книги / Методы борьбы с помехами в оптико-электронных приборах

покрытие. Часть рассеянного света через выходное окно бленды доходит до ОЭП, непосредственно освещая пре­ ломляющие (отражающие) поверхности объектива, ци­ линдрические нерабочие поверхности его линз, а также внутренние части корпуса прибора, создает некоторую остаточную освещенность на чувствительном слое при­ емника излучения.

Рнс. 6.1. Простейшая круговая бленда

Чтобы не допустить виньетирования полевых рабо­ чих пучков света от визируемого объекта, угол конуса бленды выбирают равным наибольшему угловому полю прибора (2ю). Для исключения непосредственной за­ светки линейного поля зрения ОЭП внутренняя поверх­ ность бленды должна отстоять от крайних полевых лу­ чей на небольшое расстояние а.

Основными габаритными параметрами бленд явля­ ются: радиусы входного RL и выходного R окон блен­ ды, ее длина L 6f а также половина углового поля со.

Углом прямой засветки <р выходного окна бленды называется максимальный угол, образованный оптиче­ ской осью и лучом, соединяющим кромки входного и выходного окон. Во входное окно бленды от боковой по­

111

мехи проходит пучок лучей. Угол между лучом, обра­ зующим с оптической осью наименьший угол, и этой

осью называют углом засветки бленды <р.

Одним из основных параметров бленды является ко­ эффициент ослабления косл [13], представляющий от­ ношение освещенности от боковой помехи на входе бленды к освещенности, создаваемой рассеянным све­ том на ее выходе, причем косл >1. Следует подчеркнуть, что коэффициент ослабления зависит от угла засветки бленды. Как правило, при увеличении угла засветки косл возрастает. Угол засветки, при котором коэффи­ циент ослабления бленды достигает заданного значе­ ния, называется углом допустимой засветки.

При проектировании ОЭП, снабженных блендами, возникают противоречивые требования. С одной сторо­

вать эти параметры. Поэтому уже на первых стадиях проектирования появляется необходимость в проведе­ нии анализа влияния габаритных параметров бленд на угол допустимой засветки.

По конструкции бленды можно разделить на: двой­

заны значения коэффициентов ослабления бленд при допустимых углах засветки. Приведенные данные пока­ зывают, что требуемый коэффициент ослабления в зна­ чительной степени предопределяет выбор конструкции бленды. Следует, однако, отметить, что бленды с боль­ шим косл как правило, имеют большие продольные га­ бариты. Двойные и круговые бленды обычно обладают симметрией относительно продольной оси бленды. Кольцевые и сотовые бленды создают виньетирование входного зрачка оптической системы.

6 .2 . АНАЛИЗ ОПТИЧЕСКИХ СХЕМ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ, СНАБЖЕННЫХ БЛЕНДАМИ

Для оптимизации конструкции ОЭП важно задать необходимое значение коэффициента ослабления бленды и знать влияние отдельных элементов оптической си­ стемы на суммарный поток, пришедший на чувстви­ тельный слой приемника излучения от фоновых и боко­

112

вых помех. Так как строгое теоретическое решение ука­ занной задачи в общем виде для всех оптических схем ОЭП не представляется практически возможным и, повидимому, нецелесообразно, проведем анализ двух ти­ повых оптических схем ОЭП [29], работающих в види­ мом спектральном диапазоне при наличии боковой за­ светки и равномерного фона (рис. 6.2).

чения (4). Между объективом и приемником распола­ гается корпус объектива (3), который будем рассмат­ ривать как цилиндрический световод. Вторая схема — схема Б отличается от первой тем, что непосредствен­ но за фокальной плоскостью объектива установлен кон­ денсор (5), который проецирует выходной зрачок объ­ ектива на чувствительный слой приемника (7). Между конденсором и приемником располагается цилиндриче­ ский корпус (б), который будем рассматривать как све­ товод конденсора.

В качестве параметра оценки схем выберем суммар­ ный поток пришедшего на чувствительный слой прием­ ника излучения от равномерного фона и источника бо­

где QM— телесное угловое поле; А — площадь входного* зрачка; т — коэффициент пропускания оптической систе­ мы; L — яркость равномерного фона; Евх — освещен­ ность на входе бленды от источника боковой засветки;

113

циенты, определяемые конструктивными и светотехни­ ческими параметрами оптической схемы *.

Пусть внутренняя поверхность световода покрыта однородной идеально матовой черной краской с одинаковым коэффициентом •отражения р по всей поверхности. Примем р=0,05, как это сделано в работе [14], в которой при проведении количественной оценки рассеянного светового потока, падающего на приемник излучения через диффузно рассеивающий замкнутый цилиндрический свето­ вод, применена формула полной освещенности светомерного шара. -Ограничимся учетом лишь первого отражения от поверхности свето­ вода, так как при принятом значении р суммарный вклад всех дру­ гих отражений составит не более 5%**.

Проведем сравнительный анализ рассматриваемых схем при наличии одного равномерного фона и отсутствии источника боковой засветки. Пусть

Так как в данном случае Еф0, а Еах =0, то, как следует из (6.1), достаточно ограничиться сравнением величин к1А и к1Б.

Исходя из изложенных предпосылок и общеизвестных зависи­ мостей прикладной оптики, получаем [29] для схемы А

разован оптической осью и прямой, проходящей через центр вы­

площадь внутренней поверхности цилиндрического световода объ­ ектива, включая площади входного и выходного окон; sK— пло­ щадь внутренней поверхности цилиндрического световода конден­

ности после первого и после многократного отражения света на по­ верхности шара.

114

При выводе К| не учитывалось изменение освещенности по за­ кону cos4 to.

Каждому слагаемому к ,А соответствуют следующие потоки*

пришедшие на чувствительный элемент приемника: непосредственно’ идущий от фона через объектив, рассеянный на оптических поверхностях объектива и идущий от рассеивающей поверхности свето­ вода. Для к |р первые два слагаемых идентичны первым двум сла­

гаемым к,А. Третьему и четвертому слагаемым соответствуют сле­

дующие потоки: рассеянный на оптических поверхностях конден­ сора и идущий от рассеивающей поверхности световода конденсора* на которую попадает излучение фона, отраженное от рассеивающей поверхности световода объектива.

ноля зрения схемы. После подстановки в формулы (6.3) и (6.4)> конструктивных параметров системы, будем иметь

=0,01.

уже составляет существенную величину. При ф=12° третье слагае­ мое равно 0 ,0 1 .

при наличии одинакового фона схемы А и Б можно считать равно­ ценными. Однако в узкопольных малосветосильных системах свето­ вой поток на приемнике от фона для схемы А будет больше, чем для схемы Б. Наличие бленды с малым углом прямой засветки де­ лает и в этом случае схему А равноценной схеме Б.

115

Проведем сравнительный анализ рассматриваемых схем при на­ личии одного источника боковой засветки и отсутствии фона. Пусть, как и прежде, сохраняется условие (6.2). Примем, что

ком, идущим от рассеивающей поверхности световода. Первое сла­ гаемое (6.9) то же, что и в формуле (6 .8 ). Слагаемым со второго по четвертое соответствуют следующие потоки:

— поток, идущий от рассеивающей поверхности световода кон­ денсора, на которую падает излучение, отраженное от рассеиваю­ щей поверхности световода объектива;

— поток, рассеянный на оптических поверхностях конденсора, на которые падает излучение, отраженное от рассеивающей поверх­ ности световода объектива;

— поток, идущий от оптических поверхностей конденсора, на которые попадает излучение, рассеянное на оптических поверхностях объектива.

Формулы (6 .8 ) и (6.9), выраженные через конструктивные па­ раметры, имеют вид

116

Результаты проведенной количественной оценки под­ тверждают правомерность переноса на оптические схе­ мы ОЭП типа Б результатов теоремы Гальперна [11, 39] о рассеянном свете визуальной телескопической си­ стемы, из которых вытекает, что применение конденсо­ ра уменьшает влияние боковых помех и позволяет ис­ пользовать бленду с меньшим коэффициентом ослабле­ ния. Помимо применения бленд основной мерой по уменьшению светового потока от источника боковой за­ светки для схемы Б является уменьшение суммарного коэффициента яркости объектива, а для схемы А — от­ ражательной способности нерабочих поверхностей опти­ ческой системы, например ввода во внутреннюю по­ лость схемы системы кольцевых диафрагм [п ] .

Для схем типа А эффективным средством подавле­ ния рассеянного света от нерабочих поверхностей опти­ ческой системы является размещение между объекти­ вом и приемником излучения дополнительного объекти­ ва, который проецирует фокальную плоскость основно­ го объектива на чувствительную площадку приемника

[Ю].

Достаточно полный качественный анализ причин воз­ никновения вредного рассеянного света в оптических приборах и способов его уменьшения проведен в рабо­ тах [И , 18, 40]. Значения коэффициентов яркости ряда материалов приведены в [38, 130], а методы устране­ ния световых помех в зеркальных и зеркально-линзо­ вых системах изложены в [79].

Перейдем теперь к вопросу оценки коэффициента ослабления при 'условии, что перед ОЭП одновременно располагаются фон и источник боковой засветки, т. е.

где q — величина, показывающая, во сколько раз свето­ вой поток на приемнике от источника боковой засветки должен быть меньше светового потока от фона. Из (6.12) следует, что коэффициент ослабления бленды должен быть прямо пропорционален освещенности от боковых помех и обратно пропорционален яркости фоновых по­ мех.

Исходя из принятых допущений, произведем оценку коэффициента ослабления бленды схемы Б при следую­

117

щих условиях. Пусть ОЭП с данной схемой должен ра­

емнике излучения от Солнца был в десять раз меньше­ светового потока от ночного неба, т. е. <7=10. Для при­ нятых значений параметров оптической схемы Б и в со­

приведенными в § 6.1 данными по наибольшим значе­ ниям коэффициентов ослабления современных бленд,, можно сделать вывод, что в данном случае необходимо* проектировать двойную бленду.

6.3. КРУГОВЫЕ БЛЕНДЫ

Наибольшее распространение в ОЭП получили кру­ говые бленды [82] (рис. 6.3), состоящие из цилиндри­ ческого корпуса (/) и плоских кольцевых диафрагм

(2) . Внутренние цилиндрические поверхности бленды имеют черное диффузно отражающее покрытие, а на полированные оксидированные поверхности стальных, диафрагм нанесено просветляющее покрытие, что поз-

2

Рис. 6.3. Круговая бленда

118

воляет подавить зеркальные составляющие рассеянно­ го света в направлении выходного окна бленды. При­ тупление кромок диафрагм составляет единицы микро­ метров.

Анализ влияния габаритных параметров круговой •бленды на угол прямой засветки <р не вызывает затруд­ нений. Величина <р определяется как [28]

при заданном угле прямой засветки и известных габа­ ритных параметрах объектива вычисляются по форму­ лам [82]

где g — ширина кольцевой зоны первой диафрагмы (глу­ бина первого кармана). Практика проектирования бленд ([135] показывает, что для высококачественных круговых бленд g может составлять до 30...50% от диа­ метра выходного окна.

Коэффициент ослабления бленды в значительной степени определяется числом отражений п световых пуч­ ков в бленде. При заданном коэффициенте ослабления косл на первоначальном этапе проектирования число п подбирают так, чтобы обеспечить соотношение

коэффициенту диффузного отражения бленды.

На рис. 6.3 в качестве примера приведены геомет­ рические построения, используемые для расстановки диафрагм в бленде, обеспечивающих двукратное отра­ жение световых пучков от боковой помехи. Следует от­ метить, что, как правило, в круговых блендах число отражений световых пучков не превышает трех­ четырех, так как при увеличении п, связанного с увели­ чением числа диафрагм при выбранном диаметре блен­ ды, доля рассеянного света от кромок диафрагм будет доминировать и по существу определять значение коэф­ фициента ослабления.

119

Расчет коэффициента ослабления бленды для опре­ деленного угла засветки сводится по существу к опреде­ лению суммарной освещенности Явых от боковой поме­ хи в выходном окне бленды, которая в общем случае определяется из выражения

i-J

где L-t — яркость /-го участка бленды в направлении ее выходного окна; — телесный угол, под которым вос­ принимается /-й участок бленды из выходного окна.

Методика расчета освещенности, создаваемой круговой блендой в заданной точке ее выходного окна, разработана Е. Н. Гончаренко и наиболее полно изложена в [13]. Поэтому ограничимся кратким перечислением основных этапов указанной методики.

Вначале для определенного угла засветки графически, путем построения многократных разверток и анализа хода лучей, опреде­ ляются участки бленды, которые отражают свет в направлении вы­ ходного окна. Определяются освещенности Екр1, создаваемые рас­

где р Кр — коэффициент отражения кромки; ЕСв — освещенность на кромке; cuкр, o2tкр— апертурные углы, под которыми видны края

освещенной части t-й кромки (радиус кромки) из центра выходного окна бленды; K;Kp — коэффициент, равный отношению длины све­

сеянным внутренними элементами бленды (участками ее цилиндри­ ческой поверхности и кольцевых диафрагм),

турные углы, под которыми видна наибольшая ширина светящегося участка из центра выходного окна бленды; к/б — коэффициент, рав­

ный отношению площади светящегося участка к площади, выре­ заемой на поверхности /-го элемента бленды плоскими углами <*1/, а2/ при их вращении вокруг оптической оси бленды.

Яркости отдельных участков бленды

где рз— коэффициент зеркального отражения бленды; га — коэф­ фициент яркости диафрагмы (если светящейся поверхностью явля­ ется не диафрагма, а цилиндрическая поверхность бленды, то вместо» гл следует орать коэффициент отражения этой поверхности); Е —~ освещенность данного участка бленды.

120