Следовая камера Советский патент 1985 года по МПК G01T5/04 

Заявляемое техническое решение относится к методике физического эксперимента в области физики элемен тарных частиц с применением таких средств визуализации и регистрации траекторий заряженных частиц, какими являются пузырьковые, стримерные и другие следовые (трековые) камеры. Известно много различных конструк ций следовых камер (пузырьковые, диф фузионные , стримерные, Jfамеры Вильсона) , каждая из которые : включает такие элементы, как корпус камеры с фотографируемым объемом, заполненный газовой или жидкой средой, и фотогра фическую аппататуру, включающую груп пу фотограмметрических камер для получения стереоскопическихснимков С Наиболее близкой к заявляемой является следовая камера, включающая корпус с фотографируемым объемом, группу фотокамер, сфокусированных на медианную плоскость фотографируемого объема следовой камеры и задиафрагмированных до относительных отверстий : 1/16, Детектирующий объем камеры (950x360x300 мм) фотографируется 4мя фотограмметрическими камерами. Эти фотограмметрические камеры сфокусированы на медианную плоскость де тектирующего (фотографируемого) объе ма камеры (плоскость пучковых частиц) ; при этом диафрагмы объективов этих камер установлены в положении, при котором фотографирование объема пузьфъковой камеры осуществляется при относительном отверстии 1/27. Недостатком прототипа является недостаточно высокая точность измерения координат элементов следов по фотоснимкам, обусловленная сравнительно большим значением дифракционного размытия изображения элементов следа частиц, которое определяется по формуле: E 2{1+м) , где М - масштаб фотографирования; Д - длина волны света; А - относительное отверстие объективов фотокамер, При заданных значениях М и дифракционное размытие изображения элементов следа определяется- только величиной относительного отверстия А, которое в случае прототипа равно 1/27. Увеличение относительного от631верстия, которое привело бы к снижению дифракционного размытия изображения элементов следа, вызовет уменьшение глубины резкоизображаемого объема следовой камеры и, следовательно , снижение эффективности следовой камеры. Целью изобретения является повышение точности определения парамет- . ров траекторий заряженных частиц путем снижения величины изображения элементов следа на фотоснимке. Поставленная цель достигается тем, что в следовой камере, включающей корпус следовой камеры с фотографируемым объемом и группу фотограмметрических камер, сфокусированных на медианную плоскость фотографируемого объема следовой камеры и задиафрагмированньЕС до относительных отверстий ё 1/16 и менее, дополнительно содержится, по крайней мере, одна фотокамера, фотопленка в которой расположена по линейчатой поверхности, сопряженной с несколькими плоскостями, расположенными в пределах фотографируемого объема следовой камеры, часть которых пересекает направление пучка частиц, а другая совпадает либо с передним, либо с задним планами фотографируемого объёма следовой камеры; при этом дополнительные фотокамеры задиафрагмированы до относительных отверстий 51/4. Кроме того, дополнительные фотокамеры снабжены светоделительными пластинками и расположены относительно основных фотокамер таким образом, что входной зрачок дополнительной фотокамеры сопадает с изображением входного зрачка основной фотокамеры в соответствующей светоделительной пластинке. Выбор значения относительных отверстий для бсновных фотограмметрических камер, сфокусированных на медианную плоскость следовой камеры, в интервале 1/16 и менее обусловлен тем, что при таких значениях относительных обеспечивается регистрация следов частиц по всей глубине следовой камеры. Выбор значения относительных отверстий для дополнительных фотокамер в интервале I/4 или более обусловлен тем, что при таких значеиям относительных отверстий обеспеивается регистрация отрезков слеов частиц в узкой по глубине зоне со сравнительно малой дефокусировкой

изображения и при этом не утрачива.ется возможность индейтификации таких изображений. Увеличение относительного отверстия повлечет увеличение точности локализации (положительный эффект), но одновременно затруднит анализ изображений (отрицательный эффект). Однозначного оптимального значения относительно отверстия для таких фотокамер на все случаи указать невозможно, и поэтому целесообразно указать интервал для таких оптимальных значений (/4 или более).

Дополнительные фотокамеры должны быть определенным образом ориентированы относительно фотографируемого объема следовой камеры и направления пучка частиц в этом объеме с тем, чтобы не снизить эффективности регистрации, а именно, направление пучка частиц и образующей линейчатой поверхности в дополнительной фотокамере должны быть скрещены под углом, близким к прямому, например в интервале 60-90 . В этом случае достигается наиболее полная регистрация следов, всех частиц в следовой камере на дополнительном фотоснимке с неплоской формой.

На фиг, I представлено взаимное расположение фотографируемого объема следовой камеры 1, объектива 2 фотокамеры, плоскости АЕ наводки на резкость и плоскости 3 изображения.

Как видно из построения, плоскость АЕ наводки на резкость фотокамеры не совпадает с медианной плоскостью следовой камеры, а пересекает ее под большим углом. На .фотоснимке регистрируются только изображения двух элементов следов точек В и G в позициях точек В и С,

На фиг. .2 представлено взаимное расположение фотографируемого объема следовой камеры и нескольких фотокамер, плоскости наводки на резкость которых не совпадают с медианной плоскостью фотографируемого объема следовой камеры. В этом случае на фотоснимках регистрируется боль;шое число элементов следов частиц.

На фиг, 3 представлено взаимное расположение фотографируемого объема следовой камеры и двух фотограмметрических камер: традиционной (с плоским расположением фотопленки) с объективом 2 и дополнительной (с неплоским расположением фотопленки с объективом 4, Плоскость навод-, ки на резкость объектива 2 фотокамеры совпадает с медианной плоскостью следовой камеры РТ, и фотопленка в 5 „этой камере расположена в плоскости 3 изображения, сопряженной с плоскостью РТ. В фотокамере с объективом 4 фотопленка расположена по линейчатой поверхности, составленной из совокупности отдельных взаимно переСекающихся плоскостей, которые сопряжены с группой плоскостей в фото графируемом объеме следовой камеры; аб+бв+Вг+гд+де+ЕЖ+жи+Ик+кл+лм, При

5 такой конструкции дополнительной

фотокамеры на фотоснимке 5, построенном объективом 4, будут изображены несколько элементов следа, проходя|щего в медианной плоскости, а именно, расположенных в точках пересечения следа и плоскостей бв, гд еж, ик и лм,

На фиг, 4 представлено взаимное . расположение фотографируемого объе-

5 ма следовой камеры 1, объективов 2 , и 4, фотоснимков 5, плоскости 3 изоёражения и светоделительной пластинки 6, Плоскость изображения сопряжена с медианной плоскостью фотогра0 фируемого объема следовой камеры, г фотоснимок 5 размещен в группе взаимнопересекающихся плоскостей, сопрйженных с группой плоскостей бв+вг+ ; +гд+де+еж+жи+ик, Объективы 2 и 4 и

5 светоделительная пластина 6 расположены так, что входной зрачок одного из них совпадает с изображением входного зрачка другого в светоделительной пластинке,

0 На фиг, 5 представлено наложение двух фотоснимков, полученньгх по схет ме фигуры 4, На одном фотоснимке имеется полно изображение вилки трех следов (одного первичного и

5 двух вторичных); при этом изображения всех следов имеют значительную ширину. На втором фотоснимке имеются изображения только нескольк1сс элементов тех же следов; при этом

некоторые изображения отдельных пузьфьков или стримеров имеют существенно меньшую щирину, чем ширина изображения следов на первом снимке. Работа заявляемого устройства следовой камеры протекает следующим .образом, В момент времени, когда через фотографируемый объем следовой камеры, проходят пучковые (первичные) 5 частицы и испытывают взаимодействие с образованием исследуемого события производится фотографирование следо заряженных частиц, В результате фот графирования получают пару или триа ду снимков с изображениями следов заряженных частиц во всем фотографи руемом объеме, т.е. традиционный комплект снимков, необходимый для стереофотограмметрической обработки зарегистрированных событий, и один или более снимков с изображениями элементов следов частиц в тонком слое, окаймляющих группу взаимноперв секающихся плоскостей, расположенных в фотографируемом объеме. Просмотр снимков с целью отбора событий, подлежащих дальнейшим измерениям, производят по набору стереоснимков с изображениями следов частиц по всему фотографическому объему, т,е, так уке как и в прототипе . После отбора подлежащего измерению события производят пометки изображения элементов тех же следов частиц, но зарегистрированных посредством дополнительных фотокамер с неплоским расположением фотопленки, используя обычные снимки как маску ,цля выделения подлежащих измерениям изображений элементов следов частиц Далее производят измерение координат изображений элементов следов частиц гтобранного события (группа следов частиц) посредством традиционных при боров и по традиционной методике, т.е. как и в случае прототица. После измерения координат изображений элементов следов на снимке с дополнительной фотокамеры производят вычисление координат этих же элементов следов в пространстве следовой камеры; при этом вычисление производят не традиционнымспособом стареофотосъемки, а как точек пересечения проектирующего луча, проходящего через входной зрачок фотокамеры и точку на фотоснимке, с плоскостью в объеме следовой камеры, сопряженной с плоскостью соответствующего участка фотоснимка, т.е. производят определение координат элементов следа в объеме следовой камеры только по одному снимку с неплоским расположением фотопленки. Далее по координатам элементов следов заряженных частиц в объеме следовой камеры производят вычисление параметров траекторий за96ряженных частиц традиционным способом. Заявляемое техническое решение отличает следующая совокупность признаков:-известная конструкция следовой камеры, включающей фотографируемый объем следовой камеры и группу фотокамер с плоским расположением фотопленки для стереоскопической съемки следов заряженных частиц в объеме следовой камеры, сфокусированных на медианную плоскость фотографируемого объема и задиафрагмированных с условием обеспечения глубины резкости в фотографируемом объеме на его полную глубину S т.е. 1/16 и меньше, дополнена одной или несколькими дополнительными фотокамерами с неплосКИМ расположением фотопленки; -фотопленка в указанных дополнительных фотокамерах расположена по линейчатой поверхности, оптически сопряженной с несколькими плоскостями, которые пересекаются друг с другом в пределах фотографируемого объема следовой камеры и одна часть из которых пересекает направление пучка первичных частиц под углом в .интервале 60-90 , а другая часть совпадает с плоскостями переднего и заднего планов фотографирования; указанные дополнительные фотокамеры с неплоским расположением фотопленки и светоделительные пластинки установлены таким образом, что входной зрачок основной традиционной фотокамеры совмещается с изображением входного зрачка дополнительной фотокамеры, образованным светоделительной пластинкой; - указанные дополнительные фотокамеры с неплоским расположением фотопленки задиафрагмированы с условием обеспечения глубины резкости не по полной глубине фотографируемого объема следовой камеры, а только в тонком слое, окаймляющем указанную совокупность плоскостей наводки на резкость, толщина которого по крайней мере на порядок меньше полной глубины фотографируемого объема и должна включать несколько злементов следа (пузырьков, стримеров, капель), например, на более 10 штук, т.е. до относительных отверстий 5/4. 7 Указанная совокупность отличительных признаков существенна потому, что обеспечивает технико-экономический эффект за счет следующих преимуществ:. - указанные дополнительные фотокамеры с неплоским расположением фо топленки, строящие острофокусные изображения только отдельных элемен тов следов частиц, обеспечивают воз можность снизить ширину изображений элементов следов в несколько раз (пgoпopциoнaльнo отнощению относительных отверстий традиционных и дополнительных острофокусных фотока мер) и тем самым повысить точность измерения координат точек изображеНИИ следов на фотоснимке; - указанные дополнительные фотокамеры, регистрирзгкмс Иё следы при больших относительных отверстиях, дают возможность применять менее чув ствительные фотопленки, т.е. пленки с большим разрешением, и, «Следовательно, за счет этого несколько повы

196 сйть точность измерения координат на снимке; -указанные дополнительные фотокамеры строят резкие изображения реперных крестов, распределенных по переднему и заднему планам фотографируемого объема следовой камеры, что также содействует повышению точности определения координат следов на фотоснимках; -указанная дополнительная фотокамера с неялоским расположением фотопленки обеспечивает возможность определить координаты элементов следа в пространстве фотографируемого объема следовой камеры, т.е. трехмерные координаты следа по одному неплоскому фотоснимку; -определение координат элементой следа, зарегистрированных посредством заявляемой следовой камеры, производится с большей точностью и при этом требует меньшего объема измереНИИ и вычислений, так как для этих целей используется меньшее число то- чек(5-6 вместо обычно используемых 20)|.

11

Т

Фп.1

.

Фи.3 S . г .

ф1/г.4 ж и

1.СЖДОВАЯ КАМЕРА .включающая корпус с фотографируемым объемом, группу фотокамер с плоской формой фотоснимка, сфокусированных на медианную плоскость фотографируемого объема следовой камеры и задиафрагмированных до относительных отверстий 1/16, отличающаяс я тем, что, с цепью повьшения точности определения параметров траекторий заряженных частиц путем снижения величины изображения элементов следов на фотоснимке, она содержит i по крайней мере, одну дополнительную фотокамеруf фотопленка в которой расположена по линейчатой поверхнос ти, сопряженной с несколькими плос костями, расположенными в пределах фотографируемого объема следовой камеры, часть которых пересекает наг правление пучка частиц, а другая часть совпадает либо с передним, ли бо с задним гШаном фотографируемого объема следовой камеры, .при этом дог полнительные фотокамеры задиафрагмированы до относительных отверстий 1/4. (Л 2. Камера по п. 1, о т л и ч а lofС щ а я с я тем, что дополнительные фотокамеры снабжены светоделительо е ными пластинками и расположены относительно основных фотокамер таким образом, что входной зрачок дополнительной фотокамеры совпадает с изображением входного зрачка основной камеры в сортветствукицей светоэо делительной пдастинке. S 0д