Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
94 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 п 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. Эту систему принято называть передающей, а иногда — свето-оптической или осветительной. Необходимость ее применения обычно возникает вследствие чрезмерно большой расходимости излучения большинства источников, что не позволяет свести к минимуму потери потока на пути от излучателя до исследуемого объекта, а затем до приемной оптической системы. Иногда передающая оптическая система необходима для обеспечения условий качественной модуляции потока непосредственно у источника, для выделения оптимального участка спектра излучения источника до посылки сигнала к объекту и т.п.
Для увеличения потока излучения, направляемого от источника И на освещаемый объект О, в передающих системах часто применяют специальные оптические элементы — конденсоры. Если сопоставить две оптические осветительные системы — без конденсора (рис. 5.2,а) и с конденсором (рис. 5.2,6), то можно показать, что выигрыш в облученности E в плоскости О в схеме с конденсором составит XuAJAn раз. Здесь хк — коэффициент пропускания конденсора; Ak — площадь кон-
95 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
денсора (его выходного зрачка); A11 — проекция излучающей площадки на плоскость, которая перпендикулярна оптической оси.
IО
4
Рис. 5.2. Схемы простейших осветительных систем: а — без конденсора; б — с конденсором
Действительно, для схемы без конденсора облученность (или освещенность)
E0 = TcLxAk/I2 = XcIJ I2, (5.3)
где тс — коэффициент пропускания среды на пути от источника И до плоскости О; La и /и — яркость и сила излучения (света) ламбертовско-го источника (принимаем, что расстояние I значительно больше размера источника <1я). Для схемы с конденсором при I ~ а' облученность в плоскости О
E0=XcXkLhAkZU2. (5.4)
Из сопоставления (5.3) и (5.4) следует, что для увеличения E0 целесообразно увеличивать площадь выходного зрачка конденсора, а следовательно, и угол 2аА, в котором собирается поток, испускаемый источником. Однако при этом усложняется конструкция и растут аберрации конденсора, что приводит к увеличению расходимости выходного пучка и ухудшению равномерности облученности (освещенности) в плоскости О. Расходимость, обусловленная аберрациями, может превысить геометрическую расходимость пучка вследствие конечности размеров излучающего тела источника. При уменьшении аберраций за счет усложнения конструкции конденсора происходит уменьшение его коэффициента пропускания тк. Кроме того, следует отметить, что при изменении расстояния а' в процессе работы ОЭП облу-
96 Глава 5. Оптическая система оптико-электронного прибора
ченность в плоскости О будет меняться, а это часто весьма нежелательно.
Если облучаемый объект находится на большом расстоянии от источника и значительные изменения его облученности при изменениях этого расстояния недопустимы, то передающую систему строят по схеме коллиматора или прожектора, в которой стремятся обеспечить параллельность выходящих лучей, для чего источник помещают в переднем фокусе конденсора, т.е. a = f'. В силу конечности размеров излучателя и в этой схеме имеет место расходимость пучка лучей и, следовательно, изменение облученности при изменении расстояния Z. В этом случае формула (5.4) также верна для расчета облученности при а' > Zltp или Z > ZKp, где Zkp = -Dk/ '/da, Dk — диаметр выходного зрачка конденсора. Обычно ZKp= (50...70)DK.
От ряда недостатков рассмотренных систем свободна система с конденсором и объективом, представленная на рис. 5.3. За конденсором 2 помещается полевая диафрагма 3, в качестве которой иногда используют марку, сетку или другой оптический элемент. Нужно отметить, что во многих ОЭП размер полевой диафрагмы весьма невелик в отличие от проекционных систем. Это позволяет упростить конструкции конденсоров и объективов. Конденсор 2 создает изображение источника 1 во входном зрачке объектива 4.
