Способ фоторегистрации оптических неоднородностей в оптически прозрачной среде и устройство для его осуществления

 

1. Способ фоторегистрации оптических неоднородностей в оптически прозрачной среде, включающий освещение объекта белым светом, разделение светового потока на пути от объекта к регистратору на п одпотоки и регистрацию изображения объекта на черно-белую фотопленку, о т.л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения эффективности регистрации путём увеличения глубины резкости и упрощения дешифровки изображения,разделение светового, потока проводят на спектрозональные подпотоки, которые проводят по оптическим путям различной длины, а регистрацию изображения (Л выполняют с помощью оптической системы с телецентрическим ходом главных лучей в пространстве объекта. со о QD

i

„„ЯЦ „„1091 709

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTQPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ. И ОТКРЫТИЙ (21) 3439564/18-25 (22) 14.05.82 (46) 30.04.8 7. Бюл. Н- 16 (71) .Объединенный институт ядерных исследований и Ленинградский институт точной механики и оптики (72) Э.В. Козубский и И.М. Русинов (53) 535.242(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 216855, кл. 6 01 Т 5/00, 1963..

Авторское свидетельство СССР № 837215, кл. G 01 Т 5/02, 1980. (54) СПОСОБ ФОТОРЕГИСТРАЦИИ ОПТИЧЕСКИХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ В ОПТИЧЕСКИ ПРО-.

ЗРАЧНОЙ СРЕДЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ. ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (Sgy С 01 N 21/85 С 01 Т 5/02 (57) 1. Способ фоторегистрации оптических неоднородностей в оптически прозрачной среде, включающий освещение объекта белым светом, разделение светового потока на пути от объекта к регистратору на подпотоки ирегистрацию изображения объекта на черно-белую фотопленку, о т,л и ч а— ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности регистрации путем увеличения глубины резкости и упрощения дешифровки изображения,разделение светового потока проводят на спектрозональные подпотоки, которые проводят по оптическим путям различ- д ной длины, а регистрацию изображения выполняют с помощью оптической систе- . мы с телецентрическим ходом главных лучей в пространстве объекта.

1091709

2. Устройство для фоторегистрации оптических неоднородностей в оптически прозрачной среде, содержащее фото. камеру и плоские зеркала, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью . повышения эффективности регистрации путем увеличения глубины резкости и упрощения дешифровки изображения, в него дополнительно введено полупрозрачное зеркало, расположенное наклонно к оси фотокамеры между фотокамерой и плоскими зеркалами, причем

Изобретение относится к методике фотографической регистрации оптических неоднородностей в оптически прозрачной среде, в частности к фоторегистрации следов заряженных частиц в различных следовых камерах, например пузырьковых, применяемой в научных исследованиях в области физики элементарных частиц.

Известен способ фоторегистрации оптических неоднородностей посредством фотокамеры, включающий освещение объема белым светом и фотоэкспонирование изображения на чернр-белую фотопленку.

Недостаток способа обусловлен жесткой зависимостью разрешения от ". глубины резкости. С увеличением относительного отверстия объектива возрастает разрешение и падает глубина резкости в фотографируемом объеме.Повышение глубины резкости при заданном относительном о-верстии объектива может быть достигнуто .за счет фотографирования объекта послойно, например посредством группы фотокамер или посредством одной фотокамеры и перефокусировки фотообъектива.

Применение нескольких фотокамер для послойного фотографирования объекта влечет усложнения аппаратуры и повышение расхода фотопленки. Послойное фотографирование посредством одной фотокамеры с ее перефокусировкой не может быть применено для фоторегистрации быстро протекающих процессов.

Наиболее близким к изобретению является способ фоторегистрации оптиплоские зеркала расположены ортогонально оси фотокамеры на равных расстояниях друг от друга вдоль этой оси и выполнены селективно отражающими в неперекрывающихся спектральных интервалах, объектив фотокамеры выполнен с телецентрическим ходом лучей в пространстве предметов и относительным отверстием, соответствующим глубине резкости, равной удвоенному расстоянию между соседними зеркалами, ческих неоднородностей в оптически прозрачной среде, включающий освещение объекта белым светом, разделение светового потока на пути от объекта

5 к регистратору на подпотоки и регист.рацию изображения объекта на чернобелую фотопленку. Известное устройство для фоторегистрации оптических неоднородностей в оптически прозрачной среде содержит фотокамеру и плоские зеркала.

Недостатком известных способа и устройства является невысокая эффективность из-за сравнительно неболыбо 5 го увеличения глубины резкости (в 2 раза) и смещение изображений двух слоев относительно друг друга, что затрудняет процесс дешифрирования изображений.

Целью изобретения является повышение эффективности регистрации путем увеличения глубины резкости и упрощение дешифровки изображения, Это достигается тем, что разделе25 ние светового потока проводят на спектрозональные подпотоки, которые проводят по оптическим путям различной длины, а регистрацию изображения выполняют с помощью оптической системы с телецентрическим ходом главных лучей в пространстве объекта.

В известное устройство для фоторегистрации оптических неоднородностей в оптически прозрачной среде, содер35 жащее фотокамеру и плоские зеркала, дополнительно введено полупрозрачное зеркало, расположенное наклонно к оси фотокамеры между фотокамерой и плоскими зеркалами, причем плоские зерка.! 091 ла расположены ортогонально оси фотокамеры на равных расстояниях друг от друга вдоль этой оси и выполнены селективно отражающими в неперекрывающихся спектральных интервалах,. объектив фотокамеры выполнен с телецентрическим ходом лучей в пространстве предметов и относительным отверстием, соответствующим глубине резкости, равной удвоенному расстоянию между . p соседними зеркалами.

На чертеже изображена схема устройства для фоторегистрации оптических неоднородностей- в оптически прозрачной среде. 15

Устройство содержит пузырьковую камеру 1, полупрозрачное зеркало 2, систему селективно отражающих плоских зеркал 3,. объектив.4 фотокамеры, фоточувствительный материал 5.,2р

Устройство работает следующим образом.

Объект (следы заряженных частиц в пузырьковой камере 1) освещают ,белым (немонохроматическим) светом, 25 т.е. светом с широким, спектром длин волн, равным интервалу фоточувствительности фотоматериала. Свет рассеивается на пузырьках в жидкости и часть рассеянного неоднородностями 3g света направляется в объектив фотокамеры.

На пути светового потока от объекта к объективу 4 полупрозрачным (507) зеркалом 2 световой поток отклоняется на систему плоских зеркал.3 с уззональными светоотражающими покрытиями на их поверхностях, Световой поток, падая на первую светоотражающую поверхность,, разделяется на два щ подпотока. Один, соответствующий хроматической зоне отражения покрытия, отражается в сторону полупрозрачного зеркала и объектива 4 фотокамеры, а другой проходит к второй светоотра- 45 жающей поверхности. На второй отражаю-. щей плоскости стопки опять происхо-, дит разделение падающего светового потока на два: отраженный, хроматическая окраска которого соответствует gp зоне отражения светоотражающего покрытия второй поверхности, и проходящий, хроматический спектр которого имеет проюалы, соответствующие хроматическим зонам отражения покрытий 55 двух первых поверхностей.. Процесс разделения на хроматические подпотоки продолжается до попадания светового потока на последнюю светоотражающую

709

4 поверхность. Одновременно очередной хроматический подпоток проходит путь на удвоенное расстояние между соседними зеркалами больший, чем предшествующий. Таким образом, одновременно производится разделение светового потока на хроматические подпотоки и вносится в каждый подпоток дополнительная разность хода, равная удвоенному расстоянию между соседними ,зеркалами.

Отраженные от системы селективно . отражающих зеркал 3 хроматические подпотоки направляются в сторону полупрозрачного зеркала 2, проходят это зеркало и попадают через объектив 4 фотокамеры. на фоточувствительный материал 5.

Хроматические подпотоки света, вышедшие из одной точки в пространстве предмета, проходят различ.ный путь до объектива в зависимости от длины волны каждого подпотока.При этом разница в длине пути до объектива кратна удвоенному расстоянию меж,ду соседними селективно отражающими зеркалами. Следовательно, изображение этой точки, построенное лучами,в одном из хроматических интервалов спектра, окажется резким, а все остальные изображения †. сильно дефокусированными и при этом в различной степени в зависимости от длины пути света от этой точки до объектива, поскольку для них эта точка оказывается вне зоны резко изображаемого пространства.

Аналогично другая точка, расположен-. ная от первой точки на кратном удвоенному расстоянию между зеркалами, интервале также окажется резко изображенной на пленке, но в ином хроматическом интервале, и дефокусированной во всех остальных хроматических интервалах и при этом в различной степени.

Таким образом, в плоскости иэображения фотокамеры окажутся хорошо сфокусированными изображения точек предмета, отстоящих друг от друга на кратные удвоенному расстоянию между зеркалами интервалы, но при этом все эти изображения будут иметь различную хроматическую окраску. Одновременно в плоскости изображения фотокамеры будут образованы изображения тех же точек, но сильно дефокусированные и окрашенные н другие цвета.

Относительное отверстие объектива фотокамеры должно быть установлено с

1091709

5 условием обеспечения резкого изобра жения пространства с глубиной I=D/К=

2Т/п, где D — глубина фотографируе:мого объема; К вЂ” число слоев, на которое разбивается фотографируемый объем, или число отражающих плоскостей; Т вЂ” расстояние между плоскими зеркалами; п — показатель преломления материала между зеркалами.

f0

Это условие выполняется, если относительное отверстие объектива определено в соответствии с формулой

А, = (z+z/и) Д/г, (1) где А — критическое значение аппертуры, при котором для резко изображаемого пространства достигается равенство величины геометрической расфокусировки изображения точки и диф-, фракционного кружка; М вЂ” масштаб изображения; Д - длина волны.

Размер дифракционного пятна — изображения точки при данном относитель- Я5 ном отверстии объектива (А ) будет пропорционален корню квадратному из в/к.

Таким образом, достигается разделение объекта фотографирования на ряд З0 зон по глубине, смещение каждой зоны в область резкого изображения одной центральной зоны и фотографирование всех эон. на общий снимок с резким изображением каждой иэ зон в одном из хроматических интервалов спектра.

Дефокусированные иэображения, как менее контрастные, могут быть отделены при анализе снимков или ликвидированы подбором уровня .освещения и режима химической обработки снимков.

Фотографирование посредством оптической системы с телецентрическим ходом главных лучей в пространстве предметов обеспечит построение изображения всех слоев объекта в равном масштабе. Это.избавит от необходимости внесения поправок на разномасштабность изображений отдельных слоев.

Одновременно равномасштабность изоб0 ражений отдельных слоев дает возможность наложить изображения всех слоев друг на друга. Таким образом изобракения отдельной точки пространства предметов на снимке, построенные кружками разного цвета и диаметра, окажутся наложенными друг на друга концентрично, что;повысит конраст иэображения центральной части такого мультипликативного изображения этой точки.

Количество слоев (К), т.е. фактор увеличения глубины резко изображаемого пространства по данному способу, зависит от числа разбиения спектра на узкие хроматические эоны и от уровня освещенности объекта, поскольку с увеличением числа зон разбивки спектра пропорционально снижается яркость освещения соответствующего слоя предмета. Все зоны отражения покрытий в стопке должны дополнять друг друга и не перекрывать друг друга.

Эффективность способа зависит также от значения коэффициента отражения плоских зеркал. Чем ближе к единице значение коэффициента отражения в нужной зоне и к нулю в остальной части спектра, тем выше контраст изображений и тем больше число зон разбиения спектра, т,е . большее число слоев в фотографируемом объеме может быть достигнуто.

Наложение изображений слоев друг на друга с целью упрощения процедуры

It и сшивки отдельных слоев достигается посредством применения полупрозрачной пластинки и размещением ее с услоЬием направления светового потока от предмета по нормали к плоскостям селективно отражающих зеркал, которые, в свою очередь, размещены ортогонально оси фотокамеры.

Расстояние между зеркалами должно быть равно 1/К глубины фотографируемого объекта при условии, что это расстояние редуцировано к воздуху (К вЂ” число слоев).

Технико-экономические преимущества .предложенных способа и устройства определяются возможностью повысить глубину резко изображаемого пространства предметов при заданном уровне разрешения или увеличить разрешение при заданной глубине фотографируемого объема. Важность этой задачи можно проиллюстрировать на примере регистрации короткоживущих частиц в пузырьковой камере. Эта задача требует разрешения в пространстве объекта на уровне 10 мкм, поскольку длина пробега таких частиц со временем жизни порядка 10 1"- 10 с составляет величины меньше 1 мм. Указанное разре1091709

Редактор О. Филиппова

Корректор Т. Колб

Техред И. Попович

Заказ 1648/3 Тираж 777 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/S

Производственно-полиграфическое предприятие, r. ужгород, ул. Проектная, 4 шение можно получить, если применить объектив с относительным отверстием

1/4, при этом глубина резко изображаемого пространства составит всего лишь 0,5 мм. Поскольку указанные короткоживущие частицы образуются с весьма малой вероятностью, то зарегистрировать их в объеме такой толщины практически невозможно.

Кроме того, увеличение глубины резко изображаемого пространства,достигаемое за счет послойного фотогра-, фирования объекта, не влечет усложнения.процедуры обработки снимков, поскольку применение телецентрического хода главных лучей в пространстве предметов обеспечивает равный масштаб изображений всех слоев.