nabbla (nabbla1) wrote,
nabbla
nabbla1

Categories:

Про интерференционный светофильтр

В данном приборчике, видеоизмерителе параметров сближения, хочется максимально отгородиться от паразитной засветки, проще говоря от Солнца. Для этого, в том числе, нужно поставить светофильтр, который практически на 100% пропустит полезный сигнал от ИК светодиодов, но задержит всё остальное.

Самый простой светофильтр - это цветное стекло. На них есть ГОСТ 9411-91, где перечислены десятки марок стекла и их характеристики. В своё время я "оцифровал" их все, игрался так и эдак, смотрел, чего можно достичь, подбирая одно, два или три таких стекла. И всё выходило не то: либо вообще весь сигнал "зарежешь", либо не отфильтруешь толком, полоса пропускания в разы шире, чем нам надо! А ко всему прочему, эти стёкла не столь качественные, как бесцветные - в них могут быть свили и пузыри.

А поначалу и вовсе хотели поставить не светодиоды, а лазерные диоды с шириной спектра 5 нм, и светофильтр соответствующий. Тут уж явно никакие цветные стёкла не помогут, нужен интерференционный фильтр!

По сути, это покрытие нужной толщины на стекло, или даже несколько слоёв подряд, так подобранные, чтобы лучи нужной длины волны интерферировали конструктивно, а остальные - деструктивно.

Дело это хорошо налажено, можно вакуумщикам заказать необходимые параметры - они сделают.

Но есть у этих фильтров "врождённая болячка" - их характеристика "гуляет" в зависимости от угла падения лучей. Плёнка бензина в луже - вполне себе интерференционный фильтр, и из-за этого эффекта даёт радужные разводы.

Такой график нам нарисовали для предполагаемого светофильтра на 808 нм, плюс-минус 5 нм:


Падают лучи под прямым углом - всё хорошо. Упадут под углом 12° (с края поля зрения) - и полезный сигнал начнёт основательно резаться, см ещё один график в конце поста. А ведь 12° - это край поля зрения по горизонтали или вертикали. По диагонали и вовсе 17°, и тут вообще хоть стой, хоть падай, ничего не останется!

Так эта задача решается "в лоб":


Объектив начинается с "широкоугольного конвертора", который "спрямляет" лучи, пропускает их через светофильтр, а уже после этого стоит длиннофокусный объектив, формирующий изображение на матрице. Огромная прорва линз, конструкция эта запросто может половину пространства сожрать в приборе, искажения приличные получаются.

Неужели нельзя как-то проще с этим справиться? Оказывается, можно. По крайней мере, в этом конкретном приборе, использующим оптику с маленьким относительным отверстием, всего 1:11.


Надо напылить этот светофильтр на сферическую поверхность максимально близко к фотоприёмной матрице!



Центр кривизны этой сферической поверхности должен лежать на задней главной точке объектива (если объектив из одной линзы состоит, то это, считай, центр линзы).

В таком случае, лучи, проходящие через центр линзы, будут попадать на светофильтр строго по нормали. Но поскольку входной зрачок совсем небольшой, 3,3 мм, то и лучи, идущие "с краёв", будут идти очень близко к нормали. Угол падения не превысит 2,6°. Это, по сути, 1/22 радиан, выраженные в градусах. Берём относительное отверстие 1:11, и делим ещё на 2, поскольку нас интересует не диаметр входного зрачка, а его РАДИУС, делёный на фокусное расстояние, это и будет угол, под которым крайний луч падает на светофильтр.

Результат: вместо здоровеннейшей системы из 9 линз получаем всего 2 линзы. Вместо длины 180 мм, всего 36 мм и аберрации оптической системы, пренебрежимо малые на фоне дифракции.

UPD. Более мелкий график пропускания интерференционного фильтра:


Здесь всё не так "драматично", как на верхнем графике, где приведена лишь верхушка крупным планом. Но тем не менее, потерять 50..90% сигнала из-за этого эффекта ой как не хочется.
Tags: освещение, работа, странные девайсы
Subscribe

  • Тестируем atan1 на QuatCore

    Пора уже перебираться на "железо" потихоньку. Решил начать с самого первого алгоритма, поскольку он уже был написан на ассемблере. В программу внёс…

  • Формулы приведения, что б их... (и atan на ТРЁХ умножениях)

    Формулу арктангенса на 4 умножениях ещё немножко оптимизировал с помощью алгоритма Ремеза: Ошибка уменьшилась с 4,9 до 4,65 угловой секунды, и…

  • Алгоритм Ремеза в экселе

    Вот и до него руки дошли, причина станет ясна в следующем посте. Изучать чужие библиотеки было лениво (в том же BOOSTе сам чёрт ногу сломит), писать…

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 6 comments