где п - отношение показателей преломления материала линзы и среды, где находится линза; R\ и i?2 - радиусы кривизны поверхностей линзы.

О 20 W О 20 Ы) 0 20 а) б) в)*

Рис. 28-47. Изменение ПЧХ по полю зрения.

о - Таир-11, светосила 1 : 2,8; б- Таир-11, светосила 1 : 4 в - Зониар, светосила I : 4. 1 - центр; 2 - 10 мм от центра; 3 - 20 мм от центра.

Для получения изображения минимальных размеров следует оптимальным обра зом подобрать отношение радиусов

R2 2и2 + и

Rt ~2и2 -п-4

Одиночные линзы со сферическими поверхностями обладают большими сферическими аберрациями, которые проявляются в несовпадении фокусов для пучков лучей, параллельных оптической оси и расположенных на различных расстояниях от нее. Для уменьшения аберраций применяются асферические линзы (их изготовление значительно сложнее), сферические линзы с асферической коррекцией одной из двух поверхностей и системы из нескольких линз.

При больших углах поля зрения ОС начинают сказываться такие искажения, как астигматизм и кома. Причина возникновения астигматизма - разное преломление линзы для лучей, лежащих во взаимоперпендикулярных плоскостях, в результате чего точки фокуса для этих лучей не совпадают.-Кома- аналог сферической аберрации для наклонного пучка лучей. При коме изображение точки принимает вид растянутого пятна. Так как ИК-приборы работают обычно в широкой области электромагнитного спектра, то при использовании линз, сильно проявляется влияние хроматической аберрации, т. е. искажений, обусловленных неодинаковым преломлением лучей с различными длинами волн. Хроматическая аберрация устраняется путем использования зеркальных (отражательных) ОС.

Зеркальные и зеркально-линзовые ОС

Угловой размер изображения точки, создаваемого сферическим зеркалом на оптической оси, может быть вычислен по приближенной формуле (точность 3%):

1600

<р=-[углов-сек], (28-56)

где N=fjdBX - фокусное число или знаменатель относительного отверстия. Для устранения сферической аберрации используют зеркала с параболическим или с асферическим профилем, близким к параболоиду. Широкое распространение получил метод устранения аберрации сферического зеркала с помощью тонкой корректирующей пластинки, содержащей только асферическую составляющую (системы Шмидта), или с помощью мениска (системы Максуто-в а).

Система Шмидта (рис. 28 48) основана иа следующем принципе. Если поместить входной зрачок в плоскости, проходящей через центр кривизны сферического зеркала, то параллельный пучок, падающий на зеркало, и до и после отражения остается симметричным относительно оси зеркала. У сферического зеркала все оси равноправны, и поэтому изображение будет свободно от искажений типа кома и астигматизм. Сферическая аберрация зеркала устраняется при помощи специально рассчитанной коррекционной пластины Шмидта. Эта пластина вносит хроматическую аберрацию, но весьма незначительную. Системы Шмидта

Рис. 28-48. Схема системы Шмидта.

/ -- коррекционная пластина; 2 - сферическое зеркало.

позволяют получить угол поля зрения несколько десятков градусов при очень хорошем качестве изображения.

В системах Максутова (рис 28-49) отрицательная сферическая аберрация зеркала устраняется путем ком-

пенсации ее положительной сферической аберрацией специально рассчитанного мениска (выпукло-вогнутой линзы). Кома устраняется выбором для мениска надлежащей толщины и его правильным распо-

Рис. 28-49. Схема системы Максутова. 1 - меииск; 2 - сферическое зеркало.

ложением относительно зеркала. В этом значительное преимущество системы Максутова перед системой Шмидта, ибо в системе Максутова мениск располагается недалеко от фокуса и система получается короче.

Конденсоры

В оптических системах с широким полем зрения приходится использовать приемники излучений большого размера, а это

Рис. 28-50. Схема расположения конденсора. ; - объектив; 2 - конденсор.

приводит к снижению их пороговой чувствительности. Возникающая трудность может быть частично устранена, если между объективом системы и приемником расположить еще один оптический элемент - конденсор (рис. 28-50). Конденсор должен проектировать входной зрачок иа ПИ. При этом можно уменьшить диаметр ПИ примерно во столько раз, во сколько относительное отверстие конденсора больше относительного отверстия объектива.

Использование конденсора позволяет также равномерно облучить весь ПИ, несмотря на перемещение объекта в поле зре-

ния ИКП, что устраняет влияние неравномерности чувствительности на поверхности ПИ.

Волоконная (нитевидная) оптика

В последнее время усиленно разрабатываются новые оптические устройства и, в частности, нитевидная или волоконная оптика, с помощью которой с меньшими потерями осуществляется передача лучистого потока внутри оптико-электронных приборов. Кроме того, в некоторых случаях применение нитевидной оптики позволяет повысить разрешающую способность оптико-электронных систем, уменьшить их габариты и осуществить надежное кодирование передаваемой информации.

В основе работы волоконной оптики как светопровода лежит явление полного внутреннего отражения луча света при его переходе из более плотной среды в менее плотную

Рис. 28-51. Ход лучей в светопроводе.

На рис. 28-51 изображена схема прохождения луча по нити. При полном внутреннем отражении угол г?, должен быть равен 90°, a sin r2= 1. Тогда минимальный угол £2, при котором будет наблюдаться полное внутреннее отражение, определится из условия

sin t2 -

Чем меньше угол i , тем в большем телесном угле может концентрироваться лучистый поток, поступающий в нить, т. е. нить без потерь сможет перехватывать большую долю потока источника либо сможет работать с более светосильной оптикой.

Уменьшения угла i2 можно достигнуть увеличением П\ и уменьшением п2. Использование воздуха в качестве среды, граничащей с интью, невозможно, ибо для достижения максимального светового к. п. д. и разрешающей способности при использовании нитей в системах переноса изображения нити должны быть весьма плотно прижаты друг к другу. Так как соседние нити в такой связке соприкасаются, то отсутствие оптически изолирующего покрытия неизбежно приводит к утечке лучистого потока. Для исключения светорассеяния достаточно нанести на каждую нить покрытие, показатель преломления которого мал по сравнению с показателем преломления самой нити.

Предельный угол входа потока в нить ti, при котором будет полное внутреннее отражение, выражается зависимостью

I пЛ п0 sin ix = пх cos arcsin - I.

V Щ.1

Благодаря явлению полного внутреннего отражения потери лучистого потока в волоконной оптике обусловлены в основном поглощением материала волокна и отражением лучистого потока при его входе в волокно.

Для уменьшения потерь лучистого потока при его распространении внутри волокна может быть использован лазерный эффект - явление, при котором само волокно становится излучателем, вследствие чего распространяющийся в нем лучистый поток, усиливается.

С помощью волоконной оптики переменного сечеиия можно изменять размеры передаваемого изображения.

28-6. РАСЧЕТ ДАЛЬНОСТИ ДЕЙСТВИЯ ПРИБОРОВ ИНФРАКРАСНОЙ ТЕХНИКИ

Общие соотношения

Выбор параметров ИКП производят таким образом, чтобы его эффективность была наибольшей по основному параметру,

Рнс. 28-52. Вычисление облученности от точечного источника.

т. е. в соответствии с основным назначением прибора. Для большинства ИКП таким параметром является дальность действия прибора.

При расчете дальности действия ИКП по точечным объектам, т. е. объектам, размеры которых малы по сравнению с расстоянием до них (рис. 28-52), основной расчетной формулой является закон квадратов расстояний

£7 = 77 в, (28-57)

где Е - облученность, создаваемая объектом на расстоянии L; I- сила излучения объекта; В - угол между направлением на объект и перпендикуляром к облучаемой плоскости.

По характеристикам приборов определяют необходимую облученность оптических

Рис. 28-53. Вычисление облученности от протяженного источника.

систем EMV, при которой обнаружение объекта будет надежным. Тогда дальность действия ИКП определяется из условия

2j-cos6>£np. (28-58)

Для учета влияния атмосферы левую часть неравенства умножают на коэффициент пропускания атмосферы.

При расчете дальности действия ИКП по протяженным объектам (рис. 28-53) необходимо пользоваться формулой

CCBdS

Е - \\ --- cos a cos В =>

= jp cos В da = f J Brfonp,

где dtonp - проекция участка сферы единичного радиуса, вырезаемого телесным углом die, на плоскость Q, где определяется облученность; В-лучистость объекта.

Телесный угол dio определяется из приближенной зависимости

do = dSHp/L2,

где dSgp - площадь проекции поверхности излучающего объекта на плоскость, перпендикулярную направлению наблюдения. Следовательно, и в этом случае при изменении дальности будет изменяться облученность оптической системы ИКП. Если объект на любой дальности перекрывает все поле зрения ИКП, то дальность действия