Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. (19) BY (11) 10332
(13) U
(46) 2014.10.30
(51) МПК
ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
G 02B 9/00 (2006.01)
(54) ОБЪЕКТИВ
(21) Номер заявки: u 20140094
(22) 2014.03.13
(71) Заявитель: Открытое акционерное
общество "Пеленг" (BY)
(72) Авторы: Кунделева Наталия Ефимов-
на; Емельянова Татьяна Евгеньевна;
Янаев Владимир Николаевич; Тареев
Анатолий Михайлович (BY)
(73) Патентообладатель: Открытое акцио-
нерное общество "Пеленг" (BY)
(57)
Объектив, содержащий установленные по ходу луча два компонента и расположенный
между ними спектроделительный блок, первый компонент которого состоит из положи-
тельной двусклеенной линзы, содержащей двояковыпуклую и отрицательную линзы, от-
рицательной двусклеенной линзы и одиночной двояковыпуклой линзы, второй компонент
выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к про-
странству предметов, установлен с возможностью юстировочных перемещений вдоль оп-
тической оси и оптически связан с гранью спектроделительного блока, выделяющей
спектральный диапазон 500-900 нм, отличающийся тем, что одиночная двояковыпуклая
линза первого компонента расположена между положительной и отрицательной двускле-
енными линзами, при этом отрицательная линза положительной двусклеенной линзы вы-
полнена 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 со-
ставляет 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-куба, гипоте-
нузная грань которой отражает излучение в спектральном диапазоне 500-900 нм и пропус-
кает излучение с длиной волны 1060 ± 30 или 1540 ± 30 нм, а показатель преломления
материала спектроделительного блока не более 1,5.
Фиг. 1
BY10332U2014.10.30

2. BY 10332 U 2014.10.30
2
(56)
1. Патент BY 6385, МПК G 02B 9/00, 2001.
2. Патент BY 4363, 2007 (прототип).
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, выполнен-
ного с возможностью пропускания излучения в спектральном диапазоне длин волн от 500
до 900 нм и отражения излучения длиной волны 1067 или 1570 нм, расположенного на
оптической оси объектива между четвертым и пятым компонентами, первый компонент
выполнен в виде отрицательного двусклеенного мениска, обращенного вогнутой поверх-
ностью к пространству предметов, второй компонент содержит положительную линзу,
третий компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к прост-
ранству изображений, четвертый компонент содержит положительный мениск, обращен-
ный 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 высо-
кое качество изображений в широком спектральной диапазоне, а также возможность од-
новременной 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 рас-
стояния объектива. Спектроделительный блок выполнен в виде полупентапризмы с под-
клеенным клином, что определяет большой поперечный размер.
Наиболее близким к предлагаемому объективу является объектив [2], состоящий из
положительной линзы, склеенной из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, отрицатель-
ного 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, об-
ращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, оптически сопряженного с
отражающей гранью спектроделительного блока и установленного с возможностью юсти-
ровочных перемещений вдоль оптической оси. Данная конструкция объектива имеет дли-
ну 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 пу-
тем увеличения масштаба изображений при сохранении длины объектива от первой по-
верхности 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, отрицатель-
ной двусклеенной линзы и одиночной двояковыпуклой линзы, второй компонент выпол-
нен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству
предметов, установлен с возможностью юстировочных 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 линза-
ми, при этом отрицательная линза положительной двусклеенной линзы выполнена в виде

3. BY 10332 U 2014.10.30
3
мениска, отрицательная двусклеенная линза содержит двояковогнутую линзу и положи-
тельный 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 рас-
стояния объектива от последней поверхности первого компонента по оптической оси,
причем спектроделительный блок выполнен в виде призмы-куба, гипотенузная грань ко-
торой 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 спек-
троделительного 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 дву-
склеенной линзами, это позволило увеличить фокусное расстояние объектива и, следова-
тельно, масштаб изображений при сохранении общей длины объектива, что приводит к
увеличению дальности распознавания объектов без увеличения продольных габаритов.
Выполнение отрицательной линзы в положительной двусклеенной линзе в виде мени-
ска, отрицательной двусклеенной линзы, состоящей из двояковогнутой линзы и положи-
тельного мениска, а также отрицательного мениска второго компонента, склеенного из
двояковогнутой и двояковыпуклой линз, позволило сохранить высокое качество изобра-
жений 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 или 1540 ± 30 нм и излучения в спектральном диапазоне 500-900 нм и
выполнить спектроделительный блок, расположенный между первым и вторым компо-
нентами, в виде призмы-куба, гипотенузная грань которого отражает излучение в спек-
тральном диапазоне 500-900 нм и пропускает излучение с длиной волны 1060 ± 30 или
1540 ± 30 нм, что позволяет минимизировать размеры объектива и использовать его как
для формирования изображения на ПЗС-матрице, так и для регистрации возвратного из-
лучения лазерного дальномера на площадке фотоприемника.
Расположение второго компонента объектива на расстоянии не менее 0,5 фокусного
расстояния объектива от последней поверхности первого компонента, имеющего оптиче-
скую силу по абсолютной величине не более 1,65 оптической силы объектива позволяет
эффективно использовать его для компенсации терморасстраиваемости объектива и для
фокусировки объектива на конечную дистанцию до 50 м при сохранении высокого каче-
ства изображений.
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 рас-
стояние 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. По-
лихроматические коэффициенты передачи модуляции (T) для пространственной частоты
N = 60 мм-1
в точке на оси (y' = 0) не менее 0,77, на краю поля зрения (y' = 3,55 мм) не ме-
нее 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 ха-
рактеристики (T) для точки на оси.

4. BY 10332 U 2014.10.30
4
На фиг. 4 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной ха-
рактеристики (T) для точки на краю поля зрения y' = 3,55 мм.
Частотно-контрастные характеристики объектива рассчитаны в соответствии с табли-
цей коэффициентов спектральной эффективности актиничного потока излучения, приве-
денной ниже.
λ, мкм 575 600 650 700 850
С 0,13 1,0 0,85 0,6 0,07
Объектив (фиг. 1) состоит из двух компонентов и спектроделительного блока, располо-
женного 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 положитель-
ного мениска. Второй компонент представляет собой отрицательный мениск 4, склеенный
из двояковогнутой и двояковыпуклой линз. Его оптическая сила равна ϕ2 = -0,00962 мм-1
,
оптическая сила всего объектива равна ϕоб = 0,005945 мм-1
, |ϕ2/ϕоб| = 1,618. Величины оп-
тических 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 компонен-
тами расположен спектроделительный блок 5, отражающий излучение в спектральном
диапазоне λ = 575-850 нм и пропускающий излучение с длиной волны λ = 1540 ± 30 или
λ = 1030 ± 30 нм. Объектив содержит светофильтр 6, выделяющий спектральный диапазон
в соответствии с таблицей. 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.
Конструктивные параметры линз объектива и характеристики стекол, где R - радиусы
кривизны поверхностей линз, D - расстояния между поверхностями линз, nе - показатель
преломления стекол линз для линии e (λ = 546 нм), νе - число Аббе для линии е приведены
на фиг. 2.
Графики полихроматической частотно-контрастной характеристики для точки на оси
и для края поля зрения, приведенные на фиг. 3 и 4, подтверждают, что объектив имеет хо-
рошее качество изображения по всему полю зрения, что позволяет получить изображение
объектов с малым контрастом (К = 0,1).
Объектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зре-
ния 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 спект-
роделительный блок 5, после которого излучение с длинами волн λ = 575-850 нм, отразив-
шись от гипотенузной грани спектроделительного блока, попадает на компонент 4 объек-
тива, 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 до 850 нм, что
увеличивает дальность распознавания слабоконтрастных объектов.

5. BY 10332 U 2014.10.30
5
Фиг. 2
Фиг. 3 Фиг. 4
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.