Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
Специфичны методы и особенно порядок расчета объективов приемных оптических систем ОЭП. Они заметно отличаются от тех, которые приняты при расчете визуальных систем.
Габаритный расчет всей приемной оптической системы ОЭП и объектива, в частности, чаще всего приходится начинать с выполнения энергетического расчета, целью которого в данном случае является определение необходимого размера входного зрачка системы, обычно его диаметра D (см. гл. 14). Помимо энергетических соотношений на выбор диаметра входного зрачка могут влиять такие факторы, как, например, необходимость перекрытия диапазона возможных колебаний приходящего пучка, уменьшение влияния флуктуаций прозрачности атмосферы (см. § 4.4) и др. Для увеличения уровня полезного сигнала— потока от излучателя малой площади всегда целесообразно увеличивать D, однако этому на практике препятствуют как трудности технологического или конструктивного характера (сложность изготовления, большие размеры и т.п.), так и принципиальные причины, например, трудность аберрационной коррекции при росте отношения D/f' [см. формулы (5.2)], увеличение влияния посторонних помех, усложнение конструкции других звеньев оптической системы.
После выбора диаметра входного зрачка, а правильнее, его площади, обычно рассчитывают или подбирают фокусное расстояние объектива f' и его относительное отверстие D/f'. Фокусное расстояние объектива является вторым важнейшим габаритным параметром. На его выбор влияют также аберрационные соотношения, т.е. требования к качеству изображения, так как после выбора D фокусное расстояние остается свободным параметром, которым можно варьировать, подбирая относительное отверстие в соответствии с формулами (5.2). В измерительных оптико-электронных системах, особенно в высокоточных, фокусное расстояние, исходя из требования обеспечения необходимой точности линейных или угловых измерений [3,10,20], как правило, стремятся сделать возможно большим, если позволяют размеры прибора. При этом уменьшается погрешность измерения (слежения, наведения), обусловленная неточностью анализирующего или отсчёт-
100 Глава 5. Оптическая система оптико-электронного прибора
ного устройства, устанавливаемого обычно в фокальной плоскости объектива. Например, если цена деления отсчетной сетки, установленной в этой плоскости, равна А у, то соответствующий угол в угловом поле прибора составит
A? = Л y/f. (5.5)
Очевидно, что по мере роста f' уменьшается значение A?. Если А у — допуск на погрешность отсчетного устройства или анализатора, а A? — заданная угловая чувствительность прибора, то f' может быть найдено из (5.5): f' > Ay /A?.
Угловое поле объектива обычно определяется техническим заданием на прибор, а также способом работы системы. В ряде случаев это поле выбирается малым, что позволяет улучшить энергетические соотношения между полезным сигналом и помехами. Для обеспечения просмотра больших углов в этом случае применяют сканирующие системы, рассматриваемые в гл. 8. При малых угловых полях легче обеспечить лучшее качество изображения за счет уменьшения полевых аберраций — комы, астигматизма, кривизны поля, дисторсии.
Определив значения важнейших габаритных параметров объектива, разработчик ОЭП может перейти к выбору его конструкции, после чего рассчитывается окончательное значение коэффициента пропускания объектива т0.
При выборе конструкции объектива ОЭП на практике всегда приходится искать компромиссное решение, как с точки зрения улучшения пропускания, т.е. уменьшения потерь потока, так и исходя из требований обеспечения нужного качества изображения. Первое приводит к необходимости максимально упрощать систему, уменьшать число компонентов объектива; для обеспечения второго требования приходится применять достаточно сложные, многокомпонентные объективы.
Для оценки возможностей обеспечения этого компромисса кратко рассмотрим наиболее распространенные разновидности конструкций объективов ОЭС. Их можно разделить на три большие группы: линзовые, зеркальные и зеркально-линзовые.
Простейший объектив — это одиночная линза. Основным ее недостатком является плохое качество изображения, так как ей присущи все виды аберраций, среди которых особенно существенны хроматизм и сферическая аберрация. Гораздо лучшее качество изображения за счет устранения хроматизма и уменьшения сферической аберрации и комы обеспечивают сравнительно простые двухлинзовые склеенные и несклеенные объективы. Их относительное отверстие обычно не пре-
101 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
вышает 1 : 3 при угловом поле около 10° и диаметре входного зрачка не более 100...150 мм.
Для обеспечения хорошего качества изображения при больших угловых полях следует применять более сложные системы (триплеты, многокомпонентные объективы и т. д), обладающие меньшим пропусканием.
Преимущества линзовых систем по сравнению с зеркальными следующие: возможность хорошей аберрационной коррекции, большие угловые поля, технологическая простота конструкции (проще сборка и юстировка, большая нерасстраиваемость вследствие температурных воздействий и т. п.), возможность совмещения функций защитного стекла и первого компонента.
