Оптический сумматор

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (») 525129 (i (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 21 02 75 (21) 2107219/24 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (43) Опубликовано 15.08.76. Бюллетень № 30 (45) Дата опубликования описания 11.04.77 (51) М. Кл. (06 9(ОО

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР по делам иэооретений и открытий (53) УДК

681.325.5 (088.8) (72) Авторы изобретения

Ю. Г. Горохов и М. Н, Аверьянова (71) Заявитель (54) ОПТИЧЕСКИЙ СУММАТОР

Изобретение относится к аналоговым оптическим вычислителям 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 икоординатночувствительного 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, расширяющую систему для преобразования световых картин в квадратную матрицу, системы ромбических призм с последовательно уменьшающейся высотой, призму

Довэ, интерференционный смеситель и выходную сужающую систему (1) .

Однако, точность суммирования такого сумматора зависит от температуры окружающей среды, которая должна подцерживаться 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

5 плоскости изображения (2) . Точность выполнения операции суммирования такого сумматора также зависит от внешних факторов, главным образом, от окружающей среды.

Наиболее близким техническим решением к

10 данному изобретению является оптический сумматор, содержащий оптический фильтр, установлен ный в общей фокальной плоскости входной и выходной линз, и координатно-чувствительный фотоприемник, оптически связанный с выходной линзои, выход которого является выходом сумматора (3).

Такой сумматор позволяет получить на координатно-чувствительном приемнике, в качестве которого используется фотопластина, одновременно сумму 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, элементы сумматора по отношению к голограм525129

Ь

10 !

20

4S бО бО ме перемешаются, 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 решетка, 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 входной 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 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 суммирующим устройством. В случае, когда дифракционная решетка 5 закрывает пучности (максимумы), устройство является вычитающим устройством. Световой поток, проходящий через дифракционную 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 Х прозрачностью, попадает на термопреобразователь 9, в качестве которого используется пластинка из металла или любого другого 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 устройства в качестве сумматора функция изменения прозрачности нормального светофильтра 8 по оси Х 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 — чувствительньгм 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 1„и I, вся интерференционная картина медг ленно 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 решетка с любой конфигурацией 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 Х, но и перпендикулярно плоскости чертежа. Для этого может быть поставлен второй термопреобразователь, регулирующий положение дифракционной решетки 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 координатночувствительний фотоприемник, оптически связан525129

Составитель И. Шепилова

Техред О. Луговая Корректор Н. Бугакова

Редактор Н. Каменская

Заказ 5091/591 Тираж 864 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 ный с выходной линзой, выход которого является выходом сумматора, отличающий ся тем,что, с целью повышения точности и помехозащнщенности сумматора, в него введены дифракционная решетка 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 координатночувствительным 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, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

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

2. Авт.св. N 334537, кл, С 02 f 3/00, 02.11.70, iO 3. Островский Ю. И. "Голография и ее применение" изд. Наука, Ленинградское отделение, Л., 1973, рис. 29, стр. 50, (прототип).