Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов (4-е изд., 1999) (1095908), страница 17

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 17)

Специфическими свойствами оптической системы ОЭП являются: наличие в ее составе приемника излучения, который одновременно входит в состав электронной системы и выполняет функции согласования между собой этих звеньев прибора; инои, нежели у визуальных оптических систем, спектральный раочий диапазон (часто, но не всегда). Если этот диапазон широк, то это приводит к большему влиянию некоторых аберраций, например, хроматизма, и усложняет их коррекцию, а также затрудняет выбор оптических материалов, работающих в широком спектральном диапазоне. Если же, как например у лазерных оптических систем ОЭП, этот диапазон весьма узок, то это также обуславливает специфику их расчета и конструкции.

Линзовые и зеркально-линзовые оптические системы, работающие в ИК диапазоне, часто проще, чем системы для видимого диапазона, что объясняется большими значениями показателя преломления и меньшей дисперсией многих материалов, прозрачных в ИК области спектра. Сюда же следует отнести заметное влияние на приемник излучения потоков, испускаемых неохлажденными частями конс —., ции П, в том числе и оптическими элементами. Если в визуальных оптических системах для борьбы с «внутренними» бликами и засвет- Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов ками, возникающими за счет рассеяния потока в оптических элементах или на их оправах, применяются специальные покрытия (чернение внутренних поверхностей, коркование и др.), то в ИК системах такие покрытия могут увеличить вредное излучение элементов конструкции и тем самым снизить чувствительность приемника и всего прибора.

Поэтому во многих ОЭП, работающих в ИК диапазоне, применяют охлаждаемые диафрагмы, препятствующие поступлению на приемник излучения потока, испускаемого элементами конструкции прибора, находящимися вне его углового поля. Часто предъявляются повышенные требования к простоте и надежности конструкции оптической системы ОЭП, так как работа всего прибора часто идет без доступа оператора.

Многим оптическим системам ОЭП присуща и своя конкретная специфика. Например„весьма специфичны оптические системы, служащие для формирования или приема мощных лазерных пучков, или оптические системы радиометров, предназначенных для исследования слабо нагретых тел. 5.2. Критерии качества оптической системы оптико- злектронного прибора В зависимости от назначения и специфики оптических систем ОЭП используются различные критерии их качества.

К числу достаточно общих критериев относятся коэффициент полезного действия оптической системы т(, (оптический КПД), определяющий потери энергии излучения в этой системе, включая и передающую и приемную ее части, коэффициент оптического усиления оптической системы, а также оптическая передаточная функция (ОПФ) „разрешающая способность и ряд связанных с ними параметров, описывающих пространственное разрешение оптической системы. Иногда для оценки качества оптической системы применяют и другие критерии, например конструктивные ее параметры„эксплуатационные свойства. Однако выбор этих критериев зависит от типа и назначения конкретной оптической системы и всего ОЭП. Поэтому прежде всего рассмотрим перечисленные выше более общие критерии. КПД оптической системы т), во многом определяет КПД всего ОЭП. Он учитывает потери потока при отражении его от оптических поверхностей и на поглощение в элементах оптической системы, а также ряд других факторов.

Методика расчета т), описана в й 14.5. Коэффициент оптического усиления тт„, определяется как отношение потоков излучения, поступающих на приемник излучения при Глава 5. Оптическая система оптико-электронного прибора использовании оптической системы и без нее. Если удаленный источник излучения не перекрывает полностью угловое поле оптической системы, то Тв,„, = т, А,„ / А,„, где т, — коэффициент пропускания оптической системы (о его расчете см.

з 14.4); А „— площадь входного зрачка приемной оптической системы; А,„— площадь чувствительного слоя приемника излучения. Можно отметить, что для приемных оптических систем часто т =, Понятия «Передаточная функция» и «Частотная характеристика» оптической системы и «Оптическая передаточная функция (ОПФ)» б удут описаны ниже в гл. 10, после рассмотрения правомерности использования преобразования Фурье для процессов образования оптического изображения.

Пока же можно отметить, что ОПФ определяет зависимость изменения контраста изображения от пространственной частоты. Как ОПФ, так и более традиционный критерий пространственного разрешения — разрешающая способность во многом зависят от кружка рассеяния, т.е. картины (или функции) распределения освещенности в изображении точечного излучателя. Размер кружка рассеяния и распределение освещенности в нем определяются дифракцией, являющейся следствием волновой природы света, и аберрациями, т.е. искажениями фронта волны, зависящими от параметров оптических деталей и материалов, а также расфокуснровкой и другими нарушениями идеальной оптической схемы.

Для оценки качества оптической системы и предъявления соответствующих требований к ее конструкции необходимо четко представлять связь дифракции и аберраций с этими конструктивными параметрами. Аберрации можно уменьшать до допустимых значений изменением радиусов кривизны и толщин оптических деталей и промежутков между ними, подбором оптических материалов. В то же время дифракция зависит от размера диафрагм, ограничивающих пучки, и именно она определяет минимально достижимый размер кружка рассеяния, т.е.

качество идеальной безаберрационной оптической системы. Теоретически предельно оптимальным диаметром кружка рассеяния принято считать диаметр центрального яркого пятна в дифракционной картине изображения точки (диска Эри), угловой размер которого для объектива с круглым зрачком 2бк = 2.441/З. (5.1) где 2Л измеряется в радианах, а длина волны Х и диаметр входного зрачка 1) — в одинаковых единицах.

Радиус диска Эри в фокальной Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов р, =(1/В)й,(В//')'Г Р =(1/4) "~(1)//) отг (5.2,а) кома (5.2,б) астигматизм Р,=,-Ь,=Ь,(1)//') ': (5.2,в) кривизна поля р, =(1/4)Ь,(В//') ': (5.2,г) дисторсия )тв от а. хроматизм положения (5.2,д) р =)т (1)//'); (5.2,е) хроматизм увеличения Щ = Ьтго; (5.2,ж) где р — радиус кружка рассеяния; 1)//' — относительное отверстие; т ш — угловое поле в пространстве предметов; а, и Ь, — оси эллиптического изображения точки; б — смещение изображения точки от положения, определяемого идеальной оптической системой, вследствие отклонения истинного увеличения от увеличения в идеальной системе; Л! — разность размеров изображений одного и того же отрезка Х объекта для двух лучей с различными длинами волн; )тг — коэффнци- плоскости объектива можно найти, умножив его угловой размер 6 на фокусное расстояние объектива.

Для раздельного восприятия (разрешения) двух точечных объектов в идеальной оптической системе часто считают необходимым, чтобы максимум яркости диска Эри для одного изображения совпадал с первым минимумом (первым темным кольцом) в изображении второго объекта. Тогда минимальный разрешаемый угол между двумя точечными объектами а = 1,22 Х/11, где единицы измерения такие же, какив (5.1). В большинстве практических случаев размер кружка рассеяния определяется аберрациями системы, но не дифракционными явлениями, поэтому очень важно свести значения основных аберраций к минимуму. Радиусы аберрационных кружков рассеяния связаны с важнейшими параметрами оптической системы следующим образом: сферическая аберрация Глава 5. Оптическая система оптико-электронного прибора енты аберраций (18]. При выборе диапазона длин волн, в котором работает система, необходимо учитывать изменение показателя преломления п в этом диапазоне и возникающие в связи с этим хроматические аберрации отдельных компонентов системы.

Устранять хроматизм можно не только обычной коррекцией, заключающейся в совместном использовании элементов с дисперсией различного знака, например ахроматизированных дублетов, но и выбором материала с постоянным значением л в интересующем разработчика диапазоне спектра. Формулы (5.2,а) — (5.2,ж) сохраняют свой вид и для систем, образованных асферическими поверхностями, т.е. ввод асферических поверхностей не нарушает пропорциональность размера аберрационного кружка таким параметрам оптической системы, как относительное отверстие и угловое поле.

В каждом конкретном случае приходится корригировать (исправлять) оптическую систему в отношении определенных аберраций. Наиболее часто в узкопольных ОЭП требуется устранять сферическую, хроматическую аберрации и кому. Методы коррекции оптических систем ОЭП, как правило, ничем не отличаются от традиционных методов расчета оптических систем (4, 7, 18). 5.3. Передающие оптические системы При работе ОЭП активным методом практически всегда источник излучения дополняют специальной оптической системой, предназначенной главным образом для пространственного перераспределения потока.

Характеристики

Список файлов книги