Устройство ввода оптического излучения для нанесения меток времени в скоростной фотохронографический регистратор
Владельцы патента RU 2488867:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") (RU)
Изобретение может быть использовано при исследовании однократных быстропротекающих физических процессов с использованием скоростного фотохронографического регистратора (СФР) с зеркальной разверткой. Устройство содержит источник модулированного оптического излучения и оптический элемент с зеркальной отражающей поверхностью, оптическое волокно и червячную пару. Источник модулированного оптического излучения оптически связан с входным торцом оптического волокна, противоположный конец которого закреплен в червячной паре на оси, проходящей через оптический элемент с зеркальной отражающей поверхностью. Оптический элемент с зеркальной отражающей поверхностью расположен вплотную к поверхности выходного объектива СФР на расстоянии от излучающего торца оптоволокна, равном расстоянию от промежуточного изображения исследуемого объекта в СФР до поверхности выходного объектива СФР. Технический результат - увеличение объема информации, которая может быть зарегистрирована фотоприемником при одновременной записи информации от исследуемого объекта и меток времени, а также возможность использования штатного узла щели, входящего в состав СФР. 2 ил.
Изобретение относится к области высокоскоростной фотосъемки при исследовании однократных быстропротекающих физических процессов с использованием скоростного фотохронографического регистратора с зеркальной разверткой.
Для уменьшения погрешности измерения интервалов времени с помощью скоростного фотохронографического регистратора (СФР), связанной с неточностью определения скорости развертки изображения по фотоприемнику, одновременно с излучением от исследуемого процесса в оптическую систему СФР вводятся импульсы оптического излучения, следующие с заданной частотой, которые регистрируются на чувствительной поверхности фотоприемника в виде световых меток [1], [2].
В настоящее время для этой цели применяется устройство, называемое датчиком меток времени ДВ-2 [3] (прототип), который включает устройство ввода излучения в СФР и электронный блок управления.
На фиг.1 изображена оптическая схема СФР с встроенным устройством ввода оптического излучения датчика меток времени ДВ-2.
Принятые на фиг.1 обозначения:
1 - исследуемый объект высотой H1,
2 - промежуточное изображение исследуемого объекта высотой Н2,
3 - изображение исследуемого объекта на фотоприемнике высотой Н3,
4 - входной, длиннофокусный объектив СФР,
5 - выходной, короткофокусный объектив СФР,
6 - подвижное зеркало,
7 - фотоприемник,
8 - источник модулированного оптического излучения;
9 - линза из состава датчика ДВ2,
10 - оптический элемент с зеркальной отражающей поверхностью (неподвижное зеркало высотой h1 из состава датчика ДВ2),
11 - метки времени на поверхности фотоприемника,
12 - область на фотопленке высотой h2, экранируемая неподвижным зеркалом датчика ДВ-2.
Регистратор СФР содержит входной объектив 4, выходной объектив 5, подвижное зеркало 6, фотоприемник 7.
Устройство ввода оптического излучения датчика меток времени ДВ-2 содержит источник модулированного оптического излучения 8, линзу 9 и оптический элемент 10 с зеркальной отражающей поверхностью (неподвижное зеркало высотой h1 из состава датчика ДВ2).
Регистратор СФР с встроенным устройством ввода излучения датчика меток времени ДВ-2 работают следующим образом.
Входной объектив 4 регистратора СФР строит промежуточное изображение 2 исследуемого объекта 1, которое с помощью выходного объектива 5 и подвижного зеркала 6 перестраивается в изображение 3 на фотоприемнике 7.
Линза 9 строит изображение источника модулированного оптического излучения 8, находящегося в электронном блоке управления датчика ДВ-2, на поверхности неподвижного зеркала 10, расположенного в плоскости промежуточного изображения исследуемого объекта 2; отраженное от зеркала 10 излучение направляется в выходной объектив 5, который, вместе с подвижным зеркалом 6, строит изображение источника 8 в области 12 на чувствительной поверхности фотоприемника в виде меток времени 11.
Устройство ввода оптического излучения для нанесения меток времени в датчике ДВ-2 имеет следующие недостатки:
- уменьшение объема регистрируемой информации из-за экранирования части поверхности (область 12 фотоприемника 7) зеркалом 10;
- необходимость замены штатного узла щели, входящего в состав СФР, на узел щели из состава датчика ДВ-2.
Первый недостаток объясняется тем, что для обеспечения мощности светового потока, необходимой для регистрации фотоприемником 7 изображения источника излучения 8, высота h1 зеркала 10 должна составлять около 20% высоты Н2 промежуточного изображения исследуемого объекта 2.
Поскольку зеркало 10 расположено в месте построения промежуточного изображения исследуемого объекта 1 объективом 4, оно экранирует часть площади, занятой изображением 2 в плоскости промежуточного изображения, приводя к появлению области 12 на фотоприемнике, составляющей 20% от площади рабочего кадра, на которой не может быть зарегистрирована иная информация, кроме меток времени, умеьшая тем самым объем информации, получаемой от исследуемого объета, что может быть существенным, особенно при использовании фотоприемников с небольшими размерами чувствительной к излучению области, например, разработанных на основе ПЗС-матрицы.
Второй недостаток объясняется тем, что из-за необходимости размещения неподвижного зеркала 10 в месте построения промежуточного изображения исследуемого объекта 2 необходима замена штатного узла щели, входящего в состав СФР. Новый узел щели с установленным в нем неподвижным зеркалом, входящий в состав датчика ДВ-2, представляет изделие точной механики, достаточно сложное для изготовления.
Техническим результатом изобретения является увеличение объема информации, которая может быть зарегистрирована фотоприемником при одновременной записи информации от исследуемого объекта и меток времени, и возможность использования штатного узла щели, входящего в состав СФР.
Технический результат достигается тем, что устройство ввода оптического излучения для нанесения меток времени в скоростной фотохронографический регистратор (СФР), содержащее источник модулированного оптического излучения и оптический элемент с зеркальной отражающей поверхностью, содержит оптическое волокно, червячную пару, источник модулированного оптического излучения оптически связан с входным торцом оптического волокна, противоположный конец оптического волокна закреплен в червячной паре на оси, проходящей через оптический элемент с зеркальной отражающей поверхностью, который расположен вплотную к поверхности выходного объектива СФР на расстоянии от излучающего торца оптоволокна, равном расстоянию от промежуточного изображения исследуемого объекта в СФР до поверхности выходного объектива СФР.
На фиг.2 изображена оптическая схема СФР с встроенным устройством ввода оптического излучения для нанесения меток времени.
Принятые на фиг.2 обозначения:
1 - исследуемый объект,
2 - промежуточное изображение исследуемого объекта,
3 - изображение исследуемого объекта на фотоприемнике,
4 - входной, длиннофокусный объектив СФР,
5 - выходной, короткофокусный объектив СФР,
6 - подвижное зеркало,
7 - фотоприемник,
8 - источник модулированного оптического излучения,
11 - метки времени на поверхности фотоприемника,
13 - оптическое волокно,
14 - оптический элемент с зеркальной отражающей поверхностью,
15 - червячная пара.
Регистратор СФР содержит входной объектив 4, выходной объектив 5, подвижное зеркало 6, фотоприемник 7.
Устройство ввода оптического излучения содержит источник модулированного оптического излучения 8, оптическое волокно 13, оптический элемент с зеркальной отражающей поверхностью 14 (поворотную призму) и червячную пару 15.
Регистратор СФР с встроенным устройством ввода излучения работают следующим образом.
Входной объектив 4 регистратора СФР строит промежуточное изображение 2 исследуемого объекта 1, которое далее с помощью выходного объектива 5 и подвижного зеркала 6 перестраивается в изображение 3 на фотоприемнике 7.
Источник модулированного оптического излучения 8 оптически связан с входным торцом оптического волокна 13, противоположный конец оптического волокна закреплен в червячной паре 15 на оси, проходящей через оптический элемент с зеркальной отражающей поверхностью 14, который расположен вплотную к поверхности выходного объектива СФР на расстоянии от излучающего торца оптоволокна, равном расстоянию от промежуточного изображения исследуемого объекта в СФР до поверхности выходного объектива СФР.
В качестве оптического элемента с зеркальной отражающей поверхностью 14 в предлагаемом устройстве использована треугольная поворотная призма. Оптическое излучение от источника модулированного светового излучения 8 с помощью оптического волокна 13 направляется в грань призмы 14, являющуюся ее катетом, и, после полного внутреннего отражения излучения от грани - гипотенузы призмы 14, направляется в объектив 5, с помощью которого, а также с помощью подвижного зеркала 6 на поверхности фотоприемника 7 строятся метки времени 11.
Червячная пара 15 осуществляет перемещение торца оптического волокна 13 вдоль оптической оси, направленной на оптический элемент с отражающей поверхностью 14, для обеспечения фокусировки изображения торца оптического волокна 13 на фотоприемнике 7.
В качестве источника модулированного оптического излучения в устройстве был применен лазерный диод IDL 250М-670, в качестве оптического элемента, осуществляющего сбор и передачу излучения от источника модулированного оптического излучения в оптическое волокно, - цилиндрическая линза-градан.
В качестве фотоприемника, фиксирующего информацию от исследуемого объекта и метки времени, может быть использована фотопленка или регистратор, разработанный на базе ПЗС-матрицы [4].
В качестве скоростного фотохронографического регистратора с зеркальной разверткой может быть применен регистратор СФР, описанный в [5].
ЛИТЕРАТУРА
1. Чернышев В.К., Болотов А.А. Авторское свидетельство СССР №178905, Бюллетень изобретений №4, 1966 г.
2. Болотов А.А., Чернышев В.К. Метод получения световых импульсов калиброванной высокой частоты для нанесения масштаба времени на рабочий кадр сверхскоростных фоторегистраторов. Техника съемки и ее применение в промышленности и научных исследованиях. Сб. №2, МДНТП, М., 1966 г.
3. А.А.Болотов, Б.М.Ловягин, Н.В.Ильин. Датчик времени ДВ-2 к фоторегистратору типа СФР. Журнал научной и прикладной фотографии и кинематографии, №6, 1977, стр.415-419.
4. Цифровой регистратор импульсного светового излучения. Патент на полезную модель, №54478.
5. А.С.Дубовик. Фотографическая регистрация быстропротекающих процессов. М.: «Наука», 1984 г., стр.51.
Устройство ввода оптического излучения для нанесения меток времени в скоростной фотохронографический регистратор (СФР), содержащее источник модулированного оптического излучения и оптический элемент с зеркальной отражающей поверхностью, отличающееся тем, что содержит оптическое волокно, червячную пару, источник модулированного оптического излучения оптически связан с входным торцом оптического волокна, противоположный конец оптического волокна закреплен в червячной паре на оси, проходящей через оптический элемент с зеркальной отражающей поверхностью, который расположен вплотную к поверхности выходного объектива СФР на расстоянии от излучающего торца оптоволокна, равном расстоянию от промежуточного изображения исследуемого объекта в СФР до поверхности выходного объектива СФР.
