Способ пространственного анализа светового потока Советский патент 1990 года по МПК G03H1/06 

Изобретение относится к оптике, в частности к способам интерферометри- ческого анализа световых потоков, и может быть использовано для получения неискаженных изображений астрономических и космических объектов сквозь неоднородную атмосферу

Цель изобретения - повышение эффективности анализа.

На фиг01 приведена схема одномерного преобразователя светового потока, с помощью которого осуществляют предлагаемый способ; на фиг.2 - схема

использования преобразователя в оптическом телескопе.

Пространственно-частотный преобразователь установлен в исходном световом потоке 1 перед объективом 2. Поток разбивают на субпотоки

Преобразователь представляет собой многозеркальную перископическую систему, в которой каждый из субпотоков 3+-3g отклоняется парой зеркал 4,-4 s и 5,-56в направлении, перпендикулярном распространению. Диаметр субпотока сравним с длиной, на которой

ел ел

о

Јь

среднеквадратичное атмосферное возмущение фазы плоской волны от исследуемого объекта равно заданной величине погрешности фазы компонента Фурье результирующего изображения.

Предположим, что спектр атмосферно турбулентности подчиняется закону Колмогорова-Обухова, среднеквадратичное значение поперечного возмущения фазы волнового фронта определяется формулой

,62(1/г0)в/Ь , (1)

где Јь( - среднеквадратичное атмос- ферное возмущение фазы волнового фронта в точках, перпендикулярных распространению разделенных расстоянием 1; го - атмосферный диаметр когерентности, который приближенно мож- но определить по диаметру кружка атмосферного замытия звезды (т.е„ содержащего 80% энергии звезды) - о (в угловых секундах)

Г0 18 (см) (2)

Из формул (1) и (2)..получаем, что диаметр субпучка определяется фор мулой

,7 ( /Ы

(3)

Для средних атмосферных условий ( ), выбирая допустимую ошибку измерения фазы компонента Фурье, при которой качество изображения практи- ,5 чески не теряется ( & 5/4) , получаем диаметр субпотока 1 -ft.6,2 см„

На входе преобразователя центры субпотоков 3|-3g являются узлами двумерной решетки с периодом, равным 0 размеру субпотока, причем все узлы решетки соответствуют центрам субпотоков 3j-3js и все субпотоки 3/-3js перекрывают весь исходный световой поток 1. На выходе преобразователя цент- ры субпотоков 3$-3s также .соответствуют узлам равномерной решетки, но в этом случае центру субпотока соответствует только тот узел, который определяется как произведение удвоенного шага решетки исходного потока на элемент двумерного целочисленного разностного множества с кратностью 1.

50

Один из примеров двумерного целочисц-55 ленного разностного множества можно получить по формуле

{i,ie (mod p)} , 1,2,,..,р-1,

Q

Q 5

0

,5

0

50

55

где 1 - натуральное число; р - модуль множества, являющийся- простым числом. Выбрав ,. получим множество с коор-:. динатами (0,0), (1,1), (2,4), (3,2), (4,2), (5,4), (6,1).

Математическим аппаратом для расчета разностных множеств является теория конечных полей и разностных множеств. Период решетки на выходе преобразователя равен удвоенному сечению субпотока, что позволяет избежать перекрытия пространственно-частотных окон пропускания. Оптические пути всех субпотоков SB преобразователе, одинаковы. Для выравнивания оптических путей различных субпотоков преобразователя каждый субпоток пропускают через компенсатор . Он представляет собой два стеклянных клина, острые углы которых установлены навстречу ДРУГ1 Другу, а сами клинья могут смещаться друг относительно друга, образуя плоскопараллельную пластину переменной толщины,,

Преобразователь 8 устанавливают во вторичном зрачке телескопа 7. За преобразователем устанавливают объектив 9, которым формируют изображение в фокальной плоскости 10, где устанавливают панорамный регистратор (например,фотопленку) .

Световой поток от исследуемого объектива пропускают через оптическую систему телескопа 7 и в выходном зрачке направляют на преобразователь 8. Каждый световой субпоток 3«-35 исход- ного потока 1 отклоняют с помощью системы зеркал 4,-45 и 54- 5S на величину, равную разности координат исходного и регистрирующего потоков в направлении, перпендикулярном распространению ./

Панорамным регистратором, расположенным в фокальной плоскости линзы, регистрируют квазиизображения объекта с экспозицией, продолжительность которой превышает время когерентности, но не превосходит времени эаморожен- ности атмосферных неоднородностей.

Зарегистрированное квазиизображение представляет собой совокупность систем интерференционных полос, в которой системе интерференционных полос одного пространственного периода взаимооднозначно соответствуют пара субапертур регистрируемого и пара субапертур исходного потоков.

Последующая математическая обработка результатов регистрации квазиизображения с учетом смещения субпотков в преобразователе позволяет опре делить значение функции когерентности любой пары субпотоков регистрируемого и, следовательно, исходного потока в момент экспозиции.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить не искаженные атмосферой изображения в реальном масштабе времени с дифракционным разрешением, а также мгновенные картины фазовых возмущений на апертуре, создаваемые ат- мосферой0 Эти картины можно использовать как для исследования атмосферы, так и для оценки правдоподобия восстановления изображения.

Получение не искаженных атмосферой изображений в реальном масштабе времени является основой решения ряда важных задач. В астрофизике это изучение быстропротекающих процессов в астрономических объектах наземными средствами, а также использовать крупные наземные телескопы на дифракционном пределе разрешения. В космонавтике это изучение и классифи- кация искусственных околоземных тел при отсутствии орбитальных данных. Эта задача более эффективно решается наземными средствами, чем космическими.

0

5

0

Формула и зобретения

Способ пространственного анализа светового потока от объекта, чаблю - даемого через случайно-неоднородную среду, заключающийся в том, что исходный световой поток разбивают на субпотоки, обеспечивают изохронность субпотоков при их распространении к входной апертуре объектива,, располагают входные апертуры субпотоков на входной апертуре объектива таким образом, что на объектив падает без ызбыточный поток, и регистрируют интенсивность светового потока в плоскости изображения объектива, о т- личающийся тем, что„ с целью повышения эффективности анализа, диаметры субпотоков выбирают такими,

0 чтобы среднеквадратичное возмущение фазы плоской волны от исследуемого объекта в пределах границ субпотока не превышало допустимой погрешности фазы компонента Фурье результирующего

5 изображения, безызбыточный поток, падающий на объектив, формируют из всех субпотоков исходного светового потока, а для осуществления безызбыточности центры каждого субпотока располагают на входной апертуре объектива в точкахs координаты которых определяют умножением удвоенного диаметра субпотока на элемент целочисленного двумерного множества с кратностью

Ч 1 II

1

фи$.2

Изобретение относится к оптике и может быть использовано для получения неискаженных атмосферой изображений астрономических объектов при наземных наблюдениях в реальном масштабе времени. Цель - повышение эффективности анализа. Исходный избыточный световой поток разбивают на субпотоки, осуществляют их изохронность при распространении к входной апертуре объектива, входные апертуры субпотоков располагают на входной апертуре объектива так, что на объектив падает безызбыточный поток, регистрируют интенсивность светового потока в плоскости изображения объектива, диаметр субпотоков выбирают таким, чтобы среднеквадратичное возмущение фазы плоской волны от исследуемого объекта в пределах границ субпотока не превышало допустимой погрешности фазы компонент Фурье результирующего изображения, безызбыточный поток, падающий на объектив, формируют из всех субпотоков, а безызбыточность осуществляют расположением цетров каждого субпотока на входной апертуре объектива в точках, координаты которых определяют умножением удвоенного диаметра субпотока на элемент целочисленного двумерного разностного множества с кратностью "1". 2 ил.

, . Составитель Л.Архонтов Редактор Ю.Середа Техред Л.Олийнык, Корректор Э.Лончакова

-и.

Заказ 271

Тираж 379

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Подписное