Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 5.3. Схема передающей системы с конденсором и объективом
При расположении диафрагмы около конденсора диаметр последнего будет минимален. Поскольку яркость излучающей площадки большинства источников неравномерна, эта схема предпочтительнее представленной на рис. 5.2,6 в тех случаях, когда важна равномерность распределения потока в плоскости облучаемых объектов.
Для обеспечения требуемого спектрального состава излучения в любую из представленных выше схем может быть введен светофильтр.
В качестве конденсоров и объективов передающих систем используются как линзовые, так и зеркальные элементы. Их основными параметрами являются: фокусное расстояние f', линейное увеличение
4 Якушенков Ю.Г 97
J Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
V, относительное отверстие D/f' или диафрагменное число K= f' /D, углы охвата 2аА и сходимости 2а' А. Для конденсора с К = Ккв виде тонкой линзы при a = f' (см. рис. 5.2,6)
tgaA = DkV/[2(1- V)f\]= V/[2(1-V)KK\
Одиночную линзу применяют в качестве конденсора при (2оА+ 2а'А) < 45°. Если а' > 20 f 'к, то обычно в качестве конденсора используют плосковыпуклую линзу, обращенную плоскостью к источнику. При V=-I наилучшей формой линзы является двояковыпуклая с одинаковыми радиусами.
Двухлинзовый конденсор применяют при (2оа+ 2u'a) < 60°. Две плосковыпуклые линзы, соприкасающиеся сферическими поверхностями, при требуемом увеличении Vдолжны иметь отношение фокусных расстояний f \Jf 'lK = 2V, причем f '1к — фокусное расстояние ближайшей к источнику линзы конденсора. Форму линз конденсора обычно определяют из условия получения минимума сферической аберрации [4, 7, 18]. Более сложные конденсоры позволяют получить большие значения 2аА+ 2а'А, например, трехлинзовые — до 100°. Однако их конструкции сложны, а потери потока в них велики. Поэтому часто для увеличения угла охвата выгоднее включать в состав системы добавочное зеркало, как это делается в прожекторах, или использовать линзу Френеля [7]. Реже в передающих системах ОЭП применяются оптические линзовые растры.
Меньшие потери энергии имеют место в зеркальных и зеркально-линзовых передающих системах. Одиночное сферическое зеркало редко используют на практике вследствие большой сферической аберрации, а следовательно, и большой расходимости и неоднородности пучка, хотя угол охвата его может превышать 100° при увеличении V до -5. Чаще конденсорами служат эллипсоидные зеркала, в один из фокусов которых помещают малоразмерный (точечный) излучатель, а в другой — центр входного зрачка объектива передающей системы. Угол охвата таких зеркал может превышать 180°.
Специфичны оптические системы лазерных передающих систем. В зависимости от назначения и принципа работы конкретного ОЭП такие системы могут фокусировать лазерные пучки на постоянном или переменном расстояниях, коллимировать их, изменять диаграмму направленности. Оптические элементы, применяемые в лазерных системах (линзы, пластины, призмы и т.д.), принципиально ничем не отличаются от элементов систем с некогерентными излучателями. В то же время при их выборе и расчете следует учитывать ряд особенностей, например, монохроматичность лазерного излучения, его
9Р Глава 5. Оптическая система оптико-электронного прибора
поляризованность, узкую диаграмму направленности и др. [11].
Поскольку пучок лучей лазера не является гомодентрическим, проектирование передающей оптической системы в этом случае имеет ряд особенностей. Часто выходное отверстие лазера рассматривают как диафрагму, из которой выходят осевые и наклонные пучки параллельных лучей. Для уменьшения угла расхождения этих пучков используют афокальные линзовые, зеркальные и зеркально-линзовые системы [11, 18]. Чаще всего такие системы аналогичны телескопическим (рис. 5.4). Их увеличение у = ст'/ст, причем ст — угол расхождения лучей лазера; ст' — угол расхождения лучей на выходе передающей оптической системы. Диаметр пучка лучей на выходе телескопической системы с видимым увеличением Г
d'=d/T,
где d — диаметр пучка на выходе лазера.
Критерием качества передающей оптической системы часто может быть коэффициент оптического усиления, определяемый для передающей системы как отношение осевой силы излучения на выходе системы к осевой силе излучения источника /и, т.е. с учетом (5.3) и (5.4)
^ОПТ = tO 1 -A-I / ^И •
где тоі — коэффициент пропускания; Ai — площадь выходного зрачка оптической передающей системы; Аи — видимая площадь излучателя.
5.4. Объективы
Важнейшей частью как приемной, так и передающей оптической системы любого ОЭП является объектив. В передающей системе объектив окончательно формирует пучок лучей, направляемый на исследуемый объект или в приемную оптическую систему. В приемной сис-
4«
99 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
теме объектив служит в первую очередь для сбора энергии излучения и образования изображения исследуемого или наблюдаемого объекта (или пространства объектов). Требования к качеству этого изображения, а следовательно, и к объективу определяются задачами, решаемыми с помощью прибора, условиями его работы и конструктивными особенностями, свойственными каждому конкретному случаю. Общие вопросы габаритного и аберрационного расчетов объективов достаточно подробно рассматриваются в литературе [ 7 и др.].
