Учебный прибор для демонстрации процесса фильтрации пространственных частот

 

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 выходным 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3801895/28-12 (22) 11.07.84 (46) 15.02.86. Бюл. № 6 (72) А.M.Ìèøèí, Н.С.Калиновская и В.И.Келии (53) 681.41 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ )030759, кл.G 02 В 27/17, 1980. (54) УЧЕБНЫЙ ПРИБОР ДЛЯ ДЕМОНСТРА—

ЦИИ ПРОЦЕССА ФИЛЬТРАЦИИ ПРОСТРАНСТВЕНН))Х ЧАСТОТ (57) Изобретение позволяет повысить наглядность демонстрации процесса фильтрации пространственных частот в учебном приборе. На основании на одной оптической оси 2 последовательно установлены мира, сканируюI 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 выходным 7 окнами 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 зоне входного окна 6. Зеркало 9 закреплено в зоне выходного окна 7 под углом 45 к оси. 3 ил. о

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

Цель изобретения — повышение наглядности демонстрации.

На фиг.1 схематически показан учебный прибор, общий вид; на фиг.2схема сканирующего устройства (пунктиром показано .положение оптической системы при повороте на

180, разрез); на фиг.3 — соотношение геометрических размеров учебного прибора.

Учебный прибор для демонстрации процесса фильтрации пространственных частот содержит последовательно установленные на основании 1 на одной оптической оси 2 (фиг.2) ми— ру 3, сканирующее устройство и оптическую систему. Прибор имеет расположенную на основании 1 на одной оптической оси 2 с мирой .3 контрольную панель 4 с изображением,, i а сканирующее устройство выполнено в виде установленного на основа— нии 1 с возможностью вращения корпуса 5 с расположенными на его поверхносги входным б 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

О

45 к оптической оси 2. Сканирующее устройство имеет защитный кожух 11 с отверстием 12 для наблюдения и электромотор 13. Для исключения вибраций корпус 5 имеет противовес 14.

Учебный 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 3), попадает в отверстие 12 для наблюдения, (источник света не показан). С помощью средства 10 регулировки угла наклона (фиг.2) устанавливается

1211800 такой угол наклона зеркала 8, что изображение контрольной панели 4 остается неподвижным относительно глаза наблюдателя при вращении оптической системы. Электромотор 13 вращает корпус 5 (фиг.2), чем осуществляется сканирование и создает— ся возможность принимать оптический сигнал в,разных точках пространст10 ва в каждый последующий момент времени, что приводит к пространственно-временной модуляции изображения миры 3. При этом сигнал от миры 3 эффективно подавляется (фильтрует15 ся) в реальном масштабе времени при восприятии наблюдателем, глаз которого обладает инерционностью (свойствами фильтра низких частот).

В зависимости от пространствен20 ной частоты мира 3 и геометрических характеристик прибора расстояние между центрами плоских зеркал 8 и 9 должно быть выбрано из условия (фиг.3}

25 где L — плечо сканирующего устройства;

30 проекция плеча на миру в угле визирования; — расстояние между мирой и плоскостью вращения центров зеркал;

Ф вЂ” расстояние от контрольной панели до плоскости вращения центров зеркал; пространственный период миры (для случайной модуля40 ции миры — интервал пространственной корреляции ).

Кроме того, должно быть выполнено соотношение Т - Т, где Т вЂ” период вращения оптической

45 системы;

Т вЂ” постоянная времени (инерФ ционность 1 человеческого глаза (Т 0,1 c) .

Сканирующее устройство и оптическая 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 параметров.

1211800

Например, монохроматический сигнал единичной амплитуды за счет вращения оптической системь1 модулируется амплитудной мирой g(x,у) в виде а(х„к ) (1 -)M(tzlc)

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

2 -)< И-zoic) а„,„(х.),Z; 1 A Sin — Ч t.e A ) где V — линейная скорость движения зеркала 8 (для удаленного объекта}; — пространственный период миры;

С вЂ” скорость света.

Таким образом, частота (Р) амплитудной модуляции сигнала

2Т

57 = — Ч а и пропорциональна,скорости движения зеркала.

Любое фоторегистрирующее устрой -. ство (глаз, фотоаппарат) обладает инерционностью, характеризуемой временем усреднения или граничной частотой фильтрации и = 2 /Т,р

Следовательно, может быть выбрана такая линейная скорость (Ч), что

52 > 2> и мира "исчезает" на фоне контрольной панели 4.

Если мотор 13 выключен и сканирование не производится, то наблюдатель видит одновременно изображение контрольной панели и неподвижную миру. В этом случае оптическая апертура не синтезируется и пространственно-временная фильтрация отсутствует.

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

Формула изобретения

Учебный прибор для демонстрации процесса фильтрации пространственных частот, содержащий последова;тельно установленные на основании на одной оптической оси миру, сканирующее устройство и оптическую сис тему, отличающийся тем, что, с целью повышения наглядности демонстрации, он имеет расположенный на основании на одной оптической оси с мирой контрольную панель с иэображением, а сканирующее устройство выполнено в виде установленного на основании с воэможностью

30 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 иэ 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 о

40 углом 45 к оптической оси, 1211800

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