л„п ,тп 2 и направляются на Чувст- Рис. 5.12. Схема зеркально-линзовой теле-!филп1р - . . , п., о и и о о скопической системы.

ительную площадку приемника излучения /. Элементы оптической -системы заключены в корпус б.

В фокальной плоскости объектива и второй линзы, т. е. в точке пересечения лучей, находится диафрагма поля зрения 5, позволяющая регулировать телесный угол, в пределах которого пучки лучей <10падают на приемник. Вблизи этой диафрагмы расположен еще один -фильтр 4, подавляющий излучение

фона. Угол падения лучей для этого фильтра не является критичным. Перед объективом расположена апертурная диафрагма 8, которая ограничивает величину лучистого потока, проходящего через оптическую систему.

Для уменьшения габаритов фокусирующей системы применяют комби-нацию из объектива и двояковогнутой линзы (рис. 5.11, б). Такая система дает прямое изображение объекта, но отличается малым полем зрения.

Входным зрачком системы, изображенной на рис. 5.11, а, является апер- турная диафрагма, выходным - изображение апертурной диафрагмы в про-.странстве изображений. Увеличение системы равно отношению диаметров .входного и выходного зрачков.

Оптическая система смешанного типа, состоящая из двух зеркал н двояковогнутой линзы, показана на рис. 5.12. Первичное зеркало 2 направляет 41ринимаемое излучение на вторичное зеркало /, которое отражает лучи в направлении двояковогнутой линзы 3. Последняя преобразует сходящиеся лучи в параллельные, что необходимо для функционирования интерференционного фильтра 4, расположенного за линзой.* Пройдя фильтр, лучи попадают на чувствительную площадку приемника излучения 5.

;5.2. СКАНИРУЮЩИЕ ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА

Теплоизлучающий объект и окружающий его фон образуют тепловое поле, характеристики которого изменяются в пространстве и во времени. Для обнаружения теплоизлучающего объекта необходимо осуществлять просмотр (сканирование) теплового поля и его анализ.

В современных инфракрасных приборах применяют сканирующие уст-.ройства пассивного типа, которые осуществляют просмотр теплового поля по заранее заданной неизменной программе. Не исключено применение ска- Нирующих устройств активного типа с самонастраивающейся программой iipocMOTpa поля, которая должна быть оптимальной для поиска зоны, имею-щей заданные параметры. Как активные, так и пассивные сканирующие уст-.ройства могут просматривать тепловое поле непрерывно, по всем его точкам или дискретно, с разрывом во времени или в пространстве.

Ввиду того, что информация об объекте может возникать в различных участках поля, большое значение имеет выбор оптимальной последовательности съема информации. Если существует некоторая закономерность появления объекта в определенной зоне поля, то сканирующее устройство должно осуществлять сканирование с большей подробностью тех областей поля, * которых вероятность появления объекта велика, и с меньшей подробностью тех областей, в которых вероятность появления объекта мала. В этом отношении сканирующее устройство должно быть построено на принципах, используемых в зрительном аппарате человека, прошедшем длительное развитие [9].

* Если лучи падают на интерференционный фильтр под углом Дф к нормали, то длина волны, соответствующая максимуму коэффициента пропуска- ия фильтра, смещается на величину ДЛ = ЯДф.

Наиболее простым устройством для обзора теплового поля являете устройство с одним приемником излучения. Просматриваемый участок теплового поля определяется углом обзора, который в данном случае равен углу зрения фокусирующей оптической системы. Для увеличения угла обзора используют набор одноэлементных приемников излучения (мозаику), расположенных в линию или квадратом.

Угол обзора можно увеличить и при использовании одноэлементного приемника, если в каждый момент времени направлять на него лучистый поток с определенного участка теплового поля. Для этого на пути распространения лучистого потока устанавливают призму или зеркало, которые при помощи электромеханических элементов меняют по определенному закону положение оси в пространстве и перемещают изображение сканируемого поля относительно неподвижного приемника излучения.

Возможно и другое решение задачи, когда приемник и оптическую систему устанавливают на специальном механическом устройстве, которое изменяет по определенному закону пространственное положение оптической оси. Основным недостатком таких систем является малая допустимая скорость сканирования, так как пространственное движение совершает механическое устройство, имеющее сравнительно большую массу.

В зависимости от формы сканируемой области поля выбирают соответствующие траектории сканирования: строчную, телевизионную, спиральную розеточную и др. (рис. 5.13).

Рассмотрим несколько схем сканирующих устройств, осуществляющих различные траектории сканирования. Для сканирования теплового пол прямоугольной формы применяют плоское зеркало, совершающее колебательные движения относительно двух взаимно перпеникулярных осей (при одноэлементном приемнике излучения) или относительно одной оси (при миогоэлементиом линейном приемнике излучения). На рис. 5.14, а приведена схема сканирующего устройства для одноэлементного приемника с расположением плоского зеркала перед объективом - в параллельном пучке лучей. Электродвигатель / приводит во вращение через редуктор 2 кулачки S и 9 строчной развертки и кулачок 6 кадровой развертки. Кулачки входя1 в соприкосновение с шаровыми опорами 4, 7 и 10, установленными на плоском отражающем зеркале . Зеркало во время движения прижато к кулачкам пружинами 5 и в и координируется от смещения центральным заостренным штифтом, поджимаемым к зеркалу пружиной (иа рисунке ие показано). При вращении кулачков зеркало перемещается в пространстве, осуществляя строчное сканирование луча.

Устройство для сканирования поля круглой формы по спиральной траектории изображено на рис. 5.14, б. Плоское зеркало И укреплено на валу электродвигателя / так, что может наряду с вращением совершать некоторые отклонения в плоскости вала. Двигатель / приводит также во вращение через передачу 2 кулачок 15, скорость вращения которого значительно меньше скорости вращения зеркала. На зеркале установлен ролик 16, перемещающийся при вращении зеркала по кулачку 15 и прижимающийся к поверхиости кулачка пружиной 17. При вращении вала зеркало совершает вращательно-колебательное движение, осуществляя сканирование по спиральной траектории.

В случае использования многоэлементного (линейного) приемника излучения конструкция сканирующего устройства упрощается, так как в этом случае плоское зеркало должно совершать колебательное движение относительно одной оси (f/ на рис. 5.15, а).

В сканирующем устройстве, изображенном на рис. 5.15, б, фокусировка излучения осуществляется сферическим зеркалом с фокусным расстоянием 250 мм и диаметром 100 мм, имеющим пятно остаточных аберраций порядка 250 мкм. Расстояние между фокусирующим и сканирующим зеркалами со-ставлет 350 мм. Частота колебаний сканирующего зеркала (20 Гц) определяется его моментом инерции и жесткостью крутильной пружины, на которой оно подвешено. При движении зеркала неконтактный датчик выдает сигнал, соответствующий перемещению зеркала вперед или назад. Этот сигнал уси-

Рис 6.13. Траектории сканирования: о -строчная; б - розеточная; в - телевизионная; Г-спиральная; а -циклоидальная.

Рис 5.14. Оптико-механические устройства для сканирования по строчной (а) и спираль-вой (б) траекториям с расположением плоского зеркала в параллельном пучке лучей.

а

Рис 5.13

а

czzx