Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов (4-е изд., 1999) (1095908), страница 25
Текст из файла (страница 25)
1. Какие параметры и характеристики передающей и приемной оптических систем ОЭП должны быть согласованы между собой? 2. Какие параметры объектива ОЭП оказывают заметное влияние на его разрешающую способность и почему? 3. Как можно уменьптнть ресходимость пучка лучей ва выходе передающей оптв. чесной системы? Сравните различные способы уменьшеняя этой расходимостп между собой. 4. Дайте сравнительную характеристику линзовых и зеркальных оптических систем ОЭП. б. Сравните достоинства и недостатки схем, представленных ва рис.
б.б в 3.7. Глава б Оптическая система оптико элвктронното пРибоРа б, Назозяте возможные способы уменьшения площади чувствительного слоя приемника излучевян путем взмевенвя конструкции оптической системы ОЭП и ее параметров. 7. Дайте сранвятельвую характеристику абсорбциовных н интерференцяопных фильтров. 8. Какие параметры в харахтеристикн ивтерферевционвого оптического фильтра зависят от места его расположения в оптической системе7 9. Какие параметры и характеристика оптнчесхих материалов следует учитывать в первую очередь прн проектировании ОЭС, предназначенной для полученяя изображения земной поверхности в диапазоне 3...13 мкм и расположенное ва борту хосмического ? летательного аппарата.
например системы исследования првродвых ресурсов Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов Глава б. Приемник излучения как звено оптико-электронного прибора Глава 6. ПРИЕМНИК ИЗЛУЧЕНИЯ КАК ЗВЕНО ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОГО ПРИБОРА 6.1. Краткая классификация приемников излучения, используемых в оптико-электронных приборах Устройство, предназначенное для преобразования оптического сигнала в электрический, называют приемником оптического излучения(приемникомиалучения, фотоприемником).К приемникам оптического излучения часто относят устройства, преобразующие ИК или УФ излучение в видимое, например, электронно-оптические преобразователи, Фотопленки различных видов и другие фоточувствительные материалы, а также фотоприемные устройства (ФПУ), в которых в единую конструкцию объединены собственно приемник (ПИ) и схема предварительной обработки электрического сигнала, например схема предварительного усиления.
Помимо преобразования одного вида энергии (оптической) в другой (электрическую) многие специальные приемники излучения и ФПУ выполняют в ОЭП и другие функции: преобразуют закон распределения освещенности (а не просто поток излучения) в соответствующий электрическим сигнал, служат для анализа закона распределения освещенности в изображении, определения координат изображений и их отдельных зон, фильтрации полезного сигнала на фоне помех и т.д. Типичными ПИ такого типа являются электровакуумные передающие телевизионные трубки, а также их твердотельные аналоги, например ПЗС-матрицы. Некоторые из этих функций и особенностей таких ПИ будут описаны в последующих главах.
В данной главе рассматриваются наиболее общие свойства приемников, в первую очередь, как преобразователей энергии оптического 134 излучения в электрический сигнал, важные для согласования приемника с другими звеньями ОЭП, а также для выполнения перечисленных выше функций. Приемники излучения разделяются на два основных класса — фотоэлектрические (фотонные) и тепловые. Принцип действия фотоэлектрических ПИ основан на внешнем (фотоэлементы„фотоэлектронные умножители и др.) или внутреннем (фоторезисторы, фото- диоды, фототранзисторы и др.) Фотоэффекте. Все фотоалектрические приемники являются селективными, т.е. их чувствительность зависит от частоты (нли длины волны) излучения, падающего на приемник. В тепловых ПИ энергия оптического излучения сначала преобразуется в тепловую, а лишь затем происходят изменения свойств приемника: возникает термоЭДС (термоэлемееты), изменяется проводимость (болометры) или диэлектрическая постоянная (пироэлектрические ПИ), формируется чувствительный слой (эвапорографы) и т.д.
Тепловые приемники неселективны. Отдельными видами ПИ являются: многоспектральные, работающие в двух или более диапазонах оптического спектра; многоэлементные ПИ; координатные (позиционно-чувствительные) ПИ, у которых выходной сигнал зависит от координат изображения на чувствительном слое, и ряд других. Классификация ПИ проводится такзке по области спектральной чувствительности, степени охлаждения чувствительного слоя, быстродействию, физическим принципам действия (лавинные, инжекционные, гетеродинные, иммерсионные и др.
ПИ) (9, 22, 30). 6. 2. Параметры приемников излучения Параметрами ПИ обычно называют величины, характеризующие свойства приемника при работе его в определенных условиях и слуяипцие критериями оценки его качества. Рассмотрим основные параметры ПИ, с которыми наиболее часто приходится иметь дело разработчику ОЭП.
Чувствительность. В общем случае чувствительность приемника — это отношение изменения электрической величины на выходе ПИ, вызванного падающим на него излучением, к количественной хаРактеристике этого излучения в заданных эксплуатационных условиях. В зависимости от характеристики излучения различают чувствительность к потоку излучения а,, чувствительность к световому потоку ае„, чувствительность к облученности е, или к освещенности е,. 135 Ю.Г. Якушенкое. Теория и расчет оптико.алектроннык прибороа Токовой чувствительностьюа называетсячувствительностьПИ, у которого измеряемой электрической величиной является сила фото- тока, а вольтовой е, — чувствительность при измерении напряжения на выходе ПИ.
Интегральной чувствительностью ПИ называется чувствительность к немонохроматическому излучению заданного спектрального состава, а монохроматической чувствительностью эк — чувствительность к монохроматнческому излучению с длиной волны Х. Различают также статическую чувствительность, определяемую отношением постоянных значений измеряемых на выходе и на входе ПИ величин, и дифференциальную — отношение малых приращений этих величин. Иногда чувствительность характеризуется отношением числа квантов, вызвавших фотоэффект, к общему числу квантов излучения, попавших на чувствительную площадку ПИ. Это отношение принято называть квантовой эффективностью или квантовым выходом.
Поскольку сигнал на выходе цепи включения для некоторых типов ПИ может зависеть от напряжения питания (например, у фото- резисторов), иногда вводят понятие об удельной чувствительности, которая представляет собой чувствительность, отнесенную к 1 В питающего напряжения. Пороговые н шумовые параметры. Помимо полезного регулярного сигнала на выходе ПИ всегда имеется хаотический сигнал со случайными амплитудой и частотой — шум приемника излучения. Источники шума могут быть как внутренними, так и внешними по отношению к ПИ и ОЭП в целом. Шум не позволяет регистрировать сколь угодно малые сигналы, которые становятся незаметными на его фоне, т. е. ограничивает предельные возможности прибора. Поэтому разработчики ОЭП стремятся свести шум к минимальному, который часто определяется шумом ПИ. В рационально сконструированном ОЭП чувствительность к малым входным сигналам зависит только от уровня собственных шумов ПИ.
Током или напряжением шума ПИ называется среднее квадратическое значение флуктуации тока, протекающего через ПИ, или напряжения на заданной нагрузке в его цепи в указанной полосе частот. Основные виды шумов для ПИ следующие. Тепловой шум вызывается хаотическим тепловым движением свободных электронов. Дисперсия его в полосе частот Л1определяется по Глаеа 6. Приемник излучения как звено оптико-электронного прибора формуле )г~ = 4йТЯЬГ, где й = 1,38 10 Дж К вЂ” постоянная Больцмана; Т вЂ” температура -га приемника;  — его сопротивление. Дробовтый шум определяется тем, что электрический ток является потоком дискретных частиц и зависит от их числа, которое флуктуирует во времени.
Протекая по нагрузке Бы этот флуктуирующий ток создает напряжение, дисперсия которого ~ лл = 2е1ок» иг где е — заряд электрона; 1о — среднее значение силы тока; Лà — полоса частот. Спектры теплового и дробового шумов являются равномерными. Несколько видов шумов часто объединяют единым термином токовый шум (111 — шум, избыточный шум). На практике часто принимают следующее выражение для дисперсии токового шума: рг = А,1гяг йу, где Аг — численная постоянная, значение которой зависит от типа ПИ.
Спектр этого шума подчиняется 1/~ -зависимости. Радиационный (фотоннь»й) шум определяется флуктуациями сигнала, попадающего на ПИ, т. е. флуктуациями числа фотонов, приходящих на чувствительный слой как от внешних излучателей, так и от элементов самого ПИ. Кроме того, в тепловых приемниках появ. ляются флуктуации температуры, обусловленные непостоянством процесса теплообмена между чувствительной площадкой и окружающей средой. Последние часто называют тепловыми флуктуациями.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
