Якушенков Ю.Г., Луканцев В.Н., Колосов М.П. Методы борьбы с помехами в оптико-электронных приборах (1981) (1095907), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Следует, однако, отметить, что бленды с большим к „ как правило, имеют большие продольные габариты. Двойные и круговые бленды обычно обладают симметрией относительно продольной оси бленды. Кольцевые и сотовые бленды создают виньетирование входного зрачка оптической системы. 6.2. АНАЛИЗ ОПТИЧЕСКИХ СХЕМ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ, СНАБЖЕННЫХ БЛЕНДАМИ Для оптимизации конструкции ОЭП важно задать необходимое значение коэффициента ослабления бленды и знать влияние отдельных элементов оптической системы на суммарный поток, пришедший на чувствительный слой приемника излучения от фоновых и боко- 1!2 вых помех. Так как строгое теоретическое решение указанной задачи в общем виде для всех оптических схем ОЭП не представляется практически возможным и, повидимому, нецелесообразно, проведем анализ двух типовых оптических схем ОЭП ~29), работающих в видимом спектральном диапазоне при наличии боковой засветки н равномерного фона (рис.
6.2). 0хена и Рнс. 62. Типовые оптические схемы оптико-электронных приборов снабженных блендами Первая схема — схема А (рис. 6.2) состоит из бленды (т') и объектива (2), в фокальной плоскости которого расположен чувствительный слой приемника излучения (4). Между объективом и приемником располагается корпус объектива (3), который будем рассматривать как цилиндрический световод. Вторая схема— схема Б отличается от первой тем, что непосредственно за фокальной плоскостью объектива установлен конденсор (5), который проецирует выходной зрачок объектива на чувствительный слой приемника (7). Между конденсором и приемником располагается цилиндрический корпус (6), который будем рассматривать как световод конденсора.
В качестве параметра оценки схем выберем суммарный поток пришедшего на чувствительный слой приемника излучения от равномерного фона и источника боковой засветки 129] (6.1) Ф = А Я„(к, Е+ Е,„ка/к„„), где й„— телесное угловое поле; А — площадь входного зрачка; т — коэффициент пропускания оптической системы; Ь вЂ” яркость равномерного фона; Š— освещенность на входе бленды от источника боковой засветка; к„,= Е„„)Е, „ (Е,„, — освещенность от рассеянного света на выходном окне бленды); к1 и ка — коэффи- 113 цненты, определяемые конструктивными и светотехннческнмн параметрами оптической схемы "'.
Пусть внутренняи поверхность световода покрыта однородной идеально матовой черной краской с одинаковым коэффициентом отражения р по всей поверхности. Примем р=0,05, как это сделаво в работе [!4), в которой прн проведении количественной оценки рассеянного светового потока, падающего на приемник излучения через диффузно рассеивающий замкнутый цилиндрический световод, применена формула полной освещенности светомерного шара. Ограничимся учетом лишь первого отражения от поверхности свето- вода, так как прп принятом значении р суммарный вклад всех других отражений составит не более бзйг*. Проведем сравнительный анализ рассматриваемых схем при наличии одного равномерного фона и отсутствии источника боковой засветки.
Пусть (6.2) ~ма = ~ми ', Ал =Ан ', тд=-,. Так как в данном случае ЕФО, а Е,„=О, то, как следует нз (6.1), достаточно ограничиться сравнением величин к,а н к!в. Исходя из изложенных предпосылок и обпгеизвестных зависимостей прикладной оптики, получаем (лэ) для схемы А озг з (~т — (2 )РУ' к!А =1+ =+ я 2аа (6.3) для схемы Б к . 1 ! ~эльз ыа' гк (ь)г (з )рз~'зА' и 2хоаза (6А) где г,а — суммарный коэффициент яркости оптических поверхностей объектива; Я вЂ” телесный угол, которому соответствует плоский угол 2~р; ф — угол прямой засветки выходного окна бленды; ߄— .телесный угол, которому соответствует плоский угол 2ьк Рз — телесный угол, которому соответствует угол 20 (угол 9 на рис.
6.2 образован оптической осью и прямой, проходищей через центр выходного окна и край входного окна бленды); ы — половина углового ноля объектива; )' — фокусное расстояние объектива; з,а— плошадь внутренней поверхности цилиндрического световода объектива, включая площади входного н выходного оков; з, — пчощадь внутренней поверхности цилиндрического световода ковденсора, включая площадь входного и выходного окон; (З~ — телесный угол задней апертуры объектива; ㄠ— суммарный коэффициент яркости оптических поверхностей конденсора; А' — площадь выходного зрачка схемы Б.
' к~ -- величнна безразмерная, единица измерения кэ — ср-'. *' Из формулы полной освещенности светомерного шара следует, что (Ез — ЕгБЕх = р, где Е, н Е, — соответственно освещенности после первого и после многократного отражения света ва поверхности шара. 1!4 При выводе к~ не учитывалось изменение освещенности по закону соз'в Каждому слагаемому к!л соответствуют следующие потоки, пришедшие на чувствительный элемент приемника: непосредственно идущий от фона через объектив, рассеянный на оптических поверхностях объектива и идущий от рассеивающей поверхности свето- вода. Для к,и первые два слагаемых идентичны первым двум слагаемым кш. Третьему п четвертому слагаемым соответствуют следующие потоки: рассеянный на оптических поверхностях коиденсора и идущий от рассеивающей поверхности световода коиденсора„ на которую попадает излучение фона, отраженное от рассеивающей поверхности световода объектива. Пусть Т)ж()'в2С, где )) — диаметр входного зрачка объектива; О' — диаметр выходного зрачка схемы Б; С вЂ” половина линейного поля зрения схемы.
После подстановки в формулы (6.3) и (6.4) конструктивных параметров системы, будем иметь ~ об 2Кэ р 1ОА 1+ + (соз в — соз р) —; 4((16 р + (а )' + 1 1+ 2К (6.5» Гоб 'к 4!(1д р +16 в)'+ 1 4Кэ Кэ рэ +(соив — соэ р) (1+ 2К)э (6.6) 115 где К=С/(ИС в) — днафрагменное число объектива, выраженное через его конструктивные параметры. В качестве примера рассмотрим схему, где объектив имеет четыре оптические поверхности, а коиденсор — две, коэффициент яркости каждой поверхности равен 0,005 1!4]. Тогда гоб=0,02, с,— = 0,01. Пусть 0(вы!5', в«робб', 1<К~10. Так как первое слагаемое в (6.5) и (6.6) постоянно и равно единице, будем сопоставлять с ним максимальные значения последующих слагаемых. Лля к,л (см. (6.5)) максимальное значение второго слагаемого мало — при в=60' н в=15' оно равно 0,01, Л4акснмальиое значение третьего слагаемого равно 0,24 при в=О, <р=60', К=10, что уже составляет существенную величину.
При ф=!2' третье слагаемое равно 0,01. Для кзв (см. (6.6)) второе слагаемое то же, что и для схемы А. Максимальное аначение третьего слагаемого равно 0,0025 при К=1, четвертого слагаемого — 00003 при К=!О, в=О, гр=60'. Сумма трех последних слагаемых пренебрежимо мала. Сопоставив результаты расчетов, можно сделать вывод, что при наличии одинакового фона схемы А н Б можно считать равноцсниымп. Однако в узкопольных малосветосильных системах световой поток на приемнике ст фона для схемы А будет больше, чем для схемы Б. Наличие бленды с малым углом прямой засветки делает и в этом случае схему А равноценной схеме Б. Проведем сравнительный анализ рассматриваемых схем при наличии одного источника боковой засветка и отсутствии фона.
Пусть, как н прежде, сохраняется условие (6.2). Примем, что Колла Кослв ° (6.7) Так как в данном случае 5=0, а ЕклФ0, то из (6.1) следует, что достаточно ограничиться сравнением величин кза н кгв.' Для схемы А МЗЛ Г»б; и+ Р У' ~лоб', (6.8) для схемы Б Гоб +Р у А «Р А +логово)о (6 9) и ~об ~к П лоб пз Первое слагаемое правой части (6.8) определяется потоком, рассеянным на оптических поверхностях объектива, а второе — потоком, идущим от рассеивающей поверхности световода. Первое слагаемое (6.9) то же, что и в формуле (6.8). Слагаемым со второго по четвертое соответствуют следующие потоки: — поток, идущий от рассеивающей поверхности световода конденсора, иа которую падает излучение, отраженное от рассеивающей поверхности световода объектива; — поток, рассеянный на оптических поверхностях коиденсора, иа которые падаег излучение, отраженное от рассеивающей поверхности сзетовода объектива; — поток, идущий от оптических поверхностей конденсорз, на которые попадает излучение, рассеянное на оптических поверхностях объектива.
Формулы (68) и (6.9), выраженные через конструктивные па. раметры, имеют вид 1/ 2Кзр Т Ктл лоб + гг ), 1+ 2К) (6.10) гс ( (1+2К)з 2(1+2К) 4К» ~ относительно первого будут составлять: второе менее Зуо при К=10, третье равно 0,4уо при К=1, четвертое 025$ при К=1, т. е. для практических расчетов достаточно ограничиться первым слагаемым. Значения кза в зази. сииостн от К приведены з табл. 6.|. г-о,о! 0,0170 0,0630 0,0946 0,1261 0,1580 0,0085 0,0177 0,024! 0,0303 0,0367 1 4 6 8 10 Так как в рассматриваемом прнмере величпва гоб принята постоянной и равной 0,02, будем сопоставлять с ней максимальные значения других слагаемых з правых частях (6.10) и (6.!1).
МаксыТ а б л ! ц 6 1 мальиое значение втоРого слагаелица мого з круглых скобках правой Значения к,л для различных части (6.10) при К= 1О равно значений днафрагмеинпгп 0,476, что значительно превышает числа К г„б, максимальные значения слагаемых со второго по четвертое Результаты проведенной количественной оценки подтверждают правомерность переноса на оптические схемы ОЭП типа Б результатов теоремы Гальперна 111, 39) о рассеянном свете визуальной телескопической системы, из которых вытекает, что применение конденсора уменьшает влияние боковых помех и позволяет использовать бленду с меньшим коэффициентом ослабления. Помимо применения бленд основной мерой по уменьшению светового потока от источника боковой засветки для схемы Б является уменьшение суммарного коэффициента яркости объектива, а для схемы А в отражательной способности нерабочих поверхностей оптической системы, например ввода во внутреннюю полость схемы системы кольцевых диафрагм 1111.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
