RU1830500C - Устройство дл обмера следов частиц - Google Patents

Description

На фиг,2 изображено описываемое устройство дл  обмера следов частиц с системой прецизионного сканировани .

На фиг.З изображен профиль оптического диска описываемого устройства.

На фиг.4 .представлен ход лучей света через оптический диск, когда точка фокуса находитс  в-исходном положении.

На фиг.5 представлен ход лучей света через оптический диск при повороте его нз угол 90°.

На фиг.6 представлен ход пучей света через оптический диск при повороте его на угом; 180°,

Устройство содержит точечным источник 1 монохроматического света, осветитель 2, первый светоделитель 3, ос82.цеющий объектив 4, изображающий объектив 5. второй светоделитель 6, отсекающий оптический фильтр 7, точечный фотоприемник 8, ПЗС-матрицу 9,. дисплей 10, компьютер 11, систему перемещени  и контрол  12 положени   дерной фотоэмульсии, дополнительна  система быстрого сканировани  13  дерной фотоэмульсии вдоль оптической оси за вленного устройства (ось Z); оптический диск S 4, система поворота и контрол  15 углового положени  оптического диска.

Устройство работает следующим образом .

Лучи света, вышедшие из точечного источника 1 монохроматического света, проход т через первый светоделитель 3, освещающий объектив 4, и фокусируютс  в  ркую точку внутри сло   дерной фото- змульсии Я.Ф.Э. Далее лучи света проход т изображающий объектив 5, второй свето- д е. и т е л ь 6, о т с е к э ко щ и и о п т и ч е с к и и фильтр 7 и попадают з точечный фотоприемник 8. Сигнал фототока на выходе точечного фотоприемника 8 поступает на вход коммутатора 11,

Одновременно лучи свчта из осветител  2 идут через первый светоделитель 3 и освещающий объектив 4. Традиционное изображение элементов следа частицы в пределах тонкого сло   дерной фотоэмульсии Я.Ф.Э. толщиной 2 мкм формируетс  изображающим объективом 5 на ПЗС-м атрице 9. Сигналы фототека-с выхода ПЗС-матрицы 9 поступают на дисплей 10. Часть лучей света из осветител  2 идет в сторону точечного фотоприемвика 8, но задерживаютс  в отсекающем оптическом фильтре 7. Кроме этого на ПЗС-матрицу 9 падают лучи света из точечного источника. 1 монохроматического света. На ПЗС-матрице 9 они образуют одну дополнительную точку, сфокусированную или размытую.

Если в точку фокуса, сформированную освещающим объективом 4, попадает обмер емый элемент следа частицы, то сигнал фототока на выходе точечного фотоприемпика 8 уменьшаетс .

Ядерную фотоэмульсию Я.Ф.Э. устанавливают в систему перемещени  и контрол  12 положени   дерной фотоэмульсии. Включают точечный источник 1 моно.хрома0 тичёского свата, осветитель 2, точечный фотоприемник 8, ПЗС-матрицу 9, дисплей 10, компьютер 11, систему перемещени  и контрол  12 положени   дерной фотоэмульсии, а также дополнительную систему быстрого

5 сканировани  13 объема  дерной фотоэмульсии вдоль оптической оси за вленного устройства (ось Z).

Оператор при помощи системы положени  и контрол  12 изводит перекрестье,

0 имеющеес  на дисплее 10, нз обмер емый элемент следа частицы и ввод т старт- сигнал е систему сканировани  вдоль оси дополнительной системы быстрого сканировани  13. Сигнал фототека, который изме5 н етс  во времени от максимального значени  до минимального -л затеи возвращаетс  к максимальному, значению, анализируют в компьютере 11 и наход т положение минимума сигнала фототека, ко0 торое соответствует прецизионному значению Z координаты обмен емого элемента следа частицы.Указанную операцию повтор ют дл  ближайших зна1 -опий координат X и Y. При этом перемещение  дерной фото5 эмульсии вдоль оси X м V ведут при помощи системы положени  и контрол  12.

Техническое преимущество и одновременно положительный эффект устройства состо т в том, что. благодар  возможности

0 наблюдать раздельно традиционное изображение элементов следа частицы и его конфокальной изображение, погрешность измерени  Z-координаты элемента следа частицы уменьшаетс  в 2,5 раза. Коэффици5 еит умножени  2 возникает из-за того, что ширина полосы пространственных частот при.конфокальном сканировании в 2 раза больше ширины полосы пространственных частот в традиционном оптическом микрр0 скопе. Дополнительный множитель 1,2.5 получаетс  благодар  тому, что координата центра т жести кривой фототока с минимумом наход т при помощи компьютера 11. Тем самым в за вленном устройстве устра5 йены источники погрешностей, возникаю- . щие при визуальной наводке на фокус.

Втора  цель описываемого устройства состоит в том, чтобы повысить быстродействие устройства дл  обмера следов частиц путем устранени  механического перемещени   дерной фотоэмульсии на стадии прецизионного сканировани  вдоль Z-коор- динаты.

Система прецизионного Z-сканирова- ни  выполнена в виде оптического диска и системы поворота и контрол  углового положени  оптического диска, ось вращени  оптического диска и оптические оси освещающего и изображающего пучков света взаимно параллельны друг другу, рассто-.  ние между осью освещающего пучка света и осью вращени  оптического диска отличаетс  на величину D от рассто ни  между осью изображающего пучка света и осью вращени  оптического диска, где D Do, а Do - диаметр освещающего или изображающего пучка света в месте расположени  оптического диска, толщина оптического диска в пределах двух неперекрывающихс  кольцеобразных дорожек, на которые последовательно попадают освещающий и изображающий пучки света, измен етс  монотонно и линейно с азимутальным углом оптического диска, например, ступенчато- линейно, так что высота профил  на одной кольцеобразной дорожке возрастает по часовой стрелке а высота профил  на второй кольцеобразной дорожке возрастает против часовой стрелки, положение скачков профилей расположены на двух кольцеобразных дорожках со сдвигом на 180° по азимутальному углу оптического диска, высота скачка каждого профил  на оптическом диске выбрана из услови :

tmax

П|

П2 - 1

4h- м2.

где ЛЬ - глубина аксиально сканируемого участка сло   дерной фотоэмульсии на стадии прецизионного сканировани  вдоль оси Z,

М - линейное увеличение объективов,

М 2/li;

li - рассто ние от объектива до точки фокуса; .

12- рассто ние от точечного источника света (или точечного фотоприемника) до освещающего (или изображающего) объектит вэ;

ni - показатель преломлени  света в  дерной фотоэмульсии;

пг -- показатель преломлени  света в оптическом диске, число ступенек N на каждой дорожке оптического диска выбрано из услови ;

N

где Д Z - аксиальное разрешение конфокальной системы из двух объективов-.

Описываемое устройство с прецизионным сканированием работает следующим 5 образом (фиг.2).

Лучи света из точечного источника 1 мо- нохроматического света проход т через оптический диск .14, отражающийс  от первого светоделител  3 и при помощи освещающе10 го объектива 4 фокусируютс  в ч очку. Далее расход щиес  лучи света превращаютс  изображающим обьективом 5 в сход щиес , отражаютс  от второго светоделител  6, проход т через отсекающий оптический

15 фильтр 7, через оптический диск 14 и попадают в точечный фотоприемник 8. Сигнал фототока из 9 поступает в компьютер 11.

Лучи света из осветител  2 проход т через первый светоделитель 3, освещаю20 щий объектив 4, и создают в  дерной фотоэмульсии освещенную область на длине волны света котортг1 отгнгпетс  от длины волны света точечного источника 1 монохроматического света. Изображающий объек25 тив 5 формирует на ПЗС-матрице 9, установленной после второго светоделител  6, традиционное изображение элементов следа частицы, которое оператор видит на дисплее 10.

30Чтобы по снить ход лучей света через

оптический диск 14, рассмотрим сначала его положение в момент времени, когда оптическа  толщина оптического диска 14 дл  лучей света, идущих из точечного источника 1

35 монохроматического света, равна оптической толщине оптического диска 14 дл  лучей света, идущих в точечный фот.оприемник 8 (фиг.4). В этот момент времени точка фокуса , формируема  освещающим объективом

40 4, находитс  в исходном, нулевом положении . После поворота оптического диска на угол 90° вокруг оси вращени  оптическа  толщина оптического диска 14 дл  лучей света, идущих из точечного источника 1 мо45 нохроматического пучка света, возрастает на tmax/2 (фиг.5), а оптическа  толщина оптического диска 14 дл  лучей света, идущих в точечный фотоприемник 8, уменьшитс  на ту же величину tmax/2. В результате точка

50 фокуса освещающего объектива 4 и точка фокуса изображающего объектива 5 одновременно смест тс  вдоль оси Z на величину Д.п/4. После поворота оптического диска 14 еще на угол 90° величина этого сдвига

55 достигнет значени  Ah/2 (фиг.6). Дл  угла поворота, равного точно 180°, лучи света одновременно пройдут через скачки профилей на двух кольцеобразных дорожках оптического диска 14, в результате чего обща 

точка фокуса перейдет из точки Zi -у- в

7 Ah

ТОЧКу /2 - -rj-.

Процесс безынерционного перемещени  общей точки фокуса происходит ступенчато вдоль оси Z с. шагом A h/N. .Отсчеты значени  фототека на выходе точечного фо- топриемникз 8 производ тс  в моменты времени, когда освещающий и изображающий лучки1скета наход тс -в центре-соответствующей ступеньки.

Указанные тактовые сигналы поступают из системы поворота контрол  15 углового положени  .оптического диска.

Величину tmax выбирают из услови , чтобы при скачке профил , равном Ттзх. обща  точка Фокуса совершила скачкообразный безынерционный переход из точки с Zi Ah

Чем выше

показатель преломлени  света в оптическом диске П2, тем больше, величина tmax. При перемещении общей точки фокуса в воздухе из величину Д. h ееличима переме- щени  общей точки фокуса внутри сло   дерной фотоэмульсии составит Ah/ni, где ni - показатель преломлени  света.  дерной фотоэмульсии. Чтобы компенсировать указанный эффект, величину tmox надо дополнительно увеличить ,У rvi ра. -з. При заданном значении AZ аксиального разрешени  конфокальной системы из двух объективов 4 и 5 число ступэнек М должно быть выбрано из услови  N /A Si/2 A Z. при этом N - нечетное число,

За вленное устройство по п,2 работает следующим образом.

Включают точечный источник 1 монохроматического света, осветитель 2, точечный фстопоиемник 8, систему перемещени  и контрол  положени   дерной фотоэмульсий 12, компьютер 11 и дисплей 10. Оптический диск 14 приводит г; равномерное вращение прм помощи сиогзмы попорота и контрол  углового полол йкир оптического диска 15. Сначала оператор находит вершину р.ззпмодейстпип { зкегду) в слое  дерной фотоэмульсии. З.зтем оператор устанавливает поочередно на перекрестие диспле  10 элементы.следа частицы, использу  дл  этого систему перемещени  и контрол  положени   дерной фотоэмульсии 12, По сигналу пуск сигналы фототека на выходе точечного фотоприемникз 8 оцифровываютс  в компьютере 11 и обрабатываютс  там же с целью определени  п р е ц и з и о и и с го з и а ч е н и   Z- к о о р д и н ат ы данного элемента след  частицы. В пам ть

Ah

компьютеры 11 занос т три координаты

данного элемента следа частицы, При этом достоверность прецизионной оценки Z-ко- ординаты данного элемента следа частицы

5 не зависит от субъективных погрешностей, которые вносит оператор при визуальной наводке на фокус. .Описанна  выше опера- . ци  повтор етс  д/н осек остальных элементов следа частицы. Процесс наведени 

10 изображени  элемента следа частицы на перекрестье диспле  0 и по фокусу можно автоматизировать, если н компьютер 11 ввести данные о положении начала и конца обмер емого следа частицы.

15 Техническое преимущество за вленного устройства по п.2 состоит в тоги, что имеет высокую скорость обмера следов частиц в  дерной фотоэмульсии. Источников указанного преимущества  влпчтс .то. что в про20 цессе прецизионного сканировани   дерной фотоэмульсии едоль оси 7. ни  дерна  Фотоэмульси , ии система из двух обь- ективоз 4 и 5 не со пер шз ют никаких движений и остаютс  асе арем  неподвиж25 ными относительно сстзпьных узлов за вленного1 устройства. Благодар  этому полностью устранены любыз вредные последстви  быстрот:; механического переме- шйни   дерной фотоэг ульсии или двух

30 оОьективов A w b. Впемг прецизионного сканировани  ЕЩОЛЬ oc;-; iio ограничено, в частности , i-iHepii -ioHиuf w и ПРОЧНОСТНЫМИ факторами. , иапр - мвр. это ипег.-;л может составл ть 0,05 с, чему скоро35 сть вращени  оптического диска В з 20 об/с. .Частота следовани  оцифрованных данных из точечного Фотопр.эмпика В раггнз в этом случае 1000 1 /с.

Положительной эффект за вленного ус Ю тройства по п,2 состоит в том, что благодар  высокому быстродействию, а также высокой точности прецизионного сканировани  вдоль оси2 перед Физиком открываетс  возможность более надежно установить истин45 ную моду распада вторичных частиц и с более высокой то - мостью определить все кинетические пара метры событи  в целом. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и   1. Устройство дл  обмера следов част иц,

50 содержащее осветитель, изображающий обьек п/m, фотоприемиик в виде ПЗС-матри- цы, компьютер, дисплей, а также систему перемещени  w ко -п рол  по ожемм   дерной фотоэмульсии, о т л и ч а ю щ е е с   тем,

55 что, с целью пооь иени  оэзрешающёй способности устройства, о него дополнительно введены точечный источник монохроматического света, осаещаюш.ий объектив, два светоделител , первый светоделитель со стороны освещающего объектива и второй

светоделитель со стороны изображающего объектива, точечный фотоприемник, при этом длина волны света осветител  не равна длине волны света точечного источника монохроматического света, отсекающий опти- ческий фильтр, не пропускающий излучение от осветител  на точечный фотоприемник, а также дополнительную систему прецизионного сканировани   дерной фотоэмульсии вдоль оптической оси устройства.

2. Устройство поп.1,отличающее- с   тем, что, с целью повышени  быстродействи  устройства дл  обмера следов частиц путем устранени  механического перемещени   дерной фотоэмульсии на стадии прецизионного сканировани   дерной фотоэмульсии вдоль оптической оси устройства , система прецизионного сканировани   дерной фотоэмульсии вдоль оптической оси устройства выполнена в виде оптиче- ского диска и системы поворота и контрол  углового положени  оптического диска, ось вращени  оптического диска и оптические оси освещающего и изображающего пучков света взаимно параллельны друг другу, рас- сто ние между осью освещающего пучка света и осью вращени  оптического диска отличаютс -на величину D от рассто ни  между осью изображающего пучка света и осью вращени  оптического диска, где D DO, a Do - диаметр освещающего или изображающего пучка света в месте расположени  оптического диска, толщина оптического диска в пределах двух кольцеобразных дорожек измен етс  с ази- мутальным углом оптического диска ступенчато-линейно , при этом высота профил  на одной кольцеобразной дорожке возрастает по часовой стрелке, а высота профил  на второй кольцеобразной дорожке возрастает против часовой стрелки, скачки профилей расположены на двух кольцеобразных дорожках со сдвигом на 180° по азимутальному углу оптического диска, высота скачка каждого профил  на оптическом диске tmax выбрана из услови 

tmax -

ГЦ

П2 1 ,,

-4 м.

где Ah- глубина аксиально сканируемого участка сло   дерной фотоэмульсии на стадии прецизионного сканировани  вдоль оси Z;

М - линейное увеличение объективов, M H2/li;

h - рассто ние от объектива до точки фокуса;

2 рассто ние от точечного источника света (или точечного фотоприемника) до освещающего (или изображающего) объектива;

ni - показатель преломлени  света в  дерной фотоэмульсии;

- показатель преломлени  света в оптическом диске,

число ступенек N на каждой дорожке оптического диска выбрано из услови 

N -TAZ

где Д2- аксиальное разрешение вдоль оси Z конфокальной системы из двух объективов .

о с in о со «з

// // ft jf ft & .# #

I

ФигЛ

Фиг б

9 1 О -180

о