo St., Candidate of Technical Sciences, Professor at the nanosystems and optical devices department, tel. (913)742-34-93, e-mail: [email protected]

Double (object-space and image-space) telecentric lens for projecting onto angled surfaces.

Key words: double telecentric lens, angled surface, projection lens.

Обеспечение минимизации конструктивного объема оптико-электронного прибора в ряде случаев достигается при условии, что предметная плоскость и (или) плоскость изображений должна размещаться таким образом, чтобы указанные плоскости образовывали с оптической осью проекционного объектива углы, отличные от прямого. Однако при наклонном размещении предметной плоскости и плоскости изображений относительно оптической оси объектива величина линейного увеличения будет различной для различных точек предмета, что приведет к искажению изображения и изменению оптического разрешения по полю объекта [1]. Если в качестве приёмника используется многоэлементный приёмник, например КМОП матрица, то при помощи заранее вычисленных коэффициентов для различных точек предмета можно цифровыми методами восстановить исходные пропорции объекта, но устранить снижение качества изображения не представляется возможным.

С другой стороны, если проецируется физический объект, например сетка, то можно рассчитать и изготовить её такой формы, при которой компенсируются искажения, вносимые оп-

тической системой для наклонного объекта. Изготовление и контроль такой сетки является технологически более сложным по сравнению с типовыми шкалами и сетками, но, главный недостаток — расчёт справедлив только для определённого положения и наклона проецируемого объекта, и при изменении любого из указанных параметров потребуется расчёт и изготовление новой сетки, либо компенсация искажений будет неполной.

Проблемы, подобные описанным, встречаются при разработке оптико-электронных приборов регистрации трехмерного папиллярного узора пальцев, предназначенных для систем идентификации, контроля и безопасности.

Задачей данной работы является разработка проекционного объектива, обладающего специфическими свойствами:

— оптическая ось объектива должна составлять угол, отличный от прямого, с плоскостью предмета и с плоскостью изображений;

— линейное увеличение объектива не должно зависеть от положения предметной плоскости;

— ход главных лучей должен быть телецентрическим как в пространстве предметов, так и в пространстве изображений.

Такая совокупность специфических свойств может быть достигнута только в специализированном проекционном объективе. В основу создания его принципиальной схемы положено уникальное свойство телескопической системы: линейное увеличение афокальной системы не зависит от положения предмета. Реализация в афокальной системе телецентрической перспективы в пространстве предметов и в пространстве изображений позволяет обеспечить отсутствие геометрических искажений формы объекта в изображении наклонных объектов. Принципиальная оптическая схема специализированного проекционного объектива (афокального, дважды телецентрического, с наклонными плоскостями предмета и изображения) в тонких компонентах представлена на рис. 1.

4 5

Рис. 1. Оптическая схема специализированного проекционного объектива: 1 — проецируемый шаблон; 2, 4 — первый и второй компоненты объектива; 3 — апертурная диафрагма; 5 — плоскость изображения; а — угол наклона плоскости предметов к оптической оси системы; а’ — угол наклона плоскости изображения к оптической оси системы; Р1, Р2- передние фокусы компонентов; ¥’2 — задние фокусы компонентов

Объектив состоит из двух компонентов 2 и 4. Телецентричность хода главных лучей в пространстве предметов и в пространстве изображений обеспечивается совмещением заднего фокуса первого компонента Е} с передним фокусом второго и расположением в точке совмещенных фокусов центра апер-турной диафрагмы 3. Эквивалентное фокусное расстояние такого проекционного объектива равно «бесконечности», т.е. он является афокальным, но работает «с конечного расстояния на конечное». Линейное увеличение афокальной системы определяется как отношение оптической силы первого компонента к оптической силе второго и, следовательно, одинаково для любого положения предмета. Угол наклона плоскости изображения 5 связан с углом наклона предмета (шаблона) 1 через угловое увеличение афокального объектива и также не зависит от положения предмета:

Ф2 18а

где в — линейное увеличение, крат;

ф1 — оптическая сила первого компонента, дптр; ф2 — оптическая сила второго компонента, дптр; у — угловое увеличение, крат;

а — угол между шаблоном и оптической осью системы, градус; а’ — угол между плоскостью изображения и оптической осью системы, градус. Техническая реализация афокального, дважды телецентрического объектива с наклонными плоскостями предмета и изображения осуществлена для конкретных технических характеристик, предполагающих проецирование шаблона заданного размера и формы на наклонную поверхность. Технические характеристики объектива представлены в табл.

Таблица

Технические характеристики специализированного проекционного объектива

Технические характеристики Значение

Линейное увеличение, крат -3,619

Угловое увеличение, крат -0,276

Фокусное расстояние, мм X

Положение входного зрачка, мм X

Положение выходного зрачка, мм X

Числовая апертура в пространстве предметов 0,091

Числовая апертура в пространстве изображений 0,025

Задний фокальный отрезок Б’р, мм 49,9

Расстояние от шаблона до плоскости проекции по оси системы, мм 131,4

Угол наклона плоскости проекции к оптической оси, град 45

Размер изображения на плоскости проекции, мм 25,4х38,1

Размер проецируемого шаблона, мм 7х7,7

Количество проецируемых периодов, шт до 40

Рабочий спектральный диапазон, нм 525±10

Исходную компоновку объектива была решено осуществить по пропорциональной схеме [2], принимая во внимание следующие положительные свойства последней:

— строгое устранение нечётных аберраций — комы, дисторсии, хроматизма увеличения при значении линейного увеличения, равного -1 крат, и приближённое — при значениях линейного увеличения, отличного от указанного;

— удвоение относительного отверстия при значении линейного увеличения, равного -1 крат, или иное изменение относительного отверстия — при значениях линейного увеличения, отличного от указанного;

— возможность варьирования комы за счёт изменения величины пропорциональности без существенного изменения дисторсии и астигматизма системы;

— возможность отказа от коррекции нечётных аберраций в половинках (компонентах) симметричной или пропорциональной системы.

Согласно методу М. М. Русинова, наиболее простой базовой системой отдельного компонента может служить система вида Б(ок)+Б(ак) (по классификации [2]). Дополняя её коррекционным элементом для исправления кривизны поля и сохраняя телецентрический ход главных лучей, получаем формулу прототипа исходной системы:

2[К(кк)+Б(ак)Б(ак)] или 2[К(та11)+Б(ак)Б(ак)],

где Б — базовый или силовой элемент;

К — коррекционный элемент;

а — аплантическая поверхность;

к — поверхность концентричная зрачку;

о — плоская поверхность;

та11 — телеастигматическая линза второго рода.

В процессе оптимизации половинки объектива было выявлено, что соблюдение оптического дизайна по схеме К(кк)+Б(ак)Б(ак) при требуемом фокусном расстоянии не обеспечивает строгой телецентричности хода лучей в пространстве изображений в силу возникновения аберраций в зрачках. Для уменьшения последних было принято решение разделить оптическую силу одной из силовых линз на две. В результате силовые линзы были оптимизированы на минимум астигматизма, а радиусы коррекционного элемента остались строго концентричными центру апертурной диафрагмы. Полученная оптическая система первого компонента проекционного объектива представлена на рис. 2.

Второй компонент объектива был получен путём масштабирования первого. Из полученных компонентов была составлена исходная схема объектива и проведена ее итоговая оптимизация. Оптимизация системы проводилась с целью уменьшения среднеквадратических размеров пятен рассеяния в изображении точек по полю.

Качество изображения, формируемое разработанной оптической системой (рис. 3), можно оценить по данным, представленным на рис. 4-6. Кривизна поля изображения составляет около 0,6 мм, величина дисторсии — менее 1% для края поля зрения. Для пространственной частоты 1 период / мм, соответствую-

щей 40 периодам на всём изображении шаблона, значение коэффициента передачи контраста составляет не менее 0,95 для всех точек изображения.

Рис. 2. Оптическая схема первого компонента проекционного объектива

Рис. 3. Схема специализированного Рис. 4. Графики кривизны поля и проекционного объектива с ходом лучей дисторсии

Наибольший среднеквадратический диаметр пятен рассеяния — 60 мкм -имеет место для верхней точки изображения (рис. 3), для остальных точек поля указанный диаметр не превышает 40 мкм.

По сравнению с известными афокальными объективами для регистрации кожного узора с телецентрическим ходом лучей, например [3], в разработанном объективе линейное увеличение по абсолютной величине превышает 1 крат; наклон главного луча для крайней точки предмета относительно оптической оси в зоне апертурной диафрагмы составляет примерно 25 градусов (против 13 градусов в [3]), что, при одинаковом поле зрения, приводит к двукратному уменьшению габаритных размеров разработанного объектива.

В заключении отмечается, что применение афокальных, дважды телецентрических систем оправдано, если необходимо получить изображение с наклонной поверхности или спроецировать изображение на наклонную поверх-

ность и при этом обеспечить постоянство оптического разрешения по всему полю изображения. Применение таких систем позволяет при зафиксированном положении измерительного прибора проводить измерения при значительном изменении положения предмета, при этом перефокусировка не приведёт к изменению масштаба изображения. Поэтому при послойном фотографировании какого-либо рельефного объекта можно осуществлять перефокусировку перемещением только объектива.

Рис. 5. Частотно-контрастная Рис. 6. Размер пятен рассеяния для

характеристика объектива различных точек поля

Вместе с тем, применение афокальных, дважды телецентрических проекционных объективов позволяет упростить другие модули приборов, а именно:

— в программном — исключить компенсацию искажений изображения;

— в электронном — отказаться от дорогостоящих узлов, формирующих проецируемый шаблон;

— в механическом — упрощает юстировку системы.

Разработка специализированного проекционного объектива — афокального, дважды телецентрического, с наклонными плоскостями предмета и изображения — выполнена для оптико-электронного прибора, предназначенного для получения трёхмерного изображения папиллярного узора пальца. Разработка прибора ведётся предприятием АО «Папилон», г. Миас. В настоящее время разработана техническая документация и осуществляется техническая подготовка для изготовления объектива.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Чуриловский В.Н. Теория оптических приборов [Текст] / В. Н. Чуриловский. — Л.: Машиностроение, 1966. — 564 с.

2. Русинов М. М. Техническая оптика: учебное пособие. 2-е изд. — М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2011. — 488 с.

3. Пат. 2261475 Российская Федерация МПК 006К 9/00, Л61Б 5/117; Оптическое устройство для сканирования кожного рисунка. [Текст] / Н. Г. Дроздов; заявитель и патентообладатель Н. Г. Дроздов; заявл. 18.09.2003; опубл. 27.09.2005. — Бюл. №27. — 19 с. : ил.

© В. А. Чербаев, Т. Н. Хацевич, 2015

NN 2 шт. 3,0 дюймов 55 Вт Bi Светодиодный проекционный объектив модифицированный оригинальный проекционный объектив без декодера|Аксессуары для фар авто|

55 Вт Bi-Led объектив проектора автомобильный головной светильник комплект модернизации для h5 H7 9005 9006 ксеноновый светильник Замена

 

BI Led объектив проектора продукт:

Спецификация:

Напряжение	9-36 В постоянного тока	Мощность	55 Вт светодиодный объектив проектора
Цветовая температура	5000-6500k	Светодиодный чип	Импортные светодиодные чипы
Тип луча	Дальний и ближний свет	Вентилятор	Соответствует стандарту Уровнемер для транспортного средства
Размер объектива	3 дюйма	Интенсивный светильник	LB>60000CD, HB>85000CD
Наименование товара	Головной светильник линзы Bi светодиодный объектив FC-801 3,0 дюймов HID проектор светодиодный светильник лампы Комплект 5700 к 4800LM автомобиля аксессуары модифицированные Стиль	Преимущество	С совершенным рисунком луча, который совместим с ECE R112 class B
Защита от помех	Да	Применение	Средний и высококачественный автомобиль
Номер модели	FC-801	Сертификация	Одобрено 3C
Доступный цвет корпуса	Белый	Гарантия	1 год

 

Более подробная информация о светодиодных линзах для проектора abour

 

Подробная информация о нашей фабрике!

 

Стандартные аксессуары Mitutoyo Номер Описание Проекционный объектив 10X в комплекте 172-409 Объектив 172-410 Конденсор Галогенная лампа (24 В, 150 Вт) Циф



Контрольно-измерительный инструмент и оборудование / Measuring instruments MITUTOYO | Каталог MITUTOYO 2013 Измерительный инструмент (Всего 675 стр. )
511 Каталог MITUTOYO 2013 Измерительный инструмент и оборудование Стр.509
Стандартные аксессуары Mitutoyo Номер Описание Проекционный объектив 10X в комплекте 172-409 Объектив 172-410 Конденсор Галогенная лампа (24 В, 150 Вт) Цифровой счетчик Предметное стекло 280×180 мм Устройство подсветки поверхности Опциональные аксессуары Номер Описание 172-401 172-403 172-404 172-405 172-116 172-330 172-161 172-329 172-160-2 172-319 510189 172-198 172-197 176-107 172-378 011534 174-173D 12AAE672 264-156D Измерительный проектор PV-5110 Серия 304 — Принадлежности/Размеры Модель PV-5110 Номер 304-909D Стол XY 200×100 Метод измерения Линейный кодировщик Механизм быстрого отключения Оси X и Y Размер стола XY [мм] 380×250 Размер стола XY [мм] 266 x 170 Предметное стекло Номер 382762 Функция поворота ±3° Макс. нагрузка на стол, [кг] 5 Проекционный объектив 5X в комплекте 172-406 Объектив 172-407 Конденсор 932602 Адаптер для объектива Проекционный объектив 20X в комплекте 172-411 Объектив 172-412 Конденсор Проекционный объектив 50X в комплекте 172-413 Объектив 172-414 Конденсор Проекционный объектив 100X в комплекте 172-415 Объектив 172-414 Конденсор Стандартная шкала 50 мм Стандартная шкала 80 мм Отсчётная шкала 200 мм Отсчётная шкала 600 мм Зеленый светофильтр Ширма Защитная крышка Поворотный стол 100 мм с микроподачей Поворотная центральная опора Держатель с креплением Призма с зажимом (Макс. диам. детали 025 мм) Очиститель оптики KA-счетчик 2-осевой Крепежный адаптер датчика для 0500 0600 мм QM-Data 200 с установкой на кронштейне Программн г 011119 09CAB217D RS-232C вывод данных 174-173D 2-осевой цифровой дисплей (опция) е обеспечение -0 1 ’Ч» 1 I Ol 332-151 Кромкоискател с кронштейном 264-146D с подставкой 264-145D (опция) Накладываемые шаблоны 172-319 Ширма 172-160-2 5о Зеленый светофильтр .;
См.также / See also :
Отклонения размеров / Fit tolerance table			Соотношение твердостей Таблица / Hardness equivalent table
Типы резьб / Thread types and applications			Аналоги сталей / Workpiece material conversion table
Отверстия под резьбу / Tap drill sizes			Обороты в скорость / Surface speed to RPM conversion
Перевод дюймов в мм / Inches to mm Conversion table			Перевод единиц в систему СИ / SI unit conversion table
Оптические измерительные системы Mitutoyo Измерительные микроскопы Проекторы Лупы Стереомикроскопы
Каталог MITUTOYO 2013 Измерительный инструмент (Всего 675 стр. )
508	509 Аксессуары для измерительного проектора Mitutoyo PJ-h40 Стандартные и опциональные Проекционный объектив 5X 172-473 Поворотная центральная опора Измеритель	510	512 Измерительный профильный проектор Mitutoyo PH-A14 Настольный измерительный прибор с горизонтальной оптической системой Проецируемое изображение инвертирова	513	514 Данный японский измерительный проектор Mitutoyo PH-3515F 172 серии с горизонтальной оптической системой подходит для измерения крупных и тяжелых деталей, т
MITUTOYO
Каталог MITUTOYO 2017 Инструмент измерительный и приборы (633 страницы)
Каталог MITUTOYO 2015 Измерительный инструмент (664 страницы)	Каталог MITUTOYO 2015 Измерительный инструмент GB-20001 (англ. яз.) (663 страницы)	Каталог MITUTOYO 2015 Измерительный инструмент US-1003 (англ. яз.) (561 страница)	Каталог MITUTOYO 2014 Инструмент и приборы (660 страниц)	Каталог MITUTOYO 2013 Измерительный инструмент и оборудование (675 страниц)	Каталог MITUTOYO 2012 Инструмент и оборудование (654 страницы)
Каталог MITUTOYO 2011 Мерительные инструменты GB-16001 (англ. яз.) (666 страниц)	Каталог MITUTOYO 2009 Средства измерений (413 страниц)	Каталог MITUTOYO 2007 Средства измерений (398 страниц)	Каталог MITUTOYO 2003 Измерительные инструменты (англ. яз.) (492 страницы)
Каталоги измерительного инструмента и оборудования / Measuring instruments and equipment catalogs
— —

Как мы стали выпускать объективы

Vormaxlens — российский проект, специализирующийся на производстве кинооборудования и фототехники, предназначенного для художественной съемки, а также разработкой различных оптических систем.

Располагается производство в Ивановской области. Идейный руководитель, CEO, CTO компании – Воронин Максим. Тестовые инженеры проекта Vormaxlens находятся в Северной Америке (США, Канада) и Европе (Россия, Швейцария, Франция, Италия, Белоруссия).

Почему оптика?

Выбор оптики в качестве сферы деятельности был не только из-за желания заниматься любимым делом. Но как осознанный шаг и понимание того, что в этой области достаточно небольшая конкуренция, стабильная цена на изделия, высокий спрос. В отличие от чисто технического рынка – в оптике большая стагнация, преобладают консервативные решения, существует возможность разнообразить этот сухой рынок многими художественными приёмами.

Проект начал свою деятельность в 2014 году в Ивановском регионе. В основе деятельности лежала кастомизация и переделка старых мануальных объективов под современные цифровые камеры. Потом возникли разработки художественных объективов, таких как Анаморфоты, Петцвали, триопланы, монокли, конверторы, экстендеры, широкоугольные адаптеры для разных форматов.

Первую продукцию собственной разработки Vormaxlens выпустил в 2015 году, она предназначалась для съемки широкого формата на цифровых фотоаппаратах. Недорогой концепт корпуса из алюминия, легкие линзы, простая система юстировки и недорогой кламп – этот продукт был назван Vormaxlens Budget Anamorphic 1.33x. У него существуют некоторые недостатки – сферические и хроматические аберрации, маленькая глубина резкости, сложность в фокусировке. Но все недостатки дают свою художественную картинку и характерные признаки. И на этот бюджетный анаморфотный объектив (ценой менее 100$) можно снять видеоклип или даже фильм.

В 2017 году Vormaxlens ввел новое направление в процесс производства, выпустив объективы для стедикамов и мультикоптеров Anamorphic compact 1.33x. Конечно, сейчас существует много других разработок, и производятся, в том числе и профессиональные объективы с устраненными искажениями и аберрациями.

Прототипы на экспорт

Для производства с нуля необходим весомый стартовый капитал, поэтому было принято решение продавать прототипы конечного продукта. То есть было создано экспортное опытно-промышленное производство, реализующее прототипы будущих изделий в розницу. Это помогло совершенствоваться не в ущерб цене изделия. Помогло выявить общие потребности рынка, целевую аудиторию и создать срез рынка этого направления. И, конечно, было освоено много технологий для получения необходимых результатов. По сути, производство до сих пор является технологически только сборочной линией из комплектующих различных производителей. Но медленными и уверенными темпами идет наращивание производственных мощностей.

Реализация товара осуществляется через международные торговые площадки, такие как eBay. Также были созданы онлайн-магазины розничных продаж производимой продукции. Реализация продукции в России происходит через сайт Vormaxlens.com, продукция на экспорт осуществляется через сайт Vormax.org.

Оптические насадки Vormaxlens – самые лёгкие среди широкого выбора анаморфотов различных производителей (не считая мобильных анаморфотов). Их вес, в зависимости от модели, начинается от 150 грамм. Также проектом были выпущены популярные светофильтры и диоптрии, созданы мягкорисующие художественные объективы (Торсион — автофокусный объектив Петцваль).

Из прямых конкурентов проекта можно выделить некоторые китайские компании, такие как SLR Magic, Mike и другие. Но уже сейчас, объективы и фильтры Vormaxlens получили доверие иностранных потребителей и становятся широко распространенными на рынке любительской съёмочной оптики формата «2,35:1». В титрах многих видео начинает появляться строка «Снято в системе Vormaxlens» (англ. «Filmed in Vormaxlens system»). Проектом также разработаны много других коэффициентов для съёмки широкоформатного кино, меняющих соотношение сторон в 1,4 и 1,45 раз.

Очень вероятно, что за первую половину 2019 года мы продали больше всех в мире новых анаморфотных объективов для съёмки видео в ценовой категории до 150$.

Что дальше?

В 2019 году Vormaxlens запатентовал торговую марку, и в настоящий момент разработаны и патентуются различные системы. Такие как эксцентриковая ирисовая диафрагма, создающая и регулирующая овальное боке. Ведётся работа в области нового вида фокусировки с помощью внутриосевого вращения одной линзы со сложной прогрессивной формой поверхности (Vari diopter). Она даёт возможность фокусироваться, не изменяя форму объектива, снизить вес и размеры объектива. Разработана и успешно продается анаморфотная проекционная насадка для цифровых проекторов, увеличивающая качество изображения на экране. Был создан первый мобильный анаморфот с коэффициентом 1,5х.

Сейчас запущен стартап-проект на Boomstarter. Из оптических вознаграждений представлены широкоугольные анаморфоты, профессиональные, бюджетные и мобильные решения, объективы для дронов. Собранные средства будут направлены на усовершенствование производственной линии, запуск в производство новых разработок. Присоединяйтесь.

Наука о проекционных линзах

Базовые знания в области проекционной оптики помогают системным интеграторам точно прогнозировать и устранять неполадки качества проецируемых изображений.

Десять лет назад, когда я писал о ежегодном мероприятии Projection Shootout, проводимом InfoComm, я заметил, что у некоторых ЖК-проекторов, похоже, нечеткое изображение или проблемы с фокусировкой. Представитель одного производителя проекторов ответил, что «ЖК-проекторы всегда дают четкое изображение», подразумевая, что невозможно увидеть то, что я видел.Хотя может быть правдой, что изображения, сформированные в точке схождения оптической призмы в ЖК-проекторе, действительно резкие, они все равно могут пострадать на пути к экрану, если проекционный объектив не работает.

Обмен поднял вопрос о том, что средний профессионал в области AV действительно знает о проекционной оптике, помимо указания определенного фокусного расстояния для конкретного проекционного расстояния и размера изображения. На самом деле проекционная оптика, а также качество и тип объектива вашего проектора значительно влияют на качество проецируемого изображения.

В начале

Люди веками проецировали изображения на стены и экранные поверхности. Ссылки на формирование изображения точечных отверстий восходят к 5 веку в Китае, а греки знали об этом явлении к 4 веку.

В камере-обскуре, которую можно сделать из картонной коробки, можно увидеть яркий объект, такой как солнце или здание, когда световые лучи от этого объекта проходят через отверстие-торец и отражаются на стенке коробки. .В детстве многие из нас использовали эту технику, чтобы безопасно наблюдать солнечное затмение.

К средневековью камера-обскура получила новое название — камера-обскура, а некоторые модели были довольно большими. Леонардо да Винчи и Иоганн Кеплер являются одними из наиболее известных имен, связанных с ним (Кеплеру приписывают название камеры-обскура), и он нашел свой дом в качестве вспомогательного средства для рисования и зарисовок.

Вид в разрезе многоэлементного проекционного объектива, показывающий два фиксированных асферических элемента объектива (розового цвета) на конце и сзади.Поскольку диафрагма объектива фиксирована, число диафрагмы уменьшается с увеличением фокусного расстояния.

Но камера-обскура не очень практична для просмотра больших изображений. Кроме того, любые образы, которые он формирует, по необходимости инвертируются. Так что это был лишь вопрос времени, когда некоторые предприимчивые люди начали экспериментировать со стеклом, чтобы изгибать и увеличивать реальные изображения.

Согласно веб-сайту Magic Lantern (www.magiclantern.org.uk), одна ранняя историческая ссылка на проецируемое изображение находится в «Liber Instrumentorum» Джованни де Фонтана, датируемом 1420 годом.На иллюстрации к этой работе изображен человек, проецирующий большое изображение дьявола правой стороной вверх на стену из карманного фонаря.

Голландский ученый Кристиан Гюйгенс и датский математик Томас Расмуссен Вальгенстен разрабатывали системы проекции фонарей в середине 1600-х годов. К 1700-м годам так много людей экспериментировали с этими «волшебными фонарями», что трудно приписать какое-либо значимое развитие любому из них.

В 1840-х годах Уильям и Фредерик Лангенхеймы из Филадельфии начали экспериментировать с проецированием фотографических изображений, используя технику покрытия стеклянных пластин светочувствительными соединениями (галогенидами серебра), впервые разработанную Ньепсом де Сен-Виктором. Путем контактной печати обнаженной отрицательной пластины на второй пластине получалось монохроматическое положительное изображение, которое можно было проецировать на светлые поверхности.

Хотите верьте, хотите нет, но проектирование фонарей продолжалось и в 20 веке, когда масляные лампы уступали место дуговым и, в конечном итоге, электрическим лампам. Однажды у меня был проектор с фонарями 1930-х годов, в котором использовались стеклянные пластины размером 3 на 4 дюйма и довольно уникальная лампа в форме желудя, которая изначально использовалась для показа рекламы в кинотеатрах.

Вид сверху на лампу, формирователи изображения, интегрирующую призму и узел трансфокатора внутри проектора Canon REALiS LCOS.

Кредит: Canon

Эксперименты Эдварда Мейбриджа с последовательными изображениями и разработка Томасом Эдисоном кинопроекции позволили более четко сфокусироваться на технологии линз в конце 1800-х годов. Двадцать лет спустя фонарные слайд-проекторы и кинопроекторы несли службу в кинотеатрах.

По мере увеличения спроса на проецируемые изображения улучшалось качество линз.Сильно виньетированные, горячие точки изображения ранних театров уступили место ярким, четким изображениям черно-белых фильмов и кинохроники. Развитие цвета в начале 1930-х годов (двух- и трехполосный Technicolor) создало дополнительные проблемы для дизайнеров объективов, как и анаморфотные широкоэкранные форматы Cinemascope и Todd-AO 1950-х годов.

Британская радиовещательная корпорация еще в конце 1930-х годов предпринимала попытки проецировать видеоизображения. Швейцарская компания Eidophor во время Второй мировой войны разработала электронную видеопроекционную систему, которая использовала заполненный маслом диск с изображениями и могла создавать очень большие монохромные изображения или цветные изображения с использованием последовательной цветовой системы.(Проектор Talaria компании GE работал аналогичным образом.)

С появлением в 1970-х годах проекторов с электронно-лучевой трубкой с тремя пушками, разработка линз сделала новый поворот, за ним последовали первые ЖК-проекторы с большими панелями в конце 1980-х и первые портативные ЖК-проекторы в начале 1990-х. Сегодня проекторы с микродисплеями распространены повсеместно, но это не значит, что все они имеют одинаковое качество оптики.

БУДУЩЕЕ ОБЪЕКТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

По словам Джулиана Гольдштейна из производителя оптики Navitar в Рочестере, штат Нью-Йорк.Ю., следующие тенденции влияют на дизайн линз.

Размеры панелей отображения Microdisplay уменьшаются, чтобы производители могли делать более компактные и менее дорогие проекторы. Изготовить 0,8-дюймовую ЖК-панель XGA (1024 × 768) дешевле, чем сделать 1,3-дюймовую ЖК-панель XGA (1024 × 768), и все оптические компоненты также должны быть уменьшены в размерах.

Размер пикселя уменьшается, а плотность пикселей увеличивается. Это означает, что изображения должны быть такими же резкими по краям, как и в центре.

Широкоэкранный формат 16: 9 неуклонно растет по мере распространения проецирования высокой четкости. Производители проекторов продвигают проекторы 1080p (1920 × 1080) и WXGA (1366 × 768) для рынков высокой четкости (16: 9) и SXGA + (1400 × 1050) для приложений 4: 3. Ожидается, что формат WXGA станет популярным на корпоративном рынке, поскольку он позволяет одновременно отображать информацию как в формате 4: 3 XGA (1024 × 768), так и в формате 16: 9 720p (1280 × 720).

Это может доставить производителям объективов большую головную боль, так как днем ​​и ночью существует разница между разработкой объектива со стандартным разрешением XGA и объектива высокой четкости 1080p.Помимо прочего, разработчик линз должен:

• Создайте дизайн с отличными характеристиками передаточной функции модуляции, с минимальным падением разрешения и яркости по краям поля. Дизайн должен достигать уровней производительности, которых раньше нельзя было ожидать.
• Попиксельный анализ того, как свет фокусируется на каждом пикселе. Чем меньше пиксель, тем жестче спецификация.
• Выберите экзотические стеклянные материалы для лучшей цветокоррекции.
• Анализируйте боковой цвет, чтобы цвета оставались выровненными и не распадались на экране.
• Уменьшите искажение до минимума, чтобы изображения можно было сшить вместе для создания огромных многопроекторных изображений, которые выглядят бесшовно.
• Проанализируйте осевой цвет, чтобы такие цвета, как черный, казались действительно черными, а не размытыми.
• Проверьте наличие сферических аберраций, которые могут смягчить изображение.
• Добавьте широкополосные покрытия к элементам для большей контрастности.
• Создать дизайн линзы, который может поместиться в упаковке определенного размера и может быть произведен по разумной цене.

Как делают линзы

Для производства различных видов оптического стекла используется более 100 видов сырья. Среди них кварцит, бура и кальцинированная сода. Это смешанное сырье помещается в платиновый или кварцевый тигель и плавится при высоких температурах в печи. Полученное расплавленное стекло заливают в поддон в виде жидкости, охлаждают естественным путем, а затем измельчают на мелкие кусочки.

Эти осколки стекла снова нагревают и плавят при 1300 ° C, смешивают и взбивают, осветляют и затем гомогенизируют (без пузырьков воздуха) в машине непрерывного плавления.Затем жидкое стекло формуют в длинные листы, которые постепенно охлаждают до комнатной температуры по мере прохождения через печь непрерывного медленного охлаждения. Тщательно контролируемые процессы плавления и охлаждения являются наиболее важными для качественного оптического стекла.

Следующий шаг — осмотр. Из каждого блока охлажденного стекла вырезают образец для испытаний и полируют обе поверхности. Образец подсвечивается для проверки на наличие дефектов. Если он проходит, необработанная линза переходит к процессам прессования и формования.В зависимости от типа и формы линзы используются различные шлифовальные станки и прессы.

Необходимый объем стекла рассчитывается точно, исходя из формы линзы, диаметра и удельного веса. После резки алмазным резцом его регулируют с точностью до 1/10 грамма. Объективы с большой диафрагмой вырезаются вручную, а более мелкие детали обрабатываются на автоматизированных станках.

Для большей точности линзы проходят дополнительную шлифовку. Стекло дополнительно нагревается, а затем ему придают форму давлением.Опять же, линзы с большой диафрагмой нажимаются вручную, в то время как автоматические прессы обрабатывают линзы с маленькими линзами. На этом этапе каждый кусок стекла теперь больше похож на линзу, а не на разрезанный стеклянный диск.

Каждая шероховатая линза проявляет высокое внутреннее термическое напряжение после резки и прессования. Чтобы удалить его, прессованное стекло отжигают, сначала нагревая его до 500 ° C в электропечи, а затем давая ему постепенно остыть. Теперь каждую линзу необходимо отполировать, чтобы удалить отпечатки с поверхности каждой.

Используя генератор кривых, который представляет собой высокоскоростной шлифовальный станок, оснащенный резцом для искусственного алмаза, поверхность каждой прессованной линзы шлифуется до тех пор, пока она не станет изогнутой до заданных уровней шероховатости и размеров. Затем поверхность линзы шлифуется с высокой точностью с помощью тарелки из искусственных алмазных гранул. При тонком измельчении требуется точность порядка 1/1000 миллиметра.

Затем каждую линзу полируют с помощью абразивного пластинчатого диска до тех пор, пока шероховатость поверхности не достигнет определенного уровня.В то же время кривизна поверхности регулируется с точностью до субмикронного допуска. И передняя, ​​и задняя поверхности отполированы до прозрачности, и на этом этапе поверхность линзы становится все более и более прозрачной.

Теперь точность поверхности линзы проверяется с помощью лазерных лучей. Каждая линза проходит или выходит из строя, а те, которые проходят, перед выравниванием очищаются в ультразвуковой моечной машине. На этом этапе периферия линзы фрезеруется до заданного размера с симметричным расстоянием по оптической оси линзы с помощью алмазного точильного камня.

Для предотвращения нежелательного отражения и защиты поверхности стекла каждая линза покрыта специальной тонкой пленкой. После очередной ультразвуковой промывки линзы помещают в вакуумный испаритель для удаления всех оставшихся загрязнений. На этом этапе отдельные элементы готовы к сборке в готовую линзу. Каждая линза удерживается на месте с жесткими допусками с помощью монтажных колец и клея. В зависимости от количества элементов перед окончательной проверкой объектив может быть собран более чем в одном месте.

Терминология

При обсуждении объективов следует учитывать две числовые характеристики. Первый — это фокусное расстояние, определяемое как расстояние от поверхности материала для формирования изображения (например, 35-миллиметрового слайда или ЖК-панели) до фокальной точки объектива. Фокусное расстояние выражается в дюймах или миллиметрах.

Объективы с постоянным фокусным расстоянием — это объективы с фиксированным единичным фокусным расстоянием, например 100 миллиметров или 4 дюйма. Зум-объективы будут иметь несколько фокусных расстояний, например от 100 мм до 150 мм или от 4 дюймов до 6 дюймов. Зум-объективы, безусловно, являются наиболее распространенным типом проекционных объективов, но бывают случаи, когда объектив с фиксированным фокусным расстоянием лучше подходит для работы.

Изображения меньшего размера проецируются на большие расстояния с объективами с большим фокусным расстоянием, в то время как изображения большего размера создаются с меньшим фокусным расстоянием. Например, 2-дюймовый (50-миллиметровый) объектив будет проецировать изображение с диагональю 1 дюйм от формирователя изображения микродисплея шириной около 12 футов при расположении на расстоянии 18 футов от экрана. На том же расстоянии проекции 6-дюймовый объектив будет проецировать это изображение шириной 4 фута, а 9-дюймовый объектив даст изображение шириной 2 фута.

Вторая числовая характеристика проекционных линз — это ее апертура или площадь поверхности стекла, через которую световые лучи проходят на своем пути к экрану. Апертура объектива обычно выражается в единицах, называемых диафрагмой. Низкое значение диафрагмы означает большую диафрагму и более яркие изображения, а более высокое значение диафрагмы означает меньшую диафрагму и более тусклые изображения.

Диафрагма объектива, наоборот, влияет на резкость изображения. Небольшая область перед и за точкой фокусировки изображения также будет казаться резкой.Эта область называется глубиной резкости объектива или глубиной резкости. По мере уменьшения размера диафрагмы (увеличения числа диафрагм) увеличивается глубина резкости.

Апертура проекционного объектива

Глубина резкости не так важна для проецирования, как для фотографии, поэтому большинство проекционных объективов имеют низкие значения диафрагмы (широкую диафрагму). Яркость — ключ к проекции. Однако, учитывая, что самая резкая установка для объектива обычно на два или три диафрагмы ниже полностью открытого положения, равномерность фокуса также важна.

Увеличенная глубина резкости необходима при проецировании на неровные поверхности, такие как изогнутые стены или экран. Будет некоторая жертва яркости изображения, но фокус останется постоянным по горизонтали и вертикали.

В большинстве случаев плоскость фокуса проецируемого изображения очень неглубокая (возможно, менее дюйма), чтобы быть по существу двумерной. В результате проекционные линзы обычно имеют низкие значения диафрагмы, что обеспечивает большую диафрагму и, как следствие, более яркие изображения на экране.

Отношение яркости изображения к апертуре объектива можно легко определить. При прочих равных, проекционный объектив с диафрагмой f-2.0 будет давать изображения в два раза ярче (1 диафрагма), чем объектив с диафрагмой f-2,8. Загвоздка в том, что многие линзы с коротким и длинным фокусным расстоянием не доступны с эквивалентной диафрагмой.

Предположим, вы хотите переместить проектор дальше в комнате, сохранив при этом тот же размер изображения. Вы используете зум-объектив с соотношением сторон 1,3: 1 и диафрагмой 2.0. Производитель предлагает зум 3: 1, который сделает свое дело, но его диафрагма указана как f-3. 5. Изображение будет таким же ярким?

Нет. В этом случае яркость изображения упадет примерно на 1,5 диафрагмы. Если вы измерили яркость изображения 2000 люмен с объективом 1,3: 1, переключение на более длинный зум приведет к измерению около 750 люмен.

Вам придется увеличить диафрагму более длинного объектива до f-2.0, чтобы сохранить яркость изображения, которая была у вас раньше.Однако этот объектив с более широкой диафрагмой был бы намного больше и тяжелее (если бы вы могли найти такой объектив) из-за значительно увеличенного размера и диаметра стеклянных элементов.

Фактически, стеклянным элементам при масштабировании 3: 1 потребуется вдвое больший диаметр, чем при масштабировании 1,3: 1, чтобы получить ту же диафрагму объектива и пропустить эквивалентное количество света. По мере увеличения фокусного расстояния апертура линз обычно уменьшается, поскольку производитель пытается поддерживать постоянный размер и форму линзы. Объективы с очень коротким фокусным расстоянием (менее 1: 1) также обычно имеют меньшую диафрагму, чем объективы со средним фокусным расстоянием.

Геометрия и искажения

Преобладающая конструкция линз для проекторов с микродисплеями — это тип плоского поля, где фокусное расстояние до всех областей среды изображения от задней линзы постоянное и находится в одной плоскости. Такая конструкция гарантирует, что когда мы фокусируем объектив проектора один раз, все изображение появляется и остается в фокусе.

Линзы с криволинейным полем зрения чаще используются в проекторах с ЭЛТ. Площадь поверхности пленки устройства формирования изображения (ЭЛТ) не является равномерно плоской, поэтому линза с плоским полем не может поддерживать критическую фокусировку по всем частям плоскости изображения одновременно.

Объективы

с переменным фокусным расстоянием значительно различаются по качеству, при этом более слабые модели демонстрируют «булавочную подушку» и неравномерную фокусировку на верхнем и нижнем пределе фокусного расстояния. Эти искажения могут отрицательно повлиять на резкость по ширине проецируемого изображения, затрудняя, ​​если не невозможное, чтение небольшого текста и чисел.

Другая форма оптического искажения, известная как сферическое искажение, вызывается неравномерным фокусом световых лучей, проходящих через линзу. Он может проявляться по всему изображению или в одной области изображения.Никакая фокусировка никогда не сделает все изображение четким одновременно.

Лучший способ исправить это состояние — использовать асферическую линзу. Некоторое время объективы этого типа было довольно сложно точно отшлифовать, но теперь они широко используются в проекторах и объективах более высокого класса. Асферичность гарантирует, что как можно больше световых лучей попадают в одну и ту же фокальную плоскость для получения однородной резкости.

Преломление и отражение — еще одна проблема для дизайнеров линз.Идеального объектива не существует. Все линзы рассеивают и преломляют часть проходящего через них света. Любой свет, отраженный обратно к источнику в противофазе, вызывает погашение и снижает контраст изображения. На поверхности линз нанесены специальные покрытия для минимизации преломления и отражения.

БУДУЩЕЕ ОБЪЕКТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

По словам Джулиана Гольдштейна из производителя оптики Navitar из Рочестера, штат Нью-Йорк, на дизайн линз влияют следующие тенденции.

Размеры панелей отображения Microdisplay уменьшаются, чтобы производители могли делать более компактные и менее дорогие проекторы.Изготовить 0,8-дюймовую ЖК-панель XGA (1024 × 768) дешевле, чем сделать 1,3-дюймовую ЖК-панель XGA (1024 × 768), и все оптические компоненты также должны быть уменьшены в размерах.

Размер пикселя уменьшается, а плотность пикселей увеличивается. Это означает, что изображения должны быть такими же резкими по краям, как и в центре.

Широкоэкранный формат 16: 9 неуклонно растет по мере распространения проецирования высокой четкости. Производители проекторов продвигают проекторы 1080p (1920 × 1080) и WXGA (1366 × 768) для рынков высокой четкости (16: 9) и SXGA + (1400 × 1050) для приложений 4: 3.Ожидается, что формат WXGA станет популярным на корпоративном рынке, поскольку он позволяет одновременно отображать информацию как в формате 4: 3 XGA (1024 × 768), так и в формате 16: 9 720p (1280 × 720).

Это может доставить производителям объективов большую головную боль, так как днем ​​и ночью существует разница между разработкой объектива со стандартным разрешением XGA и объектива высокой четкости 1080p. Помимо прочего, разработчик линз должен:

• Создайте дизайн с отличными характеристиками передаточной функции модуляции, с минимальным падением разрешения и яркости по краям поля.Дизайн должен достигать уровней производительности, которых раньше нельзя было ожидать.
• Попиксельный анализ того, как свет фокусируется на каждом пикселе. Чем меньше пиксель, тем жестче спецификация.
• Выберите экзотические стеклянные материалы для лучшей цветокоррекции.
• Анализируйте боковой цвет, чтобы цвета оставались выровненными и не распадались на экране.
• Уменьшите искажение до минимума, чтобы изображения можно было сшить вместе для создания огромных многопроекторных изображений, которые выглядят бесшовно.
• Проанализируйте осевой цвет, чтобы такие цвета, как черный, казались действительно черными, а не размытыми.
• Проверьте наличие сферических аберраций, которые могут смягчить изображение.
• Добавьте широкополосные покрытия к элементам для большей контрастности.
• Создать дизайн линзы, который может поместиться в упаковке определенного размера и может быть произведен по разумной цене.

Хроматические аберрации также часто встречаются в недорогих объективах. Световые волны охватывают довольно широкий диапазон частот: синий — около 400 нанометров, а красный — ближе к 700 нанометрам.Если эти разные цвета не попадают в один и тот же фокус, может быть видно размытие или ореол, или может показаться, что цвета не совпадают.

Многоэлементные линзы предназначены для компенсации разницы в длинах оптических волн за счет изгиба световых лучей разного цвета в разных точках, причем не все из них действуют в одной точке, как одна линза. В сочетании различные степени смещения фокуса сходятся в конечном элементе, так что все цвета точно совмещаются.

Наиболее распространенная форма искажения изображения возникает не из-за объектива, а из-за угла проецирования. Это геометрическое искажение, известное как трапецеидальное искажение, вызвано наклоном проектора вверх, вниз или в любую сторону от оптической центральной линии проекционного экрана. На этом этапе плоскость экрана не параллельна плоскости проектора, и в результате получается неровное трапециевидное изображение, а не прямоугольник.

Вы можете исправить трапецеидальное искажение — или, с научной точки зрения, искажение параллакса — двумя способами.Во-первых, убедитесь, что линза проектора параллельна поверхности экрана как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях. Однако это может закрывать экран для многих зрителей, если проектор не находится за экраном.

Другой подход состоит в том, чтобы включить в проектор механический сдвиг объектива. Этот элемент управления работает как старомодная камера обзора, поднимая или опуская переднюю линзу объектива относительно задней. Затем проецируемое изображение смещается вверх или вниз от оптического центра объектива без какого-либо геометрического искажения изображения.

Более дешевый и целесообразный подход — электронное изменение размера пикселей изображения и буквально создание изображения с устранением трапецеидальных искажений перед его проецированием. Проблема с электронной коррекцией трапецеидальных искажений заключается в том, что она не решает проблем с глубиной резкости, вызванных угловой проекцией, и снижает разрешение в пикселях.

Исследования и разработки проекционных объективов никогда не прекращаются. Кажется, линзы становятся все лучше и лучше. С появлением на рынке всех новых широкоэкранных проекторов высокой четкости это определенно хорошо.

Пит Путман (Pete Putman) — редактор Pro AV и президент ROAM Consulting, Дойлстаун, Пенсильвания. Он особенно хорошо известен своими услугами по тестированию / разработке продуктов, которые он предоставляет производителям проекторов, мониторов, интегрированных телевизоров и интерфейсов дисплея. сотни технических статей, обзоров и колонок для отраслевых и потребительских журналов за последние два десятилетия. Вы можете связаться с ним по адресу [email protected].

Подписка

Чтобы получать больше подобных новостей и быть в курсе всех наших ведущих новостей, функций и аналитических материалов, подпишитесь на нашу рассылку новостей здесь.

Защитная насадка для объектива, Проекционный объектив для телевизора, Проекционные линзы

Проекционный объектив и фотографический объектив — это пара противоположных линз, линза камеры используется для изображения внешнего мира на ПЗС или COMS в цифровом формате, с другой стороны, проекционная линза для изображений в цифровом формате, проецируемых на экран.

С точки зрения оптической конструкции эти две линзы ничем не отличаются, поскольку оптический путь является обратимым.Однако некоторые отличия у них все же есть. Во-первых, фотографический объектив — это обычно диафрагма с регулируемой диафрагмой, которая в фотоиндустрии известна как диафрагма. Проекционный объектив, как правило, для максимального увеличения выходного освещения, диафрагма не регулируется.

Во-вторых, объектив проектора обычно представляет собой объектив с фиксированным фокусом, даже проекторы с объективом с зумом, коэффициент масштабирования обычно не превышает 2, коэффициент масштабирования бытовой цифровой камеры обычно превышает 3, только цифровая камера SLR с объективом с фиксированным фокусом или объектив с объективом с фиксированным фокусным расстоянием коэффициент масштабирования менее 3.

В-третьих, объектив разного калибра, диаметр проекционного объектива, как правило, намного больше, чем объектив камеры.

В Hyperion Optics мы разрабатываем следующие проекционные линзы:

• Короткофокусный (сверхкороткое фокусное расстояние) объектив, который используется для проецирования на большой экран ближнего радиуса действия.
• Объектив со средним фокусным расстоянием для проецирования на нормальное расстояние
• Телеобъектив (супертелеобъектив) для проецирования небольшого экрана на большие расстояния

В дополнение к этому есть линза с шариковым экраном, это поверхность для съемки с одной линзой.

Мы можем проектировать и производить высокопроизводительные проекционные объективы, максимальное разрешение до 4K, коэффициент проецирования может достигать 0.8: 1, что означает, что расстояние проекции составляет один метр 60-дюймового экрана.

В следующей таблице показано соотношение между проекционным соотношением и фокусным расстоянием.

Тип линзы	Супер короткий фокус	Короткий фокус	Средний фокус	Телеобъектив	超 长焦
Коэффициент проекции		1.2–2,0: 1	2,0–2,6: 1	2,6-5,0: 1	> 5,0: 1

Теперь, с увеличением доли широкоэкранного видео, на рынок постепенно начали проникать деформируемые проекционные линзы. По сравнению с традиционными проекционными линзами + деформационными линзами конструкция деформационных линз более компактна, обеспечивает лучшее качество изображения, более низкие цены.

У нас есть богатый опыт в проектировании и производстве, и мы можем создавать проекты с балансом производительности и цены на основе различных размеров чипов, разрешений и соотношений проецирования.

Вы сказали объектив проектора ..?. Сказать, что я немного против, это немного… | Скот Гиллеспи

Сказать, что я немного против, это немного преуменьшить. У меня отстраненное от центра мировоззрение, которое заставляет меня действовать по-другому. Я не знаю, потому ли это, что я хочу бросить вызов, или потому, что я просто не хочу следовать тенденции, или потому, что где-то в подсознании я считаю, что ничего стоящего не бывает легко.Но где-то за последние пару лет, наткнувшись на ветку на форуме, я начал возиться с проекционными линзами.

A Schneider-Kreuznach Cinelux AV MC PC 105 мм f2.9 объектив для слайд-проектора показывает более или менее вершину результатов в области объективов для слайд-проекторов. Астранция — это всегда цветок, который может подойти хорошему макрообъективу, и если вы достаточно счастливы, чтобы жить с минимальной диафрагмой f2.9, то объектив, который на онлайн-аукционе стоит менее 30 фунтов стерлингов, может составить конкуренцию тем, кто находится в высшая макро-лига, дающая вам и разрешение, и боке.

Как мы все знаем, специализированные объективные фотографические линзы бывают самых разных форм и размеров, от четких и сверхчетких фиксаторов до сверхдальних зумов, которые призваны удовлетворить все мечты универсалов. Но здесь мы говорим об использовании линз, предназначенных для яркого изображения на экране, в качестве линзы объектива.

Этот снимок с использованием объектива ISCO PC 45 мм 2.8 AV демонстрирует четкую резкость, которую можно достичь с помощью объектива слайд-проектора, в сочетании с плавным эффектом боке, который просто сглаживает остальную часть изображения, позволяя глазам сосредоточиться только на архитектурных деталях. структура листьев позади.В этот период выбирать между ISCO и Schneider как брендами практически нечего.

Честно говоря, это не такой уж большой прыжок в темноту. Скорее всего, если вы этого не сделали, вы будете знать кого-то, кто будет использовать увеличительные линзы для макросъемки; и в сочетании с фото-наложением это метод, который трудно найти наилучшим образом для получения клинически четких изображений с соотношением сторон 1: 1. И, в конце концов, переоснащение проекционных линз — не такой уж большой скачок после этого.

Но зачем вам использовать линзы старого проектора? Ну, по сути, производительность при чрезвычайно малой глубине резкости и в качестве бонуса два разных типа боке, за которые стоит умереть.Если учесть это, краткое описание дизайна звучит неплохо.

Я впервые попробовал проекторные линзы с этим объективом Chiyoko P-Rokkor 75 мм f2.5 от проектора Minolta Mini. Его тройная конструкция дает нежное пузырчатое боке, которое дополняет слегка мягкий рендеринг объектива. Если бы я когда-либо был на свадебном рынке, я бы подумал об использовании, поскольку он имеет хорошее сочетание достаточно резкости и обладает естественным тонким контрастом (что может быть побочным эффектом от использования только одного покрытия).

Но давайте просто скажем, что с самого начала проекционные линзы представляют собой очень неоднозначный набор, от совершенно безнадежных до смехотворно возвышенных, и от первоначальной стоимости в несколько фунтов до тех, что намного превышают тысячу.

Нельзя сказать, что те, что находятся в нижней части шкалы, совершенно не используются. Один из моих любимых объективов — это объектив среднего формата для слайд-проектора других производителей, который Medium уже предлагал. Это в некоторой степени четырехэлементный дизайн Petzval, без покрытия, с открытым алюминиевым внутренним стволом, поэтому, как следствие, он имеет низкую контрастность и небольшую разрешающую способность, но является жемчужиной в создании мягкого вида, который может, в зависимости от объекта, иметь Боке, пузырящееся или пластифицированное до точки Ван Гога.

Мой чудесно ужасный безымянный «Два и четверть» 6 в фокусе F 3.8 Проекционный объектив Petzval способен давать много странных, а иногда и замечательных результатов, и этот снимок включен больше как пример того, что он может делать с боке, чем его актуальная ценность как изображение. Полудалекие не в фокусе листва от горизонтальных ветвей слились в дань уважения Ван Гогу — и в следующем году горшок с синим ирисом может быть помещен на то же место.

Bubbly Bokeh — одна из причин, по которой нужно выбрать качественный и недорогой проекционный объектив.Пузырьковое боке — это побочный эффект плохо управляемой траектории света в объективах камеры. Если это происходит с любым объективом, это побочный эффект, с которым можно было бы жить в этой ценовой категории, и в те времена все объективы обычно проектировались так, чтобы хорошо работать с 2 ступеней ниже (поскольку никто не хотел бы снимать с такой ценой). объектив широко открытый, не могли бы они). В мире проекционных линз это было чем-то, что никто бы никогда не подумал исправить, поскольку побочный эффект никогда не возникнет от освещенного слайда или пленки.Таким образом, практически все проекционные линзы с нижней и средней точкой дадут вам то, что Мейер любит пузырящееся боке.

Это связано с тем, что подавляющее большинство из них основано на относительно простой конструкции триплета Кука (либо в виде стандартной трехэлементной линзы, либо с одним расширенным элементом, то есть составленным в виде двух склеенных элементов или разделенных и разделенных воздухом), что дает от более ярких краев к расфокусированным светам, если что-то вроде радужной оболочки не срезает их. Ой, теперь вы знаете, что секрет Meyer Bubbly Bokeh зависит от объектива; отверстие диафрагмы шире, чем путь света, и / или края линз не замаскированы.

Это простое управление световым путем также дает вам простую организацию света в фокусной точке, результатом чего является плавная визуализация не в фокусе областей или боке. Но я уверен, что об этой цели даже не задумывались различные дизайнеры линз, их цель состояла в том, чтобы добиться плоского поля на экране из плоского или изогнутого поля на пленке.

Опять же, безымянный «Два и четверть» 6 в фокусе F 3.8 Проекционный объектив Petzval дает еще одну демонстрацию возможностей боке, размазывая преувеличенную палитру красных и зеленых тонов на фоне плодоносящей веточки ягод бузины.Доступность линз простой конструкции по доступной цене открывает широкие возможности для экспериментов и получения собственных знаний с небольшими затратами.

Лучшими из линз для слайд-проекторов являются линзы, которые были разработаны для использования с профессиональным аудиовизуальным комплектом. В этой сфере вы встретите такие линзы, как Leitz Colorplan, линзы ISCO PC и Schneider Cinelux AV, и в них резкость становится поразительной, поскольку управление световым путем снижает яркость, насколько это возможно. Тем не менее, пузырящееся боке исчезло, но в большинстве случаев плавность все еще великолепна.

Никогда не забывайте, однако, боке никогда не бывает данностью, ключом к любому эффекту боке является баланс между линзой, расстоянием до фона, освещением фона и самим фоном.

Но до сих пор мы только что рассматривали слайд-проекционные линзы, есть еще одна область проекционных линз, где их свойства могут быть использованы для совершенно разных целей; объектив проектора кино. Но есть предостережения: эти линзы предназначались для установки в каретках с болтовым креплением на концах проекторов, которые могли весить большую часть тонны, поэтому их собственный вес не принимал во внимание конструкцию.Резьба фильтра, если она есть, не видна. Заднее фокусное расстояние, то есть от последнего элемента до фокальной плоскости, не стандартизировано, поэтому оно может составлять от 20 до 200 мм (я не шучу), поэтому установка на вашу зеркалку или беззеркалку может быть проблемой. Перегретая пленка может выводить газ из подобного суперклея, поэтому заднее многослойное покрытие может быть не совсем идеальным, поскольку выделяемый газ может растворять многослойное покрытие — даже старомодное высококачественное сплавленное металлическое покрытие. А 35-миллиметровые проекционные линзы фактически являются полукадровыми, поэтому они обычно подходят до APS-c, но если вы работаете в полнокадровом режиме, лучше всего использовать 70-миллиметровые проекционные линзы.Всегда, пока вы не узнаете, с чем имеете дело, избегайте анаморфных или других специальных широкоэкранных вариантов — если вы не хотите растягивать свои цифровые изображения. Есть способы лучше делать панорамные снимки, даже для такого человека, как я.

Узкая узкая зона фокуса проекционного объектива не обязательно ограничивает включение географического жесткого ландшафта. Здесь Бинн Дирг, расположенный над озером Ментейт, создает теплый контрапункт вне фокуса, улавливая последнюю теплоту солнечного света. дневной свет, в то время как сумерки установились на не растаявшем морозе зонтичной кроны коровьей петрушки.
В этом случае любая более узкая диафрагма, чем у Isco Optic Ultra MC f2.3 150 мм, позволила бы зрителю увидеть намек на визуальный беспорядок, лежащий между двумя объектами.

Плюс в том, что из них можно сделать превосходные макро- и портретные объективы при слабом освещении с качеством рендеринга, совершенно непохожим на все остальное. Дизайн и качество этих линз достигли пика за последние 20 лет, и основная цель заключалась в том, чтобы на флуоресцентном экране нехорошая дублирующая пленка выглядела эффектно.Боке для меня мягче, чем любой объектив Майера, как и резкость плоского поля, но реальный выигрыш заключается в количестве и качестве света, пропускаемого для данной диафрагмы. Мой любимый дизайн в этом секторе — это объективы Schneider / Isco Ultra, у которых есть баланс контраста с ними, который можно эффективно использовать в цифровую эпоху, и действительно, как они должны быть для объектива, который изначально стоил бы тысячи.

Итак, независимо от первоначальной цели, на что вы обращаете внимание; Что ж, если вам нужен качественный внешний вид вместо качества, Schneider / Isco, Nissin Sankor и Leitz всегда будут работать в зависимости от конструкции объектива, и если объектив имеет металлический, а не пластиковый корпус, то это обычно хороший показатель (хотя всегда есть исключения).Объективы Kodak и Rollei могут быть разными, некоторые из них превосходны, некоторые средние, а некоторые, в частности, Kodak очень плохи. В остальном, если вы купите его за копейки на eBay, то вы всегда сможете повеселиться с очень небольшими затратами — в худшем случае у вас будет отличный вариант мягкого фокуса за небольшую часть стоимости Lens-baby.

Следует отметить отношения Шнайдера и Иско, поскольку они весьма странные. Иногда Isco могла быть брендом второго уровня Schneider, предлагая более низкое качество по сниженной цене, в другом случае она могла производить продукцию качества Schneider для других брендов, а в других случаях она могла производить разные дизайны с той же точкой качества.А в других случаях это могло быть производство линз под брендами Kodak и Rollei. Если сомневаетесь, посмотрите, насколько хорошо собран объектив, если дешево, то и остальное тоже.

Здесь Leitz Colorplan f2.5 90 мм дает сравнительную визуализацию листвы при задней подсветке с другими объективами Petzval и Triplet, этот объектив намного резче, чем оба, но, как следствие, более жесткие характеристики привели к лучшему управлению световой путь, который теряет эффект Bubbly Bokeh, однако заменяет его плавностью, сравнимой с ISCO и Schneider выше, если не невероятной резкостью, которая делает его идеальным портретным объективом.

Всегда нужно учитывать задний фокус. В большинстве объективов это работает, но некоторые из них, такие как Leitz Colorplan, немного короче для прямого использования (на большинстве зеркальных фотокамер они требуют тонкой обрезки тубуса), а объективы Cine с фокусным расстоянием менее 70 мм могут представлять опасность. И в этом отношении есть некоторые проекционные линзы с небольшим задним фокусом или без него, когда линзы предназначены для размещения на цифровом источнике или рядом с ним. Так что не соблазняйтесь линзами проекционного телевизора или большинством цифровых проекторов.

Как правило, всегда лучше избегать линз с криволинейным полем (обычно с маркировкой CF), поскольку они предназначены для работы с установленными слайдами без стекла (после того, как они выскочили из-за тепла проектора), и, как следует из названия дают вам не только изогнутую зону объективного фокуса, но и, как следствие, менее плавную визуализацию боке.

Итак, как сделать проекционный объектив практичным?

Ну, по сути, сейчас я использую два основных метода: приклеивание и развёртывание.

Метод склеивания лучше всего работает с кинообъективами, и я предпочитаю использовать ступенчатое кольцо фильтра 52 или 42 мм, приклеенное к задней части объектива.Из горького опыта я настоятельно рекомендую никогда не использовать суперклей, он дегазируется так же, как перегретая кинопленка, как описано выше, и может эффективно растворять любое многослойное покрытие. Итак, теперь я аккуратно центрирую кольцо фильтра, удерживая его на месте синим таксом, и заполняю стык эпоксидной смолой, убедившись, что линза хорошо вентилируется, пока клей застывает. После установки объектив может быть установлен на винтовой фокусирующей оправе либо из Китая через eBay, либо через адаптер Leica Zooan (первоначально для преобразования объектива LTM M39 Hektor в Visoflex).

Метод развертывания лучше всего работает с линзами для слайд-проекции. Большинство из них имеют внешний диаметр цилиндра около 42,5 мм, поэтому я использую ступенчатое фильтрующее кольцо от 52 до 42 мм (то есть с наружной резьбой 52 мм). Затем я использую круглый металлический напильник, чтобы развернуть внутреннюю резьбу 42 мм, пока она точно не войдет в ствол — это может занять час или два. Для этого вам понадобится терпение того парня из Leica, который полирует камеры, поскольку вам нужно, чтобы расширение было точным и квадратным, чтобы сохранить центрирование объектива в вашем новом байонете.После того, как кольцо фильтра установлено на место, я прикрепляю его к фокусирующему геликоиду от 52 до 42 мм из Китая и обычно вставляю его до максимума, в который он может войти, когда геликоид находится на минимальном удлинении, и проверяю, что линза проходит через объектив. геликоид (убедитесь, что я не создал наклонную линзу). Затем я проверяю, могу ли я достичь бесконечной фокусировки на камере (я никогда не беспокоюсь, что выхожу за пределы бесконечности). Если все в порядке, я осторожно откручиваю линзу и прикрепляю кольцо фильтра к оправе линзы эпоксидной смолой, как указано выше.

Чтобы начать работу с моим предпочтительным методом изготовления линз для слайд-проекторов, нам понадобятся пять основных элементов; объектив (на этот раз Leitz Hektor 10cm f2.5), спиральную фокусировочную трубку от m52 x 0,75 мм до m42 x 1 мм, повышающее кольцо фильтра от 52 до 42 мм, тонкий круглый металлический напильник и легко очищаемый поверхность скольжения. Точное расширение требует времени и терпения, и, поскольку этот объектив, к сожалению, шире обычного, работает пара дней. Ключ заключается в том, чтобы работать с умеренным давлением, прижимая пилку ровно к поверхности поля, и каждые пару минут вращайте кольцо примерно на четверть оборота, и каждые четверть часа меняйте лицевую сторону кольца так, чтобы вы работали с другой стороны. — это поможет вам сохранить круг верным.На ранних стадиях, когда вы опиливаете нить, наблюдение за равномерностью износа поможет вам усовершенствовать вашу технику. Два часа этого и даже бывший скалолазание и гитарист, я чувствую напряжение — поэтому, когда вы чувствуете, что вам нужно сделать перерыв, возьмите его и возьмите его на следующий день. Усталость просто приводит к ошибкам и заставляет задуматься о том, как Dremel сделает это быстрее — этого не произойдет, и, если у вас нет токарного станка по металлу, не существует механического решения, которое обеспечит вам необходимое качество. Из более ранних измерений этого объектива я знал, что его трубка была слишком длинной на 20 мм, чтобы дать мне бесконечную фокусировку при установке в спираль, и, поскольку последний элемент находится в трубке примерно на 30 мм в глубину, я знал, что могу с комфортом укоротить трубка на 25 мм (точная остановка на бесконечность не входит в мой список требований). Это, учитывая прицеливание или резак для трубы, удобно дало мне возможность установить положение развернутого кольца сразу за вырезанной выемкой на тубусе линзы, что позволило легко визуально определить прямоугольность. Вы можете использовать другие безопасные клеи, пистолеты для горячего клея дают удовлетворительные результаты, например, купите эпоксидную смолу, которую я доверяю. Так что быстросохнущая эпоксидная смола с насадкой для смешивания является для меня отличным решением. Чтобы убедиться, что покрытие линз и бальзам не дегазируют, всегда давайте клею застыть в хорошо проветриваемом месте с разумной температурой. Пока я работаю самостоятельно, у меня есть отличный резак для металлических труб, который отлично режет. В остальном единственное реальное решение — использовать токарный станок по металлу.Тем не менее, использование трубореза в этом случае имеет одну проблему; обрезанная резьба простой системы фокусировки объектива проектора, и получение настоящего квадрата над этим — одна жертва, над которой мне придется признать небольшое поражение. Хитрость заключается в том, чтобы работать от самого края нити, пока вы не дойдете до другого края, продолжая двигаться вперед и назад, пока не достигнете глубины пропила. … И самый важный момент: металлические опилки — это последнее, что вам нужно, чтобы выкинуть объектив или систему камеры, поэтому убедитесь, что все металлические порезы без заусенцев, а любые металлические опилки сарая снесены ветром и удалены с любой камеры. , или часть линзы, с которой они могли соприкасаться.То же самое касается и вас, вы же не хотите вспоминать того парня из слесарей-металлистов, у которого в глаз попали железные опилки. И чтобы убедиться, что все в порядке, требуется эталонный снимок на бесконечность. И небольшое прикосновение к контрасту и резкости, и результат будет респектабельным — даже если этот объект находится почти в полумиле от предполагаемого использования объектива. Прочная, как старые ботинки, Mahonia борется с воздействием зимы, но с предметом, который заставляет этот тип составных тройных линз сиять.

Влияние поляризационных свойств проекционного объектива на процесс литографии в Hyper-NA

Аннотация

Непрерывное внедрение новейших технологических достижений в оптической литографии продвигает эту технологию во все времена. меньшие размеры элементов. Например, сейчас хорошо известно, что узел 45 нм будет выполняться с использованием самых современных технологий. Иммерсионная литография с гипер-NA ArF (193 нм).Тем не менее потребуются значительные усилия, чтобы визуализация методы улучшения, такие как иммерсионная технология Hyper-NA, поляризованное освещение или сложное освещение режимы, обычно доступные для производственных сред. Чтобы поддержать эти тенденции, к литографической оптике должны быть предъявлены более строгие требования. Хотя это относится как к осветительному блоку, так и к проекционному объективу, в этой статье основное внимание будет уделено последнему модулю. Сегодня проекция аберрации линз хорошо контролируются, и их литографическое влияние понятно.С появлением улучшенных изображений такие методы, как иммерсионная литография с гипер-NA и реализация поляризованного освещения, четкое требуется описание и контроль состояния поляризации всей оптической системы. До того, как поляризация использовалась для улучшения изображения, свойства изображения в каждом полевом положении линзы могли быть полностью характеризуется двумя картами зрачков: фазовой картой и картой пропускания. Для поляризованного изображения эти две карты заменяются комплексной матрицей Джонса 2×2 для каждой точки в зрачке.Хотя такой ученик матриц Джонса (сокращенно: ученик Джонса) позволяет полное и точное описание физического изображения, кажется, что ему не хватает прозрачности в отношении прямого актуальность визуализации и литографической визуализации. В этой статье мы представим комплексный метод разложения зрачков Джонса на величины, которые представляют собой четкую физическая интерпретация, и мы изучим значимость этих величин для графических свойств литографии. линзы.

© (2007) АВТОРСКОЕ ПРАВО Общество инженеров по фотооптическому приборостроению (SPIE).Скачивание тезисов разрешено только для личного использования.

Колебание объектива проектора | Технологии 3D-печати

Недавно исследователи из Сингапурского университета технологий и дизайна и Южного научно-технического университета в Шэньчжэне, Китай, объявили о прорыве в цифровом изготовлении массивов микролинз с использованием метода трехмерной печати с цифровой обработкой света (DLP) с помощью осцилляций.

По словам исследователей, на сегодняшний день производство массивов микролинз оказалось затруднительным.Текущие производственные технологии отнимают много времени, имеют высокую сложность процесса, не обладают гибкостью изготовления и сталкиваются с трудностями в контроле согласованности.

Теперь, используя новый процесс колебания проекционных линз, исследовательские группы успешно тестируют подход к созданию массивов микролинз с должной гладкостью поверхности с использованием DLP 3D-печати.

Матрицы микролинз — нежное введение

Матрица микролинз (сокращенно MLA) состоит из линз размером в несколько микрон с оптической гладкостью поверхности.MLA имеет поддерживающую подложку с часто отдельными линзами около 10 микрометров на ней. Он формируется в одномерном или двухмерном направлении. Сегодня MLA стали важным микрооптическим устройством, используемым в различных компактных приложениях для получения изображений, зондирования и оптической связи.

За исключением голландской компании Luximprint, мирового лидера в области производства аддитивной оптики, большинство традиционных методик 3D-печати до сих пор не позволяли изготовить какие-либо оптические компоненты из-за наличия крупной шероховатости поверхности в 3D-печатных объектах.

Колебание объектива проектора

В этом новом подходе для реализации профилей микролинз при однократном УФ-облучении используются расчетно разработанные узоры в градациях серого, что устраняет эффект лестницы, существующий в традиционном методе послойной трехмерной печати, а колебания проекционной линзы применяются для дальнейшего устранения неровная поверхность, образованная зазорами между дискретными пикселями.

Оптически гладкая решетка микролинз, изготовленная методом осцилляции проекционной линзы.
Изображение любезно предоставлено SUTD.

Цифровая обработка света для деталей

DLP 3D-печать — это процесс, в котором используется цифровой проектор для отверждения фотополимерной смолы и производства 3D-печатных деталей. Он часто используется для высокодетализированной 3D-печати и считается более быстрым методом, чем стереолитография, аналогичный процесс 3D-печати. Хотя 3D-печать DLP предлагает большую гибкость при изготовлении массивов микролинз с различными размерами, геометрией и профилями, она не позволяет изготавливать детали с оптически гладкими поверхностями.

Колебательная DLP-печать: сверхбыстрый и гибкий метод изготовления

Чтобы преодолеть это, исследователи SUTD и SUSTech предложили интегрировать DLP-3D-печать с механическими колебаниями и УФ-экспозицией в оттенках серого. Осцилляция помогает удалить неровную поверхность, образованную дискретными пикселями в 3D-печатной детали, тогда как УФ-экспозиция в оттенках серого устраняет эффект лестницы, характерный для 3D-печати, где видны следы слоев. Результатом является сверхбыстрый и гибкий метод изготовления массивов микролинз с оптической гладкостью поверхности.

Гладкие микролинзы для 3D-печати

Хотя исследовательская группа специально адаптировала DLP для производства массивов микролинз, различные другие технологии 3D-печати уже подходят для его производства.

Матрица микролинз, напечатанная на 3D-принтере Quantum X. Изображение любезно предоставлено Nanoscribe.

Например, немецкая компания Nanoscribe производит системы двухфотонного аддитивного производства, которые позволяют производить матрицы микролинз.

Кроме того, для больших типов матриц линз голландский поставщик услуг печатной оптики Luximprint предлагает линзы оптического качества прямо из принтера без необходимости последующей обработки.

Градиент микролинз, напечатанных на 3D-принтере. Изображение предоставлено Luximprint.

Экономическая жизнеспособность и эффективность

Чтобы доказать жизнеспособность и эффективность подхода, исследовательская группа провела подробные морфологические характеристики, включая сканирующую электронную микроскопию и атомно-силовую микроскопию.Результаты показали, что интеграция колебаний проекционного объектива с 3D-печатью DLP снижает шероховатость поверхности с 200 нм до примерно 1 нм.

Подводя итог всему этому, мы можем справедливо заключить, что, хотя новый процесс DLP 3D все еще исследуется и пока не доступен в продаже, первоначальные результаты многообещающие, и мы не можем дождаться, чтобы увидеть первые устройства 3D-печати, поступающие рынок.

ПРИМЕЧАНИЕ : Исследование SUTD + SUSTech, «Сверхбыстрая трехмерная печать оптически гладких массивов микролинз с помощью колебательного цифрового света t Processing , первоначально было опубликовано в Applied Материалы и интерфейсы «.

Примеры применения оптики | Эдмунд Оптикс

Приложение 1: Детекторные системы | Приложение 2: Выбор подходящего объектива | Приложение 3: Создание проекционной системы

Приложение 1: Детекторные системы

Каждая оптическая система требует предварительного проектирования. Приступить к проектированию часто бывает самым пугающим шагом, но определение нескольких важных характеристик системы поможет составить первоначальный план.Следующие вопросы проиллюстрируют процесс разработки простого детектора или эмиттерной системы.

Цель: куда пойдет свет?

Хотя простые линзы часто используются в приложениях для обработки изображений, во многих случаях их цель — проецировать свет из одной точки в другую в пределах системы. Почти для всех излучателей, детекторов, лазеров и волоконной оптики требуется линза для такого типа манипуляции светом. Прежде чем решить, какой тип системы следует разработать, необходимо ответить на важный вопрос: «Куда пойдет свет?» Если цель конструкции состоит в том, чтобы весь падающий свет заполнял детектор с наименьшим возможным количеством аберраций, то простая синглетная линза, такая как плосковыпуклая (PCX) линза или двояковыпуклая (DCX) линза, может использоваться.

Рисунок 1: Объектив PCX как предел поля обзора в приложении детектора

На рисунке 1 показан объектив PCX, а также несколько важных характеристик: диаметр объектива (D ₁ ) и фокусное расстояние (f). На рисунке 1 также показано, как диаметр детектора ограничивает поле обзора (FOV) системы, как показано приближением для полного поля обзора (FFOV):

(1.1) $$ \ text {FFOV} = \ frac {D_2} {f} $$

Или точным уравнением:

(1.{-1} {\ left (\ frac {D_2} {2f} \ right)} $$

Для детекторов, используемых в сканирующих системах, важной мерой является мгновенное поле обзора (IFOV), которое представляет собой угол, под которым детектор в любой момент во время сканирования.

(1.3) $$ \ text {IFOV} = \ frac {\ text {Размер пикселя}} {f} $$

Рисунок 2: Мгновенное поле обзора

Рисунок 3: Объектив PCX как предел поля обзора в приложении излучателя

Если смотреть в обратном направлении, рис. 1 также может представлять излучающую систему (рис. 3) с линзой, используемой для коллимации света.Эта установка будет предпосылкой для примера приложения.

Передача света: сколько света существует на начальном этапе?

Знание того, куда пойдет свет, — это только первый шаг в разработке системы проецирования света; не менее важно знать, сколько света передается от объекта или источника. Эффективность основана на том, сколько света получает детектор, тем самым отвечая на вопрос «Сколько света существует изначально?» Числовая апертура (NA) и число f (f / #) объектива измеряют количество света, которое он может собирать, на основе f, D, показателя преломления (n) и угла приема (θ).На рисунке 4 показана взаимосвязь между f / # и NA.

Рисунок 4: Объектив DCX с диафрагмой f / # и NA

Соответственно, это соотношение может быть математически выражено в соответствии с уравнением 1.5. Важно отметить, что чем больше Диаметр, тем меньше f / #; это позволяет большему количеству света проникать в систему. Чтобы создать наиболее эффективную систему, лучше всего согласовать конус, излучаемый источником света, с конусом приема линзы, так как это позволяет избежать чрезмерного или недостаточного заполнения области линзы.

(1,4) $$ f / \ # = \ frac {f} {D} $$

(1,5) $$ \ text {NA} = \ frac {1} {2 \ times f / \ #} $$

(1,6) \ begin {align} \ text {NA} & = n \, \ sin {\ theta} \\ & \ приблизительно n \ theta \ end {align}

Оптическая пропускная способность: сколько света проходит через систему?

При использовании линзы в качестве инструмента для передачи света от излучателя к детектору важно учитывать пропускную способность (TP), количественное измерение передаваемой световой энергии.Другими словами, отвечая на вопрос «Сколько света проходит через систему?» определяет геометрию используемой линзы и конфигурацию системы. Поскольку излучатели и детекторы являются областями света, а не точечными источниками, диаметр линзы влияет на TP, даже если соотношение между диаметром и фокусным расстоянием (определяемым f / #) остается постоянным.

На рисунке 5 показано базовое определение пропускной способности (TP), выраженное в уравнении 1.7, где A — площадь объекта (источник света), Ω — сплошной угол, а z — расстояние до объекта (с сопряженными с ними значениями на изображении). пространство как A ‘, Ω’ и z ‘).2 A \ Omega $$

Телесный угол определяется как Ω = A / r ² , где площадь поверхности линзы и радиус (r) являются расстоянием от линзы до объекта (z) или плоскости изображения (z ‘) для Ω. или Ω ‘соответственно.

Количество света, попадающего в детектор, можно уменьшить за счет виньетирования, которое является результатом физического блокирования света внутри системы из-за ограничений диафрагмы объектива. Однако некоторые системы выигрывают от преднамеренного виньетирования, поскольку оно может устранить рассеянный свет, который негативно повлияет на качество изображения.Важно отметить, что правильное выравнивание системы снижает посторонний свет и непреднамеренное виньетирование.

Аберрации: как выглядит изображение?

Определение количества света, проходящего через систему, важно, но аберрации внутри системы также играют важную роль. Отвечая на вопрос «Как выглядит изображение?» может привести к улучшению конструкции системы с целью уменьшения аберраций и улучшения качества изображения. Аберрации — это ошибки, присущие любой оптической системе, независимо от ее изготовления или юстировки.Поскольку каждая оптическая система содержит аберрации, баланс между производительностью и стоимостью является важным решением для любого дизайнера. Можно уменьшить несколько основных аберраций, таких как кома (изменение увеличения или размера изображения в зависимости от диафрагмы), сферическая (световые лучи фокусируются перед или за параксиальным фокусом) и астигматизм (с одной точкой фокусировки для горизонтальных лучей и другой для вертикальной). 3} $$

(1.2} $$

(1.10) $$ \ text {Астигматизм} \ propto \ frac {1} {\ left (f / \ # \ right)} $$

Пример применения: детекторная система

В качестве примера рассмотрим систему, в которой свет излучается из волоконно-оптического световода диаметром дюйма, как показано на рисунке 3.

• Начальные параметры
  NA световода = 0,55
  Диаметр источника (излучателя) = 6,35 мм
  Показатель преломления воздуха = 1
• Расчетные параметры
  F-число (f / #)

(1.11) \ begin {align} \ text {NA} & = \ frac {1} {2 \ times \ left (f / \ # \ right)} \\ 0.55 & = \ frac {1} {2 \ times \ left (f / \ # \ right)} \\ f / \ # & = 0.9 \ end {align}

Объектив PCX с f / 1, то есть f / # равным 1, был бы идеальным для размещения перед световодом, чтобы коллимировать как можно больше света. Согласно уравнению 1.4, если f / # равно 1, то диаметр и фокусное расстояние линзы равны. Другими словами, если мы рассматриваем объектив диаметром 12 мм, то фокусное расстояние также равно 12 мм.2} = 0,7854 \ text {steradians} \ end {align}

Стерадианы соответствуют двумерному углу в трехмерном пространстве, так как угол от края до края линзы является двухмерным. Более высокое значение в стерадианах дает меньшее расстояние от излучателя до линзы или больший диаметр линзы. Наибольшее значение, которое может иметь телесный угол, составляет 4π, или около 12,57, так как это было бы эквивалентно телесному углу всего пространства.

Чтобы рассчитать пропускную способность (TP) этой системы, нам необходимо сначала вычислить площадь источника (уравнение 1.2 \, \ text {steradians} \ end {align}

Поскольку система находится в свободном пространстве, где n приблизительно равно 1, n ² не учитывается при окончательном вычислении.

Приложение 2: Выбор правильной линзы

Высокое качество изображения — синоним низкого уровня аберраций. В результате дизайнеры часто используют две или более линзы, чтобы получить более высокое качество изображения по сравнению с решением с одной линзой. На выбор подходящего объектива для приложения влияют многие факторы: тип источника, нехватка места, стоимость и т. Д.

На рисунках 6a — 6e сравниваются различные системы линз для релейной линзы или применения изображения 1: 1. В этом конкретном примере, описанном в следующей серии сравнений, легко увидеть, как на качество изображения влияет внутренняя геометрия и оптические свойства выбранных линз.

Рисунок 6a: Система реле объектива DCX: 25 мм EFL x 20 мм Диаметр входного зрачка (слева — цветной, а справа — монохромный)

Рисунок 6b: Система реле линз PCX: 50 мм EFL x 20 мм Диаметр входного зрачка (слева — цветной, а справа — монохромный)

Рисунок 6c: Система реле ахроматической линзы: 50 мм EFL x 20 мм Диаметр входного зрачка (слева — цветной, а справа — монохромный)

Рисунок 6d: Система реле с асферизованной ахроматической линзой: 50 мм EFL x 50 мм Диаметр входного зрачка (слева — цветной, а справа — монохромный)

Рисунок 6e: Система реле асферической линзы : 50 мм EFL x 40 мм Диаметр входного зрачка (слева — цветной, а справа — монохромный)

Пример применения: система одноэлементных линз

Двойная выпуклая линза (DCX) считается лучшим одиночным элементом для получения изображений 1: 1 из-за ее симметричной формы, поскольку обе стороны линзы имеют одинаковую оптическую силу, вместо того, чтобы одна сторона изгибала лучи больше, чем другая, например плосковыпуклая (ПКХ) линза.Поскольку система линз состоит только из одной линзы, ограничитель диафрагмы — это, по сути, линза, что позволяет уменьшить многие аберрации. По этим причинам линзы DCX предпочтительнее одиночных линз PCX для получения изображений 1: 1. Однако важно иметь в виду, что при низком значении f / # все еще есть значительная сферическая аберрация и кома. Эти аберрации вызваны коэффициентом формы (S) одиночной линзы:

(2.1) $$ S = \ frac {R_2 + R_1} {R_2 — R_1} $$

, где R ₁ и _R2 — радиусы каждой поверхности линзы.2-1 \ right)} {n + 2} p $$

(2.3) $$ S = \ frac {R_2 + R_1} {R_2 — R_1} $$

(2.4) $$ p = \ frac {z ‘+ z} {z’ — z} $$

Где n — показатель преломления стеклянной подложки, p — коэффициент положения, z — расстояние до объекта (измеренное как отрицательное значение), а z ‘- расстояние до изображения (измеренное как положительное значение).

Чтобы уменьшить кому для объекта, находящегося на бесконечности, коэффициент формы можно рассчитать по формуле:

(2.2 — n — 1 \ right)} {n + 1} p $$

Для стекла с индексом 1,5 (N-BK7 — 1,517) с объектом, находящимся на бесконечности, коэффициент формы около 0,8 уравновесит коррекцию как комы, так и сферических аберраций.

Пример применения: система двойных линз

Для улучшения системы один объектив DCX можно заменить двумя одинаковыми объективами PCX, каждая с фокусным расстоянием в два раза больше, чем у DCX, с диафрагмой в центре. Это разделяет оптическую силу каждой поверхности линз, поскольку фокусное расстояние обратно пропорционально оптической силе.Поскольку каждая линза имеет меньшую оптическую силу, в системе создается меньше сферической аберрации. При использовании двух линз сила каждой поверхности складывается, что обеспечивает такое же общее фокусное расстояние, но меньшую сферическую аберрацию. Поскольку диаметр также остался прежним, f / # не изменилось при использовании одной линзы DCX или двух линз PCX, но сферическая аберрация уменьшилась, даже если f / # большое.

Выпуклые поверхности почти соприкасаются, между ними расположен упор диафрагмы.Лучшее качество изображения достигается за счет ориентации выпуклых поверхностей на наибольшее сопряженное расстояние.

Пример применения: система ахроматических линз

Другой вариант — использовать две ахроматические линзы или ахроматы. Ахроматическая линза состоит из двух склеенных вместе оптических компонентов, обычно положительного элемента с низким показателем преломления (корона) и отрицательного элемента с высоким показателем преломления (кремня). Использование ахроматов улучшает полихроматическое изображение (белый свет, несколько длин волн), а также снижает сферическую аберрацию и кому.Если обе линзы являются ахроматами с выпуклыми поверхностями, обращенными друг к другу, получается намного лучшая система визуализации, поскольку многие аберрации значительно уменьшаются по сравнению с той же системой с одиночными линзами (либо DCX, либо двумя PCX). В то время как сферическая аберрация незначительна при больших диафрагмах или большом f / # s, хроматическая аберрация значительно уменьшается с использованием ахроматов. Многие системы релейных линз на рынке используют этот тип конфигурации с четырьмя элементами.

Для получения дополнительной информации о преимуществах использования ахроматических линз по сравнению с синглетными линзами см. «Зачем использовать ахроматические линзы?».

Пример применения: система асферических линз

В отличие от PCX, DCX и ахроматических линз, которые сделаны из частей сферы, асферическая линза имеет кривизну, отличную от кривизны сферы или цилиндра, обычно сделанная из частей гиперболы или параболы. Ключевая концепция асферических линз или сфер заключается в том, что радиус кривизны изменяется в радиальном направлении от оптической оси линзы. В результате асферические линзы легко корректируют сферическую аберрацию и отлично подходят для коррекции внеосевых аберраций.

Асферические линзы используются во многих системах, поскольку одна асферическая линза может заменить две или более сферических линзы, тем самым уменьшая пространство и затраты внутри системы. Для получения дополнительной информации о производстве, дизайне и использовании асферических линз см. «Все о асферических линзах».

Тип системы линз	Сферическая аберрация	Хроматическая аберрация
DCX Singlet	Высокая	Высокая
2 шт.	Средний	Высокая
2 Ахромата	Низкий	Незначительная
2 асферизованных ахромата	Незначительная	Незначительная

Приложение 3: Создание проекционной системы

Разработка индивидуальной системы проекторов часто может быть трудоемкой и дорогостоящей.Тем не менее, есть несколько простых шагов, которые необходимо выполнить, чтобы сделать процесс легким и рентабельным. Эти же основные шаги можно применить ко многим приложениям для проектирования систем.

Шаги нестандартного дизайна:

1. Разделите систему на части — Оптические приложения многочисленны и разнообразны, от простых луп до формирования лазерного луча. Однако большинство приложений можно разбить на более мелкие модули, которые можно разрабатывать практически независимо.
2. Проектируйте каждую часть отдельно — Взяв каждый модуль и спроектировав его для оптимальной индивидуальной производительности, система в целом может получить выгоду.Это верно до тех пор, пока оптимизация одного модуля не влияет отрицательно на дизайн другого модуля, поэтому важно помнить об общей системе при проектировании отдельных частей.
3. Компьютерная оптимизация — После вычисления начальных размеров внедрение дизайна в программное обеспечение для проектирования линз, такое как ZEMAX или Code V, является лучшим способом оптимизировать модули независимо, а также общую конструкцию. Оптимизация каждого системного модуля даст наилучшие сценарии, для которых можно выбрать соответствующие монтажные компоненты.Это также работает как двойная проверка, чтобы убедиться, что расчеты дают разумные данные.
4. Сборка системы — После проектирования каждого модуля необходимо сконструировать всю систему. Перед объединением модулей необходимо проверить их по отдельности, чтобы гарантировать, что они работают должным образом, прежде чем добавлять их в систему. После того, как система построена, лучше всего запустить всю систему через программное обеспечение для проектирования линз, чтобы убедиться, что модули правильно работают вместе в системе.
5. Select Parts — Большинство пакетов программного обеспечения для проектирования линз включают библиотеку стандартных рецептов линз и алгоритм «ближайшего соответствия», который помогает выбирать настоящие линзы и элементы вместо нестандартных частей. Программное обеспечение для конструирования линз оптимизируется под количество стекла, которое может не существовать, но наиболее близкое соответствие даст очень похожий тип стекла, который можно купить. Помимо выбора правильных очков, важным шагом является поиск механики, подходящей для системы. Прежде чем выбирать держатели для линз и установку системы, необходимо учитывать размер, вес и внешний вид.

Для получения дополнительной информации о выборе стекла см. Оптическое стекло.

В большинстве проекторов, таких как старомодный слайд-проектор, используются два основных модуля: система конденсаторных линз и система линз проектора. Система конденсаторных линз равномерно освещает слайд; система линз проектора проецирует изображение слайда на экран. Каждый модуль можно создать с помощью простых компонентов и методов. В этом примере будет использоваться оптика диаметром 25 мм из-за большой апертуры и большого разнообразия доступных фокусных расстояний.

Часть 1: Система линз проектора

Система проекционных линз ограничена желаемым увеличением и расстоянием проекции изображения сетки. Поскольку в большинстве систем проецирования используется белый свет, наилучшее изображение можно получить с помощью ахроматических линз. Чтобы определить, какие ахроматы использовать, решите, как далеко от проецируемого изображения будет находиться система проекционных линз (I) и желаемое увеличение (M). Увеличение можно рассчитать по фокусным расстояниям линз (Уравнение 3.1) или по расстоянию от изображения до объекта (уравнение 3.2).

(3.1) $$ M = \ frac {F_2} {F_1} $$

(3,2) $$ M = \ frac {I} {O} $$

Часть 2: Система линз конденсатора

Системы конденсаторных линз собирают свет от расходящихся источников освещения, затем перенаправляют и конденсируют свет, чтобы заливать систему линз проектора. Классическая система конденсаторных линз состоит из двух линз PCX, установленных выпуклыми сторонами друг к другу, как показано на рисунке 7.Первая линза собирает расходящийся световой конус от осветителя (объекта или проектора), а вторая линза выводит свет в виде сходящегося конуса (изображения), который освещает сетку.

Рисунок 7: Базовая проекционная система

Неявно, решение проекционных линз определяет часть системы конденсаторных линз, поэтому разработка системы проекционных линз в первую очередь имеет решающее значение. Расстояние между системой конденсорных линз и линзами проектора не меньше расстояния от сетки до линзы проектора.

Пример применения: проектирование проекционной системы

• Начальные параметры
  Диаметр линзы = 25 мм
  Расстояние изображения = Расстояние проецирования = 250 мм
  Увеличение = 2,5X
• Расчетные параметры
  Расстояние до объекта или расстояние до сетки

(3.3) \ begin {align} M & = \ frac {F_2} {F_1} \\ 2.5 & = \ frac {250 \ text {mm}} {F_1} \\ F_1 & = \ frac {250 \ text {мм}} {2.5} = 100 \ text {мм} \ end {align}

Две ахроматические линзы с фокусным расстоянием 100 мм и диаметром 25 мм идеально подходят для создания системы проекционных линз.Линзы диаметром 25 мм отлично подходят для больших апертур и совместимости с механическими компонентами, а также благодаря разнообразию покрытий и фокусных расстояний.

Фокусное расстояние конденсаторной линзы PCX

(3.4) \ begin {align} M & = \ frac {F_2} {F_1} \\ F_2 & = M \ cdot F_1 = \ left (2.5 \ text {X} \ right) \ left (100 \ text {мм} \ right) = 250 \ text {мм} \ end {align}

Два объектива PCX с фокусным расстоянием 250 мм и диаметром 25 мм необходимы для завершения проекционной системы.

GSO, Объектив для проектора камеры, Аксессуары для астрофотографии

Объектив для проектора камеры		ВЫ ЗДЕСЬ >> НА ГЛАВНУЮ | АДАПТЕРЫ ДЛЯ КАМЕРЫ | ПРОЕКЦИОННЫЙ ОБЪЕКТИВ КАМЕРЫ
	GSO 1,25 «32 мм окуляр проекционного объектива камеры (CPL)			3900 + 18% НДС
	Качественный суперплоский окуляр с полным многослойным покрытием.Может использоваться как обычный окуляр или для проекционной фотосъемки. Имеет внешний выдвижной тубус со съемным колпачком. Это показывает резьбу T2 (42 мм), подходящую для подключения к Т-образному кольцу камеры. Фокусное расстояние = 32 мм Размер ствола = 1,25 дюйма Видимое поле зрения = 52 ° Удаление выходного зрачка = 22 мм Группа = 4 элемента Резьба фильтра = M28.5 х 0,6 Резьба камеры = M42 x 0,75
	GSO 1,25 «40 мм окуляр проекционного объектива камеры (CPL)			4080 + 18% НДС
	Качественный суперплоский окуляр с полным многослойным покрытием. Может использоваться как обычный окуляр или для проекционной фотосъемки. Имеет внешний выдвижной тубус со съемным колпачком.Это показывает резьбу T2 (42 мм), подходящую для подключения к Т-образному кольцу камеры. Фокусное расстояние = 40 мм Размер ствола = 1,25 дюйма Видимое поле зрения = 45 ° Удаление выходного зрачка = 31 мм Группа: = 4-х элементная Резьба фильтра = M28,5 x 0,6 Резьба камеры = M42 x 0.75
	GSO 2 «30-миллиметровый проекционный объектив камеры (CSV) окуляр			5700 + 18% НДС
	Качественный широкоугольный окуляр Superview с полным многослойным покрытием. Может использоваться как обычный окуляр или для проекционной фотосъемки. Имеет внешний выдвижной тубус со съемным колпачком.Это показывает резьбу M57. Используйте дополнительные адаптеры камеры для подключения к камере (42T или 52T). Фокусное расстояние = 30 мм Размер ствола = 2 дюйма Видимое поле зрения = 68 ° Удаление выходного зрачка = 22 мм Группа = 5 элементов Резьба фильтра = внутренняя резьба, подходящая для 2-дюймовых фильтров Резьба камеры = M57 x 0.75
	GSO 2 «42-миллиметровый окуляр с проекционным объективом для камеры (CSV) — ПРОДАНО			5700 + 18% НДС
	Качественный суперплоский окуляр с полным многослойным покрытием. No related posts. alexxlab Разное Простые раскраски для детей 2 лет: развиваем мелкую моторику и творческие способности alexxlab 24.11.2024 0 Разное Почему грудничок психует во время кормления: причины и решения alexxlab 23.11.2024 0 Разное Кишечная инфекция при беременности: причины, симптомы, лечение alexxlab 19.11.2024 0 Разное Компот из чернослива для грудничка: польза, рецепты и советы по приготовлению alexxlab 17.11.2024 0 Разное Двойня: особенности родов и выбор между естественными и кесаревым сечением alexxlab 16.11.2024 0 Разное Физиологический насморк у грудничка: симптомы, причины и особенности alexxlab 15.11.2024 0 Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт