|
|
|
|
|
|
||
В ОЭП должны быть согласованы следующие характеристики оптической системы с характеристиками источников и приемников ИК области:
- спектральные;
- частотные;
- энергетические;
- шумовые;
- пространственно-частотные;
- разрешающей способности.
Под спектральными характеристиками понимают:
- в оптической системе распределение коэффициентов пропускания или отражения по длинам электромагнитных волн.
- в ПЛЭ - распределение интенсивности электрического сигнала по длинам волн.
Максимумы и границы спектральных характеристик всех 3-х систем ОЭП должны в идеальном случае совпадать.
Согласование спектральных характеристик производится по справочным данным оптических материалов и источников излучения, паспортам ПЛЭ, применяемым в ОЭП. Это согласование производится в процессе проектирования и энергетического расчета ОЭП
При юстировке может производиться контроль пропускания излучения данного спектрального состава через оптическую систему с помощью ПЛЭ, используемых в ОЭП.
Схема установки для измерения коэффициента пропускания приведена на рис.3.65.
В установке применяют коллиматор 1,2,3,4, в котором 1 - источник излучения данного спектрального состава, 3 - диафрагма с круглым отверстием диаметром 1-2 мм, установленная в фокальной плоскости объектива 4. Диафрагма 3 освещается источником излучения 1 . За объективом коллиматора расположена ирисовая диафрагма 5, диаметр которой на 2-3 мм меньше диаметра свободного отверстия испытуемой системы 6.
В качестве приемного устройства служит фотометрический шар 8 диаметром 200-300 мм с ПЛЭ 9, используемым в ОЭП, соединенным с индикатором 10. Для ограничения постороннего излучения в фокальной плоскости испытуемой системы помещена диафрагма 7, диаметр отверстия которой должен быть больше диаметра отверстия диафрагмы 3. При измерении диаметры сечений пучков лучей, падающих на отверстие шара 8, должны быть одинаковы без и с испытуемой системой 6. Вначале измеряют лучистый поток, прошедший через систему 6, снимая отсчеты А 1 по индикатору 10.
Затем измеряют лучистый поток без испытуемой системы и диафрагмы 7, снимая отсчеты А 2 по индикатору 10. Отсчеты в обоих случаях снимают несколько раз.
Отношение средних арифметических нескольких отсчетов А 1 и А2 является коэффициентом пропускания:
t = A1 / A2
Оптические материалы, используемые в установке, должны соответствовать спектральным характеристикам источника излучения и ПЛЭ.
Под частотными характеристиками понимают временную частоту f изменения интенсивности лучистого потока излучателя или потока, проходящего через оптическую систему, от движущегося освещенного структурного объекта, поверхность которого имеет пространственную частоту F.
Частотной характеристикой ПЛЭ называют зависимость амплитуды электрического сигнала ПЛЭ от частоты оптического сигнала.
Инерционностью ПЛЭ называют время нарабатывания сигнала от пороговой до максимальной величины.
Инерционность ПЛЭ характеризуется постоянной времени t , которая определяет граничную частоту модуляции fгр, когда сигнал падает в заданное число раз за счет инерционности ПЛЭ.
Энергетической характеристикой ПЛЭ называют зависимость фототока или напряжения сигнала и светового сопротивления фоторезистора.
Шумовыми характеристиками называют хаотический сигнал со случайными амплитудой и частотой. Шум сигнала характеризуют среднеквадратичное значение флуктуаций тока, напряжения или светового сопротивления в указанной полосе частот. Указанную флуктуацию сигнала вызывают различные виды шумов, основными из которых являются:
- радиационный (фотонный) шум, возникающий из-за флуктуации квантов в лучистом потоке, падающего на ПЛЭ и флуктуации потока квантов, излучаемых самим ПЛЭ, т.к. его температура отлична от абсолютного нуля;
- тепловой шум, вызываемый хаотическим тепловым движением свободных электронов в самом приемнике;
- дробовой шум, вызываемый флуктуацией потока частиц электрического тока во времени;
- шум мерцания (фликкер-эффект), возникающий из-за непостоянства чувствительности ПЛЭ во времени;
- генерационно-рекомбинационный шум, вызываемый случайным характером генерации носителей тока и рекомбинации носителей и полупроводниковых ПЛЭ.
Пространственно-частотными характеристиками называют зависимость временной частоты от пространственной частоты. Пространственной частотой (ПЧ) называют величину обратную периоду структуры, т.е. число элементов регулярной структуры, приходящейся на единицу длины.
Разрешающей способностью ПЛЭ называют предельную пространственную частоту изображения структуры при которой сигнал ПЛЭ превышает пороговый сигнал в заданное число раз. Зависимость амплитуды сигнала ПЛЭ от пространственной частоты называют частотно-контрастной характеристикой (ЧКХ) (старое название) или функцией передачи модуляции (ФПМ). В оптической системе (ОС) под ЧКХ или ФПМ понимают зависимость разрешающей способности от пространственной частоты. ПЧ является двухмерной функцией.
Фотоэлектрический же приемник является одномерной функцией времени. Поэтому необходимо преобразование ПЧ во временную частоту (ВЧ).
Одним из путей решения этой задачи является применение мозаичных ПЛЭ. Другой путь - введение функции, связывающей ПЧ с ВЧ.
Одной из таких функций может быть скорость: Vx = dx/dt или w u = dj u/dt -
где dx - линейное перемещение изображения относительно ПЛЭ; Vx - линейная скорость; dt - интервал времени; dj u - угловое перемещение изображения; w u - угловая скорость.
Для этого способа в ОЭП осуществляется пространственно- временная развертка поля зрения ОП с помощью движущихся растров или сканирование изображения относительно неподвижного растра. При движении изображения в поле зрения также возникает временная частота.
Таким образом, можно считать, что пространственный спектр является статическим спектром, в то время как временной спектр - динамическим спектром изображения.
Рассмотрим теперь процесс преобразования частот с помощью движущегося растра.
В результате перемещения растра в поле зрения происходит изменение во времени облученности в произвольной точке изображения.
Функция изменения облученности во времени будет иметь вид:
Е(y',z',t) = E(z'+VT,y').
Спектр функции по пространственной и временной частотам:
Используя теорему запаздывания [13]*, преобразуем полученные выражения:
Так как
,
где d - функция Диррака, то e( w z, w y, w ) = e( w z, w y) 2 p d ( w - w zv)
Спектр изображения, пересекаемого движущимся растром, равен спектру неподвижного изображения, умноженному на дельта-функцию от (w - w zv).
Из определения дельта-функции найдем:
,
то w - w zv = 0 и w z = w /v
Т.е. между пространственно-частотными и временными спектрами существует однозначная связь: w = w x,y,zv
Из определения характеристик оптической системы, источника излучения и ПЛЭ следует необходимость согласования их характеристик между собой.
Установка для согласования спектральных характеристик рассмотрена выше (рис.3.65). Установка для определения ЧКХ также рассмотрена ранее (раздел 3.10.8 рис.3.59).На установке по рис.3.59 измеряется ЧКХ оптической системы. Но на этой же установке можно определить ФПМ ПЛЭ, если в качестве ПЛЭ 9 использовать ПЛЭ юстируемого прибора ОП.
Согласование частотных, энергетических характеристик и инерционности ПЛЭ осуществляется при энергетическом (светотехническом) расчете и выборе источника и ПЛЭ по паспортным и справочным данным.