Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов (4-е изд., 1999) (1095908), страница 22

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

Текст из файла (страница 22)

115 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-злектроннмк приборов Для борьбы с засветками, источники которых находятся внутри прибора (внутриприборные засветки), например, с излучением элементов конструкции (оправ, оптических деталей и др.), находящихся в угловом поле приемника излучения, применяют специальные диафрагмы, часто охлаждаемые. Как отмечалось выше, такие диафрагмы целесообразно помещать в выходных зрачках. Если такое расположение охлаждаемой диафрагмы невозможно, то приходится применять дополнительные диафрагмы, препятствующие попаданию излучения, испускаемого или рассеиваемого элементами конструкции в направлении приемника (рис. 8.12).

Если сделать зеркальной обращенную к приемнику плоскость дополнительной диафрагмы, то приемник, расположенный внутри дюара, как бы «видит» охлаждаемое пространство (мнимая охлаждаемая диафрагма), которое заштриховано на рис. 5.12. Рис. 5.12. Применение дополнительных дифрагм для борьбы с внутриприборнымн засветками: 1 — корпус объектива; 2 — охлаждаемая диафрагма; 3 — чувстввтельный слой приемника; 4 — дюарт Б — дополнительная диафрагма; 6 — объектна Следует также отметить, что применение конденсора в приемной оптической системе ОЭП эквивалентно применению бленды (оправа конденсора является, по сути дела, дополнительной блендой) и уменьшает долю рассеянного излучения, приходящую на приемник. Зто, в свою очередь, позволяет применить на входе оптической системы с конденсором, т.е.

перед объективом, более простуво по конструкции бленду. В ряде случаев в ОЭП, например в тепловизорах, работающих в ИК диапазоне длин волн 8...14 мкм, приходится бороться с явлением, называемым эффектом Нарцисса [141. Это явление состоит в том, что при сканировании на приемник попадают отраженные от поверхностей Глава 5. Оптическая система оптико-электронного прибора оптических деталей, диафрагм и оправ потоки излучения, создаваемые охлаждаемым чувствительным слоем приемника и деталями его корпуса.

При попадании на приемник изображения этих холодных поверхностей сигнал, снимаемый с приемника, заметно меньше, чем в те моменты, когда на приемник попадает излучение от более нагретых объектов. В видеосигнале, образующемся при сканировании, возникает провал (темная зона). Для ослабления эффекта Нарцисса необходимо: уменьшать излучающую площадь холодной поверхности; уменьшать отражение путем нанесения просветляющих покрытий на задние, отражающие поверхности линз; расфокусировать отраженное от этих поверхностей излучение, не применяя вогнутых задних поверхностей в предшествующих приемнику компонентах; наклонять плоские окна и пластины, располагающиеся в оптической системе перед охлаждаемым приемником. 6.8.

Оптические фильтры Оптическим фильтром принято называть устройство, служащее для изменения спектрального состава или ослабления проходящего через него потока излучения. Фильтры, изменяющие спектр излучения, называются спектральными, а фильтры, ослабляющие поток без заметного изменения его спектра — нейтральными. Роль оптического фильтра в современном ОЭП чрезвычайно велика. Фильтр является важнейшим средством спектраньной селекции, позволяющей выделить излучение исследуемого объекта на фоне других излучений. Выбирая фильтр, мы, с одной стороны, увеличиваем отношение сигнал(помеха, но, с другой стороны, уменьшаем общее количество принимаемого приемником излучения от объекта.

Задача конструктора ОЭП состоит в том, чтобы благодаря правильному выбору фильтра получить максимально возможное отношение сигналггпомеха при минимальных потерях полезного сигнала. Основной характеристикой фильтра является его спектральная характеристика — зависимость коэффициента пропускания т от длины волны проходящего через фильтр излучения. Интегральный коэффициент пропускания фильтра в диапазоне Я,,...)с определяется соотношением кг ~т,Ф, ( т= л ьг ~Ф, (1 где Ф вЂ” спектральное распределение потока, падающего на фильтр.

117 Ю.Г. Якушенков, Теория и расчет оптико-электронных приборов Для однородного поглощающего слоя толщиной 1 для т действует экспоненциальный закон ослабления, т.е. т, = ехр (-а 1), где а, — показатель ослабления на единицу пути. Иногда пропускание фильтра оценивают его оптической плотностью: П = 1д (1/т ). По виду спектральной характеристики оптические фильтры можно подразделить на следующие группы: полосовые, пропускающие излучение в узкой полосе длин волн; длинноволновые отсекающие, пропускающие излучение с длинами волн, ббльшими заданного предела Х и; коротковолновые отсекающие, пропускающие излучение с длинами волн, меньшими заданного предела Х„„.

Спектральная характеристика полосового фильтра, полученного сложением длинноволнового фильтра с Х„,„= Хт и коротковолнового фильтра с Х„,„= 1, показана на рис. 5.13. Обычно к параметрам фильтра предъявляют следующие требования: высокая контрастносты„ /т„,„; большая граничная крутизна, при которой ЬХ составляет десятые, а иногда и тысячные доли микрометра; малые потери (т > 80% ); возможность получения заданных спектральных границ; стабильность спектральной характеристики для заданных условий; эксплуатационные и технологические требования к вибростойкости, истиранию, габаритным размерам и т.д. Граничную длину волны обычно выбирают на уровне 10% максимума т . Иногда говорят о полуширине характеристики, имея в виду границы, соответствующие 50% максимума т .

Глава 5. Оптическая система оптико-электроннога прибора Оптический фильтр выбирают с учетом ряда факторов, важнейшим из которых обычно является стремление подобрать такую кривую т, при которой с учетом спектра приходящего излучения и спектральной чувствительности з приемника, стоящего за фильтром, будет получено максимальное отношение сигнал/помеха (см. гл. 11). Важными критериями для выбора фильтра являются требования к его физико-механическим свойствам, стабильности его характеристик в различных условиях работы. Часто к числу немаловажных факторов следует отнести технологичность и стоимость оптического фильтра. По физическому принципу работы фильтры можно классифицировать следующим образом. Фильтры, основанные иа избирательном поглощении (абсорбционные). Все вещества обладают избирательным поглощением в одной или нескольких областях спектра, что позволяет создавать длинно- волновые и коротковолновые отсекающие фильтры.

Примерами таких фильтров являются фильтры из цветного оптического стекла, окрашенных пластмасс, фильтры из Ое, РЬВ, РЬТе и других оптических материалов. У фильтров этого типа контрастность и крутизна недостаточно высокие. Для них применяется просветление. Зги фильтры относительно просты в изготовлении и эксплуатации, характеристики их стабильны. Габаритные размеры таких фильтров могут изменяться в широких пределах. Иитерфереицнонные фильтры. Используя интерференцию света, можно получить фильтр с очень хорошими параметрами АХ и т„,„/т„,.„. Простейший фильтр подобного рода состоит из тонкой пленки прозрачного диэлектрика, покрытой с обеих сторон полуотражающими металлическими слоями. Этот фильтр подобен широко известному интерферометру Фабри-Перо.

Максимальное пропускание фильтра соответствует длинам волн Х, для которых оптическая толщина диэлектрического слоя кратна Х/2. Вследствие потерь в полуотражающих слоях коэффициент пропускания сильно уменьшается. Пропускание излучения с длиной волны 1 для простого (однослойного) фильтра ктт Рвс. 5.13. Типовая характеристика полосового оптического фильтра т твт т — в (1 — т ч(р,рв) +4т хгртрвз1п тр где т, т и т — энергетические коэффициенты пропускания первого и л р второго полуотражающих слоев и разделяющего их диэлектрическо- 119 121 120 Ю.Г.

Яктшенков, Теория и расчет оптико-алвктронник приборов го слоя; р, и ра — энергетические коэффициенты отражения металли- ческих слоев со стороны диэлектрика; 2 тр — разность фаз между дву- мя последовательно интерферирующими лучами: йр= — (л -э1п а„+трос ех( Г) а здесь ( — толщина подложки из диэлектрика; и — показатель преломления подложки; а„— угол падения излучения; тр — фазовый сдвиг при отражении на полупрозрачном слое. Ширину полосы пропускания интерференционного фильтра можно уменьшить, увеличив отражающую способность полуотражающего слоя и толщину диэлектрика. Но это, в свою очередь, ведет к уменьшению пропускания, и, кроме того, возникают побочные полосы пропускания. Поэтому простой однослойный интерференционный фильтр заменяют многослойным, в котором металлические полуотражающие пленки заменяются несколькими слоями диэлектрических материалов (криолит„сернистый цинк, фтористый магний, германий и др.).

Многослойные интерференционные фильтры позволяют получить очень узкие полосы (около 10 а...10м мкм) в ИК области спектра при высоких значениях контрастности т /т„,„. Иногда интерфереиционные фильтры работают и на отражение, т.е. с их помощью обеспечивают разделение отраженного и проходящего потоков по длинам волн. Наряду с основной полосой пропускания интерференционный фильтр имеет ряд впаразитныхв полос, обычно находящихся в более коротковолновой области.

Характеристики

Список файлов книги