Устройство когерентно-оптического преобразования изображений

 

УСТРОЙСТВО КОГЕРЕНТНО-ОПТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ, содержащее установленные последовательно блоки ввода изображений, оптического преобразования и вывода преобразованного изображения, отличающееся тем, что, с целью одновременного оптического преобразования четырех и более изображений , находящихся на различных расстояниях от устройства, и улучшения качества преобразованных изображений , блок оптического преобразования выполнен из двух положительных линз, в общей фокальной плоскости которых установлен пространственный фильтр, вьтолненный в виде непрозрачного экрана с периодической сеткой отверстий, период и диаметр «Г которых связаны с расстоянием Ь„от передней фокальной плоскости первой положительной линзы до п-го блока ввода изображения соотношениями 2/Ип г. Ki е г kn f-4 D -п f - фокусное расстояние положигде тельных линз; / - рабочая длина волны; D - диаметр положительных линз, причем блок вьшода преобразованных изображений установлен в задней фокальной плоскости второй положительной линзы. СО

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

S0„„1094016 зсЮ С 02 В 27/60> 27/46

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOINY СВИДЕТЕЛЬСТВЪГ

Фиг. 1 (21) 3614955/18-10 (22) 13.05.83 (46) 23.05.84. Бюл. к 19 (72) В.Е. Белонучкин, С.М. Козел, В.Д. Лепехин и Г.P. Локшин (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени физико-технический институт (53) 535.8(088.8) (56) 1. Ландеберг Г.С. Оптика. M

"Наука", 1976, с. 324.

2. Novotny M., Foce of axially

simmetrical filters. — "0ptica Acta", ч. 20, 1971, 0 3, р. 217-232 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО КОГЕРЕНТНО-ОПТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ, содержащее установленные последовательно блоки ввода изображений, оптического преобразования и вывода преобразованного иэображения, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью одновременного оптического преобразования четырех и более изображений, находящихся на различных расстояниях от устройства, и улучшения качества преобразованных иэображений, блок оптического преобразования выполнен из двух положительных линз, в общей фокальной плоскости которых установлен пространственный фильтр, выполненный в виде непрозрачного экрана с периодической сеткой отверстий, период (и диаметр д которых связаны с расстоянием Ь„от передней фокальной плоскости первой положительной линзы до п-го блока ввода иэображения соотношениями где f — фокусное расстояние положительных линз; — рабочая длина волны;

D — диаметр положительных линз, причем блок вывода преобразованных изображений установлен в задней фокальной плоскости второй положительной линзы.! 10940

Изобретение относится к когерентной оптике, а именно к устройствам когерентно-оптического преобразования изображений, и может быть использовано при необходимости одновременного получения сфокусированных изображений объектов, находящихся на различных расстояниях от устройства.

Известно устройство преобразования изображений, выполненное в виде 1Р объектива (11.

Недостатком устройства является необходимость подстройки для получения наилучшего изображения объектов, удаленных на различные расстояния от устройства, что обусловлено ограниченной глубиной резкости объектива.

Наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности яв- 2р ляется устройство когерентно-оптического преобразования изображений, содержащее установленные последовательно блоки ввода изображений, оптического преобразования и вывода 25 преобразованного изображения (2 ).

В данном устройстве блок оптического преобразования выполнен в виде зонной пластинки Френеля. Благодаря этому оно не требует подстройки для одновременного получения сфокусированных изображений, введенных через оптические блоки ввода, находящиеся на различных расстояниях от устройства, так как эонная пластинка обладает многофокусностью.

Однако такая схема позволяет одновременно преобразовывать не более трех изображений, поскольку собираемая зонной пластинкой энергия прихо- 4р дится в основном только на три ее фокуса.

Кроме того, в фокальных плоскостях пластинки низким оказывается отношение сигнал/шум, т.е. качество 4> изображения °

Цель изобретения — одновременное оптическое преобразование четырех и более изображений, находящихся на раэличн р"стоян""х от устроиства О и улучшение качества преобразованных изображений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве когерентно-оптического преобразования изображений, содержащем установленные последовательно блоки ввода изображений, оптического преобразования и вывода преобразованного изображения, блок

16 оптического преобразования выполнен из двух положительных линз, в общей фокальной плоскости которых установлен пространственный фильтр, выполненный в виде непрозрачного экрана с периодической сеткой отверстий, период I? и диаметр 0 которых связаны с расстоянием Е„ от передней фокальной плоскости первой положительной линзы до n-ro блока ввода изображения соотношениями

2Лп где f — фокусное расстояние положительных линз; рабочая длина волны, (2)

D — диаметр положительных линз

1 причем блок вывода преобразованных изображений установлен в задней фокальной плоскости второй положительной линзы.

На фиг. 1 представлена оптическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — вид используемого в нем пространственного фильтра.

Устройство когерентно-оптического преобразования изображений содержит и блоков 1-3 ввода иэображений (на фиг. 1 п = 3), установленных последовательно с n-ro (в данном случае с третьего) по первый. Далее следует блок оптического преобразования, состоящий из двух положительных линз 4 и 5 и пространственного фильтра 6, установленного в их общей фокальной плоскости, а также блок 7 вывода преобразованного изображения, размещенный в задней фокальной плоскости 8 линзы 5. При этом пространственный фильтр 6 выполнен в виде непрозрачного экрана с периодической сеткой отверстий, период которых связан с расстоянием L от передней фокальной плоскости 9 линзы 4 до п-ro блока ввода изображений соотношением (1), а диаметр д — соотношением (2). Для сохранения дифракционного качества изображения, формируемого линзами 4 и 5, размер фильтра

6 должен совпадать с диаметром D этих линз.

Устройство работает следующим образом.

3 1094016

При распространении через свободное пространство, заключенное между блоком 1 ввода изображения и плоскостью 9, т.е. на расстояние L ав пространственный спектр этого изображения изменяется согласно формуле к -О2-Ч

G(U,V) = F(U,V)е (3) или во френелевском приближении

G(U,V) =F(U,V) e . "ехр — "(U +V> ),® где F(U,V) — пространственный спектр объекта, соответствующий15 плоскости блока 1;

С(У,Ч) — пространственный спектр объекта, соответствующий плоскости 9;

U, V — пространственные частоты;

К вЂ” волновое число.

В то же время, благодаря выполнению соотношения (1), иэ спектра, фор" мируемого в задней фокальной плоскости линзы 4, при введении изображения с помощью блока 1, посредством фильтра 6 отфильтровываются пространственные гармоники П„„ и Чр вида щ hL где ш и р — целые числа.

При этом пропускаемые фильтром 6 гармоники U è V имеют в плоскос-. ти 9 те же фаэовые соотношения, что и в плоскости блока 1 ввода изображения. Это обусловлено тем, что фазовый множитель в выражении (4) кратен 2А. Следовательно, в плоскости

8 блока вывода преобразованного изображения 7 реализуется поле

g(х,у) вида

8(х у) =X F(U V ) (""

1п р е (6) где х, у — координаты точек в плоскости 8 преобразованного иэображения.

Как следует из теоремы Котельникова, укаэанное поле представляет собой периодически повторяющееся по осям х и у сфокусированное входное изображение. Если размер входных изображений меньше, чем период их повторения в плоскости 8, равный то перекрытие между соседними изображениями отсутствует. Для расстояний 1.„, кратных L„, т.е. при

L „ = пЬ„>все сказанное остается в силе, а именно, если входные изображения, создаваемые блоками 1,2,3,... ...,n ввода находятся на расстоянии

L„, то без всякой подстройки опти- ческой схемы можно наблюдать их в плоскости 8, размноженными по обеим координатам.

Кроме того, предлагаемое устройство обеспечивает улучшение качества преобразованных иэображений, т.е. дает лучшее отношение сигнал/шум на выходе, чем зонная .пластинка Френеля.

Это обусловлено тем, что благодаря выполнению соотношения (2) фильтр 6 не пропускает гармоники, чем фазовый набег не кратен 2,,а именно они и образуют шум (фон) в зонной пластинке

Френеля.

Таким образом, предлагаемое устройство в отличие от известного поз-. воляет осуществлять одновременное оптическое преобразование четырех и более изображений при существенном улучшении качества такого преобраэо вания.

Фмю. 2

ВНИИПИ Заказ 3422/38

Тираж 497 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4