Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
В то же время линзовым системам присущи такие недостатки, как высокое селективное поглощение в ряде участков оптического спектра, сравнительно большие хроматические аберрации, значительные продольные размеры и масса, большая стоимость некоторых оптических материалов, из которых изготовляют линзы для УФ и ИК диапазона, трудность осуществления оптико-механического сканирования.
Многих этих недостатков нет у зеркальных систем; основными достоинствами их являются возможность работы в широком спектральном диапазоне с небольшими потерями энергии излучения, а также отсутствие хроматизма и меньшие продольные размеры. Одиночное зеркало часто служит в качестве простейшего объектива, особенно если оно является параболическим. Довольно широко используются и более сложные зеркальные системы (система Гершеля, зеркальная система Кассегрена и др.), основным недостатком которых является экранирование части входного зрачка либо приемником, либо вторичными отражателями (контррефлекторами). При одинаковых значениях относительного отверстия зеркальная система обеспечит выигрыш в количестве собираемой энергии, если соблюдается неравенство
T3(D2 -d2)> XnD2,
где IjHt1 — коэффициенты пропускания зеркального и линзового объективов соответственно; d — диаметр экранирующей диафрагмы. Для большинства зеркальных систем характерна некоторая технологическая усложненность по сравнению с однотипными линзовыми объективами.
В последние годы в связи с развитием адаптивных оптических систем [23] появились зеркальные системы с управляемым в процессе работы ОЭП профилем отражающей поверхности (составные зеркала,
102 Глава 5. Оптическая система оптико-электронного прибора
зеркала с синтезированной апертурой, гибкие зеркала и др.).
Многими преимуществами линзовых и зеркальных систем обладают зеркально-линзовые системы, которые кроме достаточно высокого пропускания могут иметь большие относительные отверстия и значительные угловые поля. В ряде таких систем довольно просто осуществляется оптико-механическое сканирование.
Широко используются в ОЭП зеркально-линзовые системы Максутова и Максутова-Кассегрена с мениском в качестве первого компонента. Мениски позволяют исправить сферическую аберрацию, кроме того, их можно сделать ахроматичными. Иногда поверхности зеркал в этих системах выполняются асферическими, а в ряде случае в них вводят и корригирующие линзы, помещаемые обычно вблизи фокальной плоскости объектива.
В качестве примера на рис. 5.5 приведена схема объектива, в котором одна из отражающих поверхностей выполнена с отклонениями от сферы порядка 38...57 мкм, что позволило при относительном отверстии 1: 1,5, диаметре входного зрачка 16,6 см и угловом поле 5,8° сосредоточить 75% собираемой энергии в кружок диаметром 15 мкм.
За последние годы внимание разработчиков привлекли зеркала Манжена, в которых используется отражение от внутренней, а не от наружной поверхности зеркала. В них сферическая аберрация легко сводится к минимуму.
В заключение можно указать, что перечисленные достоинства и недостатки линзовых и зеркальных систем свойственны во многом не только объективам ОЭП, но и другим их оптическим звеньям, т е. всей оптической системе ОЭП.
Методы аберрационного расчета объективов ОЭП принципиально ничем не отличаются от общепринятых методов [4, 18].
Рис. 5.5. Схема зеркально-линзового объектива
103 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
5.5. Конденсоры приемных оптических систем
Поток излучения, собранный объективом, непосредственно им же может быть направлен на приемник излучения. Простейшим случаем является расположение чувствительного слоя приемника в фокальной плоскости объектива или в непосредственной близости от нее (рис. 5.6). В этом случае размер приемника I зависит от фокусного расстояния f' объектива и его углового поля 2со:
l*2f' tgco. (5.6)
Однако такая простая оптическая схема имеет ряд недостатков. Во-первых, размер приемника может быть слишком большим, что увеличивает его пороговый поток (при увеличении площади чувствительного слоя возрастают шумы приемника); во-вторых, при изменении угла падения лучей на входной зрачок изображение удаленного источника, имеющее малый размер, будет переходить с одного участка чувствительного слоя приемника на другой, а при этом за счет неравномерности чувствительности по площади возникает неконтролируемое изменение выходного сигнала — так называемый шум из-за неравномерности чувствительности по слою. В-третьих, в ряде случаев в фокальной плоскости объектива необходимо располагать не чувствительный слой приемника, а устройство, анализирующее закон распределения освещенности в изображении. При этом приходится отодвигать приемник, что ведет к крайне нежелательному увеличению площади его чувствительного слоя. Иногда необходимо уменьшить влияние перемещения изображения вдоль оси системы (при взаимном сближении или удалении объектива и источника), что довольно трудно получить в системе, представленной на рис. 5.6.
Для устранения перечисленных вредных явлений, т. е. для увеличения на выходе приемника отношения сигнал/шум, используют специальные оптические элементы, трансформирующие световой пучок
