ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО
Полезная модель относится к элементам оптических систем, ограничивающих попадание в плоскость фотоприемника вредного рассеянного излучения, в частности от деталей оптической системы, и может быть использована в фотоприемных блоках охранных и переговорных устройств, работающих на оптическом излучении.
Для защиты входных окон оптических приборов от влияния рассеянного света используют бленды (Якзлшенков Ю.Г., Луканцев В.П., Колосов М.П. Методы борьбы с помехами в оптико-электронных приборах. М.: Радио и связь, 1981. - 180с.  Справочник конструктора оптикомеханических приборов./ В.А.Панков, М.Я.Кругер, В.В.Кулагин и др.; Под общ. Ред. В.А.Панкова. 3-е изд. Перераб. И доп. - Л.: Мапшностроение, Ленингр. Отд-ние, 1980,-742с. 2 ). Обычно все бленды устанавливаются перед входным зрачком объектива, что приводит к зшеличению габаритов оптического прибора.
Принцип действия бленды заключается в уменьшении потока излучения от фона или помех, т.е. в уменьшении телесного угла засветки, приближая его к значениою углового поля оптической системы. Таким образом, срезается излишняя часть вредных лучей, а для большего эффекта внутри бленды размещаются плоские кольцевые или конические диафрагмы.
.2 О  О О  . 1 8 S 6 3 G03B 11/04
Анализ типовых и наиболее распространенных типов бленд показывает, что некоторая часть рассеянного света второго и высшего порядков все-таки отражается во входное окно бленды.
Для сравнительного анализа с заявляемой полезной моделью выбрана оптическая система использующая бленду по А.с. №1418637. Бленда, G 03 В 11/04, Б.И. № 31, 1988 3. В канале ввода этой оптической системы бленда расположена после объектива. Бленда содержит две соосно установленные диафрагмы, каждая из которых выполнена в виде непрозрачного усеченного конуса, при этом меньшее основание первого конуса контактирует с большим основанием второго усеченного конуса, который установлен внутри первого непрозрачного усеченного конуса.
Бленда работает в сходящихся пучках, т.е. она расположена после объектива, что уменьшает габариты оптико-электронного прибора.
Однако в этой бленде некоторые лучи рассеянного света второго и высшего порядков попадают на поверхность оптики объектива, после чего они, хотя и ослабленные, попадут через отверстие внутренней диафрагмы на плоскость фотоприемника, вследствие чего оптическая система будет иметь меньшее отношение сигнал/шум.
Задачей полезной модели является увеличение соотношения сигнал/шум, повышение чувствительности оптического устройства, что достигается уменьшением влияния рассеянного света на фотоприемник и созданием более равномерной облученности чувствительной поверхности
. 2
фотоприемника (Парвулюсов Ю.Б. и др. Проектирование оптикоэлектронных приборов: Учеб. пособие для студентов втузов / Ю.Б. Парвулюсов, В.П.Солдатов, Ю.Г.Якушенков; Под общ. Ред. Ю.Г.Якушенкова. -М.: Машиностроение, 1990. -432с.4 ).
Поставленная задача решается следуюш;им образом. В оптическое устройство, содержащее объектив, цилиндрический канал ввода излучения, две соосно установленные диафрагмы, каждая из которых выполнена в виде непрозрачного усеченного конуса, введена непрозрачная крышка, контактирующая с большими основаниями конусов по диаметру канала ввода излучения, при этом меньшее основание первого конуса, с диаметром равным диаметру кружка рассеяния dp, расположено в фокальной плоскости объектива, а меньшее основание второго конуса совпадает с кружком, образованным от пересечения телесного угла поля зрения, проходящего через кружок рассеяния, с конической поверхностью, образованной зеркально отраженными от стенок цилиндрического канала ввода лучами первого порядка. Фотоприемник констр)пктивно располагается за фокальной плоскостью перед крышкой.
Кроме того, угол между противоположными образующими первого конуса равен
3D + /,
2ft  2arctg а расстояние между фотоприемником и фокальной плоскостью равно
.tiUi /-// j 3
2/  D В и f- световой диаметр и фокусное расстояние объектива; - диаметр фотоприемника. Конструкция и принцип работы устройства пояснены на фиг.1, где ображено продольное сечение устройства. Здесь: 1-объектив; 2-канал ввода излучения; 3-первая главная диафрагма; 4-вторая диафрагма; 5-фотоприемник с диаметром Вф; 6-непрозрачная крышка; 7-фокальная плоскость, проходящая через задний фокус F; АВ - dp - диаметр кружка рассеяния; 2а - угол от сфокусированных лучей с учетом аберраций для одного из крайних случаев, когда лучи 8 и 9 проходят через кружок рассеяния АВ и полностью попадают на чувствительную поверхность фотоприемника 5; 2р - угол между противоположными образующими первого конуса AN и GA и KB - образующие телесного угла поля зрения; 10 и 1Г - зеркально отраженные от стенок корпуса объектива лучи первого порядка - эти щчу попадают в периферию кружка рассеяния. , i г  6 .: 4
линзы объектива. С левого торца конуса объектива закреплена линза 1 (или несколько линз), а в правый край корпуса объектива 2 соосно вставлены две диафрагмы 3 и 4. Во внутренней полости диафрагмы 3 на ее продольной оси, совпадающей с продольной осью корпуса объектива 2, закреплен фотоприемник 5, чувствительная поверхность которого обращена в сторону линзы 1. Правый торец корпуса объектива 2 закрывается непрозрачной крыщкой 6 с целью исключения попадания постороннего света в полость диафрагмы 3.
Диафрагмы 3 и 4 выполнены в виде усеченных непрозрачных конусов, причем края внутренних оснований заточены до лезвия.
Канал ввода излучения 2, внутренняя поверхность крыщки 6, внутренние и наружные поверхности конусов 3 и 4 окрашены черной матовой краской, хорощо поглощающей излучение.
Чтобы лучи прямой засветки не попадали на чувствительную поверхность фотоприемника 5, диаметр меньшего основания первого конуса 3 должен быть равен диаметру кружка рассеяния dp.
Практически с учетом погрешности наводки устройства на источник излучения этот диаметр следует изготавливать чуть больше диаметра dp.
Размер кружка рассеяния зависит от конструкции оптической части объектива и составляет доли миллиметра.
Кружок рассеяния - это площадка в фокальной плоскости, в которой сосредоточена вся сфокусированная объективом энергия при наличии всех видов аберраций (Якущенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных
приборов: Учебник для студентов приборостроительных специальностей вузов.-1989.-360с. 5).
Исходя из условия, что весь поток (сфокусированное объективом изл)ение), проходящий через кружок рассеяния, должен приходиться на чувствительную поверхность фотоприемника 5. Из геометрических построений
tД   ф
2(/ + Лр 2ЛР 2(ЛР + А)  находим величину смещения фотоприемника за фокальную плоскость
А  (1)
(C + rf,)
Угол 2р главного конуса 3 выбирается из соображений, чтобы отраженный свет первого порядка (лучи 10 и 1Г) не попадал на фотоприемник 3, т. е. образующие конуса AN и ВМ должны быть направлены по ходу лучей 10 и 1Г.
Из геометрических построений
п -D/
л Л + D  /2+ /2
/ УУ
определяем
2/  2arctgl3D + d)/2f .(2)
Из геометрических соотношений размеров диафрагмы 3 можно показать, что продольный размер всего устройства составляет 4f / 3.
,
порядка 10 и 1Г не проходят через отверстие АВ главного конуса 3 на фотоприемник 5 1,2.
Исходя из расположения точек Пн и Пв заключаем, что меньшее основание второго конуса 4 должно совпадать с кругом, образованным пересечением телесного угла поля зрения (лучи GA и KB), проходящего через кружок рассеяния АВ, с конической поверхностью, образованной зеркально отраженными лучами первого порядка 10 и 1Г от стенок пилиндрического канала ввода 2.
Устройство работает следующим образом. Сфокусированное полезное излзд1ение от источника с учетом аберраций проходит через меньшие основания диафрагм 3 и 4 на всю светочувствительную поверхность фотоприемника 5.
Лучи прямой засветки от помех и фона, проходящие через линзу 1 под острым углом к продольной оси устройства, экранируются диафрагмами (конусами) 3 и 4. Далее эти лучи, многократно отражаясь от внешней поверхности диафрагмы 4 и стенок 2, уходят к точкам М и N, ослабляясь при каждом отражении.
Лучи прямой засветки, падающие на цилиндрический канал ввода 2 между точками Q и М, отражаются в сторону второй диафрагмы 4. Далее часть лучей, многократно отражаясь от канала ввода 2 и внешней поверхности конуса 4, уходит к точкам М и N.
конусами 3 и 4, и там ослабевает, многократно отражаясь к точкам М и N, а другая часть лучей, попав в малое основание конуса 3, проходит мимо фотоприемника 5. Далее многократно отражаясь от крышки 6 и внутренней поверхности конуса 3, уходят к точкам М и N.
Лучи прямой засветки, падающие на з асток KQ ближе к точке К, будут отражаться между стенками канала ввода 2, и в конечном итоге экранируются диафрагмой 4.
Часть лучей, падающих между точками К и Q, и диффузно отраженных от стенок 2, попадает на фотоприемник 5 через малые отверстия конусов 3 и 4. Для экранирования этих лучей (света первого порядка) можно применить экранирующие диафрагмы, аналогичные диафрагме 4, и расположенные между точками К и Q. Учитывая то, что они проходят под острым углом к стенкам 2, то по закону Ламберта 5 эти лучи малой силы излучения и поэтому дополнительные диафрагмы можно не ставить.
Предложенное устройство, обладая конструктивной простотой, повышает зашишенность фотоприемника от вредного рассеянного света и обеспечивает более равномерную облученность всей светочувствительной плошадки фотоприемника.