Сканирование оптическими клиньями

Известно, что оптическая призма с углом q при вершине отклоняет проходящий через нее пучок лучей к основанию. Величина угла отклонения пучка может быть вычислена из известного соотношения Sini/Sinr = n , где i - угол падения луча на входную грань призмы, r - угол преломления луча , n - показатель преломления материала призмы. Полный угол отклонения луча выходной грани призмы будет равен сумме углов отклонения на входной и выходной гранях призмы j=i₁-r₁+r₂-i₂=r₁(n-1)+r₂(n-1)=(n-1)(r₁+i₂).

Для призмы угол q при вершине может быть представлен как сумма углов i₁ и r₁ . Как видно из рис. 1 , углы A и С при основании призмы можно выразить через углы (p/2-r₁) и (p/2-i₂), соответственно. Тогда полный угол отклонения может быть представлен в виде j= q(n-1). Поэтому если оптический клин вращать вокруг падающего на его входную грань пучка лучей, выходящий луч будет вращаться по образующей прямого кругового конуса с углом при вершине 2j= 2q(n-1). Перемещение луча в пространстве в различных направлениях осуществляют двумя последовательно расположенными клиньями, установленными под углом g между направлениями их вершин. Такая система отклоняет луч как некоторый эквивалентный клин с углом при вершине равным q_экв =2qCos(g/2), где g - угол установки клиньев. Следовательно, суммарный угол отклонения лучей будет равен

(5)

При вращении клиньев в противоположных направлениях с одинаковой скоростью, луч на выходе будет двигаться по прямой, ориентированной в пространстве в зависимости от угла установки клиньев. При вращении клиньев в одном направлении луч на выходе вращается по окружности диаметр которой пропорционален углу начальной установки клиньев.

Рис. 1 а) - оптическая призма, б) - оптический клин, в) - сканирование клиньями

Сканирование отверстием

Самым простым способом реализации сканирования в пространстве изображения, является сканирование отверстием, выполненном в непрозрачном экране и перемещающемся в плоскости изображения по определенному закону. В процессе перемещения отверстия на фотодетектор , расположенный за ним приходит поток излучения пропорциональный освещенности участков изображения, расположенных за отверстием такой принцип сканирования можно реализовать с помощью устройства показанного на рис. . Диск с отверстиями, расположенными по спирали Архимеда устанавливается в фокальной плоскости объектива О за полевой диафрагмой Пд. Вращение диска приводит к поочередному прохождению отверстий диска по полю полевой диафрагмой с некоторым смещением в направлении оси вращения, что обеспечивает последовательный просмотр точек плоскости изображения. Потоки излучения от просматриваемых участков проходят на фотодетектор, размер чувствительной площадки которого определяется величиной поля обзора и фокусным расстоянием объектива О: l_пр=2f 'tg(j/2)@ f 'j.

Тема 8. Модуляция оптических сигналов, свойства модулированных сигналов. Назначение модулятора-анализатора в структуре ОЭС, виды модуляторов-анализаторов, их функции в системе, отличительные особенности модулятора и анализатора в структуре ОЭС, основные требования к ним.

В простейших случаях процесс модуляции заключается в изменении одного из параметров сигнала амплитуды, частоты, фазы, временных параметров сигнала, интенсивности. На примере простейшего, гармонического сигнала u(t)=U₀Cos(w₀t-y₀) рассмотрим суть отдельных видов модуляции. Для немодулированного колебания U₀, w₀, y₀ являются константами, однако при модуляции они изменяются по определенному закону. Эти изменения можно выразить, умножив эти параметры на величину [1 + mF(t)], где F(t) - модулирующая функция, а m- коэффициент, характеризующий глубину модуляции. Величины |F(t)| и m принимают значения £ 1 .

Модуляция называется амплитудной, если сигнал аналитически представляется в виде u(t)=U₀[1 + mF(t)]Cos(w₀t-y₀).

Модуляция называется частотной, если сигнал аналитически представляется в виде u(t)=U₀Cos{w₀[1 + mF(t)]-y₀}.

Модуляция называется фазовой, если сигнал аналитически представляется в виде u(t)=U₀Cos{w₀t-y₀[1 + mF(t)]}.

При изменении одного из энергетических параметров сигнала модуляцию называют модуляцией по интенсивности ф(t)= Ф₀[1 + mF(t)]Cos(w₀t-y₀).

Модуляция применяется для ввода информации в сигнал, для извлечения информации из сигнала, при получении сигнала с определенными временными свойствами, которые реализуются при воздействии на поток излучения как в передающем, так и в приемном устройствах.

Модуляция оптического сигнала получила широкое распространение в системах оптической связи, оптической локации, машиностроении, геодезии и ряде других оптико-электронных приборах и системах. При этом выбор метода модуляции и типа модулятора зависит от характера решаемой задачи, необходимой глубины модуляции, мощности модулирующего сигнала, режимов работы источника излучения и ряда других факторов.

Модуляция оптического сигнала может осуществляться двумя способами: без поднесущей и с поднесущей частотой. Модуляция с поднесущей частотой заключается в том, что поток излучения модулируется высокочастотным сигналом, который в свою очередь модулирован информационным сигналом, что позволяет эффективно разделить сигнал несущий полезную информацию от сигналов мешающего фона.

Модуляция полезного сигнала позволяет решать следующие задачи:

1) преобразовать лучистый поток от различных участков объекта, являющийся функцией пространственных координат в сигнал, являющийся функцией времени;

2) определить угловые координаты излучающего объекта, отличающиеся по энергетическим характеристикам излучения от окружающего фона;

3) отфильтровать сигналы, создаваемые малоразмерными объектами от сигналов протяженного фона, то есть осуществить пространственную фильтрацию.

Модуляцию можно осуществлять непосредственно в источнике излучения, в тракте распространения излучения и непосредственно в приемнике излучения. Модуляцию в источнике излучения можно реализовать путем питания ИИ, чаще всего газоразрядных импульсных ламп и светодиодов, переменным током определенной частоты.

Реализовать указанные выше виды модуляции можно двумя видами устройств: механическими и электрооптическими.