RU88458U1

RU88458U1 - VARIFOCAL LENS WITH AUTOMATIC APERTURE ADJUSTMENT

Info

Publication number: RU88458U1
Application number: RU2009123056/22U
Authority: RU
Inventors: Борис Глебович Бочаров
Original assignee: Общество с Ограниченной Ответственностью "БИК-Информ"
Priority date: 2009-06-16
Filing date: 2009-06-16
Publication date: 2009-11-10

Abstract

1. Варифокальный объектив с автоматической регулировкой апертуры, включающий набор линз, установленных вдоль оптической оси и обеспечивающих формирование оптического изображения, причем по меньшей мере одна из линз кинематически связана с электрическим приводом и выполнена с возможностью перемещения вдоль оптической оси, а также устройство для автоматической регулировки апертуры объектива, содержащее управляемую от электромагнитного привода лепестковую диафрагму с изменяемой апертурой и нейтральный фильтр, расположенный в плоскости апертурной диафрагмы, отличающийся тем, что устройство для автоматической регулировки апертуры объектива дополнительно включает датчик размера апертуры лепестковой диафрагмы, а нейтральный фильтр имеет плавную зависимость пропускания от поперечной координаты, изменяющуюся от минимального значения пропускания в центре к максимальному значению пропускания на краю. ! 2. Варифокальный объектив с автоматической регулировкой апертуры по п.1, отличающийся тем, что датчик размера апертуры лепестковой диафрагмы выполнен в виде датчика Холла.1. Varifocal lens with automatic aperture adjustment, including a set of lenses mounted along the optical axis and providing the formation of an optical image, and at least one of the lenses is kinematically connected with an electric drive and is movable along the optical axis, as well as a device for automatic adjustment of the lens aperture, which contains a petal diaphragm controlled by an electromagnetic drive with a variable aperture and a neutral filter located in the plane of the aperture diaphragm, characterized in that the device for automatically adjusting the lens aperture additionally includes a sensor of the aperture size of the petal diaphragm, and the neutral filter has a smooth dependence of transmission from the transverse coordinates varying from the minimum transmission value at the center to the maximum transmission value at the edge. ! 2. Varifocal lens with automatic aperture adjustment according to claim 1, characterized in that the aperture size sensor of the petal diaphragm is made in the form of a Hall sensor.

Description

Полезная модель относится к оптической технике, в частности к варифокальным объективам с автоматической регулировкой апертуры, и может быть использована при изготовлении объективов для систем наружного телевизионного наблюдения, работающих в условиях значительного изменения освещенностей наблюдаемых объектов.The invention relates to optical technology, in particular to varifocal lenses with automatic aperture adjustment, and can be used in the manufacture of lenses for outdoor television surveillance systems operating in conditions of a significant change in the illumination of the observed objects.

В последние годы существенный прогресс в области создания фотоэлектронных приемников изображения с высокой чувствительностью привел к появлению на рынке систем наружного наблюдения универсальных приборов, способных осуществлять регистрацию изображений объектов в условиях не только нормального освещения, но и при низких уровнях освещенности (в сумерках, ночью при лунном свете и пр.). Появление таких приемников вызывает необходимость создания объективов для телевизионных камер, обладающих одновременно большой светосилой и высоким качеством изображения.In recent years, significant progress in the development of high-sensitivity photoelectronic image detectors has led to the emergence on the market of outdoor monitoring systems of universal instruments capable of recording images of objects in conditions of not only normal lighting, but also at low light levels (at dusk, at night with moonlight light, etc.). The appearance of such receivers necessitates the creation of lenses for television cameras that have both high aperture and high image quality.

Вполне очевидным требованием потребителей систем наружного наблюдения является обеспечение их нормального функционирования не только в условиях низкой освещенности, но и в дневное время при высокой освещенности объектов солнечным излучением. Высокочувствительные фотоэлектронные приемники в этих условиях требуют специального аппаратного обеспечения их нормального функционирования.A very obvious requirement of consumers of outdoor surveillance systems is to ensure their normal functioning, not only in low light conditions, but also in the daytime with high light exposure of objects with solar radiation. Highly sensitive photoelectronic receivers in these conditions require special hardware to ensure their normal functioning.

Фотоэлектронные приемники изображения, применяемые в телевизионных камерах, разрабатываются и производятся в основном на базе матричных приемников излучения с зарядовой связью (ПЗС). Эти системы обладают ограниченным диапазоном работы по величине регистрируемого светового потока, причем снизу этот диапазон ограничен чувствительностью фотоэлектронного преобразования материала, из которого изготовлены элементарные фотоэлементы матрицы (пиксели) и собственными шумами фотоэлектронного преобразования, а сверху - эффектом насыщения фотоэлектронного преобразования и технологией считывания информации (соотношением скоростей растекания накопленного под действием облучения электрического заряда и его регистрации специализированными контроллерами указанных матричных фотоприемников).Photoelectric image detectors used in television cameras are designed and manufactured mainly on the basis of charge-coupled radiation (CCD) matrix radiation detectors. These systems have a limited range of operation in terms of the recorded light flux, and below this range is limited by the sensitivity of the photoelectronic conversion of the material from which the elementary photocells of the matrix (pixels) are made and the intrinsic noise of the photoelectronic conversion, and from above - by the effect of saturation of the photoelectronic conversion and information reading technology (ratio the spreading rates of the electric charge accumulated under the action of irradiation and its registration specialized controllers for these matrix photodetectors).

Как известно, человеческий глаз также является системой наружного наблюдения и, безусловно очень упрощенно, включает объектив (роговицу), автоматическую систему фокусировки (хрусталик) и матричный фотоэлектронный приемник (сетчатку). Для обеспечения нормальной работы этой совершенной биосистемы природа предусмотрела в ее составе устройство автоматической регулировки апертуры в виде зрачка. При избыточной освещенности сетчатки мозг человека формирует команду для органа зрения уменьшить диаметр зрачка, а в сумерках, наоборот, диаметр зрачка увеличивается до максимального. Динамический диапазон органа зрения человека чрезвычайно широк. Глаз способен различать предметы ночью при освещенностях порядка 0.0001 люкс и днем при ярком солнечном свете с освещенностью предметов порядка 100000 люкс. Однако, даже человеческий глаз не способен различать детали слабо и сильно освещенных объектов, находящихся в его поле зрения одновременно. Предельные возможности человеческого зрения не превышают по этому параметру трех порядков.As you know, the human eye is also an external observation system and, of course, very simplified, includes a lens (cornea), an automatic focusing system (lens) and a photoelectronic photodetector (retina). To ensure the normal operation of this perfect biosystem, nature has provided in its composition a device for automatic adjustment of the aperture in the form of a pupil. With excessive illumination of the retina, the human brain forms a command for the organ of vision to reduce the diameter of the pupil, and at dusk, on the contrary, the diameter of the pupil increases to the maximum. The dynamic range of the human organ of vision is extremely wide. The eye is able to distinguish objects at night under illumination of the order of 0.0001 lux and during the day in bright sunlight with illumination of objects of the order of 100,000 lux. However, even the human eye is not able to distinguish between the details of weakly and highly illuminated objects that are in its field of vision at the same time. The ultimate capabilities of human vision do not exceed three orders of magnitude in this parameter.

По аналогии с природой разработчиками объективов для систем наружного наблюдения были созданы устройства для автоматической регулировки апертуры объектива в зависимости от падающего на него (и на приемник изображения) светового потока. В этих устройствах использованы лепестковые диафрагмы с подвижными компонентами, перемещение которых друг относительно друга приводит к уменьшению размера диафрагмы и, соответственно, к уменьшению проходящего через нее светового потока. Управление движением компонент лепестковой диафрагмы в этих устройствах осуществляется с помощью привода, причем управляющий сигнал на указанный привод поступает либо из схемы обработки видеосигнала телевизионной камеры, либо с внешнего фотоприемника, расположенного, например, внутри объектива.By analogy with nature, developers of lenses for outdoor surveillance systems created devices for automatically adjusting the lens aperture depending on the light flux incident on it (and on the image receiver). In these devices, flap diaphragms with movable components are used, the movement of which relative to each other leads to a decrease in the size of the diaphragm and, accordingly, to a decrease in the light flux passing through it. The movement of the components of the aperture diaphragm in these devices is controlled by a drive, and the control signal to the specified drive comes either from the processing circuit of the video signal of the television camera, or from an external photodetector located, for example, inside the lens.

Проблема расширения динамического диапазона работы фотоэлектронных систем наружного наблюдения неразрывно связана с проблемой обеспечения предельной разрешающей способности. Как известно, этот параметр связан с оптическими (в частности, аберрационными) характеристиками объектива и размерами пикселей используемых матричных фотоприемников. Причем, чем больше апертура объектива, тем хуже его разрешающая способность. Это обусловлено тем, что на краях линз объектива аберрации увеличиваются. Поэтому качество изображения в условиях слабой освещенности объектов (т.е. при полностью открытой апертуре объектива) несколько хуже, чем при малых апертурах. Следуя логике, можно предположить, что уменьшение апертуры объектива должно приводить к повышению его разрешающей способности. Однако, на практике установлено обратное: при чрезмерном уменьшении размера апертуры объектива в условиях наблюдения сильно освещенных объектов разрешающая способность вновь уменьшается, что вызвано эффектами дифракции на резких краях апертуры и дифракционному расплыванию изображения на фоточувствительной площадке приемника изображения. Сохранение высокой разрешающей способности объектива в широком динамическом диапазоне освещенности наблюдаемых с его помощью объектов может быть обеспечено при условии принудительного ограничения размера апертурной диафрагмы объектива и нахождения соотношения между предельно допустимым (минимальным) размером его апертурной диафрагмы и размером пикселей приемной площадки фотоэлектронного приемника изображения.The problem of expanding the dynamic range of operation of photoelectronic systems for outdoor observation is inextricably linked with the problem of providing the ultimate resolution. As is known, this parameter is associated with the optical (in particular, aberration) characteristics of the lens and the pixel sizes of the matrix photodetectors used. Moreover, the larger the aperture of the lens, the worse its resolution. This is because the aberrations increase at the edges of the lenses of the lens. Therefore, the image quality in conditions of low illumination of objects (i.e., with a fully open aperture of the lens) is somewhat worse than with small apertures. Following the logic, it can be assumed that a decrease in the aperture of the lens should lead to an increase in its resolution. However, in practice the opposite has been established: with an excessive reduction in the size of the lens aperture under conditions of observation of highly illuminated objects, the resolution decreases again, which is caused by diffraction effects at the sharp edges of the aperture and diffraction spreading of the image on the photosensitive area of the image receiver. Maintaining a high resolution of the lens in a wide dynamic range of illumination of objects observed with it can be ensured provided that the size of the aperture diaphragm of the lens is enforced and the ratio between the maximum allowable (minimum) size of its aperture diaphragm and the pixel size of the receiving area of the photoelectronic image receiver is found.

Известен объектив марки LM8PB, производимый компанией KOWA, включающий набор линз, установленных вдоль оптической оси и обеспечивающих формирование оптического изображения, а также устройство для автоматической регулировки апертуры объектива, содержащее управляемую от электромагнитного привода лепестковую диафрагму с изменяемой апертурой и нейтральный фильтр, имеющий три круглых концентрических участка с различными, равномерными по апертуре, уменьшающимися от периферии к центру коэффициентами пропускания видимого света и расположенный в плоскости апертурной диафрагмы. При этом линзы в данном объективе выполнены неподвижными так, что объектив имеет фиксированное фокусное расстояние. Использование нейтрального фильтра со ступенчатой функцией пропускания в поперечном сечении обеспечивает расширение динамического диапазона регистрации изображения объектов с различной степенью освещенности.Known is the LM8PB brand lens manufactured by KOWA, which includes a set of lenses mounted along the optical axis and providing the formation of an optical image, as well as a device for automatically adjusting the lens aperture, containing a variable aperture-controlled diaphragm controlled by an electromagnetic drive and a neutral filter having three round concentric area with different uniform aperture, decreasing from the periphery to the center of the transmittance of visible light and located th in the plane of the aperture. Moreover, the lenses in this lens are fixed so that the lens has a fixed focal length. Using a neutral filter with a stepwise transmission function in the cross section provides an extension of the dynamic range of image registration of objects with varying degrees of illumination.

Основным недостатком данного объектива является отсутствие возможности изменения его фокусного расстояния и, как следствие этого, ограниченные функциональные возможности наблюдения удаленных и близко расположенных объектов с помощью одной камеры.The main disadvantage of this lens is the lack of the ability to change its focal length and, as a result of this, the limited functionality of observing distant and closely located objects using a single camera.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объективу и принятым за прототип является варифокальный объектив с автоматической регулировкой апертуры марки H30Z1015AMS, производимый компанией СВС под торговой маркой Computar. Данный объектив включает набор линз, установленных вдоль оптической оси и обеспечивающих формирование оптического изображения, а также устройство для автоматической регулировки апертуры объектива, содержащее управляемую от электромагнитного привода лепестковую диафрагму с изменяемой апертурой и нейтральный фильтр, имеющий четыре круглых концентрических участка с различными, равномерными по апертуре, уменьшающимися от периферии к центру коэффициентами пропускания видимого света и расположенный в плоскости апертурной диафрагмы. При этом объектив снабжен электрическим приводом, а некоторые линзы в данном объективе кинематически связаны с указанным электрическим приводом и выполнены с возможностью перемещения вдоль оптической оси так, что объектив имеет переменное фокусное расстояние.The closest in technical essence to the claimed lens and adopted for the prototype is a varifocal lens with automatic aperture adjustment of the brand H30Z1015AMS, manufactured by CBC under the brand name Computar. This lens includes a set of lenses mounted along the optical axis and providing the formation of an optical image, as well as a device for automatically adjusting the aperture of the lens, containing an aperture-controlled diaphragm with variable aperture controlled by an electromagnetic drive and a neutral filter having four circular concentric sections with different aperture uniform , decreasing from the periphery to the center, the transmittance of visible light and located in the plane of the aperture diaphragm. In this case, the lens is equipped with an electric drive, and some lenses in this lens are kinematically connected with the specified electric drive and are arranged to move along the optical axis so that the lens has a variable focal length.

Основными недостатками прототипа при работе в условиях высокой освещенности с чувствительными матричными фотоэлектронными приемниками изображения являются низкая разрешающая способность объектива, а также немонотонный характер изменения светопропускания объектива из-за ступенчатой зависимости пропускания градиентного фильтра.The main disadvantages of the prototype when working in high light conditions with sensitive matrix photoelectronic image pickups are the low resolution of the lens, as well as the non-monotonic nature of the change in light transmission of the lens due to the stepwise dependence of the transmission of the gradient filter.

Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в улучшении качества изображения, получаемого в системах наружного наблюдения.The problem to which the proposed utility model is directed is to improve the quality of the image obtained in outdoor surveillance systems.

Поставленная задача решается благодаря достижению технического результата, который заключается в повышении разрешающей способности объектива при работе в условиях высокой освещенности с чувствительными матричными фотоэлектронными приемниками изображения.The problem is solved due to the achievement of the technical result, which consists in increasing the resolution of the lens when working in high light conditions with sensitive matrix photoelectronic image receivers.

При реализации предлагаемой полезной модели указанный технический результат достигается за счет ограничения предельно допустимого (минимального) размера диафрагмы при автоматической регулировке апертуры объектива и использования градиентного нейтрального фильтра с плавной зависимостью пропускания от поперечной координаты, изменяющейся от минимального значения пропускания в центре к максимальному значению пропускания на краю.When implementing the proposed utility model, the indicated technical result is achieved by limiting the maximum allowable (minimum) aperture size when automatically adjusting the lens aperture and using a gradient neutral filter with a smooth transmission dependence on the transverse coordinate, varying from the minimum transmittance in the center to the maximum transmittance at the edge .

Заявляемый варифокальный объектив с автоматической регулировкой апертуры включает набор линз, установленных вдоль оптической оси и обеспечивающих формирование оптического изображения, причем по меньшей мере одна из линз кинематически связана с электрическим приводом и выполнена с возможностью перемещения вдоль оптической оси, а также устройство для автоматической регулировки апертуры объектива, содержащее управляемую от электромагнитного привода лепестковую диафрагму с изменяемой апертурой и нейтральный фильтр, расположенный в плоскости апертурной диафрагмы, причем устройство для автоматической регулировки апертуры объектива дополнительно включает датчик размера апертуры лепестковой диафрагмы, а нейтральный фильтр имеет плавную зависимость пропускания от поперечной координаты от минимального значения пропускания в центре к максимальному значению пропускания на краю.The inventive varifocal lens with automatic adjustment of the aperture includes a set of lenses mounted along the optical axis and providing the formation of an optical image, and at least one of the lenses is kinematically connected with an electric drive and configured to move along the optical axis, as well as a device for automatically adjusting the lens aperture containing an aperture-controlled diaphragm with variable aperture controlled by an electromagnetic drive and a neutral filter located in loskosti the aperture, the apparatus for automatically adjusting the lens aperture size of the aperture further includes a radar sensor diaphragm, and a neutral filter having a smooth dependence of the transmission on the transverse coordinate values of the minimum transmittance at the center to a maximum value at the edge of the transmission.

Кроме того, датчик размера апертуры лепестковой диафрагмы может быть выполнен в виде датчика Холла.In addition, the aperture size sensor of the aperture plate can be made in the form of a Hall sensor.

Сущность полезной модели поясняется чертежами. На Фиг.1а представлена схема устройства для автоматической регулировки апертуры прототипа. На схеме показаны корпус 1, в котором установлены два лепестка диафрагмы 2, один из которых кинематически соединен с электромагнитным приводом линейного перемещения 3, а также нейтральный фильтр 4, имеющий четыре круглых концентрических участка с различными, равномерными по апертуре, уменьшающимися от периферии к центру коэффициентами пропускания видимого света и установленный в центре апертуры. На Фиг.1б показан нейтральный фильтр 4, а на Фиг.1в изображен ступенчатый график зависимости пропускания нейтрального фильтра 4 от радиальной координаты. На Фиг.2(а, б) приведены изображение нейтрального фильтра 5, предлагаемого к использованию в заявляемой полезной модели и график плавной зависимости пропускания нейтрального фильтра 5 от поперечной координаты от минимального значения пропускания в центре апертуры к максимальному значению пропускания на ее краю. На Фиг.3 представлена схема заявляемого варифокального объектива с автоматической регулировкой апертуры. На схеме показаны корпус объектива 6, внутри которого расположены неподвижно установленные вдоль оптической оси объектива линзы 7 и по меньшей мере одна линза 8, выполненная с возможностью перемещения вдоль оптической оси и кинематически связанная с электрическим приводом 9. Кроме того, на схеме показан датчик Холла 10, установленный в непосредственной близости от электромагнитного привода линейного перемещения 3, обеспечивающего перемещение по меньшей мере одного лепестка диафрагмы 2. Датчик Холла 10 связан с электромагнитным приводом линейного перемещения 3 таким образом, что он способен реагировать на изменение магнитного поля указанного привода и вырабатывать электрический сигнал, несущий информацию о положении перемещаемого(ых) лепестка(ов) диафрагмы 2 и, соответственно, о размере апертуры объектива. На Фиг.4 приведена схема заявляемого варифокального объектива с автоматической регулировкой апертуры, работающего в составе системы видеонаблюдения. На данной схеме показаны видеокамера 11, включающая фотоэлектронный приемник изображения 12, блок управления варифокальным объективом с автоматической регулировкой апертуры 13 с электронным затвором, а также модуль обработки и формирования видеосигнала 14.The essence of the utility model is illustrated by drawings. On figa presents a diagram of a device for automatic adjustment of the aperture of the prototype. The diagram shows the housing 1, in which two blades of the diaphragm 2 are installed, one of which is kinematically connected to an electromagnetic linear displacement actuator 3, as well as a neutral filter 4, which has four circular concentric sections with different coefficients uniform in aperture, decreasing from the periphery to the center, with coefficients transmittance of visible light and mounted in the center of the aperture. Figure 1b shows the neutral filter 4, and Figure 1c shows a stepwise graph of the transmission of the neutral filter 4 on the radial coordinate. Figure 2 (a, b) shows an image of a neutral filter 5, proposed for use in the claimed utility model and a graph of the smooth dependence of the transmission of the neutral filter 5 on the transverse coordinate from the minimum transmittance in the center of the aperture to the maximum transmittance at its edge. Figure 3 presents a diagram of the inventive varifocal lens with automatic adjustment of the aperture. The diagram shows the body of the lens 6, inside of which are fixedly mounted along the optical axis of the lens lens 7 and at least one lens 8, made with the possibility of movement along the optical axis and kinematically connected with the electric drive 9. In addition, the diagram shows a Hall sensor 10 installed in close proximity to the electromagnetic linear actuator 3, providing movement of at least one lobe of the diaphragm 2. Hall sensor 10 is connected to the electromagnetic actuator 3 eynogo move so that it is able to react to changes in the magnetic field of said actuator and produce an electric signal indicative of the position of transported (s) lobe (s) the aperture 2 and accordingly, the size of the lens aperture. Figure 4 shows a diagram of the inventive varifocal lens with automatic adjustment of the aperture, which operates as part of a video surveillance system. This diagram shows a video camera 11, including a photoelectronic image receiver 12, a varifocal lens control unit with automatic aperture adjustment 13 with an electronic shutter, and a video signal processing and generation module 14.

Для нахождения соотношения между предельно допустимым (минимальным) размером апертурной диафрагмы объектива и размером пикселей приемной площадки фотоэлектронного приемника изображения, обеспечивающим сохранение высокой разрешающей способности объектива в широком динамическом диапазоне освещенности наблюдаемых с его помощью объектов автором были выполнены многочисленные эксперименты с объективами различных моделей и производителей. В результате этих экспериментов установлено, что уменьшение размера диафрагмы до значения, составляющего примерно одну десятую фокусного расстояния объектива, не приводит к ухудшению резкости изображения, наблюдаемого с помощью стандартных матричных фотоприемников. Дальнейшее уменьшение размеры диафрагмы с точки зрения сохранения разрешающей способности объектива и получаемого контраста изображения оказывается недопустимым.To find the relationship between the maximum allowable (minimum) size of the aperture diaphragm of the lens and the size of the pixels of the receiving pad of the photoelectronic image receiver, which ensures the high resolution of the lens in a wide dynamic range of illumination of objects observed with it, the author performed numerous experiments with lenses of various models and manufacturers. As a result of these experiments, it was found that reducing the size of the aperture to a value of approximately one tenth of the focal length of the lens does not lead to a deterioration in the sharpness of the image observed using standard matrix photodetectors. A further decrease in the size of the aperture from the point of view of maintaining the resolution of the lens and the resulting image contrast is unacceptable.

Объяснением этому могут служить следующие рассуждения. Действительно, хорошо известной причиной ограничения качества изображения является связь между апертурой объектива и длиной волны излучения, формирующего изображение, вытекающая из волновой природы света и обусловленная эффектами краевой дифракции. Минимальный размер изображения d, формируемого объективом, ограничен известным соотношением:The following reasoning can explain this. Indeed, a well-known reason for limiting image quality is the relationship between the aperture of the lens and the wavelength of the radiation forming the image, resulting from the wave nature of light and due to effects of edge diffraction. The minimum size of the image d formed by the lens is limited by the known ratio:

где λ - длина волны света, F и D - фокусное расстояние и апертура объектива, соответственно.where λ is the wavelength of light, F and D are the focal length and lens aperture, respectively.

Для получения качественного изображения в пределе следует стремиться к тому, чтобы минимальный размер изображения d не превышал размера пиксела матричного фотоэлектронного приемника. Как известно, существующие технологии создания таких приемников допускают получение пикселов с размерами порядка нескольких микрон (обычно не менее 2 мкм и не более 6 мкм). Полагая, что за длину волны в формуле (1) можно взять значение из середины видимого диапазона λ=0.6 мкм, легко найти величину минимально допустимого размера диафрагмы D:In order to obtain a high-quality image, one should strive to ensure that the minimum image size d does not exceed the pixel size of the matrix photoelectronic receiver. As you know, existing technologies for creating such receivers allow the production of pixels with sizes of the order of several microns (usually not less than 2 microns and not more than 6 microns). Assuming that the wavelength in the formula (1) can be taken from the middle of the visible range λ = 0.6 μm, it is easy to find the value of the minimum allowable aperture size D:

Использование в объективах, работающих с матричными фотоэлектронными приемниками, апертурных диафрагм с меньшими размерами приводит к ухудшению качества изображения. Таким образом, ограничение допустимой апертуры объектива на уровне F/10 с точки зрения сохранения качества изображения можно считать обоснованным.The use of aperture diaphragms with smaller sizes in lenses working with matrix photoelectronic receivers leads to a deterioration in image quality. Thus, limiting the allowable lens aperture at the F / 10 level from the point of view of maintaining image quality can be considered reasonable.

В устройствах для автоматической регулировки апертуры объектива следует применять ограничители размера диафрагмы. Эти ограничители могут быть механическими или электронными. Механические ограничители размера диафрагмы целесообразно использовать в объективах с фиксированным фокусным расстоянием. Для варифокальных объективов такое решение неприемлемо, в связи с чем в заявляемой полезной модели предлагается использовать электронный ограничитель размера диафрагмы.In devices for automatic adjustment of the lens aperture, aperture limiters should be used. These limiters may be mechanical or electronic. It is advisable to use mechanical aperture-size limiters in fixed focal length lenses. For varifocal lenses, this solution is unacceptable, and therefore in the claimed utility model it is proposed to use an electronic aperture size limiter.

Использование в устройствах для автоматической регулировки апертуры объектива нейтрального фильтра, существенным образом расширяет динамический диапазон работы систем наружного наблюдения. Однако, эффекты краевой дифракции, возникающие на границах этого компонента, также ведут к ухудшению качества изображения. Для устранения этого недостатка в заявляемой полезной модели предлагается использовать градиентный нейтральный фильтр 5 с плавно уменьшающимся от периферии к центру пропусканием, описываемым, например, функцией Гаусса.The use of a neutral filter in the devices for automatic adjustment of the lens aperture significantly extends the dynamic range of operation of outdoor monitoring systems. However, the effects of edge diffraction arising at the boundaries of this component also lead to a deterioration in image quality. To eliminate this drawback, the claimed utility model proposes to use a gradient neutral filter 5 with a smoothly decreasing transmission from the periphery to the center, described, for example, by the Gaussian function.

Заявляемый варифокальный объектив работает следующим образом. При его установке на видеокамеру 11 обеспечивают формирование оптического изображение на приемной площадке фотоэлектронного приемника изображения 12. Электрический привод 9 линейного перемещения по меньшей мере одного линзового компонента 8 вдоль оптической оси объектива, электромагнитный привод 3 линейного перемещения лепестка диафрагмы 2, а также датчик размера апертуры лепестковой диафрагмы 10 подключают к блоку управления варифокальным объективом с автоматической регулировкой апертуры 13. При минимальной освещенности объекта, на который нацелен объектив, величина светового потока, падающего на фотоэлектронный приемник изображения 12 видеокамеры наружного наблюдения 11 и, соответственно, сигнал управления размером апертуры объектива, пропорциональный величине этого потока, малы. Апертура объектива при этом максимальна, т.е. лепестки 2 диафрагмы находятся в крайнем (максимально разведенном друг от друга) положении. Расположенный в центре апертуры диафрагмы градиентный нейтральный фильтр 5 не оказывает существенного значения на величину проходящего через диафрагму света, т.к. его размеры малы по сравнению с размером максимальной апертуры. При увеличении освещенности объекта падающий на фотоэлектронный приемник изображения 12 световой поток возрастает. Блок управления варифокальным объективом с автоматической регулировкой апертуры 13 формирует сигнал управления электромагнитным приводом линейного перемещения 3, величина которого пропорциональна световому потоку. Электромагнитный привод 3 под действием сигнала управления автоматически осуществляет линейное перемещение лепестка(ов) 2 диафрагмы в направлении уменьшения размера апертуры до положения заданного минимального размера, например, D=F/10. Датчик размера апертуры лепестковой диафрагмы 10 при этом вырабатывает сигнал текущего значения апертуры и передает его обратно в блок управления 13. При изменении фокусного расстояния варифокального объектива в результате перемещения по меньшей мере одного линзового компонента объектива 8 с помощью электрического привода 9 величина заданного минимального размера D изменяется соответственно, и ограничение апертуры осуществляется при другом значении ее диаметра.The inventive varifocal lens operates as follows. When installed on the camcorder 11, an optical image is formed at the receiving area of the photoelectronic image receiver 12. An electric drive 9 for linearly moving at least one lens component 8 along the optical axis of the lens, an electromagnetic drive 3 for linearly moving the blade of the diaphragm 2, and also a sensor for the size of the aperture the diaphragm 10 is connected to the control unit varifocal lens with automatic adjustment of the aperture 13. With a minimum illumination of the object, on As the lens is aimed, the amount of light flux incident on the photoelectronic image pickup 12 of the outdoor surveillance camera 11 and, accordingly, the control signal for the size of the lens aperture proportional to the magnitude of this flux are small. The aperture of the lens is maximum, i.e. the aperture blades 2 are in the extreme (maximally divorced from each other) position. Located in the center of the aperture of the diaphragm, the gradient neutral filter 5 does not significantly affect the amount of light passing through the diaphragm, because its dimensions are small compared to the size of the maximum aperture. When the illumination of the object increases, the light flux incident on the photoelectronic image pickup 12 increases. The control unit varifocal lens with automatic adjustment of the aperture 13 generates a control signal of the electromagnetic linear actuator 3, the magnitude of which is proportional to the light flux. The electromagnetic drive 3 under the action of a control signal automatically linearly moves the diaphragm petal (s) 2 in the direction of reducing the size of the aperture to the position of the specified minimum size, for example, D = F / 10. The aperture size sensor of the aperture diaphragm 10 then generates a signal of the current aperture value and transfers it back to the control unit 13. When the focal length of the varifocal lens changes as a result of the movement of at least one lens component of the lens 8 using an electric drive 9, the value of the specified minimum size D changes accordingly, the restriction of the aperture is carried out at a different value of its diameter.

В тех случаях, когда световой поток, падающий на приемную площадку фотоэлектронного приемника изображения 12 оказывается избыточным при минимальном значении апертуры, блок управления варифокальным объективом с автоматической регулировкой апертуры 13 может использовать процедуру управления электронным затвором фотоэлектронного приемника изображения 12, уменьшая, тем самым, время экспозиции изображения.In cases where the light flux incident on the receiving platform of the photoelectronic image pickup 12 is redundant with a minimum aperture value, the varifocal lens control unit with automatic aperture adjustment 13 can use the electronic shutter control procedure for the photoelectronic image pickup 12, thereby reducing the exposure time Images.

При приближении размера апертуры к минимальному значению все более существенный вклад в ослабление проходящего через апертуру объектива светового потока начинает вносить градиентный нейтральный фильтр 5. При этом качество изображения, формируемое объективом на фотоэлектронном приемнике изображения камеры наружного наблюдения, не ухудшается, так как проявление краевых дифракционных эффектов в значительной степени подавлено ввиду отсутствия резких границ и плавного изменения пропускания внутри апертуры. Большой динамический диапазон работы устройства обеспечен за счет корректного выбора значения минимальной апертуры диафрагмы объектива и использования градиентного нейтрального фильтра с плавной зависимостью пропускания от поперечной координаты, изменяющейся от минимального значения пропускания в центре к максимальному значению пропускания на краю.As the aperture size approaches the minimum value, an increasingly neutral contribution to the attenuation of the light flux passing through the aperture of the lens begins to be made by a gradient neutral filter 5. Moreover, the image quality formed by the lens on the photoelectronic receiver of the image of the outdoor surveillance camera does not deteriorate, since the manifestation of edge diffraction effects significantly suppressed due to the absence of sharp boundaries and a smooth change in transmission within the aperture. A large dynamic range of the device is ensured by the correct choice of the minimum aperture of the lens aperture and the use of a gradient neutral filter with a smooth dependence of transmittance on the transverse coordinate, changing from the minimum transmittance in the center to the maximum transmittance at the edge.

Таким образом, в заявляемой полезной модели решена задача улучшения качества изображения, получаемого в системах наружного наблюдения, за счет сохранения высокой разрешающей способности объектива при работе в условиях высокой освещенности с чувствительными матричными фотоэлектронными приемниками изображения.Thus, in the claimed utility model, the problem of improving the quality of the image obtained in outdoor monitoring systems is solved by maintaining a high resolution lens when working in high light conditions with sensitive matrix photoelectronic image receivers.

Claims

1. Varifocal lens with automatic adjustment of the aperture, comprising a set of lenses mounted along the optical axis and providing the formation of an optical image, and at least one of the lenses is kinematically connected with an electric drive and is configured to move along the optical axis, as well as a device for automatic adjustment aperture of the lens, containing a flap diaphragm with a variable aperture controlled from an electromagnetic drive and a neutral filter located in a plane aperture diaphragm, characterized in that the device for automatic adjustment of the lens aperture further includes a sensor for aperture size of the aperture diaphragm, and the neutral filter has a smooth transmission dependence on the transverse coordinate, varying from the minimum transmittance in the center to the maximum transmittance at the edge.

2. A varifocal lens with automatic aperture adjustment according to claim 1, characterized in that the aperture size sensor of the aperture diaphragm is made in the form of a Hall sensor.