Устройство для поиска вертикальных следов частиц Советский патент 1991 года по МПК G01T5/10 

Изобретение относится к экспериментальной физике элементарных частиц и может быть использовано в технике трековых детекторов, например для наблюдения следов частиц в ядерной фотоэмульсии.

Известен оптический конфокальный микроскоп, содержащий точечный источник света, два объектива, освещающий и изображающий, систему сканирования, а также точечный фотоприемник. Освещающий объектив формирует точечную освещающую область, а изображающий объектив вместе с точечным фотоприемником следит за указанной освещающей областью. Трехмерный объект сканируется по глубине вдоль оси Z, а также вдоль осей X и Y - в плоскости, перпендикулярной оси конфокального микроскопа. Изображение неплоского объектива, например крыла насекомого, получают в

виде плоского изображения на экране телевизионного монитора.

Известен мезооптический конфокальный микроскоп, который содержит точечный источник света, освещающий мезооптический объектив, изображающий мезооптический объектив, а также точечный фотоприемник. Здесь нет сканирования . вдоль оси Z, так как мезооптический конфокальный микроскоп имеет большую глубину резкости, и его можно использовать для поиска вертикальных следов частиц в ядерной фотоэмульсии. Для того, чтобы не возникало продольной модуляции интенсивности света вдоль оси Z в пределах глубины слоя ядерной фотоэмульсии, абсолютные размеры мезооптических объективов должны быть достаточно большими. Так. при шаге продольной модуляции интенсивности свеVJ

О

ю

00

со

О

та в 600 мкм, превышающем толщину слоя ядерной фотоэмульсии h 200 мкм, диаметр мезооптических объективов должен быть равен 100-120 мм.

Известен микроскоп, преимущественно для ядерной фотоэмульсии, который содержит источник коллимированного пучка света, шторку, мезооптическую ци- л ндрическую линзу с образующей в виде многоугольника, полуцилиндрическую иммерсионную ванну, объектив микроскопа и окуляр микроскопа, при этом ширинаД(Х) каждого элемента образующей в виде многоугольника на расстоянии X от плоскости симметрии микроскопа выбрана из условия

Д(х)-х Ј,

(1)

где h - толщина слоя ядерной фотоэмульсии;

L - расстояние от мезооптической цилиндрической линзы до ядерной фотоэмульсии.

Соотношение (1) означает, что мезооп- Тическая цилиндрическая линза в микроскопе состоит из большого числа ( 1000) примыкающих одна к другой призм с плоскими гранями, при этом ширина каждой элементарной призмы изменяется линейно с расстоянием до плоскости симметрии микроскопа.

Каждая пара элементарных призм мезооптической цилиндрической линзы, расположенная симметрично по отношению к плоскости симметрии описываемого микроскопа, образует два узких плоских пучка света. В области их пересечения возникает интерференционная картина, шаг которой между максимумами интенсивности света равен

Ж) (2)

где А- длина волны света;

0-угол между рассматриваемыми двумя пучками света.

Каждая пара плоских пучков свега образует свою систему интерференционных полос, шаг которой изменяется с координатой X. При наложении многих интерференционных картин возникает узкая ярко освещенная область. Для того, чтобы в пределах этой узкой ярко освещенной области не возникало продольной интерференции света, расстояние от мезооптической цилиндрической линзы до ярко освещенной области должно быть равном20 мм, Поэтому габаритные размеры мезооптического цилиндрического объектива оказываются достаточно большими по сравнению с размерами традиционного объектива микроскопа.

Слой ядерной фотоэмульсии толщиной 200 мкм освещается в узкой протяженной области, ширина которой равна около 1-2 мкм, а протяженность составляет 1-10 мкм. Если вертикальный след частицы в ядерной фотоэмульсии попадает в ярко освещенную область, то он виден одновременно на всю глубину. Чтобы глубина резкости системы наблюдения, которая в указанном микро- 0 скопе состоит из традиционных объектива и окуляра, была равна также 200 мкм, числовая апертура объектива должна быть не больше 0,08,

Известный микроскоп работает следую- 5 щим образом.

Включают источник коллимированного пучка света и устанавливают в рабочее положение мезооптическую цилиндрическую линзу, а также объектив и окуляр микроско- 0 па. Если в узкую освещенную область попадает вертикальный след частицы, то виден вертикальный след частицы в виде яркой точки и фиксируются поперечная и продольная координаты обнаруженного вертикаль- 5 ного следа частицы.

Прототип обладает высоким быстродействием, так как в нем устранены операции сканирования вдоль оси Z и вдоль продольной координаты. Однако он имеет большие 0 габаритные размеры, а мезооптическую цилиндрическую линзу трудно изготовить

Цель изобретения - уменьшение габаритных размеров устройства.

На чертеже показано устройство для по- 5 иска вертикальных следов частиц.

Устройство содержит точечный источник 1 света, коллиматор 2, шторки 3 освещающего объектива, призмы 4 освещающего объектива, призмы 5 изображающего обьек- 0 тива, шторки б изображающего объектива, коллиматор 7, точечный фотоприемник 8, систему 9 одновременного поворота освещающего и изображающего объективов, систему 10 перемещения и контроля 5 положения ядерной фотоэмульсии, блок 11 записи данных.

Лучи света, вышедшие из точечного источника 1 света, преобразуются коллиматором 2 в коллимированный пучок света. 0 Шторки 3 освещающего объектива вырезают из этого пучка света две пары узких плоских пучков света. Призмы 4 освещающего объектива поворачивают плоские пучки света так, что две пары компонент пересекзют- 5 ся взаимно и образуют узкую, ярко освещенную область и боковые лепестки в плоскости симметрии устройства. Первичные лучи света двух пар плоских пучков далее попадают на поглощающие шторки 6 изображающего объектива и выбывают из

игры. Вторичные лучи света, возникающие при дифракции света на зернах серебра вертикального следа частиц в ядерной фотоэмульсии, попадают на три пары призм 5 изображающего объектива и преобразуют- ся в три пары компонент коллимированного пучка света. Коллиматор 7 направляет указанные лучи света в точечный фотоприемник 8, сигналы с которого поступают в блок 11 записи данных. Туда же поступают дан- ные из системы 9 одновременного поворота освещающего и изображающего объективов и системы 10 перемещения и контроля положения ядерной фотоэмульсии.

Благодаря тому, что освещающий и изо- бражающий объективы выполнены в виде призм, отделенных одна от другой поглощающими шторками, в устройстве происходит полное разделение дифрагированных лучей света от прямого освещающего пучка света. Этого нет ни в одной из известных конфокальных систем, в которых прямые и дифрагированные лучи света идут к одним и тем же траекториям и не разделяются друг от друга. Кроме того, когерентная передаточ- ная функция освещающего объектива не совпадает с когерентной передаточной функцией изображающего объектива.

Математически это можно выразить следующим утверждением. Когерентная пе- редаточная функция всего устройства равна h hr h2(hi h2),(3)

где hi - когерентная передаточная функция освещающего объектива;

ha - когерентная передаточная функция изображающего объектива.

В частности, максимумы (минимумы) функции hi не совпадают с максимумами (минимумами) функции ha. Поэтому интенсивность боковых лепестков когерентной передаточной функции h в выражении (3) меньше интенсивности боковых лепестков как Ihil2 , так и lhal2 . В предложенном устройстве при оптимальном положении призм интенсивность боковых лепестков составляет около 10%. При уровне дискриминации 0,25 от интенсивности центрального максимума боковые лепестки будут полностью подавлены.

Устройство для поиска вертикальных следов частиц работает следующим образом.

Включают точечный источник 1 света, точечный фотоприемник 8, систему 9 одновременного поворота освещающего и изо-

бражающего объективов, систему 10 перемещения и контроля положения ядерной фотоэмульсии и блок 11 записи данных. Устанавливают ядерную фотоэмульсию в рабочее положение. Ориентируют освещаемую область под углом +45° к направлению движения ядерной фотоэмульсии. Начинают просмотр каждой полости ядерной фотоэмульсии. Затем все операции повторяют при ориентации освещенной области под углом -45° к направлению движения ядерной фотоэмульсии. По данным этих двух серий измерений находят координаты X и Y каждого вертикального следа частицы. Так же, как и в прототипе, погрешность измерения координат X и Y вертикального следа1 частицы составляет 1-2 мкм.

Габаритные размеры предложенного устройства существенно уменьшены по сравнению с габаритными размерами известного.

Кроме того, в нем упрощена технология изготовлений освещающего и изображающего объективов, так как необходимо изготовить всего 10 призм размером -5 мм с заданным углом у наклонной грани.

Формула изобретения

Устройство для поиска вертикальных следов частиц, содержащее точечный источник света, два коллиматора, освещающий объектив, изображающий объектив, образующие конфокальную систему, точечный фотоприемник, систему перемещения и контроля положения ядерной фотоэмульсии, блок записи данных, отличающее- с я тем, что, с целью уменьшения габаритных размеров устройства, освещающий объектив выполнен в виде двух пар призм по две с каждой стороны от плоскости симметрии устройства и трех поглощающих шторок, отделяющих соседние призмы, изображающий объектив выполнен в виде трех пар призм по три с каждой стороны от плоскости симметрии устройства и пяти поглощающих шторок, отделяющих соседние призмы, при этом поглощающие шторки в изображающем объективе расположены в области освещающих пучков света, а призмы изображающего объектива расположены в области тени между освещающими пучками света, в устройство введена система одновременного поворота освещающего и изображающего объективов вокруг прямой линии, которая соединяет точечный источник света и точечный фотоприемник.

Изобретение относится к экспериментальной физике элементарных частиц, может быть использовано в технике трековых детекторов, например для наблюдения следов частиц в ядерной фотоэмульсии. Цель изобретения состоит в уменьшении габаритных размеров устройства. Устройство содержит точечный источник света, два коллиматора, точечный фотоприемник, систему перемещения ядерной фотоэмульсии, освещающий и изображающий объективы, выполненные в виде призм, отделенных одна от другой поглощающими шторками, систему одновременного поворота освещающего и изображающего объективов вокруг линии, соединяющей точечный источник света и точечный фотоприемник. 1 ил.