- •«Оптические и оптико-электронные системы»
- •Основные задачи и проблемы в развитии
- •Классификация оэс
- •Понятие системы
- •Обобщенная схема оптико-электронной системы
- •Параметры оптического излучения
- •Законы теплового излучения
- •Спектральный анализ оптических сигналов
- •Сложный периодический процесс
- •Спектр последовательности прямоугольных импульсов
- •Спектр прямоугольного импульса
- •Спектр непериодических сигналов
- •Спектр одиночного импульса
- •Единичный скачок
- •Единичный импульс
- •Оптические сканирующие системы по виду сканирующего элемента подразделяются на:
- •Сканирование плоским зеркалом
- •Сканирование оптическими клиньями
- •Сканирование отверстием
- •Тема 9. Электромеханические модуляторы: принципы работы и построения, форма сигнала и его свойства, особенности, достоинства, недостатки, основные параметры и погрешности.
- •Параметры и погрешности растровых модуляторов
- •Ошибки изготовления растра – модулятора излучения
- •Тема 10 . Оптические системы оэп. Назначение оптической системы. Линзовые, зеркальные и зеркально-линзовые системы в приемном и передающем трактах оэп Оптические системы оэп
- •Линзовые системы
- •Зеркальные системы
- •Зеркально-линзовые системы
- •Оптические системы с конденсором
- •Приемник излучения
- •Спектральная характеристика
- •Спектральная плотность напряжения шума
- •Тема 12. Структура эквивалентной схемы приемника излучения по сигналу, частотная передаточная функция, амплитудно-частотная характеристика, логарифмическая ачх фпу.
- •Шумы фотоприемного устройства и точки их приложения
- •Точки приложения шумов
- •Методы описания шума
- •Общий суммарный шум
- •Оценка диаметра входного зрачка фпу
- •Расчет дальности действия оэп
- •Распределение энергетической силы света в пространстве
- •Пространственная фильтрация
- •Функция веса оптической системы
- •Одномерная и многомерная фильтрация
- •Простейшие виды фильтров
- •Вероятностные характеристики обнаружения
- •Обнаружение методом непосредственного сравнения
- •Оптимальная фильтрация
- •Энергетический расчет эоп
- •Электронно-оптические ик-приборы ночного видения
- •Тема 17. Медицинские оптические приборы: эндоскопы, офтальмологические приборы. Эндоскоп
- •Точечный источник круглой формы и постоянной яркости. Распределение яркости описывается функцией
- •Излучатель в виде отрезка идеальной прямой линии постоянной яркости.
- •Отрезок прямой линии конечной ширины постоянной яркости.
- •Структура поля излучения
- •Реакция фотодетектора на падающий поток
- •Охлаждение приемников излучения
- •Чувствительность фпу как один из параметров, характеризующих его обнаружительную способность
- •Расчет фпу и уровня шумов
- •Московский государственный университет приборостроения и информатики
- •107996, Москва, ул. Стромынка, д. 20
Тема 9. Электромеханические модуляторы: принципы работы и построения, форма сигнала и его свойства, особенности, достоинства, недостатки, основные параметры и погрешности.
Механические модулирующие устройства получили широкое распространение в силу простоты реализации и отсутствия влияния на спектральные свойства оптического сигнала. Модуляция потока излучения осуществляется периодическим его прерыванием механическими или оптическими элементы с вращательным, либо возвратно-поступательным движением. В тоже время таким устройствам присущ ряд существенных недостатков: наличие вращающихся механических элементов, ограничивающих их частотные свойства; нестабильность частоты модуляции, вызванную нестабильностью вращения двигателя, источника питания и рядом конструктивных факторов; малый срок службы; значительные массы и габариты.
Вращение модулирующего элемента вызывает прерывание потока с частотой f=mn/60 (Гц), зависящей от скорости вращения двигателя n (об/мин) и числа периодов m модулирующего устройства, которое располагается в фокальной плоскости оптической системы. В зависимости от вида рисунка растра, определяющего закон следования прозрачных и непрозрачных участков растра, могут быть реализованы различные виды модуляции (АМ, ФМ, ЧМ и другие).
Простейшим АМ модулятором является вращающаяся, либо совершающая возвратно-поступательные движения, диафрагма с чередующимися прозрачными и непрозрачными участками.
В общем случае оптическая система с растром состоит из объектива, который создает изображение поля излучения в плоскости диафрагмы, растра и приемника, воспринимающего излучение, прошедшее через диафрагму (рис.1). Конденсор обеспечивает равномерное освещение чувствительной площадки приемника
Рис.1. Оптическая система с растром
Если задать освещенность изображения некоторой точки , а в полярной системе координат , расположенной в плоскости установки модулирующего элемента, в виде , а коэффициент пропускания растра в этой точке в виде . Коэффициент пропускания растра может быть представлен рядом Фурье, так как действие растра всегда периодично.
Поток излучения, прошедший через растр в пределах площади диафрагмы σ, равен:
, (1)
где - освещенность диафрагмы σ, dσ – элемент площади диафрагмы σ.
Освещенность E(z, t) рассматриваемой точки может быть представлена в виде некоторого потока, создающего равномерную освещенность E0(t) по поверхности модулирующего растра и фильтра с коэффициентом пропускания ф(z), зависящим от пространственных координат, тогда поток на выходе будет:
, (2)
обозначив , поток на выходе модулятора представим в виде (модулированный поток):
(3)
Входящая в формулу (3) величина Ф0(t) характеризует поток излучения падающий на модулирующий растр, а (t) его интегральный коэффициент пропускания. Форма сигнала на выходе модулирующего растра определяется формой изображения источника излучения в плоскости расположения растра и формой прозрачного для потока участка растра.
Интегральный коэффициент пропускания может быть представлен в виде бесконечной суммы синусов и косинусов
,
здесь ;
;
;
,
где - основная частота модулированного растром потока излучения.
Если - четная функция, т.е. законы открытия и закрытия потока излучения одинаковы и начало отсчета времени выбрано в середине периода рисунка растра, то и
Спектр модулированного потока излучения можно вычислить с помощью прямого преобразования Фурье
(4)
.
Спектр модулированного колебания является суммой спектра сигнала до модуляции и совокупности k – гармоник того же спектра, взятых со сдвигом по частоте на величину кратных частоте модуляции (рис.2).
Рис. 2. Спектр модулированного потока
Полагая, что освещенность в изображении источника равномерная, а прозрачные участки растра выполнены в виде круглого отверстия с радиусом r, найдем характер распределения потока на выходе модулирующего растра. При поступательном движении изменение потока описывается функцией вида
, (5)
где q = (r-x/2)/r = (1-x/2r), 0 x 2r и определяет положение координаты центра отверстия растра относительно центра изображения источника излучения, а f(x) характеризует отношение текущего значения s(x) площади перекрытия изображения и отверстия к максимальному значению sm(x) перекрытия, определяемому площадью отверстия r2, f(x)=s(x)/sm(x) .
Если модулирующие отверстия имеют прямоугольную форму, то форма изменения потока описывается функцией вида (5), но q принимает значения равные q=(r-x)/r=(1-x/r) при 0 x 2r.
Рис.3. Модулирующее устройство
Рис.4. Зависимость изменение потока от площади перекрытия