ОБЪЕКТИВ

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно, к объективам и может использоваться как объектив с формированием изображения на ПЗС-матрице и фотоприемнике.
Известен объектив [1] из пяти компонентов и спектроделительного блока, выполненного с возможностью пропускания излучения в спектральном диапазоне длин волн от 500 нм до 900 нм и отражения излучения длиной волны 1067 нм или 1570 нм, расположенного на оптической оси объектива между четвертым и пятым компонентами, первый компонент выполнен в виде отрицательного двусклеенного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, второй компонент содержит положительную линзу, третий компонент -отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, четвертый компонент содержит положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, пятый компонент выполнен в виде положительной двусклеенной линзы, установленной с возможностью котировочных перемещений вдоль оптической оси. Данная конструкция объектива обеспечивает высокое качество изображений в широком спектральной диапазоне, а также возможность одновременной регистрации изображения на ПЗС-матрице и фотоприемнике. Недостатком объектива являются его большие габаритные размеры. Длина объектива (расстояние от первой поверхности объектива до плоскости изображений) составляет 1,7 фокусного расстояния объектива. Спектроделительный блок выполнен в виде полупентапризмы с подклеенным клином, что определяет большой поперечный размер.
Наиболее близким к предлагаемому объективу является объектив [2], состоящий из положительной линзы, склеенной из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, отрицательного мениска, склеенного из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, двояковыпуклой линзы, спектроделительного блока, отражающего спектральный диапазон (500…900) нм и пропускающего излучение с длиной волны 1570 нм, а также отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, оптически сопряженного с отражающей гранью спектроделительного блока, и установленного с возможностью котировочных перемещений вдоль оптической оси. Данная конструкция объектива имеет длину 150,4 мм при фокусном расстоянии 130,5 мм, а также высокое качество изображений в спектральном диапазоне (575…850) нм. Недостатком прототипа является недостаточный масштаб изображений.
Задачей полезной модели является увеличение дальности распознавания объектов путем увеличения масштаба изображений при сохранении длины объектива от первой поверхности до ПЗС-матрицы и высокого качества изображений в спектральном диапазоне длин волн λ=(575…850) нм.
Объектив содержит установленные по ходу луча два компонента и расположенный между ними спектроделительный блок, его первый компонент состоит из положительной двусклеенной линзы, содержащей двояковыпуклую и отрицательную линзы, отрицательной двусклеенной линзы и одиночной двояковыпуклой линзы, второй компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, установлен с возможностью котировочных перемещений вдоль оптической оси и оптически связан с гранью спектроделительного блока, выделяющей спектральный диапазон (500…900) нм, в отличие от прототипа одиночная двояковыпуклая линза первого компонента расположена между положительной и отрицательной двусклеенными линзами, при этом отрицательная линза положительной двусклеенной линзы выполнена в виде мениска, отрицательная двусклеенная линза содержит двояковогнутую линзу и положительный мениск, отрицательный мениск второго компонента склеен из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, его оптическая сила по абсолютной величине составляет не более 1,65 оптической силы объектива, и расположен на расстоянии не менее 0,5 фокусного расстояния объектива от последней поверхности первого компонента по оптической оси, причем спектроделительный блок выполнен в виде призмы-куб, гипотенузная грань которой отражает излучение в спектральном диапазоне (500…900) нм и пропускает излучение с длиной волны (1060±30) нм или (1540±30) нм, а показатель преломления материала спектроделительного блока не более 1,5.
Конструкция первого компонента выполнена в виде положительной двусклеенной линзы, отрицательной двусклеенной линзы, и одиночной двояковыпуклой линзы, причем одиночная линза расположена между положительной двусклеенной и отрицательной двусклеенной линзами, это позволило увеличить фокусное расстояние объектива, и следовательно, масштаб изображений при сохранении общей длины объектива, что приводит к увеличению дальности распознавания объектов без увеличения продольных габаритов.
Выполнение отрицательной линзы в положительной двусклеенной линзы в виде мениска, отрицательной двусклеенной линзы, состоящей из двояковогнутой линзы и положительного мениска, а также отрицательного мениска второго компонента, склеенного из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, позволило сохранить высокое качество изображений по всему полю зрения.
Применение в спектроделительном блоке материала с показателем преломления не более 1,5 позволяет оптимизировать коэффициенты пропускания для излучения с длиной волны (1060±30) нм или (1540±30) нм и излучения в спектральном диапазоне (500…900) нм и выполнить спектроделительный блок, расположенный между первым и вторым компонентами, в виде призмы-куб, гипотенузная грань которого отражает излучение в спектральном диапазоне (500…900) нм и пропускает излучение с длиной волны (1060±30) нм или (1540±30) нм, что позволяет минимизировать размеры объектива и использовать его как для формирования изображения на ПЗС-матрице, так и для регистрации возвратного излучения лазерного дальномера на площадке фотоприемника.
Расположение второго компонента объектива на расстоянии не менее 0,5 фокусного расстояния объектива от последней поверхности первого компонента, имеющего оптическую силу по абсолютной величине не более 1,65 оптической силы объектива позволяет эффективно использовать его для компенсации терморасстраиваемости объектива, для фокусировки объектива на конечную дистанцию до 50 м при сохранении высокого качества изображений.
-1
В предлагаемом объективе спектроделительный блок выполнен таким образом, что отражает излучение в спектральном диапазоне от λ=575 нм до λ=850 нм и пропускает излучение с длиной волны λ=1540 нм или λ=1064 нм, объектив имеет фокусное расстояние 168,2 мм, что на 29% больше фокусного расстояния прототипа при сохранении длины объектива от первой поверхности до плоскости изображений ПЗС-матрицы 150,2 мм, что составляет 0,89 фокусного расстояния объектива, относительное отверстие 1:3,3, входной зрачок диаметром 50 мм совпадает с первой поверхностью объектива. Полихроматические коэффициенты передачи модуляции (Т) для пространственной частоты N=60 мм в точке на оси (у′=0) не менее 0,77, на краю поля зрения (у′=3,55 мм) не менее 0,66.
На фиг. 1 изображена оптическая схема предлагаемого объектива.
На фиг. 2 приведены конструктивные параметры объектива.
На фиг. 3 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на оси.
На фиг. 4 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на краю поля зрения у′=3,55 мм.
Частотно-контрастные характеристики объектива рассчитаны в соответствии с таблицей коэффициентов спектральной эффективности актиничного потока излучения, приведенной ниже
2
об
2
об
-1
-1
Объектив (фиг. 1) состоит из двух компонентов и спектроделительного блока, расположенного между ними. Первый компонент содержит положительную двусклеенную линзу 1, состоящую из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, двояковыпуклую линзу 2, отрицательную двусклеенную линзу 3, состоящую из двояковогнутой линзы и положительного мениска. Второй компонент представляет собой отрицательный мениск 4, склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линз. Его оптическая сила равна φ=-0,00962 мм, оптическая сила всего объектива равна φ=0,005945 мм, |φ\φ|=1,618. Величины оптических сил приведены для длины волны λ=700 нм. Второй компонент расположен на расстоянии 94,9 мм вдоль оптической оси от последней поверхности первого компонента, что составляет 0,56 фокусного расстояния объектива. Между первым и вторым компонентами расположен спектроделительный блок 5, отражающий излучение в спектральном диапазоне λ=(575…850) нм и пропускающим излучение с длиной волны λ=(1540±30) нм или λ=(1030±30) нм. Объектив содержит светофильтр 6, выделяющий спектральный диапазон в соответствии с таблицей 1. При расчете объектива учтена толщина защитного стекла ПЗС-матрицы. Длина объектива от первой поверхности до плоскости изображения ПЗС-матрицы по оптической оси равна 150,2 мм, что составляет 0,89 фокусного расстояния объектива.
Графики полихроматической частотно-контрастной характеристики для точки на оси и для края поля зрения, приведенные на фиг. 3 и 4, подтверждают, что объектив имеет хорошее качество изображения по всему полю зрения, что позволяет получить изображение объектов с малым контрастом (К=0,1).
е
Конструктивные параметры линз объектива и характеристики стекол, где R-радиусы кривизны поверхностей линз, D-расстояния между поверхностями линз, пе-показатель преломления стекол линз для линии е (λ=546 нм), ν-число Аббе для линии е приведены на фиг. 2.
Объектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения 2W=2°24′ проходит через входной зрачок объектива, диаметром 50 мм, совпадающий с первой поверхностью, и, преломившись через поверхности линз 1, 2, 3 попадает в спектроделительный блок 5, после которого излучение с длинами волн λ=575 нм …850 нм, отразившись от гипотенузной грани спектроделительного блока, попадает на компонент 4 объектива, преломляется через его поверхности, светофильтр 6, и фокусируется в плоскости изображения, где расположена ПЗС-матрица. Пучок лучей с λ=1540 нм или λ=1064 нм проходит через спектроделительный блок 5 и фокусируется на площадке фотоприемника.
Предлагаемый объектив имеет фокусное расстояние на 29% больше, чем у прототипа при сохранении длины от первой поверхности до плоскости изображений 150,2 мм, имеет высокое качество изображения в спектральном диапазоне длин волн от 575 нм до 850 нм, что увеличивает дальность распознавания слабоконтрастных объектов.
Источники информации
1. BY 6385 С1 (ОАО «Пеленг») 2002.12.30, весь документ
2. BY 4363 U (ОАО «Пеленг») 2008.04.30, весь документ. - Прототип.