DE2846662A1

DE2846662A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung der lichtintensitaet in einem optischen system

Info

Publication number: DE2846662A1
Application number: DE19782846662
Authority: DE
Inventors: Ian Hunter
Original assignee: Elliott Brothers London Ltd
Current assignee: Allard Way Holdings Ltd
Priority date: 1977-11-22
Filing date: 1978-10-26
Publication date: 1979-05-23
Also published as: NL7810313A; IT1108500B; IT7869562A0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Steuerung der Lichtintensität in einem optischen System.
Sie ist für Systeme anwendbar, bei denen die Lichtintensität in einem sehr großen Bereich veränderbar ist. Normalerweise wird eine Irisblende mit einstellbarer Pupillengröße verwendet, um die effektive Apertur des optischen Systems zu steuern und in vielen Anwendungsfällen arbeitet eine solche Anordnung zufriedenstellen. Bei einigen optischen Systemen ist der Veränderungsbereich der Lichtintensität erheblich größer als der Bereich, der durch Benutzung einer einstellbaren Irisblende verarbeitet werden kann. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, wird ein Filter in den optischen Weg eingesetzt, um die Lichtintensität im erforderlichen Ausmaß zu reduzieren. Ein solches optisches System, das Licht mit einem sehr großen Intensitätsbereich verarbeiten muß ist eine Fernsehaufnahmeröhre für geringe Lichtstärken, die in erster Linie zur Verwendung bei fast vollständiger Dunkelheit vorgesehen ist, mit der aber auch Aufnahmen bei normaler Tageslichtbeleuchtung gemacht werden sollen.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung besteht ein Verfahren zur Steuerung der Lichtintensität in einem optischen System darin, daß ein Lichtstrahl durch ein optisches Filter hindurchgeschickt wird, das eine optische Absorption besitzt, die im Zentrum des Lichtstrahls größer als in außerhalb des Zentrums gelegenen Bereichen ist, daß der Lichtstrahl durch eine Irisblende mit einstellbarer Pupillengröße geschickt wird und daß die Pupillengröße so eingestellt wird, daß eine Veränderung der Lichtabsorption durch das optische Filter ermöglicht wird.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Steuerung der Lichtintensität in einem optischen System geschaffen mit einer Irisblende mit einstellbarer Pupillengröße und einem optischen Filter mit einer optischen Absorption, die im Zentralbereich größer als außerhalb des Zentralbereichs ist, wobei die Pupillengröße der Irisblende so einstellbar ist, daß eine Veränderung der Lichtabsorption durch das optische Filter ermöglicht ist.
Vorzugsweise sind die Irisblende und das optische Filter in enger Nachbarschaft zueinander angeordnet. Sie können in Bezug auf die Einfallsrichtung des Lichtstrahls in beiden möglichen Reihenfolgen angeordnet sein.
Vorzugsweise zeigt das Filter um eine Mittelachse des Filters symmetrische Absorptionseigenschaften.
Das Filter kann eine solche Absorptionseigenschaft besitzen, die einen von der Lichtwellenlänge innerhalb des sichtbaren Spektrums unabhängigen Absorptionsgrad ergibt, d.h. es kann ein neutraldichtes Filter sein. Alternativ kann das Filter auch gefärbt sein, so daß sich eine Selektivabsorption für bestimmte Lichtwellenlängenergibt.
Die Absorption des optischen Filters kann von der Mittelachse des Filters entweder kontinuierlich abnehmen oder in diskreten Stufen.
Bei einigEn Anwendungen besteht das Filter aus einem kreisförmigen Zentralbereich mit einer neutraldichten Absorption, der von einem im wesentlichen durchsichtigen Bereich mit vernachlässigbarer Absorption umgeben ist. Diese Eigenschaft ist insbesondere zur Verwendung mit einer Fernsehaufnahmeröhre für geringe Lichtstärken geeignet, bei denen bei sehr geringer Lichtstärke eine relativ große Apertur der Iris benutzt wird, so daß der zentrale neutraldichte Bereich des optischen Filters nur einen kleinen und relativ unbedeutenden Anteil des Lichtstrahls abfängt. Wenn die gleiche Kamera bei normalen Tageslichtbedingungen benutzt wird, kann die Apertur der Irisblende so gewählt werden, daß das gesamte, in die Aufnahmeröhre eintretende Licht durch den zentralen neutraldichten Bereich des optischen Filters hindurchtritt, so daß sich eine sehr große Schwächung der Lichtintensität ergibt.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigt: Fig. 1 ein optisches System in übereinstimmung mit der Erfindung, und Fig. 2 und 3 alternative Ausbildungen des in Fig. 1 verwendeten optischen Filters.
Das in Fig. 1 dargestellte optische System besteht aus einer Irisblende 1 mit einer Pupille 2 von veränderlicher Größe, die mit einer kreisförmigen Filterplatte 3 ausgerichtet ist.
Eine Konvergenz linse 4 ist zwischen der Filterplatte 3 und einer Fernsehkameraröhre 5 angeordnet. Die 4 erwähnten Bestandteile sind so angeordnet, daß ihre optische Achse 6 zusammenfällt. Im Gebrauch wird ein Lichtstrahl in Richtung des Pfeils 7 zentrisch zur optischen Achse aufgenommen. Der Lichtstrahl wird von einer durch die Kameraröhre 5 zu erfassenden Szene aufgenommen und die Intensität des Lichtstrahls oder Lichtbündels wird im erforderlichen Maße sowohl durch die Irisblende 1 als auch durch die Filterplatte 3 abgeschwächt. Es ist nicht immer ratsam, die gesamte Intensitätsveränderung des Lichtstrahls oder Lichtbündels durch Einstellung der Größe der Pupille 2 der Irisblende 1 zu steuern, da eine Einstellung der effektiven Apertur des optischen Systems eine entsprechende Veränderung der Tiefenschärfe der erfaßten Szene ergibt. Zusätzlich ist bei manchen Anwendungen eine einstellbare Irisblende gar nicht in der Lage, einen genügend großen Veränderungsbereich der Apertur zu ergeben. Bei der vorliegenden Ausführung der Erfindung ist die Aufnahmeröhre 5 eine Fernsehaufnahmeröhre für geringen Lichteinfall, wie sie typischerweise unter dem Namen "Ebsicon" bekannt ist. Die Aufnahmeröhre 5 besitzt eine hochempfindliche Bildaufnahmefläche 8 und die Aufnahmeröhre kann Videosignale für ein normales Fernsehbild auch dann erzeugen, wenn die Intensität des aufgenommenen Lichts extrem gering ist. Bei bestimmten Arten von empfindlichen Fernsehaufnahmeröhren für geringe Lichtstärke ist es möglich, ein annehmbares Bild zu erzielen, wenn die erfaßte Szene auch nur durch natürliches Sternlicht beleuchtet wird. Wenn die gleiche Aufnahmeröhre bei normaler Tagesbeleuchtung verwendet wird, muß selbstverständlich die Lichtmenge, die das Target 8 erreicht in sehr hohem Maße abgeschwächt werden, wenn die Aufnahmeröhre nicht sehr schwerwiegend überlastet werden soll. Diese Forderung wird dadurch erfüllt, daß eine Filterplatte 3 verwendet wird, welche typischerweise aus einem Blatt eines fotographischen Films besteht, das klar durchsichtig ist, bis auf einen kleinen neutralgrauen Mittelfleck 9. Neutraldichte Filter sind typischerweise ND3-Filter mit einem Schwächungsfaktor 1000 oder ND4-Filter mit einem Schwächungsfaktor von 10000 und normalerweise zeigt der zentrale Fleck 9 eine Absorption mit einem der genannten Schwächungsfaktoren.
Die Ausbildung der Filterplatte 3 ist in Fig. 2 deutlicher dargestellt. Wenn die Aufnahmeröhre bei Tageslicht verwendet wird, wird eine solche effektive Apertur durch Einstellung der Pupille 2 genommen, daß das gesamte an der Aufnahmeröhre 5 auftreffende Licht durch den Zentralfleck 9 hindurchgeht.
In diesem Falle erstreckt sich die effektive Apertur der Irisblende 1 bis zu den innengelegenen Enden der gestrichelten Linie 13 (Fig.1). Eine Feineinstellung der Lichtintensität kann dann durch Verändern der Größe der Pupille 2 vorgenommen werden, wobei sichergestellt ist, daß kein Licht durch den durchsichtigen äußeren Bereich 14 des Filters 3 hindurchtritt.
Bei einigen Anwendungen kann es wünschenswert sein, daß eine Anzahl verschiedener Absorptionsfaktoren vorhanden sind und in Fig. 3 ist eine alternative Ausführung einer Filterplatte dargestellt mit einem zentralen kreisförmigen Bereich 10, der der Neutraldichte ND4 entspricht und von einem ringförmigen Bereich 11 mit einer effektiven Absorption entsprechend einer neutralen Dichte ND2,7 umgeben ist, und die wiederum ein Bereich 12 mit einer Absorption ND1,3 umgibt.
Wenn erforderlich, kann die Absorption des Filters stetig so veränderlich sein, daß die Absorption in der Mitte der Pupille am größten ist und stetig gegen die Außenkante hin abnimmt.
Vorzugsweise wird als optisches Filter ein fotographischer Film verwendet, in dem die Bereiche mit verschiedener Absorption auf fotographischem Wege erzeugt werden, da dadurch ein Filter mit annähernd konstanter Stärke verwendet werden kann. Dadurch werden Kanteneffekte verringert, die an Ubergangsstellen von Filterbereichen mit verschiedenen Absorptionsfaktoren auftreten können und die dann entstehen würden, wenn beispielsweise in Fig. 2 das Filter 3 aus dünnen Glasplatten mit einem darauf abgeschiedenen oder abgelagerten mittleren Absorptionsbereich 9 bestünde.

Claims

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Lichtintensität in einem optischen System Patentansprüche 1. Verfahren zur Steuerung der Lichtintensität in einem optischen System, bei dem ein Lichtstrahl durch ein optisches Filter geschickt wird, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß ein optisches Filter verwendet wird, dessen optische Absorption in der Mitte des Lichtstrahls größer als in den von der Mitte entfernten Gebieten ist, daß der Lichtstrahl durch eine Irisblende mit einstellbaren Pupillengröße geschickt wird und daß die Pupillengröße angepaßt wird, um eine Veränderung der Lichtabsorption durch das optische Filter zu ermöglichen.
2. Vorrichtung zur Steuerung der Lichtintensität in einem optischen System mit einer Irisblende mit einstellbarer Pupillengröße und einem optischen Filter, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß das optische Filter (3) im Zentrum eine größere optische Absorption als in den außerhalb des Zentrums gelegenen Bereichen besitzt und daß die Pupillengröße der Irisblende (1) zur Ermöglichung der Veränderung der Absorption des Lichts durch das optische Filter einstellbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Irisblende (1) und das optische Filter (3) dicht aneinander angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Filter (1) um eine Mittelachse des Filters symmetrische optische Absorptionseigenschaften besitzt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Filter (3) ein Filter mit neutraler Dichte ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Absorptionseigenschaft des optischen Filters (3) von der Mittelachse des Filters aus in einer oder mehreren diskreten Stufen abnimmt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß das Filter (3) aus einem kreisförmigen Zentralbereich mit einer Absorption von neutraler Dichte besteht, der von einem im wesentlichen durchsichtigen Bereich mit vernachlässigbarer Absorption umgeben ist.
8. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7 in einem Fernsehkamerasystem mit einer Aufnahmeröhre für kleine Lichtwerte.