ecosnos.ru |
Главная Пирометры частичного излучения 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 [ 57 ] 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 (прожекторы, лазеры), которые увеличивают естественную освещенность в некоторой спектральной области, выбирёемой в соответствии со спектральной чувствительностью приемника излучения. Изображение объекта получается за счет различий в отражательной способности элементов объекта и окружающего его фона, а также вследствие теневых эффектов. Электронно-оптические ПНВ широко применяют для вождения транспортных средств в ночных условиях, фотографирования звездных полей и туманностей, для исследования поведения животных (особенно тех, которые активны в ночное время), а также для спектрометрических исследований плазмы и общебиологических исследований. С их помощью возможно наблюдение в инфракрасных лучах живых клеток, которые погибали бы под действием видимого или ультрафиолетового излучения. Таким образом, ПНВ с электронно-оптическими преобразователями, долгое время рассматривав- шиеся как элементы военной техники, превратились в универсальный инструмент для научных исследований и навигации. Термографические ПНВ состоят из оптической системы, приемника излучения, сканирующего устройства, осуществляющего поэлементный обзор пространства, и регистрирующей аппаратуры для зчписи интенсивности излучения каждого просматриваемого элемента. Собственное или отраженное излучение элементов объекта или местности преобразуют в Электрические сиг' налы, пропорциональные интенсивности излучения, которые в дальнейшем используют для наблюдения заданного объекта. По такому принципу работают сканирующие тепловизоры, позволяющие наблюдать на экране кинескопа изображение объектов, температура которых отличается от температуры окружающего фона... Тепловизоры имеют оптико-механическую или фотоэлектронную систему сканирования. В тепловизорах с оптико-механической системой сканирования развертка наблюдаемого объекта на элементы производится оптическими деталями, перемещающимися по ,определен-ному закону. Фотоэлектронная система сканирования предусматривает применение телевизионных передающих трубок, чувствительных к излучению в инфракрасной области спектра. Тепловизоры успешно применяют в космической технике для снятия тепловых карт местности, в медицине для обнаружения злокачественных опухолей на ранних стадиях, в . промьшшенности для технической диагностики электронных схем и оборудования, а также в авиации и мореплавании для навигации в ночных условиях и обнаружения встречно движущихся объектов. Наряду со сканирующими тепловиворами разработаны н е с к а н н-рующие преобразователи изображения. К ним относят эвапорограф, эджеограф, а также разнообразные твердотельные электролюминесцентные преобразователи, длинноволновая граница чувствительности которых достигает 4,5 мкм. По разрешающей способности и пороговой чувствительности несканирующие преобразователи изображения уступают тепловизорам с оптико-механическими и фотоэлектронными системами сканирования. Радио-оптические ПНВ, находящиеся еще в стадии разработки, основаны на использовании отраженного от объекта излучения в диапазоне миллиметровых и субмиллиметровых волн. Отличительная особенность этих ПНВ - возможность их работы при любых метеорологических условиях. Экспериментальные исследования показали возможность создания всепогодной аппаратуры для наблюдения в ночных условиях различных предметов с удовлетворительной степенью разрешения [59]. Приборы для фотографирования в инфракрасных лучах используют при изучении подлинности картин, восстановлении стертых и зачеркнутых документов, а также в астрономических исследованиях. Больших успехов в последнем направлении достигли советские ученые, впервые применившие для фотографирования звездных полей и внегалактических туманностей каскадные ЭОП [39, 59]. При использовании эвапорографов удается получить фотографии в гораздо более далекой инфракрасной области,чем при прямом фотографировании на сенсибилизированные пластинки или при фотографировании с помощью ЭОП. 2. ПНВ С ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ Эти приборы состоят из ЭОП с блоком питания и оптической системы. В тех случаях, когда прибор работает в активном режиме необходим источник подсвета объектов наблюдения. Главными элементами оптической системы являются объектив и окуляр. Объектив прибора служит для построения на фотокатоде ЭОП изображений наблюдаемых объектов с требуемым увеличением. В случае, когда объекты находятся на расстояниях, больших практической бесконечности , фотокатод совмещают с фокальной плоскостью объектива. Если же расстояние между рассматриваемыми объектами и прибором ограничено некоторой величиной L, фотокатод смещают за фокальную плоскость на величину где - фокусное расстояние объектива. Освещенность изображения, построенного объективом, сфокусированным на бесконечность, пропорциональна квадрату его относительного отверстия (1>об об) и рассчитывается по формуле 6l£o6? (7.,) ♦ где - освещенность объектива, создаваемая наблюдаемым предметом; Tpg - коэффициент пропускания объектива; з - площадь изображения предмета в фокальной плоскости объектива. Из формулы (7.1) следует, что основное требование, предъявляемое к объективам приборов для ночного видения, заключается в большой величине их относительного отверстия. Кроме того, объективы должны иметь большое фокусное расстояние, так как при низких уровнях освещенности и постоянном относительном отверстии с уве- Рис. 7.1. Оптическая схема ПНВ: / - зеркальио-лиизовый объектив; 2 - ЭОП; 3 - окуляр личением фокусного расстояния значительно повышается возможность распознавания объектов. Увеличение фокусного расстояния связано с увеличением размеров аппаратуры и ограничением поля зрения, поэтому, если поиск объектов имеет такое же важное значение, как и их распознавание, необходимо применять объектив с переменным фокусным расстоянием. В ПНВ с ЭОП применяют три типа объективов: линзовые, зеркальные, и зеркальив-линзовые. Линзовые объективы состоят из нескольких линз, так как только в этом случае удается скорректировать основные аберрации при больших относительных отверстиях. Эти объективы сложны по конструкции, имеют малый коэффициент пропускания и большую массу. Основным достоинством зеркальных объективов является высокий, коэффициент пропускания и возможность изготовления объективов большого диаметра (до 500 мм) при относительно малой массе. Для получения изображения высокого качества на сферической поверхности фотокатодор ЭОП применяют специальные зеркально-линзовые объективы, имеющие афокальные двухлинзовые компенсаторы (рис. 7.1). Фокусное расстояние объектива 150 мм, относительное отверстие 1 : 1,5; он создает высококачественное изображение диаметром 40 мм нафотокатоле с радиу- COM кривизны 80 мм. Данные другого зеркально-линзового светосильного объектива: диаметр 275 мм, фокусное расстояние 185 мм, угол зрения 40°, разрешающая способность на изображении 76 линий/мм [59, 61}. Возможности обнаружения и распознавания объектов в ночных условиях могут быть расширены при использовании объективов с переменным фокусным расстоянием или с двумя фокусными расстояниями, относящимися как 10 : I и более. Окуляр ПНВ служит для рассматривания с необходимым увеличением изображения на экране ЭОП. Окуляры работают в видимом свете, поэтому они просветляются и корректируются для длины волны Я, = 0,55 мкм. Параметры окуляров: увеличение 4-10, фокусное расстояние 40-60 мм, относительное отверстие. 1:(2,5-3,0), угол поля зрения 30-40°. Оптическая схема окуляра, предназначенного для совместной работы с экраном сфериче- Рис. 7.2. Конструктивная схема простейшего ПНВ с однокамерным ЭОП: /-объект наблюдения; 2-объектив; 3 -оптическое изображение объекта; 4 -фотокатод ЭОП; 5 - фокусирующее устройство; 6 - анод; 7 - электронное изображение объекта; 8 - окуляр; 9 - выходное окно прибора; 10 - низковольтная батарея; - высоковольтный блок питания ЭОП ской формы, показан^ на рис. 7.1. Фокусное расстояние окуляра 53 мм; относительное отверстие I : 2,7; увеличение 4,7 и линейное поле зрения 40 мм. При использовании в ПНВ специальных объективов и окуляров уменьшается астигматизм изображения, а разрешение по полю получается равномерным. Конструктивная схема простейшего ПНВ с однокамерным ЭОП показана на рис. 7.2. Излучение от объекта фокусируется объективом на фотокатоде ЭОП, образуя невидимое изображение. Элек*роны фотокатода преодолев потенциальный барьер, покидают его и под действием ускоряющих напряжений Ux и Ui устремляются к аноду-экрану. Электростатическое поле фокусирующего устройства формирует электронное изображение. Электроны, воздействуя на люминофор экрана, вызывают его свечение, вследствие чего появляется видимое изображение объекта. С помощью окуляра рассматривается изображение объекта. ЭОП питается от высоковольтного блока с низковольтной батареей. По такой схеме выполнены ПНВ с ЭОП типа CV -144 и CV-H& (Англия), показанные на рис. 7.3. Изображение объекта на фотокатоде создает асферический объектив в сочетании с корректирующей пластмассовой линзой. Окуляром служит простейшая плоско-выпуклая линза. Поле зрения оптической системы 25°. Источник питания ЭОП - батарея напряжением 3 кВ, размещенная в рукоятке прибора. , К числу новейших разработок английских фирм относится ПНВ-,пассивного типа, основанный на использовании трехкамернЬго ЭОП с волоконным Светопроводом. Кроме ЭОП, прибор содержит объектив, электронный блок питания с никель-кадмиевой батареей и окуляр. При использовании таких приборов местность, освещаемая звездами (освещенность 10 *-10~S лк), выглядит так же, как и при дневном свете. |