RU153917U1

RU153917U1 - LENS

Info

Publication number: RU153917U1
Application number: RU2015106067/28U
Authority: RU
Inventors: Наталия Ефимовна Кунделева; Татьяна Евгеньевна Емельянова; Анатолий Михайлович Тареев; Владимир Николаевич Янаев
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Пеленг"
Priority date: 2014-03-13
Filing date: 2015-02-20
Publication date: 2015-08-10

Abstract

Объектив, содержащий установленные по ходу луча два компонента и расположенный между ними спектроделительный блок, первый компонент которого 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, отличающийся тем, что 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.A lens containing two components mounted along the beam and a spectrodividing unit located between them, the first component of which consists of a positive two-glued lens containing a biconvex and negative lens, a negative two-glued lens and a single biconvex lens, the second component is made in the form of a negative meniscus facing a concave surface to the space of objects, it is installed with the possibility of quotation movements along the optical axis and is optically coupled to the face of the spectrum splitter block, emitting a spectral range of 500-900 nm, characterized in that a single biconvex lens of the first component is located between the positive and negative double-glued lenses, while the negative lens of the positive double-glued lens is made in the form of a meniscus, the negative double-glued lens contains a biconcave lens and a positive meniscus, the negative meniscus of the second component is glued from biconcave and biconvex lenses, its optical power in absolute value is not more than 1.65 optical l of the lens power, and is located at a distance of at least 0.5 of the focal length of the lens from the last surface of the first component along the optical axis, and the spectrodividing unit is made in the form of a prism-cube, the hypotenuse face of which reflects radiation in the spectral range of 500-900 nm and transmits radiation with a wavelength of (1060 ± 30) nm or (1540 ± 30) nm, and the refractive index of the material of the spectrum splitting unit is not more than 1.5.

Description

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно, к объективам и может использоваться как объектив с формированием изображения на ПЗС-матрице и фотоприемнике.The utility model relates to optical instrumentation, namely, to lenses and can be used as a lens with image formation on a CCD matrix and a photodetector.

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.A known lens [1] of five components and a spectrodivision unit, configured to transmit radiation in the spectral range of wavelengths from 500 nm to 900 nm and reflect radiation of a wavelength of 1067 nm or 1570 nm, located on the optical axis of the lens between the fourth and fifth components, the first component is made in the form of a negative two-glued meniscus facing a concave surface to the space of objects, the second component contains a positive lens, the third component is a negative meniscus facing concave that surface to the image space, the fourth component contains a positive meniscus facing the concave surface to the image space, the fifth component is made in the form of a positive double-glued lens mounted with the possibility of quotation movements along the optical axis. This lens design provides high quality images in a wide spectral range, as well as the ability to simultaneously register images on a CCD and photodetector. The disadvantage of the lens is its large overall dimensions. The length of the lens (the distance from the first surface of the lens to the image plane) is 1.7 of the focal length of the lens. The spectrodividing block is made in the form of a semi-pentaprism with a glued wedge, which determines a large transverse size.

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.Closest to the proposed lens is a lens [2], consisting of a positive lens glued from a biconvex and biconcave lenses, a negative meniscus glued from a biconvex and biconcave lenses, a biconvex lens, a spectrodividing block reflecting the spectral range (500 ... 900) nm and transmitting radiation with a wavelength of 1570 nm, as well as a negative meniscus facing a concave surface to the space of objects, optically coupled to the reflecting face of the spectrodividing unit, and set added with the possibility of quotation movements along the optical axis. This lens design has a length of 150.4 mm with a focal length of 130.5 mm, as well as high quality images in the spectral range (575 ... 850) nm. The disadvantage of the prototype is the insufficient scale of the images.

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.The objective of the utility model is to increase the recognition range of objects by increasing the image scale while maintaining the lens length from the first surface to the CCD matrix and high quality images in the spectral range of wavelengths λ = (575 ... 850) nm.

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.The lens contains two components mounted along the beam and a spectrodividing unit located between them, its first component consists of a positive two-glued lens containing a biconvex and negative lens, a negative two-glued lens and a single biconvex lens, the second component is made in the form of a negative meniscus facing a concave surface towards to the space of objects, it is installed with the possibility of quotation movements along the optical axis and is optically connected with the face of the spectrodividing block In contrast to the prototype, a single biconvex lens of the first component is located between the positive and negative double-glued lenses, while the negative lens of the positive double-glued lens is made in the form of a meniscus, the negative double-glued lens contains a biconcave lens and a positive meniscus , the negative meniscus of the second component is glued from biconcave and biconvex lenses, its optical power in absolute value is not more than 1.65 optical si s of the lens, and is located at a distance of at least 0.5 of the focal length of the lens from the last surface of the first component along the optical axis, and the spectrodividing unit is made in the form of a prism-cube, the hypotenuse face of which reflects radiation in the spectral range (500 ... 900) nm and passes radiation with a wavelength of (1060 ± 30) nm or (1540 ± 30) nm, and the refractive index of the material of the spectrum splitting unit is not more than 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.The design of the first component is made in the form of a positive double-glued lens, a negative double-glued lens, and a single biconvex lens, and a single lens is located between the positive double-glued and negative double-glued lenses, this made it possible to increase the focal length of the lens, and therefore, the image scale while maintaining the total length of the lens, which leads to an increase in the range of recognition of objects without increasing the longitudinal dimensions.

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.The implementation of a negative lens in a positive double-glued lens in the form of a meniscus, a negative double-glued lens, consisting of a biconcave lens and a positive meniscus, as well as a negative meniscus of the second component, glued from a biconcave and biconvex lens, allowed to maintain high image quality over the entire field of view.

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.The use of a material with a refractive index of not more than 1.5 in the spectrodividing unit allows one to optimize the transmittance for radiation with a wavelength of (1060 ± 30) nm or (1540 ± 30) nm and radiation in the spectral range (500 ... 900) nm and perform a spectrodividing unit located between the first and second components, in the form of a prism-cube, the hypotenuse face of which reflects radiation in the spectral range (500 ... 900) nm and transmits radiation with a wavelength of (1060 ± 30) nm or (1540 ± 30) nm, which allows minimize lens size and use It can be used both for image formation on a CCD matrix and for recording the return radiation of a laser range finder at the site of a photodetector.

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.The location of the second component of the lens at a distance of not less than 0.5 of the focal length of the lens from the last surface of the first component having an optical power in absolute value of not more than 1.65 of the optical power of the lens allows you to effectively use it to compensate for the thermal disintegration of the lens, to focus the lens at a finite distance to 50 m while maintaining high image quality.

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^-1 в точке на оси (у′=0) не менее 0,77, на краю поля зрения (у′=3,55 мм) не менее 0,66.In the proposed lens, the spectrodividing unit is designed in such a way that it reflects radiation in the spectral range from λ = 575 nm to λ = 850 nm and transmits radiation with a wavelength of λ = 1540 nm or λ = 1064 nm, the lens has a focal length of 168.2 mm, which is 29% more than the focal length of the prototype while maintaining the lens length from the first surface to the image plane of the CCD matrix of 150.2 mm, which is 0.89 of the focal length of the lens, the relative aperture is 1: 3.3, the entrance pupil with a diameter of 50 mm coincides with the first surface of the lens. Polychromatic modulation transmission coefficients (T) for the spatial frequency N = 60 mm ^-1 at a point on the axis (y ′ = 0) of at least 0.77, at the edge of the field of view (y ′ = 3.55 mm) of at least 0.66 .

На фиг. 1 изображена оптическая схема предлагаемого объектива.In FIG. 1 shows an optical diagram of the proposed lens.

На фиг. 2 приведены конструктивные параметры объектива.In FIG. 2 shows the design parameters of the lens.

На фиг. 3 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на оси.In FIG. Figure 3 shows a graph of the calculated polychromatic frequency-contrast characteristic (T) for a point on the axis.

На фиг. 4 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на краю поля зрения у′=3,55 мм.In FIG. Figure 4 shows a graph of the calculated polychromatic frequency-contrast characteristic (T) for a point at the edge of the field of view y ′ = 3.55 mm.

Частотно-контрастные характеристики объектива рассчитаны в соответствии с таблицей коэффициентов спектральной эффективности актиничного потока излучения, приведенной нижеThe frequency-contrast characteristics of the lens are calculated in accordance with the table of spectral efficiency coefficients of the actinic radiation flux given below

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 φ₂=-0,00962 мм^-1, оптическая сила всего объектива равна φ_об=0,005945 мм^-1, |φ₂\φ_об|=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.The lens (Fig. 1) consists of two components and a spectrodividing unit located between them. The first component contains a positive double-glued lens 1, consisting of a biconvex lens and a negative meniscus, a biconvex lens 2, a negative double-glued lens 3, consisting of a biconcave lens and a positive meniscus. The second component is a negative meniscus 4 glued from a biconcave and biconvex lens. Its optical power is equal to φ ₂ = -0.00962 mm ^-1 , the optical power of the entire lens is equal to φ _rev = 0.005945 mm ^-1 , | φ ₂ \ φ _rev | = 1.618. The values of optical forces are given for a wavelength of λ = 700 nm. The second component is located at a distance of 94.9 mm along the optical axis from the last surface of the first component, which is 0.56 of the focal length of the lens. Between the first and second components there is a spectro-splitting unit 5, which reflects radiation in the spectral range λ = (575 ... 850) nm and transmits radiation with a wavelength of λ = (1540 ± 30) nm or λ = (1030 ± 30) nm. The lens contains a filter 6, highlighting the spectral range in accordance with table 1. When calculating the lens, the thickness of the protective glass of the CCD matrix is taken into account. The length of the lens from the first surface to the image plane of the CCD matrix along the optical axis is 150.2 mm, which is 0.89 of the focal length of the lens.

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).The plots of the polychromatic frequency-contrast characteristic for the point on the axis and for the edge of the field of view shown in FIG. 3 and 4, confirm that the lens has good image quality over the entire field of view, which allows you to get an image of objects with low contrast (K = 0.1).

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_е-число Аббе для линии е приведены на фиг. 2.Design parameters and characteristics of the objective lens of glass, wherein the radii of curvature R-lens surfaces, D-distance between lens surfaces, the refractive index ne-lens glasses for e line (λ = 546 nm), ν _e to the number of Abbe line e shown in Figures . 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.The lens works as follows: a parallel light beam with a field of view angle of 2W = 2 ° 24 ′ passes through the entrance pupil of the lens with a diameter of 50 mm, which coincides with the first surface, and, being refracted through the surfaces of the lenses 1, 2, 3, enters the spectro-splitting unit 5, after which radiation with wavelengths λ = 575 nm ... 850 nm, reflected from the hypotenuse face of the spectrodividing unit, hits the component 4 of the lens, is refracted through its surfaces, filter 6, and is focused in the image plane, where the CCD matrix is located. A beam of rays with λ = 1540 nm or λ = 1064 nm passes through a spectro-fission unit 5 and focuses on the site of the photodetector.

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.The proposed lens has a focal length of 29% more than that of the prototype while maintaining the length from the first surface to the image plane of 150.2 mm, has high image quality in the spectral range of wavelengths from 575 nm to 850 nm, which increases the recognition range of low-contrast objects.

Источники информацииInformation sources

1. BY 6385 С1 (ОАО «Пеленг») 2002.12.30, весь документ1. BY 6385 C1 (OJSC "Peleng") 2002.12.30, the whole document

2. BY 4363 U (ОАО «Пеленг») 2008.04.30, весь документ. - Прототип.2. BY 4363 U (OJSC "Peleng") 2008.04.30, the entire document. - The prototype.

Claims

A lens containing two components mounted along the beam and a spectrodividing unit located between them, the first component of which consists of a positive two-glued lens containing a biconvex and negative lens, a negative two-glued lens and a single biconvex lens, the second component is made in the form of a negative meniscus facing a concave surface to the space of objects, it is installed with the possibility of quotation movements along the optical axis and is optically coupled to the face of the spectrum splitter block, emitting a spectral range of 500-900 nm, characterized in that a single biconvex lens of the first component is located between the positive and negative double-glued lenses, while the negative lens of the positive double-glued lens is made in the form of a meniscus, the negative double-glued lens contains a biconcave lens and a positive meniscus, the negative meniscus of the second component is glued from biconcave and biconvex lenses, its optical power in absolute value is not more than 1.65 optical l of the lens power, and is located at a distance of at least 0.5 of the focal length of the lens from the last surface of the first component along the optical axis, and the spectrodividing unit is made in the form of a prism-cube, the hypotenuse face of which reflects radiation in the spectral range of 500-900 nm and transmits radiation with a wavelength of (1060 ± 30) nm or (1540 ± 30) nm, and the refractive index of the material of the spectrum splitting unit is not more than 1.5.