Тема: Как сделать лазерную установку для исследования среды

[Gall]

Да, я знаю об этом. Однако существующее распространенное мнение о тотальном вмешательстве мозга в обработку изображения не во всем соответствует реальности. Да, конечно мозг правит картинку по одному ему известным законам. Но - не тотально. На деле мозг делает это очень аккуратно, при определенных условиях и никогда не будет править то, чего не "понимает", чему не находит алгоритма. Так что, по опыту, с этой стороны я думаю все будет нормально, это вопрос корректной постановки опыта.

Я боюсь, что для таких простых картин, как линии и кольца, мозг алгоритм как раз прекрасно знает и потому править будет. Это по построению слишком близко к классическим картинкам с иллюзиями.

Ничто не мешает одновременно с картиной яркости показать обычный листок бумаги в клетку и попросить отметить, на каких клетках есть неравномерности.

Нет, так не получится, если бы так можно было, не было бы и задачи.. Как человек будет привязывать внешний листок к внутренней проекции? Это два разных образа и здесь мозг может уже вмешаться по полной программе. Кроме того, нет задачи передать увиденное, есть задача увидеть.

Вручную совместить. Ставим задачу: наложить два изображения одно на другое. Разрешено листок всяко двигать, подбирать наилучший вариант. Те части изображения, которые никак не хотят совмещаться, и есть дефекты.

В фотоаппаратах раньше были такие дальномеры - совместить два изображения друг с другом. Аналогичная идея.

Не думаю что будем иметь дрожание объекта, скорее относительно медленные изменения, которые имхо все же можно будет фиксировать наблюдением. Однако (пример с лошадью)... если размах велик, то получим кашу даже на медленных.. да, проблема. Но уже в любом случае хотелось бы посмотреть на это. Дело в том, что имхо важная информация сидит именно в изменениях реального времени, которые стандартные приборы в этой области регистрировать не умеют.

Точно знаю: голограмму живого с помощью непрерывного лазера получить невозможно, потому что дрожания гораздо больше длины волны. (Живое голографируют на сверхкоротких, наносекундных выдержках, когда заметного смещения просто не происходит).

Пока думаю. Сложно.

Два потока слить в один с приемлемой точностью не получится?

А кто же его знает. Непонятно, какая именно (в абсолютных величинах) нужна точность, потому и не могу посчитать.

Ага..кстати ... глаз локально неоднороден, может попробовать не лист бумаги и проекцию, а две проекции, разнесенные по координатам? тогда разница между ними даст суммарную дельту по двум разнесенным участкам. Меняя участки видимо можно будет вычислить и частное отклонение?
Хотя что-то это сильно похоже на интерференционный метод который уже был выше? Разница только в размере сдвига?

Это была моя первая мысль, потом я понял, что лист бумаги дает ПОЧТИ то же самое. Мне эта схема кажется хорошей. В ней можно сделать интерференцию, а можно не делать интерференцию (если две сетки взаимно некогенентны). Причем интерференцию можно использовать даже в случае, если дрожание больше допустимых величин, как индикатор совпадения. Без совпадения видны просто две сетки, при совпадении начнется дрожание и беспорядочное мигание линий - вращением регуляторов человек добивается этого и отмечает участки, которые НЕ мигают.

Или - наложить два интерференционых потока, один будет служить опорным, а поворачивая второй, получим дельту относительно координат первого?

Как бы да, но тут надо уже конкретику считать. Если не повезет, может оказаться, что совпадение возможно только для одной точки, а не для всей сетки. Хорошо бы на какой-нибудь модели глаза попробовать.

[MBG]

Я боюсь, что для таких простых картин, как линии и кольца, мозг алгоритм как раз прекрасно знает и потому править будет. Это по построению слишком близко к классическим картинкам с иллюзиями.

Все будет хорошо, если не давать мозгу повода решить, что он имеет дело с иллюзией. Это не проблема, я знаю что и как здесь происходит.

Вручную совместить. Ставим задачу: наложить два изображения одно на другое. Разрешено листок всяко двигать, подбирать наилучший вариант. Те части изображения, которые никак не хотят совмещаться, и есть дефекты.

Видимо я не понимаю суть этого действия. Я сижу на стуле, в глаз мне светит структурированная красная сетка. В руке у меня листок с распечатанной сеткой. Они разнородны по качеству изображения и разномасштабны по определению, так как сетку я виду одним глазом а листок двумя. Наложить листок на проекцию я не могу, потому что просто перекрою ход лучам. Даже если бы не перекрыл, это все равно сильно разные изображения чтобы мозг их совместил в бинокуляре - не совместит. Значит я просто могу их сравнивать, одно с другим, последовательно переводя внимание на листок-на проекцию. Но зачем это делать, если у меня в памяти такой же "листок"? Как контроль от шуток мозга?

В фотоаппаратах раньше были такие дальномеры - совместить два изображения друг с другом. Аналогичная идея.

Дальномер в фотоаппарате дает однородные и одномасштабные изображения, которые мозг легко сводит в бинокуляр, это иное.

Точно знаю: голограмму живого с помощью непрерывного лазера получить невозможно, потому что дрожания гораздо больше длины волны. (Живое голографируют на сверхкоротких, наносекундных выдержках, когда заметного смещения просто не происходит).

Значит метод интерференции не проходит в принципе? А как-то загрубить шкалу видимо невозможно?

А кто же его знает. Непонятно, какая именно (в абсолютных величинах) нужна точность, потому и не могу посчитать.

Чем она определяется?

Это была моя первая мысль, потом я понял, что лист бумаги дает ПОЧТИ то же самое. Мне эта схема кажется хорошей. В ней можно сделать интерференцию, а можно не делать интерференцию (если две сетки взаимно некогенентны). Причем интерференцию можно использовать даже в случае, если дрожание больше допустимых величин, как индикатор совпадения. Без совпадения видны просто две сетки, при совпадении начнется дрожание и беспорядочное мигание линий - вращением регуляторов человек добивается этого и отмечает участки, которые НЕ мигают.

Хорошо, примерно понятно.

Как бы да, но тут надо уже конкретику считать. Если не повезет, может оказаться, что совпадение возможно только для одной точки, а не для всей сетки. Хорошо бы на какой-нибудь модели глаза попробовать.

Не существует достоверной модели в глаза. Есть упрощенные модели геометрической оптики с приближением той или иной степени, которые в данном случае ничем помочь не могут.

Я вот что думаю. Наверное стоит попробовать сделать первый шаг с голограммой на сетке, а уже потом скорректироваться по результатам. Ясно что опыт внесет свои коррективы, вот по ним дальше и идти. Строго говоря я даже не знаю что мы там увидим, есть только некоторые предположения, реальность же может оказаться совершенно иной.
Может  стоит попробовать сразу два простых варианта, один с сеткой, второй на интерференции? Просто посмотреть на картинки?

[Gall]

Видимо я не понимаю суть этого действия. Я сижу на стуле, в глаз мне светит структурированная красная сетка. В руке у меня листок с распечатанной сеткой. Они разнородны по качеству изображения и разномасштабны по определению, так как сетку я виду одним глазом а листок двумя. Наложить листок на проекцию я не могу, потому что просто перекрою ход лучам. Даже если бы не перекрыл, это все равно сильно разные изображения чтобы мозг их совместил в бинокуляре - не совместит. Значит я просто могу их сравнивать, одно с другим, последовательно переводя внимание на листок-на проекцию. Но зачем это делать, если у меня в памяти такой же "листок"? Как контроль от шуток мозга?

Я имел в виду вот что. В глаз светит красная сетка. На том же приборе, который светит красной сеткой, закреплена карточка с нарисованной такой же сеткой (если надо, перед ней можно поставить какой-нибудь окуляр с линзой). Настроено все так, что линии сеток в глазу должны по идее точно совместиться. У человека есть ручка, с помощью которой он может попробовать совместить идеально.

Ну то есть источником одной из двух сеток может являться не лазер, а карточка с нарисованной сеткой и, быть может, парочкой линз перед нею.

Дальномер в фотоаппарате дает однородные и одномасштабные изображения, которые мозг легко сводит в бинокуляр, это иное.

Там монокуляр. Почему нельзя здесь сделать изображения тоже одномасштабными?

Точно знаю: голограмму живого с помощью непрерывного лазера получить невозможно, потому что дрожания гораздо больше длины волны. (Живое голографируют на сверхкоротких, наносекундных выдержках, когда заметного смещения просто не происходит).

Значит метод интерференции не проходит в принципе? А как-то загрубить шкалу видимо невозможно?

Шкала определяется длиной световой волны. Смещение на 1/2 волны соответствует переходом от "черного" к "белому".

Но если речь идет о смещении тканей глаза относительно друг друга, то вполне возможно, что какие-то соседние части относительно друг друга движутся гораздо меньше, чем на 1/2 лямбда, и проблем не будет. Во всяком случае спекл-картину лазера после некоторой тренировки можно сохранять неподвижной, мне это удается.

А кто же его знает. Непонятно, какая именно (в абсолютных величинах) нужна точность, потому и не могу посчитать.

Чем она определяется?

Абсолютной величиной "вибраций" отдельных частей глаза относительно друг друга.

Не существует достоверной модели в глаза. Есть упрощенные модели геометрической оптики с приближением той или иной степени, которые в данном случае ничем помочь не могут.

Это понятно. Но на самом деле если есть хотя бы грубая модель, уже многие неизвестные параметры можно приблизительно посчитать. В идеале хорошо бы на макете пробовать. Ну или хотя бы приблизительно 3d-модель с указанием показателей преломления нарисовать.

Я вот что думаю. Наверное стоит попробовать сделать первый шаг с голограммой на сетке, а уже потом скорректироваться по результатам. Ясно что опыт внесет свои коррективы, вот по ним дальше и идти. Строго говоря я даже не знаю что мы там увидим, есть только некоторые предположения, реальность же может оказаться совершенно иной.
Может  стоит попробовать сразу два простых варианта, один с сеткой, второй на интерференции? Просто посмотреть на картинки?

Разумеется.

[MBG]

Я имел в виду вот что. В глаз светит красная сетка. На том же приборе, который светит красной сеткой, закреплена карточка с нарисованной такой же сеткой (если надо, перед ней можно поставить какой-нибудь окуляр с линзой). Настроено все так, что линии сеток в глазу должны по идее точно совместиться. У человека есть ручка, с помощью которой он может попробовать совместить идеально.
Ну то есть источником одной из двух сеток может являться не лазер, а карточка с нарисованной сеткой и, быть может, парочкой линз перед нею.

Хорошо, примерно понятно. Думаю, можно будет попробовать.

Шкала определяется длиной световой волны. Смещение на 1/2 волны соответствует переходом от "черного" к "белому".

Это смещение будет 200 - 350нм, вибрации тканей глаза как минимум на несколько порядков больше.

Но если речь идет о смещении тканей глаза относительно друг друга, то вполне возможно, что какие-то соседние части относительно друг друга движутся гораздо меньше, чем на 1/2 лямбда, и проблем не будет.

По всей видимости на соседних участках не будет резких градиентов .. надо смотреть.

Во всяком случае спекл-картину лазера после некоторой тренировки можно сохранять неподвижной, мне это удается.

Можете подробнее об этом? Я смотрел на спеклы, думал может их как-то можно использовать? Но они нерегулярны ведь, хотя и дают какой-то рисунок? В общем так и не понял что это такое. Что значит удается сохранить картинку неподвижной?

Абсолютной величиной "вибраций" отдельных частей глаза относительно друг друга.

Если соседние части - то неизвестно, если абс размах, то в пределах миллиметра в максимуме ,в среднем около 0,2-0,5 мм.

Это понятно. Но на самом деле если есть хотя бы грубая модель, уже многие неизвестные параметры можно приблизительно посчитать. В идеале хорошо бы на макете пробовать. Ну или хотя бы приблизительно 3d-модель с указанием показателей преломления нарисовать.

Да, такие параметры есть. Есть модель глаза Zemax и просто таблица сред\параметров. Геометрически-численно все это достаточно правильно, но весьма далеко от реальной работы глаза. Если интересно, можно переслать табличку или файл.

Разумеется.

ОК

[MBG]

Разобрался со спеклами, понятно.

[MBG]

Зарегистрировался на холофоруме, жду ответа админа о подтверждении.

[Gall]

Это смещение будет 200 - 350нм, вибрации тканей глаза как минимум на несколько порядков больше.

Относительно окружающих предметов. Однако соседние точки тканей глаза движутся вместе, их относительное перемещение может быть меньше 10 нм, и, быть может, этим фактом удастся воспользоваться.

Во всяком случае спекл-картину лазера после некоторой тренировки можно сохранять неподвижной, мне это удается.

Можете подробнее об этом? Я смотрел на спеклы, думал может их как-то можно использовать? Но они нерегулярны ведь, хотя и дают какой-то рисунок? В общем так и не понял что это такое. Что значит удается сохранить картинку неподвижной?

Спекл - это интерференционная картина, создаваемая случайными шероховатостями поверхности и неидеальностями глаза. Нерегулярность спекла связана со случайностью величины, которую он отображает - со случайностью рельефа поверхности.

Точки спекл-картины обычно хаотично "мельтешат", но после небольшой тренировки удается зафиксировать положение этих точек. Это значит, что лучи, отвечающие за их появление, относительно друг друга практически неподвижны.

Абсолютной величиной "вибраций" отдельных частей глаза относительно друг друга.

Если соседние части - то неизвестно, если абс размах, то в пределах миллиметра в максимуме ,в среднем около 0,2-0,5 мм.

Абсолютная амплитуда большая, это ясно, и поэтому конструкция должна быть нечувствительна к этим колебаниям. Они слишком велики даже для геометрической оптики.

Тут вообще больше проблем создаст волновая оптика как таковая. Геометрическая оптика - настолько грубое приближение, что она вообще не работает. Если в глаз направить тонкий луч, на сетчатке он НЕ создаст точку. Точка есть результат интерференции многих волн, прошедших через разные точки зрачка, а одному тоненькому лучу не с чем интерферировать. Так что тут надо аккуратно. Гауссовы пучки, да...

[MBG]

Точки спекл-картины обычно хаотично "мельтешат", но после небольшой тренировки удается зафиксировать положение этих точек. Это значит, что лучи, отвечающие за их появление, относительно друг друга практически неподвижны.

Боюсь что не понимаю.
Направляю пятно лазера на шероховатую поверхность. В пятне вижу спеклы. При перемещении лазера, поверхности или глаз, спеклы меняются. Если ничего из этого не двигать, картинка стоит. Никакого хаотичного мельтешения я не вижу, если не двигать ничего.
В чем нужна тренировка и в чем проблема фиксации спеклов?

Тут вообще больше проблем создаст волновая оптика как таковая. Геометрическая оптика - настолько грубое приближение, что она вообще не работает. Если в глаз направить тонкий луч, на сетчатке он НЕ создаст точку. Точка есть результат интерференции многих волн, прошедших через разные точки зрачка, а одному тоненькому лучу не с чем интерферировать. Так что тут надо аккуратно. Гауссовы пучки, да...

А что я увижу, если посмотрю на тонкий луч лазера? Или речь о некоем теоретическом луче с нулевой толщиной?

[Gall]

Точки спекл-картины обычно хаотично "мельтешат", но после небольшой тренировки удается зафиксировать положение этих точек. Это значит, что лучи, отвечающие за их появление, относительно друг друга практически неподвижны.

Боюсь что не понимаю.
Направляю пятно лазера на шероховатую поверхность. В пятне вижу спеклы. При перемещении лазера, поверхности или глаз, спеклы меняются. Если ничего из этого не двигать, картинка стоит. Никакого хаотичного мельтешения я не вижу, если не двигать ничего.
В чем нужна тренировка и в чем проблема фиксации спеклов?

Повезло - получилось сразу без тренировки

Обычно получается со второго-третьего раза.

А что я увижу, если посмотрю на тонкий луч лазера? Или речь о некоем теоретическом луче с нулевой толщиной?

Луч с нулевой толщиной не может существовать даже теоретически.

Если посмотреть на тонкий луч, то будет видно пятно света, по размерам гораздо бОльшее, чем должно по геометрической оптике быть от такого луча. Причем начиная с какой-то толщины будет даже наоборот - чем тоньше луч, тем больше пятно.

Попробуйте взять линзу, спроецировать ею изображение предметов в комнате на экран, и при таком вот положении линзы посветить туда лазером. У вас на экране будет четкое уменьшенное изображение комнаты, а вот пятно от лазера на этом изображении будет непропорционально большим. Более того, иногда линза может не уменьшить, а наоборот, увеличить его.

Дело в том, что луч лазера нельзя рассматривать как "тонкий параллельный пучок". Он всегда сначала немного сужается, а потом немного расширяется, и имеет при этом самое тонкое место - "перетяжку". То же самое будет и после линзы, то же самое будет и в глазу. Чтобы луч в перетяжке давал маленькую точку, до перетяжки он должен резко сужаться по конусу. И наоборот, чтобы сохранить диаметр луча почти неизменным, надо сделать луч как можно толще. Это волновая оптика в действии.

Чтобы создать маленькую точку на сетчатке, надо направить под соответствующим углом толстый (больше зрачка) ровный луч лазера.

[MBG]

Получается, что коллиматор - весьма условное понятие в отношении тонкого луча?

[MBG]

Чтобы создать маленькую точку на сетчатке, надо направить под соответствующим углом толстый (больше зрачка) ровный луч лазера.

Почему толстый? Чтобы глаз как обычная линза сфокусировал его на сетчатке в точку? Да, сфокусирует. Но мне ведь нужно смотреть не всю "линзу" в целом, а отдельные ее сектора, каждый в отдельности. Именно для этого и предназначена сетка=тонкий луч. В чем ошибаюсь?

Пример с линзой комнатой и лазером понятен - результат зависит от взаимного расположения точки перетяжки и линзы.
Однако на отдельном коротком участке в 1 м, например, и фокусировке лазера в бесконечность я могу рассматривать его луч как тонкий параллельный пучок?

[Gall]

Получается, что коллиматор - весьма условное понятие в отношении тонкого луча?

Не условное, просто его неправильно понимают. "Коллиматор" - это устройство, которое делает у пучка перетяжку заданного диаметра в заданном месте. Мы не можем сделать луч произвольной толщины, но мы можем выбирать желаемый компромисс между вариантами "тонкий расходящийся - толстый ровный". В зависимости от задачи компромисс бывает разным; например, "пятно 20 мкм и плевать, что через несколько см диаметр пучка тоже будет несколько см" или "пусть толщина в перетяжке целых 20 метров, зато до Луны достанет". Хотя обычно выбирают более приземленный вариант "перетяжка около 1 мм, диаметр почти не меняется на многих метрах".

Почему толстый? Чтобы глаз как обычная линза сфокусировал его на сетчатке в точку? Да, сфокусирует. Но мне ведь нужно смотреть не всю "линзу" в целом, а отдельные ее сектора, каждый в отдельности. Именно для этого и предназначена сетка=тонкий луч. В чем ошибаюсь?

В том, что предполагаете, что при этом на сетчатке сектора не перемешаются. В хрусталике каждый луч начнет расширяться.

Метод зондирования придется сделать более хитрым. Не щупать сектора по одному, а щупать сразу большими группами. Но группы построить так, чтобы по знанию групп сектор определялся однозначно.

Однако на отдельном коротком участке в 1 м, например, и фокусировке лазера в бесконечность я могу рассматривать его луч как тонкий параллельный пучок?

Фокусировки лазера в бесконечность не существует; лазер всегда сфокусирован на расстояние, пропорциональное диаметру перетяжки.

См. также http://laserforum.ru/index.php?topic=297.msg2596#msg2596

[MBG]

Не условное, просто его неправильно понимают.

ОК

В том, что предполагаете, что при этом на сетчатке сектора не перемешаются. В хрусталике каждый луч начнет расширяться.

Gall, я на деле вижу точку на трех вариантах: ЛМ без линз, линза с фокусом в глаз, линза с фокусом вдаль. И сектора вроде не мешаются.
ЛМ обычный китайский, 1 мвт, держу в руке.
Что это все значит?

Метод зондирования придется сделать более хитрым. Не щупать сектора по одному, а щупать сразу большими группами. Но группы построить так, чтобы по знанию групп сектор определялся однозначно.

Ох боюсь это сильно усложнит задачу ((
По остальному - ок, спасибо.

[Gall]

Gall, я на деле вижу точку на трех вариантах: ЛМ без линз, линза с фокусом в глаз, линза с фокусом вдаль. И сектора вроде не мешаются.
ЛМ обычный китайский, 1 мвт, держу в руке.
Что это все значит?

Значит, что во-первых лазером 1 мВт в глаз светить не стоит (он слишком мощный для этого! - раз в 10 ослабить надо бы темным стеклом), а во-вторых - не кажется подозрительным, что во всех случаях точка?

В действительности у лазерного модуля такого типа луч довольно толстый. У любого луча вокруг центрального пятна есть еще более слабый "ореол", так вот, при прохождении через линзу часть этого "ореола" меняется местами с частью точки. Ореол частично фокусируется, а точка, наоборот, частично рассеивается. Если попытаться обрезать "ореол", луч сразу поведет себя очень "странно" - даст классическую дифракционную картину. Это потому происходит, что именно интерференция с "ореолом" мешает этой картине образоваться.

Вообще, совсем уж строго говоря, луч имеет всегда бесконечно большой диаметр, но его центр намного ярче, чем периферия (а в паре сантиметров от центра излучение обычно уже просто не обнаруживается). В формировании изображения через линзу периферия играет важную роль.

У лазерной указки луч с периферийной частью вместе имеет диаметр миллиметра три. Сравнимо с диаметром зрачка. На сетчатке глаза действительно образуется одна точка, но ее рисует свет, прошедший через очень разные места хрусталика. Информация о дефектах в эту точку и в самом деле приходит, но в очень запутанном виде (иногда только в виде фазы света). Если с хрусталика еще идет более-менее изображение, то с роговицы уже что-то больше похожее на Фурье-образ. Поэтому придется хитрить. При определенной конфигурации лучей глаз самостоятельно сделает обратное преобразование Фурье.

[MBG]

Да, конечно я ослабляю 1 мвт, дважды, питанием на минимум и синим фильтром.
Однако Вы меня озадачили. Точка получается не во всех случаях, ее приходится настраивать, но Вы совершенно заметили, что настройка эта была несколько неочевидной и нет никакой гарантии что луч не проходит через широкую область (хотя у меня есть все основания полагать, что эта область по крайней мере много уже, нежели при прохождении света от некогерентного точечного источника).
Особенно меня озадачила поначалу точка с лазерной указки без оптики, просто колпачок с дыркой  2 мм на выходе. Повозившись с ней, пришел к выводу что причина - именно Гаусс, видим только центр.
Опыт специально веду в темноте, на нижнем пределе яркости луча, с целью расширить зрачок, его размер получается 4-6 мм, это явно шире чем диаметр луча. Однако точка сохраняется одинаковой как на широком так и на узком зрачке, при свете.
Хорошо, оставим пока это. Но как же мы можем говорить о визуальном наблюдении сетки, если она сама есть совокупность тонких лучей, которые судя по Вашим словам, расползутся по всему глазу?