Ллойд Дж. Системы тепловидения (1978) (1095910), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Материал должен иметь нулевой коэффициент теплового расширения, высокую поверхностную твердость, высокую механическую прочность, совместимость с просветляющими покрытиями, не растворяться в воде и слабо поглощать инфракрасное излучение. Высокий показатель преломления требуется для уменьшения кривизны линз и их толщин, а также числа линз в системе с данным относительным отверстием. Низкий температурный коэффициент показателя преломления необходим для предотвращения дополнительных аберраций и изменений фокусного расстояния лина с изменением температуры.
Малая дисперсия необходима для минимизации хроматической аберрации и числа линз для ее компенсации. Сохранение размеров линз при изменении температуры нужно для исключения несбалансированных аберраций и изме- ОптикА 237 3 2 й 3 Е 5 Е 7 Ю Я Ю 11 17 13 Л, асям свис. 6.32. Показатели преломления оптических матернаяов, используемых обычно дяя изготовления линз в тепловиденин.
1 †;германий; 3 — «ремней; з — еиртрана б; а — т1 1173; з — «иртран» 1 и селении цняка; е — «иртрана з и суаь$ив цннка; 7 — аиртрана б а — «иртран».'3; е — иртран; 1. и = А + ВЬ + СРз + РЛз + ЕЛа, Ь = (Ла — 0,028) '. где пений фокусных расстояний, а также для упрощения монтажа линз в оправах. Высокая твердость предохраняет поверхность от царапин и истирания, а высокая механическая прочность позволяет применять тонкие линзы (с большим отношением диаметра к толщине). Совместимость с просветляющими покрытиями совершенно необходима, поскольку потери на отражение от поверхности увеличиваются с ростом и.
Нерастворимость в воде нужна для того, чтобы линаы не разрушались под дождем и при высокой влажности. Низкий показатель поглощения снижает потери на поглощение и обеспечивает эффективное проектирование систем. Нн один из известных материалов не обладает всеми этими качествами, однако кремний, германий, селенид цинка Хне, сульфид цинка ЕИЗ и стекла Т1 1173 наиболее близки к совершенству.
Эти материалы имеют высокие показатели преломления, высокую твердость и прочность, совместимы с просветляющими покрытиями, нерастворимы и характеризуются малым поглощением. Чаще всего для изготовления линз систем тепловидения применяются кремний и германий.
Важнейшие свойства наиболее употребительных оптических материалов приведены в табл. 6.1. Герцбергер и Зальцберг [4] установили, что дисперсия инфракрасных оптических материалов достаточно точно описывается уравнением о Ос С ~С- Со С- Сс С 8 СС С- со с о со ч со 43 О С'3 СО С 3 С'4 С- С- Ос оо:ь С3 43С4 сО С4 Сс со со о '4 4'3 ГО ~ ФСР 3 С О 'Ф 3 Ос 'Ф '4 Ос С'3 С'3 сО Ф '4' ИЯ Я С'3 С 3 С' к Р х О к о с 43 С4 4' СГ СО СС ! Я1! О .4' сс Ф О О" 44 ф ф с., Фх хфо око х О х ф 34 О,'Х со с 33 Ос с Ф ! СОО ) СОР ф о 3 х Р 3 Ф 3 и о и Р СГ Р Рх 34 а'ф' 3 4 ак Г3 ф х Р о Р 4 ф Р, Ф О о '4' Р, 3' О и О ф В О Я к 6 В В Р Г" О к и Р х ф Р в В Р со О О 3 Р ф Р СФ о Р О В 4' СО СО СГ Р Ф С4 4' СО '4' '4' ГО 3' ~ С4 С'3 С4 О С .Ф сО 1' С'3 о 43 О" о Е а ф о о й х ф Р х ОО Р Ф ОРО Офф Р х о, со Ф х Р ОГ Р ф 34 о о Ф Ф о х дх 3 о ас ° Фс' ОФ ФФФ Р С' ' ' 4' Р О Д~ Р Х оо ох Г ф ° а х д Я Р Й Р Р ф ф Ро о ф о о ~В.
В, Х Р О о о О 4 Ф Ф Ф Ф Ф 4'Р 4'СО ФХФХО Хо о34 Г Ф Ф О х Х Р Р $ ф Ихо Фо ффо Р Р Ф о о Ф хо о а Ф 3 Ф Ф ФО Ф~ РФОСФОО „,ай ао Г' ! ! 31!Л ссс ГО О С'3 СО '4' Г С' 1 ! Оа! ооосо О ООХГГФФ "з" В~ ф Сс СС„Р Ю о, о фсо< о,о дф Ф Ф О :РО О оаоаффф Ф 43 Ф Ф О Р ф Сс \4 о оыССС Офххххфф Ы Ы 3.4 < СС кы х ф-ф 4 ы СГ Ф 'Ф'" со Х ~'О Рффлх <цооР Фх>, ' адх РХ ОХ ГО Г4~ЫГ4 Ф .,Й !3- со с О О й сс до с ° СС сО СО со МЪ о ! ! о со со !о со с с "! ! 2 со со сс с' с- о ОО !! «+ сс опом Я а оДРО со Р сс с Р 00 ос с 0 ОсО сС СсО РС СО СС й сс Р сс З с со о, О У~ сс сс сс Р РСО Зййй РХХХ РЬЫИ 'со сс РРР Р.
О, Р, Р РРРР Р О ОС ио сс сс оооо оооо со" со о' сс ОС" С 8 ~~У сс со со ОР с- ос- о Р 'С' Р оооо 8 Р оД Ч о с о» сс с ОХ оо С-Р О СО СОсОР йс б с'3 Ос О !Ро со с РО РСО с'с со о ис со о с- ОХР О о !Р сО РР Сс СОСО С СО ! ы С О Р сс Р О Р РР СР сс о со со с' Р с с с Р,а Р Р ' РР Р Рссо с РРО, о ,'Х РО о ой оо .ОИ И О о ООР" ЯРО 1 Зо в сс!! О,со я „'. ир СР„ОО ОВР Х ОООО РЕ Оо о ' е с с" .
ОО Р- ло))с Оо .с„о О О ОО О о~оооо Р О И -!» -1- = И с О О я со ! ! ! с Р Р Р в с со с Р Р Р с с Р Р,а с с Ро,а ойй И х И Р О Я О Р й со О Р сО с .О, Р д Р РРО,Н ОРОР Осо Р,Р О ОПТИКА 241 Значения коэффициентов, полученных в работе [41, приведены в табл. 6.2. Уравнение такого вида полезно для получения интерполяцией промежуточных значений показателя преломления, заключенных между измеренными значениями и. Дисперсия некоторых материалов показана на фиг. 6.32. Волее подробное изложение вопросов, рассмотренных в этом разделе, можно найти в литературе [8 — $2]. 6.9. Тепловые эффекты в оптических системах Показатель преломления большинства используемых в тепловидении преломляющих оптических материалов, включая германий, существенно меняется с температурой в диапазоне земных температур.
Многие тепловизионные системы работают в диапазоне температур от — 20 до +40 'С, а в некоторых областях применения, таких, как высотная я скоростная авиация или космические корабли, пределы могут быть еще шире. Поэтому влиянием температуры на параметры линз, обусловленным температурной зависимостью показателя преломления, пренебрегать нельзя. Для одиночной линзы, изготовленной из одного материала и находящейся в воздухе, фокусное расстояние связано с показателем преломления и соотношением ь з — 1' (6.89) где Й вЂ” геометрическая константа, если материал линзы не рас- ширяется.
Частная проиаводная от 1 по п равна д/ ь дп 1и — 1Р ' (6. 90) а частная производная от п по Т равна дпlдТ. Таким образом, небольшое изменение фокусного расстояния при незначительном изменении температуры Т приближенно описывается выражением л(г 1 — 1 А(тд — 1 ' (6.92) Температурные коэффициенты показателей преломления наиболее употребительных оптических материалов приведены в табл. 6.1.
Иэображение бесконечно удаленного объекта сдвигается на Л1 по направлению к линзе при отрицательном значении дп)дТ и на Л/ по направлению от нее — при положительном. Если этот ш — Оз73 Если изменение фокусного расстояния велико, оно будет опре- деляться формулой 242 гллвх е сдвиг превышает допустимую глубину резкости, его необходимо компенсировать. Поскольку все применяемые материалы имеют значительные температурные коэффициенты, необходимо разработать компенсационные схемы. Возможны следующие решения: 1.
Предусмотреть ручную подфокусировку. 2. Снабдить систему автоматической электромеханической подфокусировкой. 3. Исключить влияние температуры, подбирая материалы различных элементов системы таким образом, чтобы результирующая эффективная величина дп7дТ равнялась нулю. 4. Исключить влияние температуры, монтируя линзы системы таким образом, чтобы они перемещались с изменением температуры, компенсируя расфокусировку.
Линаа приемника в рассматриваемой в качестве примера системе имеет прн 300 К 1 = 50 мм, и = 4,004, дл!дТ = +3 10 4 'С ' и Л( = — 4,993 10 зЛТ мм. Для ЬТ = +10'С Л~ = — 4,933 Х х 10 з мм. Это дает относительную расфокусировку Л (см. равд. 6.6.4), равную 0,395, которой можно пренебречь. Однако если температура изменяется на +50'С, то величина Л будет равна 1,97, что уже означает существенную расфокусировку, которую нужно компенсировать тем или иным способом. При небольших изменениях температуры увеличение какого- либо размера Л линзы равно ЛВ = 7(а ЛТ, (6.93) мм/(мм 'С).
Ясно, будет изменяться где а — коэффициент теплового расширения, что фокусное расстояние одиночной линзы в соответствии с формулой д( эт =' (6.94) Германиевая линза приемника в рассматриваемом примере имеет 7 = 50 мм и а = 6,1 ° 10 ' ('С) '. При 74Т = +10'С расфокусировка составит Л~ = (50 мм) х (6,1 ° 10 ' 'С ') х (10'С) = = 3,05 10 з мм, т.
е. будет незначительной. Этот пример показывает, что влияние теплового расширения линз обычно мало по сравнению с влиянием изменения показателя преломления в зависимости от температуры. Однако оправы линз также расширяются и сжима1отся, вызывая расфокусировку. Если линза приемника в рассматриваемом примере заключена в алюминиевую оправу с коэффициентом теплового расширения а = 23.10-' 'С-', то линейная расфокусировка 6, обусловленная только удлинением оправы, при ЛТ =- 10 'С составит 6=-(50 мм) х (23 10 "'С ') х 10 С =11510 з мм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
