Способ фоторегистрации оптических неоднородностей в оптически прозрачной среде и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК G01N21/85 G01T5/02 

2. Устройство для фоторегистрации оптических неоднородиостей в оптически прозрачной среде, содержащее фотокамеру и плоские зеркала, о т л и ч а ю щ е ее я тем, что, с целью повьшения 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

плоские 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 двоенному расстоянию меляу соседними зеркалами.

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 систе- мы с телецентрическим ходом главных лучей в пространстве объекта. со о QD

Изобретение относится к методике фотогр.афической регистрации оптических неоднородностей в оптически прозрачной среде, р частности к фоторегистрации следов заряженных частиц в различных следрвых 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 отно сительного отверстия объектива возрастает разрешение и падает глубина резкости в фотографируемом объеме.По вьппение глубины резкости при заданно относительном отверстии объектива мо жет быть достигнуто за счет фотогра- фирования объекта послойно, например посредством группы фотокамер или посредством одной фотокамеры и перефокусировки фотообъектива. Применение нескольких фотокамер для послойного фотографирования объекта влечет усложнения аппаратуры .и повьшение 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 опти ческих неоднородностей в оптически прозрачной среде, включающий освещение объекта белым светом, разделение светового потока на пути от объекта к регистратору на подпотоки и регистрацию 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 неболыйого увеличения глубины резкости (IB 2 раза) и смещение изображений двух слоев относительно друг друга, что затрудняет процесс дешифрирования изображений. Целью изобретения является noBbmieние эффективности регистрации путем увеличения глубины резкости и упрощение дешифровки изображения, Это достигается тем, ,что разделение светового потока проводят на спектрозональные подпотоки, которые проводятпо оптическим путям различной длины, а регистрацию изображения вьшолняют с помощью оптической системы с телецентрическим ходом главных лучей в пространстве объекта. В известное устройство для фоторегистрации оптических неоднородностей в оптически прозрачной среде, содержащее фотокамеру и плоские зеркала, дополнительно введено полупрозрачное зеркало, расположенное наклонно к оси фотокамеры между фотокамерой и плоскими зеркалами, причем плоские зерка3ла расположены ортогонально оси фото камеры на равных расстояниях друг от друга вдоль этой оси и вьтолнены селективно отражающими в неперекрывающихся спектральных интервалах, объек тив фотокамеры вьтолнен с телецентри ческим ходом лучей в прост4)анстве предметов и относительным отверстием, соответствующим глубине резкости равной удвоенному расстоянию между соседними зеркалами. На чертеже изображена схема устройства для фоторегистрации оптических неоднородностей в оптически прозрачной среде. Устройство содержит пузьфьковую камеру 1, полупрозрачное зеркало 2, систему селективно отражающих плоских зеркал 3, объектив.4 фотокамеры, фоточувствительный материал 5. Устройство работает следзтощим образом. Объект (следы заряженных частиц в пузьфьковой камере 1) освещают ,белым (немонохроматическим) светом, /т.е. светом с широким, спектром длин Волн, равным интервалу фоточувствительности фотоматериала. Свет рассеивается на пузьфьках в жидкости и часть рассеянного неоднородностями света направляется в объектив фотокамеры. На пути светового потока от объек та к объективу А полупрозрачным (50% зеркалом 2 световой поток отклоняет-:ся на систему плоских зеркал.3 с уззональными светоотражающими покрытиями на их поверхностях. Световой поток, падая на первую светоотражаюпопо поверхность,V разделяется на два подпотока. Один, соответствующий iipo матической зоне отражения покрытия, отражается в сторону полупрозрачного зеркала и объектива 4 фотокамеры, а другой п роходит к второй светоотражающей поверхности. На второй отражающей плоскости стопки опять происхр-; дит разделение падающего светового потока на два: отраженный, хроматическая окраска которого соответствует зоне отражения светоотражающего покрытия второй поверхности, и проходя щий, хроматический спектр которого имеет провалы, соответствующие хрома тическим зонам отражения покрытий двух первых поверхностей. Процесс разделения на хроматические подпоток продолжается до попадания светового потока на последнюю светоотражающую 094 поверхность. Одновременно очередной хроматический подпоток проходит путь на удвоенное расстояние между соседними зеркалами больший, 4ем предшествующий. Таким образом, одновременно производится разделение светового потока на хроматические подпотоки и вносится в каждый подпоток дополнительная разность хода, равная удвоенному расстоянию между соседними |3еркалами. 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, вьщ1едшие из одной точки в прострранстве предмета, проходят различный 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, постр оенное 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, расположенная 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 изображения 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.Одног временно в плоскости изображения фотокамеры будут образованы изображения тех же точек, но сильно дефокусированные и окрашенные в другие цвета. Относительное отверстие объектива фотокамеры должно быть установлено с условием обеспечения резкого изображения пространства с глубиной 2Т/п, где D - глубина фотографируемого объема; К - число слоев, на которое разбивается фотографируемый объем, или число отражающих плоскостей; Т - расстояние между плоскими зеркалами; п - показатель преломления материала между зеркалами. Это условие выполняется, если относительное отверстие объектива опре делено в соответствии с формулой А. (I+I/M) где АС - критическое значение аппертуры, при котором для резко изобража емого пространства достигается равенство величины геометрической расфокусировки изображения точки и диффракционного кружка; М - масштаб изображения; / - длина волны. Размер дифракционного пятна - изоб ражения точки при данном относительном отверстии объектива (А с) будет пропорционален корню квадратному из D/K. Таким образом, достигается разделение объекта фотографирования на ряд зон по глубине, смещение каждой зоны в область резкого изображения одной центральной зоны и фотографирование всех ЗОНна обпщй снимок с резким изображением каждой из зон в одном из хроматических интервалов спектра. Дефокусированные изображения, как менее контрастные, могут быть отделе ны при анализе снимков или ликвидиро ваны подбором уровня-освещения и режима химической обработки снимков. Фотографирование посредством опти ческой системы с телецентрическим хо дом главных лучей в пространстве пред метов обеспечит построение изображекия всех слоев объекта в равном масштабе. Это избавит от необходимости внесения поправок на разномасштабность изображений отдельных слоев. Одновременно равномасштабность изображений отдельных слоев дает возможность наложить изображения всех слое друг на друга. Таким образом изображения отдельной точки пространства предметов на снимке, построенные кружками разного цвета и диаметра, окажутся наложенньми друг на друга концентрично, что ;повысит конраст изображения 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 зоны и от уровня освещенности объекта, поскольку с увеличением числа зон ра-збивки спектра пропорционад ьно 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 вьше контраст изображений и тем больще 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 сшивки отдельных слоев достигается посредством применения полупрозрачной пластинки и размещением ее с услойием 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 зто расстояние редуцировано к воздуху (к - число слоев). Технико-экономические преимущества предложенньк 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 проиллюстрирова ть на примере регистрации короткоживущих частиц в пузырьковой камере. Эта задача требует разрешения в пространстве объекта на уровне 10 мкм, поскольку дпина пробега таких частиц со временем жизни порядка с составляет величины меньше 1 мм. Указанное разре710917098

тление можно получить, если применить Кроме того, увеличение глубины

объектив с относительным отверстием резко изображаемого пространства,дос,v-1/4, при этом глубина резко изоб-тигаемое за счет послойного фотогра-

ражаемого пространства составит все-фирования объекта, не влечет усложго лишь ,5 мм. Поскольку указанные 5нения,процедуры обработки снимков,

короткоживущие частиць образуются споскольку применение телецентрическовесьма малой вероятностью, то зареги-го хода главных лучей в пространстве

стрировать их в объеме такой толщиныпредметов обеспечивает равный масштаб

практически невозможно.изображений всех слоев.