101. Оптическая фотоэлектрическая система с приемником излучения, расположенным в выходном зрачке

Применение фотоэлектрических систем с приемником излучения, расположенным в плоскости изображения источника, может оказаться нерациональным, если светочувствительная поверхность приемника имеет неодинаковую чувствительность в различных зонах. Если в такой системе изображение источника занимает на приемнике небольшую площадь и перемещается по светочувствительной поверхности, то работа системы будет неустойчивой.

Указанный недостаток можно устранить, если приемник излучения расположить в выходном зрачке оптической системы. При отсутствии в такой системе виньетирования плоскость выходного зрачка оптической системы будет иметь одинаковую освещенность, следовательно, при любом положении источника излучения светочувствительная поверхность приемника будет освещена равномерно.

Простейшая схема фотоэлектрической системы с приемником излучения, расположенным в выходном зрачке, должна иметь два компонента. Принципиальная схема такой системы, состоящей из тонких компонентов, представлена на рис. 242. Источник излучения 1 с помощью первого компонента проецируется в плоскость полевой диафрагмы. Угловой размер источника, соответствующий полю оптической системы в пространстве предметов, или угловое поле оптической системы, в пределах которого может перемещаться источник излучения, составляет Второй компонент оптической системы — коллектив — проецирует выходной зрачок первого компонента в плоскость выходного зрачка всей системы, где расположена светочувствительная поверхность приемника 2.

Рассмотрим методику расчета оптической системы в предположении, что известны характеристики источника и приемника излучения.

Рис. 242. Схема щтической фотоэлектрической системы с приемником излучения в выходном зрачке

Если источник излучения расположен на конечном расстоянии, то апертурный угол в пространстве предметов находим по формуле (427):

где — коэффициент пропускания двухкомпонентной оптической системы; так как конструкция компонентов пока не известна, то задаются коэффициентом пропускания.

На начальной стадии расчета компоненты системы полагаем бесконечно тонкими. Оправа первого компонента выполняет роль входного зрачка оптической системы. Зная положение источника, находим диаметр входного зрачка оптической системы:

При бесконечно удаленном источнике диаметр входного зрачка оптической системы определяют по формуле (446) или (450).

Выбрав линейное увеличение первого компонента определяем расстояние от первого компонента до полевой диафрагмы и фокусное расстояние первого компонента по формулам:

Диаметр полевой диафрагмы, расположенной в плоскости изображения источника, В этой плоскости может быть установлено анализирующее устройство.

Если источник излучения расположен в бесконечности, то диаметр полевой диафрагмы

Линейное увеличение второго компонента определяется из условия того, что выходной зрачок всей системы должен вписываться в светочувствительную поверхность приемника. Если светочувствительная поверхность приемника круглая и имеет диаметр то линейное увеличение второго компонента находится по формуле

где диаметр входного зрачка оптической системы, равный диаметру первого компонента, принятого бесконечно тонким.

Расстояние между полевой диафрагмой и вторым компонентом выбирает конструктор. При этом необходимо предусмотреть возможность установки анализирующего устройства в плоскости изображения источника. Если такой необходимости нет, то можно принять, что и тогда оправа второго компонента будет выполнять роль полевой диафрагмы.

Определив по формуле (458) линейное увеличение второго компонента и задавшись величиной получим следующие формулы для расчета расстояния от второго компонента до выходного зрачка и фокусного расстояния второго компонента:

Диаметр второго компонента рассчитывают из условия отсутствия виньетирования на краю поля. Последнее обеспечивается, если через оптическую систему будет проходить луч идущий через верхний край входного зрачка и нижний край полевой диафрагмы. Из рассмотрения хода луча на рис. 242 следует, что

Очевидно, что при