Заказнов Н.П., Кирюшин С.И., Кузичев В.И. - Теория оптических систем (1060803), страница 58
Текст из файла (страница 58)
238. схема ппткческов фатоварианте расчета можно считать екектРкееекпа скетемм; кеточккк в оптическую систему бесконечно тонкой, т. е. Анн = О. Обычно входной зрачок оптической системы совпадает с первой поверхностью. Тогда для бесконечно тонкой системы а = р, следовательно, диаметр входного зрачка определяется по формуле (428): Р = 2а (й од. Конструкция оптической системы зависит от угле 2ад. Если 2ох ( 30', то можно использовать однолинзовую сн, чу; для 2ох~ 60' применяют двухлинзовую, а для 2ох (90 трех- линзовую систему. Выбрав конструкцию системы, уточи е1т ее коэффициент пропускания т, „а также длину отрезков а на.
Однокомпонентная система; источник излучения расположен в бесконечности. В этом случае светочувствительная поверхность приемника устанавливается в задней фокальной плоскости оптической системы (рнс. 238). Если максимальный угловой размер источника относительно передней главной точки равен 2м, то размер его изображения в задней фокальной плоскости Р;„= = 21' 18 м и это изображение должно вписываться в светочувствительную поверхность приемника, т. е. Р;„е. Рпр, где Р,р — диаметр светочувствительной поверхности приемника. Следовательно, фокусное расстояние системы должно быть = Рпв/(2 1я м).
Если изображение источника значительно меньше светочувствительной поверхности приемника, то приемник следует сместить относительно фокальной плоскости. Выбрав источник н приемник излучения, по формуле (427) можно вычислить синус апертурного угла в пространстве предметов, а по формуле (428) — диаметр входного зрачка оптической системы. Учитывая, что ) р ),р 0 (источник излучения расположен в бесконечности), можно принять з1п ох = 1И ою Поэтому Р = 2р мп о„= 2р у'( е/(тетевте.
еп(.еЯеетЗ) ' (445) Размеры бесконечно удаленного источника характеризуют его угловой величиной 2а. Если считать, что источник имеет круглую форму, а 2еп — его размер в радианах, то площадь этого источника Я„е преме. Подставив значение Ц„е в формулу (445), 20* 307 получим выражение для вычисления диаметра входного зрачка оптической системы: у 1$п!вl(татсфто. с("аЗ)' (446) Оптическая фотоэлектрическая система для регистрации излучения звезд. Широкое развитие космических исследований за последние десятилетия привело к созданию различных фотоэлектрических систем, предназначенных для регистрации излучения звезд.
При расчете таких систем необходимо учитывать специфику фотометрических единиц, принятых в астрономии и астрофизике и основанных на понятии звездной величины гп. По отношению к поверхности Земли звезда является идеально точечным источником, который можно характеризовать освещенностью, создаваемой звездой на поверхности Земли или у границы земной атмосферы. Звездная величина гп является мерой, определяющей блеск звезды, т.
е. создаваемую ею освещенность на плоскости, перпендикулярной к падающим лучам. Шкала звездных величин устанавливается формулой гп = — 2,5 1д Š— 13,89, (447) где Š— освещенность от звезды у границы земной атмосферы, лк. Согласно формуле (447) звезда первой величины создает освещенность Е, = 1,11 10 ' лк, второй — Е, = 1,! 1 10 ' лк и т.
д. Формулой (447) можно пользоваться и для характеристики излучения источников конечных размеров, например Луны, Солнца и других земных источников. Так, во зремя полнолуния Луна создает на поверхности Земли освещенность около 0,2 лк, что соответствует звездной величине гп = — 12,55. При расчете фотоэлектрических систем для регистрации излучения звезд возникает необходимость перехода от световых величин, устанавливаемых формулой (447), к энергетическим.
Звезды излучают, «ак черное тело, но температура их различна. Все они разбиты на спектральные классы, обозначенные прописными буквами латинского алфавита. Переход от блеска звезды (освещенности, измеренной в люксах) к энергетической освещенности, измеряемой в ваттах на квадратный метр, выполняется через световую эффективность, измеряемую в люменах на ватт (лм Вт-'): К = Ф/Ф, = Е(Е,. (448) Звезда спектрального класса А с температурой поверхности Т = = 10 000 К имеет световую эффективность К = 61,35 лм.Вт-т.
Очевидно, максимальное значение световой эффективности будет у звезды спектрального класса б с температурой поверхности 6000 К, как у Солнца, световая зффективность которого К = 84,!8 лм Вт-г. Принципиальная схема оптической фотоэлектрической системы для регистрации излучения звезд показана иа рис.
239. Если звз известна звездная величина лз, то в ни' по формуле (447) можно найти освещенность Е, создаваемую эвез- г дой у границы земной атмосферы. Зная спектральный класс звезды, по формуле (448) определяем энергетическую освещенность у границы земной атмосферы: Е, = Е(К р Пусть оптическая фотоэлектри злеисрнческоя системы дли регнческая система с диаметром вход- страцни излучении звезд ного зрачка Р расположена на поверхности Земли. Тогда с учетом коэффициента пропускания атмосферы т, определим поток излучения, поступающий от звезды во входной зрачок системы: Ф, = т,Е,пРз/4.
Иэображение звезды будет получаться в задней фокальной плоскости оптической системы, и в случае хорошо корригированной системы оно будет представлять собой дифракционное изображение точки. Поэтому для использования большей части светочувствительной поверхности приемника его располагают на некотором расстоянии за задней фокальной плоскостью. Получаемое при этом световое пятно должно быть не больше светочувствительной поверхности приемника. В некоторых случаях смешение приемника относительно заднего фокуса обусловлено необходимостью установки в задней фокальной плоскости анализирующего устройства. Если т,, — коэффициент пропускания оптической системы, включая анализатор, то на светочувствительную поверхность приемника будет поступать поток излучения Фа = Фото.
с =- тато. сЕапР'/4. (449) Если интегральная чувствительность приемника 3, то реакция приемника (ниа = Ф;Я = т,т,,Е,БпР'У4. Таким образом, для регистрации излучения звезды заданной звездной величины т при выбранном приемнике необходимо иметь оптическую систему с диаметром входного зрачка Р = 2 у'(~м/(тато. опЕ~В). (450) Фокусное расстояние оптической системы не влияет на размер изображения звезды, поэтому при его выборе следует иметь в виду значение относительного отверстия РТ.
Двухкомпонентная система. Принципиальная схема такой системы, состоящей из тонких компонентов, показана на рис. 240. Одним из возможных вариантов системы является установка источника излучения в передней фокальной плоскости первого компонента, а светочувствительной поверхности приемника — в задней фокальной плоскости второго компонента. 309 Рнс. 240. Схема хпухкомпонент- ной оптнческой фототаектрнче. ской снстемм В этом случае линейное увеличение системы, определяемое по формуле (451) выбирают так, чтобы изображение источника вписывалось в светочувствительную поверхность приемника. Поэтому, если выбраны источник и приемник излучения, то можно определить линейное увеличение двухкомпонентной системы.
например по формуле (444). Тогда, задавшись значением фокусного расстояния первого компонента, по формуле (451) вычисляют фокусное расстояние второго компонента. Синус апертурного угла в пространстве предметов находят по формуле (443): з1пох = где т,, — коэффициент пропускания двухкомпонентной оптической системы. Диаметр первого компонента 01 = 211 (й а„. Диаметр второго компонента определяют из условия отсутствия виньетирования для точки источника, наиболее удаленной от оптической оси. Если, например, источник излучения имеет форму прямоугольника размером Ь хс, то максимальный угол наклона пучка параллельных лучей, вышедших из первого компонента, рассчитывают по формуле (ясо = —, Р~Ье+се. 2/; Тогда при выбранном расстоянии д между компонентами вычисляют необходимый диаметр второго компонента: О, = О, + Ы 1И со.
(452) При значительных расстояниях между компонентами диаметр второго компонента, найденный по формуле (452), может иметь настолько большое значение, что его реализация принципиально невозможна. В этом случае приходится допускать виньетированне. зш Рис. 24!. Схема двухкомпонентной оптической фотоэлектрической системы при значительном расстоянии между компонентамн Двухкомпонентную систему, имеющую виньетирование, можно рассчитать в следующей последовательности (рис. 241). Источник излучения и первый компонент оптической системы можно рассматривать как прожектор дальнего действия, имеющий силу излучения Успп = то. с!Ус (Р((с1~, где т...
— коэффициент пропускания первого компонента оптической системы; 1, — сила излучения источника; Р! — диаметр выходного зрачка первого компонента; с( — диаметр источника. Если расстояние р между компонентами больше дистанции оформления светового пучка, то на входном зрачке второго компонента оптической системы будет создана энергетическая освещенность Е, = т,реп /рэ,, где т, — коэффициент пропускания атмосферы на расстоянии р. Полагая диаметр входного зрачка второго компонента равным Р„определим поток излучения, поступающий во второй компонент Ф, = Е,пРэ/4, а затем — поток излучения, падающий на светочувствительную поверхность приемника Ф; = т,,эФ„ где т, „— коэффициент пропускания второго компонента оптической системы. Реакция приемника излучения, установленного в задней фокальной плоскости второго компонента, ! = ЗФ;.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
