Диссертация (1025115), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Считанный с просветной73голограммы луч отражается от зеркала и проходит обратно сквозьголограмму без повторной дифракции, так как испытав значительное угловоеотклонение при первом проходе этот луч удалился от условия (угла) Брэгга.Рассмотримвозможностькомпенсации(ахроматизации),еслиплоскости ГК и ГОЭ в общей оптической схеме непараллельны между собой.Предлагаемая оптическая схема прицела представлена на Рис. 2.12. Здесь 3 просветная голографическая дифракционная решетка, которая совместно сзеркалом 4 используется в качестве ахроматизирующего (компенсирующего)элемента.
5 - ГОЭ с записанным на нем изображением прицельного знака.α1,α2 - углы падения на голограммный компенсатор и на ГОЭ считывающеголуча, φ - угол между плоскостями ГК и ГОЭ, β1,β2 - отклонение от нормали кголограмме продифрагировавших лучей.534Рис. 2.12. Схема голограммного компенсатора на основе пропускающейрешетки и зеркалаВеличина угла β1 определяется формулой sin α1 + sin β1 = (λ / d1), где λ длинаволнысчитывающеголазерногодифракционной решетки.
Величина углапучкасвета,d1-период.Тогда направление считанного с ГОЭ луча, определяющее направлениена изображение прицельного знака, определяется соотношением74(2.10)- номинальная длина волны полупроводникового источника света.Выберемпериодголограммы1таким,, т.е., чтобы причтобывеличинаполучалосьбыла равна нулю(считанный с ГК луч перпендикулярен к его поверхности). Тогда приизменении длины волны величинаопределяется формулойСоответственно,, где.Выберем величину. Тогда получимТаким образом, с точностью довеличинаостается постоянной при измененииПриисмещение знака не превышает 3,5 угл.мин. Для численного примера выберемследующиепараметры:,α1=0,902970524мкм,Приемлемыеподопускамсмещения7 о,.0Тогда.считанногоизображенияприцельного знака с ГОЭ при изменении длины волны источника излученияпредставлены далее в Таблице 2.13.Таблица 2.13.Параметры оптической схемы прицела в соответствии с Рис.
2.12.град0,600,620,640,654,5164,4544,4235,82,0850,230,660,680,704,4195 4,4234,4544,51602,0855,80,23752.8.Расчетно-формульнаямоделькомпенсаторанаосновекомпьютерно-синтезированной голограммы ФурьеТакже рассмотрим оптическую схему (Рис. 2.13) голографическогоприцела, где используется цифровая голограмма Габора в качестве ГОЭ, накотором записано изображение прицельного знака (точнее: обрамленияцентральнойточкиприцеливанияприцельногознака).ЗаписьГОЭпроизводится с использованием компьютерного синтеза голограммы (Рис.2.14). Поскольку записанное на голограмму изображение прицельного знакадолжно восстанавливаться на значительном удалении от ГОЭ, структураинтерференционной картины голограммы рассчитывается компьютером какФурье-преобразование изображения прицельного знака (с использованием вкачестве опорного луча, формирующего изображение точки прицеливания).Затем эта структура выводится на жидкокристаллический транспарант ипереснимаетсяснегонаголографическийносительсрасчетнымуменьшением.1 – точечный светодиод, 2 – объектив, 3 – зеркало, 4 – цифровая голограммаФурье, 5 – полупрозрачное зеркало, 6 – глаз, 7 – восстановленноеизображение прицельной маркиРис.
2.13. Оптическаясхема голографическогоприцела на основекомпьютерно-синтезированной голограммы Фурье76Рис. 2.14. Схема получения компьютерно-синтезированной голограммыФурьеЗапись голограммы Габора для прицела: структура интерференционнойкартины, записываемой на голограмму, формируется путем компьютерногосинтеза и выводится на апертуру ЖК-транспаранта, полученное изображениеоптически перепроецируется на поверхность голографического носителя,производитсяэкспонированиесфокусированногоизображенияипринеобходимости фотохимическая обработка носителя. Также при цифровойзаписи ГОЭ для Габора используется тот факт, что обрамление прицельногознака представляет собой осесимметричную картину. В соответствии с этимдля записи требуется половина этой картины.
Вторая половина формируетсяпри считывании, как минус первый дифракционный порядок (Рис. 2.15).Использованиекомпьютерногосинтезапозволяетвчастностиприформировании голограммы учитывать нелинейные свойства используемогодля записи голограммы светочувствительного материала и повысить за счетэтого качество считываемого изображения прицельного знака.Рис.2.15.Схемавосстановлениясинтезированной голограммы Фурьеинформациискомпьютерно-77Чтокасаетсяформированияцентральнойточкиприцеливанияголограммного прицельного знака, то у этой точки нет зависимости отизменений длины волны лазерного источника, что является общейпроблемой для голографических коллиматорных прицелов.
В известныхголографических прицелах точка прицеливания и обрамляющие её элементыприцельного знака входят в состав объектного луча, записываемого наголограмму (ГОЭ). Опорный луч формируется дополнительно. В процессесчитывания изображения прицельного знака все элементы этого изображенияформируются как результат дифракции считывающего луча на ГОЭ и,соответственно, все они испытывают сдвиг при изменении длины волнысчитывающего луча.
Сам же считывающий луч (бывший при записи ГОЭопорнымлучом),проходясквозь голограмму,никакогосдвиганеиспытывает. Эти сведения привели к идее выделить из состава элементовизображения прицельного знака, записываемого на голограмму, луч,формирующий изображение точки прицеливания, и использовать его вкачестве опорного луча при записи голограммы, а в составе объектного лучаиспользоватьостальныеэлементыизображенияприцельногознака(обрамление точки прицеливания). В результате ГОЭ преобразуется вголограмму Габора и при считывании с нее изображение центральной точкиприцеливания не испытывает смещения при изменении длины волнысчитывающего пучка света, так как это изображение точки прицеливаниясоздается считывающим лучом, который не испытывает дифракции.Записываемое на голограмму Габора остальное изображение представляетсобой используемое обычное обрамление центральной точки прицеливания.78Глава 3.РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХСИСТЕМ ГОЛОГРАФИЧЕСКИХ КОЛЛИМАТОРНЫХ ПРИЦЕЛОВНА ОСНОВЕ ГОЛОГРАММНЫХ КОМПЕНСАТОРОВЦельюэкспериментальныхисследованийявляласьпроверкаправильности основных теоретических положений диссертации.
В процессеэкспериментальных исследований решались следующие задачи:оценка углового смещения линии визирования при изменениитемпературы окружающей среды, при котором предложенные базовыевариантыоптическихмногокомпонентнымисистемГОЭколлиматорныхобеспечиваютприцеловкомпенсациювсширокомдиапазоне изменения температуры окружающей среды;оценкавлияниявеличиныусадкифоточувствительногослоябихромированной желатины на величину углового смещение линиявизирования и сравнение его с расчетными значениями.Решениепервойзадачивзначительнойстепенисвязаносадекватностью описания преобразования сигнала в тракте предложенногомногокомпонентного ГОЭ в составе оптической системы коллиматорногоприцела.
Основным допущением являлось принятие источника излучениякак когерентного. При таком допущении в процессе многовариантногоанализа подбирались параметры коллимационной системы, при которыхобеспечивалось постоянство распределения интенсивности при продольныхсмещениях плоскости изображения относительности гауссовой плоскости.Кроме этого, решение первой и второй задач позволит проверитьтеоретические результаты.При экспериментальной проверке точностных показателей, которыемогут быть достигнуты при использовании методики проектирования,разработанной в диссертации для различных оптических систем смногокомпонентными ГОЭ, требуется задавать угловое смещение линиивизирования с погрешностью, которая должна быть не выше расчётной79погрешности, и сравнивать полученные экспериментальные результаты срасчётными результатами моделирования.3.1.Описание оптической системы голографического коллиматорногоприцела с голограммным компенсатором на основе трехмернойпропускающей дифракционной решеткиРис.
3.1. Оптическая система голографического прицела с голограммнымкомпенсатором на основе трехмерной пропускающей дифракционнойрешеткиТребования к коллимирующему объективуОсновнаязадачаколлимирующегообъектива–(собратьи)сформировать пучок лазерного излучения с малой угловой расходимостью итребуемым диаметром. Для формирования заданного прицельного знака ГОЭзасвечивается коллимированным пучком лазерного излучения необходимогодиаметра.Основные требования к коллимирующему объективу:801.Угловая расходимость сформированного лазерного пучка – не более 30угл.
сек.;2.Световой размер ГОЭ 26×34 мм (диагональ 42,8 мм);3.Рабочая длина волны лазерного диода - 650 ±10 нм;4.Толщина линий знака менее 2 угл. мин.;5.Спектральный диапазон ахроматизации объектива – не менее ± 10 нм.3.1.1. Разработка оптической системы коллимирующего объективаРазработка коллимирующего объектива необходимо начинать с выборалазерного диода и определения всех его оптических и электрическихпараметров.Выбор лазерного диодаДля выбора лазерного диода были проанализированы параметры ихарактеристики ряда ЛД, излучающих на длине волны около 650 нм.В качестве основных наиболее важных параметров ЛД рассматривались:– мощность излучения и возможность её изменения в широких пределахсогласно ТЗ;– размеры и излучающей площадки и её индикатриса;– энергопотребление;– полуширина спектра излучения ЛД (по уровню 0,5 мощности (силы)излучения);– нестабильность (разброс) номинальной длины волны излучения серии ЛД;– показатель температурного ухода номинальной длины волны– цена и доступность приобретения.Основные параметры ЛД следующие.- Мощность излучения – 5 мВт;- Типовая центральная (номинальная) длина волны излучения: 655 нм;- Минимальная центральная (номинальная) длина волны излучения: 645 нм;- Максимальная центральная (номинальная) длина волны излучения:нм;- Угловая расходимость излучения ЛД (по уровню 0,5 силы излучения):66081- в плоскости p-n перехода – 8° (минимальная – 6°: максимальная – 12°);- в перпендикулярной плоскости – 27° (минимальная – 24°: максимальная –32°);- Погрешность позиционирования центра излучающей площадки – ± 80 мкм.Габаритный и предварительный аберрационный синтез оптическойсистемы коллимирующего объектива большого диаметраПри помощи специализированного ПО Zemax для синтеза и анализаоптических систем был проведён предварительный аберрационный синтезоптической системы коллимирующего объектива, который представляетсобойдвухлинзовыйколлиматор.Конструктивныепараметры,эскизоптической схемы с трассировкой лучей и номинальные пятна рассеянияпредставлены ниже.Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
