Исследование и разработка светосильных объективов малогабаритных оптико-электронных наблюдательных приборов

• Автор: Олейник, Сергей Викторович
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 188 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Краткий обзор светосильных объективов ОЭП

1.1. Объективы ПНВ

1.2. Объективы тепловизионных приборов

Выводы по первой главе

2. Разработка и исследование светосильных оптических систем, работающих в диапазоне 0,6 - 0,9 мкм
2.1. Учет влияния внешних условий, состояния подстилающей поверхности и прозрачности атмосферы при формировании изображения объекта на фотокатоде ЭОП

2.2. Обоснование требований к ЧКХ объектива ПНВ

2.3. Исследование базовых двухлинзовых схем ахроматических объективов с исправленной сферической аберрацией
2.3.1. Развитие относительного отверстия объектива
2.4. Экспериментальная проверка теоретических рассуждений
Выводы по второй главе
3. Разработка светосильных оптических систем, работающих в теп-
ловизионных приборах
3.1. Влияние внешних условий среды, спектрального диапазона работы, характеристик приемника излучения и условий наблюдения на качество изображения
3.2. Согласование пятна рассеяния, создаваемого объективом с размерами пикселя матричного ФПУ в тепловизионных приборах «смотрящего» типа и оценка разработанных объективов
3.3. Разработка объективов с переменным фокусным расстоянием

Выводы по третьей главе
Заключение
Список используемых источников
Приложения

ВВЕДЕНИЕ
Наибольшую часть информации об окружающем мире человек получает через зрение. Эта возможность вытекает из того фундаментального положения, что любой объект, имеющий температуру выше температуры абсолютного нуля, излучает в пространство энергию. Улавливая и преобразовывая эту энергию можно судить о протекании различных процессов, связанных с данным объектом. Наиболее естественным и удобным способом восприятия информации об объекте является визуальный способ. С помощью зрения человек может ориентироваться в пространстве, контролировать внешнюю и внутреннюю среду, исследовать и управлять различными процессами, происходящими в социальной и научно - технической сферах.
Однако, процесс активного восприятия информации с помощью зрения возможен только в довольно узком диапазоне электромагнитного излучения. Участок длин волн, доступный для непосредственного восприятия светочувствительными элементами сетчатки глаза человека без каких - либо промежуточных преобразований, лежит в границах от 0,380 до 0,76 мкм. Такие границы не случайны, ибо, нижняя граница солнечного излучения, достигающего земной поверхности лежит в области длин волн 0,29 мкм и приспособленность глаза к лучам с меньшей длиной волны ничем не обоснована. Более того, если бы рецепторов сетчатки достигало ультрафиолетовое излучение с длинами волн менее 0,38 мкм, то при долгом воздействии оно было бы способно вызвать ослепление, т.к. ультрафиолет вызывает разрушение органических веществ. С другой стороны, если бы сетчатка воспринимала более длинноволновое чем 0,76 мкм излучение, то под воздействием собственного излучения внутренней поверхности глаза человек был бы в буквальном смысле ослеплен, и как биологический вид не смог бы нормально функционировать в окружающем его мире. Таким образом, приспособленность человека к восприятию излучения с длинами волн 0,38 - 0,76 мкм биологически оправдана и отвечает требованиям по обеспечению его жизнедеятельности и, в то же время, согласованна с самым мощным

При первом способе построения система получается весьма громоздкой, имея вдобавок низкий КПД из-за работы только тех каналов, которым в данный момент благоприятствует состояние атмосферы (прозрачность, влажность и т.д.). Второй способ также не лишен недостатков: из-за наличия нескольких приемников изображение приходится разводить по разным каналам, увеличивая тем самым габариты прибора. Наиболее рациональным представляется третий путь, при котором сигнал на выходе прибора является суммой сигналов, полученных по разным входам.
Соответствие визуализированной тепловой картины реальному процессу зависит, в первую очередь, от параметров ФЕТУ (размеры и форма пикселей, формат приемника, минимальная разрешаемая разность температур и т.д.). С точки зрения оптики интерес представляют лишь геометрические параметры ФПУ - размер пикселя и формат ФПУ. При современной технологии изготовления ФПУ стандартный размер светочувствительного элемента получается в пределах 15-35 мкм, в зависимости от диапазона работы прибора. Пятно рассеяния объектива должно иметь размер, сравнимый с размерами единичного элемента приемника. Также как и в ПНВ, объективы тепловизионных приборов должны иметь максимально возможную светосилу для обеспечения необходимой дальности работы прибора, обеспечивать равномерную освещенность и качество изображения по всему полю зрения, и в ряде случаев изменяемое фокусное расстояние.
К некоторым неудобствам работы в интервале 3 — 14 мкм относится недостаточно широкий выбор оптических материалов, прозрачных в указанной области спектра и пригодных для работы в полевых условиях, повышенная чувствительность оптических компонентов к изменению температуры окружающей среды, введением в оптическую систему охлаждаемых диафрагм с целью повышения температурной разрешающей способности. С этими недостатками можно мириться до определенной степени, в отличие от аберраций, от которых следует избавляться или как-то их компенсировать.