Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
Принципиальным достоинством всех зеркальных сканирующих систем, обусловившим их широкое распространение, является возможность работать в широком спектральном диапазоне. Основные недостатки, помимо отмеченных, связаны с использованием механического привода.
Еще одну группу оптико-механических устройств составляют сканирующие преломляющие элементы - плоскопараллельные пластины, призмы, клинья. Принцип действия этих элементов тот же, что у однотипных компенсаторов (см. § 5.6). Однако здесь осуществ-ляется, как правило, не поворот преломляющего элемента на сравнительно небольшой угол, а его вращение с достаточно большой скоростью. Как следует из формул, приведенных в табл. 5.1, при небольших углах прихода лучей обеспечивается приблизительно линейное сканирование. Такие элементы, особенно работающие в сходящихся пучках, создают дополнительные аберрации — хроматические, сферическую, кому, астигматизм, а пластины и призмы — расфокусировку. Поэто-
228 Глава 8. Сканирование в оптико-электронных приборах
му предпочтительнее их использование в параллельных пучках.
К достоинствам этих устройств следует отнести возможность получать достаточно стабильную скорость сканирования, простоту реализации строчной развертки за счет скашивания граней призм и различных спиральных и розеточных траекторий при использовании пары клиньев (см. рис. 5.9, в), вращающихся с различной скоростью, простоту механизма привода. Их основные недостатки —большие потери потока за счет поглощения в материале элементов; значительные аберрации и расфокусировки, ограничивающие поля обзора сравнительно малыми углами; невысокие скорости сканирования вследствие инерционности привода и возможности разрушения элементов; малые т|с; образование дополнительных оптических помех за счет бликов на гранях.
В сканирующих системах с волоконно-оптическими элементами выходные части волокон или жгутов используют для перестройки поля или плоскости изображений таким образом, чтобы с помощью достаточно простого по конструкции коммутатора было удобно опрашивать отдельные элементарные участки поля обзора. Таким коммутатором может быть оптическая деталь, передающая потоки, выходящие из торцов волокон, на анализатор или приемник излучения. Коммутация при этом может осуществляться путем вращения или поворота этой Детали (зеркала, пластины, клина и т.п.) подобно тому, как работают аналогичные компенсаторы. Перестройка структуры поля изображений с помощью волокон (например, из прямоугольной многострочной в однострочную линейную) позволяет применить более простой приемник, например линейку ПЗС вместо матрицы, или увеличить скорость сканирования. Такая перестройка позволяет в ряде случаев заметно уменьшить размеры и массу всей сканирующей системы и особенно подвижных оптических компонентов.
Иногда для сканирования применяют гибкие жгуты, торцы которых по определенной программе просматривают поле изображений, создаваемых объективом приемной оптической системы ОЭП.
Конструктивная простота, возможность трансформировать и кодировать изображение являются достоинствами волоконно-оптических систем. К их недостаткам можно отнести сравнительно большие потери сигнала в волокнах и жгутах.
8.4. Фотоэлектронные сканирующие системы
Фотоэлектронные сканирующие системы осуществляют сканирование в пространстве изображений. Объектив приемной оптической системы строит изображение всего поля обзора в плоскости чувстви-
229 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
тельного слоя приемника излучения фотоэлектронной сканирующей системы. Образовавшийся зарядовый рельеф считывается чаще всего с помощью электронного луча (фотоэлектронные вакуумные сканирующие системы, передающие телевизионные трубки) или путем переноса носителей тока, как это имеет место в полупроводниковых анализаторах (см. гл. 7). Иногда для считывания используется световой луч, например в термиконах [10, 12].
Системы такого типа подразделяют на две группы: с накоплением и мгновенного действия (без накопления). Они часто, как уже указывалось, выполняют и функции анализаторов изображений. Эти системы можно разделить также на электровакуумные и полупроводниковые.
Одними из наиболее распространенных фотоэлектронных вакуумных устройств, применяемых для сканирования плоскости изображений с накоплением заряда, являются видиконы — передающие телевизионные трубки, у которых фоточувствительный слой выполнен из полупроводника.
Принцип работы видикона иллюстрирует рис. 8.10. Объектив 1 строит изображение на полупроводниковом фотослое 2, нанесенном на прозрачную подложку. С обратной стороны фотослой сканируется электронным лучом, создаваемым электронным прожектором, состоящим из катода 6 и управляющего электрода 5. Для фокусировки и отклонения луча служат электростатическая 4 и магнитная 3 системы. Пучок электронов, сканируя фотослой, заряжает его, приводя потенциал каждого элемента фотослоя к потенциалу катода. За время Tk просмотра лучом всего кадра потенциал каждого элемента повышается, стремясь достигнуть значения Un. Чем больше освещенность какого-либо элемента фотослоя, тем меньше его сопротивление и тем больше изменяется его потенциал за время накопления Тк, т.е. компенсация изменения заряда осуществляется большим числом электронов, стекающих через резистор нагрузки Дн и образующих выходной видеосигнал Ua.
