СПОСОБ ВВОДА В СКОРОСТНОЙ ФОТОХРОНОГРАФИЧЕСКИЙ РЕГИСТРАТОР ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ МЕТОК ВРЕМЕНИ
METHOD OF INPUTTING TIME-STAMPING OPTICAL RADIATION INTO HIGH-SPEED PHOTOCHRONOGRAPHIC RECORDER

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 вводят излучение генератора, формирующего световой поток, модулированный с заданной частотой, который используют для нанесения меток времени на чувствительной поверхности фотоприемника [1], [2].
Оптическая схема СФР с встроенным генератором оптических меток времени - датчиком времени ДВ-2 (прототипом) [3], представленная на фиг.1, иллюстрирует способ ввода излучения в СФР, применяемый с этой целью.
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;
10 - оптический элемент с зеркальной отражающей поверхностью (неподвижное плоское зеркало высотой h1);
11 - метки времени на поверхности фотоприемника;
12 - область на фотопленке высотой h2, экранируемая неподвижным зеркалом.
Способ ввода в скоростной фотохронографический регистратор оптического излучения для нанесения меток времени на чувствительной поверхности фотоприемника при использовании датчика ДВ2 заключается в следующем: оптическое излучение от источника модулированного оптического излучения 8 вводят в оптическую систему СФР через выходной объектив 5 с помощью оптического элемента с зеркальной отражающей поверхностью 10, в качестве которого в датчике ДВ2 применяют неподвижное плоское зеркало, для чего оптическую ось источника 8 располагают перпендикулярно оптической оси СФР, с помощью линзы 9 строят изображение источника 8 на зеркальной отражающей поверхности неподвижного плоского зеркала 10, вертикальную ось зеркала располагают в плоскости промежуточного изображения исследуемого объекта 2, которое строит входной объектив 4, угол между поверхностью зеркала 10 и оптической осью фотохронографа устанавливают равным 45°, с тем чтобы отраженный от зеркала 10 световой поток, излучаемый источником 8, был направлен в объектив 5, с помощью которого, а также подвижного зеркала 6 получают метки времени 11 на поверхности фотоприемника 7 в области 12, расположенной над изображением исследуемого объекта 3.
Способ ввода излучения, реализованный с использованием датчика ДВ2, 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 2, оно экранирует часть площади, занятой изображением 2 в плоскости промежуточного изображения, приводя к появлению области 12 на фотоприемнике 7, имеющей высоту h2 и составляющей 20% от площади рабочего кадра, на которой не может быть зарегистрирована иная информация, кроме меток времени, что может быть существенным, особенно при использовании фотоприемников с небольшими размерами чувствительной к излучению области, например, 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.
На фиг.2 приведена фотохронограмма, полученная на фотопленке при регистрации с помощью СФР физического процесса, сопровождаемого формированием импульсов оптического излучения.
Принятые на фиг.2 обозначения:
3 - изображение исследуемого объекта на фотоприемнике высотой Н3 (изображение источников, формирующих импульсы оптического излучения при развитии физического процесса);
11 - метки времени на поверхности фотоприемника (полученные с помощью датчика ДВ-2);
12 - область на фотопленке высотой h2, экранируемая неподвижным зеркалом датчика ДВ-2, которая не может быть использована для регистрации информации;
13 - отпечаток перфорации фотопленки.
Поскольку объектив 5 строит изображение 3 исследуемого объекта на фотоприемнике 7 с увеличением в 4 раза по отношению к промежуточному изображению 2, высота экранируемой области 12 с метками времени 11 на фотоприемнике также в 4 раза больше высоты неподвижного зеркала 10 датчика ДВ-2: h2=4·h1. Отпечатки перфорации 13 служат для определения коэффициента увеличения отпечатка рабочего кадра, необходимого для его обработки, по отношению к фотопленке.
Техническим результатом изобретения является увеличение объема регистрируемой информации от исследуемого объекта при нанесении на фотоприемник оптических меток времени, а также возможность использования при этом штатного узла щели, входящего в состав СФР.
Технический результат в способе ввода в скоростной фотохронографический регистратор оптического излучения для нанесения меток времени достигается тем, что оптическое излучение от источника модулированного оптического излучения вводят в оптическую систему скоростного фотохронографического регистратора через выходной объектив с помощью оптического элемента с зеркальной отражающей поверхностью, оптический элемент с зеркальной отражающей поверхностью располагают вплотную к поверхности выходного объектива, расстояние от источника излучения до оптического элемента с зеркальной отражающей поверхностью выбирают равным расстоянию от промежуточного изображения исследуемого объекта до выходного объектива, фокусируют изображение источника модулированного оптического излучения на поверхности фотоприемника, перемещая источник излучения вдоль оптической оси, направленной на оптический элемент с зеркальной отражающей поверхностью.
Предлагаемый способ ввода в СФР излучения для нанесения меток времени иллюстрирует оптическая схема СФР с встроенным генератором, представленная на фиг.3.
Принятые на фиг.3 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,
11 - метки времени на поверхности фотоприемника,
14 - оптический элемент с зеркальной отражающей поверхностью.
Как следует из оптической схемы, представленной на фиг.3, оптическое излучение от источника модулированного светового излучения 8 с помощью оптического элемента с зеркальной отражающей поверхностью 14 направляют в объектив 5, с помощью которого, а также с помощью подвижного зеркала 6 строят и перемещают изображение источника 8 по поверхности фотоприемника 7, получая на ней метки времени 11.
На этом же кадре на поверхности фотоприемника с помощью объективов 4, 5 и подвижного зеркала 6 получают изображение 3 исследуемого объекта 1.
Наличие оптического элемента с зеркальной отражающей поверхностью 14, расположенного вплотную к объективу 5, приводит лишь к частичному ограничению (виньетированию) пучка лучей, поступающих в объектив 5 от источника излучения, которым является промежуточное изображение 2 исследуемого объекта 1, при этом площадь, занятая изображением исследуемого объекта в плоскости промежуточных изображений, не ограничивается, тем самым не происходит ограничения изображения 3 на поверхности фотоприемника.
-3
Величина виньетирования зависит от соотношения между площадью входного люка объектива 5 и площадью, занимаемой оптическим элементом с зеркальной отражающей поверхностью 14. При реализации предлагаемого способа ввода излучения в фотохронограф в качестве оптического элемента с зеркальной отражающей поверхностью была применена призма с размерами граней, составляющих прямой угол, 0,2×0,8 см, диаметр входного люка объектива 5 составлял 3,5 см. Величина виньетирования промежуточного изображения объекта, равная отношению площадей указанных оптических элементов, составила 5·10, что не влияет на качество изображения.
На фиг.4 приведен рабочий кадр, зафиксированный с помощью ПЗС-матрицы регистратора [4], на котором, как и на фиг.2, зарегистрированы импульсы оптического излучения, формируемые при развитии физического процесса, и метки времени 11, излучение которых введено в СФР предлагаемым в заявке способом.
Принятые на фиг.4 обозначения:
3 - изображение исследуемого объекта на фотоприемнике высотой Н3 (изображение источников, формирующих импульсы оптического излучения при развитии физического процесса),
11 - метки времени на поверхности фотоприемника.
Видно, что чувствительная к оптическому излучению область ПЗС-матрицы использована полностью, экранирование матрицы отсутствует.
При получении рабочего кадра, приведенного на фиг.4, был применен штатный узел щели, входящий в состав СФР.
В качестве скоростного фотохронографического регистратора с зеркальной разверткой был 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.