Учебный прибор для демонстрации процесса фильтрации пространственных частот Советский патент 1986 года по МПК G09B23/22 

1

Изобретение относитсй к учебным приборам по разделу физики - оптики и может быть использовано для наглядной демонстрации процесса фильтрации пространственных частот в оптической системе.

Цель изобретения - повьппение наглядности демонстрации.

На фиг.1 схематически показан учебный прибор, общий вид; на фиг.2 схема сканирующего устройства fпунктиром показано, .положение оптической системы при повороте на 180°, разрез); на фиг.З - соотношение геометрических размеров учебного прибора.

Учебный прибор для демонстрации процесса фильтрации пространствен- ньк частот содержит последовательно установленные на основании 1 на одной оптической оси 2 (фиг.2) миру 3, сканирующее устройство и оптическую систему. Прибор имеет расположенную на основании 1 на одной оптической оси 2 с мирой .3 контрольную панель 4 с изоб ражением а сканирующее устройство выполнено в виде установленного на основании I с возмсгжностью вращения корпуса 5 с расположенными на его поверхности входным 6 и выходным 7 окнами причем центр последнего лежит на оптической оси 2.

Оптическая система состоит из двух установленных в корпусе 5 зеркал 8 и 9. Зеркало 8 подпружинено, имеет средство 10 регулировки угла наклона и расположено в зоне входного окна 6 корпуса 5, а второе зеркало 9 закреплено в корпусе 5 в зоне выходного окна 7 под углом 45 к оптической оси 2. Сканирующее устройство имеет защитньй кожух 11 с отверстием 12 для наблюдения и электромотор 13. Для исключения вибраций корпус 5 имеет противовес 14.

Учебньш прибор работает следующим образом.

Оптический сигнал, отраженный контрольной панелью 4, проходит через прозрачную миру 3 и, отразившись последовательно от плоских зеркал 8 и 9 (фиг.2 и З), попадает в отверстие 12 для наблюдения, (источник света не показан). С помощью средства 10 регулировки угла наклона (фиг.2) устанавливается

2118002

такой угол наклона зеркала 8, что изображение контрольной панели 4 остается неподвижным относительно глаза наблюдателя при вращении опти- 5 ческой системы. Электромотор 13 вращает корпус 5 (фиг.2), чем осуществляется сканирование и создается возможность принимать оптический сигнал в разных точках пространство ва в каждый последующий момент времени, что приводит к пространственно-временной модуляции изображения миры 3. При этом сигнал от миры 3 эффективно подавляется (фильтрует- 15 ся) в реальном масштабе времени при восприятии наблюдателем, глаз которого обладает инерционностью (свойствами фильтра низких частот). В зависимости от пространствен- 20 ной частоты мира 3 и геометрических характеристик прибора расстояние между центрами плоских зеркал 8 и 9 должно быть выбрано из условия (фиг.3)

25

I

R-r

,е.,

где L - плечо сканирующего устройства;К - проекция плеча на миру в

угле визирования; Г - расстояние между мирой и

плоскостью врдщения центров зеркал;

R - расстояние от контрольной панели до плоскости вращения центров зеркал; А - пространственный период

миры (для случайной модуля- ции миры - интервал пространственной корреляции). Кроме того, должно быть выполнено соотношение Т 6 Т, где Т - период вращения оптической системы;

Тф- постоянная времени (инерционность ) человеческого глаза ( 0,1 с) .

Сканирующее устройство и оптичес

кая система за счет движения зеркала 8 в пространстве по круговой траектории осуществляют синтез оптической апертуры, обладающей фокусирующими и пространственно-временными фильтрующими свойствами. Пространственно-частотная характеристика такой системы зависит от ее динамических араметров.

3

Например, монохроматический сигнал единичной амплитуды за счет вращения оптической системы модулируется амплитудной мирой д(х,у) в виде . , /

«(х,у,,) 5„(.,у).

В случае двухмерной синусоидальной миры оптический сигнал на выход вращающегося сканирующего устройства и. оптической системы равен

sb.(.y,.i.fv.t.

где V - линейная скорость движения зеркала 8 (для удаленного объекта); - пространственный период миры;

С

скорость света.

Таким образом, частота (5) амплитудной модуляции сигнала

.f.

и пропорциональна скорости движения зеркала.

Любое фоторегистрирующее устройство (глаз, фотоаппарат) обладает инерционностью, характеризуемой временем усреднения или граничной частотой фильтрации . Следовательно, может быть выбрана такая линейная скорость (v , что Я J2(p и мира исчезает на фоне контрольной панели 4.

Если мотор 13 выключен и сканирование не производится, то наб15

118004

людатель видит одновременно изображение контрольной панели и неподвижную миру. В этом случае оптическая апертура не синтезируется и J пространственно-временная фильтрация отсутствует.

При указанном режиме работы сканирующий оптический преобразователь является моделью оптической линзы 10 с той разницей, что в последней фильтрация осуществляется путем пространственного усреднения сигнала в плоскости реальной апертуры.

Формула изобретения

Учебный прибор для демонстрации процесса фштьтрации пространствен- ньпс частот, содержащий последовательно установленные на основании на одной оптической оси миру, сканирующее устройство и оптическую сис- тему, отличающийся тем, что, с целью повышения наглядности демонстрации, он имеет распо2 ложенный на основании на одной оптической оси с мирой контрольную панель с изображением, а сканирующее устройство выполнено в виде установленного на основании с возможностью вращения корпуса с расположенными на его поверхности входным и выходным окнами, центр симметрии последнего лежит на оптической оси, при этом оптическая система состоит из двух установленных в корпусе зеркал, одно из которых подпружинено, имеет средство для регулировки угла наклона и расположено в зоне входного окна корпуса, а другое закреплено в корпусе в зоне выходного окна под

углом 45 к оптической оси.

20

30

35

Х ЭФ М Р 5 МН и с Ш ЦК Т Л в Г 3 о Р П X Ш ля А ЕЖ 6

фиг. 3

ВНИИПИ Заказ 646/57 Тираж 456 Подписное Филиал ГШП Патент, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Изобретение позволяет повысить наглядность демонстрации процесса фильтрации пространственных частот в учебном приборе. На основании на одной оптической оси 2 последовательно установлены мира, сканирую -1У щее устройство и оптическая система. Контрольная панель с изображением расположена на основании на: оптической оси 2. Сканирующее устройство выполнено в виде установленного на основании с возможностью вращения корпуса 5 с входным 6 и выход- ным 1 ок нами на его поверхности. Центр симметрии корпуса 5 лежит на оси 2. Оптическая система состоит из двух зеркал 8 и 9, установленных в корпусе 5. Зеркало 8 подпружинено , имеет средство 10 регулировки угла наклона и расположено в зона входного окна 6. Зеркало 9 закреплено в зоне выходного окна 7 под углом 45 к оси. 3 йл. с (Л эо