Дипломная работа: Проектирование круглосуточной оптико-телевизионной системы
Спектральную плотность излучения источника типа А (Т =
2856 К) найдём по формуле Планка[3]:
 [Вт/м3],
где(9)
λ – длина волны [м],
Т – температура [К],
c1 = 3,7415∙10-16
[Вт∙м2],
c2 = 1,43880∙10-2
[м∙К].
Продифференцировав это выражение, а затем приравняв
результат к нулю, мы найдём из полученного уравнения длину волны λмакс,
на которой излучение наиболее интенсивно:
 λмакс
= 1,015 [мкм].
Очевидно, что
 :(10)
Рис. 2. Нормированная
кривая спектральной яркости источника типа А.
Таким образом, после интегрирования получим:  = 152,448 [мА/Вт].
·
Относительная спектральная яркость ночного неба Rnight(λ)
в диапазоне 0,4 – 1 мкм соответствует относительной спектральной яркости источника
типа А (см. рис. 7).
Найдем яркость объекта:
Если считать Солнце абсолютно черным
телом с температурой Т = 5217 К, то коэффициент использования глазом излучения
такого источника будет равен:
 , где(11)
 - относительная
спектральная яркость Солнца.
Интегральную облученность объекта найдём по формуле:
 (12)
Максимум спектральной облученности:
 (13)
Спектральная облученность объекта:
 (14)
И, наконец, спектральная энергетическая яркость
диффузно отражающего объекта:
 (15)
·
Число электронов, испускаемое фотокатодом за время  =0,2 с вследствие темновой
эмиссии, определяется следующим соотношением:
 , где(16)
Jth – плотность
темнового тока [А∙см-2],
e – заряд электрона [Кл],
Smir – площадь миры [м2],
L – расстояние до объекта [м],
Fob – фокусное
расстояние объектива [мм].
·
 - число
электронов, полученное от фотокатода за время   (постоянная времени глаза)
при облучении от зон миры, соответствующих объекту и фону:
 (17)
Где:
D – внешний диаметр входного
зрачка [мм],
d – внутренний диаметр входного
зрачка,
Kob(λ)
– спектральная характеристика пропускания объектива,
Spc(λ)
– спектральная чувствительность фотокатода [мА∙Вт-1],
W – коэффициент погоды,
α = 3,91/Sm
, где Sm – метеорологическая дальность
видимости [м],
Рекомендуемые значения для расчётов: Sm
= 18 [км] и W = 0,5, что соответствует нормальным
условиям.
 - спектральные
коэффициенты отражения объекта и фона.
Спектральная чувствительность фотокатода Spc(λ) определяется по формуле
 и имеет тот же
вид, что и нормированная спектральная чувствительность, приведённая в данных к
расчёту.
Nлаз – число лазеров в
батарее подсветки.
 = 0,9 –
коэффициент пропускания объектива на длине волны лазерного излучения.
 - коэффициент
отражения объекта на длине волны лазерного излучения.
 - коэффициент
отражения фона на длине волны лазерного излучения.
 - спектральная
чувствительность на фотокатода длине волны лазерного излучения.
 = 3 ∙ 108
[м/с] – скорость распространения импульса подсвечивающего излучения.
Pи -
мощность лазерного излучения в импульсе [Вт].
Q –
скваженость импульсов.
2σ –
расходимость лазерного излучения [рад].
·
Рассчитаем коэффициент умножения электронов:
 , где(18)
 - коэффициент
умножения МКП,
 - напряжение
разгона электронов ЭОП [В],
 - эффективность
люминофора экрана ЭОП [Вт/Вт],
 - коэффициент
преобразования плотности излучения экрана оптикой переноса, равный отношению
освещённости на ПЗС-матрице к светимости экрана ЭОП,
 - коэффициент
спектрального соответствия люминофора экрана чувствительности ПЗС,
 - интегральная
чувствительность ПЗС [А/Вт],
 - коэффициент
заполнения матрицы ПЗС, определяется по формуле:
 , где(19)
 - эффективные (с
учётом локальных линз и анти-алиас фильтров)
размеры элемента матрицы по горизонтали и по вертикали
[мкм х мкм],
 , - шаг матрицы по
горизонтали и вертикали [мкм х мкм].
Подставив численные значения, получаем:
 .
 .
·
Число темновых электронов, получаемое от ПЗС-матрицы за время  с площади изображения миры
рассчитывается как:
 , где(20)
 - количество
пикселей на площади изображения миры на ПЗС;
 - число темновых
электронов, получаемое от одной чувствительной площадки ПЗС-матрицы за время  .
Количество пикселей на площади изображения миры на ПЗС:
 (21)
Число темновых электронов, получаемое от одной
чувствительной площадки ПЗС-матрицы за время  :
 , где(22)
Idk – темновой
ток матрицы [А],
Nv, Nh – размерность матрицы.
Таким образом: 
Проведём расчёт сквозной передаточной функции ночного
канала.
1) ФПМ входного объектива.
Пространственная частота для объектива (в его фокальной
плоскости):
 [мм-1]
(23)
ФПМ определим по данным CАПР Zemax
Рис. 3. Функция передачи
модуляции объектива ночного канала.
2) Рассчитаем ФПМ электронно-оптического преобразователя.
Пространственная частота для ЭОП (в плоскости фотокатода):
 [мм-1].(24)
ФПМ ЭОП была приведена в данных к расчёту.
3) Рассчитаем ФПМ объектива переноса.
Пространственная частота для объектива переноса (в
плоскости люминофорного экрана ЭОП):
 [мм-1].(25)
ФПМ объектива переноса приведена
в данных к расчёту.
4) Рассчитаем ФПМ ПЗС-матрицы.
Пространственная частота для ПЗС – матрицы (в её
чувствительной плоскости):
 [мм-1](34)
ФПМ ПЗС, определяемая геометрией матрицы:
 (26)
ФПМ ПЗС, определяемая диффузией заряда ПЗС-матрицы в
направлении, перпендикулярном считыванию:
 ,(27)
где 𝛽
– размер плоской вершины пикселя, мкм.
Для большинства современных ПЗС на пространственных
частотах 20…40 1/мм снижение  составляет
3…4%, следовательно можно принять линейную аппроксимацию:
 (28)
ФПМ ПЗС, определяемую диффузией заряда ПЗС-матрицы в
направлении считывания, можно принять за единицу.
Очевидно, что передаточная функция всего прибора равна:
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 |
