СПОСОБ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ МОДУЛЯЦИИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК G02F1/01 

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и может быть использовано в приборах и устройствах модуляции света, оптической обработки информации, а также оптических корреляторах.

Известен способ пространственно-временной модуляции оптического излучения, заключающийся в том, что пропускают поток оптического излучения через пространственно-временной модулятор света, посредством которого модулируют прошедший поток излучения [1] .

Недостатком способа является небольшая глубина модуляции излучения.

Наиболее близок по технической сущности к изобретению способ, заключающийся в том, что направляют поток оптического излучения на отражательный пространственно-временной модулятор света, посредством которого модулируют отраженный поток излучения [2] .

К недостаткам способа относится также небольшая глубина модуляции излучения.

Изобретение позволяет нелинейно повысить глубину модуляции излучения при использвании известных пространственно-временных модуляторов света, практически не снижая быстродействия.

Это достигается тем, что в способе пространственно-временной модуляции оптического излучения, заключающемся в том, что направляют поток оптического излучения на отражательный пространственно-временной модулятор света (ОПВМС), посредством которого осуществляют пространственно-временную модуляцию отраженного от ОПВМС потока излучения, дополнительно n раз направляют отраженный поток излучения на ОПВМС посредством многоходовой оптической системы, образованной с использованием ОПВМС в качестве одного из оптических элементов, при этом формируя на ОПВМС пространственно совпадающие промежуточные изображения с единичным линейным увеличением.

Кроме того, используют дополнительные ОПВМС, в виде которых выполнены зеркала многоходовой оптической системы, оптически сопряженные с ОПВМС.

Глубина модуляции повышается за счет многократного воздействия ОПВМС. Способ позволяет осуществлять корреляцию изображений с повышением контраста.

Сущность способа заключается в следующем. Пусть каждая пространственная мода потока излучения, направляемого на ОПВМС для считывания информации, многократно фокусируется в соответствующую ее угловым координатам α', β, γ в одну и ту же точку на отражающей поверхности ОПВМС. Причем, если при отражении от модулирующей поверхности ОПВМС осуществляется модуляция, например, по амплитуде падающего на него потока излучения согласно записанной в нем в данный момент времени информации об объекте, таким образом, что распределению яркости по полю записываемого изображения объекта сопоставлено распределение глубины модуляции m(x, y, z) по поверхности ОПВМС, то после (n+1)-кратного отражения от ОПВМС интенсивность излучения I (α', β', γ' ) , принадлежащего к моде распространяющейся через точку поверхности ОПВМС с координатами (x, y, z), будет составлять
I (α', β', γ') = [ m ( x, y, z ) ] ⁿ⁺¹ I (α, β, γ ) , где I( α, β, γ ) - интенсивность излучения в одной пространственной моде до отражения от ОПВМС; n - число дополнительных (по сравнению с прототипом) отражений от ОПВМС; α, β, γ и α', β', γ' - угловые координаты моды излучения до и после (n+1)-кратного отражения от ОПВМС.

Таким образом, при многократном отражении от ОПВМС происходит нелинейное (по степенному закону) увеличение глубины модуляции каждой пространственной моды излучения, считывающего с ОПВМС изображение объекта.

При этом, если m(x₁, y₁, z₁) и m(x₂, y₂, z₂) - соответственно максимальное и минимальное значение распределения m(x, y, z) по поверхности ОПВМС, то величина контраста по полю изображения объекта, считанного с ОПВМС, будет составлять
K= [m(x₁, y₁, z₁)/m(x₂, y₂, z₂)] ⁿ⁺¹ .

Контраст К_о исходного изображения объекта, записанного в ОПВМС, имеет значение
K_о= m(x₁, y₁, z₁)/m(x₂, y₂, z₂) ,
Это означает, что при многократном отражении от ПВМС происходит за счет повышения глубины модуляции в каждой пространственной моде считывающего излучения усиление контраста изображения в
N= [m(x₁, y₁, z₁)/m(x₂, y₂, z₂)] ⁿ раз.

В то же время при считывании изображений с двух или более ОПВМС будет происходить взаимная корреляция изображений с повышением контраста. Пусть пространственная мода потока излучения многократно собирается в точку с координатами х⁽¹⁾, y⁽¹⁾, z⁽¹⁾ на отражающей поверхности первого ОПВМС, в точку с с координатами х⁽²⁾, y⁽²⁾, z⁽²⁾ на поверхности второго, и в точку с координатами х^(k), y^(k), z^(k) на поверхности k-го ОПВМС. Тогда после n+1-кратного отражения излучения от отражающих поверхностей ОПВМС интенсивность излучения I( α', β', γ'), принадлежащих к моде, распространяющейся через точки поверхностей ОПВМС с координатами х⁽¹⁾, y⁽¹⁾, z⁽¹⁾; х⁽²⁾, y⁽²⁾, z⁽²⁾; . . . ; х^(k), y^(k), z^(k), будет составлять
I(α', β', γ') = [m₁(x⁽¹⁾, y⁽¹⁾, z⁽¹⁾)˙m₂(x⁽²⁾, y⁽²⁾, z⁽²⁾. . .

. . . m_k(x^(k), y^(k), z^(k))] ⁿ⁺¹ ˙ I( α, β, γ ), где m₁(x⁽¹⁾, y⁽¹⁾, z^(1), m₂(x⁽²⁾, y⁽²⁾, z⁽²⁾, . . . , m_k(x^(k), y^(k), z^(k)) - глубина модуляции считывающего излучения, поступающего соответственно на первый, второй и k-й ОПВМС в точки с координатами x⁽¹⁾, y⁽¹⁾, z⁽¹⁾; x⁽²⁾, y⁽²⁾, z⁽²⁾; . . . ; x^(k), y^(k), z^(k).

На чертеже прдставлен один из возможных вариантов конструкции устройства, реализующего предлагаемый способ постранственно-временной модуляции излучения. Окружностями обозначены области пересечения луча с отражающими поверхностями (цифры внутри окружностей соответствуют числу проходов луча между противолежащими отражающими поверхностями).

Устройство содержит две линзы 1,2 и многоходовую оптическую систему, состоящую из сферическго зеркала 3 и двух ОПВМС 4 и 5. Первый ОПВМС расположен в фокальной плоскости первой линзы, а второй ОПВМС - в фокальной плоскости второй линзы. Зеркало и отражающие поверхности ОПВМС имеют одинаковый радиус кривизны, при этом первый и второй ОПВМС установлены рядом, а зеркало противолежит от них на расстоянии радиуса кривизны. Центр кривизны зеркала находится в центре симметрии первого и второго ОПВМС, а центры кривизны ОПВМС - на отражающей поверхности зеркала, причем расстояние межэду центрами кривизны ОПВМС равно половине шага между областями пересечения луча с отражающей поверхностью зеркала.

Устройство работает следующим образом. Пусть оптическое излучение поступает на вход устройства таким образом, что каждая из пространственных мод излучения фокусируется линзой в соответствующую ее (моды) угловым координатам α, β, γ точку на отражающей поверхности первого ОПВМС. Тогда в процессе многократного прохождении излучения между противолежащими отражающими поверхностями (последовательность прохождения луча пронумирована на чертеже цифрами) зеркалом формируются с единичным линейным увеличением промежуточные изображения точек поверхностей ОПВМС на отражающих поверхностях первого и второго ОПВМС. Причем в каждой новой серии проходов луча, равной четырем проходам излучения между противолежащими отражателями, на первом и втором ОПВМС формируются промежуточные изображения точек, полностью совпадающие с изображениями, построенными в предыдущих сериях. Другими словами, каждой пространственной моде излучения с угловыми координатами сопоставлена точка с координатами x⁽¹⁾, y⁽¹⁾, z⁽¹⁾ на поверхности первого ОПВМС и точка с координатами х⁽²⁾, y⁽²⁾, z⁽²⁾в на поверхности второго ОПВМС, в которых многократно отражается луч, распространяющийся в этой моде, При этом, если в поток излучения при отражении от ОПВМС вносится пространственно распределенная по сечению потока информация, то на выходе из устройства интенсивность излучения I( α', β', γ') в моде, распространяющейся через точку с координатами x⁽¹⁾, y⁽¹⁾, z⁽¹⁾ на отражающей поверхности первого ОПВМС и через точку с координатами x⁽²⁾, y⁽²⁾, z⁽²⁾ на отражающей поверхности второго ОПВМС, будет составлять I(α', β', γ')= [m₁(x⁽¹⁾, y⁽¹⁾, z⁽¹⁾) ˙m₂(x⁽²⁾, y⁽²⁾, z⁽²⁾)] ⁿ⁺¹ xI(α, β, γ) , где m₁(x⁽¹⁾, y⁽¹⁾, z⁽¹⁾ ) - глубина модуляции излучения при отражении от поверхности первого ОПВМС в точке с координатами x^(1),y⁽¹⁾, z⁽¹⁾; m₁(x⁽²⁾, y⁽²⁾, z⁽²⁾) - глубина модуляции излучения при отражении от поверхности второго ОПВМС в точке с координатами x⁽²⁾, y⁽²⁾, z⁽²⁾.

Таким образом, устройство, реализующее предлагаемый способ, позволяет за счет многократного воздействия ОПВМС нелинейно повысить значение глубины модуляции излучения, считывающего с первого и второго ОПВМС изображение объектов, и тем самым осуществить корреляцию изображений с повышением контраста.

Предлагаемый способ снижает быстродействие устройств, в которых он реализуется, по сравнению с устройствами, реализующими способ-прототип, на время t = L/c , где L - оптическая длина пути излучения в устройстве, реализующем предлагаемый способ. C - скорость света. Так, например, в описанном устройстве при расстоянии между зеркалом и ОПВМС, равном 50 см, время t будет составлять 10^-7 с, что вполне допустимо для большенства применений. (56) 1. Котыс Г. П. , Осадчий В. И. Электронно-лучевые информационные устройства. Киев, Наукова думка, 1987, с. 174.

2. Там же, с. 175.

Использование: оптико-электронное приборостроение, в различных приборах и устройствах модуляции света, оптической обработки информации, а также оптических корреляторах, в которых для внесения в поток пространственно распределенной информации используются работающие на отражение пространственно-временные модуляторы света. Сущность изобретения: дополнительно n раз направляют поток оптического излучения на отражательный пространственно-временной модулятор света (ОПВМС) посредством многоходовой оптической системы, образованной с использованием ОПВМС в качестве одного из оптических элементов, при этом на ОПВМС формируют пространственно совпадающие промежуточные изображения с единичным линейным увеличением. Используют дополнительные ОПВМС, в виде которых выполнены зеркала многоходовой оптической системы, оптически сопряженные с ОПВМС. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. СПОСОБ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ МОДУЛЯЦИИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, заключающийся в том, что направляют поток оптического излучения на отражательный пространственно-временной модулятор света, посредством которого осуществляют пространственно-временную модуляцию отраженного от отражательного пространственно-временного модулятора потока излучения, отличающийся тем, что дополнительно n раз направляют отраженный поток излучения на отражательный пространственно-временной модулятор посредством многоходовой оптической системы, образованной с использованием отражательного пространственно-временного модулятора в качестве одного из оптических элементов, при этом формируя на отражательном пространственно-временном модуляторе пространственно совпадающие промежуточные изображения с единичным линейным увеличением. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют дополнительные отражательные пространственно-временные модуляторы, в виде которых выполнены зеркала многоходовой оптической системы, оптически сопряженные с основным отражательным пространственно-временным модулятором.