Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
nf ClA1 cos EjdCl1 =...= nf d A1 cos eidCii, (5.14)
где Z1 — угол между осью пучка и нормалью к сечению пучка площади dAt; dClt — апертурный телесный угол; Tii — показатель преломления в і-м сечении.
107 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
Если задаться целью уменьшить размер приемника, т. е. параметр у в выражении (5.13), то для сохранения J = const можно увеличить показатель преломления. Для этого чувствительный слой приемника наносится непосредственно на последнюю поверхность конденсора, или оптический контакт между линзой и чувствительным слоем создается каким-либо другим путем, т.е. используется принцип оптической иммерсии.
Часто оптический контакт создается путем наклейки полусферической или гиперполусферической линзы на чувствительный слой приемника. В этом случае значение величины Tii в (5.14) определяется показателем преломления оптического клея.
В последнее время для передачи изображения из плоскости анализа к чувствительному слою приемника с минимальными потерями широко применяют волоконные световоды. Если в световод — цилиндр с внутренними отражающими поверхностями — входит луч, то после ряда отражений он выйдет из противоположного торца цилиндра под углом, абсолютное значение которого равно углу входа (рис. 5.8). Такой цилиндр можно выполнить из стекла, причем здесь используется принцип полного внутреннего отражения на границе стекла и окружающей его среды. Такие волокна, являющиеся очень хорошими световодами, могут иметь сечение самого различного профиля и быть изогнутыми. Придавая торцу жгута волокон форму криволинейной поверхности, можно изменять кривизну поля изображений.
«jk
S^ Рис. 5.8. Прохождение луча через * оптическое волокно
Выгода от применения волоконной оптики заключается в том, что отдельные волокна выделяют элементы изображения и переносят их в требуемую плоскость, которая может находиться на сравнительно большом расстоянии от плоскости изображений объектива. Очевидно, что можно передавать только те детали изображения, размер которых больше диаметра волокна или равен ему. В настоящее время изготовляются волокна диаметром в несколько микрометров. Предел уменьшения диаметра определяется дифракцией.
Волокна формируются в виде плотного пучка. Чтобы на соприкасающихся волокнах не происходил переход энергии из одного волокна в другое, апертура волокна (см. рис. 5.8) должна удовлетворять
108 Глава 5. Оптическая система оптико-электронного прибора
условию
A = Tl0 sin стА < -Jnf - nf, где n0, nrn2 — показатели преломления окружающей среды, материала волокна и материала наружного покрытия; стЛ — угол при вершине входного пучка.
Для улучшения условий работы волокна на его торцовую поверхность часто наносят просветляющее покрытие. Если обозначить показатель преломления этого покрытия через п3, то можно легко показать, что коэффициент пропускания волокна увеличивается при возрастании Tlj И отношения H1Jn2Vl при уменьшении H3.
Коэффициент пропускания жгута оптических волокон можно рассчитать по формуле
"cB = A1 тві (І - pf sinCta / A0,
где A1 — суммарная полезная площадь торцов волокон; A0 — общая площадь входного торца жгута, включающая и промежутки между волокнами; тві — коэффициент пропускания волокна; р — коэффициент отражения на торцах волокна; стА — апертурный угол на входе.
Для конических волокон отношение синусов апертурных углов на входе и выходе определяется отношением диаметров волокна, т.е. sin a'A/sin Cta = DfD'.
Высокий коэффициент пропускания, возможность просто осуществлять разложение изображения на элементы, а также передавать энергию с малыми потерями по криволинейному пути открыли широкие перспективы применения таких световодов. Примерами применения волоконных систем может служить перенос изображения с лю-минесцирующего экрана электронно-лучевой трубки или электронно-оптического преобразователя в любую произвольно взятую плоскость, причем здесь полностью устраняются ореолы и блики.
Особое значение имеет возможность перестройки углового ПОЛЯ прибора. Применяя различные варианты расположения входных и выходных окон волокон, можно реализовать любой нужный закон кодирования или декодирования сигналов, переход от одного вида развертки к другому, а также от двумерного представления пространства к одномерному и многое другое. Используя конические волокна, можно добиться увеличения или уменьшения изображения. Большой интерес представляет совместное использование волоконной оптики и мозаичных приемников.
109 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
5.6. Оптические компенсаторы
Во многих ОЭП носителем полезной информации об исследуемом или наблюдаемом объекте является амплитуда потока излучения, собираемого объективом, или изменения этой амплитуды. В реальных условиях работы ОЭП полезный сигнал Ф может меняться не только при изменении контролируемых параметров объекта (рассогласования X), например его координат, но и по другим причинам, например, вследствие изменений яркости источника, прозрачности среды на пути от источника к объективу, пропускания оптики, чувствительности приемника и т.п. Поэтому одному и тому же сигналу Ф может соответствовать множество рассогласований Xj. Для достижения однозначной связи между рассогласованием Xi и сигналом Oj необходимо, чтобы крутизна статической характеристики k = йФ/dx была постоянной.
