Пособие соответствует утвержденной рабочей программе дисциплины «Современные проблемы оптотехники». Оно содержит также вопросы используемые при проведении контроля и тестирования. Библиография 76 наим

Вид материала

Учебное пособие

Содержание 3.4. Примеры оптических систем ИКС 3-го поколения К порядка 2,8…4,0, хотя спектрограф может быть рассчитан для К К= 6 имеет объем в 50 раз меньший, чем объем схемы Оффнера с тем же К

Подобный материал:

• Учебное пособие Томск 2004 ббк, 2186.02kb.
• Программа дисциплины "современные проблемы науки", 33.09kb.
• 1. Предмет, задачи и проблемы экологии как науки, 368.36kb.
• Учебное пособие соответствует обучающей программе «Типичные проблемы при медико-социальном, 516.93kb.
• «Философия. Часть I. История философии», 1572.94kb.
• Методическое пособие по переводу сокращений и выражений, часто встречающихся в аэронавигационных, 5767.72kb.
• Методическое пособие для преподавателей по выполнению лабораторных работ, вопросы программированного, 905.89kb.
• Пособие подготовлено на кафедре культурологи и социальной коммуникации, соответствует, 1593.29kb.
• Методические рекомендации 37 Библиография 40 Контрольные вопросы 41 Глава Субъектный, 78.23kb.
• Пособие подготовлено на кафедре культурологии и социальной коммуникации, соответствует, 1653.9kb.

^

3.4. Примеры оптических систем ИКС 3-го поколения

В качестве примера параметров оптических систем ИКС 3-го поколения можно привести сведения об объективах ряда перспективных систем компании Raytheon, работающих в диапазоне 8…12,5 мкм и использующих микроболометры формата 320х240 с размерами пикселов 50 мкм:

• фокусное расстояние f^' – около 23 мм;
  
• диафрагменное число К=1,0…1,2;
  
• угловое поле - 30ºх40º;
  
• задний отрезок – 7 мм;
  
• глубина изображаемого пространства – от 0,5…3 м до бесконечности;
  
• коэффициент пропускания (средний в диапазоне 8…12,5 мкм) – 0,85;
  
• атермализация в диапазоне температур от - 20ºС до +55ºС;
  
• спад функции передачи модуляции относительно нулевой пространственной частоты f₀=10 лин/мм: по центру поля – не более 60%, по краю поля – не более 40%;
  
• количество линз – не более трех.
  

Руководствуясь этими и рядом других требований, фирма Zybron, Inc. (ФРГ) разработала ряд трехлинзовых объективов с фокусными расстояниями от 8,5 до 150 мм и угловыми полями от 10,5ºх 14º до 43,5ºх 58º. Отдельные компоненты объективов были изготовлены из поликристаллов ZnS, ZnSe и инфракрасных стекол [14]. Применение этих материалов позволило уменьшить вдвое стоимость линз, по сравнению с линзами из Ge. В [15] кратко описывается технология получения этих оптических материалов (горячее прессование заготовок с диаметром до 500 мм), а также просветление деталей из них, обеспечивающее работу в трех спектральных диапазонах (1...2,6; 3…5 и 8…12 мкм) без применения специальных коротковолновых и длинноволновых отсекающих оптических фильтров.В [14] описывается оптическая схема двухдиапазонной ИКС обзорно- прицельных систем стрелкового вооружения, работающей в активно-пассивном режиме.

Рис. 3.6. Оптическая схема двухдиапазонной обзорно-прицельной системы: 1 – микроболометр, 2 – приемник лазерного излучения


Длинноволновый канал (пассивный тепловизионный) построен на базе микроболометра формата 640 х 480 пикселов размером 25 мкм и имеет объектив с диафрагменным числом 1,2 и размером углового поля по горизонту 15°. Объектив состоит из трех линз, выполненных из GАSIR, обеспечивает хорошее разрешение (до 20 лин/мм). Его компоненты имеют две асферические и одну дифракционную поверхности. Первый порядок дифракционного изображения с эффективностью 95% используется для работы длинноволнового ИК-канала, а шестой порядок – для работы ближневолнового (лазерного) ИК-канала. Функция передачи модуляции оптимизирована до значений пространственной частоты 30 лин/мм и достаточно стабильна во всем диапазоне рабочих температур (-35°…+63°С).

В процессе разработки системы пришлось отказаться от традиционной конструкции светоделителя лазерного пучка в виде тонкой плоскопараллельной пластины с нанесенными на обе её стороны сложными покрытиями, поскольку было очень трудно обеспечить плоскостность поверхностей с допуском лучше одной интерференционной полосы и сохранить её несмотря на деформации, вносимые покрытиями. Вместо такой пластинки было использовано эллиптическое зеркало с толщиной 3,5 мм и размерами 56 мм х 35мм с двухсторонними покрытиями. Для уменьшения астигматизма передающей лазерной системы был использован специальный оптический клин.

Обеспечение требуемого углового поля приемной оптической системы и устранение астигматизма, вносимого светоделителем, расположенным под углом 45° к оптической оси приемной части объектива, осуществляется с помощью двух линз (отрицательной и положительной), расположенных за светоделителем в ближневолновом ИК-канале по ходу принимаемых лучей. Эти же компоненты служат для устранения термоаберрациий путем подбора надлежащих материалов линз и оправ. Для устранения астигматизма эти линзы были слегка децентрированы одна относительно другой.

Диаметр сечения принимаемого пучка в фокальной плоскости, в котором содержится 83% энергии, при термокомпенсации в диапазоне -35° …+63°С менялся в очень небольших пределах.

В оптической системе использовались устойчивые к внешним воздействиям покрытия марок HDAR GASIR 02 и iDLC компании UMICORE, наносимые на поверхности деталей, изготовленных из Ge, GASIR, ZnSe и ZnS. Просветляющие покрытия наносились на все внутренние оптические поверхности деталей, расположенных до светоделителя; они компенсировали отчасти потери энергии на внешних, обращенных к сцене поверхностях из-за нанесения на них защитных покрытий. В результате общее пропускание лазерного излучения линзами, изготовленными из GASIR, составило 98%, а светоделителя – более 80%.

Потери на рассеяние для дифракционной поверхности составили около 2%. Кроме того, необходимо учитывать потери из-за несоответствия размера сечения пучка принимаемого сигнала (около 44 мкм) и размера пикселов ФПУ (25 мкм).

В последние годы появились ОЭС, в которых переход от одного рабочего спектрального диапазона к другому осуществляется путем быстрой перестройки пропускания оптического фильтра без каких-либо механических перемещений. К ним относятся малогабаритные, облегченные адаптивные узкополосные видеоспектрометры MANTIS-1, 2,3 (Mission Аdaptable Narrowband Tunable Imaging Spectrometers), имеющие четыре рабочих спектральных диапазона (MANTIS-3) и устанавливаемые на малогабаритных или беспилотных летательных аппаратах [8].

Основное назначение оптических систем гиперспектральных видеоспектрометров (ГВС) – разделение или выделение спектральной, пространственной и временнóй составляющих информации о наблюдаемых объектах в форме, пригодной для записи и обработки в приемнике излучения и последующем процессоре. Современные ГВС отличаются от классических монохроматоров или трехцветных систем лучшим спектральным разрешением, большей стабильностью калибровки и высоким качеством изображения. Требования к этим системам ведут к необходимости использовать телецентрические оптические схемы с малым хроматизмом, малой кривизной поля, специфическим соотношением различных аберраций, устранять блики и рассеянное внутри системы излучение. Для систем без полевой диафрагмы или входной щели, например систем на перестраиваемых фильтрах, эти требования сохраняются. В них необходимо также бороться с перекрытием двух кадров с различным спектральным составом, разделенных во времени, а не в пространстве.

Основными параметрами приемных оптических систем ГВС являются:

• фокусное расстояние f ^/,
  
• диафрагменное число К,
  
• размер полевой диафрагмы,
  
• положение входного зрачка.
  

У самолетных сканирующих ГВС, наблюдающих сцену в надир, величина f^/ зависит от высоты полета, мгновенного углового поля и размера разрешаемого пиксела. Она обычно составляет 12…75 мм.

Современные ГВС, например Ocean PHILLS, имеют диафрагменные числа ^ К порядка 2,8…4,0, хотя спектрограф может быть рассчитан для К=2 [21]. Размеры входной щели определяется заданным угловым полем. Для получения двумерной сцены щель сканируется. Ширина щели определяется эффективным размером пиксела приемника излучения, умноженным на увеличение спектрографа. Увеличение этой ширины увеличивает полезное пропускание ГВС только в том случае, если для сохранения квадратной формы мгновенного углового поля применяется анаморфотная оптическая система. Кроме того, увеличение щели уменьшает спектральное разрешение, хотя в большинстве самолетных ГВС изображения просматриваемых пикселов сцены занимают 2…4 пиксела приемника для увеличения отношения сигнал-шум, т.е. такая проблема не возникает. Наибольшие трудности возникают при использовании анаморфотных объективов, так как увеличение общего коэффициента усиления за счет уширения щели ведет к уменьшению диафрагменного числа К, если пытаться создать оптическую схему с тороидальными линзами или призмами, несмотря на сложность их изготовления.

В [21, 22] приводятся рекомендации по выбору оптической схемы приемной оптики ГВС. В частности, сравниваются схемы Кассегрена-Ритчи-Кретьена, триплета Кука (трехзеркального анастигмата) и объектива Шварцшильда.

Заслуживает внимания использование в ГВС схемы зеркального спектрометра Оффнера, имеющего малую дисторсию, малое диафрагменное число К (большое относительное отверстие) и большую величину углового поля. В этой схеме важно выбрать положение зрачка, поскольку здесь имеет место телецентрический ход лучей (входной зрачок в бесконечности). Щель определяет поле спектрографа; разложение в спектр идет вдоль каждого ряда элементов приемника излучения (по строкам), а пространственная информация о сцене снимается вдоль столбцов этих элементов. Для установления допусков угол главного луча обычно составляет от 0,2^о до 1^о при виньетировании менее 10% в зависимости от фокусного расстояния спектрометра.

В [22] описывается порядок проектирования оптической схемы спектрографа Оффнера, построенной на базе двойной зеркальной системы Гаусса и оборачивающей окулярной системы. Здесь же проводится сравнение полностью зеркальной схемы спектрометра Оффнера с зеркально-линзовой системой спектрометра Дайсона, в которой применяется иммерсионная линза, позволяющая проще осуществить юстировку, легче обеспечить большую светосилу и уменьшить габариты оптической системы, что очень важно в случае необходимости охлаждать всю эту систему (рис.3.7).



Рис.3.7. Оптические схемы спектрометров Оффнера (а) и Дайсона (б): 1 – входная щель, 2 – дифракционная решетка, 3 – выходной спектр, 4 –иммерсионная линза


Допустимые значения аберраций, включая термоаберрации, увязываются с требованиями к калибровке спектрометра. Особое внимание при этом уделяется остаточному хроматизму, который трудно контролировать в системах с телецентрическим ходом лучей, каковыми являются обе схемы. Этот хроматизм связан с изменением увеличения при переходе от одних длин волн к другим, т.е. когда дисперсия по направлению строк приемника становится большой и даже слабое спектральное перекрытие может выглядеть как новая спектральная составляющая принимаемого сигнала. Типичное значение такого перекрытия – 0,1 размера пиксела приемника. Возможна оптическая компенсация этого явления путем помещения оптического клина или другого силового компонента около щели или приемника, однако эти компоненты становятся источниками рассеянного излучения.

В качестве примера в [22] указывается, что схема Дайсона с диафрагменным числом ^ К= 6 имеет объем в 50 раз меньший, чем объем схемы Оффнера с тем же К. Здесь же приводятся оптические схемы спектрометра Дайсона в виде зеркально-линзового моноблока, обеспечивающие в диапазоне 8…12 мкм работу в 256 спектральных каналах при диафрагменном числе К=1,6. Диаметр диспергирующего элемента – дифракционной решетки равен 66 мм при шаге штрихов 18 мкм. Малые размеры спектрометра Дайсона позволяют охлаждать всю конструкцию до 100 К.

Телецентрические системы спектрометра на базе флюорида кальция или стекол с малой дисперсией, применяемые в ГВС, требуют большего количества отдельных компонентов для аберрационной коррекции и выравнивания по полю, чем в случае фотографических объективов. Такое увеличение ведет к ухудшению пропускания и усложнению оптической схемы. В инфракрасных системах для коррекции хроматизма возможно использование гибридных (дифракционных, киноформных) линзовых элементов, однако для видимого диапазона спектра это может быть непрактично из-за требований иметь широкий спектральный диапазон.

Выравнивание освещенности по полю может быть достигнуто путем ввода специального выравнивающего компонента непосредственно перед щелью или изменением формы щели. Наиболее заметно на потери пропускания влияет астигматизм и кривизна поля. Астигматизм может приводить к продольному хроматизму, а кривизна поля – к расфокусировке и соответствующим усложнениям калибровки, особенно при изменении положения фокуса из-за вариаций температуры. Компенсации астигматизма приемной оптической системы можно достичь путем юстировки оптической системы спектрографа, например путем небольшого наклона первого зеркала спектрографа Оффнера, расположенного сразу же за щелью, и второго зеркала, расположенного перед приемником, в разные стороны.

Обычно требуется, чтобы пропускание линзовой системы ГВС было не менее 65…75%, а зеркальной - не менее 90…95%. Применение просветляющих покрытий для ближнего и среднего ИК- диапазонов снижает потери излучения на них до 0,75…1,5 %, однако, эти покрытия могут привести к росту величины рассеянного излучения. Отражение от корпуса щели и окружающих поверхностей может быть больше – до 5%.

Департаментом ночного видения и электронных датчиков (NVESD) Армии США совместно с компанией ОASYS Technology LLC (FLIR) был создан опытный образец ИКС переднего обзора (3^rd Generation FLIR Demonstration), воплощающий в себе многие черты перспективных ИКС 3-го поколения [9]. Оптическая система образца (рис.3.2) состоит из двух основных узлов – афокальной системы и объектива, строящего изображение на матричном приемнике излучения. Объектив, создающий изображения в двух спектральных диапазонах, имеет четыре различных угловых поля. Анастигматическая афокальная оптическая система переменного увеличения, размещаемая перед объективом, состоит из трех зеркал и позволяет подключать другие датчики, например, телевизионную камеру для работы в видимом диапазоне. Первое и третье зеркала афокальной системы – параболические, а второе – гиперболическое. Она рассчитана так, чтобы достичь дифракционного предела разрешения в пределах углового поля в 4^о. Внеосевое расположение зеркал позволяет избежать перекрытия пучков.

Положение входного зрачка, являющегося изображением апертурной диафрагмы, которой служит размещенная внутри дьюара охлаждаемая диафрагма, локализуется как на первичном зеркале афокальной системы, так и между этой системой и объективом, строящим изображение наблюдаемой сцены. Положение входного зрачка объектива совмещено с выходным зрачком афокальной системы. Такая схема позволяет минимизировать общие габаритные размеры системы.

Двойное угловое поле обеспечивается перемещением вдоль оптической оси двух линзовых компонентов. При их сближении обеспечивается большое угловое поле (10,4^о х 13,8^о), а при расхождении – поле 5,0^о х 6,6^о. Глубина фокусировки объектива переменного увеличения составляет около 5 м.

В табл. 3.7 приводятся параметры четырех оптических каналов разработанного образца. Каналы работают как в средневолновом (3…5 мкм), так и в длинноволновом (8…12 мкм) ИК-диапазонах, причем изображения наблюдаемой сцены строятся в одной и той же плоскости, где помещается матричный приемник формата 640 х 480 пикселов с размерами 20 мкм.


Таблица 3.7. Параметры оптических систем опытного образца

3^rd Gen Demonstrator [9]

Канал	1	2	3	4
Угловое поле, градус	0,9х1,2	1,9х2,5	5,0х6,6	10,4х13,8
Фокусное расстояние, мм	610	290	111	53
Диафрагменное число	6	3	3	3
Диаметр входного зрачка, мм	101	96	37	17,5
Увеличение, крат	11,5	5,5	2,1	1,0

Аппаратура работоспособна в диапазоне окружающих температур от -40^о до +60^оС.

Эксперимент показал, что при диаметре апертуры порядка 100 мм с помощью разработанного образца можно продемонстрировать все преимущества систем 3-го поколения при заметном сокращении габаритов прибора по сравнению с системой 2-го поколения.

Агенство DARPA спонсирует программу MONTAGE по разработке компактной ОЭС, работающей одновременно в видимом и ИК диапазонах спектра [23]. Сокращение продольного габарита оптической системы достигается за счет использования сложного двухстороннего зеркала с несколькими отражательными концентрическими кольцевыми зонами различной кривизны на каждой стороне зеркала и делением входного зрачка на три концентрические зоны. Центральная зона в виде круга, заменяющая обычную для зеркальных и зеркально-линзовых зону затенения, используется для размещения широкопольного линзового объектива, работающего в видимом диапазоне. Следующая за ней кольцевая зона используется для работы зеркального объектива с троекратным изломом хода лучей, также работающего в видимом диапазоне. Третья, периферийная кольцевая зона работает в длинноволновом ИК диапазоне как зеркальный объектив с четырехкратным изломом хода лучей, отражающихся от четырех зеркальных поверхностей и собирающихся на чувствительный сой приемника – микроболометра формата 640 х 480. Ряд зеркальных поверхностей на обеих сторонах зеркала выполнен в виде концентрических кольцевых асферических поверхностей с помощью алмазного точения.



Рис. 3.8. Многодиапазонная оптическая система MONTAGE

Так как все три объектива (зоны) имеют общую оптическую ось, в системе отсутствует параллакс создаваемых ими изображений, что особенно важно для просмотра сцен с большой глубиной поля. С учетом сравнительно больших размеров пикселов современных микроболометров (17 …25 мкм) фокусное расстояние третьего объектива (зоны) было выбрано достаточно большим (164 мм), чтобы обеспечить такие же диафрагменное число, угловое поле и разрешение, какие имеют объективы (зоны), работающие в видимом диапазоне. Подбор требуемых фокусных расстояний для каждого объектива возможен путем изменения радиусов кривизны отражающих поверхностей в каждом канале (зоне) систнмы.

Из-за большого коэффициента затемнения в центральной зоне углового поля ИК канала может наблюдаться неоднородность облучения пикселов приемника. Это требует применения схемы коррекции этой неоднородности.

Как известно , одним из способов повысить геометрическое разрешение ОЭС без увеличения габаритов ФПУ и его формата, является микросканирование. Наиболее часто амплитуда принудительного перемещения изображения по поверхности фоточувствительного слоя ФПУ равна размеру двух пикселов по каждой из декартовых координат. Это позволяет удвоить эффективный формат ФПУ вдвое, т.е. повысить вдвое разрешение, не увеличивая размеры ФПУ, а также удвоить частоту Найквиста, определяющую предельную пространственную частоту в спектре изображения, передаваемую без искажений.

В [24] описывается ИКС с зеркально-линзовым объективом, построенным по схеме Кассегрена с коэффициентом затенения 0,5, и микроболометром формата 640х480 пикселов размером 25 мкм. Микросканирование в этой системе обеспечивается путем колебания второго зеркального компонента объектива (контр-рефлектора) с амплитудой 50 угл.с. по двум осям, совпадающим с осями матрицы ФПУ. Наклоны контр-рефлектора приводят к перемещениям изображения на два пикселя по каждой оси, т.е. эффективный формат ФПУ становиться равным 1280х960. Это позволило отказаться от увеличения вдвое фокусного расстояния объектива с целью повышения разрешения и, собственно, от увеличения его массы и габаритов.

Система работает в спектральном диапазоне 7…14 мкм, фокусное расстояние объектива равно 50 мм, а угловое поле – 22,6°. Эффективное диафрагменное число – не менее 1,5. Поверхности первичного и вторичного зеркал, а также полевой линзы, помещаемой перед микроболометром, выполнены асферическими. Падение освещенности для углов в 6° не превышает 15%. Объектив снабжен блендами, снижающими засветку от боковых помех. Диаметр объектива равен 75 мм, а длина – 100 мм; его масса не превышает 250 г. Подбор материалов зеркал и их оправ позволяет осуществить атермализацию для диапазона окружающих температур -30°…+60°С. Глубина изображаемого пространства – от 25 м до бесконечности. Размер чувствительного слоя микроболометра – 16х12 мм². Значение ЭШРТ при эффективном относительном отверстии объектива 1:1 и частоте кадров 60 Гц составляет около 60 мК. Переход от одного пиксела к другому при микросканировании не превышает 1,5 мс, что гораздо меньше постоянной времени пикселов микроболометра (7,5 мс). В системе имеется ручная механическая система фокусировки с разрешением 5 мкм в диапазоне 2,5 мм. Общая длина оптического блока, включая бленду, составляет 114 мм.




Рис.3.9. Оптическая смстема с микросканированием


Микросканирование повышает разрешение системы до 40 лин/мм. Наибольшее разрешение достигается в центре углового поля. Виньетирование из-за затенения части пучка лучей контр-рефлектором на краю поля составляет около 69%. Этот эффект устраняется путем калибровки системы при которой между полевой линзой и микроболометром периодически вводится затвор–шторка. Дисторсия на краю поля не превышает 2%. Механизм микросканирования, потребляющий мощность порядка 1 Вт, может быть отключен, если не требуется высокое пространственное разрешение.

Помимо описанной ИКС, получившей название IRXCAM-60, была разработана аналогичная система для работы в средневолновом ИК, длинноволновом ИК и терагерцовом диапазонах, в которой используется микроболометр формата 160х120 с размером пикселов 52 мкм (IRXCAM-160). В [24] указывается, что возможно адаптировать систему для работы с охлаждаемыми ФПУ в любом из участков широкого ИК диапазона, а также для работы с микроболометрами компании Ulis, имеющими размер пикселов 17 мкм.

При разработке двухдиапазонных систем все чаще применяются оптические системы с переменным диафрагменным числом объектива, в состав которого входит охлаждаемая диафрагма. При меньшем диафрагменном числе К лучше решается задача обнаружения излучающих целей в длинноволновом ИК-диапазоне, а при большем К – задача идентификации целей в средневолновом диапазоне. Так, разрабатываемые компанией AIM Infrarot-Module GmbH системы будут иметь охлаждаемые диафрагмы и изменяемые диафрагменные числа – К=3 и менее в длинноволновом ИК-диапазоне и К=6 и более в средневолновом ИК-диапазоне [5].

Для ослабления или исключения вредного влияния собственного излучения оптических деталей на работу высокочувствительных ФПУ, охлаждаемых до криогенных температур, продолжаются попытки разработать такие ИКС, в которых оптическая система помещается вместе с ФПУ в единый охлаждаемый объем – DDCA (Detector-Dewar-Cooler Assembly).

Достоинством таких систем являются:

- отсутствие необходимости иметь механическую или электронную систему коррекции расфокусировки, возникающей при изменении температуры окружающей объектив среды;

- снижение требований к системе коррекции неоднородности чувствительности пикселов ФПУ, также возникающей при изменении окружающей температуры; кроме того, за счет уменьшения количества и длительности этапов калибровки ФПУ при такой коррекции уменьшается «нерабочее» время функционирования системы, когда, например, перед ФПУ помещается равномерно излучающая шторка;

- снижение уровня фона от внутриприборного излучения, т.е. собственного излучения оптических деталей и их оправ, находящихся при стабилизированной криогенной температуре охлаждения.

Интересной представляется конструкция ИКС со встроенной в сосуд Дьюара (дьюар) оптической системой, состоящей из трех линз и спектрального фильтра (рис.3.10) [25]. Перед дьюаром расположен неохлаждаемый защитный оптический компонент – обтекатель, представляющий собой тонкий выпуклый мениск с одинаковыми внешним и внутренним радиусами, т.е. имеющий нулевую оптическую силу.

Описанная в [25] охлаждаемая до 80 К система с диафрагменным числом К=2 и угловым полем 105^о х 135,5^о, предназначена для получения изображения дальнего поля при фокусировке на бесконечность или на другое фиксированное большое расстояние. В связи с разными углами падения лучей на поверхности ее компонентов в системе использованы просветляющие покрытия двух типов – для малых и больших углов падения. Масса системы не превышает 5 г, а габариты невелики, что делает небольшой тепловую нагрузку (охлаждаемую массу) системы охлаждения.

Исследования этой системы показали, что качество полученного с ее помощью изображения точечного объекта близко к дифракционному пределу – значение функции передачи модуляции не падало менее 0,66…0,7 от максимума для угла визирования 72^о и пространственной частоты 24 периода/мм. В кружке рассеяния радиусом 7 мкм содержалось 70…75% от всего потока, собираемого системой. Изменение облученности чувствительного слоя ФПУ не превышало 10% на краю поля размером 65^о.

В [25] приводятся результаты исследований такой системы при ослаблении эффекта Нарцисса путем ввода специальной охлаждаемой диафрагмы, опоясывающей первый линзовый компонент, помещаемый сразу после неохлаждаемого обтекателя. Кроме того, исследовался процесс возникновения из-за наличия просветляющих покрытий ложных изображений (гало) при появлении мощных боковых излучающих помех, находящихся вне углового поля объектива, и рассеянного внутри корпуса дьюара паразитного излучения. Как указывается в [25], предложенные меры борьбы или ослабления этих вредных явлений оказались достаточно эффективными.




Рис.3.10. Охлаждаемая оптическая система

Расширение объема производства асферических и дифракционных линз заставило искать более дешевые методы их изготовления, нежели применявшийся многие годы метод одноточечного алмазного точения. Одним из таких методов является моллирование (прессование). В [26] сопоставляются достоинства и недостатки этих двух методов с точки зрения получения заданной формы оптической поверхности с определенными допусками. При экспериментальных исследованиях технологического процесса изготовления линз диаметром 10 мм время на изготовление методом моллирования составило 33 минуты, а методом алмазного точения таких же линз – 153 мин. При моллировании одновременно формируются обе поверхности линзы, исключается необходимость последующей центрировки, проще осуществляется контроль параметров линзы. Компания LightPath Technologies разработала технологию моллирования линз диаметром от 25 до 50 мм из халькогенидных стекол.

Одним из направлений развития современных ОЭС является создание адаптивных систем, способных изменять свои параметры и характеристики при изменении внешних условий. Простейшими являются системы, в которых автоматически изменяется величина потока при облученности на фоточувствительном слое ФПУ, что предотвращает насыщение ячеек схемы считывания зарядов с пикселов ФПУ или растекание зарядов по соседним пикселам, т.е. снижение разрешающей способности всей системы. Примером является устройство, работающее в видимом и ближнем ИК диапазонах и названное динамическим солнечным фильтром (DSF – Dynamic Sunlight Filter) [27].

В исходном(нормальном) состоянии, когда облученность не превышает некоторого заданного уровня, фильтр полностью прозрачен. Если же облученность превышает заданный порог, что может случиться при попадании прямого солнечного света на входной зрачок ОЭС или при возникновении засветки от фар встречного автомобиля, пропускание адаптивного фильтра падает, снижаясь практически до нуля. После устранения внешней мощной засветки фильтр восстанавливает свое первоначальное пропускание.

Описанный в [27] фильтр основан на новых наноструктурах и наночастицах, используемых для создания нелинейной рассеивающей среды. Эта среда при малых мощностях проходящего через нее сигнала вносит только поглощение потока, но не его рассеивание. При увеличении сигнала растет его рассеивание. Фильтр может работать в режиме блокирования сигнала – быстрого снижения пропускания до нуля и в режиме постепенного нелинейного снижения прозрачности до некоторого уровня насыщенности. В первом режиме происходит быстрое изменение взаимодействия металлических и неметаллических слоев, из которых состоит фильтр, вплоть до их разрушения. Во втором режиме возникает рассеяние излучения на наночастицах, находящихся на пути лучей и вызывающих поглощение потока. Авторы [27] предполагают, что время отклика (постоянная времени фильтра) не превышает 50 мс.