§ 32

08 -

1.4 мкм

Концентраций! атм-см

i i 11

10000

0,1 1 10 100 Концентрация, атм-см

10000

Концентраций, атм-см

,.i i и nut i i inull I if

10 WO /000

Концентрация, атм-см

i ninif i mm! i i i i if

10 100 1000 10000 Концентрация<t атм-см.

(00 WOO

Концентрация, атм-см

атмосферы рт. ст.; С-

0J 1 Ш - Концентрация, аггии-см

для различных полос поглощения. - 760 мм рт. ст.

0,1 ( Ю 100 1000 Концентрация, атм-см.

метры, характеризующие ОС в видимой области спектра, в основном совпадают с параметрами, характеризующими оптику инфракрасных систем.

Различие между ОС, работающими в видимой и ИК-областях спектра, состоит в следующем. Многие материалы, из которых изготавливаются преломляющие элементы ОС, прозрачны в видимой области спектра

и непрозрачны в ИК-области, и наоборот. Кроме того, большинство материалов, прозрачных для ИК-лучей, имеет большой показатель преломления и поэтому обладает большим коэффициентом отражения, многие материалы гигроскопичны и имеют низкую температуру размягчения. Указанные обстоятельства часто приводят к необходи-

мости использования в ИК-системах отражательной оптики.

Различие в длинах волн видимых и ИК-излучений сказывается также на каче-. стве изображения, если оно определяется дифракционными явлениями.

Параметры и устройство основных оптических систем

Параметрами ОС являются: фокусное расстояние f, диаметр входного отверстия dm, относительное отверстие (dBx )> светс-

ким образом, диаметром входного отверстия dBx следует считать диаметр входного зрачка ОС.

Светосила ОС определяет облученность, которая создается протяженным источником в фокальной плоскости ОС:

(d*A*

cos*а, (28-47)

Рис. 28-43. Фокусное расстояние ОС. / - главная плоскость; 2, 3 - линзы

сила (dBx )2, коэффициент пропускания т0, разрешающая способность R, угол зрения 2а.

где В - лучистость объекта; а - угол между оптической осью и направлением падения луча.

Разрешающая способность ОС -это способность ОС изображать раздельно источники, наблюдаемые под малыми углами. Разрешающая способность ограничивается аберрациями, т. е. искажениями, возникающими вследствие несовершенства ОС, и дифракцией. Теоретическая предельная разрешающая способность обусловлена дифракцией. В этом случае при наблюдении белых линий, разделенныхчерными, разрешающая способность

к = -1480

[линий ~] мм \

где N-

г

Рнс. 28-44. Определение входного отверстия ОС.

/ - источник; 2 - входное отверстие; 3, 5 - линзы; 4 - дей ствующая диафрагма.

Фокусное расстояние (рис. 28-43) - расстояние от главной плоскости ) до точки фокуса, т. е. .до точки, где собираются лучи, упавшие на ОС параллельным пучком. Главная плоскость - плоскость, перпендикулярная оптической оси, и проходящая через точку пересечения луча, параллельного оптической оси, и луча, являющегося продолжением его последнего преломленного отрезка. В некоторых случаях габаритные размеры ОС могут быть в 3- 4 раза меньше ее фокусного расстояния.

При прохождении лучей, вышедших из точки 1, через ОС (рис. 28-44) оправы линз или специальные диафрагмы ограничивают пучок, в пределах которого распространяется лучистый поток. Диафрагма илн оправа, которая более всего ограничивает лучистый поток, называется действующей или апер-турной диафрагмой. Ее изображение всеми оптическими элементами, стоящими до нее, называется входным зрачком, а ее изобра жение всеми оптическими элементами, стоящими позади нее, - выходным зрачком. Та-

знаменатель относительного отверстия, равный f/dBx. Углом зрения ОС называют угол, в пределах которого качество изображения (разрешающая способность) и облученность изображения не снижаются ниже заданных.

Оптические системы характеризуются также передаточными функциями: функцией рассеяния точки, функцией рассеяния линии, переходной функцией, пространственно-частотной передаточной функцией. Последняя может быть представлена в виде амплитудной пространственно-частотной характеристики (ПЧХ) и фазовой ПЧХ. Амплитудную ПЧХ иногда называют также контрастно-частотной характеристикой ОС или функцией передачи модуляции.

Функция рассеяния точки (ФРТ) h (х, у) или функция веса ОС представляет собой реакцию ОС на пространственную дельта-функцию или на точечный источник. Таким образом, функция рассеяния точки описывает распределение облученности в изображении точки, создаваемом ОС. ФРТ меняется по полю -зрения оптической системы, т. е. является нестационарной функцией.

Если ФРТ известна, то с помощью интеграла свертки по известному распределе нию лучистости объекта можно вычислить распределение облученности в изображении

Е(х,у)= J -C,ifc-i))A(C, T)<£*i.

- со

(28-48

Чтобы воспользоваться указанным выражением, необходимо пересчитать лучистость из системы координат плоскости объ-

ектов (х\ у) в систему координат плоскости изображения х, у (рис. 28-45)

.1 . .:, f

X - X

У - У

где L-

расстояиие от плоскости объектов до главной плоскости оптической системы.

Рис. 28-45. Изменение ФРТ по полю зрения ОС.

Функция рассеяния линии (ФРЛ) - И (х) описывает распределение облученности в изображении линии, создаваемом ОС. Связь между ФРТ и ФРЛ задается выражением

Н(х)= j k(x,y)dy. (28-49)

Переходная функция (ПФ) описывает распределение облученности в изображении резкой границы между светлым (с лучистостью В0) и темным полем. ПФ представляет собой интеграл от ФРЛ (рис. 28-46)

£(*) = j B0H(QaZ. (28-50)

Пространственно-частотная передаточная функция (ПЧПФ) оптической системы характеризует ее способность передавать амплитуды и фазы гармонических составляющих лучистостей разных пространственных частот, подаваемых на вход ОС. Связь между ПЧПФ и ФРТ дается выражением

w0(/ w4) = 1 JA<£.n)x

XrJ!h, etHV,>dt*l. (28-51)

Пространственно-частотная характеристика (ПЧХ) представляет собой амплитудную пространственно-частотную характеристику ОС

W0 (ш ш ) - \Wa (/о ](оу)\. (28-52)

ПЧХ показывает, как ОС изменяет передачу контраста для различных пространственных частот. Если контраст гармонического распределения лучистости в объекте представить в виде

(28-53)

а контраст гармонического распределения облученности в изображении в виде

£макс - £мии (2854)

Емакс г мин

~ = W0(ax, toy). о

Рнс. 28-46. Переходная функция ОС. /, 2, 3, 4 - ФРЛ; 5 - переходная функция.

Типичная ПЧХ объектива изображена на рис. 28-47. Как видим, ОС является пространственным фильтром низких частот. Вид ПЧХ изменяется по полю зрения ОС.

Спектр облученности изображения ФЕ (j(£>x, j(>iv) связан со спектром лучистости объекта Фв (ja>x, /ш ) простым соотношением

Линзовые ОС

Простейшие ОС, применяемые в ИК-приборах, состоят из одной линзы. Фокусное расстояние тонкой линзы, т. е. линзы с двумя близко расположенными сферическими поверхностями, равно:

(28-55)