Оптический сумматор Советский патент 1976 года по МПК G06G9/00 

1

Изобретение относится к аналоговым оптическим вьнислителям и может быть использовано для получения суммы двух когерентных оптических пучков.

Известны когерентные оптические аналоговые вычислители, позволяющие производить различные математические операции. Эти вычислители, обычно состоящие из оптической системы и координатночувствительного приемника, могут выполнять различные интегральные операции и суммирование спектров сигналов, но не позволяют производить суммирование самих сигналов.

Один из известных оптических сумматоров содержит оптический интерферометр, расщиряющую систему для преобразования световых картин в квадратную матрицу, системы ромбических призм с последовательно уменьпгающейся высотой, призму Довз, интерференщюнный смеситель и выходную сужающую систему 1 .

Однако, точность суммирования такого сумматора зависит от температуры окружающей среды, которая должна поддерживаться в определенных узких пределах, а также от влияния вибраций.

Другой оптический сумматор, предназначенный для сложения двух картин с исходной информацией, содержит когерентный источник измерения, амплитудный делитель, устройство задержки, зеркала, коллиматоры, полуволновую пластину и приемник результирующей картины, установленной в плоскости изображения 2. Точность вьшолнения операции суммирования такого сумматора также зависит от внепших факторов, главным образом, от окружающей среды.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является оптический сумматор, содержащий оптический фильтр, установленный в общей фокальной плоскости входной и выходной линз, и координатно-чувствительный фотоприемник, оптически связанньш с выходной линзой, выход которого является выходом сумматора 3. Такой сумматор позволяет получить на координатно-чувствигельном приемнике, в качестве которого используется фотопластина, одновременно и разность световых потоков в виде интерференционной картины.

Недостатком указанного сумматора является невозможность раздельного получения суммы и разности световых потоков. Кроме того, при вибрациях и колебаниях температуры окружающей среды, злементы сумматора по отношению к голограмме перемещаются, что снижает четкость интерференционной картины и точность работы устройства. Целью изобретения является повышение точности операций суммирования и помехозащищенности сумматоров. Это достигается тем, что в сумматор введены дифракционная рещетка, с шагом равным периоду интерференционной картины, которая установлена в фокальной плоскости входной линзы и связана с оптическими входами сумматора, полупрозрачное зеркало, установленное между выходной линзой и координатно- чувствительным фотоприемником, и последовательно установленные и оптически связанные цилиндрическая линза, нейтральный светофильтр с переменной по полю прозрачностью и термопреобразователь, жестко связанный с нейтральным светофильтром и дифракционной решеткой причем цилиндрическая линза оптически связана с полупрозрачным зеркалом. На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого сумматора. Сумматор содержит оптический фильтр 1, установленный между входь ой 2 и выходной 3 линзами, координатно-чувствительный фотоприемник 4, дифракционную решетку 5, полупрозрачное зеркало 6, цилиндрическую линзу 7, нейтральный светофильтр 8 с переменной по полю прозрачностью и термопреобразователь 9. Сумматор работает следующим образом. В оптическом состоянии, когда пучки I и 2,равны по пространственному распределению интенсивности света через дифракционную решетку 5 проходит максимум или минимум света в зависимости от положения дифракционной решетки 5. Если дифракционная решетка закрывает узлы (минимумы интерференциальной картины, проходит только суммарный поток и устройство является суммируюпщм устройством, в случае, когда дифракционная рещетка 5 закрывает пучности (максимумы) , устройство является вычитающим устройством. Световой поток, проходящий через дифpaкц iонную решетку 5 попадает на линзу 2, которая фильтрует спектр прошедшего сигнала в плоскости оптического фильтра 1. Отверстие в центре оптического фильтра 1 выбирается таким, чтобы отфильтровать дифракционные составляющие потока, прошедшего через дифракционную решетку 5. На выходе фильтра 1 линза 3 осуществляет обратное преобразование Фурье, одновременно осуществляя трансформацию изображения, попадающего на координатно-чувствительный фотоприемник 4, который преобразует оптические сигналы в электрические. Часть светового потока отводится с помощью полупрозрачного зеркала 6, а затем с помощью цилиндрической линзы 7 световой поток фокусируется в линию. Сфокусированный в линзе пучек света, пройдя через нейтральный светофильтр 8 с переменной по оси X прозрачностью, попадает на термопреобразователь 9, в качестве которого ис пользуется пластинка из металла или любого др5лгого материала, изменяющего свои размеры при нагревании. Нейтральный светофильтр 8 с переменной прозрачностью предназначен для организации требуемой передаточной функции цепи обратной связи. Функция изменения прозрачности определяется назначением и режимом работы сумматора. При работе усгройства в качестве сумматора функция изменения прозрачности нормального светофильтра 8 по оси X должна иметь отрицательную производную, при работе в качестве вычитающего устройства положительную. При изменении распределения интенсивности одного из пучков соответственно изменяются интенсивности пучностей и узлов интерференционной картины. Эти изменения проходят через дифракционную решетку 5 (изменения суммы или изменения разности в зависимости от назначения устройства) и принимаются координатно- чувствительным фотоприемником 4. Если время воздействия изменений много меньше постоянной времени цепи обратной связи, то последняя не успевает отреагировать на изменения интенсивности одного из пучков и дифракционная решетка 5 остается неподвижной. Если же из-за нестабильности положения пучков I и I, вся интерференционная картина медленно смещается, то происходит медленное изменение энергии всего пучка. Изменение энергии пучка света, прошедшего через дифракционную решетку 5, вызывает изменение энергии пучка света, попадающего на термопреобразователь 9, изменяя его температуру. Размеры термопреобразователя 9 изменяются и дифракционная решетка перемещается так, чтобы обеспечить прежнее состояние. Таким образом, при смещении интерференционной картины смещается и дифракционная решетка 5, обеспечивая максимальную или минимальную интенсивность пучка света, проходящего через нее. Дифракционная рещетка с любой конфиг}фацией интерференционных полос может быть изготовлена как отдельно, так и в самом сумматоре методами голографии. В случае, если конфигурация интерференционных полос отлична от прямых линий, необходима компенсация не только по оси X, но и перпендикулярно плоскости чертежа. Для этого может быть поставлен второй термопреобразователь, регулирующий положение дифракционной рещетки 5 по этому направлению. Следовательно, сумматор позволяет получать сумму или разность когерентных световых потоков и компенсировать вибрационные и температурные нестабильности интерференционной картины. Формула изобретения Оптический сумматор, содержащий оптический фильтр, установленный в общей фокальной плоскости входной и выходной линз, и коорщшатночувствительньш фотоприемник, оптически связанный с выходной линзой, выход которого является выходомсз шатора,отличающийся тем,что, с целью повышения точности и помехозащищенности сумматора, в него введены дифракционная рещетка с пигом, равным периоду интерференционной картины, которая установлена в фокальной плоскости входной линзы и связана с оптическими входами сумматора, полупрозрачное зеркало, установленное между выходной линзой и координатночувсгвительным фотоприемником, и последовательно установленные и оптически связанные цилиндрическая линза, нейтральный светофильтр с

переменной по полю прозрачностью и термопреобразователь, жестко связанный с нейтральным светофильтром и дифракционной рещеткой, причем цилиндрическая линза оптически связана с полупрозрачным зеркалом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Авт.св. № 269606, кл.С 06 f 7/50, 27.01.69.

2.Авт.св. № 334537, кл. С 02 f 3/00,02.11.70.

3.Островский Ю. И. Голография и ее применение изд. Наука, Ленинградское отделение. Л., 1973, рис. 29, стр. 50, (прототип) .

/

/