Заказнов Н.П., Кирюшин С.И., Кузичев В.И. - Теория оптических систем (1060803), страница 59
Текст из файла (страница 59)
100. Оптические фотоэлектрические системы, в которых изображение источника больше светочувствительной поверхности приемника Расчет рассмотренных выше схем фотоэлектрических систем выполнялся при условии, что весь поток излучения, поступающий во входной зрачок оптической системы полностью попадает на светочувствительную поверхность приемника. Это условие обеспечивается, если оптическая система свободна от виньетирования, а изображение источника вписывается в светочувствительную поверхность приемника. Выполнение последнего условия достигается соответствующим выбором линейного увеличения или фокусного расстояния оптической системы. 3!! (поп = Фс5~ (454) то из формул (453) и (454) находим выражение для расчета апертурного угла в пространстве изображений: з1п оА' = п~ 1ппп!(татсфто.
спЕАпр8) (455) Если источник излучения расположен в бесконечности, то з(п ол = Р7(2Г) и из формулы (455) находим относительное отверстие оптической системы с1 — ..(( ..:.. Е.()..2). (456) Формулы (455) и (45б) можно применять и для системы, в которой изображение источника вписывается в светочувствительную поверхность приемника. Тогда в этих формулах необходимо использовать площадь изображения источника Я;„: з1ппа = 1 ь/(тптсфт,. спЕД;„Б), если источник расположен на конечном расстоянии, и 11 р — — 2 1 ~.l(татсфто.
спЕ,Янсон), (457) если источник находится в бесконечности. З1З В практике расчета возможны случаи, когда обеспечить требуемое линейное увеличение или фокусное расстояние оптической системы невозможно. При таком положении поток излучения, поступающий от источника во входной зрачок оптической системы, не будет полностью попадать на светочувствительную поверхность приемника, поэтому приведенные выше формулы для определения диаметра входного зрачка оптической системы оказываются непригодными.
Если изображение источника больше светочувствительной поверхности приемника, то расчет фотоэлектрической системы целесообразно выпоанять со стороны пространства изображений. Энергетическая освещенность, создаваемая источником излучения на светочувствительной поверхности приемника, определяется по формуле (219): Еп — — татсфто. спйс $1п ОА" Так как изображение источника перекрывает светочувствительную поверхность приемника, то поток излучения, поступающий на приемник, будет равен: Ф; = тптсфто. спЕ, з1п'ал Япр, (453) где Я,р — площадь светочувствительной поверхности приемника.
Так как реакция приемника 1О!. Опткческая фотоэлектрическая снстема с приемником излучения, расположенным в выходном зрачке Применение фотоэлектрических систем с приемником нзлучения, расположенным в плоскости изображения источника, может оказаться нерацнональным, если светочувствительная поверхность приемника имеет неодинаковую чувствительность в различных зонах. Если в такой системе изображение источника занимает на приемнике небольшую площадь и перемещается по светочувствительной поверхности, то работа системы будет неустойчивой.
Указанный недостаток можно устранить, если приемник излучения расположить в выходном зрачке оптической системы. При отсутствии в такой снстеме виньетирования плоскость выходного зрачка оптической системы будет иметь одинаковую освещенность, следовательно, при любом положении источника излучения светочувствительная поверхность приемника будет освещена равномерно. Простейшая схема фотоэлектрической системы с приемником излучения, расположенным в выходном зрачке, должна иметь два компонента.
Принципиальная схема такой системы, состоящей из тонких компонентов, представлена на рис. 242. Источник излучения 1 с помощью первого компонента проецируется в плоскость полевой диафрагмы. Угловой размер источника, соответствующий полю оптической системы в пространстве предметов, или угловое поле оптической системы, в пределах которого может перемещаться источник излучения, составляет 2со. Второй компонент оптической системы — коллектив — проецирует выходной зрачок первого компонента в плоскость выходного зрачка всей системы, где расположена светочувствительная поверхность приемника 2. Рассмотрим методику расчета оптической системы в предположении, что известны характеристики источника и приемника излучения.
Рис. хча. Схема чпчнческоа фотоэлектрическое системы с приемииком иэлучеиик в выходном эрэчке з~з Если источник излучения расположен на конечном расстоянии, то апертурный угол в пространстве предметов находим по формуле (427): зш оА 3~ 1яаЛтатевто. оп" еЯиетЗ) > где т , — коэффициент пропускания двухкомпонентиой оптической системы; так как конструкция компонентов пока не известна, то задаются коэффициентом пропускания. На начальной стадии расчета компоненты системы полагаем бесконечно тонкими.
Оправа первого компонента выполняет роль входного зрачка оптической системы. Зная положение источника, находим диаметр входного зрачка оптической системы: 0 = = 2а,1даю При бесконечно удаленном источнике диаметр входного зрачка оптической системы определяют по формуле (446) или (450). Выбрав линейное увеличение первого компонента фм определяем расстояние а( от первого компонента до полевой диафрагмы и фокусное расстояние первого компонента по формулам: а(= а4б Ц(= 1/а~ — !!аь Диаметр полевой диафрагмы, расположенной в плоскости изображения источника, 0пд —— 2а~ 1д в. В этой плоскости может быть установлено анализирующее устройство.
Если источник излучения расположен в бесконечности, то диаметр полевой диафрагмы Рпд — — 2Д 1д а. Линейное увеличение второго компонента определяется из условия того, что выходной зрачок всей системы должен вписываться в светочувствительную поверхность приемника.
Если светочувствительная поверхность приемника круглая и имеет диаметр Ояр, то линейное' увеличение второго компонента находится по формуле ()з = 0~40 (458) где Р— диаметр входного зрачка оптической системы, равный диаметру первого компонента, принятого бесконечно тонким. Расстояние е между полевой диафрагмой и вторым компонентом выбирает конструктор. При этом необходимо предусмотреть возможность установки анализирующего устройства в плоскости изображения источника. Если такой необходимости нет, то можно принять, что е = О, и тогда оправа второго компонента будет выполнять роль полевой диафрагмы. Определив по формуле (458) линейное увеличение второго компонента и задавшись величиной е, получим следующие формулы для расчета расстояния а( от второго компонента до выходного зрачка и фокусного расстояния второго компонента: — аа = а; + е; аз = азы 1/~з = 1(а; — Ыаь Згл Диаметр второго компонента рассчитывают из условия отсутствия виньетирования на краю поля.
Последнее обеспечивается, если через оптическую систему будет проходить луч МВ', идущий через верхний край входного зрачка и нижний край полевой диафрагмы. Из рассмотрения хода луча МВ' иа рис. 242 следует, что Ра = Рпд+е (Р+ Ряд)/а~. Очевидно, что при е О Р, = Рпд. 102. Некоторые принципиальные схемы оптических фотоэлектрических систем Фотоэлектрические приборы являются комплексом оптических, электронных и электромеханических устройств, предназначенных для преобразования энергии излучения в электрический сигнал, который после преобразования может быть использован для приведения в действие систем регистрации или управления, а также для воздействия на органы чувств человека. В этом сложном комплексе особо важную роль играет оптическая система, которая осуществляет первичную обработку поступающей информации.
В соответствии с этим оптическая часть фотоэлектрической системы должна обеспечивать: необходимый поток излучения, поступающий на приемник; требуемый размер и качество оптического изображения„'спектральную фильтрацию полезного сигнала на фоне внешних помех. С помощью современных фотоэлектрических оптических устройств решаются следующие задачи: исследование объекта, размещаемого на пути пучков лучей, идущих от источника излучения с известным спектральным составом и мощностью к приемнику с известными характеристиками (например, определение коэффициента пропускания, спектральной характеристики объекта, коэффициента поглощения при отра-' жении и др., что позволяет регистрировать различные параметры объекта н управлять их изменением); исследование объекта, являющегося источником излучения, в целях определения силы и спектрального состава его излучения, что позволяет, например, осуществлять опознавание объекта и т.п.; измерение характеристик и параметров приемника излучения; нахождение координат объекта или его установка; измерение параметров и характеристик оптических систем, а также многие другие задачи — регистрации, управления, наблюдения, передачи информации и т.
и. Рассмотрим наиболее распространенные виды принципиальных схем фотоэлектрических устройств, предназначенных для решения указанных задач. 315 1 г 7 Ф х х б 7 г 1 7 о х х 7 б Рис. 243. Прннцнпнальные схемы оптических фотоэлектрнчесннх снстем: а — двукобъектменан.' б — аеркальнан двухобъентнвнан Рнс. 244. Схема оптнческой фотоэлектрнческой снстемы лля намеренна коэффнцнента поглощения прн отражения На рнс. 243, о показана схема для исследования объекта 4, расположенного в пучках параллельных лучей между компонентами 2 н 6. Для изменения спектрального состава излучения источника 1 в схеме предусмотрен светофильтр 3. Прн выделении узкого спектрального интервала необходимо применение интерференцнонного светофильтра, который целесообразно устанавливать в параллельных пучках лучей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
