книги / Методы борьбы с помехами в оптико-электронных приборах

Освещенность участка, засвеченного многократно зеркально от­ раженным светом,

(6.22)

где п — число зеркальных отражений.

В случае диффузной засветки рассматриваемого кольцевого участка другим участком, освещенным непосредственно от боковой

ления бленды.

Приведенная методика в большинстве случаев может приме­ няться и для двойных и кольцевых бленд.

6.4. ДВОЙНЫЕ БЛЕНДЫ

Оптико-электронные приборы, работающие в усло­ виях мощных боковых помех и фоновых помех мини­ мальной яркости *, целесообразно снабжать двойными •блендами. При этом требование уменьшения угла до­ пустимой засветки и использование элементов микро­ электроники приводят к тому, что в ряде случаев двой­ ная бленда является наиболее громоздким элементом ОЭП. Поэтому становится актуальной задача анализа влияния габаритных параметров двойных бленд на угол допустимой засветки. Рассмотрим решение такой за­ дачи на примере трех бленд [61, 131, 135], изображен­ ных на рис. 6.4 и 6.5 в одинаковом масштабе и имею­ щих одинаковые значения ф, *», R.

Двойная коническая бленда (рис. 6.4), обозначим ее А, состоит из двух конических диафрагм, линия со­ пряжения 0 0 которых как бы делит бленду на две — основную, непосредственно воспринимающую свет от источника боковой засветки, и дополнительную, обеспе­ чивающую защиту выходного окна от света, отраженно­ го или рассеянного основной блендой **. Будем назы* вать углом допустимой засветки ф двойной бленды мак­ симальный угол, образованный оптической осью и пря­

*Например, фотополяриметры Юпитера, установленные на космических аппаратах «Пионер» [135].

**В более общем случае конические диафрагмы можно рас­ сматривать как поверхности, огибающие кромки кольцевых диа­ фрагм [17, 98, 135].

121

мой, проходящей через край входного окна и линию

00.

Для уменьшения габаритов бленды входное окно оформляют в виде плоской кольцевой диафрагмы, внут­ ренний диаметр которой несколько больше максималь­ ного светового размера в данном сечении (рис. 6.5,а). Эту бленду будем обозначать Б. При этом выходным окном будет непосредственно восприниматься свет, иду­ щий от кромки и внутренней поверхности плоской диа­ фрагмы.

ческой основной блендой

Для повышения коэффициента ослабления иногда основную бленду выполняют в виде черной зеркальной диафрагмы, образованной вращением эллипса вокруг его малой полуоси, совпадающей с оптической осью бленды, причем фокусы эллипса (F, F') расположены на кромке входного окна (рис. 6.5,6). Эту бленду в дальнейшем будем обозначать В. Данная эллиптичес­ кая диафрагма обладает свойством отражать во вход­ ное окно все прошедшие лучи. Угол допустимой засвет­ ки для бленды А [28]

122

По формулам (6.24), (6.25) для двух значений угло­ вого поля (со=0 и (о= 15°) были проведены вычисления, результаты которых представлены в табл. 6.2 и на рис. 6.6.

Из анализа графиков следует очевидная зависи­ мость: угол допустимой засветки уменьшается при уменьшении углового поля и отношения RfL6. При из­ менении А'б угол допустимой засветки бленды А имеет четко выраженный минимум, а бленды Б асимптотиче­ ски стремится к углу прямой засветки круговой бленды <р = arctg (2/?' + tg со).

При заданном угловом поле угол допустимой засвет­ ки зависит одновременно от двух величин: R' и А'б. Зна­

123

где R'L =ft'+tg<o.

вуют бленды, имеющие минимальные габариты при за­ данном угле допустимой засветки.

мая 2 на рис. 6.6, а. В этом случае, например, для фв < <8... 10° и со« 0 бленды будут не оптимальны в том смы­ сле, что их внешний диаметр будет неэффективно уве­ личен, так как величина фБ в этом случае фактически

лежит на асимптоте (см. непрерывную кривую для /?'=0,05 на рис. 6.6,а). Поэтому можно предложить кри­ терий равного наклона касательных:

d<f'bIdA'6. Так как выбор значения производной в зна­

124

рая при любых значениях R' не будет подходить к об­ ласти асимптотического изменения <р (рис. 6.6).

Для бленды В, которая является частным случаем бленды Б, эллиптическая диафрагма проходит черезточку О и имеет размер большой полуоси эллипса, рав­ ный наименьшему внешнему радиусу Аб> а А'б выра­ жается как [28]

что при определенных условиях кривая 4 будет захо­ дить в асимптотическую область изменения <рв-

Решая системы уравнений (6.24) и (6.26), (6.25) и

На основе анализа этих выражений предложена сле­ дующая методика габаритного расчета двойных бленд при заданных значениях ср, © и R [28].

125

1.Для каждого типа бленды (А, Б, В) заданные значения <р и но подставляются в соответствующие урав­ нения (6.29)...(6.31). Затем эти уравнения решаются от­ носительно /?'.

2.Полученное значение R' для бленд А и Б подстав­ ляется в уравнение (6.26), для бленды В — в (6.28), из

которых получаем соответствующее значение Л’б. 3. Определяются реальные габариты бленды:

Следует учесть, что некоторые габаритные размеры «бленд, полученные по предложенной методике, иногда могут превышать допустимые. Тогда, задавшись допус­ тимым размером, нетрудно определить для бленд А и Б второй внешний габаритный размер. Но при этом полученные бленды будут неоптимальными в смысле

выбранных критериев, а

На рис. 6.7 приведена двойная малогабаритная блен­ да типа Б, в которой для повышения коэффициента ослабления использована система концентрических ци­ линдрических зеркальных диафрагм, установленных на внутренней стороне входного фланца. На входном флан-

126

це укреплена также коническая зеркальная диафрагма [4, 30]. На рис. 6.8 представлена экспериментально полученная зависимость коэффициента ослабления от угла, засветки, из которой следует, что данная бленда обла­ дает коэффициентом ослабления не менее 5-106 при уг­ лах засветки от 43 до 90°.

Экспериментальные данные получены с помощью* имитатора Солнца, вакуумной камеры и измерительнойаппаратуры с селеновым приемником излучения. В [30] даны рекомендации по повышению коэффициента ослаб­ ления рассмотренной бленды без увеличения ее габа­ ритов.

Следует отметить, что для двойных бленд типа А удалось обеспечить коэффициент ослабления не менее- 5 -108 при углах засветки от 30 до 90° [9].

6.5. КОЛЬЦЕВЫЕ БЛЕНДЫ

Кольцевые бленды [39, 62] целесообразно использо­ вать совместно с узкопольными центрированными зер­ кальными (зеркально-линзовыми) объективами. В этом, случае использование кольцевых бленд вместо круго* вых приводит к уменьшению продольных габаритов оп­ тической системы. На рис. 6.9 изображены две оптичес-

s)

Рис. 6.9. Зеркальные объективы с кольцевыми блендами

127'

кие схемы, состоящие из кольцевой бленды, зеркально­ го объектива и приемника излучения (ПИ). В первой схеме (рис. 6.9, а) приемник располагается во внут­ ренней части кольцевой бленды. Во второй схеме (рис. 6.10,6) он расположен вне бленды. В этом случае, как показано в [30], можно ограничиться установкой кольцевой бленды в виде плоской круговой диафраг­ мы тр.

На рис. 6.10 приведена схема кольцевой бленды с креплениями. Внутренняя часть бленды подвешены с помощью четырех креплений, каждое из которых пред­ ставляет собой систему прямоугольных диафрагм-плас­ тин. Непосредственно за кольцевой блендой располага­ ется диафрагма, которая является входным зрачком «объектива.

Рис. 6.10. Кольцевая бленда

Луч, образующий с оптической осью угол прямой за­ светки выходного окна кольцевой бленды, проходит че­ рез кромки входного и выходного окон бленды и касает­ ся кромки плоской круговой диафрагмы.

Можно предложить следующую методику габарит­

у1лового поля со, внутреннем радиусе выходного окна г

иплощади входного зрачка Лвх, задавшись из конструк-

128

тивных соображений минимальным числом креплений п, длиной креплений /, половиной ширины крепления b t на расстоянии I от плоскости выходного окна, опреде­ ляется внешний радиус выходного окна

=0,52 мм).

2.По формулам

Анализ влияния габаритных параметров кольцевой бленды на угол прямой засветки проводится с помощью выражения, которое получено из формулы (6.37):

когда плоскость выходного окна бленды совпадает с плоскостью входного кольцевого зрачка, размеры которого 6ВХ, гвх, R Bi изображены па рис. 6.10.

129

6.6. СОТОВЫЕ И НЕКОТОРЫЕ ДРУГИЕ БЛЕНДЫ

Наименьшими габаритами обладают сотовые бленды [3], которые представляют собой систему трубчатых элементов, расположенных перед объективом парал­ лельно его оптической оси. На рис. 6.11 представлены фронтальные проекции сотовых бленд. Очевидно, чем меньше поперечный размер ячейки сотовой бленды, тем меньше ее длина при заданном угле засветки. Поэтому самые короткие сотовые бленды реализованы на основе спеченных стекловолоконных планшайб, в которых обо­ лочки световедущих элементов выполнены из светопо­ глощающего стекла [6].

Рис. 6.11. Сотовые бленды с шестигранной (а) и квадратной (б) структурой ячеек

В ОЭП сотовые бленды не получили широкого рас­ пространения в силу ряда обстоятельств. Сотовые блен­ ды вносят переменное виньетирование рабочих пучков света от визируемого объекта, которое прямо пропор­ ционально угловому полю, поэтому применять их мож­ но только с весьма узкопольными объективами, в кото­ рых, как правило, кружок рассеяния близок к дифрак­ ционному. Сотовые бленды ухудшают качество изобра­ жения оптических систем, усиливая дифракционные яв­ ления. На практике это качество ухудшается также из-за недостаточно качественной технологии их изго­ товления.

При проектировании ОЭП в некоторых случаях тре­ буется, чтобы габариты прибора в нерабочем состоя­ нии, например при транспортировке, были существенно меньше, чем в рабочем режиме. Это требование обеспе-

130